Studijní program N3607 Stavební inženýrství
Typ studijního programu Navazující magisterský studijní program s prezenční formou studia
Studijní obor 3607T038 Management stavebnictví Pracoviště Ústav stavební ekonomiky a řízení
Student Bc. Pavla Pospíšilová
Název Alternativy řešení nízkoenergetických a pasivních rodinných domů
Vedoucí práce Ing. Miloslav Výskala, Ph.D.
Datum zadání 31. 3. 2018
Datum odevzdání 11. 1. 2019
V Brně dne 31. 3. 2018
doc. Ing. Jana Korytárová, Ph.D.
Vedoucí ústavu
prof. Ing. Miroslav Bajer, CSc.
Děkan Fakulty stavební VUT
Humm Otmar, Nízkoenergetické domy,
Tywoniak Jan, Nízkoenergetické domy, principy a příklady, Srdečný Karel, Energeticky soběstačný dům, realita či fikce?
Cílem práce je porovnání různých alternativ řešení nízkoenergetických a pasivních domů.
Předpokládaná osnova práce:
1. Rozdíl mezi nízkoenergetickým a pasivním domem 2. Základní technické zásady
3. Alternativy řešení hodnoceného domu 4. Ocenění alternativ řešení
5. Výběr nejlepších variant
Očekávaným výstupem práce je vybrané nejlepší celkové řešení hodnoceného domu.
VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury:
1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání,
zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP).
2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují).
Ing. Miloslav Výskala, Ph.D.
Vedoucí diplomové práce
Tato diplomová práce se zabývá materiálovými a technickými alternativami obvodového pláště a vytápění nízkoenergetických a pasivních domů. Teoretická část je zaměřena na hlavní zásady při návrhu nízkoenergetických standardů budov. V praktické části je na konkrétním případě novostavby sestaveno jak ekonomicky, tak technicky vhodné řešení novostavby v nízkoenergetickém a pasivním standardu. V závěru práce je provedeno vyhodnocení nejlepších variantních řešení.
Nízkoenergetický dům, pasivní dům, obvodový plášť, okenní výplně otvorů, vytápění, dotace
This diploma thesis is focused on material and technical alternatives of the building envelope and heating of low energy houses and passive houses. The theoretical part is focused on main principles of designing low-energy building standards. The practical part is aimed to the best economic and technical solution of new buildings in low energy and passive standard on a particular case. At the end of thesis the evaluation of the best design options is performed.
Low energy house, passive house, building envelope, windows, heating, subsidy
Bc. Pavla Pospíšilová Alternativy řešení nízkoenergetických a pasivních rodinných domů. Brno, 2018. 97 s., 134 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav stavební ekonomiky a řízení. Vedoucí práce Ing. Miloslav Výskala, Ph.D.
Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané diplomové práce s názvem Alternativy řešení nízkoenergetických a pasivních rodinných domů je shodná s odevzdanou listinnou formou.
V Brně dne 18. 12. 2018
Bc. Pavla Pospíšilová
autor práce
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci s názvem Alternativy řešení nízkoenergetických a pasivních rodinných domů zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje.
V Brně dne 18. 12. 2018
Bc. Pavla Pospíšilová
autor práce
Ráda bych touto cestou poděkovala panu Ing. Miloslavu Výskalovi, Ph.D. za ochotnou pomoc při zpracování diplomové práce a za čas poskytnutý konzultacím. Dále bych chtěla poděkovat firmám, které mi poskytly cenové nabídky okenních výplní.
Především mockrát děkuji mé rodině a blízkým za podporu po celou dobu studia.
Obsah
1 ÚVOD ... 11
2 NÍZKOENERGETICKÉ A PASIVNÍ DOMY ... 12
2.1Rozdíl mezi nízkoenergetickým a pasivním domem ... 12
3 ZÁKLADNÍ TECHNICKÉ ZÁSADY ... 13
3.1 Situace a souvislosti v území ... 13
3.2Orientace ke světovým stranám... 14
3.3 Tvar a půdorys budovy ... 14
3.4Tepelné zónování dispozice ... 15
3.5Návrh obvodového pláště... 15
3.5.1 Požární odolnost ... 16
3.5.2 Součinitel prostupu tepla ... 18
3.5.3 Difuzní odpor ... 20
3.5.4 Tloušťka ... 20
3.5.5 Pevnost v tlaku ... 21
3.5.6 Životnost ... 22
3.6 Vyloučení tepelných mostů ... 22
3.7 Výplně otvorů ... 23
3.7.1 Volba zasklení a rámů oken ... 23
3.7.2 Optimální velikost oken ... 24
3.7.3 Osazení oken ... 25
3.7.4 Umístění oken vzhledem k proslunění a osvětlení ... 25
3.8 Průvzdušnost obálky ... 27
3.8.1 Měření neprůvzdušnosti - Blower door test ... 28
3.9Řízené větrání ... 29
3.10Zdroj tepla ... 30
3.10.1 Typy zdrojů tepla ... 30
4 PRAKTICKÁ ČÁST ... 35
4.1Hodnocené objekty ... 35
4.2Optimální volba tvaru objektu ... 36
4.3Dispozice ... 38
4.4Obvodový plášť ... 39
4.4.1 Nosná část obvodové konstrukce ... 40
4.4.2 TEPELNÁ IZOLACE... 50
4.5Konstrukce podlahy ... 68
4.6Konstrukce nepochůzího stropu ... 72
4.7 Výplně otvorů ... 74
4.7.1 Zasklení a materiál rámů ... 74
4.7.2 Velikosti oken ... 75
4.7.3 Vybrané varianty výplní okenních otvorů ... 76
4.8 Vytápění ... 79
4.8.1 Energetická bilance budovy ... 79
4.8.2 Výpočet energetické bilance budovy ... 81
4.8.3 Výběr zdroje vytápění a ohřevu TUV ... 82
4.9 Dotace ... 87
5 ZÁVĚR ... 89
6 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ... 91
7 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK ... 93
8 SEZNAM OBRÁZKŮ ... 94
9 SEZNAM TABULEK ... 95
10 SEZNAM PŘÍLOH ... 97
11 1 ÚVOD
Téma nízkoenergetických staveb jsem si vybrala, protože v současnosti je tohle téma velmi rozebírané a aktuální. Aktuálnost tohoto tématu je přiživována růstem cen za energie a také povinností od 1. ledna 2020 stavět novostavby rodinných domů ve standardu domů s velmi nízkou energetickou náročností, jejichž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů. Spotřeba energie a tím i její výroba také hodně ovlivňuje naše životní prostředí, které je důležitou součástí našich životů. Současně s prosazováním nízkoenergetických staveb se také vyvíjí nové materiály, které jsou pro výstavbu těchto staveb mnohdy výhodnější, než dříve používané materiály a při jejich výrobě se klade důraz na ochranu životního prostředí.
U těchto staveb se klade důraz již od počátku na výborné zpracování projektové dokumentace, také při realizaci je potřeba dodržet přesně dané technologické postupy a je kladen důraz na precizní provedení.
V této práci se budu zabývat dvěma typy nízkoenergetických staveb a to nízkoenergetickými a pasivními domy. Pro návrh nízkoenergetických staveb není stanovena žádná konkrétní osnova, ale je dáno několik zásad, které by měl projektant při vytváření projektové dokumentace a později i realizační tým respektovat a dodržovat. Tyto zásady jsou představeny i v této práci. Na konkrétním případě budu zjišťovat, jaké materiály jsou pro stavbu těchto budov nejvhodnější jak svými technickými vlastnostmi, tak ekonomicky. Výsledný návrh hrubé stavby nízkoenergetického a pasivního domu bude pak tedy z materiálů, běžně dostupných na trhu, které jsou výhodné jak jejich vlastnostmi, tak i svou pořizovací cenou.
Jelikož mě zajímá otázka, zda je výhodnější pro stavitele nízkoenergetický dům, nebo je lepší se rovnou zaměřit na dům pasivní, v závěru práce se zaměřím na toto porovnání.
12
2 NÍZKOENERGETICKÉ A PASIVNÍ DOMY
Nízkoenergetické a pasivní domy jsou stavby, jejichž hlavním záměrem je úspora energie na vytápění. Rozdíly mezi standardy domů nesouvisí jen ve spotřebě tepla, ale také v užitých technologiích, materiálech a důležitou roli hraje také tvar objektu.
