PASIVNÍ DOMY
Návrh pasivního domu A passive house design Tomáš Podešva, Asting CZ Pasivní domy, Olomouc Klí ová slova: pasivní d m ! navrhování/ projektování ! projektové "ešení ! optimalizace
Projektová dokumentace, její vypovídající schopnost, rozsah a kvalita, odráží p"ístup projektanta a míru jeho poznání. Dalším významným initelem je také doba zpracování, aktuální p"edpisy a trendy; to vše zanechává na návrhu nesmazatelnou stopu. Neustálý vývoj nových materiál$, inovace, nové zkušenosti, p"ístupy, normy a p"edpisy m#ní pohled na navrhování k nepoznání. Zvlášt# je to patrné u záležitostí, prod#lávajících p"ekotný vývoj. Specifikem a samostatnou kapitolou je návrh pasivních dom$.
Key words: passive house ! designing/planning ! design solution ! optimization
The project documentation, describing its capacity, extent and quality, reflects the degree of knowledge of the designer and the level of his knowledge. Another important factor is the processing time, current regulations and trends, leaving unforgetable remarks. Continuous development of new materials, innovation, new experiences, approach, norms and regulations, changes the view of the design recognition. This is particularly evident in matters undergoing a rapid development. A specific and separate chapter forms a passive houses design.
Recenzent: Juraj Hazucha
1 Úvod V lánku s názvem „Pasivní domy v !R dnes a zítra pohledem projektanta“, který vyšel v TOB 5/2011, jsem se pokoušel mimo jiné popsat drobná „ale“, která s sebou p"ináší vývoj v oblasti navrhování staveb v pasivním standardu. V tomto lánku bych se cht#l, op#t optikou projektanta, zam#"it a polemizovat s následujícím: • popsat pr$b#h návrhu konkrétního pasivního domu; • poukázat na dvojí p"ístup v hodnocení pasivních dom$ v !R (PHPP/TNI 73 0329:2010 [1], TNI 73 0330:2010 [2]); • diskutovat o vlivu tepelných vazeb a most$
na energetickou náro nost budov a zp$sobu jejich zohledn#ní ve výpo tech.
2 Motivace První motivací je p"isp#t k diskuzi pohledem projektujícího. Zpravidla se objevují lánky a jiné publikace (odborné nebo neodborné), které p"ináší pouze n#kolik málo zájmových skupin. Ty ryze odborné pocházejí nej ast#ji z pera akademik$, v#deckých pracovník$ a expert$. Na druhé stran# je pak k dispozici velké množství marketingových lánk$ s reklamním obsahem z dílny obchodních firem, p"ípadn# populariza ní a „kutilská“ literatura. Pohled, který ve „stavitelském éteru“ asto chybí, je ze spektra „oby ejných“ projektant$ a stavebních technik$, kte"í ve svém pracovním dni, více než co jiného, projektují, realizují a dozorují stavby. Jejich názory a pohledy jsou mnohdy podn#tné a p"ínosné, protože jsou to oni, kdo p"enášejí vize a výzkumy v#deckých pracovník$ a materiál obchodník$ do samotných návrh$ a staveb. Druhou motivací k sepsání tohoto textu je poukázat na n#které rozpory a nejasnosti, s nimiž se lze setkat p"i návrhu pasivního domu. V následujícím textu bych cht#l na p"íkladu konkrétního návrhu pasivního domu popsat, s ím jsme se p"i práci na n#m setkali, jaký byl jeho vývoj.
