ENERGETICKY ÚSPORNÉ STAVBY

Transkript

1 ENERGETICKY ÚSPORNÉ STAVBY Ing. Jiří Labudek, Ph.D., Ing. Jan Neuwirt 1. Monte-Rosa-Hütte horská chata s provozem řízeným automaticky podle počasí. ( Druhá zimní sezóna již důkladně prověřuje provoz švýcarské horské chaty Monte-Rosa-Hütte ve výšce 2883 m.n.m, otevřené na jaře Stavba je opatřena automatikou řízenou na základě předpovědí počasí a poprvé se při provozu využívá informací satelitní meteorologie v takové míře. Na horské chatě Monte Rosa se testují nové energetické systémy v extrémních provozních i klimatických podmínkách. Nová pětipodlažní chata s hliníkovým pláštěm, pod nímž se skrývá tepelná izolace, s fotovoltaickou střechou a stěnou sklonu 70 a o výkonu 16 kw je považována za nejkomplexnější švýcarskou dřevěnou stavbu. Aktuální předpověď počasí a prognózy jeho vývoje ovládají klimatizaci a ostatní procesy v budově, včetně osvětlení a čištění odpadních vod, napájených z baterií, které získávají energii ze zmíněných fotovoltaických zdrojů na šikmé jižní stěně budovy. Budova se 120 lůžky je energeticky soběstačná z 90 % bez provozu elektrické kuchyně (zhruba ze 64 % s provozem kuchyně). Skalní kaverna zachycuje na jaře vodu z tajícího sněhu, která slouží k přípravě pitné vody pro kuchyni, čtyři sprchy s teplou vodou a teplovodní vytápění. Splachování toalet užívá upravenou užitkovou (tzv. šedou) vodu. Roční spotřeba energie by měla činit 66 MWh (solární tepelná energie 25,5 MWh, solární elektrická energie 16,6 MWh, kapalná paliva 23,9 MWh) s emisemi 6,34 t CO 2. Za slunečného počasí se automaticky zapíná nabíjení baterií (2x 3000 Ah, 280 kwh) a spouští se úprava veškeré odpadní vody mikrofiltrací a biologickou úpravou. V očekávání zhoršeného počasí se úprava vypíná, aby se baterie zbytečně nevybíjely provozem čištění. Při předpovědi blížící se studené fronty automatika zapíná vytápění na výkon potřebný k dosažení tepelné pohody v chatě. Vytápění systémem teplovodní blokové kotelny na řepkový olej a kapalný propan je řízeno s výběrem nejvyšší účinnosti na základě nákladové analýzy v kombinaci s prognózou počasí a s měřením vnitřní a venkovní teploty pro optimální profil přípravy tepla a teplé vody. Každých 15 minut automatika sama prověřuje systém na základě 24 parametrů satelitních meteorologických údajů ze 60 vrstev atmosféry z okruhu 2 km od chaty a podle třídenní prognózy, předávaných internetovým přenosem. Automatický systém řízení je pilotním projektem budoucích systémů pro školy, nemocnice, sportovní haly, energeticky úsporné bytové a kancelářské budovy a slouží jako vzor moderních nízkoenergetických a nízkoemisních staveb. 1

2 Obr. 32. Energetický soběstačná budova - horská chata Monte-Rosa-Hütte. 2. Výzkumné a inovační centrum Moravskoslezského dřevařského klastru o.s. Ve spolupráci Moravskoslezského dřevařského klastru(msdk) a Fakulty stavební Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava vzniklo moderní Výzkumné a inovační centrum v pasivním energetickém standardu. Jedná se o dvoupodlažní nepodsklepenou dřevostavbu s pultovou střechou. Z konstrukčního hlediska se jedná o montovaný dům na bázi lehké prefabrikace dřeva. Obvodové stěny jsou navrženy jako difúzně otevřené. Výzkumné aktivity prováděné v tomto centru se zaměřují na posouzení a vyhodnocení konkrétního pasivního objektuz různých hledisek, např. s možností sledovaní teplotního a vlhkostního chování konstrukce či vnitřního prostředí, se sestavou nejčastěji používaných topných zdrojů. V rámci projektu jsou prováděny teoretické výpočty a experimentální měření na moderní pasivní dřevostavbě. Dlouhodobě budou monitorovány tepelně technické vlastnosti stavebních konstrukcí, energetická náročnost objektu za různých vnitřních a venkovních podmínek, kvalita vnitřního prostředí při nuceném větrání apod. Mezi další konkrétní plánované dlouhodobé testy a měření v objektu lze zařadit měření akustických vlastnosti konstrukci (měření vzduchové a kročejové neprůzvučnosti v in-situ) či sledování změny sedání a napjatosti základové desky a podloží v závislosti na čase a změnách zatížení či vliv druhu zasklení na tepelné parametry vnitřního prostředí. Samotné středisko slouží jako unikátní výuková a názorná ukázka nízkoenergetické pasivní dřevostavby pro potřeby studentů Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava, Fakulty stavební, kde jsou prostřednictvím odborných seminářů, kurzů a konferencí prezentovány technologie budovy 2

