Pasivní domy V.

I. Historický vývoj
II. Navrhování budov s nízkou energetickou náročností
III. Pravidla navrhování, koncepční přístup k řešení pasivních domů
IV. Opatření pro snížení energetické náročnosti
V. Provoz pasivního domu
VI. Příklady realizovaných domů s nízkou energetickou náročností

---

Současné domy, které jsou realizovány podle posledních zkušeností vědy a stavební techniky jsou výrazně odlišné od jejich předchůdců. Objekty jsou vytápěny uzavřeným systémem, používající nejčastěji jako zdroj energie plyn nebo elektřinu, bez nutnosti nasávání vzduchu na hoření z interiéru. Domy jsou velmi utěsněné, takže je na minimální míru potlačena neřízená infiltrace - přívod vzduchu štěrbinami v napojení konstrukcí.
Každá domácnost ale produkuje vlhkost - odparem z květin, vařením, koupáním atd. Pokud není vyřešen odvod této vlhkosti, následkem může být i vznik plísní a degradace stavební konstrukce (hniloba ). Jediným řešením na snížení relativní vlhkosti je větrání, které zároveň odvětrá i další škodliviny z interiéru (CO2, formaldehyd atd.) a zajistí přívod čerstvého vzduchu do bytu. V těsných objektech ale není možné spoléhat pouze na otevírání oken - znamenalo by to např., že v zimním období v noci by bylo nutné vstávat cca každou 1,5 hod. a dokonale provětrat celou místnost. Realizované odvětrání WC a kuchyní (digestoře) také nemají velkou funkci - při zapnutí sice vzduch odsávají, ale po určité době v bytě vytvoří podtlak, protože objekt je těsný a není vytvořena cesta, kudy by se do domu nasával vzduch. Ventilátorky pak běží naprázdno. Nárazovým větráním okny kromě možnosti vzniku "průvanu", diskomfortu a prochlazování konstrukcí ztrácíme i teplo, které vyvětráme. Jedno z možných řešení, u moderních vzduchotěsných objektů nezbytné, je použití nuceného větracího systému, nejlépe s rekuperací (znovuzískáváním energie z) odpadního tepla. Jaký komfort přinese ale svému uživateli?

