14. NÍZKOENERGETICKÉ DOMY
CÍLE KAPITOLY
Cílem kapitoly je:
Osvojit si zásady pro navrhování nízkoenergetických a pasivních domů.
RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY
Co je v kapitole důležité.
Zásady pro navrhování nízkoenergetických a pasivních domů.
ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU
Na prostudování kapitoly bude třeba asi 7 hodin.
KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY
Nízkoenergetický dům, pasivní dům, formy energie, návrh nízkoenergetických domů ze stavebního hlediska
14. 1 Některé formy energie a jejich využití
Člověk potřebuje ke svému životu následující formy energie.
a) energii obsaženou v potravinách,
b) tepelnou energii,
c) elektrickou energii
d) energii obsaženou v pohonných hmotách.
Na zeměkouli je energie dostatek (např. ze slunečního svitu, z větru, tepelná energie obsažená v zemské kúře atd.) a je k dispozici zdarma. Velkým technickým problémem je však její získávání z přírodních zdrojů a její přeměna (např. jímání tepelné energie ze slunce a její použití pro vytápění). K tomu je vždy třeba určité technické zařízení, které je často velmi složité a finančně nákladné. Navíc je jímání energie a její přeměna také vždy spojena s určitými ztrátami.
Ne každý druh energie jsme však při současném stavu poznání a při současných technických možnostech schopni přeměnit na jiný, námi požadovaný druh. Umíme například získat tepelnou energii spálením uhlí či dřeva. Získat však z uhlí nebo ze dřeva elektrickou energii je již obtížnější. Totéž platí o získání energie z uhlí či dřeva pro pohon strojů. Přeměnit energii obsaženou v uhlí či dřevě na potraviny však zatím nedokážeme.
Energie obsažená v potravinách je pro člověka samozřejmě nejdůležitější. Člověk potřebuje denně určité množství energie, které je závislé na jeho věku a fyzické zátěži. Konkrétní hodnoty denní energetické potřeby člověka je možno nalézt v příslušné lékařské literatuře.
Tepelná energie je potřebná pro vytápění budov, ohřev teplé vody a také pro technologické účely. Pro komfortní pobyt v budovách je potřebné vytápění jejich jednotlivých místností na požadované vnitřní teploty a dostatek teplé vody.
Elektrická energie je taktéž potřebná pro komfortní užívání budov a často i pro ohřev teplé vody. Zcela běžně také pro technologické účely.
Energie obsažená v pohonných hmotách nahradila během minulého století práci tažných zvířat. Při situování nízkoenergetické budovy je nutno zvážit také velikost spotřeby pohonných hmot, která bude nutná pro dopravu lidí a pro technologické účely. Například při denním dojíždění osobním automobilem z místa bydliště do zaměstnání na vzdálenost 15 km (uvážíme-li 250 pracovních dní v roce) najezdíme celkem 7 500 kilometrů za rok. Při spotřebě auta 6 litrů na sto kilometrů pak projezdíme celkem 450 litrů benzínu. Uvážíme-li energii jednoho litru benzínu 13 kWh, pak dostaneme celkovou roční potřebu energie 5 850 kWh. Tato hodnota řádově odpovídá hodnotám potřeby tepla na vytápění nízkoenergetického rodinného domku.
Přeměna energie na potřebnou formu je vždy záležitost, která vyžaduje určité finanční náklady. V rámci této kapitoly se budeme zabývat pouze problematikou tepelné energie. A to z hlediska možností její úspory při provozu nízkoenergetických budov, jestliže tyto budou optimálně navrženy.
Patřičných úspor tepelné energie potřebné pro vytápění a ohřev teplé vody dosáhneme především:
1. Vhodným návrhem stavební části (viz níže).
2. Vhodným návrhem technického zařízení v budově (zejména vytápění, přípravy teplé vody a větrání).
V této kapitole bude s ohledem na velkou šířku uvedené problematiky pojednáno pouze o problematice stavebního návrhu nízkoenergetických budov.
14. 2 Návrh nízkoenergetických domů ze stavebního hlediska
Základní rozdělení budov podle potřeby tepla na vytápění je uvedeno v tab. 14. 1.
![Tab. 14. 1: Základní rozdělení budov podle potřeby tepla na vytápění [38]](pict/tab1401.gif)
Tab. 14. 1: Základní rozdělení budov podle potřeby tepla na vytápění [38]
Poznámka: Při klasifikaci budov uvedené tabulce 14. 1 se posuzuje pouze potřeba tepla na vytápění. Nejsou zde zohledněny žádné další významné součásti energetické bilance budov (např. ohřev teplé vody, chlazení, spotřeba elektrické energie) ani druh a účinnost energetických systémů ani využití obnovitelných zdrojů energie.
