PASIVNÍ, NÍZKOENERGETICKÝ A BĚŽNÝ DŮM – TECHNICKO ENERGETICKÉ POROVNÁNÍ


Představujeme konkrétní rodinný dům ve třech energetických variantách – PASIVNÍ, NÍZKOENERGETICKÉ A BĚŽNÉ, které se vzájemně liší pouze tloušťkou tepelných izolací, typem oken, vzduchotěsností a instalací či absencí větrací jednotky se zpětným získáváním tepla a vytápěcím systémem.

Všechny ostatní parametry domu zůstávají stejné (rozměry domu, velikost oken, dispoziční řešení, tvar střechy, orientace vůči světovým stranám, nosné konstrukce atd.).



Pro účely tohoto porovnání jsme vybrali výše zobrazený rodinný dům do Hýskova u Berouna, který byl původně navržen jako modernistický s plochými zelenými střechami. S ohledem na striktní požadavek místního územního plánu na sedlovou střechu bylo patro domu dispozičně upraveno a ploché střechy změněny na střechu sedlovou .

Dům má výrazně větší plochu přízemí než podkroví, některé místnosti v přízemí jsou otevřené do podkroví (zateplení střechy kopíruje střešní plášť). Všechny obytné místnosti a většina oken jsou orientovány na jih. Konstrukce zdí a příček je z tenkostěnných vápenopískových bloků, stropy jsou betonové, krov je z dřevěných vazníků.

Užitná plocha bytu v domě se sedlovou střechou činí cca 210m2, ovšem upravená energetická plocha, ke které s vztahuje potřeba tepla na vytápění pro dosažení limitu 15kWh/m2 ročně a do které ze některé plochy nezapočítávají (např. schodiště, část technické místnosti apod.) je v tomto domě o něco nižší a činí cca. 190m2.


1. PASIVNÍ DŮM (PD)

Na níže uvedeném obrázku je uveden výstup ze softwaru pro navrhování pasivních domů pro energeticky pasivní variantu domu. Na výstupu je uveden úhrn tepelných zisků a ztrát domu v průběhu roku po jednotlivých měsících. Zelenomodrá křivka v grafu zobrazuje celkové tepelné ztráty domu. Žlutě jsou vyznačeny vnitřní a solární zisky. V měsících, kdy vnitřní a solární zisky jsou nižší než tepelná ztráta domu je pod žlutými sloupci šedivě je vyznačena potřeba tepla na vytápění.



 
Celoroční úhrn šedých sloupců v tabulce představuje množství tepla na vytápění za celý rok, které v tomto případě činní cca 2350 kWh. Pokud by takto postavený dům byl dotápěn přímotopnou sazbou při ceně el.energie 2,5Kč za kWh, činily by roční náklady na vytápění v průměrném roce necelých 5900,- Kč.

V této pasivní variantě domu je fasáda zateplena ekvivalentem 30cm běžného fasádního polystyrénu (EPS), 30cm polystyrénu je aplikováno i pod základovou deskou s bodovými tepelnými mosty (zohledněnými v tepelně technických výpočtech). S výjimkou těchto je tepelná obálka zcela bez tepelných mostů. Střecha je zateplena 60cm foukané celulózy, okna mají dřevěné rámy vyhovujícími standardu pasivního domu (PD) a jsou zasklena trojskly s Ug = 0,6W/m2K a s vysokým podílem tepelných zisků ze slunečního záření (62%). V tomto případě mají okna kladnou bilanci tepelných zisků a ztrát ve výši přes 2400kWh ročně (okna na jižní fasádě fungují jako solární panely), tepelné zisky okny v topném období jsou o cca 90% vyšší než tepelné ztráty.

Neprůvzdušnost měřená Blower Door Testem n50 = 0,6 těsně vyhovuje pro standard PD. Dům je vybaven větrací jednotkou se zpětným získáváním tepla s efektivní účinností 78%.

Tepelné ztráty domu v nejchladnějším dni v roce činí cca 1,8kW. K vytápění (lépe řečeno dotápění) stačí dohřev větracího vzduchu za rekuperačním výměníkem, pro zamezení převětrávání domu za extrémních mrazů, kdy je pro dotápění nutné použít větší množství vzduchu, je vzduch z obytných místností částečně cirkulován. Rozvody větracího vzduchu jsou jednoduché, krátké, dopravované objemy vzduchu jsou malé, systém je velice tichý a energeticky nenáročný.

