Energetická hospodárnosť budov a faktor tvaru

V súčasnosti je kladený veľký dôraz na budovy s čo najlepšou energetickou hospodárnosťou. Tieto požiadavky vyplývajú od investorov, stavebných úradov, ale aj z úprav slovenských noriem a predpisov Európskej únie. Preto by mal mať každý projektant, zhotoviteľ a bežný investor predstavu o možnostiach pri výbere budúcej budovy.

Faktory ovplyvňujúce energetickú spotrebu

Pre dosiahnutie čo najnižšej energetickej spotreby je kľúčové zohľadniť niekoľko faktorov. Jedným z nich je tvar budovy, ktorý je vyjadrený faktorom tvaru budovy. Majitelia novostavieb ocenia čo najnižšie platby za energie, čo je možné dosiahnuť nízkou energetickou hospodárnosťou a optimálnymi, komplexnými riešeniami.

Typy energeticky úsporných budov

Optimálnym cieľom je dosiahnuť kategórie ako:

• Nízkoenergetická budova
• Ultranízkoenergetická budova
• Budova s takmer nulovou spotrebou energie

Podľa vyhlášky 324/2016 Z.z. sa nízkoenergetickou budovou rozumie budova definovaná ako trieda B pre celkovú potrebu energie. Na dosiahnutie tohto statusu sú potrebné komplexné riešenia. Len naprojektovanie jednotlivých konštrukcií na požadovaný tepelný odpor podľa normy STN 73 0540-2 nebude postačovať.

Faktor tvaru budovy

Nízka spotreba energie sa dá dosiahnuť viacerými opatreniami, jedným z nich je výber tvaru budovy už v projekčnej fáze. Faktor tvaru budovy sa určuje ako pomer teplovýmennej plochy budovy (A) k obostavanému objemu (V) budovy. Pre rodinný dom je ideálne, keď tento faktor dosahuje hodnotu 0,7 m^-1, ako uvádza STN 73 0540-2.

V podstate ide o snahu dosiahnuť tvar budovy s čo najmenšou plochou teplovýmenného obalu, do ktorej sa zmestí čo najväčší objem. Ideálnym geometrickým tvarom pre tieto požiadavky je guľa. Z typologického a funkčného hľadiska je však nerentabilné stavať budovy v tvare gule. Preto je ideálnym riešením realizovať budovy v tvare valca, kocky či ležatého obdĺžnika. Jednoduchšie konštrukcie znamenajú menšiu teplovýmennú, čiže ochladzovanú plochu.

Vplyv faktora tvaru na bungalovy

Jednoduchším tvarom budovy na bývanie sa eliminuje riziko vzniku nežiaducich tepelných mostov. Zníži sa faktor tvaru budovy, je menšia pravdepodobnosť realizačnej chyby a z investičného hľadiska je jednoduchší tvar ekonomickejší. Napríklad, tvar budovy podobný kocke má výhodnejší faktor tvaru ako kaskádová budova.

Porovnanie dvoch budov s rovnakou podlahovou plochou 120,5 m² a objemom 361,5 m³ ukázalo, že rozdiel vo faktore tvaru (napr. 1,12 m^-1 vs. 1,03 m^-1) nie je až taký markantný. Prvá budova však má väčšiu teplovýmennú plochu, čo znamená väčšiu spotrebu energie na vykurovanie. Nevýhodou jednopodlažného bungalovu je väčšia zastavaná plocha a väčšia ochladzovaná obálka, teda väčšia merná spotreba tepla na vykurovanie v porovnaní s kompaktným dvojpodlažným domom.

Dôležitosť tvaru strechy

Ďalším dôležitým faktorom je tvar strechy. Cez strechu uniká najviac tepla, preto je výhodnejšie voliť strechu s čo najmenšou plochou. V tomto smere dominuje plochá strecha, ktorá má menšiu plochu oproti valbovej streche. Hoci ploché strechy na Slovensku majú zlú povesť z minulosti kvôli chybnej realizácii a nekvalitným materiálom, moderné materiály zlepšili ich funkčnosť a z hľadiska úspory energie sa stávajú lídrom. Kompromisom môže byť pultová strecha.

