Praktická aplikace metodiky hodnocení energetické náročnosti budov - Škola

Další článek týkající se problematiky nového způsobu hodnocení energetické náročnosti budov (dále "ENB") bude zaměřen na stávající budovu veřejného sektoru - budovu školy o podlahové ploše větší než 1000m². Škola disponuje energetickým auditem, na jehož základě Obecní úřad uvažuje o její částečné rekonstrukci. Z tohoto důvodu je k projektové dokumentaci stavby nutné provést výpočet energetické náročnosti budovy a vystavit průkaz ENB. Průkaz ENB bude poté umístěn na veřejně přístupném místě v budově.

1. Obecný popis objektu

Jedná se o samostatnou budovu, v které jsou umístěny učebny, kabinety, administrativa, šatny, sociální zařízení a další zázemí potřebné pro chod školy. Škola je využívána celoročně, kromě 2 měsíců během letních prázdnin. Provoz probíhá v pracovních dnech od 7.30 do cca 17:00. Budova je zásobována teplem na vytápění z výměníkové stanice umístěné v suterénu objektu. Výměníková stanice byla nedávno kompletně rekonstruována. Je vybavena novými výměníky, systémem regulace. Regulace VS je podle ekvitermní křivky v závislosti na venkovní teplotě. Regulace je prováděna směšováním přívodního a vratného potrubí trojcestným ventilem se servopohonem, oběh topné vody zajišťuje čerpadlo Grundfos s regulací otáček. Součástí regulace jsou prováděné teplotní útlumy o víkendech a v nočních hodinách. Otopná soustava je dvoutrubková, potrubí je ocelové. Otopná soustava je horizontální se spodním rozvodem vedeným nad podlahou suterénu. V nepodsklepené části objektu je potrubí vedeno v podlaze 1.NP. Termoregulační ventily jsou osazeny na všech otopných tělesech, termostatické hlavice jsou osazeny pouze na cca třetině otopných těles z důvodu jejich poškození. Teplá voda je rovněž připravována ve výměníkové stanici, potrubí pro ohřev teplé vody je vedeno odbočením za spirálovým výměníkem z trasy topné vody pro ÚT. Je osazeno trojcestnou směšovací armaturou a oběhovým čerpadlem Grundfos. Regulace TV je na konstantní teplotu 55 °C, regulaci zajišťuje trojcestný regulační ventil, TV je vedena do rozvodu objektu přes vyrovnávací nádrž. Cirkulační potrubí je osazeno cirkulačním čerpadlem Grundfos. Osvětlení v učebnách je převážně zářivkové. V ostatních prostorech (chodby, sklad, kabinet, WC apod.) jsou instalována svítidla žárovková. Osvětlení ve třídách je možno zapínat postupně. Celkový instalovaný výkon v osvětlení je cca 8 kW. Spotřeba elektřiny se na osvětlení dle výpočtu energetického auditu podílí ve výši 75% na celkové spotřebě elektrické energie v budově.

Technické parametry objektu
Počet nadzemních podlaží	-	2
Počet podzemních podlaží	-	1
Objem budovy V - vnější objem vytápěné budovy	m3	6 198
Zastavěná plocha objektu	m2	499
Celková podlahová plocha budovy	m2	1408,7
Plocha výplní otvorů	m2	146
Plocha střechy	m2	499

Tab 1. - základní technické parametry objektu zjištěné z EA, podrobně viz příloha 1

1.1 Zónování budovy

Způsob zónování budovy bude pro mnoho budov jednou z problematických částí postupu při výpočtu ENB. Pokud by bylo hodnotící měřítko absolutní číslo spotřeby dodané energie do budovy, potom lze "různým" způsobem zónování téže budovy dosáhnout odlišných čísel vyjadřujících ENB a tímto vědomě ovlivnit požadovaný výsledek. Uveďme proto základní zásady a základní předpoklady pro zónování budovy ve smyslu požadavků stanovení ENB. Opakovaně pro potřeby toho článku je uvedeno, že budova, nebo její část je zónou, pokud

• je zásobována ze stejné skladby energetických systémů budovy, nebo
• má různé užívání v souladu se standardizovanými podmínkami vnitřního a venkovního prostředí a provozu stanovenými v platných technických normách a jiných předpisech.

Z těchto dvou základních požadavků vyplývá vlastní rozdělení budovy školy na tři základní zóny, které se vyznačují rozdílným provozem, či způsobem úpravy vnitřního prostředí. Pro potřeby výpočetního nástroje je nutné budovu zónově definovat, viz tabulka 2.

Označení	Název	Standardizovaný profil	Plocha	Objem
m2	m3
Zóna 1	Učebny, kabinety	Vzdělávací budovy - učebny, kabinety	910	4004
Zóna 2	Šatny, dílny	Vzdělávací budovy - chodby komunikace	324,5	1427,8
Zóna 3	Technické místnosti	Obecná nevytápěná zóna (pozn. upravený profil)	174,2	766,48
Celkem	1 408,7	6 198,7

