Úsporná realizace pasivního domu

Energeticky pasivní dům je budova, v níž není nutný klasický aktivní způsob vytápění vytápěcími tělesy. Kromě kvality obalového pláště budovy určuje tepelné pohodlí kvalita systému výměny vzduchu s rekuperací. Proto je důležité technické zařízení energeticky pasivního domu.

Energeticky pasivní dům:

• má výborné tepelněizolační a těsnicí vlastnosti obalové konstrukce;
• má mimořádně nízkou potřebu tepla na vytápění – do 15 kWh/m² za rok, které se dosahuje dokonalým „obalem domu“ (výrazně silnější tepelnou izolací obvodových stěn, střechy i podlah, výborně izolujícími okny a těsností konstrukce);
• nepotřebuje běžný vytápěcí systém, ale řízené větrání se zpětným získáváním tepla (rekuperací), které zabezpečuje stálý přívod čerstvého vzduchu a odsávání vydýchaného a znečištěného vzduchu;
• využívá energii slunce a teplo vyprodukované spotřebiči i lidmi na vytvoření tepelné pohody;
• vyžaduje detailně propracovaný projekt a precizně realizovanou stavbu.

Východiska pro návrh pasivního domu
Při navrhování pasivního domu musíme vzít v úvahu několik parametrů.

Měrná potřeba tepla
Měrná potřeba tepla (kWh/m²) vyjadřuje, jaké množství tepla na jednotku užitkové plochy je třeba dodat během roku na udržení tepelné pohody v budově. Na výpočet měrné potřeby tepla na vytápění se používá specializovaný program PHPP, vyvinutý v Passiv­­haus Institutu v německém Darmstadtu.

Potřeba primární energie
Potřeba primární energie je vypočítané množství „paliva“, které musíme použít k zajištění energie potřebné na provoz budovy. Závisí na použitém energetickém médiu – např. na jednu kWh elektřiny z veřejné sítě potřebujeme zhruba 3 kWh tepelné energie z paliva.

Průchod vzduchu netěsnostmi
Takový stav zvětšuje tepelnou ztrátu větráním, proto se ho snažíme minimalizovat. Těsnost konstrukce ovlivňuje intenzitu výměny vzduchu v domě, která se ověřuje testem simulujícím působení větru, tzv. BlowerDoor testem. Na základě jeho výsledků potom lze netěsná místa opravit.

Celková potřeba energie
Je to energie potřebná na provoz všech technických zařízení objektu určených na vytápění, ohřev vody, větrání, osvětlení, vaření a chod běžných elektrospotřebičů.

Všeobecně platí, že kvalitní tepelnou izolaci „obalu“ domu nesmějí přerušovat tepelné mosty či netěsnosti. Okna musejí účinně bránit únikům tepla z domu, v zimě propouštět energii slunce a v létě nás před ní chránit. Komfortní výměnu vzduchu při minimální spotřebě energie zabezpečí větrací systém s rekuperací tepla. Zdroj tepla by měl přednostně využívat obnovitelné zdroje energie.

Větrání
Řízené větrání se zpětným získáváním tepla zabezpečuje v pasivním domě přísun požadovaného množství čerstvého vzduchu, filtruje ho a podle potřeby ohřívá či ochlazuje. V pasivním domě není nutné instalovat tradiční vytápěcí systém, protože větrací systém dodá do místností podle potřeby i teplo. Řízené větrání se zpětným získáváním tepla rekuperací minimalizuje tepelné ztráty větráním, které se na celkové tepelné ztrátě u běžných budov podílejí více než 40 %. Odvádí odpadový vzduch a jeho teplo odevzdává přiváděnému vzduchu. Účinnost rekuperačního výměníku by měla být alespoň 80 %.

Větrací systém
Větrací systém zabezpečuje účinné teplovzdušné vytápění prostorů, pasivní dům jiné topení nepotřebuje. Některé systémy využívají také cirkulaci části větracího vzduchu.

