PASIVNÍ A NÍZKOENERGETICKÉ DOMY

NAUČÍME VÁS, JAK BÝT EFEKTIVNĚJŠÍ

Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí

Výukové materiály projektu NAUČÍME VÁS, JAK BÝT EFEKTIVNĚJŠÍ

PASIVNÍ A NÍZKOENERGETICKÉ DOMY Výukové materiály vznikly za finanční pomoci Revolvingového fondu Ministerstva životního prostředí. Za jejich obsah zodpovídá výhradně SŠ-COPTH, Praha 9, Poděbradská 1/179 a nelze jejich obsah v žádném případě považovat za názor Ministerstva životního prostředí.



PASIVNÍ A NÍZKOENERGETICKÉ DOMY Náklady spojené s bydlením neustále rostou. Ze strany uživatelů se tedy neustále zvyšují požadavky na úsporu energií staveb. Problematiku je možné rozdělit na dva celky: novostavba rekonstrukce stávajícího objektu Z hlediska úspory energií je pochopitelně výhodnější stavba nového objektu, u něhož se zakomponují nejnovější technické požadavky a využijí se moderní technologické postupy související s výstavbou. Pochopitelně rekonstrukce objektu rovněž sníží provozní náklady zejména za vytápění. Pokud jde o finální stavbu, na první pohled nelze poznat, o jaký dům se z energetického hlediska jedná. Při spoření energie nejde totiž pouze o stavbu a její konstrukční řešení, ale také o její provoz a chování uživatele. Sebemoderněji zařízená stavba nebude mít nízkou spotřebu energie, pokud ji uživatel bude špatně provozovat. 1 Dům a spotřeba energie Každý dům spotřebuje určité množství energie. Nejvýznamnějšími položkami jsou: stavba - tepelné ztráty budovy a s tím související vytápění ohřev teplé vody větrání elektrická energie pro osvětlení, domácí spotřebiče a provoz technických zařízení 1.1 Stavba Tepelné ztráty definované tzv. prostupem tepla a infiltrací nejsou nic jiného, než únik tepla z budovy do venkovního prostoru daný zejména: použitými stavebními materiály - cihla, dřevo, beton, kámen, sklo… stavební konstrukcí - základy, stěny, střecha… stavební výplněmi (včetně infiltrace) - okna, dveře V této oblasti došlo k výraznému zlepšení situace díky vývoji stavebních materiálů. Ukazatelem může být tzv. měrná tepelná ztráta q [W/m3]. V 60. letech byla tato hodnota v naší zemi u rodinného dvoupodlažního domu 43 – 57 W/m3, v roce 2000 pak 25 – 32,5 W/m3 a nadále klesá.



Části stavby se na tepelných ztrátách budovy podílí různou měrou (viz tab.). Podíl tepelných ztrát Část konstrukce

stěny

Rodinný dům

Vícepodlažní dům

20 – 25 %

30 – 40 %

okna, venkovní 30 – 40 % dveře střecha podlaha (sklep) větrání

bytový Nízkoenergetický dům 15% 25%

40 – 50 %

15 – 20 %

5–8%

5 – 10 %

4–6%

---

---

15% 5% 40%

Pozn.: Údaje pro nízkoenergetický dům jsou převzaty z analýz projektů v zahraničí, kde započítávají větrání jako nejvýznamnější položka úniku tepla (proto v prvních dvou sloupcích údaje o větrání nejsou uvedeny). Technickým parametrem, podle něhož se řídí výpočet tepelných ztrát stavebních konstrukcí, je součinitel prostupu tepla U [W/ m2K]. Tato hodnota je přímo úměrná tepelným ztrátám, a proto je snahou docílit co nejnižší hodnoty. Pro srovnání lze porovnat požadavky na tento součinitel v průběhu let tak, jak to stanovuje norma pro stěny (viz tab.) rok

1960

1978

1992

od r. 1993

Dnes doporučeno

U [W/ m2K]

1,45

0,89

0,46

0,33

0,25

Pozn.: Pro okna se dle materiálu rámu (kov, dřevo, plast), druhu zasklení (jedno až tři skla) pohybuje součinitel prostupu tepla v rozmezí 5,65 – 1,4 [W/ m2K] 1.2 Vytápění Vytápění je vždy nutné řešit pro tu kterou stavbu individuálně. Bohužel nelze obecně říci, které vytápění je nejvhodnější, neboť v sobě zahrnuje soubor mnoha zařízení, která jsou velmi variabilní.



