Realizácia energeticky pasívneho domu

Jednou z najvýznamnejších úloh environmentálneho hodnotenia budov je bilancovanie potrebného množstva energie v celkovom životnom cykle budovy. Energeticky pasívne domy sa vyznačujú extrémne nízkou spotrebou energie a vďaka tomuto konceptu sú významnou a neoddeliteľnou súčasťou trvalo udržateľnej výstavby. Ich hlavnou charakteristikou je vysoký obytný komfort, vynikajúca kvalita vnútornej klímy, hospodárna prevádzka a primerané investičné náklady.

Extrémne nízka potreba tepla neznamená iba nepatrné vykurovacie náklady, ale aj zníženie spotreby palív a s tým spojené zníženie množstva škodlivých emisií zo spaľovania fosílnych energetických médií.

Energeticky pasívne domy (EPD) sú vzorovým príkladom ochrany životného prostredia a hospodárenia s prírodnými materiálovými a energetickými zdrojmi. Ekvivalentná spotreba energetických médií je taká nízka, že môže byť trvalo pokrytá z disponibilných zdrojov bez neprimeraného zaťaženia prírodného kolobehu. Emisie prípadných škodlivín sú bez problémov odbúrateľné prirodzenými prírodnými procesmi. Charakteristickým znakom udržateľnej výstavby v kontexte výstavby EPD je aj prehodnotenie environmentálnych, energetických a klimatických súvislostí používania stavebných materiálov. [1]

Novostavba energeticky pasívného domu

V kontexte trvalej udržateľnosti sa realizoval aj rodinný dom v Malinove (obr. 1). Ide o rodinný dom navrhnutý a realizovaný v štandarde energeticky pasívneho domu. Samotnej realizácii budovy predchádzala dlhodobá projektová príprava z hľadiska stavebnokonštrukčného, technologického a technického riešenia.

Z konštrukčného hľadiska ide o masívnu stavbu z vápenno-pieskových tvaroviek s kontaktným tepelnoizolačným systémom a so sedlovou strešnou konštrukciou z drevených priehradových väzníkov (obr. 2). Realizácia priniesla viacero nových a zaujímavých skúseností. Najzaujímavejšie skúsenosti sa týkajú hlavne prípravy a zabezpečenia nepriedušnosti obvodového plášťa, optimalizácie spotreby elektrickej energie a vývoja originálneho riadiaceho systému.

Obr. 1  Vizualizácia objektu z juhovýchodu a zo severozápadu

Obr. 2  Hrubá stavba domu

Základné údaje Autori: Ing. arch. Eugen Nagy, PhD., Ing. Alexander Šutiak Realizácia: rok 2012 Merná potreba tepla na vykurovanie (PHPP): 12,80 (kWh/(m2 . a)) Obvodový plášť: Ustena = 0,103 (W/(m2 . K)), Ustrecha = 0,086 (W/(m2 . K)), Upodlaha na teréne = 0,149 (W/(m2 . K)), Uzasklenie = 0,60 (W/(m2 . K)), Uokno = 0,68 až 0,82 (W/(m2 . K)) Vzduchotesnosť: n50 = 0,39/h Vykurovaná podlahová plocha: 141,6 m2 (určená podľa metodiky PHI Darmstadt)

Opis objektu a jeho koncepčné riešenie
Objekt je riešený ako dvojpodlažný bez podpivničenia a nachádza sa v zóne novej zástavby rodinných domov. Z dôvodu celkového konceptu zastavania pozemku je situovaný v jeho prednej časti. Pre maximalizáciu pasívnych solárnych ziskov v zimnom období je natočený hlavnou fasádou na juh pod uhlom 30° diagonálne na prístupovú komunikáciu. Vchod je orientovaný na severnú stranu, obytné miestnosti sú situované na juh a východ. Na prízemí sa nachádza zádverie, vstupná hala, kúpeľňa s technickým priestorom a WC, pracovňa, kuchyňa s jedálňou a obývacia izba. Obytné miestnosti situované na juh majú priamy východ na terasu. Na poschodí sa nachádza spálňa, dve detské izby, kúpeľňa s WC a chodba. Prízemie s poschodím je prepojené zalomeným samonosným dreveným schodiskom. K hlavnej hmote domu je pričlenený prístrešok s funkciou priestoru na odkladanie bicyklov, autopríslušenstva a náradia, v ktorom je integrované aj parkovanie osobného auta. Z prístrešku vedie schodisko do malej tepelne izolovanej pivnice s funkciou priestoru na uskladnenie potravín a vínnej pivnice so stálou teplotou približne 6 °C bez potreby ďalšej dodatočnej energie potrebnej na chladenie.