Čerstvý vzduch přivádějí do obytných místností jednotlivá vzduchová potrubí. Odpadový vzduch ze sociálních zařízení, z kuchyně, případně ze šatny se odvádí přes odsávací ventily rozvody uloženými ve stropě do větrací jednotky. V rekupe­račním výměníku se teplo odpadového vzduchu odevzdává čerstvému přiváděnému vzduchu, přičemž nedochází k jejich vzájemnému promíchání. Ochlazený odpadový vzduch se potom odvádí do exteriéru.

Léto – čerstvý vzduch ochlazený v zemním výměníku v létě neprochází rekuperátorem, ale přímo se přivádí do interiéru přes tzv. letní bypass.	Zima – čerstvý vzduch předehřátý v zemním výměníku odebere v rekuperátoru větrací jednotky teplo z odváděného vzduchu.

Zemní výměník tepla
Zemní výměník tepla během vytápěcího období předehřívá čerstvý vzduch přiváděný do větrací jednotky a slouží zároveň jako ochrana proti mrazu. V létě ho naopak můžeme využít k ochlazení přiváděného vzduchu.

Vzduchotěsnost obalových konstrukcí
Není-li budova vzduchotěsná, teplo uniká všemi netěsnostmi v obvodovém plášti, takže se plýtvá stále dražší energií. Vzduchová propustnost obvodového pláště budovy se ověřuje stanovením celkové intenzity výměny vzduchu n₅₀ s tlakovým rozdílem 50 Pa podle normy STN EN 13829. Při přirozeném větrání budovy se požaduje hodnota n₅₀ = 4,5/h, což znamená, že celkový objem testovaného prostoru se vymění čtyřiapůlkrát za hodinu. V budovách s nuceným větráním je n₅₀ maximálně 1,5/h, u nuceného větrání se zpětným získáváním tepla rekuperací maximálně 1,0/h a v budovách se zvlášť nízkou potřebou tepla na vytápění, tedy v pasivních domech, maximálně 0,6/h.

Test vzduchotěsnosti budovy, tzv. BlowerDoor test
Je nevyhnutelný ke zjištění hodnoty intenzity výměny vzduchu budovy n₅₀. Umožní stanovit tepelnou ztrátu a navrhnout optimální systém pro zabezpečení tepelné pohody.

Intenzita výměny vzduchu pro EPD
Maximální hodnota n₅₀ je 0,6/h. BlowerDoor test umožňuje mimo jiné lokalizovat a odstranit netěsnosti ještě před ukončením stavby. Pomocí měřicího zařízení se v domě vytvoří tlakový rozdíl 50 Pa (odpovídá silnému větru), během něhož se měří množství unikajícího vzduchu v poměru k objemu domu za hodinu, jakož i proudění vzduchu přes netěsnosti v plášti budovy.

Zdroje energie
K pokrytí zbytkové potřeby tepla a na přípravu ohřáté pitné vody můžeme využít různé zdroje tepla. Prioritu mají obnovitelné zdroje energie.

Solární termické kolektory
Slouží hlavně pro přípravu ohřáté pitné vody, přičemž v naší klimatické oblasti dokáží dodat 60 až 70 % potřebného tepla. V zimním období při dostatku slunečního záření podpoří i vytápění objektu.

Tepelná čerpadla
Dokážou snížit spotřebu elektrické energie na vytápění a přípravu ohřáté pitné vody na jednu třetinu až pětinu. Tato zařízení velmi efektivně využívají teplo prostředí – vody, půdy nebo vzduchu – a zabezpečují uživatelský komfort. Kvalitu a efektivnost tepelných čerpadel charakterizuje výkonové číslo, což je poměr mezi dodanou elektrickou energií a získanou tepelnou energií.

Kotle na biomasu
Vytápění dřevem nebo dřevěnými briketami je poměrně běžný způsob vytápění. Toto palivo je dostupné víceméně všude. Novinkou jsou pelety, které se vyrábějí podobně jako brikety – lisováním suché biomasy pod vysokým tlakem.

