Domy budoucnosti – bez energie i CO2
Snižování energetické náročnosti budov je v současnosti asi nejdiskutovanější téma v oboru TZB – technických zařízení budov. Výstavba domů v nízkoenergetickém standardu již pomalu začíná být samozřejmostí, do budoucna nás však čekají mnohem významnější změny. Podle revize směrnice 2002/91/ES by všechny novostavby od roku 2021 měly mít již téměř nulovou spotřebu energie. V kategorizaci energetické náročnosti jsou tyto domy ještě daleko za nízkoenergetickými i pasivními domy. Principy, kterými lze takto úsporného řešení docílit, jsou dnes již dobře známé, přesto jsou nulové domy stále vzácné – po celém světě jich stojí jen několik desítek.
V listopadu 2009 byla schválena konečná podoba revize evropské směrnice o energetické náročnosti budov 2002/91/ES, která se již týká téměř všech typů a velikostí budov. Podle této revize by všechny novostavby od roku 2021 měly být stavěny v nulovém standardu. Výjimku tvoří samostatné budovy menší než 50 m2, historické a sakrální budovy, objekty určené k přechodnému pobytu osob a některé typy prázdninových objektů. Tomuto kroku bude v ČR předcházet zavedení nízkoenergetického standardu pro všechny budovy dokončené po 1. lednu 2013, který znamená snížení potřeby tepla na méně než polovinu ve srovnání s dnešní běžnou novostavbou. Pro dosažení pasivního standardu by však bylo třeba snížit potřebu tepla u běžné novostavby zhruba osmkrát, pro splnění kritérií nulového domu dokonce až patnáctkrát. Takovéto snížení si v současnosti umíme stěží představit a bude zajímavé sledovat další vývoj.
Cesta k energetické soběstačnosti i ekologii
Nízké spotřeby energie na provoz budovy lze docílit mnoha různými opatřeními. Základem je výrazné snížení tepelných ztrát a efektivní využívání tepelných zisků. U pasivních domů je uplatňováno několik základních principů: kompaktní tvar budovy s malou členitostí, prosklené plochy jsou orientovány na jih, špičkové parametry prosklení i tepelné izolace, vzduchotěsnost, důsledné řešení tepelných mostů, systém regulace využívá tepelné zisky, nucené větrání s rekuperací. V současnosti jsou již také definovány doporučené hodnoty konkrétních technických parametrů (např. součinitele prostupu tepla), jejichž dodržení má zajistit požadovanou nízkou potřebu tepla na vytápění.
Pro dosažení dalšího snížení energie a splnění podmínky označení „nulového“ (případně „energeticky soběstačného“ či „aktivního“) domu však již žádná obecná pravidla definována nejsou. Vždy se jedná o jedinečné a konkrétní řešení zohledňující danou lokalitu i cíle projektu, které často nejsou jenom energetické, ale i ekologické. Některé z realizovaných nulových domů slouží jako vzorové domy a jsou přístupné veřejnosti, většina z nich je monitorována pro budoucí hodnocení či slouží přímo k experimentálním účelům. Minimální potřeba energie není často jediným (někdy ani hlavním) rysem nulového domu, některé jsou koncipovány jako domy s nulovou produkcí CO2, jiné kladou důraz na nulovou zátěž prostředí ve stylu udržitelného rozvoje a představují v tomto směru jedinečná řešení (obr. 1). Přídavné jméno nulový by mělo být ve většině případů v uvozovkách, neboť domy nikdy nemají „zcela nulovou“ spotřebu energie či produkci CO2 (viz kritéria v tabulce). Protože jde však o hodnoty velmi blízké nule, zejména v porovnání s hodnotami běžné výstavby, ponecháváme v textu tradiční označení bez dalšího upřesnění. Dále je třeba také zmínit, že se vyhodnocuje celková spotřeba energie – i nulové domy samozřejmě energii ke svému provozu potřebují, zároveň však také energii produkují (fotovoltaickými panely, tepelným čerpadlem, větrnou turbínou), v celkové bilanci tedy jejich spotřeba vychází jako (téměř) nulová.
Kategorizace budov podle potřeby tepla na vytápění a jejich základní charakteristika
Nulová verze po anglicku
Zatímco u nás se zavádění přísných energetických kriterií ve větší míře teprve chystá, většina západoevropských států i vyspělých zemí světa již má tato opatření několik let v platnosti. Například ve Spojeném království platí od roku 2008 zákon o udržitelné výstavbě, který definuje šest požadovaných úrovní a jejich postupné uvádění v platnost. Kromě technických parametrů, které je třeba pro jednotlivé úrovně splnit, obsahuje dokument také informace pro stavební firmy i uživatele domu. Kýženým výsledkem tak má být nejen energeticky soběstačný dům, ale také dům s vysokou kvalitou vnitřního prostředí a minimálním dopadem na životní prostředí.