3 Cíle návrhu pasivního domu
Obr. 1 Studie pasivního domu
16
Prioritou bylo navrhnout d$m, který by byl pro majitele uživatelsky p"íjemný, architektonicky hodnotný a p"itom energeticky úsporný. Návrh vznikal dob#, kdy startoval program Zelená úsporám, hodnocení proto probíhalo podle tehdy erstv# vydané technické normaliza ní informace TNI 73 0329:2010 [1]. TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 3/2012
PASIVNÍ DOMY V návaznosti na energetické výpo ty probíhala ve fázi architektonické studie optimalizace návrhu. Upravoval se tvar a hmota domu, zp!es"ovala se velikost a po et oken, probíhal základní návrh obálky budovy, !ešila se koncepce zp#sobu v$trání, vytáp$ní a oh!evu TUV. Vše samoz!ejm$ v t$sné vazb$ na pot!eby, priority a p!ání klienta. V rámci akce zam$!ené na konzultaci návrh# pasivních dom#, kterou po!ádalo neziskové sdružení Centrum pasivního domu, bylo doporu eno vyhodnotit návrh také v programu PHPP (Passive House Planning Package), a to kv#li porovnání rozdílných výpo tových metodik. Cílem nebylo dosáhnout pasivního standardu podle kritérií daných Passivhaus Institutem, ale posoudit projekt metodikou, která se používá p!i návrhu pasivních dom#. Ob$ metodiky vycházejí z podobných základ#, rozdíly jsou však v ú elu výpo tu, okrajových podmínkách a stejn$ tak i v hodnoticích kritériích. Pro up!esn$ní je zde krátký popis obou výpo etních metodik:
Tab. 1 porovnání navrhovaných prvk# P#vodní návrh podlaha na terénu
Optimalizace
založení na základových pasech, tepelná izolace z EPS tl. 180 mm nad základovou deskou, svislá okrajová izolace z XPS tl. 100 mm U = 0,18 W/(m2·K)
železobetonová (ŽB) deska tl. 250 mm založená na tepelné izolaci XPS tl. 220 mm, EPS tl. 100 mm nad základovou deskou
obvodové st$ny
ztracené bedn$ní z polystyrenu Maxplus 450N, 150 mm nosné ŽB jádro, izolace 300 mm Neoporu U = 0,10 W/(m2·K)
ztracené bedn$ní z polystyrenu Maxplus 500N – 150 mm nosné ŽB jádro, izolace 350 mm Neoporu U = 0,090 W/(m2·K)
st!echa
minerální vata pod a mezi krokve v tlouš%ce 380 mm U = 0,13 W/(m2·K)
minerální vata mezi krokvemi v tl. 180 mm, nadst!ešní tepelná izolace z polystyrenu tl. 160 mm U = 0,13 W/(m2·K)
d!evohliníková Uf = 0,74 W/(m2·K) Ug = 0,5 W/(m2·K) g = 0,5
d!evohliníková Uf = 0,74 W/(m2·K) Ug = 0,5 W/( m2·K) g = 0,5
okna
3.1 TNI 73 0329:2010 [1] Technická normaliza ní informace se jako deklara ní metodika používá pro zjednodušené hodnocení energetické
U = 0,11 W/(m2·K)
náro nosti dom# s velmi nízkou pot!ebou tepla na vytáp$ní. TNI 73 0329:2010 [1] si neklade za cíl stanovit postup pro výpo et energetické
Obr. 2 Náhled na rozsah definovaných a modelovaných tepelných vazeb p#vodní verze PD TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 3/2012
17
PASIVNÍ DOMY náro nosti, který by odrážel skute n! p"esné pot"eby a spot"eby energií, ale zavádí jednotný postup pro klasifikaci a srovnání jednotlivých staveb. Je zde stanoven jednotný soubor okrajových podmínek výpo tu, jako nap". standardní klimadata (pr#m!r $R), paušální zapo tení vnit"ních tepelných zisk# a vým!ny vzduchu podle po tu osob nebo zapo tení tepelných most# a vazeb formou p"irážek. Metodika byla nastavena pro zjednodušení výpo tu i následné kontroly, což bylo úsp!šn! využito dota ním programem Zelená úsporám. 3.2 PHPP (Passive House Planing Package) Návrhový nástroj PHPP byl vytvo"en p"ímo pro výpo et a optimalizaci energetické bilance pasivních dom#. Výpo et podle PHPP a evropsky uznávaná kritéria stanovená Passivhaus Institutem v Darmstadtu (PHI) tvo"í definici pasivního domu. Hodnoticí kritéria, okrajové podmínky a metody výpo tu se áste n! liší od metodiky TNI 73 0329:2010. Výpo et je svou p"esností a citlivostí nastaven na budovy s velmi nízkou pot"ebou energie. Po ítá s místními klimatickými daty, p"esnými vstupy bez paušalizace, a výpo et m#žeme použít i pro návrh systému vytáp!ní, oh"evu vody, zásobování teplem nebo ur ení p"eh"ívání a strategií v!trání.
