Technické zariadenia do budov s takmer nulovou potrebou energie

Európska smernica o energetickej náročnosti budov definuje všeobecné požiadavky na výstavbu všetkých nových budov tak, aby spĺňali kritériá budov s takmer nulovou potrebou energie. Tieto požiadavky sú v Českej republike zakotvené v zákone č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií a v nadväzujúcich vyhláškach (u nás ide o zákony č. 555/2005 Z. z. a č. 300/2012 Z. z. a vyhlášku č. 364/2012 Z. z.). Príspevok ukazuje na príklade rodinného domu, ako možno splniť kritériá budovy s takmer nulovou potrebou energie vhodnou kombináciou technických systémov.

Budovy s takmer nulovou potrebou energie

V súvislosti s implementáciou požiadaviek smernice č. 2010/31/EÚ v Českej republike je nevyhnutné, aby nové budovy spĺňali v roku 2020 požiadavky na budovy s takmer nulovou potrebou energie. Časové ukotvenie požiadaviek stanovuje [1]. Pod pojmom budova s takmer nulovou potrebou energie (nZEB – Nearly Zero Energy Building) sa rozumie „budova s veľmi nízkou energetickou náročnosťou, ktorej potreba energie je v značnom rozsahu pokrytá z obnoviteľných zdrojov“ [1].

Praktickú stránku a realizáciu tejto požiadavky rieši v Českej republike predpis [2], pričom počas nasledujúcich rokov sa hodnota ukazovateľa energetickej náročnosti – neobnoviteľnej primárnej energie – pri referenčnej budove postupne zníži o Δep,R (obr. 1). Hodnotená budova potom musí túto sprísnenú požiadavku dosiahnuť zvýšením podielu systému využívajúceho OZE alebo zlepšením obálky budovy.

Budova s takmer nulovou potrebou energie potom musí splniť požiadavku hodnoty neobnoviteľnej primárnej energie zníženej pri rodinných domoch o 25 %, pri bytových domoch o 20 % a pri ostatných budovách o 10 %.
K príslušnému dátumu sa pri budove s takmer nulovou potrebou energie sprísňuje súčasne aj požiadavka na priemerný súčiniteľ prechodu tepla obálkou budovy, a to prostredníctvom referenčnej budovy.

Obr. 1 Vývoj požiadaviek na ukazovatele energetickej náročnosti budov vo vzťahu k východiskovému stavu v roku 2012. Požiadavky roku 2020 zodpovedajú splneniu požiadavky na budovy s takmer nulovou potrebou.

Platí, že požiadavka je nastavená na úroveň 0,7 × Uem,R (obr. 1). Požiadavky uvedené na obr. 1 pre rok 2020 sa však podľa veľkosti energeticky vzťažnej plochy a vlastníka vzťahujú na niektoré budovy už od skoršieho dátumu (tab. 1).

Prípadová štúdia rodinného domu

Štúdia rieši päť variantov technických systémov v rámci rodinného domu. Porovnáva dosiahnutie požiadaviek na energetickú náročnosť budov a zatriedenie podľa ukazovateľov energetickej náročnosti budov – celkovej dodanej energie do budovy Qfuel, neobnoviteľnej primárnej energie QnPE v závislosti od kvality obálky budovy a rozličných riešení technického systému.

Predmetom štúdie je dvojpodlažný rodinný dom, ktorého dispozičné riešenie umožňuje inštaláciu rôznych zdrojov tepla, napríklad zdrojov tepla, ktoré si vyžadujú väčšie priestorové nároky, ako kotol na drevo/pelety, akumulačný/solárny zásobník a pod. Dispozičné riešenie predstavuje klasické členenie, pri ktorom sú v ľavej časti 1. NP priestory technického zázemia a skladové priestory, zvyšnú časť zaberá obývací priestor a priestor kuchyne. V 2. NP sú detské izby, spálňa a kúpeľňa.

Stanovenie hodnôt ukazovateľov nZEB pri posudzovanom objekte
Používaný spôsob hodnotenia budov v ČR je založený na princípe referenčnej budovy, ktorá sa vytvára pri každom posudzovanom prípade. Hodnoty získané výpočtom referenčnej budovy potom stanovujú medze na zatriedenie budovy, pričom absolútne hodnoty sú rôzne v každom posudzovanom prípade. Pri tomto rodinnom dome (RD) sú platné referenčné hodnoty ukazovateľov energetickej náročnosti (EN) uvedené v tab. 2.

