Je ekonomicky odůvodnitelné dodržovat standard pasivního domu u laboratoří?

Obrázek 1: Pásivní dům - průřez. (Zdroj: Passivhaus-Institut Deutschland, www.passiv.de)

Obrázek 2: Porovnání primární energetické potřeby pasivních domů a laboratoří

Tabulka 1: Shrnutí

Ilustrace spotřeby energie v laboratoři (Zdroj: Carpus+Partner AG, Jörg Stanzick)

Vzhledem k tomu, že laboratořské budovy mají obzvlášť vysokou energetickou náročnost, je energetická účinnost při plánování staveb klíčovým faktorem. Proč však jednoduché uplatnění standardu pasivního domu u laboratořských budov právě kvůli jejich vysoké energetické náročnosti není vhodné, vysvětluje Dr.-Ing. Tino Born, vedoucí projektant v oblasti Energie + Životní prostředí ve společnosti Carpus+Partner AG.

Při plánování energeticky úsporných budov se často požaduje aplikace a realizace kritérií pasivního domu. Tato poměrně rozumná kritéria a okrajové podmínky však nelze jednoduše přenést na všechny typy budov a zejména u laboratořských budov jejich použití nedává smysl. Jejich specifika využití výrazně ztěžují dodržování podmínek orientovaných na potřebu a jsou navíc spojena s vysokými náklady. Implementace izolačního standardu pasivních domů může být dokonce kontraproduktivní. Srovnání hlavních charakteristik pasivních domů a laboratořských budov jasně ukazuje, že realizace standardu pasivního domu nemusí nutně vést ke zvýšení energetické účinnosti a že dodržení energetických ukazatelů u laboratořských budov není bez problémů možné. Realizovatelnost má jasné hranice.

Primární energie, konečná energie a primární energetické faktory

Pod pojmem pasivní domy se rozumí budovy, ve kterých díky zvlášť efektivní tepelné izolaci vzniká termická pohoda pouze díky dohřevu nebo dohřevu čerstvého vzduchu (obr. 1). Aktivní využití klasického vytápění budovy proto není nutné. Aby bylo možné tyto budovy posoudit z hlediska této podmínky, byl stanoven standard, který přenáší požadavky na pasivní domy do konkrétních cílových a mezních hodnot a slouží také jako orientace při každodenním plánování. Tento standard byl odvozen z bytové výstavby a stanovuje například pro budovy v chladném klimatu požadavek na vytápěcí teplo 15 kWh/m² za rok (kWh/(m²a)) a maximální primární energetickou potřebu 120 kWh/(m²a).

Pro vysvětlení: Primární energie je vázána na přírodní zdroje energie. Aby bylo možné ji využít, uložit nebo přenést, musí být přeměněna na sekundární energii. Přeměna – například na teplo pro vytápění – je spojena s nevyhnutelnými ztrátami energie, takže dostupná konečná energie pro uživatele je nižší než teoretická přímá využitelnost primární energie, která však často není možná nebo rozumná.

Pro srovnání různých druhů primární energie – s různými vlastnostmi z hlediska bezpečnosti dodávek a dopadů na klima – byly přiřazeny příslušné primární energetické faktory. Těmito váhami se násobí skutečná potřeba energie, čímž se stanoví primární energetická potřeba – u pasivních domů s maximem 120 kWh/(m²a).

Pro ilustraci: Pokud předpokládáme, jak výše uvedeno, potřebu vytápění 15 kWh/(m²a), pak při dodávce topným olejem nebo zemním či kapalným plynem – všechny s primárním energetickým faktorem 1,1 – vznikne primární energetická potřeba 16,5 kWh/(m²a). Dřevo má přiřazen primární energetický faktor 0,2, takže potřeba primární energie při vytápění dřevem je pouze 3 kWh/(m²a). Využití elektřiny (primární energetický faktor 2,6) zvyšuje potřebu primární energie na 39 kWh/(m²a). Nejvýhodnější je pokrytí vytápění dálkovým teplem s primárním energetickým faktorem 0,0. Maximálně dostupných 120 kWh/(m²a) primární energie tak zůstává plně pro technické provozy budovy.

Potřeba energie je výrazně vyšší

Na rozdíl od bytové výstavby mají laboratořské budovy vysoké vnitřní zátěže a vyžadují při provozu vysoké výměny vzduchu. Typické hodnoty jsou vnitřní zátěže celkem 80 W/m² z přístrojů (55 W/m²), osvětlení (15 W/m²) a osob (10 W/m²). K tomu přistupuje výměna vzduchu, která je obvykle kolem 25 m³/m²/h.