2.1 Rozdíl mezi nízkoenergetickým a pasivním domem Nízkoenergetický dům
Domy tohoto standardu jsou reakcí na běžně stavěné domy, jejichž tepelné ztráty a tím spotřeba energie na vytápění byly neúnosné. Principy nízkoenergetického domu se velmi podobají domům pasivním, jen nedosahují tak přísných hodnot.
Pasivní dům
Koncept pasivního domu musí být řešený již od prvního okamžiku rozhodnutí pro tento standard. Musí se dbát na správné osazení domu na pozemku, tvar objektu, dispozici a orientaci místností a prosklených ploch. Pasivní dům je stavba, jejíž tepelné ztráty jsou tak malé, že zbytkové teplo pro udržení komfortu bydlení lze získat například ze slunečního záření, nebo zpětným získáváním tepla z vnitřního ovzduší.
Tabulka 1 - Základní rozdělení budov podle potřeby tepla na vytápění [1]
Kategorie Potřeba tepla na vytápění Starší budovy Většinou nad 200 kWh/(m2a) Obvyklá novostavba 80 - 140 kWh/(m2a) Nízkoenergetický dům ≤ 50 kWh/(m2a)
Pasivní dům ≤ 15 kWh/(m2a)
Nulový dům < 5 kWh/(m2a)
13 3 ZÁKLADNÍ TECHNICKÉ ZÁSADY
3.1 Situace a souvislosti v území
Při výběru lokality pro stavbu jak rodinných domů, tak i veřejných budov pro investora nehrají roli energetické faktory okolí. Přednost by ale měl mít ten pozemek, na němž se budova dá umístit tak, aby směřovala co největší plochou fasády na osluněnou stranu. Svou roli hraje také zastínění domu okolní zástavbou, terénem nebo vzrostlou zelení. Při výběru lokality bychom měli brát v úvahu také územní a regulační plány obcí, nebo měst, které mohou ovlivnit například procento zastavění pozemku, nebo podlažnost budoucích novostaveb. Umístění a poloha domu může ovlivnit potřebu tepla na vytápění až o 40 %. S nárustem nadmořské výšky o 100 m poklesne teplota vnějšího vzduchu zhruba o 0,6 °C. Umístění domu v terénu může ovlivnit bilanci potřeby tepla na vytápění až o 40 %.
Obrázek 1 - Optimalizace návrhu
14 3.2 Orientace ke světovým stranám
Obecně je známo, že by se obytné místnosti měly situovat v půdorysu stavby na osluněné světové strany (J, JV, JZ) a naopak vedlejší místnosti jako jsou WC a technická místnost by měly být spíše na straně severní. Slunce ale nevychází a nezapadá přes celý rok na stejném místě. Při orientování domu na světové strany je potřeba si zjistit, kde slunce vychází a zapadá ve všech ročních obdobích. Ačkoli je obecně určena určitá orientace všech místností ke světovým stranám, vše nakonec záleží na požadavcích investora, ale také na hygienických normách, kterými je dána doba proslunění obytné místnosti (min. 1,5 h denně v době rovnodennosti).
3.3 Tvar a půdorys budovy
Již v počáteční fázi návrhu, kdy se rozhoduje o tvaru a půdorysu budovy se zároveň rozhoduje i o velikosti spotřeby energie.
Myšlenka zabývající se tvarem nízkoenergetických domů je ve své podstatě brána z přírody. Jako příklad může sloužit následující obrázek ptáka při různých teplotách, který poukazuje na principy nízkoenergetických domů, konkrétně na kompaktní tvar, tloušťku tepelné izolace, žádné tepelné mosty a rekuperaci tepla přes peří.
Obrázek 2 - Vliv umístění na potřebu tepla na vytápění [9]
Obrázek 3 - Zrození myšlenky pasivního domu v přírodě [10]
15
Obrázek výše tedy poukazuje na poměr ochlazované plochy obálky a objem budovy. Každý výstupek nebo výklenek zvětšuje vnější ochlazovanou plochu budovy. Při navrhování se musíme snažit dodržet kompaktní tvar, zároveň ale nesmíme zapomenout na celkový vzhled a dojem z domu. Ideálním případem pro návrh nízkoenergetických a pasivních domů jsou domy řadové, které mají alespoň jednu a v ideálním případě dvě strany budovy přilehlé k obvodové stěně dalších řadových domů.
Jelikož se u pasivních domů využívá tepelného zisku ze slunce, měla by být strana fasády směrovaná na jih co největší a severní fasáda co nejmenší.
3.4 Tepelné zónování dispozice
Vnitřní uspořádání místností se volí s ohledem na teplotní režim, potřebu denního osvětlení, délku rozvodů, funkční propojení místností nebo i jiné požadavky, jako jsou možnost výhledu, dispozice pozemku. Prostory v budově se podle potřeby vytápění dělí na vytápěné a nevytápěné. Nevytápěnou a vytápěnou zónu je potřeba důkladně oddělit.
Vytápěné prostory by se měly umisťovat k osluněné straně fasády od JV po JZ. Koupelny, které mají dle normy ČSN EN 12831vnitřní teplotu 24°C, je vhodnější umístit do teplejší části objektu. Naopak pro komunikační a skladové prostory je ideální využít severní stranu domu. Do zateplené obálky budovy by se nikdy neměla umisťovat garáž, která by měla být taktéž na severní straně objektu.
3.5 Návrh obvodového pláště
Obvodový plášť je největší vnější plochou konstrukce budovy. Obsahuje v sobě souhrn technicky snad nejsložitějších konstrukcí a to především rozmanitostí požadavků, které jsou na konstrukce obvodového pláště kladeny. Dosud neexistují žádná závazná podrobná pravidla a kritéria na technologie, která bychom měli dodržovat při návrhu obvodového pláště nízkoenergetické stavby. Obvodový plášť je možno zhotovit jako kompaktní (jednovrstvý), to znamená, že obvodový plášť by tvořila jen nosná část pláště v jedné vrstvě, bez jakéhokoli zateplení, nebo jiných materiálů. V této době se ale obvodové pláště především nízkoenergetických budov bez vrstvy tepelné izolace v podstatě neobejdou.
Nejdůležitější sledované parametry vnější tepelné izolace:
požární odolnost,
součinitel prostupu tepla,
difuzní odpor,
tloušťka,
pevnost v tlaku,
životnost.
16 3.5.1 Požární odolnost
Obvodový plášť má z požárního hlediska chránit budovu před účinky požáru v okolí budovy a také bránit šíření požáru z vnitřku budovy do vnějšího prostředí.
Materiály, které jsou zakomponovány do obálky budovy dělíme na materiály nehořlavé a hořlavé (viz tabulka 2).
Tabulka 2 - Třídy reakce stavebních výrobků na oheň [11]
Třída reakce výrobku na oheň Příklad stavebního výrobku Nehořlavé výrobky
A1 Fasádní izolace z MV
A2 Sádrokartonová nebo
sádrovláknitá deska
Hořlavé výrobky
B KZS izolantem z EPS
včetně omítky
C Fasádní izolace z
fenolické pěny
D Konstrukční dřevo
E Fasádní izolace z EPS
F Výrobky z neprokázanou
třídou reakce na oheň
Při snižování energetické náročnosti budov hraje důležitou roli zateplovací systém. Nejvíce používaným zateplovacím systémem je systém vnějšího kontaktního zateplení, neboli ETICS. Systém ETICS je charakterizován takovou skladbou, kdy jsou jednotlivé vrstvy systému v bezprostředním kontaktu a skladba neobsahuje žádnou celoplošnou vzduchovou mezeru. Na kontaktní zateplovací systém je kladen velký důraz z hlediska požární bezpečnosti. To kde a za jakých podmínek lze na fasádě použít tepelný izolant z hořlavého materiálu a kde je nezbytný materiál nehořlavý stanovuje norma ČSN 73 0810. Aby se zabránilo přenosu požáru jsou normou stanoveny tzv. požární pásy. Požární pásy jsou požárně odolné části obvodových stěn na hranici požárních úseků, nejčastěji mezi okny, jejichž hlavní funkcí je omezení šíření účinku požáru ve svislém a vodorovném směru po fasádě do přilehlých požárních úseků.
