Pasivní domy na bázi dřeva

Za pasivní domy považujeme budovy, jejichž spotřeba tepla na vytápění nepřekračuje 15 kWh/m² za rok a celková spotřeba energie (topení, ohřev vody, provoz elektrospotřebičů) by neměla překročit 120 kWh/m² za rok. Pro srovnání: běžné novostavby, nejsou-li řešeny jako nízkoenergetické, mají jen spotřebu tepla na vytápění kolem 100 kWh/m² za rok. Rozdíl oproti běžným stavbám je hlavně v dokonalém obvodovém plášti budovy, díky němuž se dům tohoto typu obejde bez konvenčního otopného systému. Tento plášť musí být vzduchotěsný (testuje se takzvaným Blower Door testem), aby teplo neunikalo infiltrací vzduchu z exteriéru.

Potřebnou výměnu vzduchu většinou zajišťuje systém řízeného větrání s rekuperací. Pomocí rekuperační jednotky umíme získat teplo z odváděného vzduchu a zpětně ho využít k ohřevu čerstvého vzduchu. Podstatnou složkou energetických příjmů je získávání pasivní solární energie zasklenými plochami. Proto se nejvíce zasklených ploch orientuje na jih a minimum na sever. Velkou předností je použití solárních termických kolektorů na přípravu teplé vody a podporu vytápění. Myšlence tepelné úspornosti a využívání pasivních slunečních zisků se podřizuje celá architektura pasivních budov. Projekty těchto objektů jsou specifické a při navrhování je třeba dodržet několik principů.

Architekt je při práci limitován samotným tvarem pasivního domu – ten by měl být jednoduchý a co nejkompaktnější, bez zbytečných výstupků, aby byly plochy minimálně ochlazovány. Někdy se však členitosti stavby nevyhneme, protože si ji vynutí urbanistický kontext. Povrch pláště budovy by měl být ve srovnání s obestavěným prostorem budovy co nejmenší. Tvar budovy má rozhodující vliv na spotřebu energie. Proto by koule představovala ideální tvar; je jen těžko realizovatelná a z hlediska dispozice nevýhodná. Jedním z nejběžněji používaných tvarů je ležatý kvádr. Všeobecně se dává přednost hranolovitým tvarům. Střecha je nejčastěji pultová, rovná nebo sedlová s malým sklonem. Netypickým řešením může být oblouková střecha.

Pasivní domy mají obytné prostory orientovány na jih. Na jižních fasádách je i nejvíce zasklených ploch k dosažení co největších solárních zisků. Naopak na severních fasádách se zasklení snažíme vyhnout. Nevytápěné prostory, jako jsou sklady, garáže a technické místnosti, je výhodné orientovat tak, aby vytvářely nárazníkovou zónu, a často se kromě tepelněizolačního obalu budovy řeší jako přístavky. Již v architektonickém návrhu by měla být zakomponována některá technická zařízení a konstrukční prvky, například stínění zasklených ploch před vysokým letním sluncem, sluneční kolektory a podobně.

Obvodový plášť tvoří uzavřený izolační celek, jehož součinitel prostupu tepla je menší než 0,15 W/(m² . K), u střešních plášťů 0,12 W/(m² . K) a méně. Potřebného tepelného odporu stěny se dosahuje tepelněizolační vrstvou o tloušťce 280 až 360 mm (v závislosti na vlastnostech použitého materiálu). Kritickými místy v konstrukci jsou především detaily založení stavby, napojení střešního pláště na obvodové zdi, detaily osazení oken, dveří a stropu na obvodovou zeď. Všechny detaily by měly být vyřešeny bez tepelných mostů, případně jen s jejich minimálním vlivem, a měly by být rovněž vhodné z hlediska vzduchotěsnosti.

Zakládání stavby

Detail zakládání energetických budov je komplikovanější než u běžných staveb. Je to z toho důvodu, že nemůžeme pominout tepelné ztráty podlahou. Podlaha plní i akumulační funkci, kterou v případě dřevěných staveb neplní obvodový plášť. Místa, kde se přenášejí síly (například z obvodových a nosných zdí) do základů, jsou vyplněna pěnovým sklem, které má výborné pevnostní a tepelnětechnické vlastnosti. Vrstva izolace je nejčastěji z tvrzeného polystyrenu, který má malou nasákavost a dostatečnou pevnost v tlaku. Na vrstvě tepelné izolace je železobetonová akumulační vrstva.

Konstrukční systémy na bázi dřeva

Jako nosná konstrukce dřevěných nízkoenergetických a energeticky pasivních domů přichází v úvahu dřevěná rámová konstrukce, stěnová konstrukce z prostorových tvarovek nebo prefabrikovaná stěnová konstrukce z celostěnových dílců na bázi lepeného dřeva. U rámové konstrukce můžeme použít standardní prvky rámu 60 × 140 mm. K dosažení dostatečného tepelného odporu stěny se na rám přidají další vrstvy tepelné izolace. Rám lze zateplovat oboustranně; z exteriérové strany například kontaktním zateplovacím systémem a z vnitřní strany další vrstvou tepelné izolace. Alternativně lze standardní prvky rámu nahradit tenkostěnnými profily skříňového průřezu nebo průřezu ve tvaru I. Výhodou těchto profilů je nejen větší prostorová stabilita, ale i jejich snadná montáž. Díky subtilním stěnám z OSB desek profily ve velké míře eliminují systémové tepelné mosty.

