STAVEBNÍ KONSTRUKCE ENERGETICKY NEZÁVISLÉHO DOMU

Transkript

1 STAVEBNÍ KONSTRUKCE ENERGETICKY NEZÁVISLÉHO DOMU Jan Růžička, atelier KUBUS, Fakulta stavební ČVUT v Praze, jan.ruzicka@fsv.cvut.cz Aqua-therm, , Praha a r c h i t e k t o n i c k á d í l n a atelier KUBUS člen Centra pasivního domu

2 KONCEPT PASIVNÍHO DOMU A TEPELNĚ TECHNICKÁ KVALITA OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ 2

3 POŽADAVKY NA PASIVNÍ DŮM Základní vlastnosti: Jednotka Passivhausinstitut Darmstadt, CPD TNI Měrná potřeba tepla na vytápění kwh/(m2a) Celková potřeba primární energie kwh/(m2a) 120* 60** Celková průvzdušnost n50 h-1 0,6 0,6 *) pro veškerou provozní energii z neobnovitelných zdrojů **) pro energii z neobnovitelných zdrojů na vytápění, větrání, přípravu TV a technické systémy budovy 3

4 TEPELNĚ TECHNICKÁ KVALITA OBALOVÝCH KONSTRUKCÍ Požadavky na součinitel prostupu tepla U [W/m 2 K] ČSN revize Popis konstrukce požadované U N,20 [W/(m 2 K)] doporučené doporučené pro NE/PAS budovy Obvodová stěna 0,30 těžké: 0,25 (0,38 1) ) lehké: 0,20 0,18 0,12 Šikmá střecha > 45 0,30 0,20 0,18 0,12 Střecha < 45 0,24 0,16 0,15 0,10 Strop nad venkovním prostorem 0,24 0,16 0,15 0,10 Strop pod nevytápěnou půdou 0,30 0,20 0,15 0,10 Výplně otvorů 1,5 (1,7) 1,2 0,8 0,6 Podlaha na zemině 0,45 0,30 0,22 0,15 etc. lehká stěna: m 100 kg/m 2 1) pro jednovrstvé zdivo se do připouští hodnota 0,38 W/m2K 4

5 SVISLÉ NOSNÉ KONSTRUKCE A OBVODOVÉ STĚNY 5

6 MATERIÁLOVÉ A TECHNOLOGICKÉ ŘEŠENÍ??? 6

7 JEDNOVRSTVÉ X SENDVIČOVÉ ZDIVO??? optimalizace tvaru, výrobních směsí, atd. optimalizace tepelné vazby ve styčných a ložných spárách 7

8 JEDNOVRSTVÉ X SENDVIČOVÉ ZDIVO??? ideál X realita 8

9 JEDNOVRSTVÉ X SENDVIČOVÉ ZDIVO??? 9

10 VÝPLNĚ OKENNÍCH OTVORŮ 10

11 VÝPLNĚ OTVORŮ PRO NE/PAS DOMY - kvalita rámů a kvalita zasklení (U [W/m2K] pro tepelně technickou bilanci budovy nutno stanovit U pro každé okno samostatně z parametrů jednotlivých komponentů (rám zasklení rámeček) - technické řešení připojovací spáry u okenního rámu - konstrukční návrh připojovací spáry - kvalita provedení 11

