Energeticky pasivní dům Rychnov u Jablonce (I)

Když jsem se v květnu 2001 poprvé setkal s ideou realizace budoucího experimentálního domu v Koberovech (realizováno v září 2001), netušil jsem, co tento objekt pro budoucnost znamená. Nijak jsem si to neuvědomoval ani koncem června 2001, kdy jsem na chalupě pod hradem Sovincem dokončoval, v rámci tříčlenného týmu, výrobní a prováděcí dokumentaci stavební části pro tento NED. Stále jsem nechápal, čím a jak vlastně bude tento objekt temperován - to, že se bude jednat o první ucelený systém teplovzdušného cirkulačního vytápění v ČR, jsme se dozvěděli až s několikaměsíčním zpožděním. Při návrhu takového, u montovaných staveb v ČR konstrukčně zatím nepřekonaného stavebního systému, jsem se poprvé setkal s koncepcemi vhodnými už pro energeticky pasivní domy. V zahraničí mnoho realizací nebylo, "hnutí" bylo v počátcích. U nás se touto oblastí zabývalo několik málo nadšenců. Současný zájem o NED (popř. EPD) se v té době nedal předpokládat. Nyní jsme ale bohužel svědky stavu, kdy se na vlně zájmu o EPD snaží zviditelnit firmy nebo jednotlivci, kteří o těchto principech zatím mnoho neví. Nechtěně mohou uškodit - pouze ale z nedostatku informací a z neznalosti. Když jsem se v roce 2001 poprvé setkal s ideou energeticky pasivního domu, nepředpokládal jsem, že bych v blízké budoucnosti byl při přípravě takového objektu - i NED Koberovy jsem považoval pouze za vlaštovku, která bude muset na svůj čas ještě počkat. V rychlé rozšíření výstavby energeticky pasivních domů v ČR jsem ani neuvažoval, chybělo povědomí. Že ale v takovém objektu parametrů EPD - navíc ne-li prvním, tak jeden z prvních v ČR - budu bydlet, to jsem netušil ani v těch nejtajnějších myšlenkách. Snad i tento článek přispěje k lepší informovanosti, potřebné pro bezproblémové realizace.

Vnitřní klima energeticky pasivního domu - úvahy, zkušenosti, modely

Obr.1 - Molliérův h-x diagram

Tepelná ztráta prostupem u EPD (běžné velikosti 140 m² podl. plochy) je ze současného pohledu minimální, není neobvyklé když je nižší než 2 kW. Další zvyšování tloušťky tepelných izolací už razantní snížení nepřinese. Je nutné se zabývat i dalšími energiemi, jejichž spotřebu je nutné omezit. Jednou z možností, v současnosti hojně využívanou, je snížení tepelné ztráty větráním. V každém objektu je nutné vyměnit vnitřní vzduch, který je zatížen produkcí z dýchání (CO₂), vlhkostí a pachy. Pokud jej bez užitku odvedeme ven z domu, musíme přiváděný vzduch ohřát na vnitřní interiérovou teplotu. K tomu potřebujeme energii. Pokud stavebně zajistíme dokonalou vzduchotěsnost objektu, můžeme mít pomocí tech. zařízení přiváděný a odváděný vzduch pod kontrolou. Bez systému nuceného větrání (nejlépe s rekuperací = znovuzískáváním odpadního tepla) se již v EPD neobejdeme. Díky minimálnímu požadavku na temperování EPD je možné zrušit topnou soustavu tak, jak je chápána v realizaci jiných domů a vše (i temperování) zajistit v rámci vzduchotechnického systému. Trvalé větrání má ale i své problémy. Při návrhu systému pro vytápění a větrání EPD Rychnov jsme největší problém přisoudili vnitřní relativní vlhkosti interiéru. Už v roce 2002 se v zahraničních pramenech při popisování nízkých nákladů na vytápění občas objevovaly informace (spíše ale pod čarou), že v těchto EPD je koncem "topného" období (přelom února-března) velice nízká interiérová vlhkost - i pod 20%! Podobnou zkušenost jsme zjistili i u našich prvních realizací cirkulačního teplovzdušného vytápění s větráním z přelomu let 2002/2003. V té době jsme v souladu se zahraničními požadavky na větrání nastavovali systémy na trvalé větrání cca 80 - 120 m³/h, s nárazovým zvýšením výkonu až na 160m³/h (pro komfortní odvětrání koupelen a WC popř. kuchyně při provozu). Průměrná intenzita výměny vzduchu tak byla cca 0,3 h^-1 (tj, že za cca 3 hod. bylo do objektu řízeně přivedeno a zároveň odvedeno množství vzduchu, které se rovná obestavěnému prostoru objektu). Relativní vlhkost interiéru se pohybovala i kolem cca 28 - 35%. V grafu na obr. č. 1 je velmi zjednodušeně naznačeno vysvětlení tohoto stavu. Běžná relativní vlhkost vzduchu v zimním období je venkovní relativní vlhkost (při T_e= -5°C) 70%. To odpovídá měrné vlhkosti 1,8 g/kgs.v (skutečný obsah vody ve vzduchu). Pokud ohřejeme vzduch z teploty -5°C na 20°C, tak relativní vlhkost tohoto vzduchu klesne na cca 12% (viz svislá čára v levé části grafu). Pokud by jsme (pro zjednodušení) neměli v interiéru žádný zdroj vlhkosti (také bez absorbce vlhkosti z konstrukcí), pak při větrání intenzitou n = 0,3 h^-1 bychom za 1h snížili vnitřní relativní vlhkost z 50% na cca 37%. Tento zjednodušený model ale platí také pro místnosti, kde není dostatečný zdroj vlhkosti - např. ložnice bez květin, popř. dětský pokoj! Pokud není dostatečná produkce vlhkosti v interiéru celého domu a po určité době je vyčerpána i vlhkost přirozeně obsažená v konstrukcích a vybavení, pak nastává problém "globální". Ukazují to i nedávno získané zkušenosti z již realizovaného EPD.

