Bývanie za tepelnou bariérou

{R1}

Oba prístupy majú ešte jedno spoločné – predpokladajú, že chcete v dome vykurovať. Luxemburský fyzik Edmond D. Krecké sa však rozhodol využiť tieto zdroje energie – zem a slnko – na to, aby v dome vykurovať nemusel. Vďaka tomu sa prevádzkové náklady na udržanie príjemnej klímy v dome dostávajú na hodnoty, aké sa dosahujú v domoch energeticky pasívnych, a pritom obstarávacie náklady na technológie nie sú nijako dramatické. Viem, neznie to celkom zrozumiteľne, takže začnem pekne po poriadku…

Zemľanky nad zemou?

Z hĺbky zeme kontinuálne prúdi na jej povrch teplo – približne 0,7 kWh/m² ročne. I keď na priame použitie je táto hodnota príliš nízka, využitie tepla z podložia je dnes populárnou témou: nízkopotenciálne teplo možno zbierať napríklad prostredníctvom zemných registrov či sond umiestnených v studniach a pomocou tepelného čerpadla ho potom dodať vode v množstve dostatočnom na to, aby dosiahla teplotu potrebnú na vykurovanie. Úplne inú (a podstatne lacnejšiu) cestu zvolil luxemburský vedec Edmond D. Krecké – využil podpovrchové zemské teplo, podporil ho slnečným teplom a vytvoril bariéru, ktorá bráni úniku tepla z interiéru.

Šetrenie energiou nie je len módna záležitosť, a nejde len o nižšie účty či nezávislosť od monopolov. Znižovanie spotreby energie a využívanie obnoviteľných zdrojov je otázkou našej ďalšej existencie na tejto planéte. Dom, ktorý takmer nepotrebuje teplo na vykurovanie, možno postaviť napríklad s použitím technológií, ktoré jednoducho a originálne využívajú teplo zeme a slnka. A navonok sa nemusí vôbec líšiť od bežného domu.
Isomax

Množstvo energie potrebnej na vykúrenie domu závisí od toho, aký je rozdiel medzi požadovanou teplotou v interiéri a teplotou v exteriéri – jednoduché konštatovanie logického faktu. Známym faktom je aj to, že v hĺbke 3 až 4 m pod povrchom zeme je stabilná teplota – približne 9 až 11 °C. Takáto teplota sa udrží aj v pivniciach; v lete aj v zime, bez vykurovania či chladenia, bez ohľadu na počasie či teplotu nad zemou. Ak by sme teda všetky vonkajšie steny domu neustále „zásobovali pivničnou teplotou“ (povedzme 10 °C), malo by to podobný efekt, ako keby sme dom zakopali pod zem – žiadne teplotné výkyvy by neovplyvnili teplotu, resp. potrebu tepla v interiéri. Vytvorila by sa tzv. tepelná bariéra a energetická spotreba budovy by závisela len od rozdielu vnútornej teploty a teploty tepelnej bariéry, bez ohľadu na to, ako by klesla vonkajšia teplota. Ing. Krecké vymyslel aj spôsob, ako túto „pivničnú ochranu“ pre všetky miestnosti dosiahnuť: tri metre pod zemou uložil rúry, v ktorých cirkulovala voda, a rovnaké rúry zabudoval aj do obvodových konštrukcií domu. Voda absorbovala zemské teplo, prečerpala ho do vonkajších stien, a po jeho odovzdaní zase odtiekla späť pod zem, načerpať z nej ďalšiu energiu.

Pod strešnú krytinu (presnejšie medzi vrstvu tepelnej izolácie a strešnú krytinu) sa umiestňuje solárny absorbér – voda cirkulujúca v polypropylénových rúrkach sa tu ohreje vďaka slnečnému žiareniu (v lete až na 75 °C, v zime v slnečnom počasí asi na 25 °C). Toto teplo sa akumuluje v zemnom zásobníku, odkiaľ sa potom čerpá na vytváranie tepelnej bariéry, alebo v jadrovom zásobníku, ktorý sa využíva na predohrev teplej vody. Realizácia podstrešného absorbéra na šikmej streche je pomerne jednoduchou a finančne nenáročnou záležitosťou.
Isomax

Prečo zastať na polceste?

