Energetická hospodárnosť historických budov

1. Úvod

Budova s takmer nulovou potrebou energie je z hľadiska energetickej hospodárnosti zatriedená do energetickej triedy A0, pričom rozhodujúcim globálnym ukazovateľom je hodnota primárnej energie. Dosiahnutie tejto kategórie si vyžaduje komplexné zlepšenie tepelno-technických vlastností obvodového plášťa budovy a návrh optimálneho riešenia, ktoré zabezpečí rovnováhu medzi investičnými nákladmi na progresívne stavebné materiály, technické zariadenia budov a celkovým znížením energetickej náročnosti.

Pri významnej obnove historických budov alebo objektov kultúrneho dedičstva je potrebné uplatňovať súčasné požiadavky na energetickú hospodárnosť len v prípade, že sú technicky, ekonomicky a pamiatkovo uskutočniteľné. Na dosiahnutie požadovanej úrovne energetickej efektívnosti je nevyhnutné navrhnúť vhodný koncept obnovy obvodového plášťa, zahŕňajúci strešné, stenové a podlahové konštrukcie, ako aj transparentné výplňové konštrukcie, v súlade s aktuálnymi normovými požiadavkami [1]. Jednou z efektívnych možností zvýšenia energetickej hospodárnosti historických budov je obnova transparentných výplňových konštrukcií so zohľadnením požiadaviek pamiatkovej ochrany. Takéto zásahy si často vyžadujú technicky náročné riešenia, ktoré sú spojené so zvýšenými finančnými nákladmi. Z tohto dôvodu sú pre vlastníkov historických objektov k dispozícii dotačné mechanizmy, najmä v rámci Plánu obnovy, zamerané na podporu obnovy a zachovania kultúrneho dedičstva. Podmienkou oprávnenosti na čerpanie finančných prostriedkov je dosiahnutie minimálnej úspory energie vo výške 30 %, vyjadrenej prostredníctvom ukazovateľa primárnej energie budovy. Okrem obnovy transparentných výplňových konštrukcií je možné uplatniť aj zateplenie stropov do povalových priestorov alebo doplnenie tepelnej izolácie v konštrukcii šikmých striech, čím sa môže dosiahnuť ďalšie zníženie energetickej náročnosti objektu.

Obr. 1 Grafické zobrazenie obsahu príspevku

2. Opis posudzovanej budovy

Pre danú analýzu bola vybraná historická budova situovaná v centre Bratislavy (Obr. 1). Existujúci objekt je čiastočne podpivničený má 3 nadzemné podlažia, časť podkrovia a neobytný povalový priestor. Navrhované stavebné úpravy spočívajú hlavne v navrhovaných úpravách, ktoré zlepšia energetickú hospodárnosť budovy, zlepšia kvalitu vnútorného prostredia a znížia negatívny vplyv na životné prostredie. Obvodová stena budovy je z plných pálených tehál rôznej hrúbky, od 600 do 1200 mm. Strešná konštrukcia je tvorená drevenou stojatou stolicou s existujúcou tepelnou izoláciou z minerálnej vlny, hr. 80 mm. Všetky architektonické prvky na fasáde musia byť zachované a bude na nich aplikovaná úprava, ktorá predĺži ich životnosť. Rímsy a okenné parapety sa navrhujú z Al. materiálu v odtiene navrhovanej omietky, aby sa zachovala pôvodnosť fasády. Farebnosť otvorových konštrukcií ostáva ako bol pôvodný stav. Všetky navrhované úpravy musia rešpektovať požiadavky KPU. Základné geometrické parametre o budove sú uvedené v tabuľke č. 1. Otvorové výplňové konštrukcie sú pôvodné, drevené historické otvorové výplňové konštrukcie. Zloženie je z dvoch drevených krídiel s jednoduchým sklom a so vzduchovou medzerou hr. 120 mm. Obvodová stena je bez zateplenia tvorená z plnej pálenej tehly a vnútornej a vonkajšej omietky. Strop do povalového priestoru je bez zateplenia.

Obr. 2 Model vybranej historickej budovy

Pre splnenie požiadavky dosiahnuť min 30 % úspory bola vykonaná energetická simulácia na variantoch, ktoré sú zobrazené v nasledovnej tabuľke č. 2. Ide hlavne o výmenu otvorových konštrukcií s rôznymi druhmi zasklenia a zateplenia stropu do povalového priestoru.

2.1 Potreba energie na vykurovanie analyzovanej historickej budovy

V nasledovnej kapitole je zobrazená potreba energie na vykurovanie pre jednotlivé varianty. Ide o analýzu vplyvu jednotlivých opatrení, ktoré môžu nastáť pri výpočte energetickej hospodárnosti historických budov.

