Energetická hlediska současné architektury

Dům pro seniory v Modřicích u Brna lze označit jako pasivní. V rozsáhlé studii se na tomto příkladu podařilo dokázat, že pasivně lze stavět nejen rodinné domy, ale že pasivní standard se všemi svými klady i zápory může být příjemným bydlením i pro ty nejstarší občany.

Energeticky úsporné domy jsou determinovány omezením všech složek energie, které jsou potřebné k jejich výstavbě, zajištění provozu a v závěru životnosti také k jejich odstranění. V provozu se jedná o zdroje cílené k vytápění, ohřevu vody, výměně vzduchu a užívání spotřebičů elektřiny. V této souvislosti se zmiňuje „faktor 10“, což znamená, že kapacita energie potřebné k optimální funkci budovy činí pouhou desetinou oproti stavbám z počátku třetího milénia.

Například jestliže na vytápění se před rokem 2000 běžně spotřebovalo 150 až 200 kWh/(m²a), potom v současnosti zaznamenáváme potřebu tepla na vytápění nových domů v rozmezí pouhých 15 až 20 kWh/(m²a). Pokud se spokojíme s tímto kritériem a dotaci tohoto malého množství energie zajistíme z neobnovitelných zdrojů, můžeme je považovat za pasivní budovy.

V české normě ČSN 73 0540-2:2011 [1] je však zakomponován také termín „energeticky nulové budovy“. Co si pod nimi představit? Energeticky úsporné domy jsou determinovány omezením všech složek energie, které jsou potřebné k jejich výstavbě, zajištění provozu a v závěru životnosti také k jejich odstranění. V provozu se jedná o zdroje cílené k vytápění, ohřevu vody, výměně vzduchu a užívání spotřebičů elektřiny.

V této souvislosti se zmiňuje „faktor 10“, což znamená, že kapacita energie potřebné k optimální funkci budovy činí pouhou desetinou oproti stavbám z počátku třetího milénia. Například jestliže na vytápění se před rokem 2000 běžně spotřebovalo 150 až 200 kWh/(m²a), potom v současnosti zaznamenáváme potřebu tepla na vytápění nových domů v rozmezí pouhých 15 až 20 kWh/(m²a).

Pokud se spokojíme s tímto kritériem a dotaci tohoto malého množství energie zajistíme z neobnovitelných zdrojů, můžeme je považovat za pasivní budovy. V české normě ČSN 73 0540-2:2011 [1] je však zakomponován také termín „energeticky nulové budovy“. Co si pod nimi představit?

Energeticky nulové domy

Jedná se o budovy, ve kterých malé množství energie potřebné pro provoz pasivních domů není již zajištěno pouze fosilními, tzn. neobnovitelnými zdroji, kterými jsou v České republice jaderná energie, ropa, uhlí nebo zemní plyn, nýbrž alespoň jeho část je pokryta zdroji obnovitelnými, mezi které řadíme energii geotermální, energii získanou ze slunce, větru, z proudící vody, popřípadě biomasy. Někdy se tyto domy také spojují s potřebou neobnovitelných zdrojů do 5 kWh/ (m²a).

Získané zkušenosti ověřily, že se jedná o správnou cestu, která se donedávna v naší zemi zatím týkala především výstavby rodinných domů. Větších staveb pak jen sporadicky.Jinak to bylo v blízkém zahraničí – Rakousku nebo Německu. Tam vedle staveb obytných, sestavených do rozsáhlých sídlišť, můžeme v posledním desetiletí registrovat energeticky úsporné stavby i v dalších typologických kategoriích, jakými jsou například školy a školky, kostel, muzeum, výrobní podnik nebo také vězení.

Je možno zaznamenat i názor, že energetický koncept se jen obtížně setkává s kvalitou architektonického díla. Je vyslovován s vážností a zachmuřenou tváří některých inženýrů i architektů, což stavebníka může od takto pojaté výstavby odradit. Pokusme se jej konfrontovat s reálnou skutečností. Je pravdou, že vytvořit kvalitní, z mnoha hledisek dobrou stavbu, je vždy těžké.

