Zkušenosti s provozem pasivního domu (dřevostavby) v České republice Martin Jindrák, Atrea s.r.o, Jablonec n.N.;
[email protected] Tento příspěvek volně navazuje na článek z loňského sborníku této konference (str. 101- 114), který podrobně rozebíral principy, význam a možnosti teplovzdušného vytápění vzhledem k parametrům nízkoenergetických (NED) a pasivních (EPD) objektů, vč. bilančního výpočtu větrání RD. Všechny zkušenosti a předpoklady dle tohoto loňského příspěvku byly použity i v přípravě projektu EPD RYCHNOV u Jbc. Po mnoha letech získávání zkušeností a obdivování energeticky pasivních domů, realizovaných hlavně v Rakousku a Švýcarsku nastal čas zrealizovat domy těchto parametrů i v naší republice. A to nejen proto, aby i naši odborníci – projektanti a architekti – z praxe, nebo studenti středních a vysokých škol mohli na vlastní oči spatřit podobný objekt, získat praktické zkušenosti z provozu a opustit letité zaběhlé stereotypy v návrzích i realizacích. Dalším výrazným stimulem pro snižování energetické náročnosti objektů je i růst cen energií, potřebných nejen pro temperování objektů v zimě, ale také pro chlazení (klimatizování) v letním období. Projekt a výstavba energeticky pasivního domu (EPD) v Rychnově u Jablonce nad Nisou, mimo výše zmíněné požadavky, vznikl také pro odzkoušení vzduchotechnického a topného systému, který je v České republice hromadně uplatňován při výstavbě NED, v realizaci domu EPD. Na základě zkušeností budou tyto systémy upravovány a připraveny pro další následovníky stavění v rámci trvale udržitelného rozvoje. EPD v Rychnově u Jbc je pokračovatelem experimentálního nízkoenergetického (parametr 18kWh/m2.a) domu (dřevostavby), který byl realizován v roce 2001 v Koberovech u Turnova. Převzal základní koncepci dispozice, potřebný teplovzdušný vytápěcí a větrací systém s rekuperací tepla z odpadního vzduchu, upravený dle požadavků na energetickou náročnost EPD. Zde je např. požadavek na rekuperaci (znovuzískávání tepla z odváděného vzduchu z objektu) s účinností pohybující se kolem 90%!! . Výrazně byly upraveny konstrukce objektu. Stavební část obou objektů realizovala stejná firma, výrobce dřevostaveb na bázi plošné prefabrikace, RD Rýmařov. Popis stavební části je zmíněn v jiném příspěvku tohoto sborníku. Skladby konstrukcí obvodového pláště jsou patrné na obr.1 – 3. V podlaze přízemí (bez vyobrazení) byla ve skladbě použita izolace z polystyrenu o celkové tl. 200 mm. V Tab.1 jsou uvedeny hodnoty součinitelů prostupu tepla (U) obvodových k-cí obou objektů v porovnání s požadavky ČSN: 8 - kontaktní termofasáda 7 – vnější izolační vrstva – skelná izolace 6 – I profil vnější izolační vrstvy 5 – minerální izolace nosné části stěny 4 – parozábrana 3 – hranol nosné rámové konstrukce 2 – sádrovlákno 1 – sádrokarton Obr. 1 – Řez konstrukcí obvodové stěny Legenda: 8 – skelná izolace 7 – záklop stropu 6 – skelná izolace 5 – minerální izolace 4 – nosník stropního elementu 3 – parozábrana 2 – rošt sádrokartonu 1 – sádrokarton Obr. 2 – Řez stropem podkroví Legenda: 7 – difusní folie 6 – skelná izolace 5 – krokev 4 – parozábrana 3 – hranol samonosné konstrukce šikmého stropu 2 – sádrovlákno 1 – sádrokarton Obr. 3 – Řez šikmým stropem podkroví
Součinitel prostupu tepla U [W/m2K] ČSN 73 0540-02 RD KOBEROVY (platnost od 11/2002) (realizace 2001) Požadované. Dop. Pasivní Uvýp Un Undop dům-U
Stavební konstrukce
Plochá střecha,šikmá střecha<45° (strop podkroví) Šikmý strop podkroví Obvodová stěna, šikmá střecha>45° Okna (zasklení) Podlaha přízemí (strop nad sklepem)
lehká těžká lehká těžká nová uprav.