Obr. 3 Schéma založení na základových pasech, pr#b!h tepelné izolace
4 P vodní návrh a jeho optimalizace $asový odstup, posun v myšlení projektanta i investora, množství nových materiál# a technologií, které se nabízely k aplikaci, to vše vedlo k optimalizaci a úpravám projektové dokumentace. Jediné, co nedoznalo zásadních zm!n, byl vn!jší vzhled domu a vnit"ní dispozice, zde se upravovalo pouze nepatrn!. V tab. 1 vidíte prvky, použité v p#vodním návrhu a po optimalizaci v kone ném "ešení. Obr. 4 Schéma založení na základové desce, pr#b!h tepelné izolace 4.1 Výpo!ty tepelných vazeb a most Pro komplexní vyhodnocení konstrukcí byly definovány všechny p"ítomné tepelné vazby a tepelné mosty. Pomocí softwaru pro dvourozm!rné vedení tepla a vodní páry byly u všech t!chto konstrukcí vy ísleny minimální vnit"ní povrchové teploty a lineární initele prostupu tepla. Sledováno bylo rovn!ž riziko kondenzace, ro ní bilance zkonden-
18
zované a vypa"ené vodní páry. Cílem 2D výpo t# tedy bylo vyhodnocení "ešení z hlediska stavební fyziky a hlavn! zp"esn!ní výpo tu m!rné pot"eby tepla na vytáp!ní, stanoveného z vn!jších rozm!r#. Výhodou, zejména u pasivních dom#, je možnost, místo subjektivního pocitu o vhodnosti i nevhodnosti ur itého "ešení stavebního detailu, ov!-
"it si návrh po etn!, a ihned si potvrdit jeho skute ný vliv na m!rnou pot"ebu tepla na vytáp!ní budovy. Pro 2D simulace byl využit software Area 2009. V p#vodním návrhu bylo definováno 19 tepelných vazeb. Po optimalizaci celkový po et modelovaných detail# klesl na 16, a to zejména díky zm!n! v systému založení stavby. TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 3/2012
PASIVNÍ DOMY (v tomto p!ípad# je navržen materiál Floormate 500-A); hydroizolací z mPVC, železobetonovu deskou tl. 250 mm; tepelnou izolací z EPS Stabil tl. 100 mm (vedení instalací – elektro, ZTI, VZT – kanály); cementovým pot#rem a nášlapnou vrstvou. Odvodn#ní základové spáry je z d vodu geologických podmínek zajišt#no systémem drenáží. Zabezpe$ení základové spáry proti promrzání je možné !ešit nap!. vodorovnou okrajovou izolací z XPS, nebo násypem p#noskla u paty zdi (viz obr. 4). Obr. 5 Pasivní d m v Rakousku – pr hledná podlaha v pasivním dom# názorn# demonstruje zp sob jeho založení na XPS a ŽB desce
4.2 Úprava založení Založení na základových pasech, které bylo zvoleno v p vodní verzi, s sebou p!ináší množství tepelných most . A" už se jedná o styk obvodové st#ny s podlahou na terénu, nebo jinou lineární tepelnou vazbu – styk vnit!ních nosných a nenosných st#n s podlahou na terénu a její izolací. Pr b#h tepelné izolace je p!i tomto typu založení nejednou p!erušen, a musí být ($asto nesystémov# a komplikovan#) !ešen. I když použitý systém obvodových st#n, tedy ztracené bedn#ní z polystyrenu, díky své vnit!ní izolaci relativn# dob!e navazuje na tepelnou izolaci podlahy (ta je v tomto p!