Energeticky pasivní dům – módní vlna zájmu?

Donedávna se všechny informace o této problematice u nás objevovaly pouze díky zkušenostem ze zahraničí, hlavně Rakouska a SRN. Jak vznikl koncept výstavby EPD, je obecně známo. Díky nadšení a vizi techniků, v čele s dr. Feistem, byly postupně definovány parametry, které by měl dům splnit, aby byl zařazen do kategorie EPD. Nejznámější údaj je téměř posvátná 15 – tedy měrná roční potřeba energie na vytápění v kWh, vztažená na m² podlahové plochy – tedy 15 kWh/m²a. Nechci rozebírat další parametry – spotřebu celkové energie (temperování + spotřeba domácnosti + ohřev TUV) – max. 42 kWh/m²a., ani následně primární energii – max. 120 kWh/m²a. Přestože se v současné době začíná zavádět jiný parametr, popisující dokonaleji celkovou potřebu energie – tedy nejen na vytápění, ale také na chlazení v letním období, pro základní porovnání zůstaneme u známé hodnoty „15“. Temperovat EPD problém není, ale zajistit dokonalou tepelnou pohodu, hlavně v přechodovém období, velkým úkolem je. Do každého domu, i energeticky pasivního, je potřeba v topném období dodávat energii – i zde se musí topit.

Při návrhu domu je možné po výpočtu tepelných ztrát určit, o jaké množství energie se bude jednat. Pak je možné dimenzovat topnou soustavu a také zdroj tepla. Ten připraví požadované množství energie pro topnou soustavu a zároveň zajistí i ohřev TUV. Jedná se o spotřebič cca 2/3 množství energie, která je pro provoz objektu potřebná. Zbytek je provoz domácnosti – vaření, svícení a provoz vzduchotechnického systému. Dimenzování na minimální požadavky EPD je sice problematické, ale volba zdrojů tepla a jejich kombinace je pouze matematickou úlohou. Výsledkem by měl být rozumný kompromis pořizovací ceny, provozních nákladů a návratností. Méně znamená více. Proč realizovat současně např. tepelné čerpadlo, solární systém, krb s teplovodní vložkou a elektrickou zálohu – některé zdroje se překrývají. Omezení počtu zjednoduší obsluhu a sníží investiční náklady. V některých případech i o částku, která pokryje náklad na temperování a ohřev TUV na 15 – 30 topných sezón. Vzroste výnos zbývajících systémů, které jsou optimálně využívány.

Obr.: Schéma cirkulačního ZVT-c v režimu chlazení

Vraťme se ale k výpočtům. Podělením potřeb energií plochou domu se dostaneme k vypovídacímu parametru, někdy i ke „svaté 15“. A zde se setkáváme s dalším možným výpočetním zkreslením. V každé zemi a každý projektant počítá a zatřiďuje podlahové plochy jiným způsobem, není neobvyklé, že se u stejného domu u dvou projektantů podlahová plocha liší i o jednotky m². Vliv na výpočet je zřejmý. Spotřebu energie pak při užívání objektu ovlivňují další parametry – lokalita stavby, počet osob a také např. i výška okolních budov, které ale obvykle v době přípravy projektu neznáme. Výsledná hodnota spotřeby reálně postaveného domu se tak může výrazně lišit, a také se liší, od hodnot vypočtených. Je ale možné provést srovnání dle skutečného provozu realizovaných domů? Jen částečně, a to dle celkové spotřeby. Tedy ne jen odečtem kWh pouze na přípojném pilířku elektriky nebo plynoměru, ale je-li dům vybaven slunečními kolektory na ohřev TUV (příp. i UT) nebo krbem, je potřeba k hodnotě na pilířku připočítat přínos těchto systémů (u spálení dřeva v krbu uznávám, že toto je velmi problematické). Velmi výrazný vliv má i způsob užívání. Jak ukazují i měření provozu (např. NED – řadovek ve Františkových Lázních), dva konstrukčně totožné domy nemají stejnou spotřebu. Je proto potřeba výpočet nebrat jako dogma nebo garanci provozních nákladů. Je ale nutné jasně a prokazatelně vědět, jaké vstupní parametry projektant uvažoval. Zde je možné výpočet ovlivnit až neuvěřitelným způsobem. Stačí se např. „splést“ při zadání tabulkové spotřeby energie pro provoz domácnosti. Po vytvoření a sjednocení metodického výpočtu na porovnání objektů, pracující s umělými klimatickými parametry (zatím k dispozici není), nebude možné provádět ve výpočtech úpravy „na přání“. Výstup pak bude objektivní. 

