Problematika nízkoenergetických budov

Transkript

1 CT 52 Technika prostředí LS 2013 Problematika nízkoenergetických budov 12. Přednáška Ing. Olga Rubinová, Ph.D. 1

2 Osnova předmětu týden přednáška 1 Faktory ovlivňující kvalitu vnitřního prostoru 2 Tepelná pohoda a rovnováha člověka 3 Vlhkost v budovách 4 Hodnocení tepelně vlhkostního mikroklimatu budov 5 Vzduch, který dýcháme 6 Hodnocení a zvyšování kvality vzduchu 7 Hygienické požadavky na pracovní prostředí 8 Energetická náročnost a legislativa ČR 9 ENB vytápění a chlazení 10 ENB osvětlení a teplá voda 11 ENB větrání 12 Problematika nízkoenergetických budov 13 Další složky mikroklimatu budov 2

3 Vývoj ekologicky zaměřené výstavby Energeticky úsporná stavba Stavební biologie Stavební ekologie SPOTŘEBA ENERGIE ZDRAVÉ VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ SOCIÁLNÍ ENVIROMENTÁLNÍ EKONOMIKA kritéria trvale udržitelné výstavby

4 4

5 Experimentální energeticky autonomní stavby (od 70.let) Částečně nebo zcela pod terénem Jižní strana = velký skleník (solární domy) Využití energie Slunce a větru a její akumulace na delší dobu Nové druhy tepelné izolace transparentní, voštinové, z přírodních materiálů (konopí, sláma) Lokální a přírodní stavební materiály (nepálená hlína) Recyklace tepla, vody a odpadů Energetické využití bioodpadů 5

6 Experimentální NED (od 70.let) Podzemní a solární architektura 6

7 7

8 Využití solární energie 8

9 Pasivní využití slunečního záření Akumulační solární stěny Trombeho stěna Energetická fasáda Solární střecha Transparentní tepelná izolace 9

10 Trombeho stěna zimní provoz

11 Trombeho stěna letní provoz 11

12 Trombeho stěna v ČR Chalupa u Trombeho

13 Trombeho stěna akumulační stěny v interiéru Akumulační stěna z nepálené hlíny 13

14 Transparentní tepelné izolace Transparentní tepelné izolace = materiál s vlastnostmi: dobrá propustnost slunečního záření + nízká tepelná ztráta TI propouští sluneční paprsky pouze pod úhlem do cca 25 stupňů a umožňuje tím ohřev zateplení pouze na podzim, v zimě a na jaře, kdy se slunce pohybuje nízko

15 Voštinové izolace Vlastní materiál voštin (plast nebo papír) je pochopitelně také málo tepelně vodivý. Zvýšení teploty ve vnější vrstvě izolace znamená snížení tepelných ztrát. Při přímém slunečním svitu v zimním období dochází dokonce k takovému vzestupu teploty, že tepelný tok naopak směřuje dovnitř. 15

16 16

17 Zeleň v urbanismu 17

18 Zelená střecha Extenzívní (samoudržovací sukulenty, traviny) Intenzivní (zahrada stromy, keře, údržba) 18

19 Zelená střecha Tepelně izolační vliv v zimě vzduchové vrstvy uvnitř vegetace a fakt, že studený vítr nemůže pronikat k povrchu zeminy. Určitý tepelný zrcadlový efekt má hmota vrstvy zeminy, odraz infračerveného záření z budovy rostlinami a produkce tepla při vzniku ranní rosy (kondenzace 1 g vody uvolňuje 530 kalorií tepla). Chladící efekt je vyvoláván hlavně odpařováním vody a stínícím efektem vegetace, ale také schopností odrážet sluneční záření, spotřebou energie na proces fotosyntézy a tepelnou akumulací vlastní zadržované vody. Zemina tl. 12 cm snižuje prostup hluku o 40 db. Vrstva zeminy 20 cm silná o 46 db. 19

20 20

21 Energetická bilance PD Pasivní dům název vznikl ze snahy o maximální využití pasivních zisků Prostup + větrání = vnitřní zisky + solární zisky Okno v zimě topí, v létě nesmí zhoršovat - Nutné stínící prostředky 21