Vnitřní klima energeticky pasivního domu - úvahy, zkušenosti, modely

Tepelná ztráta prostupem u EPD (běžné velikosti 140 m2 podl. plochy) je ze současného pohledu minimální, není neobvyklé když je nižší než 2 kW. Další zvyšování tloušťky tepelných izolací už razantní snížení nepřinese. Je nutné se zabývat i dalšími energiemi, jejichž spotřebu je nutné omezit. Jednou z možností, v současnosti hojně využívanou, je snížení tepelné ztráty větráním. V každém objektu je nutné vyměnit vnitřní vzduch, který je zatížen produkcí z dýchání (CO2), vlhkostí a pachy. Pokud jej bez užitku odvedeme ven z domu, musíme přiváděný vzduch ohřát na vnitřní interiérovou teplotu. K tomu potřebujeme energii. Pokud stavebně zajistíme dokonalou vzduchotěsnost objektu, můžeme mít pomocí tech. zařízení přiváděný a odváděný vzduch pod kontrolou. Bez systému nuceného větrání (nejlépe s rekuperací = znovuzískáváním odpadního tepla) se již v EPD neobejdeme. Díky minimálnímu požadavku na temperování EPD je možné zrušit topnou soustavu tak, jak je chápána v realizaci jiných domů a vše (i temperování) zajistit v rámci vzduchotechnického systému. Trvalé větrání má ale i své problémy. Při návrhu systému pro vytápění a větrání EPD Rychnov jsme největší problém přisoudili vnitřní relativní vlhkosti interiéru. Už v roce 2002 se v zahraničních pramenech při popisování nízkých nákladů na vytápění občas objevovaly informace (spíše ale pod čarou), že v těchto EPD je koncem "topného" období (přelom února-března) velice nízká interiérová vlhkost - i pod 20%!! Podobná zkušenost byla zjištěna i u prvních realizací cirkulačního teplovzdušného vytápění s větráním z přelomu let 2002/2003 v ČR. V té době , v souladu se zahraničními požadavky na větrání, byla nastavována intenzita větrání na hodnotu výměny cca 0,3 h-1 (tj, že za cca 3 hod. bylo do objektu řízeně přivedeno a zároveň odvedeno množství vzduchu, které se rovná obestavěnému prostoru objektu). Relativní vlhkost interiéru se pohybovala i kolem cca 28 - 35%. V grafu na obr. č.1 je velmi zjednodušeně naznačeno vysvětlení tohoto stavu. Běžná relativní vlhkost vzduchu v zimním období je venkovní relativní vlhkost ( při Te= -5°C) 70%. To odpovídá měrné vlhkosti 1,8 g/kgs.v. ( skutečný obsah vody ve vzduchu). Pokud ohřejeme vzduch z teploty -5°C na 20°C, tak relativní vlhkost tohoto vzduchu klesne na cca 12% (viz. svislá čára v levé části grafu). Pokud by jsme (pro zjednodušení) neměli v interiéru žádný zdroj vlhkosti (také bez absorbce vlhkosti z konstrukcí), pak při větrání intenzitou n = 0,3 h-1 bychom za 1 h snížili vnitřní relativní vlhkost z 50% na cca 37%. Tento zjednodušený model ale platí také pro místnosti, kde není dostatečný zdroj vlhkosti - např. ložnice bez květin, popř. dětský pokoj!!. Pokud není dostatečná produkce vlhkosti v interiéru celého domu a po určité době je vyčerpána i vlhkost přirozeně obsažená v konstrukcích a vybavení, pak nastává problém "globální". Ukazují to i nedávno získané zkušenosti z již realizovaného EPD.
V roce 2002 byl v Korutanech realizován EPD dle návrhu arch. Erwina Kalteneggera. Investor a uživatel domu je specialista v oblasti kovových konstrukcí a fasádních systémů. Objekt je proto realizován pomocí nosného ocelového skeletu, který je oplášťován pomocí plošných desek na bázi dřeva a vyplněn tepelnou izolací. Jedná se tedy o lehkou stavbu bez výrazné vnitřní akumulace - stejně jako v případě lehké stavby 1. EPD v České republice - v Rychnově u Jablonce nad Nisou. Dle informací, které získal náš kolega ing. arch. Eugen Nagy v roce 2005, investor uvádí, že díky rovnotlakému větracímu systému (bez cirkulace - dopl. autory článku), který je neustále v provozu, dochází ke snižování vnitřní relativní vlhkosti. Kritický stav nastává koncem února, kdy je již z objektu odvedena i vlhkost obsažená v povrchových vrstvách stěn a nábytku. Díky tomuto vysoušení (vhodné při větrání bazénu, nikoliv ale domu) se relativní vlhkost interiéru blíží až k hodnotě 20 %!!. Nízká relativní vlhkost je patrná i na trhlinách nábytku z masivního dřeva. V létě jsou široké max. 1 mm, vlivem přesoušení jsou ke konci topného období několikanásobně širší.
Rovnotlaké větrací jednotky vzhledem k hygienickým požadavkům přivádějí do objektu reálně 90 - 250 m³/h větracího vzduchu, který by bylo možné využít pro temperování = max. topný výkon od 0,9 -2,5 kW (za předpokladu, že je přiváděný vzduch ohříván na max. teplotu 50°C (při vyšších teplotách dochází k rozpadu prachu ve vzduchu na drobnější částice). Větší topný výkon ale objekt potřebuje při nižších venkovních teplotách a v době, kdy objekt není obsazen (chybí zisky z činnosti osob). Má-li objekt při výpočtové venkovní teplotě -18°C teplenou ztrátu cca 2 kW, pak při běžné zimní teplotě - 5°C je tato ztráta cca 1,3 kW. Při použití rovnotlaké větrací soustavy je nutné do objektu neustále přivádět 130 m3/h a ohřívat jej na cca 50°C. Když se tato hodnota porovná s obestaveným prostorem objektu (např. 400 m3), pak je výměna vzduchu na intenzitě n= 0,3. Bez pobytu osob ale není vnitřní produkce vlhkosti. A jsme na začátku příspěvku - možná nízká interiérová vlhkost.
Díky realizaci objektu NED Koberovy v roce 2001 byl v ČR představen jiný způsob řízeného větrání, který byl spojen se systémem cirkulačního teplovzdušného vytápění. Na obr. 3 je funkční schéma tohoto systému. Proti větracímu rovnotlakému systému byla přidána zpětná vnitřní větev pod označením C1 ( cirkulace). Stejný systém se pak realizuje i v prvních energeticky pasivních domech v ČR.

