CT 52 Technika prostředí
LS 2013
Problematika nízkoenergetických budov
12. Přednáška
Ing. Olga Rubinová, Ph.D. 1
Osnova předmětu týden
přednáška
1
Faktory ovlivňující kvalitu vnitřního prostoru
2
Tepelná pohoda a rovnováha člověka
3
Vlhkost v budovách
4
Hodnocení tepelně vlhkostního mikroklimatu budov
5
Vzduch, který dýcháme
6
Hodnocení a zvyšování kvality vzduchu
7
Hygienické požadavky na pracovní prostředí
8
Energetická náročnost a legislativa ČR
9
ENB – vytápění a chlazení
10
ENB – osvětlení a teplá voda
11
ENB – větrání
12
Problematika nízkoenergetických budov
13
Další složky mikroklimatu budov 2
Vývoj ekologicky zaměřené výstavby
SOCIÁLNÍ
Energeticky úsporná stavba
Stavební biologie
Stavební ekologie
SPOTŘEBA ENERGIE
ZDRAVÉ VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ
VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
ENVIROMENTÁLNÍ kritéria trvale udržitelné výstavby
EKONOMIKA
4
Experimentální energeticky autonomní stavby (od 70.let) • Částečně nebo zcela pod terénem • Jižní strana = velký skleník (solární domy) • Využití energie Slunce a větru a její akumulace na delší dobu • Nové druhy tepelné izolace – transparentní, voštinové, z přírodních materiálů (konopí, sláma) • Lokální a přírodní stavební materiály (nepálená hlína) • Recyklace tepla, vody a odpadů • Energetické využití bioodpadů
http://calla.ecn.cz/ 5
Experimentální NED (od 70.let)
Podzemní a solární architektura
6
7
Využití solární energie
8
Pasivní využití slunečního záření • Akumulační solární stěny – Trombeho stěna • Energetická fasáda • Solární střecha • Transparentní tepelná izolace
9
Trombeho stěna – zimní provoz
Trombeho stěna – letní provoz
11
Trombeho stěna v ČR
http://www.envic-sdruzeni.cz Chalupa u Trombeho
3.11.2008
12
Trombeho stěna – akumulační stěny v interiéru
Akumulační stěna z nepálené hlíny
13
Transparentní tepelné izolace Transparentní tepelné izolace = materiál s vlastnostmi: dobrá propustnost slunečního záření + nízká tepelná ztráta
TI propouští sluneční paprsky pouze pod úhlem do cca 25 stupňů a umožňuje tím ohřev zateplení pouze na podzim, v zimě a na jaře, kdy se slunce pohybuje nízko
Voštinové izolace Vlastní materiál voštin (plast nebo papír) je pochopitelně také málo tepelně vodivý. Zvýšení teploty ve vnější vrstvě izolace znamená snížení tepelných ztrát. Při přímém slunečním svitu v zimním období dochází dokonce k takovému vzestupu teploty, že tepelný tok naopak směřuje dovnitř.
15
16
Zeleň v urbanismu
17
Zelená střecha
Extenzívní (samoudržovací – sukulenty, traviny) Intenzivní (zahrada – stromy, keře, údržba)
18
Zelená střecha Chladící efekt je vyvoláván hlavně odpařováním vody a stínícím efektem vegetace, ale také schopností odrážet sluneční záření, spotřebou energie na proces fotosyntézy a tepelnou akumulací vlastní zadržované vody.
Tepelně izolační vliv v zimě vzduchové vrstvy uvnitř vegetace a fakt, že studený vítr nemůže pronikat k povrchu zeminy. Určitý tepelný zrcadlový efekt má hmota vrstvy zeminy, odraz infračerveného záření z budovy rostlinami a produkce tepla při vzniku ranní rosy (kondenzace 1 g vody uvolňuje 530 kalorií tepla). 19 Zemina tl. 12 cm snižuje prostup hluku o 40 dB. Vrstva zeminy 20 cm silná o 46 dB.