Nejproblematičtějším místem v obvodových pláštích u všech budov jsou výplně otvorů a tak norma stanovuje šířku pruhů třídy reakce na oheň A1 nebo A2 nad otvory a v místech založení u vícepodlažních budov na 900 mm (viz obrázek 4)
17
U jednopodlažních objektů které tvoří jeden požární úsek jako na ucelený systém a u nichž je požární odolnost konstrukcí hodnocena dle ČSN 73 0802 nebo ČSN 73 na ETICS není kladen žádný požadavek, pouze se musí použít tepelný izolant třídy reakce na oheň nejhůře E. U jednopodlažních objektů, které nesplňují požadavek uceleného požárního úseku je nutné použít certifikovaný ETICS s přesně danými vlastnostmi:
ETICS kontaktně spojen se zateplovanou konstrukcí (mezera max. 1 cm).
Tepelný izolant s třídou reakce na oheň nejhůře E.
ETICS jako celek s třídou reakce na oheň nejhůře B.
Index šíření plamene po povrchu nulový, tzn. is= 0,0 mm/min.
Založení ETICS řešeno viz obrázek 4.
Obrázek 4 - Výškové kategorie a základní požadavky na zateplení ETICS [12]
18 3.5.2 Součinitel prostupu tepla
Součinitel prostupu tepla běžně značený jako U (W/m2K) je velmi důležitým parametrem při hodnocení energetické náročnosti budov.
Norma ČSN 73 0540-2 stanovuje požadované a doporučené hodnoty součinitelů prostupu tepla jak pro budovy běžné , tak i pro budovy pasivní, přičemž hodnoty pro pasivní domy mají podobu intervalu a předpokládá se, že volba konkrétních hodnot bude závislá i na tvaru a velikosti pasivní budovy.
Norma pracuje i s pojmem průměrný součinitel prostupu tepla. Průměrný součinitel prostupu tepla hodnocené budovy se porovnává s průměrným součinitelem prostupu tepla referenční budovy, přičemž referenční budova je virtuální budova stejného účelu, umístění, rozměrů a prostorového uspořádání jako budova hodnocená. Její obalové konstrukce však mají součinitele prostupu tepla přesně na úrovni požadovaných normových hodnot.
Obrázek 5 - Možnosti řešení soklové oblasti [12]
19
Tabulka 3 - Normové hodnoty součinitele prostupu tepla [19]
20
Tabulka 4 - Hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla [19]
Požadované hodnoty průměrný součinitele prostupu tepla Uem,N,20 [W/(m2K]
Objemový faktor tvaru
A/V Uem,N,20 [W/(m2K]
Nové obytné budovy ≤ 0,5
Ostatní budovy
≤ 0,2 1,05
> 1,0 0,45
Ostatní 0,30 + 0,15/(A/V)
3.5.3 Difuzní odpor
Každá vrstva obvodové konstrukce vykazuje určitý difuzní odpor proti prostupu vodní páry z vnitřku budovy do vnějšího prostředí. Vlastnost materiálů odporovat prostupu vodní páry je popsána difuzním faktorem, který udává, kolikrát větší je odpor materiálu proti prostupu vodní páry ve srovnání s klidnou vzduchovou vrstvou stejné tloušťky a teploty. Faktor difuzního odporu slouží ke zjištění, zda může v materiálu dojít ke kondenzaci vodních par. Na základě výpočtů, kde ke kondenzaci páry dojde se můžeme rozhodnout zda je třeba použít do skladby konstrukce parotěsnou folii.
U všech tepelně izolačních materiálů musíme dbát na to, aby případný kondenzát nebo jiné působení vlhkosti neovlivnilo ke zvýšení vlhkosti materiálu.
Vlhkost, kterou tepelně izolační materiál obsahuje totiž zvyšuje jeho tepelnou vodivost a tím se zvyšuje potřeba energie na vytápění. Dalším možným rizikem konstrukce při obsahu kondenzátu je zkrácení předpokládané doby životnosti, vznik plísní způsobený snížením vnitřní povrchové teploty konstrukce. Pro obvodové konstrukce s vnějším zateplením s málo propustnou vrstvou na vnějším líci je dle ČSN 73 0540-2 přípustné množství kondenzátu do 0,10 kg/(m2a). Pro ostatní obvodové konstrukce je to 0,50 kg/(m2a).
3.5.4 Tloušťka
Při návrhu tepelné izolace hraje důležitou roli kromě druhu materiálu také správně zvolená tloušťka, která se volí s ohledem na tepelnou vodivost materiálu.
Čím nižší je totiž tepelná vodivost izolačního materiálu, tím lepší jsou jeho tepelné vlastnosti při stejné tloušťce. Příklad požadované tloušťky tepelné izolace v závislosti na tepelné vodivosti materiálu a požadovaný součinitel tepla je v tabulce 5. Optimálně se u budov s nízkou energetickou náročností volí tloušťka tak, abychom dosáhli co největší energetické úspory. Hodnota součinitele prostupu tepla se ale při větších tloušťkách již příliš nemění, proto se maximální tloušťka izolantu i vzhledem ke kondenzaci par v konstrukci doporučuje cca 500 mm.
21
Tabulka 5 - Požadovaná tloušťka izolace v závislosti na tepelné vodivosti izolačního materiálu a požadovaném součiniteli prostupu tepla [2]
Požadovaný součinitel
prostupu tepla
Návrhová hodnota tepelné vodivosti [W/(m.K)]
0,025 0,030 0,035 0,040
0,15 W/(m2K) 160 mm 190 mm 230 mm 260 mm
0,10 W/(m2K) 240 mm 290 mm 340 mm 380 mm
3.5.5 Pevnost v tlaku
Pro určité způsoby použití se vyžadují určité minimální hodnoty pevnosti materiálu v tlaku. Například tepelná izolace plochých střech musí vykazovat vyšší pevnost v tlaku, než tepelná izolace stěny, protože ploché střechy jsou více zatěžovány klimatickými podmínkami (např. sníh, déšť) a také musejí být za určitých okolností pochozí (pro údržbu). Místa použití typu izolačního materiálu dle pevnosti v tlaku zobrazuje následující obrázek.
Tabulka 6 - Rozdělení tepelné izolace na typy dle způsobu použití [2]
Typ Způsob použití
DAD Vnější izolace střechy nebo stropu chráněná před povětrnostními vlivy, izolace pod zakrytím
DAA Vnější izolace střechy nebo stropu chráněná před povětrnostními vlivy, izolace pod hydroizolací
DUK Vnější izolace střechy vystavené povětrnostním vlivům (obrácená střecha) Obrázek 6 - Typy tepelných izolací podle způsobu použití [4]
22
DZ Izolace mezi krokvemi, dvouplášťová střecha, nepochůzná DI Vnitřní izolace stropu (zespoda), nebo střechy, izolace pod krokvemi,
zavěšený strop
DEO Vnitřní izolace stropu, nebo podlahové desky (shora) pod potěrem bez požadavku na izolace proti hluku
DES Vnitřní izolace stropu, nebo podlahové desky (shora) pod potěrem s požadavkem na izolaci proti hluku
WAB Vnější izolace stěny pod obkladem
WAA Vnější izolace stěny za hydroizolací WAP Vnější izolace stěny pod omítkou (izolace soklu)
WZ Izolace dvouplášťových stěn (sendvičová konstrukce) WH Izolace konstrukcí z dřevěných sloupů a rámů nebo desek
WI Vnitřní izolace stěn
WTR Izolace dělících příček
WTH Izolace mezi stěnami sousedních/přilehlých domů s požadavkem na izolaci proti hluku
PW Vnější tepelná izolace stěn pod terénem (vně hydroizolace) PB Vnější tepelná izolace mezi podlahovou deskou a zeminou (vně
hydroizolace)
3.5.6 Životnost
Všechny tepelně izolační materiály podléhají procesu stárnutí, který ovlivňují tyto faktory:
způsob montáže (chráněná nebo nechráněné konstrukce),
druh materiálu,
klimatické podmínky,
odolnost proti živočišným a rostlinným škůdcům,
chemické namáhání (např. kontakt s cementem, vápnem, sádrou).