Nízkoenergetický dům je podle ČSN 73 0540-2 [16] definován jako budova s roční plošnou měrnou potřebou tepla na vytápění menší než 50 kWh.m-2.rok-1.
Vlastnímu projekčnímu návrhu nízkoenergetického domu předchází tzv. stavebně energetická koncepce. V této fázi se tedy tvoří návrh optimálního řešení jak stavební části (situování objektu, osazení do terénu, dispoziční návaznost jednotlivých místností, materiál, technologie), tak také technických zařízení (vytápění, větrání, rekuperace, využití obnovitelných zdrojů energie atd.).
Je vhodné, jestliže stavebně energetická koncepce je zpracována ve více variantách. Po provedení výběru vhodné varianty se začne se zpracováním projektu.
Oproti běžné výstavbě se pořizovací náklady na nízkoenergetický dům neliší nijak výrazně (cca do 10 %). Návratnost vynaložených vícenákladů je při současných cenách energií přibližně 9 až 12 let (viz [46]).
Návrh nízkoenergetického domu se provede tak, aby jednotlivé části energetické bilance byly co nejmenší.
Potřebu energie na vytápění ovlivňuje (viz také [43]):
a) volba místa výstavby (pozemku),
b) osazení budovy do terénu,
c) orientace budovy ke světovým stranám,
d) zastínění budovy v důsledku situování okolní zástavby, vegetace či konfigurace terénu,
e) převládající směr větru,
f) tvarové řešení budovy (kompaktnost tvaru, členitost povrchů obvodových konstrukcí) - vyjadřujeme tzv. faktorem tvaru budovy (A / V),
g) vyloučení tepelných mostů a výrazných tepelných vazeb mezi konstrukcemi,
h) uspořádání vnitřní dispozice objektu s ohledem na tepelné zóny, orientací místností ke světovým stranám a na soulad vytápěcích režimů,
i) velikost prosklených ploch v obvodových stěnách a ve střešním plášti,
j) velikost přímo a nepřímo vytápěných místností,
k) tepelné zisky od vnitřních zdrojů (v závislosti na provozu uvnitř objektu),
l) hodnota součinitele prostupu tepla U obvodových konstrukcí (obvodových stěn, výplní otvorů v obvodových stěnách, střešního pláště, podlah situovaných na terénu nebo nad nevytápěným prostorem).
14. 2. 1 Volba místa výstavby
Volbou místa výstavby můžeme do jisté míry ovlivnit tepelné ztráty budovy, resp. potřebu tepla na vytápění. Samozřejmě za předpokladu, že máme k dispozici více lokalit. Při výběru lokality je však nutno také zohlednit další hlediska, která budou často hrát mnohem významnější roli. Například u rodinného domu situovaného v lokalitě, která je obtížně dostupná veřejnou dopravou a kde chybí základní občanské vybavení (škola, zdravotní středisko atd.) může množství energie spojené s provozem osobního automobilu dosáhnout stejné či vyšší úrovně než potřeba energie pro vlastní provoz domu (viz kap. 14. 1). Totéž platí o produkci škodlivých emisí.
Posouzení vhodnosti místa výstavby provedeme podle následujících čtyřech veličin, které mají vliv na tepelné ztráty budovy. Jsou to:
a) Teplota venkovního vzduchu.
b) Rychlost a směr větru.
c) Vlhkost vzduchu.
d) Intenzita slunečního záření.
Teplota venkovního vzduchu
Čím je teplota venkovního vzduchu nižší, tím jsou tepelné ztráty budovy větší a naopak. Přibližně platí, že rozdíl teploty venkovního vzduchu 1°C představuje změnu tepelné ztráty cca o 3 %.
Teplota venkovního vzduchu se mění s nadmořskou výškou. Čím je vyšší nadmořská výška, tím je teplota venkovního vzduchu nižší. Tato skutečnost je zohledněna také při stanovení návrhové teploty venkovního vzduchu v zimním období pro účely tepelně technických výpočtů (viz ČSN 73 0540-3 [39]).
Teplota venkovního vzduchu závisí také na konkrétních podmínkách dané lokality (členitost terénu a jeho poloha vzhledem ke světovým stranám - na jižním svahu budou teploty venkovního vzduchu vyšší než na svahu severním na okolní zástavbě - v zastavěné aglomeraci budou teploty venkovního vzduchu vyšší než ve volném terénu taktéž kolísání teploty venkovního vzduchu je v zastavěné aglomeraci menší).