Ak by teplota bariéry neostala pri pivničných 10 °C, ale ďalej by sa zvyšovala, znížil by sa rozdiel medzi teplotou interiéru a bariéry, ktorý je rozhodujúci pre spotrebu energie na vykúrenie domu – čím menší je rozdiel teplôt, tým menšia je potreba tepla. Ak by sa tento teplotný rozdiel znížil až tak, že by tepelná bariéra dosiahla príjemnú interiérovú teplotu, potreba energie na vykurovanie bude nulová (respektíve pohodlne ju pokryjú solárne zisky, napríklad oknami, a teplo vyprodukované pri používaní budovy – napríklad ľuďmi či domácimi spotrebičmi). Ako to však urobiť bez „platenej“ energie? Jeden jej zdroj sa ponúka priam automaticky – pod domom so zaizolovanou základovou doskou sa zadržiava prúd tepla prichádzajúci z vnútra zeme, vďaka čomu teplota pod základovou doskou stúpne asi na 12 °C (aj keď budova nie je vykurovaná). Človeku celkom logicky napadne aj ďalší populárny, nevyčerpateľný, výkonný a lacný zdroj energie – slnko. „Drobný“ problém je len v tom, ako túto energiu čo najlacnejšie absorbovať, preniesť a uložiť tak, aby sa dala využiť v čase, keď je potrebná. V dome, ktorý vymyslel a patentoval Ing. Krecké, sú pod strešnou krytinou uložené absorpčné vedenia – plastové rúrky, v ktorých sa v lete voda ohreje až na 75 °C, v zime za slnečného počasia (aj pri mínusových teplotách) na použiteľných 20 až 25 °C. V izolovaných rúrach sa potom ohriata voda privádza do podložia (zemného zásobníka tepla), kde sa ukladá. Tým sa zvýši teplota podložia, z ktorého sa čerpá teplo na ohrev tepelnej bariéry. Meraniami na budovách vybavených touto technológiou sa zistilo, že teplota pôdy pod základovou doskou dosahuje asi 20 – 25  °C, voda v rúrkach, ktoré sa privádzajú do vonkajších stien domu, má potom 18 až 20 °C. Vyššie teploty sa v pôde nedosahujú ani pri vysokých absorpčných výkonoch: namiesto zvýšenia teploty sa zväčšuje objem zemného zásobníka. Skúsenosťami za niekoľko desaťročí sa zistilo, že pri využití všetkých strešných plôch rodinného domu na absorpciu je k dispozícii oveľa viac tepelnej energie, než je potrebné na zásobovanie tepelnej bariéry. Táto energia sa potom ukladá v izolovanom, tzv. jadrovom zásobníku, a využíva sa na predohrev pitnej vody (až na 35 °C).

Tato technológia, resp. princíp výstavby domov, dostala názov Terra-Sol – využíva totiž energiu zeme a slnka. Zem je pritom nielen zdrojom energie na vykurovanie a chladenie, ale aj médiom na ukladanie slnečného tepla.

Ak by absorpčné vedenia pod strechou nedodali potrebné množstvo tepla, môžu sa na absorpciu využiť aj vhodne orientované steny, napríklad južná fasáda – rúrky zberača energie sa inštalujú do vonkajšej omietky alebo pod obklad. Absorpčné vedenie je teda na vonkajšej strane steny (na tepelnej izolácii) a vedenie zásobujúce teplom tepelnú bariéru v jadre obvodovej steny (pod tepelnou izoláciou umiestnenou z interiérovej strany).
Isomax

Energeticky pasívny?

Keďže spotreba energie na vykurovanie je v domoch s tepelnou bariérou Terra-Sol nižšia než 10 kWh/m² za rok, ponúka sa porovnanie s energeticky pasívnymi domami, ktoré už ani u nás nie sú neznámym pojmom. Podobnosť je v extrémne nízkej potrebe tepla na vykurovanie – za nízkoenergetické sa považujú domy s potrebou energie na vykurovanie 15 až 50 kWh/m2 za rok, ako energeticky pasívne možno označiť také, ktoré na vykurovanie nespotrebujú viac než 15 kWh/m2 za rok (a potreba primárnej energie na ich prevádzku neprekračuje 120 kWh/m² za rok). Takáto potreba sa potom dá pokryť z vnútorných zdrojov (teplo, ktoré pri používaní domu produkujú ľudia či bežné domáce spotrebiče). Rozdiel je však v tom, ako sa k takejto nízkej potrebe tepla na vykurovanie dopracovať – zatiaľ čo tvorcovia myšlienky energeticky pasívnych domov stavili na extrémnu tepelnoizolačnú schopnosť všetkých obvodových konštrukcií a vzduchotesnú obálku domu, vďaka ktorým sa dostatočne obmedzia tepelné straty, Ing. Krecké vytvoril z obvodových konštrukcií domu vyhrievanú tepelnú bariéru. K vyrovnávaniu rozdielov teda nedochádza medzi interiérom a exteriérom, ale medzi interiérom a tepelnou bariérou, a medzi tepelnou bariérou a exteriérom. Keďže je teplota tepelnej bariéry a interiéru takmer rovnaká, nie je potrebné dodávať do interiéru žiadne teplo. Na pokrytie tepelných strát tepelnej bariéry (pri vyrovnávaní teplotného rozdielu oproti exteriéru) pritom postačí teplo získané jednoduchým spôsobom zo zeme a slnka, také, ktoré nič nestojí, ani neprodukuje skleníkové plyny.

