Jsou budovy s velmi nízkou energetickou náročností opravdu dražší?

Datum: 10.6.2013  |  Autor: prof. Ing. Jan Tywoniak, CSc., Ing. Jan Antonín, Ing. Pavel Kopecký, Ph.D., Fakulta stavební ČVUT v Praze  |  Recenzent: doc. Ing. Josef Chybík, CSc., FAST VUT Brno, doc. Ing. František Kulhánek, CSc., ČVUT Praha

Bouřlivé a často nekvalifikované diskuse věnované tomu, zda zpřísnění stavebněenergetických předpisů jsou správná, bývají doprovázeny výpočty dokazujícími – často tendenčně – co je potřeba. Příspěvek připomíná problém vypovídací schopnosti stavebněenergetických výpočtů, zejména v kombinaci s finančními souvislostmi, a využívá k tomu automatizovaného výpočtu energetické náročnosti velkého vzorku budov. Diskutuje zvýšení investiční náročnosti nízkoenergetických řešení.

Úvodem

V evropských zemích [1] probíhá inventura stavebně-energetických předpisů. Pokud se zjistí, že požadavky nejsou na úrovni „nákladového optima“, má se zajistit, aby při nejbližší příležitosti došlo k odpovídajícímu zpřísnění. Tato dobře míněná a obecně formulovaná snaha se proměňuje v konkrétní a často odlišné kroky v členských zemích EU a regionech.

Je nepochybně velmi užitečné mít k dispozici nástroj, dovolující „pohled shora“ na energetickou náročnost – použitelný pro studie platné pro celé skupiny budov najednou. Současně by takový přístup mohl být užíván jako skutečný nástroj v procesu integrovaného navrhování budov (integrated building design), s výhodou organizovaný v jednom systému, od počáteční studie až po finální odevzdání projektu.

Stochastický výpočet

Výpočty využívající měsíční metody hodnocení [2] se opakují automaticky pro velký počet souborů vstupních údajů (typicky tisíců). Použijí se stochastické principy výběru vstupních dat a vyjádření výsledků. Podstatné je, že je možné pracovat i s neúplnými daty. Vstupní data mohou být zadávána jako konkrétní údaj (pokud je k dispozici), jako odkaz na předpis, normu apod. ve formě nepřekročitelné hodnoty nebo intervalu hodnot. Neuvedené vstupní údaje doplní softwarový nástroj automaticky, výběrem z nejtypičtějších hodnot pro danou vlastnost.

Výsledky jsou pak vyjádřeny ve formě statistického vyhodnocení všech provedených výpočtů (celkové rozložení, interval pro 90 % výsledků, pravděpodobnost dosažení nějakého předem nastaveného cíle). Doprovodná citlivostní analýza popisující význam jednotlivých vstupních údajů může napomoci při volbě úprav v dalším zpřesňování návrhu budovy. Statistické rozložení je tím užší, čím konkrétnější údaje byly zadávány [3].

Příklady analýz

Obr. 1 ukazuje typická statistická rozložení výsledků výpočtu potřeby tepla na vytápění středně velké obytné budovy s požadovanými hodnotami součinitele prostupu tepla [5].

Obr. 1
Obr. 1 Porovnání měrné potřeby tepla na vytápění [kWh/(m2a)] pro obytnou budovu o objemu 5 000–8 000 m3 s požadovanými hodnotami součinitele prostupu tepla vyjádřené pomocí četnosti rozložení. V případech A, B, C nejsou k dispozici žádné informace o geometrii budovy, orientaci, kompaktnosti, velikosti zasklení, stínění, ani o počtu obyvatel. Některé údaje jsou uvedeny konkrétněji v případu D: obestavěný objem 6 500 m3, 45 obyvatel. Celková účinnost zpětného získávání tepla (ZZT) byla uvažována takto: případ A – bez ZZT, případ B – informace není k dispozici, tedy pohybuje se mezi 0 % a 70 %, případ C a D – účinnost ZZT 70 %.
Obr. 2
Obr. 2 Studie vztahu mezi neobnovitelnou částí provozní primární energie v kWh/a (osa x) a celkovými náklady za 30 let v EUR (osa y), vztažené na 1 m2 podlahové plochy – pro středně velké obytné budovy (G3 obvyklé řešení, G2 nízkoenergetické řešení, G1 pasivní)