I v České republice však již můžeme najít budovy, kterých se chopili vzdělaní a odhodlaní inženýři a architekti, v jejichž portfoliu nechybí budovy postavené v pasivním standardu. Některé z těch dobrých, alespoň podle názoru autora článku, představme. Patří k nim například obytný dům v Praze Pod Altánem (obr. 1),sídliště bytových staveb v Praze-Malešicích (obr. 2), Základní umělecká škola v Holicích (obr. 3), administrativní budova INTOZA v Ostravě-Hulvákách (obr. 4) nebo Otevřená zahrada v Brně (obr. 5). [2]

Z posledního období se o pozornost hlásí velká zdravotnická stavba pojatá v pasivní energetické úrovni – II. interní klinika a geriatrie v Olomouci, která byla předána do užívání v září 2018 (obr. 6). Autorskému týmu vedenému architektem Adamem Rujbrem se podařilo vytvořit všestranně kvalitní dílo, které bude sloužit nejzranitelnější vrstvě společnosti – starým a nemocným lidem. [3]

Nemocnice splňuje všechny požadavky, které jsou na energeticky úsporné domy kladeny. Jejich společným jmenovatelem je:

1. nízká potřeba energie na vytápění;
2. nízká potřeba energie na ohřev vody;
3. aplikace energeticky úsporných zdrojů tepla;
4. aplikace energeticky úsporných spotřebičů;
5. zakomponování prvků pro využití obnovitelných zdrojů tepla;
6. omezení zátěže životního prostředí způsobené nekvalitním spalováním.

K naplnění těchto předpokladů již nevystačí tradiční stavební nebo technologické postupy. Je potřeba přijímat a používat nové poznatky, což často není snadné. Opatření opřená o vědecké poznatky řada potenciálních stavebníků i praktikujících projektantů stále ještě považuje za prostředek, který výstavbu neúměrně prodražuje a bez potřebné dotační podpory podle jejich názoru jej nelze v přijatelné cenové hladině dosáhnout.

Jak bylo uvedeno výše, nejen v zahraničí, ale i v České republice již byla realizována celá řada pasivních budov, u kterých se realizace uskutečnila v intencích nákladů běžné výstavby. A co je zvláště důležité – vlastní provoz budovy se stal neporovnatelně ekonomicky úspornější a uživatelsky komfortnější. K dosažení tohoto cíle je nezbytné návrh koncipovat tak, aby objekt získal punc energetické úspornosti, nejlépe v úrovni pasivního domu, nebo domu téměř nulového, ke kterému by ostatně měla nová výstavba směřovat.

Rovněž opravy budov je třeba koncipovat tak, aby se staly energeticky efektivními. Optimalizaci těchto opatření lze shrnout do následujících zásad:

• volit orientaci budovy ke světovým stranám tak, aby se optimalizovalo pasivní využití účinků slunečního záření;
• zohlednit kompaktnost budovy definovanou její geometrií vyjádřenou poměrem ochlazované plochy A a obestavěného prostoru V;
• zvolit průsvitné i neprůsvitné konstrukce na systémové hranici budovy s nízkým součinitelem prostupu tepla, alespoň s hodnotami definovanými v ČSN 73 0540-2:2011 [1] vztahem U ≤ U_N;
• eliminovat tepelné mosty a omezit energetické účinky tepelných vazeb;
• zvolit energetickou propustnost transparentních ploch na systémové hranici budovy, s parametrem g ≥ 0,5;
• omezit celkovou průvzdušnost obálky budovy při splnění podmínky n₅₀ < n_50,N;
• aplikovat obnovitelné zdroje energie;
• zajistit soběstačné hospodaření s odpadními a dešťovými vodami.

Pasivní bytový dům pro seniory v Modřicích

Jako architektonicky kvalitní a technicky příkladně řešený objekt lze označit pasivní bytový dům pro seniory v Modřicích u Brna (PBDS) (obr. 7). Podobně, jako je tomu v olomoucké nemocnici, i zde se jedná o stavbu, která je určena starším osobám. Pod vedením architektů Aleše Brotánka a Josefa Smoly vznikl architektonicky, urbanisticky, technicky, ekologicky a uživatelsky přívětivý komplex oceněný řadou trofejí. Za všechny stačí uvést prestižní E.ON Energy Globe 2014. [4]

Stavební podstata PBDS

PBDS tvoří tři stavební objekty – vstupní objekt SO1, pavlačový dům SO2 a chodbový dům SO3, sestavené do tvaru písmene „U“ (obr. 8). Všechny jsou přístupné bez nutnosti překonávat bariéry.Dům SO1 je dvoupodlažní s pultovou střechou. Zamezuje penetraci hluku a prachu od rušné silnice a frekventované železniční trati spojující Brno s Břeclaví.

