Ako postaviť energeticky sebestačný dom?

Sebestačnosť na niekoľko spôsobov

 V minulosti celkom nedávnej – v Európe ešte niekoľko rokov po skončení druhej svetovej vojny – bol energeticky sebestačný každý vidiecky statok. Jeho obyvatelia si zabezpečovali nielen energiu, čiže drevo z vlastného lesa, a krmivo pre ťažné zvieratá, ale stíhali aj pestovať a predávať najrôznejšie potraviny, dobytok a iné produkty. V súčasnosti je možné, aby statok produkoval a predával biopalivá (drevo, štiepku, pelety alebo brikety z dreva, slamy, štiavu alebo inej plodiny, prípadne obilie, kukuricu na kúrenie). Môže tiež vyrábať elektrinu a jej prebytok predávať. Znamená to však, že niekto z obyvateľov sa bude energiám venovať profesionálne. Ide v podstate o špecifické podnikanie, kde energetická sebestačnosť je iba akýmsi vedľajším produktom.

Podobne by mohol fungovať dom s vlastnou vodnou (alebo aj veternou) elektrárňou. Takých je však málo, miesta vhodné súčasne pre elektráreň i pre dom sú vzácne. Oveľa častejšie sa stretávame s požiadavkou, aby energetika domu fungovala „samovoľne“, bez väčších nárokov na obsluhu, podobne ako napr. „vodné hospodárstvo“ v prípade domu s vlastnou studňou a koreňovou čističkou. Vtedy si dom musí v podstate vystačiť len so slnečnou energiou, ktorá naň dopadne.

Takej požiadavke vyhovie napr. pasívny dom s fotovoltickou elektrárňou na streche. Ostáva ešte ujasniť si, či má byť dom naozaj nezávislý – teda taký, ktorý vôbec nie je pripojený na elektrickú sieť, prípadne plynovod alebo rozvod tepla. Toto riešenie je, pochopiteľne, nutné v prípade, ak chceme mať dom ďaleko od civilizácie, kde by budovanie prípojok bolo príliš nákladné. Alebo môžeme mať dom, ktorý bude mať nulovú spotrebu iba účtovne. Taký dom je normálne pripojený na elektrickú sieť, má však aj vlastný zdroj elektriny. Podľa potreby potom elektrinu zo siete odoberá alebo ju do nej vracia späť. Viac-menej teoreticky to môže fungovať aj s teplom, keď dom v lete dodáva prebytky zo solárneho systému do verejnej siete. V takom dome sa platieb za energie nezbavíme, pri správnom postupe však budeme posielať účty za energie zase svojím odberateľom.

Energetická bilancia

Pri riešení energetiky domu treba zostaviť energetickú bilanciu. Na strane „výdavkov“ to znamená zistiť všetky tepelné straty, ale aj teplo na ohrev vody a odber všetkých elektrospotrebičov. Nejde len o žiarovky, televíziu a mixér, ale aj o obehové čerpadlá, ventilátory atď. Na strane „príjmov“ sú to energetické zisky. Veľká časť elektriny sa v domácnosti premení na teplo, ktoré slúži na vykurovanie. Typickým príkladom je chladnička, ktorá svojou zadnou stranou neustále hreje. Niekedy teplo odchádza preč ihneď, napr. s teplou vodou z práčky. Pri moderných domoch hrajú veľkú úlohu solárne zisky južným zasklením. Dokonca aj každý obyvateľ domu trochu „kúri“ – dospelý človek v pokoji vyžaruje 80 až 100 W.
To, čo dom nepokryje vlastnými ziskami, musia dodať kachle alebo kotol. Samozrejme, je nutné mať aj zdroj elektriny.

Schéma energetických tokov v dome straty 1. straty priestupom strechou 2. straty priestupom stenami 3. straty priestupom podlahou 4. straty oknami a zasklením  5. straty vetraním 6. teplo na ohrev vody zdroje 7. rekuperácia tepla z odpadovej vody 8. zisky od osôb 9. zisky od spotrebičov 10. rekuperácia tepla z odpadového vzduchu 11. dodávka tepla na vykurovanie 12. dodávka tepla na ohrev vody 13. pasívne solárne zisky (okná, zasklenie) 14. elektrina z vonkajšieho zdroja (vlastná elektráreň) 15. zisk zemného výmenníka tepla 16. elektrina z fotovoltických panelov 17. aktívne solárne zisky (kolektory) 18. palivo 19. straty vo vlastnom zdroji 20. dodávka elektriny z kogenerácie

Nevyhnutná podmienka: kvalitný pasívny dom

Doposiaľ platilo – a pre väčšinu súčasných domov platí stále – že najväčšie množstvo energie pripadne na vykurovanie domu. Pri pasívnych domoch to už platiť nemusí. Spotreba tepla na vykurovanie je tu menšia ako 15 kWh/m² za rok. To je asi 10-krát menej, ako majú novostavby a ako vyžadujú súčasné predpisy. Pasívny dom s podlahovou plochou 150 m² tak za rok spotrebuje iba 2 300 kWh. Ročná potreba tepla na ohrev vody pre štyri osoby je 4- až 6-tisíc kWh a spotreba elektriny pre domácnosť asi 3 500 kWh (ale aj dvojnásobok).

