Navrhovanie nízkoenergetických a energeticky pasívnych budov

Mnohé techniky nenáročnej nízkoenergetickej výstavby sú ľudstvu známe dávno. Ponúkajú sa však aj novodobé výdobytky, napríklad sofistikované kontrolné systémy alebo mestské veterné turbíny. Tretiu skupinu tvoria technológie, ktoré sa nachádzajú ešte len v štádiu vývoja, napríklad kombinované využitie slnečného tepla a výroby elektriny. Pozrieme sa na to, aké nástroje má vlastne architekt či investor k dispozícii v súčasnosti, z čoho pozostáva energeticky nenáročná stavba a ako zapadá do skupiny ekologickej tvorby.

Osvetlenie a teplo budov generuje v Európe až 50 % emisií CO₂ a ďalších 10 % vzniká výrobou stavebných materiálov. Šokujúce je, že 40 % všetkej energie spotrebovanej v industrializovanom svete sa používa práve pri výstavbe a užívaní obytných, verejných či komerčných budov.

Cieľom zelenej, inak povedané ekologickej, architektúry je využívať zdroje efektívnejšie a zredukovať negatívny vplyv budov na životné prostredie. Výstavba energeticky nenáročných budov, ktoré sú podskupinou ekologickej tvorby, má za cieľ kompletne alebo podstatne znížiť využitie energie a redukovať tvorbu negatívnych skleníkových plynov počas životného cyklu stavby. Samotnú nízkoenergetickú stavbu netreba chápať ako ekologickú stavbu vo všetkých oblastiach tvorby, nemusí sa v nej uplatňovať napríklad spracovanie a využitie odpadu, používanie recyklovaných materiálov a podobne.

Napriek tomu nízkoenergetické alebo pasívne domy zvyčajne majú v porovnaní s inými druhmi ekologických budov menší vplyv na životné prostredie počas svojho životného cyklu. Niektoré ekologické objekty totiž na uspokojenie potrieb bežného užívateľa vyžadujú importovanú energiu alebo fosílne palivá.

Proces navrhovania
V rámci procesu navrhovania stavby je dôležité pochopiť, ako sa stavba správa k prostrediu. Až potom prichádza na rad hľadanie riešenia, ako čo najlepšie integrovať obnoviteľné zdroje energie do samotnej stavby. Táto fáza návrhu poskytuje finančne najefektívnejšie redukovanie energie.

Každý pozemok vytvára špecifické výzvy navrhovania. Citlivé umiestnenie stavby na pozemku je nevyhnutným predpokladom na efektívne využitie energie z udržateľných zdrojov (slnko, vietor, geotermálne teplo a podobne). Úlohou architekta je využiť prirodzený potenciál pozemku – napríklad ideálnu orientáciu na využitie pasívnej solárnej energie, prirodzené vetranie, presvetlenie, umiestnenie stavebnej hmoty s dobrou tepelnou zotrvačnosťou tak, aby bola exponovaná a vyhrievaná, alebo prirodzené chladenie počas chladnejších nočných hodín. 

Efektívne umiestnenie stavby síce vychádza z konvenčnej stavebnej praxe, ale je nevyhnutné na vznik úspešnej energeticky nenáročnej stavby.

Na maximalizovanie využitia pasívnych nástrojov tvorby by mal návrh akejkoľvek stavby vychádzať z týchto princípov:

• odstupy medzi budovami by mali byť ekvivalentom ich dvojnásobnej výšky (pri orientácii sever – juh);
• hlavná, zasklená fasáda by mala byť orientovaná na juh, maximálne však 30° mimo tejto svetovej strany;
• v prípade obytnej budovy by mali mať spálne a hlavná obytná miestnosť orientáciu v rozpätí 45° od juhu;
• garáže treba využívať ako ochranu ­severných fasád;
• treba sa vyhnúť veľkým vstupným priestorom a schodiskám v strede dispozície, vytvárajúcim studené zóny v jadre budovy.

Počiatočné náklady možno v teoretickej rovine ťažko vyčísliť, keďže každý z uvedených princípov sa poväčšine využíva v kombinácii s aplikovanými technológiami. Na základe skúseností však predstavujú nulový, maximálne však 15-percentný nárast investícií. Samozrejme, tieto vklady idú ruka v ruke so zníženými prevádzkovými nákladmi počas celého životného cyklu stavby. Ich návratnosť je určite definitívna, v ideálnej situácii sú pasívne nástroje dokonca účinnejšie ako aplikované technológie. Takisto pasívna budova je väčšinou postavená z veľmi kvalitných materiálov, čo predlžuje jej životnosť a bezporuchovosť (kvalitne izolované steny napríklad nemajú problémy s kondenzáciou).

Technologické zariadenia
Nevyhnutnou súčasťou navrhovania nízkoenergetických domov sú zabudované technologické zariadenia šetriace energiou:

1. Komponenty fasády
Náklady na vykurovanie a chladenie možno do značnej miery znížiť použitím efektívnych komponentov konštrukcie fasády. Výber okien alebo izolácie je dôležitý najmä pri podporovaní pasívnych nástrojov navrhovania. Mnohé stavby experimentujú so slamenými steblami, drevotrieskou či ubíjanou hlinou pre ich vynikajúce izolačné vlastnosti a nízku cenu. Výhodou izolácie je aj možnosť relatívne nenáročnej aplikácie do starých – existujúcich ­budov.