Konštrukčné riešenie
Rodinný dom je konštrukčne riešený ako masívny systém s vonkajším zateplením.
Podlahu na teréne tvorí zhutnené štrkové lôžko s hrúbkou 20 cm, fólia, železobetónová podlahová doska s hrúbkou 14 cm, hydroizolačná vrstva, dvojitý drevený podlahový rošt s tepelnou izoláciou zo sklenených vlákien s celkovou hrúbkou 28 cm, OSB dos­ky s perom a drážkou, parozábrana, kroková izolácia a vrstva podlahovej krytiny.

Obvodová stena sa skladá z vnútornej omietky, vápenno-pieskových tvaroviek s hrúbkou 17,5 cm, kontaktného tepelnoizolačného systému s tepelnou izoláciou na báze sivého EPS (s prísadou grafitu) s hrúbkou 30 cm (obr. 3), z vonkajšej ušľachtilej omietky. Vnútorné steny sa realizovali z vápenno-pieskových tvaroviek s hrúbkou 17,5 cm a 11,5 cm.

Medzistrop tvorí polomontovaný stropný systém zo železobetónových nosníkov a dutých betónových vložiek s betónovou zálievkou.

Strecha je sedlová so sklonom 35° a s roz­pätím 11,1 m, na južnej strane strechy sa nachádza pultový vikier so sklonom 18°, konštrukcia krovu je z drevených priehradových väzníkov spájaných styčníkovými platničkami s prelisovanými hrotmi. Sklad­ba strechy je takáto: sadrokartónové dosky, tepelná izolácia zo sklenených vlákien s hrúbkou 6 cm, OSB dosky s perom a drážkou a so vzduchotesne prelepenými spojmi (obr. 4), tepelnoizolačná výplň medzi väzníkmi z celulózových vlákien s hrúbkou 40 cm, plný záklop z dosák s hrúbkou 2,5 cm, podstrešná fólia a keramická strešná krytina.

Ako okenné konštrukcie sa použili drevené okná s tepelnoizolačnou vrstvou na báze korku, prerušujúcou tepelný most, vyhovujúce kritériám PHI Darmstadt, chránené špeciálnym vysokoodolným lakom. Zasklenie tvorí tepelnoizolačné trojsklo s Ug = 0,6 (W/(m² . K)), g = 0,6 plnené argónom a tepelnoizolačným rámikom Swisspacer V.

Vstupné dvere sú drevené s tepelnoizolačnou vrstvou na báze korku prerušujúcou tepelný most.
Na zhotovenie nosnej konštrukcie krovu prístrešku sa použili drevené hranoly. Plný záklop tvoria dosky, na ktoré sa aplikovala povlaková krytina (fólia); konštrukcia stien prístrešku je z pórobetónových tvárnic.

Technické zariadenie
Jediným energetickým zdrojom, ktorý postačuje na celoročnú prevádzku rodinného domu, je elektrická energia (ročná spotreba na vykurovanie, chladenie, vetranie, prípravu teplej vody, varenie a prevádzku domácich elektrospotrebičov predstavuje zhruba 7 850 kWh, pri využití fotovoltických panelov na prípravu teplej vody táto spotreba klesne na zhruba 5 650 kWh).

Srdcom technického zariadenia je vetracia jednotka s rekuperáciou tepla, s teplovzdušným vykurovaním (elektrická špirála s výkonom 2,4 kW s plynule riaditeľným výkonom v rozsahu 0 až 100 %), cirkulačným okruhom a s kvapalinovým (soľankovým) zemným výmenníkom tepla. Vzduchotechnická jednotka je umiestnená na stene kúpeľne/technickej miestnosti na prízemí.

