Nákladově optimální hodnocení energetické náročnosti budov

19. května 2015

Partneři sekce:

V TZB Haustechnik č. 4/2014 jsme uveřejnili první část metodiky stanovení minimálních požadavků na energetickou hospodárnost budov s teoretickou částí a popisem hledání optimálních energetických a ekonomických opatření týkajících se stavební části bytového domu. V tomto pokračování příspěvku se určením nejvhodnější varianty části TZB zjednodušeně popisuje konečné stanovení výsledné křivky nákladového optima, jejíž nejnižší úsek představuje nejvhodnější variantu v případě řešeného bytového domu.

Obnova bytových domů je dnes tématem, které se preferuje prakticky všude. Dříve šlo jen o úspory energie zateplením fasády, resp. střechy bytového domu. Dnes, po delším vývoji, mluvíme už i o revitalizaci ostatních konstrukcí a technických zařízení a hlavně o prodloužení jejich životnosti. I navzdory tomu je v současné ekonomické situaci velmi často prioritou obyvatel snížení spotřeby energie.

Opatření navržené v I. části – obnova stavebních konstrukcí

V rámci navrhovaných balíčků opatření se při výpočtu uplatnily úpravy, které vyhovují aktuálně platným požadavkům na úroveň nízkoenergetické výstavby stanoveným v STN 73 0540-2: 2012. Všechna opatření včetně uvažovaných optimálních vlastností stavebních konstrukcí se využila na určení primární energie a nákladů během životního cyklu včetně čisté současné ceny.

Na nalezení nejvhodnější varianty kombinace opatření se použily různé zdroje tepla. Počáteční investiční náklady na obnovu obálky budovy (popsané v TZB Haustechnik č. 4/2014) byly 379 210 € a zahrnovaly zateplení obvodového pláště (navrženo 12 variant na tepelnou ochranu obvodového pláště s uvažovanou různou tloušťkou tepelné izolace 40–260 mm v dodatečné tepelné ochraně tepelněizolačním kontaktním systémem), střechy (navrženo 12 variant na tepelnou ochranu střešní konstrukce s uvažovanou různou tloušťkou tepelné izolace 50–280 mm), mezistropu nad 1. NP (navrženo 12 variant na tepelnou ochranu mezistropu s uvažovanou různou tloušťkou tepelné izolace 20–240 mm) a také výměnu oken za nová plastová okna s trojsklem (navrženo 12 variant na zlepšení tepelně-technických vlastností otvorových konstrukcí s izolačním dvoj- a trojsklem).

Hodnocení energetických nosičů

Zemní plyn

Nejčastěji používaným energetickým nosičem je v současnosti stále zemní plyn a výroba tepla z plynu se vnímá jako běžná záležitost. Není to však tak dávno, kdy se zemní plyn zaváděl jako moderní zdroj energie. Je ekologičtější než uhlí či koks, jeho servis je jednodušší a k tomu má vyšší hodnoty výhřevnosti (tab. 1).

Za pozitiva zemního plynu lze považovat:

konstantní dodávku v konstantní kvalitě,
menší nároky na obsluhu kotelny,
vyšší účinnost výroby,
absenci potřeby skladovacích prostor.

Biomasa
Při současném trendu zavádění stále většího počtu alternativních zdrojů se dřevní štěpka stává stále častějším zdrojem energie, a to zejména v souvislosti s nízkou emisivitou, jelikož se při jejím spalování uvolní pouze tolik CO₂, kolik rostlina během svého růstu přijala. Z toho vyplývá, že využití biomasy nemá vliv na tvorbu skleníkového efektu.

Za pozitiva biomasy lze považovat:

snižování emisí skleníkových plynů (absorpce CO₂ z atmosféry rostlinami),
nižší obsah síry.

Elektrická energie – tepelné čerpadlo
Do výpočtu vstupují na první pohled nenápadné, ale o to důležitější faktory, jako je účinnost výroby tepla a výhřevnost u rozličných energetických nosičů.

Nejvyšší účinnosti výroby tepla se dosáhne jednoznačně elektrickou energií při použití tepelného čerpadla. Vysoká účinnost výroby tepla umožní v konečném důsledku snížit hodnotu celkové potřeby energie v bytovém domě a zároveň snížit energetické ztráty ve zdroji tepla. Jelikož z 1 kW elektrické energie získáme zhruba 3 kW tepelné energie, jde o výbornou energetickou bilanci.

