V tomto článku chceme představit projekt rodinného domu v Krakově nedaleko Rakovníka – dřevostavby v pasivním standardu, která získala certifikát dle metodiky německého Passivhaus Institutu v Darmstadtu. Autorkou architektonického návrhu je Ing. arch. Simona Vališová, optimalizace v PHPP, koncept technického řešení a projekt pro stavební povolení, montážní dokumentaci a realizaci stavby zajišťovala firma Chytrý dům, s. r. o.
Klienti měli od začátku poměrně jasno ve svých představách o zamýšleném domě. Chtěli provozně úsporný objekt a koncepční řešení zajišťující minimální provozní náklady. Bonusem tohoto řešení je komfortní vnitřní prostředí. Dalším požadavkem bylo využití přírodních materiálů – dřeva, nepálených cihel a hliněných omítek.
Po určité diskusi jsme dospěli k rámové dřevostavbě v pasivním standardu. Argumentů pro toto řešení byla celá řada, nejzásadnější však byly ekonomického rázu. Naštěstí měli naši klienti „otevřenou mysl“ a dokázali naslouchat faktům. A ty zněly naprosto jasně: samotná pořizovací cena není nejdůležitější. Podstatnější je, jakou částku utratíte za pořízení domu a provoz domu během např. třiceti nebo padesáti let.
Pasivní standard představuje vícenáklad přibližně kolem 10 % oproti běžným domům, které právě vyhovují legislativním předpisům. Pasivní dům má oproti běžnému domu vyšší tloušťky tepelných izolací v obvodových konstrukcích (dvoj- až trojnásobné), okna s lepšími energetickými parametry, vzduchotěsnou obálku budovy, větrací systém se zpětným ziskem tepla z odpadního vzduchu a obnovitelný zdroj tepla. Prostředky vložené do těchto materiálů a výrobků se však vrátí do 10 až 15 let díky nízkých provozním nákladům (pokud neuvažujeme s využitím dotačních programů). V době návrhu našeho domu nebyl žádný dotační program k dispozici, ale těsně před zahájením samotné stavby byl spuštěn program Nová Zelená úsporám a jelikož byl dům navržen dle přísných požadavků Pasivhaus Institutu v Darmstadtu, hravě splnil jeho požadavky. Stavebník tak získal dotaci ve výši 400 tis. Kč, která pokryla veškeré vícenáklady na dosažení pasivního standardu.
Další příběh návrhu pasivního domu již bývá obecně známý – jednotlivé střípky mozaiky je třeba skládat postupně, přičemž nejvíce se dá ovlivnit na začátku při zpracování architektonické studie. Pak následují další kroky – optimalizace v PHPP, projekt, detailnější projekt, tepelnětechnické výpočty detailů a samotná realizace stavby. Protože jsme chtěli, aby jak návrh domu, tak i samotná realizace byla skutečně kvalitní a splňovala přísná evropská kritéria na pasivní domy, rozhodli jsme se postupovat podle německé metodiky posuzování (podle Pasivhaus Institutu v Darmstadtu – PHI). Získání certifikátu pro pasivní dům, který zpracovalo Centrum pasivního domu dle této metodiky pak bylo logickým vyústěním této snahy. Tvrzení o tom, že je dům v pasivním standardu, má určitě jinou váhu, pokud je potvrzeno certifikátem nezávislá organizace, než když tuto informaci firma bez dalších informací proklamuje ve svém reklamním letáku.
