Hodnocení energetické náročnosti: Případová studie rodinný dům – aktualizace podle novely vyhlášky 264/2020 Sb.

1. Úvod

Tento článek aktualizuje předchozí článek Hodnocení energetické náročnosti budov podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. – případová studie rodinný dům, TZB-info, 5. 10. 2020 [5], který na případové studii rodinného domu ukázal okolnosti a možnosti splnění nových a budoucích požadavků na energetickou náročnost rodinného domu. Tehdy to bylo ve smyslu hodnocení energetické náročnosti budovy (ENB) podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. o energetické náročnosti budov, která byla účinná od 1. září 2020.

Přečtěte si také Hodnocení energetické náročnosti budov podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. – případová studie rodinný dům Přečíst článek

V současnosti od 1. září 2024 již nabyla účinnosti změna této vyhlášky, která mění některé okolnosti výpočtu zejména ve vztahu k hodnocení primární energie z neobnovitelných zdrojů. Podrobně tyto změny shrnuje článek [6].

Vyhláška 264/2020 Sb. během své platnosti zaznamenala již tři změny týkající se výpočtu a hodnocení energetické náročnosti budov. Chronologicky lze změny ve vyhlášce 264/2020 Sb. popsat takto:

• Od 1. 9. 2020 je účinná vyhláška 264/2020 Sb., energetická náročnost se stanovuje pomocí měsíčního kroku výpočtu a některá pravidla reflektují požadavky uvedené ve zrušené vyhlášce 78/2013 Sb., o tomto bodu a následujícím bodu pojednává článek [6],
• Od 1. 1. 2022 došlo ke zpřísnění požadavků na energetickou náročnost prostřednictvím primární energie z neobnovitelných zdrojů, viz článek [6],
• Od 1. 1. 2023 se energetická náročnost budov se systémem chlazení, úpravou vlhkosti a s FV systémem stanovuje výpočtem s hodinovým krokem, o tomto bodu pojednává článek [7],
• Od 1. 9. 2024 se mění některé okolnosti výpočtu energetická náročnosti, změny popisuje článek [6].

Z výše uvedeného vyplývá, že v některých případech mohou ukazatele energetické náročnosti uvedené v průkazu energetické náročnosti budov (PENB) zpracovaném k vyhlášce 264/2020 Sb. pro stejný objekt nabývat čtyř různých hodnot podle toho, do jakého časového okna je hodnocení ENB zasazeno. Při porovnávání PENBů zpracovaných podle vyhlášky 264/2020 Sb. je třeba si uvědomit, jaká pravidla byla uplatňována při zpracování daného PENBu.

Tento článek opakovaně shrnuje pět základních variant technických systémů dodávky tepla do rodinného domu a volně aktualizuje článek [5] s ohledem na změnu požadavků pro hodnocení energetické náročnosti budov. 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

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.

Obr. 1 – Případová studie rodinného domu RD KUBIS 74 (zdroj: RD Rýmařov)

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.

3. Varianty řešení technických systémů a obálky budovy

Pokud je v následujícím textu zmíněna vyhláška 264/2020 Sb., myslí se tím její znění účinné po 1. 9. 2024.

Splnění požadavků na energetickou náročnost pro novostavbu podle vyhlášky 264/2020 Sb. (legislativní standard budova s téměř nulovou spotřebou – NZEB) je parametrická úloha, kterou určují tři proměnné:

• průměrný součinitel prostupu tepla U_em,R, který vyjadřuje kvalitu obálky a ovlivňuje vypočtenou potřebu energie;
• celková dodaná energie Q_fuel,R [kWh/rok], která vychází z vypočtené potřeby energie, účinnosti technických systémů a množství pomocné energie;
• celková primární energie z neobnovitelných zdrojů Q_nPE,R [kWh/rok], která vychází z dodané energie a závisí na faktorech primární energie pro jednotlivé energonositele.

