Nízkoenergetické a pasivní budovy

27. 6. 2013

Kategorie

Nízkoenergetické budovy

Nízkoenergetické budovy jsou charakterizovány nízkou potřebou tepla na vytápění. Té je dosahováno zejména optimalizovaným stavebním řešením obálky budovy. Za nízkoenergetickou budovu se obvykle považuje budova, jejíž potřeba tepla na vytápění je výrazně nižší než aktuální požadavek národních předpisů. Tímto způsobem "volné definice" se ustálila obvyklá hodnota měrné potřeby tepla na vytápění do 50 kWh/(m2 a), např. podle [1031, kde se dále (pouze slovně, bez upřesnění) požaduje, aby budova měla účinnou otopnou soustavu. V devadesátých letech dvacátého století se též někdy udávalo kritérium 70 kWh/(m2 a). Dá se předpokládat, že v budoucnu se číselné kritérium bude zpřísňovat v souladu s tím, jak se bude zpřísňovat základní požadavek na budovy, případně že tento termín pro novostavby časem vymizí [53]. Pro budovy s převažující návrhovou teplotou mimo interval 18 až 22 °C se hodnocení neprovádí.

Pasivní budovy

Pasivní budovy jsou charakterizovány minimalizovanou potřebou energie na zajištění požadovaného stavu vnitřního prostředí a minimalizovanou potřebou primární energie z ne- obnovitelných zdrojů na jejich provoz díky optimalizovanému stavebnímu řešení a dalším opatřením. Základní informace o pasivních budovách jsou uvedeny v ČSN 73 0540-2 od roku 2002, zpřesnění je uvedeno v novém znění v roce 2011. Soubor sledovaných veličin je uveden v tabulce 2.2, pro obytné budovy podrobněji dále v TNI 73 0329 a TNI73 0330. Z praktických důvodů jsou zavedeny pro české podmínky některé veličiny mírně odlišně od nejvíce užívaného zahraničního modelu hodnocení pasivních budov PH PP [35]. Tabulka 2.3 porovnává započítání základních energetických služeb zajišťovaných budovou pro pasivní budovy a energeticky nulové budovy.
Hodnoty potřeby tepla na vytápění a dodané energie na vytápění se stanoví postupem podle ČSN EN ISO 13790 s využitím vstupních údajů uvedených v TNI 73 0329 a TNI 73 0330. Hodnoty dodané energie na chlazení se stanoví postupem podle ČSN EN ISO 13790 nebo podrobněji. Hodnoty dodané energie pro přípravu teplé vody, pomocné elektrické energie na provoz energetických systémů budovy a hodnoty dodané elektrické energie na elektrické spotřebiče se stanoví podle TNI 73 0329, TNI 73 0330 nebo podrobněji podle ověřených podkladů.
Povinně hodnocenou vlastností je celková průvzdušnost obálky budovy podle ČSN EN 13829 [117], TNI 73 0330. Celková intenzita výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50Pa nesmí překročit hodnotu n50=0,6 h-1.

Fyzikální jev, požadavek	Způsob hodnocení
	Podle TNI 73 0329 TNI 73 0330	Podle PHPP
Základní hodnocení
Prostup tepla	a) součinitel prostupu tepla jednotlivé konstrukce b) součinitel prostupu tepla obálky budovy (průměrná hodnota)	součinitel prostupu tepla jednotlivé konstrukce
Měrný ztrátový tepelný výkon (heating load)	Nehodnotí se, do určité míry je nahrazen průměrnou hodnotou součinitele prostupu tepla - veličinou nezávislou na klimatických datech	Atypický výpočet, uvažující nenormové kombinace zimních klimatických podmínek. Vhodnost pro české podmínky je sporná
Měrná potřeba tepla na vytápění	Výpočet měsíční metodou podle ČSN EN ISO 13790	Výpočet měsíční metodou podle ČSN EN ISO 13790, s možností modifikace
Měrná spotřeba primární energie na provoz budovy	Zahrnuje všechny energetické spotřeby kromě uživatelské elektrické energie	Zahrnuje všechny energetické spotřeby včetně uživatelské elektrické energie
Doplňkové hodnocení z hlediska komfortu
Riziko přehřívání	Normový výpočet pro kritické místnosti podle ČSN EN 13 792	Výpočet (nenormový) stanovující celkovou dobu v roce (vyjádřenou v procentech), kdy není hygienické kritérium splněno. Budova se hodnotí vcelku.
Zajištění dostatečného přísunu čerstvého vzduchu	Slovní hodnocení souladu s předpisy (dostatečné množství čerstvého vzduchu do pobytových místností)	Slovní hodnocení souladu s předpisy (dostatečné množství čerstvého vzduchu do pobytových místností)