Variantné riešenia technických systémov v rodinnom dome
•    Variant 1 predpokladá stav, pri ktorom sa vykurovanie a príprava TV zabezpečujú plynovým kotlom, vetranie objektu zabezpečuje vetracia jednotka so spätným získavaním tepla.
•    Variant 2 reprezentuje využitie tepelného čerpadla vzduch-voda na vykurovanie a na prípravu TV, vetranie objektu zabezpečuje vetracia jednotka so spätným získavaním tepla.
•    Variant 3 predpokladá stav, pri ktorom sa vykurovanie a príprava TV zabezpečujú kotlom na drevo a akumulačným zásobníkom s objemom 750 l, vetranie objektu zabezpečuje vetracia jednotka so spätným získavaním tepla.
•    Variant 4 predstavuje priamovýhrevný systém, pri ktorom sa vykurovanie objektu zabezpečuje pomocou vykurovacích rohoží, príprava TV sa uskutočňuje pomocou elektrického zásobníka TV s objemom 150 l. Vetranie objektu zabezpečuje vetracia jednotka so spätným získavaním tepla.
•    Variant 5 predpokladá stav, pri ktorom sa vykurovanie a príprava TV zabezpečujú elektrickým kotlom a termickým solárnym systémom. Vetranie objektu zabezpečuje vetracia jednotka so spätným získavaním tepla.

Obr. 2 Objekt rodinného domu: pôdorys 1. NP	pôdorys 2. NP

Obr. 2 Objekt rodinného domu: južný pohľad	západný pohľad

Hodnotenie energetickej náročnosti budovy z hľadiska nZEB
Výpočet energetickej náročnosti pri všetkých posudzovaných riešeniach technických systémov sa vykonal za predpokladu splnenia požiadavky na priemerný súčiniteľ prechodu tepla pre nZEB (tab. 2). Posúdenie, či dané riešenie technického systému vyhovuje požiadavkám na budovy s takmer nulovou potrebou energie, sa potom obmedzuje na hodnotenie ukazovateľa neobnoviteľnej primárnej energie (obr. 3).

Obr. 3 Porovnanie variantov technických systémov z pohľadu neobnoviteľnej primárnej energie QnPE za predpokladu dodržania minimálnej legislatívnej požiadavky na obálku budovy

Ak bude obálka budovy nastavená na minimálnu úroveň požadovanú pri nZEB štandarde, tzn. Uem = 0,23 W/(m² . K), z pohľadu neobnoviteľnej primárnej energie spĺňa budova požiadavku na nZEB pri variantoch technických systémov 1 (zemný plyn), 2 (tepelné čerpadlo) a 3 (kotol na drevo). Pri týchto variantoch teda netreba na splnenie požiadaviek vyhlášky inštalovať ďalšie systémy využívajúce OZE, čo je však v rozpore so základnou definíciou nZEB, ktorá použitie OZE vyžaduje.

Varianty využívajúce elektrinu ako hlavný energonosič nesplnia pri najhoršej možnej obálke budovy požiadavku na neobnoviteľnú primárnu energiu, takže pri týchto variantoch je nevyhnutné počítať so systémom využívajúcim OZE – najčastejšie ide o fototermický alebo fotovoltický solárny systém, prípadne doplnkový zdroj tepla na biomasu (kozubová vložka). V prípade priamovýhrevného systému by OZE mali pokryť 12 193 kWh energie, v prípade systému s elektrickým kotlom 16 472 kWh.

Záver

Súčasná legislatíva definuje požiadavky s výhľadom do roku 2020 a po roku 2020, kedy začínajú pri rodinných domoch platiť požiadavky definujúce budovu s takmer nulovou potrebou (nZEB).
Koncepcia technického systému má veľký vplyv na splnenie jednej z požiadaviek na nZEB – na neobnoviteľnú primárnu energiu QnPE.

Aj predstavená štúdia ukázala vplyv technických systémov na splnenie požiadaviek nZEB. Vo všeobecnosti možno povedať, že rodinné domy s kondenzačným kotlom na zemný plyn, prípadne s tepelným čerpadlom a kotlom na biomasu (pelety, drevnú hmotu), nebudú mať problém splniť požiadavky na nZEB, ak budú mať obálku kvalitatívne nastavenú na úroveň nZEB.

Súčasne treba podotknúť, že išlo o prípadovú štúdiu pre jeden konkrétny rodinný
dom. A hoci výsledky možno paušalizovať, treba brať ohľad na ich možné rozpätie spôsobené typom objektu, koncepciou modelu a jeho okrajovými podmienkami.

Rodinné domy, ktoré využívajú elektrické vykurovanie a prípravu TV pomocou elektriny, budú musieť mať vždy doplnkový zdroj na drevnú hmotu v kombinácii s fototermickým alebo fotovoltickým solárnym systémom.

Literatúra
1. Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů.
2. Vyhláška č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov (pozn. účinná k 1. 4. 2013).
3. TNI 730331 Energetická náročnost budov – Typické hodnoty pro výpočet, UNMZ, 4/2013.

Práca bola podporená programom Competence Centres programme of the Technology Agency of the Czech Republic, projekt No. TE02000077 „Smart Regions – Buildings and Settlements Information Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development“.

Text: prof. Ing. Karel Kabele, CSc., Ing. Miroslav Urban, PhD.
Obrázky: autori
Autori pôsobia na Katedre TZB SvF ČVUT v Prahe, Karel Kabele je vedúci tejto katedry.  

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 3/2017.