3.6 Vyloučení tepelných mostů
Tepelný most je místo v konstrukci, kde dochází k větším tepelným tokům než v bezprostředním okolí místa, kde tepelný most vzniká. Jsou to tedy místa, kudy uniká více tepelné energie než v okolních místech konstrukce. V těchto místech může dojít k poklesu teploty a způsobení kondenzace par, což vede k vlhkosti stavební konstrukce a tím k jejímu poškození. Rozlišujeme dva hlavní typy tepelných mostů:
1. Tepelné mosty způsobené netěsnostmi v plášti
Může to být například tepelný most způsobený prouděním. V místech netěsností může proudit teplý vzduch a tím dochází k tepelným ztrátám.
2. Tepelné mosty způsobené nevhodným návrhem konstrukce
K tomuto typu tepelných mostů patří například tepelný most vzniklý materiály se značně rozdílnou tepelnou vodivostí, které vznikají tam, kde se jeden stavební díl skládá z různých stavebních materiálů, které mají různou schopnost vést teplo. Další možností je nevhodný návrh pro místní klimatické podmínky, kdy čím je vyšší rozdíl teplot mezi
23
vnitřkem a vnějškem, tím větší je tepelný tok a tím větší jsou pak tepelné ztráty.
Tepelné mosty mohou tvořit významnou tepelnou ztrátu, v některých případech nám mohou zvyšovat tepelnou ztrátu až o 50 % viz obrázek 7.
3.7 Výplně otvorů
Výplně otvorů, tedy především okna mají významný vliv na celý dům. Okna nízkoenergetických a pasivních domů slouží k pasivnímu využití solární energie.
Okna jsou také významným činitelem tepelných ztrát domu. Výsledný prostup tepla je ovlivněn jak vlastnostmi zasklení a okenních rámů, tak vazbou mezi oknem a obvodovou stěnou i umístěním okna.
3.7.1 Volba zasklení a rámů oken
Zasklení - jako zasklení oken se nejčastěji používá dvojsklo nebo trojsklo s úpravami povrchů skel pokovením, tak aby došlo ke snížení sálavé výměny tepla v dutině mezi skly. Zasklení musí vždy splňovat dvě podmínky a to co nejnižší součinitel prostupu tepla (U) a co nejvyšší stupeň celkové energetické propustnosti slunečního záření (g). Nízký součinitel prostupu tepla ale odpovídá nízkému stupni celkové energetické propustnosti slunečního záření a naopak, takže je nutné dosáhnout vždy co nejlepšího kompromisu mezi oběma požadavky. Součinitel prostupu tepla by měl být 0,8 - 0,5 W/(m2K) a stupeň celkové energetické propustnosti slunečního záření nejméně 0,45.
Rámy - běžné konstrukce okenních rámů, které jsou vhodné pro nízkoenergetické domy, nejsou vhodné pro domy pasivní. Nejčastějšími jsou rámy v plastovém provedení s pěti až osmi vzduchovými komorami. Pro pasivní domy je pak v dutinách rámu zabudovaná tepelná izolace.
Obrázek 7 - Vliv tepelných mostů na potřebu tepelné energie [3]
24
Výsledný součinitel prostupu tepla celého okna nesmí být větší než 0,8 W/(m2K).
3.7.2 Optimální velikost oken
Větší prosklené plochy fasád napomáhají větším pasivním solárním ziskům domu. Při snaze co nejvíce navýšit solární zisky se mnohdy dostávají domy do rizika přehřívání. Abychom přehřívání předešli, je nutné optimalizovat velikost prosklených ploch a následně volit vhodné stínící prostředky. Mezi vhodné stínící prostředky patří například vnější žaluzie, výsuvné markýzy, transparentní slunolamy, nebo markýzy z fotovoltaických panelů. Nejvhodnějším řešením stínících prvků je ale běžný přesah střechy a to především na jižní a západní straně domu. U velikosti oken platí jednoduchá zásada, že prosklení by mělo zabírat maximálně 40 % plochy jižní fasády. Větší plochy oken způsobují v letních měsících výrazné přehřívání a vyvolávají tím potřebu stínících prvků, které jsou mnohdy finančně náročné. K přirozenému osvětlení místnosti běžně stačí plocha okenních otvorů o velikosti 1/6 až 1/4 podlahové plochy místnosti.
Měli bychom si dát pozor na to, že ačkoli máme dvě okna se stejnými parametry zasklení i rámů, výsledný součinitel prostupu tepla se liší podle celkové velikosti oken, protože se při tom mění poměr velikosti plochy rámu a zasklení. Pro účely tepelné bilance budovy bychom proto měli počítat součinitel prostupu tepla pro každé okno zvlášť. Přídavný tepelný tok v důsledku zabudování oken je totiž při stejné konstrukci závislý na délce ostění, nadpraží a parapetů.
Tabulka 7 - Porovnání možností uspořádání okenních otvorů ve fasádě [1]
Ozn. MJ Případ 1 Případ 2
Plocha stěny (bez okenních otvorů) A m2 15 15
Součinitel prostupu tepla stěny U W/(m2K) 0,15 0,15
Plocha okenních otvorů Aw m2 3 3
Součinitel prostupu tepla okna Uw W/(m2K) 0,71 0,87
Plocha rámu Af m2 0,67 0,84
Součinitel prostupu tepla rámu Uf W/(m2K) 0,8 0,8
Plocha zasklení Ag m2 1,33 1,16
Součinitel prostupu tepla zasklení Ug W/(m2K) 0,6 0,6
Celkový obvod okna (oken) L m 8 12
100 % 114 %
25
Z příkladu výše vyplívá, že rozdíl v tepelné ztrátě mezi jedním a více okny je 14 %. Z příkladu je možné usoudit, že v konkrétním případě bude vhodnější použít jedno okno o větší ploše, než více malých oken.
3.7.3 Osazení oken
Hloubka osazení v okenním otvoru je důležitá z hlediska tepelných mostů, kde platí, že rovina polohy okna by měla být co nejblíže středu tepelně izolační vrstvy, pokud je to technicky možné (viz obrázek 8).
Předsazená montáž okna je výhodná i z hlediska stínění ostěním. Pokud je okno zabudováno klasicky do roviny zdiva, izolace například o tloušťce 300 mm výrazně snižuje sluneční zisky. Přílišné vysazení do exteriéru zase neumožňuje překrýt rám okna dostatečnou tloušťkou izolace a zvyšuje se lineární tepelný most osazení. Ideální je umístění okna v rozmezí 60–160 mm od vnějšího líce fasády.
3.7.4 Umístění oken vzhledem k proslunění a osvětlení
Denní osvětlení ovlivňuje tepelnou pohodu v domě. V každém domě by se mělo co nejvíce využívat denní světlo, které je pro nás přirozené. Optimální denní osvětlení má poskytovat dostatečnou intenzitu a vyhovující úhel osvětlení pro různé využití obytných místností po celý rok. V současné době lze stav denního osvětlení a proslunění dostatečně přesně modelovat pomocí software.
Proslunění
Norma ČSN 73 4301 říká, že všechny byty musí být navrženy tak, aby byly prosluněny. "Byt je prosluněn, je-li součet podlahových ploch jeho prosluněných obytných místností roven nejméně jedné třetině součtu podlahových ploch všech jeho obytných místností" [20, kap.4.3.1].
Obytná místnost se považuje za prosluněnou, jsou-li splněny následující podmínky:
a) půdorysný úhel slunečních paprsků hlavní přímkou roviny okenního otvoru musí být nejméně 25° (hlavní přímka roviny je přímka, která je průsečnicí této roviny s vodorovnou rovinou);
Obrázek 8 - Vliv umístění oken ve vztahu k poloze izolační vrstvy na energetické vlastnosti [1]
26
b) přímé sluneční záření musí po stanovenou dobu pronikat do místnosti okenním otvorem s průhledným a barvy nezkreslujícím zasklením, jejichž celková plocha vypočtená ze skladebných rozměrů je rovna nejméně 1/10 podlahové plochy místnosti;
c) sluneční záření musí po stanovenou dobu dopadat na kritický bod v rob´vině vnitřního zasklení ve výšce 300 mm nad středem spodní hrany osvětlovacího otvoru, ale nejméně 1200 mm nad úrovní podlahy posuzované místnosti;
d) výška slunce nad horizontem musí být nejméně 5°;
e) při zanedbání oblačnosti musí být dne 1. března a 21. června doba proslunění nejméně 90 minut.
