Případové studie budov s téměř nulovou spotřebou energie v ČR - bytový dům

Pohled na budovy s téměř nulovou spotřebou energie v kontextu současných legislativních požadavků v ČR (část 4)
Datum: 28.12.2016  |  Autor: prof. Ing. Karel Kabele, CSc., ČVUT Praha, Fakulta stavební, katedra TZB, Ing. Miroslav Urban, Ph.D., ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra technických zařízení budov

Případové studie budov s téměř nulovou spotřebou energie v ČR

Případová studie rodinného domu ukazuje podmínky, kterým se musí přizpůsobit drobní stavebníci. Případová studie bytového domu demonstruje koncepční přístup k developerskému projektu. Koncepční přístup naznačuje nutné kroky, jež je třeba učinit v případě bytových projektů v následujících letech. Poslední případová studie administrativní budovy je zaměřena na požadavky využití obnovitelných zdrojů energie v těchto typech budov včetně systémového řešení technických systémů z pohledu využívaných energonositelů.

Čtěte také související článek
Pohled na budovy s téměř nulovou spotřebou energie v kontextu současných legislativních požadavků v ČR

Bytový dům

Případová studie pro bytový dům vychází z reálné studie bytového domu, kdy cílem bylo zhodnotit stávající stav projektu s cílem nastínění strategie variantního řešení vedoucího ke koncepci nZEB. Tato případová studie zjednodušeně ukazuje přístup k optimalizaci budovy jako celku z pohledu hodnocení energetické náročnosti budovy, jelikož hodnocení ukazatelů energetické náročnosti budov vyjadřuje komplexní technickou kvalitu budovy. Hodnocení ukazatelů energetické náročnosti tak neovlivňuje pouze kvalita tepelně technických vlastností, ale také řešení technických systémů a budovy a energonositelů spotřebovaných v budově. Z tohoto důvodu je uvažováno porovnání variantního řešení obálky budovy, které zastupuje Uem, a pěti variant různých technických systémů.

Kombinace tepelně technických vlastností vychází ze stávajícího stavu, navrhovaných variant řešení a dalších možných kombinací, pomocí nichž je demonstrován přístup k lepšímu kvalitativnímu zatřídění budovy vzhledem k energetickým třídám ukazatelů energetické náročnosti budovy – celkové dodané energie do budovy a neobnovitelné primární energie.

Celý výpočet je postaven na modelu, který prověřuje několik desítek různých reálných kombinací tepelně technických vlastností obálky budovy, kdy každou reálnou kombinaci parametrů jednotně reprezentuje vypočtené Uem hodnocené budovy v kvalitativním rozmezí 0,52–0,21 W/m2·K, viz grafy na obr. 10 a 11. Vzhledem ke značné rozmanitosti konstrukcí obálky budovy jsou varianty definovány přímo Uem, kdy tato hodnota může být cílovou hodnotou pro definování parametrů dílčích konstrukcí.

Ve výpočetním modelu je následně uvažováno porovnání pěti variant řešení technických systémů, které mohou následně ovlivňovat splnění požadavků nastavených v současné době pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Uvažované varianty řešení technických systémů jsou uvedeny v tab. 6.

  • Varianta 1 představuje stávající stav, vytápění a příprava z objektové předávací stanice a větrání budovy jsou přirozené, předpokládá se dodržení minimálních hygienických požadavků na větrání obytných prostor.
  • Varianta 2 je zpracována jako varianta se systémem nuceného větrání pomocí bytových větracích jednotek se zpětným získáváním tepla, uvažuje se průměrná sezonní účinnost 70 %.
  • Varianta 3 předpokládá stejné řešení jako stávající stav, kdy příprava teplé vody je doplněna o solární systém určený pouze pro přípravu TV.
  • Varianta 4 kombinuje systém nuceného větrání uvedený ve variantě 2 a systém termických solárních kolektorů pro variantu 3.
  • Varianta 5 předpokládá využití tepelného čerpadla.
Tab. 6. Varianty řešení technických systémů pro energetické hodnocení
OznačeníVytápěníVětráníPříprava teplé vodyOstatní
Varianta 1 – stávající stavobjektová předávací stanice, teplovodní otopná soustavapřirozenéobjektová předávací stanice, zásobníkový ohřevnejsou další systémy
EnergonositelCZTCZT
Varianta 2objektová předávací stanice, teplovodní otopná soustavanucené větrání, ZZT = 70 %objektová předávací stanice, zásobníkový ohřevnejsou další systémy
EnergonositelCZTelektřinaCZT
Varianta 3objektová předávací stanice, teplovodní otopná soustavapřirozenéobjektová předávací stanice, zásobníkový ohřevtermický solární systém pro přípravu TV
EnergonositelCZTCZTenergie okolního prostředí
Varianta 4objektová předávací stanice, teplovodní otopná soustavanucené větrání, ZZT = 70 %objektová předávací stanice, zásobníkový ohřevtermický solární systém pro přípravu TV
EnergonositelCZTelektřinaCZTenergie okolního prostředí
Varianta 5tepelné čerpadlopřirozenétepelné čerpadlonejsou další systémy
Energonositelelektřinaelektřina
1. Energetické hodnocení

