MODERNÍ ENERGETICKY ÚSPORNÉ BUDOVY. Ing. Jiří Labudek, Ph.D. I Ing. Jiří Teslík Ing. Naďa Zdražilová I Ing. Jan Neuwirt

Transkript

1 MODERNÍ ENERGETICKY ÚSPORNÉ BUDOVY Ing. Jiří Labudek, Ph.D. I Ing. Jiří Teslík Ing. Naďa Zdražilová I Ing. Jan Neuwirt

2 PODĚKOVÁNÍ Realizační tým Moravskoslezského energetického klastru věnuje poděkování autorům informačního manuálu Moderní energeticky úsporné stavby. Odborná práce byla realizována za finančního přispění Evropské unie v rámci projektu CZ.1.07/2.4.00/ Partnerství v oblasti energetiky. 1

3 2

4 OBSAH PROBLEMATIKA PASIVNÍCH A NÍZKOENERGETICKÝCH DOMŮ 1. ÚVOD PROBLEMATIKA PASIVNÍCH A NÍZKOENERGETICKÝCH DOMŮ Historie pasivních a nízkoenergetických domů Rozdělení podle energetické náročnosti Základní principy Koncepce a dispoziční řešení Tepelná ochrana domu Izolace konstrukcí Okna a dveře pro pasivní domy Vytápění a větrání, zdroje energie Kvalitní vnitřní prostředí Neprůvzdušnost budovy Větrání s rekuperací Zdroje energie Alternativní zdroje energie Příklady pasivních staveb v praxi Rodinný dům Dětmarovice Bytový dům Administrativní budova Příklady staveb ze zahraničí MIKROKLIMA BUDOV 1. VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ BUDOV Původ agencií v obytném prostředí budov Tepelně vlhkostní mikroklima Produkce tepla a vodní páry v interiéru budov Optimální hodnoty veličin Optimalizace tepelně-vlhkostní složky mikroklimatu Světelné mikroklima Druhy osvětlení vnitřních prostor Akustické mikroklima Zdroje hluku v interiéru budov Účinky hluku na lidský organismus Mikrobiální mikroklima Zdroje mikroorganismů a jejich eliminace Odérové mikroklima Posuzování úrovně odérového mikroklimatu v budovách Toxické mikroklima Optimalizace toxického mikroklimatu Další složky mikroklimatu EKOLOGICKÉ MATERIÁLY PRO STAVBY 1. ÚVOD EKOLOGICKÉ MATERIÁLY PRO STAVBY Dřevo tradiční a ekologický konstrukční materiál Materiály použité pro konstrukci obvodových plášťů staveb Oplášťující deskové materiály na bázi dřeva Desky OSB Desky VELOX Desky Flexibuild Desky Fermacell Desky UdiSPEED Ekopanely Tepelné izolace Celulóza Dřevěná vlákna Sláma Ovčí vlna Konopí ZÁVĚR

5 4

6 PROBLEMATIKA PASIVNÍCH A NÍZKOENERGETICKÝCH DOMŮ Ing. Jan Neuwirt 1. ÚVOD Spotřeba energie trvale a exponenciálně roste a dle prognózy z roku 2007 lze očekávat v období 2005 až 2030 nárůst světové spotřeby energie až o 55 %. Další prognóza z téhož roku uvádí v zemích Evropské unie nárůst pouze o 30 % [1]. V následujících letech bude tedy energie stále žádanějším a dražším zbožím. Zcela nereálná je prognóza předpovídající snížení absolutní spotřeby energie, což je ověřená historická zkušenost. V současné době jsou největším spotřebitelem energie v Evropě právě budovy. Během svého ročního provozu vytápění, klimatizování, větrání, úpravy vzduchu, přípravy teplé vody či osvětlení spotřebují až 40% celkové energetické spotřeby evropského společenství. Segment budov výrazně expanduje, což bude mít v budoucnu za následek zvýšení energetické spotřeby EU jako celku. Snižování energetické náročnosti je cíl, který si Evropské společenství dalo již na počátku tohoto tisíciletí. V návaznosti na tento cíl byla v květnu 2010 schválena směrnice o energetické náročnosti budov tzv. EPBD II. V souvislosti s aktuálním zněním Evropské směrnice o energetické náročnosti budov je nutné do roku 2020 projektovat budovy s výrazně nižší energetickou spotřebou. Podle strategie Evropské unie by to do roku 2020 mělo přinést významné snížení emisí skleníkových plynů, zvýšení využité energie z obnovitelných zdrojů za celkového snížení spotřeby energie budov až o 20 %. V současnosti je tedy nutné přijímat opatření s cílem zvýšit počet budov, které nejenže splňují současné minimální požadavky na energetickou náročnost, ale jsou i energeticky účinnější, čímž dojde ke snížení spotřeby energie i emisí oxidu uhličitého [2]. Evropským trendem se tedy stávají nízkoenergetické či pasivní stavby s výhledovým cílem výstavby všech nových budov od roku 2020 jako tzv. budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Pasivní dům má tak nízkou tepelnou ztrátu, že není nutná instalace běžného systému vytápění. Solární tepelné zisky, vnitřní zdroje tepla včetně osob vytopí celý dům po většinu standartního roku. Pasivní dům ročně spotřebuje maximálně 15kWh/m 2 vytápěné plochy. Budovou s téměř nulovou spotřebou energie" se rozumí budova, jejíž energetická náročnost je velmi nízká a blíží se nule, tzn. 0 5 kwh/m 2 vytápěné plochy za rok. Tepelné zisky domu by se tedy měly rovnat tepelným ztrátám. Tyto budovy se stávají výzvou moderního stavebnictví v nejbližší budoucnosti. V poslední době je v České republice zvýšený zájem o výstavbu pasivních domů. Je to dáno především neustálým zvyšováním cen energií, ekologickým smyšlením, ale také propagací, vysvětlováním principů a výhod energeticky pasivních domů. 2. PROBLEMATIKA PASIVNÍCH A NÍZKOENERGETICKÝCH DOMŮ 2.1. Historie pasivních a nízkoenergetických domů Tepelná ztráta pasivního domu je tak nízká, že nepotřebujete běžný systém vytápění. Vnější tepelné zisky od slunce a vnitřní tepelné zisky od lidí a elektrických spotřebičů Vám pohodlně vytopí celý dům po většinu roku. Koncepce pasivního domu byla nastíněna již v roce 1988 v diskuzi mezi profesorem Bo Adamsonem z Lund University (Švédsko) a Wolfgangem Feistem z Institut für Wohnen und Umwelt (Německo) [20]. V jednom výzkumném projektu nazvaném Pasivní domy a financovaném spolkovou zemí Hesensko byly definovány technické základy, díky kterým byl v říjnu 1990 položen základní kámen prvního pasivního domu. Jednalo se o řadový dům se čtyřmi bytovými jednotkami v darmstadtské městské čtvrti Kranichstein. Tento první pasivní dům je obýván již od roku 1991 a průměrné hodnoty spotřeby tepla na vytápění se během 15 let užívání domu pohybují kolem 10 kwh / (m²a). Jsou tedy o 90% nižší než u běžných novostaveb [20]. V roce 1997 byly realizovány v rámci sociální bytové výstavby první komplexy pasivních bytových domů ve Wiesbadenu a u Kolína. Tyto projekty zaznamenaly velký úspěch a v následujících letech se energeticky pasivní domy rychle rozvíjely především v Rakousku, Německu a Švýcarsku. Od výstavby prvních experimentálních domů byly postaveny již tisíce pasivních staveb po celém světě. Převážně v německy mluvících zemí a Skandinávii, ale také v severní Americe. V České republice byl první pasivní dům postaven v roce 2004 a do roku 2012 jich byly uvedeny do provozu stovky. V roce 2008 byl postaven zatím největší soubor pasivních staveb, a to třináct pasivních domů v obci Koberovy u Turnova [20]. 5

