Pasívne domy na báze dreva

Za pasívne domy považujeme budovy, v ktorých je spotreba tepla na vykurovanie pod 15 kWh/m² za rok a celková spotreba energie (kúrenie, ohrev vody, prevádzka elektrospotrebičov) by nemala prekročiť 120 kWh/m² za rok. Na porovnanie: bežné novostavby, ak nie sú riešené ako nízkoenergetické, majú len spotrebu tepla na vykurovanie okolo 100 kWh/m² za rok. Rozdiel oproti bežným stavbám je hlavne v dokonalom obvodovom plášti budovy, vďaka ktorému sa dom tohto typu zaobíde bez konvenčného vykurovacieho systému. Takýto plášť musí byť vzduchotesný (testuje sa takzvaným Blower Door testom), aby teplo neunikalo infiltráciou vzduchu z exteriéru.

Potrebnú výmenu vzduchu väčšinou zabezpečuje systém riadeného vetrania s rekuperáciou. Pomocou rekuperačnej jednotky vieme získať teplo z odvádzaného vzduchu a spätne ho využiť na ohrev čerstvého vzduchu. Podstatnou zložkou energetických príjmov sú pasívne solárne zisky, najmä cez zasklené plochy. Preto sa najviac zasklených plôch orientuje na juh a minimum na sever. Veľkou prednosťou je použitie solárnych termických kolektorov na prípravu teplej vody a podporu vykurovania.

Celá architektúra pasívnych budov sa podriaďuje myšlienke tepelnej úspornosti a využívaniu pasívnych slnečných ziskov. Preto má navrhovanie takýchto objektov svoje špecifiká. V zásade ide o dodržanie niekoľkých myšlienok. Samotný tvar pasívneho domu by mal byť jednoduchý a čo najkompaktnejší, bez zbytočných výstupkov, aby boli ochladzované plochy minimálne, čo, samozrejme, ovplyvňuje tvorbu architekta. Niekedy sa však členitosti stavby nevyhneme, pretože si ju vynúti urbanistický kontext. Povrch plášťa budovy by mal byť v porovnaní s obstavaným objemom budovy čo najmenší.

Tvar budovy má rozhodujúci vplyv na spotrebu energie. Preto by guľa predstavovala najideálnejší tvar, lenže je len ťažko realizovateľná a nevýhodná z hľadiska dispozície. Jedným z najbežnejšie používaných tvarov je ležatý kváder. Všeobecne sa uprednostňujú hranolovité tvary. Strecha je najčastejšie pultová, rovná alebo sedlová s malým sklonom. Netypickým riešením môže byť oblúková strecha.

160744 Ing. Daniel Bebej	160745 Ing. Daniel Bebej
Architektonický návrh pasívneho domu

Pasívne domy majú obytné priestory orientované na juh. Na južných fasádach je aj najviac zasklených plôch, na dosiahnutie čo najväčších solárnych ziskov. Naopak, na severných fasádach sa zaskleniu snažíme vyhnúť. Nevykurované priestory, ako sú sklady, garáže a technické miestnosti, je výhodné orientovať tak, aby vytvárali nárazníkovú zónu a často sa mimo tepelnoiizolačného obalu budovy riešia ako prístavky.

Už v architektonickom návrhu by mali byť zakomponované niektoré technické zariadenia a konštrukčné prvky, napríklad tienenie zasklených plôch proti vysokému letnému slnku, slnečné kolektory a podobne. Obvodový plášť tvorí uzavretý izolačný celok, ktorého súčiniteľ prechodu tepla je menší ako 0,15 W/m² K, pri strešných plášťoch 0,12 W/m² K a menej. Potrebný tepelný odpor steny sa dosahuje tepelnoizolačnou vrstvou s hrúbkou 280 až 360 mm (v závislosti od vlastností použitého materiálu).

Kritickými miestami v konštrukcií sú najmä detaily založenia stavby, napojenie strešného plášťa na obvodové steny, detaily osadenia okien, dverí a stropu na obvodovú stenu. Všetky detaily by mali byť vyriešené bez tepelných mostov, prípadne len s ich minimálnym vplyvom, a taktiež správne z hľadiska vzduchotesnosti.