Obr.č. 3 - schéma teplovzdušného cirkulačního vytápění s nárazovým větráním vč. rekuperace odpadního tepla
LEGENDA:
c2 - přívod topného a větracího vzduchu do obytných místností
i1 - odsávání vzduchu z koupelen a WC (odpadní vzduch)
i2 - výfuk - odvod odpadního vzduchu z objektu
e1 - sání venkovního vzduchu - přívod čerstvého vzduchu do objektu
c1 - okruh vnitřní cirkulace vzduchu v objektu

EPD v podmínkách realizace ČR

Přibližme si pojem "pasivní" ve spojení s tímto druhem výstavby. Objekt na změnu venkovní teploty reaguje netečně, s velkým zpožděním. Skutečně se dá říci, že je "pasivní a čeká, co se bude dít. Je lhostejné, jestli je venku v zimě v noci -5°C nebo -25°C. Je to poznat pouze pohledem na venkovní teploměr. Díky dokonalé tepelné obálce budovy je teplota v interiéru i bez dohřívání stálá a za noc klesá o max. 1,5°C. Rozdíly povrchových teplot vnitřních konstrukcí se liší pouze desetinami stupně - např. při teplotě vzduchu int.. cca. 22°C má strop 21,8°C, stěna ( lhostejno jestli obvodová nebo vnitřní) 21,5 - 21,8 °C a podlaha 21,4°C. Dalším, velmi důležitým prvkem, jsou okna. I když by byl místo pro tento účel speciálně vyvinutých (a také realitně drahých) výrobků použit okenní rám ze dřeva profilu EURO 78 ("ortodoxní" zastánci konceptu EPD nadskakují - nedostatečné!!!), ve spojení s kvalitním sklem nemusí být výsledek nijak špatný. Např. při jedné realizaci v ČR, kde byla použita kombinace profilu EURO 78 a skla HEAT MIRROR U=0,62, byly při měřeních zjištěny zajímavé parametry.. Při venkovní teplotě te = -25°C byla povrchová teplota rámu v nejchoulostivější části ( u parapetu) cca + 7°C, díky tepelnému mostu přes křídlo byla povrchová teplota vnitřního skla u spodní hrany křídla cca + 10 °C (na spodní hraně skla v pásu cca 20 mm byla patrná kondenzace vzdušné vlhkosti). Ale už v odstupu 100 mm od spodní strany skla byla povrchová teplota stejná jako uprostřed tabule + 16,6 °C ( te=-25°C tint.=+21°C; rh cca 43%). Do venkovní teploty cca -17°C kondenzace prakticky nenastávala. Další vlastnost těchto skel (se selektivní vrstvou) ocení uživatel v létě, kdy i díky vhodně zvolené celkové koncepci domu (a při použití zemního výměníků tepla pro VZT systémy) není problém dosáhnout i při extrémních teplotách (např. venkovní 35°C) příjemné interiérové teploty (cca 24°C). A to bez jakýchkoliv stínících prvků na oknech - což také šetří kapsu při realizaci.

EPD - relativní vlhkost

Velmi důležitým parametrem kvality bydlení je i vnitřní relativní vlhkost interiéru. Vlivy, které na rh působí byli popsány v úvodu . Díky systému cirkulačního teplovzdušného vytápění, dle matematického modelu zajištěného řízeného větrání a také hlavně díky dokonalé vzduchotěsnosti objektů pasivního standardu je možné zajistit pro osoby vhodnou úroveň relativní vlhkosti. Jak prokazují provedená měření na obydlených domech, i při extrémních mrazech v lednu 2006 (v noci klesala teplota i v roce 2005 nárazově až k - 25°C) se vnitřní relativní vlhkost bez jakýchkoliv vnitřních řídících čidlech (pouze na základě matematického modelu) udržovala v rozumném rozsahu. Na grafu v obr. č. 5 je záznam z měření takového objektu z roku 2005.

