Trendy ve výstavbě energeticky úsporných budov

Díky vyhlášce EPBD II a jejímu zavedení do české legislativy (Vyhláška č. 78/2013 Sb.), se předpokládá stále masivnější výstavba energeticky úsporných domů. Donedávna byl nejvyšším energeticky úsporným standardem pasivní dům, ale existují i tzv. nulové či aktivní budovy, které dokážou vyprodukovat tolik energie, aby pokryly svou energetickou potřebu, případně měly ještě energetickou rezervu.

V dalším textu je popsán princip pasivního domu a aktivního domu.

► Pasivní dům

• Definice pasivního domu
  Pasivní dům je budova s tak malou potřebou energie na vytápění, že v ní není nutné použití aktivního otopného systému. Potřebné teplo může být dodáno pouze ohřevem přiváděného čerstvého vzduchu. První pasivní dům byl  yprojektován v Německu již na konci 80. let minulého století, od té doby se provedla další řada výzkumů a vznikl Passivhaus Institut, který vyvinul programy, podle nichž lze navrhovat a optimalizovat pasivní budovy. Passivhaus Institut je zároveň orgánem, který potvrzuje, že stavba splňuje všechny požadavky stanovené pro pasivní domy. Passivhaus Institut dále certifikuje i výrobky vhodné pro použití v pasivních domech a provádí certifikaci projektantů pasivních domů.
  
  Pasivní dům musí splňovat tři základní požadavky:
  • měrná potřeba tepla na vytápění vztažená na 1 m² užitné plochy budovy ≤15 kWh/m² a rok;
  • celkové množství primární energie (vytápění, ohřev TUV, spotřeba elektřiny) ≤120 kWh/m² a rok;
  • intenzita výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa, n₅₀ ≤ 0,6 h^-1 při zkoušce podle normy ČSN EN ISO 9972.

Výhody pasivního domu nejsou jen násobně nižší náklady na vytápění, ale především je zaručena stálá kvalita vnitřního vzduchu, díky nucenému větrání. Vnitřní vzduch při dostatečném větrání nepřekračuje limitní hodnoty CO₂, ani relativní vlhkosti. Díky vysokým povrchovým teplotám obvodových konstrukcí je v pasivním domě větší tepelná pohoda; přestože se dům vytápí na teplotu 20°C, pocitově je v něm tepleji. Tento typ budovy sleduje trend udržitelné výstavby, je ekologický, a přitom i finančně dostupný.

Příklady pasivních domů:

• Projektování pasivních domů v Čechách
  V Čechách zatím neexistuje oficiální směrnice pro projektování pasivních domů. Některé zásady jsou uvedeny v normě ČSN 73 0540-2. Pro hodnocení pasivních domů existují dvě technické normalizační informace TNI 73 0329 a TNI 73 0330, kde je popsána jednotná metodika hodnocení potřeby tepla na vytápění pasivních rodinných a bytových domů. Tyto TNI byly vytvořeny především pro účel rozdělování dotací Zelená úsporám; než začaly TNI platit, nebyly výpočty jednotné. Při hodnocení podle TNI se nezohledňuje lokalita umístění stavby, která má vliv na vnější klimatická data. Dům v horské oblasti proto vychází výpočtově stejně, jako kdyby byl situován v nížině. TNI má pro pasivní dům rovněž jiná kritéria pro potřebu tepla na vytápění, než je obecný standard. Podle TNI musí mít pasivní rodinné domy potřebu tepla na vytápění do 20 kWh/m² a rok, bytové domy do 15 kWh/m² a rok. Při návrhu a hodnocení pasivních domů je nejvhodnější používat program PHPP, který počítá potřebu tepla energie na vytápění podrobněji, i v závislosti na vnějších klimatických datech, a umí zohlednit i ekonomickou stránku projektu.
  