7 Obr. 1. Jeden z prvních energeticky pasivních domů - Darmstad [21] Rozdělení podle energetické náročnosti Česká norma dělí budovy podle měrné potřeby tepla na vytápění na nízkoenergetické a pasivní. Hraniční hodnotou pro pasivní dům je 15 kwh/(m 2.rok) a pro nízkoenergetický dům je v České republice 50 kwh/(m 2.rok). V současné době se můžeme setkat také s pojmem nulový dům (dům s nulovou potřebou energie). Těchto parametrů však většinou není dosaženo pomocí výrazného zlepšení tepelné izolace, ale např. navýšením plochy fotavoltaických panelů. Za nulové domy jsou považovány stavby s potřebu tepla menší než 5 kwh/(m 2.a). domy běžné v letech domy postavené většinou bez tepelných izolací, zastaralá otopná soustava, zdroj tepla na fosilní paliva; větrání pouze pomocí otevřených oken, přetápí se současná novostavba vytápění pomocí plynového kotle o vysokém výkonu, větrání pouze pomocí otevřených oken, konstrukce na úrovni požadavků normy Tab. 1. Rozdělení staveb podle energetické bilance [20]. nízkoenergetický dům pasivní dům nulový dům charakteristika otopná soustava o nižním výkonu, využití obnovitelných zdrojů energie, zateplené konstrukce, řízené větrání domy s masivní tepelnou izolací řízené větrání s rekuperací tepla, velmi těsné konstrukce parametry min. na úrovni pasivního domu, velká plocha fotavoltaických panelů potřeba tepla na vytápění [kwh/(m 2 a)] většinou nad méně než 50 méně než 15 méně než Základní principy V porovnání se standartními novostavbami mohou mít pasivní domy až o 90% nižší potřebu energie na vytápění při zajištění kvalitního vnitřního prostředí jak v letním tak zimním období. Jak lze toho dosáhnout? Koncepce pasivního domu je celkem jednoduchá bez složitých detailů a technicky náročných zařízení, které zbytečně stavbu prodražují. Základním požadavkem je nepustit téměř žádné teplo ven a co nejefektivněji využít tepelné zisky z vnitřních zdrojů tepla (osoby, elektrické spotřebiče) a slunečního záření procházejícího okny. Díky kvalitní izolaci a dalším prvkům pasivního domu tyto zisky neutíkají ven a po většinu roku nám zajišťují příjemnou teplotu v místnostech a malé tepelné ztráty lze pokrýt téměř jakýmkoliv zařízením a klasický otopný systém lze zmenšit na minimum. Pasivní dům má mnoho výhod: nízké provozní náklady na vytápění, úspora až 90 % nákladů oproti běžným stavbám energie ze slunce a elektrických spotřebičů Vám po značnou část topné sezóny vytopí dům vysoký komfort bydlení - stálý přívod čerstvého vzduchu do objektu, rekuperace tepla z odpadního vzduchu 6

