Stavíme energeticky úsporný dům (III)

Definice a stavebně-energetická koncepce nízkoenergetického domu

V tomto dílu seriálu se soustředíme na koncepci řešení z hlediska stavebně-energetického, což je jistě jedním z nejdůležitějších, nicméně nikoliv jediným prvkem celkového řešení budovy, kterou chceme nazvat nízkoenergetickou. I když se bude následující text věnovat především novostavbám domů pro bydlení, lze jej přiměřeně vztáhnout i na obnovu stávajících budov a na budovy pro jiné účely.

Problém definic

Nízkoenergetickým domem můžeme v souladu s obvyklými definicemi nazvat budovu, která má potřebu tepla na vytápění výrazně nižší než je obvyklé v daném místě (regionu, zemi) a v čase. Názory na absolutní hodnotu potřeby tepla na vytápění se tedy v čase vyvíjejí, odvozeny od aktuálních předpisů. V posledních létech se většinou za nízkoenergetickou budovu považuje taková, jejíž měrná potřeba tepla na vytápění je menší než 50 kWh/(m²rok). Vztažnou plochou je podlahová plocha vytápěné části budovy. Další zajímavou hranicí na energetické stupnici je pasivní dům (méně než 15 kWh/(m²rok). Je pochopitelně možné jít níže a definovat nulový dům (dům s nulovou potřebou tepla nebo hodnotou blízkou nule), energeticky nezávislý dům (bez napojení na obvyklé vnější energetické zdroje), případně domy s energetickým přebytkem (celkově generují více energie, než samy v ročním cyklu potřebují). V odborné literatuře dále můžeme najít označení energeticky úsporný dům (méně než 75 kWh/(m²rok)).

Obr. 1 - Potřeba tepla na vytápění v závislosti na geometrických parametrech budovy
podle současných legislativních požadavků (červeně) a oblast nízkoenergetické výstavby (modře)
A [m²] - povrch budovy, V [m³] - objem budovy

Za nejlepší dostupné řešení (best available technology, BAT, tedy nejlepší řešení, které se vyskytuje na trhu v nejvyspělejších zemích) se může v současné době považovat úroveň pasivního domu. V posledních několika letech bylo ve vyspělých evropských zemích postaveno několik tisíc bytových jednotek v tomto standardu - viz např. www.cepheus.de.

Problém uživatele

Až na zanedbatelné výjimky experimentů se dům nestaví proto, aby byl nízkoenergetický, pasivní apod. Má především plnit své funkce, tj. vytvářet kvalitní vnitřní prostředí pro své uživatele atd. Nízká energetická náročnost je jen jednou z jeho vlastností. Pokud se uživatel rozhodne pro dům se zvláště nízkou potřebou tepla, měl by být dobře informován o vhodných způsobech užívání, přesněji řečeno o důsledcích jiného způsobu užívání, než předpokládal projekt, i o možnostech pozdějších zásahů. Vždyť shodným modelem automobilu také někdo ujede 100 km se spotřebou 6, jiný 9 litrů benzinu!

Problém výpočetních metod

Výpočty potřeby tepla na vytápění vycházejí z modelu energetické bilance podle ČSN EN 832 [1] (obr. 2), který je základem obvyklých počítačových programů. Nejistoty výpočtu energetické bilance, tedy předpověditelná odlišnost skutečně naměřených hodnot na realizované budově od hodnot vypočtených, jsou z několika důvodů dost značné. S klesající nominální potřebou tepla relativně rostou až do několika desítek procent této hodnoty. Tato skutečnost poněkud relativizuje smysl "závodů" o co nejnižší počet kWh, slibovaných v projektovém řešení.

Obr. 2 - Energetická bilance podle ČSN EN 832

Koncepční řešení

Výsledné energetické vlastnosti budovy lze zpravidla nejlépe ovlivnit při vytváření celkové koncepce v přípravné fázi projektu, zejména dobrou koordinací s koncepcí nosné funkce, vytápění a osvětlení budovy. Energetické vlastnosti budovy ovlivní následující skutečnosti - ovšem v odlišné míře podle konkrétního projektu - zejména:

Pasivní domy

Pasivní domy jsou, jak již bylo řečeno, budovy s roční potřebou tepla na vytápění nepřesahující 15 kWh/(m².rok). (Pozor při přepočtu informací ze zahraničních podkladů - je třeba zkontrolovat, jakým způsobem byly uvažovány podlahové plochy vytápěné části budovy - jako netto podlahové plochy nebo včetně ploch obvodových stěn - energetická vztažná plocha. Už tím může vzniknout cca 20 % rozdíl!)

