Pasivní domy IV.
Opatření pro snížení energetické náročnosti
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
V oblasti nízkoenergetické výstavby se pro využití solární energie používají tyto systémy:
Obr. 1 Princip Trombeho stěny
Správně navržená a užívaná zimní zahrada funguje jako solární kolektor pro využívání zisků ze slunečního záření a zároveň snižuje tepelné ztráty prostupem z přilehlých obytných místností, ale je prakticky neobyvatelná. Pokud má zimní zahrada sloužit jako další obytný prostor, musí být chráněna proti nadměrným tepelným ziskům, odvětrávána a v některých případech i vytápěna - potom však nemá žádný energetický přínos. Protože na jižní straně snižuje zimní zahrada přímé zisky ze slunečního záření do obytných prostorů, umisťuje se na východní nebo na západní stranu.
Tepelná pohoda v letních měsících
Velké prosklené plochy určené k využívání solárních zisků a vysoce tepelně izolované obalové konstrukce u nízkoenergetických a pasivních domů mohou negativně ovlivňovat tepelnou stabilitu místností v letním období a tím i tepelnou pohodu uvnitř budovy. Čím vyšší je tepelná ochrana obalových konstrukcí (vč. oken), tím vyšší je vzestup teploty vnitřního vzduchu v místnosti v letním období a tím se zvyšuje možnost narušení tepelné pohody. Použitím oken s nižší propustností slunečního záření (nebo s odpovídajícím stíněním) se denní vzestup teploty výrazně snižuje.
Proto se při navrhování budov s nízkou energetickou náročností doporučuje věnovat velkou pozornost zabezpečení vyhovujícího stavu vnitřního prostředí v letním období. To závisí na tepelných ziscích od vnitřních zdrojů a od slunečního záření, denního průběhu teploty vnějšího vzduchu, orientace místnosti a oken, intenzity a režimu větrání, úrovně tepelné ochrany obalových konstrukcí a jejich akumulačních vlastnostech.
Obr. 2 - Plochý solární kolektor Heliostar
Tab. 1 - Základní údaje o orientaci solárních kolektorů [4]
Akumulace tepelných zisků
Cílem akumulace tepla v domě je uchování energetického přebytku na období, kdy je potřeba teplo do domu dodávat. Akumulaci tepla lze využít i k chlazení staveb, v tomto případě se používá termín akumulace chladu.
V zásadně se využívají dva způsoby akumulace tepla - akumulace tepla do stavebních konstrukcí a akumulace tepla do samostatných akumulačních zásobníků. Zatímco k uvolňování naakumulovaného tepla ze stavebních konstrukcích dochází nekontrolovaně vždy, když teplota okolí poklesne pod teplotu konstrukce (což ale nemusí být vždy žádoucí - např. v době nepřítomnosti bydlících nebo v horkých letních měsících při krátkodobém nočním ochlazení), teplo v akumulačních zásobnících lze za určitých podmínek skladovat delší dobu a využít ho až v době, kdy je opravdu potřebné.
Do stavebních konstrukcí se teplo dostává přímým ozářením nebo konvektivním přenosem tepla (prouděním). Konvektivní přenos je podstatně méně účinnější než přímé ozáření, ale působí na větší povrch. Největším problémem tohoto způsobu akumulace je časté přehřívání vnitřního vzduchu a tím vytváření tepelné nepohody. Důležitá je správné volba velikosti a také umístění akumulačních ploch vzhledem k proskleným plochám.
Obr. 3 - Stavba akumulační zdi pro konvektivní přenos tepla
Při akumulaci tepla do samostatných akumulačních zásobníků (akumulátorů) se využívá libovolný vratný nebo cyklický proces, při němž vzrůstá vnitřní energie pracovní látky, která tvoří náplň zásobníku. Nejčastější jsou zásobníky s náplní kameniva nebo vodní nádrže (akumulace citelného tepla), ale existuje celá řada dalších procesů, které lze k akumulaci tepla využít (akumulace latentního tepla, sorpce vodní páry apod.). Z hlediska délky skladování tepla se dělí zásobníky na krátkodobé a dlouhodobé.
Krátkodobé zásobníky slouží k překlenutí jednoho až několika dnů a využívá se při tom jak citelného tak latentního tepla. Dlouhodobé zásobníky využívají pouze citelné teplo a slouží k překlenutí prakticky celého otopného období. Náklady na pořízení dlouhodobého zásobníku jsou však příliš vysoké. Technika dlouhodobého ukládání tepla se dosud nachází ve vývoji a zatím neexistuje žádný standardní koncept.
