Hodnocení energetické náročnosti budov - otázky a odpovědi

Zprávy o globálním oteplování spolu s faktem, že více než 40 % energie se spotřebovává v budovách [13], jsou jednou z příčin zvýšeného zájmu politiků a veřejnosti o energetiku budov. Na počátku tohoto tisíciletí tento zájem a tlak na snižování spotřeby energie vyústil v evropském měřítku do vytvoření Směrnice 91/2002/EC o energetické náročnosti budov. Ta ve svých požadavcích specifikuje povinnost členského státu zpracovat nástroje pro snižování energetické náročnosti budov, mezi které patří i energetická certifikace budov, vyjádřená průkazy energetické náročnosti budov. V uplynulých šesti letech se Česká republika měla možnost připravit na 1. leden 2009, kdy skončí výjimky a odklady povinnosti zavést do běžného života opatření cílená ke snížení spotřeby energie v budovách. V rámci příprav byl upraven zákon 406/2000 Sb., o hospodaření energií, vydána vyhláška 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov, zahájeno přezkušování osob způsobilých vykonávat činnost energetického experta, vytvořen fungující nástroj pro výpočet energetické náročnosti budov a mnoho dalších kroků, jejichž cílem bylo naplnit podstatu snižování energetické náročnosti budov. Během této přípravy se objevila řada otázek, z nichž některé mají a některé nemají jednoznačnou odpověď. Pokusme se teď najít odpovědi na některé z nich.

Co je to energetická náročnost budovy?
Původ je v anglickém termínu ?energy performance of buildings?, doslovně přeloženo jako energetické chování budovy. Ve smyslu směrnice 2002/91 EC vyjadřuje množství energie skutečně spotřebované nebo odhadované pro splnění potřeb spojených se standardizovaným užíváním budovy, což zahrnuje vytápění, přípravu teplé vody, chlazení, větrání a osvětlení. Přesná definice energetické náročnosti pro české podmínky je uvedena v zákoně 406/2000 Sb. § 2 písm. f).

¤ Obr. 1. Vývoj anomálií teploty přízemní vrstvy vzduchu od roku 1850 [12]

Jak se stanoví energetická náročnost budovy?
Postup stanovení energetické náročnosti budovy je definován ve vyhlášce 148/2007 Sb. Ve smyslu této vyhlášky se jedná o roční potřebu energie na vytápění, chlazení, větrání, přípravu teplé vody, úpravu parametrů vnitřního prostředí klimatizačním systémem (vlhčení, sušení vzduchu) a osvětlení dodané na systémové hranici budovy. Do energetické náročnosti budovy tedy nezahrnujeme způsob výroby energie mimo posuzovanou budovu (výroba elektřiny, případně výroba tepla při dálkovém vytápění) a účinnosti systému dodávajícího energii na hranici budovy. Stejně tak do hodnocení budov nezahrnujeme energii dodávanou do technologických zařízení, i když se jejich účinek v podobě tepelných zisků projeví zvýšením potřeby energie na chlazení a snížení potřeby energie na vytápění.
Energetickou náročnost pro účely hodnocení budov stanovujeme podle vyhlášky 148/2007 výpočtem, a to jak pro stávající, tak navrhované budovy.

Jak se hodnotí energetická náročnost budovy?
Hodnocením je myšleno zatřídění budovy do klasifikační stupnice a de facto je to výstup, který je pro koncového uživatele ten nejdůležitější. Hodnocení se provádí na základě vypočtené energetické náročnosti budovy (tj. roční potřeby energie) vztažené na 1 m2 celkové podlahové plochy a porovnání s referenční hodnotou. Pokud je výsledek výpočtu rovný referenční hodnotě, je budova zařazena do klasifikační třídy C. Nejlepší budovy jsou zařazeny do klasifikační třídy A, nejhorší budovy pak do třídy F.

