Dopady evropské směrnice EPBD IV o energetické náročnosti budov na řešení systémů vytápění a chlazení budov

Úvod

V roce 2024 byla přijata revidovaná evropská směrnice o energetické náročnosti budov 2024/1275 [1] (EPBD IV), která klade důraz na dosažení uhlíkové neutrality do roku 2050. Tato směrnice zavedla pojem budovy s nulovými emisemi, což znamená budovy s velmi nízkou energetickou náročností a nulovými nebo velmi nízkými emisemi uhlíku z fosilních paliv.

Klíčovým prvkem je využití energie z obnovitelných zdrojů, účinných sysů dálkového vytápění a chlazení a zdrojů bez emisí uhlíku.

Směrnice také zdůrazňuje význam technických sysů budov, jako jsou sysy automatizace a řízení, které umožňují optimalizaci spotřeby energie a zajištění kvalitního vnitřního prostředí. V závěru článek předpovídá rozvoj hybridních sysů, které kombinují výrobu tepla a chladu, a zvýšené využití obnovitelných zdrojů energie. Očekává se také rozvoj nízkoteplotních vytápěcích a vysokoteplotních chladicích sysů, které budou hrát klíčovou roli v budoucím řešení vytápění a chlazení budov.

Směrnice řeší požadavky na budovy a jejich energetickou náročnost v návaznosti na strategické cíle Evropské unie, kde hlavním klíčovým bodem je dosažení uhlíkové neutrality v roce 2050.

Kromě t zabývajícími se výpočtem energetické náročnosti budov, způsobem uplatnění minimálních požadavků na ENB, využití solární energie problematikou renovací budov udržitelné mobility zabývá se tato směrnice též požadavky na technické sysy.

Tento článek je zaměřen na úvahu, jakým způsobem ovlivní požadavky evropské směrnice o energetické náročnosti budov způsob řešení vytápění chlazení budov v našich klimatických podmínkách.

1. Budova s nulovými emisemi

Klíčovým prvkem nové evropské směrnice je zavedení pojmu budova s nulovými emisemi ZEB (Zero Emissions Building), který souhrnně vyjadřuje požadavky na novou výstavbu vedoucí k uhlíkové neutralitě ve vazbě na budovy. Podle definice je „budovou s nulovými emisemi budova s velmi nízkou energetickou náročností, která vyžaduje nulové nebo velmi nízké množství energie, produkuje nulové emise uhlíku z fosilních paliv na místě a produkuje nulové nebo velmi nízké provozní emise skleníkových plynů“. V dalším textu směrnice se uvádí, že budova nezpůsobuje na místě žádné uhlíkové emise z fosilních paliv, nabízí kapacitu pro reakci na vnější signály a upravuje svou spotřebu výrobu nebo skladování energie; celková spotřeba primární energie je o 10 % nižší než u budov s ěř nulovou spotřebou energie a jsou stanoveny limity na provozní emise skleníkových plynů. Potřeba primární energie v této budově musí být pokrytá synergií jsou obnovitelných zdrojů vyrobenou na místě nebo v blízkém okolí případně poskytnutou společenstvím pro obnovitelné zdroje; energií z účinného sysu dálkového vytápění a chlazení nebo energií ze zdrojů bez emisí uhlíku.

Vytápění a chlazení budov patří ve smyslu této směrnice do technických sysů budov spolu se zařízeními pro větrání, přípravu teplé vody, zabudovanými sysy osvětlení, automatizace a řízení budov a zařízeními určenými k výrobě a ukládání energie z obnovitelných zdrojů. Sysy vytápění a chlazení budov můžeme obecně rozdělit do 4 komponentů, a to:

energonositele,
zdroje tepla,
distribuce včetně případné akumulace
a sdílení tepla do vytápěného nebo chlazeného v prostoru (obr. 1).

1.1 Energie z obnovitelných zdrojů

Energie z obnovitelných zdrojů je primárním cílem, jak pokrýt potřebu energie v budově s nulovými emisemi. Uvažuje se využití energie z obnovitelných nefosilních zdrojů, konkrétně větrné, solární tepelné, solární fotovoltaické a geotermální energie, energie okolního prostředí vodní energie biomasy skládkového plynu, plynu z čistíren odpadních vod a bioplynu.

Zdroje tepla, využívají tyto energo nositele budou kotle na spalování nefosilních paliv tuhých, plynných či kapalných; fototermické solární panely, fotovoltaika, tepelná čerpadla případně kogenerace pracující s biopalivy.