Specifika projektování podle metodiky PHI
Dosáhnout úrovně pasivního domu dle PHI je o něco složitější než např. dle metodiky Nové Zelené úsporám (dále jen NZU). Z toho vyplývá tlak na co nejefektivnější využití materiálů a technologií v budově. Je tedy nutná pečlivá optimalizace navrhovaného řešení. Pro srovnání – rozdíl mezi metodikou PHI a NZU je 3 až 5 kWh/m², tedy 20 až 30 %, což je poměrně hodně. Abychom dosáhli pasivního standardu dle PHI, museli jsme použít speciální sloupky do obvodových stěn s efektivně přerušenými tepelnými mosty, okna s nejlepšími energetickými parametry na trhu. Také jsme museli použít VZT jednotkou s vysokou účinností. U oken jsme např. důsledně optimalizovali také výběr zasklení – použili jsme speciální solární trojskla s hodnotami Ug = 0,62 W/m²K, g = 67 %, díky nimž jsme ušetřili až 2 kWh/m2 oproti zasklení Ug = 0,5 W/m²K, g = 50 %. Volbou toho nejefektivnějšího rámu jsme pak ušetřili také minimálně 2 kWh/m² oproti např. dřevěnému rámu Euro 92 mm, který se v rámci programu NZU hojně používá. Vliv vzduchotechnické jednotky s vysokou účinností pak také znamenal úsporu 2 kWh/m² oproti jednotkám s účinností kolem 83 %. K energetickým parametrům materiálů a technologií pak nutno podotknout, že byly zadávány dle zásad zásad PHI, což z hlediska výpočtů dle NZU lze považovat za dosti konzervativní – jedná se především o součinitele prostupu tepla oken a právě ony účinnosti VZT jednotek. Hodnoty Uw oken jsou zadávány dle výpočtů a ne dle měření, jak je běžné v metodice dle NZU, přičemž hodnoty dle výpočtů jsou vždy horší. To samé pak platí o účinnostech VZT jednotek – většinou je to tak, že když nějaká firma tvrdí, že jejich jednotky mají účinnost kolem 90 %, je reálná hodnota po ověření PHI o 10 i více procent nižší v závislosti na výrobku.
Popis stavby
Dům je situovaný na obdélníkovém pozemku, který je orientovaný svou delší stranou ve směru jihovýchod–severozápad. Dům se skládá ze dvou bytových jednotek. Hlavní hmota domu, kde je jedna bytová jednotka, je dvoupodlažní se sedlovou střechou. K této „hlavní budově“ je připojena jednopodlažní část s plochou střechou. V této části je druhá bytová jednotka. Byty mají společnou vstupní halu. Zdroj tepla a vzduchotechnická jednotka jsou společné pro obě bytové jednotky. Faktor tvaru budovy A/V je 0,81 m–1, využitelná podlahová plocha dle PHPP 189,7 m² a podíl plochy oken a podlahové plochy 30 %.
Základová konstrukce
Základovou konstrukci tvoří betonová deska tl. 150 mm, 250 mm tepelné izolace, 80mm betonový potěr a dřevěná podlaha (20 mm), v některých prostorech dlažba.
Tepelnou izolaci podlahy na terénu tvoří 250 mm pěnového polystyrenu. Ten je uložen ve dvou vrstvách, přičemž desky každé vrstvy musí být na vazbu, tak aby žádná styčná spára neprocházela přes obě vrstvy. Pro zhotovení kvalitní tepelněizolační vrstvy je třeba preciznost.
Nosná konstrukce
Konstrukce rámové dřevostavby (někdy se tomuto konstrukčnímu systému také říká lehký dřevěný skelet) vychází z amerického systému „two by four“ neboli „dva krát čtyři“. Ten byl vyvinut kolem roku 1840 a zhruba 90 % domů v Severní Americe je postaveno tímto systémem.
V tomto systému tvoří základní prvek fošna rozměru 2×4 palce. Tento systém je však v Evropě přizpůsoben lokálním požadavkům na tepelnou ochranu a požární bezpečnost, takže prvky vycházejí masivnější. Pro pasivní dům v klimatu střední Evropy je třeba cca 400 mm tepelné izolace v obvodových konstrukcích.
Rám stěny se nejprve smontuje ve vodorovné poloze a potom se vztyčí do polohy svislé. Požadavek na velké tloušťky tepelné izolace v obvodových konstrukcích (420 až 540 mm) s sebou přináší potřebu „speciálních prvků“. Sloupky obvodových stěn jsou v tomto případě provedeny z izolačních kolíkovaných nosníků. Ty se skládají z nosných sloupků profilu zpravidla 60×120 mm, vložené tepelné izolace z polotvrdých dřevovláknitých desek a dřevěné latě 60×60 mm, nesoucí fasádní opláštění. Všechny tři části jsou spojeny kolíkem z tvrdého dřeva. Jedná se o prvek s nejefektivněji přerušeným tepelným mostem pro dané stavby na trhu. To zaručuje efektivní využití velké tloušťky tepelného izolantu mezi nosníky.