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 U_em hodnocené budovy v kvalitativním rozmezí 0,37–0,17 W/(m².K). Pro porovnání hodnocení energetické náročnosti budovy bylo zpracováno pět variant technického řešení systému zásobování teplem pro vytápění a přípravu teplé vody, podrobně viz Tab. 2. Osvětlení bylo ve všech řešených variantách uvažováno shodné, a to s použitím standardních hodnot pro umělé osvětlení rodinného domu. Vzhledem ke skutečnosti, že vyhláška 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. Jednotlivé varianty jsou potom souhrnně zpracovány pro rodinný dům větraný přirozeně a rodinný dům větraný nuceně se zpětným získáváním tepla.

4. Hodnocení celkové dodané energie do budovy

Výpočet celkové dodané energie Q_fuel 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 variantu technického systému. Požadavek na celkovou dodanou energii by byl u daného RD splněn již s U_em ≤ 0,27 W/m².K.

Tento požadavek pro tento konkrétní RD zůstává neměnný od 1. 1. 2020 a definovala ho již zrušená vyhláška 78/2013 Sb.

Z uvedeného přehledu je patrné, že varianty s nuceným větráním mají nižší celkovou dodanou energii ve srovnání s ostatními variantami. Současně z uvedeného přehledu platí, že pokud tento RD splní požadavek na U_em,R = 0,27 W/(m².K), automaticky plní požadavek na celkovou dodanou energii. Splnění požadavku na celkovou dodanou energie do budovy tak není krokem, který by významně promlouval do koncepce a řešení technických systémů v objektu.

Obr. 2 – Průběh celkové dodané energie pro varianty technického řešení přirozeně větraného RD v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy

Obr. 3 – 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. Změna hodnoty tohoto faktoru pro elektřinu je jeden z podstatných bodů novelizovaného znění vyhlášky 264/2020 Sb., viz Tab. 3. Pro elektřinu má od 1. 9. 2024 faktor primární energie hodnotu 2,1, což je snížení z hodnoty 2,6 platné od 1. 9. 2020. Do 1. 9. 2020 byla hodnota faktoru primární energie pro elektřinu 3,0.

6.1 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 5 pouze za předpokladu splnění minimálního legislativního požadavku na kvalitu obálky budovy, viz tab. 1.

V případě hodnocení primární energie z neobnovitelných zdrojů bude nutné pokrýt část primární energie energií, respektive energonositelem s nízkým faktorem primární energie (energie okolního prostředí, biomasa). Tato skutečnost se v případě variant technických systémů týká varianty 1 – přímotopná elektřina a varianty 2 – plynový kotel. Ostatní varianty splní požadavek na Q_nPE.

Podle minulé právní úpravy tento požadavek paradoxně nesplnily i varianty s TČ a bylo nezbytné je doplnit o systém využívající OZE [5]. Nyní, díky snížení faktoru primární energie, i varianty s tepelným čerpadlem u přirozeně větraného domu splní požadavek Q_nPE.

Obr. 4 – 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

Potřebný podíl pro dosažení požadavku Q_nPE znázorňuje níže uvedený graf. Kladný podíl je nutné pro splnění požadavku Q_nPE zajistit obnovitelnou energií. Týká se variant V2 – plynový kotel a V1 – elektrické přímotopné vytápění. V3 – pelety zahrnuje díky faktoru primární energie pro pelety 0,1 většinu energie z OZE a je mimo měřítko grafu, které je pouze do −50 %.

Obr. 5 – Potřebný podíl snížení Q_nPE pro splnění požadavku Q_nPE pro rekonstrukce pro RD1 s přirozeným větráním

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 v grafu níže. Tento nezbytný roční podíl vyrobené elektřiny předpokládá její plné využití v budově, nebo možnost exportu přebytků do distribuční sítě, což nová úprava vyhlášky 264/2020 Sb. umožňuje.

Obr. 6 – Nezbytná výroba FV systému přirozeně větraného RD. V případě U_me pro NZEB jde pro přímotopné elektrické vytápění o cca 8000 kWh/a a pro zemní plyn cca 2000 kWh/a.

Další možností, jak snížit množství primární energie z neobnovitelných zdrojů, je pokrytí části potřeby tepla pomocí lokálního zdroje spalujícího biomasu – typicky krbová kamna. V případě použití více zdrojů tepla je nutné stanovit podíl roční dodané energie na vytápění připadající na příslušný zdroj tepla parametrem f_H,gen. Parametr se určuje jako podíl pokrytí roční potřeby tepla příslušným zdrojem tepla.