Klima v pasivním domě je po celý rok obdobné jako v běžném domě v létě a díky tomu není třeba vytápění v jednotlivých místnostech nijak regulovat. Vzhledem k enormnímu zateplení budou rozdíly teplot v jednotlivých místnostech v domě i za extrémních mrazů velmi malé (max. 1 až 2 stupně) a to pouze v zimě mezi osluněnými jižně orientovanými místnostmi a místnostmi ostatními. Tento rozdíl budou však v tomto domě výrazně snižovat železobetonové stropy a vápenopískové stěny a příčky, které budou tepelné sluneční záření rychle akumulovat a jako dobrý tepelný vodič přenášet do ostatních místností v domě.

Přesto je vhodné obytné místnosti orientovat především jižně a na sever umísťovat místnosti u kterých jsou buď velké vnitřní tepelné zisky (např. kuchyně), místnosti podružné (schodiště, komory, chodby apod.) nebo místnosti u kterých nižší teplota nevadí, např. místnosti určené převážně pro spaní. V případě, že vzhledem k místním podmínkám mají místnosti v domě různou orientaci ke světovým stranám, je potřeba vytápěcí systém vhodně modifikovat a určit místnosti pro případné individuální dotápění.

Na konci jara, během chladného léta a začátkem podzimu, kdy jsou venkovní teploty nižší než v domě avšak tepelné zisky jsou větší než ztráty, se teplota v domě reguluje jednoduše otevřením oken. Za tropických teplot jsou na jižních, západních a východních prosklených plochách použity stínící prvky (např. žaluzie, pergoly apod.), ostatní plochy domu (střecha , fasády) jsou před teplem chráněny mocnými izolacemi. Volitelně lze dům dochladit pomocí zemního výměníku tepla, jehož výkon k dosažení příjemných teplot postačí a není potřeba strojní chlazení.


2. NÍZKOENERGETICKÝ DŮM (NED)
 
Na níže uvedeném obrázku je opět výstup ze softwaru pro navrhování pasivních domů, tentokrát pro nízkoenergetickou variantu.




Množství tepla na vytápění za celý rok v tomto případě činní cca 9200 kWh. Při vytápění přímotopnou sazbou při ceně el.energie 2,5Kč za kWh, by náklady na vytápění v průměrném roce činily cca 23.000,- Kč.

Tento dům má všechny tepelné izolace obálky domu o poloviční tloušťce oproti pasivní variantě (fasáda 15cm EPS, základová deska 15cm EPS, střecha 30cm foukané celulózy). Dům je stejně jako PD bez tepelných mostů. Okna jsou standardní dřevěná zasklená běžně používanými dvojskly s Ug = 1,1W/m2K. Bilance tepelných zisků a ztrát okny v topném období je tudíž v tomto případě záporná a to ve výši přes 1200kWh ročně (efekt jižních oken jako solárních panelů se vytratil), tepelné ztráty okny jsou o cca 30% vyšší než tepelné zisky.

Dům má stejnou neprůvzdušnost n50 = 0,6 a je vybaven stejnou větrací jednotkou se zpětným získáváním tepla s efektivní účinností 78% jako dům uvedený výše.

Vzhledem k tomu, že tepelná obálka domu má výrazně horší vlastnosti než u předchozí varianty, bude dům za velmi nízkých teplot méně komfortní.

Tepelné ztráty u tohoto domu dosahují necelých 5kW, což je podstatně více než u předchozí varianty a dům již po většinu topného období nemůže být vytápěn jen ohřevem větracího vzduchu. Jako vytápěcí systém je tedy nutné použít buď klasický teplovodní systém s radiátory do všech vytápěných místností nebo teplovzdušný cirkulační systém, přičemž u obou systémů nastane mnoho problémů a nevýhod.

Nevýhody teplovodního vytápěcího systému s radiátory:
1. Rozvody topné vody musíme umístit do podlah a drážek ve zdivu po celém domě, což výrazně zvyšuje oproti předchozí variantě nejen stavební, ale i provozní náklady (rozvody v obvodových konstrukcích představují díky vyšším teplotám média v rozvodech liniové tepelné mosty).