Za pozitiva využití elektrické energie (tepelného čerpadla) lze považovat:

konstantní dodávku v konstantní kvalitě,
minimální nároky na obsluhu,
vysokou účinnost,
absenci potřeby skladovacích prostor,
nevylučování emisí do ovzduší.

Jednotlivé účinnosti podle rozličných energetických nosičů jsou uvedeny tab. 1 (podle vyhlášky č. 364/2012 Z. z.).

Výběr nejvhodnější varianty

Ze všech navrhovaných variant se vybraly ty optimální. S vybranými hodnotami ze stavební části dále pokračoval výpočet týkající se TZB, kde se použilo celkově devět návrhů balíčků opatření.

Výpočet se aplikoval na období 30 let. Zohlednily se při něm aktuální počáteční investiční náklady jednotlivých zařízení TOB a TZB a všechny náklady spojené s objektem, jako jsou kupříkladu náklady na údržbu, ceny energie atd.

V tab. 2 jsou uvedeny modifikace, se kterými se počítalo a z nichž se nakonec vybralo nákladové optimum.

Ekonomicky efektivní varianty návrhu

V současnosti je objekt napojený na centralizované zásobování teplem a je tam zřízena odevzdávací stanice tepla s plynovými kotly s celkovým výkonem kotelny 400 KW. Jelikož nejrozšířenějším palivem je na Slovensku zemní plyn, výpočet proběhl také u těchto variant zásobování teplem.

Z ekonomického hlediska lze CZT u tohoto objektu zařadit mezi ekonomičtější opatření, jelikož hranice nákladů je na jedné z nejnižších úrovní, avšak z environmentálního aspektu zdaleka nesplňuje požadované hodnoty (obr. 1).

Ekologické varianty návrhu

Naopak, varianty opatření s biomasou (tab. 4) splňují požadavky z environmentálního hlediska a navíc dosahují hodnoty budov s téměř nulovou spotřebou energie:

CZT (biomasa – dřevní štěpka) má nejnižší hodnotu primární energie 21,6 kWh/(m² . a). Potřeba tepla je v tomto případě 106,7 kWh/(m² . a). Zároveň by objekt s touto kombinací opatření dosáhl jedné z nejnižších hodnot v rámci emisí skleníkových plynů – CO₂ = 3,1 kg/(m² . a).
Kotel na biomasu (dřevěné pelety) nebo kotel na biomasu (dřevěné pelety) se solárním ohřevem teplé vody dosahuje z hlediska emisí skleníkových plynů ještě nižších hodnot než v předchozím případě, tj. 2,89 kg/(m² . a) se solárním ohřevem a 3,04 kg/(m² . a) bez solárního ohřevu.

Tyto varianty opatření splňují environmentální nároky, které se po roce 2020 budou požadovat jako výsledné hodnoty při výstavbě budov s téměř nulovou spotřebou energie. V současné době jsou však tyto varianty neefektivní z ekonomického hlediska. Vysoká ekonomická náročnost je tak v rozporu s budoucími požadavky a tento problém je potřebné v budoucnosti vyřešit (kupříkladu státními dotacemi?), aby se podařilo splnit předpisy Evropské unie týkající se minimálních požadavků na energetickou hospodárnost budov.

Křivka nákladového optima

Na vytvoření komplexního přehledu se kombinace běžně používaných souborů energeticky úsporných opatření posuzují na základě křivky nákladového optima a jednotlivé body grafu poukazují na hodnoty vytvořené vztahem mezi primární energií a čistou současnou hodnotou.

Minimální požadavky na energetickou hospodárnost jsou zastoupeny oblastí křivky, která poskytuje konečnému uživateli/společnosti nejnižší náklady. Potenciálně by se tyto požadavky měly ukázat jako efektivnější a účinnější než současné vnitrostátní požadavky a náklady by měly být nižší nebo stejné. Oblast křivky vpravo od ekonomického optima představuje řešení, která jsou horší v obou aspektech. Je však nepravděpodobné, že řada řešení přinese v praxi přesné křivky, ve skutečnosti jde spíše o soubor, resp. shluk bodů, z něhož lze odvodit průměrnou křivku.