V případě že tento poměr není stanoven, lze použít orientační hodnoty uvedené v ČSN 73 0331-1 v tabulce A.1. V případě použití doplňkového zdroje tepla vyhláška 264/2020 Sb. tuto tabulku uvedenou v normě pouze jako informativní zezávazňuje! Pro nejběžnější lokální zdroj tepla na pevná paliva s ručním přikládáním, bez teplovodního výměníku a s odtahem spalin (např. krby, krbové vložky, kamna bez akumulace) je omezení ročního podílu do výše 20 %, na druhou stranu lokální zdroj tepla na pevná paliva s ručním přikládáním, odtahem spalin a výměníkem napojeným na teplovodní otopnou soustavu v budově umožňuje výpočtové pokrytí ve výši až 35 %. Podrobně maximální možný podíl doplňkového zdroje tepla uvádí následující Tab. 4.

Následující graf uvádí minimální podíl lokálního zdroje tepla za účelem splnění požadavků pro NZEB, současně jsou v grafu vyznačeny maximální možné podíly nejčastěji používaných lokálních zdrojů. Varianta 1 – elektrické přímotopné vytápění nesplní požadavky na Q_nPE pouze s lokálním zdrojem tepla na biomasu. Varianta 2 – kotel na zemní plyn splní bez problémů požadavek na Q_nPE s využitím krbových kamen s teplovodní vložkou a v případě lepší obálky budovy i s lokálním zdrojem bez teplovodní vložky.

Obr. 7 – Minimální podíl pokrytí potřeby tepla na vytápění lokálním zdrojem na biomasu přirozeně větraného RD. Pro zemní plyn lze nalézt vyhovující variantu, pro elektrické přímotopné vytápění nikoliv.

Ukazuje se, že splnit kritérium primární energie v přirozeně větraném RD může být možné i pro přímotopné elektrické vytápění, a to kombinací lokálního zdroje na pelety s automatickým přikládáním (f_H,gen = 0,30) s již přijatelně velkým FV systémem, oproti samostatnému řešení jen s pomocí FV systému.

6.2 Hodnocení primární energie v nuceně větraném domě

Vzhledem k nastavení referenční budovy ve vyhlášce 264/2020 Sb., podrobně viz článek [6], bude nuceně větraný rodinný dům se zpětným získáváním tepla zvýhodněný vůči referenční budově v porovnání s tzv. přirozeně větraným RD.

V následujících grafech je demonstrováno splnění ukazatelů energetické náročnosti v závislosti na obálce budovy pro nuceně větraný rodinný dům se zpětným získáváním tepla. Díky skutečnosti, že systém nuceného větrání se ZZT se ve výpočtu ENB chová jako energeticky úsporné opatření, tak pomáhá se splněním Q_nPE. V tomto případě tedy varianta 2 – kotel na zemní plyn dokáže splnit požadavek na Q_nPE bez dalšího využití energie z OZE za předpokladu kvality obálky U_em < 0,23 [W/m².K]

Obr. 8 – 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. Obecně lze říci, že pro elektricky přímotopný systém je nutné předpokládat výkon FV systému maximálně 7 kWp a nižší.

Obr. 9 – Nezbytná výroba FV systému nuceně větraného RD se ZZT v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy pro standard NZEB

Jinou možností ke snížení potřeby primární energie z neobnovitelných zdrojů je využití biomasy. Pro doplnění je proto v grafech uveden minimální podíl pokrytí potřeby tepla na vytápění pomocí lokálního zdroje tepla spalujícího kusové dřevo pro potřeby splnění požadavků NZEB. 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. Varianta 1 – elektrické přímotopné vytápění nesplní požadavky na Q_nPE pouze s lokálním zdrojem tepla na biomasu ani v případě nuceného větrání.

Obr. 10 – Minimální podíl pokrytí potřeby tepla na vytápění krbovou vložkou/kamny nuceně větraného RD se ZZT v závislosti na průměrném součiniteli prostupu tepla obálky budovy

Splnit kritérium primární energie v nuceně větraném RD se ZZT je evidentně možné i pro přímotopné elektrické vytápění jeho kombinací s automatickými peletovými kamny (f_H,gen = 0,30) a FV systémem o menším výkonu, než v případě RD s přirozeným větráním.