  Pasivní dům má být již od počátku navrhován nejen podle architektonických kritérií, ale především tak, aby měl co nejmenší energetické ztráty. Princip pasivního domu je založen na minimálních tepelných ztrátách prostupem obálkou budovy, a maximálním využitím solárních a vnitřních zisků tepla v kombinaci se zpětným získáváním tepla z odpadního (odvětraného) vzduchu. Zároveň se budova nesmí přehřívat v letních měsících; nemá být dodávána žádná dodatečná energie k chlazení budovy. Maximální přípustná vnitřní teplota je podle ČSN 73 0540-2 v letním období 27°C.
  
  Budova má mít co nejkompaktnější tvar, a má mít co nejmenší plochu obálky budovy vzhledem k objemu. Ideální tvar je krychle, ale rozhodně není dogmatem. Orientace oken má být především na jih, v menší míře na západ a východ, okna na sever je vhodné co nejvíce omezit. Tepelné zisky se využívají především v zimě, v jarních a letních měsících jsou zpravidla nežádoucí. Proto mají mít všechna osluněná okna především na jižní straně účinné venkovní stínění pro vyšší polohu slunce. Všechny konstrukce mají mít vysoký standard tepelné izolace, orientačně lze vycházet ze součinitelů prostupu tepla doporučených pro pasivní domy podle ČSN 73 0540-2:2011. Velkou roli hraje větrací systém, případně další technologie. Tepelné ztráty lze pokrýt pouze dohřevem přiváděného vzduchu při měrných tepelných ztrátách menších než 10 W/m² podlahové plochy. Pasivní standard budovy podle německého modelu zaručuje pokrytí tepelných ztrát teplovzdušným vytápěním, ale u budov splňující požadavky české TNI může být zapotřebí instalovat další otopný zdroj, například plynový kotel, tepelné čerpadlo, kotel na tuhá paliva, atd.
  
  Velmi důležitou roli hraje i vzduchotěsnost obálky budovy, na niž má vliv jak precizní návrh detailů, tak i kvalita provedení stavby. Pasivní domy musí splňovat celkovou průvzdušnost obálky budovy při zkoušce podle ČSN EN 13829, n₅₀ ≤ 0,6 h^-1.
  
  Investiční náklady na pasivní dům nejsou při správném návrhu budovy výrazně vyšší než náklady na budovu v běžném standardu. Vícenákladem oproti běžné budově je rekuperační jednotka a rozvody a údržba VZT, vyšší standard tepelné izolace všech konstrukcí obálky budovy, a případně vnější stínění. Naopak není nutný klasický otopný systém a jeho údržba. Vyšší investiční náklady se v průběhu užívání budovy vracejí v podobě energetických úspor a lepšího standardu bydlení.
   
• Okna a dveře pro pasivní budovy
  Okna jsou i v pasivních domech stále nejslabším článkem obálky, ale při optimalizaci plochy oken a jejich orientaci ke světovým stranám jsou v celoroční bilanci solární zisky větší, než ztráty prostupem. U oken platí jednoduchá zásada, co nejnižší součinitel prostupu tepla U_w, a zároveň co nejvyšší solární faktor zasklení (SF, g). Okna nemají mít zbytečné členění. Není nutné, aby byla všechna okna otevíravá, protože přívod vzduchu je zajištěn vzduchotechnikou. Pevně zasklená okna mají lepší tepelně izolační parametry, mají menší šířku rámu, a jsou levnější. V každé místnosti by však mělo být alespoň jedno otevíravé křídlo pro přirozené větrání mimo otopnou sezónu. Je třeba vzít v úvahu i možnost vnějšího čištění oken.
  
  Materiálově se používají všechny typy oken. Plastová a dřevěná okna mají nižší součinitel prostupu tepla rámu, u hliníkových oken je výhoda velká tuhost rámu, proto může být i na větší formáty oken použita menší pohledová šířka rámu, která zajistí větší solární zisky. Oblíbená jsou dřevohliníková okna, která mají velkou odolnost proti opotřebení.
  
  Rámy oken mají většinou větší tloušťku než u běžných systémů a část rámů bývá tvořena tepelnou izolací, např. z polyuretanu. Jedná se téměř vždy o okna se středovým těsněním, a u těchto oken výrobci nepovinně deklarují U rámu, které se pohybují okolo cca U_f=0,8 W/m²K. Používají se výhradně teplé distanční rámečky a trojskla s U_g ≤ 0,6 W/m²K. Okna jsou ve třídě průvzdušnosti 4.
  
