Technická zařízení pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie

Evropská směrnice o energetické náročnosti budov definuje obecné požadavky na výstavbu všech nových budov tak, aby splňovaly kritéria budov s téměř nulovou spotřebou energie. Tento požadavek je v České republice zakotven v zákonu 406/200 Sb. o hospodaření energií a navazujících vyhláškách. Příspěvek ukazuje na příkladu rodinného domu, jak vhodnou kombinací technických systémů lze kritéria budovy s téměř nulovou spotřebou splnit.

Budovy s téměř nulovou spotřebou energie v České republice

V souvislosti s implementací požadavků směrnice 2010/31/EU je nutné, aby nové budovy k datu 2020 splňovaly požadavek na budovu s téměř nulovou spotřebou energie. Časové ukotvení požadavků stanovuje [1]. Budovou s téměř nulovou spotřebou energie (nZEB – nearly zero energy building) se rozumí „budova s velmi nízkou energetickou náročností, jejíž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů“ [1].

Praktickou stránku a provedení tohoto požadavku řeší v České republice [2], kdy bude postupně během následujících let hodnota požadavku ukazatele energetické náročnosti – neobnovitelné primární energie – u referenční budovy ponížena o Δe_p,R, viz obr. 1. Hodnocená budova potom musí tento zpřísněný požadavek dosáhnout zvýšením podílu systému využívající OZE, nebo zlepšením obálky budovy. Budova s téměř nulovou spotřebou energie potom musí splnit požadavek snížené hodnoty neobnovitelné primární energie pro rodinné domy o 25 %, pro bytové domy o 20 % a ostatní budovy o 10 %.

Obr. 1 Vývoj požadavků na ukazatele energetické náročnosti budov ve vztahu k výchozímu stavu požadavků v roce 2012. Požadavky roku 2020 odpovídají splnění požadavku na budovy s téměř nulovou spotřebou energie. 

Současně je také k příslušnému datu pro budovu s téměř nulovou spotřebou energie zpřísněn požadavek na průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy prostřednictvím požadavku referenční budovy. Platí, že požadavek je nastaven na úroveň 0,7 × U_em,R (Obr. 1). Požadavky uvedené na obr. 1 pro rok 2020 se však podle velikosti energeticky vztažné plochy a vlastníka vztahují na některé budovy již od dřívějšího data (Tab. 1).

Případová studie rodinného domu

Studie řeší pět variant technických systémů pro případovou studii rodinného domu. Studie porovnává dosažení požadavků na energetickou náročnost budov a zatřídění ukazatelů energetické náročnosti budov – celkové dodané energie do budovy Q_fuel, neobnovitelné primární energie Q_nPE v závislosti na kvalitě obálky budovy a různých řešení technického systému.

Obr. 2 Objekt rodinného domu

Jedná se o dvoupodlažní rodinný dům, kde dispoziční řešení objektu umožňuje instalaci různých zdrojů tepla, např. zdroje tepla, které vyžadují větší prostorové nároky – kotel na dřevo/pelety, akumulační/solární zásobník apod. Dispoziční řešení představuje klasické dispoziční členění. V 1. NP levou část podlaží představuje technické zázemí a skladové prostory, zbývající část zaujímá obývací prostor a prostor kuchyně. V 2. NP se nachází dětské pokoje, ložnice, koupelna.

Stanovení hodnot ukazatelů nZEB pro posuzovaný objekt

Používaný způsob hodnocení budov v ČR je založen na principu referenční budovy, která se vytváří pro každý posuzovaný případ. Hodnoty získané výpočtem referenční budovy pak stanovují meze pro zatřídění budovy a absolutní hodnoty jsou tak různé pro každý posuzovaný případ. Pro tento rodinný dům (RD) jsou referenční hodnoty ukazatelů energetické náročnosti (EN) uvedeny v tabulce 2.