Přesně v souladu s těmito zásadami a principy byl budován první nulový dům ve Spojeném království – Kingspan Lighthouse (obr. 2). Dům byl dokončen v roce 2007 v Londýně a splňuje nejvyšší úroveň 6 definovanou v zákoně. Kromě minimální zátěže prostředí oxidem uhličitým a téměř nulové spotřebě energie má stavba také propracovaný systém vodního a odpadového hospodářství.
Nejsevernější nulový dům v Evropě
Originální energeticky soběstačný dům s nulovou produkcí CO2 najdeme na nejsevernějším místě Spojeného království – na malém ostrůvku Unst, který je součástí skotského souostroví Shetlandy (obr. 1). Na pozemku byl původně historický dům, který však zničil v roce 1992 hurikán. Majitelé parcely zatoužili po zcela jedinečné stavbě. Po poradě s odborníky na nízkoenergetickou výstavbu se dohodli, že přes nehostinné chladné podnebí severního souostroví postaví dům s nulovou produkcí CO2. Jejich cílem i motivem bylo nejen ekologické bydlení, ale také vybudování domu, který by sloužil ke studijním účelům a mohl sloužit jako příklad při další výstavbě. Podle slov jeho majitelů – pokud je možné postavit nulový dům v tomto chladném a deštivém kraji, lze jej postavit kdekoliv po světě.
Nulový dům v Unstu splňuje všechny zásady pro výstavbu pasivního domu. Konstrukce domu je z dřevěných trámů, které pocházejí z kontrolované těžby v lesích co nejblíže k místu stavby. Střecha i obvodové zdi jsou vybaveny 140 mm pěnové izolace, která splňuje ekologické požadavky. Důraz byl kladen také na vzduchotěsnost, která splňuje nejpřísnější kritéria. Elektrická energie na provoz domu je získávána dvěma větrnými turbínami, které nahrazují tradiční fotovoltaické panely. Toto řešení bylo zvoleno vzhledem k místnímu podnebí, které je charakteristické svojí intenzitou větru a naopak krátkou dobou slunečního svitu. Elektrická energie má sloužit také k dobíjení elektromobilu, čímž dojde k výraznému snížení emisí CO2. Přebytky vyrobené elektrické energie jsou uchovávány v článkových akumulátorech.
Energie pro vytápění je získávána tepelným čerpadlem voda – vzduch, které je napojeno na akumulační nádrž o objemu 4 200 l (obr. 3). Z ní je podle potřeby čerpána voda do systému podlahového vytápění či pro běžnou potřebu uživatelů domu. Větrací systém v domě je nucený s nezbytným zpětným získáváním tepla.
Pitná voda se získává ze studny u domu. Dešťová voda je sbírána drenážním systémem s propustným zásypem kolem domu a následně svedena do centrální jímky. Později slouží k zavlažování zahrady a částečně také pokrývá potřebu vody v domě – využívá se ke splachování toalety. Odpadní voda z domu je čištěna hned u domu v biologické čističce (obr. 4).
Významnou část produkce CO2 běžné domácnosti tvoří doprava potravin. Proto je součástí konceptu tohoto nulového domu také zahrada pro pěstování zeleniny a zemědělských plodin (obr. 5). Majitelé mají také v plánu vybudovat skleník o ploše přibližně 94 m2. Pro zajištění dobré úrody bude skleník vybaven LED osvětlením a proti nepřízni počasí jej bude chránit externí hliněná zeď. Úsporné LED osvětlení je použito i v domě, čímž je docíleno velmi nízké spotřeby energie – na osvětlení celého domu je potřeba tolik energie, kolik by spotřebovala jedna klasická 100-wattová žárovka.
Atypický, a přesto nulový
Zcela jiný nulový dům najdeme o 500 km jižněji, ve třetím největším skotském městě Aberdeen, ležícím na východním pobřeží u Severního moře. Dům Sigma Home je nezvykle úzký a vysoký, tvůrci jej koncipovali jako třípatrový městský dům (obr. 6 a 7). Od běžných domů jej na první pohled odlišují tři malé větrné turbíny umístěné na střeše domu. Hlavní triumfy má však dům ukryty ve svých útrobách.
