Od ledna 2023 v ČR platí pro energetické hodnocení staveb celá vyhláška 264/2020 Sb., kde se v § 4 odst. 1 uvádí: „Dodaná energie je součtem vypočtené spotřeby energie a pomocné energie. Výpočet celkové dodané energie a dílčích dodaných energií se provede výpočtovou metodou s intervalem výpočtu nejvýše jednoho měsíce a po jednotlivých zónách. V budovách nebo zónách s chlazením, úpravou vlhkosti nebo s výrobou elektrické energie se výpočet provede s intervalem nejvýše jedné hodiny.“ Výše uvedená vyhláška sice platí již od 1. září 2020, ale vzhledem k její dělené účinnosti je tučně zvýrazněná věta účinná až od letošního roku.

Zavádění povinnosti výpočtu s hodinovým výpočetním krokem

Úkoly spojené se zavedením platnosti paragrafu byly dva. Zaprvé neexistoval žádný výpočtový software, který by byl schopen spočítat energetickou náročnost budovy s hodinovým krokem. Druhým problémem pak byla neexistence klimatických dat a typických profilů užívání budov s hodinovým krokem.

Software dva komerční subjekty postupně připravily, i když se to neobešlo bez počátečních obtíží. Nové výpočetní programy začaly fungovat v průběhu letošního února či března a jejich výpočet je výrazně pomalejší, než tomu bylo u výpočtů s měsíčním krokem. Výpočty zpočátku trvaly velmi dlouho a dodnes jsou násobně delší než dříve, kdy se používal výpočet s měsíčním krokem.

Vzhledem k tomu, že v současné době je možné hodnotit budovy jak s výpočtovým krokem měsíčním, tak i hodinovým, dochází k výraznému rozptylu ve výsledcích energetického hodnocení budov.

Odborníci diskutují o vhodnosti použitých klimatických dat

Klimatická data pro hodinový krok výpočtu nechalo Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO) zpracovat týmem Společnosti pro techniku prostředí (STP). Výsledná publikace má název „Hodinová klimatická data a parametry typického užívání budov a zón s chlazením, úpravou vlhkosti nebo s výrobou elektrické energie pro výpočet dodané energie a pomocné energie v souladu s § 4 odst. 1 vyhlášky č. 264/2020 Sb., o energetické náročnosti budov“ (dále jen publikace STP).

Publikace STP uvádí použitý postup výběru zdrojů klimatických dat. Pro tvorbu klimatických dat byla použita volně dostupná data z webu Onebuilding.org z lokality Dukovany za období 2004–2018. Je ale otázkou, zda použitá klimatická data odpovídají požadavkům ČSN EN ISO 15927-4. Dle mého názoru jsou zde dva faktory, které tato klimatická data dělají ne zcela věrohodnými a nereprezentujícími typický klimatický rok.

Prvním problémem je, že za referenční místo byla zvolena měřicí stanice Dukovany. Ta je umístěna velmi blízko chladicích věží Jaderné elektrárny Dukovany, čímž dochází k ovlivnění měření (zejména má vliv pára z chladicích věží). Vzdálenost k nejbližší soustavě 4 chladicích věží je 929 m, ke vzdálenější pak 1913 m. Z mapy na obrázku 1 je patrné umístění meteorologické stanice a chladicích věží. Mapa byla vč. měření vzdáleností získána z webu Mapy.cz.

Pro ilustraci uvádím na obrázku 2 fotografii reálných chladicích věží. Červená šipka ukazuje, kde dochází k vypařování vody, která se okamžitě z velké části mění zpět na kapičky tvořící mrak. Následně v místě, které ukazuje modrá šipka, dochází k intenzivnímu vysrážení ve formě deště.

Druhým problémem pak je, že údajně byla použita klimatická data za 15 let, pravděpodobně však ne dostatečně vhodně, neboť prezentovaná data neodpovídají obvyklým klimatickým datům. Zde bych rád citoval ČSN EN ISO 15927-4, kde se v kapitole „Termíny, definice“ uvádí: „Referenční rok je rok hodinových hodnot vhodných meteorologických parametrů zastupujících dlouhodobé klima.“ Dále uvedu ukázku některých meteorologických dat, která dle mého názoru nereprezentují dlouhodobé klima v ČR, ale jde o nějaká máločetná období.