2. problém s umístěním radiátorů v místnostech s francouzskými okny, což jsou v tomto případě téměř všechny obytné místnosti v domě. V těchto místnostech lze instalovat podlahové konvektory, které jsou ovšem nákladné na pořízení i provoz (obsahují ventilátor), jsou náročné na čištění a údržbu, mohou být určitým rizikem pro malé děti (pohybující se součásti), jsou neestetické.

3. V případě jakékoliv poruchy (netěsnosti) rozvodů je zpravidla nezbytný výrazný stavební zásah spojený s vybouráním podlah a vysekáním rozvodů ve zdi, nehledě na možný výsky značného množství topné vody ve stavebních konstrukcích a tepelných izolacích, přičemž u předchozího pasivního domu je výskyt takovéto poruchy redukován pouze na technickou místnost.
 
4. Nižší životnost rozvodů oproti rozvodům vzduchotechnickým. Výměna rozvodů je spojená s výše uvedeným stavebním zásahem ve všech místnostech v domě.

Nevýhody teplovzdušného cirkulačního vytápěcího systému u NED:
1. Vzduchotechnické rozvody budou výrazně komplikovanější a delší (je třeba dovést teplý vzduch k oknům) a budou vykazovat výrazně vyšší tlakové ztráty.

2. Vedení rozvodů vzduchu v přízemí bude nutné provést podlahovými kanály, což znamená dodatečné tepelné mosty díky zmenšené tloušťce podlahové tepelné izolace. Tyto tepelné mosty nejsou v tepelně technickém výpočtu uvedeném v tabulce obsažené, takže výsledná tepelná ztráta domu bude o cca 5-10% vyšší.

3. Vzduchovody bude procházet větší množství vzduchu, což může znamenat šustění a syčení na přívodních a odtahových výústkách (u varianty PD je rozvod vzduchu díky nízkým vzduchovým výměnám zcela tichý).

4. Je obtížnější nastavit správné množství vzduchu pro vytápění jednotlivých místností, často se vzduchotechnický systém „ladí“ až za provozu domu.

5. U tohoto systému prakticky nelze individuálně regulovat intenzitu vytápění v jednotlivých místnostech, což u tohoto energetického provedení domu již může být pro obyvatele nekomfortní. Teoreticky lze sice uzavřít výústky s teplým vzduchem, ovšem prakticky je to neproveditelné, neboť vzduch na zavřených výústkách začne syčet a pískat.

Poznámka: Toto funkční omezení bylo zmiňováno v poslední době i v médiích několika obyvateli tohoto typu domů. Některé tyto domy však byly nesprávně vydávány za pasivní (např. hluboko v textu jednoho konkrétního článku se dozvíme, že tepelná obálka, ale především okna pasivnímu standardu neodpovídají), což skutečným pasivním domům velmi škodí, neboť v nich jsou tyto nevýhody teplovzdušného vytápění výrazně potlačeny. Velmi úsměvná je potom věta typu: „nechtěli jsme dosáhnout standardu pasivního domu, protože nám šlo především komfortní a pohodlné bydlení“ které označuje přesně opačný vliv pasivního domu na komfort. Nelze se potom divit, že jsou obyvatelé takovýchto domů s cirkulačním vytápěním do jisté míry nespokojeni.

6. Do nákladů na provoz domu je třeba zahrnout nezanedbatelný zvýšený příkon ventilátoru přívodního vzduchu (až 300W), který z důvodů výše uvedených musí v domě přepravovat cca 3x větší množství vzduchu při zhruba dvojnásobných tlakových ztrátách vzduchotechnických rozvodů.


3. BĚŽNÝ DŮM

Na posledním obrázku dům běžné stavební produkce, který má stejné tloušťky izolací a stejná okna jako předchozí dům, není však vybaven větrací jednotkou s rekuperací tepla z odpadního vzduchu. Dům je neutěsněný, s běžně se vyskytujícími tepelnými mosty v patě zdí v přízemí (zdivo je stavěno přímo na základové konstrukce) a mírným tepelným mostem v koruně zdiva pod střechou.