Variantní řešení technických systémů pro rodinný dům

• Varianta 1 předpokládá stav, kde jsou vytápění a příprava TV zajištěny plynovým kotlem a větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla. 
• Varianta 2 reprezentuje využití tepelného čerpadla vzduch-voda pro vytápění a přípravu TV, větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla. 
• Varianta 3 předpokládá stav, kde jsou vytápění a příprava TV zajištěny kotlem na dřevo a akumulačním zásobníkem o objemu 750 l a větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla. 
• Varianta 4 představuje přímotopný systém, kde je vytápění objektu zajištěno pomocí topných rohoží a příprava TV pomocí elektrického zásobníku TV o objemu 150 l. Větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla. 
• Varianta 5 předpokládá stav, kde jsou vytápění a příprava TV zajištěny elektrickým kotlem a termickým solárním systémem. Větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla.

Hodnocení energetické náročnosti budovy z hlediska nZEB

Výpočet energetické náročnosti byl pro všechna posuzovaná řešení technických systémů proveden za předpokladu splnění požadavku na průměrný součinitel prostupu tepla pro nZEB dle tab. 2. Posouzení, zda dané řešení technického systému vyhovuje požadavkům budovy s téměř nulovou spotřebou energie, se pak omezuje na hodnocení ukazatele neobnovitelné primární energie (Obr. 3).

Obr. 3. Porovnání variant technických systémů z pohledu neobnovitelné primární energie Q_nPE za předpokladu dodržení minimálního legislativního požadavku na obálku budovy

Pokud bude obálka budovy nastavena na minimální požadovanou úroveň pro nZEB standard, tzn. U_em = 0,23 W/m².K, budova pro varianty technických systémů, variantu 1 – zemní plyn, variantu 2 – tepelné čerpadlo, variantu 3 – kotel na dřevo, splňuje z pohledu neobnovitelné primární energie požadavek pro nZEB. Pro tyto varianty není tedy pro splnění požadavků vyhlášky nutné instalovat další systémy využívající OZE, což je ovšem v rozporu se základní definicí nZEB, která použití OZE vyžaduje.

Varianty využívající elektřinu jako hlavní energonositel nesplní při nejhorší možné obálce budovy požadavek na neobnovitelnou primární energii, a je nutné pro tyto varianty uvažovat systém využívající OZE – nejčastěji fototermický, nebo fotovoltaický solární systém, případně doplňkový zdroj tepla na biomasu (krbová vložka). V případě přímotopného systému by OZE měly pokrýt 12 193 kWh energie, v případě systému s elektrickým kotlem 16 472 kWh.

Závěr

Současná legislativa definuje požadavky s výhledem do roku 2020 a po roce 2020, kdy pro rodinné domy začínají platit požadavky definující budovu s téměř nulovou spotřebou (nZEB). Koncepce technického systému má velký vliv na splnění jednoho z požadavků nZEB, neobnovitelnou primární energii Q_nPE.

Tato studie ukázala vliv technických systémů na splnění požadavků nZEB. Obecně lze říci, že rodinné domy s kondenzačním kotlem na ZP, případně tepelným čerpadlem a kotlem na biomasu (pelety, dřevní hmotu) nebudou mít problém splnit požadavky pro nZEB, pokud budou mít obálku kvalitativně nastavenou na úroveň nZEB.

Současně je třeba podotknout, že se jednalo o případovou studii pro jeden konkrétní rodinný dům. Výsledky lze paušalizovat, nicméně s ohledem na jejich možné rozpětí způsobené typem objektu, koncepcí modelu a jeho okrajových podmínek.

Rodinné domy, které využívají elektrické vytápění a přípravu TV pomocí elektřiny, budou muset mít vždy doplňkový zdroj na dřevní hmotu v kombinaci s fototermickým, nebo fotovoltaickými solárním systémem.

Poděkování

Tato práce byla podpořena programem 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“.

prof. Ing. Karel Kabele, CSc., Ing. Miroslav Urban, Ph.D.
Autoři pracují na Katedře technických zařízení budov Stavební fakulty ČVUT v Praze.

Literatura
[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.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 3/2017.