Obrázek 9 - Stanovení kontrolního bodu a úhlů neefektivního dopadu slunečního záření [20]
Výpočty proslunění - při výpočtu polohy slunce na obloze a pro stanovení doby oslunění je vhodné využívat grafický počítačový model pravoúhlého slunečního diagramu. Tento diagram je zdánlivým zobrazením sluneční dráhy v pravoúhlých souřadnicích.
Oslunění
Kritériem množství denního světla je činitel denní osvětlenosti D (%). Jedná se o poměr mezi osvětleností dané roviny přímým i odraženým oblohovým světlem v dané době a současnou osvětleností venkovní nezastíněné vodorovné roviny (obrázek 10). D = Ei [lx] / Eh [lx] x 100 [%]
27
Denní osvětlení lze hodnotit v jakékoli místnosti nebo její části. Jak v obytných, tak v pobytových místnostech se posouzení provádí v síti výpočtových bodů, jejichž poloha je určena v ČSN 73 0580-1 a ČSN 73 0580-2.
3.8 Průvzdušnost obálky
Průvzdušnost byla dříve spojována hlavně s netěsnostmi okenních rámů a styků dílců panelových budov. Dnes se zdůrazňuje potřeba neprůvzdušnosti celé obálky domu. U nízkoenergetických a pasivních domů je požadavek na neprůvzdušnost velmi přísný, jelikož netěsnosti v obálce budovy způsobují nekontrolovatelné tepelné ztráty a snižují efektivitu zpětného získávání tepla. ČSN 73 0540-2 stanovuje průvzdušnost, jako hodnotu celkové intenzity výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa [n50(h-1)], nebo-li kolikrát se za jednu hodinu vymění objem vnitřního vzduchu vytápěné budovy při tlakovém rozdílu 50 Pa. Čím menší je tato hodnota, tím větší je vzduchotěsnost neboli neprůvzdušnost obálky stavby.
Tabulka 8 - Doporučené hodnoty celkové intenzity výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa [19]
Větrání v budově Hodnota n50 [h-1]
Přirozené 4,5
Nucené 1,5
Nucené se zpětným získáváním tepla 1,0
Nucené se zpětným získáváním tepla v budovách se zvláště nízkou potřebou
tepla na vytápění
0,6 Obrázek 10 - Znázornění složek činitele denní osvětlenosti [13]
28
3.8.1 Měření neprůvzdušnosti - Blower door test
Pro měření neprůvzdušnosti byla vyvinuta řada metod, v praxi je ale nejvíce používaný Blower door test. Princip Blower door testu spočívá v umístění ventilátoru ve vhodném otvoru v obvodové stěně. Ventilátor pak vytváří v budově tlakový rozdíl (podtlak nebo přetlak) a měřením objemového toku u ventilátoru vyhodnocovací jednotka vypočte průměrnou hodnotu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa. Při měření musí být důkladně uzavřeny všechny stavební otvory, utěsněny ventilační otvory a zaslepeny prostupy, aby nedocházelo ke zkresleným výsledkům.
Výsledná hodnota je intenzita výměny vzduchu přes funkční spáry a netěsnosti.
Obrázek 11 - Nejčastější místa vzniku netěsností [14]
Tipy pro návrh a provedení
Je nutné navrhnout koncepci neprůvzdušnosti v rámci které musí být detailně navrženy následující body:
stanovení hlavní roviny vzduchotěsnící vrstvy,
určení materiálů, které zajistí neprůvzdušnost,
navržení přechodů mezi různými materiály zajišťujícími neprůvzdušnost,
navržení prostupů neprůvzdušné vrstvy,
spoje mezi střechou a stěnami,
připojení oken a vchodových dveří.
Omezit množství spojů, překryvů v napojeních a prostupů.
Zkontrolovat všechna napojení před osazením obkladu.
29
Musí být proveden Blower-Door test při provádění stavby, dokud je ještě přístupná neprůvzdušná vrstva a všechna napojení.
Všechny materiály musí být schváleny výrobcem pro daný způsob použití.
Na vnitřní straně neprůvzdušné vrstvy ponechat instalační prostor.
Masivní zdivo opatřit alespoň z jedné strany omítkou.
3.9 Řízené větrání
Jelikož nízkoenergetické a pasivní domy musí být neprůdušné, dochází k tomu, že vzduch nemá možnost se vyměňovat infiltrací přes obvodové konstrukce a okenní otvory, jako tomu bylo dříve u starších domů. Hlavní myšlenkou větrání je tedy výměna vnitřního vzduchu za čerstvý venkovní vzduch. Jedním z důvodů větrání je snížení koncentrace vodní páry uvnitř budovy, která způsobuje plíseň a degradaci materiálů a konstrukcí. Během pobytu osob v domě se neustále tvoří vodní pára, která se během používání domácnosti odpaří, odpařená voda pak může dosahovat u čtyřčlenné domácnosti hodnoty až 10 kg. Dalším důvodem je koncentrace oxidu uhličitého v místnostech. Nadměrná koncentrace oxidu uhličitého může způsobovat únavu, ale dokonce i dýchací potíže a ztrátu vědomí.
Pro eliminaci důsledků na zdraví při vyšší koncentraci CO2 je třeba větrat s intenzitou cca 25 m3/hod na osobu, což může způsobit tepelné ztráty až 25 kWh/(m2a). Tepelné ztráty vzniklé větráním jsou důvodem k řízenému větrání nejčastěji i s rekuperací, která nám umožňuje zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu.
Principem rekuperace je přivádění venkovního čerstvého vzduchu do objektu, který prochází rekuperační jednotkou, kde se setkává s teplým odpadním vzduchem (vzduch čerstvý i odpadní proudí proti sobě v sousedních kanálcích), který mu předává přes stěny sousedících kanálků teplo. Kvalita vzduchu není nijak ovlivněna, protože vzduch se nesmíchá. Další výhodou rekuperační jednotky je její filtr, který venkovní vzduch očistí od případného prachu a pylu.
Obrázek 12 - Rekuperace [15]
30
Při výběru větracího systému se zaměřujeme zejména na jeho účinnost.
Výrobci vzduchotechniky uvádějí účinnost cca 80 - 90 % (centrální jednotka by měla dosahovat minimální účinnosti 85%). Účinnost udává, jaká část tepla z celkového množství tepla odpadního vzduchu je využita (předána přiváděnému čerstvému vzduchu). Platí ale, že účinnost klesá s větším objemem větracího vzduchu. Znamená to, že jednotka, která běží na polovinu bude mít lepší účinnost než menší jednotka pracující na plný výkon. Při výběru je tedy potřeba zajímat se o účinnost rekuperačního výměníku při maximálním větracím výkonu a zároveň také o co nejnižší spotřebu elektrické energie na úpravu vzduchu. Spotřeba elektrické energie by neměla překročit 0,4 Wh/m3 upraveného vzduchu.
3.10 Zdroj tepla
Nízkoenergetické a pasivní domy mají sice značně nižší spotřebu energie než klasický dům, ale i tak je třeba je vytápět. Pasivní dům by měl sice většinu potřeby na vytápění pokrýt z pasivních zisků, přesto je potřeba navrhnout zdroj vytápění, který bude dům vytápět v případě jejich nedostatku nebo v případě chladnějších dnů.
Návrh otopného systému pro nízkoenergetický a pasivní dům by měl vycházet z tepelné ztráty objektů při nulových tepelných ziscích a při nejnižších venkovních teplotách. Kromě tepelných ztrát je kladen při výběru otopného systému důraz i na finance. Financemi se rozumí pořizovací i provozní náklady na systém.
Čím nižší je potřeba energie na vytápění, tím nižší jsou náklady provozní, ale často je finančně náročnější pořízení takového otopného systému. Vzhledem k tomu, že potřebný výkon pro vytápění pasivního domu je až dvakrát nižší než výkon potřebný k ohřevu vody, dimenzuje se zdroj tepla současně na základě požadavků teplé vody a kompenzaci tepelných ztrát.
