PASIVNÍ DOMY ekonomicky příjemně s rozumem PASIVNÍ DOMY Ekonomicky Příjemně S rozumem bydlet
OBSAH: kde a u koho hledat počátky kritéria pro pasivní dům a způsob jak je dosáhnout co dělá pasivní dům pasivním tvar objektu orientace ke světovým stranám a umístění domu na pozemku obalové konstrukce řízené větrání s rekuperací využití obnovitelných zdrojů energie pro vytápění a ohřev TUV vzduchotěsnost obálky energeticky pasivní dům v Kralupech nad Vltavou 6,7 8,9 10,11 12 13 14-17 18-22 23-24 25 26-29 CÍLE A MOTIVACE PUBLIKACE: Stále mnoho stavebníků, investorů, stávajících i budoucích uživatelů rodinných a bytových domů, ale i odborníků je zatíženo předsudky a zvyklostmi, které je nutí používat a využívat standardních, normálních a běžných technologií, materiálů a koncepcí. Ještě mnoho z nás nevnímá, že doba pokročila a stejně jako se mění požadavky na všechna ostatní hospodářská odvětví, tak i stavebnictví nemůže stagnovat a je zapotřebí nastoupit novou cestu a reagovat na současné potřeby společnosti. Jako jedna z nejzásadnějších otázek, na kterou je nutné hledat odpovědi, je cesta k udržitelnému stavění. Jako zásadní cíl se jeví snižování energií vstupujících do obytných objektů, ekologicko - ekonomické stavění a k přírodě a lidem odpovědný životní styl jednotlivce a skupin. Jakkoli jsou energeticky úsporné a ekologické stavby ve svých principech a ohledech logické a do budoucna jediné možné a perspektivní, tvoří jen nízké procento mezi nově budovanými stavbami. Chceme Vám touto formou přiblížit, v čem spočívá výhodnost této volby, a jak lze bydlet a žít ekonomicky, příjemně a s rozumem. Pro názornost se publikací prolíná jeden konkrétní dům v pasivním standartu na němž je popsáno a ukázáno vše co dělá pasivní dům pasivním a jak takový dům může být architektonicky ztvárněn. Jedná se o pasivní dům v Kralupech nad Vltavou. O PUBLIKACI: zadavatel: Sdružení EPS ČR / Ing. Pavel Zemene, Ph.D. Kancelář sdružení - PKK Na Cukrovaru 74 278 01 Kralupy nad Vltavou autor: Asting CZ Pasivní domy s.r.o. / Ing. Tomáš Podešva Tovární 1112 537 01 Chrudim 2010 Sdružení EPS ČR / Asting CZ Pasivní domy s.r.o. 3
P A S I V N Í ekonomicky, příjemně, s rozumem D Ů M P a s i v n í d ů m (< 20 kwh/m 2 a) K l a s i c k ý d ů m (150 kwh/m 2 a) P A S I V N Í ekonomicky, příjemně, s rozumem D Ů M 4 5
Počátky pasivních domů Počátky pasivních domů Počátky pasivních domů u nás Počátky pasivních domů u nás Počátky pasivních domů Počátky pasivních domů u nás P A S I V N Í D Ů M hledat počátky Kde a u koho Počátky pasivních domů Počátky pasivních domů u nás Máme v ČR na co navázat? Nový trend začátek 20. století znamenal ve stavebnictví obrodu, po velkoleposti a okázalosti začal architekt přemýšlet o funkci, z funkce vznikl směr. První kroky u nás Lze považovat Miesovu vilu za první prvopočátek pasivního domu u nás? Celkovou koncepcí a přístupem, výběrem pozemku a technologií určitě. Navažme Vraťme se s principy do doby, kdy jsme uměli domy navrhovat, učme se znovu stavět a důstojně bydlet. Prvky pasivního domu již v době první republiky Sluneční energie a světlo Prosklené zdi zcela spojovaly dům s okolím, některá okna bylo dokonce možné zcela spustit do podlahy. Solární zisky a proslunění byly značné. Řízené větrání V domě byl rozvod pitné a užitkové vody a byl zde zaveden systém vzduchotechniky - kombinace vytápění, chlazení a zvlhčování. Aby se velký prostor nezohavil topnými tělesy, bylo vytvořeno klimatické zařízení, které se dalo v létě použít jako vzdušné chlazení. Pasivní dům jak ho známe dnes Nosnou ideu, princip a definici pasivního domu přinesl počátkem devadesátých let Dr. Wolfgang Feist a tuto následně ověřil v praxi. Základem pasivního domu je použití takových parametrů izolací, kdy výsledná potřeba tepla na vytápění je tak nízká, že lze zcela vypustit klasickou otopnou soustavu. Postačuje k tomu výborná izolace, odstranění tepelných mostů, kvalitní okna, těsnost budovy, větrání s rekuperací tepla, umožnění solárních zisků a kompaktní tvar domu. Tyto myšlenky přenesl a popularizoval Dr. Feist v celé Evropě. 6 7
