Hodnocení energetické náročnosti budov podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. – případová studie rodinný dům
S nabytím účinnosti vyhlášky č. 264/2020 Sb., o energetické náročnosti budov, se mění způsob hodnocení energetické náročnosti nových budov. Článek na případové studii rodinného domu přibližuje přístup ke koncepci technických systémů nových rodinných domů z pohledu současných a budoucích požadavků (od 1. 1. 2022) na energetickou náročnost budov.
1. Úvod
Cílem článku je na případové studii rodinného domu ukázat okolnosti a eventuální možnosti splnění nových a budoucích požadavků na energetickou náročnost rodinného domu. Článek vychází ze širší analýzy případové studie porovnání vlivu koncepce technických systémů rodinného domu na hodnocení energetické náročnosti budovy podle nové vyhlášky č. 264/2020 Sb. o energetické náročnosti budov, která nabyla účinnosti 1. září 2020. Analýza byla zpracována pro různé základní varianty zdrojů zásobování teplem (vytápění a příprava teplé vody). Tento článek podrobně shrnuje vybrané čtyři základní varianty technických systémů dodávky tepla. Pro každou variantu byly zpracovány dílčí varianty v závislosti na způsobu větrání, tedy pro přirozené větrání a pro nucené větrání se zpětným získáváním tepla (ZZT).
2. Případová studie – výchozí podmínky
Obr. 1 – případová studie rodinného domu RD KUBIS 74 (zdroj: RD Rýmařov)
Předmětem řešení případové studie je katalogový rodinný dům RD Rýmařov, model Kubis 74. Rodinný dům má čtvercový půdorys a zastavěnou plochu 97,8 m2. Rodinný dům poskytuje 117,5 m2 obytné plochy ve dvou podlažích. Zastřešený je sedlovou střechou se sklonem 22°. V přízemí je situovaný obývací pokoj, jídelna a hygienické zázemí. V 2. NP jsou tři pokoje a hygienické zázemí.
Pro uvedený objekt jsou stanoveny minimální legislativní požadavky na energetickou náročnost. Minimální legislativní požadavky pro jednotlivé ukazatele energetické náročnosti (EN) pro tento objekt jsou uvedeny v tab. 1. V tabulce jsou pro přehled uvedeny jak požadavky podle zrušené vyhlášky 78/2013 Sb. pro novostavbu tohoto rodinného domu, tak současné požadavky podle nové vyhlášky 264/2020 Sb. včetně těch, které budou platit od 1. 1. 2022.
| Legislativní režim | Vyhláška 78/2013 Sb. | Vyhláška 264/2020 Sb. | ||
|---|---|---|---|---|
| Požadavky pro ukazatele energetické náročnosti | nový RD 1. 1. 2015 – 31. 12. 2019 | RD v režimu NZEB 1. 1. 2020 – 31. 8. 2020 | RD v režimu NZEB od 1. 9. 2020 – 31. 12. 2021 | RD v režimu NZEB 2022 od 1. 1. 2022 |
| Uem,R [W/m2.K] | 0,31 | 0,27 | 0,27 | 0,27 |
| změna požadavku Uem,R | 0 % | 13 % | 13 % | 13 % |
| Qfuel,R [kWh/rok] | 22 260 | 19 973 | 16 919 | 16 919 |
| změna požadavku Qfuel,R | 0 % | 10 % | 24 % | 24 % |
| QNpe,R [kWh/rok] | 25 032 | 18 966 | 14 389 | 11 007 |
| změna požadavku QNpe,R | 0 % | 24 % | 43 % | 56 % |
| Legenda: Uem,R je průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy Qfuel,R je celková dodaná energie QNpe,R je celková primární energie z neobnovitelných zdrojů | ||||
K požadavkům pro jednotlivé ukazatele energetické náročnosti kladených na budovy s téměř nulovou potřebou energie NZEB, do kterých rodinné domy patří, je ve smyslu porovnání požadavků vyhlášky 78/2013 Sb. a vyhlášky 264/2020 Sb. třeba uvést následující komentář:
- Požadavek na Uem,R pro NZEB se v porovnání se zrušenou vyhláškou 78/2013 Sb. nemění a zjednodušeně řešeno se jedná o požadavek, který o 30 % zpřísňuje požadované hodnoty součinitele prostupu tepla U (W/m2.K) podle ČSN 730540-2:2011,
- Zpřísnění požadavku na celkovou dodanou energii je pro NZEB způsobeno přísněním požadavku Uem,R pro NZEB o 10 % ve vztahu k roku 2015. Zpřísnění požadavku o dalších 14 % v porovnání mezi NZEB (78/2013 Sb.) a NZEB (264/2020 Sb.) je způsobeno zpřísněním účinností technického systému vytápění pro referenční budovu, byť výše redukčního činitele ∆ep,R zůstává zachována.