Poté, co je hotov rám obvodových stěn, jsou stěny z vnitřní strany ztuženy OSB deskami. OSB deska v tomto případě zajišťuje tři funkce v jedné vrstvě (materiálu): prostorové ztužení, parotěsnost a vzduchotěsnost.
Stropy jsou zavěšeny na vnitřní líc obvodových stěn na podélnou fošnu. OSB deska obvodové stěny pak může probíhat mezi jednotlivými patry bez přerušení. Tím se výrazně snižuje složitost provedení vzduchotěsné vrstvy a je tak snadno docíleno vysoké vzduchotěsnosti obálky domu, která je v případě pasivních domů žádoucí.
Konstrukce stropu, konstrukce a skladba střechy
Stropní konstrukci mezi 1. a 2. NP tvoří odspodu sádrokartonový podhled, trámy, mezi nimiž je výplň z minerální izolace, záklop z OSB desek tl. 22 mm, kročejová izolace z dřevovláknité desky tl. 20 mm, betonový potěr tl. 50 mm a 20mm nášlapná vrstva podlahy. Objekt má zčásti šikmou střechu s plechovou krytinou a zčásti plochou střechu krytou fólií z PVC. Skladba střešního pláště je patrná z obr. 4.
Tepelná izolace
Poté, co je hotova střecha a nehrozí již zatékání do domu, je možné začít s tepelnou izolací domu. V našem případě je použita „ekologická“ tepelná izolace ze skelných vláken Knauf Ecose pojená bez lepidel na bázi formadelhydu (proto má šedou barvu – zde použito lepidlo na bázi bramborového škrobu). Zhruba 70 % vstupní suroviny (skla) pochází z recyklátu.
Izolace je kladena ve třech vrstvách, spáry jednotlivých vrstev se navzájem překrývají (desky jsou kladeny na vazbu, obr. 8).
Část domu má fasádu s dřevěným obkladem, část pak omítku. Podklad pod omítku tvoří dřevovláknitá tepelněizolační deska Steico Floor (obr. 13). Spoje desek jsou řešeny perem a drážkou, čímž je eliminováno riziko tepelného mostu ve spárách mezi deskami.
Pro zajištění vzduchotěsnosti je třeba veškeré prostupy skrz vzduchotěsnou vrstvu těsnit pomocí speciálních manžet (obr. 5).
Otvorové výplně
Jak už bylo zmíněno, na okna byl kladen velký důraz. Z energetického hlediska bychom měli okny v pasivní domě v celoroční energetické bilanci získat více energie než ztratit. Tento požadavek klade vysoké nároky na kvalitu oken, a to nejen na rámy, ale také na zasklení, eliminaci tepleného mostu v zasklívací spáře a na správné osazení do stavební konstrukce. Použity byly dřevohliníkové rámy s vloženou tepelněizolační vrstvou „nové generace“ Alphawin. Okna mají úzké rámy, což při dané velikosti stavebního otvoru znamená více solárních zisků a také lepší tepelněizolační vlastnosti. Dveře mají dřevěný rám s tepelněizolační výplní. Vstupní dveře mají od výrobce deklarovanou hodnotu Uw = 0,75 W/m².K.
Větrání
Větrací systém slouží pouze pro přísun dostatečného množství čerstvého vzduchu, tímto systémem není zajištěno vytápění. Je použita větrací jednotka s vysokou účinností rekuperace (η = 93 %) a úspornými ventilátory. Hlavní přívod a odvod vzduchu do domu (mezi venkem a vzduchotechnickou jednotkou) je po celou dobu stavby nutné chránit víčky před nečistotami (obr. 9). Také je důležité vzduchotěsné a parotěsné utěsnění potrubí k vzduchotěsné vrstvě v obvodové konstrukci.
