Pasívny dom v slovenskej realite: Teplo, chlad a pohoda: 7. časť

Ak chceme hovoriť o energeticky pasívnom dome, spôsob kúrenia, chladenia a príprava teplej vody je asi najdôležitejšou časťou nášho seriálu. O niektorých čiastkových problémoch sme už písali v predchádzajúcich častiach, teraz však všetky komponenty opíšeme ako systém.

Zdroj a distribúcia tepla

I keď sú pasívne domy z energetického hľadiska mimoriadne úsporné (tepelné straty sú tu totiž minimálne), aj v nich je potrebný zdroj tepla na dokúrenie. Dôležité je pritom rozhodnúť sa, aký zdroj tepla sa použije a akým spôsobom sa bude teplo v dome distribuovať. Hoci je na pozemku plyn, majitelia sa rozhodli nevyužívať ho z viacerých dôvodov: pre jeho neustále rastúcu cenu, pre problém získať cenovo zvýhodnenú tarifu elektrickej energie, ak sa využívajú dve ušľachtilé energie, a tiež pre nedostatok zariadení vhodných pre pasívny dom (plynové kúrenie je v pasívnych domoch zriedkavé).

Voľba logicky padla na tepelné čerpadlo. Aj toto rozhodnutie však prinieslo ďalšie otázniky. V prvom rade bolo treba rozhodnúť sa pre typ čerpadla. Ako sme opisovali na začiatku seriálu, pod domom je umiestnená sústava hadíc – zemný register, ktorý slúži na získavanie nízkoúrovňového tepla zo zeme. Na pozemku je tiež studňa, ktorá má výdatnosť 2 500 litrov za hodinu a môže sa využiť ako záložný zdroj tepla v prípade, ak by podložie domu neposkytovalo dostatok tepla pre potreby tepelného čerpadla. Studničná voda sa v lete môže zároveň využívať na chladenie objektu. Na distribúciu tepla v dome sa stavebník rozhodol použiť veľkoplošné nízkoteplotné vykurovanie, ktoré považoval za najvhodnejšie z ekonomického hľadiska. Umožňuje totiž využívať vykurovacie médium s teplotou nižšou než 30 °C. Stavebník zvolil podlahové a stropné kapilárne rohože, ktoré dovolia v zime efektívne vykurovať a v lete zas chladiť (pri chladení sa vypínajú podlahové okruhy a chladí sa len stropmi).

Alternatívou k veľkoplošnému vykurovaniu je teplovzdušné vykurovanie, ktoré je v pasívnych domoch asi najrozšírenejšie. Predstavuje síce značné úspory investičných nákladov, jeho nevýhodou je však nemožnosť regulovať teplotu v jednotlivých miestnostiach. Najmä preto sa majiteľ domu rozhodol využívať vzduchotechnické rozvody len na vetranie domu. Samozrejmosťou je pri tom rekuperácia tepla (predhrievanie privádzaného vzduchu teplom z odvádzaného vzduchu), ochladzovanie interiéru pri vetraní v mrazivých dňoch obmedzuje aj prívod vetracieho vzduchu cez zemný register. Privádzaný vzduch sa však nedohrieva a nevyužíva sa na aktívne kúrenie. 

Nezávislým zdrojom tepla v dome je teplovzdušný kozub. Kozuby sa pre pasívne domy veľmi neodporúčajú z dvoch dôvodov – predstavujú problém pri dodržaní tesnosti stavby a vo väčšine prípadov aj príliš výkonný zdroj tepla. Je to však problém riešiteľný, čo dokazujú aj realizácie zo zahraničia, kde sa vo viacerých pasívnych domoch majitelia nechceli kozuba zriecť najmä pre atmosféru, ktorú v interiéri vytvára, teda podobne ako v tomto prípade. Narušenie vzduchotesnosti stavby je nepríjemné nielen pre únik teplého a infiltráciu studeného vzduchu do interiéru, ale aj pre to, že do istej miery naruší pomery vzduchotechniky a kontrolovaného vetrania. Tento problém je však omnoho významnejší, ak sa nútené vetranie využíva aj na vykurovanie domu. Mala by ho vyriešiť špeciálna klapka, ktorá dokonale uzavrie komín, a režim prívodu a odvodu vzduchu medzi exteriérom a spaľovacou komorou. Investor pôvodne uvažoval aj o teplovodnom kozubovom výmenníku, investícia asi 50 000 korún by však pri kúrení maximálne 30 dní do roka bola len ťažko návratná.

