Energeticky pasivní dům ve tvaru laskonky

Svým tvarem připomíná laskonku.

Informační a vzdělávací centrum EVVO - Domu stromů vyroste nedaleko Prahy v Průhonicích v areálu dendrologické zahrady. Cílem zadání byla stavba respektující stávající zeleň jako ukázka nekonfliktní stavby, při využití obnovitelných zdrojů energie - vestavěných solárních termických a fotovoltaických panelů. Projektant měl zvážit instalaci tepelného čerpadla, klást důraz na vysokou míru zateplení, rekuperaci tepla, třídění odpadů apod. Jde o standard energeticky pasivního domu podle doporučení ČSN 73 05 40 - Tepelná ochrana budov.

TEPELNÁ OCHRANA OBJEKTU

Stavebně energetický koncept respektuje zásady a pravidla pro dosažení úrovně pasivního domu podle čl. A.5.10 a A.2.5 v ČSN 73 0540 - 2: 2002 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky, a to:

> budova je optimálně orientovaná ke světovým stranám,

> tvarové řešení je kompaktní s poměrně příznivým faktorem tvaru (geometrickou charakteristikou) pro rodinné domy A/V < 0,60,

> vnitřní provoz je sdružován podle tepelných zón, vytápěcích režimů a orientace prostorů ke světovým stranám,

> dispozice je provozně maximálně využita, nevytápějí se hluché prostory,

> konstrukční koncepce je řešena se snahou o potlačení až vyloučení vlivu tepelných mostů v konstrukcích a tepelných vazeb mezi konstrukcemi,

> navržené masivní tepelné izolace mohou při dodržení předchozí podmínky zajistit součinitele prostupu tepla obvodových stěn zhruba 0,11 W/(m2.K), střech a podlah nad exteriérem zhruba 0,09 W/(m2.K), výplní otvorů s trojnásobným zasklením 0,7 W/(m2.K), tedy hodnoty příznivější než pro pasivní domy doporučuje ČSN 73 0540 - 2: 2002,

> v konstrukcích jsou navrženy vzduchotěsnicí vrstvy, které navzájem navazují; je předepsáno jejich vzduchotěsné napojení jištěné přítlakem,

> teplovzdušné vytápění a větrání s rekuperací má účinnost zpětného získávání tepla z větracího vzduchu vyšší než 75 %, má pružnou regulaci teplot a intenzity výměny vzduchu podle proměnných provozních podmínek, umožňuje plné využití pasivních solárních zisků a tepelných zisků provozních,

> příprava teplé vody je navržena s vysokou účinností užití energie a s minimálními ztrátami v rozvodech,

> spotřebiče jsou navrhovány v energetických třídách A.

VYUŽITÍ SLUNEČNÍHO ZDROJE

Hlavním principem určujícím povrchy Domu stromu je idea funkčně zapojit všechny plochy ke spolupráci se slunečním tokem energie. Buď energii slunce propustí v přiměřené míře (plochy oken zajišťující osvětlení vnitřních prostorů), nebo přetransformují (plochy fotovoltaických a termických slunečních kolektorů aktivně využívající sluneční energii pro provoz domu), nebo pohltí (plochy kryté extenzivní i intenzivní vegetací, která odparem vyvažuje mikroklima v okolí stavby a tím neutralizuje nad-měrný letní sluneční svit).

Francouzská okna a výkladce obvodového pláště zádveří budou dřevěná, ve standardu lepeného profilu určeného pro pasivní domy, se součinitelem prostupu tepla Uokna (w) = 0,71 W/(m2.K).

Kování bude celoobvodové, těsné, s možností odtěsnění. Okna budou opatřena izolačními trojskly s čirým měkkým nízkoemisním pokovením vnitřního skla a s výplní argonem mezi izolačními skly. Navržena je účelná kombinace pevných a otevíravých křídel dle upřesňující specifikace v dalších stupních projektové dokumentace. Pásová okna v rámci komunikačního a servisního bloku budou opatřena ze strany interiéru vloženými ocelovými nosnými sloupky.