0,24 0,30 0,24 0,30 0,38 1,8 2,0
0,16 0,20 0,16 0,20 0,25 1,2 1,35
0,6
0,4
EPD RYCHNOV (realizace 2004) Uvýp
0,15
0,129
0,103
0,12
0,141
0,093
0,12
0,141
0,104
0,8
0,90
0,72
0,4
0,21
0,181
Tab. 1 - tepelné hodnoty obálkových konstrukcí - porovnání Jedním z kritérií EPD je splnění specifické spotřeby tepla k vytápění max 15 kWh/m2.a. Záleží ale také na umístění domu. EPD Rychnov má teoretickou (výpočtovou) spotřebu na úrovni cca 14 kWh/m2.a. Tato hodnota je vypočtena na základě tepelné ztráty domu (2200 W vč. větrání s rekuperací), venkovní výpočtové teploty (pro Jbc -18°C), délky topné sezóny (259 dní) a průměrné teploty v topném období (3,4 °C). Pokud bychom přenesly tento dům např. do Brna ( -12°C, 232 dní, Ø teplota 4°C), pak je výpočtová spotřeba tepla na úrovni cca 12,9 kWk/m2.a (tep. ztráta 1890 W). Nelze proto srovnávat EPD realizovaný v teplejších oblastech s domem, postaveným např. na horách. Výpočtově stejných parametrů specifické spotřeby dosáhne dům v nížině s konstrukcemi s horší hodnotou parametru U! Naši sousedé v Rakousku pro srovnání různých objektů stanovili referenční stanoviště 2523 Tattendorf. Ukazatel spotřeby energie za „normovaných podmínek“ pak slouží k přiznání výše finančního příspěvku stavebníkům. Např. základní příspěvek Dolního Rakouska pro EPD je ve výši 36 400 €. Stav, který v našich zemích pravděpodobně hodně dlouho nebude následován.
Graf tepelných ztrát domu v závislosti na venkovní výpočtové teplotě
Energeticky pasivní dům v Rychnově u Jbc – popis a dispozice domu Jedná se o samostatně stojící rodinný dům o dvou podlažích , zastřešený sedlovou střechou sklonu 38°. V dome je pět obytných místností (obývací pokoj, pracovna a tři ložnice), kuchyň s jídelním prostorem (volně spojeným s obývacím pokojem), plně vybavená koupelna, oddělené zádveří a technická místnost. Zastavěná plocha základního domu je 87,8 m2, obestavěný prostor 320 m3. Dům je nepodsklepený a byl realizován jako lehká dřevostavba na bázi plošné prefabrikace. Přistavěná garáž a sklad byl realizován k základnímu domu jako přístavba v systému Two by Four (montáž na stavbě bez prefabrikace).Tloušťka obvodových konstrukcí (479 mm) se již blíží „klasické výstavbě mokrým procesem“. Někteří zájemci o prohlídku objektu proto byli
překvapeni, že se nachází v dřevostavbě. I na základě tohoto vjemu se následně rozhodli znovu uvažovat o výstavbě domů tohoto provedení - dřevostavby.