Zakladanie stavby

Detail zakladania je komplikovanejší ako pri bežných stavbách. Je to preto, že nemôžeme zanedbať tepelné straty cez podlahu. Navyše, podlaha plní aj akumulačnú funkciu, ktorú v prípade drevených stavieb neplní obvodový plášť. Miesta, kde sa prenášajú sily (napríklad z obvodových a nosných stien) do základov, sú vyplnené penovým sklom, ktoré má výborné pevnostné a tepelnotechnické vlastnosti. Vrstva izolácie je najčastejšie z tvrdeného polystyrénu, ktorý ma malú nasiakavosť a dostatočnú pevnosť v tlaku. Na vrstve tepelnej izolácie je železobetónová akumulačná vrstva.

Konštrukčné systémy na báze dreva vhodné pre pasívne domy

Ako nosná konštrukcia drevených nízkoenergetických domov a energeticky pasívnych domoch (EPD) prichádza do úvahy drevená rámová konštrukcia, stenová konštrukcia z priestorových tvaroviek alebo prefabrikovaná stenová konštrukcia z celostenových dielcov na báze lepeného dreva. Pri rámovej konštrukcii môžeme použiť štandardné prvky rámu 60 × 140 mm. Na dosiahnutie dostatočného tepelného odporu steny sa na rám pridajú ďalšie vrstvy tepelnej izolácie. Rám možno zatepľovať obojstranne; z exteriérovej strany napríklad kontaktným zatepľovacím systémom a z vnútornej strany ďalšou vrstvou tepelnej izolácie.
 

160759	160750
Renovácia rodinného domu na pasívny štandard pomocou drevenej obvodovej konštrukcie.

Ďalšou alternatívou je, ak štandardné prvky rámu nahradíme tenkostennými profilmi skriňového prierezu alebo prierezu v tvare I. Výhodou takýchto profilov je, že majú nielen väčšiu priestorovú stabilitu, ale aj ich montáž je jednoduchšia. Vďaka subtílnym stienkam z OSB dosák profily do veľkej miery eliminujú systémové tepelné mosty. Spôsob výstavby z priestorových tvaroviek je podobný ako zo silikátových tvárnic. Ide však o suchý spôsob montáže, založenej na jednoduchej modulovej výstavbe z priemyslovo vyrábaných modulov. Základný kus je vytvorený z dutého modulu (napríklad s dĺžkou 600 a výškou 300 milimetrov).

K základnému modulu sa vyrábajú moduly štvrtinové, polovičné a doplnkové prvky. Jednotlivé tvarovky do seba zapadajú buď na pero a drážku, alebo kolíkovými spojmi. Stena je vystužená po výške vloženými hranolmi alebo zvonku nabitým latovaním. Samotná tvarovka je vyrobená z vysušeného reziva alebo z veľkoformátových materiálov, najčastejšie OSB dosák. Dutina je vyplnená tepelnou izoláciu na báze minerálnej vlny, recyklovaného papiera, korku a podobne. Montáž nevyžaduje zložité mechanické a dopravné prostriedky, je efektívna a rýchla.

Konštrukcia z celostenových dielcov na báze lepeného dreva je zaujímavá tým, že vrstva lepeného dreva je na interiérovej strane a plní hlavne nosnú funkciu. Hrúbka tejto vrstvy je väčšinou 135 mm. Zateplenie je smerom do exteriéru. Oproti zrubovej konštrukcii s vrstvou izolácie na interiérovej strane sa takouto skladbou odstránia systémové tepelné mosty. Taktiež akumulačná schopnosť steny je lepšia.

Technické zariadenie

Systém riadeného vetrania s rekuperáciou zabezpečuje požadovaný prísun čerstvého vzduchu. Zároveň z domu odvádza znečistený vzduch. V zimných mesiacoch sa v rekuperačnej jednotke teplo odberá z odsávaného vzduchu a odovzdáva sa privádzanému. Reálna účinnosť rekuperácie by mala byť aspoň 80 %. Niektoré vetracie systémy slúžia aj ako teplovzdušné vykurovanie priestorov s cirkuláciou časti vetracieho vzduchu.