Jak je to s referenčními hodnotami, podle kterých se budova zatřiďuje?
České zákony řeší problematiku referenčních hodnot zveřejněním tabulky absolutních hodnot měrné spotřeby energie v kWh/m2.rok pro jednotlivé třídy energetické náročnosti a druhy budov (vyhláška 148/2007, příloha 1, odst. 2), kde jsou hodnoty pro třídu C považovány za referenční (tab. 1). Tato metoda zatřiďování je jednoduchá a transparentní z hlediska uživatelského a umožňuje velkou variabilitu řešení, vedoucí k dosažení požadované klasifikační třídy - vysoké procento prosklení a členitý tvar budovy je možné eliminovat kvalitním obvodovým pláštěm a energetickým systémem s vysokou účinností a naopak. Pro tento způsob zatřiďování budovy je pro výpočet důležité standardizovat způsob užívání budovy a klimatická data, jež mohou do velké míry ovlivnit výsledek. České zákony v této oblasti neposkytují právní oporu - standardizované profily užívání ani klimatická data používaná pro výpočet nejsou nikde právně zachycena. Nezávazně je možné využít dat používaných ve výpočtu Národním kalkulačním nástrojem (NKN), vyvíjeným na katedře TZB Fakulty stavební ČVUT v Praze.

¤ Tab. 1. Klasifikační třídy EN hodnocení energetické náročnosti budovy podle vyhlášky č. 148/2007 Sb. Měrné spotřeby energie v kWh/(m2.rok) ve třídě C jsou pro vyjmenované druhy budov hodnotami referenčními.

Proč nemůžeme použít již zavedené způsoby hodnocení budov a jejich částí?
Směrnice 2002/91 EC dává vcelku jasný rozsah vlastností budovy, které musí metoda hodnocení zahrnout. Jinými slovy, změna kteréhokoliv parametru v dále uvedeném výčtu by se měla do energetické náročností promítnout. Jedná se především o:
a) tepelné vlastnosti budovy (obvodový plášť, vnitřní příčky apod.). Tyto vlastnosti mohou rovněž zahrnovat průvzdušnost;
b) zařízení pro vytápění a zásobování teplou vodou, včetně jejich izolačních vlastností;
c) klimatizační zařízení;
d) větrání;
e) zabudované zařízení pro osvětlení (zejména nebytový sektor);
f) umístění a orientace budovy, včetně vnějšího klimatu;
g) pasivní solární systémy a protisluneční ochrana;
h) přirozené větrání;
i) vnitřní mikroklimatické podmínky, včetně návrhových hodnot vnitřního prostředí.

Žádná z dosavadních metod hodnocení budov neřeší všechny tyto parametry současně, a i když existují propracované a zavedené metody hodnocení budovy a jejích částí, nelze je pro tento účel využít. Nejblíže současným požadavkům na hodnocení energetické náročnosti budov byly výpočty prováděné v rámci energetických auditů, kde však chyběla možnost porovnání s referenční hodnotou s výjimkou energie na vytápění. Toto samozřejmě nevylučuje existenci dalších hodnotících metod a nástrojů, které jsou zaměřeny na jednotlivé funkce budovy. Hodnocení energetické náročnosti budovy v žádném případě nenahrazuje posouzení stavebních konstrukcí z hlediska povrchových teplot, akustiky, tepelných mostů atd.

Jak se v hodnocení ENB promítne produkce CO2 a energie svázaná ve stavebních konstrukcích a další kritéria trvale udržitelného rozvoje?
Česká republika se v rámci hodnocení energetické náročnosti budov rozhodla pro hodnocení provozní energie dodané na hranici budovy, tj. energie měřitelné objektovým elektroměrem, plynoměrem, měřičem tepla. Svázané energie ani produkce CO2 nejsou předmětem tohoto hodnocení a průkaz energetické náročnosti budov v ČR toto neobsahuje. Vytváří se zde velký prostor pro další metody hodnocení budov (např. LEED, EnergyStar, Greenway atd.), které mohou dané řešení ohodnotit.