Pro instalovaný osvětlený výkon 15 W/m² při 2 500 provozních hodinách za rok je potřeba energie 37,5 kWh/(m²a). Při dodávce elektřiny je potřeba primární energie – s ohledem na uvedený primární energetický faktor 2,6 – 97,5 kWh/(m²a). Mechanické větrání rovněž vyžaduje energii ze sítě. Potřeba elektřiny pro požadovanou výměnu vzduchu je přibližně 25 W/m². Při stejných 2 500 provozních hodin za rok je tak spotřeba elektřiny 62,5 kWh/(m²a) a potřeba primární energie 163 kWh/(m²a).

Celkově je tak jen pro osvětlení a dopravu vzduchu potřeba 260,5 kWh/(m²a) primární energie. Pokud dále předpokládáme potřebu 38,5 kWh/(m²a) elektrické konečné energie (tedy 100 kWh/(m²a) primární energie) pro zařízení elektroniky nebo chlazení, dostáváme celkovou potřebu primární energie 360,5 kWh/(m²a). Tento údaj je již třikrát vyšší než maximální povolená primární energetická potřeba podle standardu pasivního domu, přestože již bylo předpokládáno, že vytápění je plně pokryto dálkovým teplem bez jakéhokoliv dalšího primárního energetického nároku. V praxi se však i u pasivních domů počítá s potřebou 20 kWh/(m²a) primární energie na pokrytí vytápění. Pro realističtější odhad a lepší srovnatelnost je tento údaj zde rovněž použit. Primární energetická potřeba našeho fiktivního laboratoře je tedy 380,5 kWh/(m²a) (obr. 2).

Ukazuje se: díky způsobu využití potřebují laboratořské budovy minimální množství energie, které je výrazně vyšší než u pasivního domu. Maximální povolená primární energetická potřeba 120 kWh/(m²a) pokrývá pouze potřebu vytápění a osvětlení – jako laboratoř by taková budova nebyla funkční.

Izolace podle standardu pasivního domu přináší téměř žádné výhody

Také vliv obálky budovy na potřebu energie na vytápění a chlazení laboratořských budov se výrazně liší od výsledků dosažených u bytových domů. Termické simulace budov v rámci několika konkrétních projektů ukázaly, že realizace izolačního standardu pasivního domu u laboratoří je sice energeticky možná, ale z ekonomického hlediska nedůvodná.

Zlepšení obálky budovy z běžného standardu EnEV-2009 na úroveň pasivního domu sníží celkovou potřebu vytápění asi o 25 % a sníží připojovací výkony: o deset procent u vytápěcích zařízení a o jedno procento u chladicích systémů. Pokud se přidá efektivní rekuperace tepla (WRG), lze ušetřit až 43 % celkové potřeby vytápění. Potřebný připojovací výkon vytápěcího zařízení se sníží o 28 %, u chladicích systémů o dva procenta.

Finanční náklady na dosažení těchto úspor však výrazně snižují ekonomickou výhodnost: dodatečné náklady na obálku budovy podle standardu pasivního domu bez WRG jsou již 40 eur na m², s WRG dokonce 45 eur. Úspora na provozních nákladech díky nižší spotřebě energie je však pouze 35 nebo 64 centů na m² za rok. Návratnost investice s WRG je tak až po 70 letech, bez WRG dokonce až po 114 letech. Tyto doby výrazně přesahují průměrnou životnost laboratoře, která je 25 let. Navíc se celková potřeba chlazení zvýší v obou případech o pět procent (viz tabulka 1).

Nezbytné je individuální plánování

Skutečný standard pasivního domu, který splňuje všechny kritéria pro běžné budovy, není u laboratoří vzhledem k jejich zvýšené energetické náročnosti vůbec realizovatelný. Náklady na plánování a investice jsou navíc, zejména vzhledem k průměrné životnosti laboratoře, ekonomicky neopodstatněné.

Pro energeticky efektivní návrh laboratoře je nutné zohlednit specifika budovy a hlavně jejího využití, která nelze zachytit pomocí standardizovaných kritérií. Je třeba individuálně posoudit všechny předpoklady a možnosti a sladit je s požadavky na energetickou účinnost, ekonomickou efektivitu, funkčnost a komfort.