K hodnocení pasivních domů se používá nejčastěji následujících metodik pro potřeby programu Zelená úsporám: TNI 73 0329 (pasivní rodinné domy), TNI 73 0330 (pasivní bytové domy) PHPP (Passivhaus Projektierungs Paket): celoevropsky užívaný nástroj na plánování, optimalizaci a posuzování pasivních domů kritéria pro pasivní dům způsob jak je dosáhnout TNI 730329 1a) Součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici 1b) Střední hodnota součinitele prostupu tepla Splnění požadavku na doporučené hodnoty podle ČSN 30540:2 U em 0,22 pro energeticky pasivní domy 2) Zajištění přívodu čerstvého vzduchu do všech pobytových místností 3) Účinnost zpětného získávání tepla z odváděného vzduchu 4) Neprůvzdušnost obálky budovy 5) Měrná potřeba tepla na vytápění 6) Nejvyšší teplota vzduchu v pobytové místnosti η 75 % n 50 0,6 [h -1 ] 20 kwh/(m 2 a) 27 C 7) Potřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů na vytápění, přípravu teplé vody a technické systémy budovy 60 kwh/(m 2 a) P H P P Z e l e n á ú s p o r á m 8 9
P A S I V N Í D Ů M co dělá pasivní dům pasivním a co za to kompaktní tvar objektu, faktor tvaru A/V (poměr plochy ochlazovaných konstrukcí / k objemu budovy) snížení ochlazovaných ploch obálky snížení tepelných ztrát prostupem tepla vhodná orientace ke světovým stranám vhodné umístění domu na pozemku solární zisky ze slunečního záření zamezení stínění od okolních objektů snížení tepelných ztrát, prosluněné bydlení velká izolační schopnost obalových konstrukcí (stěny, střecha, podlaha na terénu, okna a dveře) podstatné snížení tepelných ztrát prostupem tepla přes obalové konstrukce není zapotřebí klasických (na energie náročných) zdrojů vytápění, úspora energie, nízké náklady na vytápění řízené větrání s rekuperací snížení tepelných ztrát výměnou vzduchu čerstvý vzduch po celý den, filtrace vzduchu (prach, pyl), omezení vlhkosti a s ní spojených problémů, komfortní a zdravé bydlení využití obnovitelných zdrojů energie pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody - snížení spotřeby primární energie z neobnovitelných zdrojů vstupující do objektu pro krytí energie spotřebované na vytápění a ohřev teplé vody a na energie potřebné pro provoz domovní techniky - využití obnovitelných zdrojů přírody - nízké náklady na provoz domu n 50 vzduchotěsnost obálky - zaručení účinnosti rekuperace, snížení tepelných ztrát výměnou vzduchu, měřítko kvality provedení stavby, omezení poruch vznikajících prostupem vlhkosti stavebními konstrukcemi 10 11
TVAR OBJEKTU ORIENTACE KE SVĚTOVÝM STRANÁM UMÍSTĚNÍ DOMU NA POZEMKU Na tvar energeticky pasivních domů jsou kladeny velké požadavky. Volba tvaru přímo ovlivňuje množství ochlazovaných ploch obalových konstrukcí a právě to má zásadní vliv na energetickou náročnost budovy. Při optimalizaci tvaru je tedy nutné minimalizovat plochu obálky (střechy, stěn, podlahy na terénu), a to tím způsobem, že pro dosažení požadovaného objemu budovy budeme volit vhodná geometrická tělesa a tvary. Není nutné se zabydlet přímo v domu tvaru koule, ale snažme se upustit od složitých tvarů a věnujme této věci zvýšenou pozornost již v samém počátku návrhu domu, nejlépe již při výběru pozemku. Dalším důležitým