Energetická hospodárnosť budovy je kľúčovým ukazovateľom efektivity využívania energie v objekte. V dobe, keď rastú náklady na energie a narastá tlak na ekologickú udržateľnosť, je hodnotenie energetickej hospodárnosti nevyhnutným krokom pri prevádzke a obnove budov. Dnes je veľký dôraz kladený na budovy s čo najlepšou energetickou hospodárnosťou. Tieto požiadavky sú kladené na stavby investorom, stavebným úradom, úpravami slovenských noriem, ale aj Európskou úniou. Trend pri výstavbe obytných budov je navrhnúť a postaviť budovu tak, aby mala čo najnižšiu energetickú náročnosť. Táto skutočnosť vyplýva aj zo súčasnej platnej legislatívy.
Hlavným cieľom výstavby takýchto budov je zlepšiť energetickú hospodárnosť budovy, zvýšiť kvalitu vnútorného prostredia a zlepšiť stavebno-technický stav budovy, zabezpečiť minimálne náklady na prevádzku budovy a na celkovú údržbu. Súčasné zvyšovanie ceny za energie je hlavným dôvodom na realizovanie domov, ktoré sú navrhnuté s kvalitnými tepelnotechnickými vlastnosťami a s využitím alternatívnych zdrojov energie pre miesto spotreby vykurovanie a prípravu teplej vody. Pri navrhovaní budov je potrebná elementárna analýza všetkých faktorov, ktoré majú výrazný vplyv na energetickú hospodárnosť. Keď sa chceme priblížiť čo najnižšej energetickej spotrebe, tak jedným z mnohých faktorov, ktoré majú na ňu vplyv, je tvar budovy (faktor tvaru budovy). Jedným z nich je aj pomer transparentných konštrukcií k netransparentným konštrukciám.
Energetická hospodárnosť budovy a jej význam
Hodnotenie energetickej hospodárnosti je proces, ktorý určuje, aká efektívna je budova pri využívaní energie na vykurovanie, chladenie, osvetlenie a ďalšie prevádzkové funkcie. Výsledkom je energetický certifikát, ktorý klasifikuje budovu do triedy od A (najúspornejšia) po G (najmenej úsporná). Tento certifikát je povinný pre novostavby, ale aj pri predaji či prenájme existujúcich objektov. Energetická bilancia je súhrn niekoľkých parametrov a faktorov, ktoré ovplyvňujú spotrebu a potrebu energie na prevádzku. Výsledkom zhrnutia všetkých spomínaných faktorov je certifikát, ktorý jednoducho a jasne hodnotí budovu z hľadiska jej energetickej náročnosti zahŕňajúcej všetky energie, ktoré do budovy vstupujú - teda z hľadiska energií na vykurovanie, ohrev teplej vody a osvetlenie.
Energetická hospodárnosť budovy je dôležitá z viacerých dôvodov:
- Znižovanie nákladov na energie: Budovy s lepším hodnotením spotrebujú menej energie, čo vedie k výrazným úsporám pre obyvateľov alebo majiteľov.
- Zvýšenie hodnoty nehnuteľnosti: Energeticky efektívne budovy sú atraktívnejšie pre kupcov a nájomníkov, čo zvyšuje ich trhovú hodnotu.
- Ekologická udržateľnosť: Redukcia spotreby energie znamená menšiu uhlíkovú stopu a pozitívny dopad na životné prostredie.
- Splnenie legislatívnych požiadaviek: V mnohých krajinách je energetický certifikát povinný pri predaji, prenájme alebo kolaudácii budov.
Tvar budovy ako kľúčový faktor energetickej bilancie
Tvar domu predstavuje dôležitý činiteľ v posudzovaní energetickej náročnosti domu. Jednoducho povedané, čím je tvar domu zložitejší, tým je ochladzovaná plocha v pomere k obstavanému priestoru väčšia a tým je aj vyššia spotreba energie na vykurovanie. Faktor tvaru budovy je pomer vonkajšej plochy rodinného domu (tá plocha, ktorá je ochladzovaná, cez ktorú „uniká“ teplo do okolia) k vnútornému objemu budovy. Tá budova má nižšiu tepelnú stratu, ktorá pri tom istom vnútornom objeme (veľkosti miestností) má čo najmenšiu vonkajšiu ochladzovanú plochu.
Pre rodinný dom je ideálne, keď tento faktor dosahuje hodnotu 0,7 m-1 - ako uvádza STN 73 0540-2. V podstate by sa malo jednať 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. Samozrejme, z typologického a funkčného hľadiska je nerentabilné stavať budovy v tvare gule. Ideálnym riešením pri zhodnotení všetkých faktorov je realizovať budovy v tvare valca, kocky či ležatého obdĺžnika. Čím sú konštrukcie jednoduchšie, tým je teplovýmenná plocha, čiže ochladzovaný povrch, menšia.
