Pasivní dům s automatickým řízením

Dům, na němž se ověřily možnosti navrhování v pasivním standardu pro kancelářské objekty, slouží jako sídlo firmy se školicím střediskem pro prezentaci energeticky pasivních a nízkoenergetických staveb. Jeho projekt byl spolufinancován evropským fondem pro regionální rozvoj a ministerstvem průmyslu a obchodu.

ARCHITEKTONICKÝ NÁVRH

Budova má jednoduchý kompaktní tvar, přízemí s dřevěným obkladem je od omítané části odděleno římsou. Vstup zvýrazňuje orámování dřevěnými bio deskami s šedou lazurou, které nahradily původně uvažovaný sklocementový provětraný obklad. Na severním průčelí je venkovní schodiště spojující střechu s 4. NP, severní fasádu poroste popínavá zeleň.

Prostorové uspořádání domu tvoří rastr 2 x 4 polí, takže dispoziční řešení je flexibilní a konstrukce mohly být jednoduché. Velikost kanceláří je možno variabilně upravovat, usnadňuje to i rozmístění oken v jednotném modulu. Vertikální komunikace a místnosti sociálního a technologického zázemí jsou u severní fasády.

SPLNĚNÍ NEZBYTNÝCH POŽADAVKŮ

V plášti byly eliminovány veškeré tepelné mosty, k omezení tepelných ztrát napomáhá také umělé větrání s rekuperací. Bilance spotřeby tepla ke krytí ztrát, hlavně v zimním období v noci, je doplněna teplovodním vytápěním. Dále jsou tepelné ztráty minimalizovány nuceným větráním. Chlad se v letním období získává z reverzního tepelného čerpadla - ukládá se do zásobníku chladu a využívá ve větracích jednotkách. V zimě tepelné čerpadlo slouží jako zdroj pro teplovodní vytápění. Bivalentním zdrojem pro ohřev vody je elektrická energie.

Řešení tepelného čerpadla a schéma zapojení s akumulací tepla a chladu umožňuje dodávat teplo i chlad současně, což lze využít zejména v přechodném období - například na severní fasádě přitápět a vzduch v zaplněném přednáškovém sálu chladit. Řízení vnitřního prostředí budovy je automatizováno.

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Nosnou konstrukci objektu tvoří železobetonový montovaný skelet se systémem dělených sloupů a průběžných průvlaků s vloženými klouby. Sloupy jsou dělené na výšku jednoho podlaží. Stropní průvlaky mají průřez obráceného T, staticky působí jako spojitý nosník s vloženými klouby. V místě schodišť, kolem velkých prostupů a ve štítech jsou doplněna ztužidla. Stropní rovina je z předpjatých dutinových panelů, ukládaných na ozuby průvlaků. V místě velkých prostupů byly doplněny filigránovými dílci, malé prostupy se prováděly vrtáním v ose dutiny stropních panelů.

Prostorovou tuhost konstrukce zajišťuje tuhost rámových styčníků skeletu a také ztužující stěny u výtahové šachty a kolem schodiště, které byly kotveny navzájem a do stropní roviny.

POUŽITÉ MATERIÁLY

Fasáda byla opatřena izolačními deskami Isover EPS GreyWall a Greyroof. Pro eliminaci tepelných mostů nemá kontaktní zateplovací systém mechanické kotvení a bez mechanických kotev je i tepelná izolace střechy, která byla přitížena betonovou vrstvou ve spádu. Tam, kde se musela použít tepelná izolace se sníženou tloušťkou, jako například u nadpraží oken v místech osazení žaluzií nebo u podlahy lodžie, byly použity izolační materiály s vyššími izolačními vlastnostmi, jako je Kooltherm K5 a vakuové desky Variotec.

Konstrukce, které vystupují na fasádu a narušují zateplovací systém (římsa, provětráváná fasáda v 1. NP, žaluzie, zábradlí), jsou připevněny kotvami s přerušeným tepelným mostem Dosteba.

Okna byla osazena plastovým profilovým systémem Rehau Geneo MD plus s konstrukční hloubkou 86 mm. Okno s modelem středového těsnění a integrovaným termomodulem dosahuje hodnoty Uf = 0,85 W/m2K. Zvolena byla izolační trojskla SGG Planitherm Ultra N a SGG Planitherm LUX. Na obvodovou konstrukci (ostění, nadpraží a parapet) jsou okna osazena pomocí těsnicího systému Tremco illbruck i3.

TECHNOLOGIE

Pro zajištění nuceného větrání slouží pět samostatných zařízení Atrea Duplex S. Vytápění a pokrytí tepelných ztrát prostupem zajišťují topná tělesa, opatřená termostatickým ventilem. Tepelné ztráty infiltrací kryje větrací zařízení s rekuperací tepla, chlazení vzduchu vodní chladič, integrovaný ve větrací jednotce.

