Panelové domy – na cestě k pasivnímu standardu

Česká republika se dnes musí vyrovnávat s dědictvím komunistické éry výstavby nízkonákladových a mnohdy též nekvalitních panelových objektů. V současnosti je v České republice 1,2 milionu panelových bytů, ve kterých žije celkem 30 % Čechů. Původní panelové domy dnes mimo užitných a estetických problémů nevyhovují zejména požadavkům na ekonomický provoz domácností. V současné době proto probíhá vlna rekonstrukcí domů na vyšší energetický standard. Mnoho rekonstrukcí je však prováděno s krátkodobým výhledem a úpravy znamenají významné snížení komfortu nebo dokonce i hygieny užívání bytů. Jaké jsou možnosti energetických úspor rozsáhlého bytového sektoru panelových objektů v České republice a ekonomický potenciál dnešního standardního přístupu k rekonstrukcím těchto objektů?

Charakteristika panelových budov
Panelové budovy mají určité specifické rysy, které jsou ve stavebnictví málo časté. Hlavní charakteristikou objektů je jistá stejnorodost tvarového řešení (stavební soustavy, identická podlaží, stejnorodá funkce), konstrukční řešení (kvalita obálky budovy), podobnost bytových jader a řešení technických zařízení budov. Z tohoto důvodu se částečně jedná o masovou produkci (stejnorodé vystavěné produkty) oproti jinak ty­pickému individuálnímu řešení (obr. 2). Z důvodu této stejnorodosti panelových domů mohly být v rámci výzkumného úkolu použity dvě metody počítačové simulace – metoda parametrického modelu a metoda statistické analýzy.

Pro určení celkového potenciálu byla využita automatická počítačová simulace jako nástroj pro formulaci cílených makroanalytických závěrů.

Metoda parametrického modelu
Geometrii panelového objektu lze popsat jednoduše pomocí několika parametrů. Panelové domy jsou vlastně složené z částí podobně jako například stavebnice LEGO. Objekty se skládají ze sekcí (obr. 3), které složením tvoří základní šířku (š) a hloubku (h) půdorysu; další charakteristikou je konstrukční výška (v) a počet podlaží (n). Průčelní fasáda má v některých případech kolmé stěny, které lze také popsat parametrem – členitostí fasády. Jednotlivé sekce lze dále skládat vzájemným půdorysným posunem – kontaktem se štítovou stěnou. Při popisu parametrické geometrie objektu se dále specifikuje podíl jednotlivých druhů fasád v rozdělení na štítovou, průčelní, lodžiovou a schodišťovou stěnu. K fasádám se dále zadají okna – jako procenta zasklení. Výsledkem je jednoduše a přitom podrobně definovaný objekt s určenou geometrií a rozdělením do jednotlivých konstrukčních skladeb.

Metoda statistické analýzy
Úlohou výzkumného úkolu je formulovat potenciál, ekonomická a environmentální řešení sektoru panelových budov v České republice. Proto byla zvolena metoda statistické analýzy, neboť analýza jednotlivých případových studií by cílený efekt nepřinesla.

Prvním krokem statistické analýzy je definování reprezentativního vzorku. Pro účely tohoto úkolu byly z dostupných podkladů analyzovány jednotlivé geometrické parametry (např. rozmezí a četnost počtu podlaží, rozmezí hloubky sekce, hloubka a šířka lodžií, procento zasklení jednotlivých druhů fasád, stínění atd.) Dále byly prozkoumány odhady tepelnětechnických parametrů konstrukcí obálky budovy – konstrukce byly rozděleny do jednotlivých tříd podle kvality a roku výstavby – a vstupy pro energetické výpočty (počet osob, vnitřní zisky, potřeba teplé vody na osobu atd.). Zjištěná data o rozmezí a pravděpodobnosti výskytu jednotlivých vstupů byla využita pro formulování reprezentativního vzorku 10 000 panelových budov – virtuálního panelového města, s kompletní specifikací pro energetické, ekonomické a ekologické analýzy.
Virtuální panelové město podle sesbíraných dat reprezentuje panelové budovy v České republice. Výsledky simulací získané na tomto vzorku lze proto považovat za reprezentační pro celý sektor panelových budov u nás.