1.2 Energie z účinného sysu dálkového vytápění a chlazení

Soustavy zásobování tepelnou energií, jinak též nazývané centralizované zásobování teplem nebo dálkové vytápění a chlazení, patří mezi další oblasti podporované evropskou směrnicí. Za zcela legitimní se považuje připojení objektu na účinný sys dálkového vytápění a chlazení, který je však jasně vymezen v článku 26 odstavci 1 a 2 směrnice (EU) 2023/1791 o energetické účinnosti.

Za účinný sys je považován takový, kde se postupně zvyšuje podíl energie z obnovitelných zdrojů, odpadního tepla a vysoce účinné kombinované výroby tepla a elektřiny. Nejbližším milníkem pro tyto sysy je 31. 12. 2027, kdy musí sys využívat alespoň 50 % energie z obnovitelných zdrojů, 50 % odpadního tepla, 75 % tepla z kombinované výroby tepla a elektřiny nebo 50 % z kombinace této energie a tepla.

Technická řešení zdrojů v budovách napojených na sys dálkového vytápění budou představovat předávací stanice vybavené potřebnými regulačními prvky, případně zpětnovazební funkcí.

1.3 Energie ze zdrojů bez emisí uhlíku

Třetí možností, jak zajistit potřebnou dodávku energie pro budovu s nulovými emisemi, je využít energie ze zdrojů bez emisí uhlíku. Nutno říct, že zákonodárci v tomto bodě otevřeli poměrně širokou diskusi k výkladu toho, co vše si pod pojmem emise ze zdrojů vůbec emisí uhlíku (a nikoliv obnovitelné zdroje v místě stavby nebo její blízkosti) můžeme představit. Podle aktuálního výkladu prezentovaného v rámci pracovních skupin evropské federace REHVA [4] se jedná o elektřinou ze sítě vyrobenou z obnovitelných zdrojů nebo jádra; teplo z obnovitelných zdrojů a odpadní teplo dopravované sysem dálkového vytápění, který nesplňuje podmínky pro zařazení do kategorie účinných sysů a v neposlední řadě by se v tomto pojmu mohlo skrývat využití vodíku.

Technická řešení zdrojů bez emisí uhlíku tak budou zaměřená na přímotopné elektrické sysy (z bezemisní elektřiny), předávací stanice a zdroje využívající vodík – palivové články či kotle uzpůsobené na spalování vodíku.

2. Distribuce a sdílení tepla a chladu v ZEB

Volba způsobu distribuce a sdílení tepla a chladu budou v budovách smluvními emisemi má zásadní dopad na tvorbu kvalitního vnitřního prostředí. Technické sysy zajišťující dodávku tepla Jsou však úzce svázány s potřebou tepla, která je dána především obálkou budovy a požadavky uživatelů. Vývoj požadavků na obálku budovy dospěl do fáze, kdy průměrný součinitel prostupu tepla je velmi nízký a tím obálka budovy vytváří velmi kvalitní bariéru mezi vnitřním a vnějším prostředím. Současně s požadavky na tepelně technické vlastnosti neprůsvitných konstrukcí tu jsou požadavky na tepelně technické vlastnosti průsvitných konstrukcí včetně požadavků na těsnost obálky budovy. Tyto požadované vlastnosti obálky budovy jsou vynikající z hlediska zimního období, kdy minimalizují potřebu tepla na vytápění, ale v letním období nám tato bariéra může zhoršit chování budovy v tomto období a to tak že vnitřní tepelné zisky nejsou eliminovány tokem přes obálku budovy a je nutno je kompenzovat chladícím zařízením. I když v obytných budovách je podíl energie na chlazení v našich klimatických podmínkách stále velmi nízký (obr. 2), vývoj potřeby energie na chlazení zobrazený na obr. 3 ukazuje exponenciální nárůst potřeby energie na chlazení obytných budov od roku 2015.

Tento statistický údaj spolu s rostoucími požadavky uživatelů na tepelný komfort vedou k tomu, že moderní obytné budovy by měly být řešeny s ohledem na možnou instalaci aktivního chladicího sysu. Vedle tohoto trendu jsou zde požadavky evropské směrnice na využívání nízkoteplotních otopných soustav a zajištění požadovaných parametrů kvality vnitřního prostředí za účelem zachování zdravého vnitřního mikroklimatu.