Spoločnou črtou energeticky pasívnych domov a domov s tepelnou bariérou je aj riadené vetranie s využitím rekuperácie, teda spätného získavania tepla z odpadového vzduchu. Pri domoch systému Terra-Sol síce nie je striktnou podmienkou, pomocou neho však možno eliminovať tepelné straty vetraním. Princíp tepelnej bariéry sa môže aplikovať aj bez núteného vetrania s rekuperáciou a radikálne sa tým znížia tepelné straty prestupom cez murivo, tepelné straty vetraním však bude nutné nahradiť, takže potreba tepla (a tým aj spotreba energie) bude vyššia. Ak sa teda majú dosiahnuť parametre pasívneho domu v potrebe tepla na vykurovanie, musí sa použiť riadené vetranie so spätným získavaním tepla, a tiež dodržať potrebná tesnosť obálky domu.

Aj pri rekonštrukciách je uplatnenie princípov tepelnej bariéry možné, i keď realizácia je o čosi zložitejšia aj finančne náročnejšia. Zemný zásobník, ktorý sa pri novostavbe zrealizuje v rámci výstavby základov domu, sa musí pri rekonštrukcii umiestniť mimo domu, čo znamená náklady navyše na zemné práce aj na zaizolovanie zásobníka zhora.
Isomax

Celkovo sú požiadavky na konštrukciu, materiály či technologickú disciplínu pri domoch s tepelnou bariérou (podľa tvrdení autorov a propagátorov systému) miernejšie než pri energeticky pasívnych domoch. Nie je potrebná ani nákladná tepelná izolácia, ani okná nemusia byť také kvalitné ako pri pasívnych domoch. Kvalitnejšie okná však znamenajú nižšie tepelné straty v každom prípade, a teda aj v domoch s technológiou Terra-Sol. Aj tu ide o hľadanie rozumného pomeru obstarávacích a prevádzkových nákladov. Podobne je to aj s ďalšími cestami k zníženiu energetickej náročnosti domu – ak sa už pri jeho návrhu ráta s pasívnymi tepelnými ziskami cez okná a prehrievaniu sa zabráni napríklad vhodným architektonickým riešením či rozumným návrhom okien a dispozície, náklady na udržiavanie príjemnej vnútornej klímy budú, logicky, nižšie. Keď bude pomer povrchu domu k jeho objemu čo najnižší (dom teda nebude zbytočne členitý), znížia sa náklady na realizáciu tepelnej bariéry aj na jej prevádzku. Menšia plocha = menej rúrok aj menej cirkulujúcej vody, ktorú treba udržiavať teplú.

Tepelná bariéra v praxi

Základom domu s tepelnou bariérou je zemný zásobník tepla uložený pod jeho základmi. Tu sú vytvorené zóny, z ktorých sa teplo odoberá podľa potreby – zásobník tepla na ohrev tepelnej bariéry je izolovaný zhora domom a po bokoch vrstvou tepelnej izolácie a dosahuje sa v ňom teplota 20 až 25 °C. Zem, ktorá sa používa na chladenie, je mimo tejto zaizolovanej oblasti, v hĺbke so stabilnou teplotou 8 až 12 °C (asi 1,5 až 2 metre pod povrchom). Na predohrev teplej vody sa používa jadrový zásobník – časť zemného zásobníka tepla, izolovaná zo všetkých strán, a vybavená hadicovým vedením. Teplo sa do zemného zásobníka dodáva jednak prirodzeným tepelným tokom zo zeme, a jednak z tepelného absorbéru pod strešnou krytinou. Voda cirkulujúca v polypropylénovom potrubí, uloženom medzi strešnou krytinou a tepelnou izoláciou, zbiera slnečnú energiu a odvádza ju do zhora izolovanej základovej dosky (odtiaľ sa teplo dostane sálaním do zemného zásobníka) alebo do jadrového zásobníka tepla. Oproti kolektorom má tento spôsob získavania energie zo slnka nižšiu účinnosť, tú však vynahradzuje veľkosť využívanej plochy. Aj vďaka tomu, že stačí dosiahnuť nižšiu teplotu vody než v slnečných kolektoroch, je toto riešenie podstatne lacnejšie a jednoduchšie.

