Nízkoenergetická výstavba

Citlivou otázku bytové situace dnes řeší mnoho lidí. Jedni se rozhodnou pro vlastní stavbu, druzí pro odkoupení bytu nebo rodinného domu. Každý ze stavebníků a nových majitelů nemovitostí však hledá odpověď na otázku: "Jak je použitý stavební materiál důležitý pro vlastní stavbu a pro následný provoz?", "Jaká výstavba je nejlevnější?".

Z hlediska sociálně - ekonomického a zdravotního stavební veřejnost formuluje svoje základní požadavky na výstavbu ve dvou bodech:

• vytvoření bytové jednotky s minimálním vlivem vnějšího prostředí, s co nejnižšími náklady na pořízení
• zajištění vnitřního prostředí nejnižšími náklady na vytápění a na výměnu vzduchu podle požadavků zdravého bydlení

Vytvoření vnitřního prostředí domu minimálně ovlivňovaného vnějšími podmínkami je spojeno s optimálním izolačním komplexem, minimalizací ztrát okny, minimalizací nákladů na vytápění a ventilaci. Tyto nároky na levnější provoz s sebou přinášejí změnu přístupu k výstavbě a obracejí naši pozornost na nízkoenergetické (NED) případně na pasivní domy (PD).

Podle energetické náročnosti odpovídají koncepci nízkoenergetického domu tyto charakteristické podmínky:

• Izolací vnitřního prostředí nízkoenergetického domu by se celoroční spotřeba energie na vytápění budovy měla pohybovat od +/- 0 do 50 kWh/m²rok (u PD je spotřeba do 15 kWh/m²rok)
• Řízená ventilace s účinnou rekuperací by měla recyklovat alespoň 70 % z vloženého tepla zpět, a musí přitom zajistit výměnu až 60 % vnitřního objemu vzduchu za hodinu.

Parametry pro realizaci těchto staveb musí splňovat ekonomické i ekologické požadavky, přičemž je nutné stanovit měřítko důležitosti mezi cenou stavebního materiálu a koncepcí výstavby. Nízkoenergetické stavby můžeme totiž stavět za určitých podmínek ze všech dosud známých stavebních materiálů.

Základní parametr porovnání hodnoty stavebního materiálu společně s vývojem cen energií a nejlepšího cenového efektu pro nízkoenergetický dům je vložen do hodnoty celkových energetických nákladů na stavbu domu a jeho využití. Celková spotřebovaná energie stanovuje cenu výstavby. Limitujícím faktorem ekonomické vhodnosti pro každý použitý materiál je energetická spotřeba na jednotku materiálu, při které dosáhne minimální doporučené hodnoty:

• pro obvodové stěny: součinitel prostupu tepla U = 0,2 W/m²K
• pro okna: součinitel prostupu tepla U = 0,8 (W/m²K)
• pro tepelný zdroj: výkon Q (kW) - dle tepelných ztrát budovy (stanoveno výpočtem)

Obecně by cena za vybavení stavby (tj. izolační komplex, výplně otvorů a systém výtápění a výměny vzduchu) v návratnosti vložených prostředků neměla přesáhnout dvacet let životnosti stavby, protože po této době přichází morální nutnost objekt zrekonstruovat.

Stavební materiál

Zásady procentického poměru zastoupení použitých materiálů a výrobků pro stavbu nám určují důležitost jednotlivých konstrukčních prvků - od obvodového pláště budovy s největší plochou, po střešní plášť, okna, dveře a podlahy. Porovnání hodnot technických vlastností jednotlivých materiálů lze zjistit jednoduchým způsobem z technických listů. Horší je to s porovnáním vzájemných fyzikálních vlastností, protože jednotlivě jsou hodnoty definovány za specifických (ideálních) podmínek stanovených výrobcem a často nejdou mezi sebou kombinovat a spojovat.