Minimální referenční požadavky pro jednotlivé ukazatele EN reprezentuje tab. 7. Splnění požadavků právních předpisů závisí na skladbě technických systémů, z tohoto důvodu jsou pro varianty technických systémů 2, 4, tzn. varianty s řízeným větráním a zpětným získáváním tepla, stanoveny odlišné referenční požadavky. Současně jsou pro tuto budovu nastaveny hranice klasifikačních tříd EN, které jsou vztaženy vždy k nové budově, tzn. hranice klasifikačních tříd EN se v čase nemění. Hranice tříd EN jsou vytyčeny pro každou budovu individuálně a reagují na stavební a technické řešení budovy. Současně vyhláška č. 78/2013 Sb. uvádí, že pro účely uvedení ukazatelů energetické náročnosti budovy v informačních a reklamních materiálech při prodeji nebo pronájmu budovy se použije zjednodušená forma znázornění obsahující pouze klasifikační třídu EN celkové dodané energie a její měrnou hodnotu vztaženou na energeticky vztažnou plochu.

Tab. 7. Minimální právní požadavky pro ukazatele energetické náročnosti budovy (BD – bytový dům)
Ukazatel energetické náročnostinový BD
do 1. ledna 2015
nový BD
po 1. lednu 2015
BD v režimu nZEB
Varianta technických systémů č. 1, 3, 5
Uem,R [W/m2·K]0,420,420,37
Qfuel,R [kWh]741 114741 114683 970
QnPE,R [kWh]990 982891 884742 591
Varianta technických systémů č. 2, 4
Uem,R [W/m2·K]0,420,420,37
Qfuel,R [kWh]668 401668 401613 002
QnPE,R [kWh]952 560857 304713 380
Tab. 8 – Hranice klasifikačních tříd EN pro jednotlivé ukazatele EN pro danou budovu
Spodní hranice
pro třídy EN
ABCDEFG
Slovní vyjádření
třídy EN
mimořádně úspornávelmi úspornáúspornáméně úspornánehospodárnávelmi nehospodárnámimořádně nehospodárná
Varianta technických systémů č. 1, 3, 5
Uem [W/m2·K]0,270,340,420,630,841,05< 1,05
Qfuel [kWh/m2rok]46,1569,2392,31138,46184,61230,77< 230,80
Qfuel [kWh/rok]370 586555 879741 1721 111 7571 482 3431 852 929< 1 852 929
QnPE [kWh/m2rok]60,2890,42120,56180,84241,12301,40< 301,40
QnPE [kWh/rok]484 011726 017968 0231 452 0341 936 0462 420 057< 2 420 057
Varianta technických systémů č. 2, 4
Uem [W/m2·K]0,270,340,420,630,841,05< 1,05
Qfuel [kWh/m2rok]41,6062,4083,20124,80166,40207,90< 207,90
Qfuel [kWh/rok]333 925500 888667 8501 001 7751 335 7001 669 625< 1 669 625
QnPE [kWh/m2rok]57,8086,80115,70173,50231,40289,20< 289,20
QnPE [kWh/rok]464 455696 682928 9101 393 3651 857 8202 322 275< 2 322 275

Grafy na obr. 10 a 12 popisují hodnocení ukazatelů EN (neobnovitelné primární energie QnPE a celkové dodané energie Qfuel) a stanovení klasifikačních tříd EN v závislosti na stavebním řešení budovy a variant technických systémů 1, 3 a 5 pro uvedené dva ukazatele EN. Grafy na obr. 11 a 13 popisují uvedené pro varianty technického systému 2 a 4, tzn. řízené větrání s rekuperací. Jak bylo uvedeno výše, zatřídění ukazatele EN celkové dodané energie Qfuel (stanovení klasifikační třídy EN pro Qfuel) je pak prezentováno např. v komerčních sděleních, reklamních materiálech a při prodeji nemovitosti. Jedná se tedy o dílčí klasifikační hodnocení, se kterým je konfrontován kupující nebo nájemce.