22 Princip a zásady pasivního domu Nízká spotřeba tepla na vytápění Pasivní zisky Ztráta prostupem Ztráta větráním Solární zisky + stínění v letním období Vnitřní zisky (lidé, osvětlení, spotřebiče) Izolace obálky bez tepelných mostů (izolace stěn, trojsklo) Vhodný tvar budovy a její osazení do terénu Recyklace tepla z odpadního vzduchu Vysoká vzducho těsnost budovy 22

23 Stavebně technické zásady pro NED a PD volba pozemku a osazení budovy na něm; orientace ke světovým stranám s ohledem na dopad přímého slunečního záření během roku, současné i v budoucnu předpokládané zastínění budovy okolní zástavbou, terénem a zelení, převládající směr větru; tvarové řešení budovy (kompaktnost tvaru, členitost povrchů), které se nejsnáze vyjadřuje geometrickou charakteristiku, tj. poměrem mezi ochlazovanou plochou obálky budovy a vytápěným objemem (nižší hodnoty jsou obvykle příznivější); vyloučení, popř. omezení koncepčních příčin tepelných mostů v konstrukcích a výrazných tepelných vazeb mezi konstrukcemi; vnitřní uspořádání s ohledem na soulad vytápěcích režimů, tepelných zón a orientaci prostorů ke světovým stranám; velikost prosklených ploch na jednotlivých fasádách; využití očekávaných vnitřních tepelných zisků podle charakteru provozu 23

24 První pasivní dům DARMSTADT 1990 V roce 1990 byl postaven v německém městě Darmstadt, ve kterém byl později založen Institut pro pasivní domy, řadový dům se čtyřmi jednotkami (4 řadové domy - architekti Bott, Ridder a Westemeyer). Nejvíce PD je nyní v Rakousku (2 tisíce?). V České republice byl první pasivní dům postaven v roce Nyní je jich cca

25 První pasivní dům DARMSTADT 1990 PASIVNÍ DŮM je původně definován velmi nízkou spotřebou tepla na vytápění < 15 kwh/m2. (nyní se lokálně přidávají podmínky spotřeby primární energie apod.) Teplá voda Z toho je např. definován faktor 10 10x nižší spotřeba tepla v srovnání s běžnou výstavbou 20.století. aus_kranichstein.htm 25

26 První pasivní dům DARMSTADT 1990 Rozdělení zisků a ztrát: Koncový dům v Darmstadtu: běžně řešený v pasivním standartu spotřeba tepla kwh/m2 ztráty zisky ztráty zisky 26

27 První pasivní dům DARMSTADT

28 První pasivní dům DARMSTADT

29 Spotřeba energie v průměrném EPD 29

30 Ekologické trendy přírodní stavební materiály Nepálená hlína Sláma Technické konopí Recykláty Akad. Arch. Aleš Brotánek Šetrné využívání energií a možnosti využití místních a přírodních materiálů neznamená návrat do jeskyně, ale osvobození od závislosti na plýtvání = trvale udržitelný život v praxi. 30

31 Ekologické trendy přírodní stavební materiály STAVEBNÍ TEPELNÁ IZOLACE Z OVČÍ VLNY součinitel tepelné vodivosti 0,038 W. m -1.K -1 31

32 Tepelné mosty v obálce budovy Lineární a bodové tepelné vazby zjednodušeně U 32

33 33

34 Soubor EPD Koberovy (Atrea) 34

35 Soubor EPD Koberovy (Atrea) 35

36 Využití pasivního slunečního záření Venkovní teplota Spotřeba tepla zataženo nejsou vnější zisky vysoká spotřeba tepla Slunečno pasivní solární zisky nízká spotřeba tepla 36

37 Letní tepelné mikroklima (RD Koberovy) Dřevostavba - vnitřní obklad 2x SDK 6,3t Prosklení 11 % plochy jižní fasády (solár. arch. 25 až 40 %) Absence střešních oken, přesah střechy, zelené stromy zátěž objektu 2,8 kw ZVT tp = 13 až 17 C vliv zeminy (zde jíl = nejlepší), chladicí výkon ZVT: Q = 1,8 kw cirkulační provedení: menší kondenzace, menší ztráta větráním Teplota v interiéru 20,5 až 24,5 C Vnitřní zisky lidí a spotřebičů 8 až 15 kwh/den 37