V přízemí má recepci, na kterou navazuje hala s výdejnou jídel. Dvouramenné schodiště a výtah umožňují vstup do 2. podlaží s prádelnou a sušárnou, společenskou místností, kancelářemi a strojovnou vzduchotechniky.Ve dvoupodlažním domě SO2 a třípodlažním domě SO3 je umístěno jednačtyřicet bytů.

Objekt SO3 má pod částí půdorysu sklep s energetickým centrem – strojovnou VZT, kotelnou pro spalování pelet a ohřev vody, prostor s náhradním zdrojem elektřiny a místnost se zařízením pro regulaci a další použití dešťové vody.

K vybavení domu patří také fototermické sluneční kolektory umístěné na ploše zelené – vegetační střechy a tři nádrže, každá o objemu 5 m³ na zachycení dešťové vody (obr. 9).Celková tepelná ztráta domu je 31,5 kW a měrná potřeba energie na vytápění je nižší než 15 kWh/(m²a). [5] V dispozici domu se nacházejí dvě strojovny s rekuperačními jednotkami, zdrojem tepla, kterými jsou kotle, v nichž se spalují pelety (obr. 10), a zásobníky teplé vody (obr. 11).

Dům je založen na vrstvě extrudovaného polystyrenu tl. 200 mm, na které se rozprostírá železobetonová deska tl. 300 mm (obr. 12). Vertikální nosné konstrukce tl. 200 mm jsou vyzděné z vápenopískových tvárnic z vnější strany obložené grafitovým (šedým) expandovaným polystyrenem tl. 300 mm (obr. 13). Železobetonové monolitické stropy jsou tlusté 200 mm.

Dvouplášťovou střechu s provětrávanou vzduchovou mezerou vyplňuje tepelná izolace z foukané celulózy tl. 500 mm (obr. 14). Systémovou hranici uzavírají kvalitní dřevěná okna a dveře s izolačním trojsklem se součinitelem prostupu tepla Uw = 0,71 W/(m²K), což splňuje požadavky kladené na pasivní domy (obr. 15).

Stav vnitřního prostředí

Po čtyřech letech užívání objektu byl získán poměrně rozsáhlý soubor poznatků. [6] V interiéru lze podle aktuální potřeby upravovat vnitřní teplotu a výměnu vzduchu. Děje se tak prostřednictvím regulačního zařízení umístěného v obytné místnosti. Přesto, že jsou obyvateli areálu starší lidé, nečinila jeho obsluha od samého počátku problém 73,0 % osob (obr. 16). Pouze 16,2 % mělo potíže jen krátce po nastěhování.

Ani po třech letech užívání bytu se však s ovládacími prostředky nenaučilo zacházet nebo je odmítlo používat 10,8 % respondentů.Teplotní situaci v zimním období hodnotí jako příjemnou 89,2 % obyvatel. Občas chladno vnímá 8,1 % obyvatel. Stálý chlad pociťuje 2,7 % obyvatel, což je jedna osoba, která nižší teplotu vyžaduje a považuje ji za optimální.

Je to ukázka toho, že i lidé, kteří požadují nižší teplotu vnitřního prostředí, např. v rozmezí 15 °C až 18 °C si mohou takovéto prostředí vytvořit. Je však při tom zřejmé, že v tomto případě může nastat ochlazovací účinek v sousedních bytech s důsledkem vyšší spotřeby tepla.Také bylo ověřováno, zda osoby zažívají v zimním období lokální pocity chladu u obvodových stěn.

V dispozicích bytů má převážná většina obyvatel umístěné postele u ochlazované stěny, která je z vnější strany obložená 300mm vrstvou grafitového (šedého) polystyrenu. Její součinitel prostupu tepla je U < 0,15 W/(m²K). To garantuje, že 74,4 % osob nemá u této stěny, ani pokud jsou v klidové poloze, pocit teplotního diskomfortu. Na pocit chladu u vnějších stěn přesto upozornilo 12,8 % osob. Jejich byt se v dispozici domu nachází u štítové stěny.