Rozdíly v hodnocení

Jak již bylo uvedeno v úvodu, v současné době je možné podle vyhlášky 264/2020 Sb. hodnotit budovy buď s hodinovým krokem výpočtu (ten je povinný tam, kde dochází k chlazení či výrobě FVE), nebo s měsíčním krokem výpočtu. Měsíční klimatická data jsou uvedena v normě ČSN 73 0331-1, hodinová klimatická data však nejsou uzákoněna a mohou se použít libovolná. Dokonce lze dle výkladu vyhlášek nastavit např. konstantní teplotu v exteriéru třeba na hodnotu 20 °C.
(Poznámka: ČSN 73 0331-1 zpracovávalo České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební, Katedra technických zařízení budov; tedy stejný pracovní tým jako hodinová data.)

Energetické hodnocení budov dle měsíčních klimatických dat podle ČSN 73 0331-1 a dle hodinových klimatických dat zpracovaných STP se silně rozchází. V tabulce 1 je na příkladu jednoho rodinného domu ukázáno, jak se některé hodnocené energie procentuálně liší. Dům byl uvažován ve 4 variantách, a sice jako těžká stavba, lehká stavba, s fotovoltaikou a bez ní.

Tab. 1: Rozdíl mezi hodinovými a měsíčními spotřebami energie v procentech pro rodinný dům ve čtyřech variantách.

Rozdíly jsou i ve všech dalších počítaných spotřebách energie. Velikost těchto rozdílů pochopitelně závisí na druhu stavby. Často vedou k jinému zatřídění do energetických tříd a mohou být výrazně vyšší, než ukazuje uvedený příklad rodinného domu. Tyto rozdíly mohou způsobovat duálnost energetického hodnocení budov. Bude velmi obtížné komukoliv např. při nákupu nemovitosti vysvětlovat, že hodnoty uváděné v Průkazu energetické náročnosti budovy se budou lišit podle toho, zda byl výpočet proveden v měsíčním, nebo v hodinovém kroku výpočtu. Vyhláška totiž nařizuje použití hodinového kroku výpočtu pouze u budov nebo zón s chlazením, úpravou vlhkosti nebo s výrobou elektrické energie. V ostatních případech je možné použít jak měsíčního, tak i hodinového kroku výpočtu.

Rozdíly mezi daty prezentujícími typický rok a daty uvedenými v publikaci STP

Vzhledem k velkému rozsahu dat se zde budu věnovat pouze teplotě a globálnímu slunečnímu záření. Musím ještě předeslat, že mnou užívaná data představující typický rok jsou sice průměrem za období třiceti let, ale pokud bychom chtěli, aby skutečně plně odpovídala mezinárodním meteorologickým standardům pro referenční rok, museli bychom zkontrolovat, zda nedošlo k chybě měření (např. výpadek záznamů dat) a zda nejsou naměřeny extrémní hodnoty. Tyto nesrovnalosti by pak bylo třeba napravit např. vložením průměrných hodnot, hodnot spočítaných interpolací či vynecháním dat z dalších výpočtů, a to vše tak, jak by si to daná data v kontextu ostatních dat vyžádala. Následně by je bylo nutné upravit podle metodiky. Vzhledem k tomu, že jde o poměrně značnou práci, budu nadále vycházet pouze z průměrných dat za třicet let. (U teploty, vlhkosti, slunečního záření se referenční rok skládá z jednotlivých měsíců, které mají tyto parametry nejbližší průměru, podrobněji ČSN EN ISO 15927-4.)

Pokud si klimatická data zpracujeme do grafů tak, aby byla lehce čitelná a porovnatelná, dostaneme pro měsíční výpočet níže uvedené grafy. V tomto případě byly porovnávány sady dat pro měsíční krok ze tří zdrojů, pro denní a hodinový krok pouze ze dvou zdrojů. Byla použita data převzatá z publikace STP, dále data z ČHMÚ pro lokalitu Hradec Králové za třicetileté období 1993 až 2022 (Hradec Králové bývá považován za meteorologický střed ČR. Nikde jinde na území ČR nebylo měření s hodinovým krokem prováděno a ani zde teploty nebyly po celou dobu měřeny s hodinovým krokem.) a poslední sada byla použita pouze pro měsíční výpočet a byla převzata z ČSN 73 0331-1.