Nejdůležitějšími prvky otopné soustavy jsou: zdroj tepla druh otopné soustavy volba otopných těles resp. otopných ploch regulace Zdroje tepla: lokální topidla kotel, tepelné čerpadlo, solární panely… – pro daný dům centrální zásobování teplem – kotelna a venkovní sítě pro více objektů systémy centralizovaného zásobování teplem (SCZT) – např. teplárna pro městské čtvrtě Z hlediska spotřeby energie, která se počítá pro celou otopnou sezónu, je jednoznačně nejvýhodnější variantou samostatný zdroj tepla pro každý dům. Majitel si sám rozhoduje o komfortu bydlení a je prokázáno, že vytápí po kratší dobu zejména oproti provozu otopných soustav napojených na SCZT. Na druhou stranu je nutné přiznat, že z hlediska exhalací unikajících do ovzduší se lépe vyhodnocují centrální zdroje tepla, u nichž se sleduje produkce škodlivin do ovzduší a které spalují daný druh paliva. Z hlediska nákladů spojených s provozem otopné soustavy je nejvýznamnější položkou druh paliva. Výběr paliva může být limitován jeho dostupností popř. dopravou s tím spojenou. Výhodou je, že energetické hodnoty (výhřevnost, objem apod.) jsou známé a dá se říct, že pro daný druh paliva neměnné. Paliva (zdroje energie): pevná – uhlí plynná – zemní plyn, LPG fytopaliva (biopaliva) – např. dřevo, peletky elektrická energie Problémem tedy zůstává cena paliva, která se neustále mění. Zdroj tepla má životnost v řádu let a je proto nutné pečlivě zvažovat, který druh paliva zvolit. Pochopitelně spotřebu primárních zdrojů paliva můžeme snižovat použitím zařízení využívajících obnovitelných zdrojů energie (solární kolektory, tepelná čerpadla). 1.3 Ohřev teplé vody



U ohřevu vody je situace podobná té z vytápění, ale navíc spotřebu energie ovlivňuje skutečná spotřeba teplé vody v domácnosti. V případě místního ohřevu vody převládají elektrické ohřívače vody (boilery). 1.4 Větrání Větrání objektu je velmi energeticky náročné, ale je potřebné pro odvod škodlivin a obnovu kyslíku ve větraném prostoru. Pro bytové a občanské stavby jsou tři varianty řešení: přirozené větrání (provětrání, infiltrace) nucené větrání (rovnotlaké, přetlakové, podtlakové) klimatizace občanských staveb (pro bytové objekty je nevhodná) Provětrání je otevírání oken a dveří. Infiltrace je pronikání venkovního vzduchu do místností spárami oken a venkovních dveří. Jakkoli poslední dobou narůstá snaha tuto infiltraci omezit, není vhodné jí zcela zabránit. Díky ní se do bytu dostává potřebný čerstvý vzduch zajišťující rovnoměrnou a přirozenou výměnu vzduchu. Z hygienických důvodů je požadována půlnásobná výměna vzduchu. Nedochází-li k této výměně vzduchu, je třeba ji zajistit jiným způsobem, většinou nuceně. Náklady spojené s nuceným způsobem větrání jsou nemalé. Nucené větrání a klimatizace se liší způsobem úpravy vzduchu. Nucené větrání upravuje teplotu vzduchu, klimatizace navíc vlhkost vzduchu. V obou případech jednotka filtruje (čistí) venkovní vzduch a dopravuje ho do vnitřních prostorů. 1.5 Elektrická energie Vybavení domácnosti elektrickými spotřebiči je nezbytností a lze jen těžko předpokládat, že by se jejich počet snižoval spíše naopak. V případě osvětlení je třeba splnit hygienické požadavky na světelnou pohodu. Vybrané spotřebiče musí být dle vyhlášky z roku 2001 opatřeny energetickým štítkem. V Česku se nesmí prodávat spotřebiče s nižší energetickou účinností než E, nejméně energeticky náročné spotřebiče mají označení A, doplněné popř. znaménky +. Energetické štítky jsou povinné pro: automatické pračky a bubnové sušičky prádla, včetně kombinovaných chladničky a mrazničky samostatné či v kombinaci myčky nádobí a elektrické ohřívače vody



elektrické trouby zdroje světla Samostatnou kapitolou je použití elektrické energie pro vytápění formou akumulace či přímotopů. Při tomto způsobu vytápění je třeba předem sjednat odběr energie na tzv. noční proud, který je mnohem levnější. Nutno poznamenat, že noční proud energetické společnosti poskytují i v denní době a to dle smluvních podmínek. II. Typy domů podle spotřeby energie 1 Klasický dům Jedná se o stavby, které jsou postaveny podle norem platných v době výstavby a dle jimi požadovaných hodnot. Splňují tepelně technické požadavky a jsou projektovány podle obecně platných zásad. S vývojem materiálů a konstrukcí se požadavky zpřísňují, zejména pokud se jedná o součinitele prostupu tepla (U) resp. tepelný odpor (R). Tepelné ztráty těchto objektů jsou nejvyšší a tudíž energeticky nejnáročnější. Starší budovy se proto zateplují, aby se snížily tepelné ztráty. Spotřeba tepla na vytápění u dnešních staveb bývá v rozmezí 80 až 120 kWh/m2 podlahové plochy. 2 Nízkoenergetický dům Jedná se o dům, jehož spotřeba tepla na vytápění za rok nepřesahuje 50 kWh/m2 podlahové plochy. U těchto staveb se volí materiály tak, aby vyhovovaly doporučeným hodnotám, které uvádějí normy a které jsou přísnější než hodnoty požadované. 3 Pasivní dům Je to dům se skutečnou spotřebou tepla na vytápění za rok v maximální výši 20 kWh/m2 podlahové plochy. Dalším požadavkem je, aby primární zdroje energie z neobnovitelných zdrojů nepřesáhly 60 kWh/m2 (elektrické spotřebiče v domácnosti a zařízení na provoz technologií – čerpadla apod.). 4 Nulový dům Dům se spotřebou tepla na vytápění nejvýše 5kWh/m2 vytápěné půdorysné plochy za rok, respektive s nulovou spotřebou. 5 Plusový dům Jedná se o dům, který vyrobí více energie, než kolik jí spotřebuje. Přebytky této energie většinou ve formě energie elektrické je možné prodávat či dodávat do elektrické rozvodné soustavy. 6 Nízkonákladový dům