Stále platí, že je lacnejšie energiu ušetriť, ako ju vyrábať. Ak má byť dom sebestačný, platí to dvojnásobne. Kupovať napr. drahý solárny systém a ním získané teplo vypúšťať do vzduchu zle izolovanými stenami nie je múdre ani hospodárne.

Konštrukcia pasívneho domu je založená na niekoľkých zásadách:

• dôkladná tepelná izolácia nepriesvitných konštrukcií,
• potlačenie tepelných mostov a väzieb,
• rozsiahle, južne orientované zasklenie na maximalizáciu pasívnych ziskov,
• vetrací systém s rekuperáciou tepla z odpadového vzduchu,
• veľmi tesná konštrukcia neumožňujúca infiltráciu,
• vykurovací systém s reguláciou, ktorý umožní pružne reagovať na tepelné zisky.

Izolácia

Tepelná izolácia pri pasívnom dome sa používa v hrúbke až 40 cm. Je zrejmé, že takúto hrúbku izolačnej hmoty nemožno nahradiť nijakým murivom. Preto sú steny vždy kombináciou niekoľkých materiálov. Konštrukčné možnosti sú široké a rozhodne nemožno povedať, že určitý typ je ideálny pre všetky domy. Môžeme použiť murovanú konštrukciu, drevostavbu, betónové steny v stratenom debnení a ďalšie. Zásadná je dôsledná eliminácia tepelných mostov. Ak nie sú tepelné mosty potlačené, uniká nimi porovnateľné množstvo tepla ako zvyškom konštrukcie; potom už veľmi nepomôže zvyšovať silu izolácie v stene pasívneho domu. To isté platí o izolácii strechy a podláh, ktorá sa pri bežnej výstavbe veľakrát podceňuje.

Často sa spomína nevyhnutnosť kompaktného tvaru budovy. Nejde o neporušiteľnú dogmu, ale pri kompaktnom tvare sa ľahšie vyhneme problémom s rôznymi tepelnými mostami, ktoré vyplynú zo zložitejšej konštrukcie. Čím je budova kompaktnejšia, tým menej má ochladzovaných plôch.

Vetranie

Dôležitou zásadou je použitie vetracieho zariadenia s rekuperáciou tepla z odvádzaného vzduchu. Dom sa už nevetrá otvorenými oknami. Väčšina okien môže byť preto pevne zasklená, čo znižuje ich cenu. Odvádzaný vzduch v zime predhrieva čerstvý vonkajší vzduch, čím výrazne klesá potreba tepla na vetranie. Na prívod vzduchu sa niekedy používa podzemné potrubie, kde sa vzduch v zime ohreje a v lete ochladí.

Slnko – hlavný zdroj energie

Ak nemáme na pozemku ropný vrt, solárna energia je pre sebestačný dom kľúčová.
Platí, že je jednoduchšie získať teplo než elektrinu. Najjednoduchšie a najefektívnejšie je využitie pasívnych ziskov, čiže slnečnej energie dopadajúcej do interiéru oknami a zasklením. Jednou z dôležitých funkcií centrálneho vetracieho systému je práve využitie prebytkov slnečného tepla z južných miestností (v rekuperátore), prípadne odvod tepla do ostatných miestností domu (pri cirkulácii).

Na ohrev vody na umývanie, prípadne aj na prikurovanie, je potrebný aktívny systém so solárnymi kolektormi. Na trhu je veľké množstvo kvalitných kolektorov, ktoré dokážu pokryť teplo na ohrev vody väčšiu časť roku. Čím väčšie pokrytie potrieb má slnko zabezpečovať, tým väčšia musí byť akumulačná nádrž. Cena tlakových nádrží je pomerne vysoká, preto sa pre objemy nad 1 m³ používajú beztlakové nádrže. Náklady na akumuláciu sú významné a sú aj dôvodom, prečo väčšina domov s nízkou spotrebou nie je úplne sebestačná. Lacnejšie je energiu kupovať, než utrácať za drahý akumulátor.

Hoci slnko svieti zadarmo a jeho lúče doteraz nie sú ani zdanené, slnečná energia zadarmo nie je. Solárny systém niečo stojí a počas svojej životnosti prinesie len obmedzené množstvo kilowatthodín. Niečo stojí aj údržba.

Zo slnka možno okrem tepla získať aj elektrinu, a to prekvapivo jednoducho – pomocou fotovoltických panelov. Panely možno umiestniť na strechu domu; ak nie je vhodne orientovaná, tak napr. na pozemok pri dome. Významná je ich poloha – panely na fasáde (vo zvislej polohe) prinesú o tretinu menej energie než panely uložené šikmo so sklonom 35 až 50°. Naopak, na zvýšenie prínosu existujú rôzne polohovacie zariadenia, ktoré však zvyšujú náklady a nemožno ich umiestniť jednoducho na strechu domu.