faktorem je konstrukční oddělení obálky vytápěné části od ostatních konstrukcí z důvodu zamezení tepelných mostů. Vhodnou orientací domu ke světovým stranám zvýšíme solární zisky od slunečního záření a zajistíme proslunění všech obytných místností. Všechny místnosti určené jako obytné je proto vhodné orientovat k jihu a přiblížit se takto slunečnímu teplu a světlu po celý den. Tomuto by měl být podřízen i výběr pozemku a poté samotné umístění domu na něm, kdy je nutné minimalizovat zastínění od okolních objektů a konstrukcí a otevřít pozemek k jižní straně. oddělení obálky vytápěné části od ostatních konstrukcí (terasy, balkóny, nevytápěné prostory, atd.) proslunění objektu během dne je podmíněno vhodnou polohou objektu na pozemku kdy zamezíme zastínění domu jinými objekty a konstrukcemi zamezme tomu aby po noci přišel zase jen stín stejný objem, různý tvar, jiná ochlazovaná plocha zastínění domu jiným objektem nebo konstrukcí, nevhodné umístění na pozemku omezení proslunění a zisku solární energie v zimním období 12 13
OBALOVÉ KONSTRUKCE Tepelně technické vlastnosti obalových konstrukcí u pasivních domů jsou daleko pod požadovanými i doporučenými hodnotami norem. Tato investice se nám násobně vrací extrémně nízkou energetickou náročností, náklady za energie a komfortem při bydlení. Stručně z tepelné techniky Co je to vlastně ta často zmiňovaná potřeba tepla na vytápění, a na čem je závislá? Měrná potřeba tepla na vytápění Qh = Ql η. (Qs + Qi) Qh Ql Qs Qi η potřeba tepla na vytápění celková tepelná ztráta budovy (vytápěného prostoru) solární tepelné zisky (sluneční energie) vnitřní tepelné zisky (osoby, domovní technika, vaření, atd.) stupeň využití tepelných zisků (zima, léto, přechodná období) Díky extrémně nízkým tepelným ztrátám u pasivních domů (izolace, rekuperace, atd.) je vliv tepelných zisků značný! celková tepelná ztráta QL = H. (Θi Θe). t QL celková tepelná ztráta budovy H celková měrná tepelná ztráta budovy Θi požadovaná vnitřní teplota v zóně ve C Θe průměrná teplota vnějšího vzduchu C t délka časového úseku celková měrná tepelná ztráta H = H T + H V H T H V měrná tepelná ztráta prostupem tepla obalovými konstrukcemi (střecha, stěny, podlaha na terénu, okna a dveře) měrná tepelná ztráta výměnou vzduchu (větrání - rekuperace) Schopnost obalových konstrukcí zamezit úniku úniku tepla tepla prostupem z z interiéru do do exteriéru je jedna jedna z z nejzásadnějších vlastností, které které musí musí pasivní pasivní dům dům splňovat. Zjistili jsme, že snížení potřeby tepla na vytápění realizujeme využitím tepelných zisků a omezením tepelných ztrát. Tepelné ztráty minimalizujeme větráním za použití rekuperace a návrhem dostatečných tepelně-technických vlastností obalových konstrukcí budovy (stěny, střechy, podlaha na terénu, výplně otvorů), tedy součinitelů prostupu tepla U [W/m 2 K] u jednotlivých konstrukcí. Začněme u stěn. Máme tři základní možnosti jak přistoupit ke stěnové konstrukci. a) ztracené bednění z tepelné izolace b) masivní konstrukce zateplená c) stěnová konstrukce dřevěná s izolací Stěnové konstrukce a b c požadavky: součinitel prostupu tepla U = 0,1 0,15 [W/m 2 K], vzduchotěsnost, minimalizace tepelných mostů, životnost, cena atd. 14 15