Z hlediska teploty venkovního vzduchu je tedy vhodné situovat budovy v zastavěné aglomeraci. Dále, pokud je to možné - na úbočích jižních svahů. Ne na jejich vrcholech (z důvodu vanutí větru) ani v údolích (z důvodu kumulace chladného vzduchu v nočním období).
S problematikou teploty venkovního vzduchu souvisí také otázka osazení objektu do terénu. U konstrukcí osazených pod úrovní terénu, resp. na terénu (části obvodových stěn a podlahy v nejnižším podlaží) působí na jejich venkovních stranách v důsledku přilehlé zeminy podstatně vyšší teploty. Ty při výpočtech uvažujeme, v závislosti na hloubce pod terénem, v rozmezí od - 6°C do + 5°C (viz ČSN 73 0540-3 [39]). Tudíž tepelné ztráty jsou u těchto konstrukcí podstatně nižší. Navíc zde příznivě působí také schopnost tepelné akumulace přilehlé zeminy. Problematika podzemních podlaží u nízkoenergetických domů je však komplikovanější a zasluhuje samostatné pojednání, které však přesahuje rámec této kapitoly.
Rychlost a směr větru
Čím je vyšší rychlost větru, tím jsou vyšší také tepelné ztráty budovy. To ze dvou důvodů:
1. Se vzrůstající rychlostí větru se zvyšuje také hodnota součinitele přestupu tepla na venkovní straně obvodových zdí a střešních plášťů, čímž se snižuje jejich tepelný odpor a zvyšuje součinitel prostupu tepla.
2. Se vzrůstající rychlostí větru se zvyšují tepelné ztráty infiltrací. Z tohoto hlediska je rozdílné, zda je budova situována v oblasti s normálním či zvýšeným zatížením větrem. Dále hraje významnou roli, jestli je poloha budovy v krajině chráněná, nechráněná či velmi nepříznivá (viz ČSN 73 0540 – 3 [39]).
Návrhové nejvyšší průměrné rychlosti převládajících větrů v České republice jsou uvedeny v ČSN 73 0540 – 3 [39] a pohybují se v rozmezí od 3 do 6 m.s-1.
Z hlediska rychlosti a směru větru je vhodné situovat budovy v chráněné krajině s normálním zatížením větrem. Tedy v zastavěné aglomeraci. Ne tedy jako osamělé na volném prostranství, na vrcholech kopců či v jejich údolích apod. Ve směru převládajících větrů je vhodné zřídit clony (např. výsadbou stromů).
Vlhkost vzduchu
Vlhkost vzduchu a dešťová voda zapříčiňují zvýšené hodnoty vlhkosti v obvodových konstrukcích budov. V důsledku toho, že voda má největší hodnotu měrné tepelné kapacity, dochází při jejím vyšším obsahu ve stavebních konstrukcích také ke zvýšení jejich součinitelů tepelné vodivosti. To má pak za následek zvýšení hodnot součinitelů prostupu tepla. Důsledkem jsou pak vyšší tepelné ztráty budovy.
Z hlediska vlhkosti obsažené ve vzduchu není vhodné stavět budovy v údolích. Je také vhodné, aby povrchové vrstvy obvodových stěn budov byly z materiálů s minimální nasákavostí. Taktéž je vhodné, aby obvodové zdivo v místě kontaktu s terénem bylo opatřeno vhodnou povrchovou úpravou, která bude odolávat proti odstřikující vodě (např. hydrofóbní nátěr, vhodný obklad apod.).
Intenzita slunečního záření.
Sluneční záření působí na energetickou bilanci budovy příznivě (s výjimkou letního období, kdy dochází k nadměrným tepelným ziskům, které třeba eliminovat chlazením). Na množství energie dopadající ze slunečního záření mají vliv místní geografické a klimatické podmínky a nadmořská výška. K tomu přistupuje také míra případného znečištění ovzduší.
Na velikost tepelných zisků budovy ze slunečního záření má zásadní vliv orientace obvodových konstrukcí ke světovým stranám. Nejvyšší intenzita sluneční energie dopadá na jižně orientovanou obvodovou stěnu, nejmenší pak na stěnu severní. Pro ilustraci - podle ČSN 73 0540 – 3 [39] dopadá následující energie globálního slunečního záření za otopné období: na jižně orientovanou stěnu 416,99 kWh.m-2, na jihovýchodně či jihozápadně orientovanou stěnu 348,32 kWh.m-2, na vodorovnou plochu 343,35 kWh.m-2, na východně či západně orientovanou stěnu 211,23 kWh.m-2, na severovýchodně či severozápadně orientovanou stěnu 103,65 kWh.m-2 a na severně orientovanou stěnu 77,02 kWh.m-2.