  Pokud není zádveří odizolované od vytápěného prostoru, je třeba použít vstupní dveře s podobnými parametry, jako mají okna. U dveří jsou však náročnější požadavky na jejich mechanickou funkci, než u oken, proto mají nepatrně horší tepelně technické vlastnosti. Doporučený celkový součinitel prostupu tepla dveří je cca U_d = 0,9 W/m²K.
  
  Příklady oken do pasivních domů:

• Provedení detailů
  Má-li získat dům certifikát pasivního domu, je třeba provést zkoušku vzduchotěsnosti. U zděných staveb tvoří vzduchotěsnou rovinu vnitřní omítka a kritické detaily z hlediska vzduchotěsnosti, jsou detaily připojení oken a všechny prostupy TZB a elektroinstalace v obvodových zdech. U montovaných staveb je kritických detailů podstatně více. Připojovací spára musí být vzduchotěsná, je tedy třeba detail navrhnout minimálně podle zásad ČSN 74 6077.
  
  Detaily napojení oken na obvodové stěny hrají roli nejen z hlediska vzduchotěsnosti, ale i z hlediska tepelných ztrát. Zde platí, že připojovací spára má být izolována lépe, než u běžných staveb. Lineární činitel prostupu tepla je pro připojení oken v pasivních budovách doporučen Ψ_pas = 0,01 W/mK. U velmi dobře provedených detailů lze dosáhnout i záporné hodnoty lineárního činitele prostupu tepla. V dnešní době jsou již dostupné knihovny zpracovaných detailů, se spočítanými hodnotami lineárního činitele prostupu tepla.

 

 

 

 

 

 

► Aktivní dům

Aktivní dům je nová generace udržitelné budovy, se zaměřením na komfortní bydlení. Je to typ budovy, která kombinuje požadavky na energetickou úsporu budovy, se zdravým vnitřním prostředím, a ohledem na životní prostředí.

Život v aktivním domě má být krokem kupředu, a nemá představovat žádné překážky pro své obyvatele. Sdružení Aktive House sepsalo návod a kritéria, podle kterých jsou obytné aktivní domy navrhovány a hodnoceny.

U komfortu se klade důraz především na denní osvětlení a oslunění budovy, na tepelnou pohodu v místnostech, a na přívod čerstvého vzduchu. Použité materiály mají být ekologicky nezávadné.

Z hlediska energie je klíčová energetická úspornost. Spotřebovaná energie má být pokryta z obnovitelných zdrojů.

Aktivní dům má pozitivní dopad na životní prostředí. Jeho samotný návrh zapadá do konceptu okolní krajiny a využívá stavební materiály, s ohledem na jejich životní cyklus.

Každý z těchto tří klíčových principů má dále 3 kritéria, která mají 4 úrovně s jasně definovanými parametry. Z těchto parametrů se nakonec sestaví tzv. radar aktivního domu, kde je znázorněno, jakou úroveň dosáhla budova v daném kritériu. Pro každé kritérium existuje přesné rozmezí klíčových parametrů pro zatřídění do úrovně 1 až 4. 

U všech kritérií musí být dále dodrženy minimálně národní požadavky dané země.

• Komfort
  U základního principu „Komfort“ se hodnotí 3 klíčová kriteria:
  • denní osvětlení a oslunění
  U denního osvětlení se hodnotí 4 kategorie pomocí činitele denního osvětlení, a u oslunění jsou kategorie stanoveny na základě procenta oslunění hlavních obytných místností z pravděpodobných slunečných hodin.
  • optimální tepelné prostředí
  Toto kritérium se hodnotí pro letní a zimní období, a provádí se na základě dynamické simulace. Hodnotícím parametrem je minimální operativní teplota v zimním období, a maximální operativní teplota v letním období.
  • kvalita vnitřního vzduchu
  Kvalitní vnitřní prostředí je klíčové pro prevenci vzniku astmatu a alergií, a závisí především na správném větrání při současném minimalizování tepelných ztrát budovy. Podle Active House má vnitřní relativní vlhkost jen malý vliv na kvalitu vnitřního prostředí z hlediska růstu mikrobů, ačkoli není dlouhodobě vysoká vlhkost žádoucí. V místnostech se zdroji vlhkosti má být dostatečné odvětrání a vlhkost nesmí přesáhnout 80%. Kvalita vnitřního prostředí se hodnotí pomocí koncentrace CO₂ při dynamické simulaci v hlavních pobytových místnostech.
   

