Obnovitelné zdroje energie a legislativní požadavky na budovy

Článek se zabývá posuzováním vlivu obnovitelných zdrojů energie při hodnocení energetické náročnosti budov z pohledu zákonných předpisů v ČR. V úvodu je uveden souhrn nejdůležitějších zákonů a vyhlášek, které se týkají uvedené problematiky. Dále je v článku ilustrativní příklad výpočtu energetické náročnosti pro rodinný dům. Je uvažováno s třemi variantami vytápění a přípravy TV (plynový kotel, tepelné čerpadlo a elektrické vytápění). Výsledná energetická náročnost rodinného domu pro dané varianty je posuzována z pohledu současných a budoucích požadavků kladených na tento typ objektu ve smyslu dodané energie, primární energie a průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy. V závěru článku je polemika nad potřebným podílem obnovitelných zdrojů pro jednotlivé varianty systému vytápění a přípravy TV.

Recenzent: Petr Horák

Příspěvek popisuje vliv současných legislativních požadavků na návrh nových budov z pohledu využití obnovitelných zdrojů. Současné legislativní požadavky reflektují požadavek evropské směrnice o energetické náročnosti budov, který je definován s cílem značného rozsahu pokrytí spotřeby energie v budovách pomocí obnovitelných zdrojů. Zavedení tohoto požadavku je v národní legislativě časově odstupňováno. Na příkladech je demonstrován dopad zavedených požadavků na koncepci budov a jejich technických systémů.

Úvod

Požadavek na změnu certifikace budov si vynutilo změnové znění zákona č. 406/2000 Sb., ve znění pozdějších předpisů, které vyšlo ve sbírce zákonů na podzim roku 2012 jako č. 318/2012 Sb., dále pak prováděcí vyhláška č. 78/2013 Sb. [2]. Nové budovy musí splnit současně tři ukazatele energetické náročnosti. Jedná se o splnění ukazatele Q_nPE, Q_fuel a U_em.

Implementací požadavků směrnice 2010/31/EU se mimo jiné vyžaduje, aby nové budovy k datu 2020 splňovaly požadavek pro tzv. budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Budovou s téměř nulovou spotřebou energie se rozumí „budova s velmi nízkou energetickou náročností (nZEB), jejíž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů“ [1]. Praktickou stránku a provedení tohoto požadavku řeší [2], kdy bude postupně během následujících let hodnota požadavku ukazatele energetické náročnosti – neobnovitelné primární energie – ponížena o procentuální podíl viz tab. 1. Filozofie tohoto opatření je založena na předpokladu, že hodnocená budova musí zpřísněný požadavek dosáhnout zvýšením podílu systému využívající OZE, a současně zlepšením parametrů obálky budovy. Vývoj požadavků na ukazatele energetické náročnosti budov pro různé typy budov ukazuje obr. 1 pro jednotlivé typy budov (RD – rodinný dům, BD – bytový dům a ostatní typy budov). Požadavek pro U_em se nemění v závislosti na typu budovy.

Požadavky uvedené na obr. 1 platné od roku 2020 se však na některé typy nových budov vztahují již od dřívějšího data podle velikosti energeticky vztažné plochy. Nových budov, jejichž vlastníkem a uživatelem bude orgán veřejné moci nebo subjekt zřízený orgánem veřejné moci, s energeticky vztažnou plochou >1500 m² se požadavek dotkne již za několik měsíců, viz tab. 1.

 

Případová studie – rodinný dům

Pro případovou studii nejsou definovány tepelně-technické vlastnosti obálky budovy, ty jsou proměnou veličinou. Požadavky na nZEB stanovují kvalitativní mez obálky budovy v podobě U_em a požadavek na Q_nPE, který by měl zohledňovat využití OZE.

Řešený případ představuje dvoupodlažní rodinný dům. Z pohledu technického systému vytápění a přípravy TV je zpracován výpočet pro tři variantní řešení technických systémů budov. Rodinný dům má zastavěnou plochu 78,4 m², celkovou užitnou plochu 111 m², obestavěný prostor 435 m³.

Energonositel, který zajišťuje daný typ spotřeby (vytápění, přípravu TV) ovlivňuje celkové hodnocení. Současně se mění celková započitatelnost toků energie, kdy v případě použití tepelného čerpadla se do celkové dodané energie pro daný zdroj započítá nejen elektřina ze sítě, ale také energie z okolního prostředí s konverzním faktorem pro neobnovitelnou primární energii rovným nule.

Pro ilustraci vlivu koncepčního řešení rodinného domu z pohledu technického systému vytápění a přípravy TV je zpracován výpočet pro tři varianty technických systémů budov, viz tab. 3.

Předpokládá se, aby budova komplexně splnila požadavek hodnocení energetické náročnosti, že musí současně splnit požadavky na celkovou dodanou, neobnovitelnou primární energii a U_em, viz tab. 4.

Splnění požadavků pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie

Celá analýza je postavena na matematickém modelu, který prověřuje 100 různých reálných kombinací tepelně-technických vlastností obálky budovy (U všech konstrukcí obálky budovy, U_w oken), kdy každou reálnou kombinaci parametrů jednotně reprezentuje vypočtené U_em hodnocené budovy. Požadavky stanovené prostřednictvím referenční budovy jsou pro všechny varianty shodné.

Variantní řešení případové studie

Graf na obr. 2 reprezentuje hodnocení Q_fuels ohledem na měnící se parametry obálky budovy pro všechny tři uvedené varianty. Z grafu je patrná výhoda elektrického sálavého systému, který má z porovnávaných variant nejvyšší účinnost.