Předmětem zkoumání v dalším příkladu (obr. 2) byla celková energetická náročnost opět obecně zadané středně velké obytné budovy (vytápění, teplá voda, pomocná elektrická energie na provoz energetických systémů, umělé osvětlení). Hodnoty byly vyjádřeny ve formě neobnovitelné části primární energie [4]. Ve výpočtu šlo o virtuální soubor 3000 budov splňujících podmínky podle tab. 1 a tab. 2. Stavební řešení odpovídají (zobrazeno odděleně) 3 kategoriím, přibližně označitelným jako obvyklá úroveň, nízkoenergetická budova a pasivní budova. V úvahu byla mj. brána i odlišná kompaktnost a velikost prosklení.

Tato studie byla doplněna o finanční hodnocení. Investiční náklady na pořízení budovy odpovídají obvyklým hodnotám a zohledňují jejich nárůst při volbě energeticky pokročilejšího řešení. Nadto je ve výpočtu uvažována (náhodná) fluktuace investičních nákladů v rozsahu ±10 %, bez ohledu na úroveň řešení. Provozní náklady jsou uvažovány po dobu 30 let. To může být chápáno jako obvyklá délka etapy životního cyklu budovy a odpovídá pravidlům výpočtů „nákladového optima“ [1]. Ceny energie odpovídají situaci v roce 2011 a rostou 4 % z roku na rok. Celkové náklady jsou pak součtem investičních a provozních.

Výsledky jsou vyjádřeny ve formě grafu celkových nákladů v závislosti na primární energii (neobnovitelné části). Hlavním energetickým nosičem je v uvedeném případě zemní plyn; pomocná energie na provoz technických systémů a na umělé osvětlení je zajištěna konvenční elektřinou.

Překrývající se „mraky“ hodnot ilustrují očekávanou situaci: Z dlouhodobého hlediska není patrný žádný významný rozdíl v celkových nákladech mezi skupinami budov podle jejich stavebně-energetické kvality. Jinými slovy, za stejný objem prostředků je možné získat energeticky velmi špatnou nebo velmi dobrou budovu [4]. Z logických důvodů by tedy měly mít prioritu budovy s velmi nízkou energetickou náročností.

Další studie [6] ukázaly ještě větší překrytí „mraků“ hodnot, pokud jsou základním energetickým nosičem obnovitelné zdroje energie (biomasa, solární systém). V takovém případě hrají pomocná energie a umělé osvětlení zcela dominantní roli.

Obr. 3 Vybrané souhrnné výsledky studie nákladově optimálního řešení obytných budov [4].
Obr. 3 Vybrané souhrnné výsledky studie nákladově optimálního řešení obytných budov [4]. Výsledek pro dvakrát 3 000 náhodných kombinací parametrů odpovídajících středně velké obytné budově, vždy ve trojí energetické kvalitě (odprava doleva): obvyklé, nízkoenergetické a pasivní. Využívá se kotle na zemní plyn nebo kotle na dřevěné peletky spolu s 50% pokrytím potřeby energie na přípravu teplé vody solárním termickým systémem. Šipky naznačují další možné snížení měrné potřeby primární energie při instalaci fotovoltaického systému přibližně na polovině střechy.