Potrubí pro rozvody vzduchu po domě je provedeno ze spiro trubky z pozinkovaného plechu (obr. 15). Pevné potrubí zajistí nízké tlakové ztráty, které znamenají nízkou spotřebu elektrické energie na provoz ventilátorů. Hladké a pevné potrubí zároveň není náchylné na zanášení případnými nečistotami (prach). Také je možné ho v budoucnu v případě potřeby snadno vyčistit.
Vzduchotechnická jednotka je opatřena tlumiči hluku. Jsou osazeny na odtahové a přívodní potrubí mezi místnostmi v domě a jednotkou, aby se hluk od ventilátorů nešířil do potrubí.
Černá „krabice“ vlevo nad jednotkou (obr. 18) je předehřev vzduchu před rekuperačním výměníkem. Pokud totiž klesne venkovní teplota pod –3 °C, hrozí zamrznutí rekuperačního výměníku a pak se jednotka stává nefunkční. U větracích jednotek, které nemají zpětný zisk vlhka (a těch je v současnosti na trhu většina) je to nutná součást. Pokud VZT jednotka nemá tento předehřev, pak v zimě zamrzá a automaticky se vypíná (u průměrných výrobků) nebo fouká studený vzduch do místností (u levných výrobků). V obou případech se jedná o problém, neboť není zajištěn potřebný komfort vnitřního prostředí, a to právě v chladném období, kvůli kterému je systém vlastně instalován. Certifikace PHI vyžaduje systematické řešení předehřevu tak, aby nedošlo ke zhoršení komfortu vnitřního prostředí. Program NZU toto kupodivu vůbec nevyžaduje.
Po instalaci jednotky je třeba zaregulovat větrací systém – přívodní a odvodní ventily pro distribuci vzduchu do jednotlivých místností. K tomu slouží „černý trychtýř“, který měří průtok vzduchu (obr. 17). Ventil se následně povolí nebo utáhne tak, aby jím protékalo množství vzduchu předepsané projektem. Bez tohoto zaregulování je systém nefunkční.
Vytápění
„Bílá krabice“ je zdroj tepla pro vytápění a ohřev teplé vody (obr. 18). V našem případě je použito tepelné čerpadlo vzduch/voda (odebírá teplo z vnějšího vzduchu a po přidání elektrické energie ho „přečerpá“ na vyšší teplotní úroveň a předá ho topné vodě). Tepelné čerpadlo má proměnný výkon 2–8 kW. Zásobník TUV o objemu 270 l je integrovaný do vnitřní jednotky tepelné čerpadla. Otopná soustava je teplovodní s deskovými radiátory.
Veškerá technologie zabere pouze dva moduly 60×60 cm a není nijak komplikovaná. Není pravda, že by pasivní dům musel mít nějaké složité systémy.
Blower-door test
V rámci ověřovaní kvality stavby jsme prováděli blower-door test, tedy test vzduchotěsnosti obálky domu. Požadavek pro pasivní domy je max. hodnota 0,6 výměny vzduchu za hodinu při tlakovém rozdílu 50 Pa. Zde jsme dosáhli hodnoty 0,41, tedy na úrovni 2/3 požadavku.
Ventilátor byl při testu umístěn do balkónových dveří, což nebývá v ČR příliš obvyklé. Většinou se umísťuje do vstupních dveří, neboť ty bývají daleko méně těsné než dveře balkónové a touto „fintou“ se tedy eliminuje nejslabší místo v obálce domu.
Průběh certifikace
Certifikace probíhala ve dvou fázích. Ve fázi projektu byla provedena kontrola tepelnětechnických a energetických výpočtů, jejich soulad s projektem a celková správnost. Mimo jiné musely být spočítány veškeré tepelné mosty a vazby a jejich vliv musel být zahrnut do energetických výpočtů. Ve fázi realizace – po dokončení domu – se muselo na fotografiích doložit, že všechny práce jsou provedeny dle projektu, musely být doloženy technické listy od výrobků, které mají vliv na potřebu tepla na vytápění, musel být doložen výsledek blower-door testu, musel být doložen protokol o zaregulování větracího systému. Na fotkách musela být prokázána celistvost tepelněizolační vrstvy a také to, že detaily jsou proveden dle projektu.