12 [kwh/(m2.a)] Maximální tepelná ztráta budovy [kw Porovnání provedení připojovací spáry oken na tepelnou bilanci OSAZENÍ VÝPLNĚ A ENERGETICKÁ BILANCE Měrná potřeba tepla na vytápění ea 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 3,994 3,632 3,711 39,8 3,563 34,0 35,3 32,9 8 8 (Ψ = 0,138) 8 (Ψ = 0,0 4 6 ) 8 (Ψ = -0,0 0 2 ) Výpočtové modely 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 měrnápotřeba tepla n. v. ea [kwh/(m2.a)] max. tep. ztráta budovy [kw] měrná ztráta větráním měrná ztráta prostupem přes NP tepel. mosty měrná ztráta větráním měrná ztráta prostupem přes NP tepel. mosty měrná ztráta větráním měrná ztráta prostupem přes NP tepel. mosty okno 1 okno 1 okno 2 ustálená propustnost zeminou ST3 ST2 ST1 S3 S2.4 S1.4 S2.3 S1.3 S2.2 S1.2 okno 1 okno 2 okno 3 okno 4 okno 5 okno 6 okno 7 okno 8 okno 9 okno 10 okno 11 okno 12 okno 13 okno 14 ustálená propustnost zeminou ST3 ST2 ST1 S3 S2.4 S1.4 S2.3 S1.3 S2.2 S1.2 okno 2 okno 3 ustálená propustnost zeminou okno 4 okno 5 okno 6 okno 7 ST3 okno 8 ST2 okno 9 okno 10 ST1 okno 11 S3 okno 12 S2.4 okno 13 okno 14 S1.1 S2.1 S1.4 S2.3 S1.3 S2.2 S1.2 okno 3 okno 4 okno 5 okno 6 okno 7 okno 8 okno 9 okno 10 okno 11 okno 12 okno 13 okno 14 S1.1 S2.1 Zdroj: Tywoniak J.: Nízkoenergetické domy I. S1.1 S2.1 12

13 STŘEŠNÍ PLÁŠTĚ SPECIFIKA PRO PASIVNÍ DOMY 13

14 PLOCHÉ STŘECHY - návrh skladby s ohledem na tepelně technické požadavky (U, difúze a kondenzace vodní páry) nutno navrhovat dostatečně bezpečná řešení (zejména u dřevostaveb a nosných kcí střechy na bázi dřeva) jednoplášťové nevětrané střechy??? jednoplášťové střechy s obraceným pořadím vrstev jednoplášťové střechy s kombinovaných pořadím vrstev (DUO) dvouplášťové střechy s provětrávanou dutinou problematika návrhu tloušťky větrané dutiny a její funkce 14

15 KONSTRUKČNÍ DETAILY NOSNÉ KCE ŠIKMÉ STŘECHY - specifické detaily u prostupu nosných prvků parotěsnými a vzduchotěsnými vrstvami, zejména kleštiny z důvodu eliminování prostupů se osazují jednostranně 15

16 KONSTRUKČNÍ DETAILY NOSNÉ KCE ŠIKMÉ STŘECHY - velké tloušťky tepelných izolací nutno osadit nad nebo pod nosné prvky střechy systémy nadkrokevních izolací z tuhých desek 16

17 ZÁKLADY A SPODNÍ STAVBA 17

18 KONSTRUKČNÍ PRUNCIPY plošné základy - základové pasy tepelná vazba u paty stěny!!! - základová deska tepelná izolace z drti z pěnového skla - zakládání na patkách nutno řešit prostor pod podlahou 1. NP hlubinné základy - zakládání pomocí mikropilotek 18

19 MATERIÁLOVĚ TECHNOLOGICKÉ ŘEŠENÍ A ENVIRONMENTÁLNÍ KVALITA STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ 19

20 concrete concrete concrete steel steel steel ceramic blocks ceramic blocks ceramic blocks foamed concrete foamed concrete foamed concrete timber structures timber structures timber structures gypsum board gypsum board gypsum board mineral fibres mineral fibres mineral fibres polystyrene polystyrene polystyrene unburned brick unburned brick unburned brick rammed earth rammed earth rammed earth embodied energy [MJ/kg] embodied CO2 [gco2/kg] embodied SO2 [gso2/kg] ENVIRONMENTÁLNÍ KVALITA STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ environmentální parametry: svázaná spotřeba energie svázané emise CO 2, ekv. svázané emise SO 2, ekv. hmotnost materiálů , ,46 0 E [MJ/kg] CO 2 [gco 2 /kg] SO 94,9 2 [gso 2 /kg] , , ,3 4,1 4,7 5,3 5,18 3,63 1,09 1,33 2,21 2,31 1, ,88 0,03 Zdroj: Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Gesichtspunkten, Documentation SIA,

21 ENVIRONMENTÁLNÍ KVALITA STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ materiály na vstupu: obnovitelné materiály recyklované materiály přírodní zdroje materiály na výstupu: plnohodnotně recyklovatelné materiály částečně recyklovatelné materiály odpad 21

