Vplyv obnoviteľných zdrojov na kvalitu vnútorného prostredia nZEB

Zmeny európskeho staviteľstva prebiehajú už niekoľko rokov pod tlakom na znižovanie spotreby energie v budovách. Implementácia smernice 2010/31/EÚ o energetickej hospodárnosti budov má vplyv nielen na vlastnú energetickú hospodárnosť budov, ale aj na kvalitu vnútorného prostredia. Odporúčanie komisie EÚ č. 2016/1318 z 29. júla 2016 o pokynoch na podporu budov s takmer nulovou potrebou energie (nZEB) upozorňuje práve na problematiku zhoršenia kvality vnútorného prostredia v súvislosti so sprísňovaním požiadaviek na energetickú hospodárnosť s cieľom dosiahnuť, aby boli do roku 2020 všetky nové budovy budovami s takmer nulovou spotrebou energie.

V súčasnosti musíme pri výstavbe nových budov a rekonštrukciách dokončených budov plniť požiadavky na energetickú hospodárnosť, ktoré sú vyjadrené medznými hodnotami ich ukazovateľov tak, aby v roku 2020 všetky novostavby spĺňali požiadavky na budovy s takmer nulovou potrebou energie. Táto požiadavka vyjadruje zámer navrhovať také budovy, ktoré budú mať malú spotrebu energie na prevádzku budovy a budú vo veľkej miere využívať obnoviteľné zdroje energie. Pri úvahách o splnení požiadaviek na energetickú hospodárnosť sa tak zameriavame najmä na tie prvky budovy, ktoré ju najviac ovplyvňujú.

Pri obytných a občianskych budovách ide o obálku budovy a technické systémy na zabezpečenie požadovaného stavu vnútorného prostredia – čiže vykurovanie, vetranie, chladenie, umelé osvetlenie. Splnenie požiadaviek smernice č. 2010/31/EÚ má vplyv nielen na vlastnú energetickú hospodárnosť, ale aj na kvalitu vnútorného prostredia. Budovy s nízkou energetickou náročnosťou sa správajú z hľadiska vnútorného prostredia inak než tradičné budovy a z reakcií užívateľov aj z objektívne zistených faktov možno vysledovať, že zmeny kvality vnútorného prostredia sa vnímajú a sú dôležitým ukazovateľom ovplyvňujúcim hodnotu budov.

Energetická náročnosť verzus kvalita vnútorného prostredia nZEB

Požiadavky na budovy s takmer nulovou potrebou energie sú v ČR definované zákonom č. 406/2000 Sb. o hospodárení s energiou (aktuálna úprava č. 103/2015 Sb. platí od 1. 7. 2015; č. 131/2015 Sb. platí od 1. 1. 2016) s definíciou, podľa ktorej „… budovou s takmer nulovou potrebou energie je budova s veľmi nízkou energetickou náročnosťou, ktorej spotreba energie je v značnom rozsahu pokrytá z obnoviteľných zdrojov….“, a vyhláškou č. 78/2013 Sb. o energetickej hospodárnosti budov (aktuálna novela č. 230/2015 Sb. platí od 1. 12. 2015 ), kde je zníženie energetickej náročnosti budov dané sprísnením požiadavky na obálku budovy a využitie obnoviteľných zdrojov energie sprísnením požiadavky na neobnoviteľnú primárnu energiu (pozn.: V SR platí zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov s poslednou novelou č. 144/2017 Z. z. a vykonávacie vyhlášky č. 311/2009 Z. z. a 364/2012 Z. z.).

V budovách navrhnutých s primárnym dôrazom na úspory energie je nevyhnutné kontrolovať v zvýšenej miere dodržanie hygienických aj komfortných požiadaviek pri jednotlivých zložkách vnútorného prostredia, lebo tlak na úspory energie vedie vo väčšine prípadov k minimalizácii prirodzenej interakcie vnútorného a vonkajšieho prostredia. Mnohé funkcie budovy, ktoré prebiehali v minulosti bez zásahu človeka, sú v moderných budovách s nízkou spotrebou energie eliminované a nahradzujú sa technickými systémami. Tie síce majú vysokú účinnosť využitia energie, zároveň však negatívne ovplyvňujú kvalitu vnútorného prostredia.

Problémy sa objavujú najčastejšie v budovách, ktoré majú hermeticky uzavretý nepriedušný obvodový plášť, miestnosti s veľkými zasklenými plochami, mechanické vetranie a systémy klimatizácie vzduchu, materiály a vybavenie, z ktorých sa uvoľňujú rôzne druhy – niekedy aj jedovatých – výparov či prachu (tzn. nábytok, koberce, iné textílie), absenciu individuálnej regulácie vnútorného prostredia (tzn. užívatelia majú minimálnu kontrolu nad vetraním, vykurovaním, osvetlením), nevyhovujúcu organizáciu čistenia priestorov a nedostatočnú údržbu technických zariadení (výmena filtrov vo vzduchotechnických zariadeniach).