Tab. 2.2 Přehled veličin charakterizujících pasivní budovu (podle TNI 73 0329/TNI 73 0330 a PHPP)

Do hodnocení primární energie se zahrnou roční energetické potřeby podle tabulky 2.4. Pro přepočet množství dodané energie na hodnoty odpovídající primární energie se použije faktor energetické přeměny stanovený v tabulce 2.1. Pro dálkové teplo, kogenerační výrobu a další kombinované energetické systémy se hodnoty stanoví podle ČSN EN 15316-4-5 [116].
Výsledky výpočtových hodnocení pasivních budov provedených podle odlišných národních metodik se mohou - zpravidla nepodstatným způsobem - odlišovat. Při porovnávání takových výsledků je potřebné zejména ověřit, jaký výpočet vztažné podlahové plochy a jaké vnitřní tepelné zisky byly uvažovány. Konkrétní řešení budov tím není ovlivněno. Odlišnosti jsou předmětem mnoha odborných, někdy i ne zcela kvalifikovaných diskusí.

Energetické služby budovy	Hodnocení pasivní budovy podle TNI	Hodnocení pasivní budovy podle PHPP	Hodnocení nulové budovy - úroveň A	Hodnocení nulové budovy - úroveň B
Vytápění	+	+	+	+
Chlazení	(+)	+	+	+
Příprava teplé vody	+	+	+	+
Pomocná elektrická energie na technické systémy spojené se zajištěním požadovaného stavu vnitřního prostředí a přípravou teplé vody	+	+	+	+
Elektrická energie pro umělé osvětlení	-	+	+	+
Elektrická energie pro uživatele budovy	-	+	+	-

Tab. 2.3 Přehled energetických potřeb zahrnutých do hodnocení pasivní a nulové budovy z hlediska primární energie

	Obytné budovy	Neobytné budovy
Vytápění	+	+
Chlazení a úprava vlhkosti	_1)	+
Příprava teplé vody	+	+
Pomocná elektrická energie na provoz energetických systémů budovy	+	+
Elektrické spotřebiče a umělé osvětlení	-	-
1) Stavební řešení musí být takové, aby strojní chlazení nebylo potřebné. Pokud by výjimečně bylo (dodatečně) použito, musí být odpovídajícím způsobem zahrnuto do hodnocení primární energie, a to i kdyby se jednalo o individuální jednotky považované za elektrické spotřebiče.

Tab. 2.4 Přehled energetických potřeb zahrnutých do hodnocení primární energie pasivních budov podle ČSN [103]

Klíčovými problémy, proč nebylo možné/vhodné v ČR přejít přímo na použití metodiky PHPP, jsou tyto:
a) nekompatibilita PHPP postupů s některými postupy podle platných technických norem
b) nedostatky v kvalitě a dostupnosti klimatických dat pro území ČR, zejména spolehlivých a dlouhodobě zjišťovaných údajů o solárním záření.