Obr. 2 Užití energie v budovách, 2022, zpracováno z údajů [2] OBYTNÉ BUDOVY – RELATIVNÍ ZMĚNA UŽITÍ ENERGIE (EU27)

Obr. 3 Relativní změna užití energie v obytných budovách (EU27), zpracováno z údajů [2]

2.1 Jiné než obytné budovy

U jiných, než obytných budov je v technicky a ekonomicky proveditelných případech nutné vybavit sysy automatizace a kontroly budov, které musí být schopny individuálně regulovat teplotu v každé místnosti, nebo v odůvodněných případech v samostatné vytápěné nebo chlazené zóně. Tam, kde je to vhodné, je třeba zajistit hydraulické vyvažování. Sysy musí nepřetržitě monitorovat, registrovat a analyzovat spotřebu energie a umožňovat její regulaci.

Dále je nutné referenčně srovnávat energetickou účinnost budovy, zjišťovat ztráty účinnosti technických sysů budovy a informovat osobu odpovědnou za zařízení nebo technickou správu budovy o možnostech zlepšení energetické účinnosti.

Sysy musí umožňovat komunikaci s připojenými technickými sysy budovy a jinými spotřebiči v budově. Musí být interoperabilní s technickými sysy budovy, které zahrnují různé typy chráněných technologií a zařízení od různých výrobců.

Od 29. května 2026 je nutné monitorovat kvalitu vnitřního prostředí a instalovat automatické ovladače osvětlení reagující na různé podněty. [1]

Z požadavku směrnice je patrné, že velký důraz bude kladen na sysy měření a regulace, a především vyhodnocování dat získaných z těchto sysů. V rámci výzkumného projektu „TRIO – rozšíření sysu řízení produktu inteligentní dům“ [3], řešeném na ČVUT v letech 2019 až 2023 byl vyvinut algoritmus pro vyhodnocování energetické účinnosti budovy který prokázal, že problematika stanovení zobrazitelných parametrů vyžaduje samoučící algoritmy a trénování sysu na reálném objektu. Čistě numerické řešení na základě modelového přístupu se ukázalo jako nedostatečně citlivé pro zobrazení případných odchylek. Vývoj v této oblasti pokračuje.

2.2 Obytné budovy

Nové obytné budovy a obytné budovy procházející větší renovací budou, pokud je to technicky, ekonomicky a funkčně proveditelné, budou vybaveny následujícími prvky. Budou mít funkci průběžného elektronického monitorování, které měří účinnost sysů a informuje majitele nebo správce budovy v případě výrazných změn a v případě nutnosti provedení údržby. Dále budou vybaveny účinnými kontrolními funkcemi k zajištění optimální výroby, distribuce, skladování a využití energie a v příslušných případech hydraulického vyvažování. Budovy budou také schopny reagovat na vnější signály a regulovat spotřebu energie. [1]

3. Závěr

Nová evropská směrnice o energetické náročnosti budov přináší nové podněty, které zajisté změní pohled na současný stav řešení sysů vytápění a chlazení budov. Můžeme očekávat i rozvoj sysů hybridních, které umožní současnou výrobu tepla a chladu, rozvoj využití obnovitelných zdrojů energie, rozvoj teplárenství založeného na zdrojích s vysokým podílem obnovitelných zdrojů a elektrického tepla z obnovitelných, případně bezuhlíkových zdrojů.

Z hlediska distribuce a sdílení tepla se budou sysy řešit v návaznosti na zdroje a lze očekávat rozvoj jak nízkoteplotních vytápěcích, tak vysokoteplotních chladicích sysů (nejčastěji plošných). Své místo si určitě najdou chladivové sysy pro své nízké investiční náklady a schopnost zajistit jak funkci vytápění, tak funkci chlazení, i když za cenu nutnosti instalace vnitřních jednotek do jednotlivých místností.

Literatura

2024/1275 | 8.5.2024 DIRECTIVE (EU) 2024/1275 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 24 April 2024 on the energy performance of buildings (recast)
https://ec.europa.eu/eurostat/
KABELE, K. et al. PROJEKT TRIO – FV40183 ROZŠÍŘENÍ SYSTÉMU ŘÍZENÍ PRODUKTU INTELIGENTNÍ DŮM Podrobný popis realizovaných aktivit za rok 2020. [Výroční zpráva] Brand-Tech, 2020. Zpráva č. 2.
https://www.rehva.eu

Poznámka

Tento příspěvek byl součástí mezinárodní vědecko-odborné konference Vykurovanie 2025, Starý Smokovec, Slovensko, kterou organizovala Slovenská spoločnosť pre techniku prostredia (člen ZSVTS, REHVA), Stavebná fakulta STU Bratislava – Katedra TZB a Slovenská komora stavebných inžinierov.