Fasády jsou řešeny s ohledem na orientaci ke světovým stranám rozdílně v rámci obou hlavních hmotových celků, ze kterých stavba sestává. Servisní "kvádr" je opatřen obdélníkovými převýšenými otvory, francouzskými okny, okny s běžnou výškou parapetu, nebo nízkými pásovými okny podle účelu, funkce a orientace ke světovým stranám. Elipsovitá část stavby je vybavena průběžnými pásovými okny převážně pevného zasklení s malými ventilačními, nepravidelně rozmístěnými úzkými otvíravými křídly.

Masivní prvky markýzy a parapetu s ozeleněným povrchem sukulentními společenstvy účelně stíní prostory proti letnímu přehřívání.

Obvodový plášť je navržen v kombinaci vodorovného bednění modřínovými palubkami. Palubky mají řeznou plochu lehce přebroušenou, čímž se zvýrazní, že jde o masivní dřevo. Modřínový povrch je bez povrchové úpravy v části základního servisního a komunikačního bloku. Předpokládá se, že po čase získá fasáda sametovou stříbřitě šedivou patinu oxidovaného dřeva.

Obvodový plášť elipsovité dominantní hmoty centra sestává zejména z vegetací pokrytých svislých a vodorovných částí parapetů a nadpraží pásových oken. V partiích orientovaných na jih mohou být potom alternativně na svislých částech parapetů instalovány místo panelů se zelení fotovoltaické články. Podhled vyložených stínicích částí pásových oken a strop volného přízemí domu bude obložen dřevovláknitými deskami s omítkou a světlým nátěrem.

DRUHY POUŽITÝCH MATERIÁLŮ

Dům stromů je navržen jako moderní dřevostavba v kombinací dvou základních konstrukčních systémů.

Navrhované materiály a konstrukční prvky:

> železobetonové, pouze bodové založení základů - velkoprofilové piloty,

> dřevěné masivní nosné a obkladové prvky,

> dřevěné výrobky na bázi aglomerovaného dřeva, například: OSB desky (alternativně je možné na parobrzdné funkce použít desky Tetra K z recyklovaných tetrapakových obalů a nosníky I -OSB),

> tepelné izolace z balíků lisované slámy, dřevovláknitých desek a foukané mineralizované celulózy,

> vyzdívky z tvárnic a prvků z nepálené hlíny,

> v interiéru prvky z dusané probarvené hlíny a hliněné omítky,

> zábradlí výhradně ze skleněných desek,

> vegetační pokryv fasád a střechy.

Třípodlažní servisní a komunikační blok o půdorysu 8,80 x 14,80 m (ustoupené podlaží 3. NP 7,00 x 14,80 m) je navržen na principu lehkého dřevěného skeletu doplněného ve vnitřní části hrázděným zdivem.

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Halový víceúčelový výukový prostor vepsaný půdorysně do elipsy 19,50 x 16,00 m je navržen na principu těžkého dřevěného skeletu s nepravidelně rozmístěnými sloupy/stromy. Stropy jsou řešeny dřevěnými deskami z vrstveného dřeva, které propojují a ztužují oba systémy.

Ploché střechy domu jsou navrženy jako dvouplášťové, odvětrávané konstrukce s minimálním sklonem 1 % a extenzivním vegetačním pokryvem. Nosnou konstrukci střechy tvoří tabule z masivních dřevěných desek z vrstveného dřeva. Tepelná izolace bude zajištěna balíky z lisované slámy vyplněné mezi křížící se rošty z nosníků I-OSB 2 x 350 mm.