Tab. 2 - základní popis zón objektu, podrobně viz příloha 1

Obr. 1 - rozdělení budovy na jednotlivé zóny, podrobně viz příloha 1

Zóna 1 zahrnuje obě nadzemní podlaží, vč. chodeb a komunikací v nich obsažených a bezprostředně svázaných s učebnami. Učebny se vyskytují také v přízemí objektu, tudíž celé přízemí (1. NP) je také v tomto případě zahrnuto do zóny 1 (pozn. vstupní část objektu je minimální a vede přímo do šaten suterénu objektu). Zóna 2 vyjadřuje vytápěné prostory na nižší teplotu a s jiným režimem užívání, které jsou umístěny výhradně v suterénu budovy. Jedná se o dílny, šatny a další technické zázemí správy objektu. V suterénu budovy se také nacházejí nevytápěné prostory, tyto zahrneme do tzv. obecné nevytápěné zóny - zóny 3. Obecná nevytápěná zóna a její definování je nutné, z vlastního principu, na kterém je postaven výpočetní algoritmus. Definování této zóny slouží v tomto případě pouze k určení interakce vytápěných zón s prostorem nevytápěným podle potřeby výpočtu na např. podle ČSN EN ISO 13 790. Zónu 3 již dále geometricky nedefinujeme z pohledu dalších ohraničujících konstrukcí. Předpokládáme, že hodnoty vyjadřující podmínky uvnitř této zóny byly stanoveny jinak, např. přesněji pomocí podrobného výpočtu tepelných ztrát, nebo expertním stanovením odpovídajícím místním podmínkám. Těmito okrajovými podmínkami lze zónu určit přesněji. Zóna 1 a zóna 2 již musí být geometricky definovány pomocí všech ohraničujících konstrukcí, jak bude dále uvedeno. Na základě rozdělení budovy na tři zóny ve výpočetním nástroji vybereme tzv. uživatelské profily odpovídající provozu v jednotlivých zónách. Ve výpočetním nástroji je uvedeno 50 přednastavených standardizovaných profilů budovy. Tyto profily definují "správný provoz" zóny pomocí pevně stanovených hodnot. Takových hodnot v profilu, které u reálného objektu zajistí požadované vnitřní prostředí, např. nedochází k přetápění, nedostatečné výměně vzduchu, podsvětlení prostor, apod. Z těchto profilů vybereme profil, který rámcově odpovídá provozu zóny. Pokud profil z nějakého důvodu neodpovídá (např. doba užívání zóny, vnitřní podmínky), pak lze definovat vlastní profil v části výpočetního nástroje k tomu určené. Např. obecná nevytápěná zóna má v základním profilu uvedenu jinou vnitřní teplotu, nežli je skutečná předpokládaná teplota v této nevytápěné zóně - vlastní profil zóny s požadovanou hodnotou vnitřní teploty zóny 3. V dalším kroku je nutno každou zónu popsat specificky z hlediska provozu a užití energie. Toto představuje vedení a předání energie otopné soustavy v podobě stanovení účinnosti využití energie konkrétně pomocí účinnosti emise η_em;H;s a distribuce η_distr;H;s energie v celkové bilanci zóny. Hodnoty pro tento případ uvádí přímo energetický audit a tyto hodnoty jsou hodnoty stanovené výpočtem z bilancí skutečných spotřeb objektu. Hodnoty účinnosti vytápěcího systému jednotlivých zón ukazuje následující tabulka 3, která zahrnuje účinnosti emise η_em;H;s a distribuce η_distr;H;s tepla. Účinnost je ve smyslu výpočtové metodiky chápána jako využitelná energie, která je z dodané energie ze zdroje v místě spotřeby (zóně 1, zóně 2) využita ke krytí potřeby energie.

Zóna 1		Učebny, kabinety
Účinnost emise tepla	ηem;H;s	90%
Účinnost distribučního systému	ηdistr;H;s	90%
Zóna 2		Technické místnosti
Účinnost emise tepla	ηem;H;s	95%
Účinnost distribučního systému	ηdistr;H;s	90%

Tab. 3 - účinnost využití tepelné energie v zóně

Příkon osvětlovací soustavy jednotlivých zón je v tomto případě zjistitelný v energetickém auditu a pro jednotlivé zóny je uveden v tabulce 4.

Zóna 1		Učebny, kabinety
Typ osvětlovací soustavy	-	zářivky
Příkon osvětlovací soustavy	Plight	8000 W
Zóna 2		Technické místnosti
Typ osvětlovací soustavy	-	žárovky, zářivky
Příkon osvětlovací soustavy	Plight	1000 W
Zóna 3		Technické místnosti
Typ osvětlovací soustavy	-	žárovky, zářivky
Příkon osvětlovací soustavy	Plight	500 W

Tab. 4 - osvětlení zón

2. Stavební část - ohraničení zón

Stavební část řešení objektu je popsáno pomocí charakteristik stavebních konstrukcí prostřednictvím údajů uvedených v tabulce 5. Parametry konstrukcí ohraničující jednotlivé zóny byly převzaty z údajů, které jsou dostupné v EA. Zadáním stavební charakteristiky objektu, tzn. tepelně technických vlastností zón a jejich popisu definujeme výši potřeb energie. Pro každou konstrukci příslušející k zóně a která je hranicí sousedící s vnějším prostředím nebo sousedící zónou, je třeba definovat a zadat parametry do výpočetního nástroje. Jelikož EA neřeší do větších podrobností konstrukce náležející k jednotlivým zónám, ale pracuje pouze s objektem jako celkem, je třeba provést korekci ploch jednotlivých konstrukcí a jejich přiřazení k jednotlivým zónám - týká se obvodového pláště (konstrukcí sousedících s exteriérem, se zeminou). Dále EA neuvádí parametry vnitřních konstrukcí ohraničujících jednotlivé zóny. Uvedené chybějící parametry (pro upřesnění: přerozdělení plošných výměr konstrukcí k jednotlivým zónám, hodnoty vnitřních konstrukcí ohraničující jednotlivé zóny) je třeba získat pro výpočet z existující projektové dokumentace, nebo z místního šetření. Možná námitka týkající se víceprací související s průkazem ENB v tomto případě není příliš namístě. Uvědomme si, že průkaz ENB je zhotovován za cílem potřeby rekonstrukce budovy. V souvislosti s připravovaným projektem je tedy nezbytné mít k dispozici projektovou dokumentaci stávajícího stavu, nebo provést místní šetření, které bude zahrnovat mnohem více úkonů, nežli je vlastní zjištění charakteru a plochy několika konstrukcí. Zadáním stavební charakteristiky objektu, tzn. tepelně technických vlastností zón a jejich popisu definujeme výši potřeb energie. Pro každou konstrukci příslušející k zóně a která je hranicí sousedící s vnějším prostředím nebo sousedící zónou je třeba definovat a zadat parametry do výpočetního nástroje, rozsah údajů ukazuje tabulka 5. Výpočetní nástroj poté pracuje s předdefinovanými základními typy konstrukcí, které se v objektu nacházejí a z kterých je objekt geometricky složen.

