Navrhování a hodnocení budov podle EPBD II

Hodnocení energetické náročnosti budov je vědní disciplina, která z pohledu ostatních aktivit, patřících do oblasti nazývané obvykle tepelná ochrana budov nebo stavební tepelná technika, není ještě příliš stará. Původně byly energetické vlastnosti budov zajišťovány nepřímo, a to prostřednictvím návrhu jednotlivých konstrukcí v souladu s normativně požadovanými hodnotami tepelného odporu, případně součinitele prostupu tepla. Pro stanovení jejich normových hodnot byla prioritní zcela jiná kritéria než kritéria energetická. Bezprostřední přímé hodnocení energetických parametrů budov se neprovádělo.

Teprve ve druhé polovině 70. let minulého století (jako logický důsledek světové energetické krize) se v normových podkladech objevil požadavek na hodnocení spotřeby energie na vytápění budov a dokonce i požadavek na tepelně-ekonomické hodnocení obalových konstrukcí budov. Spotřeba tepla na vytápění bytových objektů byla definována prostřednictvím roční energetické spotřeby bytu s obestavěným prostorem 200 m³, situovaného v teplotní oblasti s teplotou vnějšího vzduchu v zimním období t_e = –15 °C a měla hodnotu E_N = 9,3 MWh/byt.rok. Pro občanské budovy se pak doporučovalo hodnocení pomocí tepelné charakteristiky q_o s rozměrem W/m³.K, jejíž normová hodnota se měnila v závislosti na obestavěném prostoru budovy. V dalších letech se pak projevil vzrůstající globální i lokální tlak na úsporu energetických zdrojů a energetické hodnocení budov zaznamenalo velmi dynamický rozvoj jak co se týká metodiky hodnocení objektů, tak i růstu nároků na energetické kvality budov.

V současné době je problematika hodnocení energetické náročnosti budov bezprostředně spjata se Směrnicí Evropského parlamentu a Rady č. 2010/31/EU o energetické náročnosti budov, známé v odborné veřejnosti pod zkratkou EPBD II (Energy Performance Building Directory); římská dvojka v tomto případě znamená, že se jedná již o druhou evropskou směrnici vztahující se k dané problematice, první směrnice vznikla v roce 2002. V návaznosti na výše uvedenou směrnici byl novelizován český zákon o hospodaření energií (zákonem č. 318/2012 Sb.) a vydána i prováděcí vyhláška k tomuto zákonu (vyhláška MPO ČR č. 78/2013 Sb.). Ve stručnosti lze zásadní obsah těchto předpisů charakterizovat tak, že požadují navrhování budov na nákladově optimální úrovni s téměř nulovou spotřebou energie, přičemž se předpokládá, že značná část této spotřeby bude kryta z obnovitelných energetických zdrojů.

Kromě tohoto způsobu energetického hodnocení budov, které lze označit za komplexní hodnocení energetické náročnosti, ještě souběžně existuje hodnocení podle ČSN 73 0540-2/2011, které je možno charakterizovat jako energetické hodnocení stavebně architektonického návrhu stavby, týkající se pouze energie na vytápění budovy.

Tabulka T1: Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla U_{em, N, 20}

	Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla Uem, 20, N W/m².K
Nové obytné budovy	Výsledek podle výpočtu, nejvýše však 0,50
Ostatní budovy	Výsledek podle výpočtu, nejvýše však hodnota: Pro objemový faktor tvaru: A/V ≤ 0,2 Uem, N, 20 = 1,05 A/V ≥ 0,2 Uem, N, 20 = 0,45 Pro ostatní hodnoty A/V Uem, N, 20 = 0,30 + 0,15 / (A/V)

Hodnocení dle ČSN 73 0540-2/2011
Tento způsob hodnocení je možno označit za základní a v podstatě výchozí hodnocení energetických kvalit budovy, které klasifikuje vliv stavebnětechnického řešení stavby na její spotřebu tepla na vytápění. Takovéto hodnocení je požadováno již od roku 2011 a je i integrální součástí hodnocení požadovaného směrnicí EPBD II a navazujícími českými předpisy.

Kriteriální veličinou je průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy U_em, který se vyčísluje ze vztahu 

kde:
H_T … měrná ztráta prostupem tepla [W/K], stanovená ze součinitelů prostupu tepla všech teplosměnných konstrukcí tvořících obálku budovy na její systémové hranici;
A … teplosměnná plocha obálky budovy [m²].

Výpočet průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy lze provést ručně (jedná se o poměrně jednoduchý a ne příliš rozsáhlý výpočet), obvykle se však využívá programu pro energetické hodnocení budov, kde průměrný součinitel prostupu tepla je jedním z prvků rozsáhlého numerického výstupu výsledků – výpočtu.

