Doporučení pro zpracování PENB pro elektricky vytápěné objekt

Průkaz energetické náročnosti budovy PENB je v současné době jednou z povinných součástí projektové dokumentace novostaveb. Údaje o vypočtené spotřebě energie mohou být také kritériem pro koncepci technických systémů v rodinném domě a kvalitně zpracovaný PENB může stavebníkovi dát informaci o budoucí spotřebě energie. Níže uvedené informace jsou podkladem pro zpracovatele PENB pro přímo elektricky vytápěné rodinné domy.

Zpracování PENB pro elektricky vytápěný rodinný dům

Splnění požadavků pro elektricky vytápěné rodinné domy představuje problém v podobě splnění jednoho ze tří povinně splnitelných ukazatelů energetické náročnosti budovy – neobnovitelné primární energie QnPE.

Rodinné domy využívající ke svému provozu pouze elektřinu musí i při kvalitní obálce budovy využívat určité procento energie pocházející z obnovitelných zdrojů energie. Čím kvalitnější obálku budova využívá, tím nižší je podíl energie z obnovitelných zdrojů, viz následující obrázek. Obrázek demonstruje pouze přibližný podíl, který se může u různých RD lehce lišit.

Zónování rodinného domu

Prvním nezbytným požadavkem pro výpočet celkové dodané energie do budovy je provedení zónování budovy. Zónování budovy představuje geometrické rozdělení budovy na jednotlivé části, které se vyznačují specifiky ovlivňujícími výslednou výši potřeby a spotřeby energie. Způsob zónování budovy bude pro mnoho budov jednou z nejdůležitějších částí při stanovení ENB. Je možné nedůsledným způsobem zónování budovy dosáhnout odlišných čísel vyjadřujících ENB.

Rodinný dům lze pojmout z pohledu zónování dvouzónově, nebo jednozónově. V případě, že se jedná např. o dvoupodlažní objekt, kdy v prvním podlaží je umístěna garáž a technické místnosti, je nutné tyto prostory (jsou zpravidla temperované ať už přímo, nebo nepřímo) zahrnout do celkového objemu budovy. Z důvodů rozdílných okrajových podmínek (teplota, osvětlení, výměna vzduchu) je nutné objekt rozdělit v této části na dvě samostatné zóny. V případě, že je garáž součástí objektu, ale není součástí plného objemu budovy, je vhodné objekt uvažovat jako jednozónový – se zohledněním redukovaného tepelného toku přes konstrukci oddělující garáž, podrobněji níže. Pokud je RD jednopodlažní „bungalov“ a technická místnost je omezena pouze na místnost se zdrojem tepla a přípravou teplé vody, pak se objekt uvažuje jako jednozónový.

Obr. 1 Vyjádření podílu OZE potřebného ke splnění legislativního požadavku (NB – nové budovy, nZEB – budova s téměř nulovou spotřebou energie)

Profil typického užívání

Každá zóna, budova – pokud je zpracována jako jednozónový model – musí mít přiřazený profil typického užívání. Profil typického užívání představuje soubor základních okrajových podmínek, které definují výchozí předpokládané podmínky pro výpočet ENB, tyto jsou pro zóny rodinného domu uvedeny v TNI 7303031 v příloze B.

Hodnoty uvedené v profilu typického užívání jsou doporučeným vzorem. Každá budova je specifická a pro některé typy budov je nutné/možné tyto hodnoty – okrajové podmínky pro výpočet upravit. Při vytváření obecného modelu rodinného domu pro potřeby zjištění předpokládaného množství dodané energie je téměř vždy vhodné upravit standardizovaný profil užívání do podoby provozu, který odpovídá danému rodinnému domu – např. týká se rodinných domů o velmi malé podlahové ploše (do 100 m²), nebo naopak větších rodinných domů (vilových rodinných domů).

Technické systémy – elektrické vytápění

Výpočet dílčí dodané energie na vytápění, resp. vypočtené spotřeby energie na vytápění vychází z výpočtu potřeby energie, kdy jsou k potřebě energie na vytápění zahrnuty účinnosti přeměny energonositele na teplo, ztráty systému a účinnosti sdílení tepla do prostoru se zahrnutím vlivu regulace systému sdílení energie. Ve výpočtu energetické náročnosti budovy je toto zohledněno pomocí tří účinností:

• účinností sdílení energie na vytápění mezi vytápěnou z-tou zónou a systémem sdílení energie na vytápění do z-té zóny η_H,em,z (%),
• účinností distribuce energie na vytápění do z-té zóny η_H,dis,z (%), a
• účinností výroby energie v příslušném zdroji tepla η_H,gen,z (%).