Na základě našich tehdejších znalostí a předpokladů jsme v roce 2004 realizovali EPD v Rychnově u Jablonce. Mimo jiné i proto, abychom získali zkušenosti z první ruky. Celý projekt byl připravován tak, aby výsledek splňoval všechny hodnoty EPD. Stěny a stropy mají U = 0,1 W/m²K a menší, okna (vč. rámů) cca 0,72 W/m² K. Parametr vzduchotěsnosti při Blower Door Testu (<0,6 h-1 při 50 Pa) se nám splnit nepodařilo (naměřeno n₅₀ = 0,88 h^-1), i tak se ale na současné české prostředí jedná o slušnou hodnotu. Jižní strana a prosklení – velký problém. Zvolili jsme kombinaci oken, která mají plochu skla cca 4,3 m², tedy cca 11 % jižní svislé stěny domu. Výrazně nižší než doporučená hodnota cca 25 – 40 % dle zahraniční literatury. Jak potvrdil provoz objektu, volba byla správná. Pro temperování a větrání jsme použili náš firemní systém teplovzdušného cirkulačního vytápění a řízeného větrání s rekuperací odpadního tepla (Atrea – Duplex RB), ohřev TUV a UT zajišťuje akumulační zásobník IZT 615 (Atrea) s elektrickými spirálami a se solární podporou (Thermosolar). Dům je realizován se zemním výměníkem tepla s možností cirkulace (opět dle návrhu firmy Atrea).

Od ledna roku 2005 ve spolupráci s ČVUT Praha měříme a sledujeme nyní už dvacet devět provozních parametrů (teplot, vlhkostí, koncentrací CO₂, provozních stavů VZT systému a zdroje tepla, teplotu zeminy v různých hloubkách, ve spolupráci s TU Liberec pak i intenzitu slunečního záření). K dispozici máme tisíce údajů, vzájemně se ovlivňujících. Zpracováním a pochopením jednotlivých vazeb jsme teď schopni předpovídat chování objektu ve vazbě na počet osob nebo venkovní teplotu. Samostatnou kapitolou je pak zemní výměník tepla. Dá se říct, že za téměř dva a půl roku provozu jsme získali mnoho zkušeností, v některých směrech jsme i dál než kolegové v zahraničí. Také boříme některé mýty, které se k otázce EPD vážou. 

Co jsme zjistili a naměřili, na co jsme přišli, co všechno jsme porovnávali? V současné době máme již uzavřeny dva kompletní kalendářní roky (2005 a 2006) a také dvě kompletní topné sezóny (2005-06; 2006-07). Po první topné sezóně jsme byli poněkud rozčarováni. Naměřené a vyhodnocené spotřeby neodpovídaly předpokladům. Díky již zmiňovanému měření a průběžnému vyhodnocování provozu jsme získali další zkušenosti. I když jsme zpětně našli chyby ve zpracování údajů, hlavně ve vyhodnocení spotřeby energie na ohřev TUV, stále jsme měli mnoho otazníků. Rychnov u Jablonce leží v chladnější oblasti ČR. Tabulkově jsou udávány pro topnou sezónu tyto parametry: venkovní výpočtová teplota: –18 °C, délka TS 256 dní a teplota 3,6 °C. Topná sezóna 2005 – 2006 byla pro měření téměř čítanková – tabulková. Zažili jsme venkovní teploty –28 °C, mrazivý den (bohužel pro měření jen jeden), kdy celodenní teplota byla –17,1 °C, zamračené dny, a dokonce i cca 20 !! dní slunečných (od 1. 11. 2005 do 28. 12. celkem tři slunečné dny). Jaro i léto 2006 bylo pro nás teplotně také ukázkové. V rámci vědy bychom přivítali, kdyby extrémně vysoké letní teploty trvaly déle – např. pro důkladnější otestování a zjištění parametrů a provozních stavů zemního výměníku tepla. Štěstí jsme měli i v topné sezóně 2006-07. Sice se nedá mluvit o horské zimě, ale počasí se velmi podobalo „tabulkové“ zimě v teplejších oblastech, např. u Bratislavy nebo Vídně. Samozřejmě, výsledné spotřeby obou TS se mezi sebou lišily, vč. délky TS. Termostat sice začal ovlivňovat teplotu v interiéru shodně – od 1. 11. 2005; resp. 2. 11. 2006, ale konec byl velmi rozdílný – 20. 4. 2006 x 12. 3. 2007. Interiérovou teplotu jsme udržovali v rozsahu 21 – 22 °C, při pasivních slunečních ziscích, při vaření a žehlení nárazově  až 23,5 °C. V ložnici cca 20,5 – 22 °C. Pro další pokračování článku důležité údaje. V tabulce č.1 jsou spotřeby TS shrnuty. Velmi záleží na slunci. Dle našich výpočtů se výpočtová potřeba energie na vytápění v přepočtu na m² může pohybovat při různých pasivních slunečních ziscích pohybovat od 12 – 30 kWh/m²a. Jsme v tomto rozsahu. 