výplně otvorů okna, dveře střešní konstrukce Stejně jako na ostatní neprůhledné obalové konstrukce, tak i na ty střešní jsou u pasivních domů kladeny vysoké nároky. Zejména pak na vlastnosti tepelně izolační. Možnosti střešních konstrukcí 1) ploché, pultové střechy Nosnou konstrukci může tvořit např. železobetonová konstrukce zateplená např. expandovaným polystyrenem. Jako vhodné se jeví ozelenění střešní roviny a to jednak z důvodu technických (tepelná izolace, ochrana hydroizolace proti UV záření, atd.) a také ekologických (ozelenění zastavěné plochy, atd.) 2) šikmé střechy a) izolace nad krokvemi izolace na bázi polystyrenu, nadkrokevní systémy, atd. výhody: více užitného prostoru a viditelné krokve v interiéru, vhodná aplikace parozábrany b) izolace mezi a pod krokvemi (jako izolaci lze použít minerální vatu, foukané izolace, atd.) c) kombinace Pro pasivní domy mají okenní otvory řadu významů. Řeší prosvětlení místností denním světlem, spojují vnitřní prostor s vnějším a navozují pocit splynutí prostoru domu s přírodou. Jako nám přes okenní otvory slunečním zářením prostupuje denní světlo, které nám prosvětluje místnosti, tak ve stejnou chvíli přináší slunce solární energii, která nám v zimě pomáhá s vytápěním, a jelikož bydlíme v pasivním domě, vliv této energie je značný. na co je třeba dbát - okenní otvory jsou součástí obálky budovy, proto musí splňovat přísné tepelně-technické požadavky. Ale jelikož okenní otvory svými izolačními vlastnostmi (zejména rámu) poněkud pokulhávají za ostatními konstrukcemi obálky, je nutné o to více optimalizovat jejich polohu vůči světovým stranám, jejich velikost a umístění. - kvalitní zasklení (trojsklo, dvojsklo s tepelným zrcadlem Heat Mirror) - rám okna s tepelně-technickými vlastnostmi vhodnými do pasivních domů - hodnota součinitele prostupu tepla pro celé okno Uw < 0,8 W/(m 2 K) - dostatečná hodnota činitele prostupu sluneční energie - osazení okna ve stěně - stínění okna (venkovní žaluzie, přesah střechy, jiné stínění) - vzduchotěsné a vodotěsné napojení na ostatní konstrukce stínění Jelikož se snažíme okenní otvory - z důvodu využití slunečních solárních zisků v zimním období - při návrhu pasivního domu orientovat k jihu, je nutné pro letní období uvažovat nad stíněním zabraňujícím přehřívání domu. Využíváme vysokou polohu slunce v letním období a instalovaných stínících prvků (přesahů střech, venkovních žaluzií, pergol atd.) z i m a l é t o požadavky: součinitel prostupu tepla U = 0,08 0,12 [W/m 2 K], vzduchotěsnost, minimalizace tepelných mostů, životnost, vzhled, funkčnost, cena atd. příklad stínění přesahem střechy a venkovními žaluziemi zimní období solární zisky od slunečního záření jsou umožněny letní období poloha slunce, přesah střechy, venkovní žaluzie omezení solárních zisků 16 17
ŘÍZENÉ VĚTRÁNÍ S REKUPERACÍ Proč je důležité větrat Základní myšlenkou větrání je přívod čerstvého vzduchu, který by měl být, z pohledu zdraví a komfortu bydlení obyvatele domu, prvotní záležitostí. V současné době, kdy všechny domy jsou již relativně vzduchotěsné, což je způsobeno zateplováním a používáním kvalitních těsných oken, dochází k tomu, že vzduch se již nemá možnost vyměňovat infiltrací přes obalové konstrukce a okenní otvory jako tomu bylo dříve. Toto má za následek brzké spotřebování vzduchu v místnostech (dýchání, vaření, atd.) a nezbývá, než o to více větrat. Větrat lze okny, nebo řízeným větráním. Všichni známe ten pocit, kdy v zimě otevíráme okno, abychom vyvětrali a hned vzápětí ho zavíráme, protože je nám líto tepla, které pouštíme ven z domu a vadí nám zima, kterou si při větrání dotujeme místnost. Často to končí tak, že větráme pouze ráno, a někdy ani to ne. Výsledkem bývá vydýchaný, nezdravý vzduch s vysokým obsahem CO 2 a velká vlhkost, která vlivem těsnosti domu způsobuje plíseň a poruchy konstrukcí. Větrání s rekuperací U pasivních domů jsou tyto problémy řešeny řízeným větráním s rekuperací. Čerstvý vzduch přivádíme do obytných místností a znečištěný vzduch je po předání své energie čerstvému vzduchu odveden z objektu. Čerstvý (studený) a odpadní (ohřátý) vzduch si předávají energii v rekuperační jednotce, čímž dochází k eliminaci ztráty větráním na minimum. Předání se děje s účinností 80 90 % v závislosti na vstupních podmínkách a typu jednotky. Výsledkem větrání s rekuperací je neustálý přívod čerstvého filtrovaného vzduchu, eliminace ztrát větráním - tedy úspora energie, odvod přebytečné vlhkosti, absence hluku z exteriéru a eliminace průvanu. 18 19