V případě přímého elektrického vytápění (přímotopného, nebo akumulačního) se uvažují pouze ztráty systému na sdílení tepla do prostoru, které závisí na typu použitého regulátoru a jeho schopnosti reagovat na nastavený požadavek. Při výpočtu se pro systémy přímého elektrického vytápění uvažuje účinnost distribuce ηH,dis = 100 % a účinnost výroby také ηH,gen = 100 %, účinnost sdílení pak ovlivňuje typ použitého systému a jeho případné zabudování do konstrukce v případě plošných systémů vytápění.

V tabulce 1 je přehled systémů využívajících elektřinu jako hlavní energonositel pro vytápění s doporučenými hodnotami dílčích účinností použitelných pro výpočet hodnocení ENB. Současně tyto hodnoty vycházejí a jsou stanoveny ve vztahu k TNI 7303331.

V případě dílčí dodané energie na vytápění a jeho výhod dosahují elektrické plošné systémy lepší účinnosti technického systému vytápění než standardní teplovodní systém cca o 20–25 %.

Technické systémy – doplňkový zdroj tepla

U většiny projektovaných rodinných domů se vyskytuje doplňkový zdroj tepla v podobě krbových kamen nebo krbové vložky. Pro zpracování PENB je klíčové stavení tzv. ročního podílu tohoto doplňkového zdroje tepla na potřebě energie na vytápění. Vzhledem k faktu, že se jedná od doplňkový zdroj tepla s ručním přikládáním, volí se pro tyto účely podíl 15–35 % podílu na pokrytí roční potřeby energie na vytápění. Typické hodnoty sezónní účinnosti pro lokální topidla jsou uvedeny v tabulce 2.

Technické systémy – příprava teplé vody pomocí elektřiny

U elektricky vytápěných objektů je zpravidla příprava teplé vody zajištěna přímotopným elektrickým zásobníkem teplé vody, případně doplněným nepřímým ohřevem pomocí solárního systému. Podobně jako u systému vytápění jsou do výpočtu zahrnuty ztráty tří procesů – výroby, akumulace, distribuce přípravy teplé vody.

V případě použití elektrické topné vložky pro přípravu teplé vody je účinnost výroby tepla pomocí topné vložky ηW,gen = 100 %, protože nedochází k tepelným ztrátám a veškerá energie jde přímo do akumulačního objemu zásobníku.

Tepelná ztráta akumulačního objemu QW,gen,ls,d je závislá na objemu zásobníku a pokud ji neuvádí výrobce zásobníku, doporučuje se u nových zásobníků použít hodnoty z tabulky 3.

Tepelná ztráta rozvodů je závislá na délce rozvodů. U elektricky vytápěných rodinných domů se nepředpokládá nutnost cirkulace teplé vody. Měrné tepelné ztráty rozvodů teplé vody lze potom uvažovat podle tabulky 4.

Vypočtená spotřeba energie a naměřená spotřeba energie

Často se vykytuje otázka vedoucí k relevanci vypočtených údajů uvedených v PENB s ohledem na reálnou spotřebu energie v rodinných domech. Byla provedena analýza spotřeb energie u tří existujících běžně provozovaných rodinných domů. Cílem analýzy bylo prověřit shodu spotřeby energie reálného provozu rodinných domů a vypočtenou spotřebu energie, která je deklarována uživateli/investorovi pomocí povinného PENB

Vybrané tři rodinné domy, které byly podrobeny analýze spotřeby energie, se nacházejí v odlišných klimatických podmínkách. Pro tyto RD bylo provedeno porovnání celoročního výpočtu celkové dodané energie do budovy s použitím okrajových podmínek pro danou lokalitu a daný provoz RD s fakturovanými spotřebami.

Na základě vybraného vzorku rodinných domů je při detailní analýze provozu rozdíl mezi výpočetním modelem a reálnou skutečností dosahován v rozmezí 1–12 % v celkové spotřebě elektřiny v objektu. Pokud je tento problém vnímám z pohledu průměru všech měřených spotřeb a s využitím kalibrovaného výpočetního modelu obsahujícího průměrná klimatická data uvedená v TNI 730331, odchylky se pohybují mezi 2–4 % ve prospěch vypočtené spotřeby elektřiny, tzn. vypočtené množství elektřiny je menší (Tab. 5-7).

Porovnání přístupu ke zpracování PENB

Při zpracování průkazu lze v principu použít tři různé přístupy k tvorbě modelu a výpočtu celkové dodané energie do budovy. V rámci porovnání přístupů zpracování PENB je ukázán rozdíl mezi třemi možnými přístupy ke zpracování PENB

• Přístup 1 – vícezónový kalibrovaný model s klimatickými daty podle TNI 730331 a typickým profilem užívání odpovídajícím reálnému provozu se započtením elektřiny pro domácí spotřebiče do celkové dodané energie do budovy
• Přístup 2 – jednozónový model s klimatickými daty a typickým profilem užívání „Rodinné domy – obytné prostory“ podle TNI 730331 se započtením elektřiny pro domácí spotřebiče do celkové dodané energie do budovy
• Přístup 3 – jednozónový model s klimatickými daty a typickým profilem užívání „Rodinné domy – obytné prostory“ podle TNI 730331 bez započtení elektřiny pro domácí spotřebiče do celkové dodané energie do budovy

Výpočet podle přístupu 3 je používán v naprosté většině zpracovaných PENB, nicméně díky nezahrnutí elektrické spotřeby pro vybavení spotřebiči nemusí postihovat reálnou spotřebu objektu.