8 zdravé bydlení - příjemné teploty v zimním i letním období, vyšší komfort života, zdravé vnitřní prostředí rychlý návrat investice vyšší cena nemovitosti na trhu Aby dům splnil podmínky pasivního standardu, je potřeba již při návrhu domu optimalizovat veškeré prvky jako jsou tvar a velikost budovy, orientace vzhledem ke světovým stranám, konstrukční řešení, vnitřní dispozice, velikost a umístění oken, návrh větrání a vytápění, které rozhodují o budoucí spotřebě domu. Nedodržení základních zásad může lehce zmařit snahu o dosažení pasivního standardu a sebelepší technologie nesprávnou koncepci nenahradí. Kvalitní projekt včetně vyřešení všech konstrukčních detailů zjednoduší ocenění zakázky a také se eliminují zbytečné prostoje a kompromisy na stavbě. Pokud se pasivní dům navrhne kvalitně, nemusí být dražší než běžné stavby. Cenu stavby daleko více ovlivňují prostorové nároky investora a nároky na vnitřní vybavení (zařizovací předměty, typy použitých povrchových úprav), než to zda bude dům v pasivním standardu. Pokud snížíme energetickou náročnost budovy na minimum, automaticky se nám sníží požadavky na výkon zdroje tepla a otopnou soustavu a další technologie. Z tohoto pohledu pasivní domy jsou jednodušší stavby bez spousty drahé technologie Koncepce a dispoziční řešení Minimální spotřebu tepla na vytápění u pasivních staveb nezajišťuje pouze silnější tepelná izolace, kvalitní okna a nucené větrání s rekuperací tepla, ale také faktory, které u běžných staveb nemají tak velký vliv a při návrhu stavby se s nimi vůbec neuvažuje. Konečnou energetickou bilanci budovy nám ovlivňuje: klimatická oblast hory, stíněné údolí nám zhoršují energetickou bilanci vnitřní dispozice - vnitřní dispozice s ohledem na vytápěný a nevytápěný prostor i orientaci ke světovým stranám, velikost prosklených ploch a jejich orientace ke světovým stranám, zajištění prosklených ploch proti přehřívání v letním období způsob větrání budovy zdroj tepla, příp. vhodná kombinace zdrojů, volba energeticky úsporných elektrických spotřebičů v domácnosti skutečný způsob užívání budovy tepelně izolační vlastnosti všech obvodových konstrukcí celá obálka budovy musí být dokonale izolována a přesná tloušťka tepelných izolací se určí výpočtem, běžně se tloušťka tepelné izolace obvodových stěn pohybuje kolem 300 mm a u konstrukcí střechy až 500 mm Un, Součinitel prostupu tepla [W/(m 2 K)] do doporučené hodnoty 2011 doporučená pro pasivní domy 2011 okno (svislé) 3,7 2,28 2,35 1,8 1,7 1,7 1,5 1,2 0,8-0,6 podlaha (na zemině) Un, Součinitel prostupu tepla [W/(m 2 K)] vnější stěna (těžká) střecha (0-45 ) 2,1 1,09 1,09 0,6 0,6 0,6 0,6 0,45 0,30 0,22-0,15 do doporučené hodnoty 2011 doporučená pro pasivní domy ,45 1,45 0,89 0,46 0,38 0,38 0,38 0,3 0,25 0,18-0,12 1,25 0,93 0,5 0,32 0,24 0,24 0,24 0,24 0,16 0,18-0,12 Tab. 2. Vývoj nároků norem na kvalitu tepelně-technických požadavků 7

9 volba pozemku vhodná orientace budovy na pozemku je velmi důležitá a v ideálním případě by měl stát dům na nestíněném pozemku, delší fasádou orientovanou k jihu Obr. 2. Osazení stavby na pozemek vzhledem ke světovým stranám [23]. tvarové řešení budovy výsledný tvar objektu nám ze značené míry ovlivňuje energetickou bilanci a cenu budovy. Členité stavby mají velké ochlazované plochy a mnoho složitých detailů komplikují realizaci a prodražují stavbu. Pokud to lze, je vhodné se vyvarovat různým vystupujícím konstrukcím a zachovat tvarovou kompaktnost stavby. Pokud realizujeme více samostatně stojících objektů (rodinné domy), je vhodné tyto stavby sdružovat do větších objemů (například řadové domy nebo bytová zástavba), které jsou pro pasivní domy vhodnější. Obr. 3. Vliv tvaru budovy na potřebu tepla na vytápění [23]. Již v první koncepci návrhu domu je potřeba dodržet všeobecné zásady pro návrh pasivních domů a kvalitní projektant by měl zvládnout různá řešení návrhu pasivního domu. Ideálně navržený dům by měl splňovat několik důležitých zásad: kompaktní, málo členitý tvar největší plochu oken orientovanou na jih eventuálně na jihovýchod nebo jihozápad, nejmenší plochu oken orientovanou na sever solární zisky nestíněné okolní zástavbu, pergolou nebo vzrostlou zelení 8