2. Solárna energia
Okrem pasívneho vyžitia slnečného tepla narábajú so slnečnými lúčmi dve aktívne technologické zariadenia – solárne kolektory a fotovoltické články. Tepelné kolektory patria medzi finančne najefektívnejšie zariadenia a majú veľmi dobrú návratnosť stavebných investícií. Jeden štvorcový meter dokáže vygenerovať zhruba 300 kWh ročne. V prepočte to znamená, že typický solárny teplovodný kolektor použitý na rodinnom dome dokáže ušetriť 1 000 až 1 200 kWh za rok, čo predstavuje asi 50 % spotreby teplej vody v domácnosti. Fotovoltické články dokážu generovať energiu aj počas zamračeného dňa, ale najväčší problém predstavuje tienenie, ktoré vytvára napríklad okolitá zástavba. Preto je použitie fotovoltických článkov v hustej mestskej zástavbe problematické. Solárne články sú bežne dostupné (monokryštalické, polykryštalické alebo amorfné), ale ich cena je stále dosť vysoká, a tak sa toto zariadenie využíva relatívne málo. Na porovnanie: jeden štvorcový meter dokáže vygenerovať asi 100 kWh ročne.

3. Veterná energia
Malé veterné turbíny sú dostupné a ľahko aplikovateľné, ale ich uplatnenie vo vnútromestských projektoch je skôr obmedzené. Dôvodom je rýchlosť vetra, ktorú v meste limituje okolitá zástavba, predovšetkým vysoké budovy. Novinkou sú turbíny – takzvané koncentrátory, ktoré sú schopné svojím tvarom a konštrukciou zvyšovať silu zachyteného vetra. Jeden štvorcový meter aktívnej plochy konvenčnej turbíny dokáže vygenerovať zhruba 120 kWh ročne.

4. Energia zo zeme
Technológia sa zakladá na teplote zeme, ktorá má oveľa menšie teplotné výkyvy ako ovzdušie. V istej hĺbke dosahuje permanentnú teplotu 9 až 11 °C po celý rok. Teplota zeme je v lete nižšia ako teplota vzduchu. V zime je, naopak, vyššia. Dostupné sú dva typy systémov – horizontálny a vertikálny. Prvý sa zakladá na vyššej teplote zeme vo väčšej hĺbke, druhý využíva solárne teplo zachytené tesne pod povrchom. Počiatočné náklady inštalácie zemnej tepelnej pumpy sú dosť vysoké, ale návratnosť je pre dlhšiu životnosť celkom dobrá. Táto technológia dokáže vyprodukovať zhruba 3,5 kWh tepla na každú spotrebovanú kilowatthodinu elektriny a konvenčný systém dokáže pokryť 60 až 70 % teplovodného vykurovania domácnosti.

5. Biomasa a kombinovaná kotolňa
Kotolne na spaľovanie biomasy alebo dreva sa od predchádzajúcich technologických zariadení odlišujú v tom, že počas spaľovania produkujú nežiaduci oxid uhličitý. Napriek tomu spadajú do kategórie nízkoenergetických zariadení, lebo množstvo CO₂, ktoré sa uvoľňuje horením, sa predtým absorbovalo počas rastu rastliny. Práve preto sa tento kolobeh považuje za CO₂ neutrálny. Palivo by však malo pochádzať z udržateľného zdroja (kontinuálne sa dopĺňa výsadbou) a z relatívne blízkej lokality, keďže prevozom sa značne prispieva k tvorbe emisií. Ďalšie technologické zariadenie v súvislosti s výrobou tepla horením je kombinovaná kotolňa. Princíp jej fungovania sa zakladá na procese spaľovania, počas ktorého vzniká para, ktorá generuje teplo, ale takisto poháňa turbíny na výrobu elektrickej energie. Cena takejto kotolne je relatívne vyššia v porovnaní s konvenčnou plynovou a závisí aj od typu použitého paliva (pelety, drevené odrezky, odpadové drevo), ale systém má počas svojho cyklu všeobecne dobrú návratnosť.

Záver
Vymenované princípy a technologické zariadenia patria napríklad vo Veľkej Británii medzi najtypickejšie a pomerne bežne používané. Výhoda menšej závislosti od konvenčných zdrojov energie, a tým menších prevádzkových nákladov hovorí jednoznačne v prospech ušetrenia peňazí v domácnostiach či na pracoviskách.

Integrovaný dizajn je vždy špecifický a výber aplikovaných technologických zariadení sa čiastočne líši pri každom projekte. Miera využitia tradičnej energie závisí od polohy, kultúry a ekonomiky, ale architekti by sa mali na­učiť implementovať takéto zariadenia a hlavne využívať pasívne princípy ako nástroje akejkoľvek tvorby. Kvalitná architektúra môže a mala by minimalizovať závislosť od fosílnych palív. Podľa tlačovej správy Európskeho parlamentu majú členské štáty do roku 2018 zabezpečiť podmienky tak, aby všetky novostavby vyprodukovali samy toľko energie, koľko potrebujú na prevádzku.

Peter Lunter

Autor je architektom a partnerom v ateliéri Milieu Architects, ktorý pôsobí v Londýne a Bratislave. Ateliér sa zaoberá integrovaním environmentálnych prvkov do architektonickej a urbanistickej tvorby.

Článok bol uverejnený v časopise ASB.