V prípade extrémne nízkych exteriérových teplôt možno použiť mobilné zdroje tepla (piecka na biolieh alebo elektrický ohrievač s výkonom 2 kW). Na prípravu teplej vody slúži zásobníkový ohrievač vody s objemom 120 litrov s možnosťou ohrevu vody elektric­kou špirálou s výkonom 2 kW a/alebo elektrickou energiou z fotovoltických panelov.

Kuchynské spotrebiče (umývačka riadu, elektrická rúra, mikrovlnná rúra) sa vybrali s ohľadom na minimálnu spotrebu elektrickej energie. Variť možno na indukčnej varnej doske.

Osvetlenie je riešené formou úsporných svetelných zdrojov (úsporné kompaktné žiarivky, LED).

Riadiaci systém
Na riadenie technického zariadenia navrhol investor nový riadiaci systém, ktorý zrealizovala spoločnosť ARISYS, spol. s r. o. Riadiaci systém zabezpečuje meranie teplôt, vetranie, reguláciu teploty vzduchu, monitoring a archiváciu nameraných teplôt, ako aj prevádzkových stavov vzduchotechniky, vyhodnocovanie poruchových stavov a reakcie na ne.

Riadiaci systém sa ovláda miestne prostredníctvom farebného dotykového ovládacieho panelu alebo vzdialene prostredníctvom web servera. Dôležitým kritériom výberu riadiaceho systému bola aj minimálna spotreba elektrickej energie, ktorá je približne 15 W, z toho 7 až 11 W spotrebuje riadiaca elektronika v závislosti od konfigurácie technického zariadenia a prevádzkového stavu, a maximálne 6,5 W spotrebuje dotykový panel (obr. 5). Po nasťahovaní investora sa bude rodinný dom počas celého roka s cieľom overenia niekto­rých kľúčových parametrov monitorovať.

Skúsenosti z projektovej prípravy
Vo fáze projektovej prípravy sa vykonalo množstvo výpočtov a počítačových simulácií a to s cieľom zvolenia energeticky aj finančne optimalizovaného riešenia. Výpočty energetických parametrov (merná potreba tepla na vykurovanie, tepelné straty a zisky, skladby obalových konštrukcií, vetranie, rekuperácia tepla a podobne) sa realizovali prostredníctvom profesionálneho programu pre projektantov energeticky pasívnych domov PHPP (Passivhaus Projektierungs-Paket, Passivhaus Institut Darmstadt).

Soklová časť základu sa najskôr uvažovala ako dvojplášťová stena s primurovkou z lícových tehál, ale z investičných a realizačných dôvodov sa uprednostnilo klasické riešenie s vonkajšou perimetrickou tepelnou izoláciou na báze tvrdeného polystyrénu.

Mimoriadna pozornosť sa venovala výberu okenných konštrukcií ako jednej z najkritickejších súčastí energeticky pasívneho domu. V jednom z prvých variantných riešení sa zvažovalo aj použitie špaletových (dvojitých) okien, ale z praktických dôvodov uvedeného riešenia a vzhľadom na cenu sa od ich použitia upustilo. Po vykonaní množstva dvojrozmerných počítačových simulácií variantných riešení za aktívnej súčinnosti výrobcu okien sa nakoniec navrhlo riešenie, ktoré spĺňalo všetky požiadavky PHI Darmstadt na konštrukcie vhodné pre energeticky pasívne domy. V tejto súvislosti treba upozorniť na skutočnosť, že v súčasnosti mnoho výrobcov okenných konštrukcií deklaruje svoje výrobky ako vhodné pre energeticky pasívne domy, pritom už letmý pohľad na konštrukciu naznačuje, že z princípu nemôžu vyhovovať prísnym požiadavkám PHI Darmstadt. Pre investora je to veľmi nepríjemná situácia, pretože bez hlbokej znalosti problematiky, prípadne bez vykonania komplexných dvojrozmerných simulácií nemôže takéto riešenia nezávisle posúdiť. Okenné konštrukcie, ktoré sú vhodné pre energeticky pasívne domy podľa kritérií PHI Darmstadt, majú vydaný certifikát PHI Darmstadt (www.passiv.de).

Vylúčenie vzniku tepelných mostov

K minimalizovaniu tepelných mostov kritických detailov (styk obvodových konštrukcií, prestupy obvodovými konštrukciami, detaily okenných konštrukcií (obr. 6), a podobne) prispeli dvojrozmerné simulácie šírenia teplotných polí, realizované špeciálnymi výpočtovými programami (obr. 7).