Je to dům, který má nízké provozní náklady. Nemusí se jednat jen o nízkou spotřebu energie na vytápění, ale vyhodnocuje se veškerá spotřeba energie spojená s užíváním a provozem domu resp. domácnosti.

7 Ostrovní stavby – ostrovní systém To jsou stavby, které nejsou napojeny na žádné venkovní sítě a jsou naprosto energeticky soběstačné. Pro výrobu elektrické energie se využívá fotovoltaika, jako zdroj tepla jsou nejčastěji využívány obnovitelné zdroje energie. III. Stavba domu Pokud se staví nový dům, je nejvýhodnější již v projektu zadat požadavek pasivního domu. V případě rekonstrukce objektu je ekonomické splnit požadavky nízkoenergetického domu. Stručně lze charakterizovat tyto domy následujícími body: kompaktní budova, bez výčnělků, vícepodlažní masivní zateplení okna s trojsklem rekuperace vzduchu a nucené větrání využití solárních zisků a obnovitelných zdrojů energií Vliv na spotřebu energií má vyřešení: stavby z hlediska dispozice stavebních detailů tepelných mostů provozu budovy Hodnotící kritéria pasivního domu jsou: měrná spotřeba tepla na vytápění menší než 15 kWh/m2 za rok součinitel prostupu tepla stěnami do 0,15 W/m2K náklady spojené s větráním a účinnost rekuperace primární energie teploty v místnostech (zima, léto) Hodnotící kritéria nízkoenergetického domu jsou: měrná spotřeba tepla na vytápění menší než 50 kWh/m2 za rok součinitel prostupu tepla stěnami do 0,25 W/m2K náklady spojené s větráním a účinnost rekuperace primární energie



teploty v místnostech (zima, léto) Pro posouzení stavby jako celku je jedním z možných kritérií množství spotřebované energie. Orientační hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce.

typ domu

měrná spotřeba tepla na vytápě- celková měrná spotřeba energií ní (kWh/m2) (kWh/m2)

panelová výstavba

180 až 150

270

klasický dům

80 až 100

150

nízkoenergetický dům

do 50

130

pasivní dům

do 15

50

nulový dům

5 až 0

20

Tepelné ztráty budovy jsou zjednodušeně řečeno součtem ztrát tepla vnějšími obvodovými konstrukcemi. Jedná se o obvodové stěny, okna, střechu, podlahy nejnižšího podlaží, které jsou v kontaktu s terénem, stěny pod terénem (sklepy pod terénem). Z hlediska tepelné bilance stavby je třeba započítat i vnější a vnitřní tepelné zisky. Vnějšími zisky jsou zejména dané prostupem tepla do budovy (zdmi, okny) k čemuž dochází je-li vyšší teplota vně budovy oproti požadované vnitřní teplotě (letní období). Důsledkem je nárůst teploty v místnosti. Dalším tepelným ziskem je přímé sluneční záření dopadající zejména na prosklené plochy (okna). Vnitřní zisky jsou dány pobytem lidí v domě, provozem zejména elektrických spotřebičů (včetně osvětlení). Spotřebu energie na vytápění, ohřev vody a množství elektrické energie je možné ovlivnit zejména u nové stavby, ale i v případě rekonstrukce domu. V neposlední řadě také změnou provozu domu a modernizací vybavení domácnosti. Pokud chceme ušetřit na položce za vytápění, je třeba již při počáteční úvaze o stavbě domu pečlivě zvažovat možné alternativy výstavby. 1 Výběr místa stavby - lokalita



Česká republika je podle normy rozdělena na oblasti podle venkovní výpočtové teploty v zimním období (-12; -15; -18°C); větrná oblast a nadmořská výška nad 450 m n. m. snižuje tuto teplotu o další 3°C. Je tedy výhodné volit lokalitu s teplotou -12°C. Vliv má i poloha pozemku (svahu) vůči světovým stranám – nejvýhodnější je jižní orientace. Pochopitelně bez zastínění budovy stromy či jinou zástavbou.