číslo kce	typ konstrukce	orientace	plocha (stěna bez otvorů)	součinitel prostupu tepla	Propustnost slunečního záření průsvitné části	Sousedící prostředí	Činitel teplotní redukce (podle ČSN 73 0540-2)
-	-	-	-	U	g		h
-	-	-	m2	[W/m2K]	-		-
Zóna 1 - Učebny, kabinety
1	Obvodové stěny - obálka	S	806,4	1,25	0	Ext	1
2	Střecha - strop k nevytápěné půdě	horizont.	498,7	1,2	0	Ext	1
3	Podlaha na nevyt. prostorem	horizont	174,2	1	0	Zóna 3	0,49
4	Podlaha nad zónou 2	horizont	324,5	1	0	Zóna 2	0,43
5	Výplňové konstrukce - okna	J	86	2,87	0,8	Ext	1,15
6	Výplňové konstrukce - okna	Z	45	2,87	0,8	Ext	1,15
Zóna 2 - Technické místnosti
7	Obvodové stěny - obálka	S	110,00	1,25	0	Ext	1
8	Suterén - stěna do hl. 1m	S	57	0,9	0	Zemina	0,57
9	Suterén - stěna hl. 1 - 2m	S	57	0,9	0	Zemina	0,66
10	Podlaha na terénu	horizont	324,5	1,8	0	Zemina	0,4
11	Vnitřní stěna	S	44	1,25	0	Zóna 3	0,4
12	Výplňové konstrukce	S	14	2,87	0	Ext	1,15
Zóna 3 - Technické místnosti
13	zónu není nutné definovat z pohledu ohraničujících konstrukcí

Tab. 5 - Stavební konstrukce budovy, podrobně viz příloha 1

Uvedené hodnoty jsou vstupem získaným z energetického auditu, v kterém je velmi podrobně popsáno zhodnocení stávajícího objektu. Nebylo tedy zapotřebí zjištění doplňujících údajů k určení této části.

2.1. Energetické systémy budovy

Definováním jednotlivých energetických systémů zajistíme krytí potřeby energie prostřednictvím dodané energie z místa výroby do místa odběru, resp. účinnost jejího užití. Otopnou soustavu a zdroj tepla určíme pomocí jednotlivých účinností, tedy pomocí energetické náročnosti jednotlivých součástí otopné soustavy. Účinnost je ve smyslu výpočtové metodiky chápána jako využitelná energie, která je pomocí dané části dopravena do místa spotřeby energie ze zdroje přeměny primární energie (plyn, elektřina) na energii využívanou v objektu (tepelná energie, energie ke chlazení objektu). Tento princip je společný pro všechny části výpočtové metodiky. Vstupní údaje pro zadání otopné soustavy v objektu jsou uvedeny v tabulce 6. Roční energetická účinnost zdroje tepla η_gen;H;c;i byla stanovena výpočtem v EA a činí 99%. Účinnost distribuce a sdílení energie je již zahrnuta v popisu jednotlivých zón v závislosti na zásobování energií.

Zdroj č. 1		Výměníková stanice
Jmenovitý výkon zdroje		99 kW
Účinnost výroby energie zdrojem	ηgen;H;c;i	99%
Regulace zdroje energie	ηgen;H;ctrl;i	Automatická
Celkový příkon pomocné energie (čerpadla, systém regulace)	ppump;H	400 W
Typ oběhového čerpadla	-	s proměnnými otáčkami
Příslušnost k zónám	-	100% - zóna 1 100% - zóna 2
Poznámka: příslušnost k zónám reprezentuje údaj, který určuje rozdělení toku energie pokud je zóna napojena na více zdrojů tepla. V tomto případě jsou obě zóny pně napájeny z jednoho zdroje.

Tab. 6 - definování zdroje tepla

Energetický audit posuzuje spotřebu teplé vody a uvádí předpokládanou roční potřebu TV ve výši 70m³. EA také výpočtem stanovuje energetickou účinnost přípravy a distribuce TV. V tomto případě jsou všechny vstupy potřebné pro výpočet ENB dostupné v EA a není nutné je dále podrobněji komentovat, nebo stanovovat. Výpočet uvedený v EA je založena na posouzení podle vyhlášky č. 152/2001 Sb., kdy v § 5 této vyhlášky je uveden měrný ukazatel pro přípravu teplé vody, který ukazuje, kolik tepla se spotřebuje na ohřátí 1m³ teplé vody, resp. kolik tepla je potřeba na přípravu TV na m² podlahové plochy (orientační ukazatel). Případně je pro tento účel, stanovení množství ročního potřeby teplé vody, možné využít směrná čísla spotřeby vody pro školské zařízení uvedené ve vyhlášce č. 428/2001 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích). V příloze této vyhlášky jsou uvedeny hodnoty měrné spotřeby studené vody pro různé provozy a budovy. Kdy přepočtem z množství roční spotřeby studené vody lze odvodit roční spotřebu vody teplé [m³/rok]