Je hodnocení energetické náročnosti použitelné pro nízkoenergetické, pasivní a nulové domy?
Pojem nízkoenergetický, pasivní a nulový dům se v současnosti vztahuje k potřebě tepla na vytápění, která může v nejlepších případech dosahovat nulových hodnot. Není žádná překážka, která by bránila stanovení energetické náročnosti i u těchto staveb - pokud bude nulová potřeba tepla na vytápění, energetickou náročnost budou tvořit potřeby energie na přípravu teplé vody, osvětlení, regulační systém a pohony technických zařízení. Jestliže bude budova vybavena obnovitelnými zdroji energie (fotovoltaika apod.), je možné dosáhnout v hodnocení velmi nízkých hodnot a dosáhnout cíle, kdy budovy budou zdrojem energie a ne spotřebičem.

Co je to Národní kalkulační nástroj?
Národní kalkulační nástroj je softwarový produkt, který byl vyvinut na katedře technických zařízení budov Fakulty stavební ČVUT v Praze, jehož smyslem bylo vytvoření fungujícího tabulkového výpočtu energetické náročnosti budov podle metodiky definované vyhláškou 148/2008. Vzhledem k tomu, že uvedená vyhláška neobsahuje řadu údajů a vstupů potřebných pro úplný výpočet, byly v NKN tyto údaje a vstupy doplněny podle platných evropských a národních technických norem a předpisů. Jedná se především o vytvoření tzv. standardizovaných profilů užívání a klimatických dat. V případě, že daná oblast není normou popsána, bylo použito hodnot vyjadřujících běžnou praxi. Výpočet v NKN probíhá intervalovou metodou s časovým krokem jedné hodiny na dvanácti reprezentativních dnech pro celý rok, kde každý den reprezentuje jeden kalendářní měsíc. NKN je freeware, volně ke stažení z http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn/.

Lze ke stanovení energetické náročnosti budovy použít jiný software, než je NKN?
Ano, k hodnotě energetické náročnosti je možné se dostat více cestami - od vlastního výpočtu po využití některého z komerčních produktů, které jsou v současnosti na trhu. Podmínkou je soulad postupu s platnými zákony a normami a obhajitelnost výsledku v případě sporu.

Jak je to s energetickou náročností stávajících budov, když se výsledek výpočtu liší od skutečně naměřených hodnot?
V případě výrazné odchylky skutečně naměřených hodnot spotřeby energie u existujících budov od vypočtených je doporučeno provést detailnější analýzu jak hodnot do výpočtu vstupujících, tak hodnot naměřených. Jak již bylo výše uvedeno, energetická náročnost budovy v pojetí platných zákonů zahrnuje jen některé energetické potřeby budovy, zatímco měření na patě objektu je většinou pro všechny odběry v budově. Typickým příkladem, kde bude vypočtená energetická náročnost výrazně odlišná od skutečných hodnot, jsou administrativní budovy. V tomto druhu budov tvoří výraznou část odběru elektrické energie výpočetní technika, která se ve výpočtu projevuje velkým tepelným ziskem, zatímco elektrická energie použitá pro její napájení se do energetické náročnosti nezapočítává (jedná se o technologii).
Dalším vlivem, který výrazně ovlivňuje energetickou náročnost, je obsazení a provozování budovy. U stávajících budov je často obtížně zjistitelné, jak byla v uplynulých obdobích budova vy- užívána, a toto může být příčinou velkého rozdílu. V tomto bodě narážíme na standardizovaný profil užívání - co s hodnocením budov, které nejsou využívány ?standardně?? Odpověď na tuto otázku není jednoznačná, stejně tak, jako význam slov ?standardní využívání?, a je zodpovědností energetického experta, jakým způsobem se s tímto problémem vyrovná. Základním vodítkem může být posouzení využití budovy z dlouhodobějšího hlediska. Typickým případem může být extrémně velký rodinný dům, který je určen pro jednu rodinu a při ?standardním? obsazení by v něm mohly žít rodiny dvě. V tomto případě za standard vezmeme skutečný stav. Opačným případem bude administrativní budova určená k prodeji, která nebyla v měřeném roce plně obsazena, a tak její skutečná spotřeba energie je velmi nízká. Zde pro stanovení energetické náročnosti vezmeme ?standardizovaný? profil užívání a vypočtená energetická náročnost se bude od skutečné výrazně lišit.
V neposlední řadě mohou být příčinou odlišností klimatické podmínky v daném roce, kdy probíhalo měření.

