Energetická hospodárnosť budov a zemný plyn

1. Úvod

V zmysle akčného plánu EÚ 20/20/20 sa budú po roku 2020 stavať len budovy s takmer nulovou potrebou energie, čo bude predstavovať úplne nový fenomén z pohľadu projektovania, samotnej realizácie stavby a v neposlednom rade pri prevádzke budov. Ide nielen o samotné budovy s takmer nulovou potrebou energie, ale predovšetkým o filozofiu trvalej udržateľnosti architektúry a výstavby s celkovým zámerom v budúcnosti navrhovať, realizovať a prevádzkovať budovy, ktoré budú energeticky aktívne, ekologicky bezpečné a ekonomicky efektívne.

Povinnosť stavať budovy s takmer nulovou potrebou energie vyplýva zo smernice Európskeho parlamentu a Rady 2010/31/EC o energetickej hospodárnosti budov (ďalej len „EPBD“) [1]. Podľa tejto smernice budú musieť mať všetky nové budovy v EÚ po 31. decembri 2020 takmer nulovú pot­rebu energie (neplatí pre verejný sektor). Pre verejný sektor bol stanovený skorší termín – od 1.1.2018.

Budova s takmer nulovou potrebou energie sa v EPBD definuje ako „budova, ktorá má veľmi vysokú energetickú hospodárnosť“ v súlade s prílohou I. smernice. Takmer  nulové množstvo energie alebo veľmi nízke množstvo energie má byť zabezpečené vo vý­znamnej miere z obnoviteľných zdrojov, získaných priamo na mieste alebo v blízkosti spotreby.

2. Legislatíva

EPBD bola prevzatá do slovenskej legislatívy prostredníctvom zákona 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov a ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku v znení neskorších predpisov [2]. V roku 2012 bol prijatý nový zákon č. 300/2012 Z. z., ktorý mení a dopĺňa zákon č. 555/2005 Z. z. Zákon č. 300/2012 Z. z. definuje budovu s takmer nulovou potrebou energie ako budovu s veľmi vysokou energetickou hospodárnosťou [3]. Takmer nulové alebo veľmi malé množstvo energie potrebné na užívanie takej budovy musí byť zabezpečené efektívnou tepelnou ochranou a vo vysokej miere energiou dodanou z obnoviteľných zdrojov nachádzajúcich sa v budove alebo v jej blízkosti.

Podľa vykonávacej vyhlášky č. 364/2012 Z. z. (k zákonu č. 555/2005 Z. z.) je ukazovateľom minimálnej energetickej hospodárnosti budovy primárna energia [4]. Tá sa určí z množstva energie dodanej do technického systému budovy cez systémovú hranicu podľa jednotlivých miest spotreby v budove a energetických nosičov upravených konverzným faktorom primárnej energie, ktorý je určený touto vyhláškou. Dodaná energia sa určuje podľa jednotlivých energetických nosičov, ktorými sa cez systémovú hranicu zásobujú technické zariadenia na uspokojenie potrieb energie v budove, t. j. na vykurovanie, prípravu teplej vody, vetranie, chladenie a osvetlenie.

Minimálnou požiadavkou na energetickú hospodárnosť nových budov postavených po 31. decembri 2015 je horná hranica energetickej triedy A1 pre globálny ukazovateľ. Významne obnovovaná budova musí túto požiadavku splniť, ak je to technicky, funkčne a ekonomicky uskutočniteľné. Pre nové budovy vo vlastníctve orgánov verejnej správy postavené po 31. decembri 2018 a pre všetky ostatné nové budovy postavené po 31. decembri 2020 je minimálnou požiadavkou pre globálny ukazovateľ horná hranica energetickej triedy A0. Škála energetických tried globálneho ukazovateľa (primárna energia) podľa vyhlášky č. 364/2012 Z. z. je uvedená v tab. 1.

3. Pasívny rodinný dom

Legislatíva SR neurčuje minimálne parametre kladené na pasívny dom. Pasívny rodinný dom by mal spĺňať európsky uznávané parametre stanovené organizáciou Passivhaus Institut zo sídlom v meste Darmstadt. Pod pasívnym domom je potrebné si predstaviť koncept výstavby domu, ktorý je energeticky úsporný, komfortný, hospodárny a šetrný k životnému prostrediu. Potreba energie na vykurovanie pasívneho domu je až o 90% nižšia v porovnaní so štandardným rodinným domom a predstavuje približne 1,5 m3 zemného plynu (resp. 1,5 kg oleja) na štvorcový meter obytnej plochy za rok!

