Nízkoenergetické stavění - extrém nebo standard?

Úvod
V každé souhrnné zprávě o stavebním průmyslu a budovách nalezneme konstatování mimořádně velkého vlivu budov na spotřebu energie a na životní prostředí vůbec [1]. Např. OECD [2] považuje v tomto smyslu za klíčové tři oblasti - energetickou náročnost provozování budov (především s ohledem na produkci CO₂), kvalitu vnitřního prostředí v budovách a zacházení se stavebním a demoličním odpadem.

Specifickým problémem výstavby především bytových staveb je tradičně velmi dlouhá životnost ve srovnání s jinými odvětvími průmyslu. Z toho vyplývá například to, že jakákoliv systémová "změna kursu" se projeví ve větší míře až za velmi dlouhou dobu. Lze například odhadnout, že nově stavěné budovy nebudou ani za 20 let tvořit více než 15% fondu budov [3].

Prosazování tzv. nízkoenergetického stavění, tedy navrhování budov s výrazně menší potřebou tepla na vytápění než je obvyklé, je často diskutovaným problémem mezi jeho vášnivými zastánci i skeptiky. Mají být považovány za výjímečné akce hodné zvláštní pozornosti, nebo se spíše zařazují do proudu běžné výstavby? Podle jakých kriterií mají být posuzovány? Mají být finančně podporovány z veřejných rozpočtů nebo je možné nalézt řešení s náklady srovnatelnými s běžnou výstavbou? Bude užitečné pro ně připravit nějaké standardy - například samostatnou technickou normu? atd.

Volba strategií
Cesty snižování environmentálního zatížení v souvislosti s budovami jsou velmi různorodé. Společným znakem by měl být soulad s obecně formulovanými požadavky udržitelnosti (sustainability), kam lze zařadit kromě kvalitního vnitřního prostředí a nízké produkce škodlivin všeho druhu i otázky sociální (politické) a ekonomické.

Jako nízkoenergetické bývají označovány vytápěné budovy, u kterých potřeba tepla na vytápění stanovená některým ze standardizovaných výpočtů a vztažená na 1 m² podlahové plochy vytápěné části nepřekračuje 50 kWh/(m²a). Takového cíle, před léty považovaného za velmi ambiciozní, se dosahuje kombinací v podstatě běžných opatření během projektové přípravy. Ukazuje se, že v řadě situací je možné a zpravidla i výhodné dosahovat hodnot ještě výrazně nižších. Specifickou kategorii tvoří jak známo pasivní domy (do 15 kWh/(m²a)), případně quazi-nulové domy (potřeba se blíží k nule, uvažuje se zpravidla do 5 kWh/(m²a)). Je možné hovořit i o domech s energetickým přebytkem. Čím níže půjdeme v deklarované potřebě tepla na vytápění, tím více je třeba uvažovat v širších (environmentálních) souvislostech a také věnovat mimořádnou pozornost kvalitě skutečného provedení [4].

Je vhodné navrhovat takové řešení budovy, aby bylo požadavku nízké energetické náročnosti dosahováno efektivně, tedy zejména s nízkou investiční náročností a s malou zátěží životního prostředí po celý životní cyklus budovy. Výsledné energetické vlastnosti budovy podle lze zpravidla nejlépe ovlivnit při vytváření celkové koncepce v přípravné fázi projektu, zejména dobrou koordinací s koncepcí nosné funkce, vytápění a osvětlení budovy. Taková koncepce by měla být charakterizována mj. vyvážeností objemového a konstrukčně technologického řešení všech prostorů a konstrukcí při nejnižší energetické náročnosti budovy.

Při přípravě celkové koncepce budovy a při následném podrobnějším řešení je třeba v projekčním týmu důsledně zohledňovat potřebu nízké energetické náročnosti. Energetické vlastnosti budovy ovlivní (v odlišné míře podle povahy konkrétního projektu) zejména:

• volba pozemku a osazení budovy na něm;
• orientace ke světovým stranám s ohledem na dopad přímého slunečního záření během roku, současné i v budoucnu předpokládané zastínění budovy okolní zástavbou, terénem a zelení, převládající směr větru;
• tvarové řešení budovy (kompaktnost tvaru, členitost povrchů), které se nejsnáze vyjadřuje geometrickou charakteristiku, tj. poměrem mezi ochlazovanou plochou obálky budovy a vytápěným objemem (nižší hodnoty jsou obvykle příznivější);
• vyloučení, popř. omezení koncepčních příčin tepelných mostů v konstrukcích a výrazných tepelných vazeb mezi konstrukcemi;
• vnitřní uspořádání s ohledem na soulad vytápěcích režimů, tepelných zón a orientaci prostorů ke světovým stranám;
• velikost vytápěných a nepřímo vytápěných podlahových ploch (objemů) a jejich přiměřenost danému účelu;
• velikost prosklených ploch na jednotlivých fasádách;
• očekávané vnitřní tepelné zisky podle charakteru provozu;
• další místní souvislosti.