3 v pasivním standardu a materiály šetrné vůči životnímu prostředí. Veškeré rozvody jsou ve školicím středisku koncipovány jako viditelné. Rozvody jsou v hlavních uzlech propojeny tak, aby byly přehledné a lehce kontrolovatelné. Prezentace zapojení, vstupy a výstupy se mohou sledovat také v počítačové formě. Testována jsou nástěnná topná tělesa, podlahové vytápění a rozvody. V neposlední řadě je k dispozici možnost zapojení zjednodušených otopných sestav s regulačními armaturami. Systém je sestaven tak, aby šlo měřit všechny potřebné veličiny, toky výkonů a tepelné energie. Měření s regulace jsou prováděna ve spolupráci s investorem a výstupy jsou vyvedeny na PC s grafickým zobrazením daného schématu, zvoleného zdroje i otopné soustavy. Budovu je vybavena řídícím systémem, který zajišťuje datovou integraci soustav vytápění i chlazení, osvětlení, stínících žaluzií a klimatizace. Celková zastavěná plocha objektu je cca 96,92 m 2. Podlahová plocha 1.NP je 75,00 m 2 a 2.NP je cca 68,95 m 2. Obr. 33 a 34. Výzkumné a školicí středisko MSDK, Fakulta stavební, VŠB TU Ostrava 3. 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. Dům je navržen jako sídlo firmy se školicím střediskem v prvních dvou patrech pro presentaci služeb a výrobků pro výstavbu energeticky pasivních domů. Dům je koncipován v duchu filosofie firmy, zabývající se energetickými úsporami, jako vzorová energeticky pasivní stavba. Umístění stavby: Stavba je umístěna na pozemcích ve vlastnictví společnosti INTOZA v průmyslové zóně v Ostravě Hulvákách, a to na rozvojové ploše v sousedství areálu logistického centra Čárka. 3

4 Termín dokončení: červen 2011 (délka výstavby 10 měsíců) Typ budovy: Druh stavby: administrativní budova, školicí středisko novostavba Konstrukce: ŽB montovaný skelet, obvodové zdivo z vápeno-pískových bloků Parametry budovy: Základní rozměry objektu (1.NP): 16,24 x 23,74 m Podlahová plocha: celkem 1267,7 m2 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 a pro vytápění v zimě 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. Bivalentním zdrojem pro ohřev vody je elektrická energie. Řízení vnitřního prostředí budovy z hlediska optimálního stavu a stability kvality je automatizováno řídicím systémem s nejmodernějšími prvky a flexibilním programem. 4

5 br. 35. Pasivní administrativní budova Intoza, s.r.o. O Tab. 3. Provozní náklady administrativní budovy - rok 2012 Spotřeba energie KWh Cena 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) Celkový odběr elektrické energie z distribuční sítě Vyrobená elektrická energie z fotovoltaických panelů Vyrobená energie ze solárních kolektorů a podporu ohřevu TV kwh ,- Kč kwh ,- Kč kwh kwh Použité materiály a technologie při výstavbě Tepelná izolace k zateplení objektu jsou použity izolační desky EPS GreyWall a Greyroof, které jsou grafitovým izolantem nové generace se zvýšeným izolačním účinkem. Kontaktní zateplovací systém je z důvodu eliminace tepelných mostů navržen bez mechanického kotvení. Rovněž tepelná izolace střechy je kotvena bez mechanických kotev a je přitížena betonovou vrstvou, která zároveň tvoří spád střechy v místech kde bylo nutno použít tepelnou izolaci se sníženou tloušťkou (u nadpraží oken v místech osazení žaluzií, nebo podlaha lodžie ve 4NP) byly použity izolace se super izolačními vlastnostmi 5