Výpočetní model pro zmíněných 10 000 budov byl vytvořen v programu MS Excel 2007. Ve výpočetním modelu vyvinutém společností EkoWATT pro účely tohoto výzkumu je zahrnuta metodika výpočtu podle ČSN EN 13790 [3], TNI 730330 [1] a zjednodušený výpočet podle PHPP [2]. K výpočtu energetických ukazatelů je navíc v modelu zakomponováno zjednodušené ekonomické hodnocení investic, provozních nákladů, návratnosti a podobně. Počítačový model zpracovává vzorky jednotlivých budov jednotlivě a postupně za sebou tak dlouho, až propočítá plný vzorek 10 000 objektů.
–>–>
Metoda dílčích výzkumných úkonů
Do energetického modelu bylo třeba zadat některé vstupy, pro které nebyly sesbírány dostatečné podkladové materiály. Z tohoto důvody musely být provedeny dílčí výzkumné úkoly, jejichž výsledkem bylo upřesnění či charakteristika požadovaného vstupu, tak aby mohly být provedeny energetické simulační výpočty. Pro dílčí úkoly byly nejčastěji voleny metody laboratorního nebo provozního měření či metody podrobné počítačové simulace pomocí dynamických výpočetních modelů chování budov [5] a [6] a simulace CFD.

Analyzovaná úsporná opatření
Výzkum je zaměřený na možná úsporná opatření z hlediska komplexního přístupu k energetice budovy. Proto mezi zvažovaná opatření patří stavební opatření (zateplení stěn, střech, podzemního podlaží, výměna oken, výměna meziokenních vložek, zasklení lodžií a další), kvalitní koncepce větrání (centrální podtlakový systém, rovnotlaké centrální nucené větrání s re­kuperací, bytové rovnotlaké větrání s rekuperací, kombinované větrání s přípravou teplé vody), příprava teplé vody (rekuperační vodovodní jednotky, redukce průtoku, perlátory), zdroje tepla na vytápění a přípravu teplé vody (tepelné čerpadlo na zemní plyn, elektrické tepelné čerpadlo vzduch – voda, kondenzační kotelna na zemní plyn a další). Studie také analyzuje využití obnovitelných zdrojů energie – solární tepelné systémy na přípravu teplé vody a fotovoltaické systémy [7].

V tomto příspěvku je porovnán dnešní standardní přístup k rekonstrukcím panelových domů s komplexním přístupem s podstatně vyšší dosaženou úsporou energie a dostatečným komfortem bydlení z hlediska kvality vnitřního vzduchu. Komplexní přístup také zahrnoval více možností výměny zdroje tepla a ohřevu teplé vody.

Standardní přístup při zadání počítačové simulace zahrnoval zateplení obvodového pláště expandovaným polystyrenem (EPS) a minerální vlnou o tloušťce 120 mm, zateplení stěn lodžií EPS o tloušťce 80 mm, sanaci střechy s dodatečným zateplením EPS o tloušťce 100 mm a výměnu oken za okna se součinitelem prostupu tepla Uw = 1,1 W/(m² . K). Tato opatření odrážejí dnes zcela běžný postup včetně abso­lutní absence jakéhokoliv řízeného přísunu čerstvého vzduchu do bytů.

Komplexní přístup naproti tomu počítá s progresivnějším, avšak ekonomickým přístupem k sanaci obálky budovy. Obvodový plášť je zateplen izolací EPS a minerální vlnou o tloušťce 200 mm, stěny lodžií šedým EPS o tloušťce 80 mm, střecha je sanována způsobem skladby a EPS o tloušťce 170 mm. Okna byla na základě výsledků ekonomické analýzy uvažována také se součinitelem prostupu tepla Uw = 1,1 W/(m2 . K). Dále se počítá s instalací centrálního rovnotlakého systému nuceného větrání s rekuperací a výměnou centrálního zdroje tepla za účinné elektrické tepelné čerpadlo typu vzduch – voda s bivalentním elektrokotlem.

Obr. 4  Předpoklad měrné potřeby tepla na vytápění podle [1], [2]

Výsledky energetického hodnocení
Histogram na obr. 4 ukazuje potenciál respektive pravděpodobnost bytového sektoru panelových budov v České republice na splnění kritéria pasivního standardu potřeby tepla na vytápění – hranici 15 kWh/(m² . rok). Dále byly vyhodnoceny předpoklady pro dosažení tříd energetické náročnosti – analýza celkové energetické náročnosti budovy po rekonstrukci včetně spotřeby na přípravu teplé vody, nucené větrání a osvětlení (obr. 5).

Obr. 5  Předpoklad zatřídění objektů podle průkazů energetické náročnosti budov [4]

Podle výsledků provedené analýzy [1] lze za předpokladu kvalitního řešení vzduchotěsnosti objektů dosáhnout popsaným komplexním řešením pasivního standardu u 90 % objektů. Při standardním řešení vzduchotěsnosti se do pasivního standardu dostává 55 % objektů. Na vzduchotěsnosti z tohoto pohledu zcela zásadně záleží. Podle německé metodiky [2] se však pasivnímu standardu panelové objekty s komplexním přístupem pouze přibližují.