ípad# umíst#na nad základovou deskou), nejde ani zde o !ešení zcela ideální, i když díky pom#ru cena a výkon $asto používané. U nového !ešení založení bylo ovšem z d vodu ú$inn#jší eliminace tepelných most a vazeb p!ikro$eno k progresivn#jšímu zp sobu v podob# plošného založení na železobetonové desce, „plovoucí“ na tepelné izolaci z XPS. Výhodou tohoto systému založení je pr b#h tepelné izolace bez p!erušení základovým pasem. Nabízí tedy odstran#ní typického tepelného mostu u paty zdi. P!i kombinaci tohoto typu založení s použitým st#novým systémem ztraceného polystyrenového bedn#ní navíc dochází ke zmonolitn#ní a staticky výhodnému propojení železobetonového jádra st#nového systému a železobetonové základové desky. Skladba podlahy sm#rem od rostlého terénu je tvo!ena: násypem kameniva; tepelnou izolací z XPS tl. 220 mm TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 3/2012
5 M rná pot!eba tepla na vytáp ní M#rná pot!eba tepla na vytáp#ní byla sledována jako základní parametr pasivního domu již od první fáze, tedy od konceptu a prvních architektonických návrh . Tento $asový úsek práce má totiž na výslednou hodnotu nejpodstatn#jší vliv. S p!ibývající rozpracovaností projektové dokumentace se hodnota pouze zp!es%ovala. Jak již bylo zmín#no, m#rná pot!eba tepla na vytáp#ní byla hodnocena podle TNI i PHPP, a byla vy$íslena t!emi zp soby. Rozdíl mezi nimi byl ve zp sobu zohledn#ní tepelných vazeb: 1. bez vlivu tepelných vazeb/projektový p!edpoklad vlivu tepelných vazeb mezi konstrukcemi Utb = 0,00 W/(m2·K); 2. p!irážkou (A·0,02)/projektový p!edpoklad vlivu tepelných vazeb mezi konstrukcemi Utb = 0,02 W/(m2·K).
Vliv tepelných vazeb je ve výpo$tu zahrnut p!ibližn# sou$inem (A·0,02) podle &SN 73 0540-4, 3:2005 [4, 5] 3. zohledn#ní tepelných vazeb pomocí lineárních $initel prostupu tepla ur$ených 2D výpo$tem. Klimatická data byla pro výpo$ty podle TNI uvažována standardním datovým souborem podle této TNI. U výpo$t podle PHPP byla použita místní klimatická data (PHPP, CZ – Praha), a pro porovnání byly v PHPP navíc provedeny výpo$ty se standardním datovým souborem podle TNI 73 0329:2010 [1]. Dosažené výsledky jsou obsahem tab. 2.
6 Vyhodnocení 6.1 M rná pot!eba tepla na vytáp ní P!i porovnávání vypo$tených hodnot m#rné pot!eby tepla na vytáp#ní podle TNI 73 0329:2010 [1], stanovené bez a se zadáním lineárních $initel prostupu tepla, je patrné, že: • projektový p!edpoklad vlivu tepelných vazeb Utb = 0,02 W/(m2·K), tedy takový, který by m#l odpovídat vysoké kvalit# !ešení detail , je u velmi izolovaných budov (pasivní domy) posazen relativn# hodn# na stran# bezpe$nosti. Lze p!edpokládat, že spíše poslouží jako bezpe$nostní p!irážka pro jen t#žko definovatelné tepelné mosty a vazby v návrhu (nap!. zp sobené stavbou, nep!edpokládané projektantem apod.); • hodnoty m#rné pot!eby tepla na vytáp#ní stanovené bez zadání lineárních $initel prostupu tepla (tedy
Tab. 2 Souhrnná tabulka M#rná pot!eba tepla na vytáp#ní zp sob zohledn#ní tepelných vazeb zp sob hodnocení
bez vlivu [kWh/(m2·a)]
TNI 73 0329:2010
16,57
20,80
+10,58 %
15,98
-1,78 %
PHPP 1
21,40
27,60
+13,95 %
21,20
-2,97 %
PHPP 2
21,30
27,20
+13,96 %
21,00
-2,95 %
p!irážkou [kWh/(m2·a)]
2D výpo$tem [kWh/(m2·a)]
p vodní PD
upravená PD TNI 73 0329:2010
11,43
15,31
+12,07 %
10,40
-3,99 %
PHPP 1
18,90
25,10
+15,16 %
16,90
-6,59 %
PHPP 2
18,70
24,90
+15,18 %
16,80
-6,56 %
Poznámky: 1. Klimatické okrajové podmínky: • PHPP 1 – místní klimatická data podle PHPP, CZ – Praha; • PHPP 2 – standardní datový soubor podle TNI 73 0329:2010. 2. Údaj uvedený v % – procentuální vliv tepelných vazeb na tepelné ztráty prostupem p!i r zném zp sobu jejich zohledn#ní.