Na obr. 3 jsou shrnuty výsledky dalších studií, porovnávajících využití odlišných energetických systémů pro shodné stavební kvality budov. S využitím stochastických metod výpočtu jsou stanoveny hodnoty pro vytápění a přípravu teplé vody, pomocnou elektrickou energii a elektřinu na umělé osvětlení. Současně se ukazuje možnost další redukce potřeby primární energie díky aplikaci střešních fotovoltaických systémů. Takové výsledky lze využít jako podklad pro kvalifikovanou diskusi k potřebnému definování, co se může chápat jako energetická úroveň „budovy s téměř nulovou energetickou náročností“ [1].

Tab. 1 Součinitel prostupu tepla a zpětné získávání tepla pro tři skupiny stavební kvality hodnoceného vzorku budov
Označ.Součinitel prostupu tepla U [W/(m2K)]Účinnost zpětného
získávání tepla
[%]
StěnaPodlaha na zeminěStřechaOknoTepelné vazby (celkově)
G30,20–0,360,30–0,450,20–0,241,10–1,700,05–0,100
G20,15–0,200,18–0,300,15–0,200,85–1,100,02–0,050,70–0,85
G10,10–0,150,12–0,180,08–0,150,70–0,850,00–0,020,70–0,85
Tab. 2 Vybrané celkové vlastnosti hodnoceného vzorku budov
Dolní limitHorní limit
Obestavěný objem [m3]50008000
Počet podlaží [–]48
Obsazenost bytů [os./byt]24
Plocha bytu [m2/byt]40100
Vzduchotěsnost n50 [1/h]0,504,00
Energetická propustnost zasklení (solární zisky) g [–]0,350,60
Energie pro přípravu teplé vody [kWh/(os.a)]350750
Účinnost umělého osvětlení [lm/W]1065

Závěrem

Provedené studie dokládají, že celkové náklady jsou prakticky shodné (odlišnosti v řádu procent), bez ohledu na stavebně-energetickou kvalitu řešení. Ve značné míře to platí i pro odlišné scénáře růstu cen energie [6]. Na druhou stranu je dobré připomenout, že reálně nabízené ceny stavebních prací jsou nejvýrazněji ovlivněny atraktivností lokality, a tedy jen do určité míry odrážejí stavebně-energetickou kvalitu. Trh pro pasivní budovy navíc není dosud dostatečně rozvinut, komponenty nejsou vyráběny a užívány ve srovnatelně velkém objemu jako u převažující výstavby. Zcela je také pominut fakt, že vtipným a od počátku důsledným řešením může být lepší stavebně-energetický standard investičně již nyní nákladově neutrální, jak se ukazuje například u sociální výstavby bytových budov v Rakousku. Neexistuje tedy žádný důvod nevybrat si takové řešení, které charakterizuje co nejnižší energetická náročnost a minimální negativní vliv na životní prostředí. Bonusem lepšího řešení budovy je menší závislost na budoucím nejasném vývoji cen energie a vyšší kvalita vnitřního prostředí (dosud finančně neoceňovaná).

Z analýz lze také odvodit, že případná podpora lepší výstavby z veřejných prostředků nemusí být nijak velká – postačila by například kombinace finanční podpory snížením úroku pro úvěry a zajištěním odloženého zahájení jeho splácení, spolu s prémií za skutečně progresivní řešení.

Studie na velkém vzorku budov ukazují obecné tendence daleko spolehlivěji než jednotlivé výpočty, byť provedené v několika variantách. Pro podporu integrovaného navrhování obytných budov byl na našem pracovišti vyvinut volně přístupný softwarový nástroj [7] pracující výše uvedeným způsobem. Počítá tisíc variant vygenerovaných z odpovídajících datových souborů a přibližně za 90 sekund zašle zpět protokol s výsledky, statistickým vyhodnocením a citlivostní analýzou.