V grafu 1 je roční průběh teplot při měsíčním kroku a v grafu 2 roční průběh globálního záření při měsíčním kroku. Je patrné, že teploty jsou u všech třech sad klimatických dat přibližně stejné. Globální záření je však v ČSN 73 0331-1 silně podhodnoceno a je téměř poloviční oproti klimatickým datům změřeným v Dukovanech i průměrným klimatickým datům z Hradce Králové.

Graf 1: Roční průběh teplot (°C) – měsíční krok

Graf 2: Roční průběh globálního záření (W/m²) – měsíční krok

Graf 3: Roční průběh teplot (°C) – krok den

Graf 4: Roční průběh globálního záření (W/m²) – krok den

Zajímavější grafy představují hodnoty vzniklé zprůměrováním klimatických dat v jednotlivých dnech. Lze předpokládat, že dny po sobě následující budou mít přibližně stejné teploty i sluneční záření. Snad by bylo možné vysledovat i cyklické pravidelně se opakující meteorologické jevy vyvolané dalšími vlivy mimo pohybu slunce, mám na mysli např. notoricky známou medardovskou cirkulaci na přelomu jara a léta. Mimo tyto cyklické jevy by však nemělo docházet k velkým rozdílům. Bohužel graf 3 zobrazující průměry teplot po jednom dni a graf 4 zachycující průměry globálního záření po jednom dni ukazují, že hodnoty uváděné v publikaci STP jsou velmi nepravidelné a mají poměrně značné výchylky mezi jednotlivými dny proti třicetiletým průměrům dle ČHMÚ. (I data z ČHMÚ mají jistou, byť výrazně menší nepravidelnost – ale to je pravděpodobně dáno tím, co jsem uvedl výše, a sice že nedošlo k validaci dat.) K tomu bych chtěl ještě podotknout, že referenční rok by se měl konstruovat podle již zmíněné ČSN EN ISO 15927-4, kde je v bodě 5 uvedeno, jak referenční klimatický rok konstruovat. Vychází se z průměru teplot a vlhkostí z minimálně desetiletého období, dále se hledá příslušný měsíc, ve kterém je nejmenší odchylka od tohoto průměru, a z daného měsíce se použijí další klimatické údaje, jako je rychlost a směr větru. Přitom se vždy prvních a posledních 8 hodin upravuje tak, aby vznikl plynulý přechod mezi jednotlivými měsíci v referenčním roku. K této normě si ještě dovolím poznamenat, že v informativní příloze uvádí páteřní a doplňkové stanice pro vytvoření referenčního roku, kdy by mělo být hodinové měření prováděno od roku 1991. Dle mého zjištění ale nejsou na žádné meteorologické stanici měřeny všechny potřebné hodnoty pro vytvoření referenčního roku od roku 1991.

Graf 5: Roční průběh teplot (°C) – hodinový krok

Graf 6: Roční průběh globálního záření (W/m²) – hodinový krok

Ještě větší rozdíly jsou patrné při hodinovém kroku, jak ukazují grafy 5 a 6. Zde je pochopitelně zřejmý i rozdíl mezi dnem a nocí.

Uvedené nesrovnalosti vedly k tomu, že jsem se na některá data podíval podrobněji (pouze nahodile, neboť procházet 10 různých klimatických parametrů pro všech 8 760 hodin v roce je velmi zdlouhavé) a všiml jsem si různých nesrovnalostí, z nichž některé uvedu dále.

Graf 7: Globální sluneční záření (W/m²) 1. ledna až 8. ledna 6:00 až 18:00

Například pokud se podíváme na první dny v referenčním roce dle STP (viz graf 7), zjistíme, že pro ČR by dle hodinových klimatických dat mělo být typické velké kolísání globálního záření. Například pro 6. ledna je dle těchto dat typické téměř čtvrtinové globální záření oproti dnům 4. či 5. ledna. To je pochopitelně velice nepravděpodobné. Křivky v grafu by samozřejmě měly být jednak velice podobné a jednak plynulé a mít tvar pohybu slunce po obloze.