- Zpřísnění požadavku na maximální potřebnou primární energii z neobnovitelných zdrojů vychází z legislativních pravidel. Požadavek pro NZEB po roce 2022 (NZEB 2022) je pak vztažen k měrné potřebě energie na vytápění referenční budovy a může se pohybovat v rozmezí 20 až 60 % ve vztahu k výchozímu stavu. Podrobně viz tab. 2. Obecně lze říci, že pro většinu rodinných domů zpřísnění pro rok 2022 a dále bude v rozsahu 40 až 55 %.
| Druh budovy nebo zóny | Referenční hodnota | ||
|---|---|---|---|
| Budova s téměř nulovou spotřebou energie (NZEB) | Budova s téměř nulovou spotřebou energie po 1. 1. 2022 (NZEB 2022) | ||
| ∆ep,R [%] | Obytná zóna v rodinném domě | 25 % | Pro obytné stavby podle měrné potřeby tepla na vytápění a energeticky vztažné plochy – 20 % pro 30 kWh/m2.rok až 60 % pro 90 kWh/m2.rok – mezilehlé hodnoty se lineárně interpolují. Pro ostatní budovy 40 % |
| Obytné zóny v ostatních budovách | 20 % | ||
| Jiná než obytná zóna | 10 % | ||
3. Varianty řešení technických systémů a obálky budovy
Splnění požadavků na energetickou náročnost pro NZEB a NZEB 2022 podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. je u tohoto rodinného domu parametrická úloha, kterou určují tři proměnné:
- průměrný součinitel prostupu tepla Uem,R, který vyjadřuje kvalitu obálky a ovlivňuje vypočtenou potřebu energie;
- celková dodaná energie Qfuel,R (kWh/rok), která vychází z vypočtené potřeby energie, účinnosti technických systémů a množství pomocné energie;
- celková primární energie z neobnovitelných zdrojů QnPE,R (kWh/rok), která vychází z dodané energie a závisí na konverzních faktorech jednotlivých energonositelů.
Případová studie je pak postavena na modelu, který prověřuje několik desítek různých reálných kombinací tepelně technických parametrů obálky budovy, kdy každou reálnou kombinaci parametrů jednotně reprezentuje vypočtené Uem hodnocené budovy v kvalitativním rozmezí 0,40 až 0,15 W/m2.K. Vzhledem ke značné rozmanitosti konstrukcí obálky budovy jsou varianty definovány přímo Uem obálky budovy, stanovené podle ČSN 73 0540-2:2011. Tato hodnota může být cílovou hodnotou pro definování parametrů dílčích konstrukcí. Jako základní stav pro porovnání je zvoleno dodavatelem posuzovaného rodinného domu Kubis 74 definované typové řešení obálky rodinného domu, které má průměrný součinitel prostupu tepla Uem = 0,25 W/m2.K. To je méně, než je minimální požadavek pro tuto budovu ve standardu NZEB, který je 0,27 W/m2.K. Tudíž je tento závazný ukazatel energetické náročnosti pro NZEB již v typovém řešení RD splněn.
Pro porovnání hodnocení energetické náročnosti budovy byly zpracovány čtyři varianty technického řešení systému zásobování teplem pro vytápění a přípravu teplé vody, podrobně viz tab. 3. Osvětlení bylo ve všech řešených variantách uvažováno stejně, a to s použitím standardních hodnot pro umělé osvětlení rodinného domu. Jednotlivé varianty jsou potom souhrnně zpracovány pro rodinný dům větraný přirozeně a rodinný dům větraný nuceně se zpětným získáváním tepla. Vzhledem ke skutečnosti, že vyhláška č. 264/2020 Sb. upravuje některé technické parametry referenční budovy oproti stávajícímu stavu, je vhodné z pohledu větrání budovy zpracovat pro uvedené varianty technických systémů také varianty s přirozeným a nuceným větráním. Vyhláška č. 264/2020 Sb. změnou parametrů referenční budovy zdůrazňuje příznivý vliv nuceného větrání ve smyslu úspory potřeby energie na vytápění na rozdíl od vyhlášky č. 78/2013 Sb. Větrací systém se zpětným získáváním tepla v hodnocené budově je nyní podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. ve vztahu k referenční budově systémem, který se vymezuje jako systém zajišťující snížení vypočtené spotřeby energie v porovnání s referenční budovou. Referenční obytná budova má v případě větracího systému se zpětným získáváním tepla nastavenou hodnotu účinnosti zpětného získávání tepla ηH,hr,R = 0. To znamená, že v případě porovnání referenční budovy s budovou hodnocenou je vliv ZZT ve vztahu k referenční budově vnímán jako energeticky úsporné opatření. Graficky vyjádřeno viz obr. 2.