Obr. 4 – Půdorysy objektu EPD Rychnov
Temperování a větrání objektu Pro vytápění a větrání objektu byl zvolen kompletní systém fy. ATREA s.r.o. Jako zdroj tepla byla zvolen integrovaný zásobník tepla o objemu 615 l, který zajišťuje i průtočný ohřev TUV. Toto řešení vylučuje vznik a rozmnožování bakterií Legionely. Potřebná energie je získávána ze solárního systému. Dle simulace přinesou kolektory s aktivní plochou 3x 1,78 m2 roční energetický zisk 2 800 kWh. Vzhledem k tomu,že ¾ ročního úhrnu dopadne v letním období, dokáže tento solární systém zabezpečit z cca 60% požadavky 4 členné rodiny na ohřev TUV. Při využití IZT 615 i jako zdroje tepla pro topný systém se bude vyrobené teplo dělit mezi TUV a UT. Tím se celková výtěžnost ještě zvýší. Skutečné energetické zisky budou sledovány a měřeny po dobu min. jedné sezóny a následně zveřejněny. Jako záložní zdroj pro letní a přechodové období, pro zimní období jako hlavní zdroj, jsou instalovány 3 elektrické topné spirály o celkovém příkonu 10 kW. Vzhledem k nízké teplené ztrátě domu byla pro rozvod tepla vzduchem a pro větrání s rekuperací odpadního tepla zvolena centrální vzduchotechnická jednotka DUPLEX RB s max. topným výkon 3,5 kW. Teplota topné vody je nastavena na 40°C (!), takže se skutečně jedná o nízkoteplotní otopný systém. Teplovzdušně jsou vytápěny všechny obytné prostory s výjimkou koupelny v podkroví a technické místnosti v přízemí, kde jsou instalovány otopné žebříky (předpisy ČR neumožňují přímé teplovzdušné vytápění těchto prostor).
Obr. 5. Energetické schéma IZT 615 s akumulačním elektroohřevem, solárními kolektory a průtočným ohřevem TUV Zvolený vytápěcí systém udržuje teplotu v objektu na základě informací dvou prostorových termostatů. Prvním (TR1) je ovládáno temperování obytného prostoru teplovzdušným systémem, druhým (TR2) je ovládáno topení teplovodní části (koupelna, tech. místnost). Řídící systém jednotky DUPLEX RB v současné době neumožňuje oddělené ovládání obou topných částí. Buď je na základě TR2 puštěno topení teplovodní části, nebo
na základě TR1 systém pouští jak teplovzdušnou tak i teplovodní část. Vzhledem k nepatrným požadavkům na přívod tepla do koupelen ( a následnému velmi pomalému poklesu teplot ) dochází k výraznému přetápění těchto prostorů – i nad 27°C. Při projekční přípravě stavby byla mezi koupelnou a ložnicí v podkroví zvolena příčka tl. cca 110 mm (tepelná izolace 50 mm). Při požadované teplotě v ložnici < 20°C a teplotě v koupelně cca 26 – 28°C pak tato příčka slouží jako velkoplošný radiátor o povrchové teplotě na straně ložnice 20,7 °C a „topném výkonu“ cca 38W. Tato hodnota se sice může jevit jako zanedbatelná, ale při špičkovém požadavku ložnice 140W na vytápění je velká část energie přiváděna neřízeně a dochází tak k přehřívání prostoru. I na tyto drobnosti je pak nutné pamatovat v celkové koncepci návrhu objektu. Rozvod teplého vzduchu po objektu byl proveden pomocí plochých kanálů, které byly integrovány do konstrukcí podlah přízemí i podkroví. Vzduchotechnické vedení odvětrání koupelny, kuchyně, technické místnosti a samostatné vedení centrálního zpětného vzduchu z obytné části do jednotky bylo dokonale integrováno do stropní konstrukce, v některých případech bylo použito sádrokartonových zákrytů. V interiéru kromě distribučních elementů (sacích ventilů, podlahových a stěnových mřížek) není vidět žádný rozvod VZT systému – je dokonale využito možností k-ce dřevostavby!!! Na obr. 6 je princip VZT systému, na obr. 7 pak schéma rozvodu tak, jak bylo realizováno v EPD Rychnov.