Obr. č. 5 - graf měření relativní vlhkosti a interiérové teploty v obydleném domě, vybaveném systémem teplovzdušného cirkulačního vytápění a nárazového větrání s rekuperací odp. tepla.
Výtah je z období 31.1. - 27.2.2005. V době od 7. - 10. byl objekt prázdný, bez produkce vlhkosti z činnosti osob - je vidět pokles a následně opětovný nárůst rh.

EPD - koncentrace CO2

Aby byly dosaženy požadované parametry spotřeby energií, je nutné potlačit infiltraci na minimum. Dokonalá (při správné realizaci hermetická) vzduchotěsnost objektu sice zajistí, aby únik energie infiltrací byl potlačen , ale pro zajištěný vyváženého vnitřního klima je nutné zajistit přívod dostatečného množství venkovního čerstvého vzduchu. Samozřejmě s ohledem relativní vlhkost v interiérů. Zde proti sobě vystupují rozdílné požadavky - vzhledem k rh větrat "málo", pro zajištění vhodné koncentrace CO2 pak co možná nejvíce. Jak prokazují měření, při správném návrhu se investor nemusí bát. Na obr. č. 6 je graf porovnání koncentrací CO2 - výsledky teoretické modelace a skutečného měření v obydleném objektu ve standardu EPD.

Obr. č. 6 - graf měření koncentrace CO2 v interiéru ve srovnání s teoretickým matematickým modelem, zpracovaným pro objekt EPD Rychnov

EPD - provozní náklady (za rok 2005, předpoklad pro rok 2006 a další léta)

Dostáváme se k nejhlavnějšímu - co vlastně zvýšené pořizovací náklady (kromě tepelné pohody a správného mikroklima) přinesou po ekonomické stránce. Velmi často se v literatuře uvádí, že proti běžné výstavbě je cena EPD objektu o cca 8 - 10% dražší. V ČR je pak investor často překvapen, že požadavky realizačních firem jsou poněkud vyšší - od cca 20 - 40%. Kde je problém? Hodnota 8-10% je přejímána z Rakouských a Německých pramenů. Pokud bychom ale srovnali "běžný" Rakouský a "běžný" Český dům, pak zjistíme, že dostat náš na úroveň referenčního zahraničního by znamenalo přidání tepelných izolací a instalování (sice jednoduchého) větracího systému, často i bez rekuperace odpadního tepla. Pak je teprve startovní čára srovnána a je možné jít na další stupeň - standard EPD. Proto tedy rozdíl ve zvýšení pořizovacích cen. Další, a hodně velký, problém je v neinformovanosti a nezkušenosti českých realizačních firem. Při kalkulacích se pro jistotu "pojistí", výsledná cena je tímto umělým zásahem pokřivena. Zkusme ale na konkrétní realizaci EPD a konkrétních změřených hodnotách demonstrovat možnosti úspor provozních nákladů, které pak mohou sloužit i jako vodítko pro jednání potencionálních zájemců se stavebními firmami.
Tepelné ztráty objektu EPD Rychnov (při tevýp.=-18°C) prostupem se pohybují (dle několika prováděných výpočtů) mezi 1800 - 2100 W. Rozdílné výsledky jsou způsobeny postupem výpočtu a zaokrouhlováním parametrů. Tepelná ztráta větráním bez rekuperace by byla 1256 W (pozn. cca 70% tepelná ztráty prostupem!!), díky rekuperaci s průměrnou účinností 85% jednotky DUPLEX RB použité v EPD Rychnov pak 188 W. Pro následující porovnání budeme používat variantu výpočtu s "nejhorším výsledkem", kdy celková ztráta prostupem a větráním EPD Rychnov při te = - 18°C je cca 2245 W. Tento údaj ale samostatně nic neříká. V následující tabulce jsou důležité parametry objektu,
vztahující se k tomuto tématu:

Rozeberme v krátkosti jednotlivé položky:
Spotřeba na provoz domácnosti - obecně se udává v rozmezí od 3 000 - 4500 kWh/rok dle stupně elektrifikace domácností. V jiných měřených realizací NED objektů jsou hodnoty v rozsahu od 2900 - 3700 kWh/rok.
Spotřeba energie na vytápění - i v EPD je nutné částečně topit. Tabulková délka topná sezóna v Jbc je 256 dní. Díky parametrům objektu EPD Rychnov bylo v roce 2005 147 dní, kdy se "topilo". Jen pro porovnání - v panelových domech v Jbc se začalo topit 13.9.2005, v EPD Rychnov 3.11.2005 - o 51 dní později. Velmi výrazně na tento parametr mají vliv i pasivní solární zisky (tedy energie slunce, procházející okny). Ve všech výpočtech se používají data z dlouhodobých měření. Ve skutečnosti jsou roky, kdy je slunečních dní více, jindy zase méně. Pro porovnání jsou proto v teoretické části tabulky hodnoty pro oba póly - sluneční záření dle tabulek a také teoretická varianta, kdyby slunce celou topnou sezónu nesvítilo. Menší zisky mohou být způsobeny i jinými, na nás nezávislými skutečnostmi - soused postaví dům tak, že náš je částečně stíněn; před domem jsou stromy - listnaté vítáme (v létě listí příjemně stíní, po opadu větve moc nevadí), jehličnaté (kromě modřínu) stíní celý rok. Od 3.11. do 24.12.2005 byly v Rychnově pouze 2 slunečné dny. Velikost prosklení oken jižní fasády domu ( 4,3 m2) je dostatečné (i když to odporuje jiným názorovým směrům) - ve slunečných dnech zisky nezpůsobí přehřátí interiéru (max. tint = 23,5), v době bez slunce nezpůsobují větší tepelné ztráty. (okna na východní a západní straně pak v zimním období do bilance zisků nepřispívají -slunce je nízko na obzorem a než do těchto oken začne svítit, zapadá za les).
Pokud přepočteme spotřebu energie na podlahovou plochu (výsledek je v kWh/m2a.), pak je ve výsledcích opět jasně patrný vliv pasivních slunečných zisků. Teoreticky se pohybuje od 10 - 30 kWh/m2a. Výsledná naměřená hodnota cca 16,6 kWh/m2a. je z našeho pohledu vynikající - na první sezónu provozu, kdy se uživatelé teprve učili správně užívat takovýto komplexní objekt.
Solární systém - díky realizovanému solárnímu systémy je část energie kryta sluncem. Stejně jako u pasivních zisků ale platí, že jsou pouze tehdy, svítí-li slunce. V místě stavby a vzhledem ke klimatickým podmínkám roku 2005 byli tyto zisky cca 50% proti teoretickým tabulkovým hodnotám (určitou nepřesnost může být i způsob měření těchto zisků řídícím zařízením solárů).
Celková spotřeba energie - jedná se o energii potřebnou pro provoz objektu (režie domácnosti - vaření, svícení, počítače…), provoz VZT systému, ohřev TUV, temperování. U EPD Rychnov také trvalý příkon pro napájení všech měřících ústředen (cca 30 W; za rok cca 262 kWh = cca 2,7 % celkové spotřeby objektu!!). Pozor proto na spotřebiče v pohotovostním ( stand-by) režimu - televize, radia, počítač + monitor - je to znát!!.

Náklady na provoz, platby za odebranou el. energii

Objekt EPD Rychnov byl od 1.1.2005 do 1.11.2005 provozován v sazbě D 25 (za den 8 hod NT a 16 VT tarif). (NT = nízký tarif, povolení nabíjení akumulačního zásobníku pro ohřev UT + TUV; VT = vysoký tarif, nabíjení blokováno). Od 1.11.2005 pak byla sjednána sazba D 35 (za den 16 hod NT a 8 hod. VT). Pro představu byly provedeny i přepočty z kombinovaného ročního tarifu pro varianty, kdyby byl objekt provozován celý rok na tarif D25, D35, a D45 (20 hod. NT + 4 hod VT). Ve sloupci D35-bez rekuperace je pro porovnání uvedena varianta větrání okny - pro možné porovnání úspor nákladů díky rekuperaci.
(všechny výpočty jsou prováděny na základě nákladů, paušálů a plateb Severočeské energetiky pro rok 2005; pro 2006 pak na základě tarifů ČEZu -nástupce SČE):

Z tabulky je patrné, že pro provoz takto provedeného objektu bylo lhostejné, jestli se používala sazba D 25 nebo D 35. Sazba D 45 již vhodná z ekonomického hlediska nebyla. Je vhodná pro domy s vyšší tepelnou ztrátou - u akumulace od cca 4 kW výš, u objektů s el. kotlem nebo přímotopy je nutná. Je také vidět, že v cenách roku 2005 je "ekonomický zisk" použitím rekuperace cca 2700 Kč/rok.