2 Dispozice stavby Nejmenší ztráty tepla má v tzv. kompaktní stavba. Jde většinou o samostatně stojící dům (rodinný dům), který by měl: být vícepodlažní (alespoň dvě patra), aby se pokud možno co nejvíce zmenšila půdorysná plocha, která je v kontaktu se zeminou. mít co nejmenší plochu střechy – často se volí pultová, nebo plochá střecha, které mají menší tepelné ztráty a lépe se izolují. mít co nejméně výčnělků a výstupků, kde narůstá tepelná ztráta Nevhodné jsou půdorysně rozlehlé a členité stavby, u kterých je velká plocha obvodových konstrukcí a tudíž při stejné obytné ploše větší tepelné ztráty. U rekonstrukcí je prioritou zateplení budov. Novostavby mají skladbu stěn vyhovující tepelně technickým požadavkům. Pokud jde o místnosti, je velmi důležitá jejich poloha v rámci objektu. K tepelným ztrátám skrz zeď dochází pouze, pokud jsou teploty v místnostech rozdílné. Z toho důvodu je výhodné: co nejvíce místností se stejnou vnitřní teplotou situovat vedle sebe (svisle i vodorovně). místnosti s nižší požadovanou teplotou situovat k obvodu stavby. využít zádveří, zasklení lodžií, popř. vybudovat zimní zahradu přilehlou k budově apod. 3 Stavební parametry částí stavby 3.1 Základy stavby U pasivních domů je nejvýhodnější nepoužívat základové pasy, ale stavět na základovou desku. V případě základové desky je postup následující: srovná se rostlý terén zemina se zhutní vyrovná se podklad pod stavbou



vytvoří se celoplošná tepelná izolace – extrudovaný polystyrén nebo pěnové sklo v granulích vytvoří se základová deska položí se izolace mezi základovou desku a stěny V případě dřevostaveb se staví následovně: vybudují se betonové základové patky na patky se položí podkladový dřevěný hranol položí se základová dřevěná deska na ní se dá vrstva tepelné izolace vytvoří se podlaha a stěny Pokud se provádí celková rekonstrukce či se použijí základové pasy je potřeba zvážit nejen zateplení venkovní stěny k terénu, ale zateplit i vnější bok základového pasu po celé výšce základů. U stávajících staveb izolace končí u základů a stěna je od základů oddělena hydroizolací nikoli tepelnou izolací. V tomto místě může vzniknout tepelný most. 3.2 Stěny stavby V současné době jsou na trhu cihelné tvárnice resp. zdící systémy, které vyhovují tepelně technickým parametrům (U = 0,33 W/m2K). Pro domy s vyššími nároky na úsporu energií je třeba opatřit tepelnou izolací. V případě rekonstrukce objektu se velmi často stává, že se stavba zaizoluje, aniž se provede výpočet. Je nutné si uvědomit, že stavby nejsou stejné a byly stavěny v různých dobách, proto mají i jiné parametry (platné v dané době). Stanovaní tloušťky izolace je proto nezbytné stanovit dle výpočtu pro konkrétní parametry zvoleného materiálu. Pokud se jedná o novou stavbu pasivního domu, řeší se stěna jako celek. Obvodová stěna, která je zároveň stěnou nosnou, se projektuje co nejtenčí. Tloušťka zdiva je dána statickým výpočtem budovy, tloušťka izolační vrstvy pak požadovaným součinitelem prostupu tepla. Jako tepelná izolace se nejčastěji volí polystyrén (λ = 0,038 W/mK, resp. λ = 0,043 W/mK) nebo minerální vlna (λ = 0,040 W/mK, resp. λ = 0,062 W/mK. Z hlediska požární ochrany budovy polystyrén je hořlavý a při požáru odkapává. Minerální vlna je nehořlavá, ale je dražší. Kontaktní zateplovací systém: nosná zeď izolační desky (lepidlo po obvodě a několik míst uprostřed) kotvení izolace perlinka - vyztužující vrstva (plastová mřížka) povrchová úprava - omítka



3.3 Střecha Šikmá střecha není pro pasivní domy vhodná. V případě předělání stávajícího domu se šikmou střechou na dům nízkoenergetický je však nutné zateplení této střechy řešit. Využívá se prostorů mezi trámy. Ty mívají výšku asi 160 mm a prostor mezi nimi se zcela vyplňuje izolací. To však většinou nevyhovuje a proto se zhotovuje rošt a ten se vyplní ještě minimálně 80 mm izolační hmoty. Pasivní domy se staví s plochou nebo pultovou střechou, kde se meziprostor nad stropem nejvyššího patra a střešní konstrukcí zcela vyplní izolací. 3.4 Okna Velikost okna musí přednostně zajistit dostatečné osvětlení vnitřních prostor a teprve pak přichází na řadu energetické ztráty. Okny uniká z budovy nejvíce tepla. Okno se skládá ze tří základních částí: sklo rám spojení (distanční rámeček mezi skly a těsnící materiál skla a rámu) Stejně jako u stěn i zde je hodnotícím kritériem součinitel prostupu tepla. Tento součinitel udává výrobce oken, ale je potřeba dát si pozor na to jakou hodnotu vyjadřuje. Někteří výrobci uvádí součinitele pouze pro sklo nikoli pro celé okno. Pro výpočet je rozhodující součinitel prostupu tepla pro celé okno.