Jednoduchším tvarom budovy na bývanie dokážeme eliminovať riziko vzniku nežiadúcich tepelných mostov. Zníži sa faktor tvaru budovy na bývanie, je menšia pravdepodobnosť, že pri realizácii dôjde k realizačnej chybe niektorého detailu a samozrejme i z investičného hľadiska je jednoduchší tvar budovy ekonomickejší. Napríklad ak si zvolíme tvar budovy podobajúci sa kocke, je predpoklad, že faktor tvaru budovy vyjde výhodnejšie ako faktor tvaru napríklad kaskádovej budovy. Na druhej strane i nepravidelný tvar budovy môže mať vyhovujúci faktor tvaru budovy.
Na porovnanie možno uviesť dva typy rodinného domu - bungalov a dvojpodlažný rodinný dom. Oba rodinné domy mali rovnakú vnútornú podlahovú plochu 150 m². Celková potreba energie pre konkrétny bungalov bola 95,89 kWh/(m²·rok), zatiaľ čo pre dvojpodlažný rodinný dom len 72,11 kWh/(m²·rok). Tento príklad jasne demonštruje vplyv tvaru budovy na jej energetickú náročnosť.
Vplyv tvaru strechy
Ďalším dôležitým faktorom je tvar strechy. Pri výbere tvaru strechy je potrebné si uvedomiť, že cez strechu uniká značné množstvo tepla, a preto je výhodnejšie voliť strechu s čo najmenšou plochou. V tomto smere jednoznačne dominuje plochá strecha, ktorá má oproti valbovej streche menšiu ochladzovanú plochu. V súčasnosti je však na trhu množstvo nových materiálov, ktoré majú pozitívny vplyv na funkčnosť plochej strechy a z hľadiska úspory energie sa preto stáva lídrom v oblasti striech.
Z hľadiska energetickej bilancie môže mať dom so šikmou strechou a strešnými oknami vo väčšine prípadov vyšší zisk zo slnečnej energie a zároveň dosahuje nižšie tepelné straty oproti domu s plochou strechou, ak je dizajn optimalizovaný pre pasívne solárne zisky. Prízemný dom s plochou strechou s rovnakou obytnou plochou vykazuje energetickú bilanciu až o 19% horšiu oproti šikmej streche v určitých konfiguráciách. V súčasnosti kompromisom medzi plochou a sedlovou strechou by mohla byť pultová strecha.
Úloha transparentných konštrukcií a orientácie na svetové strany
Výrazný vplyv na tepelnú ochranu obvodového plášťa má veľa faktorov, ako napríklad akumulácia obvodového plášťa, vlhkostné vlastnosti, tepelné mosty, využitie pasívnych solárnych ziskov a tiež pomer transparentných častí obvodového plášťa k netransparentným častiam obvodového plášťa. Správnou orientáciou na svetové strany sa dá výrazne ovplyvniť energetická bilancia domu. Obytné priestory je vhodné orientovať na juh, juhovýchod a juhozápad, aby sa v nich využilo čo najviac tepla zo slnečných lúčov, či už priamym svetlom cez transparentné konštrukcie, alebo akumuláciou v konštrukciách. Obslužné priestory je vhodné zasa orientovať na sever a vytvoriť tak prirodzenú bariéru proti chladu v obytnej časti.
12 Mistakes Bad Solar Owners Make That LOSE Them Money
Zvyšovaním percentuálneho podielu transparentných konštrukcií v obalovom plášti sa znižuje celková potreba tepla na vykurovanie analyzovaného rodinného domu. Je to hlavne dôsledkom zvyšovania solárnych ziskov do objektu, kde má významný vplyv na potrebu tepla aj zväčšovanie podielu transparentných konštrukcií podľa orientácie obvodových stien. Avšak potreba tepla na chladenie sa oproti potrebe tepla na vykurovanie zvyšuje podielom transparentných konštrukcií v obvodovom plášti. Táto dynamika ukazuje na dôležitú rovnováhu medzi zimnými solárnymi ziskami a letným prehrievaním.
Analýza vplyvu zasklenia na potrebu tepla (prípadová štúdia bungalovu)
V rámci jednej štúdie bol analyzovaný rodinný dom (bungalov) v základnej alternatíve, kde 6 % celkovej plochy obalových konštrukcií tvorilo zasklenie. Súčiniteľ prechodu tepla stropu pre účely posudzovania bol definovaný hodnotou Ustrop = 0,200 W/(m²·K), obvodová stena hodnotou Ustena = 0,220 W/(m²·K), transparentné konštrukcie hodnotami Uokno = 0,700-0,850 W/(m²·K). Tepelný odpor podlahy na teréne bol Rpodlaha = 2,5 m²·K/W (po prepočte Upodlaha = 0,210 W/(m²·K)). Celková priepustnosť slnečného žiarenia použitého trojskla bola g = 0,49.
