Prof. Ing. Zuzana Sternová, PhD., Technický a skúšobný ústav stavebný, n.o.
Systémové riešenie vlastností stavebných konštrukcií a budov vyplýva zo zavedenia požiadaviek na stavby a na stavebné výrobky podľa európskych predpisov. Smernica o energetickej hospodárnosti budov (EHB) sa v SR implementovala zákonom č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a prepracovaná smernica zákonom v znení zákona č. 300/2012 Z. z. [6]. V súčasnosti je v schvaľovacom procese novela zákona implementujúca zmenu smernice č. 844/2018.
Úvod
Nové budovy a aj obnovované budovy, ak je to funkčne, technicky a ekonomicky uskutočniteľné, musia spĺňať minimálne požiadavky na EHB určené technickými normami. Po 31. decembri 2020 je potrebné zabezpečiť výstavbu nových a obnovu existujúcich budov v energetickej úrovni takmer nulovej potreby energie. Budovou s takmer nulovou potrebou energie sa rozumie budova s veľmi vysokou energetickou hospodárnosťou. 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 (na mieste) alebo v jej blízkosti.
Požiadavky a kritériá na obalové konštrukcie
Normalizované (požadované) hodnoty tepelnotechnických vlastností stavebných konštrukcií a budov, ako aj základné kritériá požadované na budovy stanovuje konsolidované znenie STN 73 0540-2/Z1+Z2 [14]. Technická norma zahŕňa výsledky 1. a 2. fázy odvodenia nákladovo optimálnych úrovní minimálnych požiadaviek na EHB. Pri návrhu stavebných konštrukcií a budov sa požaduje splnenie nasledujúcich kritérií, ktoré súvisia s obalovými konštrukciami, ale jednoznačne ich splnenie sa musí preukázať aj pri otvorových konštrukciách. Splnenie kritérií musí preukázať projektant pri spracovaní projektovej dokumentácie na stavebné povolenie. Tepelnotechnický posudok je súčasťou projektového energetického hodnotenia.
Jedná sa o kritériá:
a) minimálnych tepelnoizolačných vlastností stavebných konštrukcií,
b) minimálnej teploty vnútorného povrchu,
c) minimálnej výmeny vzduchu,
d) maximálnej mernej potreby tepla na vykurovanie.
Uvedené kritériá, normalizované požiadavky, uvádza technická norma a kritériá sú reprezentované podstatnými vlastnosťami nasledovne.
Vnútorné prostredie
V ostatnom období sa zanedbáva zohľadnenie podmienok vnútorného prostredia a dominuje preukazovanie úspor tepla/energie. Popritom súčasne s dopadom na zníženie tepelných strát, zlepšenie tepelnotechnických vlastností (U-hodnoty), sa zvyšuje teplota na vnútornom povrchu stavebných konštrukcií.
Vnútorné prostredie definuje teplota vnútorného vzduchu θai (°C) a relatívna vlhkosť φi (%), prípadne rýchlosť prúdenia vzduchu vai (m/s). V súčasnosti sa navrhujú budovy s vysokými tepelnoizolačnými vlastnosťami obalových konštrukcií, čím sa znižuje rozdiel medzi teplotou vnútorného vzduchu a priemernou teplotou vnútorných povrchov v miestnostiach.
Stavebné konštrukcie a budovy sa posudzujú pri uvažovaní normalizovaných podmienok vnútorného prostredia, pokiaľ vzhľadom na účel budovy/miestnosti nie je určené inak. Normalizované podmienky teploty vnútorného vzduchu stanovené technickou normou [8], ale aj STN 73 0540-3 [9] sú určené pre dlhodobý pobyt a neprerušované vykurovanie budov vlastnosťami: θai = 20 °C a relatívnej vlhkosti vnútorného vzduchu φi = 50 %.
Z vyššie uvedeného vyplýva pre vnútornú povrchovú teplotu stavebnej konštrukcie, že na ktoromkoľvek mieste jej povrchu musí byť teplota vyššia ako je teplota rizika rastu plesní a bezpečne vyššia ako je teplota rosného bodu, pričom sa musia zohľadniť nielen normalizované, ale aj skutočne navrhované podmienky teploty a vlhkosti vnútorného vzduchu a spôsob vykurovania (neprerušované a prerušované). Uvedené platí bez ohľadu na lokalitu a vonkajšiu teplotu.