typ domu

součinitel pro- součinitel pro- faktor pro- zasklení stupu tepla celé- stupu tepla pustnosti ho okna pouze skla skla při zastínění

klasický dům - minulost

5,7 až 2,4 W/m2K

klasický dům po r. 2000

1,5 W/m2K

1,1 W/m2K

0,67

dvojité

nízkoenergetický dům

1,2 W/m2K

1,1 W/m2K

0,67

dvojité

pasivní dům

0,8 W/m2K

0,5 W/m2K

0,5

trojité

0,75 (1 = jednoduché, dvojité propustí vše)

U pasivních domů je stěžejní poloha oken. Největší podíl prosklení je většinou na jižní fasádě.



Jednoznačně nejjednodušší je posouzení oken situovaných na severní fasádu. Tato okna musí mít nejnižší hodnotu součinitele prostupu tepla, aby se minimalizovaly ztráty tepla. Jednoznačně se tedy navrhují okna s trojitým zasklením. Pokud jde o západní a východní fasádu tam je na zvážení projektanta zda investovat do oken s trojitým zasklením, či zda ponechá zasklení dvojité. S okny na jižní fasádě je situace nejproblematičtější. Zde hraje velkou úlohu poloha domu popř. okolní zástavba. Jak již bylo napsáno, okna mají obecně největší ztráty, zároveň je však účelné využívat tepelné zisky ve chvíli, kdy na ně dopadá přímé sluneční záření. V neposlední řadě jsou v letním období tepelné zisky z oslunění příliš veliké s ohledem na požadavek dodržení vnitřní teploty místností 26°C (při venkovní výpočtové teplotě 30°C platné na celém území ČR) resp. teploty o 4°C nižší, než je skutečná letní teplota. V zimě potřebujeme zabránit tepelným ztrátám, což indikuje trojité zasklení. Z důvodu tepelných zisků ale zároveň chceme v zimě využít co nejvíce tepla z přímého oslunění, tudíž je vhodnější dvojité zasklení. V létě chceme naopak omezit nadměrné tepelné zisky prosklenou plochou (oknem), čemuž lépe vyhovuje trojsklo spolu se zastíněním (skla s folií, markýza apod.). Z toho důvodu je třeba u pasivních a nízkoenergetických domů provést výpočet celkových tepelných zisků (z oslunění a prostupu) resp. tepelných ztrát v zimním období (prostupem tepla), které závisí: na velikosti oken na přímém slunečním ozáření skel součiniteli prostupu tepla faktoru propustnosti skel při stínění Při vyhodnocování typů oken lze rovněž vzít v úvahu možnost použití dvojitých oken - vnější okno s dvojitým sklem, vnitřní s jednoduchým sklem. Tepelnou izolaci zlepšuje i vzduchová mezera mezi okny. Použití těchto oken je možné i z toho důvodu, že tloušťky stěn těchto staveb jsou okolo půl metru. Dalším příznivým faktorem je, že u těchto oken nevznikají tepelné mosty (díky vzduchové mezeře). IV Technické zázemí staveb V našich klimatických podmínkách je třeba zajistit technické zázemí pro provoz stavby. Jedná se především o vytápění, ohřev vody a elektrickou energii. 1 Vytápění



Pro pokrytí tepelných ztrát nízkoenergetických a pasivních domů je třeba zvolit systém vytápění. Na výběr je několik možností: nízkoteplotní otopná soustava teplovzdušné vytápění velkoplošné převážně sálavé vytápění (např. podlahové) teplovodní otopná soustava Vzhledem k nízké hodnotě tepelných ztrát je důležité vhodně zvolit zdroj tepla. Pro rodinné domy je vhodným řešením: kotel tepelné čerpadlo solární kolektory teplovzdušná jednotka 1.1 Kotel Vzhledem k nízké potřebě tepla pro vytápění, lze použít klasický kotel. Náklady na vytápění jsou pak věcí zvoleného paliva a jeho ceny. 1.2 Tepelné čerpadlo Tepelné čerpadlo (TČ) umožňuje odnímat teplo z okolí (vzduchu, vodě, zemině), které se tím ochlazuje. Zařízení pracuje jako lednice (která mimochodem také vytápí místnost) jenomže po lednici je žádáno chladné prostředí, zatímco tepelné čerpadlo produkuje primárně teplo. Při použití tepelného čerpadla se používá nízkoteplotní otopná soustava. Pokud je tepelné čerpadlo dimenzováno na celkové tepelné ztráty budovy, je jeho provoz velmi neekonomický, protože potřeba tepla se v průběhu otopného období mění. Proto se používá v tzv. bivalentním provozu, což znamená že TČ pokrývá tepelné ztráty budovy asi z 60 - 70%. V případě poklesu venkovní teploty (nejčastěji pod bod mrazu) se TČ vypíná (důvodem je klesající účinnost a s tím spojená neekonomičnost provozu) a spouští se náhradní zdroj tepla např. elektrokotel pro pokrytí špičky, který zároveň slouží jako záloha pro případ poruchy tepelného čerpadla. Pro provoz tepelného čerpadla je potřeba elektrické energie pro chod zabudovaného kompresoru. Poměr tepelného výkonu TČ k příkonu kompresoru se nazývá topný faktor. V závislosti na provozních teplotách TČ topný faktor kolísá. Z toho důvody se vyhodnocuje provoz TČ z průměrného ročního topného faktoru, což je poměr celoroční spotřeby energie (kompresoru) k celoroční produkci tepla TČ. Hodnota tohoto faktoru se pohybuje v rozmezí 3 až 4 (tzn., že čerpadlo vyprodukuje 3 až 4 krát více energie než spotřebuje).