Zdroj č. 1		Centrální příprava TV ve výměníkové stanici
Účinnost distribučního systému přípravy TV	ηdistr;DHW	54%
Účinnost systému přípravy TV	ηDHW;gen;i	99%
Instalovaný elektrický příkon oběhových čerpadel přípravy TV	ppump;DHV	300 W
Typ oběhového čerpadla	-	tříotáčkové
Příprava TV na základě referenční potřeby)	q	70 m3/rok
Teplota teplé vody (ve zdroji přípravy)	θDHW;h	55°C

Tab. 7 - Příprava TV

V budově školy nejsou další energetické systémy podílející se na výrobě energie. V této chvíli je budova kompletně definována, zadána pro potřeby výpočtu ENB stávajícího stavu této budovy.

3. Energetická náročnost budovy

ENB stávajícího stavu budovy je stanovena na základě výše uvedených vstupů, které byly získány většinou z existujícího energetického auditu. Celková roční potřeba stávající budovy, zahrnující vytápění a potřebu tepla na ohřev teplé vody, činí celkem 366,38 GJ. V pohledu měrné roční potřeby energie je celková hodnota 72,25 kWh/m².a (tabulka 8, obrázek 1).

Vytápění	353 150,35	MJ
Příprava TV	13 230,00	MJ
CELKEM	366 380,35	MJ

Tab. 8 - roční potřeba energie, podrobně viz příloha 2

Obr. 1 - měrná roční potřeba energie, podrobně viz příloha 2
(po kliknutí se obrázek zvětší)

Pro celkové hodnocení objektu je rozhodující celková roční spotřeba dodané energie do objektu, kterou spotřebují všechny energetické systémy. V rámci celkové bilance je stanoveno následující:

• konečná spotřeba dodané energie na vytápění,
• konečná spotřeba dodané energie na ohřev teplé vody,
• spotřeba dodané energie na osvětlení budovy,
• spotřeba pomocné energie potřebné pro provoz systému vytápění a ohřevu teplé vody.

V celkové bilanci představuje celková roční spotřeba dodané energie do objektu 485,1 GJ, kdy výše dodané energie pro jednotlivé energetické systémy kryjící potřebu energie jednotlivých zón je uvedena v tabulce 9.

Vytápění	454 012,62	MJ
Příprava TV	24 747,47	MJ
Osvětlení	1 489,96	MJ
Pomocné energie	4 885,82	MJ
CELKEM	485 135,63	MJ

Tab. 9 - roční spotřeba energie, podrobně viz příloha 2

V pohledu měrné roční spotřeby dodané energie je výsledná hodnota 95,7 kWh/m².a. Tato hodnota obsahuje spotřebu energie všech systémů. Podrobný přehled výsledků a grafický výstup s hodnotami vztahující se k rodinnému domu je uveden v příloze 2 k tomuto článku.

Obr. 2 - měrná roční spotřeba dodané energie, podrobně viz příloha 2
(po kliknutí se obrázek zvětší)

3.1. Interpretace výsledků

V předchozí kapitole byly ukázány výsledky stávajícího stavu budovy, tedy budovy před prováděnými úpravami. Přirozeně, že průkaz ENB a celý výpočet bude prováděn na stav, který bude po rekonstrukci. Výpočet byl proveden za účelem vysvětlení vztahu výpočtu ENB stávajícího stav a EA, který hodnotí také stávající stav budovy a uvádí naměřené, nebo vypočtené hodnoty spotřeb energetického hospodářství. Skutečné naměřené hodnoty spotřeby tepla určeného na vytápění a ohřev TV představují v součtu 526,19 GJ/rok a vyjadřují spotřebu tepla již po rekonstrukci předávací stanice. Vypočítaná hodnota potřeby tepla na vytápění dle vyhlášky 291/2001 Sb. dle EA činí 310,1 MWh/rok (1 116,4 GJ/rok). Výsledná hodnota potřeby tepla na vytápění a ohřev TV je na základě výpočtu ENB 366,4 GJ/rok a celková spotřeba energie na vytápění, ohřev TV, osvětlení a pomocné energie činí 485,1 GJ/rok. Až potud absolutní hodnoty - čísla, která ovšem vychází z rozdílných vstupů a okrajových podmínek. Metoda výpočtu ENB svým určením nemůže přesně analyzovat budovu, její skutečnou spotřebu, ale jejím cílem je říci, že za předpokladu standardizovaného užívání by hodnota spotřeby energie měla být v uvedené výši. Jsou zde sice hodnoty absolutní spotřeby energie, ale jsou tyto spotřeby energie dosaženy za standardizovaných předpokládaných referenčních podmínek? Dále je třeba uvést, že hodnocení ENB je vždy prováděno na základě bilančního hodnocení, nikoliv hodnocení operativního. Bilanční hodnocení je založeno výpočtu energií po jednotlivých časových úsecích ročního provozu (měsíc). ENB se stanoví bilančním hodnocením (výpočtovou metodou z návrhových veličin). Toto hodnocení je vhodné pro účely vstupního hodnocení, pro nové budovy i poprvé hodnocené stávající budovy, a analytického hodnocení při přípravě změn dokončené budovy. Zatímco operativní hodnocení stávajících budov je založeno na využití stávajících potřeb energií a jejich porovnání s tzv. referenční budovou, čili by bylo možné využití stávajících energetických auditů, apod. při prodeji a nájmu, nebo při kontrolním hodnocení budovy. V obou případech je hodnotícím ukazatelem celková roční dodaná energie, která je chápána jako množství energie dodané do budovy, vč. energie vyrobené v budově obnovitelnými zdroji energie a spotřebované v budově. Dodaná energie představuje pouze potřebu energie pro vytápění, chlazení, vzduchotechniku, přípravu teplé vody, osvětlení a provoz zařízení zajišťující provoz jednotlivých systémů. Ovšem metoda operativního hodnocení je problematická právě z hlediska porovnání s referenční budovou a výsledného benchmarkingu. Z tohoto důvodu jak již bylo naznačeno číslo absolutní spotřeby energie naměřené na objektu, není totéž, co znamená číslo spotřeby energie dle metody výpočtu ENB, resp. významově je to totéž ovšem s rozdílnými okrajovými podmínkami a vstupními údaji.