10 stínění proti přehřívání interiéru v letním období vnitřní dispozici vzhledem ke světovým stranám kvalitní izolační obálku nucené větrání s rekuperací tepla Jaký typ konstrukce domu je nejvhodnější? Masivní konstrukce nebo dřevostavba? Každý typ konstrukce má své výhody a nevýhody a nelze jednoznačně říct, který materiál je vhodnější. Nicméně pasivní domy lze realizovat jak masivní stavby (plné pálené cihly, vápenopískové bloky, beton či plynosilikátové tvárnice) nebo jako dřevostavby (montované nebo prefabrikované). Pro každý typ stavby (administrativní budovy, bytové domy, rodinné domy) se vždy hodí jiný konstrukční systém a projektant by měl vždy brát v úvahu užitné vlastnosti stavby Tepelná ochrana domu Jedna z nejdůležitějších součástí pasivního domu je použití masivní tepelné izolace ve všech obvodových konstrukcích a použití kvalitních oken. Tyto konstrukce snižují tepelné ztráty domu na minimum a přinášejí řadu další výhod Izolace konstrukcí Na hodnoty pasivního domu se bez kvalitní masivní izolace nelze prakticky dostat a díky použití masivní tepelné izolaci lze zredukovat tloušťku nosných obvodových stěn pod 250 mm a tím snížit cenu stavby. Výhody kvalitního zateplení domu: Snížení tepelných ztrát na minimum V zimním období nám dům chrání před tepelnými ztrátami a v letním období nám dům chrání před přehříváním Zvýšení vnitřní povrchové teploty a snížení rizika vzniku plísní Redukce tloušťky obvodové nosné konstrukce Eliminace klasických tepelných mostů Chrání konstrukci před atmosférickými vlivy Tepelných izolací je v dnešní době na trhu celá řada a je potřeba vždy volit vhodnou podle konstrukčního systému domu. Expandovaný pěnový polystyren EPS Expandovaný polystyren patří ve stavebnictví pro své výborné izolační vlastnosti mezi významné tepelně izolační materiály a v současné době mezi nejrozšířenější tepelné izolanty. Ve stavebnictví se podle druhu užití používají tyto základní varianty: Z (základní) použití v podlahách S (stabilizovaný) použití ve střechách F (fasádní) použití na kontaktní zateplovací systémy ETICS Perimetr použití na izolace soklu, nízká nasákavost Extrudovaný polystyren XPS Vzniká extruzí (vytlačováním) taveniny krystalového polystyrenu za současného sycení vypěňovadlem, které po uvolnění tlaku umožní na konci vytlačovacího zařízení napěnění materiálu. Je to deskový materiál s minimální nasákavostí a velkou pevností. Používá se zejména pro tepelné izolace v přímém styku s vlhkostí (spodní stavba, inverzní ploché střechy), nebo izolace s vysokým zatížením (průmyslové podlahy, parkoviště, střešní terasy apod.). Minerální vlna MW Minerální vlna je po pěnovém polystyrenu druhým nejrozšířenějším izolantem v českém stavebnictví a vyrábí se tavením hornin (čedič nebo křemen a další přísady). Využívá se ve všech částech stavby jako tepelná nebo zvuková izolace. Velkou výhodou je odolnost proti vysokým teplotám a proto se používá v protipožárních konstrukcích stavby. 9

11 Pěnový polyuretan Pěnový polyuretan se ve stavebnictví používá nejčastěji ve formě tvrdé polyuretanové pěny. Využívá se na střechy a podlahové topení ve formě desek, ke kterým je připevněna nejčastěji hliníková folie, nebo se nástřikem aplikuje na stěny a ploché střechy. Pěnové sklo Pěnové sklo se vyrábí ze speciálního aluminio-silikátového skla. Po vychlazení je sklo rozemleto na velmi jemný prášek a tento skleněný prach je při mletí smíchán s uhlíkovým prachem. Při stavbě pasivních domů se především využívá k přerušení tepelného mostu v patě obvodového zdiva nebo na drti z pěnového skla se zakládají celé stavby. Vakuová izolace Vakuová izolace patří mezi špičkové izolační materiály. U nás se používá zřídka zejména kvůli vysoké ceně, lze jí ale využít k vyřešení některých komplikovaných konstrukčních detailů a k eliminaci tepelných mostů. Dodává se ve formě panelů obalených v ochranné vrstvě. Celulóza Je ekologická tepelná a akustická celulózová izolace, která se vyrábí recyklací novinového papíru drcením a promícháním s dalšími přísadami zaručujícími potřebnou odolnost proti ohni, hnilobě, plísni, hmyzu i hlodavcům. Používá se pro izolování vnitřních i vnějších konstrukcí, střech a krovů, půd, obvodových stěn a příček, stropů a podlah, vnějších fasád. Sláma Sláma v podobě slaměných balíků se v poslední době mezi ekologicky smýšlejícími lidmi využívá na stavbu rodinných domů stále častěji. Používá se v kombinaci s dalšími ekologickými přírodními materiály, jako jsou hliněné omítky a nepálené cihly. materiál součinitel tepelné vodivosti λ Δ [W/(m.K)] cihelné bloky - děrované expandovaný polystyren EPS extrudovaný polystyren XPS pěnový polyuretan PUR minerální vlna 0,094 0,031-0,040 0,029 0,038 0,024 0,028 0,030 0,042 materiál pěnové sklo pěnové sklo štěrk vakuová izolace celulóza sláma součinitel tepelné vodivosti λ Δ [W/(m.K)] 0,040 0,050 0,075 0,090 0,008 0,037-0,042 0,050-0,060 Tab. 3. Porovnání tepelné vodivosti jednotlivých izolačních materiálů Okna a dveře pro pasivní domy Okna a dveře jsou součástí tepelné obálky budovy, které mají zabezpečit nejen dostatečné prosvětlení jednotlivých místností a využití solárních zisků, ale také zajistit, aby okny neunikalo teplo. Energie ze Slunce, která se dostává do místností pomocí prosklených ploch, snižuje spotřebu tepla na vytápění. U běžných staveb s vysokou energetickou náročností je tento podíl solárních zisků zanedbatelný, u pasivních staveb je však tento podíl významný a tvoří více než třetinu energie potřebné na vytápění domu. Dřevo, plast nebo dřevohliník? Jako u tepelných izolací existuje dnes na trhu v České republice spousta výrobců kvalitních oken pro pasivní domy. Konečné rozhodnutí je tedy pouze na investorovi, jaký typ materiálu preferuje a jaké jsou jeho finanční možnosti. V následující tabulce najdete několik vlastností, které mohou hrát důležitou roli při výběru oken a dveří. 10