Obr. 2 – Účinnost zpětného získávání tepla v hodnocení ENB podle vyhlášky 264/2020 Sb.
| Označení | Vytápění | Příprava teplé vody |
|---|---|---|
| Varianta 1 | přímotopné vytápění pomocí elektrických topných rohoží bez kombinace s OZE. Nutný podíl OZE bude vyjádřen doplňkově | přímoohřívaný elektrický zásobník TV bez kombinace s OZE. Nutný podíl OZE bude vyjádřen doplňkově |
| Varianta 2 | plynový kotel, teplovodní otopná soustava | plynový kotel, zásobníkový ohřev |
| Varianta 3 | kotel na hnědé uhlí s automatickou dodávkou paliva | kotel na hnědé uhlí s automatickou dodávkou paliva, nepřímo ohřívaný kombinovaný zásobník TV |
| Varianta 4 | tepelné čerpadlo vzduch/voda, teplovodní otopná soustava, | tepelné čerpadlo vzduch/voda, nepřímo ohřívaný zásobník TV |
4. Hodnocení celkové dodané energie do budovy
Dodaná energie podle platné legislativy výpočtu energetické náročnosti budov byla vypočtena pomocí NKN a souhrn je uveden v následujícím přehledu vždy pro přirozené a nucené větrání. Jak je patrné z grafů, požadavek na celkovou dodanou energii do posuzovaného RD, pokud je splněn požadavek na obálku budovy, bude splněn vždy bez ohledu na zvolenou variantu technického systému. Požadavek na celkovou dodanou energii by byl u daného RD splněn již s Uem ≤ 0,27 W/m2.K.
Obr. 3 – Průběh celkové dodané energie pro varianty technického řešení přirozeně větraného RD v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy
V grafu jsou vyznačeny hranice klasifikační třídy energetické náročnosti A a B, což je informativní údaj uváděný na průkazu energetické náročnosti budovy (pozn. ostatní třídy EN jsou mimo měřítko grafu). Účelem klasifikačních tříd EN je co nejjednodušší porovnání budov podobné velikosti a účelu z pohledu předpokládané spotřeby energií. Hranice klasifikačních tříd se stanoví z referenční hodnoty klasifikovaného ukazatele energetické náročnosti budovy, která se určí jednotně pro referenční podmínky uvedené pro budovu s téměř nulovou spotřebou energie od 1. ledna 2022, tzn. NZEB 2022. Je zřejmé, že v daném případě RD s rezervou splňuje podmínku zařazení do třídy A, a to z pohledu celkové potřeby energií pro všechny 4 varianty s přirozeným větráním.
Obr. 4 – Průběh celkové dodané energie pro varianty technického řešení nuceně větraného RD v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy
5. Hodnocení primární energie z neobnovitelných zdrojů
Primární energie z neobnovitelných zdrojů byla stanovena pro jednotlivé varianty technického řešení zásobování teplem a způsobu větrání budovy. K výpočtu jejího množství se využívají faktory neobnovitelné primární energie pro dané energonositele využívané v budově. Pro elektřinu má faktor hodnotu 2,6, pro zemní plyn i hnědé uhlí 1,0. V případě všech variant byl potřebný podíl primární energie z obnovitelných zdrojů dopočítán tak, aby budova splnila požadavek na referenční budovu standardu NZEB a NZEB 2022 podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. Současně byly zpracovány opět dvě sady výsledků, a to pro přirozeně větraný objekt a objekt s nuceným větráním se zpětným získáváním tepla (ZZT). Na níže uvedeném grafu, obr. 5, je porovnání splnění požadavku primární energie z neobnovitelných zdrojů pro typový RD s Uem = 0,25 W/m2.K. Je patrné, že současný standard NZEB (žlutá čára) neplní varianta 1 bez ohledu na druh větrání. Varianta 2 standard plní s využitím nuceného větrání a podobně je na tom i varianta 3. Pouze varianta 4 s tepelným čerpadlem plní standard bez ohledu na druh větrání. Standard NZEB 2022 již neplní žádná z uvažovaných variant.