Budovy, jejich části a konstrukce se mají navrhovat tak, aby byla zajištěna jejich snadná údržba, opravy a výměny prvků s kratší životností, a to způsobem, který nebude energeticky, materiálově ani odpady neúměrně zatěžovat životní prostředí. Projektové řešení má umožňovat přiměřeně snadno měnit podmínky provozního stavu, např. při změně technologie výroby, změně vlastníka apod., a dále umožňovat výměnu a/nebo úpravy jednotlivých prvků při požadavku zlepšení jejich tepelně technických a energetických vlastností. Tím lze přispět k efektivní energetické obnově budov za minimálních vedlejších nákladů.

Mezinárodní, zahraniční a národní předpisy
Jak praxe ukazuje, na nejrůznější předpisy - směrnice, nařízení, zákony, technické normy atd. - lze nahlížet velmi odlišně: Jako na zbytečný papír navíc "konzervující" překonaný stav techniky, na nutné zlo nebo na účinný nástroj, na byrokratickou zvůli nebo prvek nepřímo (spolu)vytvářející nové služby či jako na transparentní podklad použitelný při uzavírání smluvních vztahů - podle povahy příslušného textu i posuzující osoby.

Velké množství evropských norem zpracovaných komisí CEN/TC89 Thermal performance of buildings and building components vytváří základní souhrn informací a výpočtových a dalších hodnoticích postupů pro navrhování a posuzování budov z hlediska stavební tepelné techniky a racionálního zacházení s energií na vytápění. Často kritizovaná nepřehlednost těchto norem si vyžádala v řadě zemí vytváření dalších národních dokumentů ("průvodců"), obsahujících v potřebné míře i národně specifické materiálové a klimatické údaje. Konkrétní číselné požadavky na konstrukce a budovy bývají pak situovány mimo technické normy - do stavebního nebo energetického zákona, vyhlášek.

Nová ČSN 73 0540:2
V první polovině roku 2002 byly dokončeny práce na novém znění ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov, část 2: Požadavky [5]. Východiskem k novele byly především tyto skutečnosti (v evropském a národním kontextu):

• Původní norma je v platnosti od r.1994. Od té doby došlo k patrnému posunu v názorech na navrhování budov a pokroku v technologiích výroby některých stavebních prvků.
• Na globální úrovni byla jasně identifikována podstatná zodpovědnost sektoru stavební výroby a budov za poškozování životního prostředí. Byly aktualizovány studie podrobně popisující potenciál energetických úspor v budovách.
• K dispozici jsou zkušenosti z několika generací nízkoenergetických budov, stavěných jako nejrůznější výzkumné, pilotní a demonstrační projekty.
• Byla dokončena a implementována řada evropských norem pro výpočty a experimentální ověřování vlastností, na které se může/musí nový text odvolávat.
• Dosavadní příloha s pokyny pro navrhování je stavebními projektanty využívána, nicméně některé postupy a přístupy v ní uvedené již nejsou zcela aktuální; nejsou zahrnuty některé kategorie budov, chybí informace o nízkoenergetických budovách.
• V zahraničí se důrazněji projevuje tendence nahlížet na budovu (jako celek) jako na výrobek - pak by tedy bylo možné jednoduše klasifikovat energetickou náročnost formou energetického štítku (energy labeling), podobně jako je to u elektrických spotřebičů.
• Pro hodnocení životního cyklu jsou k dispozici normy ISO řady 14XXX, na ISO normách věnujících se hodnocení životního cyklu stavebních výrobků se pracuje.
• Je vhodné vytvářet prostředí pro lepší komunikaci a spolupráci při navrhování budov (architektura, konstrukce, stavební fyzika, technické zařízení budov, ...), tedy normový text psát s jistým "odborným přesahem" a nikoliv jen pro jednotlivé specialisty.
• V ČR byla vydána Vyhláška 291/2001 k Energetickému zákonu [6]

V normě jsou uvedeny základní požadavky na konstrukce ve formě součinitelů prostupu tepla (Tab.1). Hodnoty jsou nastaveny relativně přísně, v souladu s předními evropskými zeměmi. Uvádí se dvojí hodnoty - požadované a doporučené. Tento přístup může napomoci v orientaci všem účastníkům procesu výstavby, ukazuje jak povinné minimální splnění požadavku, tak tendence dalšího vývoje. Poslouží i uvědomělému investorovi, který má z jakýchkoliv důvodů zájem "chovat se lépe než je obvyklé".