Z výše uvedeného plyne, že optimální situování objektu na parcele je takové, aby jižní a případně také západní průčelí bylo přístupné z hlediska tepelných zisků od slunečního záření. Toto však může být problém s ohledem na existující územní a zastavovací plány.
14. 2. 2 Tvarové řešení budovy
Je třeba, aby hodnota faktoru tvaru budovy byla co nejmenší. Pokud možno:
Kde:
A [m2 ] - celková plocha (součet vnějších ploch) ochlazovaných konstrukcí ohraničujících objem budovy
V [m3 ] - objem budovy (vnější objem vytápěné zóny budovy - nezahrnuje lodžie, římsy, atiky a základy)
To proto, že velikost celkové tepelné ztráty budovy je závislá na velikosti celkové plochy ochlazovaných konstrukcí ohraničujících objem budovy A. Čím je tato plocha vyšší, tím větší jsou tepelné ztráty budovy a naopak. Proto se snažíme tuto plochu snížit.
Ideálním tělesem z tohoto hlediska je koule. Hodnota faktoru tvaru zde vychází nejlépe. Pro stavební praxi je však tvar koule nepoužitelný. Problematika vlivu geometrie budovy na velikost plochy jejího obvodového pláště je podrobně ji řešena například v [40] a [41].
Principielně zde jde o to, aby objekt měl jednoduchý, kompaktní tvar bez zbytečných výstupků či úskoků. Vhodný je například ležatý kvádr, orientovaný delší stranou směrem k jihu.
14. 2. 3 Tepelné mosty a tepelné vazby
Tepelný most - část konstrukce, která má součinitel prostupu tepla výrazně vyšší (resp. tepelný odpor výrazně nižší) než okolní konstrukce. Následkem toho dochází v daném místě k vyššímu tepelnému toku. Tato skutečnost má pak dva negativní důsledky:
1. Zvýšené tepelné ztráty v předmětném místě.
2. Nižší povrchové teploty v interiéru. Pokud jsou tyto pod hodnotou teploty rosného bodu, pak dochází k povrchové kondenzaci vodní páry. Ta má za následek vznik plísní.
Tepelné mosty mohou být lineární (např. železobetonový sloup v obvodovém plášti bez tepelné izolace), nebo bodové (např. ocelová kotva venkovní tepelné izolace).
Pokud se tepelné mosty periodicky opakují, pak bývají označovány jako tzv. systematické tepelné mosty (např. krokve v šikmé střeše, pokud je tepelná izolace umístěna mezi krokvemi).
Tepelná vazba - styk dvou nebo více stavebních konstrukcí, které mají odlišné hodnoty součinitele prostupu tepla (resp. tepelného odporu), čímž je v daném místě ovlivněn tepelný tok (například návaznost ostění a okna, návaznost obvodové stěny a střechy atd.).
Omezování, resp. vyloučení tepelných mostů je nutné v běžné výstavbě. Tím spíše je třeba vyloučit tepelné mosty u nízkoenergetických budov. Principielně platí, aby tepelná izolace obvodových stěn, podlahy v nejnižším podlaží a střechy byla vzájemně propojena bez přerušení. Problematická místa jsou zde například:
a) Vyřešení návaznosti střechy (ploché či šikmé) na obvodovou zeď.
b) Napojení železobetonových konzolových desek (např. balkonů, říms apod.).
c) Napojení oken v místě ostění.
d) Mechanická kotvení venkovních tepelně izolačních systémů.
O problematice vyřešení návaznosti střech (ploché či šikmé) na obvodové stěny a o napojení železobetonových konzolových desek tak, aby zde nebyly vytvořeny tepelné mosty je podrobně pojednáno v kapitole 11.
Napojení oken v místě ostění
Výsledný prostup tepla oknem je ovlivněn nejen hodnotou součinitele prostupu tepla vlastního okna, ale také způsobem jeho napojení v místě ostění. Platí zásada, že okno by mělo být osazeno v rovině tepelné izolace. Pokud tomu tak není, dochází ke zvýšeným tepelným ztrátám v důsledku prostupu tepla neizolovaným okenním ostěním. Podrobné pojednání o této problematice je možno nalézt např. v [38] [42] a [45].
Mechanická kotvení venkovních tepelně izolačních systémů.
Typ mechanického kotvení venkovních tepelně izolačních systémů je nutno navrhnout s ohledem na místní prostup tepla. To proto, že kotevní prvky tvoří bodové tepelné mosty. Vhodnou volbou materiálu (např. návrhem plastových kotev namísto kovových) a jejich velikosti je možno tyto eliminovat a prostup tepla výrazně snížit.