12 Plastová okna Dřevěná okna Dřevohliníková okna + VÝHODY nižší cena nenáročné na údržbu odolné při nešetrném používání reprezentativnější vzhled dlouhá životnost při správné údžbě ekologický materiál - NEVÝHODY s exteriéru odolný proti povětrnostním vlivům odolnost proti mechanickému poškození kombinace výhod hliníkových a dřevěných oken nevhodné pro historické objekty vyšší cena nejdražší okna neekologický materiál energetický náročná recyklace nutná pravidelná údržba nižší pevnost Tab. 4. Porovnání vlastností nejběžnějších oken Co je důležité při správné volbě okna? kvalitní izolovaný rám okna a kvalitní volba zasklení dostatečná hodnota propustnosti slunečního záření možnost stínění proti nadměrnému přehřívání v létě vysoká těsnost oken v napojení na ostění a nadpraží řádné utěsnění má vliv nejen pro zamezení tepelných ztrát, ale také pro správné fungování nuceného větrání s rekuperací tepla správné osazení okna do konstrukce a utěsnění při montáži vliv zabudování okna do obvodové konstrukce má velký vliv na výsledné tepelně technické vlastnosti okna a jeho funkci Špatně Správně U W,eff = 1,19 W/(m 2.K) E A = 20,6 kwh/(m 2.a) U W,eff = 0,78 W/(m 2.K) E A = 14,7 kwh/(m 2.a) Obr. 4 Vliv osazení okna na součinitel prostupu tepla. Tepelný most při nevhodném osazení může posunout potřebu tepla na vytápění až o 50 % [23]. 11

13 2.6. Vytápění a větrání, zdroje energie Kvalitní vnitřní prostředí Teplota, vlhkost, mikroby, prašnost, vůně a zápachy, toxické plyny, to jsou všechno faktory, které nám ovlivňují kvalitu vnitřního prostředí. Asi každý zažil ten pocit, kdy je v uzavřené místnosti nedá už vydržet. Většinou to bývá kvůli vydýchanému vzduchu, suchému vzduchu nebo pachům. Máme pocit, že usínáme. O kvalitní vnitřní prostředí v pasivním domě se nám stará systém nuceného větrání s rekuperací tepla. Bez tohoto systému nelze pasivní dům postavit Neprůvzdušnost budovy Dokonalé utěsnění domu a realizace vzduchotěsné obálky je jedním ze základních faktorů pro správné fungování pasivního domu. Pokud není správně provedena vzduchotěsná obálka, teplo uniká netěsnostmi v konstrukci, spárami a snižuje se účinnost větracího systému. Celkovou neprůvzdušnost budovy stanovuje norma jako hodnotu n 50 h -1 celkové intenzity výměny vzduchu při tlakovém rozdílů vnitřního a vnějšího prostředí 50 Pa. Hodnota n 50 se stanovuje měřením a nazývá se Blower Door test. Obr. 5 Zkušební zařízení pro Blower Door test [22] Větrání s rekuperací Systém rekuperace (zpětné získávání) tepla z odpadního vzduchu si neklade za cíl pouze snížení energetické náročnosti budovy, ale také vytváří zdravé vnitřní prostředí pro život uživatelů těchto domů. Čerstvý vzduch proudící do budovy prochází filtrem, který zachytává částice prachu a pylu. Díky tomuto systému filtrace vzduchu se budovy s nuceným větráním a rekuperací stávají ideálním řešením pro lidi trpící alergiemi a nemocemi dýchacího ústrojí a zejména také pro životy obyvatel území se zvýšenou koncentrací škodlivých látek v ovzduší. Obr. 6. Princip rekuperace tepla [24]. Obr. 7. Ukázka systéme vytápění pasivního rodinného domu s akumulačním zásobníkem tepla IZT [25]. 12