Při projektování tepelného čerpadla je možné navrhnout systém provozu tak, že TČ v letním období prostory místnosti chladí. Z hlediska ekologického je třeba poznamenat, že tepelná čerpadla pracují s látkou, které se říká chladivo. Jsou to látky s nízkou teplotou varu v řádu desítek stupňů, některé se mění v páru již při teplotách pod nulou. V minulosti se používaly tvrdé freony (např.: CFC; R11), později nahrazeny měkkými freony (HCFC; R 22), které poškozovaly ozónovou vrstvu atmosféry. Dnes se používají chladiva typu R407c a R404c. Nové technologie pracují s propanem. 1.3 Solární kolektory Využití přímého a difuzního záření je závislé na proměnách počasí, poloze kolektoru vzhledem ke Slunci. Z technického hlediska je hlavní problematikou účinnost kolektoru a celého zařízení. V ČR je největší zisk přímého záření vždy 21. daného měsíce. Maximální hodnota je 21. července. Pro výpočty tepelných zisků a energie dopadající na kolektory lze vycházet z hodnot publikovaných v odborné literatuře. Doba slunečního svitu

1750 až 1900 h/rok

Celkové množství energie na 1 m2 vodorovné plochy (říjen až 1200 kWh/rok březen je to cca 25% celkové energie) Intenzita dopadajícího záření v celoročním průměru

620 W/m2

Intenzita dopadajícího záření naměřená krátkodobě

1000 W/m2

Celková roční dávka záření na povrchu země v ČR

3600 až 4800 MJ/m2

Nejmenší zisky z přímého záření jsou v zimním období, kdy je ovšem požadavek na množství tepla pro vytápění největší. Problémem je rovněž dostupnost solární energie v případě, kdy jsou mraky a není k dispozici přímé záření (jen difúzní). Intenzity celkové sluneční radiace dopadající na různě orientované plochy při znečištění atmosféry na 50°s.š. (tab. na konci této kapitoly). Údaje difúzního záření jsou v řádce pro severní stěnu (ze severu slunce nesvítí). Plochy kolektorů pokrývající potřebné tepelné ztráty musí být stanovené výpočtem (pozor na započítání skutečně reálné účinnosti přeměny energie) a limitem je půdorysná plocha, která je k dispozici např. na střeše objektu.



Solární energie je velmi dobře využitelná pro ohřev teplé vody. U pasivních domů je při vytápění ekonomicky vhodné využít i tuto energii pro nízkoteplotní otopné soustavy, ale je nutné prokázat efektivnost výpočtem. Dat

Intenzita sluneční radiace Io pro danou denní dobu Wm-2

směr 5h 6h

21.7 S . SV

7h

8h

9h

10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h

59 136 110 117 138 153 163 166 163 153 138 117 110 136 59 98 333 432 417 325 189 163 166 163 153 138 117 92

63

28

V

96 372 555 628 605 505 351 166 163 153 138 117 92

63

28

JV

55 230 407 540 611 615 556 442 289 153 138 117 92

63

28

J

28 63

92

204 340 454 530 556 530 454 340 204 92

63

28

JZ

28 63

92

117 138 153 289 442 556 615 611 540 407 230 55

Z

28 63

92

117 138 153 163 166 351 505 605 628 555 372 92

SZ

28 63

92

117 138 153 163 166 163 189 325 417 432 333 98

Hor

54 177 332 491 634 747 819 843 819 747 634 491 332 177 54

Z=5

1.4 Teplovzdušné vytápění Zdrojem tepla je vzduch v budově. Díky vnitřním tepelným ziskům má vzduch dostatečnou teplotu, aby byl použitý ke zpětnému získávání tepla. Zároveň neobsahuje škodliviny, které by bylo problematické odstranit. Jednotka nasává teplý vzduch z vnitřních prostor a dostatečné množství venkovního vzduchu (minimálně 15%), které smísí (výsledná teplota po smísení je nad bodem mrazu), pak vzduch projde přes filtr a posléze se dohřeje na požadovanou teplotu (nejčastěji 20°C). Poměr čerstvého vzduchu lze pomocí klapek libovolně regulovat, nejlépe podle teploty venkovního vzduchu (čím chladnější je venkovní vzduch tím nižší podíl čerstvého vzduchu). Druhou variantou je, že vnitřní vzduch pomocí rekuperačního výměníku ohřeje vzduch venkovní, vyčistí se přes filtr a dohřeje na požadovanou teplotu. Při tomto způsobu vytápění resp. větrání se do domu dostává 100% čerstvého vzduchu, což je z hlediska pohody prostředí výhodnější. U tohoto způsobu vytápění je třeba počítat s náklady na ohřev vzduchu. V případě směšování vzduchu jsou nižší.