Takto nízkou energetickou potřebu budovy lze krýt bez použití tradiční otopné soustavy - postačí systém nuceného větrání obsahující účinné zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu (rekuperaci) a malé zařízení pro dohřev vzduchu v období velmi nízkých venkovních teplot. Dále musí být zajištěno dosažení návrhových teplot vnitřního vzduchu po provozní přestávce v přiměřené (a v projektové dokumentaci uvedené) době. Současně nemá u těchto budov celkové množství primární energie spojené s provozem budovy (vytápění, ohřev teplé užitkové vody a elektrická energie pro spotřebiče) překračovat hodnotu 120 kWh/(m².rok) [2]. Primární energií se myslí energie, která musí být někde, i vně budovy, uvolněna, aby byla pokryta potřeba tepla. Projeví se zde účinnost přeměny a distribuce energie i využití obnovitelných zdrojů energie.

Konkrétní řešení by mělo co nejlépe a detailně respektovat místní podmínky a využívat co nejkompaktnějšího tvaru vytápěné části budovy. Vnitřní tepelné zisky od osob, spotřebičů a technologických zařízení se musí stanovit zvláště pečlivě, protože v energetické bilanci pasivního domu hrají mimořádně významnou roli. (Pozor na přecenění vlivu vnitřních zdrojů - v takto cílevědomě navrženém domě jistě předpokládáme domácí spotřebiče a osvětlení s nejvyšší účinností, a tedy malou produkcí tepla!)

• Doporučuje se, aby měrná tepelná ztráta budovy (podle ČSN EN 832) vztažená na 1 m² podlahové plochy vytápěné části budovy nepřekračovala 0,3 W/(m²K), bez ohledu na velikost očekávaných pasivních solárních zisků. V období nejnižších venkovních teplot je zpravidla nabídka solární energie velmi malá, i když ve výpočtech pracujících se zprůměrovanými hodnotami nebude žádný problém zřetelný.
  
  
• Hodnoty součinitelů prostupu tepla obvodových konstrukcí nemají překračovat hodnotu 0,15 W/(m²K). Tam, kde je to konstrukčně a bez výrazného navýšení ceny konstrukce možné, se doporučuje dosahovat hodnot nižších (například u střech je vhodné U ≤ 0,12 W/(m²K)). Okna mají mít výsledný součinitel prostupu tepla U ≤ 0,8 W/(m²K) při celkové energetické propustnosti slunečního záření g ≥ 0,5. Pokud je výjimečně součinitel prostupu tepla některé (jednotlivé) prosklené plochy mírně vyšší, musí být zvláště pečlivě eliminován rušivý vliv takové chladné plochy.
  
  
• Všechny obvodové konstrukce a jejich napojení mají být řešeny tak, aby byly minimalizovány tepelné mosty v nich a tepelné vazby mezi nimi, a to jak díky pečlivému projektovému řešení s podrobným zpracováním všech detailů, tak pečlivým prováděním a kontrolou provádění. Např. osazovací rám oken je možné zčásti překrýt pruhem tepelné izolace, v návaznosti na izolaci neprůsvitné části.
  
  
• Obvodové konstrukce musí být prakticky vzduchotěsné. Doporučuje se provést experimentální ověření celkové průvzdušnosti (viz ČSN EN 13829, popř. články Přesnost měření při použití kontrolního zařízení "Blower Door", Dům W - novostavba nízkoenergetického rodinného domu s dřevěnou konstrukcí
  
  
• Nucené větrání má mít celkovou účinnost zpětného získávání tepla alespoň 75 % a nízkou spotřebu elektrické energie na svůj provoz.
  
  
• Při přípravě a rozvodu teplé užitkové vody se má dosahovat nízkých tepelných ztrát.
  
  
• Použitím energeticky úsporných elektrických spotřebičů se má dosahovat vysoké účinnosti využití elektrické energie.
  
  
• Zimní zahrady, prosklené lodžie a jiné podobné prostory zpravidla nepřispívají k dalšímu zlepšení energetické bilance pasivního domu. Pokud jsou přesto (z jiných důvodů) navrženy, je třeba zajistit jejich dokonalé tepelné oddělení od vytápěného prostoru, dále zajistit jejich účinné větrání a stanovit vhodný způsob jejich užívání. Konstrukce oddělující vytápěnou zónu od těchto prostorů se zpravidla navrhují shodně s ostatními obvodovými konstrukcemi.