Způsob výstavby z prostorových tvarovek je podobný jako ze silikátových tvárnic. Jde však o suchý způsob montáže založené na jednoduché modulové výstavbě z průmyslově vyráběných modulů. Základní kus je vytvořen z dutého modulu (například o délce 600 a výšce 300 milimetrů). K základnímu modulu se vyrábějí moduly čtvrtinové, poloviční a prvky doplňkové. Jednotlivé tvarovky do sebe zapadají buď na pero a drážku, nebo kolíkovými spoji. Stěna je vyztužena na výšku vloženými hranoly nebo zvenku nabitým laťováním. Samotná tvarovka je vyrobena z vysušeného řeziva nebo z velkoformátových materiálů, nejčastěji OSB desek. Dutina je vyplněná tepelnou izolací na bázi minerální vlny, recyklovaného papíru, korku a podobně. Montáž nevyžaduje žádné složité mechanické a dopravní prostředky, je efektivní a rychlá.

Konstrukce z celostěnových dílců na bázi lepeného dřeva je zajímavá tím, že se vrstva lepeného dřeva nachází na interiérové straně a plní hlavně nosnou funkci. Tloušťka této vrstvy je většinou 135 mm. Zatepluje se exteriérová strana konstrukce. Oproti srubové konstrukci s vrstvou izolace na interiérové straně se tak zabrání vzniku systémových tepelných mostů a zlepší se i akumulační schopnost stěny.

		Architektonický návrh pasivního domu (D. Bebej)

Technická zařízení

Systém řízeného větrání s rekuperací zajišťuje požadovaný přísun čerstvého vzduchu. Zároveň z domu odvádí znečištěný vzduch. V zimních měsících se v rekuperační jednotce teplo odebírá z odsávaného vzduchu a odevzdává se vzduchu přiváděnému. Reálná účinnost rekuperace by měla být alespoň 80 %. Některé větrací systémy slouží i jako teplovzdušné vytápění prostorů s cirkulací části větracího vzduchu. Toto řešení umožňuje dodávku většího množství tepla do interiérů, a proto může sloužit jako náhrada tradičního vytápění nejen v pasivních, ale i v nízkoenergetických domech. Kromě toho se při nízkých teplotách nevyžaduje přivádění většího množství vzduchu z exteriéru, a tím se eliminuje snižování vlhkosti v interiéru. Cirkulační vzduch nám zároveň po celém domě rozvede tepelné zisky z místností, do nichž například svítí slunce. Potrubí větracího systému jsou zabudována ve stěnách a podlaze, nejsou tedy vidět. Interiér nenarušují výměníky tepla a rozvody otopného média, jako je tomu u konvenčních otopných systémů.

Dalším často používaným zařízením připojeným na systém řízeného větrání je zemní výměník tepla (zemní registr), využívající toho, že teplota půdy je poměrně stálá. Nasávaný vzduch se v topném období nejdříve předehřeje a potom se přivádí k větrací jednotce. V letním období se naopak vháněný vzduch ochladí, a tak můžeme ochlazovat budovu i ve dnech s extrémně vysokými teplotami.

Solární termické kolektory slouží k přípravě teplé vody a k podpoře vytápění. Voda se ohřeje a putuje do akumulační nádrže, odkud ji zpětně odebíráme během dní, kdy je zamračeno. Fotovoltické kolektory přeměňují sluneční záření přímo v elektrickou energii a snižují její spotřebu. Od jejich používání odrazuje hlavně vysoká investice. Na druhé straně jsou zrealizovány projekty pasivních budov, které dodají do sítě více elektrické energie, než samy spotřebují. V poslední době se také stále častěji setkáváme s tepelnými čerpadly, i když v jejich neprospěch hovoří opět vysoké investiční náklady. Na druhé straně návratnost systému je 3 až 8 let, provoz je mnohem ekologičtější než konvenční vytápění a ušetřit se dá až 80 % nákladů za energii.

Pasivní budovy jsou kvůli velkým zaskleným plochám orientovaným na jih v letním období náchylné k přehřívání. Je důležité tyto plochy před vysokým sluncem zastínit. Pokud se stínění dostatečně nezajistí samotnou konstrukcí, je zapotřebí nainstalovat dodatečné stínicí prvky. Ty instalujeme zásadně do exteriéru – jinak by účinnost stínění byla minimální. Stínicí systémy ovládané elektricky z interiéru jsou nejvýhodnější. Jsou-li instalovány přímo do konstrukce obvodového pláště, nesmějí vytvářet tepelné mosty. Mechanické ovládání je nevhodné zejména kvůli vzniku netěsností, a tedy zvýšené infiltraci vzduchu.