22 HODNOCENÍ ENVIRONMENTÁLNÍ KVALITY BUDOV metody multikriteriální hodnocení kvality budov: 22

23 NÁRODNÍ METODIKA SBToolCZ národní metodika pro certifikaci kvality budov v souladu s principy udržitelné výstavby SBToolCZ národní platforma SBToolCZ FSv ČVUT, TZÚS Praha, s.p. a VÚPS 23

24 NÁRODNÍ METODIKA SBToolCZ na základě GB Tool (iisbe - International Initiative for a Sustainable Built Environment) struktura kritérií rozdělena v souladu s principy UV do tří základních skupin + 1 doplňková: (i) (ii) (iii) (iv) environmentální 12 kritérií, sociální 11 kritérií, ekonomika a management 4 kritéria, lokalita 6 kritérií (kritéria nejsou přímo ovlivnitelná kvalitou návrhu stavby samotné hodnotí se, ale neovlivňují celkový výsledek zpracováno na FSv ČVUT v Praze, Katedra konstrukcí pozemních staveb v rámci Výzkumného centra CIDEAS (Centre for Integrated Design and Advanced Structures) (prof. Ing. Petr Hájek, CSc., Ing. Martin Vonka, Ph.D.) 24

25 E. 04 Potenciál ničení ozonové vrstvy (ODP) E. 05 Potenciál tvorby přízemního ozonu (POCP) NÁRODNÍ METODIKA SBToolCZ E. 06 Využití zeleně na pozemku E. 07 Využití zeleně na střechách a fasádách E. 08 Spotřeba pitné vody E. 09 Spotřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů E. 10 Použití konstrukčních materiálů při výstavbě E. 11 Využití půdy E. 12 Podíl dešťové vody zachycené na pozemku E environmentální kritéria SE. 01 Potenciál kritéria sociální globálního oteplování (GWP) E. S Potenciál Vizuální komfort okyselování prostředí (AP) E. S Potenciál Akustický eutrofizace komfort prostředí (EP) E. S Potenciál Tepelné pohoda ničení ozonové v letním vrstvy období (ODP) E. S Potenciál Tepelné pohoda tvorby přízemního v zimním období ozonu (POCP) E. S Využití Zdravotní zeleně nezávadnost na pozemku materiálů E. S Využití Uživatelský zeleně komfort na střechách a fasádách E. S Spotřeba Bezbariérový pitné přístup vody E. S Spotřeba Zajištění zabezpečení primární energie budovy z neobnovitelných zdrojů E. S Použití Flexibilita konstrukčních využití budovy materiálů při výstavbě E. S Využití Prostorová půdyefektivita E. S Podíl Využití dešťové exteriéru vody budovy zachycené pro pobyt na pozemku obyvatel SC kritéria sociální z oblasti ekonomika a management S.01 C.01 Vizuální Analýza provozních komfort nákladů S.02 C.02 Akustický Zajištění prováděcí komfort a provozní dokumentace S.03 C.03 Tepelné Autonomie pohoda provozu v letním období S.04 C.04 Tepelné Management pohoda tříděného v zimním odpadu období S.05 Zdravotní nezávadnost materiálů LS.06 Uživatelský kritéria týkající komfort se lokality budovy S.07 L.01 Bezbariérový Biodiverzita přístup E Potenciál Použití konstrukčních tvorby přízemního materiálů ozonu při výstavbě (POCP) E Využití zeleně půdy na pozemku E Využití Podíl dešťové zeleně vody na střechách zachycené a fasádách na pozemku E. 08 Spotřeba pitné vody SE. 09 Spotřeba kritéria sociální primární energie z neobnovitelných zdrojů E. S Použití Vizuální konstrukčních komfort materiálů při výstavbě E. S Využití Akustický půdy komfort E. S Podíl Tepelné dešťové pohoda vody v letním zachycené období na pozemku S.04 Tepelné pohoda v zimním období SS.05 kritéria Zdravotní sociální nezávadnost materiálů S.01 S.06 Vizuální Uživatelský komfort komfort S.02 S.07 Akustický Bezbariérový komfort přístup S.03 S.08 Tepelné Zajištění pohoda zabezpečení v letním budovy období S.04 S.09 Tepelné Flexibilita pohoda využití v budovy zimním období S.05 S.10 Zdravotní Prostorová nezávadnost efektivita materiálů S.06 S.11 Uživatelský Využití exteriéru komfort budovy pro pobyt obyvatel S.07 Bezbariérový přístup CS.08 Zajištění kritéria z zabezpečení oblasti ekonomika budovy a management S.09 C.01 Flexibilita Analýza provozních využití budovy nákladů S.10 C.02 Prostorová Zajištění prováděcí efektivita a provozní dokumentace S.11 C.03 Využití Autonomie exteriéru provozu budovy pro pobyt obyvatel C.04 Management tříděného odpadu C kritéria z oblasti ekonomika a management LC.01 Analýza kritéria týkající provozních se lokality nákladů budovy C.02 L.01 Zajištění Biodiverzita prováděcí a provozní dokumentace C.03 L.02 Autonomie Dostupnost provozu veřejných míst pro relaxaci C.04 L.03 Management Dostupnost služeb tříděného odpadu L.04 Dostupnost veřejné dopravy LL.05 kritéria Bezpečnost týkající budovy se lokality a okolí budovy L.01 L.06 Biodiverzita Živelná rizika 25 L.02 Dostupnost veřejných míst pro relaxaci

