Referenční klimatický rok: Definice a význam v energetickém hodnocení budov

U všech budov a zón, v nichž se vyrábí energie, například využívají fotovoltaickou elektrárnu, se od letošního roku výpočet dodané a spotřebované energie musí dělat v intervalu jedné hodiny. 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.

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.

Energetické hodnocení budov dle měsíčních klimatických dat podle ČSN 73 0331-1 a dle hodinových klimatických dat zpracovaných STP se silně rozchází.

Čtěte také: Referenční Stanovisko k seismicitě

V tabulce 1 je na příkladu jednoho rodinného domu ukázáno, jak se některé hodnocené energie procentuálně liší.

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.

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.

Čtěte také: O referenčních metodách měření emisí

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.

Je patrné, že teploty jsou u všech třech sad klimatických dat přibližně stejné. 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.

Čtěte také: Referenční stanoviště

Přitom se vždy prvních a posledních 8 hodin upravuje tak, aby vznikl plynulý přechod mezi jednotlivými měsíci v referenčním roce. 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.

Ještě větší rozdíly jsou patrné při hodinovém kroku, jak ukazují grafy 5 a 6. 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.

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.

Velmi názorný je také graf 9, který zachycuje průběh teplot 28. a 30. května. 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.

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.

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. 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. Pro všechny tyto výpočty je však potřeba mít relevantní data, která budou odpovídat reálným hodnotám.

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.

Klima, neboli podnebí, je dle definice Meteorologického slovníku České meteorologické společnosti (ČMeS, 2022): „dlouhodobý charakteristický režim počasí na Zemi nebo její části, daný variabilitou stavů klimatického systému.“ Použité slovo „dlouhodobý“ jasně značí, že chceme-li klima nějak kvantitativně popsat, nevystačíme s použitím okamžitých hodnot zjištěných např.

Světová meteorologická organizace (WMO) doplňuje, že v oblasti klimatologie je doporučeno provádět dlouhodobá srovnání pomocí tzv. normálů. Normálem se přitom rozumí průměrné hodnoty za relativně dlouhé a uniformní období tvořené alespoň třemi po sobě jdoucími desetiletými periodami (WMO, 2017), vypočtené z homogenních nebo homogenizovaných řad měření a pozorování.

Právě období 30 let je již dostatečně dlouhé pro postižení variability klimatických podmínek. Toto tzv. normálové období bylo původně používáno v na sebe navazujících třicetiletích (1931-1960; 1961-1990; 1991-2020), které jsou dnes označovány jako klimatický standardní normál. Stále rostoucí teplota vzduchu však přinesla praktickou potřebu srovnávání vůči co nejnovějším datům, proto se normálové období v současnosti posouvá po každém ukončeném desetiletí.

Ne vždy je ovšem možné pro srovnávání využít normálové období. Může se stát, že neexistuje dostatečně dlouhé měření pro vypočtení normálu podle požadovaných pravidel WMO. Může nastat situace, kdy je pro daný účel vhodnější použít období o jiné délce. Pro normálové období je zpracován celý soubor různých charakteristik, které lze pro srovnávání klimatických podmínek využít.

Pro veřejnost je však základním používaným srovnáním vztažení k dlouhodobému průměru určité veličiny. Průměrná měsíční teplota vzduchu pro měsíc srpen je v ČR 17,9 °C. Tato hodnota vznikla jako průměr z průměrné teploty jednotlivých srpnů mezi roky 1991 až 2020. Průměrná teplota konkrétního měsíce je průměrem denních průměrů teploty všech dní daného měsíce.

Rozložení skutečných hodnot okolo průměrné hodnoty je tzv. normální. Průměr velmi dobře funguje v případě veličin majících tzv. normální (gaussovo) rozložení, což bohužel nejsou všechny. Zatímco teplota normální rozložení má, u srážek tomu tak již není, ale ještě více patrný problém nerovnoměrného rozložení hodnot panuje v případě průtoků.

Důvodem je skutečnost, že za povodní ve vodním toku protéká o několik řádů více vody, než je obvyklé množství. A i taková jedna extrémně velká hodnota velmi výrazně ovlivní hodnotu průměru. Na příkladu Vltavy a srpnových průtoků můžeme říci, že v období let 1991 až 2020 pouze 7 měsíců z 30 přesáhlo průměr.