Budovy s malou měrnou tepelnou ztrátou jsou vhodné pro nízkoteplotní topné systémy. To znamená systémy s maximální teplotou 55°C. Protože s klesající měrnou tepelnou ztrátou je možné snižovat přívodní teplotu. V současné době je možné dosáhnout topného faktoru většího než 5. To znamená, že budova spotřebuje jen 20% své skutečné potřeby energie pro vytápění a přípravu teplé vody. Což má velice příznivý vliv na snižování provozních nákladů. Zbylých 80% energie je hrazeno z nízkopotenciální energie obsažené v půdě, ve vodě nebo ve vzduchu.
Obr. 4 - Schéma tepelného čerpadla využívajícího venkovní vzduch
Zdroje energie lze rozdělit do čtyř základních skupin. Zemní vrty jsou nejnákladnější a nejstabilnější variantou primární energie pro tepelné čerpadlo. Podle potřeby je možné vyvrtat několik až 150 m hlubokých vrtů. Plošný zemní kolektor je další možností jak využít teplo akumulované v zemině. Plastová trubka s nemrznoucí směsí se položí cca 1 m pod povrch. Je nutné mít dostatečně velký pozemek bez stavebních konstrukcí. Další možností je využít energii z podzemní vody. To vyžaduje zejména celoročně dostatečně vydatný zdroj. Voda se čerpá ze studny většinou klasickým ponorným čerpadlem, v tepelném čerpadle je ochlazena a vrací se zpět do vsakovací studny. Kromě čerpací studny je tedy třeba zhotovit v dostatečné vzdálenosti ještě vsakovací studnu, ze které ochlazená voda nesmí prosakovat zpět do sací studny, aby nedocházelo k podchlazení nebo zamrznutí vody. Tepelná čerpadla využívající venkovní vzduch mají nejvíce proměnlivý výkon v průběhu roku. To je dáno velkým rozmezím kolísání teplot vzduchu v průběhu roku. Je možné využívat teplý vzduch z větrání objektu pro provoz tepelného čerpadla.
O vhodnosti tepelných čerpadel může svědčit narůstající tendence v počtu instalací těchto zařízení. Důvodem jsou i neustále vzrůstající ceny energie. Při současných cenách energie se návratnost tepelných čerpadel pro rodinné domy pohybuje kolem 6 roků.
Stavební tepelná technika a energetika budov
Publikace svým tématem navazuje na knihu autorů Prof. Ing. Jiřího Vaverky DrSc., Doc. Ing. Josefa Chybíka CSc.a prof. Ing. Františka Mrlíka DrSc."Stavební fyzika 2 - Stavební tepelná technika", kterou vydalo nakladatelství VUTIUM v roce 2000.
Vzhledem k tomu, že v období 2001 až 2005 došlo v normové a legislativní úrovni tepelné techniky k výrazným změnám, které významně ovlivňují kvalitativní úroveň prvků a tím i změny v konstrukčních skladbách prvků, bylo žádoucí původní publikaci v tomto trendu přepracovat a respektovat nové trendy. Tento požadavek byl prezentován z řady odborné veřejnosti-stavebních projektantů, architektů, investorů, pracovníků správních aparátů, ale i uživatelů, kterým původní publikace byla pomůckou při jejich činnosti.
Odborná úroveň autorského týmu, lektoři i další spolupracovníci dávají záruku, že i tato kniha splní svoji funkci, to znamená, že bude dobrou vysokoškolskou učebnicí na fakultách stavebních a architektury v České republice a zahraničí a současně vhodnou pomůckou pro odbornou veřejnost mající vztah k problematice.
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
V oblasti nízkoenergetické výstavby se pro využití solární energie používají tyto systémy:
- pasivní
- aktivní
- hybridní
1. Pasivní systémy
jsou takové koncepce návrhu budov, které přímo sluneční záření zachycují vlastní konstrukcí, přizpůsobenou pro daný účel svojí hmotou, tvarem, druhem použitého materiálu a povrchovou úpravou. I když je zřejmé, že solární energii v různé míře zachycuje každá budova, jedná se o pasivní solární systém tehdy, je-li objekt navržen s tím záměrem, aby jeho tepelné zisky byly co nejvyšší. Pro pasivní využití solární energie se uplatňují následující konstrukční a energetické principy: přímý zisk okny a prosklenými stěnami, vzduchové a okenní kolektory, akumulační stěny, Trombeho stěna, dvouplášťové (energetické) fasády, transparentní (průhledné) tepelné izolace, zimní zahrady a skleníky. |
Obr. 1 Princip Trombeho stěny
Správně navržená a užívaná zimní zahrada funguje jako solární kolektor pro využívání zisků ze slunečního záření a zároveň snižuje tepelné ztráty prostupem z přilehlých obytných místností, ale je prakticky neobyvatelná. Pokud má zimní zahrada sloužit jako další obytný prostor, musí být chráněna proti nadměrným tepelným ziskům, odvětrávána a v některých případech i vytápěna - potom však nemá žádný energetický přínos. Protože na jižní straně snižuje zimní zahrada přímé zisky ze slunečního záření do obytných prostorů, umisťuje se na východní nebo na západní stranu.