4. Zařazení stávajícího stavu budovy do třídy ENB podle vyhlášky č. 148/2007 Sb.

Údaj, který má být prostým hodnotícím měřítkem je na základě bilančního výpočtu zařazení budovy do třídy ENB v rozsahu A-G, celkové množství dodané energie do hodnocené budovy v porovnání s hodnotami dosaženými u budov referenčních - viz hodnoty uvedené ve vyhlášce 148/2007 Sb. Budova by celkově měla dosáhnout minimálně na třídu A-C. Třída D-G je z pohledu splnění požadavku vyhlášky nevyhovující. Zatřídění budovy do příslušné třídy energetické náročnosti - "EN", je pomocí celkové měrné dodané energie. V případě vypovídající měrné hodnoty energie vztažené na měrnou jednotku užitné plochy objektu podle této metodiky hovoříme o měrné spotřebě dodané energie do budovy, která zahrnuje jak celkovou potřebu energie, tak účinnost s jakou je tato potřeba kryta a pomocnou energii, kterou spotřebovávají jednotlivé energetické systémy zajišťující krytí této potřeby. Podle konečné podoby vyhlášky 148/2007 Sb. je zatřídění budovy prováděno podle pevně stanoveného rozsahu spotřeby energie. Podrobnosti hodnocení požadavků na energetickou náročnost budovy pro zařazení budovy do příslušné klasifikační třídy jsou stanoveny podle tab. 10 pro vypočtenou měrnou spotřebu energie v kWh/(m².a). Měrné spotřeby energie v kWh/(m².a) ve třídě C jsou pro vyjmenované druhy budov hodnotami referenčními.

Druh budovy	A	B	C	D	E	F	G
Rodinný dům	<51	51 - 97	98 - 142	143 - 191	192 - 240	241 - 286	>286
Bytový dům	<43	43 - 82	83 - 120	121 - 162	163 - 205	206 - 245	>245
Hotel a restaurace	<102	102 - 200	201 - 294	295 - 389	390 - 488	489 - 590	>590
Administrativní budova	<62	62 - 123	124 - 179	180 - 236	237 - 293	294 - 345	>345
Nemocnice	<109	109 - 210	211 - 310	311 - 415	416 - 520	521 - 625	>625
Budova pro vzdělávání	<47	47 - 89	90 - 130	131 - 174	175 - 220	221 - 265	>265
Sportovní zařízení	<53	53 - 102	103 - 145	146 - 194	195 - 245	246 - 297	>297
Budova pro velkoobchod a maloobchod	<67	67 - 121	122-183	184 - 241	242 - 300	301 - 362	>362

Tab. 10 - Klasifikační třídy EN hodnocení energetické náročnosti budovy podle vyhlášky č. 148/2007 Sb.,
hodnoty jsou uvedeny v kWh/m²

Vliv spotřeby energie jednotlivých subsystémů (energetických systémů budovy) na celkové zařazení budovy školy do třídy ENB přímo závisí na jejich systémovém řešení. Např. zvýšení účinnosti užití energie na přípravu teplé vody má vzhledem k celkové výši spotřeby energie menší vliv, než zvýšení účinnosti užití energie potřebné na vytápění budovy. Na základě výše jednotlivých spotřeb energie, resp. na základě celkové spotřeby dodané energie do budovy, je budova celkově zařazena do třídy ENB, která je vyznačena v grafickém znázornění průkazu energetické náročnosti budov (příloha 3 znázornění stávajícího stavu a příloha 6 - navrhovaný stav a posouzení vlivu OZE) a v protokolu průkazu ENB stávajícího stavu (příloha 4 zhodnoceni stávajícího stavu a příloha 7 - navrhovaný nový stav a posouzení vlivu OZE). Ukazatel celkové energetické náročnosti rodinného domu uveden v tab. 11. Budova ve stávajícím stavu je, bez provedení jakýchkoliv optaření, zařazena do třídy C - vyhovující.

Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok)	485,14
Maximální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2)	130,00
Minimální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2)	90,00
Třída energetické náročnosti hodnocené budovy	C
Slovní vyjádření třídy energetické náročnosti hodnocené budovy	Vyhovující
Měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu (kWh/m2)	95,66

Tab. 11 - ukazatel celkové energetické náročnosti budovy

5. Provedení doporučených opatření

Budova je ve výsledku vyhovující a splňuje požadavky stanovené legislativními předpisy. Jaké úpravy provést aby byla budova efektivnější z hlediska provozu, není předmětem tohoto článku, jelikož se jedná o problematiku velmi úzce související s danou budovou, vycházejme však z EA a jeho doporučení, vč. např. teoretických variant využití OZE. Využití OZE v tomto příkladě není podpořeno optimalizačním výpočtem ani kalkulací a kapitola o této problematice je čistě informativní s cílem ukázání principu a filosofie pro řešení dané oblasti ve smyslu hodnocení ENB. Rozsah a dopad tohoto článku je zaměřen na co možná nejobecnější charakter. Energetický audit ve své hodnotící analytické části předkládá energeticky úsporná opatření formou jednotlivých variantních řešení. Optimalizací jednotlivých variant jsou navrženy doporučené úpravy vedoucí ke správnému provozu za přijatelných vložených nákladů.

