ENERGETICKÁ NÁROČNOST BUDOV Ing. Jiří Labudek, Ph.D. 1. ENERGIE, BUDOVY A EVROPSKÁ UNIE 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 dokonce nárůst světové spotřeby energie o 85 % do roku 2020, přitom v zemích Evropské unie se předpovídá nárůst pouze o 30 %. 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 směrnici o energetické náročnosti budov tzv. EPBD II. Na jedné straně toto zvyšuje zájem o výzkum a vývoj nových a efektivnějších technologií, o hledání nových zdrojů a o celkovou racionalizaci hospodaření s energií, na druhé straně však vyvolá v mnoha případech ekonomické potíže znamenající další vážné ohrožení spolehlivosti dodávek a dostupnost energie. V souvislosti s aktuálním zněním Evropské směrnice o energetické náročnosti budov je nutné do roku 2020 projektovat budovy s výrazně nižší energetickou spotřebou budov. 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 %. Nová směrnice EPBD II tedy vyjadřuje extrémní zájem Evropského společenství o změnu v oblasti energetiky budov a vytyčuje velmi ambiciózní cíle. 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. Podle směrnice EPBD II je doporučeno vždy dodržet zásadu, že je nutno zajistit, aby energetické potřeby v případě vytápění a chlazení byly sníženy na nákladově optimální úroveň, což přímo souvisí s tepelně izolační obálkou budovy. Téměř nulová či velmi nízká spotřeba požadované energie by měla být ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů, včetně energie z obnovitelných zdrojů vyráběné v místě stavby či v jejím blízkém okolí. 1
Obr. 5.Škála energetické náročnosti domů. Zdroj: ekowatt.cz 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. Nízkoenergetický dům je stavba, která vykazuje spotřebu energie na vytápění v rozsahu 15 50 kwh/(m 2.rok), často tohoto lze provést kvalitním projekčním návrhem či realizací stavby s výraznou tepelnou izolací a minimalizací tepelných mostů. Cirkulace vzduchu může být řízená a případně využívat rekuperaci tepla. 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. Na pasivní domy jsou však kladeny další požadavky, jako např. neprůvzdušnost budovy apod. 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. Takové řešení lze dosáhnout jen při mimořádných podmínkách, proto se v praxi s tímto typem výstavby zatím nesetkáváme, ale stává se výzvou moderního stavebnictví v nejbližší budoucnosti. Aktivní (plusový) dům je objekt, který vyrábí více energie, než kolik spotřebuje při vlastním provozu. Tohoto stavu, lze docílit například u pasivních staveb, kde dodatečně vyrábíme větší množství vlastní energie z obnovitelných zdrojů. Energeticky nezávislý dům je schopen pro pokrytí vlastní energetické potřeby využít vlastní zdroj, nezávislý na energetických rozvodných sítích. Jedná se často o objekty, které jsou realizovány na odlehlých místech, např. meteorologické stanice či horské chaty. 2
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. V současné době vzniká tak celoevropský společenský tlak na minimalizaci energetické náročnosti a moderní budovy se učí s energiemi hospodařit, přizpůsobovat se aktuální situaci či dokonce předvídat. Výzvou moderního stavebnictví je výstavba budov, které na základě intenzivního sledování aktuálního počasí či dokonce na základě krátkodobých předpovědí dokážou řídit a usměrňovat toky energií v budově. Získaná meteorologická data se stávají často základem pro systém regulace vnitřní teploty a celkové energetické správy objektu. Podobně jako domy by v budoucnu měly na výkyvy počasí reagovat i rozvodné sítě poněvadž stále roste zastoupení větrných a slunečních elektráren, silně závislých na počasí, budou předpovědi počasí jedním z klíčových faktorů pro správný chod sítě. Moderní budovy jsou doslova protkané elektronickými sofistikovanými řídicími systémy, které pečují o řádný chod všech systému instalovaných do budovy. Nejmodernějším pasivní stavbou v zemi je v současnosti výzkumné a školicí středisko MSDK, které je odvozeno od základního formátu příměstského domu. Jedná se o unikátní centrum, které slouží jako názorná ukázka moderního pasivního domu, který slouží výuce či výzkumu v oblasti navrhování a realizací moderních dřevostaveb šetrných k životnímu prostředí. 