Energetická náročnost pasivního domu s různými energetickými zdroji

Příspěvek pojednává o dnešních možnostech jak efektivně, úsporně zásobovat dnešní objekty s velice nízkou potřebou energie – pasivní domy – energií. Jaký systém je ten správný? To je otázka, kterou si každý den klade mnoho lidí, kteří se právě rozhodli splnit si jeden za svých snů, a to sen o bydlení. Do cesty se jim staví dodavatelé se zaručeně „nejúspornější“ technologií. Zkusme se tedy na některé z nich podívat v konfrontaci projektovaný stav versus výsledná energetická spotřeba celého objektu při jeho reálném provozu.

Úvod

Předně je nutné vysvětlit, pro jakou skupinu objektů je tento text určený. Domy nazývané jako pasivní mají dnes rámcově stanovená pravidla pro spotřebu energií a technické parametry, které musí splnit. Tato pravidla jsou dnes převzata a odbornou veřejností uznávána dle standardů německého Passivhause Institutu v Darmstadtu. Tato kritéria jsou:

• měrná roční potřeba tepla na vytápění je maximálně 15 kWh/(m²a),
• neprůvzdušnost obálky budovy n₅₀ ověřená tlakovou zkouškou (blower door test) nesmí překročit hodnotu 0,6 h⁻¹, což znamená, že při přetlaku nebo podtlaku 50 Pa se nesmí netěsnostmi v obálce objektu vyměnit větší množství než 60 % z celkového vnitřního objemu vzduchu
• celková potřeba primární energie spojená s provozem budovy včetně domácích spotřebičů je nižší než 120 kWh/(m²a). Primární energie vyjadřuje množství energie spotřebované při provozu určitého zdroje i se ztrátami při distribuci, a tedy máme větší výpovědní hodnotu o spotřebě energie pro zvolený typ zdroje vytápění a ohřevu TV. Použijeme-li jako zdroj například elektřinu z distribuční sítě, musíme díky neefektivní počáteční výrobě při výpočtu primární energie vynásobit výsledek třemi (tzv. konverzním faktorem).

Obr. 1 Vizualizace domu

V příspěvku budeme vycházet z typového domu pod označením ATREA K1, který je koncipovaný jako rodinný dům dvoupodlažní konstrukce bez podsklepení. Ano, jak jistě většina z Vás dobře ví, jedná se o dřevostavbu zpracovanou vlastním konstrukčním systémem, který je dále používán i u ostatních objektů dodavatelské firmy.

Objekt tak splňuje bez větších problémů základní požadavky kladené na pasivní domy. Vyhodnocení je provedeno pro odklon ±90° od čistého jihu, pro hlavní fasádu. Ale vzhledem k předchozímu textu stále jeden z hlavních parametrů schází, a to ten velice důležitý – celkové provozní náklady objektu.

Objekt je rozdělen na dvě vytápěná podlaží a nevytápěný půdní prostor. Na obrázcích 2.–4. je barevně odlišena hranice vytápěného prostoru.

Obr. 2 Půdorys 1.NP

Obr. 3 Půdorys 2.NP

Obr. 4 Řez objektu

Systémy zásobování tepla

Předchozí hodnoty jsou velice důležité, dávají kvalitní základ pro budoucí používání, ale výsledná spotřeba energií závisí zejména na efektivnosti instalovaných technologií, ale také na samotném uživateli. Pro porovnání jednotlivých zdrojů nejdříve vznikl soubor možných kombinací, který ve výsledku čítal více než 13 variant. Pro naše potřeby budeme pracovat pouze s následujícími třemi variantami.

Jaký systém zvolit?

Pro investora, který je zpravidla naprostý laik, v lepším případě poučený nebo samo-vzdělaný laik, je i přes dostupnost mnoha studií nesnadné vybrat si v takto široké nabídce. Pro lepší uchopitelnost si vybereme referenční zástupce, kteří zastupují hlavní skupiny:

• Příklad 01 – Cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání, zdrojem UT a TV je IZT-U (650 l) s krbovými kamny vč. teplovodního výměníku a solárními termickými kolektory (4 m²) / Realizační cena = 511 750 Kč bez DPH = 588 513 Kč vč. 15 % DPH
• Příklad 02 – Cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání, zdrojem UT a TV je TČ země /voda 3,1 kW s IZT-U (650 l) s krbovými kamny vč. teplovodního výměníku/Realizační cena = 590 300 Kč bez DPH = 678 845 Kč vč. 15 % DPH
• Příklad 03 – Cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání, zdrojem UT a TV je s IZT-U (650 l) a PV kolektory (7,8 kWp) a krb s teplovodní vložkou/Realizační cena = 724 000 Kč bez DPH = 832 600 Kč vč. 15 % DPH