Následuje vrstva dřevovláknité izolace mezi laťové rošty, pojistná hydroizolace a odvětrávaná mezera s propojenými komorami. Záklop tvoří konstrukční OSB deska. Hydroizolace je navrhovaná vzhledem k charakteru stavby v nejvyšší dostupné kvalitě - jako kaučuková fólie. Následuje vegetační souvrství nebo konstrukce dřevěné terasy, podle typu střechy. Římsy střechy jsou opatřeny systémovými přepadovými lištami, perforovanými či plnými dle polohy a účelu.

Plochá střecha na úrovni 4. NP s dřevěnou terasou je spádována směrem k severnímu průčelí, kde budou instalovány okap a svody. V celém rozsahu je pokryta dřevěnými panely terasy. Zábradlí je z desek z tvrzeného skla, kotvených po obvodě terasy do nosného roštu panelů. Podél jižního průčelí ustoupeného podlaží jsou v pásu uložené solární kolektory, které v této části nahrazují nezbytné zábradlí.

Zelená vegetační střecha na úrovni 3. NP je vyspádovaná rovněž směrem k severnímu průčelí, kde v místě průniku elipsovité části a tuhého jádra budou instalovány svody.

Dešťové vody z ploché zelené střechy a předložené terasy budou jímány do zahradní jímky o objemu 10 m2 a využity pro splachování WC, údržbu přilehlé zahrady a střešních teras. Jejich eventuální přebytek bude sveden přepadem do jezírka a další vsakován v objektu v ploše vstavebního pozemku (především v zimním období). Do vsakovacího objektu bude rovněž zaústěna drenáž chránící úroveň základové spáry po obvodě spodní stavby Domu stromů před zvodněním. Veškeré nezastřešené zpevněné vnější plochy budou realizovány jako suché skladby umožňující vsakování dešťové vody na vlastním pozemku.

Konstrukce domu je důsledně navržena z materiálů, které mají v celém životním cyklu (tj. od těžby suroviny, výroby, dopravy na stavbu, zabudování na stavbě až po recyklaci po ukončení její životnosti) minimální ekologickou stopu. Jsou vyloučeny výrobky na bázi plastů, tepelné izolace jiného než přírodního původu, obvyklé fóliové parozábrany, plastové difuzní bariéry apod.

Ocelové konstrukce budou využity pouze tam, kde jsou pro svoje vlastnosti vzhledem k investičním nákladům, mechanickým vlastnostem, požadované životnosti prvků a nárokům na údržbu obtížně nahraditelné konstrukcemi dřevěnými (např. konstrukce schodů).

Navrhují se nenasákavé tepelné izolace na bázi polystyrenu XPS a EPS - T ve spodní stavbě a případně podlahách, výhradně v nezbytně nutných případech, kdy není dosud známý rozumný a ekonomický přírodní ekvivalent z obnovitelných zdrojů.

Vrchní stavba je půdorysně vepsaná do elipsy. Konstrukčně je založena na bázi těžkého dřevěného skeletu se stropními deskami se "skrytými průvlaky". Konstrukce obvodového pláště je nesená, zavěšená po obvodě stropních desek ocelovými příponami v místě sloupků z I-OSB. Skladba pláště je obdobná jako v případě konstrukce tuhého komunikačního jádra centra.

Sloupy - na hrubo opracované mrtvé stromy včetně kůry a části silnějších větví - jsou půdorysně umístěny v šesti řadách. Stropní tabule tvoří masivní desky z vrstveného dřeva, pohledově přiznané v interiéru. Montované jsou z jednotlivých dílů spojených zámky se zajištěním svorníky ze strany podlahy. Propojení sloupů a stropních tabulí je zajištěno ocelovými styčníky, sešroubovanými navzájem svorníky. Styčníkové desky budou opatřeny zazubením do stropních desek. Tepelný most v místě vetknutí sloupů do konstrukce podlahy nad exteriérem bude přerušen vloženou deskou z tvrzeného plastu.