6 veškeré konstrukce, které vystupují na fasádu a narušují KZS (římsa, provětrávána fasáda v 1NP, žaluzie, zábradlí) jsou kotveny pomocí kotev s přerušeným tepelným mostem Výplně otvorů - okna REHAU GENEO MD plus se svou konstrukční hloubkou 86 mm je nejlepší profilový systém na trhu. Přispívají k tomu vynikající izolační vlastnosti, které spotřebu energie pomáhají výrazně snížit. Okno s modelem středového těsnění a integrovaným termomodulem dosahuje vynikající hodnoty tepelné izolace. Větrání Pro zajištění nuceného větrání objektu je navrženo pět samostatných zařízení (I až V), které zajistí větrání jednotlivých prostor. Koncepce decentralizovaného větrání byla zvolena zejména s ohledem na: - účel a režim užívání jednotlivých částí objektu; - příznivější (menší) rozměry potrubních rozvodů ve srovnání s řešením centrálním; Zařízení I až V je navrženo s přívodem i odvodem vzduchu, s rekuperací tepla z odváděného vzduchu, s ohřevem vzduchu teplovodně a vestavěným vodním chladičem pro chlazení vzduchu. Hlavní částí každého zařízení je jednotka s filtry, ventilátory pro přívod a odvod vzduchu, rekuperátorem, ohřívačem a s chladičem. Filtrace přiváděného i odváděného vzduchu je zajištěna přímo ve vzduchotechnických jednotkách. Filtry jsou součástí jednotek. Ohřev je zajištěn jednak ve vestavěném rekuperátoru každé jednotky, jednak pomocí topné vody v integrovaném ohřívači. Od jednotek je vzduch do větraných prostor přiveden (a z větraných prostor odveden) pomocí vzduchotechnických rozvodů a distribučních prvků (vyústek, příp. talířových ventilů). Jednotky jsou vybaveny regulačním systémem pro možnost nastavení množství přiváděného a odváděného vzduchu a teploty přiváděného vzduchu. Vytápění Vytápění a pokrytí tepelných ztrát objektu prostupem je zajištěno otopnými tělesy, která jsou umístěné v každé místnosti. Na každém tělese je instalovaný termostatický ventil, kterým si uživatel může přizpůsobit teplotu v místnosti dle vlastních požadavků. Tepelná ztráta infiltrací je kryta pomocí instalovaného větracího zařízení s rekuperací tepla. Chlazení Chlazení vzduchu je zajištěno ve vodním chladiči, který je integrován ve větrací jednotce. Ohřev TV Ohřev teplé vody (TV) je zajišťován v zásobníkovém ohřívači teplé vody o objemu 570 lt s elektrickou topnou vložkou. Boiler je napojen i na solární ohřev (kolektory jsou umístěny na střeše). Způsob ohřevu TV je rovněž ovládán regulační automatikou. 6

7 Zdroj tepla a chladu Hlavním zdrojem tepla a chladu pro vytápění a chlazení řešeného objektu a rovněž pro ohřev teplé vody (TV) je tepelné čerpadlo vzduch/voda. Celý systém je navržen tak, aby bylo možno provozovat současně vytápění (případně ohřev TV) a chlazení obojí s využitím instalovaného tepelného čerpadla. Oba systémy jsou (až na malý úsek potrubí u tepelného čerpadla) odděleny a vybaveny akumulačními nádobami pro možnost přerušovaného provozu. Výroba elektrické energie (fotovoltaika) Na střeše budovy je umístěno celkem 48 kusů fotovoltaický panelů celkové výkonu 10,8 kwp. Předpokládaný roční energetický zisk systému včetně započtených ztrát při uvedení do provozu: kwh. Vyrobená elektrická energie se využívá pro vlastní spotřebu v budově. Inteligentní elektroinstalace Osvětlení v kancelářích, přednáškovém sále, na chodbách, v recepci a na fasádě objektu je ovládáno řídicím systémem LUXMATE. Žaluzie na fasádě objektu jsou napojeny na žaluziové jednotky LUXMATE. Osvětlení i žaluzie jsou řízeny podle denního světla, časových plánů a je možné je ovládat i ručně. Cílem aplikace řídicího systému je dosažení maximálních možných úspor elektrické energie spotřebovávané osvětlovací soustavou objektu a maximální využití difúzní složky denního světla přicházející do místností okenními otvory. V prostorách kanceláří je každé svítidlo zvlášť regulováno v závislosti na množství denního světla a má nastavenu vlastní regulační křivku. Regulace spočívá v plynulém stmívání svítidel v rozsahu 0 100%. Z uživatelského hlediska se předpokládá ovládání svítidel a žaluzií systémovými ovladači. Uživatel má možnost automatický režim dočasně upravit dle individuálních potřeb. Po uplynutí stanoveného času se svítidla vrátí do automatické regulace. Tato prodleva je individuálně nastavitelná pro každý ovládaný prostor. Důvodem pro automatický návrat do daylight regulace je maximální úspora energie v objektu. Chodby, schodiště osvětlení chodeb a schodišť spínané a je ovládáno pohybovými čidly. Chodby, v nichž je dostatek denního světla jsou začleněny do daylight regulace. Pokud jsou světelné podmínky dostatečné pro osvětlení chodby / schodiště a je detekována přítomnost osob, osvětlení zůstává zhasnuté. Na střeše objektu je umístěná meteostanice, která vyhodnocuje naměřená data a na základě těchto výsledků se ovládají automaticky vnější žaluzie a intenzita vnitřního osvětlení. 4. 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/m2/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. 7