Topná sezóna (TS)	2005/2006	2006/2007
Počet dní TS	171	131
Spotřeba UT (kWh)	2937	1602
UT (kWh/m2a)	22	12

V EPD Rychnov byl instalován výměník s možností tzv. cirkulačního chlazení. Překlopením klapek je možné nasávat interiérový vzduch z obytné části objektu a vhánět jej do horního potrubí, prochází vzduchotěsnou šachtou a spodním potrubím se vrací zpět do domu. Díky tomu je možné chladit objekt bez nutnosti otevírání oken, jako je tomu u přímého ZVT. Také tím, že se pro chlazení nepoužívá venkovní vzduch (např. 32 °C), ale interiérový (cca 26 °C), nevyčerpává se tak rychle kapacita zeminy kolem vedení. ZVTc prochází stále stejný vzduch – při prvním průchodu něco málo vody zkondenzuje, pak je provoz dle měření již bez kondenzace vody (venkovní vzduch kondenzuje naproti tomu stále). Snižují se proto i kontroly a odčerpávání kondenzátu. Měření ZVTc v Rychnově může ale pro následovníky být i poněkud zavádějící – v této lokalitě je cca 5 cm něčeho, co připomíná hlínu a pak 130 metrů (!) homogenního jílu. Když se např. srovná teplota výstupního vzduchu po průchodu ZVTc na začátku června a na konci srpna (při srovnatelných podmínkách), pak se moc neliší – červen  13,5 °C, srpen  15,5 °C. 

V zimním období se teplota vzduchu po průchodu ZVT pohybovala od 2 – 5 °C. Díky předehřevu vzduchu se ale snižuje využití účinnosti rekuperace. Energetický přínos sice není v zimním období velký, dle měření se pohybuje cca 0,3 – 0,6 kWh/den – dle intenzity řízeného větrání, ale pro ochranu rekuperačního výměníku před zámrazem a pro snížení ztrát prochlazováním přívodního potrubí k jednotce díky vyšší teplotě přiváděného vzduchu na vstupu do objektu je přínos nepopiratelný. 

Hlavní těžiště využití ZVT je ale v letním období, kdy ve spojení s VZT systémem může příznivě ovlivňovat snížení teploty v interiéru. Od realizace zemního výměníku (ať vzduchových, nebo solankových) se velmi často pro ochlazení interiéru očekává nemožné. Kapacita země je sice prakticky nevyčerpatelná, do hry ale vstupují další okolnosti. Především se jedná o množství vzduchu, které máme k dispozici. Je nutno rozdělit realizace na rovnotlaké větrací jednotky bez možnosti cirkulace a teplovzdušné jednotky s cirkulačním okruhem (jednotky Duplex R_). Rovnotlaké větrací jednotky mají u standardních realizací max. výkon přívodního (a zároveň odváděného) vzduchu do cca 300 m³/hod. Při průchodu zemí je sice ochlazen vzduch např. z venkovních 32 °C na 17 °C, při průtoku 300 m3/hod., tedy chladící výkon ZVT 1,5 kW. Pro interiér ale máme rozdíl teplot jiný – přívodní vzduch teoreticky cca 17 °C, teplota interiéru 25 °C. Chladící výkon je pak díky tomuto množství kolem 1 kW. Tato hodnota je ještě snížena skutečností, že vzduch prochází přes ventilátor, který se chladí a svým příkonem protékající vzduch ohřívá. Teplovzdušné jednotky s dvouzónovou koncepcí (Duplex R_) umožňují přívod vzduchu až v řádu 1000 m³/hod., chladící výkon do interiéru je pak na úrovni až 2,5 – 2,8 kW. Víc ale ne. Pokud není vhodně řešeno zastínění, nebo je např. použito střešní okno bez zastínění, pak chladící výkon ani nepokryje tepelný zisk tímto oknem.V EPD Rychnov máme k dispozici průtok 400 m3/hod., dle měření se chladící výkon pohybuje v rozsahu 1,3 – 1,8 kW, za den pak dodává 15 – 28 kWh chladu do interiéru. V následujícím grafu je pro informaci provozní využitý ZVT (nebo ZVT-c) v hod./měsíc roku 2006. 