Oba konstrukční systémy - tuhé komunikační jádro na bázi stěnové konstrukce a volný halový prostor přednáškových místností na principu skeletu - jsou navzájem propojeny stropními tabulemi.

TECHNOLOGIE PODŘÍZENÁ ÚSPORÁM

Novostavba je navržena v pasivním standardu. Tomu odpovídá i soubor opatření, z kterých sestávají principy návrhu technologie stavby. Pasivní dům je stavba se sníženou energetickou náročností na vytápění na přibližně 10 % v porovnání s běžnými stavbami realizovanými v minulém století. Potřeba energie na vytápění by neměla přesáhnout 15 kW/m2 za rok. Této hodnoty je dosaženo několika opatřeními: zateplením obvodových konstrukcí s hodnotou U zhruba 0,11 - 0,09 W/m2K; použitím kvalitních oken se zateplenými rámy U zhruba 0,71 W/m2K a řízenou výměnou vzduchu s rekuperací tepla a ohřevem přímo větraného vzduchu, bez další otopné soustavy pro každý provozní úsek budovy.

Pasivní standard staveb umožňuje díky výraznému snížení potřeb energie na vytápění přejít od konvenčních teplovodních systémů k teplovzdušnému vytápění. Toto řešení sdružuje výhody dostatečného hygienického větrání budov, rozvádění ohřátého média a tím vytápění a případně také rozvod ochlazeného vzduchu.

Je-li potřeba vzduch přihřívat nebo chladit, pak prochází před vstupem do rekuperační a teplovzdušné jednotky vzduchovými cirkulačními zemními registry, případně solankovým ochlazovačem/ohřívačem, kde přijímá teplotu země v hloubce asi 2 metry pod povrchem, tj. asi 8 - 14° C. V rekuperační jednotce je čerstvý chladný vzduch předehříván odcházejícím odpadním vzduchem.

Při započítání solárních zisků je možné předpokládat vyrovnanou roční bilanci potřeby tepla a tepelných zisků. Tím by se stavba řadila mezi tzv. "nulové domy", které v celoroční bilanci pokryjí potřebu tepla z vlastních zdrojů a nenárokují energii z veřejných zdrojů.

Většina energetických potřeb na ohřev teplé užitkové vody bude kryta z teplovodních solárních kolektorů. Zbytek bude pokryt ohřevem z elektrických integrovaných zásobníkových ohříváků. Teplovodní solární kolektory budou v sestavě na úrovni 4. NP doplněny fotovoltaickými články, které budou přednostně zásobovat objekt elektrickou energií. Ekonomický poměr jednotlivých komponentů sestavy bude ověřen energetickým auditem. Panely kolektorů se stanou součástí expozice ekologické výchovy.

VYUŽITÍ BIOMASY

Jako primární zdroj je navržena instalace kotle na biomasu. Bude mít regulovatelný výkon a maximální jmenovitý výkon 11,3 kW. Předepsaným palivem jsou dřevěné pelety. Použitý kotel bude konstruován jako komplet, jehož součástí jsou kotel, hořák, podavač a násypka. Jde o plně automatický systém. Objekt bude vytápěn a nuceně větrán teplovzdušnými jednotkami s rekuperací tepla.

Zdrojem tepla pro teplovzdušné vytápění budou akumulační zásobníky IZT, které budou umístěny v jednotlivých nadzemních podlažích. V 1. NP bude umístěn zásobník o objemu 616 l, ve 2. NP o objemu 925 l a ve 3. NP o objemu 925 l. Celková roční potřeba tepla na vytápění objektu je 28,9 GJ, tepelné ztráty objektu jsou 9,6 kW.

Předpokládaná průměrná roční účinnost zdroje vytápění je na hodnotě 85 %. Teplá voda je připravována v bivalentním zásobníku výměníkem solárního okruhu. V případě potřeby bude dohřívána z akumulační nádrže napojené na zdroj vytápění. V letních měsících, kdy otopná soustava není v provozu, bude případně dohřívána elektrickou topnou spirálou.