2. TEPELNĚ IZOLAČNÍ OBÁLKA BUDOV Pravděpodobně nejdůležitější součástí moderních domů s nízkou spotřebou energie je vrstva tepelné izolace, která tvoří tepelně izolační obálku stavby. V současné době stavebnictví využívá velké množství stavebních materiálů s vynikajícími vlastnostmi a moderní tepelné izolace jsou neodmyslitelnou součástí moderních staveb a je nutné izolovat domy masivní tloušťkou tepelné izolace, čímž se výrazně snižuje tepelná ztráta objektu. Základem úspor je dobré stavební řešení tepelně izolační obálky objektu. Minimalizace tepelných ztrát zajistí nízké dodávky tepla do objektu, a přesto v něm zůstane příjemná tepelná pohoda. Tepelné ztráty jsou výrazně závislé na tepelně technických vlastnostech ochlazovaných konstrukcí. Abychom snížili energetické potřeby na vytápění, a chlazení na nákladově optimální úroveň musíme zajistit kvalitní tzv. tepelně izolační obálku budovy. Obalové konstrukce budov jsou části staveb, které "obalují" interiér budovy a oddělují ho tak od exteriérového prostředí. Mezi tyto konstrukční a prvky patří: střešní pláště, obvodové stěny, okna, dveře, lehké obvodové pláště či podlahy. Obálka budovy je tedy technický pojem, který v sobě zahrnuje všechny obalové konstrukce budov, které obalují vnitřní prostředí budovy. S rostoucími požadavky na tepelně-izolační ochranu budov roste významně vliv tepelných mostů na celkovou tepelnou ztrátu objektu. Zanedbáním tepelných mostů do výpočtů dochází k výraznému nadhodnocení obvodové konstrukce z tepelně technického hlediska.tepelný most je místo v konstrukci, kde dochází k větším tepelným tokům než v bezprostředním okolí tohoto místa. Jde tedy o místa, kudy uniká na jednotku plochy mnohem více tepelné energie než okolní konstrukcí při stejné ploše. Kvalitu vnitřního mikroklimatu s malými provozními náklady můžeme pozitivně ovlivnit použitím obvodových plášťů s difúzně otevřenou skladbou 3
obvodového pláště. U těchto plášťů jsou vrstvy navrženy tak, aby umožnily prostup plynů a vodních par z interiéru budovy do exteriéru. Moderních obvodové pláště budov se posuzují pomocí Součinitele prostupu tepla, který je v tepelné technice budov nejdůležitější veličinou a charakterizuje tepelněizolační schopnost konstrukce. Součinitele prostupu tepla přímo závisí na fyzikálním parametru látky zvaném Součinitel tepelné vodivosti, který udává schopnost stejnorodého materiálu vést teplo. Součinitel tepelné vodivosti udává výkon, který projde každým čtverečním metrem desky tlusté 1 metr při teplotním rozdílu 1 Kelvin. Součinitel prostupu tepla konstrukcí U [W/m 2 K] tedy vyjadřuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými od sebe danou konstrukcí. Tab. 1. Součinitele tepelné vodivosti stavebních materiálů. Materiál Objemová hmotnost ρ[kg/m 3 ] Součinitel tepelné vodivosti λ [W/(m.K)] Železo 7 870 80,2 Led 4200 2,30 Železobeton 2300 1,43 Beton hutný 2100 1,23 Malta cementová 2000 1,16 Dřevo 400 0,4-0,18 Polystyren 40 0,035 Obr. 6. Porovnání materiálů pro obvodové pláště budov. Zdroj: CIUR, a.s. Na Obr. 6 jsou viditelné různé tloušťky materiálu potřebné pro zajištění identických tepelně izolačních vlastností obvodových plášťů staveb. Z tohoto pohledu by bylo nejvýhodnější tedy obvodové pláště staveb budovat přímo z tepelné izolace, v praxi se často jedná o nemožné řešení, avšak snažíme se k němu přiblížit například využitím I nosníku na bázi dřeva vkládaných mezi masivní tloušťky tepelných izolací moderních staveb na bázi dřeva. Instalace tepelné 4
izolace do obvodového pláště mezi nosné prvky v celé šíři zajišťuje celkové snížení tloušťky stěny (Obr. 7), čímž se snižuje zastavěná plocha u celkové plochy objektu. Stěnová konstrukce menší tloušťky přispívá ke zvětšení vnitřního prostoru nebo umožňuje zmenšení vnějšího obvodu stavby při zachování podlahových ploch. Svislý řez konstrukcí obvodového pláště na bázi dřeva Půdorysný řez konstrukcí obvodového pláště na bázi dřeva Obr.7. Základní posuzovaná skladba obvodového pláště. Obvodové pláště s uvedenou skladbou (obr. 7) v tloušťkách 205 až 755 mm dosahují Součinitele prostupu tepla U = 0,26 až 0,06 W/(m2.K). Již při celkové šířce konstrukce 305 mm lze prohlásit obvodový plášť za vhodný pro stavby v pasivním standardu. Velice efektivní z pohledu současné doby se jeví konstrukce v šířce 305 až 505 mm. S výhledem do let 2030 až 2050 se předpokládá větší prosazování těchto obvodových plášťů s šířkou 555 až 755 mm s cílem dosáhnout ve výstavbě tzv. nulového standardu při výstavbě, kde nemalou roli budou hrát právě obvodové pláště staveb. 5
Obr. 8. Graf závislosti součinitele prostupu tepla na tloušťce obvodového pláště dle Obr.7. 3. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Aktualizace Státní energetické koncepce české republiky: srpen 2012. In: TZB/info [online]. Praha, 2012 [cit. 2013-02-21]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/pravni-predpisy/dokumenty-tykajici-seobnovitelnych-zdroju-energie-a-uspor-energie. [2] Ceny regulovaných služeb v elektroenergetice a plynárenství pro rok 2013. In: ING. BECHYNĚ, Milan. TZB-info [online]. 29.11.2012 [cit. 2013-02-21]. Dostupné z: http://energetika.tzb-info.cz/9335-ceny-regulovanych-sluzeb-velektroenergetice-a-plynarenstvi-pro-rok-2013. [3] Dostupné z: http://www.ekowatt.cz [4] Dostupné z: http://www.ciur.cz [5] Labudek, J., disertační práce Optimalizace obvodového pláště dřevostaveb v pasivním standardu s výplňovými izolacemi, autoreferát ISBN 978-80-248-2880-0, Ostrava, 2012, 1. Vydání [6] Dostupné z: http://www.imaterialy.cz/technologie/monte-rosa-huttehorska-chata-s-provozem-rizenym-automaticky-podle-pocasi.html 6