Tepelná pohoda v letních měsících
Velké prosklené plochy určené k využívání solárních zisků a vysoce tepelně izolované obalové konstrukce u nízkoenergetických a pasivních domů mohou negativně ovlivňovat tepelnou stabilitu místností v letním období a tím i tepelnou pohodu uvnitř budovy. Čím vyšší je tepelná ochrana obalových konstrukcí (vč. oken), tím vyšší je vzestup teploty vnitřního vzduchu v místnosti v letním období a tím se zvyšuje možnost narušení tepelné pohody. Použitím oken s nižší propustností slunečního záření (nebo s odpovídajícím stíněním) se denní vzestup teploty výrazně snižuje.
Proto se při navrhování budov s nízkou energetickou náročností doporučuje věnovat velkou pozornost zabezpečení vyhovujícího stavu vnitřního prostředí v letním období. To závisí na tepelných ziscích od vnitřních zdrojů a od slunečního záření, denního průběhu teploty vnějšího vzduchu, orientace místnosti a oken, intenzity a režimu větrání, úrovně tepelné ochrany obalových konstrukcí a jejich akumulačních vlastnostech.
2. Aktivní systémy
spočívají v použití speciálních technických systémů, které nepřímo přeměňují energii slunečního záření na teplo nebo elektrickou energii. Mezi aktivní solární systémy lze zařadit všechny typy solárních kolektorů a fotovoltaické články. |
Obr. 2 - Plochý solární kolektor Heliostar
Tab. 1 - Základní údaje o orientaci solárních kolektorů [4]
| Optimální orientace kolektorů | jih - jihozápad |
| Vyhovující orientace kolektorů | jih - jihovýchod |
| Maximální výkon kolektorů | cca ve 14 hodin |
| Optimální sklon pro letní provoz | cca 30° od vodorovné roviny |
| Optimální sklon pro celoroční provoz | cca 45° |
| Optimální sklon pro zimní provoz | cca 60° - 75° |
Akumulace tepelných zisků
Cílem akumulace tepla v domě je uchování energetického přebytku na období, kdy je potřeba teplo do domu dodávat. Akumulaci tepla lze využít i k chlazení staveb, v tomto případě se používá termín akumulace chladu.
V zásadně se využívají dva způsoby akumulace tepla - akumulace tepla do stavebních konstrukcí a akumulace tepla do samostatných akumulačních zásobníků. Zatímco k uvolňování naakumulovaného tepla ze stavebních konstrukcích dochází nekontrolovaně vždy, když teplota okolí poklesne pod teplotu konstrukce (což ale nemusí být vždy žádoucí - např. v době nepřítomnosti bydlících nebo v horkých letních měsících při krátkodobém nočním ochlazení), teplo v akumulačních zásobnících lze za určitých podmínek skladovat delší dobu a využít ho až v době, kdy je opravdu potřebné.
Do stavebních konstrukcí se teplo dostává přímým ozářením nebo konvektivním přenosem tepla (prouděním). Konvektivní přenos je podstatně méně účinnější než přímé ozáření, ale působí na větší povrch. Největším problémem tohoto způsobu akumulace je časté přehřívání vnitřního vzduchu a tím vytváření tepelné nepohody. Důležitá je správné volba velikosti a také umístění akumulačních ploch vzhledem k proskleným plochám.
 |
Obr. 3 - Stavba akumulační zdi pro konvektivní přenos tepla
Při akumulaci tepla do samostatných akumulačních zásobníků (akumulátorů) se využívá libovolný vratný nebo cyklický proces, při němž vzrůstá vnitřní energie pracovní látky, která tvoří náplň zásobníku. Nejčastější jsou zásobníky s náplní kameniva nebo vodní nádrže (akumulace citelného tepla), ale existuje celá řada dalších procesů, které lze k akumulaci tepla využít (akumulace latentního tepla, sorpce vodní páry apod.). Z hlediska délky skladování tepla se dělí zásobníky na krátkodobé a dlouhodobé.
