Vývoj koncepce energetických a ekologických systémů budov

Úvod
Energetické a ekologické systémy budov dodávají potřebné energie a média pro zajištění požadovaných parametrů vnitřního prostředí a technologické účely. Požadavky na funkci těchto systémů se v podstatě nemění - vytápění zajišťuje tepelnou pohodu v zimním období, zásobování teplou užitkovou vodou musí dopravit potřebné množství o požadované teplotě do jednotlivých odběrních míst atd. - mění se však podmínky, za kterých pracují a vlivy, které je nutno zohlednit při jejich návrhu. Je to dáno především radikálním vývojem v oblasti tepelně-izolačních vlastností obvodových konstrukcí budov a zohledňováním nových vlivů jako je radonové nebezpečí, ochrana proti legionelóze, důraz na minimalizaci spotřeby energie. Tyto faktory , které jsou vstupními údaji pro navrhování jednotlivých systémů, nabývají vzájemně různého významu a mohou zcela změnit pohled na optimální řešení energetického systému budovy. V případě úzce zaměřeného pohledu na řešení dílčích subsystémů . Hledání optimálního řešení vede k novým přístupům ve volbě koncepce, dimenzování i provozování takových budov. Období, kdy jednotlivé systémy budov byly navrhovány víceméně bez ohledu na ostatní, je v současné moderní výstavbě překonáno a hledají se řešení, kde se jednotlivé systémy mezi sebou doplňují a vytvářejí tak jeden harmonický systém, zajišťující co nejkvalitnější vnitřní prostředí při minimální spotřebě energie a ekologické zátěži vnějšího prostředí. Tento požadavek začíná být v současnosti realizovatelný i díky dramatickému pokroku v oblasti regulace a ovládání. Tato řešení vedou k tak zvaným inteligentním budovám, které umožňují citlivě reagovat na požadavky uživatelů i klimatické změny. Velmi důležitým faktorem v navrhování energetických a ekologických systémů je interakce těchto systémů s vlastní budovou, která svou konstrukcí, umístěním a provozním režimem určuje požadavky na časové a prostorové rozložení výkonu daného energetického a ekologického systému.

Vytápění
V oblasti vytápění budov se jedná především o trvalý trend zlepšování tepelně-technických vlastností obvodových konstrukcí (neprůhledných částí i oken), optimalizaci množství větracího vzduchu, kterým se minimalizuje vliv klimatu na vnitřní prostředí a budova tak svou konstrukcí tvoří stále kvalitnější bariéru mezi vnějším a vnitřním prostředím z hlediska úniku tepla. Na druhou stranu se zvyšuje technologická zátěž vnitřního prostředí způsobená především spotřební elektronikou, osvětlením a výpočetní technikou. U staveb, navrhovaných tradičně především s ohledem na zimní období, které bývalo v našich klimatických podmínkách vždy rozhodující, navíc zůstává tepelná zátěž slunečním zářením a tak dochází k velmi paradoxním situacím. Trvalá tepelná zátěž vnitřními zdroji pokrývá v dobře zaizolovaných stavbách velkou část tepelné ztráty a skutečně potřebný výkon tradičního vytápěcího zařízení klesá na minimum. Příkladem může být porovnání tepelné ztráty a vnitřního tepelného zisku místnosti o objemu 72 m³ s jednou ochlazovanou stěnou o délce 6 m s pásovým oknem při venkovní výpočtové teplotě -12 °C a vnitřní teplotě +20 °C , ve které je umístěna jedna počítačová sestava o příkonu 400 W. Hodnoty uvedené v tabulce (tab.1) a grafu (graf 1) jsou vypočteny za ustáleného stavu pro různé úrovně zateplení budov, kdy v případě řešení obvodového pláště budovy na úrovni nízkoenergetických budov a využití zpětného získávání tepla při řízeném větrání se tepelná ztráta prakticky rovná tepelné zátěži. Dalším důsledkem zlepšení izolačních vlastností obvodových konstrukcí je zvýšení povrchové teploty, které je obzvlášť patrné u oken. Omezuje se tak účinek chladných stěn na výsledný stav vnitřního prostředí s všemi z toho vyplývajícími důsledky.
Vytápění moderních budov s nízkou potřebou energie je proto nutno řešit ve vazbě na stavební konstrukci tak, aby to byly budovy nejen s nízkou potřebou ale i spotřebou energie. Zajímavé v těchto budovách je využití akumulačních schopností, kdy díky malé potřebě tepla má i běžná konstrukce velký vliv na celkovou tepelnou bilanci a jsou známé experimenty objektů s nulovou potřebou tepelné energie. Vytápěcí zařízení takových budov musí být schopno pracovat s podstatně menším, nejlépe plynule regulovatelným výkonem a mělo by dokázat v celém rozsahu pružně reagovat na tepelné zisky.

tabulka 1 Porovnání vybraných parametrů budovy z hlediska snížení potřeby energie

Větrání a klimatizace
V oblasti větrání a klimatizace budov lze v odborné veřejnosti v poslední době pozorovat dva protichůdné směry. Klasické řešení je postaveno na tradičním, "vzduchařském" přístupu - tzn. vytvoření trasy přívodu a odvodu vzduchu umělými, přesně definovanými potrubními sítěmi, úprava parametrů vzduchu je řešena klasickou sestavou vzduchotechniky s chladícím a ohřívacím agregátem a příslušnými prvky. Takto řešená zařízení zajišťují při dodržení zásad správného návrhu spolehlivě požadované parametry vnitřního prostředí.
Moderní způsoby řešení hledají to optimální nejen v rámci technických možností navrhovaného subsystému (např. vzduchotechniky), ale umožňují zasáhnout i do stavby a využít stavební konstrukce budovy ve prospěch splnění požadované funkce daného systému nebo stavební konstrukci změnit tak, aby budovu nebylo nutno chladit. Příkladem mohou být stále častěji se objevující zprávy o velkých administrativních budovách s přirozenou klimatizací, aktivních fasádách, chlazených stropech a dalších prvcích. V těchto objektech se mnohdy marně hledají tradiční systémy vzduchotechniky, neboť spoluprací architekta, specialisty na stavební konstrukce a specialisty na vnitřní prostředí se hledají a nacházejí způsoby, jak zajistit požadované vnitřní prostředí při minimální potřebě a spotřebě energie a současně při minimálních nákladech. Příklady řešení integrovaných systémů, kde dvojitá fasáda přejímá část funkce zařízení vzduchotechniky jsou uvedeny na obrázcích 1,2.

obrázek 1 Princip vazby energetické fasády typu I na systém VZT

obrázek 2 Princip vazby energetické fasády typu II na systém VZT