Štúdia

Vzhľadom na uvedené je zrejmé, že v nZEB budovách sa využívajú a budú využívať obnoviteľné zdroje energie, ktoré sa v interakcii s budovou a jej systémami podieľajú na kvalite vnútorného prostredia týchto budov. Túto interakciu prezentujeme stručne na niekoľkých parametroch vnútorného prostredia dvoch objektov – rodinného domu a administratívnej budovy.

Rodinný dom

Ide o jednopodlažnú drevostavbu trvalo obývanú jednou rodinou. Dom spĺňa požiadavky na budovu s takmer nulovou potrebou energie. Budova sa prirodzene vetrá, vykurovaná je teplovodnou vykurovacou sústavou s elektrokotlom a kozubovou vložkou, integrovanou do vykurovacej sústavy. Na budove sú osadené fototermické solárne panely, ktoré slúžia na prípravu teplej vody. Celý systém TZB je riadený centrálnou riadiacou jednotkou vybavenou senzormi na sledovanie spotreby energie a parametrov vnútorného prostredia – teploty vzduchu, relatívnej vlhkosti, CO₂ a VOC v obytných miestnostiach a CO v miestnosti s kozubom. Okrem merania sa v objekte uskutočnil aj dotazníkový prieskum zameraný na subjektívne hodnotenie prostredia.

Obývacia izba s kozubom trpí pomerne veľkými výkyvmi teplôt nad požadované rozhranie 21 až 23 °C, v zimných mesiacoch nie je ojedinelé ani prekurovanie (obr. 1). Súčasne je z časového prehľadu zrejmý pokles teploty vzduchu v ranných hodinách pod 18 °C (najmä v spálni a v detskej izbe). Aj napriek tomu, že podľa dotazníkového prieskumu prevažujú v obývacej izbe pocity tepla (takmer 55 % odpovedí) a občas až pocity horúca (viac než 6 % odpovedí – korešponduje to s uvedeným prekurovaním miestnosti), ukazuje spokojnosť s teplotou v obývacej izbe viac než 86 % odpovedí, len podľa necelých 10 % by užívatelia preferovali chladnejšie prostredie.

Tieto výsledky sú spojené s prítomnosťou kozuba v miestnosti. Naopak, v spálni sa podľa 46 % odpovedí vníma prostredie ako chladné, ale nespokojnosť nastáva len v 7 %, čo však zodpovedá vnímanému účelu miestnosti. Koncentrácia CO₂ v obývacej izbe nepresahuje 1 300 ppm. Spálňa a detská izba sú zaťažené koncentráciami CO₂ nad 1 300 ppm najmä vo večerných a nočných hodinách, čo súvisí s prirodzeným spôsobom vetrania. Z dotazníkov však vyplýva až 93-percentná spokojnosť s kvalitou vzduchu v spálni, potreba otvoriť okno sa ukázala len v 21 % odpovedí.

Obr. 1 Príklad vyhodnotenia teploty vzduchu v obývacej izbe

Administratívna budova

Administratívna budova bola navrhnutá ako budova s takmer nulovou potrebou energie. Ako jediný druh energie využíva elektrickú energiu, ktorú získava z distribučnej sústavy a z hybridného fotovoltického systému. Vykurovanie budovy zabezpečujú elektrické sálavé panely zavesené pod stropom. V budove je centrálny vzduchotechnický systém, ktorý umožňuje zónovú reguláciu po jednotlivých podlažiach vo väzbe na koncentráciu CO₂. Monitorujú sa tieto parametre vnútorného prostredia: teplota vzduchu a relatívna vlhkosť vzduchu (vo všetkých priestoroch), koncentrácia CO₂ a VOC (len v kanceláriách). Namerané parametre vnútorného prostredia sa vyhodnotili na základe noriem ČSN EN 15251 a ČSN EN ISO 7730. V budove sa uskutočnil aj dotazníkový prieskum, ktorým sa zmapovalo subjektívne vnímanie kvality vnútorného prostredia užívateľmi.

Počas vykurovacieho obdobia sa namerala teplota vzduchu v rozsahu 19 až 23 °C v 88 %, (obr. 2) (v 60 % vykurovacieho obdobia bola teplota 20 až 22 °C, v 10 % to bolo 22 až 23 °C a v 18 % 19 až 20 °C). Relatívna vlhkosť bola v 73 % vykurovacieho obdobia v rozsahu 35 až 65 % a koncentrácia CO₂ v 91 % do 750 ppm. Možno teda konštatovať, že požiadavky na vnútorné prostredie sú splnené. Ak však porovnáme tieto výstupy s výstupmi dotazníkového prieskumu, nespokojnosť s tepelno-vlhkostnou zložkou prostredia sa pohybovala počas vykurovacieho obdobia v rozsahu 20 až 76 % odpovedí respondentov (v rámci jednotlivých mesiacov). Preferencie teplejšieho prostredia oproti danému stavu sa vyskytli až v 45 až 76 % odpovedí. Tieto rozpory súvisia s prevádzkou systému vykurovania a vzduchotechniky (napr. útlmy vykurovacej sústavy, stand-by režim, teplota privádzaného vzduchu a jeho distribúcia).