Vnútorná povrchová teplota
Vnútorná povrchová teplota závisí od teploty vnútorného vzduchu θai = 20 °C a teploty vonkajšieho vzduchu konkrétnej lokality [10]. V minulosti sa posudzovala pre dve teplotné oblasti, ale so zohľadnením nadmorskej výšky, t. j. pre θe = -15 (-18, -21)°C. Vývoj požiadaviek na vnútornú povrchovú teplotu odrážal potrebu zabezpečenia hygienických podmienok a podmienok tepelnej pohody.
Z hľadiska zabezpečenia hygienických podmienok sa pri otvorových konštrukciách hodnotí teplota rosného bodu na zasklení, ale zamedzenie rizika rastu plesní sa hodnotí na pripojovacej škáre a celom styku otvorovej konštrukcie s okolitou plnou stavebnou konštrukciou. Negatívne sálanie nepriaznivo ovplyvňuje užívateľa vo vzdialenosti približne 1,0 m. Odstránenie tohto vplyvu vyžaduje zvýšenie teploty vnútorného vzduchu. Zabezpečenie priemernej teploty plôch vymedzujúcich priestor nižšej ako 18 °C tiež vyžaduje zvýšenie vnútornej teploty v miestnosti, a teda zvýšenie potreby energie na vykurovanie. Zvýšenie tepelnotechnických vlastností stavebných konštrukcií s dopadom na zvýšenie vnútornej povrchovej teploty má pozitívny vplyv na potrebu úpravy teploty vnútorného vzduchu.
Požiadavky na U-hodnotu v závislosti na povrchovej teplote
Vnútornú povrchovú teplotu pri pôsobení normalizovanej vnútornej teploty ovplyvňuje súčiniteľ prechodu tepla. Tento má aj dominantný vplyv na tepelné straty uskutočňované stavebnou konštrukciou. Dosiahnuť teplotu na vnútornom povrchu aspoň 14 °C vylučujúcu pocit negatívneho sálania vyžaduje, v závislosti na pôsobení vonkajšej teploty -11 až -20 °C, dosiahnuť hodnotu súčiniteľa prechodu tepla U od 1,5 po 1,2 W/(m2.K). Ak by sa na celom povrchu (plných a transparentných stavebných konštrukcií) mala dosiahnuť priemerná teplota 18 °C zabezpečujúca pri vnútornej teplote θai = 20 °C tepelnú pohodu, v závislosti na pôsobení vonkajšej teploty -11 až -20 °C, je potrebné zabezpečiť hodnotu súčiniteľa prechodu tepla U od 0,5 po 0,4 W/(m2.K). Zníženie priemernej teploty pod 18 °C znamená príslušne zvýšiť vnútornú teplotu nad 20 °C. Uvedená skutočnosť nepriaznivo ovplyvní potrebu energie na vykurovanie. Vplyvom konštrukčnej tvorby, materiálovej skladby, ale aj nákladovej efektívnosti je potrebné rozlišovať v prísnosti stanovenia požiadaviek na hodnotu súčiniteľa prechodu tepla. Hodnoty súčiniteľa prechodu tepla otvorových konštrukcií v úrovni U = 0,4 a 0,5 W/(m2.K) sa v súčasnosti nedajú dosiahnuť.
Na stavebný trh sa uvádzajú otvorové konštrukcie s hodnotou súčiniteľa prechodu tepla U = 0,61 (0,62) W/(m2.K). Z uvedeného vyplýva, že na dosiahnutie priemernej teploty na vnútornom povrchu stavebných konštrukcií obklopujúcich vykurovaný priestor musia ostatné konštrukcie (najmä obvodový a strešný plášť) dosiahnuť hodnoty lepšie ako je U = 0,4 a 0,5 W/(m2.K), podľa podielu jednotlivých konštrukcií na celkovej ploche obalových konštrukcií. Uvedený princíp sa rešpektuje pri stanovovaní požiadaviek na hodnotu súčiniteľa prechodu tepla podľa STN 730540-2/Z1+Z2 [14]. Postupné znižovanie (sprísňovanie) požiadaviek na hodnotu súčiniteľa prechodu tepla vytvára priaznivé podmienky na zabezpečovanie postupného znižovania potreby tepla na vykurovanie, splnenie energetického kritéria podľa [14], ale aj požiadaviek na EHB, tried energetickej hospodárnosti podľa úrovní výstavby stanovených v zákone č. 555/2005 Z. z. [6] a vyhlášky MDVRR SR č. 364/2012 Z. z. v znení neskorších predpisov [7]. Vytvára podmienky na zabezpečenie požiadavky tepelnej pohody, na ktorú sa bral ohľad aj v minulosti.