Toto riešenie umožňuje dodávku väčšieho množstva tepla do interiérov, a preto môže slúžiť ako náhrada tradičného vykurovania nielen v pasívnych, ale aj nízkoenergetických domoch. Okrem toho sa pri nízkych teplotách nevyžaduje privádzanie väčšieho množstva vzduchu z exteriéru a tým sa eliminuje znižovanie vlhkosti v interiéri. Cirkulačný vzduch nám zároveň rozvedie po celom dome tepelné zisky z miestností, do ktorých napríklad svieti slnko. Potrubia vetracieho systému sú zabudované v stenách a podlahe, teda nie sú viditeľné. Interiér nenarúšajú výmenníky tepla a rozvody vykurovacieho média, ako je to pri konvenčných vykurovacích systémoch.

Ďalším často používaným zariadením pripojeným na systém riadeného vetrania je zemný výmenník tepla (zemný register), ktorý využíva skutočnosť, že teplota pôdy je pomerne stála. Nasávaný vzduch sa vo vykurovacom období najskôr predhreje a potom sa privádza k vetracej jednotke. V letnom období sa, naopak, vháňaný vzduch ochladí a tak môžeme ochladzovať budovu aj v dňoch s extrémne vysokými teplotami. Solárne termické kolektory slúžia na prípravu teplej vody a na podporu vykurovania. Voda sa ohreje a putuje do akumulačnej nádrže, odkiaľ ju spätne odoberáme počas dní, keď je zamračené. Fotovoltické kolektory premieňajú slnečné žiarenie priamo na elektrickú energiu a znižujú jej spotrebu. Od ich použitia odrádza hlavne vysoká investícia. Na druhej strane sú zrealizované projekty pasívnych budov, ktoré dodajú do siete viac elektrickej energie, ako samy spotrebujú.

Taktiež sa v poslednom čase čoraz viac stretávame s tepelnými čerpadlami, aj keď v ich neprospech hovoria opäť vysoké investičné náklady. Na druhej strane návratnosť systému je 3 až 8 rokov, prevádzka je oveľa ekologickejšia ako konvenčné vykurovanie a ušetriť sa dá až 80 % nákladov za energiu. Pasívne budovy sú pre veľké zasklené plochy orientované na juh, náchylné v letnom období na prehrievanie. Je dôležité zatieniť tieto plochy proti vysokému slnku. Ak sa tienenie dostatočne nezabezpečí samotnou konštrukciou, treba nainštalovať dodatočné tieniace prvky. Tie zásadne inštalujeme do exteriéru. Inak by účinnosť tienenia bola minimálna. Tieniace systémy ovládané elektricky z interiéru sú najvýhodnejšie. Ak sú inštalované priamo do konštrukcie obvodového plášťa, nesmú vytvárať tepelné mosty. Mechanické ovládanie je nevhodné najmä pre vznik netesností a teda zvýšenej infiltrácie vzduchu.

Elektrické spotrebiče

Aby sa znížila celková spotreba elektrickej energie, kladú sa väčšie požiadavky na všetky elektrické spotrebiče.

160748

Základné požiadavky na elektrospotrebiče sú:

• výber spotrebičov s najvyššou triedou účinnosti,
• používanie úsporných žiaroviek na osvetlenie (úspora 70 až 80 %),
• pri plánovaní treba zohľadňovať spotrebiče v nepretržitej prevádzke, aj vtedy, ak spotrebúvajú len malé množstvo elektrickej energie, ako pevný telefón, spotrebiče v Stand By režime a podobne,
• pripojenie práčky a umývačky riadu na teplú vodu zohrievanú alternatívnym zdrojom tepla výrazne zníži spotrebu elektriny.

Bez moderných technických zariadení by sme si realizáciu pasívnych domov vedeli len ťažko predstaviť. Ich úlohou je rovnomerne rozvádzať teplo naakumulované v budove počas vykurovacieho obdobia, ale taktiež chrániť budovu pred nadmerným prehrievaním hlavne v letných mesiacoch.