Hodnocení se provádí prostřednictvím referenční budovy, to znamená virtuálního objektu, který má stejné geometrické a dispoziční řešení jako hodnocená budova, avšak s obalovými konstrukcemi, jejichž součinitele prostupu tepla jsou stanoveny na úrovni normou požadované hodnoty.

Hodnota průměrného součinitele prostupu tepla referenční budovy U_{em, N} je dána váženým průměrem normou požadovaných hodnot součinitelů prostupu tepla všech teplosměnných ploch budovy, tedy:

U_{em, N} = ∑ (U_Nj . A_j . b_j) / / ∑ A_j + 0,02,

kde:
U_Nj … odpovídající normou požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla konstrukce,
A_j … plocha teplosměnné konstrukce,
b_j … teplotní redukční činitel odpovídající této konstrukci.

Hodnota získaná podle tohoto vztahu se při hodnocení použije v souladu s požadavky uvedenými v tabulce T 1.

Doporučenou hodnotu průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy je možno určit ze vztahu:

U_{em, dop} = 0,75 U_{em, N}

Při hodnocení objektu se vyžaduje, aby vyčíslená hodnota průměrného součinitele prostupu tepla hodnocené budovy byla menší než normou požadovaná hodnota tohoto součinitele, to znamená, aby platilo:

U_em ≤ U_{em, N}

Normou požadovaná hodnota průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy U_{em, N} se pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θ_im v intervalu mezi 18 až 22 °C včetně určí z následující tabulky T1.

Za budovy s uvedeným intervalem návrhové vnitřní teploty se pro tento účel považují veškeré stavby pro bydlení, dále občanské stavby s převážně dlouhodobým pobytem lidí (sem patří stavby administrativní, školské, ubytovací, stravovací, veřejně správní a většina staveb zdravotnických) a všechny ostatní budovy splňující uvedený požadavek z hlediska převažující vnitřní návrhové teploty.

Pro budovy s jinou hodnotou návrhové vnitřní teploty lze normovou hodnotu požadovaného průměrného součinitele prostupu tepla vyčíslit ze vztahu:

U_em = U_{em, N, 20} . e₁

kde:
e₁ … součinitel typu budovy, stanovený z tab T2.

Výsledek výpočtového hodnocení může být zpracován formou energetického štítku obálky budovy a příslušnému protokolu k tomuto štítku.

Hodnocení podle vyhlášky č. 78/2013 Sb.
Jak již bylo uvedeno, tento způsob energetického hodnocení má svůj základ v evropské směrnici EPBD II a následně i novele zákona o hospodaření s energií – viz zákon č. 318/2012 Sb. Toto komplexní hodnocení zahrnuje veškerou energii vstupující na systémovou hranici budovy. Z hlediska způsobu hodnocení i počtu hodnotících kriterií se jedná o zcela nový, inovativní postup, který pracuje i s takovými veličinami, jako jsou primární energie nebo energie z obnovitelných zdrojů.

Vyhláška především specifikuje základní pravidla a pojmy, které se pro tento účel používají. Z nich některé, ne tak běžně užívané, si zaslouží vysvětlení:
– primární energií se rozumí energie, která neprošla žádným procesem přeměny;
– celková primární energie je součtem obnovitelné a neobnovitelné primární energie;
– faktorem primární energie se rozumí koeficient, kterým se násobí složky dodané energie k získání množství celkové primární energie – viz tab. 3;
– analogicky faktorem neobnovitelné primární energie je koeficient sloužící k získání množství neobnovitelné primární energie přenásobením – viz tab. 3;
– pomocnou energií je energie potřebná pro provoz technických systémů (např. pohon oběhových čerpadel, ventilátorů a provoz MaR);
– dodaná energie je součtem vypočtené spotřeby energie a energie pomocné.

Při výpočtu dodané energie platí:
– přístavba a nástavba navyšující původní energeticky vztažnou plochu o více než 25 % se považují za novou budovu;
– do dodané energie se nezapočítává její část sloužící k výrobě tepla nebo elektřiny dodávané mimo budovu;
– součástí dodané energie je i v budově vyrobená a využitá energie slunečního záření, energie větru a geotermální energie s výjimkou tepelných čerpadel;
– při využití tepelného čerpadla je součástí dodané energie i energie okolního prostředí, která se vyčíslí jako rozdíl množství energie tepelným čerpadlem vyrobené a spotřebované;
– nákladově optimální úrovně energetické náročnosti nové budovy s téměř nulovou spotřebou energie je dosaženo, jestliže hodnoty neobnovitelné primární energie za rok, celkové dodané energie za rok a průměrného součinitele prostupu tepla nejsou vyšší než hodnoty platné pro referenční budovu;
– pro větší změny budov uvádí vyhláška z hlediska dosažení nákladově optimální úrovně specifický postup hodnocení.