3.10.1 Typy zdrojů tepla Přímotopné konvektory
Jednoznačně nejlevnější řešení. Eliminuje ztráty v rozvodech a umožňuje regulaci jednotlivých místností. Veškerá elektrická energie přiváděná do ventilátoru je přeměňována na teplo , které je ventilátorem vyháněno do prostoru. Díky tomu se vzduch v místnosti velmi rychle ohřeje. Přímotopné konvektory ale nemají žádnou tepelnou setrvačnost. Problémem přímotopných konvektorů je tzv.
přepalování vzduchu, kdy se u otopného tělesa víří prach, který se přepaluje.
Elektrokotle
Elektrokotel patří také mezi poměrně levné řešení. Výhodou elektrokotlů je bezproblémový provoz, na rozdíl od kotlů na pevná paliva se nemusí shánět topivo a řešit jeho skladování. Elektrokotle jsou navíc během provozu tiché. Další výhodou je také možnost plynulé regulace. Hlavní nevýhodou elektrokotlů bývala cena
31
elektřiny, která teď už ale hlavně u pasivních domů není tak podstatná vzhledem k potřebnému výkonu.
Kotle na tuhá paliva
Výhodou těchto kotlů je topení palivy, které jsou dostupné a často také cenově velmi výhodné. Nejčastějšími palivy jsou různé druhy uhlí, kusové dřevo nebo výrobky ze dřeva jako jsou pelety a brikety. Další výhodou je také nezávislost na inženýrských sítích. Nevýhodou kotlů na pevná paliva je jejich nemožnost regulace. Při tomto vytápění vzniká také nutnost palivo nějak a někde skladovat, což je další nevýhoda.
Prodej i užívání kotlů na tuhá paliva se řídí Zákonem o ochraně ovzduší, který stanovuje podmínky, který od určitých roků zakazuje prodeje a použití nejméně technologicky vyspělých zařízení. Technologickou vyspělost zařízení udávají tzv.
emisní třídy. Norma ČSN EN 303-5 řadí kotle do pěti tříd dle jejich účinností a emisí. Emisní třída vypovídá o tom, do jakého limitu emisí a do jaké maximální účinnosti se kotel vešel za ideálních podmínek, přičemž nejlepší je třída 5. Od roku 2020 vznikne povinnost uvádět do prodeje a do provozu jen kotle splňující požadavky EKODESIGN. Ekodesign je směrnice, která určuje parametry, které musí splňovat jednotlivé výrobky uváděné na trh v členských zemích EU. Na rozdíl od emisní třídy se dle ekodesignu hodnotí také sezónní účinnost, která více zohledňuje celoroční provoz kotle (u kotlů do výkonu 20 kW je to 75% účinnost vytápění).
Tabulka 9 - Přehled povinností související s prodejem a provozem kotlů na tuhá paliva pro vytápění domácností (do 500 kW) [16]
Platnost od Popis nařízení
1.1. 2014 Zákaz prodejů kotlů 1. a 2. třídy
1.1. 2017 Povinnost na vyžádání předložit revizi kotle (včetně označení emisní třídy)
1.1. 2018 Zákaz prodeje kotlů 3. emisní třídy
1.1. 2020 Zákaz prodeje kotlů 4. a 5. emisní třídy (možnost legálně koupit a uvést do provozu pouze kotle splňující požadavky EKODESIGN) 1.9. 2022 Zákaz používání kotlů 1. a 2. emisní třídy
Plynový kondenzační kotel
Výhoda plynového kotle spočívá v poměrně malé provozní finanční náročnosti vzhledem k cenám zemního plynu. Je to komfortní řešení bez nutnosti starosti o palivo a skladování paliva. Kondenzační plynový kotel navíc využívá teplo vzniklé kondenzací spalin a proto může být i velmi úsporný. Problémem těchto kotlů je ale nutnost přípojky plynu, která není nejlevnější. Při volbě kondenzačního kotle se musíme soustředit na výběr takového, který nemá velký výkon, pokud by byl totiž i jeho minimální výkon vyšší než tepelná ztráta domu, snižuje se provozní účinnost kotle. Tomuto problému se lze vyhnout zapojením akumulační nádoby ale z cenového hlediska to není příliš vhodné řešení.
32 Tepelná čerpadla
Výhodou tepelných čerpadel je využívání obnovitelných zdrojů energie. Je to zařízení, které přináší úsporu v provozních nákladech, protože umožňuje odnímat teplo z okolního prostředí (vody, vzduchu nebo země), obvykle má ale vysokou pořizovací cenu. Klíčovou součástí čerpadla je kompresor, který napomáhá předávání sesbíraného tepla a který musí být napájen elektřinou. Aby vůbec tepelné čerpadlo bylo výhodné, spotřeba elektrické energie musí být nižší než vyrobená tepelná energie. Efektivitu tepelného čerpadla udává tzv. topný faktor, který udává poměr spotřebované elektřiny a vyrobeného tepla. Při porovnávání čerpadlem s různými topnými faktory ale musíme dávat pozor za jakých teplotních podmínek byl teplotní faktor stanoven, se snižující okolní teplotou totiž tepelné čerpadlo spotřebovává více energie a jeho topný faktor se snižuje.
Typy tepelných čerpadel:
Vzduch/voda - odebírá energii přímo z venkovního vzduchu a získané teplo využívá pro ohřev vody v topném systému nebo v zásobníku teplé vody.
Výhody
Jednoduchá a rychlá instalace
Nižší investiční náklady oproti typu země/voda
Snadné využití pro chlazení v letním období
Nízké provozní náklady
Bezstarostné vytápění
Nevýhody
Přibližně o 30% vyšší spotřeba než u typu země/voda
Hlučnost
Při nízkých venkovních teplotách snížený výkon
Kratší životnost kompresoru než u typu země/voda
Vzduch/vzduch - odebírá teplo z venkovního vzduchu a ohřívá vzduch uvnitř budovy.
Výhody
Nižší investiční náklady v porovnání s ostatními typy čerpadel
Jednoduchá a rychlá instalace
Většinou i s funkcí chlazení
Možní doplňkové funkce jako odvlhčování a čištění vzduchu
Nevýhody
Omezený počet připojitelných vnitřních jednotek k venkovní jednotce
Není vhodný pro objekty s více malými místnostmi
Nelze ohřívat teplou vodu
Hlučnost
33
Odpadní vzduch/voda - tepelné čerpadlo odebírá teplo z odpadního vzduchu.
Odváděný vzduch je tepelným čerpadlem ochlazen a odebrané teplo je použito pro ohřev čerstvého vzduchu pro vytápění a ohřev vody v objektu.
Výhody
Lze použít místo
rekuperačního výměníku odpadního vzduchu
Poměrně jednoduchá instalace
Nevýhody
Nízký výkon daný množstvím odpadního větracího vzduchu
Země/voda (v ploše) - tepelné čerpadlo odebírá teplo z plochy zahrady. Pod povrchem pozemku je uložen plošný kolektor tj. plastové hadice naplněné nemrznoucí směsí, která přenáší teplo mezi zemí a tepelným čerpadlem.
Výhody
O 30 % nižší spotřeba elektřiny, než u čerpadel odebírajících teplo ze vzduchu
Nížší investiční náklady než u čerpadel vzduchových
Dlouhá životnost tepelného čerpadla i plošného kolektoru
Bezhlučnost a bezůdržbové řešení
Nevýhody
Potřeba dostatečně velkého pozemku
Provedení výkopů do potřebné hloubky
Nemožnost umístění dalších staveb na pozemku v místě kolektoru (např. bazén, garáž)
Země/voda (vrt) - tepelné čerpadlo odebírá teplo z hloubky pod povrchem země.
Ve vrtu je zapuštěna plastová sonda naplněná nemrznoucí směsí, která přenáší teplo mezi zemí a tepelným čerpadlem. Podle velikosti vytápěného objektu a geologických podmínek se provádí jeden nebo více vrtů o hloubce 80 až 250 m.