Obr. 2 Príklad vyhodnotenia teploty vzduchu v miestnostiach administratívnej budovy so stálym pobytom osôb

Záver

Budova je vzájomne previazaný organizmus, kde akákoľvek zmena parametrov ovplyvňujúcich energetickú hospodárnosť ovplyvní aj kvalitu vnútorného prostredia. Nevyhnutným dôsledkom plnenia požiadaviek na energetickú hospodárnosť je ich zohľadnenie pri návrhu budovy a jej technických systémov, čo pri opomenutí súvislostí s ďalšími funkciami budovy vedie často k prevádzkovým problémom budov s nízkou potrebou energie, sprevádzaných sťažnosťami užívateľov na nespokojnosť s kvalitou prostredia. Budova s takmer nulovou potrebou energie má spravidla vyššie nároky na vybavenosť technickými systémami a je pri vlastnej prevádzke veľmi citlivá na presné prevádzkové nastavenie.

Pri návrhu technických systémov budovy je tak nevyhnutné venovať vyššiu pozornosť optimalizácii návrhu a predpokladanému správaniu sa a prevádzke budovy. Ak má takáto budova reagovať na požiadavky vo vzťahu k nízkej spotrebe energie a kvalitnému vnútornému prostrediu, je nevyhnutné vybaviť objekt systémom monitoringu, zberu dát a najmä vyhodnotenia dát. Aj keď je zrejmé, že vplyv obnoviteľných zdrojov na kvalitu vnútorného prostredia budov nie je priamy – je v interakcii s budovou a jej technickými systémami –, aj tak je táto spojitosť v súvislosti s budovami s takmer nulovou potrebou energie dôležitým faktorom, ktorý treba brať do úvahy už vo fáze návrhu. Monitoring prevádzkových parametrov v kombinácii so subjektívnym vnímaním vnútorného prostredia môže užívateľovi zabezpečiť objektívne zlepšenie vnímanej kvality vnútorného prostredia.

prof. Ing. Karel Kabele, CSc., Ing. Zuzana Veverková, PhD., Ing. Miroslav Urban, PhD.
Autori pôsobia na Katedre TZB Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe. K. Kabele je vedúci tejto katedry.
Recenzovala: doc. Ing. Otília Lulkovičová, PhD.

Obrázky: autori

Ilustračné foto: Dano Veselský

Práca bola podporená programom Competence Centres programme of the Technology Agency of the Czech Republic, projekt No. TE02000077 „Smart Regions – Buildings and Settlements Information Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development“.

Literatúra

1. Odporúčanie Komisie (EU) 2016/1318 z 29. júla 2016 o pokynoch na podporu budov s takmer nulovou spotrebou energie a osvedčených postupov na zabezpečenie, aby boli do roku 2020 všetky nové budovy budovami s takmer nulovou potrebou energie. Úradný vestník EÚ L 208/46 2.8.2019.
2. Návrh smernice EP a Rady, ktorou sa mení smernica 2010/31/EU o energetickej hospodárnosti budov. Brusel, 30.11.2016, COM(2016) 765 final 2016/0381 (COD). Dostupné z http://eur-lex.europa.eu/legalcontent/EN/TXT/?uri=CELEX:52016PC0765
3. REHVA position paper on the European Commission proposal of the revised Energy performance of buildings directive com(2016)0765. Dostupné z http://www.rehva.eu/publications-and-resources/position-papers.html.
4. Kabele, K. – Urban, M. – Veverková, Z.: Indoor Environemtnal Quality and Building Performance Assessment in NZEB. In: indoor climate of buildings 2016 – environmentally friendly and energy efficient buildings. Bratislava: Slovenská spoločnosť pre techniku prostredia, 2016. pp. 137 – 146. 
5. Kabele, K. – Veverková, Z. – Dvořáková, P.: Moderní trendy v hodnocení kvality vnitřního prostředí. V. sympozium integrované navrhování budov 2014, str.12 – 13, Společnost pro techniku a prostředí 2014.
6. Kabele, K. – Veverková, Z. – Urban, M.: Hodnocení kvality vnitřního prostředí v budovách s téměř nulovou spotřebou energie. 22.konference Klimatizace a větrání 2017, str. 68 – 77, Společnost pro techniku a prostředí 2014.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 2/2018.