20
Energetická bilance PD Pasivní dům – název vznikl ze snahy o maximální využití pasivních zisků
Prostup + větrání = vnitřní zisky + solární zisky Okno – v zimě topí, v létě nesmí zhoršovat - Nutné stínící prostředky
21
Princip a zásady pasivního domu
Nízká spotřeba tepla na vytápění
Pasivní zisky
Solární zisky + stínění v letním období
Vnitřní zisky (lidé, osvětlení, spotřebiče)
Ztráta prostupem
Izolace obálky bez tepelných mostů (izolace stěn, trojsklo)
Vhodný tvar budovy a její osazení do terénu
Ztráta větráním
Recyklace tepla z odpadního vzduchu
Vysoká vzducho těsnost budovy
http://www.3ae.cz 22
Stavebně technické zásady pro NED a PD volba pozemku a osazení budovy na něm; orientace ke světovým stranám s ohledem na dopad přímého slunečního záření během roku, současné i v budoucnu předpokládané zastínění budovy okolní zástavbou, terénem a zelení, převládající směr větru; tvarové řešení budovy (kompaktnost tvaru, členitost povrchů), které se nejsnáze vyjadřuje geometrickou charakteristiku, tj. poměrem mezi ochlazovanou plochou obálky budovy a vytápěným objemem (nižší hodnoty jsou obvykle příznivější); vyloučení, popř. omezení koncepčních příčin tepelných mostů v konstrukcích a výrazných tepelných vazeb mezi konstrukcemi; vnitřní uspořádání s ohledem na soulad vytápěcích režimů, tepelných zón a orientaci prostorů ke světovým stranám; velikost prosklených ploch na jednotlivých fasádách; využití očekávaných vnitřních tepelných zisků podle charakteru provozu 23
První pasivní dům DARMSTADT 1990 V roce 1990 byl postaven v německém městě Darmstadt, ve kterém byl později založen Institut pro pasivní domy, řadový dům se čtyřmi jednotkami (4 řadové domy - architekti Bott, Ridder a Westemeyer). Nejvíce PD je nyní v Rakousku (2 tisíce ?). V České republice byl první pasivní dům postaven v roce 2004. Nyní je jich cca 300.
24
První pasivní dům DARMSTADT 1990 Teplá voda
PASIVNÍ DŮM je původně definován velmi nízkou spotřebou tepla na vytápění < 15 kWh/m2. (nyní se lokálně přidávají podmínky spotřeby primární energie apod.) Z toho je např. definován faktor 10 – 10x nižší spotřeba tepla v srovnání s běžnou výstavbou 20.století.
http://www.passivhaustagung.de/Kran/Passivh aus_Kranichstein.htm 25
První pasivní dům DARMSTADT 1990 v pasivním standartu
spotřeba tepla kWh/m2
Rozdělení zisků a ztrát: Koncový dům v Darmstadtu: běžně řešený
ztráty
zisky
ztráty
zisky 26
První pasivní dům DARMSTADT 1990
27
První pasivní dům DARMSTADT 1990
28
Spotřeba energie v průměrném EPD
29
Ekologické trendy – přírodní stavební materiály Nepálená hlína Sláma Technické konopí Recykláty …
Akad. Arch. Aleš Brotánek Šetrné využívání energií a možnosti využití místních a přírodních materiálů neznamená návrat do jeskyně, ale osvobození od závislosti na plýtvání = trvale udržitelný život v praxi.
30
Ekologické trendy – přírodní stavební materiály
STAVEBNÍ TEPELNÁ IZOLACE Z OVČÍ VLNY součinitel tepelné vodivosti 0,038 W. m-1.K-1 31
Tepelné mosty v obálce budovy
Lineární a bodové tepelné vazby – zjednodušeně ∆U
32
33
Soubor EPD Koberovy (Atrea)
34
Soubor EPD Koberovy (Atrea)
35
Využití pasivního slunečního záření
Venkovní teplota
zataženo → nejsou vnější zisky → vysoká spotřeba tepla
Spotřeba tepla
Slunečno → pasivní solární zisky → nízká spotřeba tepla
36
Letní tepelné mikroklima (RD Koberovy) • Dřevostavba - vnitřní obklad 2x SDK – 6,3t • Prosklení 11 % plochy jižní fasády (solár. arch. 25 až 40 %) • Absence střešních oken, přesah střechy, zelené stromy – zátěž objektu 2,8 kW • ZVT – tp = 13 až 17 °C vliv zeminy (zde jíl = nejlepší), – chladicí výkon ZVT: Q = 1,8 kW – cirkulační provedení: menší kondenzace, menší ztráta větráním • Teplota v interiéru 20,5 až 24,5 °C • Vnitřní zisky lidí a spotřebičů 8 až 15 kWh/den
37
Vliv zeměpisné polohy Dostupnost slunečního záření v Alpách = 1,5x v Břeclavi = 2x v Jablonci 1x
Vliv lokality na dostupnost slunečního záření a tím pasivních zisků (intenzita záření a zejména počet slunečných dnů) 38
Zdroj tepla pro vytápění, ohřev vody, větrání
39
40
Využití solární energie Domy se mohou stát nulovými, nebo nule blízkými, jen budou-li energii také vyrábět – samozřejmě ze zdrojů, které jsou obnovitelné. Ohřev teplé vody, podpora vytápění předehřev větracího vzduchu, teplovzdušné vytápění Výroba elektřiny
41
Nízké tepelné ztráty – teplovzdušné vytápění
KDE JE ZDROJ TEPLA ?