Stavební konstrukce		součinitel prostupu tepla U [W/(m2K)]
		hodnota požadovaná	hodnota doporučená	hodnota doporučená pro nízkoenergetické domy
plochá střecha šikmá střecha < 45°	lehká	0,24	0,16	0,12
	těžká	0,30	0,20
obvodová stěna šikmá střecha > 45°	lehká	0,30	0,20	0,15
	těžká	0,38*	0,25
okna	nová	1,80**	1,2	1,2 - 0,8
	repase	2,0	1,35
* 0,46 pro jednovrstvé zdivo do 31.12.2004, ** 2,0 do 31.12.2003

Tab.1 Vybrané základní požadavky a doporučení z ČSN 73 0540:2 (2002) [5]

Tam, kde dosažení nových požadovaných hodnot nepřímo stojí v cestě vyvolané významnější změny technologií (jednovrstvé zdivo, okna), jsou uvedena přechodná období, po která lze použít "měkčích" hodnot. Tento přístup je obecně vhodnější, než ustoupení nátlaku, že pro některé druhy konstrukcí nelze použít hodnot přísnějších. Text navíc doporučuje ve specifických případech navrhovat konstrukce na hodnoty lepší, než je v normě uvedeno (doporučuje se hodnota na úrovni 2/3 hodnoty základní tabulky). Zde vyjmenovanými případy jsou: budovy s cíleným využitím sluneční energie, rekuperace tepla, nízkoenergetické domy a budovy vytápěné elektrickou energií.

Norma dále obsahuje přesněji formulované požadavky na budovy a jejich ucelené části v souvislosti s výměnou vzduchu (místnost v provozu, místnost bez provozu), tak aby byly přednostně splněny hygienické požadavky na výměnu vzduchu a současně nedocházelo k nadbytečným tepelným ztrátám v této souvislosti. Doporučuje se prověřit celkovou relativní vzduchotěsnost budovy nebo její části (celková neprůvzdušnost) s využitím experimentální metody tlakového rozdílu (blower-door) podle ČSN EN 13829, což je zvláště důležité v nízkoenergetické výstavbě.

Energetické hodnocení (kap.9) je vynuceně velmi stručné - odkazuje na Vyhlášku 291/2001. Vyhláška 291/2001 je ovšem některými odborníky i řadou uživatelů považována z několika důvodů za nástroj problematický a nedostatečný. Pro hodnocení nízkoenergetické výstavby je nepoužitelná.

V návrhu normy původně obsažené hodnocení pomocí středního součinitele prostupu tepla konstrukcí na systémové hranici (obálka budovy) muselo být v průběhu závěrečného projednávání vypuštěno, přestože se jedná o jednoduché transparentní kriterium využívající veličin uživatelsky nezávislých a které navíc bylo doplněno o jednoznačný převod na hodnocení odpovídající Vyhlášce.

Rozsáhlou část normy tvoří informativní Příloha A - Pokyny pro navrhování. V obecné části se připomínají základní úlohy navrhování budov, mezi které patří (spolu)vytváření kvalitního vnitřního prostředí při nízké provozní energetické náročnosti a přiměřeně nízké zátěži životního prostředí v lokálním, regionálním a globálním měřítku, a to po celý životní cyklus budovy.

Dále se konstatuje, že při hodnocení celkové zátěže životního prostředí vyvolané existencí a provozem budovy je vhodné uplatňovat širší environmentální hlediska přesahující rámec normy, jako je posouzení celkového množství primární energie spojené s existencí a provozem budovy, celkového množství emitovaných škodlivin (např. plynů podílejících se na globálním oteplování, poškozování ozónové vrstvy apod.) a celkového množství odpadů.

Výsledné vlastnosti budovy lze zpravidla nejlépe ovlivnit při vytváření celkové koncepce v přípravné fázi projektu, zejména dobrou koordinací s koncepcí nosné funkce, vytápění a osvětlení budovy. Taková koncepce by měla být charakterizována mj. vyvážeností objemového a konstrukčně technologického řešení všech prostorů a konstrukcí při nejnižší energetické náročnosti budovy. Kromě informací o celkovém koncepčním řešení jsou v textu normy uvedena i doporučení týkající se uspořádání konstrukcí, tvorby detailů atd.