26 PASIVNÍ RD V PTICÍCH, 2012 dřevostavba se zvýšenou akumulační schopností

27 [kwh/(m2.a)] Maximální tepelná ztráta budovy [kw] RD Ptice energetický koncept Celkové porovnání výpočtových modelů tepel. vazby okno 1 Měrná potřeba tepla na vytápění e A 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 106,9 10,921 79,7 8,789 63,5 7,476 35,24,907 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 3,832 4,045 23,6 25,8 3,856 4,000 3,673 23,8 16,9 2,000 0,000 střecha jih střecha sever jižnífasáda 5 severní fasáda 4 měrná ztráta prostupem přes NP propustnost podlahou nad terénem severní fasáda 3 severní fasáda 2 severní fasáda 1 východní fasáda 6 východní fasáda 5 měrná ztráta větráním východní fasáda 4 okno 2 okno 3 okno 4 okno 5 okno 6 západní fasáda 2 západní fasáda 3 západní fasáda 4 západní fasáda 5 jižní fasáda 1 jižní fasáda 2 východní fasáda 1 okno 7 okno 8 okno 9 okno 10 okno 11 okno 12 okno 13 západní fasáda A 5 B 5C 5C TNI východní fasáda 3 východní fasáda 2 Výpočtové modely

28 Měrná potřeba tepla na vytápění ea [kwh/(m 2.a)] Tepelné ztráty a využitelné teplné zisky okny [MWh] Procento zaklení fasády [%] Poměr solárních zisků a ztrát [% RD Ptice energetický koncept 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Optimalizace okenních otvorů 91,8% 92,9% 92,3% 91,3% 90,8% 90,3% 89,8% 23,81 23,32 23,56 24,06 24,30 24,56 24,81 19,4% 17,7% 18,5% 20,2% 21,1% 21,9% 22,8% 125,0% 100,0% 75,0% 50,0% 25,0% 0,0% ref: referenční varianta A: zmenšení o 10% B: zmenšení o 5% C: zvětšení o 5% D: zvětšení o 10% E: zvětšení o 15% F: zvětšení o 20% -5,00-10,00 Výpočtové modely ref A B C D E F -25,0% využitelné tepelné zisky tepelné ztráty okny měrná potřeba tepla na vytápění poměr plochy oken/ploch stěn poměr slunečních zisků a ztrát bilance (ztráty - zisky)

29 RD Ptice koncept letní přehřívání ref: bez stínění, lehká dřevostavba, 72,1 C A: ref+zastínění, 31,3 C B: A+řízené větrání s nočním předchlazením, 31,3 C C: ref+zastínění + betonový strop a akumul. stěny z NH, 30,5 C D: C+řízené větrání s nočním předchlazením, 26,4 C. exteriér a. 2 2a. t imax,norm