Pro navrhování budovy je i tak možné PHPP přístup použít. Pro úřední hodnocení (soulad se stavebním zákonem a vyhláškou o dokumentaci staveb) a pro dotační účely je potřebné provést výpočet podle odpovídajících ČSN a TNI. Konkrétní návrh budovy to neovlivní, anebo ovlivní jen v minimální míře.
Pro pasivní budovy s převažující návrhovou teplotou mimo interval 18 až 22 °C nejsou požadavky dosud stanoveny. Přiměřeně lze použít poznatky publikované v odborné literatuře. Může se to týkat výrobních hal s nižšími teplotami i například plaveckých bazénových hal.

Pasivní obytné budovy

Pasivní obytné budovy musí splňovat odpovídající požadavky podle tabulky 2.5. Další podrobnosti k hodnocení pasivních obytných budov jsou uvedeny v TNI 73 0329 a TNI 73 0330. Konstrukce teplosměnných ploch se přednostně řeší tak, aby odpovídaly doporučeným hodnotám pro pasivní budovy v tabulce 3.7. Pro rodinné domy se podle konkrétních podmínek doporučuje volit hodnoty při spodním okraji příslušného intervalu, pro kompaktní bytové domy může být dostačující použít hodnoty při horním okraji příslušného intervalu.
Větrání čerstvým vzduchem musí být zajištěno ve všech pobytových místnostech. Vzduchotechnické jednotky mají být vybaveny zařízením pro zpětné získávání tepla s co nejvyš- ší možnou účinností.
V budoucnu bude potřebné ještě lépe vymezit způsoby hodnocení u rodinných domů s více byty z hlediska pomocných energií (podle použitých technických systémů v domě mohou nastat velmi odlišné situace) a při komplikovanějších situacích, kdy jsou kromě bytů v domě další funkční jednotky (služby apod.). Prognóza je pak obtížnější i z hlediska vyšší pravděpodobnosti pozdějších změn užívání.

Pasivní neobytné budovy

Pasivní neobytné budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou v rozmezí 18 až 22 °C musí splňovat odpovídající požadavky podle tabulky 2.5. Přiměřeně se pro ně též použijí informace z TNI 73 0330

	Průměrnýsoučinitel prostupu tepla U em [W/(m²·K)]	Měrná potřeba tepla na vytápění [kWh/(m².a)]	Měrná potřeba energie na chlazení [kWh/(m²·a)]	Měrná potřebaprimární energie [kWh/(m²·a)]
Obytná budova: rodinný dům	< 0,25 požadováno < 0,20 doporučeno	< 20 požadováno <15 doporučeno	0²)	< 60
Obytná budova: bytový dům	< 0,35 požadováno < 0,30 doporučeno	<15	0²)	<60
Neobytná budova s převažující teplotou 18 - 22 °C	< 0,351)	< 15	<15	< 120
Ostatní budovy	Požadavky stanoveny individuálně s využitím aktuálních poznatků odborné literatury			< 120
1) Uvedená hodnota je doporučená, nejvýše však musí být rovna odpovídající hodnotě U em,rec podle článku 5.3.2 v [103]. 2) Stavební řešení musí být takové, aby strojní chlazení nebylo potřebné (ověření výpočtem za normových podmínek). Pokud by vyjímečně bylo dodatečně použito, musí být odpovídajícím způsobem zahrnuto do hodnocení primární energie, a to i kdyby se jednalo o individuální jednotky považované za elektrické spotřebiče.

Tab. 2.5 Základní vlastnosti pasivních budov [103]

Energeticky nulové budovy

Hodnocení vychází z roční bilance energetických potřeb a energetické produkce v budově a jejím okolí, vyjádřené v hodnotách primární energie. Předpokládá se, že budova je připojena na obvyklé energetické sítě. Jedná se tedy o bilančně nulovou budovu, jak je uvedeno dále. Zpravidla je výhodné, aby stavební řešení a technická zařízení budovy byla navržena tak, aby odpovídala standardu pasivní budovy.