136137

Slnečné kolektory

Hoci pre pasívne domy nie sú podmienkou, použil majiteľ domu slnečné kolektory na prípravu teplej vody aj na kúrenie. Pri rozhodovaní medzi klasickými atmosférickými a vákuovými kolektormi napokon padla voľba na vákuové kolektory, ktoré získavajú teplo aj počas chladnejších a menej slnečných zimných dní, a to aj napriek vyššej cene. Navyše netreba riešiť problém ich zimného mrznutia. Podľa výpočtov by mala pre štvorčlennú rodinu postačovať plocha kolektorov 8 až 10 m², aby však bola určitá rezerva, investor sa rozhodol inštalovať kolektorové pole s celkovou plochou približne 13 m² (6 kolektorov v dvoch radoch). Pre vysokú kvalitu a priaznivú cenu si vybral rakúske kolektory Kloben CPC 14. Cena samotných kolektorov však predstavuje asi len 30 až 50 % z ceny celého systému – to si pri rozhodovaní o inštalácii kolektorov uvedomuje málokto.

Predpoklady a skutočnosť

Energetickú bilanciu domu predbežne overoval investor výpočtami – štandardnou metódou (výpočtom tepelných strát cez stavebné materiály) aj prostredníctvom programu PHPP, ktorý sa využíva pri energeticky pasívnych domoch. Pôvodný prepočet predpokladal potrebu energie na vykurovanie 19 kWh na štvorcový meter a rok, preto sa ešte pred realizáciou zvýšila oproti pôvodnému návrhu hrúbka tepelnej izolácie a použili sa kvalitnejšie okná. Pri výpočtoch sa predpokladala tesnosť domu pri pretlaku 50 MPa n₅₀ = 0,6 h^–1, čo je jedným z kritérií na dosiahnutie parametrov pasívneho domu. Majiteľ však nechcel pristupovať k domu príliš ortodoxne a bazírovať priveľmi na výsledkoch predbežných výpočtov. Výpočty sú totiž vždy len približné, pretože skutočnosť ovplyvňujú aj ďalšie faktory, ako je napríklad správanie obyvateľov domu, skutočne dosiahnutá tesnosť, tepelné mosty a podobne. V tomto prípade investor po zvážení všetkých plusov a mínusov, predpokladov aj možných nedostatkov považuje za reálne dosiahnuť skutočné tepelné straty medzi 15 až 20 kWh/(m² . a), čo je kritériom pre označenie domu za energeticky pasívny. Predpokladanú potrebu tepla na vykúrenie domu, približne 6 kWh, by malo pokryť tepelné čerpadlo (príkon 1,5 kW a koeficient 4).

Tepelná schéma

Pod týmto pojmom sa skrývajú všetky technologické komponenty, ktoré sa podieľajú na vykurovaní a chladení domu a na príprave teplej vody. Na začiatku je náčrt systému, z ktorého vychádza projekt, znázorňujúci celý systém a jeho logiku. V ďalšom kroku treba vybrať konkrétne zariadenia s určitými parametrami. Keď sú všetky navrhnuté komponenty nainštalované, je tepelná schéma zrealizovaná a funkčná. Už pri plánovaní výstavby mal investor približnú predstavu o tom, čo chce v dome mať, problém však bol nájsť odborníkov, ktorí by dali približnej predstave presné kontúry a doviedli ju až do reality. Klasickí kúrenári odporúčali klasické riešenie – 30-kilowattový plynový kondenzačný kotol, radiátory a ekvitermické riadenie. Investor však od začiatku vedel, že tadiaľto cesta nevedie.

Obrátil sa preto na dodávateľov tepelných čerpadiel. Ich názor bol prijateľnejší, keď však prišla reč na kombináciu so slnečnými kolektormi, nízkoteplotné vykurovacie systémy a letné chladenie, nevedeli poskytnúť detailnejšie informácie. Pri hľadaní projektanta tepelnej schémy si majiteľ domu uvedomil, že každý dodávateľ buduje schému na vlastných komponentoch bez ohľadu na to, čo vyhovuje investorovi – dodávateľ tepelného čerpadla postaví do centra svoje tepelné čerpadlo a ostatné komponenty pridáva podľa toho, čo jeho systém dokáže. Podobne to platí aj o dodávateľoch solárnych systémov či vzduchotechniky. Investor však chcel, aby bola jeho tepelná schéma univerzálna bez ohľadu na to, aké komponenty sa v nej použijú. Nakoniec sa mu podarilo nájsť projektanta v Českej republike. Pri spoločných konzultáciách si stanovili tieto požiadavky:

• použitie tepelného čerpadla zem – voda (voda – voda),
  
• zdroj tepla pre tepelné čerpadlo zemný kolektor a studňa,
  
• rekuperačná jednotka s vysokou účinnosťou bez potreby dohrievania vzduchu,
  
• nízkoteplotný vykurovací systém (neskôr sa upresnil na podlahový a stropný),
  
• možnosť letného chladenia studničnou vodou cez stropný systém,
  
• kolektorové pole s možnosťou ukladať slnečnú energiu do akumulačnej nádrže a zemného kolektora,
  
• kozub sa využíva len na vytvorenie atmosféry (po vzájomnej dohode ho vylúčili ako zdroj tepla na ohrev vody,
  
• inteligentný riadiaci systém, ktorý zastreší všetky inštalované komponenty a zároveň umožní ukladať všetky namerané veličiny do databázy.

Podrobnosti tepelnej schémy začali byť jasné až po ukončení hrubej stavby. Pred začiatkom stavby sa len uložili pod základy domu zemný hadicový kolektor ako zdroj tepla pre tepelné čerpadlo a potrubie na vyrovnanie teploty privádzaného vzduchu (zemný register). (O oboch sme písali v predchádzajúcich dieloch seriálu.) Projektant mal však všetko pod kontrolou a jednotlivé časti systému sa skladali ako puzzle. Pred nanesením vnútorných omietok sa uložili do stropov kapilárne systémy, vyrovnávacou vrstvou betónu sa zaliali vykurovacie kapilárne rohože v podlahách, pred montážou sadrokartónových podhľadov sa inštalovali rozvody vzduchotechniky (projekt počítal s potrubiami vzduchotechniky skrytými v znížených stropoch), technologická miestnosť sa navrhla a zrealizovala dostatočne veľká, aby sa do nej vošli všetky plánované komponenty. Tepelná schéma spolu s inteligentnou elektroinštaláciou boli najzložitejšími systémami v dome a ich realizácia bola časovo najnáročnejšia.

Riadenie

Aj tí najodvážnejší slovenskí dodávatelia väčšinou stroskotali na riadení takto zložitého systému. Jediný systém, ktorý dokonale splnil všetky požiadavky a pritom nestál šesťcifernú sumu, bol HLC. Nielen dokonale riadil celú tepelnú schému, ale umožňoval preddefinovať množstvo stavov, ktoré mohli nastať počas roka, napríklad:

• pri dostatku slnečného žiarenia a ohriatí vody v akumulačnej nádrži prepnúť na ukladanie tepla do zemného kolektora,
  
• pri ochladení zeme v mieste zemného kolektora pod určitú hodnotu prepnúť zdroj tepla tepelného čerpadla na studničnú vodu,
  
• prepínať prívod vzduchu riadeného vetrania medzi priamym nasávaním z fasády a nasávaním cez zemný register podľa teploty vonkajšieho vzduchu,
  
• odoberanie teplej vody z akumulačnej nádrže alebo jej dohrev tepelným čerpadlom podľa teploty vody v akumulačnej nádrži,
  
• v prípade chladenia objektu automatické vypnutie podlahového kúrenia a púšťania studničnej vody do stropných systémov cez výmenník tepla,
  
• možnosť jednoduchej regulácie teploty v jednotlivých miestnostiach.

136136

Vizualizácia

Investor chcel od začiatku zistiť, aká je skutočná energetická bilancia jeho domu, preto mal požiadavku, aby sa údaje v systéme merali, zapisovali do databázy a zobrazovali aj na internetovej stránke. Dodávateľ riadiaceho systému, firma Animatrans, dodala kompletnú vizualizáciu, v rámci ktorej sa meria asi 20 teplôt v systéme, signalizujú sa stavy zapnutia čerpadiel a kompresora, a najmä tepelná energia získaná zo slnečných kolektorov a spotreba celého systému. Systém možno ovládať aj cez internet, preto zmeny parametrov alebo zásahy do programu realizuje dodávateľ na diaľku. Odborníci na pasívne domy budú zrejme namietať, že navrhnutá tepelná schéma je príliš komplikovaná a určite by sa na nej dalo dosť ušetriť. Zámerom investora však bolo otestovať viaceré koncepty používané v pasívnych domoch a urobiť na tomto základe odporúčania pre budúcich staviteľov. Ekonomickosť celého systému bude možné kompetentnejšie posúdiť po získaní skúseností z tohtoročnej zimy.