14. 2. 4 Uspořádání vnitřní dispozice s ohledem na soulad vytápěcích režimů, tepelných zón a orientace místností ke světovým stranám
Uspořádání vnitřní dispozice s ohledem na vnitřní teploty v jednotlivých místnostech a na soulad vytápěcích režimů, vytváření tepelných zón a orientace místností ke světovým stranám nemusí být při návrhu nízkoenergetického domu vždy nutnou podmínkou, kterou je třeba splnit. Tak sice vytvoříme teplotní spád od místností vytápěných na vyšší teploty k místnostem vytápěným na nižší teploty, resp. k místnostem nevytápěným. Avšak v případě návrhu obvodových konstrukcí s nízkými hodnotami součinitele prostupu tepla U, ztrácí výše zmíněné uspořádání dispozice význam.
Toto tzv. zónovaní je však vhodné využít především z důvodu orientace obytných místností na osluněné světové strany. To má význam nejen energetický, ale také hygienický a psychologický. Zároveň však musíme uvážit denní dobu, ve které budou využívány. Proto například obývací pokoje, které bývají využívány spíše v odpoledních až večerních hodinách umísťujeme na jižní, jihovýchodní a západní straně. Naproti tomu ložnice je vhodné, z důvodu ranního oslunění orientovat na severovýchod až jihovýchod.
Na severní stranu orientujeme místnosti, které jsou pro pobyt osob méně využívány (např. zádveří, WC, garáže, sklady apod.). Uvedené místnosti mají také podstatně menší nároky na intenzitu denního osvětlení a tudíž zde můžeme minimalizovat velikost okenních otvorů, čímž snižujeme velikost tepelných ztrát. Místnosti situované na severní straně vytváří tedy jakousi „nárazníkovou“ zónu.
„Přechodovou zónu“ pak vytvářejí místnosti situované uvnitř dispozice (např. chodby, schodiště apod.).
Na jih, jihovýchod a jihozápad pak umísťujeme místnosti s nejvyššími teplotami vnitřního vzduchu.
14. 2. 5 Akumulace tepla
Účelem akumulace tepla je uchování jeho přebytku do doby, kdy je třeba teplo do objektu znovu dodávat. U nízkoenergetických domů rozlišuje v zásadě dvojí možnost akumulace tepla a to:
1. Akumulace tepla do stavebních konstrukcí:
2. Akumulace tepla do samostatných akumulačních zásobníků.
Akumulace tepla do stavebních konstrukcí
Jedná se o pasivní akumulaci (bez použití technologického zařízení) v důsledku uspořádání stavebních konstrukcí a jejich tepelně technických vlastností.
Schopnost tepelné akumulace konkrétního stavebního materiálu závisí na jeho tepelné jímavosti b. Potažmo na hodnotách jeho tepelné vodivosti λ [W.m-2.K-1] , měrné tepelné kapacity c [J.kg.K-1] , a na objemové hmotnosti ρv [kg.m-3] . Platí vztah:
b = λ. c. ρv [W2.s.m-4.K-2] (14. 1)
Tepelná jímavost materiálu vyjadřuje jeho schopnost přijímat a uvolňovat teplo. Čím je větší hodnota tepelné jímavosti b, tím více tepla je schopen materiál přijmout (je tedy větší jeho tepelně akumulační schopnost) a naopak.
S tepelnou jímavostí úzce souvisí také součinitel teplotní vodivosti (teplotní vodivost) materiálu a. Součinitel teplotní vodivosti (teplotní vodivost) vyjadřuje jeho schopnost vyrovnávat rozdílné teploty při neustáleném vedení tepla. Určí se ze vztahu:
[m2.s-1] (14. 2)
Vysoká hodnota tepelné jímavosti b a nízká hodnota teplotní vodivosti a také znamená, že materiál se pomaleji ohřeje a také teplo pomaleji předává okolí. Tedy pomaleji ochladne. A naopak.
Velkou tepelnou jímavost mají materiály o velké hustotě (resp. objemové hmotnosti) například kovy, kámen, beton, zdivo z plných pálených cihel. Malou tepelnou jímavost mají například tepelně izolační materiály (polystyrény, vláknité materiály, pěnový polyuretan), nebo moderní cihelné zdicí materiály, tvárnice z lehkých betonů, dřevo apod.