Je to známka skutečnosti, že některé starší osoby jsou citlivé i na mírné zvýšení teplotního toku, který se projeví nižšími teplotami na vnitřním povrchu stavební konstrukce. Pocit chladu vnímá také 7,7 % obyvatel, pokud se zdržují u průsvitných konstrukcí oken a 5,1 % obyvatel u vstupních dveří do bytu. Podle aktuálních potřeb reguluje výměnu vzduchu 24,3 % obyvatel. Většina, což je 70,3 % bytů, má pro větrání nastavený stálý výkon větrací soustavy.

Tématem větrání se ve svém bytě samostatně nezabývá 5,4 % obyvatel a řídí se pokyny technického správce domu. V několika bytech, především v době zahájení jejich užívání, vykazovalo větrací zařízení krátkodobě mírně rušivé akustické efekty, což se stalo důvodem ke 21,2 % stížností. Po seřízení větrací soustavy došlo k odstranění nežádoucích sluchových vjemů.

V době průzkumu již 89,2 % osob označilo chod větracího zařízení jako bezproblémový, dalších 8,1 % občas v noci zaregistrovalo obtěžující zvuk a 2,7 % velmi vnímavých obyvatel si stěžovalo na zvuky, které z větracího zařízení registrují ve dne i v noci. Zajímavý výsledek byl získán při dotazu, zda osoby mají v bytě pocit průvanu nebo vnímají pronikání chladného vzduchu do interiéru v okolí připojovacích spár u výplní otvorů. Všichni senioři odpověděli, že tento pocit nemají. Je to známka dobré těsnosti obvodového pláště.

Blower door testem bylo dosaženo nízkých hodnot v rozmezí n₅₀ = 0,27 až 0,48 h^-1. Zvláště v posledních letech, kdy zaznamenáváme více slunečných dnů, nežli tomu bylo v minulosti, vzniká potřeba zajistit optimální stav vnitřního prostředí od vlivu slunečního záření. Proto je nezbytné domy vybavovat regulovatelnými stínicími prvky, které zabrání nežádoucí insolaci vnitřních prostorů.

V PBDS byla část prosklených ploch se sluneční expozicí zastíněna vnějšími roletami. U zbývajících se očekávalo, že potřebné zastínění zajistí předložené lodžie. Tento předpoklad se však nenaplnil, což vedlo k tomu, že pouze 52,1 % obyvatel je v PBDS se zabudovaným stíněním spokojeno a 8,3 % je nespokojeno. Zbývajících 39,6 % seniorů má ke způsobu stínění v PBDS drobné výhrady.

Každý z objektů, které jsou součástí areálu PBDS, je vybaven rekuperační jednotkou s vodorovným potrubím zavedeným do všech bytů. Přístup osob k řízenému větrání bytu je však zatížen celou řadou zažitých zvyklostí, které si senioři přinesli ze svých dřívějších domovů a uplatňují je i v PBDS. Všechny byty mají otevíravé dveře, které vedou na lodžii.

Nabízí se tak příležitost k tradičnímu způsobu větrání bytu. Je to patrné z toho, že pouze jeden muž, tj. 2,4 % obyvatel, bez ohledu na roční období, svůj byt nevětrá otevřeným oknem, a spoléhá na funkci vzduchotechniky. Tato situace byla zaznamenána i v době průzkumu, kdy byl vzduch v tomto bytě subjektivně pociťován jako svěží.

S odstupem několika týdnů byl byt navštíven znovu a provedeno měření. Bylo to v době, kdy jeho uživatel byl nemocen a větrání oknem se i z důvodu poklesu venkovní teploty na θ_e = 14,5 °C neuskutečňovalo. Vnitřní teplota dosáhla θ_ai = 24,3 °C, relativní vlhkost vnitřního vzduchu φ_ai = 60,4 % a koncentrace CO₂ byla na úrovni 1340 ppm, což je pod hranicí 1500 ppm, kterou pro pobytové místnosti připouští vyhláška č. 20/2012 Sb.[7] [8]

Při průzkumu bylo dále zjištěno, že 17,2 % bytů je v létě větráno krátce otevřeným oknem, po celý den 50,8 %, jen ve dne 17,2 %, jen v noci 12,4 % a vůbec není větráno 2,4 % bytů (obr. 17). V zimním období krátce větrá otevřenými okny 53,9 % bytů, jen před spaním 10,9 % a jen ráno 32,8 %.Důležitou složkou areálu je biotop s otevřenou vodní hladinou, vybudovaný před jižním průčelím domu, obr. 7.