Výhody
Stabilní výkon a vysoký topný faktor i při extrémně nízkých teplotách
Výrazně nižší spotřeba elektřiny než u vzduchových tepelných čerpadel
Využití vrtu pro chlazení domu
Dlouhá životnost tepelného čerpadla i vrtu
Bezhlučnost a bezúdržbové řešení
Nevýhody
Vyšší investiční náklady na pořízení vrtů
Nutnost vyřízení stavebního povolení pro vrty
34
Voda/voda (studny) - odebírání tepla ze spodní nebo geotermální vody. Voda je ze studny čerpána do výměníku tepelného čerpadla a po ochlazení vrácena zpět do země
Výhody
Nejvyšší topný faktor ze všech typů tepelných čerpadel
Nižší investiční náklady v porovnání s tepelnými čerpadly s vrty
Nižší nároky na prostor než systémy s vrty
Nevýhody
Využití možné pouze v lokalitách s dostatkem vody
Vyšší náklady na servis z důvodu nutných kontrol a údržby
Nižší životnost komponentů (čerpadla, filtry)
[17]
Solární systém
Energie ze slunce je zdarma, pro vytápění nízkoenergetických a pasivních domů však nejsou solární kolektory příliš vhodné díky počtu slunečních hodin v zimě, které nedosahují takových hodnot, aby nám sluneční energie stačila na vytápění.
Solární energii nelze využít jako jediný zdroj pro vytápění nízkoenergetických a pasivních domů. Solární systém je ale velmi výhodný při použití jako sekundární zdroj tepla nebo pro ohřev vody. V letních měsících jsou solární kolektory
schopny pokrýt až 100 % množství teplé vody.
35 4 PRAKTICKÁ ČÁST
V praktické části budu srovnávat různé varianty technologií a materiálů, které se mohou při výstavbě pasivních a nízkoenergetických domů použít.
Výsledkem bude porovnání variant a výběr té nejlepší a to vzhledem jak k technickým vlastnostem tak i k velikosti investice.
4.1 Hodnocené objekty
Jelikož cílem této práce je vybrat nejlepší alternativu řešeného domu, stanovila jsem si situaci, kdy se navrhuje dům pro investora, který má určité požadavky.
Požadavky investora č.1: Požadavky investora č.2:
Počet pokojů: 4+kk Počet pokojů: 4+kk
Garáž: ne Garáž: ne
Zastavěná plocha: 120 m2 Zastavěná plocha: 120 m2 Energet. náročnost: Nízkoenergetický Energet. náročnost: Pasivní
Popis pozemku
Stavební parcela se nachází v obci Ořechov u Uherského Hradiště v části Hůrky. Parcela má celkovou výměru 802 m2, uliční šíře cca 20 m a délka cca 45 m.
36
Obrázek 13 - Řešený pozemek [18]
Výběr lokality tedy není záležitostí k řešení v této práci. Určitou výhodou investorem vybraného pozemku je plánovaná nová zástavba v této lokalitě, kde mohou být umístěny domy maximálně o jednom nadzemním podlaží s podkrovím, tudíž není velké riziko, že novostavba hodnoceného domu bude zastíněna okolní zástavbou. Díky umístění pozemků pro novou zástavbu až nad stávající zastavěnou částí obce by ale mohlo hrozit ochlazování objektu větrem.
Ze dvou stran je ovlivnění tepelné pohody větrem zabráněno vzrostlou zelení.
Co se týká orientace stavby ke světovým stranám požadavek investora je umístění vchodových dveří k místní komunikaci. Vchod do domu tedy bude umístěn na jihozápad a tomu se bude muset přizpůsobit vnitřní dispozice domu.
4.2 Optimální volba tvaru objektu
Jelikož investorem je určen pouze počet obytných místností a přibližná zastavěná plocha, mohu se zaměřit na návrh tvaru a podlažnosti objektu.
Územním plánem obce je dána podmínka, že nově postavené domy v tomto území mohou mít maximálně jedno nadzemní podlaží a podkroví.
Tvar objektu výrazně ovlivňuje spotřebu energie. Jak již bylo uvedeno v teoretické části této práce, při návrhu nízkoenergetických a pasivních domů se snažíme o co nejmenší poměr plochy obvodového pláště k obestavěnému prostoru.
V tomto případě mám dvě možnosti a to přízemní dům, nebo dům jednopatrový s obytným podkrovím.
37 Přízemní dům
Půdorysné rozměry: 10 x 12 m Výška hřebene: 4,80 m
Užitná plocha: cca 100 m2 A= 198 m2
V= cca 540 m3 A/V= 0,37
Dům s obytným podkrovím Půdorysné rozměry: 6 x 10 m Výška hřebene: 7,85 m Užitná plocha: cca 100 m2 A= 236,8 m2
V= cca 444 m3 A/V= 0,53
Z výpočtu poměru A/V vyplívá, že z hlediska tvaru objektu bude energeticky úspornější přízemní dům. Tento poměr platí v případě, že dům je ve tvaru obdélníku bez výrazně členěné fasády, to znamená bez jakýchkoli vystupujících nebo ustupujících konstrukcí. Pro příklad ještě uvedu, jak se tento poměr změní, pokud tvar domu nebude zcela kompaktní.
Obrázek 14 - Poměr A/V
38
Na obrázku 14 lze vidět, že nejvýhodnější poměr A/V je opravdu u domu s půdorysem bez jakýchkoli výčnělků. U domu s půdorysem b) se poměr ochlazované plochy domu k objemu změnil o 5 %, nejhůře na tom je půdorys e), kde se změnil poměr k horšímu až o 14 %.
U těchto půdorysů jsem se zaměřila také na zastavěnou a užitnou plochu, kde jejich poměr ukazuje na využití půdorysu. Nejhůře na tom je půdorys e), který má nejhorší poměr A/V, ale také i poměr užitné a zastavěné plochy, což znamená, nejen že dům s takovýmto půdorysem bude mít největší spotřebu tepla, ale také je neefektivní z hlediska využití podlahové plochy.
4.3 Dispozice
Vnitřní uspořádání místností jsem volila s ohledem na orientaci ke světovým stranám a také na délku rozvodů. S požadavkem investora na 4 obytné místnosti z toho jednu pracovnu jsem uvažovala nad dvěma variantami řešení dispozice. První variantou bylo umístění kuchyňského koutu se spíží na severovýchodní straně a pracovny na straně severozápadní. S ohledem na délku rozvodů jsem dala přednost variantě druhé s kuchyní sousedící s technickou místností na severozápadní straně domu. Do teplejší části domu orientované k jihu jsem orientovala ložnici, pokoj a koupelnu.
39
Obrázek 15 - Půdorys 1.NP
4.4 Obvodový plášť
Protože se často setkávám s názorem, že se v dnešní době vyrábí tak dobré tvárnice obvodového zdiva, že nepotřebují jakékoli další zateplování tepelnou izolací (dokonce firma HELUZ vyrábějící cihelné bloky ve svém prospektu hlásá, že
"Normální je nezateplovat"), zaměřím se na výběr obvodové konstrukce nízkoenergetických a pasivních domů a zjistím, zda je opravdu lepší nezateplovat, nebo je lepší variantou vícevrstvá konstrukce obvodového pláště se zateplením.
Jelikož investor má požadavek 120 m2 zastavěné plochy, s tímto parametrem se nedá hnout. S tloušťkou obvodové konstrukce se tedy bude měnit i užitná plocha domu. Požadavkem investora je co největší užitná plocha, proto se na tento parametr musím zaměřit a hodnocení provádět tak, aby skladba obvodových konstrukcí byla taková, že nebude příliš široká, ale zároveň musí co nejlépe splňovat podmínky součinitele prostupu tepla, průvzdušnosti, difuzního odporu a další.
40 4.4.1 Nosná část obvodové konstrukce
U materiálů obvodových nosných konstrukcí budu zjišťovat několik vlastností, které ovlivňují budoucí vlastnosti obvodového pláště, jsou to například tepelně izolační vlastnosti, únosnost, životnost a další.
Zděné obvodové konstrukce Cihly plné pálené
Tyto zdící prvky jsou vyrobeny z cihlařské hlíny, která je formována do požadovaného tvaru a následně vypálena v peci. Cihlařská hlína je čtvrtohorní spraš, jejíž hlavní složkou je křemitý prach, což je křemen, slída, živec, vápenité složky a oxid železa.
Cihelné bloky
Tyto prvky jsou v současné době jedny z nejoblíbenějších zdích materiálů.
Jedná se o přesné výrobky z pálené hlíny, které jsou vylehčeny vzduchovými komůrkami, které mohou být i vyplněny izolačním materiálem. Umožňují rychlou výstavbu. Jejich výhodou je existence mnoha doplňkových prvků jako jsou rohové tvárnice, koncové tvárnice, překlady a další.
