Vliv pomocných energií na stanovení energetické náročnosti budov
V souvislosti se snižováním potřeby energie na zajištění požadovaných parametrů vnitřního prostředí budov roste význam správného určení výše pomocných energií. Autoři na příkladech různého přístupu k započítání pomocných energií dokladují význam této dříve opomíjené složky tvořící celkový obraz o energetické náročnosti budov.
Recenzent: Karel Kabele
Příspěvek popisuje nutnost správně zahrnout vliv pomocných energií při vytváření průkazu energetické náročnosti budov. Tato složka má velký vliv zejména u rozsáhlejších staveb, kde na pomocných složkách (čerpadla, ventilátory, kompresory pro chlazení) spotřebujeme relativně velké množství energie. Na administrativní budově s velkým podílem prosklených ploch je demonstrováno, jak může nesprávné nebo neúplné zadání pomocných energií ovlivnit celkovou bilanci energií v posuzovaném objektu.
Pomocná energie při výpočtu ENB
Při zpracovávání průkazu energetické náročnosti budov vstupují do výpočtu mimo jiné i parametry systémů TZB a výsledná spotřeba energie je pak rozdělena ve většině případů na dvě složky:
1) Spotřeba energie jednotlivých systémů
(Qfuel, H, Qfuel,C, Qfuel, RH, Qfuel, W, Qfuel, L)
Tato složka představuje hodnoty spotřeb energií, kde do výpočtu vstupují: klimatická data oblasti, zadané parametry vnitřního prostředí v budově (návrhové teploty, vlhkosti, výměny vzduchu apod.), charakteristiky jednotlivých systémů (typ zdroje tepla/chladu, účinnost výroby, účinnost distribuce, účinnost regulace, účinnost sdílení, výkony zdrojů nebo objemové průtoky vzduchu) a v neposlední řadě i provozní doba. Spotřeby energií jsou pak stanovené především na základě výpočtu potřeby tepla, potřeby chladu a potřeby teplé vody [3].
2) Spotřeba pomocné energie jednotlivých systémů
(Qaux, H, Qaux, C, Qaux, F, Qaux, W)
Mezi pomocné, ne však méně důležité spotřeby energií řadíme spotřebu elektrické energie na pohon čerpadel, ventilátorů, kompresorů a regulačních prvků. Do samotného výpočtu potom zahrnujeme elektrické příkony: oběhových čerpadel, prvků měření a regulace, emise v distribučních prvcích (např. příkon ventilátorů v konvektorech nebo v jednotkách fan-coil), ventilátorů a příkon zařízení pro úpravu vlhkosti [3].
Popis zkoumané budovy
Pro demonstraci problematiky byla zvolena administrativní budova z roku 2005–2006, viz obr. 1. Budova je tvořena čtyřmi nadzemními a jedním podzemním podlažím. V objektu jsou převážně kancelářské prostory (1.–4. NP), stravovací zařízení (1. NP), v 1. PP jsou situovány podzemní otevřené garáže a na střeše objektu jsou umístěny strojovny vzduchotechniky a kotelna.
Konstrukčním systémem budovy je železobetonový monolitický skelet. Obvodový plášť je proveden z větší části jako provětrávaná fasáda – železobetonové stěny opatřené tepelnou izolací a zavěšeným obkladem z lícovaných cihel. Zbývající část fasády tvoří celoprosklený lehký obvodový plášť. Střechy objektů jsou ploché s inverzní skladbou, okna jsou hliníková s izolačním dvojsklem a dveře jsou prosklené v ocelových rámech. Geometrickou charakteristiku budovy popisuje tabulka 1.
Interní mikroklima v budově je zajišťováno systémem vytápění, klimatizace a chlazení. Vytápění budovy zajišťují dva plynové kotle, systém je teplovodní s nuceným oběhem. Prostory jsou vytápěny převážně teplovzdušně z centrální VZT jednotky a pomocí podstropních jednotek fan-coil. V některých místnostech jsou osazena otopná tělesa. Příprava teplé vody je zajištěna lokálními ohřívači.
Ve strojovně na střeše budovy jsou osazeny dvě centrální vzduchotechnické jednotky, které dodávají upravený vzduch především do prostorů kanceláří. V kancelářských prostorech jsou umístěny i podstropní klimatizační jednotky fan-coil. Některé provozní celky (garáže, WC, část stravování) mají navíc vlastní odtahové ventilátory.
Budova je chlazena pomocí jednotek fan-coil a centrální VZT jednotky. Chladicí voda je dodávána z výrobníku ledové vody.