V roce 2002 byl v v Korutanech realizován EPD dle návrhu arch. Erwina Kalteneggera. Investor a uživatel domu je specialista v oblasti kovových konstrukcí a fasádních systémů. Objekt je proto realizován pomocí nosného ocelového skeletu, který je oplášťován pomocí plošných desek na bázi dřeva a vyplněn tepelnou izolací. Jedná se tedy o lehkou stavbu bez výrazné vnitřní akumulace - stejně jako v případě lehké stavby EPD Rychnov. Dle informací, které získal náš kolega Ing. arch. Eugen Nagy v roce 2005, investor uvádí, že díky rovnotlakému větracímu systému (bez cirkulace - dopl. autory článku), který je neustále v provozu, dochází ke snižování vnitřní relativní vlhkosti. Kritický stav nastává koncem února, kdy je již z objektu odvedena i vlhkost obsažená v povrchových vrstvách stěn a nábytku. Díky tomuto vysoušení (vhodné při větrání bazénu, nikoliv ale domu) se relativní vlhkost interiéru blíží až k hodnotě 20 %! Nízká relativní vlhkost je patrná i na trhlinách nábytku z masivního dřeva. V létě jsou široké max. 1 mm, vlivem přesoušení jsou ke konci topného období několikanásobně širší.

Rovnotlaké větrací jednotky vzhledem k hygienickým požadavkům přivádějí do objektu reálně 90 - 250 m³/h větracího vzduchu, který by bylo možné využít pro temperování = max. topný výkon od 0,9 - 2,5 kW (za předpokladu, že je přiváděný vzduch ohříván na max. teplotu 50°C (při vyšších teplotách dochází k rozpadu prachu ve vzduchu na drobnější částice). Větší topný výkon ale objekt potřebuje při nižších venkovních teplotách a v době, kdy objekt není obsazen (chybí zisky z činnosti osob). Má-li objekt při výpočtové venkovní teplotě -18°C teplenou ztrátu cca 2 kW, pak při běžné zimní teplotě - 5°C je tato ztráta cca 1,3 kW. Při použití rovnotlaké větrací soustavy je nutné do objektu neustále přivádět 130 m³/h a ohřívat jej na cca 50°C. Když se tato hodnota porovná s obestaveným prostorem objektu (např. 400 m³), pak je výměna vzduchu na intenzitě n = 0,3. Bez pobytu osob ale není vnitřní produkce vlhkosti. A jsme na začátku příspěvku - možná nízká interiérová vlhkost.

Díky objektu NED Koberovy v roce 2001 byl představen jiný způsob větrání a cirkulačního teplovzdušného vytápění. Na obr. 2 je funkční schéma tohoto systému. Proti větracímu rovnotlakému systému byla přidána zpětná vnitřní větev pod označením C1 (cirkulace).

Obr.č.2 - schéma teplovzdušného cirkulačního vytápění s nárazovým větráním vč. rekuperace odpadního tepla

LEGENDA: c2 - přívod topného a větracího vzduchu do obytných místností i1 - odsávání vzduchu z koupelen a WC (odpadní vzduch) i2 - výfuk - odvod odpadního vzduchu z objektu e1 - sání venkovního vzduchu - přívod čerstvého vzduchu do objektu c1 - okruh vnitřní cirkulace vzduchu v objektu