42
Solární chlazení – teplo pro absorpční zdroj chladu
Festo AG Esslingen-Berkheim Největší solární chladicí systém; 1300 m2 vakuových kolektorů
43
Aktivní fasády – integrace OZE do budov
Solar Center in Frankfurt
44
Sezónní zásobník tepla
45
Sezónní akumulace tepla – aktivní tepelná ochrana
46
Sezónní akumulace tepla – aktivní tepelná ochrana
47
Solární domy
•
•
Vzniku staveb, označovaných dnes jako pasivní domy, předcházela výstavba s koncepcí solárních domů. Domy byly navrhovány s velkými zásobníky tepla (voda, kámen, zdivo), které akumulovalo teplo ze slunce skrze vodu nebo vzduch. Menší důraz byl kladen na tepelnou ochranu budovy a vhodné větrání. Tradice solárních domů odkazuje do starověkého Řecka a Číny, kde jsou pro ně vhodné klimatické podmínky. http://www.nazeleno.cz/stavba/slunecni-dum-temer-100-spotreby-pokryje-solarni-energie.aspx
48
Budova správy národního parku v německém Zwieselu
Sluneční kolektory – jih + sklon: 80°, maximálně využívají zimní slunce. V létě, kdy se řeší naopak problém s přehříváním budovy, brání přístupu slunce do budovy i k solárním kolektorům přesah střechy (2,6 m). V horní části budovy jsou umístěna vyklápěcí okna, která po otevření umožňují efektivní větrání na principu komínového efektu. Letnímu slunci v přehřívání budovy a kolektorů brání i vysouvací rolety. 49
Aktivní využití solárního záření
50
Aktivní využití solárního záření - FOTOVOLTAIKA
51
FOTOVOLTAIKA – případová studie Počet a výkon FV panelů: Rozměr panelů: Celková plocha panelů: Místo: Nominální výkon: Orientace a sklon panelů:
24 ks á 200 W 1 x 1,5 m 36 m2 Pardubice, 234 mn.m. 4,8 kW 175°, 35°
52
FOTOVOLTAIKA – případová studie
53
FOTOVOLTAIKA – případová studie
54
Jak dál ? Mrakodrap Anara Tower v Dubaji bude ekologický a energeticky soběstačný. Na jeho vrcholu totiž bude stát turbína, která celé stavbě zajistí elektrickou energii , zásobník na dešťovou vodu, solární panely …
55
56
Energeticky soběstačný dům Rodiný dům bez přípojek, který si všechnu potřebnou elektřinu vyrábí ze slunce. http://ostrovnidum.cz/
Izolované betonové stěny, dům ze severu a západu zahrnut zeminou, zelená střecha Pasivní solární zisky prosklením Krb, teplovzdušné vytápění + topné registry Fotovoltaická elektrárna 2,5 kWp, studna Litinový kotel 34 kW + akumulační nádoba 4,5 m3 s průtočným ohřevem teplé vody
57
Trigenerace
Příklad využití trigenerace 2/2011 Budova ekologického obchodu je soběstačná díky vybavení: • Kogenerační jednotky (čistý řepkový olej) → teplo a chlad • termické solárních kolektory • světlíky • umělé osvětlení plochy stmívatelné, reaguje na zisky denního světla a automaticky upravuje intenzitu umělého osvětlení • dešťová voda zachytávána v akumulační nádrži a následně použita na splachování WC, mytí podlah, zalévání zeleně apod. http://hradec.idnes.cz/obrazem-v-jaromeri-maji-prvni-drevenyhypermarket-na-kontinentu-phi-/hradeczpravy.aspx?c=A110210_151332_hradec-zpravy_klu
Škola je plachta, potřebná k plavbě životem. Anonym
60