Kamna a krby
Využívají obnovitelný zdroj energie – biomasu. V pasivním domě se z důvodu zachování vzduchotěsnosti přivádí vzduch do spalovací komory speciálním přívodem přímo z exteriéru. Komín musí být taktéž těsný a bez tepelných mostů u přechodu přes obvodový plášť.

Pece na bioalkohol
Představují zajímavou variantu. Produktem hoření bioetanolu je jen CO₂ a vodní pára, proto tyto pece nepotřebují komín.

Solární fotovoltaické kolektory
Díky využití polovodičů většinou na bázi křemíku proměňují sluneční záření přímo na elektrickou energii. Navzdory vysoké vstupní investici je fotovoltika v pasivních domech oblíbeným prostředkem na zlepšení energetické bilance. Fotovoltické systémy přitom nevyžadují přímé sluneční záření, vyrábějí elektrickou energii i za oblačného počasí.

Možnosti úsporné realizace EPD
Zjednodušeně lze říci, že v současnosti až 80 % zájemců o pasivní dům vyžaduje menší rodinný dům s obytnou plochou kolem 120 m². Mnoho zájemců o pasivní dům má zároveň silné ekologické cítění a snahu použít přírodní ekologické materiály a obnovitelné zdroje energie. Často počítají s realizací stavby svépomocí a mají extrémní požadavky na minimalizaci nákladů. Jak je možné vyřešit tento rozpor a jaké možnosti má projektant?

Nové okolnosti ve výstavbě EPD
Spolu se vzrůstajícím povědomím veřejnosti o EPD se začíná měnit i její postoj ke stavbám ze dřeva. Investoři se už přesvědčili, že stavba ze dřeva má mnoho výhod a není žádným provizoriem. To je pozitivní skutečnost pro rozvoj EPD, protože stavby ze dřeva se svou konstrukcí velmi hodí na výstavbu v pasivním standardu a splňují i rostoucí požadavky na využití ekologických materiálů. Zároveň představují ideální řešení pro výstavbu menších a levnějších domů pro lidi, kteří se nechtějí na celý život zadlužit a finančně riskovat. U takových typů domů se však nedají použít všechny aktivní technologie používané u běžných pasivních domů, protože jejich cena je proti ceně malého domu příliš vysoká.

Možnosti úspor ve stavební části
Ve stavební části lze náklady snižovat především při izolacích obvodového pláště, oknech a dřevěných konstrukcích.

Ceny tradičních minerálních izolací tento rok vzrostly, protože vzhledem k mírné zimě, intenzivní výstavbě a požadavkům na zvýšení tlouštěk izolací výrobci nedokázali uspokojit nároky trhu. Tento jev se však může příznivě odrazit v rozvoji izolací na přírodní bázi (len, konopí, sláma apod.). Nárůstem jejich výroby by se měly snížit i jejich ceny.

Snižování cen dřevěných konstrukcí bude náročnější. Chybějí systémová řešení pro stavby ze dřeva a související prvky, které by vedly k jejich zlevnění.

Co se týká kvality oken, která je pro EPD zásadní, výrobci nabízejí stále dokonalejší okna s izolačními trojskly a izolovanými rámy. Nevýhodou je jejich cena, která je až dvakrát vyšší než u běžných oken a nedá se očekávat její snížení. Možnosti jsou jen v návrhu stavby. Buď lze používat pevné zasklení, nebo za určitých předpokladů i bezrámová zasklení. Další možností je použít levnější okna v kombinaci s vhodnými dodatečnými opatřeními – s reflexními žaluziemi, trojitými izolačními závěsy apod.