Srdcem systému je teplovzdušná cirkulační jednotka, patentované konstrukce, ve spojení se zdrojem tepla. Dokáže pracovat v několika režimech podle volby uživatele, na základě externích impulsů, dle čidel kvality, nebo vlhkosti vzduchu. Díky této koncepci jsme dokázali teplovzdušně temperovat téměř všechny rodinné domy potencionálních investorů až do tepelné ztráty prostupem cca 8 kW! Dvouzónová cirkulační a větrací jednotka dokáže vnitřním primárním okruhem po objektu nuceně rozvádět topný vzduchu reálně cca 300 - 1500 m³/h (dle typu jednotky a požadavků domu), rozvést další zisky např. od krbu atd. Je možné temperovat objekt bez ohledu na požadavek větrání. Tento požadavek zajišťuje sekundární, dokonale oddělený, větrací okruh, který zajišťuje větrání stejné kvality, jako rovnotlaká jednotka, navíc pouze v době, kdy je to skutečně potřeba. Cirkulační okruh navíc celý dům propojuje do jednoho celku. Uživatelé pak mají k dispozici kapacitu vzduchu celého objektu - sedí v obývacím pokoji, ale "dýchají a užívají" i vzduch z ložnice, která v té chvíli není obsazena. Čerstvý vzduch, který je možné přivádět nárazově v časových intervalech, je distribuován primárním cirkulačním okruhem spolu s topným vzduchem rovnoměrně do celého objektu. Při nepřítomnosti osob je dokonce možné větrání vypnout a temperování zajistit pouhou vnitřní cirkulací. Celkové množství přiváděného čerstvého vzduchu za pobytové období tak je nižší, než při použití pouze rovnotlakého větracího systému.

Vraťme se ale k našim zkušenostem a k realizacím cirkulačního teplovzdušného vytápění v roce 2003. V té době jsme na základě zahraničních podkladů nastavovali trvalé větrání intenzitou výměny cca 0,3. Setkali jsme se stejným problémem - sucho v interiéru. Nechtěli jsme jít cestou integrace zvlhčovačů do VZT jednotek popř. instalaci samostatných zvlhčovacích zařízení - problémy s dezinfekcí a možností kontaminace přiváděného vzduchu bakteriemi + podmiňovat realizaci jednoho systému dalším zařízením. Také použití masivních příček nebo omítek z hlíny nebylo v našich končinách moc rozšířené, proti běžnému provedení (hlavně u dřevostaveb) ze sádrokartonu by navíc řešení bylo investičně nákladnější. V našich realizacích cirkulačního teplovzdušného vytápění ale uživatelé "nezávisle na sobě" na řešení přišli. Trvalé větrání vypínali, využívali pouze funkce nárazového větrání vyššího výkonu při využívání soc. příslušenství. Průměrná intenzita výměny vzduchu v tomto režimu byla cca 0,12 - 0,18 n^-1, spokojenost přesto vzrostla! (pozn. - na celkovou intenzitu výměny vzduchu má velký vliv infiltrace - pokud by při BLOWERDOOR testu byla naměřena hodnota při 50 Pa vyšší než cca 1,5 h^-1, pak i při sebelepším systému VZT může interiérová vlhkost klesat pod požadované hodnoty - právě díky nadměrné výměně, kdy se sčítá větrání a infiltrace!)

Na základě těchto poznatků byl vypracován počátkem roku 2004 teoretický matematický model, který podrobně rozebírá četnost používání soc. zařízení domů, četnost a využívání objektu uživateli, výdej vlhkosti do interiéru (při vaření, koupání osob, mytí podlah, zalévání květin, sušení prádla atd.) včetně možnosti využití této vlhkosti. I když některé prameny udávají, že průměrná rodina vyprodukuje až 14 l vody/den, uvažovali jsme s hodnotou kolem 7,5 l/den. Poměrně výrazná část je ale okamžitě odváděna z domu pryč (odtah z koupelen). Pro výpočty jsme proto uvažovali se započítatelným množstvím cca 5,3 l/den. Díky tomu, že jednotky v topném období nebyly provozovány v režimu s trvalým větráním (sekundární větrací okruh byl spínán pouze externím signálem při využívání soc. zařízení a kuchyně) a byl puštěn trvale pouze cirkulační (primární okruh), byl do standardní regulace přidán časový spínač. Ten v nočních hodinách simuluje četnost užívání soc. zařízení a automaticky spíná nárazové větrání. Uživatelé sice spí, ale o pravidelný "přísun čerstvého vzduchu" je postaráno. Díky tomuto zásahu se průměrná intenzita výměny vzduchu pohybuje kolem 0,15 h^-1. V druhé části matematického modelu jsme posuzovali právě vnitřní relativní vlhkost. I tyto poznatky měly vliv na doplnění regulace o další automatické funkce. (pozn. až budou k dispozici levná, přesná a kvalitní čidla CO₂ a vlhkosti, bude vše možné řídit přesně bez případných výkyvů - jednotky jsou na tuto možnost připraveny).

Stejný systém cirkulačního teplovzdušného vytápění a větrání byl použit i v realizaci EPD Rychnov u Jablonce nad Nisou.