Obr. 3 Merná potreba energie na vykurovanie v kWh/m²

V nasledovnej tabuľke č. 3 je zobrazená percentuálna úspora jednotlivých opatrení k variantu č. 1. Ako je vidno, tak pri danej historickej budove by sme vedeli splniť požiadavku na úsporu primárnej energie aj bez zateplenia stien. Ale je potrebné povedať, že do primárnej energie je potrebné ešte započítať opatrenia z osvetlenia a prípravy teplej vody. Ak by sme započítali miesta potreby osvetlenie a úprava teplej vody bez navrhovaných opatrení, tak 30% úsporu na primárnej energii by splnili iba variant č. 11 a č. 12.

V tabuľke č. 4 je analýza úspory pri rôznych uvažovaných súčiniteľoch prechodu tepla pre východiskový stav (Variant č. 1, 2, 3) a navrhovaný stav (Variant č. 4, 5, 6) Je vidno, že ak by projektant výpočtom podľa STN alebo podľa energetickej podrobnej simulácie stanovil súčiniteľ prechodu tepla od 2,5 do 3,5 W/(m².K) a pre navrhovaný stav od 0,85 do 1,5 W/(m².K), malo by to výrazný vplyv na úsporu primárnej energii.

Z predošlých výsledkov vyplýva, že ak sa nesprávne vypočíta súčiniteľ prechodu tepla otvorov pre východiskový stav a navrhovaný stav, tak úspory môžu byť od 8,1 % až 19,87 %. Čo je o 11,77 % rozdiel.

3. Energetická simulácia vybranej miestnosti historickej budovy

Obr. 4 3D model analyzovanej miestnosti pod povalovým priestorom

Pri posudzovaní historických budov ma obnova historických výplňových konštrukcií výrazný vplyv nielen na energetickú hospodárnosť budovy ale hlavne aj na kvalitu vnútorného prostredia. Ide hlavne o minimalizáciu infiltrácie chladného vzduchu, prehrievania ale hlavne na tepelnú pohodu. Preto sme súčasťou daného príspevku urobili analýzu vybranej miestnosti pomocou energetickej simulácie [2], na ktorej sme analyzovali opatrenia opísane v tabuľke č. 2. Model analyzovanej miestnosti je zobrazený na obrázku č. 4. Ide o miestnosť na poslednom podlaží pod povalovým priestorom. Miestnosť je na danom poslednom podlaží priľahlá k ostatným vykurovaným miestnostiam a zo spodnej strany sa nachádza taktiež vykurovaná miestnosť. Analýza bola zameraná na výmenu otvorov a zateplenia stropu do povalového priestoru.

V tabuľke č. 5 je zobrazená potreba energie na vykurovanie a úspora vypočítaná k Variantu č. 1.

Ak by sa v danej miestnoti neupravoval vnútorný priestor a potrebovali sme určiť priebeh teploty pre zimný mesiac a letný mesiac, čo je potrebné pre výpočet tepelnej stability, tak na obrázku č. 5 je zobrazená vnútorná teplota vzduchu v °C pre mesiacj január a júl.

Obr. 5 Vnútorná teplota vzduchu v °C pre mesiac január a júl pre všetky varianty

Záver

Predmetom analýzy bola historická budova v centre Bratislavy. Pre splnenie možnosti čerpania dotácie je potrebné, aby verejné budovy splnili minimálnu požiadavku, čo predstavuje minimálne 30 % energetickej úspory na primárnej energii. Jedným z najväčším potenciálov ako túto úsporu dosiahnuť pri historických budovách je obnova výplňových transparentných konštrukcií a zateplenie stropu do povale. Vyjadrenie energetickej bilancie historických výplňových konštrukcií nie je jednoduché a môže viesť k výrazným odchýlkam medzi jednotlivými odborníkmi, čo môže spôsobiť aj výrazné rozdielne energetické úspory. Nie je jednoduché presne stanoviť tepelné straty pre východiskový stav, kde veľkým potenciálom tepelných strát je aj netesnosť jednotlivých prvkov výplňovej konštrukcii. Tepelné straty pre môžu byť stanovené pomocou normy STN EN ISO 10077-1:2006 [3] alebo pomocou simulačných programov. Výsledky príspevku poukazujú na rozdielne prístupy pri stanovaní hodnoty súčiniteľa prechodu tepla otvorovej konštrukcie, čo vedie k rozdielnym percentuálny úsporám.

Predložený príspevok a celý výskum v ňom bol podporený projektom KEGA 046STU-4/2025 – Aktualizácia a modernizácia vybraných predmetov pozemného staviteľstva so zohľadnením súčasných požiadaviek v oblasti obnovy budov a architektúry.

Literatúra

1. STN 73 0540-2 + Z1 + Z2: 2019, Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastností stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky. Bratislava, Slovenský ústav technickej normalizácie, Júl 2019.
2. EnergyPlus 7.2.0 - is a whole building energy simulation program that engineers, architects, and researchers use to model both energy consumption—for heating, cooling, ventilation, lighting and plug and process loads—and water use in building.
3. STN EN ISO 10077-1: 2006, Tepelnotechnické vlastnosti okien, dverí a okeníc. Výpočet súčiniteľa prechodu tepla. Časť 1: Všeobecne, 2006.