Obr. 5 – porovnání splnění požadavku primární energie z neobnovitelných zdrojů pro přirozeně a nuceně větraný rodinný dům s Uem = 0,25 W/m2.K
5.1 Hodnocení primární energie v přirozeně větraném domě
V následujících grafech je demonstrováno splnění ukazatele primární energie z neobnovitelných zdrojů v závislosti na parametrech obálky budovy pro přirozeně větraný rodinný dům. Ze závěrů uvedených v předchozí kapitole 5. je patrné, že standard NZEB může být splněn pro varianty 1 až 3 pouze za předkladu kvalitnější obálky budovy, než je minimální legislativní standard. V případě setrvání na minimálním legislativním standardu obálky budovy bude nutné pokrýt část primární energie energií, respektive energonositelem, s nízkým faktorem primární energie (energie okolního prostředí, biomasa). Standard NZEB 2022 nesplňuje bez využití primární energie s nízkým faktorem primární energie (např.: energie okolního prostředí, biomasa) ani jedna z navrhovaných variant při uvážení přirozeného větrání rodinného domu.
Obr. 6 – Průběh primární energie z neobnovitelných zdrojů pro varianty technického řešení přirozeně větraného RD v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB a NZEB 2022
Jednou z možností snížení potřeby primární energie z neobnovitelných zdrojů je náhrada její části elektřinou vyrobenou fotovoltaickým systémem. Pokud se pokrytí části energie omezí pouze na výrobu elektřiny pomocí FV systému, potom jsou pro různé varianty řešení kvality obálky budovy potřebné podíly roční výroby elektrické energie uvedeny níže, jak pro standard NZEB viz obr. 7, tak standard NZEB 2022 viz obr. 8. Tento nezbytný roční podíl vyrobené elektřiny předpokládá její plné využití v budově v rámci měsíční bilance, nebo možnost exportu přebytků do distribuční sítě.
Obr. 7 – Nezbytná výroba FV systému přirozeně větraného RD v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB
Například v případě FV systému v přirozeně větraném RD s přímotopnou elektřinou jako jediným zdrojem tepla pro vytápění a přípravu TV (varianta 1) začíná pro nejvyšší možné Uem nezbytná výroba elektřiny fotovoltaickým systémem (vlastní potřeba plus export) na hodnotě 6179 kWh a s klesajícím Uem obálky klesá na cca 3500 kWh pro Uem = 0,17 W.m2/K pro splnění požadavku NZEB. V případě splnění požadavku NZEB 2022 musí být výroba vyšší, viz obr. 8.
Obr. 8 – Nezbytná výroba FV systému přirozeně větraného RD v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB 2022
5.2 Hodnocení primární energie v nuceně větraném domě
Vzhledem k výše uvedenému faktu, že nuceně větraný rodinný dům bude zvýhodněný vůči referenční budově, je hodnocení primární energie z neobnovitelných zdrojů zpracované také pro budovu s nuceným větráním. V následujících grafech je demonstrováno splnění ukazatele primární energie z neobnovitelných zdrojů v závislosti na obálce budovy pro nuceně větraný rodinný dům se zpětným získáváním tepla.
Na rozdíl od přirozeného větrání rodinný dům s nuceným větráním splňuje pro varianty 2, 3 a 4 požadavek NZEB 2022 ovšem za předpokladu kvalitativně lepší obálky budovy, než je kvalita obálky pro typový rodinný dům.
Obr. 9 – Průběh primární energie z neobnovitelných zdrojů pro varianty technického řešení nuceně větraného RD v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy
Podobně jako pro dům s přirozeným větráním bylo provedeno hodnocení s cílem nalézt požadovanou velikost výroby elektřiny fotovoltaickým systémem i pro dům s nuceným větráním. Výsledky jsou pro standard NZEB na obr. 10 a pro standard NZEB 2022 na obr. 11.