Parametre otvorových konštrukcií sa deklarujú podľa STN EN 14351-1+A1. Súčiniteľ prechodu tepla sa podľa tejto normy stanovuje na stavebný výrobok rozmeru 1,23 x 1,48 m, ako deklarovaná hodnota. Podľa rovnakého vzťahu, ovplyvneného súčiniteľmi prechodu tepla rámu Uf, zasklenia Ug a lineárneho stratového súčiniteľa y sa hodnotia aj otvorové konštrukcie konkrétnych rozmerov. Vlastnosti týchto konštrukcií musia spĺňať príslušné požiadavky stanovené v tab. 2 STN 73 0540-2.
Vylúčenie kondenzácie vodnej pary na vnútornom povrchu zasklenia ovplyvňuje kvalita dištančného rámika, ale samozrejme tepelnotechnická kvalita, teda hodnota súčiniteľa prechodu tepla Ug zasklenia. Povrchové teploty ovplyvňuje kvalita riešenia pripojovacej škáry, ale aj celej oblasti styku. Teplotu na vnútornom povrchu v oblasti styku ovplyvňuje aj poloha osadenia otvorovej výplne, teda konštrukčné riešenie detailu. Z hľadiska posúdenia tepelnotechnickej kvality a vylúčenia vzniku hygienických nedostatkov je posúdenie pomocou teplotného faktora ťažkopádne.
Nákladovo optimálne minimálne požiadavky na EHB
SR zaviedla nadväzne na implementáciu smernice 2010/31/EÚ [5] prechodné obdobie s postupným sprísňovaním požiadaviek na nízkoenergetickú úroveň výstavby od 1. 1. 2013 (obvodový plášť U ≤ UN = 0,32 W/(m2.K), otvorové konštrukcie U ≤ UN = 1,40 W/(m2.K)), ultranízkoenergetickú úroveň výstavby od 1.1.2016 (obvodový plášť U ≤ UN = 0,22 W/(m2.K), otvorové konštrukcie U ≤ UN = 1,00 W/(m2.K)). Konsolidované znenie normy stanovuje normalizované cieľové hodnoty, ktoré budú platiť od 1. 1. 2021 pre úroveň výstavby budov s takmer nulovou potrebou energie. Požiadavky na hodnoty súčiniteľa prechodu tepla sa sprísnili iba u otvorových konštrukcií (obvodový plášť U ≤ UN = 0,22 W/(m2.K), strešný plášť U ≤ UN = 0,15 W/(m2.K), otvorové konštrukcie U ≤ UN = 0,85 W/(m2.K)). Zavedené sú aj odporúčané cieľové hodnoty.
Z uvedeného vyplýva, že na plné stavebné konštrukcie sú stanovené prísnejšie požiadavky ako na otvorové konštrukcie. Splnením požiadaviek na nízkoenergetickú úroveň výstavby sa neodstráni negatívne sálanie zasklenými plochami. Pocit negatívneho sálania sa odstráni až pri požiadavkách na ultranízkoenergetickú úroveň výstavby, pričom sa aj bezpečne dosiahne eliminácia vzniku hygienických nedostatkov. Tepelné straty otvorovými konštrukciami sú 4,5-krát vyššie ako obvodovým plášťom budovy.
V roku 2013 sa uskutočnil výpočet nákladovo optimálnych úrovní minimálnych požiadaviek na energetickú hospodárnosť budov [12], ktorý spočíval v stanovení požiadaviek na súčiniteľ prechodu tepla obalových konštrukcií budovy U vo W/(m2.K) a na globálny ukazovateľ primárnej energie. Samotných budov sa objektivizovane týkajú požiadavky na hodnotu súčiniteľa prechodu tepla, ktoré ovplyvňujú tepelné straty, potrebu tepla a potrebu energie na vykurovanie.