V rámci studie bylo řešeno porovnání koncepce jednozónového modelu a vícezónového modelu, se kterým byly porovnávány naměřené spotřeby. Následující tabulka shodně ukazuje, že použití koncepce jednozónového modelu se standardními hodnotami okrajových podmínek podle TNI 730331 vede celkově k nižší vypočtené spotřebě energie, resp. celkové dodané energii. Rozdíl pro jednotlivé objekty se pohybuje mezi 1,8–4,7 % na celkové dodané energii. Rozdíl ve prospěch jednozónového modelu je způsoben několika faktory:

• nezapočtením spotřeby elektřiny pro domácí spotřebiče (pohybuje se výši cca 300–800 kWh/rok),
• vzhledem k jednozónovému modelu jsou tepelné zisky z osvětlení, osob, spotřebičů (stanovují se z měrných hodnot vztažených na m2 ve W/m2) započteny i pro prostory, kde se fakticky neuplatňují (chodby, schodiště technické zázemí) a působí tak kladně ve smyslu energetické bilance,
• pro obytné plochy je uvažována nižší vnitřní teplota podle profilu typického užívání (20 °C), než tomu bylo u vícezónového kalibrovaného modelu (zpravidla 22 °C).

Použití nejběžnějšího přístupu 3 (nejběžnějšího přístupu pro zpracování PENB) vede k nejnižší výpočtové bilanci celkové dodané energie a logicky také k nižšímu podílu energonositele „elektřina“ (tab. 8).

Interpretace PENB

Průkaz energetické náročnosti budovy (PENB) se skládá ze dvou částí:

• grafického znázornění PENB,
• protokolu PENB.

PENB slouží k prokázání splnění požadavků kladených na energetickou náročnost budov (lze zjistit pouze v protokolu PENB) a slouží k zařazení budovy do třídy energetické náročnosti (grafické znázornění PENB).

Pod hodnotící stupnicí celkové dodané energie do budovy na grafickém znázornění PENB je také informace o absolutním množství celkové dodané energie, nicméně tato hodnota v sobě zahrnuje všechny energonositele – např. energii obsaženou ve spotřebovaném dřevě a elektřinu v MWh/rok. Spotřeby energie pro jednotlivé energonositele je nutné hledat na druhé straně grafického znázornění a jsou uvedeny v koláčovém grafu v KWh/rok, tyto hodnoty je pak nutné využívat v případě dokladování předběžných spotřeb elektřiny, nikoli celkové dodané energie do budovy. Podrobněji jsou pak jednotlivé energetické toky popsány v protokolu PENB.

Současně je třeba zmínit fakt, že v celkové dodané energii není zahrnuta elektřina pro domácí spotřebiče a další činnost domácnosti (např. vaření). Tato spotřeba se běžně v současné době pohybuje kolem 300–800 kWh/rok. V případě kalkulace celkových nákladů na provoz RD je nezbytné tuto hodnotu připočítat k vypočtené spotřebě, pokud zpracovatelem PENB již nebyla zahrnuta (volitelná možnost u většiny výpočetních SW), viz přístup 1 ke zpracování PENB.

Většina výpočetních SW používaných v současné době k hodnocení energetické náročnosti budov mimo povinně výstupy v podobě grafického znázornění a protokolu PENB umožňuje exportovat vlastní výstupy – sjetiny. Ty pak obsahují mnohdy detailnější informace o celkových energetických tocích, než nabízí PENB. Současně tyto výstupy zpravidla odkrývají okrajové podmínky použité pro vlastní výpočet a pomocí nich lze provézt relativně snadnou kontrolu relevance zpracovaného PENB.

Na základě analýzy provozu rodinných domů a porovnání výsledků z výpočetních modelů lze tvrdit, že PENB může dát stavebníkovi relevantní údaje o budoucí spotřebě energie s odchylkou cca do 10 % za předpokladů typického chování uživatele.

doc. Ing. Lukáš Ferkl, PhD., Ing. Miroslav Urban, PhD. a kol.
Autoři pracují v Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT v Praze.
Foto a obrázky: FENIX a UCEEB

Literatura, podklady
[1]    Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů
[2]    Vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov
[3]    TNI 730331 – Energetická náročnost budov – Typické hodnoty pro výpočet
[4]    URBAN, M. – KABELE, K. Národní kalkulační nástroj NKN II [počítačová aplikace]. Ver. 3.051 Praha, 2014. Dostupné z <http://nkn.fsv.cvut.cz>. Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov, 30 MB.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.