30

31

32

33

34

35

36

37 Blower Door Test: Ing. Jiří Novák, Ph.D., FSv ČVUT n50 před = 0,88 h-1 n50 po = 0,38 h-1

38

39

40

41 hlavní zdroj - IZT + solární panely 6 m2 integrované do střešní krytiny doplňkové zdroj - peletková kamna s automatickým zásobníkem paliva a s teplovodním výměníkem záložní zdroj - elektrický dohřev IZT. vytápění - kombinace teplovzdušného vytápění v obytných místnostech a nízkoteplotní podlahové topení pod dlažbami v koupelnách a kuchyni větrání - nucené se systémem ZZT průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy: 0,22 W/m2K měrná potřeba tepla na vytápění (TNI): 16,0 kwh/(m2a) měrná spotřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů (TNI): 40,5 kwh/(m2a) Projekt byl zařazen do programu Zelená úsporám a byla mu přiznána kombinace dotací typu B Nová výstavba v pasivním energetickém standardu a typu C Využití obnovitelných zdrojů energie pro vytápění a přípravu teplé vody.

42 RD PLZEŇ, VÝSLUNÍ, 2008 téměř pasivní RD realizovaný svépomocí z použitých plných pálených cihel 42

43 43

44 44

45 [kwh/(m2.a)] Maximální tepelná ztráta budovy [kw RD Výsluní energetický koncept Celkové porovnání výpočtových modelů Měrná potřeba tepla na vytápění ea 150,0 140,0 130,0 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 9,000 7,896 8, ,4 6,754 7,000 6,000 85,1 5,236 4,755 4,559 4,559 5,000 58,8 4,007 4,000 50,8 3,632 47,6 47,6 40,0 3,005 2,825 3,000 34,0 24,4 21,4 2,000 1,000 0, Výpočtové modely měrnápotřeba tepla n. v. ea [kwh/(m2.a)] max. tep. ztráta budovy [kw] ST2 ST3 ST1 S3 S2.4 měrná ztráta větráním ustálená propustnost zeminou S1.4 S2.3 S1.3 měrná ztráta prostupem přes NP S2.2 S1.2 tepel. mosty S2.1 S1.1 okno 1 okno 3 okno 4 okno 5 okno 10 okno 13 okno 14 okno 2 okno 6 okno 7 okno 8 okno 11 okno 12 okno 9

46

47

48

49

50

51

52 Blower Door Test Ing. Jiří Novák, Ph.D., FSv ČVUT n50 = 1,3 h-1

53

54

55

56 Sledovaná kategorie jednotky PŘED PO profit Nově zastavěné území m2 80, % Provozní kvalita - vyhovující dispozice vyhovující dispozice - ne ano 100% kvalitní vnitřní mikroklima (větrání, stínění) - ne ano 100% Užitná pocha m2 58, % Měrná potřeba tepla na vytápení kwh/(m2.a) 178,4 19,6 89% Využití recyklovaného materiálu m3 86,9 21, %

57 DĚKUJI ZA POZORNOST Jan Růžička, atelier KUBUS, Fakulta stavební ČVUT v Praze, jan.ruzicka@fsv.cvut.cz Aqua-therm, , Praha a r c h i t e k t o n i c k á d í l n a atelier KUBUS člen Centra pasivního domu

58 Materiál, Materiál, práce, práce, subdodávky subdodávky Demolice Demolice Hrubá stavba Hrubá stavba Svislé kce (1.PP, 1.NP, 2.NP) Svislé kce (1.PP, 1.NP, 2.NP) + stropy stropy Kompletační Kompletační konstrukce konstrukce Vybavení Vybavení ZTI ZTI Venkovní Venkovní úpravy úpravy Vlastní Vlastní práce práce hodiny Kč/hod hodiny Kč/hod Realizace Realizace svépomocí svépomocí Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Venkovní úpravy 3% Materiál, práce, subdodávky ZTI 37% Hrubá stavba 12% Kompletační konstrukce 38% Demolice 1% Realizace Realizace celkem celkem Kč Kč užitná plocha užitná plocha m2 m2 143,30 143,30 cena za 1 cena za m2 m2 Kč/m2 Kč/m Vybavení 9% 58