 
Díky netěsnostem a absenci větrání s rekuperací stouplo potřebné množství tepla na vytápění za celý rok na 22.000 kWh. Při vytápění přímotopnou sazbou při ceně el.energie 2,5Kč za kWh, by náklady na vytápění v průměrném roce činily cca 55.000,- Kč.

Dům bude velmi nekomfortní, viz popis takového domu v článku PASIVNÍ DŮM = VYSOKÝ KOMFORT. Kromě výrazného nárůstu roční potřeby tepla na vytápění uvedeného v tabulce činí tepelné ztráty domu v nejchladnějším dni v roce necelých 13kW (běžná hodnota u tisíců v současné době stavěných rodinných domů).

V základní verzi bude takový dům pravděpodobně vytápěn teplovodním systémem s radiátory, movitější si však pro snížení diskomfortu pravděpodobně pořídí podlahové vytápění.

Podlahové vytápění, jakkoliv se zdá na první pohled jako nejkomfortnější řešení, má určitá úskalí, která je třeba mít při výběru vhodného vytápěcího systému na paměti. Porovnejme si výhody a nevýhody pro tento konkrétní dům:


Výhody podlahového vytápění:
1. V případě, že dům nelze dodatečně patřičně utěsnit a instalovat větrání s rekuperací tepla je skutečně podlahové vytápění komfortnější než klasické radiátorové. To by se však mělo vztahovat spíše na staré rekonstruované domy. U novostaveb lze dosáhnout podstatně většího komfortu utěsněním domu a větráním s rekuperací tepla. Navíc je třeba mít na paměti, že podlahové topení musí být instalováno alespoň v celé ploše podlaží jinak bude pro obyvatele poměrně nepříjemné přecházení z teplé na „studenou“ podlahu a naopak.

2. U podlahového vytápění lze výhodně použít nízkopotenciálního tepla z tepelného čerpadla. Tuto výhodu však již nemá jen podlahové vytápění. I větrací a vytápěcí jednotky pro pasivní domy jsou dnes již navrženy tak, aby nízkopotenciálního tepla využívaly.

3. Na rozdíl od radiátorů v interiéru nepřekáží.


Nevýhody podlahového vytápění:
Pro podlahové vytápění platí téměř všechny nevýhody uvedené u teplovodního vytápění u předchozího typu domu (s výjimkou, že není vidět a esteticky nenarušuje interiér) a kromě dalších běžně známých nevýhod, jako jsou vysoké náklady na pořízení a jistá neslučitelnost s některými typy podlahových krytin, je největší nevýhodou podlahového vytápění velká tepelná setrvačnost, která se projeví především v místnostech s velkými jižně orientovanými okny (což je většinou u pasivního domu většina místností). V okamžiku, kdy v zimním období vyjde slunce, zůstane v podlaze nebo ve stěně velké množství tepla, které způsobí, že se dům začne velmi rychle přehřívat, i když prostorový termostat ihned topení vypne. Mnozí majitelé takových domů mohou regulovat topení (nastavovat křivku ekvitermní regulace) jak chtějí, ale stejně za zimního slunečného dne buď otevřou okna nebo zatáhnou žaluzie. Pro domy s jižně orientovanými okny je nejlepší vytápěcí systém s nejmenší možnou setrvačností, což je právě mj. teplovzdušné vytápění.

Poznámky na závěr:
Doporučení a závěry uvedené ve článku nelze obecně vztahovat na jakoukoliv stavbu. Každý jednotlivý dům musí být patřičně odborně navržen a posouzen, aby bylo možné stanovit, jaký konkrétní vytápěcí systém je pro dům vhodný a optimální.

Dům byl ve všech variantách navrhován s pomocí softwaru PHPP pro navrhování pasivních domů vydaného Institutem Pasivního Domu v německém Darmstadtu. Použití softwaru PHPP je obecně jednou ze základních podmínek pro návrh kvalitního pasivního domu. Velkou výhodou tohoto softwaru je, že je obecně platný pro jakékoliv obytné i občanské stavby bez ohledu na jejich energetickou náročnost a technické provedení, včetně rekonstrukcí.


Prosinec 2010


Ivan Kraus

Ivan@KrausArchitekti.cz


Comments