14 Zdroje energie Velkou výhodou pasivních domů je to, že májí velmi nízkou potřebu tepla na vytápění (tepelné ztráty běžných pasivních rodinných domů se pohybují v rozmezí 2-4 kw) a tím pádem může být zdrojem tepla v podstatě cokoliv. U pasivních domů můžeme využít více zdrojů energie a jejich kombinace. Elektrická energie elektrická energie se u pasivních domů nejčastěji využívá v podobě přímotopných konvektorů a z investičního hlediska se jedná o jeden z nejlevnějších systémů. Elektrickou energii, lze také využít prostřednictvím elektrického kotle, pomocí kterého se ohřívá topné médium (voda). Tepelné čerpadlo tepelné čerpadlo je potřeba zvolit s takovým výkonem, aby nebylo zbytečně předimenzované, nicméně i v dnešní době se dělají tepelná čerpadla s topným výkonem okolo 3kW a lze je efektivně využívat pro vytápění a ohřev TV v pasivních domech. Plynový kotel - není jako zdroj energie ideální pro pasivní domy jelikož je potřeba vybudovat plynovou přípojku a minimální výkon i kvalitního regulovaného kotle je vyšší než tepelná ztráta domu. Provozní účinnost kotle se snižuje, protože se podstatnou část provozní doby nalézá ve stavu startu a ne v ustáleném provozním stavu. Kotle na BIOMASU - zemědělské odpady, lesnické odpady, rychle rostoucí dřeviny, dřevní peletky. Krbová kamna nebo krby na dřevo lze využít nejen pro navození příjemné atmosféry v domě, ale také díky teplovodnímu výměníku lze energii z těchto zdrojů ukládat v akumulační nádrži a dále jí využívat při vytápění domu Alternativní zdroje energie Chceme-li snížit naší závislost na dodávkách energií, jejichž cena neustále roste a v budoucnu tomu nebude jinak, nesmíme zapomenout na obnovitelné zdroje, které nám snižují finanční zatížení domácnosti: Solární systémy - v solární technice přichází veškerá využitelná energie ze Slunce. Množství sluneční energie, která každoročně dopadne na povrch Země je 5000 krát větší, než veškerá potřeba světové energie, proto se vyplácí podle možností hledat, jak vyřešit alespoň část našich energetických problémů s použitím této nadměrné nabídky. Sluneční energii lze použít pro účely výroby tepla (fototermika) nebo pro výrobu elektrické energie (fotovoltaika). U tepelných solárních soustav pak pro ohřev teplé užitkové vody (dále jen TUV), přitápění objektů a ohřevu bazénové vody. Vyrábět elektřinu lze pro účely vlastní spotřeby v místech, kde není rozvodná síť, nebo ji za účelem zisku prodávat distributorům elektrické energie. Ohřev teplé užitkové vody až do výše 70% roční spotřeby Ohřev bazénu až do výše 100% roční spotřeby Podpora vytápění až do výše 30% roční spotřeby 2.7. Příklady pasivních staveb v praxi Rodinný dům Dětmarovice Energeticky pasivní rodinné domy ATREA dřevostavba Dřevostavba v energeticky pasivním standardu splňuje nejvyšší možné nároky na ekologii v oblasti stavebnictví. Důraz na ochranu životního prostředí je kladen již při realizaci těchto staveb tzv. šedou energii (tj. energie potřebná na získání materiálu, jeho dopravu a montáž). Nemalým příspěvkem k ochraně životního prostředí je filozofie konstrukčně - technického řešení domu. Toto řešení je založeno na velmi malé energetické náročnosti budovy na její provoz, kterou umožňuje masivní zateplení obvodového pláště, systém rekuperace tepla z odpadního vzduchu a upřednostnění zisku dodatečné spotřeby energie z obnovitelných zdrojů. Při výstavbě dřevostaveb je 10krát menší spotřeba vody než u zděné stavby. V produkci skleníkového plynu CO 2 mají dřevostavby dokonce pasivní bilanci (stromy při svém růstu navážou do své hmoty více CO 2 než se spotřebuje na jejich opracování, dopravu a zabudování do staveb). 13

15 Obr. 8. Energeticky pasivní rodinný dům Dětmarovice Bytový dům Energeticky pasivní bytová vila Pod Altánem v Praze Strašnicích (zdroj: Akad. arch. Aleš Brotánek) Vila Pod Altánem je bytový dům se šesti byty ve třech nadzemních podlažích s garážemi, sklepy a technologickou místností v suterénu. Vila svým konceptem a architekturou navazuje na prvorepublikovou tradici městských bytových vil se zahradou. Objekt je energeticky pasivní, což znamená, že měrná potřeba tepla na vytápění nepřesáhne 15kWh/m 2 /rok dle PHPP. Aby bylo možno splnit základní kritéria zadání, byl projekt od začátku prověřován modelem pro navrhování pasivních domů PHPP, který má mnohem přísnější kritéria hodnocení než ČSN, ale umožňuje optimalizaci projektu. Výsledkem je, že projekt splňuje kritéria pro energeticky pasivní bytový dům jak dle ČSN, tak dle PHPP. Zúčastnění: JRD s.r.o. Developer, Jan Řežáb ředitel, majitel, Jindřich Kindl - vedoucí projektu AB ateliér architektonický návrh, dokumentace pro ÚR a SP, koordinace real. PD abrotanek@volny.cz Aleš Brotánek, Jan Praisler Obr. 9. Energeticky pasivní bytová vila Pod Altánem Administrativní budova Pasivní administrativní budova OTAZNÍK - Administrativní budova a školicí středisko energetických úspor Pro činnost společnosti INTOZA s.r.o. se vedení firmy rozhodlo postavit administrativní budovu. Tato budova slouží nejen jako firemní sídlo, ale také k pořádání seminářů, školení a propagaci stávajících a nových technologií v oblasti energetických úspor. Administrativní budova a její prostory jsou využívány nejen jako kancelářské místnosti, ale především jako školicí středisko energetických úspor. Již samotná budova slouží jako školící pomůcka na které si návštěvníci mohou prohlédnout nejmodernější technologie používané při výstavbě nízkoenergetických a pasivních staveb. 14