Základné kritériá kladené na pasívny dom:

· Potreba tepla na vykurovania za rok je maximálne 15 kWh/m2

· Kompaktnosť budovy – konštrukcia bez, resp. s minimálnymi tepelnými mostmi

· Vzduchotesnosť a ochrana proti vlhkosti. Pasívny rodinný dom sa môže považovať za vzduchotesný, ak pri pretlaku 50 Pa neunikne stavebnou konštrukciou domu viac ako 60% vzduchu za hodinu. Vzduchotesnosť budovy sa preveruje tzv. Blower door testom.

Potreba tepla na vykurovanie

Aby bola docielaná minimálna požadovaná potreba tepla na vykurovanie (15 kWh/m2.a) je potrebné splniť niekoľko základných pravidiel:

1.Minimalizácia súčiniteľa prechodu tepla U. Pri návrhu stavebných konštrukcií a budov je potrebné splniť minimálne tepelno-izolačné vlastnosti stavebnej konštrukcie. Skladba obvodového plášťa pasívneho domu musí byť taká, aby súčiniteľ prechodu tepla U (tepelná izolácia) bol blízky k hodnote 0,1 W/m2.K.

2.Vhodný tvar budovy. Budova musí byť vhodne riešená, musí splniť optimálny faktor tvaru budovy (t. j. plocha domu „A“ k jeho objemu „V“ musí byť čo najmenšia. Pre rodinné domy je optimálny faktor A/V = 0,7) a budova musí byť kompaktná, aby bolo minimalizované množstvo nepriaznivých tepelných mostov. V súčasnej dobe sú k dispozícii rôzne konštrukčné a technologické riešenia na minimalizáciu, resp. úplné odstránenie tepelných mostov.

3. Vhodná orientácia budovy – získanie nízko-potenciálnej energie zo slnka. Orientácia budovy musí byť taká, aby dopad priameho slnečného žiarenia bol využitý v čo najväčšej miere, t. j. aby orientácia budovy zabezpečovala maximalizáciu slnečných ziskov. Vhodnou veľkosťou a umiestnením presklených plôch (otvorových konštrukcií) v obvodovom plášti budovy (poprípade v streche) je možné získať dodatočne energiu zo slnka, ktorá prispeje vo významnej miere ku krytiu tepelných strát budovy.

4. Vzduchotesná a vetruodolná konštrukcia. Vzduchotesná konštrukcia zabraňuje úniku vzduchu z budovy. Vzduchotesnú zábranu je potrebné inštalovať na „teplú“ stranu konštrukcie. Vetruodolná konštrukcia zabraňuje prieniku vonkajšieho vzduchu do budovy. Tá sa, na rozdiel od vzduchotesnej konštrukcie, inštaluje na vonkajšiu stranu konštrukcie a chráni dom pred chladom a vlhkosťou.

5. Hodnota súčiniteľa prechodu tepla vonkajšími otvorovými konštrukciami  U by sa mala pohybovať na hodnote 0,6 W/m2.K. Z dôvodu nutnosti využitia tepelných ziskov zo slnečného žiarenia sa odporúča, aby hodnota celkovej priepustnosti slnečného žiarenia bola čo najvyššia g>0,5. Je potrebné zvoliť kompromis medzi vyšším solárnym ziskom a vyššou tepelnou stratou otvorovej konštrukcie. Škárová prievzdušnosť  moderných otvorových konštrukcií musí mať nulový súčiniteľ. V letných mesiacoch je potrebné inštalovať tieniace prvky okenných plôch, z dôvodu zabezpečenia minimalizácie tepelných ziskov.

6. Riadené vetranie s  rekuperáciou. Na integráciu centrálneho vetracieho systému s rekuperáciou je potrebné myslieť už pri samotnom návrhu projektu domu.  Systém zabezpečí optimálnu výmenu vzduchu pri dodržaní hygienických požiadaviek a potrieb a vysokoúčinné rekuperačné výmenníky minimalizujú tepelné straty vetraním. Účinnosť rekuperácie je minimálne 75% a zvýšenie jej účinnosti je možné zabezpečiť inštaláciou zemného registra.

7. Pri určovaní tepelných strát vykurovacieho systému je potrebné uvažovať aj s jeho stratami,  najmä tepelnou stratou systému odovzdávania tepla, stratou v rozvodoch vykurovacieho systému (ak sú), vlastnou spotrebou rekuperačného systému (pohon ventilátorov), vlastnou spotrebou systému rozvodov tepla (obehové čerpadlá) a podobne.