obr. 6 Systém teplovzdušného vytápění a větrání s rekuperací tepla a zemním registrem
obr. 7a Schéma rozvodu topného a větracího vzduchu do obytných místností
obr. 7b Schéma rozvodu odvětrání koupelny, kuchyně, zádveří a technické místnosti
obr. 7b Schéma výfuku a nasávání vzduchu z objektu Vzhledem k minimálním požadavkům na přívod tepla do jednotlivých místností a také k různému využití obou podlaží (např. večer v přízemí využití obývacího pokoje s požadavkem na vyšší teplotu prostoru než v podkroví v dětských pokojích) byl rozvod pomocí rozdělovací klapky upraven pro možnost zónového vytápění a také zónového větrání. Dle požadavku je tedy možno střídavě vytápět nebo větrat samostatně každé patro s využitím dokonalé izolace celého domu (minimálního poklesu teplot v té chvíli nevytápěné části). Tepelná obálka je tak dokonalá, že i při venkovní teplotě v noci od cca -12 - -16 °C klesá vnitřní teplota v přízemí přes noc o cca 1,5 °C bez jakéhokoliv dohřívání daného prostoru. Samotná technická místnost (viz. dispozice domu) byla řešena tak, aby její prostor byl maximálně využit. Do prostoru 2x2,8 m bylo nutno umístit následující zařizovací předměty a technologické zařízení: - umyvadlo - otopný žebřík - nádrž IZT 615 - sprchu - přípojku vody vč. domácí stanice a vodoměru - technologii solárních panelů - WC - teplovzdušnou centrální jednotku - propojení UT a TUV části - vývod cirkulačního zemního registru (2x DN 200 + rozdělovač cirkulačního ZR) Díky dokonalé synchronizaci všechny výše zmíněné předměty našli své místo + zůstal i manipulační prostor před všemi zař. předměty dle požadavků DIN norem, které jsou přísnější než ČSN. Jako jedno z mnoha netradičních řešení a postupů byl v tomto objektu pokusně zrealizován tzv. cirkulační zemní registr. ( zatím v žádných jiných pramenech nebyl publikován). Princip „klasického“ zemního registru je založen na ochlazování vzduchu při průchodu zemí. V hloubce cca 2 m je téměř stálá teplota zeminy (cca 7°C). V zimním období je ZR využíván pro předehřev vzduchu přiváděného do objektu. V letním období je vzduch, nasávaný z venkovního prostředí o teplotě např. 30°C při průchodu zemí zchlazen na teplotu cca 17 – 19 °C- Ten je pak přiváděn a rozváděn VZT systémem po objektu. Chladící výkon tohoto zemního registru se pohybuje kolem 2kW (v závislosti na kvalitě zeminy atd.).
Obr. 8. Schéma provedení zemního registru pro letní předchlazení a zimní ohřev vstupního vzduchu jednoduchý „jednotrubkový“ zemní registr
Realizovaný ZR objektu EPD Rychnov využívá stejného principu (chladu země). Proti základnímu provedení je přidána další trubka uložená v zemi + soustava uzavíracích klapek. Cirkulační vzduch z interiéru je vháněn jednou trubkou do země, přes klapkou uzavřenou šachtu se druhou trubkou vrací zpět do domu. Chladící výkon tohoto registru je cca 4 – 4,5 kW při stejném průtoku vzduchu jako u jednoduchého ZR. Všechny ostatní funkce ZR (např. při větrání přívod vzduchu atd. jsou na základě regulace zachovány). Na obr. 9 je schéma cirkulačního ZR s jednotkou DUPLEX RD v režimu chlazení. Obr. 9. Schéma cirkulačního ZR v režimu chlazení
Díky tomu , že je dům trvale obydlen, veškeré měřené veličiny ( vlhkost interiéru, koncentrace CO2, teploty interiéru i teploty povrchů, spotřeba el. energie pro vytápění i ohřev TUV atd) odrážejí běžné využívání objektu. Jsou mimo jiné průběžně srovnávány s matematickým modelem větrání, který byl uveřejněn v loňském sborníku této konference. např. vlhkost interiéru se pohybuje v rozmezí 43 – 52 % . Řídící systém VZT systému umí na základě venkovní okamžité teploty upravovat režim větrání tak, aby nedocházelo k přesušování interiéru. Protože však byl dům obydlen „až“ 3.12.2004 (vzhledem k problémům s přípravou a dokončením inž. sítí lokality byly zahájeny zemní práce pro přípravu spodní stavby – základové desky - 8.9.2004, montáž horní stavby byla zahájena 4.10.2004 a kompletní dokončení 3.11.2004 – v té době ale stále nebyly inž. sítě dokončeny), není měřena celá topná sezóna. Měření je také zkresleno spotřebou energie, potřebnou na prohřátí celého objektu při nastěhování a také nedostatkem zkušeností se správným využíváním objektu v návaznostech na jeho parametry. Výsledky měření této necelé topné sezóny tedy nebudou pravděpodobně plně odpovídat teoretickým výpočtům a předpokladům.