Graf vazby spotřeby energie potřebné na vytápění konkrétního dne (značeno UT), venkovní celodenní průměrné teploty (t_Øcelod.)

V EPD Rychnov jsou instalována dvě čidla na zaznamenávání koncentrací CO₂. Jedno je pod stropem v obývacím pokoji, druhé v centrálním přívodu vnitřního cirkulačního vzduchu do jednotky (zde se jedná o průměr ze všech místností). Pro koncentraci CO₂ existují různé třídy kvality. Často se mluví o hodnotě 1000 ppm , popř. 1200 ppm CO₂ nebo ještě akceptovatelné hodnotě 1500 ppm. Již v roce 2003 byl zpracován ing. Morávkem matematický model, který bral v úvahu intenzitu větrání, koncentraci CO₂ a jeho produkci obyvateli domu a relativní vlhkost. Není problém řízeně větrat tak, abychom vždy byli pod 1000 ppm CO₂. Je potřeba si uvědomit, že i vzduchotěsnou obálkou objektu do objektu proudí určité množství vzduchu. Také se otevírají vchodové dveře.

Na základě měření těsnosti EPD Rychnov (n₅₀ = 0,88 n-1) jsme dle ČSN spočítali průměrné množství vzduchu, přiváděné infiltrací (cca 11 m³/hod.). Dle průměrného obsazení osobami (4 osoby, každá 12 hodin = 48 pobytohodin/den), doby využívání soc. zařízení = sepnutí max. výkonu odtahu nebo předpokládané doby vaření jsme nastavili výkony větrání, doběhy po vypnutí atd. Dle měření pak vychází intenzita výměny díky VZT systému na cca 33m³/hod., tedy v poměru k obestavěnému prostoru 0,1 n^-1. Může se to zdát málo. Je to ale zdání. Spolu s infiltrací jsme na cca 44 m³/hod. – tedy 0,15 n^-1. Při průměrném stálém obsazení dvou osob 23 m³/hod. /osobu. Jenže, díky cirkulačnímu topnému okruhu byl objekt v době, kdy nikdo doma nebyl, temperován vnitřním vzduchem a řízeně se nevětralo (kromě cyklického provětrání – 1x hod. 5 min). Stačilo to na snížení koncentrace CO₂ a předvětrání objektu. V době, kdy byl objekt obsazen, pak díky využívání WC, koupelen a kuchyně byl VZT systém zapínán na max. výkon větrání – např. výkon 180 m³/hod. Komfortní hodnota. V praxi to znamenalo, že v době vaření klesala standardně koncentrace v obývacím pokoji (volně spojeno s kuchyní) na cca 800 ppm, ve večerních hodnotách pak v OP byla hodnota 1200 ppm (nárazově 1700 – lokální zátěž, kdy pod ním v křesle někdo seděl, čidlo v centrálním potrubí hlásilo cca 1150 – 1300 ppm). Ze záznamů je jasně poznat přesun obyvatel z OP do ložnic a srovnávání koncentrací v objektu, ranní vstávání atd. Když jsme zkusmo instalovali stejné čidlo v objektu bez VZT, pak jsme nenaměřili nic – max. rozsah čidel 2000 ppm byl moc nízký. V těchto případech musíme používat rozsah 0 – 5000 ppm.