Do stavebních konstrukcí teplo proniká především v důsledku přímého slunečního záření. Po dopadu slunečních paprsků konstrukce na povrchu ohřeje. Část tepla je pak odvedena do konstrukce, kde se akumuluje a část pak odchází do okolí. Dále se teplo do stavebních konstrukcí dostává v důsledku proudění teplého vzduchu, který byl ohřátý sáláním slunečních paprsků. Tímto způsobem se do konstrukce dostane podstatně méně tepelné energie než přímým slunečním zářením. Proudění vzduchu však působí na větší plochu konstrukcí.
Množství tepla akumulovaného v konstrukci závisí na:
1. Hodnotě tepelné jímavosti b.
2. Intenzitě slunečního záření.
3. Době oslunění konstrukce, resp. době proudění okolního vzduchu s vyšší teplotou.
V našich klimatických podmínkách je možno využitím tepelné akumulace budov zajistit až 15 % úsporu tepla na vytápění oproti budovám bez tepelné akumulace (viz [44]).
Význam tepelné akumulace však není vhodné přeceňovat. To proto, že tepelná akumulace stavebních konstrukcí nemůže nahradit jejich tepelně izolační vlastnosti. Akumulační schopnost budovy však může působit na její provoz a užívání pozitivně a to následujícími způsoby:
a) Akumulace tepla ve stavebních konstrukcích dodává tepelnou energii v období teplotního deficitu - teplo, které je akumulováno ve stěnách pomáhá vyrovnávat několikahodinové přestávky v topení (v noci, nebo přes den, jestliže objekt určitou část dne není užíván) při lokálním vytápění, nebo při ústředním vytápění s kotly na pevná paliva. V případě vytápěcích systémů s regulací (např. s plynovým kotlem, elektrokotlem apod.) sice při poklesu vnitřní teploty pod nastavenou hodnotu topení samo zapne, avšak vliv akumulace se projeví v delších přestávkách mezi jednotlivými vypnutími a zapnutími kotle a tím i v úspoře energie.
b) Ve spojení s pasivním využitím sluneční energie kladně ovlivňuje její energetickou bilanci.
c) Vyvážený poměr dobrých tepelně izolačních parametrů obvodového pláště a tepelně akumulačních vlastností budovy výrazně přispívá k vytvoření dobrého vnitřního klimatu.
Tradiční zděné stavby z plných pálených cihel mají v důsledku vysokých hodnot výše uvedených veličin λ, c a ρv velkou schopnost akumulace tepla. Naproti tomu stavby z moderních zdicích materiálů či dřevostavby s lehkými obvodovými stěnami mají schopnost akumulovat teplo velmi malou.
V letním období, zejména při vysokých hodnotách venkovních teplot, bývá velká akumulace tepla ve stavebních konstrukcích negativním jevem. To proto, že teplo akumulované ve stavebních konstrukcích se uvolňuje a ohřívá vnitřní vzduch, čímž zvyšuje jeho teplotu, což má za následek tepelnou nepohodu v interiéru. Snaha o řešení tohoto problému pak vede k návrhu klimatizace, která je ovšem energeticky náročná a v našich klimatických podmínkách zpravidla není nutná.
14. 2. 6 Výplně otvorů
Výplně otvorů (především okna a venkovní dveře) jsou součástí obvodového pláště budovy a jejich tepelně technické vlastnosti, velikost a umístění mají velmi významný vliv na celý objekt. A to nejen z hlediska estetického, architektonického, dispozičního a funkčního, ale také z hlediska energetického. To proto, že výplně otvorů jsou z energetického hlediska (z hlediska velikosti tepelných ztrát) nejslabšími články obvodových konstrukcí budov. (Tepelné ztráty skrze výplně otvorů mohou činit až 40 % celkových tepelných ztrát.) Z tohoto důvodu je třeba, aby jejich plocha v obvodových konstrukcích byla minimální - pouze taková, aby byly splněny požadavky na zajištění denního osvětlení. Taktéž jejich hodnotu součinitele prostupu tepla musí být minimální. Hodnoty součinitelů prostupu tepla u moderních oken s dobrou tepelně izolační schopností se pohybují v rozmezí 0,6 ÷1,5 W.m-2.K-1.
Pokud jde o okna, návrh jejich velikosti je závislý na více činitelích (typ stavby, účel místnosti, hloubka a výška místnosti, orientace místnosti vzhledem ke světovým stranám, úprava prostoru před okny). Při předběžném (orientačním) návrhu můžeme vycházet z poměru plochy okenního otvoru k podlahové ploše místnosti. Potřebná velikost okenních otvorů je pak přibližně:
- u obytných místností a kuchyní cca 1 : 6 až 1 : 8
- u příslušenství bytu cca 1 : 12
Problematika výplní otvorů je velmi široká. S ohledem na tuto skutečnost bude zde o nich pojednáno pouze o z energetického hlediska. Podrobnější informace týkající se tvorových výplní je možno nalézt např. v [45].