Krátkodobé zásobníky slouží k překlenutí jednoho až několika dnů a využívá se při tom jak citelného tak latentního tepla. Dlouhodobé zásobníky využívají pouze citelné teplo a slouží k překlenutí prakticky celého otopného období. Náklady na pořízení dlouhodobého zásobníku jsou však příliš vysoké. Technika dlouhodobého ukládání tepla se dosud nachází ve vývoji a zatím neexistuje žádný standardní koncept.
3. Hybridní systémy
využívají současně jak aktivních, tak i pasivních principů, jež se vzájemně kombinují a doplňují.4. Využití tepelných čerpadel
Tepelná čerpadla jsou zařízení využívající energie prostředí, která se nachází nejčastěji pří nižších teplotách než je potřebné (nízkopotenciální energie). Tu potom transformují na vyšší hodnotu, kterou je již možné využít pro vytápění nebo ohřev teplé vody.Budovy s malou měrnou tepelnou ztrátou jsou vhodné pro nízkoteplotní topné systémy. To znamená systémy s maximální teplotou 55°C. Protože s klesající měrnou tepelnou ztrátou je možné snižovat přívodní teplotu. V současné době je možné dosáhnout topného faktoru většího než 5. To znamená, že budova spotřebuje jen 20% své skutečné potřeby energie pro vytápění a přípravu teplé vody. Což má velice příznivý vliv na snižování provozních nákladů. Zbylých 80% energie je hrazeno z nízkopotenciální energie obsažené v půdě, ve vodě nebo ve vzduchu.
 |
Obr. 4 - Schéma tepelného čerpadla využívajícího venkovní vzduch
Zdroje energie lze rozdělit do čtyř základních skupin. Zemní vrty jsou nejnákladnější a nejstabilnější variantou primární energie pro tepelné čerpadlo. Podle potřeby je možné vyvrtat několik až 150 m hlubokých vrtů. Plošný zemní kolektor je další možností jak využít teplo akumulované v zemině. Plastová trubka s nemrznoucí směsí se položí cca 1 m pod povrch. Je nutné mít dostatečně velký pozemek bez stavebních konstrukcí. Další možností je využít energii z podzemní vody. To vyžaduje zejména celoročně dostatečně vydatný zdroj. Voda se čerpá ze studny většinou klasickým ponorným čerpadlem, v tepelném čerpadle je ochlazena a vrací se zpět do vsakovací studny. Kromě čerpací studny je tedy třeba zhotovit v dostatečné vzdálenosti ještě vsakovací studnu, ze které ochlazená voda nesmí prosakovat zpět do sací studny, aby nedocházelo k podchlazení nebo zamrznutí vody. Tepelná čerpadla využívající venkovní vzduch mají nejvíce proměnlivý výkon v průběhu roku. To je dáno velkým rozmezím kolísání teplot vzduchu v průběhu roku. Je možné využívat teplý vzduch z větrání objektu pro provoz tepelného čerpadla.
O vhodnosti tepelných čerpadel může svědčit narůstající tendence v počtu instalací těchto zařízení. Důvodem jsou i neustále vzrůstající ceny energie. Při současných cenách energie se návratnost tepelných čerpadel pro rodinné domy pohybuje kolem 6 roků.
Prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc.
Ing. Vladan Panovec
Ing. Vladan Panovec
 |
Vzhledem k tomu, že v období 2001 až 2005 došlo v normové a legislativní úrovni tepelné techniky k výrazným změnám, které významně ovlivňují kvalitativní úroveň prvků a tím i změny v konstrukčních skladbách prvků, bylo žádoucí původní publikaci v tomto trendu přepracovat a respektovat nové trendy. Tento požadavek byl prezentován z řady odborné veřejnosti-stavebních projektantů, architektů, investorů, pracovníků správních aparátů, ale i uživatelů, kterým původní publikace byla pomůckou při jejich činnosti.
Odborná úroveň autorského týmu, lektoři i další spolupracovníci dávají záruku, že i tato kniha splní svoji funkci, to znamená, že bude dobrou vysokoškolskou učebnicí na fakultách stavebních a architektury v České republice a zahraničí a současně vhodnou pomůckou pro odbornou veřejnost mající vztah k problematice.
0 komentářů
přidat komentář