Z výpočtov súčasnej čistej hodnoty, pre viac ako štyritisíc kombinácií balíkov opatrení, nákladovo optimálna hodnota súčiniteľa prechodu tepla obvodového plášťa bola 0,21 (normalizovaná UN = 0,22 W/(m2.K)), strešného plášťa 0,18 (normalizovaná od 1. 8. 2016 UN = 0,15 W/(m2.K)), otvorových konštrukcií 0,9 (normalizovaná UW,N = 1,0 W/(m2.K)). Všetky zavedené normalizované požiadavky na ultranízkoenergetickú úroveň výstavby vyhovujú podmienke 15 % odchýlky od výpočtovo stanovenej nákladovo optimálnej hodnoty. Uvedené požiadavky platia v súčasnosti na ultranízkoenergetickú úroveň výstavby. Splnenie požiadaviek na potrebu tepla na vykurovanie vyžaduje uplatnenie spätného využitia tepla rekuperáciou.
K termínu 31. 3. 2018 sa vykonala 2. fáza odvodenia nákladovo optimálnych minimálnych požiadaviek na energetickú hospodárnosť budov s takmer nulovou potrebou energie [13]. Výsledkom výpočtov súčasnej čistej hodnoty balíkov opatrení bolo ponechanie požiadaviek na hodnotu súčiniteľa prechodu tepla plných častí obalu budovy a sprísnenie požiadavky na otvorové konštrukcie s cieľovou maximálnou hodnotou UW,N ≤ 0,85 W/(m2.K). Zabudovanie otvorových konštrukcií s lepšími tepelnotechnickými vlastnosťami, navrhovanými v zmene 2 STN 73 0540-2 [14] ako cieľové odvodené hodnoty súčiniteľa prechodu tepla UW,N ≤ 0,65 W/(m2.K) vedú k ďalšiemu zníženiu potreby tepla na vykurovanie, ale nie sú zatiaľ nákladovo efektívnymi riešeniami. To isté platí pre plné konštrukcie obalu budovy.
Konsolidované znenie STN 73 0540-2
Konsolidované znenie normy platné od 1. júla 2019 zahŕňa znenie STN 73 0540-2: 2012 a zmenu 1 a je spracované v znení zmeny 2 STN 73 0540-2: 2012. Vložená je kapitola 2 Normatívne odkazy. Uvádza odkazy na normy na energetickú hospodárnosť budov 2. generácie.
Pôvodné kapitoly 2 až 8 sú kapitolami 3 až 9. Stanovuje odporúčané hodnoty súčiniteľa prechodu tepla (Ur1) ako normalizované hodnoty na budovy ultranízkoenergetickej úrovne výstavby podľa zmeny 1 od 1. 1. 2016 a cieľové požiadavky ako normalizované požiadavky (Ur2) na budovy s takmer nulovou potrebou energie od 1. 1. 2021. Uvádza aj prísnejšie cieľové požiadavky ako odporúčané (Ur3) na budovy s takmer nulovou potrebou energie. Stanovuje požiadavky na súčiniteľ prechodu tepla okien v šikmej strešnej konštrukcii a ľahkých obvodových plášťov pre všetky energetické úrovne výstavby. Rozširuje možnosti použitia hodnôt zvýšenia súčiniteľa prechodu tepla vplyvom tepelných mostov. Uvádza požiadavku na uskutočnenie výpočtu potreby tepla na vykurovanie a chladenie mesačnou alebo hodinovou metódou.
Normalizované požiadavky na obvodový a strešný plášť zostávajú aj po 31. decembri 2020 stanovené rovnakými hodnotami ako platili pre ultranízkoenergetickú úroveň výstavby. Sprísňuje sa požiadavka na otvorové konštrukcie (U ≤ 0,85 W/(m2.K)). Stanovili sa aj cieľové odporúčané požiadavky na budovy s takmer nulovou potrebou energie.
Záver
Postupné sprísňovanie požiadaviek na hodnotu súčiniteľa prechodu tepla obalových stavebných konštrukcií zohľadňuje požiadavky vyplývajúce z predpisov EÚ na zlepšovanie energetickej hospodárnosti s rešpektovaním podmienok nákladovej optimálnosti. Normalizované hodnoty požiadaviek na súčiniteľ prechodu tepla odzrkadľujú situáciu vývoja stavebných výrobkov (najmä okien) na trhu. Zohľadňuje sa zabezpečenie hygienických parametrov, požiadaviek na tepelnú pohodu a plnenie požiadaviek na zníženie množstva energie na vykurovanie, ktoré sa má zabezpečiť z obnoviteľných zdrojov. Návrh normalizovaných požiadaviek podľa konsolidovaného znenia zohľadňuje súhrn základných požiadaviek na stavby vrátane energetickej náročnosti na výrobu stavebných materiálov.