S kvalitnější obálkou budovy, tedy nižší hodnotou U_em, se rozdíly v celkové dodané energii zmenšují a narůstá vliv dílčí Q_fuel,W, která je prakticky pro všechny varianty stejná. Z pohledu splnění všech požadavků je požadavek na Q_fuel splněn nepřímo tím, jak je dán požadavek na U_em. Z tohoto důvodu se tento typ objektů v režimu hodnocení nZEB bude pohybovat nejhůře ve třídě energetické náročnosti B pro va­riantu elektrického vytápění, případně A. Požadavky ukazatele Q_nPE, jak bylo řečeno výše, vedou k většímu využití energie z obnovitelných zdrojů.

Z grafu na obr. 3 je patrné, že va­rianta 1, která nevyužívá žádný podíl energie získané z obnovitelných zdrojů, splňuje požadavek na nZEB již při limitním požadavku na U_em a se zlepšujícím se U_em klesá adekvátně Q_fuel i Q_nPE.

Varianta 3 navzdory velmi nízké Q_fuel díky f_nPE má vysokou vypočtenou spotřebu Q_nPE a bez využití OZE není možné splnit požadavek. Varianta 2 podle očekávání splnila požadavek a současně má nejnižší vypočtenou spotřebu Q_nPE.

Graf na obr. 3 znázorňuje splnění požadavků a zatřídění ukazatele Q_nPE.

Graf na obr. 4 ilustruje pro jednotlivé varianty nutný podíl OZE prostřednictvím záporných hodnot, který technické systémy musí zajistit, aby byl splněn základní požadavek pro nZEB. V případě variant 1 a variant 2 vyplývá splnění požadavku přímo z požadavku na obálku budovy. Varianta 3 už při maximálně možném U_emvyžaduje minimálně 50 % podíl OZE. Následně, pokud bude obálka kvalitnější, se tento podíl snižuje. Pro U_em= 0,18 W·m^–2·K^–1 je požadovaný podíl OZE snížen na cca 35 %.

Zde se nabízí otázka stanovení nákladového optima pro koncepci budovy, kdy je nutné cca 50 % energie získávat prostřednictvím technických systémů z OZE. Nicméně spotřeba energie budovy je už díky nadstandardně kvalitní obálce velmi malá a tudíž ekonomická návratnost potřebných systémů může být diskutabilní, pomine-li se solární termický systém pro přípravu TV.

Závěr

Trend snižování energetické náročnosti budov je proces, který v našich podmínkách funguje dlouhodobě přirozeně jako výsledek snahy o optimalizaci investičních a provozních nákladů budov. Zavedení pojmu budova s téměř nulovou spotřebou energie vzbudilo zájem, odpor i očekávání odborníků i široké veřejnosti. Při zachování stávajícího vývojového trendu lze očekávat, že budova s téměř nulovou spotřebou energie bude mít oproti dnešní běžné budově kvalitnější obálku budovy, dobře regulovatelné vytápění, větrání a osvětlení a bude zásobována částečně z obnovitelných zdrojů energie.

Literatura

1. Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů.
2. Vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov.
3. KURNITSKI, J. Technical definition for nearly zero energy buildings. REHVA Journal, vol. 50, issue 3: 22–29, 2013.
4. URBAN, M., KABELE, K.: Národní kalkulační nástroj NKN [počítačová aplikace]. Ver. 3.052 Praha, 2014. Dostupné z <http://nkn.fsv.cvut.cz>. Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov, 37 MB.

Seznam označení a zkratek

• D_ep podíl ponížení požadavku pro neobnovitelnou primární energii [%]
• f_nPE faktor neobnovitelné primární energie [–]
• nZEB budova s téměř nulovou spotřebou energie
• OZE obnovitelný zdroj energie
• Q_fuel, Q_delroční celková dodaná energie do budovy [Wh]
• Q_nPE roční neobnovitelná primární energie [Wh]
• U_em průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy [W·m^–2·K^–1]

Tento příspěvek vznikl za podpory Evropské unie, projektu OP VaVpI č. CZ.1.05/2.1.00/03.009 Univerzitní centrum energeticky efektivních budov.

Poznámka recenzenta

Vývoj ve stavebnictví jednoznačně směřuje ke snižování energetické náročnosti nových budov. Tepelné ztráty nových rodinných domů již běžně oscilují kolem hodnoty několika kilowatt. Za takovéto situace se logicky dostáváme do bodu, kdy klasické teplovodní soustavy přestávají být ekonomické zajímavé, jsou drahé. Ukazuje se, že v případě malých tepelných ztrát domů je velmi zajímavá myšlenka využití přímotopného elektrického vytápění, z důvodu nízkých pořizovacích nákladů. Elektrické vytápění je ovšem v rozporu s filozofií snižování spotřeby primární energie, protože zde je výsledná spotřeba primární energie velmi vysoká. Ve vyřešení tohoto problému vidím velkou výzvu pro projektanty budov s téměř nulovou spotřebou energie, ale rovněž i pro výrobce zařízení pro vytápění.

---

Renewable energy sources and regulatory requirements on the energy performance of buldilngs

The paper describes effect of the current legislative requirements for design of new buildings in terms of utilization of renewable sources. Legislative requirements are reflected a requirement of the European Directive on Energy Performance of Buildings, which is defined to a considerable coverage of energy consumption in buildings by using energy from renewable sources. Examples, described in the paper, demonstrate the impact of the imposition of requirements on the design of buildings and technical systems.

Keywords: EPBD, energy performance, building, renewable source