Tab. 1 Hlavní parametry potřebné pro bilanční výpočty typového domu K1

Typový dům ATREA K1
Vnější půdorysné rozměry	[m]	9,66 × 8,66
Počet podlaží	[–]	2
Energeticky vztažná plocha celkem	[m2]	164,9
Celková vnitřní plocha	[m2]	132,3
Objem budovy z vnitřních rozměrů	[m3]	305,7
Celková plocha obálky budovy	[m2]	356

Tab. 2 Hlavní energetické parametry objektu

Typový dům ATREA K1
		J	JV	JZ	Z	V
Měrná roční potřeba tepla na vytápění	[kWh/m2*rok]	14	14	14	15	14
Nejvyšší teplota vzduchu v pobytové místnosti	[°C]	26,1	26,4	26,2	26,5	26,2
Vzduchotěsnost	[1/h]	< 0,5
Průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy	[W/m2*K]	0,17
Účinnost zpětného získávání tepla z odváděného vzduchu	[%]	77
Měrná neobnovitelná primární energie	[kWh/m2*rok]	níže v textu

Tab. 3 Hodnoty vstupující do výpočtu pro př. 01

Příklad 01 – předpoklad
Pokrytí UT – soláry	[%]	5
Pokrytí TV – soláry	[%]	60
Účinnost systému	[%]	50
Pokrytí UT – krb	[%]	30
Pokrytí TV – krb	[%]	20
Účinnost systému	[%]	75
Pokrytí UT – IZT	[%]	65
Pokrytí TV – IZT	[%]	20
Měrná neobnovitelná primární energie	[kWh/m2*rok]	80,2

Tab. 4 Výstupní hodnoty spotřeby energie celého domu pro př. 01

Příklad 01 – srovnání
Provozní náklady – předpoklad	[kWh/rok]	7 150
	[Kč/rok]	20 386
Provozní náklady – měření	[kWh/rok]	2013	7 050
		2014	6 850
	[Kč/rok]	2013	21 900
		2014	20 500

Tab. 5 Hodnoty vstupující do výpočtu pro př. 02

Příklad 02 – předpoklad
Pokrytí UT – TČ	[%]	80
Pokrytí TV – TČ	[%]	100
Topný faktor	[–]	3,5
Pokrytí UT – krb	[%]	20
Pokrytí TV – krb	[%]	0
Účinnost systému	[%]	75
Měrná neobnovitelná primární energie	[kWh/m2*rok]	55

Tab. 6 Výstupní hodnoty spotřeby energie celého domu pro př. 02

Příklad 02 – srovnání
Provozní náklady – předpoklad	[kWh/rok]	4 681
	[Kč/rok]	16 085
Provozní náklady – měření	[kWh/rok]	2013	5 035
		2014	4 915
	[Kč/rok]	2013	16 594
		2014	16 406

Obr. 5 První hodnoty COP z celoročního provozu TČ pro příklad 02

Tab. 7 Hodnoty vstupující do výpočtu pro př. 03

Příklad 03 – předpoklad
Pokrytí UT – PV	[%]	10
Pokrytí TV – PV	[%]	75
Pokrytí domácnost – PV	[%]	55
Zisk dle možných osvitových podmínek	[kWh/rok]	6000–7000
Pokrytí UT – krb	[%]	25
Pokrytí TV – krb	[%]	15
Účinnost systému	[%]	75
Pokrytí UT – IZT	[%]	65
Pokrytí TV – IZT	[%]	10
Měrná neobnovitelná primární energie	[kWh/m2*rok]	45

Tab. 8 Výstupní hodnoty spotřeby energie celého domu pro př. 03

Příklad 03 – srovnání
			Měřené	Předpoklad
Provozní náklady	[kWh/rok]	2012	11 890	7 380
		2014	4 280
	[Kč/rok]	2012	29 437	18 250
		2014	10 570

Pro porovnání byly stanoveny předpokládané hodnoty spotřeb:

POZN.: zvýšení potřeby v př. 03 je dáno zvýšenými nároky obyvatel na potřebu TV a vnitřní teplotní komfort.

Příklad 01

Představuje systém nenáročný na uživatele, velice konzervativního stylu. V rámci poměru cena/výkon je mezi investory velice oblíbený. Díky složce obnovitelné energie je zajímavý i z pohledu některých dotačních titulů.

Příklad 02

Oproti předchozímu systému je solární systém nahrazen tepelným čerpadlem země/voda. Tím dojte k významnému snížení výsledné spotřeby. Rozdíl mezi předpokládanými a odměřenými hodnotami je možné přičíst k nižšímu celoročnímu COP získaného z měření. Po jeho započtení bude rozdíl necelých 70 kWh.

Příklad 03

Proti systému v příkladu 02 je TČ nahrazeno velkoplošným systémem PV elektrárny.