Strešný plášť

Pre pasívne domy sa odporúča, aby strecha mala súčiniteľa prechodu tepla U = 0,12 W/m² K a menej. Strecha je najčastejšie rovná, pultová alebo sedlová s malým sklonom bez vikierov. Hlavným dôvodom je čo najviac zmenšiť plochu ochladzovaného povrchu. Skladba môže byť jedno-, dvoj- aj trojplášťová. Kritickým detailom býva prepojenie obvodového plášťa so strešným, pretože tu môže vzniknúť tepelný most a netesnosti, ktoré zvyšujú infiltráciu vzduchu.

Stropné konštrukcie

V zásade môžeme navrhnúť všetky typy drevených stropných konštrukcií. Veľkou výhodou je, ak ide o spriahnutú drevobetónovú konštrukciu. Takýto strop má okrem dobrých mechanických vlastností aj lepšie tepelnoakumulačné a akustické vlastnosti. Taktiež je potrebné, aby stropy k nevykurovaným priestorom mali dostatočnú hrúbku tepelnej izolácie. Stropom nad otvorenými priestormi (podjazdy a podobne) sa snažíme vyhnúť už v počiatočnom štádiu návrhu, pretože sú v rozpore s myšlienkou na dosiahnutie čo najkompaktnejšieho tvaru.

Okná a dvere

Kvalitné okná a dvere sú nevyhnutnou podmienkou štandardu pasívnych budov. Aby sa dosiahli potrebné vlastnosti pridávajú sa do rámov izolačné vrstvy najčastejšie z korku, polyuretánu a purenitu. Zasklenie je spravidla izolačným trojsklom. Dôležitá je aj poloha osadenia okna a dverí v konštrukcií. Taktiež je nevyhnutné zabezpečiť vzduchotesnosť styku rámu a obvodovej konštrukcie. Požiadavky na okná sú:

• zasklenie Ug ≤ 0,7 W/m² K,
• rám Uf ≤ 0,85 W/m² K,
• samotné okno Uw ≤ 0,8 W/m² K,
• osadené okno Uw, eff ≤ 0,85 W/m² K,
• zasklenie musí zabezpečiť aj dostatočné tepelné zisky, musí mať potrebnú priepustnosť slnečného žiarenia, odporúča sa faktor zasklenia g > 0,5 (cez zasklenie prejde viac ako 50 % slnečnej energie dopadajúcej na jeho plochu),
• vzduchotesnosť samotného okna, ale aj styku okenného rámu s obvodovou stenou,
• samotný detail a poloha osadenia v stene.

Na vchodové dvere sa kladú podobné požiadavky ako na okná, zasklenie však nemusí spĺňať podmienku priepustnosti slnečného žiarenia. Dvere musia dokonale tesniť. Navyše ešte musia spĺňať bezpečnostné požiadavky.

Problémy spojené s navrhovaním a realizáciou

Pri navrhovaní musíme v prvom rade zabezpečiť dostatočnú hrúbku obalového plášťa budovy. Výpočtom treba overiť jeho tepelnotechnické vlastnosti (tepelný odpor, prestup pary konštrukciou a akumulačné vlastnosti ). Problémom drevených konštrukcií je nízka akumulačná schopnosť. Preto treba do návrhu zakomponovať aj akumulačné steny. Pasívne domy sú v letnom období náchylné na prehrievanie. Preto je nevyhnutné chrániť zasklené plochy proti vysokému letnému slnku tieniacimi prvkami umiestnenými v exteriéri. Jedným z najväčších problémov pri realizácií nielen pasívnych budov je zabezpečenie vzduchotesnosti.

Najkritickejšími miestami sú napojenia strechy a stropu na obvodovú stenu, rohové spoje stien a styk rámov okien a dverí s obvodovou stenou. Všetky prerušenia parotesných fólií je potrebné prelepiť obojstrannou lepiacou páskou. Treba vylúčiť všetky tepelné mosty, ktoré môžu vzniknúť. Drevené konštrukcie treba dôkladne odizolovať od základovej platne.

Článok vyšiel v publikácii Všetko o dreve v interiéri a exteriéri, JAGA GROUP 2008