Potreba tepla na prípravu teplej vody

Potreba energie na prípravu teplej vody sa určí výpočtom podľa STN EN 15316-1 a pripočítaním strát z podsystému prípravy teplej vody. Aby bola splnená požiadavka energetickej triedy pre potrebu energie na prípravu teplej vody je potrebné dodržať základné pravidlá:

1.Voľba zdroja tepla. Realizácia prípravy teplej vody vyžaduje zabezpečenie jej teploty na viac ako 55°C (krátkodobo, z hygienických dôvodov až na teplotu 65°C), čo je vyššia hodnota ako býva teplota teplonosnej látky v systémoch vykurovania/teplovzdušného vetrania.

2.Umiestnenie zdroja teplej vody. Z dôvodu minimalizácie tepelnej straty potrubia a tepelnej stagnácie vody v potrubí, ktorým je vedená teplá voda od zdroja k miestu spotreby je nutné lokalizovať zdroj tepla tak, aby boli minimalizované dĺžky potrubia. Zdroj teplej vody má byť čo najbližšie k miestu spotreby.

3.Voľba vhodnej izolácie teplovodného potrubia a jeho dimenzie.

4.Tepelnú stratu teplovodného potrubia v zimnom období je možné považovať za vnútorný tepelný zisk.

V minulosti sa rozdelenie potrieb energie na vykurovanie a prípravu teplej vody pohybovalo približne na úrovni 80% energie na vykurovanie a 20% energie na prípravu teplej vody. V súčasnej dobe sa, podľa veľkosti domu, tento pomer výrazne zmenil a je približne 50% energie na vykurovanie a 50% na prípravu teplej vody, pričom príprava teplej vody je rovnomerne rozložená počas celého roka. Tento pomer sa môže v krajných prípadoch zmeniť na hodnoty blížiace sa k pomeru 40:60, t. j. potreba tepla na vykurovanie je nižšia ako potreba tepla na prípravu teplej vody.

4. Využitie plynu v rodinných domoch pri zásobovaní teplom po roku  2020

V zmysle vykonávacej vyhlášky č. 364/2012 Z. z. sa celková potreba energie budovy určí ako súčet potrieb energií pre jednotlivé miesta spotreby. Pri rodinných domoch je to súčet potrieb energií na vykurovanie a potrieb energií na prípravu teplej vody. Potreba energií na vetranie a chladenie sa pri rodinných domoch nehodnotí.

Globálnym, alebo hlavným hodnotiacim ukazovateľom energetickej hospodárnosti budovy je primárna energia, ktorá sa určí vynásobením potreby energie (vykurovania a prípravy teplej vody) faktormi primárnej energie, ktoré sú určené pre jednotlivé energetické nosiče.[4]

V novele vykonávacej vyhlášky č. 324/2016 Z.z. došlo, okrem iného, k zmene hodnôt faktorov primárnej energie pre jednotlivé energetické nosiče vrátane zemného plynu.

Pôvodná hodnota faktora primárnej energie pre zemný plyn, ktorá má „hodnotiť“ energetickú náročnosti dopravy zemného plynu nezodpovedala jej reálnej hodnote. Hodnota fp= 1,36 bola stanovená vyššie než je jej reálna hodnota. Nový faktor primárnej energie bol určený na hodnotu fp= 1,10. Legislatívno-technická energetická náročnosť dopravy plynu ku konečnému miestu spotreby predstavuje max. hodnotu 2,60% zo skutočného množstva dopraveného plynu[1]. Prevádzkovatelia plynárenskej dopravnej infraštruktúry z tohto dôvodu vynakladajú maximálne úsilie na to, aby energetická náročnosť dopravy zemného plynu bola čo najnižšia. Reálna hodnota faktora, ktorá by zohľadňovala technickú realitu, príslušné právne predpisy a tiež rozhodnutia ÚRSO1, by mala byť znížená minimálne na úroveň fp= 1,026.

Zmena faktora primárnej energie umožňuje použiť ako zdroj tepelnej energie plynový kondenzačný kotol s účinnosťou >97%, s využitím energie až na úrovni 105% a splniť tak, pri dodržaní kritérií pre projektovanie, výstavbu a prevádzku pasívneho rodinného domu, globálny ukazovateľ pre primárnu energiu pre triedu A1, ktorý je v platnosti od roku 2016. Pri triede A0, ktorá vstúpi do platnosti po roku 2020, je potrebné prehodnotiť hodnotu faktoru primárnej energie zemného plynu a stanoviť ju na hodnotu zohľadňujúcu technickú realitu tak ako je uvedené vyššie.