V prvej fáze posudzovania bola uskutočnená analýza pomocou mesačnej výpočtovej metódy podľa STN EN ISO 13 790. Vnútorné tepelné zisky boli dané pre rodinné domy hodnotou 4,0 W/m², infiltrácia n = 0,50 1/h (obe 24 hodín denne, 365 dní v roku). V druhej fáze posudzovania bola uskutočnená analýza pomocou dynamickej energetickej výpočtovej simulácie. Okrajové podmienky boli definované a modelované v súčinnosti s dostupným testovacím referenčným klimatickým rokom (TRKR) lokality Bratislava.
Výsledky ukázali, že zväčšovanie plochy zasklenia (na približne dvojnásobok) má za následok mierne zníženie mernej potreby tepla na vykurovanie, z hodnoty 49,0 kWh/(m²·rok) na 40,7 kWh/(m²·rok). Naopak, negatívne sa to odráža v chladení, kde potreba narastá z 19,8 kWh/(m²·rok) až na takmer 52,5 kWh/(m²·rok). Pri hlbšej analýze dosiahnutých výsledkov si možno všimnúť, že na energetickú bilanciu určitým spôsobom vplýva aj konkrétna orientácia, na ktorej zasklenie „pribúda“. Potreba tepla na vykurovanie najvýraznejšie klesá, ak sa okná dopĺňajú na južnej fasáde. Naopak najmenší účinok má nárast zasklenia na západnej orientácii. Pri potrebe tepla na chladenie sa už tento účinok nijako významne neprejavuje a je úplne zanedbateľný.
V prípade simulačného hodnotenia bolo toto riešenie doplnené aj o variant s použitím účinného vonkajšieho tienenia, ktoré výrazne eliminuje záťaž zo slnečného žiarenia. Účinné tienenie môže znížiť potrebu chladu na 1/3 pri podiele zasklenia 6,0 %, pri podiele 12,0 % je to až pokles na 1/5, čo je naozaj mimoriadny efekt. To znamená, že aj pri zdvojnásobení plochy zasklenia, potreba tepla na chladenie s účinným tienením je výrazne nižšia.
| Typ zasklenia | Podiel zasklenia | Potreba tepla na vykurovanie (kWh/(m²·rok)) | Potreba tepla na chladenie (kWh/(m²·rok)) |
|---|---|---|---|
| Základná alternatíva | ~6% | 49,0 | 19,8 |
| Zväčšená plocha zasklenia | ~12% | 40,7 | 52,5 |
| Zväčšená plocha zasklenia s účinným vonkajším tienením | ~12% | ~40,7 | 6,3 - 10,8 |
Hodnotenie energetickej hospodárnosti a legislatívne požiadavky
Dnes pri výstavbe novej budovy každý stavebný úrad žiada, aby bolo pri žiadosti o stavebné povolenie súčasťou projektovej dokumentácie aj projektové energetické hodnotenie budovy (EHB), kedysi známe ako tepelnotechnické posúdenie. Toto posúdenie odráža hlavne energetickú hospodárnosť budovy. Je to vlastne vyjadrenie potreby energie na normalizovaný chod budovy a to najmä na vykurovanie, prípravu teplej vody, osvetlenie, chladenie a klimatizáciu.
EHB by však mal vypracovať človek, ktorý sa vyzná v danej problematike a má skúsenosti v oblasti energetickej hospodárnosti budov. Všetky navrhnuté riešenia v EHB, ktoré sa zrealizujú, sa neskôr odzrkadlia v energetickom certifikáte budov, ktorý je podľa zákona č. 300/2012, ktorým sa mení zákon č. 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov, povinný pri novostavbe, významnej obnove, predaji a prenajímaní budovy. Problémom v súčasnosti býva, že mnoho projektantov navrhne nejaké riešenia, ktoré prejdú cez stavebné povolenie (projektové energetické hodnotenie budovy), ale nemusia prejsť cez kolaudačné konanie (energetický certifikát), pretože nie vždy projektant navrhne opatrenia v EHB správne.
Ako zlepšiť energetickú hospodárnosť budovy
Zlepšiť energetickú hospodárnosť budovy možno viacerými opatreniami. Investície do zlepšenia energetickej hospodárnosti budovy sa dlhodobo vyplácajú.
- Komplexná obnova budovy: Zahŕňa zateplenie obvodového plášťa, strechy a podláh, ako aj výmenu starých okien a dverí za moderné s vysokou izolačnou schopnosťou.
- Modernizácia technických systémov: Výmena starých kotlov za kondenzačné alebo tepelné čerpadlá, zavedenie inteligentných systémov na reguláciu vykurovania a osvetlenia.
- Inštalácia obnoviteľných zdrojov energie: Využitie solárnych panelov na výrobu elektriny alebo ohrev vody, prípadne geotermálnej energie na vykurovanie.
- Vetranie s rekuperáciou: Rekuperácia umožňuje získať späť teplo zo vzduchu odvádzaného z budovy, čím sa minimalizujú straty energie. Ak dom výpočtovo spĺňa kritériá energeticky pasívneho domu, nerealizovanie vetracieho systému ho posunie na úroveň nízkoenergetického domu.
