Stavebně energetické koncepce budov

V koncepci je možné stanovit rámcové cíle (energetickou kvalitu obálky budovy, limit potřeby tepla na vytápění, podíl obnovitelných energetických zdrojů apod.) a současně i v tak raném stadiu přípravy projektového řešení ovlivnit využití pasivních solárních zisků (energie slunečního záření pronikající průsvitnými plochami do budovy) a zaměřit se na vhodný, spíše kompaktní tvar budovy.
Zájem o budovy s velmi nízkou potřebou provozní energie, často označované jako nízkoenergetické a pasivní, začíná výrazněji růst už i v České republice, a to i bez zatím zřetelnější podpory ze strany státu. Výhodou je možnost inspirace zahraničními příklady, která může proces dále urychlovat. Zvýšený zájem můžeme předpokládat:

• mezi běžnými malými investory rodinných a bytových domů, kteří chtějí nalézt co nejracionálnější dlouhodobé řešení. To vede k poptávce po velké různorodosti - od domů, jasně deklarujících navenek svým vzhledem a uspořádáním svou energetickou výjimečnost, až po domy zdánlivě zcela obyčejné. Žádána jsou odlišná řešení i z hlediska volby rozhodujících stavebních hmot a konstrukčních principů, z hlediska zdrojů vytápění, otopných ploch, atd.;
• mezi developery, kteří včas pochopí marketingovou sílu tohoto rychle rostoucího segmentu trhu;
• mezi investory - správci veřejných rozpočtů, kteří by ve svých investičních plánech, jak pro novostavby, tak pro (zejména) změny staveb, měli hájit veřejný zájem. Splnění pouhých ?vyhláškových a normových požadavků? zpravidla není společensky optimálním řešením;
• mezi stavebními firmami a výrobci stavebních hmot a prvků. Z postupné proměny poptávky na stavebním trhu budou profitovat ti, kteří byli včas a dobře připraveni. Je možné uplatnit výrazně větší množství izolačních hmot, na trh uvádět nové výrobky, nabízet nové služby;
• mezi vzdělávacími institucemi.

Všechny uvedené skupiny potřebují kvalitní informace, odpovídající technická řešení pro své investiční záměry, ověřené podklady pro ně i garantované způsoby ověřování kvality - jak v procesu navrhování, tak při kontrole realizace a způsobu užívání budov.

¤ Středisko ekologické výchovy Sluňákov v Horce nad Moravou (PROJEKTIL Architekti, stavebně-energetická koncepce Tywoniak, Kopecký a kol.). Budova sama je součástí environmentální výchovy (komponenty pasivního domu, měrná potřeba tepla na vytápění 25,1 kWh/(m²a), převážné využití obnovitelných energetických zdrojů, dřevěné konstrukce, výplňové zdivo z nepálené hlíny, monitoring vlastností)

Proměna představ

Od původních lákavých představ, že téměř vše vyřeší solární energie pronikající do budovy díky vhodně orientovaným proskleným plochám s následnou sofistikovanou akumulací tepla (solární domy), se postupně začala zdůrazňovat přednost omezení potřeby tepla na vytápění díky výrazně zlepšeným vlastnostem obvodových konstrukcí a zpětnému získávání tepla z větracího vzduchu.
Po ověření nízkoenergetických domů v praxi v průběhu osmdesátých let dvacátého století [1] byl vytvořen a publikován princip pasivního domu: návrh domu, na jehož vytápění by spolu s vnitřními zisky (teplo od obyvatel, domácích spotřebičů apod.) a pasivními solárními zisky okny postačilo jen takové množství vzduchu, které je nutné z hygienických důvodů přivádět. Jak připomíná jeden z tvůrců této koncepce, Dr. W. Feist z Darmstadtu, tato vize byla chápána jako vzdálený, teoretický, mimořádně ambiciozní cíl [2], pro který nalezli přitažlivé označení pasivní dům. Po prvních experimentech byl v Darmstadtu v roce 1996 v tomto energetickém standardu postaven bytový dům. Poté se začal vývoj urychlovat - o princip, konkrétní řešení i metody výpočtu začala mít zájem řada přemýšlivých architektů i investorů. Největší rozvoj nízkoenergetické výstavby a výstavby pasivních domů je zvláště patrný v německy mluvících zemích. Pozitivní impuls přinesla také světová výstava v Hannoveru v roce 2000, k jejíž příležitosti bylo postaveno větší množství pasivních domů. Tradiční náskok mezi rakouskými spolkovými zeměmi si udrželo Vorarlbersko, s nepřerušenou tradicí dřevostaveb. Zde od letošního roku platí, že všechny budovy pro sociální bydlení, na jejichž výstavbu jsou použity veřejné prostředky, musí být postaveny ve standardu pasivního domu. V průběhu letošního roku se tak v Rakousku oslaví postavení již dvoutisícího pasivního domu.
Mezinárodní výměna informací probíhá od roku 1997 každoročně také na konferencích Passivhaustagung [2]. K dispozici je mnoho dalších informačních zdrojů v tištěné i elektronické podobě, mnoho nejrůznějších školení, informačních akcí pro veřejnost apod. Jednou z nich je i Den pasivních domů, pořádaný v celé Evropě v jednom termínu (letos 10.-11. listopadu 2007).
Současně se základní definicí funkčního principu pasivního domu se postupně zpřesňuje i metodika navrhování (národní modifikace, řešení problému pro regiony s potřebou chlazení budov).

Definice a výpočtová hodnocení

¤ Nízkoenergetický bytový dům Wohnpark Sandgrubenweg, Bregenz, Rakousko (Atelier für Baukunst, Wolfgang Ritsch, Gerhard Hörbuger, Helmuth Kuess, Norbert Schweitzer)
Podle běžných definic [3, 5] je za nízkoenergetický považován takový dům, kde potřeba tepla na vytápění je nejvýše 50 kWh/(m²a) a za pasivní takový dům, kde je potřeba tepla na vytápění nejvýše 15 kWh/(m²a). Přestože marketingový přístup takové jednoduché ?nálepkování? vyžaduje, musí být současně splněna i řada dalších podmínek.
Jakmile se zpřísní legislativní požadavky na běžnou výstavbu, můžeme očekávat postupné snižování limitní hodnoty pro nízkoenergetický dům, popřípadě úplné vymizení tohoto pojmu. U pasivních domů je situace odlišná. W. Feist [2] v tomto smyslu uvádí obecnou definici: budova, kde tepelný komfort může být zajištěn výlučně pomocí dohřevu nebo chlazení čerstvého větracího vzduchu, aniž by k tomu muselo být užito vzduchu cirkulačního. Pokud definici přečteme pečlivě, tak konstatujeme, že pokud budou stavebně energetické vlastnosti obálky budovy a zpětné získávání tepla z větracího vzduchu na potřebné vysoké úrovni, může být vlastně vytápění řešeno libovolně. Jedná se tedy o princip řešení, nikoliv o předepsání jediného možného technického provedení.
Čím níže se budeme dostávat v deklarované potřebě tepla na vytápění, tím více se budeme muset zabývat ostatními energetickými potřebami provozu budov a dále uvažovat v obecnějších souvislostech.
Ke konci devadesátých let dvacátého století se z terminologie udržitelného rozvoje společnosti (sustainability) začínají odvozovat požadavky na výstavbu.
Jistou výhodu české situace můžeme (prozatím) vidět v tom, že pro hledání vlastního přístupu k těmto otázkám můžeme využít inspirace zahraničními prověřenými přístupy, jak ve společenském rámci, tak v konkrétních technických řešeních.
I pro specialisty v oboru vytápění a stavební fyziky je někdy obtížné se vyrovnat s novou realitou v energetické bilanci stavby, kdy některé dříve dominantní jevy přestávají být významné (například únik tepla plochou konstrukcí, pokud jsme snížili součinitel prostupu tepla k hodnotám 0,15-0,1 W/(m²K)). Jiné jevy, jako je energetický vliv neřešených tepelných mostů a vazeb nebo vliv průvzdušnosti obálky budovy, se naopak projeví výrazně více. Výpočty energetických bilancí jsou také výrazně více než dříve citlivější na korektnost zahrnutí vnitřních tepelných zisků od osob, energie slunečního záření pronikající okny i tepelných zisků od technologických zařízení a spotřebičů v domě. Pro výpočet potřeby tepla na vytápění nízkoenergetického a pasivního domu vystačíme s obvykle užívanou metodou měsíčních bilancí podle ČSN EN ISO 13790 [4]. Klíčové bude rozhodnutí o způsobu zahrnutí vnitřních zisků od osob a obsazenosti budovy a dále o použití vhodných souborů klimatických údajů.
Důležitým prvkem koncepčního řešení budovy je uvažování v širších souvislostech, včetně těch environmentálních. Z tohoto hlediska je významnou charakteristikou budovy množství primární energie pocházející z neobnovitelných zdrojů, a dále s tím spojené ekvivalentní emise CO₂.

Energie ve společenských souvislostech

Protože neznáme žádný zcela čistý energetický zdroj, je v teoretické rovině nepochybně nejlépe snížit potřebu energie na provoz budovy pomocí stavebního řešení co nejvíce, jak stav techniky v daném případě umožňuje. Zbytkovou potřebu energie budeme přednostně pokrývat pomocí obnovitelných energetických systémů. Z pohledu konkrétního investora to ovšem nemusí být tak jednoznačné: Zpravidla potřebuje řešit svůj (okamžitý) problém bydlení a má omezené finanční zdroje. Velkého investora - developera - pak přednosti nízkoenergetické výstavby v dlouhodobé perspektivě dosud nezajímají. Jen výjimečně je požadavek nízkoenergetického řešení jednoznačně a technicky úplně formulován předem. O zvoleném způsobu řešení pak rozhoduje směs často neutříděných, a někdy i protichůdných informací, které se k investorovi v daném období dostanou.
Současně je dobré si uvědomit, že souvislosti jsou širší - naše rozhodování o volbě architektonicko-stavebního a technického řešení by nemělo působit odděleně od celkové koncepce, která bude respektovat celou řadu dalších skutečností - různými způsoby se projevující důsledek existence budovy. K tomuto účelu byla vyvinuta, nebo se stále ještě vyvíjí, řada metod pro hodnocení širších souvislostí výstavby. Liší se uspořádáním, podrobností, náročností zpracování, etapou projektové přípravy, možnostmi, kdy jsou použitelné atd.
Klíčová rozhodnutí provedená včas (v přípravných fázích navrhování budovy), mohou výsledek ovlivnit nejvíce. Hodnotící nástroje, které mohou věrohodně pracovat s malým množstvím v dané době známých vstupních dat, jsou velmi žádané. Zejména tehdy, pokud umožňují jasnou interpretaci.
Cesty snižování environmentálního zatížení v souvislosti s budovami jsou velmi různorodé. Společným znakem by měl být soulad s obecně formulovanými požadavky udržitelnosti, kam lze kromě kvalitního vnitřního prostředí a nízké produkce škodlivin všeho druhu a energetických souvislostí zařadit i otázky sociální a ekonomické. Z toho můžeme odvodit snadno srozumitelný dílčí závěr [5], že: ?...je vhodné navrhovat taková řešení budov, aby bylo požadavku nízké energetické náročnosti dosahováno efektivně - tedy zejména s nízkou investiční náročností a s malou zátěží životního prostředí, po celý životní cyklus budovy. Výsledné energetické vlastnosti budovy lze zpravidla nejlépe ovlivnit při vytváření celkové koncepce v přípravné fázi projektu, zejména dobrou koordinací s koncepcí nosné funkce, vytápění a osvětlení budovy. Taková koncepce by měla být charakterizována mj. vyvážeností objemového a konstrukčně technologického řešení všech prostorů a konstrukcí, při nejnižší energetické náročnosti budovy.?

¤ Jeden z ukázkových pasivních rodinných domů v dolnorakouském Großschönau. Dům má dřevěnou prefabrikovanou konstrukci s využitím přírodě blízkých materiálů (více na www.sonnenplatz.at).

Solární systémy a budovy

Aktivní solární systém by měl být při návrhu budovy použit vždy s jasným vymezením jeho funkce a rozsahu. Nejčastější je solární termický systém (?solární kolektory?) pro přibližně šedesátiprocentní pokrytí roční potřeby energie na ohřev teplé vody. V některých případech může být takový systém použit, spolu s dalším energetickým zdrojem, i pro přitápění. Aktraktivní možnost dále představují systémy pro výrobu solární elektřiny (fotovoltaické systémy). Narozdíl od termických systémů, jejichž skutečné využití je závislé na téměř okamžité nabídce a poptávce, s možností akumulace energie obvykle jen po několik dní, mohou fotovoltaické systémy zapojené do veřejné sítě (označení on-grid) využít svého potenciálu na maximum. Jejich účinnost je dosud ovšem výrazně nižší než u termických systémů. Také cena může být značnou bariérou. I u budovy pyšnící se rozsáhlým využitím aktivních solárních systémů bychom ovšem měli nejprve omezit potřebu energie na technicky dosažitelné minimum.

¤ Jeden z pasivních domů v Koberovech je řešen tak, že potřeba energie na vytápění, ohřev teplé vody a elektrické energie na pohon domovní techniky a domácí spotřebiče bude v ročním součtu v rovnováze s produkcí elektrické energie rozsáhlým fotovoltaickým systémem na střeše. Dům je tedy možné označit za energeticky nulový. Projekt podpořený Českou energetickou agenturou je výsledkem spolupráce generálního dodavatele (společnost ATREA s.r.o.) s výzkumným centrem CIDEAS na Fakultě stavební ČVUT v Praze.

Závěr

V nejbližším období by měla odborná komunita dále pokračovat v hledání co nejefektivnějších konstrukčních a technologických postupů výstavby, snažit se o kultivaci dodavatelské sféry a o získávání developerů pro účast na rozsáhlejších projektech. Potřebné je zaměřit se také na urbanistické souvislosti, kde je možné při vhodné volbě podmínek a dobrém zpracování regulačních plánů připravit podmínky pro kvalitní, energeticky méně náročnou výstavbu. Nabízená řešení by měla být atraktivní pro všechny sociální skupiny. Úkolem pro odborníky je v současné době mj. zpřesnění a prosazení sjednocené metodiky hodnocení a deklarování vlastností budov s velmi nízkou potřebou energie. Aplikovaný výzkum by se měl též systematicky zabývat kvalitní integrací solárních systémů do budov, řešením nízkoenergetického chlazení budov, řešením zvyšování krátkodobé nezávislosti na dodávkách energie z veřejné sítě, efektivním využitím inteligentního řízení budov a transferem poznatků z novostaveb do rekonstrukcí budov na nízkoenergetický, až pasivní standard.

Použitá literatura
[1] Humm, O.: Nízkoenergetické domy. Grada, 1999
[2] www.passiv.de
[3] Tywoniak, J.: Nízkoenergetické domy. Principy a příklady. Grada, 2005
[4] ČSN EN ISO 13790. Výpočet potřeby energie na vytápění. ČNI 2005
[5] ČSN 73 0540:2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky. ČNI 2007