2. Možnosti dosažení standardu budovy s téměř nulovou spotřebou energie

Předmětný bytový dům disponuje energeticky vztažnou plochou o výměře 8030 m2, z tohoto důvodu se na tento typ bytového domu vztahuje, v případě podání stavebního povolení po 1. lednu 2018, požadavek na prokázání splnění požadavků pro nZEB. V rámci navrhovaných variant obálky budovy a technických systémů lze požadavek na nZEB splnit se všemi navrhovanými variantami technických systémů, jak již bylo uvedeno, za předpokladu, že kvalita obálky budovy musí být v úrovni lepší než Uem = 0,37 W/ m2·K. V případě splnění tohoto kvalitativního parametru budou automaticky splněny zbylé dva ukazatele EN – celková dodaná energie do budovy a neobnovitelná primární energie. Jak je patrné z dále uvedených grafů, týká se to kombinací parametrů obálky, které reprezentují varianty obálky budovy s lepším standardem než Uem = 0,37 W/m2.K. S těmito variantami, případně variantami kvalitativně lepšími, lze uvažovat v případě dosažení cíle hodnocení budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Současně tyto požadavky platí pro tento bytový dům od 1. ledna 2018.

3. Hodnocení navrhovaných variant a klasifikační třídy energetické náročnosti pro komerční sdělení

Přiložené grafy současně ukazují hranice pro klasifikační třídy EN, přičemž pro komerční sdělení je vyžadováno použití zatřídění celkové dodané energie, viz obr. 10 a 11. V tomto případě průběh grafu jasně ukazuje, že v případě stávajícího stavu se budova řadí do klasifikační třídy B pro všechny uvažované varianty technických systémů. V případě dosažení klasifikační třídy A je nezbytné pro varianty technických systémů, vyjma varianty s nuceným větráním a ZZT, nastavit kvalitativně obálku budovy lepší než Uem = 0,24–0,25 W/m2·K. Varianty technických systémů 2 a 4, tedy varianty reprezentující stav s větracím systémem s rekuperací, dosáhnou hranice klasifikační třídy A již kvalitou obálky reprezentující minimálně cca Uem = 0,28 W/m2·K a lepší. Varianta technického systému s nuceným větráním se zpětným získáváním tepla výrazně snižuje celkovou dodanou energii do budovy. Nutno poznamenat, že varianty technických systémů 3 a 4, tzn. varianty obsahující termický solární systém, nejsou z pohledu hodnocení celkové dodané energie nijak zvýhodněny, z důvodu započtení produkce energie z těchto systémů do celkové dodané energie. K tomu bude přihlédnuto v další části analýzy, kdy bude odlišena energie zakoupená a energie získaná z okolního prostředí.

V rámci analýzy bylo následně hodnoceno celkem devět variant řešení obálky budovy a současně pět variant technických systémů včetně stávajícího stavu. Tyto varianty jsou porovnány ve vztahu k dodané energii do budovy; v této bilanci není zahrnuta energie okolního prostředí vstupující do budovy ve variantách technických systémů 3 a 4, varianty s tepelným čerpadlem. V celoroční bilanci je tedy uvedena pouze energie, kterou lze definovat jako zakoupenou dodanou energii do budovy.

Tab. 9. Porovnání dodané energie pro jednotlivé typy variant (celková dodané energie zahrnuje energii dodanou v podobě zemního plynu a elektřiny)
Varianta řešení technického systémuVarianta 1 – stávající stavVarianta 2Varianta 3Varianta 4Varianta 5
Varianta obálky budovydodaná energie do budovy – tzv. koupená, bez zahrnutí energie okolního prostředí [kWh/rok]
Stávající stav
(Uem = 0,38 W/m2·K)
441 489388 232355 439302 182439 584
Hranice pro nZEB
(Uem = 0,37 W/m2·K)
433 088379 812347 038293 762431 266
Hranice pro třídu A
pro varianty 2 a 4
(Uem = 0,28 W/m2·K)
386 330337 325300 279251 275167 378
Uem = 0,30 W/m2·K393 822345 843307 771259 793392 386
Hranice pro třídu A
pro stávající stav a variantu 3 (Uem = 0,25 W/m2·K)
372 632327 466286 582241 416363 480

Procentuální vyjádření úspory mezi jednotlivými kombinacemi variant řešení technických systémů a obálky budovy postihuje tabulka 10, kde jsou barevně odlišeny kombinace variant vedoucí k provozní úspoře 5 až 10 % (červeně), 10 až 20 % (žlutě), 20 až 30 % (modře) a více než 30 % (zeleně). Jako provozně nejvýhodnější je identifikována varianta 4 technických systémů, kdy ve srovnání se stávajícím stavem se předpokládá úspora provozních nákladů ve výši 31 až 46 % v závislosti na kvalitě obálky budovy oproti stávajícímu projektovanému stavu. Následuje varianta 3 s termickým solárním systémem a varianta 2 pouze se systémem řízeného větrání. Nejlépe vychází varianta s využitím tepelných čerpadel, kde se úspora dodané koupené energie pohybuje v rozmezí 50–60 % v závislosti na kvalitě obálky budovy ve srovnání se stávajícím stavem.