38 Vliv zeměpisné polohy Dostupnost slunečního záření v Alpách = 1,5x v Břeclavi = 2x v Jablonci 1x Vliv lokality na dostupnost slunečního záření a tím pasivních zisků (intenzita záření a zejména počet slunečných dnů) 38

39 Zdroj tepla pro vytápění, ohřev vody, větrání 39

40 40

41 Využití solární energie Domy se mohou stát nulovými, nebo nule blízkými, jen budou-li energii také vyrábět samozřejmě ze zdrojů, které jsou obnovitelné. Ohřev teplé vody, podpora vytápění předehřev větracího vzduchu, teplovzdušné vytápění Výroba elektřiny 41

42 Nízké tepelné ztráty teplovzdušné vytápění KDE JE ZDROJ TEPLA? 42

43 Solární chlazení teplo pro absorpční zdroj chladu Festo AG Esslingen-Berkheim Největší solární chladicí systém; 1300 m 2 vakuových kolektorů 43

44 Aktivní fasády integrace OZE do budov Solar Center in Frankfurt 44

45 Sezónní zásobník tepla 45

46 Sezónní akumulace tepla aktivní tepelná ochrana 46

47 Sezónní akumulace tepla aktivní tepelná ochrana 47

48 Solární domy Vzniku staveb, označovaných dnes jako pasivní domy, předcházela výstavba s koncepcí solárních domů. Domy byly navrhovány s velkými zásobníky tepla (voda, kámen, zdivo), které akumulovalo teplo ze slunce skrze vodu nebo vzduch. Menší důraz byl kladen na tepelnou ochranu budovy a vhodné větrání. Tradice solárních domů odkazuje do starověkého Řecka a Číny, kde jsou pro ně vhodné klimatické podmínky. 48

49 Budova správy národního parku v německém Zwieselu Sluneční kolektory jih + sklon: 80, maximálně využívají zimní slunce. V létě, kdy se řeší naopak problém s přehříváním budovy, brání přístupu slunce do budovy i k solárním kolektorům přesah střechy (2,6 m). V horní části budovy jsou umístěna vyklápěcí okna, která po otevření umožňují efektivní větrání na principu komínového efektu. Letnímu slunci v přehřívání budovy a kolektorů brání i vysouvací rolety. 49

50 Aktivní využití solárního záření 50

51 Aktivní využití solárního záření - FOTOVOLTAIKA 51

52 FOTOVOLTAIKA případová studie Počet a výkon FV panelů: 24 ks á 200 W Rozměr panelů: 1 x 1,5 m Celková plocha panelů: 36 m 2 Místo: Pardubice, 234 mn.m. Nominální výkon: 4,8 kw Orientace a sklon panelů: 175, 35 52

53 FOTOVOLTAIKA případová studie 53

54 FOTOVOLTAIKA případová studie 54

55 Jak dál? Mrakodrap Anara Tower v Dubaji bude ekologický a energeticky soběstačný. Na jeho vrcholu totiž bude stát turbína, která celé stavbě zajistí elektrickou energii, zásobník na dešťovou vodu, solární panely 55

56 56

57 Energeticky soběstačný dům Rodiný dům bez přípojek, který si všechnu potřebnou elektřinu vyrábí ze slunce. Izolované betonové stěny, dům ze severu a západu zahrnut zeminou, zelená střecha Pasivní solární zisky prosklením Krb, teplovzdušné vytápění + topné registry Fotovoltaická elektrárna 2,5 kwp, studna Litinový kotel 34 kw + akumulační nádoba 4,5 m3 s průtočným ohřevem teplé vody 57

58 Trigenerace

59 Příklad využití trigenerace 2/2011 Budova ekologického obchodu je soběstačná díky vybavení: Kogenerační jednotky (čistý řepkový olej) teplo a chlad termické solárních kolektory světlíky umělé osvětlení plochy stmívatelné, reaguje na zisky denního světla a automaticky upravuje intenzitu umělého osvětlení dešťová voda zachytávána v akumulační nádrži a následně použita na splachování WC, mytí podlah, zalévání zeleně apod.

60 Škola je plachta, potřebná k plavbě životem. Anonym 60