Tak, jak lze vidět v tab. 2 a grafu na obr. 1, optimální balíček opatření má č. 8, tzn. tepelné čerpadlo zem – voda. Čistá současná hodnota je u této varianty nejnižší a hodnota primární energie dosahuje 71,2 kWh/(m² . a). Potřeba tepla na vytápění a přípravu TV je pouze 26, 68 kWh/(m² . a). Hodnoty emisí CO₂ jsou sice vyšší než v předchozích popsaných případech, navzdory tomu však u tepelného čerpadla dosahují velmi nízké hodnoty 9,87 kg/(m² . a). U bytových a panelových domů se investice do tepelného čerpadla zúročí rychleji než při použití ostatních zdrojů tepla, i když jde o nejvyšší investici. Proč je to tak? Odpověď je jednoduchá, tepelná čerpadla připravují tepelnou energii za podstatně nižší náklady.

Porovnání optimálních hodnot s požadavky po roce 2015

Už od roku 2015 jsou stanoveny přísnější hodnoty primární energie než aktuálně vypočítané optimální hodnoty, avšak nákladové optimum je stanoveno na současnou úroveň cen energie (i když s předpokládaným ročním nárůstem), investičních nákladů apod.

Lze však předpokládat vývoj ve prospěch přísnějších požadavků: snížení investičních nákladů u některých zařízení a nárůst cen energie.

Závěr

Správné určení požadavků na nákladově optimální úrovně minimálních požadavků na energetickou náročnost budov je stanoveno na základě rozsáhlých studií a výzkumných úloh.

Zlepšení energetické hospodárnosti budov vyžaduje realizaci úsporných opatření, která by měla být v každém případě efektivní. Pouze správné stanovení nákladově optimální úrovně jednotlivých energetických opatření povede k hospodárnému využívání energie na co nejnižší úrovni během celého životního cyklu budovy. Ekonomické zhodnocení vypočtených variant a varianty nákladového optima přineseme v poslední části příspěvku v některém z následujících vydání časopisu TZB Haustechnik.

Ing. Lucia Borisová
Autorka působí na Katedře technických zařízení budov SvF STU v Bratislavě.
Recenzoval: prof. Ing. Dušan Petráš, PhD.
Obrázek: Autorka

Literatura
1.   Směrnice č. 2012/27/EÚ Evropského parlamentu a Rady z 25. října 2012 o energetické efektivnosti, kterou se mění a doplňují směrnice 2009/125/ES a 2010/30/EÚ a kterou se ruší směrnice 2004/8/ES a 2006/32/ES.
2.   Vyhláška Ministerstva dopravy, výstavby a regionálního rozvoje Slovenské republiky č. 364/2012 Z. z., kterou se vykonává zákon č. 555/2005 Z. z. o energetické hospodárnosti budov a o změně a doplnění některých zákonů.
3.   Delegované nařízení komise (EÚ) č. 244/2012 z 16. ledna 2012, kterým se doplňuje směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EÚ o energetické hospodárnosti budov vytvořením rámce porovnávací metodiky na výpočet nákladově optimálních úrovní požadavků na energetickou hospodárnost budov a prvků budov.
4.   STN EN 15459 Energetická hospodárnost budov. Postupy ekonomického hodnocení energetických systémů v budovách.
5.   Building Performance Institute Europe (BPIE), Cost optimality – Discussing methodology and challenges within the recast Energy Performance of Buildings Directive, Brussels, 2010.
6.   Borisová, L. – Petráš, D.: Nákladovo optimálne hodnotenie energetickej náročnosti budov – I. část. In: TZB Haustechnik, 2014, č. 3, s. 20.
7.   Borisová, L. – Petráš, D.: Hodnotenie energetickej náročnosti prevádzky budov z hľadiska nákladového optima. In: Energeticky soběstačné budovy, 2014, č. 2.
8.   Borisová, L.: The cost optimal methodology of dwelling house in Slovak Republic. The 13th International Conference on Indoor Air Quality and Climate. 7. – 12. 7 2014, Hong Kong.
9.   Dostupné online: www.siea.sk.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.