Stavební materiál vybíráme podle mnoha hledisek. Někdo tradičně trvá na klasickém páleném cihelném materiálu, někdo si vybere porobeton, někdo chce stavět z betonu a jiný preferuje dřevostavby nebo jiné použitelné materiály. Domy stavíme pro budoucnost, a proto musíme zvážit, jestli současné tepelné normy splňují požadavky budoucnosti. Určitou cestou je spojení materiálů do systému sendvičové stěny - konstrukčního materiálu a izolantu. Navýšením hmotnosti a tloušťky stavebního materiálu se nám totiž prodražuje výroba, doprava i manipulace a celkové náklady na stavbu.

V nízkoenergetické koncepci výstavby přebírá hlavní roli izolant a vedlejší je použitý konstrukční nosný materiál. Nejblíže ke splnění této koncepce s pevnou obalovou konstrukcí mají tenkostěnné pevné konstrukční materiály. Tyto materiály se bez izolace neobejdou, a přitom díky jejich izolačním schopnostem dosahují při menších tloušťkách stěn jednodušeji požadovaného tepelného odporu.

Používané sendvičové konstrukce nízkoenergetických domů lze rozdělit na lehké a těžké. V obou případech je možné použít jako izolaci minerální vatu nebo polystyren. Kompaktnost stavby společně s minimalizací ztrát je na projektovém řešení a je v přímé spojitosti s vyzrálostí a zkušeností projektantů a stavitelů. Stavební systémy z různých stavebních materiálů musí splňovat srovnatelné technické požadavky tak, abychom z nich mohli navrhovat jednoduché, ale i složité vícepodlažní nízkoenergetické stavby. Rozhodně nám výstavba z lehčích konstrukčních materiálů zlevní a zkrátí dobu výstavby a zvětší podíl levnějších izolantů, které sníží svojí účinností následné provozní náklady.

Jednotlivé konstrukce a systémy nízkoenergetické výstavby se tak od sebe liší svojí užitnou hodnotou. Například lehké sendvičové dřevostavby, které řadíme také k nízkoenergetickém stavbám, jsou podle prvotních představ přijaté jako vhodnější pro přízemní stavby, přitom při použití lepených hranolů a skořepinové výstavby ze dřeva nám umožní postavit i několikapatrové domy.

Výstavba z konstrukčně pevnějších materiálů např. z cihelného zdiva (tl. do 240 mm), betonových skořepin nebo ocelových skeletů je tu spojena s jednodušší statikou konstrukce a vyšší nosností. Jejich výroba však spotřebovává proti dřevěné konstrukci rozdílná množství energie.

Izolace

Dokonale izolovaný prostor můžeme vytvořit za podmínek, že máme kompaktní a pevnou konstrukci, kterou můžeme dostatečně izolovat. Izolační materiály mají, stejně jako materiály konstrukční, různé vlastnosti, a proto také mohou být různě použity. Ideální vlastnosti by mělo mít pěnové sklo, ale to však není běžně k dispozici. Nejrozšířenějšími izolanty jsou polystyren a minerální vata.

Nízkoenergetické stavby jsou velmi vnímavé pro vlhkost uvnitř sendvičové konstrukce a tepelné ztráty jsou na ní v přímé závislosti, protože "co je mokré, to rychleji vede teplo". Každá sendvičová stěna má jiné vlastnosti a jejich srovnání je složité. Měřítkem pro ekonomický přínos nejsou pouze velké izolační schopnosti. Některé domy i s použitím silné izolace (až 350 mm) neopodstatní svoji návratnost investice ani za 80 let. Je to zaviněno především neřešením vzniklého problému s vnitřním prostředím stavby. Mikroventilace okny je nedostatečná z důvodu hygienického, a hlavně působí neekonomicky diky neustálému následnému vytápění místností na požadovanou teplotu.

Měřítkem vhodnosti jsou zde opět technické parametry izolantu, zákony termodynamiky a složitost technologických kroků při samotné výstavbě. To je také spojeno s cenou celého izolačního komplexu. Tloušťka použité izolace odpovídá nejvhodnějším technickým parametrům a momentálnímu poměru ceny pořízení a ceny ztracené energie. Síla izolantu v budoucnosti bude růst s potřebou výstavby nízkoenergetických domů, až po potřebu stavět domy pasivní.

Mikroklima budov

Vytápění a problémy s kondenzací vodní páry uvnitř budovy je složitá otázka k řešení. Ekonomicky výhodnou odpovědí je rekuperační jednotka, která vyřeší recyklaci již jednou zaplaceného tepla a otázku zdravotně nezávadného prostředí domu. Rekuperační jednotka je nejjednodušší energetickou recyklační jednotkou, sestavenou z výměníku tepla, ventilátoru na přívodu vzduchu do domu a na odvodu z domu. Pracuje na principu předávání tepla do výměníku z odcházejícího vzduchu a nahřívání vzduchu, přicházejícího do domu. Pomocným zařízením je zemní registr. Je to jednoduché zařízení (délky 25 m, z PVC, o průměru 200 mm, položené v hloubce 2 m), které nám v zimě vstupující vzduch předehřeje až o cca 10 ^oC a v létě jej zase ochladí - taktéž až o cca 10 ^oC. Tím získáme i levné chlazení vnitřního objemu budovy v letním období. Systém samotné rekuperační jednotky nám nemůže zajistit vlastní vytápění domu, ale není nic jednoduššího než za výměník do vstupu čerstvého vzduchu zařadit ohřívací jednotku.

Příklad nízkoenergického levného domu

Dům postavený na základě poznatků o materiálech, technologiích a ekonomice výstavby je koncepčně možno řešit takto:

Obvodová konstrukce

• Lehká konstrukce: skelet z lepených dřevěných hranolů opláštěný deskou z OSB, dřevotřísky nebo z jiných deskových materiálů - samonosná panelová stavba z desek OSB a polystyrénu
• Těžká konstrukce: obvodový plášť z nových tenkostěnných skořepinových tvárnic nebo z cihelných tvárnic do tloušťky 200 mm

Tepelná izolace

• polystyrenem: z vnitřní strany v tloušťce od 160 do 240 mm (EPS 100 F) s kašírovanou sádrokartonovou nebo Cetris deskou
• izolační vatou: z vnitřní strany v tloušťkách od 180 do 240 mm, zde je nutné vestavět nosnou konstrukci pro sádrokarton a vložit parozábranu pro zamezení prostupu vlhkosti do konstrukce.
• izolační okna se žaluziemi U = 0,6 až 0,8 W/m²K

Řízení mikroklimatu uvnitř budovy

• rekuperační jednotkou zajišťující výměnu vzduchu v objemu od 15 % do 60 % za hodinu (např. pro rodinné domy od 90 do 300 m³/hod s příkonem, při maximální výměně vnitřního vzduchu, 300 W)
• přívod vzduchu je veden přes zemní registr tj. pro RD je dostatečná trubka z PVC o průměru 200 mm, délky 25 m, v hloubce 2 m, se ziskem cca +10 ^oC v zimě a v létě s ochlazením o cca -10 ^oC

Řízení teplovzdušného vytápění uvnitř budovy a akumulace tepla

• výtápění vnitřního objemu domu teplým vzduchem
• zdrojem tepla může být sluneční kolektor s akumulačním výměníkem
• alternativou přímotopné jednotky nebo el. kotel s akumulační nádrží nebo kotel na dřevní hmotu - nutné vše s plynulou regulací výkonu (pro RD od 2 do 10 kW) a recyklace jednou vynaložené energie tepelným výměníkem v rekuperační jednotce pracující s účinností předání 90 % vloženého tepla

Závěr

Nízkoenergetické a pasivní stavby sehrají velmi brzy význačnou roli v našem stavebnictví. Výstavba takového domu nízkoenergetickou technologií je o 15 až 20 % levnější a jeho provozem se může ušetřit v případě NED 70 % a u PD až 90 % nákladů na vytápění.

Ing. Miloslav Truksa a kol.