Rozsáhlá část přílohy A je věnována navrhování budov s velmi nízkou energetickou náročností, kde se zdůrazňuje potřeba vyváženosti všech složek ovlivňujících energetickou bilanci budovy. Dosaženou nízkou potřebou tepla na vytápění, díky vhodnému koncepčnímu i detailnímu stavebnímu řešení, je zpravidla možné s výhodou kombinovat s vhodným uplatněním otopných soustav využívajícím v různé míře obnovitelných zdrojů energie. Velmi nízká energetická náročnost by měla být zajištěna v celém životním cyklu budovy. Dále jsou zde uvedeny obvyklé definice nízkoenergetické budovy. Značná pozornost se věnuje pasivnímu domu - kromě základního kriteria (roční měrná potřeba tepla na vytápění nepřesahující 15 kWh/(m².a)) se uvádí i hodnocení pomocí primární energie na provoz budovy - celkové množství primární energie pocházející z neobnovitelných zdrojů spojené s provozem budovy (vytápění, ohřev teplé užitkové vody a elektrická energie pro spotřebiče) nemá překračovat hodnotu 120 kWh/(m².a). Pro přepočet se doporučuje použít faktoru energetické přeměny (energy conversion factor) v hodnotách 3,0 pro elektrickou energii, 1,0 pro obvyklá paliva, 1,1 pro obvyklé dálkové vytápění (bez kogenerace), hodnotou 0 pro obnovitelné zdroje energie, nejsou-li k dispozici podrobnější místní údaje nebo jiné závazné hodnoty.

Dále se pro pasivní dům doporučuje, aby měrná tepelná ztráta budovy stanovená podle ČSN EN 832 [7], vztažená na 1 m² podlahové plochy vytápěné části budovy nepřekračovala 0,3 W/(m²K). Tím se má zajistit vyváženost mezi ztrátami a zisky a vyloučení případů, kdy by se nesprávně mohlo při použití velmi kvalitních oken očekávat, že celý energetický problém vyřeší pasivní solární zisky, které ovšem nemusí být v potřebném čase přítomny, přestože bilanční výpočty provedené po měsících žádné potíže nesignalizují.

Norma se vyjadřuje i k řešení nuceného větrání se zpětným získáváním tepla a zemním výměníkem přiváděného vzduchu. Je připojeno kritické stanovisko k navrhování zimních zahrad a podobných prostorů (sunspaces). Informativní Příloha C popisuje metodu jednoduchého a názorného hodnocení budovy formou energetického štítku.

Závěr
To, co dosud označujeme jako pojmy nízkoenergetické stavění, nízkoenergetická budova, se zřejmě postupně stává součástí běžných řešení budov. Cíle výzkumných projektů budov se zvláště nízkou potřebou energie se posouvají do jiných kategorií - buď v hodnotách celkové potřeby jdoucí k nule či k energetickým přebytkům, nebo zkoumání specifických prvků nebo naopak hledání technologií k dosažení běžných cílů nízkoenergetického stavění s minimální zátěží životního prostředí v celém životním cyklu budovy. Strategie a technologie ověřené v nízkoenergetických a pasivních novostavbách rodinných domů mohou být velmi účinně používány i v dalších kategoriích budov - větších bytových domech, v administrativních budovách atd., a zejména při energetické obnově budov. Úlohou technické normy je na tento vývoj v předstihu reagovat a kromě závazných požadavků nabízet i hodnoty doporučené a pomáhat v další orientaci odborníků. Autoři normy to měli na mysli.

Literatura:
1. Agenda 21 on Sustainable Construction, CIB Report 237, 1999, česky na www.substance.cz
2. Document OECD: Policies for Environmentally Sustainable Buildings. Synthesis Report of the Sustainable Building Project (draft, 02/2002)
3. European Ministers Conference on Sustainable Housing (Belgium, 27-28 June 2002)
4. Tywoniak, J.: Energy-related properties of building envelopes in environmental optimisations, Proceedings Int.Conference Sustainable Building 2000, Maastricht.
5. ČSN 73 0540:2 Tepelná ochrana budov, část 2: Požadavky, ČSNI 2002
6. Vyhláška 291/2001, kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách
7. ČSN EN 832 Tepelné chování budov - Výpočet potřeby tepla na vytápění - Obytné budovy