8 Výsledkem je, že projekt splňuje kritéria pro energeticky pasivní bytový dům jak dle ČSN, tak dle PHPP. Architektonické a dispoziční řešení Návrh respektuje veškeré regulativy a omezení a snaží se je využít ve svůj prospěch. Základem dobrého návrhu PD je kompaktní tvar, který zde tvoří obdélníkový protáhlý kvádr severojižním směrem. Potřebné zúžení v posledním patře se propisuje i do přesahu ve štítových partiích. Toto zúžení nezvyšuje procenta přípustné zastavitelnosti, ale člení vizuálně kvádr na průnik dvou prolínajících se objemů, jež měřítkem struktury odpovídají okolní zástavbě. Většina bytů má obytné místnosti orientovány západojihozápadním směrem a mají přes vykloněné ukosené arkýře výstupy na terasy a do zahrady. Vytočení arkýřů vnáší do celistvé hmoty individualizovaný detail. Zároveň poskytují zajímavější výhled z obytných prostorů a zlepšují sluneční zisky natočením více k jihu. Ve středu hmoty ze severovýchodu je komunikační jádro. Tato hmota přirozeně zastavuje veřejný společný prostor s bočním vstupem, ke kterému se stoupá po terénu. Motiv zkosení byl z odstupových omezení nutný i ke snížení římsy nad schodišťovým blokem. Zkosení a natočení se stalo přirozeným motivem narušujícím přísný pravoúhlý řád a je přirozenou inspirací pro vytvoření formálního tvarosloví stavby. Ta tím získává lidské měřítko a základní funkční bloky doplňuje o individualizovaný detail v exteriéru i v interiérech. Přesto zachovává potřebný technický parametr domu dosažením faktoru A/V = 0,4 a je prvním základním předpokladem dobrého výsledku. Estetické ztvárnění vyrůstá z potřeb a vztahů daných usazením do prostředí a dovršuje pozitivní dědictví funkcionalizmu 30. let, ke kterému patří i funkční hospodaření s energií v provozu domu, tedy neplýtvat. Stavební a technické řešení V domě není použita žádná principiálně nová (nebo dokonce kosmická) technologie, ale jde o promyšlený optimalizovaný návrh, v němž není nic nadbytečného. Nosné zdivo je z tenkých vápenopískových bloků s vynikající tepelnou stabilitou vnitřního prostředí a díky své hmotnosti s výborným akustickým útlumem. Základní vlastnosti většině povrchu tepelné obálky domu dodává tepelná izolace 280 mm grafitového EPS. Kotvení takto silných desek na fasádu bylo provedeno neprůvlečnými kotvami KlebeAnker od Baumitu. Odpovídajícím způsobem jsou dimenzovány i plochy izolací stropu v podzemních garážích použitím foukané celulózy-klimatizér Plus, která perfektně vyplňuje prostor mezi podhledem a žb stropem, vrstvou štěrkového pěnoskla pod vytápěnou částí 2NP na terénu. Terasa ve 3NP je izolována deskami z tvrzeného PUR. K eliminaci systémových tepelných mostů zejména na fasádě bylo použito kompozitních konzolí procházejících skrz vrstvu tepelné izolace, v kontaktu s nosnou konstrukcí ještě oddělenými moderním materiálem Compacfoam (což je vysoce únosný mnohonásobně stlačený EPS). Nezbytnou součástí fasády je optimalizovaná plocha všech oken. U oken orientovaných na západ a jih jsou ještě osazeny stínicí žaluzie proti přehřívání vnitřního prostředí v létě. Okna mají tepelně izolační trojskla s teplými rámečky zasklení v dřevěných masivních rámech. Z důvodu blízkosti dráhy byl zvýšený požadavek na akustický útlum nejen zdiva, ale i oken, která jsou se vzduchovou neprůzvučností až 44dB! 8