6. Závěr

Tato případová studie přibližuje obecný přístup ke koncepci technických systémů rodinných domů. Studie vychází z aktuálního znění vyhlášky č. 264/2020 Sb. Změna vyhlášky č. 264/2020 Sb. snížila faktory primární energie zejména pro elektřinu, upravila faktory primární energie pro některé činnosti u referenční budovy a tím snížila v některých případech požadavky na primární energii z neobnovitelných zdrojů.

Souhrnně lze uvést následující skutečnosti:

• Požadavky na kvalitu obálky budovy se nemění a zůstávají stejné od 1. 1. 2020.
• Vliv řízeného větrání se zpětným získáváním tepla (ZZT) se i nyní pozitivně propisuje do hodnocení energetické náročnosti budov. 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 ZZT podobně jako úsporné opatření.
• Požadavky na primární energii z neobnovitelných zdrojů jsou v některých případech, zájmena u variant s tepelným čerpadlem a přímotopným elektrickým vytápěním mírnější z důvodu snížení faktoru primární energie pro elektřinu.
• Bilančně je možné započítat celou výrobu elektřiny z FV systému. Do 1. 9. 2024 bylo možné započítat produkci elektřiny pouze do výše toho, co budova v daném výpočtovém kroku potřebuje a export byl omezen do výše dvojnásobku toho, co budova v daném časovém kroku potřebuje. Časovým krokem se pro budovy s FV systémem rozuměl do 1. 1. 2023 jeden měsíc a od 1. 1. 2023 se zavedením hodinového kroku jedna hodina.

Na závěr je třeba je třeba uvést, že odvozené hodnoty lze vztahovat pouze ke geometricky a stavebně podobným typům rodinných domů. Uvedené číselné závěry nelze zobecňovat a je nutné k nim vztahovat jistou míru tolerancí. Závěry z analýzy se mohou lišit podle způsobu zpracování energetického modelu, zadání okrajových podmínek v podobě účinností technických systémů, množství spotřebované teplé vody, stínění.

Energetická náročnost budov

Přijďte si téma poslechnout na letošní 8. ročník konference odborného internetového portálu TZB-info

• Čtvrtek 28. listopadu 2024
• 8:30 – 16:00 hod
• Masarykova kolej ČVUT, Thákurova 1, Praha 6 – Dejvice
• Účastníci získají 3 kredity do celoživotního vzdělávání SEI. Tato vzdělávací akce je zapsána v ENEX pod číslem 428. Přihlaste si konferenci Energetická náročnost budov do ENEXU co nejdříve.

Literatura

1. Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů
2. Vyhláška 264/2020 Sb., o energetické náročnosti budov, ve znění pozdějších předpisů
3. 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.
4. URBAN, M., KABELE, K. Národní kalkulační nástroj NKN [počítačová aplikace]. Ver. 5.1 Praha, 2024. Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov, 37 MB.
5. URBAN, Miroslav. Hodnocení energetické náročnosti budov podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. – případová studie rodinný dům [online]. [cit. 30.8.2024]. Dostupný na WWW: vytapeni.tzb-info.cz/21224-hodnoceni-energeticke-narocnosti-budov-podle-vyhlasky-c-264-2020-sb-pripadova-studie-rodinny-dum.
6. STRAKOVÁ, Renata. Novela vyhlášky 264/2020 Sb. č. 222/2024 s platností od 1. 9. 2024 [online]. [cit. 30.8.2024]. Dostupný na WWW: vytapeni.tzb-info.cz/27225-novela-vyhlasky-264-2020-sb-c-222-2024-s-platnosti-od-1-9-2024.
7. URBAN, Miroslav; KABELE, Karel; SVOBODA, Zbyněk; HORÁK, Ondřej. Vliv hodinového kroku pro výpočet energetické náročnosti budovy Sb. č. 222/2024 s platností od 1. 9. 2024 [online]. [cit. 30.8.2024]. Dostupný na WWW: www.tzb-info.cz/energeticka-narocnost-budov/26345-vliv-hodinoveho-kroku-pro-vypocet-energeticke-narocnosti-budovy.