Jsou stanoveny dvě základní úrovně hodnocení:
Úroveň A - do energetických potřeb budovy se zahrne potřeba tepla na vytápění, potřeba energie na chlazení, energie na přípravu teplé vody, pomocná elektrická energie na provoz energetických systémů budovy, elektrická energie na umělé osvětlení a elektrické spotřebiče.
Úroveň B - jako A, ale bez zahrnutí elektrické energie na elektrické spotřebiče.
Pro obě úrovně je v tabulce 2.6 uvedeno, co se považuje za dosažení úrovně "energeticky nulové budovy" a co za dosažení úrovně "blízké energeticky nulové budově". S ohledem na vývoj technologií je možné v blízké době očekávat upřesnění zde uvedených způsobů hodnocení a konkrétních hodnot.

Závaznost kritéria	Požadovaná hodnota	Doporučená hodnota	Požadovaná hodnota podlezvolené úrovně hodnocení
	Průměrný součinitel prostupu tepla U_em [W/(m2.Kl]	Měrná potřeba tepla na vytápění [kWh/(m2·a)]	Měrná roční bilance potřeby a produkce energie vyjádřená v hodnotách primární energie z neobnovitelných zdrojů [kWh/(m2·a)]
			Úroveň A	Úroveň B
Obytné budovy
Nulový	Rodinné domy < 0,25 Bytové domy < 0,35	Rodinné domy < 0,20 Bytové domy < 0,15	0	0
Blízký nulovému			80	30
Neobytné budovy 2)
Nulový	< 0,35 1)	< 0,30	0	0
Blízký nulovému			120	90
1) Uvedená hodnota je doporučená, nejvýše však musí být rovna odpovídající hodnotě U em rec podle článku 5.3.2 [103]. 2) Neobytné budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou 18 až 22 °C včetně. Pro jiné budovy není stanoveno

Tab. 2.6 Základní požadavky na energeticky nulové budovy [103]

Zdá se užitečné ponechat více možností nastavení požadavků, uvědomíme-li si, že se jedná o novou kategorii budov. Legislativní předpis se může vztahovat k některému z požadavků, současně se ale na dobrovolné bázi mohou stanovit referenční hodnoty pro soukromé smluvní vztahy nebo jako podklad pro nastavení dotční podpory nebo daňové úlevy.

Číselná hodnota pro budovu "blízkou nulové" je konstruována podle požadavku na budovu pasivní - poloviční hodnotou měrné potřeby primární energie bez vlivu energie uživa- telské. Na obdobné úrovni je pak nastavena hodnota pro neobytné budovy.
Požadavky pro neobytné budovy byly ověřovány na budovách administrativních. Jsou velmi náročné z hlediska požadavků na vnitřní prostředí a jsou jednou z mála typologických skupin relativně dobře popsatelných. I tak pro ně bude potřebné dále upřesňovat, které energetické služby a jakým způsobem se mají uvažovat. Například centrální počítačový server je technologické zařízení, které může svými zisky přispět ke snížení potřeby tepla na vytápění. Jeho chlazení ovšem do hodnocení budovy nezahrnujeme. Časté jsou i zde smíšené funkce, například velká kuchyně s jídelnou v rámci administrativní budovy, komplikující striktní stanovení, co vše zahrnout do výpočtů energetické náročnosti.

Do hodnocení primární energie se zahrnou roční energetické potřeby podle tabulky 2.7 Hodnoty dodané energie na vytápění se stanoví postupem podle ČSN EN ISO 13790. Hodnoty dodané energie na chlazení se stanoví postupem podle ČSN EN ISO 13790 nebo podrobněji. Hodnoty dodané energie pro přípravu teplé vody, pomocné elektrické energie na provoz energetických systémů budovy a hodnoty elektrické energie na elektrické spotřebiče se stanoví podle TNI 73 0329, TNI 73 0330 nebo podrobněji podle ověřených podkladů. Pro přepočet množství dodané energie na hodnoty odpovídající primární energie se použije příslušný faktor energetické přeměny stanovený v tabulce 2.1. Pro dálkové teplo, kogenerační výrobu a další kombinované energetické systémy se hodnoty stanoví podle ČSN EN 15316-4-5. výsledek výpočtu měrné primární energie z neobnovitelných zdrojů se vyjadřuje v kWh/(m2 a) a zaokrouhluje se na celé číslo.