Nízkoenergetické domy

Budeme-li navrhovat budovu s potřebou tepla mezi 15 - 50 kWh/(m²rok), můžeme využít řady výše uvedených principů pro návrh pasivních domů, s tím, že podle konkrétních podmínek slevíme z přísnosti požadavku na hodnotu součinitele tepla u jednotlivých konstrukcí. V první řadě se to bude zřejmě týkat prosklených konstrukcí, kde se můžeme spokojit s U ≤ 1,2 - 1,4 W/(m²K), tedy vlastně okny zcela běžnými. Vodítkem pro neprůsvitné konstrukce mohou být hodnoty doporučené podle ČSN 73 0540:2 (2002) (tab.1).

Pro vytápění je vhodné použít identický systém nuceného větrání s účinným zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu. Pokud by ovšem pro přivedení dostatečného množství tepla teplovzdušným systémem bylo potřebné přepravovat více vzduchu, než je nezbytné z hlediska potřeby čerstvého vzduchu pro větrání, musí být energetický systém doplněn o další prvky. Příkladem mohou být obvyklá otopná tělesa nebo lokální topidlo s uzavřeným spalováním, které kryjí část tepelné ztráty budovy.

Energetické bilanční výpočty [1,3] zřetelně ukáží, jak významnou roli zde hraje zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu. Může se na příklad zjistit [4], že tentýž rodinný dům s potřebou tepla na vytápění okolo 37 kWh/(m²rok) se po odmítnutí nuceného větrání investorem přehoupne přes 50 kWh/(m²rok). Obráceně: Pokud jsme v předběžném návrhu budovy dosáhli hodnot okolo 50 kWh/(m²rok) bez uvažování instalace zpětného získávání tepla, bude právě zahrnutí odpovídajícího systému do řešení budovy vhodnějším krokem dalšího snížení energetické náročnosti (pokud je to požadováno), než úpravy obvodových konstrukcí.

Vliv kompaktnosti objektu je pochopitelně také značný. Jedna konkrétní studie tuto skutečnost dobře ilustrovala: Pro rodinný dům obvyklé velikosti a pro středně velký bytový dům, kde je poměr A/V přirozeně výrazně příznivější, bylo použito identického stavebního řešení obvodových konstrukcí i domovní techniky. U bytového domu byly hodnoty měrné potřeby tepla na vytápění přibližně o 1/3 nižší.

Závěrem

Nízkoenergetické stavění se v posledních létech postupně přesouvá z etapy experimentování do etapy standardizovaných řešení. Vodítkem se může kromě jiných publikací stát norma ČSN 73 0540:2 (2002) [2], která v rozsáhlé informativní příloze přináší i pokyny pro navrhování budov, včetně budov s cíleně nízkou potřebou tepla na vytápění.

Díky ověřování nových konstrukčních uspořádání i dříve nemyslitelných tlouštěk tepelných izolací v souvislosti s nízkoenergetickými domy může docházet k postupnému zpřísňování energetických požadavků i pro běžnou výstavbu.

Povšimněme si, že v požadavcích na nízkoenergetické a pasivní domy se nevyskytuje žádné kriterium, z kterého by a priori vyplývala nutnost využívání obnovitelných zdrojů energie pro účely vytápění. Na otázku, zda má být dávána přednost využití obnovitelných zdrojů energie nebo "obyčejnému" snižování potřeby tepla lepším stavebním řešením, lze ovšem odpovědět velmi snadno. Nejedná se o protichůdné pohledy, oboje se může dobře vzájemně doplňovat. Prioritu má zpravidla snížení potřeby tepla. Obnovitelné zdroje energie se využijí způsobem v konkrétní situaci nejvhodnějším.

Další díly seriálu jistě podrobněji proberou otázky konstrukčního uspořádání obvodových konstrukcí a volbu materiálů, eliminaci tepelných mostů či zajištění vysoké účinnosti větracího systému. V každém případě je ovšem vhodné neztrácet ze zřetele stanovený cíl a stále sledovat celkovou koncepci řešení, byť v úvodní fázi uvažovanou ve více variantách.

Literatura
1. ČSN EN 832 Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění - Obytné budovy, ČSNI 2000
2. ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky, ČSNI 2002
3. Software ENERGIE, autor: Zbyněk Svoboda
4. K metodám hodnocení stavebně-energetické koncepce budov a k podporám environmentálně šetrných řešení (I), autor: Jan Tywoniak
5. www.cepheus.de, www.passiv.de