Ako príklad možno uviesť tepelný most v mieste styku obvodového plášťa a podlahy na teréne. Tento tepelný most sa minimalizoval použitím špeciálnych tepelnoizolačných tvaroviek s hodnotou súčiniteľa tepelnej vodivosti l = 0,33 (W/(m . K)) zo sortimentu výrobcu vápenno-pieskových tehál (štandardná vápenno-piesková tvarovka pritom dosahuje hodnotu l = 0,99 (W/(m . K))) a perimetrickej tepelnej izolácie pod úrovňou terénu. Tento tepelný most má hodnotu lineárneho stratového súčiniteľa Ψ = 0,073 (W/(m . K)) podľa STN ISO 13370: 2008 (Tepelnotechnické vlastnosti budov. Šírenie tepla zeminou. Výpočtové metódy (ISO 13370: 2007)). Dôležitosť výpočtu tepelných mostov možno demonštrovať na skutočnosti, že zanedbaním vplyvu uvedeného tepelného mosta by sa „znížila“ merná potreba tepla na vykurovanie z hodnoty 12,80 kWh/(m² . a) na hodnotu 11,46 kWh/(m² . a), čo by znamenalo chybu približne 10 %.

Na južnej fasáde bude umiestnená predsadená montovaná konštrukcia balkóna. Konštrukcia bude k obvodovej stene ukotvená len tromi tepelne izolovanými kotvami, ktoré prechádzajú cez tepelnú izoláciu. Kon­štrukcia balkóna sa využije aj na upevnenie fotovoltických panelov na ohrev teplej vody.

Nepriedušnosť obvodového plášťa – Blower-Door test

Osobitnú skúsenosť z realizácie tohto rodinného domu predstavuje spôsob dosiahnutia požadovanej nepriedušnosti (vzduchotesnosti). Ako smerná hodnota nepriedušnosti obvodového plášťa budovy alebo jej časti sa používa celková intenzita výmeny vzduchu n₅₀ pri rozdiele tlaku 50 Pa/h, ktorá sa meria špeciálnymi skúšobnými metódami – tlakovými skúškami (takzvaný Blower-Door test (obr. 8)). Maximálna hodnota v prípade budov s riadeným vetraním a rekuperáciou tepla je n₅₀ ≤ 1,0/h, pre EPD sa odporúča n50 ≤ 0,6/h. Splnenie uvedených hodnôt vytvára dobré podmienky na minimalizáciu tepelných únikov netesnosťami v plášti, ako aj vysokej účinnosti vetracieho zariadenia. [1]

Overovacia skúška nepriedušnosti (metóda B) sa robí pred realizáciou vnútorných obkladov a zistené netesnosti je nevyhnutné ihneď odstrániť. Vzduchotesná rovina by mala byť všade prístupná (napríklad betóno­vá doska pred nánosom poteru, okná zabudované bez parapetov, inštalačné roviny a šachty bez obkladov). Dodržanie týchto zásad v štádiu výstavby sa preukázalo ako opodstatnené, pretože overovacia skúška nepriedušnosti s výsledkom n₅₀ > 1,0/h bola neuspokojivá.

Technológia výstavby z vápenno-pieskových tvaroviek je v našich podmienkach relatívne novým systémom a chýbajú patričné skúsenosti, hlavne v súvislosti so vzduchotesnosťou. Murovacie tvarovky majú z výroby vytvorené dve zvislé kruhové dutiny (inštalačné drážky), čo kládlo zvýšenú náročnosť na vypracovanie presného plánu kladenia a jeho dodržanie pri murovaní. Účelom inštalačných drážok je vytvorenie kanálov pre inštalácie v záujme vylúčenia vzniku nekontrolovateľných škár vedúcich cez murivo do exteriéru.