Jaké vstupní údaje jsou třeba k zadání budovy do NKN?
Výpočet energetické náročnosti budovy v NKN je parametrický výpočet na zjednodušeném zónovém modelu dané budovy a jejích energetických systémů.
Popis budovy je založen na principu zónového modelu budovy, energetických zdrojů a jednotlivých distribučních energetických sy- stémů. Budova nebo její část je zónou, pokud je zásobována stejnou skladbou energetických systémů budovy a má stejné požadavky na vnitřní prostředí a shodné užívání. Zóna je vymezena geometricky systémovou hranicí - plochou tvořenou vnějším povrchem konstrukcí ohraničujících zónu s jedním profilem užívání. Stavební konstrukce ohraničující zónu jsou pro výpočet ENB definovány tepelně-technickými parametry, plochou, orientací a sousedícím prostředím. Počet zón se volí s ohledem na složitost budovy. V jednoduchých případech je možné použít jednozónový model, ve složitějších případech je počet zón vyšší.
Energetické systémy budovy určené pro vytápění, větrání, chlazení a přípravu teplé vody (např. kotelny, zdroje chladu, solární kolektory, kogenerační jednotky) jsou definovány svými výkonovými parametry, účinnostmi a pomocnými energiemi, jenž zahrnují energie potřebné k pohonu čerpadel, ventilátorů a ovládání zařízení. Popis energetických systémů budov vychází z členění projektové dokumentace jednotlivých profesí. V rámci popisu modelu se provede přiřazení jednotlivých systémů k zónám. Takto popsaná budova a její energetické systémy se ?zatíží? provozem a vnějšími podmínkami.
Vnitřní vlivy působící na zónu jsou definovány standardizovaným profilem užívání, který zahrnuje požadovaný stav vnitřního prostředí vyjádřený požadovanou vnitřní výslednou teplotou, množstvím čerstvého vzduchu a větracího vzduchu, požadavky na relativní vlhkost a osvětlení. Základní soubor standardizovaných profilů užívání tvoří 49 typů zón, seskupených do 9 kategorií budov - rodinné domy, bytové domy, administrativní budovy, vzdělávací budovy, zdravotnická zařízení, hotely a restaurace, sportovní zařízení, budovy pro obchodní účely a ostatní budovy.

Provoz jednotlivých zón budovy je definován tzv. profilem užívání, který má následující parametry:
- obecné údaje (typ zóny, časový provoz zóny…);
- vytápění (vnitřní výpočtová teplota v režimu vytápění, útlumu, provozní doba vytápění…);
- chlazení (vnitřní výpočtová teplota v režimu chlazení a mimo provozní dobu, teplota přiváděného vzduchu…);
- větrání (doba provozu větrání, množství a teplota vzduchu…);
- vnitřní tepelné zisky (počet a přítomnost osob, pomocné energie…);
- osvětlení (doba využití denního světla a bez denního světla, měrná roční spotřeba elektřiny na osvětlení…).

Vnější vlivy působící na zónu jsou dány syntetickými klimatickými daty, vygenerovanými pro účely tohoto výpočtu. Klimatická data pro Českou republiku používaná pro výpočet energetické náročnosti budov jsou rozdělena do čtyř teplotních oblastí shodně podle ČSN 73 0540 a pro každou teplotní oblast je pro každý měsíc v roce vytvořen reprezentativní den s hodinovým průběhem teplot venkovního vzduchu, dále pak jsou uvažována data o vlhkosti vzduchu a intenzitě a množství dopadajícího slunečního záření.