Požadavek na minimální tepelné ztráty vyžaduje, aby hodnota součinitele prostupu tepla U byla u výplní otvorů co nejmenší. Její velikost závisí na:
a) typu zasklení (jeho hodnotě U) a velikosti plochy vzhledem k celkové ploše okna,
b) typu okenního rámu (jeho hodnotě U) a velikosti plochy vzhledem k celkové ploše okna,
c) typu distančního rámečku na okraji zasklení (jeho hodnotě U) a velikosti plochy vzhledem k celkové ploše okna,
d) konstrukčním řešením vazby mezi oknem a ostěním,
e) skutečném provedení vazby mezi oknem a ostěním.
Je třeba, aby všechny výše uvedené parametry byly z tepelně technického hlediska vyvážené. Je nevhodné osadit zasklení s nízkou hodnotou součinitele prostupu tepla U do rámu s hodnotou průměrnou nebo vysokou.
Typ zasklení
Rozhodujícím prvkem z hlediska hodnoty součinitele prostupu tepla U zasklené plochy okna je mezera, resp. mezery mezi skly a jejich výplň. Čím více je v okně skel (resp. mezer mezi skly) tím má okno větší tepelně izolační schopnosti - z tohoto důvodu s vyrábějí okna se dvěmi či třemi skly. Pro zvýšení tepelně izolačních schopností se prostor mezi skly vyplňuje vhodnými plyny s nižší tepelnou vodivostí než má vzduch (např. argon, krypton, xenon atd.). V praxi se více uplatňují okna s dvojskly než s trojskly. A to z důvodu vyšší hmotnosti oken s trojskly, s čímž souvisí také požadavek na masivnější konstrukci rámů, a také z důvodu vyšší ceny trojskel.
Vyrábějí se také okna, kde namísto vnitřního skla je osazena tenká fólie, která je opatřena vrstvou s o nízké hodnotě emisivity (tzv. Heat mirror). Tato fólie je průhledná pro viditelné světlo, avšak odráží tepelné a ultrafialové záření. Takto vznikne třívrstvý izolační systém se dvěma dutinami. Při osazení dvou fólií pak vzniká čtyřvrstvý systém se třemi dutinami. V obou případech je výhodou nižší hmotnost okenního křídla, než při použití skel.
Typ okenního rámu
U oken, které se vyrábějí v současné době a mají nízké hodnoty součinitele prostupu tepla U platí, že součinitele prostupu tepla rámu je vyšší než u zasklení. Jestliže rám zaplňuje více jak 15 % celkové plochy okna, pak tato skutečnost není zanedbatelná. Z tohoto důvodu je vhodné při návrhu oken, pokud je to z hlediska architektonického výrazu možné, upřednostnit okna, která mají rám pouze po obvodě a nejsou dělena v ploše. Navíc cena okna je dána délkou rámu (při stejné kvalitě zasklení). Čím je rám delší, tím zabírá více plochy v okně, zvyšuje se jeho součinitel prostupu tepla a okno je také dražší.
Podle konstrukčního řešení rozdělujeme okna na:
a) jednoduchá
- jednoduše zasklená
- s izolačním dvojsklem
- s izolačním trojsklem
b) dvojitá
c) zdvojená
d) střešní okna
Podle materiálu pak rozdělujeme okna na:
a) plastová - jsou vyrobena z komorových rámů vyztužených kovovými profily s pěti, šesti a dokonce i osmi vzduchovými komorami.
b) dřevěná - vyrábějí se z lepených dřevěných profilů, popřípadě i masivu.
c) kovová - vyrábějí se z hliníku nebo oceli. Rámy se zpravidla skládají ze dvou profilů, které jsou mezi sebou spojeny tepelnou izolací. Kovová okna mají podstatně vyšší hodnoty součinitele prostupu tepla.
d) kombinovaná - např. kombinace dřeva a hliníku. Využívá se zde předností jednotlivých materiálů (tepelně izolačních vlastností dřeva a pevnosti hliníku).
Podrobné pojednání o konstrukci oken je možno nalézt v příslušné odborné literatuře.
Typ distančního rámečku
Distanční rámeček se umísťuje v místech okrajů zasklení a vymezuje šířku dutiny mezi skly. Vedle distančního rámečku je pak osazen těsnící profil, který zajišťuje vzduchotěsnost zmíněné dutiny. Distanční rámečky mohou být z plastických hmot, z ušlechtilých ocelí nebo hliníkové. Typ distančního rámečku ovlivňuje celkovou hodnotu součinitele prostupu tepla okna.