Od 1. 1. 2006 došlo ke zdražení tarifů a cen platných pro jednotlivé sazby. Zvýšení cen za kWh v NT bylo poměrně drastické - např. v sazbě D 35 se jednalo o navýšení 0,47 Kč/kWh, což je zvýšení o 42%. Viz tabulka:
Pokud by zůstala spotřeba energie za rok 2006 stejná jako v roce 2005, pak se u EPD Rychnov ceny změnily následovně:


Porovnáním je vidět, že sazba D25 je nyní i pro EPD krajně nevýhodná , změna cen pravděpodobně naznačuje tlak na zrušení této sazby v blízké budoucnosti. I když je u sazby D 35 zvýšení v NT za kWh 42%, pak v celku (po započtení snížení stálé paušální sazby - pozor, je to 1020 za rok - a také díky výraznému snížení ceny u VT) se jedná o meziroční zvýšení "pouze" o 4,4%. Díky vzrůstu cen energií stojí za povšimnutí "ekonomický zisk" použitím rekuperace - nyní se jedná o částku 4564 Kč/rok. A ceny energií už nižší nebudou, spíše naopak.
Sazba D45 se v porovnání s rokem 2005 jeví jako výhodná (nárůst o 0,41%), je potřeba si uvědomit absolutní hodnotu - proti sazbě D35 stále nevýhodné.
Poslední porovnání - zkusme si představit, že by se objekt EPD Rychnov realizoval konstrukcemi s parametry U dle ČSN 7305040-02 - hodnoty doporučené ( o požadovaných hodnotách by se již v současné době při realizacích jakýchkoliv objektů ani uvažovat nemělo). Pokud uděláme teoretické výpočtové porovnání se skutečně realizovanými hodnotami (podotýkáme - výpočtové), pak se dostaneme k těmto číslům:

Výsledky této poslední tabulky zaslouží podrobnější popis:
Porovnáním hodnot roku 2005 je vidět, že rozdíl provozních nákladů mezi teoreticky uvažovanými objekty shodně technicky vybavených je cca 7 000 Kč/rok. Rozdíl provozních nákladů objektu bez rekuperace s k-cí "doporučenou" a EPD s rekuperací je pak 9400 Kč/rok.
Porovnání hodnot roku 2006 je ale poněkud odlišné. U stejně technicky vybavených objektů je rozdíl provozních nákladů cca 9800 Kč/rok. A rozdíl nákladů domu k-cí doporučených bez rekuperace a EPD s rekuperací je 14 245 Kč/rok. Zvýšené finanční náklady na úpravu (zlepšení tepelně-izolačních parametrů - "U") stavební části a technické vybavení domu o nucené systémy s rekuperací se pak vrací výrazně rychleji. A ceny energií porostou - příští rok můžeme místo 14 245 Kč mít klidně 19 000 Kč.
Díky malé potřebě energie je u EPD růst provozních nákladů pomalejší než u druhého domu. Režijní spotřeba (provoz domácnosti) je u obou objektů shodná a závisí pouze na uživatelích a vybavení domu (v modelovém případě oba domy užívá stejná rodina). Díky menšímu požadavku EPD na vytápění hrají pasivní solární zisky a také zisky z provozu domácnosti významnější úlohu. V době, kdy EPD již nepotřebuje "topit", pak např. náš modelový objekt (doporučené hodnoty) potřebuje trvalý tepelný příkon 1 kW. Tento požadavek má EPD při venkovních teplotách o cca 10°C nižších. Zkracování topné sezóny na cca 50-60% tabulkových hodnot to potvrzuje.

Závěr

Se sedlovou střechou se EPD Rychnov vzhledově nijak neliší od jiných objektů v okolí. I v tomto ohledu se chová jako pasivní - nenápadný. Směr výstavby ke snižování provozních nákladů je ale potvrzen. Uživatel získá nejlepší penzijní připojištění.
Na konec citát doc. Tywoniaka:
"Nezapomeňte se radovat z dobře postaveného domu - to je nad všechny kilowatthodiny"