Možnosti úspor v technologické části

Rekuperace a vytápění
U pasivního domu je větrání s rekuperací tepla nevyhnutelné. Výhodné je přitom rekuperovaný vzduch využívat i na topení, kdy se vzduch ohřívá přímo v rekuperační jednotce. Celá tato technologie s akumulačním zásobníkem a rozvody do jednotlivých místností se u domu s užitnou plochou 120 – 200 m² pohybuje cenově na úrovni přibližně 300 až 350 tisíc Kč. U malého domu je to už příliš velká položka v porovnání s cenou celého domu. Jednoduchým řešením je použití malé větrací rekuperační jednotky (cena asi 25 tisíc Kč) s elektrickým dohříváním s velmi jednoduchým rozvodem vzduchu pod stropem chodby. Alternativou větrání je použití několika rekuperačních jednotek – odsávačů – určených k větrání jedné místnosti přes stěnu.

Zemní kolektor
Zemní kolektor v obvyklé, nejpoužívanější podobě, je plastová trubka s průměrem 200 mm s délkou 20 – 30 metrů s kontrolní šachtou, případně jen s komorou. V praxi se však z ekonomického úhlu pohledu ukazuje jako diskutabilní zařízení. Kolektor určitě dobře doplňuje energetickou bilanci pasivního domu. Z hlediska ekonomického hodnocení energetických zisků je však jeho cena 60 až 90 tisíc Kč často už za hranicí rozumné návratnosti. U malého domu s požadavkem minimalizovat náklady proto kolektor nemá opodstatnění.

Kolektor často není možné realizovat ani z důvodu malého či nevhodného pozemku nebo skalnatého podloží. Problémy bývají i s tím, že do kolektoru se dostává voda. U svépomocných realizací se kolektor často položí do výkopu kanalizace nebo vedle základů či přímo do základů. Snížení nákladů je potom vykoupeno různými riziky.

Solární kolektor
Při použití řízeného větrání s akumulačním zásobníkem je výhodné použít solární kolektory. Akumulační zásobník IZT s obvyklým objemem 615 nebo 915 litrů má už zabudovanou technologii solárního ohřevu. Rozšíření o okruh kolektorů se pro čtyřčlennou rodinu pohybuje cenově na úrovni přibližně 120 tisíc Kč. U malého domu opět vzniká nepoměr mezi cenou domu a touto technologií. Možným řešením je například použití jednoduchého fasádního kolektoru se samotažným okruhem.

Jednoduchým ekonomickým řešením může být i úplná náhrada solárního zařízení s obvyklou úsporou až 60 % nákladů zařízením fungujícím na jiném principu. Pokud se v domě používá sprcha, která má největší spotřebu teplé vody, lze použít zařízení na zachytávání tepla odpadové vody ze sprchy. Výměník v plastovém nebo nerezovém vyhotovení můžeme umístit pod sprchovací vaničku a zapojit ho jako předehřívání vody přiváděné do bojleru. Účinnost zachytávání tepla je asi 40%. Vzhledem k ceně výměníku přibližně 5 tisíc Kč jde o velmi efektivní náhradu solárního zařízení.

Současný nástup výstavby pasivních domů je třeba chápat v širších souvislostech vývoje nízkoenergetické výstavby od počátečních experimentů se skleníky, solárními kolektory s různými úložišti tepla přes rozmanité typy nízkoenergetických domů 1. a 2. generace po současný stav. Až příchod izolačního zasklení umožnil vznik pasivních domů. Z hlediska vývoje nízkoenergetické výstavby jsou současné pasivní domy jen jeho dalším stupněm. Dá se předpokládat, že současně s vývojem nových stavebních materiálů, hlavně izolací a technologických zařízení v oblasti fotovoltiky a tepelných čerpadel, můžeme očekávat i větší nástup výstavby nulových a plusových domů.

(sf)
Redakčně zpracováno z podkladů Institutu pro energeticky pasivní domy a Ing. arch. Mojmíra Hudce, ateliér Elam, Brno, Česká republika
Obrázky: archiv iEPD

Článek byl uveřejněn v časopisu ASB.