Má plochu 160 m², objem 200 m³ a členité dno s hloubkou až 2 m. Jeho součástí je ostrůvek spojený s pevninou lávkou a splav, který čeří hladinu. Voda v nádrži cirkuluje, je provzdušňována a v denních hodinách zásobována přítokem. Biotop přispívá k tvorbě optimálního vlhkostně teplotního stavu mikroklimatu, v letním období má ochlazující účinek a je zdrojem záporných iontů, které člověka stimulují ke zdravému způsobu života a aktivitě. Stal se působivým a jedinečným zahradním a ekologickým prvkem.

V současnosti jej 45,6 % obyvatel PBDS považuje za příjemný a krásný doplněk areálu, 38,6 % jej vnímá jako prvek, který v okolí domu přispívá ke zkvalitnění životního prostředí. Vedle těchto 84,2 % osob nemá o biotop zájem 7,0 % obyvatel a 8,8 % obyvatel jej pokládá za příliš velký nebo je od proudící vody obtěžováno hlukem, popř. považují za příliš drahý jeho provoz.

Obyvatelé PBDS se však na jeho funkci nijak finančně nepodílejí. Je volně přístupnou plochou a jeho činnost a údržba jsou hrazeny z fondu péče města o zeleň a veřejné prostory. Na otázku, zda bydlení v PBDS splnilo představy seniorů o bydlení, odpovědělo 94,6 % dotázaných, že se jedná o zařízení, které zcela naplnilo jejich představy nebo v mnoha směrech je předčilo. Částečně spokojeno je 2,7 % osob a spíše nespokojeno je 2,7 % osob.

Závěr

Lze konstatovat, že v ČR se energeticky úsporné domy již úspěšně budují. Zvláště příznivý a povzbudivý je poznatek, že se nejedná jen o malé domy, nýbrž o budovy s velkým obestavěným prostorem. Na příkladu PBDS bylo představeno, že i s nízkým množstvím spotřebované energie v nich lze dosáhnout takové vnitřní prostředí, které jeho obyvatelům umožní příjemný, spokojený a zdravý život. Z nich 94,6 % uvedlo, že PBDS naplnil jejich představy o bydlení seniorů.

Cílem projektu byl provozně přívětivý, energeticky úsporný a ekonomicky dostupný dům. Výsledky opravňují k názoru, že se podařilo realizovat zařízení splňující náročné parametry zdravého a perspektivního bydlení cíleného k nejstarší vrstvě obyvatel. Potvrdilo se, že pasivní dům může být vhodným a všestranně dostupným prostředkem k zajištěnému a spokojenému stáří.

prof. Ing. Josef Chybík, CSc.
CSc. Autor působí na Fakultě architektury VUT v Brně.

Foto: archiv autora

Literatura

[1] ČSN 73 0540-2:2011 Tepelná ochrana budov – část 2: Požadavky. 2011, Praha, ÚNMZ.
[2] CHYBÍK, J.: Energeticky úsporné domy v Českej republike. Eurostav, 2015, 21, č. 9, s. 10-14.
[3] RUJBR. A.: První česká klinika s téměř nulovou spotřebou energie. Energeticky soběstačné budovy, 2018, č. 1, s. 11-14.
[4] CHYBÍK, J.: Vyhodnocení spokojenosti uživatelů pasivního bytového domu pro seniory. TZB-info, 2018, č. 8, s. 1-11.
[5] SMOLA, J.: Technická zpráva k projektu pasivního bytového domu pro seniory v Modřicích. Praha, 2010, 36 s.
[6] CHYBÍK, J.: Prostředí v energeticky úsporném domě. Časopis stavebnictví, 2018, 12, č. 1, s. 32-35.
[7] Vyhláška č. 20/2012 Sb., kterou se mění vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby.
[8] Chybík, J., Guzdek, A.: CO2 jako indikátor kvality vnitřního prostředí. Tepelná ochrana budov, 2015, 18, č. 2, s. 3-6.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 4/2018.