Z hlediska energetické náročnosti nelze u pasivních nízkoenergetických domů použít klimatizaci, která je obecně pro obytné budovy neekonomická.

2 Ohřev teplé vody U nízkoenergetického a pasivního domu se používá stejných způsobů ohřevu a rozvodů vody jako u klasických domů. Uspořit primární energii lze vyžitím solárních kolektorů jako zdroje tepla a dohřevu elektrickou topnou spirálou umístěnou v zásobníku teplé vody (boiler). Úsporu lze docílit: volbou zásobníků resp. ohřívačů teplé vody s kvalitní tepelnou izolací umístěním zásobníku teplé vody ho do temperované či lépe vytápěné místnosti ohřívat vodu na teplotu max. 60°C projektovat co nejkratší rozvody vody (zásobník co nejblíže k výtokovým armaturám) neplýtvat vodou (při místním ohřevu je obecně spotřeba nižší než u dálkových rozvodů. Uživatelé vědomě šetří teplou vodu, protože při jejím vyčerpání musí čekat až se další ohřeje do zásoby) V. Úspora energie provozem nízkoenergetické a pasivní budovy 1 Vytápění Vzhledem ke skutečnosti, že náklady na vytápění jsou nejvyšší položkou v provozu budovy, je třeba věnovat provozu vytápění velkou pozornost. Snížit náklady lze dodržením několika zásad: nepřetápět místnosti – dodržovat normou požadované teploty v místnostech, které se měří uprostřed místnosti ve výšce 1 m nad zemí (obytné místnosti 20°C; koupelna 24°C; chodby 10 až 15°C) snižovat teplotu v budově v době nepřítomnosti (regulace, naprogramování provozu vytápění podle užívání budovy – tzv. inteligentní soustava) investovat do kvalitní regulace otopné soustavy instalovat termostatické ventily se správným přednastavením ventilů (projekt a montáž) a správně nastavit termostatickou hlavici na požadovanou teplotu v místnosti 2 Větrání Je třeba větrat místnost krátkodobě a velkými otvory - zcela otevřené okno.



Z hygienického hlediska je třeba infiltrací dodržet požadovanou půlnásobnou (0,5x/h) výměnu vzduchu v obytné místnosti za hodinu (resp. pro nebytové prostory 0,25 až 0,3x/h) a to bez otevírání oken či pří odstavení provozu větrací (rekuperační) jednotky. Tento požadavek bývá u pasivních domů často podceňovaný, což vede k nepohodě prostředí projevující se únavou a ospalostí, nebo k možnému tvoření plísní. Nežádoucí je trvalé pootevření oken - vyklopení okna. To vede k trvalému úniku tepla a zároveň studený vzduch klesá na otopné těleso pod oknem zejména na termostatický ventil. Ten zaregistruje nízkou teplotu a naplno se otevře, čímž vzroste spotřeba energie. Nucené větrání má nároky na energii a je třeba volit pouze větrací jednotky (úprava teploty) nikoli klimatizační jednotky (úprava teploty a vlhkosti vzduchu). Nezbytností u pasivních a nízkoenergetických domů je zpětné využití tepla např. rekuperace. 3 Elektrická energie Snižování spotřeby elektrické energie je nejvýznamnější u používaných spotřebičů. Měly by být opatřeny energetickým štítkem třídy A. Úspory lze docílit rovněž správným provozem spotřebičů: vypínání spotřebičů (vytahováním ze zásuvky) minimalizovat provoz spotřebičů v tzv. stand by režimech Příklad spotřeby elektrické energie počítače (ostatní spotřebiče mají tyto údaje uvedené v technických parametrech) Vypnutí PC bez vytažení šňůry ze sítě