Ve které fázi projektu je vhodné začít s výpočtem energetické náročnosti navrhované budovy?
Vzhledem k tomu, že v počátečním období budou výsledky výpočtu energetické náročnosti mnohdy překvapivé, je vhodné provést základní výpočet co nejdříve - nejlépe ve fázi architektonické studie, kdy je známo hmotové řešení budovy, stavební program a vytváří se koncepce energetických systémů. V této fázi je možné vcelku snadno na základě předběžného výpočtu energetické náročnosti vnést do návrhu zpětnou vazbu a návrh budovy a jejího technického zařízení optimalizovat. S postupujícími stupni projektové dokumentace se snižuje možnost účinného zásahu do posuzovaného řešení, vedoucí ke splnění požadavků na energetickou náročnost budovy. Patrně velmi nepříjemné situace mohou nastat, kdy bude energetický expert požádán o zpracování průkazu energetické náročnosti budovy na hotovou projektovou dokumentaci a posuzované řešení nevyhoví, což může vést k výrazným změnám v projektovém řešení.

Závěr
Česká republika se nachází v období, kdy se do běžného života začíná promítat naplno realita Evropské unie. Doby, kdy otázky členství v EU byly zábavným publicistickým pořadem k nedělnímu obědu, jsou za námi a v těchto chvílích se důsledky rozhodnutí vykonaných před mnoha lety začínají dotýkat přímo odborné i laické veřejnosti. V oblasti hodnocení energetické náročnosti budov je klíčovým okamžikem 1. leden 2009, kdy by se v plném rozsahu měla začít realizovat opatření vedoucí k naplnění požadavků a cílů již citované Směrnice 91/2002/EC o energetické náročnosti budov. To, jakým způsobem využila Česká republika období šesti let k přípravě realizace tohoto ambiciózního evropského projektu - zda se opravdu sníží spotřeba energie v českých budovách, či nikoliv a zda české budovy budou méně znečišťovat ovzduší - ukáže čas, nicméně v tomto okamžiku jsme na startovní čáře ?ostrého startu? vydávání průkazu energetické náročnosti budov, kdy tento dokument bude vyžadován stavebními úřady jako součást dokumentace ke stavebnímu řízení. Tak, jak je před každým startem cítit napětí, tak i v odborné i dotčené laické veřejnosti je možné pozorovat zvýšenou citlivost na otázky spojené s touto problematikou. Otázek je mnoho, odpovědi ne vždy jednoznačné. Pokud tento článek odpověděl alespoň na některé z nich, splnil svůj cíl.

Poděkování
Tento článek vznikl jako součást výzkumného záměru CEZ MSM 6840770003.

Použitá literatura
[1] ČSN 73 0540 (2002) Tepelná ochrana budov
[2] Zákon 406/2006 Sb., o hospodaření energií
[3] Směrnice 2002/91/ES, o energetické náročnosti budov (EPBD)
[4] ČSN EN ISO 13790 - Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění
[5] ČSN EN 12831 - Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu
[6] ČSN 73 0540-3 - Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování
[7] ČSN 06 0320 Ohřívání užitkové vody - Navrhování a projektování
[8] ČSN EN 832 - Tepelné chování budov - Výpočet potřeby tepla na vytápění - Obytné budovy
[9] Kabele, K., Urban, M., Adamovský, D., Kabrhel, M.: Národní kalkulační nástroj pro hodnocení energetické náročnosti budov - podklad k praktickému workshopu. STP 2008
[10] Energetická náročnost budov - podrobnosti výpočtové metody - metodická příručka MPO ČR 2007
[11] http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn/
[12] The Intergovernmental Panel on Climate Change - PCC Fourth Assessment Report
[13] Energetická náročnost budov - podrobnosti výpočtové metody - metodická příručka MPO ČR 2007
[14] ČSN EN 15316 Tepelné soustavy v budovách
[15] Vyhláška 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov