Zkušenosti z realizace a provozu domů v pasivním energetickém standardu v ČR

Energeticky pasivní dům

První EPD domy v ČR sloužily v podstatě jako obydlené laboratoře. Nejpodrobněji byl zmapován provoz, spotřeby a vnitřní prostředí EPD v Rychnově v Jizerských horách. Porovnaly se a potvrdily teoretické výpočty potřeby tepla na provoz domu se skutečnou spotřebou v průběhu několika let. Ověřily se přepoklady velikosti ploch výplní otvorů - kdy např. realizace EPD v ČR měly plochy prosklení daleko menší než energeticky identické domy v Rakousku. Místo běžných 30-40 % prosklení na jižních fasádách domů dosahovaly v ČR tyto plochy cca 11 %. Zimy chudé na slunce v letech 2008/2009 nebo 2012/2013 potvrdily, že tato volba byla správná. Obyvatelé Rakouska mají totiž k dispozici dvakrát až třikrát více slunečního záření, než je běžné v ČR.


Ve spolupráci s ČVUT v Praze byl podrobně měřen provoz vzduchového zemního výměníku, který je po technické stránce ideální realizovat v rekuperačním výměníku kvůli potlačení zamrzání kondenzátu a také z důvodu výrazného zvýšení účinnosti a efektivnosti. Závěr měření ukázal energetický přínos vzduchového zemního výměníku v zimním období díky předehřevu vzduchu cca 60 kWh/rok (v sazbě elektro D35 činí cca 150 Kč). Chladicí výkon v letním období není rozumně vyvážen pořizovacími náklady. V tomto směru je vhodnější realizace např. tepelného čerpadla systému vzduch/vzduch s propojením přímo do VZT jednotky.

Ověřovala se také tepelná stabilita domu v zimním i letním období při extrémních teplotách. Obava z přehřívání stavebních konstrukcí se nepotvrdila, přímé srovnání nejen s dřevostavbami v okolí jasně prokázalo pozdější reakci na venkovní vlivy. V létě byly v pokojích nižší teploty až o 4 °C, v zimním období byl zaznamenán vyrovnanější stav s daleko menším požadavkem na dodávku energií.



V současné době je však k dispozici množství měřených údajů také z dalších staveb a po správném porozumění v rámci jednotlivých vazeb lze tedy předpovídat chování domů při provozu. Mnohaletá měření boří některé mýty, které se k otázce EPD v ČR váží. Zjištěné údaje mohou v současné době velmi přispět k vytvoření, a hlavně zajištění komfortního prostředí obytných budov. Výstavba energeticky pasivních rodinných a bytových domů nebo škol s instalací VZT systémů ukazují směr dalšího vývoje. EPD už v roce 2004 splňovaly technické parametry, ke kterým spěje současný směr výstavby (zejména vzduchotěsnost) - jsou vybaveny systémy řízeného větrání se zpětným ziskem tepla a bydlí v nich spokojení lidé. Zkušenosti z realizace energeticky pasivních rodinných a bytových domů lze rozšířit například také na budovy škol nebo kanceláří.

Vnitřní prostředí - CO2 a relativní vlhkost ve vazbě na intenzitu větrání

V budovách trávíme většinu dne. Abychom se v nich cítili příjemně a mohli podávat odpovídající výkon, je třeba v interiéru zajistit zejména odpovídající teplotu, relativní vlhkost a přívod čerstvého vzduchu. Předpisy jsou v daných požadavcích poněkud roztříštěné a je tedy možné vybírat mezi několika možnostmi dimenzování. Vzhledem ke zkušenostem z EPD se ukazuje vhodná realizace systému řízeného větrání, kdy je výměna vzduchu řízena nezávisle na uživatelích domu. Jako ideální se ukázala instalace čidel ke sledování kvality vzduchu v interiéru budov a řízení systému větrání na základě zjištěné aktuální koncentrace oxidu uhličitého. Čím je koncentrace CO2 v interiéru například s rostoucím počtem osob vyšší, tím je také vyšší požadavek čidla na výměnu vzduchu. Řízený přívod vzduchu se tak v průběhu dne neustále mění s cílem zajistit optimální parametry vnitřního prostředí.




Obr. 4 a, b, c. Budova ZŠ v Kostelní Lhotě u Nymburka (4a - původní stav kolem roku 1890, 4b - podoba budovy po stavebních úpravách v roce 1962, snímek z roku 2011, 4c - současný stav budovy po stavebních úpravách v roce 2012). Osazením těsných oken a provedením venkovní termofasády se zlepšila vzduchotěsnost a tím snížil přívod vzduchu do tříd neřízeně - infiltrací.

Vyhláška č. 268/2009 Sb., ve znění vyhlášky č. 20/2012 Sb., o technických požadavcích na stavby, stanovuje: § 11 - Denní a umělé osvětlení, větrání a vytápění. Pobytové místnosti musí mít zajištěno dostatečné přirozené nebo nucené větrání a musí být dostatečně vytápěny s možností regulace vnitřní teploty. Pro větrání pobytových místností musí být zajištěno v době pobytu osob minimální množství vyměňovaného venkovního vzduchu 25 m3/h na osobu, nebo minimální intenzita větrání 0,5 l/h. Jako ukazatel kvality vnitřního prostředí slouží oxid uhličitý CO2, jehož koncentrace ve vnitřním vzduchu nesmí překročit hodnotu 1500 ppm.

Na základě několikaletých měření zátěží, reakcí systémů, obsazení apod. byla v roce 2006 stanovena požadovaná nastavení výměny vzduchu podle počtu osob, typů místností a také výměny vzduchu bez pobytu osob v budově. Na tyto parametry byl následně nastavován provoz několika tisíc systémů řízeného větrání v dalších domech. Jistě stojí za zmínku, že prakticky totožné požadavky navrhuje ČSN EN 15251, převzatá z evropských předpisů v květnu roku 2007, která se mezi odbornou veřejnost začala rozšiřovat po roce 2009.



Jednodušší postup pro výpočet množství energie potřebný na dohřev vzduchu - vzorec známý např. z TNI 73 0329 - počet osob * 25 m3/h * 0,7, nebo v trochu odlišné podobě v nejnovější TNI 73 0331 má původ právě v rámci měření v prvních EPD v ČR.

Byla například vyvrácena tvrzení, že teplovzdušné cirkulační vytápění vysušuje interiér. Je zcela lhostejné, jaký systém rozvodu energie zvolíme - zda radiátory, podlahové topení nebo teplovzdušné cirkulační vytápění. Ve všech případech ohříváme interiérový vzduch. Vysušování interiéru se váže na výměnu vzduchu při větrání.

Pokud je výměna interiérového vzduchu za exteriérový řešena samovolně infiltrací nebo je předimenzováním řízeného přívodu vzduchu zbytečně vysoká, vzniká deficit mezi vnitřní a venkovní vlhkostí vzduchu.



Typický příklad představuje např. panelový dům se starými dřevěnými okny, kterými i v uzavřené pozici neustále proudí do bytu vzduch v množství 2-4krát vyšším, než je požadavek na přívod vzduchu pro čtyři osoby v době jejich pobytu. V zimním období, při výrazném poklesu venkovních teplot, kdy jsme ovlivněni suchým vzduchem z vnitrozemí, relativní vlhkost v těchto bytech klesá až na 20 %. Po výměně oken se dostáváme do obráceného problému - lidé nebyli zvyklí větrat, nebo alespoň otevírat okna. Výměna vzduchu klesá na hygienicky nedostatečnou úroveň a kromě rostoucích koncentrací CO2 se zvyšuje i relativní vlhkost, často až nad 70 %. Následně dochází ke kondenzaci této vlhkosti na chladnějších okenních plochách.

Ve vzduchotěsných domech vybavených systémem řízeného větrání není problém odpovídající vnitřní prostředí zajistit. Koncentrace CO2 se standardně udržuje v rozsahu 800-1200 ppm, relativní vlhkost od 38 % (spíše však od 40 %) až 52 %. Uživatelé si na tento stav velmi rychle zvyknou, a pobyt v jiném prostředí pak vnínají s daleko větší citlivostí. Nejvíce podnětů přichází v tomto směru od dětí. Zkušenosti z měření v rámci školních budov tak mohou sloužit jako ukázkový příklad také pro kancelářské prostory nebo obchodní centra.



Obr. 2 znázorňuje vazbu relativní na měrnou vlhkost vzduchu v interiéru a exteriéru EPD Rychnov.

Větrání školních budov

Větrání školních síní definovaly už první stavební předpisy c.k. mocnářství Rakouska-Uherska. Od té doby však na to bylo často, obvykle z finančních důvodů, pozapomenuto. Koncentrace CO2 ve třídách jsou zvýšené, větší čas vyučování probíhá v prostředí nad maximální hodnotou 1500 ppm.

Děti mají problém z důvodů nekvalitního vnitřního prostředí udržet pozornost. Vyvětrání není zajištěno ani o přestávkách, protože okna se z bezpečnostních důvodů nesmí otvírat. Navíc by často otevřeným oknem směřoval do třídy hluk z blízkých cest, prach atd. Zřizovatel má přitom povinnost zajistit přívod vzduchu o objemu 20-30 m3/h na žáka. Tuto povinnost mu ukládá vyhláška č. 410/2005 Sb., o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých. Z ekonomických důvodů se nedodržování daných paragrafů mlčky přechází. K dispozici přitom existuje mnoho měření, studií a návrhů na zlepšení tohoto stavu.

Pokud však navštívíme školy, v nichž je výměna vzduchu zajištěna, jedná se o jakousi analogii prvních energeticky pasivních domů, které sloužily jako vzorové realizace pro prezentaci zájemcům o bydlení v těchto stavbách. Výbornou ukázku představuje např. školní budova v Kostelní Lhotě u Nymburka, která byla postavena právě v dobách Rakouska-Uherska a od té doby prošla několika více či méně zdařilými stavebními úpravami. Poslední, velmi zásadní úprava se uskutečnila v roce 2012.

K zajištění dostatečného množství světla v rámci hygieny vnitřního prostředí bylo na základě provedené studie osvětlení doporučeno upravit stávající a vybourat nové okenní otvory. Není bez zajímavosti, že po odsekání omítek se návrh prakticky kryl se zazděnými původními okny z doby roku 1890 (obr. 4). Stávající akumulační elektrická kamna byla nahrazena radiátory, zdroj tepla v současnosti představuje tepelné čerpadlo vzduch/voda. Budova se tepelně izolovala a po doplnění ozdobných polystyrenových říms kolem oken její vzhled v současnosti odpovídá původní podobě z roku 1890. Potřeba tepla na vytápění je však daleko menší a třídy mají stabilnější teplotu. Díky odpovědnému přístupu starosty obce, zřizovatele a provozovatele školy, se řešila i výměna vzduchu pro dvě malotřídky (obr. 5). Osazením těsných oken a provedením venkovní termofasády se zlepšila vzduchotěsnost a tím snížil přívod vzduchu do tříd neřízeně - infiltrací. Povinnost zajistit vhodné vnitřní protředí vedla k posuzování variant realizace v rámci daných finančních možností. Nakonec byla osazena pro obě třídy společná vzduchotechnická jednotka s rekuperací tepla, která se běžně používá pro velké rodinné domy. Vzduch je přiváděn do prostorů nad tabule a je odváděn v zadní části obou tříd. Kombinací předvětrání prostoru ráno před příchodem žáků a následně udržováním potřebného výkonu díky čidlům CO2 v každé třídě dokáže výkonově mírně poddimenzovaná jednotka zajistit udržení požadovaných parametrů vnitřního protředí. K překročení koncentrace CO2 nad koncentraci 1500 ppm došlo celkem pětkrát (jedenkrát slavnostní otevření školy, jedenkrát nácvik na společnou vánoční besídku, jedenkrát vánoční besídka, dvakrát společná debata obou tříd v jedné místnosti s hasiči a policií) - vždy při výrazně vyšším počtu osob než při běžném obsazení. Požadavky vyhlášek č. 410/2005 Sb. a č. 268/2009 Sb., ve znění vyhlášky č. 20/2012, jsou zajištěny, učitelé si pochvalují vyšší pozornost žáků a také na sobě pozorují daleko menší únavu během vyučování. Využívání řízené výměny vzduchu s rekuperací tepla a filtrováním od prachových částic má vliv i na snížení nemocnosti žáků.

Jako další inspirativní příklad lze uvést i velkou pavilonovou ZŠ Jenišovice u Turnova. Nalézá se v ní devět tříd a učebna fyziky. O letních prázdninách roku 2013 proběhla zásadní revitazace školy, první od doby postavení budovy v roce 1965. Stavba byla zateplena, vyměnila se okna a kompletně se změnily skladby plochých střech - navíc se realizoval systém centrálního větrání s individuálním řízením výkonu v každé třídě. Třídy byly rozděleny do skupin 3 + 3 + 4, každá skupina má svoji vlastní centrální větrací jednotku. Na vstupu a výstupu vzduchu ze tříd je vzájemně provázán regulátor průtoku vzduchu předávající požadavky na nastavení do centrální jednotky. Ta na základě součtu požadavků a otevření klapek optimalizuje svůj výkon, takže se průběžně přizpůsobuje aktuálnímu stavu. V každé třídě se nachází čidlo CO2, takže není instalován žádný ovladač a nevyužívá se ani možnosti nastavení dostupných časových programů větrání. Na systém lze dohlížet i vzdáleně - přístupem přes web, což zjednodušuje kontrolu a údržbu.

Také v tomto případě je celkový maximální výkon všech tří jednotek nižší, než by bylo potřeba při prostém vynásobení počtu žáků a požadovaného množství přívodu vzduchu, neřízená infiltrace je minimální. Přesto díky současnému využívání tříd, přestávkám a hodinám fyziky a tělesné výchovy nebyla ani jednou za období 09/2013-05/2014 překročena koncentrace 1500 ppm ani v jedné třídě. Přitom odhad realizace těchto VZT systémů do všech tříd základních škol v ČR se pohybuje na částce cca 4,8 mld. Kč.

Řízené větrání se zpětným ziskem tepla

Výměnu vzduchu nelze zajišťovat pouze s ohledem na hygienické požadavky. Přiváděný venkovní vzduch je třeba ohřívat na teplotu interiéru. Aby byl tento postup co nejméně finančně náročný, využívá se možností zpětného zisku tepla (ZZT) - např. rekuperace. Rekuperační výměník uvnitř vzduchotechnické jednotky tenkými stěnami odděluje přiváděný a odváděný vzduch z budovy a do ní. Teplejší odpadní vzduch tak předehřívá přiváděný vzduch, čímž se šetří v rodinných domech průměrně kolem 85 % a nárazově až 95 % energie. Při instalaci tohoto systému je nutné mít pod kontrolou maximum vyměňovaného vzduchu, pro možnost využití jeho tepelné energie. Z toho důvodu se klade důraz na maximální vzduchotěsnost stavby a tím na pokles neřízeného proudění vzduchu nětěstnostmi konstrukcí na minimum. V rodinném domě lze ušetřit díky větrání s rekuperací tepla 1800-3800 kWh/rok, při elektrickém vytápění se jedná také o snížení provozních nákladů až o 7000 Kč/rok, u plynového topení pak cca 5100 Kč/rok. Ventilátory VZT zařízení jsou poháněny elektricky a je nutné zajistit jejich minimální spotřebu. Nejnovější generace zařízení využívá jednotek s EC ventilátory typu volného oběžného kola. Systém větrání v rodinném domě tak za rok spotřebuje 210-290 kWh, což v nákladech představuje cca 580 Kč/rok (D35), u plynu v sazbě D02 cca 1200 Kč/rok.

Provozní úspora se tak pohybuje na úrovni cca 3600-6200 Kč (podle ceny paliva a elektro), bonus navíc spočívá v komfortu bydlení, čerstvém vzduchu atd.

Ve stávajících budovách je však těžké prokázat energetickou úsporu. Pokud se ve školách před změnou systému větrá nedostatečně, často na úrovni pouze cca 15-20 % celkového požadavku na výměnu vzduchu, představuje to určité množství energie na dohřev venkovního vzduchu na teplotu interiéru. Při realizaci řízeného větrání se ZZT sice zajistíme požadavek výměny na 100 % požadavku, ale i přes vysoké účinnosti ZZT (u velkých VZT jednotek se účinnost již běžně pohybuje nad 75 %) zbývá dodat zbývajících 25 % energie na dohřev. Takže plnou výměnou vzduchu se ZZT se dostaneme energeticky na stejný stav jako při nedostatečné výměně vzduchu před změnou. Další náklad představuje výměna filtrů a také elektra na provoz zařízení. Možná i z těchto důvodů se provádí pouze zateplení škol (které má často delší návratnost než větrání se ZZT). Stavební úpravou se však významně sníží infiltrace, neřízená výměna vzduchu. Hlavně u školních tělocvičen s těsnými okny je často vidět pootevřené alespoň jedno okno po celý den - do tělocvičen tak proudí čerstvý venkovní, ale studený vzduch. Přicházíme tak o jakékoliv úspory energie a energetický auditor bude po třech letech provozu těžce prokazovat a dokládat úspory, aby úředník na ministerstvu nenařídil vrácení dotace.

Energeticky pasivní bytový dům

Další výrazný prostor pro využití zkušeností energeticky pasivní výstavby představují rekonstrukce a nové stavby bytových domů. V Dubňanech u Hodonína byla v roce 2011 přestavěna nevyužívaná školní budova na energeticky pasivní bytový dům. Z pohledu řízeného větrání byla zvolena koncepce centrální jednotky zajišťující výměnu vzduchu pro několik bytů s možností nastavení a řízení výkonu větrání individuálně z každého bytu. (Stejný systém se použil např. v energeticky pasivním bytovém domě pro seniory v Modřicích u Brna, v BD na ulici Musilově v Brně, v ECOCITY v Malešicích, s většími průměry potrubí byl použit v ZŠ Jenišovice). Běžnou kontrolu centrálních jednotek včetně výměny filtrů zajišťuje správce. Uživatelé nemusí v tomto směru nic konat, v nákladech je tato údržba stojí 245 Kč/rok/byt.

Energeticky ušetří systém řízeného větrání pro celý bytový dům 53 000 kWh/a, při vytápění plynem představuje finační úspora cca 84 800 Kč/rok. Návratnost pořizovacích nákladů je při provozu cca jedenáct let, bonusem je kvalitní vnitřní prostředí, přívod vzduchu o příjemné teplotě atd.
912206.png

EPBD Dubňany - zkušenosti z provozu řízeného větrání

Také tato první velká realizace energeticky pasivního bytového domu v ČR se využila pro měření a získání zkušeností. Ačkoliv bylo již při nastavení základních parametrů výkonu řízeného větrání jasné, že lze očekávat problémy, přesto byl nastaven požadavek na trvalé větrání podle ČSN EN 15251 - tedy výměny vzduchu obestavěného prostoru bez přítomnosti osob rovnající se n = 0,1 h-1, tj. jedné desetiny celkového objemu vzduchu za hodinu (např. pro bytovou jednotku o objemu 175 m3 to znamená trvalý přívod vzduchu minimálně 17,5 m3/h - infiltrací a řízeně).