Vplyv faktora tvaru na potrebu tepla na vykurovanie

Hodnota faktora tvaru budovy sa reálne odrazí na potrebe tepla na vykurovanie (kWh/(m².a)). Podľa normy STN 73 0540-2 platí, že so znižujúcim sa faktorom tvaru budovy sa zároveň znižuje aj požiadavka na potrebu tepla na vykurovanie. Od 1.1.2016 platí odporúčaná hodnota QH,nd,r1.

Všetky tieto faktory (tvar strechy, pôdorysný tvar, merná potreba tepla na vykurovanie) majú vplyv na energetickú hospodárnosť budovy.

Energetické hodnotenie budovy (EHB)

Pri výstavbe novej budovy stavebný úrad vyžaduje, aby súčasťou projektovej dokumentácie bolo aj projektové energetické hodnotenie budovy (EHB), predtým známe ako tepelnotechnické posúdenie. Toto posúdenie odráža hlavne energetickú hospodárnosť budovy a vyjadruje potrebu energie na normalizovaný chod budovy (vykurovanie, teplá voda, osvetlenie, chladenie, klimatizácia). EHB by mala vypracovať odborne spôsobilá osoba.

Realizované riešenia z EHB sa neskôr odzrkadlia v energetickom certifikáte budov, ktorý je povinný pri novostavbe, významnej obnove, predaji a prenajímaní budovy podľa zákona č. 300/2012, ktorým sa mení zákon č. 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov.

Problémom býva, že projektanti navrhnú riešenia, ktoré prejdú cez stavebné povolenie (projektové EHB), ale nemusia prejsť cez kolaudačné konanie (energetický certifikát), pretože nie vždy sú opatrenia navrhnuté správne. Napríklad, novostavba rodinného domu by v EHB aj EC mala dosiahnuť kategóriu A1. Je dôležité nájsť projektanta s rozsiahlymi skúsenosťami v oblasti energetickej hospodárnosti.

Vykurovací systém a príprava teplej vody

Výber vykurovacieho systému, vrátane prípravy teplej vody, je neoddeliteľnou súčasťou rodinného domu a je potrebné ho dôkladne zvážiť pred výstavbou. Ovplyvňuje tepelnú pohodu, komfort bývania a finančné náklady na inštaláciu a prevádzku. V minulosti sa rozdelenie potrieb energie na vykurovanie a prípravu teplej vody pohybovalo približne na úrovni 80% na vykurovanie a 20% na prípravu teplej vody. V súčasnosti je tento pomer približne 50:50, pričom príprava teplej vody je rovnomerne rozložená počas celého roka. V krajných prípadoch sa tento pomer môže zmeniť na 40:60.

Náklady na vykurovanie a TCO

Pri porovnaní nákladov na vykurovací systém metódou „Total cost of ownership“ (TCO), ktorá zohľadňuje všetky náklady počas sledovaného obdobia (napr. 15 rokov), sa ukazuje, že najvýhodnejšie je kúrenie drevom. Nasleduje zemný plyn, peletky a tepelné čerpadlo. Za určitých podmienok sa zemný plyn javí ako vhodné palivo pre budovy s takmer nulovou potrebou energie, spĺňajúce triedy A1 (a A0). Je však potrebné pripočítať aj náklady na kotolňu a skladovacie priestory (drevo, drevná štiepka).

Zákon č. 364/2012 Z.z. v znení neskorších predpisov hodnotí palivá iba podľa produkcie emisií CO2, pričom nehodnotí produkciu tuhých znečisťujúcich látok (TZL). Zemný plyn je však jedným z najekologickejších palív, keďže produkuje mnohonásobne menej TZL.

Dekarbonizácia ekonomiky a jej vplyv

Dekarbonizácia ekonomiky vyvolá dodatočné náklady, ktoré zaplatia spotrebitelia alebo daňoví poplatníci. Je potrebné ju realizovať v súlade s filozofiou „Hodnota za peniaze“, t.j. nahrádzať vysokoemisné zdroje energie najlacnejšími nízkoemisnými. Konkrétne riešenia by mali vychádzať z existujúcich podmienok a komparatívnych výhod jednotlivých krajín.

Štúdia vplyvu vstupných parametrov na energetické hodnotenie budovy

Článok sa zaoberá vplyvom vstupných parametrov na energetické hodnotenie budovy z hľadiska vykurovania, čo je jeden zo siedmich čiastkových hodnotených parametrov certifikátu energetickej hospodárnosti. Celkovú energetickú náročnosť budovy ovplyvňuje celý rad faktorov, ako sú vlastnosti obálky budovy (súčiniteľ prechodu tepla, percento zasklenia), účinnosť zdroja, distribúcia a zdieľanie tepla a energonosič tepla.