[1] Maximálne množstvo plynu na prevádzkové účely, vrátane strát, je definované rozhodnutím Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 0103/2014/P zo dňa 23. 06. 2014 a § 11 ods. 6 vyhlášky Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 223/2016 Z. z., ktorou sa ustanovuje cenová regulácia v plynárenstve.

Výhody plynového zdroja tepla
• Jednoduchá a overená konštrukcia kotla
• Inštalácia bez nutnosti budovania kotolne
• Spoľahlivá, plne automatizovaná prevádzka (žiadne rotačné prvky, okrem čerpadla)
• Stabilná účinnosť ( >90%) v celom rozsahu vonkajších teplôt
• Jednoduchá a okamžitá regulácia teploty
• Ekologický zdroj s minimálnymi až takmer žiadnymi emisiami
• Jednoduchá a rýchla príprava teplej vody. Prietokový ohrev teplej vody, bez nutnosti inštalácie zásobníka
• Výrazne nižšia obstarávacia cena kotla v porovnaní s ostatnými druhmi zdrojov, vrátane inštalácie a údržby.

 Nevýhody plynového zdroja tepla
• Neumožňuje chladenie interiéru  (+ cca 3000 € na klimatizačné jednotky)
• Neobnoviteľný zdroj energie (v prípade, ak sa nespaľuje biometán)
• Aj v prípade spaľovania biometánu (obnoviteľný zdroj energie) chýba podpora zo strany štátu.

Príklad predbežného návrhu domu s takmer nulovou potrebou energie o rozlohe 120m2, zdroj tepla - kondenzačný plynový kotol.

Rodinný dom postavený súčasnými modernými technológiami: U- strop 0,10 W/m2.K; U - obvodovej steny 0,11 W/m2.K; U – podlaha nad terénom (tzv. termodoska) 0,12 W/m2.K; U – okná 0,67 W/m2.K. Južná stena - veľká presklená plocha – optimalizovaná (najväčší zisk slnečnej energie pri najmenšej tepelnej strate, rekuperácia vzduchu s účinnosťou 75%. Zdroj tepla umiestnený tak, aby boli minimalizované straty v rozvodoch tepla a teplej vody. [5] [6]

Kombináciou využitia slnečného žiarenia, spätného získavania tepla v systéme riadeného vetrania, využitia vnútorných tepelných ziskov a vhodného centrálneho zdroja tepla – kondenzačný plynový kotol - je možné zabezpečiť požiadavky určené vyhláškou o energetickej  hospodárnosti budov. 

1. Záver

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 energetickej hospodárnosti budov A1. Je to najmä z dôvodu výhodného pomeru ceny kondenzačného kotla (vrátane inštalácie), vysokej účinnosti, nízkych prevádzkových nákladov, jednoduchosti, skutočného komfortu a dostupnosti, nehovoriac o takmer zanedbateľnom dopade na ekológiu. Pri triede A0, ktorá vstúpi do platnosti po roku 2020, je potrebné prehodnotiť hodnotu faktoru primárnej energie zemného plynu a stanoviť ju na hodnotu zohľadňujúcu technickú realitu t.j. maximálne na úroveň fp = 1,026.

Literatúra:

[1] Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast).

[2] Zákon č. 555 z 8. novembra 2005 o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov

[3] Zákon č. 300 z 18. septembra 2012, ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov a ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon) v znení neskorších predpisov

[4] Vyhláška č. 364 z 12. novembra 2012, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov

[5] DAHLSVEEN T.- PETRÁŠ D. a kol. Energetický audit a certifikácia budov. Bratislava: JAGA GROUP, 2008. ISBN 978-80-8076-063-2.

[6] KRAJČÍK M. - PETRÁŠ D. Energetické hodnotenie budov. Bratislava: Nakladateľstvo STU, Bratislava, 2015. ISBN 978-80-227-4462-1

článok pripravili:
Prof. Ing. Dušan Petráš, PhD, Slovenská technická univerzita v Bratislave, Stavebná fakulta, Katedra technických zariadení budov, Radlinského 11, 813 68 Bratislava
Ing. Radovan Illith, PhD, SPP- distribúcia, a.s., Sekcia prevádzky siete a riadenia aktív, Mlynské nivy 44/b, 825 11 Bratislava