19
PASIVNÍ DOMY pouze zadáním p irážky) jsou relativn! hodn! nadhodnoceny a jejich vypovídající hodnota klesá se vzr"stající kvalitou ešení obálky budovy. Zp"sobují to zejména faktory: a) ur#ení ploch konstrukcí na systémové hranici užitím vn!jších rozm!r" + velmi izolovaná obálka, a z toho plynoucí v!tšina lineárních #initel" prostupu tepla se záporným znaménkem, b) zapo#ítávání systematických tepelných most" ve skladbách do sou#initele prostupu tepla, c) minimální možná p irážka 0,02 W/ (m2·K) na vliv tepelných vazeb. P i porovnávání dosažených hodnot m!rné pot eby tepla na vytáp!ní ur#ené podle PHPP a TNI se ukázalo, že: • hodnoty vy#íslené podle PHPP a podle TNI se relativn! výrazn! vzájemn! liší, což je zp"sobeno adou faktor" a odlišností u obou zp"sob" hodnocení. Rozdíly jsou zejména ve stanovení vytáp!né podlahové plochy (PHPP – #istá užitná, TNI – celková podlahová), klimatických datech, využitelnosti a zapo#tení tepelných zisk", množství odvád!ného a p ivád!ného vzduchu (tedy ztrátách v!tráním) apod.; • domy s hodnotou m!rné pot eby tepla na vytáp!ní spl$ující kritéria TNI ve v!tšin! p ípadech nespl$ují požadavky PHI, zejména jedná-li se o domy, pohybující se podle TNI na hranici 20 kWh/(m2·a), domy nekompaktní, p ízemní apod. To potvrdila i studie Centra pasivního domu, kde domy kolem hrani#ní hodnoty podle TNI, vycházely #asto v intervalu 25 – 30 kWh/(m2·a), tedy v oblasti lepších nízkoenergetických dom". • budovy spl$ující hodnoticí kritéria PHI u naprosté v!tšiny p ípad" vycházejí jako pasivní i p i hodnocení podle TNI; • nemalý vliv tvo í tepelné ztráty v!tráním. Ty jsou v TNI zadávány jednotn! v závislosti na po#tu osob (nap . pro #ty #lennou domácnost je to 70 m3/h) bez ohledu na to, jaká vým!na vzduchu je projektantem ve skute#nosti navržena. Oproti tomu PHPP uvažuje se skute#n! navrženou vým!nu vzduchu, která je #asto vyšší než jednotn! stanovená podle TNI – vyšší je tedy i tepelná ztráta v!tráním. Je pochopitelné, že se uvád!né hod-
20
noty m!rných pot eb tepla na vytáp!ní vzájemn! liší. P ístup obou zp"sob" hodnocení i jejich ú#el je rozdílný. V technické praxi je navíc zcela b!žné, že kritéria musí být svázána s výpo#tovým postupem, protože každý výpo#et obsahuje ur#itá zjednodušení a k tomu nastavené p edpoklady. P i porovnávání dosažených hodnot m!rné pot eby tepla na vytáp!ní p"vodního návrhu a jeho upravené a optimalizované verze se projevilo: • jednozna#n! p ínosný vliv výpo#t" dvourozm!rného vedení tepla, stanovení lineárních #initel" prostupu tepla, tedy p esné vyjád ení m!rné pot eby tepla na vytáp!ní; • ani velmi d"sledným ešením tepelných most" a vazeb nebo výrazným navyšováním tepeln! izola#ních vlastností obálky budovy nelze nahradit optimalizace tvaru a hmot (pom!r A/V) v po#áte#ních fázích návrhu.