Elektrické spotřebiče

Aby se snížila celková spotřeba elektrické energie, kladou se větší požadavky na všechny elektrické spotřebiče.

Základní požadavky na elektrospotřebiče jsou:

• výběr spotřebičů s nejvyšší třídou účinnosti,
• používání úsporných žárovek na osvětlení (úspora 70 až 80 %)
• při plánování je třeba zohledňovat spotřebiče v nepřetržitém provozu, a to i tehdy, pokud spotřebovávají jen malé množství elektrické energie, jako je pevný telefon, spotřebiče ve stand by režimu a podobně,
• připojení pračky a myčky nádobí na teplou vodu ohřívanou alternativním zdrojem tepla výrazně sníží spotřebu elektřiny.

Bez moderních technických zařízení bychom si realizaci pasivních domů uměli asi jen těžko představit. Jejich úkolem je rovnoměrně rozvádět teplo naakumulované v budově v topném období, ale rovněž chránit budovu před nadměrným přehříváním hlavně v letních měsících.

Střešní plášť

Pro pasivní domy se doporučuje, aby střecha měla součinitele prostupu tepla U = 0,12 W/(m² . K) a méně. Střecha je nejčastěji rovná, pultová nebo sedlová s malým sklonem bez vikýřů. Hlavním důvodem je co nejvíce zmenšit plochu ochlazovaného povrchu. Skladba může být jedno-, dvou- i tříplášťová. Kritickým detailem bývá propojení obvodového pláště se střešním, protože zde může vzniknout tepelný most a netěsnosti, které zvyšují infiltraci vzduchu.

Stropní konstrukce

V zásadě můžeme navrhnout všechny typy dřevěných stropních konstrukcí. Výhodná je spřažená dřevobetonová konstrukce – má kromě dobrých mechanických vlastností i lepší tepelněakumulační a akustické vlastnosti. Rovněž je zapotřebí, aby stropy u nevytápěných prostorů měly dostatečnou tloušťku tepelné izolace. Stropům nad otevřenými prostory (podjezdy a podobně) se snažíme vyhnout už v počátečním stadiu návrhu, protože jsou v rozporu s myšlenkou dosáhnout co nejkompaktnějšího tvaru.

Okna a dveře

Kvalitní okna a dveře jsou nezbytnou podmínkou standardu pasivních budov. Aby se dosáhlo potřebných vlastností, přidávají se do rámů izolační vrstvy nejčastěji z korku, polyuretanu a purenitu. Zasklení je provedeno zpravidla izolačním trojsklem. Důležitá je i poloha osazení okna a dveří v konstrukcích. Dále je nutné zajistit vzduchotěsnost styku rámu a obvodové konstrukce. Požadavky na okna jsou:

• zasklení U_g ≤ 0,7 W/(m² . K),
• rám U_f ≤ 0,85 W/(m² . K),
• samotné okno U_w ≤ 0,8 W/(m² . K),
• osazené okno U_w, _eff ≤ 0,85 W/(m² . K),
• zasklení musí zabezpečit i dostatečné tepelné zisky, musí mít potřebnou propustnost slunečního záření, doporučuje se faktor zasklení g > 0,5 (přes zasklení projde více než 50 % sluneční energie dopadající na jeho plochu),
• vzduchotěsnost samotného okna, ale i styku okenního rámu s obvodovou stěnou,
• samotný detail a poloha osazení ve stěně.

Na vchodové dveře se kladou podobné požadavky jako na okna, zasklení však nemusí splňovat podmínku propustnosti slunečního záření. Dveře musejí dokonale těsnit a vyhovovat bezpečnostním požadavkům.

Problémy spojené s navrhováním a realizací

Při navrhování musíme v první řadě zajistit dostatečnou tloušťku obalového pláště budovy. Výpočtem je třeba ověřit jeho tepelnětechnické vlastnosti (tepelný odpor, prostup páry konstrukcí a akumulační vlastnosti). Problémem dřevěných konstrukcí je nízká akumulační schopnost. Proto je nutné do návrhu zakomponovat i akumulační stěny. Pasivní domy jsou v letním období náchylné k přehřívání. Proto je důležité chránit zasklené plochy před vysokým letním sluncem stínicími prvky umístěnými v exteriéru. Jedním z největších problémů při realizaci nejen pasivních budov je zajištění vzduchotěsnosti. Nejkritičtějšími místy jsou napojení střechy a stropu na obvodovou zeď, rohové spoje stěn a styk rámů oken a dveří s obvodovou zdí. Všechna přerušení parotěsných fólií je potřebné přelepit oboustrannou lepicí páskou. Je nutné vyloučit všechny tepelné mosty, které mohou vzniknout. Dřevěné konstrukce musíme důkladně odizolovat od základové desky.

Ing. Daniel Bebej
Foto: www.hausderzukunft.at, archiv autora a JAGA