Obr. 10 – Nezbytná výroba FV systému nuceně větraného RD se ZZT v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB
Obr. 11 – Nezbytná výroba FV systému nuceně větraného RD se ZZT v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB 2022
Jinou možností ke snížení potřeby primární energie z neobnovitelných zdrojů je využití biomasy. Pro doplnění je proto v grafech na obr. 12 a obr. 13 uveden minimální podíl pokrytí potřeby tepla na vytápění pomocí lokálního zdroje tepla spalujícího kusové dřevo pro potřeby splnění požadavků NZEB, případně NZEB 2022. Vzhledem ke skutečnosti, že vyhláška č. 264/2020 Sb. určuje závazně maximální možný podíl lokálního doplňkového zdroje tepla na roční potřebě tepla na vytápění uvedený v ČSN 73 0331-1, nelze v některých případech požadavek na energetickou náročnost splnit pouze s použitím doplňkového zdroje tepla spalujícího dřevo s příslušným minimálním pokrytím potřeby tepla na vytápění.
Obr. 12 – Minimální podíl pokrytí potřeby tepla na vytápění krbovou vložkou/kamny nuceně větraného RD se ZZT v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB
Obr. 13 – Minimální podíl pokrytí potřeby tepla na vytápění krbovou vložkou/kamny nuceně větraného RD se ZZT v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB 2022
6. Závěr
Tato případová studie přibližuje obecný přístup ke koncepci technických systémů rodinných domů. Studie vychází z aktuálního znění vyhlášky č. 264/2020 Sb. Tato nová vyhláška změnila přístup k referenční budově a zvýšila požadavky vzhledem k primární energii z neobnovitelných zdrojů. Z těchto důvodů je hodnocení požadavků energetické náročnosti rozdílné v porovnání se zrušenou právní úpravou hodnocení energetické náročnosti budov. Závěry plynoucí z této studie ukazují vliv koncepce technických systémů vzhledem k legislativním požadavkům.
Souhrnně lze uvést následující skutečnosti:
- Požadavky na kvalitu obálky budovy se pro aktuální NZEB a budoucí NZEB 2022 nemění a zůstávají stejné v porovnání se zrušenou vyhláškou 78/2013 Sb.
- Významně s úpravou referenční budovy vzrostl vliv řízeného větrání se zpětným získáváním tepla (ZZT). Rodinný dům s nuceným větráním a rodinným dům s přirozeným větráním mají společnou referenční budovu, která je v principu rovna budově s přirozeným větráním. Z tohoto důvodu, je-li rodinný dům opatřen systémem s řízeným větráním se ZZT, chová se systém se ZZT podobně jako úsporné opatření.
- Změna požadavků na budovy od 1. 1. 2022 se projevuje pouze ve zpřísnění požadavku na primární energii z neobnovitelných zdrojů. V případě rodinného domu se jedná o hodnotu adekvátní měrné potřebě tepla referenční budovy.
Na závěr je třeba je třeba uvést, že v článku uvedené skutečnosti lze vztahovat pouze ke geometricky podobným typům rodinných domů, a ještě s jistou mírou výpočetní tolerance. Uvedené číselné závěry nelze zobecňovat a je nutné k nim rovněž vztahovat jistou míru tolerance. Závěry z analýzy se mohou lišit podle způsobu zpracování energetického modelu, zadání okrajových podmínek v podobě účinností technických systémů, množství spotřebované teplé vody, stínění.
Poděkování
Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu v programu TRIO.
Literatura
- Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů.
- Vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov.
- Vyhláška č. 264/2020 Sb., o energetické náročnosti budov.
- ČSN 73 0331-1 (730331) Energetická náročnost budov – Typické hodnoty pro výpočet – Část 1: Obecná část a měsíční výpočtová data 1 Praha, 2018. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví.
- URBAN, M., KABELE, K. Národní kalkulační nástroj NKN [počítačová aplikace]. Ver. 3.052 Praha, 2014. Dostupné z http://nkn.fsv.cvut.cz. Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov, 37 MB.
- URBAN, M., KABELE, K. Analýza variantního řešení energetických systémů rodinného domu s téměř nulovou spotřebou energie dle návrhu novely vyhlášky č. 78/2013 Sb. Praha, 2020. Závěrečná zpráva smluvního výzkumu.
In connection with the entry into force of Decree No. 264/2020 Coll., On the energy performance of buildings, the method of assessing the energy performance of new buildings is changing. The article on the case study of a family house presents an approach to the concept of technical systems of new family houses from the point of view of current and future requirements (from 1. 1. 2022) for the energy performance of buildings.