Pokud bychom chtěli uvést jaký je „obvyklý“ srpnový průtok, museli bychom použít jinou charakteristiku střední hodnoty - medián. Medián je prostřední hodnota z řady hodnot seřazených podle velikosti. Pro některé účely může být vhodnou charakteristikou také tzv. modus, tedy nejčastější hodnota.

Vidíme, že prosté použití průměrné hodnoty může mít úplně jiný význam pro různé prvky, záleží zejména na tzv. tvaru jejich statistického rozložení, které je třeba vždy brát při vyhodnocování v potaz. V případě některých veličin si při hodnocení extrémů lze vypomoci použitím hodnocení ve více stanicích s pravděpodobně podobným režimem a mechanismem vzniku extrémů.

Například budeme-li chtít určit hodnotu stoleté hodinové srážky na Staroměstském náměstí v Praze, lze pro její hodnoty použít všechna naměřená data v Praze a okolí, protože pravděpodobnost výskytu bouřek a přívalových srážek zde všude bude obdobná.

Klimatologové na začátku února oznámili, jaké jsou nejnovější klimatologické normály teplot a srážek pro Českou republiku - normu průměrné roční hodnoty zvedli skoro o půl stupně Celsia. Má to značný význam pro vnímání toho, co je normální, a co už ne.

Starší normálové období 1981-2010 a to nové 1991-2020 se ve dvaceti letech překrývají. To znamená, že údaje jsou ze dvou třetin stejné. I tak je ale u teploty vzduchu dobře vidět, že se v novějším období zvýšila. Nový normál průměrné roční teploty je o 0,4 stupně Celsia vyšší než ten starý. V jednotlivých krajích je změna ročního normálu teploty vzduchu většinou o 0,4 až 0,5 stupně.

Pro většinu měsíců se průměrná teplota na území Česka zvýšila o 0,5 až 0,7 stupně. Změna je menší na jaře a na podzim, hlavně v březnu, květnu, září a říjnu. Zima a léto se oteplily nejvíc: leden, červen, srpen, ale také duben a listopad jsou měsíce, ve kterých můžete mít právem pocit, že se Česko posunulo do teplejších jižních krajin.

To normál ročního úhrnu srážek na území České republiky a jednotlivých krajů se téměř nezměnil. Na první pohled to vypadá dobře; srážek v Česku nijak výrazně neubývá, ale při vědomí zvyšující se teploty je jasné, že v teplejším vzduchu se vypaří víc vody.

Podstatné jsou i rozdíly v tom, jak je dešťová voda „dávkovaná“ během roku. V posledních třiceti letech pršelo a sněžilo výrazně méně v dubnu, listopadu a v prosinci. Naopak víc vody připadlo na červen, říjen a září.

Klimatologický normál je průměr za dlouhou dobu měření, zpravidla za třicet let. A proč právě za toto období? Podle Světové meteorologické organizace (WMO) je to rozumně dlouhá perioda, aby se eliminovaly krátkodobé výkyvy počasí.

Jinými slovy je to už dost dlouhá doba, aby se ukázalo, kolem jakých hodnot se teplota, srážky nebo další meteorologicky sledované veličiny v tom kterém období pohybovaly.

Rozdíly mezi jednotlivými roky můžou být obrovské: třeba v únoru u nás může být teplota od minimálních -42,2 stupně (11. února 1929 v Litvínovicích u Českých Budějovic) až po maximálních 22,0 stupňů Celsia; takovou hodnotu ukázal teploměr 27. 2. 1994 v Českém Krumlově.

Pro studium klimatu různých míst je třeba, aby se klimatologické normály vztahovaly ke stejnému období. Dříve WMO doporučovala počítat standardní klimatologické normály z třicetiletí 1901-1930, 1931-1960, 1961-1990 a tak dále. Když to tak udělaly všechny země, daly se dobře srovnávat údaje z celého světa.

Od roku 2015 WMO doporučuje počítat normály vždy za nejnovější třicetiletí (1971-2000, 1981-2010, …) Příčina je jednoduchá: Pamětníci vědí, že i mezi třicetiletými obdobími na stejném místě můžou být velké rozdíly.

tags: #referenční #klimatický #rok #definice

Oblíbené příspěvky:

• Odpadové poplatky v Dolních Břežanech
• Občanská ekologická hnutí
• Dolní Třešňovec
• Tipy na oběd v přírodě na Moravě
• Analýza ekologických faktorů