Tab. 10. Procentuální úspora jednotlivých kombinací variant technických systémů a variant obálky budovy vzhledem ke stávajícímu stavu
Varianta řešení technických systémů
Varianta obálky budovyvarianta 1 – stávající stavvarianta 2varianta 3varianta 4varianta 5
Stávající stav
(Uem = 0,38 W/m2·K)
0,0 %12,1 %19,5 %31,6 %56,7 %
Hranice pro nZEB
(Uem = 0,37 W/m2·K)
1,9 %14,0 %21,4 %33,5 %57,5 %
Hranice pro třídu A
pro varianty 2 a 4
(Uem = 0,28 W/m2·K)
12,5 %23,6 %32,0 %43,1 %62,1 %
Uem = 0,30 W/m2·K10,8 %21,7 %30,3 %41,2 %61,4 %
Hranice pro třídu A
pro stávající stav
a varianty 1, 3, 5
(Uem = 0,25 W/m2·K)
15,6 %25,8 %35,1 %45,3 %64,2 %
4. Shrnutí

Stávající stav návrhu bytového domu je z pohledu energetického hodnocení plně vyhovující do časového horizontu končícího 31. prosincem 2017. V případě podání stavebního povolení po tomto datu je nutné splnit také požadavky pro nZEB.

Zařazení budovy klasifikační třídy EN, která je využívána při prodeji, pronájmu nemovitostí a v reklamních sděleních je pro všechny varianty technických systémů hodnoceno při základní obálce budovy jako třída B – velmi úsporná. Zařazení do klasifikační třídy A závisí na zvoleném řešení technických systémů a kvalitě obálky budovy. V případě uvedených variant technických systémů je nutné uvažovat kvalitu obálky budovy minimálně na úrovni Uem = 0,24 W/m2·K, resp. Uem = 0,28 W/m2·K pro varianty technických systémů 2 a 4.

Obr. 10. Závislost neobnovitelné primární energie na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 1, 3 a 5, neplatí pro varianty č. 2 a 4, vyznačené šedě.)
Obr. 10. Závislost neobnovitelné primární energie na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 1, 3 a 5, neplatí pro varianty č. 2 a 4, vyznačené šedě.)
Obr. 11. Závislost neobnovitelné primární energie na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 2 a 4, neplatí pro varianty č. 1, 3 a 5, vyznačené šedě.)
Obr. 11. Závislost neobnovitelné primární energie na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 2 a 4, neplatí pro varianty č. 1, 3 a 5, vyznačené šedě.)
Obr. 12. Závislost celkové dodané energie do budovy na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 1, 3 a 5, neplatí pro varianty č. 2 a 4 – vyznačené šedě.)
Obr. 12. Závislost celkové dodané energie do budovy na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 1, 3 a 5, neplatí pro varianty č. 2 a 4 – vyznačené šedě.)
Obr. 13. Závislost celkové dodané energie do budovy na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 2 a 4, neplatí pro varianty č. 1, 3 a 5, vyznačené šedě.)
Obr. 13. Závislost celkové dodané energie do budovy na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 2 a 4, neplatí pro varianty č. 1, 3 a 5, vyznačené šedě.)
 
English Synopsis
Access to Buildings with Nearly Zero Energy Consumption (Part 4)

The article describes the impact of the contemporary and future legislative requirements for new buildings in terms of their conception and utilization of renewable resources. Soon, the requirement of quality standard is going to be effective in the Czech Republic that is called building with nearly zero energy consumption. That quality standard is defined at national level by legal regulations based on the requirement of European standard. On examples of family house, residential house and administration building, the impact of the to-be-established requirements for building conception is being demonstrated from the construction as well as the technical systems' point of view. With the existing development trend maintained it can be expected that a building with nearly zero energy consumption will have, comparing to an existing building, a better quality building shell, technical systems working with high efficiency and potentially may but needn't be, partially supplied by renewable energy resources.

 

Hodnotit:  

Datum: 28.12.2016
Autor: prof. Ing. Karel Kabele, CSc., ČVUT Praha, Fakulta stavební, katedra TZB   všechny články autoraIng. Miroslav Urban, Ph.D., ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra technických zařízení budov   všechny články autora



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Projekty 2017

Partneři - NZEB

logo FENIX

logo HELUZ
logo BUDERUS

Odborný garant

Odborná spolupráce

 
 

Aktuální články na ESTAV.czCeny bytů od začátku roku do konce května vzrostly o 6,7 procentaNekoupejte se v chlóruDoupě osamělého vlka: Loftový byt naplnil představy starého mládenceNovinka Liapor Mix final – skvělý systém pro rekonstrukce podlah