Některé další předpisy, např. ČSN 15 665/Z1, přitom požadují výměnu vzduchu ještě vyšší. Trvalé větrání tak bylo nastaveno podle ČSN EN 15 251 na trvalý přívod vzduchu 20 m3/h, bez možnosti vypnutí uživatelem. Zvýšení výkonu větrání měla zajišťovat osazená čidla CO2 a signály při rozsvícení v koupelnách, hygienických zařízeních i při vaření. Díky instalovaným čidlům CO2, doplněným o měřicí čidlo relativní vlhkosti a čidlu teploty v regulaci VZT zařízení, byly známy provozní parametry ve všech bytech.

Výsledek bohužel nebyl překvapením - po několika týdnech provozu se pohybovala relativní vlhkost v bytech na nízké úrovni - kolem 25-35 %. Vliv na výsledek měla samozřejmě také teplota v bytech, která se pohybovala mezi 22-26 °C. Při přepočtu na porovnávací teplotu 22 °C by se tak relativní vlhkost pohybovala kolem cca 30-38 %. Ideální relativní vlhkost při vnitřní teplotě 22 °C přitom spadá do pásma 40-50 %.

Z měření byly jasně patrné zvýšené výkony větrání díky požadavkům z koupelen a hygienických zařízení. Z měření je zřejmá velmi nízká koncentrace CO2, drtivou většinu času pod nastavenou úrovní 900 ppm, od které měla čidla CO2 postupně plynule zvyšovat požadavek na výkon větrání podle aktuální zátěže (např. při cca 1000 ppm na cca 30 m3/hod.). Jak již bylo naznačeno, nejednalo se o překvapení a výsledek byl očekáván. Bez vědomí obyvatel bytu byla dálkově provedena změna, trvalé větrání bylo zrušeno. Když se v bytě nikdo nepohyboval a koncentrace CO2 se ukazovala nižší než cca 900 ppm (hranice reakce čidel CO2), větrání v bytě se vypínalo. Při příchodu obyvatel se výkon větrání nastavoval díky čidlům. Relativní vlhkost se zvýšila, koncentrace CO2 nepřekračovaly 1200 ppm. Obyvatelům toto časové údobí podle jejich hodnocení daleko více vyhovovalo. I tyto zkušenosti a měření bude vhodné využít pro další realizace a zároveň je ověřit dalšími studiemi.

Jak již bylo uvedeno, jsou sice porušeny byť minimální požadavky ČSN, ale uživatelé vyhodnocují tento stav jako výrazné zlepšení a považují prostředí za plně komfortní. Budovy v energeticky pasivním standardu, respektive vzduchotěsné, tak potřebují odlišný přístup a možná i posun v myšlení, než se celkově předpokládá. Nestačí jen porovnávat požadavky ČR s požadavky jiných států a ujišťovat se, že se tuzemsko nachází někde v jejich středu. Bude také třeba názorově sjednotit hodnoty v jednotlivých normách. Návaznost to má také vzhledem na případné dotační tituly a prokázání energetických přínosů. Např. pro školy by bylo ideální, aby byla podpora na realizaci VZT systémů nastavena paušálně - kupř. podle počtu žáků, stejně jako u stávajícího programu Nová zelená úsporám 2014, opatření ?A?, kde je výše podpory počítána z m2 konstrukcí.

Kromě kvality vnitřního prostředí je rovněž nutné pečlivě posuzovat volbu systému a ekonomické aspekty celé realizace. Větrání by mělo být navrhováno podle požadavků, zátěže a počtu uživatel, nikoliv jen podle obestavěného prostoru. Přesto lze konstatovat, že pasivní přestavba nebo nová stavba vybavená systémem řízeného větrání je jak z ekonomického, tak zdravotního hlediska podstatně výhodnější, a nezpochybnitelná je také návratnost dané investice. Výstavba energeticky pasivních rodinných a bytových domů nebo škol s instalací VZT systémů ukazují směr dalšího vývoje.