Varianty výpočtu
Výpočet energetické náročnosti administrativní budovy byl proveden v programu Energie 2010. Odlišnost spočívala ve variantním zadávání následujících parametrů:
Systém vytápění:
elektrický příkon čerpadel – instalovaný příkon čerpadel otopné soustavy; příkon regulace – instalovaný elektrický příkon systémů měření a regulace (dále jen MaR) v rámci otopné soustavy; příkon emise – příkon systému emise v distribučních prvcích otopné soustavy (např. příkon ventilátorů v podlahových konvektorech) [4];
Systém vzduchotechniky:
příkon ventilátorů – instalovaný elektrický příkon ventilátorů VZT systému; příkon ostatních částí systému mechanického větrání – všechny části VZT systému kromě ventilátorů (např. zpětné získávání tepla, úprava vlhkosti, MaR) [4];
Systém chlazení:
příkon čerpadel – instalovaný elektrický příkon čerpadel chladicí soustavy; příkon regulace – celkový instalovaný příkon všech systémů MaR v rámci chladicí soustavy; příkon čerpadel ZZT chlazení – příkon čerpadel ZZT; příkon emise – instalovaný příkon systému emise v distribučních prvcích chladicí soustavy (např. ventilátory v jednotkách fan-coil) [4];
Systém přípravy teplé vody
– bez instalace čerpadel – lokální ohřev;
Rozdíl jednotlivých variant spočíval v různém způsobu zadání výše zmíněných parametrů pomocných energií. Ostatní parametry budovy zůstaly shodné pro všechny varianty. V tab. 2 nalezneme hodnoty, se kterými byly jednotlivé varianty zadávány.
První varianta představuje zadání parametrů dle skutečného stavu. Hodnoty byly převzaty z projektové dokumentace budovy.
Druhá varianta představuje zadání na základě odhadu parametrů (dovolila bych si tvrdit, že tato varianta odpovídá většině reálných případů, ve kterých dokumentace není zpracována v takovém rozsahu, aby obsahovala i specifikaci prvků).
Třetí varianta představuje extrém, kdy pomineme veškeré zadávání parametrů pro pomocné energie (i tyto případy mohou při zpracovávání průkazu ENB nastat, jestliže osoba, která průkaz ENB vytváří, je nedostatečně zasvěcena do problematiky TZB).
Vyhodnocení variant
Po zadání veškerých požadovaných vstupů byly vypočteny následující hodnoty spotřeb energií pro jednotlivé varianty. Tabulka 3 představuje hodnoty spotřeb energií jednotlivých systémů TZB bez zahrnutí vlivu pomocných energií.
V tabulce 4 pak nalezneme výsledky spotřeb pomocných energií pro jednotlivé varianty zadání, hodnoty celkové roční dodané energie do budovy pro jednotlivé varianty (jedná se o součty hodnot z tabulky 3 a z tabulky 4) a nakonec i zatřídění objektu do příslušné třídy ENB (druh budovy administrativní).
Závěr
Z tabulky 4 je patrné, že v případě posuzované administrativní budovy mají spotřeby pomocné energie nezanedbatelný podíl na celkové spotřebě energie v objektu. Ve variantě 1 (nejvíce blízká realitě) představují pomocné energie 24,5 % (51 kWh/m2rok) z celkové roční spotřeby energie (207 kWh/m2rok). Varianta 2 pak z hlediska pomocných energií zaujímá 8,6 % (15 kWh/m2rok) z celkové roční spotřeby energie objektu (171 kWh/m2rok). Poslední varianta představuje zastoupení pomocných energií ve výši 2,8 % (5 kWh/m2rok) z celkové roční spotřeby energie (161 kWh/m2rok).
Dále jsme si ověřili, že v případě objemnějších budov s velkým zastoupením systémů TZB, je nutné zadávat parametry vstupující do výpočtu pomocných energií co nejvěrohodněji. Při neúplném zadání se může výsledná spotřeba pomocných energií lišit až o desítky kWh/m2rok (rozdíl mezi var. 1 a var. 3 činí 46 kWh/m2rok), což může budovu posunout do jiné třídy ENB, než do které by měla reálně patřit.
Závěrem lze říci, že z hlediska vypovídací hodnoty průkazu ENB by bylo mnohem vhodnější dokládat průkaz ENB až ve fázi dokumentace pro provádění stavby, kdy máme k dispozici veškeré potřebné údaje. Otázkou však je, zda by budovy (s hojným zastoupením systémů TZB) splňovaly požadavek, který ovlivňuje povolení stavby příslušným stavebním úřadem, a to zatřídění ENB nejhůře do třídy C.
Poděkování
Příspěvek vznikl ve spolupráci s firmou DEA Energetická agentura, s.r.o., s podporou specifického výzkumu VG FAST 2011 – projekt č. 1316 – Vliv sluneční energie a energie země na snížení energetické náročnosti budov a s podporou Jihomoravského centra pro mezinárodní mobilitu v rámci programu „Brno Ph.D. talent“. Program finančně podporuje Statutární město Brno a je součástí „Regionální inovační strategie 3“ Jihomoravského kraje.
Literatura
[1] Zákon č. 406/2006 Sb., o hospodaření energií. In Sbírka zákonů, Česká republika, 2006,
částka 130, s. 5658–5670.
[2] Vyhláška č. 499/2006 Sb. o dokumentaci staveb. In Sbírka zákonů, Česká republika, 2006,
částka 163, s. 6872–6910.
[3] URBAN, M., KABELE, K., ADAMOVSKÝ, D., KABRHEL, M., MUSIL, R. Popis metodiky výpočtu hodnocení energetické
náročnosti budov podle vyhlášky 148/2007 Sb.; dostupné ze stránek: http://tzb.fsv.cvut.cz/ projects/nkn/?page=literatura
[4] Nápověda programu Energie 2010
Influence of auxiliary energy for determine the energy performance of buildings
Building energy performance decreasing usually causes increase the influence of auxiliary energy. Authors on the specific example of an office building compared auxiliary energy determined by measuring and different methods of calculation.
Keywords: energy decreasing, auxiliary energy, calculation, EPBD