9 Požadavek na splnění hygienických potřeb osob v pobytových místnostech daných obecnou vyhláškou OTP, tedy 30m3 na osobu lze dosáhnout jedině řízenou výměnou vzduchu se zpětným získáváním tepla. V každém ze šesti bytů je proto v komoře umístěna lokální rekuperační jednotka, kterou v provozu hlídá pokojový termostat, čidlo koncentrace CO2 a doplňkově čidlo vlhkosti. Rozvody VZT jsou vedeny v podhledech v neobytných místnostech, jako jsou komory, chodby a sociální zázemí, v obytných místnostech jsou již jen vyústky čerstvého vzduchu. Požadavek na splnění hygienických potřeb osob v pobytových místnostech daných obecnou vyhláškou OTP, tedy 30m3 na osobu lze dosáhnout jedině řízenou výměnou vzduchu se zpětným získáváním tepla. V každém ze šesti bytů je proto v komoře umístěna lokální rekuperační jednotka, kterou v provozu hlídá pokojový termostat, čidlo koncentrace CO2 a doplňkově čidlo vlhkosti. Rozvody VZT jsou vedeny v podhledech v neobytných místnostech, jako jsou komory, chodby a sociální zázemí, v obytných místnostech jsou již jen vyústky čerstvého vzduchu. Systém pracuje běžně s účinností 80%, nicméně aby v extrémních zimních teplotách nedocházelo k přivádění příliš studeného čerstvého vzduchu, jsou na přívodním potrubí instalovány dohřívače. Topný systém, který spolupracuje se systémem VZT je centrální teplovodní se zdrojem tepla v podobě moderního kondenzačního plynového kotle. Poprvé je zde v ložnicích použito nadedveřních otopných panelů s integrovanými vyústkami, v ostatních místnostech je použito plochých stěnových panelů či žebříčků v koupelnách. Oddělená soustava větrání a vytápění minimalizuje objem pohybu vzduchu. Teplotu v místnostech je tak možné řídit individuálně termostatickými hlavicemi na otopných tělesech a v referenční místnosti termostatem dle konkrétních potřeb a tím dosahovat nejlepšího pobytového komfortu, který nikoho neomezuje a zajišťuje opravdu zdravé vnitřní prostředí. Při návrhu byly zvažovány různé varianty jak nejhospodárněji zajistit ten nepatrný zlomek potřebné energie na provoz domu jako jsou tepelné čerpadlo s vrty, sluneční kolektory a různé kombinace těchto řešení, ale přísným environmentálním podmínkám dům vyhověl i za použití jednoho malého kondenzačního kotle na plyn. 9

10 Obr. 36. Energeticky pasivní bytová vila Pod Altánem. Zúčastnění: JRD s.r.o. Developer, investor - Jan Řežáb ředitel, majitel, Jindřich Kindl - vedoucí projektu AB ateliér architektonický návrh, dokumentace prour a SP, koordinace real. PD abrotanek@volny.cz Aleš Brotánek, Jan Praisler 1. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Aktualizace Státní energetické koncepce české republiky: srpen In: TZB/info [online]. Praha, 2012 [cit ]. Dostupné z: [2] Ceny regulovaných služeb v elektroenergetice a plynárenství pro rok In: ING. BECHYNĚ, Milan. TZB-info [online] [cit ]. Dostupné z: [3] Dostupné z: [4] Dostupné z: [5] Labudek, J., disertační práce Optimalizace obvodového pláště dřevostaveb v pasivním standardu s výplňovými izolacemi, autoreferát ISBN , Ostrava, 2012, 1. Vydání [6] Dostupné z: 10