Na základě rozboru tepelného hospodářství, současného stavu stavebních konstrukcí objektu a technických zařízení budovy energetický audit doporučuje:

• zavést energetický management,
• zavedení regulace TRV, zaizolování drobných armatur a částí potrubí ve VS a uzavření otevřených otvorů, osazení úsporných kompaktních zářivek do svítidel místo klasických žárovek, zateplení podlahy nevytápěné půdy a podlahy k nevytápěným prostorům suterénu.

Zateplení budovy vzhledem jejímu historickému charakteru není možné, výměna oken představuje značnou investici s nevýrazným efektem. Navrhované a dejme tomu, že také realizované opatření, ve smyslu výpočtu ENB představuje změnu několika vstupů ve výpočetním nástroji. Energetický management znamená zvýšení účinnosti výroby distribuce a emise energie. Tento lze postihnout pouze pomocí zlepšení účinnosti jednotlivých částí energetického hospodářství, případně optimalizací profilů standardizovaného užívání budovy (provozních částí týkajících se jednotlivých energetických systémů). Zavedení regulace TRV představuje zvýšení účinnosti emise energie η_em;H;s určené na vytápění. Zaizolování částí rozvodů energie znamená navýšení účinnosti distribuce energie η_distr;H;s. Použití kompaktních úsporných zářivek znamená snížení instalovaného příkonu osvětlovací soustavy P_light. Zateplení nevyužitého půdního prostoru a podlahy k nevytápěným prostorům suterénu znamená změnu hodnoty součinitele prostupu tepla U některých konstrukcí.

Zóna 1		Učebny, kabinety
Účinnost emise tepla	ηem;H;s	97%
Účinnost distribučního systému	ηdistr;H;s	95%
Zóna 2		Technické místnosti
Účinnost emise tepla	ηem;H;s	97%
Účinnost distribučního systému	ηdistr;H;s	95%

Tab. 12 - účinnost využití tepelné energie v zóně - nový stav

Zóna 1		Učebny, kabinety
Příkon osvětlovací soustavy	Plight	4500 W
Zóna 2		Technické místnosti
Příkon osvětlovací soustavy	Plight	540 W
Zóna 3		Technické místnosti
Příkon osvětlovací soustavy	Plight	100 W

Tab. 13 - osvětlení zón - nový stav

Účinnost distribučního systému přípravy TV

ηdistr;DHW

70%

Tab. 14 - účinnost distribuce TV - nový stav

číslo kce	typ konstrukce	orientace	plocha	U	g		h1
-	-	-	m2	[W/m2K]	-
2	Střecha - strop k nevytápěné půdě	horizont.	498,7	0,15	0	Ext	1
3	Podlaha na nevyt. prostorem	horizont	174,2	0,6	0	Zóna 3	0,49
4	Podlaha nad zónou 2	horizont	324,5	0,6	0	Zóna 2	0,43

Tab. 15 - stavební konstrukce budovy - nový stav

Po provedení úprav celková je roční spotřeba energie budovy 351,1 GJ a měrná roční spotřeba energie představuje 69,2 kWh/m².a, podrobněji viz bilance energie příloha 6. Budova je tedy zařazena do třídy ENB B - úsporná, viz příloha 5 grafické znázornění průkazu ENB. Třídy EN jednotlivých energetických systémů jsou uvedeny v tabulce 16, budovu jako celek reprezentuje tabulka 17. Podrobnější analýzu dopadu jednotlivých opatření na hodnoty spotřeb, případně potřeb energií a celkovém hodnocení budovy ponechme na čtenářích, analýza výpočetního postupu a vlivu změny vstupů na výsledné hodnoty není předmětem tohoto článku. Protokol průkazu ENB a grafické znázornění průkazu ENB uvádí příloha 4 a příloha 5 tohoto článku.

Obr. 3 - měrná roční spotřeba energie po provedených úpravách, podrobně viz příloha 6
(po kliknutí se obrázek zvětší)

Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok)	351,01
Maxinální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2)	130,00
Minimální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2)	90,00
Třída energetické náročnosti hodnocené budovy	B
Slovní vyjádření třídy energetické náročnosti hodnocené budovy	Úsporná
Měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu (kWh/m2)	69,22

Tab. 17 - ukazatel celkové energetické náročnosti budovy, bilance energie podrobně viz příloha 6,
protokol průkazu ENB viz příloha 4

6. Ekologická a ekonomická proveditelnost alternativních systémů a kogenerace

Podle zákona 406/2006 Sb. je nutnou součástí průkazu ENB nové budovy nad 1000 m² celkové podlahové plochy posouzení technické, ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů vytápění, kterými jsou:

• decentralizované systémy dodávky energie založené na energii z obnovitelných zdrojů,
• kombinovaná výroba elektřiny a tepla,
• dálkové nebo blokové ústřední vytápění, v případě potřeby chlazení,
• tepelná čerpadla.