16 Umístění stavby: Termín dokončení: Typ budovy: Druh stavby: Konstrukce: Parametry budovy: Ostrava - Hulváky červen 2011 (délka výstavby 10 měsíců) administrativní budova, školicí středisko novostavba ŽB montovaný skelet, obvodové zdivo z vápeno-pískových bloků Základní rozměry objektu (1.NP): 16,24 x 23,74 m Podlahová plocha: celkem 1267,7 m 2 Kapacita budovy: stálí zaměstnanci 55 osob Kapacita přednáškového sálu: až 50 osob Aby objekt splnil kritéria pasivního domu, je opatřen silným tepelným štítem a prosklené plochy v tomto plášti jsou minimalizovány. Otvíravá okna jsou tedy navržena spíše z psychologického hlediska. Veškeré výplně v plášti budovy jsou navrženy s konstrukčním řešením pro pasivní stavby tj. zasklení kvalitním trojsklem a profilem pro pasivní domy. Před přílišným tepelným ziskem ze slunečního svitu v létě a pro omezení nočních tepelných ztrát v zimě jsou okna opatřena účinným venkovním stíněním s regulací. Detaily provedení stavební části jsou řešeny tak, aby v plášti budovy byly eliminovány veškeré tepelné mosty, způsobující úniky tepelné energie. Při vytápění objektu je počítáno s veškerými zisky tepla z pobytu osob a z kancelářské techniky. Bilance spotřeby tepla ke krytí ztrát, hlavně v zimním období v noci, je doplněna teplovodním vytápěním. Dále jsou tepelné ztráty minimalizovány nuceným větráním s velmi účinnou rekuperací v nejmodernějších větracích a rekuperačních jednotkách. Teplo pro ohřev vody do hygienického zařízení je v letním období získáváno ze slunečních kolektorů a ukládáno do zásobníku. Chlad v letním období je získáván z reverzního tepelného čerpadla a ukládán do zásobníku chladu a využíván ve větracích jednotkách. V zimním období je z tohoto tepelného čerpadla získáváno teplo pro teplovodní vytápění. Řízení vnitřního prostředí budovy z hlediska optimálního stavu a stability kvality je automatizováno řídicím systémem s nejmodernějšími prvky a flexibilním programem. Obr. 10. Pasivní administrativní budova INTOZA, s.r.o. Spotřeba energie KWh Finanční náklady Kč Vytápění objektu spotřeba TČ a pomocné elektrospirály kwh ,- Kč Chlazení objektu spotřeba TČ kwh 5 581,- Kč Ohřev TV spotřeba TČ, elektrospirály kwh 7 822,- Kč Spotřeba energie na osvětlení objektu kwh ,- Kč Spotřeba elektrické energie na spotřebiče (PC, tiskárny, ledničky, oběhová čerpadla, ventilátory) kwh ,- Kč Celkový odběr elektrické energie z distribuční sítě kwh ,- Kč Vyrobená elektrická energie z fotovoltaických panelů Vyrobená energie ze solárních kolektorů a podporu ohřevu TV kwh kwh Tab. 5. Provozní náklady administrativní budovy - rok

17 Příklady staveb ze zahraničí Obr. 11. Energeticky pasivní školka Wels - Rakousko Obr. 12. Energeticky pasivní dům pro seniory Wels - Rakousko Obr. 13. Energeticky pasivní základní škola Wels - Rakousko Ing. Jan Neuwirt, INTOZA s.r.o., Nemocniční 2902/13, Ostrava, tel.: (+420) , jan.neuwirt@intoza.cz 16

18 MIKROKLIMA BUDOV Ing. Naďa Zdražilová 1. VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ BUDOV Vnitřní prostředí budov, nazývané také jako interní mikroklima, je takovým prostředím, které je člověkem záměrně vytvářeno a ovlivňováno tak, aby jeho pobyt v uzavřených prostorách objektů byl pokud možno příjemný a neovlivňoval či přímo neohrožoval jeho zdraví. V souvislosti s faktem, že člověk tráví až 80 % svého života uvnitř budov, je velmi důležité dbát na vytváření takových prostor, ve kterých bude vládnout takzvaná pohoda prostředí. To je stav, kdy většina osob užívajících tento prostor je s prostředím spokojena a nejeví snahu o to jej měnit. Je však zřejmé, že v mnoha případech se jedná o poměrně subjektivní hodnocení, neboť vnímaní a citlivost každého jedince se může výrazně lišit a to i v závislosti na jeho momentálním fyzickém stavu či psychickém rozpoložení, věku, pohlaví a prováděné činnosti. Látky působící na člověka ve vnitřním prostoru jsou obecně označovány jako agencie. Ty mohou být dvojího charakteru a to hmotnostního a energetického. Podrobněji jsou jednotlivé látky a jejich původ uvedeny v následujícím grafu. Graf. 1 Složky vnitřního mikroklimatu budov a jejich podíly [12]. Na základě řady konkrétních měření a průzkumů bylo zjištěno, kterými složkami vnitřního mikroklimatu jsou lidé při pobytu v interiéru budov nejvíce ovlivňováni. Výsledky těchto analýz jsou zřejmé z uvedeného procentuálního podílu jednotlivých faktorů Původ agencií v obytném prostředí budov Cest, kterými je vnitřní prostředí budov znečišťováno či jinak znehodnocováno je mnoho. Jedná se zejména o ovlivňování podněty přicházejícími z exteriéru, konkrétně tedy například o pronikání venkovního ovzduší a hluku vznikajícího v bezprostředním okolí budovy do jejího interiéru. Dále se jedná o samotné konstrukční řešení objektu a o volbu materiálů použitých k jejich výstavbě. Z těch se mohou nejrůznější škodliviny uvolňovat, stejně jako ze zařizovacích předmětů. V neposlední řadě pak hraje svou roli samotná přítomnost člověka v interiéru budovy a činnosti, které zde vykonává například vaření, užívání kosmetických a čisticích prostředků. Ostatně už jen tím, že člověk dýchá a produkuje teplo, je vnitřní mikroklima do jisté míry ovlivňováno. Cíleně je pak stav vnitřního prostředí regulován pomocí technických zařízení budov, konkrétně vytápěním, chlazením, případně výměnou vzduchu. 17