Graf 8: Přímé sluneční záření na vodorovnou plochu (W/m²) 1. ledna až 8. ledna 6:00 až 18:00

V grafu 8 pak vidíme, že dle referenčního roku dle STP nastal 3. ledna pokles slunečního svitu v poledne. Dále je patrné, že by slunce nemělo svítit 7. ledna téměř vůbec a 8. ledna by mělo být zcela za mrakem. Dle mého názoru jsou tyto anomálie pravděpodobně vyvolané blízkostí chladicích věží a klimatologické stanice. Svědčí o tom i směr větru v klimatických datech.

Graf 9: Teplota (°C) 28. května a 30. května

Velmi názorný je také graf 9, který zachycuje průběh teplot 28. a 30. května. Je z něj patrný velký rozdíl v teplotách těchto dní a paradoxně teplota 30. května přes den klesá a v poledne je téměř nejnižší.

Všiml jsem si i dalších obdobných zajímavých případů netypických pro klima v ČR uvedených v publikaci STP. Ovšem pokud bych je zde chtěl prezentovat, byl by článek příliš obsáhlý. Navíc jak jsem uvedl, nestudoval jsem data podrobně, pouze jsem se se zájmem podíval na ty případy, kterých jsem si náhodou všiml.

Důvody hodnocení budov podle typického klimatického roku

V minulosti se pro energetické hodnocení a pro energetické výpočty používal typický rok vypočtený z dlouhodobého padesátiletého průměru. Vzhledem k tomu, že dochází ke klimatickým změnám a padesátiletý průměr vypadá, že neposkytuje dostatečný obraz těchto klimatických změn, bylo umožněno používat i kratší období. To ovšem vede k tomu, že jednotlivé hodiny, dny i měsíce nedostatečně prezentují typické klima v ČR. Mohlo by se zdát, že není zcela podstatné, jaká klimatická data se pro hodnocení budovy použijí, neboť se nejedná o návrh budovy a jejích systémů, ale o hodnocení na základě referenční budovy. A hodnocená budova i referenční budova mají stejná klimatická data, takže není podstatné, jak blízko jsou klimatická data reálným podmínkám.

Při klimatických datech použitých v hodnocení výrazně odlišných od reálných dat však může docházet někdy i k výrazným posunům v hodnocení. Například velké kolísání teplot bude u velmi lehké budovy znamenat problém, neboť svojí konstrukcí není schopná přenést naakumulované teplo z jednoho dne do druhého a bude nutné ji v tomto čase vytápět či chladit. Naopak velmi těžká stavba má velkou akumulační schopnost a výpočtově zde nebude nutné vytápět. Pokud by však teploty mezi jednotlivými dny nekolísaly, budou se obě stavby chovat přibližně stejně a bude zde patrné pouze noční ochlazení.

Závěr

Zpřesňování výpočtů hodnotících energii potřebnou pro provoz domů se bude dít neustále. V současné době přecházíme z výpočtů s krokem jeden měsíc na výpočty s krokem jedna hodina. Je možné, že postupně se bude výpočtový krok ještě zkracovat, i když to asi není v dohledné době pravděpodobné. Zcela jistě se však kromě energie potřebné pro provoz domu bude hodnotit i energie potřebná k výrobě stavebních hmot a zařízení staveb. Bude se také hodnotit použití již recyklovaných materiálů či materiálů, které bude možné po dožití stavby recyklovat.

Pro všechny tyto výpočty je však potřeba mít relevantní data, která budou odpovídat reálným hodnotám. U klimatických dat je potřeba zrušit dvojkolejnost výpočtů, kdy je možné výpočty provádět dvěma různými způsoby, které vedou k různému hodnocení budov.

Výše uvedené skutečnosti mě vedou k názoru, že klimatická data v publikaci STP nejsou zpracována podle platných norem a nerespektují pravidla tvorby typického klimatického roku. V tomto směru velmi vítám iniciativu MPO, které letos na jaře rozeslalo odborné veřejnosti dotazník ke všem parametrům pro hodinový výpočet, což by mohlo být dobrým impulzem pro kompletní aktualizaci ČSN 73 0331-1.

Text je zveřejněn se souhlasem České komory autorizovaných inženýrů a techniků.
Ing. Roman Šubrt je autorizovaný inženýr v oboru pozemní stavby.