HELUZ
Výrobky s touto značkou jsou jedněmi z nejpoužívanějších v ČR pro novostavby rodinných domů. Produktová řada zahrnuje typy cihelných bloků jako jsou HELUZ FAMILY, HELUZ PLUS, HELUZ UNI, HELUZ P15, HELUZ AKU, HELUZ NATURE. Pro pasivní a nízkoenergetické stavby jsou vhodné řady FAMILY a FAMILY 2in1.
WIENERBERGER
Výrobky této firmy jsou dalšími z nejpoužívanějších zdících systémů.
Nejznámějšími od této společnosti jsou keramické bloky systému POROTHERM z nichž jsou pro výstavbu nízkoenergetických a pasivních domů určeny řady POROTHERM T Profi a POROTHERM EKO+ Profi.
XELLA
Tato společnost zastupuje značku YTONG. Pórobetonové tvárnice YTONG jsou bílé tvárnice vyrobeny výhradně z přírodních surovin a to z vápna, písku, cementu a vody.
PORFIX
Tato firma vyrábí pórobetonové tvárnice a to ve dvou variantách, z popílkového a pískového pórobetonu, který je šetrný k životnímu prostředí.
41 KM BETA
Společnost KM Beta a.s. se specializuje na výrobu vápenopískových cihel.
Vápenopískové cihly jsou určeny na obvodovou konstrukci domu jen pro vícevrstvé obvodové stěny, proto je tato společnost jedním ze čtyř autorů certifikovaného systému zděných sendvičových konstrukcí, který nese obchodní značku SENDWIX.
LIAPOR
Tvarovky od této společnosti jsou vyrobeny z lehkého keramického Liaporbetonu. Liaporbeton je pevný a trvanlivý jako běžný beton, podstatnou část jeho objemu ale tvoří keramické kamenivo Liapor (keramzit). Keramzit je umělé kamenivo, které se vyrábí při vysokých teplotách v pecích z jílů.
ERBERSDOBLER
Tato firma patří mezi nejvýznamnější výrobce cihelných tvárnic v Dolním Bavorsku. Koncem roku 2009 uvedla firma na trh broušené bloky EVOTON, které jsou vyplněny minerální vatou.
42
OBVODOVÉ STĚNY NÍZKOENERGETICKÉHO DOMU BEZ NUTNOSTI ZATEPLENÍ KONTAKTNÍM ZATEPLOVACÍM SYSTÉMEM (dle doporučené hodnoty prostupu tepla stěnou <= 0,25 W/m.K)
Tabulka 10 - Vlastnosti zdících materiálů
MATERIÁL
HELUZ PLUS 44 HELUZ FAMILY 38 POROTH ERM 30 T Profi POROTH ERM 44 EKO+ Profi YTONG LAMBDA YQ 375 PORFIX PREMIUM P2-400, 375 mm LIAPOR SL
Tloušťka [mm] (výrobní rozměr) 440 380 300 440 375 375 365 Součinitel prostupu tepla U [W/m.K] 0,25 0,23 0,21 0,20 0,21 0,21 0,25 Faktor difuzního odporu μ [-] 5/10 5/10 5/10 5/10 5/10 5/10 5/15
Objemová hmotnost [kg/m3] 600 640 650 680 300 400 500
Pevnost v tlaku [MPa] 10 10 8 8 2,2 2 2
Požární odolnost s omítkou [min] 180 180 90 180 180 180 180
Vzduchová neprůzvučnost [dB] 47 40 40 48 48 48 52
Průměrná rychlost výstavby
[Nh/m2][1] 1,48 1,31 0,86 1,48 2,17 2,17 3,87
Cena [Kč/m2][2] 1 517 1 846 1 503 1 679 1 314 1 189 1 631 [1] dle normy v URS, zděné celoplošně na maltu
[2] dle ceníků výrobců
43 HODNOCENÍ:
Tloušťka - jelikož investor chce dodržet určitou zastavěnou plochu domu, bude se s tloušťkou obvodových konstrukcí měnit také užitná plocha domu, která by měla být co největší. Nejvhodnější pro toto kritérium bude proto v hodnocení ta nejmenší hodnota.
Součinitel prostupu tepla - je jedním z nejdůležitějších a nejpoužívanějších kritérií pro hodnocení obvodové konstrukce domu. Součinitel prostupu tepla značí celkovou výměnu tepla mezi dvěma prostředími vzájemně oddělenými stavební konstrukcí a proto čím menší je tento součinitel, tím lépe.
Faktor difuzního odporu - vyjadřuje schopnost materiálu propouštět vodní páru difuzí. Je to poměr mezi difuzním odporem určité tloušťky materiálu a difuzním odporem vrstvy vzduchu o stejné tloušťce. Čím nižší je hodnota difuzního odporu, tím lépe materiálem procházejí vodní páry.
Objemová hmotnost - nejlepší hodnotu se považuje ta nejnižší. Důvodem výběru nejnižší objemové hmotnosti je výsledné zatížení základů, tudíž čím vyšší bude objemová hmotnost zdiva, tím vyšší bude přenášeno zatížení do základové spáry a budou muset být větší základy, což se nakonec projeví i na výsledné ceně objektu.
Pevnost v tlaku - V případě vícepatrové budovy toto kritérium hraje velkou roli ve výsledné tuhosti a pevnosti obvodového pláště. V případě přízemního rodinného domu tomuto kritériu nepřikládám takový velký význam.
Požární odolnost - tento faktor vypovídá o tom, jak dlouho je materiál schopen zadržovat požár a bránit ohni v šíření.
Vzduchová neprůzvučnost - Požadavky na vzduchovou neprůzvučnost obvodových plášťů budov jsou stanoveny na základě charakteru zvukově izolované místnosti (chráněné místnosti příjmu) a hodnot hluku před fasádou (vyjádřených ekvivalentními hladinami akustického tlaku A LAeq,Tv denní a noční době zvlášť).
Průměrná rychlost výstavby - toto kritérium nemá vliv na výslednou kvalitu obvodového pláště, souvisí ale s cenou, která je důležitá pro většinu investorů a to taková, aby byla co nejnižší. S vyšší pracností se prodlužuje doba výstavby a tím se navyšují náklady na výstavbu, tedy v případě, že investor si na výstavbu domu najme firmu, nebo řemeslníka.
Cena - čím nižší, tím pro investora lépe.
Hodnocení vhodnosti materiálů jsem prováděla na způsob optimalizačního výpočtu. V prvním kroku hodnocení vhodnosti zdícího materiálu jsem každé vlastnosti přiřadila pořadí podle důležitosti v hodnocení a vypočetla jsem váhu vi.
44
Tabulka 11 - Stanovení kritérií a vah pro zhodnocení
Č. Kritérium i Pořadí bi vi
1 Tloušťka [mm] (výrobní
rozměr) 1 1 3 0,167
2 Součinitel prostupu tepla
U [W/mK] 2 1 3 0,167
3 Objemová hmotnost
[kg/m3] 3 2 2 0,111
4 Pevnost v tlaku [MPa] 4 3 1 0,056
5 Požární odolnost s
omítkou [min] 5 2 2 0,111
6 Vzduchová neprůzvučnost
[dB] 6 2 2 0,111
7 Průměrná rychlost
výstavby [Nh/m2][1] 7 2 2 0,111
8 Cena [Kč/m2][2] 8 1 3 0,167
18 1
Po výpočtu vah proběhlo ohodnocení vlastností jednotlivých materiálů. A poté výpočet hodnot, jejichž součet u každého materiálu stanovuje jeho vhodnost s ohledem na hodnoty a váhu jednotlivých vlastností.
Tabulka 12 - Ohodnocení jednotlivých vlastností materiálů
MATERIÁL
HELUZ PLUS 44 HELUZ FAMILY 38 POROTHERM 30 T Profi POROTHERM 44 EKO+ Profi YTONG LAMBDA YQ 375 PORFIX PREMIUM P2- 400, 375 mm LIAPOR SL
Tloušťka [mm]
(výrobní rozměr) 5 4 1 5 3 3 2
Součinitel prostupu
tepla U [W/mK] 4 3 2 1 2 2 4
Objemová
hmotnost [kg/m3] 4 5 6 7 1 2 3
Pevnost v tlaku
[MPa] 1 1 2 2 4 5 5
Požární odolnost s
omítkou [min] 1 1 3 1 1 1 1