Prípadová štúdia: Administratívna budova

Predmetom posúdenia bola administratívna budova s 15 nadzemnými podlažiami a jedným podzemným podlažím, s kombinovaným železobetónovým konštrukčným systémom. Obálka budovy pozostáva prevažne z ľahkého obvodového plášťa, doplneného stenami s kontaktným zatepľovacím systémom. Strecha je plochá s prevetrávanou vzduchovou medzerou. Rekonštrukcia obálky prebehla v roku 2013.

Na vyhodnotenie zmien vstupných parametrov na energetické hodnotenie budovy bol definovaný referenčný „prípad 0“. V prípadoch 1 až 10 sa menili jednotlivé parametre budovy:

• Prípady 1 a 2: Účinnosť distribúcie tepla.
• Prípad 3: Zmena energonosiča na výrobu tepla s ohľadom na podiel obnoviteľných zdrojov energie (OZE).
• Prípad 4: Zmena zdroja tepla na vlastnú plynovú kotolňu s klasickými kotlami.
• Prípad 5: Inštalácia kondenzačného kotla.
• Prípad 6: Lepšia účinnosť distribúcie tepla v budove.
• Prípady 8, 9 a 10: Zmena zdroja tepla (peletky, kusové drevo, hnedé uhlie).
• Prípad 11: Stav budovy pred rekonštrukciou, zmena parametrov obálky.

Z grafov je zrejmé, že pri súčasnom stave obálky budovy je pri zmene vstupných parametrov budova zatriedená do kategórií B či C. Pred rekonštrukciou spadala budova do kategórie D kvôli zlým tepelnotechnickým vlastnostiam obálky, prevzatým z bežných hodnôt konštrukcií zo 70. rokov 20. storočia. Z hľadiska neobnoviteľnej primárnej energie je rozptyl výsledkov zaujímavejší: OZE posúvajú budovu do zatriedenia A vďaka nízkemu konverznému faktoru, zatiaľ čo elektrická energia s vysokým konverzným faktorom posúva budovu do zatriedenia E. V súčasnosti je budova zatriedená do kategórie B (prípad 0).

Požiadavky na budovy s takmer nulovou potrebou energie

V zmysle akčného plánu EÚ 20/20/20 sa po roku 2020 budú stavať len budovy s takmer nulovou potrebou energie (NZEB), čo predstavuje nový fenomén v projektovaní, realizácii a prevádzke. NZEB je definovaná ako budova s veľmi vysokou energetickou hospodárnosťou a musí spĺňať viacero požiadaviek na tepelnú ochranu aj technické systémy. Potreba energie na vykurovanie takýchto domov je až o 90% nižšia v porovnaní so štandardnými rodinnými domami.

Kľúčové aspekty NZEB:

• Kompaktnosť budovy: Konštrukcia bez, resp. s minimálnym počtom výčnelkov.
• Minimalizácia súčiniteľa prechodu tepla U: Skladba obvodového plášťa pasívneho domu musí mať súčiniteľ U blízky k hodnote 0,1 W/(m².K).
• Vhodný tvar budovy: Optimálny faktor tvaru budovy (plocha teplovýmenného obalu A k objemu V musí byť čo najmenšia).
• Vhodná orientácia budovy: Maximalizácia slnečných ziskov z priameho slnečného žiarenia.
• Vzduchotesná a vetruodolná konštrukcia: Zabraňuje úniku a prieniku vzduchu. Hodnota súčiniteľa prechodu tepla vonkajšími otvorovými konštrukciami U by sa mala pohybovať na hodnote 0,6 W/(m².K). Odporúča sa vysoká hodnota celkovej priepustnosti slnečného žiarenia (g > 0,5).
• Riadené vetranie s rekuperáciou: Zabezpečuje optimálnu výmenu vzduchu a minimalizuje tepelné straty vetraním.
• Voľba zdroja tepla: Minimalizácia tepelnej straty potrubia a tepelnej stagnácie vody, lokalizácia zdroja tepla pre minimálne dĺžky potrubia.