Tato povinnost se vztahuje pouze na nové budovy, nikoliv budovy stávající, rekonstruované. Přesto si na tomto příkladu ukažme, co toto ve své podstatě obnáší vzhledem k výpočetnímu nástroji ENB. U budovy typu školy je reálná a relativně častá např. instalace solárních systémů za státní podpory. Např. v rámci Národních programů MŽP vyhlášených pro rok 2007 se jedná o část 3.A. Investiční podpora environmentálně šetrných způsobů vytápění a ohřevu teplé vody ve školství, zdravotnictví, a objektech sociální péče a objektech krajské a místní samosprávy administrovanou prostřednictvím SFŽP (pozn. autora: článek je aktualizován z původní do současné podoby, tato forma podpory, již není aktuální. Jakomožná forma podpory může být např. použit Operační progra životní prostředí - OPŽP). Tímto je myšlena náhrada nebo částečná náhrada vytápění případně ohřevu teplé vody zařízeními na využívání OZE (kotle na biomasu, tepelná čerpadla, solární systémy) a podmínkou získání podpory je splnění kritérií uvedených v osnově energetického auditu. Z tohoto vyplývá nutnost vypracování ekonomické a ekologické proveditelnosti jako zvláštní součásti projektu. Z pohledu výpočtu a určení ENB jsou uvedené výstupy zaneseny do výpočetního nástroje jako hotové vstupy, pomocí nichž nástroj doplní protokol průkazu ENB a grafické znázornění průkazu ENB. Vstupy do výpočetního nástroje sou následující:

• výpočet a ekonomická analýza proveditelnosti alternativních zdrojů - znamená z provedené studie uvést závěry a způsob výpočtu, např. za jakých podmínek jsou energeticky úsporná opatření považována za ekonomicky efektivní pro snížení energetické náročnosti budovy, pokud jsou investiční výdaje na jejich realizaci rovny nebo nižší, než je čistá současná hodnota budoucích úspor energie v přímých nákladech na energii a budoucích investic (např. změna přípravy TV) a stanovení by mělo být v souladu s Přílohou 7 vyhlášky č. 213/2001 Sb., o energetickém auditu ve znění vyhlášky č. 425/2004 Sb.

Doplňující údaje pro jednotlivé opatření provedená na budově jsou pak:

• popis opatření,
• úspora energie pomocí daného opatření,
• investiční náklady na opatření,
• prostá doba návratnosti.

Tyto údaje jsou pouze informativní a jsou shrnutím provedené analýzy (studie proveditelnosti, energetického auditu). Důležitým údajem pro výpočet a vyjádření třídy ENB (pozn. druhý sloupec v grafickém znázornění průkazu ENB) pokud bychom chtěli provést energeticky úsporná opatření je pak Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok) po provedených opatřeních, kterou získáme např. pomocí výpočetního nástroje NKN. Jako ilustrační příklad je uvedeno variantní řešení zmíněné v následující kapitole, kde uvažujme využití fotovoltaického systému a tepelného čerpadla v budově školy. Jak již bylo uvedeno využití OZE v tomto příkladě není podpořeno optimalizačním výpočtem ani kalkulací a kapitola o této problematice je čistě informativní s cílem ukázání principu a filosofie pro řešení dané oblasti ve smyslu hodnocení ENB. Rozsah a dopad tohoto článku je zaměřena na co možná nejobecnější charakter.

6.1. Využití OZE v budově školy - ilustrační příklad

Jako ilustrační příklad uveďme, že na základě výše popsaných skutečností a podle energetického auditu bude realizována instalace solárního systému na ohřev teplé vody a instalace fotovoltaického (dále jen "PV") systému jako demonstračního případu. Nezabývejme se vhodností zvoleného opatření, toto podléhá podrobnější analýze. Ta není předmětem tohoto článku. Analýzou v energetickém auditu se dospělo k závěru, po zvážení investičních nákladů a prosté doby návratnosti se za podpory státních prostředků, že je vhodné osadit na budovu školy jako doplňkový (demonstrační) PV systém na výrobu elektrické energie o ploše 10 m² a dále bude pro vytápění budovy využito tepelného čerpadla. Do výpočetního nástroje zadáme uvedené vstupy, které až na Energetickou náročnost budovy EP po provedených opatřeních nejsou potřebné pro samotný výpočet ENB ale slouží pouze pro doplnění protokolu průkazu ENB a shrnují např. studii proveditelnosti. Energetickou náročnost budovy EP po provedených opatřeních můžeme stanovit tak, že do výpočetního nástroje, kde již máme zadánu budovu školy, doplníme výše zmíněná zařízení v podobě PV systému a definováním tepelného čerpadla jako dalšího zdroje tepla. Výsledná hodnota, kterou si takto paraleně ve zvláštním souboru NKN (s definovanými systémy) určíme, je vypočtená Energetická náročnost budovy EP po těchto úpravách:

• PV-jednotná orientace jih, sklon systémů 45°,
• TČ - pouze vytápění objektu v předpokládaném rozsahu cca25%-ního pokrytí požadovaného celkového topného výkonu
• TČ systému země-voda,

apod.., (výsledky bilancí energie podrobně viz příloha 7) zanesena do navrhovaného stavu do kolonky EN po navrhovaných úpravách. Tento údaj se následně promítá pouze do grafického vyjádření, které lze spatřit v grafickém znázornění průkazu ENB v podobě vyznačení v druhém (pravém) sloupci průkazu ENB, viz příloha 5 a obr. 5. Výsledná klasifikační třída ENB se z hodnoty navrhovaného nového stavu za předpokladu částečného zateplení a dalších úprav po provedení instalace demonstračního PV systému a instalace TČ snížila z hodnoty měrné spotřeby energie 69,2 kWh/m² na hodnotu 49,8 kWh/m².