Fotovoltické panely dodávajú jednosmerný prúd, ktorý možno relatívne jednoducho skladovať v akumulátoroch. Dom môže byť vybavený spotrebičmi na jednosmerný prúd (predávajú sa napr. pre autokaravany). Inou možnosťou je doplniť systém striedačom, ktorý prúd zmení na striedavý, takže domácnosť môže používať bežné spotrebiče. Túto možnosť využívajú skôr domy pripojené na sieť.

Drevo ako doplnkový zdroj

Menej ortodoxný prístup k energetickej sebestačnosti počíta aj s použitím paliva z najbližšieho okolia domu. Teoreticky možno premeniť záhradu na plantáž energetických rastlín alebo kúpiť s domom aj kúsok lesa. Drevo možno spaľovať v najrôznejších kotloch a kachliach, obľúbené sú interiérové kachle, ktoré časť výkonu odovzdajú do ústredného vykurovania alebo akumulačnej nádrže, z ktorej si dom odoberá teplo podľa potreby. Výhodou je, že kúriť môžeme vtedy, keď sa to hodí nám. Okrem tepla možno z dreva získať aj elektrinu, vyžaduje si to však podstatne zložitejšie zariadenie než kachle či kotol: napr. nemecká firma Solo ponúka kogeneračnú jednotku so Stirlingovým motorom s elektrickým výkonom asi 10 kW a s tepelným výkonom približne 30 kW. Palivom by mali byť drevené peletky alebo štiepka. Cena je okolo 1 000 000 Kč, takže takéto riešenie asi nebude pre každého.

Spôsob prevádzky

Ak môže byť dom pripojený na elektrickú sieť, lacnejšie a jednoduchšie je využiť ju ako nekonečne veľký akumulátor elektriny. Prebytky elektriny sa dodávajú do siete a v prípade potreby sa, naopak, elektrina odoberá. Príslušná „domáca elektráreň“ potom, samozrejme, musí spĺňať technické požiadavky majiteľa siete; na prevádzku je nevyhnutná aj určitá administratíva, napr. získanie licencie na výrobu elektriny. Výhodou môže byť rozdiel medzi výkupnou cenou elektriny a nákupnou cenou elektriny zo siete. Elektrina pre domácnosť dnes stojí od 1,2 do 4,5 Kč/kWh, podľa typu sadzby. Výkupná cena z obnoviteľných zdrojov je pomerne priaznivá (v roku 2007 to bolo 13,46 Kč/kWh pre elektrinu zo slnečného žiarenia a 2,34 Kč/kWh pre elektrinu z dreva).

Ak však chceme dom úplne nezávislý od siete, treba zdroj elektriny doplniť reguláciou pre tzv. ostrovnú prevádzku. Regulácia musí byť schopná reagovať na náhlu záťaž a odľahčenie (pri zapnutí a vypnutí silnejšieho spotrebiča, napr. práčky). Najmä fotovoltické panely potrebujú aj akumulátory na prevádzku v čase, keď slnko nesvieti. To tiež zvyšuje náklady.

Zisková investícia

Súčasné technológie umožňujú bez väčších problémov postaviť dom, ktorý bude energeticky sebestačný, a pritom bude poskytovať svojim obyvateľom rovnaký alebo ešte väčší komfort ako konvenčná výstavba. Z rôznych štúdií i niekoľkoročných praktických skúseností vyplýva, že dom v pasívnom štandarde nemusí byť o viac než 10 % drahší ako konvenčná výstavba.

Náklady na energetický systém domu sú ďalšou veľmi významnou položkou. Tieto náklady možno chápať ako útratu, ktorá zvýši hodnotu domu podobne ako napr. bazén alebo garáž, ktoré takisto nie sú na bývanie nevyhnutné. Je na každom človeku, ako so svojimi peniazmi naloží; energetická nezávislosť sa v budúcnosti môže ukázať ako veľká výhoda – najmä pri raste cien energií alebo poklese príjmov domácností.

V inom prípade môžeme peniaze za energetický systém domu brať ako investíciu, ktorá bude prinášať zisk. Dostatok energie pre dom potom bude len vedľajším produktom takéhoto podnikania v energetike. Príkladom môže byť prevádzka rozsiahlejšej fotovoltickej elektrárne a predaj elektriny do siete. Investícia by mala prinášať istý výnos za určitého rizika; v prípade energeticky sebestačného domu pôjde o pomerne nízke riziko, ale tiež o relatívne nízke výnosy.

Nezabúdajme však, že dom nie je stroj na výrobu energie. Malo by sa v ňom predovšetkým dobre bývať!

Karel Srdečný, ekologický konzultant a energetický audítor strediska pre obnoviteľné zdroje a úspory energie EkoWATT