Tabulka T2: Součinitel typu budovy

Převažující návrhová vnitřní teplota θim [°C]	15	16	17	18–22	23	24	25	26	27	28
Součinitel typu budovy e1 [–]	1,45	1,33	1,23	1,00	0,84	0,80	0,76	0,73	0,70	0,67

Tabulka T3: Faktor primární energie a faktor -neobnovitelné primární energie

Energonositel	Faktor primární energie	Faktor neobnovitelné primární energie
Zemní plyn	1,1	1,1
Černé uhlí	1,1	1,1
Hnědé uhlí	1,1	1,1
Propan-butan/LPG	1,2	1,2
Lehký topný olej	1,2	1,2
Elektřina	3,2	3,0
Dřevěné peletky	1,2	0,2
Kusové dřevo, dřevní štěpka	1,1	0,1
Energie okolního prostředí (elektřina a teplo)	1,0	0,0
Elektřina – dodávka mimo budovu	–3,2	–3,0
Teplo – dodávka mimo budovu	–1,1	–1,0
Soustava zásobování teplem s vyšším než 80% podílem obnovitelných zdrojů	1,1	0,1
Soustava zásobování teplem s vyšším než 50% a nejvýše 80% podílem OZE	1,1	0,3
Soustava zásobování tepelnou energií s 50% a nižším podílem obnovitelných zdrojů	1,1	1,0
Ostatní neuvedené energonositele	1,2	1,2

Tabulka T4: Klasifikační třídy energetické náročnosti -budovy

Klasifikační třída	Hodnota pro horní hranici klasifikační třídy		Slovní vyjádření energetické náročnosti budovy
	Energie	Uem
A	0,5 ER	0,65 E	Mimořádně úsporná
B	0,75 ER	0,8 ER	Velmi úsporná
C	ER		Úsporná
D	1,5 ER		Méně úsporná
E	2 ER		Nehospodárná
F	2,5 ER		Velmi nehospodárná
G			Mimořádně nehospodárná

Vyhláška dále určuje ukazatele energetické náročnosti budovy, kterými jsou:

– celková primární energie za rok,
– neobnovitelná primární energie za rok,
– celková dodaná energie za rok,
– dílčí dodané energie pro technické systémy za rok (zahrnuje vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení),
– účinnost technických systémů,
– průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy,
– součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí.

O posledních dvou uvedených ukazatelích již bylo pojednáno v části týkající se hodnocení budovy dle ČSN 73 0540-2.

Z předchozího textu je zřejmé, že i v tomto případě probíhá hodnocení metodou referenční budovy. K výpočtu se používají programy, které ve svém numerickém výstupu provedou vyčíslení jednotlivých ukazatelů energetické náročnosti a jejich porovnání s hodnotami stanovenými pro referenční budovu. Součástí může být i výstup grafický, který dává názorné a přehledné výsledky výpočtového hodnocení, týkající se například dělení energie na dílčí části, rozdělení energie na jednotlivé energonositele nebo časového průběhu dodané nebo spotřebované energie. 

Výsledky hodnocení se obvykle zpracovávají formou průkazu energetické náročnosti budovy (PENB), který může vyhotovit pouze energetický specialista, jenž absolvoval předepsanou zkoušku na Ministerstvu průmyslu a obchodu ČR. Součástí průkazu je i energetický štítek budovy, který udává slovní zatřídění jednotlivých hodnocených veličin do klasifikačních tříd – viz následující tabulka T4.

FRANTIŠEK KULHÁNEK

Literatura:
1) Směrnice Evropského parlamentu a Rady,2010/31/EU ze dne 19. května 2010 o energetické náročnosti budov
2) Zákon č. 318/2012 Sb. ze dne 19. července 2012, kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů
3) Vyhláška č.78/2013 Sb. ze dne 22. března 2013 o energetické náročnosti budov

Doc. Ing. František Kulhánek, CSc., (*1946)
pracuje na katedře konstrukcí pozemních staveb Fakulty stavební ČVUT v Praze, je specialistou na tepelnou ochranu budov. Zaměřuje se především na návrh a hodnocení obalových konstrukcí, návrh nízkoenergetických a pasivních domů a energetickou náročnost budov. Je autorem několika vysokoškolských učebnic a řady odborných publikací.