Literatura

  • [1] Směrnice o energetické náročnosti budov, Evropská komise, 2010/31/EU
  • [2] ČSN EN ISO 13790 Energetická náročnost budov – Výpočet spotřeby energie na vytápění a chlazení
  • [3] Tywoniak, J. – Antonín, J. – Kopecký, P.: Stochastic Approach for Useful Energy Performance Calculations. Proceedings SB13 Conference, Munich, 2013
  • [4] Tywoniak, J. a kolektiv: Nízkoenergetické domy 3. Nulové, pasivní a další. GRADA 2012
  • [5] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov. Část 2 – Požadavky, UNMZ 2011
  • [6] Tywoniak, J. at al.: Report on Testing of Cost Optimum Methodology. Study for Joint Research Centre EU, Institute for Energy, 2011
  • [7] http://optimalizacebudovy.fsv.cvut.cz
 
Komentář recenzenta
doc. Ing. Josef Chybík, CSc., FAST VUT Brno, doc. Ing. František Kulhánek, CSc., ČVUT Praha
Velmi stručný a velmi zajímavý článek s vysoce aktuální tématikou, který se zabývá otázkou nákladovosti energeticky úsporných staveb v porovnání se stavbami realizovanými v obvyklém standardu. Kritériem hodnocení jsou celkové náklady, dané jako součet investičních a provozních nákladů za období 30 let. Do investičních nákladů se promítá i jejich zvýšení v důsledku energeticky pokročilejšího řešení. Vyhodnocení je prováděno na velmi rozsáhlých souborech budov s rozdílnou úrovní energetického řešení a výsledky jsou automaticky statisticky zpracovány.
Na několika v článku publikovaných analýzách autoři demonstrují postupy jednotlivých výpočtů a způsob jejich vyhodnocení. Odpověď na otázku, uvedenou v názvu článku, je dosti nečekaná. Vzhledem k tomu, že nejsem seznámen se softwarem, který byl v tomto případě použit, lze se jen velmi obtížně vyjádřit k detailním výsledkům jednotlivých výpočtů a jejich interpretaci. V každém případě lze ale konstatovat, že autoři docházejí k závěrům, které lze označit za poněkud nekonformní a které mohou být z pohledu obecně hlásaných teorií o energeticky úsporných stavbách předmětem rozsáhlých diskusí.
Domnívám se, že na základě omezeného množství informací obsažených v článku lze jen stěží činit zásadní a principiální závěry (to ani zjevně nebylo snahou autorů textu) – na druhou stranu je však třeba výsledky takovýchto analýz brát v úvahu a pokusit se pomocí uvedeného výpočtového mechanismu dopracovat k zobecňujícím výsledkům se širší platností. Určitě by bylo zajímavé provést vyhodnocení pro případ, kdy energeticky úsporné objekty jsou investičně na srovnatelné úrovni s objekty standardními – tento vývoj nákladů sami autoři v textu připouštějí.
V každém případě doporučuji hodnocený článek k publikaci, neboť ho považuji za velmi zajímavý příspěvek do diskuse o energetické náročnosti a nákladovém optimu budov, daném platnými předpisy.
English Synopsis
Are low-energy buildings really more expensive?

Turbulent but often incompetent discussions about more stringent building-energy requirements are accompanied by calculations proving - often biased - what is needed. The article deals with the problem of reliability of building-energy calculations, especially when combined with financial evaluation. The stochastic calculation of energy performance of a large sample of buildings is used. Costs increase of low-energy solutions is discussed.

 

Hodnotit:  

Datum: 10.6.2013
Autor: prof. Ing. Jan Tywoniak, CSc., Fakulta stavební ČVUT v PrazeIng. Jan Antonín   všechny články autoraIng. Pavel Kopecký, Ph.D., Fakulta stavební ČVUT v PrazeRecenzent: doc. Ing. Josef Chybík, CSc., FAST VUT Brno, doc. Ing. František Kulhánek, CSc., ČVUT Praha



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


 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czOriginální svítidla a opojné světlo Ingo MaureraBarevné nálady, kombinace, inspirace: ZelenáObce z východního okolí Prahy jsou proti změnám trasy okruhu