Pokud se zaměříme na celkovou energetickou náročnost budovy, je z výsledků zobrazených v grafu na obr. 5 patrné, že samotný komplexní přístup k rekonstrukci posouvá objekty do energetické třídy B, respektive A – při využití tepelného čerpadla. Standardní provedení rekonstrukcí posouvá objekty do tříd B až C. Zároveň také histogram zobrazuje stav objektů před rekonstrukcí – třídy D až G.

Obr. 6  Čistá současná hodnota vztažená na byt po 40 letech (opatření v dnešním standardním provedení a v doporučeném komplexním řešení s CZT nebo s TČ)

Výsledky ekonomického hodnocení
Z pohledu celkového efektu finančních úspor v investičním horizontu 40 let (kritérium čisté současné hodnoty) vychází jak dnešní nekvalitní standard, tak komplexní kvalitní přístup poměrně srovnatelně (obr. 6). Nekvalitní standard má návratnost kratší – v prosté návratnosti vychází (za předpokladu současných průměrných cen) standardní provedení na 7 až 14 let, komplexní varianta s tepelným čerpadlem na 9 až 15 let a komplexní varianta s centrálním zdrojem tepla na 10 až 18 letech (prostá návratnost vložené investice) (obr. 7).

Obr. 7  Histogram prosté návratnosti kombinace opatření v dnešním standardním provedení a v doporučeném komplexním řešení

Zcela pochopitelně se výrazně liší dnešní standardní a komplexní přístup v celkové výši vložené investice. Z analýz provedených v rámci tohoto výzkumu vyplývá, že oproti standardu investor zaplatí v průměru o 50 % více v případě komplexní varianty, v případě komplexní varianty s instalací tepelného čerpadla pak v průměru o 67 % více (obr. 8).

Obr. 8  Předpokládané investiční náklady na průměrný byt

Investice na průměrnou bytovou jednotku činí podle výzkumných odhadů ve standardní varian­tě 100 až 260 tis. Kč (průměrně 150 tis. Kč/byt), v komplexní variantě 140 až 350 tis. Kč (průměrně 220 tis. Kč/byt), v komplexní variantě s tepelným čerpadlem 160 až 350 tis. Kč a výše (průměrně 250 tis. Kč/byt). Veškeré uvedené náklady nepředpokládají víceinvestice do rekonstrukce, které přímo nesouvisejí s energetickou náročností budov (např. sanační opatření, architektonické prvky apod.).
 
Diskuse a závěr
Příspěvek dokazuje, že panelové domy v České republice jednoznačně mají možnost dosáhnout pasivního standardu, tedy alespoň v kritériu potřeby tepla na vytápění. Lze jej docílit za předpokladu komplexního přístupu k rekonstrukci, tedy v nadstandardním řešení obálky budovy, vzduchotěsnosti obálky budovy a s kon­cepcí účinného větrání s rekuperací.

Příspěvek také ukazuje, že dnešní standardní provedení rekonstrukcí mají srovnatelná hlavní ekonomická kritéria – celkovou finanční úsporu (čistá současná hodnota) a prostou návratnost. Pro výpočty bylo navíc uvažováno s růstem cen energií ve výši 3 % ročně. Při reálnějším odhadu vyššího růstu cen energií se posouvá komplexní přístup k výrazně příznivějším hodnotám, nežli je současný nekvalitní standard.

Ing. Petr Vogel, Ing. Jan Antonín, Ing. Petr Kotek, Ph.D., Ing. Lucie Šancová, Mgr. František Macholda, MBA, Ing. Jiří Beranovský, Ph.D., MBA.
Recenzoval: Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D.
Foto a obrázky: Dano Veselský, autoři

Autoři působí ve společnosti EkoWATT cz, s. r. o.

Příspěvek je výstupem výzkumného projektu VAV-SP-3g5-221-07 – Komplexní rekonstrukce panelových domů v nízkoenergetickém standardu [7].

Článek byl prezentován na 6. národní konferenci Simulace budov a techniky prostředí v listopadu 2010 v Praze.

Literatura
1.    TNI 730302: Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění – Bytové domy, červen 2009.
2.    PHPP: Passivhaus Planungspakett.
3.    ČSN EN ISO 13790: Tepelné chování budov. Výpočet potřeby energie na vytápění. Praha: ČNI, 2005.
4.    Vyhláška MPO č. 148/2007 Sb.
5.    IES Software Integrated Environmental Systems ,verze 5.9.
6.    ECOTECT Software, verze 2010.
7.    www.panelovedomy.ekowatt.cz.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.