Princíp tepelnej bariéry možno aplikovať pri akomkoľvek spôsobe výstavby – príklady vytvorenia tepelnej bariéry pri murovaných obvodových stenách. To, čo sa pri pasívnych a nízkoenergetických domoch dosahuje extrémne hrubou tepelnou izoláciou (až 40 cm), teda minimálne tepelné straty, sa v domoch Terra-Sol dosiahne vďaka tepelnej bariére pri stene vymurovanej z bežných materiálov a izolácii hrubej len 10 cm. Isomax

Princíp tepelnej bariéry možno aplikovať pri akomkoľvek spôsobe výstavby – príklady vytvorenia tepelnej bariéry pri murovaných obvodových stenách. To, čo sa pri pasívnych a nízkoenergetických domoch dosahuje extrémne hrubou tepelnou izoláciou (až 40 cm), teda minimálne tepelné straty, sa v domoch Terra-Sol dosiahne vďaka tepelnej bariére pri stene vymurovanej z bežných materiálov a izolácii hrubej len 10 cm. Isomax

Princíp tepelnej bariéry možno aplikovať pri akomkoľvek spôsobe výstavby – príklady vytvorenia tepelnej bariéry pri murovaných obvodových stenách. To, čo sa pri pasívnych a nízkoenergetických domoch dosahuje extrémne hrubou tepelnou izoláciou (až 40 cm), teda minimálne tepelné straty, sa v domoch Terra-Sol dosiahne vďaka tepelnej bariére pri stene vymurovanej z bežných materiálov a izolácii hrubej len 10 cm.

Ak plocha strechy nepostačuje na získanie dostatočného množstva energie (napríklad pri vyšších budovách s plochou strechou), môže sa na absorpciu tepla využiť aj južná fasáda domu. Rúrky uložené na vrstve tepelnej izolácie je potrebné prekryť vhodnou omietkou alebo obkladom. Obvodové steny (a tiež strecha domu) sú tepelnou bariérou – ohrievajú sa vodou, ktorá prúdi z tepelného zásobníka do zabudovaných rúrok. Tepelnú bariéru možno vytvoriť v rôznych stavebných systémoch – od drevodomov až po domy murované – stačí dodržať isté pravidlá skladby stien. Jednou z možností je napríklad systém Isomax, pri ktorom sa steny vytvárajú na mieru z veľkoplošných panelov: medzi dvoma vrstvami polystyrénu (slúžia ako stratené debnenie) sú rúrky zaliate vo vrstve Bio-por betónu. Pri tomto systéme výstavby sa náklady blížia nákladom na stavbu porovnateľného bežného domu, náklady na jeho vykúrenie sa však vyrovnajú nákladom na vykurovanie energeticky pasívneho domu. V dome s tepelnou bariérou je v zime aj v lete príjemných 20 až 25 °C, teplota tepelnej bariéry (akumulačného jadra steny) je okolo 18 °C a povrch steny (teda povrch vnútornej tepelnej izolácie) je príjemne teplý, (jeho teplota sa blíži k teplote vzduchu v interiéri) – to sú ideálne podmienky domu. V dome s tepelnou bariérou je v zime aj v lete príjemných 20 až 25 °C, teplota tepelnej bariéry (akumulačného jadra steny) je okolo 18 °C a povrch steny (teda povrch vnútornej tepelnej izolácie) je príjemne teplý, (jeho teplota sa blíži k teplote vzduchu v interiéri) – to sú ideálne podmienky na pociťovanie tepelnej pohody. Jedným z pozitívnych efektov vnútornej tepelnej izolácie je to, že vnútorný priestor sa rýchlo vyhreje (prípadne vychladí), ďalším je zníženie prestupu tepla medzi interiérom a tepelnou bariérou. Keďže nejde o stenové vykurovanie, neprinášajú steny s tepelnou bariérou ani problémy spojené so stenovým vykurovaním, ako sú napríklad obmedzené možnosti umiestnenia nábytku.

V blízkej budúcnosti očakávame reálne skúsenosti z výstavby a aspoň niekoľkoročnej prevádzky takýchto domov v našich podmienkach.