	Obytné budovy		Neobytné budovy
	Úroveň A	Úroveň B	Úroveň A	Úroveň B
Vytápění	+	+	+	+
Chlazení a úprava vlhkosti vzduchu	_1)	_1)	+	+
Příprava teplé vody	+	+	+	+
Pomocná elektrická energie na provoz energetických systémů budovy	+	+	+	+
Umělé osvětlení	+	+	+2)	+2)
Elektrické spotřebiče	+	-	+	-
1) Stavební řešení musí být takové, aby strojní chlazení nebylo potřebné. Pokud by výjimečně bylo dodatečně použito, musí být odpovídajícím způsobem zahrnuto do hodnocení primární energie, a to i kdyby se jednalo o individuální jednotky považované za elektrické spotřebiče. Požadavek je formulován pro hodnocení za normových podmínek. Pasivní způsoby řešení rizika přehřívání mají mít přednost nejen z hlediska energetického, ale často i z hlediska zdravotních rizik v souvislosti se strojním chlazením. 2) Záměrně odlišně od hodnocení pasivních neobytných budov.

Tab. 2.7 Přehled energetických potřeb zahrnutých do hodnocení primární energie energeticky nulové budovy

Do hodnocení primární energie vyprodukované v souvislosti s budovou se zahrne roční produkce z obnovitelných zdrojů energie, sloužící potřebám domu, i energie využitá jinde prostřednictvím energetické sítě (například veřejná elektrická síť). Pro přepočet produkované energie na energii primární se použije odpovídající faktor přeměny energie podle tabulky 2.1.
Ve prospěch hodnocení budovy je možné dále zahrnout produkci elektrické energie z obnovitelných zdrojů umístěných na dalších blízkých stavebních objektech (přístřešky, oplo- cení, opěrné stěny a jiné budovy), pokud taková produkce již nebyla zahrnuta ve prospěch jiné budovy. Předpokládá se, že takto produkovaná elektrická energie nahrazuje konvenční elektrickou energii ve veřejné elektrické síti. Ve prospěch hodnocení budovy je možné dále zahrnout i produkci tepla z obnovitelného zdroje (spalování biomasy, bioplynu apod.), které je předáváno dalším budovám nebo tepelné síti. Předpokládá se, že takto produkovaná tepelná energie nahrazuje jinak potřebnou výrobu tepla spalováním zemního plynu. Podmínky takového započtení může stanovit nebo upřesnit zvláštní předpis.

Energeticky nezávislé budovy

Jako energeticky nezávislé budovy se označují budovy bez potřeby dodávek energie ze zdrojů mimo budovu (též autonomní budovy). Zpravidla se jedná o budovy mimo zastavě- né území, kde by napojení na energetické sítě nebylo možné a jiná dodávka energie by byla obtížná. I v takovém případě je výhodné, aby byla budova řešena jako pasivní. Vyrovnání mezi energetickou produkcí a spotřebou energie slouží akumulace energie do tepelných zásobníků, elektrických akumulátorů a využití akumulace energie v podzákladí. Určitá míra energetické nezávislosti může být významným požadavkem i u budov umístěných v zastavěných územích. Znamená totiž menší omezení provozu v případě (krátkodobého) výpadku v energetickém zásobování.
S rozvojem nových technologií, zejména mimo aplikovaný výzkum ve stavebnictví, jako je vývoj nových způsobů ukládání energie apod., může tato oblast dosáhnout většího významu. Taková řešení pak nemusí být omezována na stavby v místech vzdálených od veřejných sítí. Argumentací bude zvýšená až absolutní nezávislost na externích dodávkách energie. Řešení mohou být zajímavá i pro větší měřítko - pro soubory budova větší celky.

Zdroj: Nízkoenergetické domy 3, nulové, pasivní a další; Vydavatelství Grada

Autor: Jan Tywoniak a kolektiv