20 21
využití obnovitelných zdrojů energie pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody Tepelné čerpadlo Tepelné čerpadlo odnímá tepelnou energii ze svého okolí a dokáže ji několikanásobně povýšit na úroveň využitelnou pro vytápění nebo ohřev teplé užitkové vody. Využívá energie z vody, země a vzduchu. 22 23
využití obnovitelných zdrojů energie pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody n 50 vzduchotěsnost obálky Solární termické panely Sluneční paprsky dopadající na povrch solárních kolektorů jsou zachyceny v absorbéru, kde se sluneční záření přeměňuje na tepelnou energii. Ta je odvedena pomocí teplonosné kapaliny do výměníku, kde se získané teplo využívá k přípravě teplé užitkové vody (TUV), případně k přitápění (dohřevu vzduchu). Užití solární energie má velmi pozitivní vliv na snížení spotřeby primární energie z neobnovitelných zdrojů vstupující do objektu pro krytí energie spotřebované na vytápění a ohřev teplé vody a na energie potřebné pro provoz domovní techniky. Přináší s sebou velké úspory energií spojené s ohřevem teplé vody, případně vytápěním. Proč je zapotřebí zajistit vzduchotěsnost u pasivních domů uveďme si nejzávažnější důsledky netěsné obálky - snížení účinnosti větracího systému (a s tím spojené snížení účinnosti rekuperace) - zvýšení tepelných ztrát budovy - zvýšené riziko poruch konstrukcí vlivem intenzivního transportu vlhkosti netěsnostmi - snížení kvality vnitřního prostředí (chladný vzduch průvan) - snížení životnosti materiálů a konstrukcí Jak zajistit vzduchotěsnost Každá obalová konstrukce by vždy měla obsahovat hlavní vzduchotěsnící vrstvu. Např. systémy z masivních konstrukcí hlavní vzduchotěsnící vrstvu tvoří samotná konstrukce s omítkou systémy dřevostaveb - hlavní vzduchotěsnící vrstvu tvoří nejčastěji parozábrana (fóliová, obklad OSB deskami) Důležité je věnovat se při návrhu a realizaci stavby detailům, stykům, napojením a problematickým místům v konstrukcích. Celková vzduchotěsnost obálky budovy Pro hodnocení celkové vzduchotěsnosti obálky se užívá intenzity výměny vzduchu n 50 v [h -1 ] Hodnota n 50 udává objemový tok vzduchu netěsnostmi v obálce budovy při tlakovém rozdílu 50 Pa. Pro pasivní domy musí hodnota n 50 nabývat hodnot maximálně 0,6 h -1. Zjednodušeně to znamená následující: při testu vzduchotěsnosti (tzv. Blower Door testu), při kterém je v domě uměle vytvořen tlakový rozdíl 50 Pa (podtlak nebo přetlak), nesmí objem vzduchu, který při tomto tlakovém rozdílu vniká (podtlak), nebo odchází (přetlak) z objektu, překročit 60 % celkového objemu vzduchu v měřené části objektu. 24 25
Pasivní dům v Kralupech nad Vltavou půdorys 1NP autor projektu: ASTING CZ Pasivní domy s.r.o. architektonická část: Ing. Daniela KLIKAROVÁ stavební část, 3D Vizualizace a animace: Ing. Tomáš PODEŠVA rok zpracování projektu: 2009 data projektu: celková vnitřní podlahová plocha: 163 m 2 měrná potřeba tepla na vytápění: 18kWh/(m 2.a) (TNI 730329) vytápění, větrání: Atrea + elektrokotel, zemní výměník tepla ohřev TUV: tepelné čerpadlo Aqualea stěnový systém: Maxplus 450N (U=0,1 W/m 2 K) 1 NP vizualizace 26 27
2 NP vizualizace půdorys 2NP 28 29
Poznámky: Poznámky: 30 31