Koncept třípatrového domu vybrali jeho tvůrci úmyslně, aby byl vhodný pro městská centra, neboť jde o oblast, kde lze v budoucnu dosáhnout velkých úspor energie i produkce CO2. Dům je navržen tak, aby splňoval kritéria nulové produkce oxidu uhličitého. Zelená energie je získávána solárními kolektory, fotovoltaickými panely a větrnými turbínami.
Všechny stěny i střecha domu jsou vybaveny izolací splňující nejvyšší možná kritéria. Solární komín a celkové nucené větrání s rekuperací zajišťují dostatečný přívod čerstvého vzduchu při minimální spotřebě energie. Vysoké účinnosti aplikovaných systémů je dosaženo i díky výborné vzduchotěsnosti domu. Pro docílení minimální potřeby energie je dům také vybaven kvalitními nízkoenergetickými spotřebiči i osvětlením.
Dům je koncipován nejen jako energeticky soběstačný, ale také jako ekologický a neutrální ve vztahu k produkci oxidu uhličitého. K jeho stavbě bylo proto ve velké míře použito dřevo z obnovitelných zdrojů a při výstavbě byl kladen důraz na minimální transport materiálu. Takzvaná šedá voda, splašková odpadní voda ze sprch a umyvadel, se po recyklaci využívá ke splachování toalet. Sprcha i vodovodní kohoutky jsou opatřeny úspornými hlavicemi, pračka splňuje kritéria ekologického provozu s minimální spotřebou vody.
Pro snadnější recyklování odpadu je dům vybaven třemi zabudovanými kontejnery. V domě je myšleno i na bezpečnost obyvatel, například pro případ požáru je instalován automatický požární systém s rozstřikovači.
Na návrhu domu se podílel tým architektů a designérů s cílem vytvořit prototyp domu, který by svou variabilitou mohl vyhovět požadavkům různých majitelů i jejich vkusu. Důraz je kladen na moderní pojetí s otevřeným řešením prostoru, který však případně lze snadno rozdělit podle přání jeho obyvatel.
Aberdeen – plánování versus realita
Testování domu po dokončení stavby a studie během několika měsíců jeho provozu přineslo zajímavá zjištění. Ukázalo se, že přes pečlivé vedení stavby domu nedosahují některé tepelnětechnické vlastnosti domu požadovaných hodnot. Problémová byla vzduchotěsnost, ztráty tepelnými mosty a obecně konstrukční nepřesnosti, které spolu vedly k významnému navýšení tepelné ztráty domu. Tyto problémy bylo třeba zpětně řešit, což znamenalo velkou časovou i finanční zátěž. Dále bylo zjištěno, že mikroenergetické systémy pro získání obnovitelné energie (například malé větrné turbíny na střeše domu) nejsou příliš energeticky efektivní. Studie také poukázala na konflikt mezi systémem automatického řízení systémů domu a chováním uživatel. Problém se ukázal zejména v oblasti větrání, kde obyvatelé domu často upřednostnili energeticky neefektivní přirozené větrání okny před celkovým nuceným větráním, které se jim zdálo málo účinné.
Obyvatelé domu také nebyli spokojeni s funkčností úsporných toalet a některých prvků osvětlení. Naopak velmi spokojeni byli s prostorovým uspořádáním domu a kvalitou vnitřního prostředí (akustické parametry, osvětlení, tepelný komfort). Závěrem bylo pro budoucí výstavbu tohoto typu domů doporučeno zaměřit se více na energetickou úspornost a méně na ekologické aspekty a redukci oxidu uhličitého, která by měla být řešena spíše v globálním měřítku. Vedle energie by se při stavbě domu však nemělo zapomínat na individualitu jeho budoucích majitelů a již při návrhu technických systémů zohlednit jejich preference a přání.
Aktivní domy v Dánsku
Optimální návrh budovy musí zahrnovat všechny aspekty obyvatelnosti – tepelnou pohodu, větrání a osvětlení. Splnění těchto kriterií si vytkl za cíl projekt společnosti VELUX – Model Home 2020, který navazuje na experimentální projekty CO2 neutrálních prefabrikovaných nástaveb SOLTAG a ATIKA. Projekt zahrnuje šest aktivních domů, které budou vždy určitou dobu po dokončení přístupné veřejnosti a následně obydleny. Půjde vlastně o zkušební laboratoře, kde budou jednotlivé parametry, principy a postupy zkoumány v reálném prostředí života. Domy vycházejí ze znalostí stavby pasivního domu, kromě požadavku na energetickou náročnost však kladou důraz na maximální uživatelský komfort obyvatel a ohleduplnost k životnímu prostředí (celkovou uhlíkovou stopu budovy). Dva domy již byly dokončeny, další domy jsou ve fázi výstavby a plánování (Rakousko, Německo, Spojené království a Francie).