Energie
Mottem základního principu „Energie“ je: „Nejvíce udržitelná energie je uspořená energie“. Znamená to tedy, že budova musí být navržena tak, aby měla co nejnižší spotřebu energie. Dalším krokem je pokrytí energetické potřeby z obnovitelných a nefosilních zdrojů. Zbývající energetická potřeba má být pokryta fosilními palivy, za použití vysoce účinných energetických procesů.

Aktivní domy mají nízkou potřebu energie.

Do energetické potřeby jsou započítávány veškeré procesy, jako je vytápění, spotřeba elektrické energie, úprava vzduchu, apod. U renovovaných budov se připouští vyšší energetická potřeba, než u novostaveb. Potřebu energie lze ovlivnit především architektonickým návrhem, jako je tvar budovy, omezení tepelných mostů, využití tepelných zisků, princip ventilace, zastínění budovy, použití inteligentních prosklených fasád, apod. Návrh aktivního domu má co nejvíce odpovídat návrhu pasivního domu. Toto kritérium se hodnotí pomocí roční potřeby energie na 1m² vytápěné plochy budovy.

Aktivní dům je zásobován obnovitelnými zdroji energie (OZE).

Klasifikační třídy jsou stanoveny na základě procentuálního pokrytí energie spotřebované v budově z energie z obnovitelných zdrojů, která je vyprodukována na pozemku, nebo v jeho těsné blízkosti.

Jako obnovitelné zdroje lze využívat topení biomasou, výrobu elektřiny fotovoltaickou jednotkou, ohřev teplé vody solárními panely, u větších bytových domů či větších celků rodinných domů lze využít i kogenerační jednotku. Případně lze využít vodní a větrnou energii.

Problém při získávání sluneční energie je její nesoučasnost; tzn. že nejvíce energie je vyráběno v době, kdy není tak vysoký odběr. U fotovoltaiky je největší produkce elektřiny za slunečných dnů, kdy ale většinou není v takto úsporných domech zapotřebí žádné vytápění, protože postačí pasivní solární zisky. Energie tedy musí být skladována, a i tak je zapotřebí, aby byl dům napojen na běžný energetický zdroj, pro vytvoření energetické zálohy. Problém může nastat i s připojením malé domácí elektrárny do stávající sítě.

Skladování přebytečné elektrické energie je možné ve formě vodíku, na který je elektřina převedena použitím palivového článku. V době, kdy je energie opět potřeba, převede se vodík zpět na elektřinu. Palivový článek je zatím cenově hůře dostupný, proto se jeho instalace vyplatí spíše u větších elektráren.

Aktivní domy zohledňují množství primární energie.

Výpočet primární energie je prováděn na národní bázi a zohledňuje dodávky energie z individuálních obnovitelných zdrojů, a energetickou podporu ze síťové energie. Hodnotícím parametrem pro toto kritérium je roční potřeba primární energie na 1m2 vytápěné plochy.


Aktivní dům má mít co nejpříznivější dopad na životní prostředí. Již při návrhu budovy je třeba zohlednit, jak aktivní dům využívá stavební materiály a další zdroje. Hodnotí se spotřeba fosilních paliv, produkce emisí do vzduchu, vody a půdy, a spotřeba pitné vody. Budova se z hlediska životního prostředí hodnotí na základě životního cyklu budovy, který trvá obvykle 50 let a obsahuje:

1. výrobu stavebních materiálů;
2. proces výstavby;
3. provoz a údržbu budovy;
4. demontáž a případně recyklaci stavebních prvků po skončení životního cyklu.
    