19 Obr. 14 Faktory ovlivňující vnitřní prostředí budov [13]. Na základě znalosti těchto ovlivňujících faktorů vyplývá zřejmá potřeba jejich eliminace, a to zejména u moderních budov nízkoenergetického či pasivního standardu. V důsledku neustálého nárůstu cen energií a tudíž snahy o minimalizaci tepelných ztrát objektů je omezováno přirozené větrání okny, čímž dochází ke kumulaci škodlivin ve vnitřním ovzduší. Ty se navíc oproti dřívějším dobám, díky stále četnějšímu používání chemických látek, zejména právě pro výrobu stavebních materiálů a zařizovacích předmětů, vyskytují v uzavřeném prostoru ve zvýšené koncentraci. Ač je lidský organismus vybaven jistou schopností přizpůsobit se změnám podmínek, je neustále vystaven značné zátěži, neboť je zjevné, že rychlost změny obytného prostředí přesahuje schopnost adaptability lidského organismu. Důsledkem pro člověka, jehož genotyp byl vytvářen v prostředí blízkém venkovnímu, je pak zvýšený výskyt nemocí dýchacích cest, alergií, astmatu či kožních chorob. Dále se tedy budeme zabývat jednotlivými složkami interního mikroklimatu a způsoby eliminace jejich škodlivých účinků Tepelně vlhkostní mikroklima Jedná se o nejvýznamnější složku interního mikroklimatu, neboť jeho charakter je určující jak z hlediska zdraví (fyziologických procesů) a spokojenosti osob obývajících dané prostory, tak s ohledem na životnost stavebních materiálů a v důsledku celých budov Produkce tepla a vodní páry v interiéru budov Zdrojem tepla a vodní páry, pomineme-li jejich záměrnou produkci pomocí vytápěcích či klimatizačních soustav, je zejména člověk a jeho každodenní činnosti. Zaměříme-li se na člověka jakožto na teplokrevného tvora, který pomocí termoregulačních metabolických procesů organismu (omezení průtoku krve do okrajových částí těla-končetiny, nos, uši ) udržuje stálou vnitřní teplotu, pak je zřejmé, že veškerou energii, kterou nespotřebuje svou fyzickou aktivitou, je nucen předat svému okolí. Veškeré předávání tepla se děje prostřednictvím povrchu pokožky a dýchacími cestami ve formě citelného tepla (přenos tepelné energie) a latentního tepla (přenos hmoty vodní pára). Je-li okolní prostředí příliš teplé nebo naopak studené, tělesná teplota v důsledku toho stoupne či klesne. Ve chvíli, kdy množství tepla odebírané organismu je rovno jeho produkci, nastává stav tepelné rovnováhy nebo též tepelné pohody. Tento ukazatel je z hlediska subjektivního hodnocení teploty okolního prostředí klíčovým a je ovlivněn veličinami, jež jsou patrné z následujícího obrázku. (Viz. Obr. 15) 18

20 Obr. 15 Tepelná bilance organismu [12]. Tepelnou rovnováhu lidského organismu lze vyjádřit pomocí rovnice: M - W = C + R + E + E res + C res [W] Kde: M je energetický výdej [W], W mechanická práce [W], C tepelný tok konvekcí (prouděním) [W], R tepelný tok radiací (sáláním) [W], E výdej tepla difuzí vodní páry pokožkou a odpařováním potu [W], E res + C res výdej tepla dýcháním [W]. Metabolismus člověka může být vyjádřen jako tepelný výkon průměrného jedince, měrný tepelný výkon vztažený na jednotku plochy těla či jednotkou vytvořenou pro studium tepelné pohody met (1 met = 58,2 W/m 2 ), kde pro průměrnou plochu povrchu těla 1,72 m 2 tato odpovídá hodnotě 100 W. Činnost Energetický výdej W W/m 2 met Spánek ,7 Odpočinek, ležení na posteli ,8 Sezení, odpočívání ,0 Stání, práce vsedě ,2 Velmi lehká práce (nakupování, vaření) ,6 Lehká práce (domácí práce, práce s přístroji) ,0 Středně těžká práce (tanec) ,0 Těžká práce (tenis) ,0 Velmi těžká práce (squash, práce v hutích) ,0 Tab. 6 Energetický výdej člověka při různých činnostech [15]. Dalším velmi důležitým faktorem, ovlivňujícím odvádění tepla z lidského organismu do jeho okolí je oděv. Za účelem studia tepelné pohody je zavedena jednotka clo, kde hodnota 1 clo odpovídá izolační hmotě s tepelným odporem R = 0,155 m 2 K/W, pro představu se jedná o hodnotu pánského obleku s bavlněným spodním prádlem. Obdobným způsobem jako množství tepla pak lze vyjádřit i množství vodních par produkovaných člověkem, při jednotlivých činnostech vykonávaných v souvislosti s každodenním užíváním bytů a domů. Tyto okolnosti je nutno zahrnout do výpočtu tepelných ztrát a tepelné zátěže při návrhu klimatizace či teplovzdušného vytápění. 19