7 Záv r I když jsou pasivní domy již zab!hnutým a pom!rn! známým typem budov, stále existuje velká #ást ve ejnosti, která jen t!žko hledá odpov!% na otázku: „Co je pasivní d"m?“ Ti zasv!cen!jší dokážou vyjmenovat základní principy. T!ch, kte í v!dí, jak a podle #eho se hodnotí, je minimum. Podle naší zb!žné ankety (vzorek 1 000 osob v online hlasování) je obeznámenost s tímto tématem následující. Otázka: Jaký zp"sob hodnocení byste preferovali p i návrhu vašeho pasivního domu? PHPP nebo TNI? Odpov!di: • PHPP – 22,5 %; • TNI 73 0329:2010 [1] – 24,4 %; • neznám rozdíly, nechám se pou#it odborníkem a poté se rozhodnu – 29,7 %; • nezáleží mi na tom – 23,4 %. I když má anketa omezenou vypovídací schopnost, nazna#uje, že velká #ást zú#astn!ných nemá jasno v tom, jakým zp"sobem by si nechala navrhnout a vyhodnotit sv"j pasivní d"m. Další po#etná #ást ani neví, že existuje výb!r – pasivní d"m je pro n! pouze jeden. Taková je i naše zkušenost ze sch"zek s klienty. I když jsou zájemci o pasivní d"m relativn! dob e vybaveni #asto i odbor-
nými znalostmi, lze jen t!žko p edpokládat, že jejich míra poznání dosahuje takového stadia, aby si mohli kvalifikovan! ur#it nebo vybrat zp"sob návrhu a hodnocení pasivního domu. To je úloha pro projektanta, který by m!l klientovi nezávisle vysv!tlit rozdíly, výhody a nevýhody obou zp"sob" hodnocení. M!l by p ihlédnout i k aktuální situaci klienta, a té volbu hodnocení p izp"sobit. Dota#ní programy, certifikace pasivních dom", hypotéky a jiné finan#ní produkty podporující výstavbu pasivních dom", to vše by m!li projektant s investorem vzít v potaz. V žádném p ípad! by však projektant (p ípadn! stavební firma) nem!l zneužívat rozdílnosti výsledk" dosažených r"znými zp"soby hodnocení pro prosazování svých zájm" a cílen! zavád!t klienty.
Literatura [1] TNI 73 0329:2010 Metoda výpotového hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou pot!ebou tepla na vytáp"ní – Rodinné domy. [2] TNI 73 0330:2010 Zjednodušené výpo tové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou pot!ebou tepla na vytáp"ní – Bytové domy. [3] &SN EN ISO 10211:2009 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Tepelné toky a povrchové teploty – Podrobné výpo ty. [4] &SN 73 0540-3:2005 Tepelná ochrana budov – #ást 3: Návrhové hodnoty veli in. [5] &SN 73 0540-4:2005 Tepelná ochrana budov – #ást 4: Výpo tové metody. [6] &SN 73 0540-2:2011 Tepelná ochrana budov – #ást 2: Požadavky. [7] &SN EN ISO 13790:2009 Energetická náro nost budov – Výpoet spot!eby energie na vytáp"ní a chlazení. [8] www.asting.cz . [9] www.pasivnidomy.cz . [10] www.epscr.cz . [11] www.kcad.cz . [12] Autor obrázk" Asting CZ, Pasivní domy. [13] Software: PHPP 2007, Svoboda Software, Autodesk Ecotect Analysis. TEPELNÁ OCHRANA BUDOV 3/2012