Doprava stavebních prvků může být z životního cyklu budovy vyloučena. Hodnoceny jsou hlavní součásti stavby jako je:

1. obálka budovy (vnější stěny, střecha, základová deska, okna a dveře);
2. vnitřní prvky (stěny, podlahy a stropy);
3. hlavní technologické komponenty.

Aktivní domy limitují ekologickou zátěž během celého životního cyklu budovy.

Při návrhu aktivního domu je třeba zohlednit různé kategorie dopadu emisí budovy na životní prostředí. Kategorie jsou následující:

1. primární energie – celkové množství energie získané z hydrosféry, atmosféry, geosféry, nebo jiného energetického zdroje bez antropologické změny, zahrnující obnovitelné i neobnovitelné zdroje;
2. potenciál globálního oteplování – akumulace skleníkových plynů způsobuje odrazivost infračerveného záření od povrchu země. Tím roste teplota na zemi, a tento jev se nazývá skleníkový efekt;
3. potenciál úbytku ozónové vrstvy – ozón se nachází ve stratosféře a absorbuje UV záření. Lidská činnost má za následek zeslabování ozónové vrstvy, čímž se zvyšuje přenos UV záření. To má negativní dopad na lidské zdraví, způsobuje např. rakovinu (především rakovinu kůže) a podráždění očí, dále neúrodu, a úbytek planktonu v oceánech;
4. potenciál fotochemické tvorby ozónu – nežádoucí je vznik ozónu v troposféře, tedy v první vrstvě atmosféry. Pokud je troposférický ozón vystaven slunečnímu záření, mění ho oxidy dusíku a uhlovodíky ve složité chemické látky. Tento proces se jmenuje fotochemická oxidační tvorba;
5. okyselovací potenciál – okyselování vod a půdy plyne z přeměny vzdušných polutantů na kyseliny. Hlavní acidofilní polutanty jsou SO2, oxidy dusíku NOx a jejich kyseliny H2SO4 a HNO3. Tyto polutanty vznikají při spalovacích procesech v elektrárnách a průmyslových budovách, a z dopravy. Okyselování má negativní dopad na půdu, vegetaci, spodní i povrchovou vodu, organismy, ekosystémy, i stavební materiály (úbytek pralesa);
6. eutrofizace (obohacování vod o živiny, především dusík a fosfor) – je způsobena především nadměrným hnojením a může způsobit nežádoucí posun v druhovém složení, a zvýšenou produkci biomasy. Ve vodních ekosystémech může vést zvýšená produkce biomasy ke snížené koncentraci kyslíku. Vysoká koncentrace dusíku může mít negativní dopady i na povrchovou a spodní vodu.

Aktivní domy minimalizují spotřebu pitné vody.

Vyčerpání a nedostatek zdrojů pitné vody nás nutí zamyslet se nad spotřebou a úpravou pitné vody v aktivních domech. Spotřeba pitné vody může být redukována instalací úsporných zařízení či používáním dešťové vody na splachování WC, či na zalévání zahrady. Hodnotícím parametrem pro toto kritérium je procentuální úspora pitné vody.

Aktivní dům uvažuje s udržitelnou výstavbou.

Při návrhu aktivního domu je důležité uvažovat s recyklovanými zdroji, které by měly tvořit cca 80% hmotnosti celé budovy. Zdroje mohou být recyklovány již před zabudováním do stavby, v průběhu užívání stavby, i po demolici.

Velmi důležitý je také management budovy, tedy její správné užívání. Obyvatelé mají být poučeni o odpovědném chování v budově, o používání stínícího a ventilačního systému, a o úspoře vody. Dále je žádoucí provádět monitoring spotřeby energie.

 

Autor: Ing. Michal Čejka
specialista na energetiku budov
Šance pro budovy

Tento článek je součástí obsahu kapitoly č. 3 Sborníku ČKLOP 2017. Více informací k publikaci zde.