Na první pohled Vás určitě zaujme výrazný rozdíl mezi predikovanými a odměřenými hodnotami. Ano, skutečně byl takto zásadní. PV systém byl v roce 2012 na objekt instalován dle dobových zvyklostí, tedy bez optimalizace spotřeby vs. výroba energie. Výsledkem bylo, že systém byl do objektu schopen dodat pouze 12 % z vyrobené energie a zbytek bez využití přetékal do sítě. V tu chvíli jedna kWh vyrobené energie stála uživatele domu 1,60 Kč oproti 2,40 Kč bez DPH při nákupu z distribuční sítě. Rozdíl minimální a výsledkem jsou vyšší náklady na užívání domu.

V roce 2013/14 byl systém doplněn o chytrý řídicí modul, pod názvem juwi smartHome. Tento komplexní regulační systém zajišťuje optimalizaci energetických toků tak, aby co možná největší procento z výroby bylo využito pro vlastní potřebu. V roce 2014 tak klesly náklady na provoz celého domu na 1/3 původních nákladů. Při porovnání maximální úspory to znamená úsporu CO₂ ve výši 22,06 tun/rok.

Obr. 6 Navýšení využitelnosti vyrobené el. energie pro vlastní potřebu mezi lety 2012 a 2014

Rozšíření doporučených řešení

Pro investory byly nakonec vytipovány variantní řešení systému technického zařízení budov, které jsou vhodná pro objekty s nízkou potřebou tepla na vytápění a zejména pokud je objekt uzpůsoben pro žádost k dotačnímu titulu NZÚ 2015 pro hladinu B1/B2.

I. Systém pro objekty žádající o podporu v hladině B2

VAR 7. – Tepelné čerpadlo TCV 4.8 – TC (vzduch-voda) + ATREA Teplovzdušné vytápění s cirkulací DUPLEX RA4 – vč. chlazení + IZT650 TTS + krb s teplovodním výměníkem

VAR 3. – Tepelné čerpadlo TCA 3.1 – (země-voda) + ATREA Teplovzdušné vytápění s cirkulací DUPLEX RA4 – vč. pasivního chlazení + IZT650 TTS + krb s teplovodním výměníkem

VAR 14. – Vytápění elektrickými přímotopy + oddělené větrání s rekuperací DUPLEX 370EC4.D, příprava TV v zásobníku s TČ (vzduch-voda) 300 l + krbová vložka s teplovodním výměníkem + FTV max. 4 kWp vč. IZT 500 l

VAR 9. – Tepelné čerpadlo TCV 4.8 – TC (vzduch-voda) + ATREA Teplovzdušné vytápění s cirkulací DUPLEX RA4 – vč. chlazení + IZT650 TTS + FTV max. 4 kWp

VAR 5. – Tepelné čerpadlo TCA 3.1 – (země-voda) + ATREA Teplovzdušné vytápění s cirkulací DUPLEX RA4 – vč. pasivního chlazení + IZT650 TTS + FTV max. 4 kWp

II. Systém NZÚ 2015 pro objekty bez podpory dotačních titulů

VAR 15. – Vytápění elektrickými přímotopy + oddělené větrání s rekuperací DUPLEX 370EC4.D, příprava TV v el. boileru 200 l

VAR 6. – Tepelné čerpadlo TCV 4.8 – TC (vzduch-voda) + ATREA Teplovzdušné vytápění s cirkulací DUPLEX RA4 – vč. chlazení + IZT650 TTS

VAR 2. – Tepelné čerpadlo TCA 3.1 – (země-voda) + ATREA Teplovzdušné vytápění s cirkulací DUPLEX RA4 – vč. pasivního chlazení + IZT650 TTS

Obr. 7 Znázornění jednotlivých doporučených variant pro NZÚ

Obr. 8 Znázornění jednotlivých doporučených variant bez podpory NZÚ

Závěr

Pro lepší rozhodování jaký systém do domu zvolit je potřebné udělat ten úplně první a nejzásadnější krok – provést stavbu domu v pasivním standardu. Pokud bude stavba energeticky efektivní, samotný systém je již ta pomyslná třešnička na dortu, ale i v jejím výběru buďme obezřetní. Hodnoty predikované a skutečně dosažené při užívání mohou být značně odlišné. Pouhé „osázení“ celého povrchu střechy PV panely nemusí být ta správná cesta ke kvalitnímu výsledku, i když to tak v mnoha případech, zejména při honbě za čísly pro různé formy dotací, bývá.

V rámci doporučení optimální cesty se tato v případě většiny realizací bude dle mého názoru skrývat pod příkladem č. 02. Oproti příkladu č. 01 je zde výrazně lepší využití vložené investice, a oproti příkladu č. 03 nižší pořizovací náklady. Na otázku, zda se v rámci úspory realizačních nákladů vyplatí volit systém č. 01, je z ověřených hodnot odpověď záporná. Nejenomže efektivnost vložené investice je nejnižší, rovněž získání vyšší státní podpory není možné. Systém v př. 03 je ideální volbou, pokud máme při startu realizace dostatečně finanční zajištění v takové výši, aby úspory z výnosů byly schopny pokrýt případné splátky úvěru.