5 až 10 W

Úsporný režim PC

30 W

Odhlášení PC (posuv myší PC zaktivuje, popř. 80 až 120 W zadání hesla) PC v činnosti (dle počtu spuštěných aplikací 240 W a programů)

osvětlení je samostatnou kapitolou. Vždy je třeba posoudit, zda zvolené zdroje světla splňují požadovanou světelnou pohodu (intenzita a rovnoměrnost osvětlení, jasové poměry) daných prostor. Rovněž provoz úsporných světelných zdrojů je jiný než klasických žárovek. Úsporné žárovky vyžadují trvalý (několikahodinový) provoz, časté zhasínání a rozsvěcení zkracuje jejich životnost. VI Slovníček pojmů 1 Použité fyzikální jednotky



měrná tepelná ztráta objektu - q [kWh/m2; kWh/m3] stanovuje, kolik tepla ztrácí budova z 1 m3 obestavěného prostoru. součinitel prostupu tepla - U [W/m2K] určuje kolik tepla (W) unikne z plochy o velikosti 1m2 při rozdílu vnitřní (místnost) a venkovní teploty 1 K (resp. 1°C). Používá se pro výpočet tepelných ztrát, zejména v profesi vytápění resp. profesí technických zařízení budov. tepelný odpor stavební konstrukce – R [m2K/W+ je převrácená hodnota součinitele prostupu tepla. Např. R = 3 odpovídá U = 0,33 Wm-2K-1. Používá se ve stavebnictví stejně jako součinitel prostupu tepla. součinitel tepelné vodivosti - λ [W/mK] určuje vlastnosti materiálu a udává, kolik tepla by prošlo rovinnou plochou o velikosti 1m2 o tloušťce 1 m při rozdílu teplot 1K. Je důležité používat hodnotu v technických podkladech označovanou jako charakteristickou nebo výpočtovou (ta určuje vlastnosti materiálu odpovídající zabudovanému stavu nikoli v tzv. suchém stavu). Výkon - Q *W; kW+ množství energie v daném okamžiku; např. výkon otopného tělesa, hodnota tepelných ztrát a zisků, příkon spotřebiče. Výkon – Q [Wh; kWh] množství energie za danou časovou jednotku. Tedy výkon či příkon vynásobený časem (v hodinách či sekundách). Pro představu sedí-li člověk u počítače 10 hodin rovná se to výkonu 1 kWh a snězení 1,5 hamburgeru dodá člověku také 1 kWh energie. 2 Technické pojmy 2.1 Stavba Tepelný most – místo ve stavební konstrukci kde je nedostatečná nebo chybějící tepelná izolace a tudíž v tom místě uniká teplo. Je to tedy nežádoucí místo ve stavební konstrukci. Základové pasy - jednotlivé základy pod stěnami či sloupy. Základová deska - celoplošná betonová deska pod stavbou Jednoduché okno - v jednom rámu je osazené sklo jedno až tři skleněné tabule Zdvojené okno – dva rámy, každý s jedním sklem jsou sešroubovány k sobě Dvojité okno – dvě samostatná okna, mezi nimiž je parapet. Ve starší literatuře se používá označení špaletová okna. 2.2 Větrání a vzduchotechnika Provětrání je nahodilé otevírání oken a dveří. Z hlediska energetických úspor by se mělo větrat krátce a velkými otvory.



Infiltrace je pronikání venkovního vzduchu do místností spárami oken a venkovních dveří. Jde o žádoucí jev, který má zajistit 0,5 násobnou výměnu vzduchu v obytných prostorech požadovanou hygienickými předpisy. Pokud je výměna vzduchu větší, považuje se to za nežádoucí z hlediska úspory energie. Nucené větrání – zajištění jedné termodynamické úpravy vzduchu pomocí technického zařízení a to teploty vzduchu (ohřev a chlazení). Rovnotlaké větrání – přívod a odvod vzduchu do místnosti z hlediska jeho množství je stejný. K tomu je nutné použít vzduchotechnické zařízení. Přetlakové větrání – víc vzduchu se přivádí, než odvádí. Vzduchotechnické zařízení zajišťuje současně přívod i odvod vzduchu, nebo pouze přívod. Podtlakové větrání – víc vzduchu se odvádí, než kolik se přivádí. Vzduchotechnické zařízení zajišťuje současně přívod i odvod vzduchu, nebo jen odvod. Klimatizace – vzduchotechnická jednotka zajišťuje dvě termodynamické úpravy, teplotu (ohřev a chlazení) a vlhkost vzduchu. 2.3 Vytápění Lokální topidla – zdroj tepla (např. kamna) v každé místnosti. Teplovodní otopná soustava – vytápění pracuje s teplotami vody např. 85/75; 85/65 (výstup vody z kotle/voda ve zpátečce do kotle). Používá se pro konvekční otopné soustavy (tzn. použití otopných těles). Nízkoteplotní otopná soustava – vytápění pracuje s teplotami vody 55/45; 45/35 (výstup vody z kotle/voda ve zpátečce do kotle). Používá se pro velkoplošné sálavé vytápění (podlahové, stěnové, stropní). Bivalentní zdroj – otopná soustava je napojena na dva zdroje tepla. Při neekonomickém provozu či nedostatečném výkonu primárního zdroje se toto zařízení vypne a vytápění přebírá druhý zdroj tepla. Nejčastěji se tohoto způsobu využívá při použití primárního zdroje v podobě tepelných čerpadel nebo při použití solárních kolektorů. Druhým zdrojem bývá kotel na fosilní paliva, dřevní hmotu či elektrickou energii.

PASIVNÍ A NÍZKOENERGETICKÉ DOMY

Recommend Documents