Tabulka 1: Tepelnětechnické parametry obálky budovy
|
Konstrukce |
UN [W/(m2.K)] |
Tl. izolace [mm] |
|
Obvodová stěna |
0,105 |
420 |
|
Obvodová stěna s omítkou |
0,093 |
480 |
|
Střecha šikmá |
0,108 |
440 |
|
Střecha vikýře a půdy |
0,091 |
460 |
|
Střecha plochá |
0,077 |
540 |
|
Podlaha na terénu |
0,143 |
250 |
|
Okenní rám (AlphaWin) |
Uw = 0,84 W/(m2.K) |
|
|
Zasklení |
Ug = 0,62 W/(m2.K), g = 0,67 |
|
Tabulka 2: Porování předpokládané a skutečné spotřeby energie (dle měření v období 8/2014 až 8/2015)
|
|
Spotřeba [kWh/a] |
Porovnání |
|
|
Vypočtená |
Skutečná |
||
|
Tep. čerpadlo |
2820 |
2541 |
90 % |
|
VZT jednotka |
174 |
65 |
37 % |
|
Předehřev VZT |
38 |
69 |
182 % |
|
VZT celkem |
212 |
134 |
63 % |
|
Ostatní elektřina |
2324 |
1627 |
70 % |
|
Celkem |
5568 |
4302 |
77 % |
Hodnocení po prvním roce provozu
Výstavba domu trvala půl roku. Během prvního roku provozu se pečlivě sledovala spotřeba energií a můžeme ji porovnat s hodnotami vypočtenými v projektu. Potřeba elektrické energie pro tepelné čerpadlo byla o 10 % nižší než dle výpočtů. Výpočty však byly zpracovány na základě průměrných klimatických dat, zatímco klima v topné sezóně 2014/2015 bylo dle údajů Českého hydrometeorologického ústavu o 12,5 % teplejší než je průměr. To znamená, že spřihlédnutím ke skutečným klimatickým podmínkám je spotřeba tepla o 2,5 % vyšší než dle výpočtů, což lze považovat za dobrý výsledek.
Potřeba elektrické energie pro provoz VZT systému je téměř o 40 % nižší než dle výpočtů. Ve výpočtu bylo uvažováno s tím, že vzduchotechnická jednotka bude v provozu pouze v průběhu zimy, což dle odečtů energie v jednotlivých měsících odpovídá skutečnému užívání. Je možné, že díky kratší zimě se i snížil počet dní, kdy je vzduchotechnika v provozu. Rozdíl výpočtu oproti realitě je i přesto veliký. Potřeba energie pro předehřev VZT (protimrazová ochrana rekuperačního výměníku) je naopak vyšší než podle výpočtu.
Spotřeba ostatní elektřiny (svícení, provoz spotřebičů) je o 30 % nižší než dle výpočtů. Celkově lze závěry z měření shrnout takto: spotřeba elektrické energie pro tepelné čerpadlo téměř přesně odpovídá výpočtům, spotřeba energie pro VZT systém a pro spotřebiče a svícení je výrazně nižší než se předpokládalo. Je jasné, že skutečnou spotřebu domu v největší míře ovlivní uživatel, nicméně v tomto konkrétním případě lze vyvodit velice optimistický závěr a sice, že skutečná spotřeba je o něco nižší než se předpokládalo ve výpočtech. Při uvážení ceny energie 2,5 Kč/kWh pak celkové náklady na provoz domu činí 10 755 Kč/rok, což je v případě domu o podlahové ploše 190 m² velmi příznivá cena.
PETR FILIP
foto autor
Ing. Petr Filip (*1981)
absolvoval Stavební fakultu ČVUT, obor pozemní stavby a konstrukce. Od roku 2009 je spolumajitelem firmy Chytrý dům, která se zabývá navrhováním a realizací energeticky úsporných dřevostaveb. Od roku 2011 je držitelem osvědčení Certifikovaný projektant pasivních domů vydaného Passivhaus Institutem v Darmstadtu.