V energetickém auditu jsou uvažovány ploché deskové kolektory Helio-star 200. Systém se skládá ze čtyř solárních kolektorů, které jsou instalovány na střeše objektu.

Sklon kolektorů je uvažován 45°, s orientací na jih. Celková absorpční plocha všech kolektorů činí 7 m2, půdorysná plocha 8 m2. Využitelná energie ze solárních panelů, určená na přípravu TV, je 3,208 MWh/rok.

Fotovoltaický systém bude umístěn na ploché střeše objektu. Předpokládaná plocha určená pro fotovoltaický systém je 27 m2. Každý z modulů tvoří PV články na hliníkové nosné konstrukci, kotvené do nosné konstrukce střechy objektu. Jde o stacionární konstrukci (sklon 45°). Předpokládaná výroba elektřiny fotovoltaickým systémem je 3,511 MWh/rok.

AUTOR: Ing. arch. Josef Smola


Projektový a inženýrský ateliér

bilance nároků na příkon tepelné energie

příkon tepelné energie na vytápění: Qut = 15 kW

příkon tepelné energie na větrání: Qvzt = 14,5 kW

příkon tepelné energie na ohřev TV: Qtuv = 12 kW

bilance nároků na příkon elektrické energie

vytápění + VZT - pohony: 9 kW

vytápění + VZT

- ohřev vzduchu: 34 kW

zdravotechnika - dohřev TUV: 2 kW

zdravotechnika - pohony: 2 kW

kuchyňské spotřebiče: 5 kW

pohony - výtah: 8 kW

osvětlení a ostatní: 16 kW

Celkem: 76 kW

zásady návrhu pasivních domů

> Pasivní domy mají oproti standardní výstavbě významně posílenou tepelnou obálku domu.

> Hodnoty součinitelů prostupu tepla obvodových konstrukcí nemají překračovat hodnotu 0,15 W.m-2.K-1, okna mají mít výsledný součinitel prostupu tepla max. ve výši 0,8 W.m-2.K-1. Obvykle jsou zasklená trojsklem nebo navržena jako špaletová. Střešní okna se nedoporučují.

> Ve stěnách je v závislosti na technologii aplikováno asi 300 - 400 mm tepelné izolace, ve střešní konstrukci 500 - 600 mm účinné tepelné izolace.

> U takto kvalitně zateplených domů začínají hrát mimořádně významnou roli vnitřní tepelné zisky (např. svíčka 30 W, žárovka 100 W, člověk 100 W, stolní PC 150 W, plazmová televize 300 W, sušička, pračka, lednička...).

> Roční plošná měrná potřeba tepla na vytápění nepřesahuje 15 kWh/(m2.a).

> Takto nízkou energetickou potřebu budovy lze krýt bez použití obvyklé aktivní otopné soustavy pouze systémem nuceného větrání s účinnou rekuperací tepla (vyšší než 75 %) z odváděného vzduchu a malým zařízením pro dohřev vzduchu v období velmi nízkých venkovních teplot.

> Celková roční měrná potřeba tepla primární energie nemá být vyšší jak 120 kWh/(m2.a) - primární energie je taková, kterou je třeba uvolnit při energetické přeměně v místě zdroje.

> Pasivní dům musí být prakticky vzduchotěsný a to po celou dobu životnosti stavby, jeho celková neprůvzdušnost je n50 < 0,6 h-1. Experimentální ověření vzduchotěsnosti dle ČSN EN 13829 se doporučuje vždy provést ještě před úplným dokončením budovy (kdy jsou osazené výplně otvorů, ale ještě obnažené parozábrany a tím existuje i možnost následné opravy).

> V pasivním domě je žádoucí používat pouze vysoce úsporné elektrospotřebiče, třídy A, tím lze snížit spotřebu elektrické energie až o 50 %.