Legislatívny rámec

Podľa vykonávacej vyhlášky č. 364/2012 Z. z. sa celková potreba energie budovy určuje ako súčet potrieb energie pre jednotlivé miesta spotreby (napr. vykurovanie, príprava teplej vody). Novela vyhlášky č. 324/2016 Z.z. zmenila hodnoty faktorov primárnej energie pre jednotlivé energetické nosiče, vrátane zemného plynu (fp = 1,10). Prevádzkovatelia plynárenskej infraštruktúry sa snažia minimalizovať energetickú náročnosť dopravy zemného plynu.

Vyhláška hodnotí palivá len podľa produkcie emisií CO2, pričom zanedbáva produkciu tuhých znečisťujúcich látok (TZL), ktoré majú negatívny dopad na zdravie. Zemný plyn je však z hľadiska TZL ekologickejší ako iné palivá.

Príklad rodinného domu spĺňajúceho triedu A1

Moderný rodinný dom s nasledujúcimi parametrami spĺňa kritériá pre energetickú triedu A1 (46,43 kWh/(m².a) < 108 kWh/(m².a)) a pravdepodobne aj A0:

• U - strop: 0,10 W/(m².K)
• U - obvodové steny: 0,11 W/(m².K)
• U - podlaha nad terénom (termodoska): 0,12 W/(m².K)
• U - okná: 0,67 W/(m².K)
• Južná stena s veľkou presklenou plochou (optimalizovaná pre solárny zisk a minimálnu tepelnú stratu)
• Rekuperácia vzduchu s účinnosťou 75%

Za presne stanovených okrajových podmienok sa zemný plyn javí ako vhodné palivo na vykurovanie a prípravu teplej vody v budovách s takmer nulovou potrebou energie, spĺňajúci triedy A1. Je to spôsobené výhodným pomerom ceny kondenzačného kotla, vysokej účinnosti, nízkych prevádzkových nákladov, jednoduchosti, komfortu a dostupnosti, ako aj zanedbateľného dopadu na ekológiu.

Dôležitosť jednoduchého tvaru domu a orientácie

Ďalšou dôležitou zásadou je čo najjednoduchší tvar domu bez zbytočných zalomení a odskokov fasády a strechy. Hoci táto požiadavka môže byť v rozpore so zaujímavým architektonickým riešením, šikovný architekt vie navrhnúť pekné fasády aj pre pasívne domy. Dôležitá je tiež orientácia rodinného domu na pozemku, ktorá má významný vplyv na energetickú náročnosť. Pri pasívnych domoch je to kriticky dôležité.

Pre zlepšenie energetickej bilancie sa odporúča vyberať projekty domov s veľkými presklenými plochami na fasáde orientovanými na juh. Individuálne navrhované projekty domov umožňujú zohľadniť všetky tieto faktory.

Tepelné izolácie a ich význam

V celkovej bilancii potreby tepla na vykurovanie zohrávajú najdôležitejšiu úlohu dostatočne hrubé a z hľadiska tepelných mostov dobre vyriešené tepelné izolácie domu. Kvalita a hrúbka tepelnej izolácie závisí od návrhu architekta a požiadaviek na energetickú náročnosť. Okná a dvere musia byť s výplňou z izolačných trojskiel a zodpovedajúcich rámov, bez ktorých nie je možné dosiahnuť úroveň nízkoenergetických domov (potreba tepla na vykurovanie < 50 kWh/m².rok).

Porovnanie spotreby energie rôznych tvarov domov

Architekt z inardex.sk porovnal tri teoretické modely domov (s úžitkovou plochou 155 m², kvalitnými trojsklami a rovnakou orientáciou okien) s parametrami nízkoenergetického domu. Menil len tvary domu a podlažnosť.

• L-kový dom spotrebuje ročne o 620 kWh viac na vykurovanie ako kompaktný prízemný dom.
• Rozdiel v spotrebe medzi prízemným a poschodovým domom je citeľnejší.

Rozdiel v spotrebe nie je vždy taký zásadný, aby prioritne ovplyvnil výber tvaru domu, ale závisí aj od zdroja tepla. Je dôležité zvážiť aj investičné náklady medzi jednotlivými verziami. Energetická legislatíva nezakazuje stavať jednopodlažné rodinné domy, ak spĺňajú požadované energetické kritériá. Avšak voľba domu bez schodiska má trvalý negatívny dopad na energetickú náročnosť, ktorý bez prestavby domu nemožno zmeniť.

tags: #energie #na #vykurovanie #faktor #tvru