Počas skúšky sa meracím prístrojom zistili netesnosti hlavne v miestach všetkých zásuviek v obvodových stenách (neboli inštalované vzduchotesne do plného sadrového lôžka) a v napojení stien na polomontovaný betónový strop (strop nebol omietnutý). Realizačný tím na základe uvedeného vyvodil záver, že pri stavbe z vápenno-pieskových tvaroviek sa nemožno spoliehať na vzduchotesnosť vertikálnych inštalačných drážok ani v prípade dôslednej realizácie vodorovnej vrstvy lepidla, ani pri poistení vonkajšej vzduchotesnej roviny celoplošným lepením tepelnej izolácie. Tretím zdrojom netesností bola škára medzi okenným rámom a krídlom v mieste parapetu na strane pántu pri jednom balkónovom okne. Dodávateľská spoločnosť následne tento nedostatok odstránila priamo na mieste vykonaním potrebných úprav na kovaniach okien.

Obr. 8  Tlaková skúška nepriedušnosti (Blower-Door test)	Obr. 9  Detail netesnosti v mieste elektrických zásuviek po oprave

Pred druhým testom nepriedušnosti sa vykonali tieto nápravné opatrenia: vo všetkých zásuvkách umiestnených na obvodových stenách sa povylamovali všetky záslepky a do otvorov sa nastriekalo polyuretánové lepidlo (obr. 9). Betónový strop sa omietol flexibilným lepidlom a taktiež sa uzavreli a znovu omietli všetky prestupy stropom, teda prestupy vzduchotechniky, vody a kanalizácie.

Druhá skúška nepriedušnosti preukázala výsledok n₅₀ = 0,39/h, čo bolo vzhľadom na veľmi vysokú hodnotu z prvého merania nad všetky očakávania, zároveň sa potvrdila vhodnosť zvolených nápravných opatrení. Napriek tomu sa zistili a odstránili zostávajúce netesnosti: v prípade približne piatich zásuviek sa cez veľmi úzke štrbiny nedokonale aplikovalo lepidlo, v dvoch prípadoch boli nedokonale utesnené prestupy cez stropné otvory (raz vzduchotechnika, raz kanalizácia) v dôsledku nedôslednej realizácie montážnou spoločnosťou a netesnosť okolo prestupov vetracích potrubí fasádou (v tomto mieste bol zlý prístup, a preto sa realizácia ťažko kontrolovala).

Obidve merania sa vykonali cez balkónové dvere, aby sa zistili prípadné netesnosti vchodových dverí (ich tesnosť bola v poriadku). Na vzduchotesný povrch dosák EGGER OSB3 v podkroví, ktorý tvorí vzduchotesnú rovinu, sa nakoniec neaplikoval žiaden utesňujúci náter a to aj napriek faktu, že pri prvom meraní sa pri podtlaku pokusom zistil veľmi pomalý prienik vzduchu cez nenatretú OSB dosku – asi päť minút na podfuknutie igelitu. Pri OSB doskách natretých drevárskym lepidlom Duvilax sa netesnosti nezaznamenali. Pomalý prienik vzduchu nenatretou OSB doskou nemožno v prevádzkových pomeroch považovať za závažný problém, ktorý by mohol reálne zvýšiť celkovú potrebu energie na vykurovanie. Prienik sa pri skúške nepriedušnosti síce prejavuje, ale to pri umelo vytvorenom tlakovom rozdiele 50 Pa medzi vnútorným a vonkajším prostredím. Takýto tlakový rozdiel môže v praxi vzniknúť iba ojedinele pri extrémne silnom vetre.

Záver
Na záver možno uviesť nasledujúcu skúsenosť: počas niekoľkých po sebe nasledu­júcich zimných mrazivých dní, keď teplota cez deň nepresahovala –10 °C, sa celá stavba vyhrievala jediným elektrickým ohrievačom s maximálnym výkonom 2 000 W na konštantnú teplotu 20 °C. Pri úplnom vypnu­tí elektrického ohrievača neklesla vnútorná teplota o viac ako 2 °C za 24 hod. To možno považovať za najhmatateľnejšiu skúšku správnosti navrhnutého riešenia (obr. 10).

Obr. 10  Objekt po dokončení

TEXT: Ing. arch. Eugen Nagy, Ph.D.
OBRÁZKY a FOTO: archív autora

Ing. arch. Eugen Nagy, Ph.D., je autorizovaným architektom SKA, ktorý sa špecializuje na navrhovanie energeticky pasívnych budov.

Literatúra
1.    Nagy, E.: Nízkoenergetický a energeticky pasívny dom. Bratislava: JAGA GROUP, 2009.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.