 |
 |
| Obr. 9 Dům s nulovou produkcí CO2 v dánském Aarhusu – projekt VELUX Model Home 2020 | |
Prvním dokončeným domem byl Dům pro život v Dánském Arhusu (obr. 9). Dynamická obalová konstrukce domu umožňuje přizpůsobení domu životu jeho obyvatel a současně i proměnám ročních období. Dům je maximálně prosluněný, plocha oken představuje 40 % podlahové plochy. Všechny místnosti mají okna orientovaná alespoň na dvě světové strany, aby mohly lépe využívat potenciál sluneční energie. Dům je vybaven automatickým systémem řízení stínění a větrání, napojeným na domovní meterologickou stanici pro dosažení tepelné pohody, pohodlí obyvatel i úspor energie. Energetická koncepce domu zahrnuje fotovoltaické články, solární kolektory a tepelné čerpadlo. Celkové řízené větrání bude podle plánu v provozu pouze během tří zimních měsíců, po zbytek roku se bude využívat přirozené větrání.
Dům byl stavěn s ohledem na emise CO2 potřebné k jejich výrobě. Celková spotřeba energie je minimalizována a je plně kryta obnovitelnými zdroji instalovanými v domě. Na základě výpočtů energetické bilance dům zhruba do 30 let vrátí zpět do sítě energii potřebnou k jeho výstavbě a k výrobě materiálů, z nichž je postaven.
V současnosti je dům obýván pětičlennou rodinou, která má během svého ročního pobytu v domě zhodnotit komfort bydlení a spokojenost s energetickým systémem. Zároveň jsou měřeny parametry prostředí i spotřeba energie.
Druhým dánským domem z této studie je známý Green Lighthouse (Zelený maják) – nová budova Fakulty přírodních věd Kodaňské univerzity. V září 2009 byla budova otevřena pro veřejnost.
V Dánsku najdeme ještě jeden nulový dům, který je součástí experimentální laboratoře – Energy Flex House. Dům vznikl ve spolupráci Dánského technického institutu a několika firem. Ve skutečnosti jde o domy dva – první dům je testovací laboratoř, kde jsou zkoušeny nové konstrukční prvky, energetické systémy a regulace (obr. 10). Druhý dům je identický, avšak je již připravený pro bydlení.
Kromě tradičních systémů používaných pro dosažení energeticky aktivního domu je dům vybaven nadstandardním systémem řízení a regulace, který detailně monitoruje spotřebu energie i život obyvatel v domě. Tento monitoring je volně přístupný na stránkách institutu www.dti.dk a dovoluje nám nahlédnout do aktuálního energetického dění v domě (obr. 11).
Obr. 11: Spotřeba energie v obývaném domě (online)
Naše nulová budoucnost
Tak jako se v současnosti postupně ve výstavbě zabydlují pasivní domy, budeme se v budoucnosti čím dál častěji setkávat s domy nulovými (ať už vlastní volbou nebo podle příkazů v předpisech). Uvedené příklady těchto domů naznačují, že jejich tvar, podoba i koncept může být velmi rozličný – dům se může svým vzhledem podobat běžné okolní zástavbě, anebo být naopak velmi atypický. Vzhledem k tomu, že u nás se s takovouto výstavbou bude teprve začínat, bylo by moudré vzít si příklad ze zahraničních studií a neopakovat jejich chyby. Jistě by bylo vhodné orientovat se nejen směrem k nulové spotřebě energie, ale i nulové produkci CO2 a při stavbě domu zohledňovat i transport a původ materiálu pro stavbu. Studie z Aberdeenu by nás naopak měla varovat před případnými neefektivními instalacemi mikroenergetických systémů a přehnanou snahou o dosažení zcela nulových parametrů, které jsou realizovány na úkor účelnosti i komfortu obyvatel domu.
Poděkování patří všem majitelům nulových domů, kteří se s námi podělili o svoje zkušenosti i fotografie; odborné konzultace poskytl Michael Rea.
Ing. Petra Šťávová
FOTO: Kingspan off-site, Michael Rea, Mikael Kristensen Grimmig, Stewart Milne Group, VELUX
Literatura
1. www.velux.com
2. www.activehouse.info
3. www.fabi-architekten.de
4. www.dti.dk
5. www.ptm.org.my
6. www.stewartmilne.com
7. http://beyondzeroemissions.org
8. www.zerocarbonhouse.com
Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.