Obr. 4 - měrná roční spotřeba energie po instalaci OZE - PV + TČ, podrobně viz příloha 7
(po kliknutí se obrázek zvětší)

Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok)	252,80
Maxinální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2)	130,00
Minimální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2)	90,00
Třída energetické náročnosti hodnocené budovy	B
Slovní vyjádření třídy energetické náročnosti hodnocené budovy	Úsporná
Měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu (kWh/m2)	49,85

Tab. 18 - ukazatel celkové energetické náročnosti budovy po instalaci OZE - PV + TČ,
bilance viz příloha 7

Celková výše dodané energie do budovy pak představuje 252,8 GJ/rok, kdy oproti navrhovanému stavu po rekonstrukci toto opatření znamená úsporu ve výši téměř 100GJ/rok. Budova je pak v hodnotící stupnici zařazena do třídy B - Úsporná na základě hodnoty měrné spotřeby energie 49,85 kWh/m².rok celkové dodané energie do budovy.

Obr. 5 - grafické znázornění průkazu ENB pro navrhovaný nový stav budovy
školy a vyznačení proveditelnosti systémů OZE, viz příloha 5

7. Závěr

Článek má určení především informativní ve věci nového způsobu hodnocení ENB, jak z pohledu filosofie výpočtu, tak z pohledu jeho praktického provádění. Článek ukázal základní princip výpočtu u veřejných budov - školy, na které je vypracován EA a ukazuje relativní jednoduchost způsobu stanovení ENB s cílem do jaké míry je možné využít stávající energetické audity budov. Vstupy do výpočetního nástroje u hodnocení stávající budovy, která disponuje energetickým auditem, značně závisí na jeho kvalitě a podrobnosti zpracování. V případě rekonstrukce budovy se předpokládá nutnost zpracování projektu, při jehož zpracování jsou údaje potřebné údaje pro výpočet ENB dostupné - pracuje se s nimi. Výpočetní postup tak nevyžaduje získání údajů - vstupů, které by byly nad rámec hodnot a údajů, s kterými projektant stavební části, nebo projektant vytápění musí pracovat. Ať už při výpočtu tepelných ztrát, či vyjádření energetických bilancí k rekonstrukci daného objektu. V dalších článcích se vrátíme podrobně k části ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů vytápění, kterými jsou decentralizované systémy dodávky energie založené na energii z obnovitelných zdrojů, kombinovaná výroba elektřiny a tepla, dálkové nebo blokové ústřední vytápění, v případě potřeby chlazení, tepelná čerpadla ve smyslu požadavků hodnocení energetické náročnosti budovy.

Podrobné informace o Národním kalkulačním nástroji a problematice hodnocení energetické náročnosti budov jsou na adrese http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn/. Zaregistrováním na uvedené adrese lze získat zdarma ke stažení výpočetní nástroj národní kalkulační nástroj - NKN pro stanovení energetické náročnosti budov podle požadavků vyhlášky č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov. Zpracovatelem produktu je Katedra technických zařízení budov Fakulty stavební - ČVUT v Praze.

8. Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru CEZ MSM 6840770003 na základě výsledků projektu CEA 2220046120. Výstupy jsou zpracovány pomocí národního kalkulačního nástroje aktuální verze NKN v-2.04 vyvinutého na katedře technických zařízení budov, Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Přílohy v PDF

Příloha 1 - Stavební a dispoziční řešení budovy
Příloha 2 - Grafický výstup EP stávající budovy
Příloha 3 - Grafické znázornění průkazu ENB stávající budovy
Příloha 4 - Grafický výstup EP rekonstruované budovy
Příloha 5 - Grafické znázornění průkazu ENB rekonstruované budovy
Příloha 6 - Protokol průkazu ENB rekonstruované budovy
Příloha 7 - Grafický výstup EP rekonstruované budovy s využitím OZE

Literatura

[1] směrnice 2002/91/ES, o energetické náročnosti budov (EPBD)
[2] zákon č. 406/2006 Sb., který obsahuje úplné znění zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, jak vyplývá ze změn provedených zákonem č. 359/2003 Sb., zákonem č.694/2004 Sb., zákonem č. 180/2005 Sb. a zákonem č. 177/2006 Sb.,
[3] vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov
[4] ČSN EN ISO 13790 - Tepelné chování budov- Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění
[5] ČSN EN 12831 - Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu
[6] ČSN 73 0540-3 - Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování
[7] EN ISO 13370 - Tepelné chování budov - Přenos tepla zeminou - Výpočtové metody
[8] ČSN EN 14438 - Sklo ve stavebnictví - Stanovení hodnoty energetické bilance
[9] ČSN 060320 Ohřívání užitkové vody - Navrhování a projektování
[10] ČSN EN 832-Tepelné chování budov - Výpočet potřeby tepla na vytápění - Obytné budovy
[11] ČSN 730540 (2002) - Tepelná ochrana budov
[12] DIN V 18599: Neue Vornorm zur energetischen Bewertung von Gebäuden gemäß neuer EU-Richtlinie
[13] Projekt CEA 2220046120, Národní metodika výpočtu energetické náročnosti budov - výpočetní nástroj
[14] Kabele, K., Urban, M., Adamovský, D., Musil, R., Kabrhel M.: Metodika výpočtu energetické náročnosti budov v ČR, Zborník prednášok z 15. medzinárodnej konferencie Vykurovanie 2007. Bratislava: Slovenská spoločnost pro techniku prostredia, 2007, s. 55-58. ISBN 978-80-89216-13-0.
[15] Urban, M., Kabele, K., Adamovský, D., Musil, R., Kabrhel M.: Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov v ČR, zborník prednášok Tepelná ochrana budov 2007. Bratislava: Intenzíva s.r.o., 2007, s. 105-110. ISBN 978-80-969243-5-6.
[16] http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn/ webový portál Národního kalkulačního nástroje NKN