Ozdobné rámečky osazené mezi skly nejsou vhodné, protože zvyšují hodnotu součinitele prostupu tepla zasklení.
Řešení vazby mezi oknem a ostěním
Řešení a provedení detailu v místě kontaktu rámu okna a ostění není jednoduchou záležitostí. Ve stavební praxi se však často podceňuje. V [45] je uvedena celá řada požadavků, které by měl zmíněný detail splňovat. Z hlediska stavební tepelné techniky je třeba, aby:
a) součinitel prostupu tepla nebyl větší, než součinitel prostupu tepla vlastního okna.
b) byla vyloučena kondenzace vodní páry v daném místě.
14. 2. 7 Požadavky na vzduchotěsnost
Nízkoenergetický dům má být pokud možno vzduchotěsný. To proto, že jakékoliv nežádoucí proudění venkovního vzduchu do interiéru nebo do stavebních konstrukcí má velmi výrazný vliv na tepelné ztráty. To se týká i větracích průduchů z kuchyňské digestoře, spíže, garáže, kotelny apod.
Požadavek na vzduchotěsnost je však v rozporu s hygienickými požadavky na větrání interiéru. Problém bývá řešen zpravidla nuceným větráním s rekuperací.
Pokud jde o konstrukce, zde může být příčinou zvýšených tepelných ztrát, například pokud není zajištěna vzduchotěsnost tepelné izolace v šikmé střeše (např. z dolní strany vhodným typem parotěsné vrstvy a z horní strany pojistnou hydroizolací se vzájemně slepenými spoji (viz kap. 7).
14. 2. 8 Hodnota součinitele prostupu tepla U obvodových konstrukcí
Je třeba, aby součinitele prostupu tepla U obvodových konstrukcí byly minimální. Musí tedy být nižší než doporučené hodnoty uvedené v ČSN 73 0540-2 [16]. Jejich hodnoty by se měly, podle typu konstrukce, pohybovat přibližně v následujících dimenzích:
Obvodové stěny - 0,1 ÷ 0,15 W.m-2.K-1
Podlahy na terénu - 0,1 ÷ 0,2 W.m-2.K-1
Střechy - 0,1 ÷ 0,12 W.m-2.K-1
Okna - 0,8 ÷ 1,1 W.m-2.K-1
To znamená, že ve skladbě obvodových stěn bývá navrženo přibližně 200 ÷ 250 mm tepelné izolace, ve střešním plášti pak cca 300 ÷ 350 mm.
Obvodové stěny
Obvodové stěny mohou být:
a) na bázi dřeva
b) masivní stěny
Příklady skladeb obvodových stěn
Stěny na bázi dřeva
Masivní stěny
Příklad řešení návaznosti podlahy na terénu a obvodové stěny
14. 3 Pasivní domy
Jak je již uvedeno v kap. 14. 2, pasivní domy jsou domy, které mají spotřebu tepla na vytápění nižší než 15 kWh/m2. rok. Pasivní domy musí tedy splňovat požadavky platné pro nízkoenergetické domy. Navíc mají větší tloušťku tepelné izolace v obvodových stěnách (cca 300 až 400 mm) a ve střeše (cca 500 až 600 mm).
Tepelně technické požadavky na pasivní dům jsou uvedeny v ČSN 73 0540-2 [16]: Jedná se především o:
- součinitel prostupu tepla obvodových stěn U ≤ 0,15 W.m-2.K-1,
- součinitel prostupu tepla u střech U ≤ 0,12 W.m-2.K-1,
- u oken pak U ≤ 0,8 W.m-2.K-1.
Pasivní dům musí být prakticky vzduchotěsný - celková průvzdušnost obvodového pláště n50 ≤ 0,6 h-1. Velkou roli zde hrají tepelné zisky od vnitřních zdrojů (obyvatelé, osvětlovací tělesa atd.).
samostatný úkol
1. Vysvětlete, jaké formy energie potřebuje člověk ke svému životu.
2. Vysvětlete pojmy: nízkoenergetický dům, pasivní dům, nulový dům,
3. Vysvětlete, které záležitosti ovlivňují potřebu energie na vytápění. Podrobně pojednejte o každé z nich.
4. Vysvětlete rozdíly mezi nízkoenergetickým a pasivním domem.
5. Nakreslete několik schémat skladeb obvodových stěn nízkoenergetických domů.
6. Nakreslete příklad řešení návaznosti podlahy na terénu a obvodové stěny.
SHRNUTÍ KAPITOLY
Po prostudování čtrnácté kapitoly budete znát:
Zásady pro návrh nízkoenergetických domů.
Vytisknout | Nahoru ↑