Zásobníkový ohřívač teplé vody má elektrickou topnou vložku. Bojler je napojen i na solární ohřev (tato kombinace slouží spíše pro studijní a školicí účely).

Hlavním zdrojem tepla a chladu pro vytápění a chlazení a rovněž pro ohřev teplé vody je tepelné čerpadlo vzduch/voda NIBE LWSE 18. Systém je navržen tak, aby bylo možno provozovat současně vytápění (případně ohřev TV) a chlazení - obojí s využitím tepelného čerpadla. Oba systémy jsou až na malý úsek potrubí u tepelného čerpadla odděleny a vybaveny akumulačními nádobami pro možnost přerušovaného provozu.

Na střeše je umístěno 48 fotovoltaických panelů S-Energy 225 Wp o celkovém výkonu 10,8 kWp. Předpokládaný roční energetický zisk systému včetně započtených ztrát při uvedení do provozu je 9440 kWh. Vyrobená elektrická energie se využívá pro vlastní spotřebu.

INTELIGENTNÍ SYSTÉM ŘÍZENÍ

Veškeré osvětlení ovládá řídicí systém Luxmate, který plní několik úloh. V první řadě řídí výkon jednotlivých svítidel v závislosti na denním světle, jeho směrovosti a využitelnosti přímé složky denního světla. Intenzitu a směr oslunění budovy měří centrální čidlo na střeše a údaje jsou pak zpracovány regulačními algoritmy. Podle individuálně nastavených charakteristik se pro každé svítidlo vypočítávají akční veličiny.

Spolu s regulací svítidel pracuje fasádní regulace vnějších žaluzií - každá žaluzie je řízena podle oslunění. Žaluzie jsou upraveny tak, aby horní čtvrtina lamel umožňovala tzv. harvesting. Po mechanickém přetočení lamel se do místnosti vpouští přímé sluneční světlo i při zavřené žaluzii. Přes povrch stropu se transformuje na difuzní světlo, které přispívá k přirozenému osvětlení interiéru. Díky konfiguraci regulačních charakteristik je vazba mezi svítidly, žaluziemi a denním světlem přirozená a zaručuje konstantní hladinu osvětlenosti a maximální zrakový komfort.

Dalším úkolem systému je podpora automatické ochrany klimatu, resp. eliminace tepelných ztrát v noci a maximalizace tepelných zisků v zimních měsících. Regulace žaluzií zajišťuje úplné zavření lamel na celém objektu v určeném čase během noci a o víkendech v letních měsících. V zimních měsících je naopak o víkendech požadováno úplné otevření žaluzií, aby budova akumulovala energii ze slunečního záření. Součástí systému je meteostanice, která poskytuje údaje, na jejichž základě se vyvozuje překročení dovolené rychlosti větru a námrazový alarm. Jde o nezbytnou funkci, kterou ještě podporuje provozní autodetekce senzorických převodníků meteostanice. Systém Luxmate také ovládá osvětlení v chodbách na základě detekce pohybu osob, přičemž i v těchto prostorách je aktivní regulace osvětlení v závislosti na denním světle a regulační vazba na žaluzie.

Díky digitálnímu řízení svítidel a žaluzií jsou k dispozici údaje o jejich stavu a případných poruchách. Dalším nástrojem je měření spotřeby svítidel v reálném čase. Objekt je vybaven také nouzovým LED osvětlením, které je monitorováno a testováno řídicí jednotkou Onlite local SB128. Ta kromě jiného výsledky zkoušek ukládá v paměti (je nezávislá na napájení, takže záznamy nemohou být ztraceny). Vybavena je i komunikačním rozhraním, které se využívá pro přenos dat do servisního softwaru řídicího procesoru Luxmate, odkud lze dálkově spravovat instalaci nouzového osvětlení.

V článku byly použity informace: Koncepce vytápění a větrání - Ing. Michal Havlíček, MAXXI - THERM, spol. s r.o., Zumtobel Lighting s.r.o.

ZÁKLADNÍ ÚDAJE:

Název stavby: Pasivní administrativní budova INTOZA

Investor: INTOZA, spol. s r.o.

Realizace: 2011

Autor návrhu: Ing. arch. Radim Václavík, ATOS-6, spol. s r.o.

Vytápění a větrání: MAXXI - THERM, spol. s r.o., Ing. Michal Havlíček

Základní rozměry objektu (1. NP): 16,24 x 23,74 m

Zastavěná plocha (1. NP): 385,6 m2

Obestavěný prostor celkem: 6194,7 m3

Podlahová plocha celkem: 1267,7 m2

Kancelářská plocha: 734 m2

Kapacita budovy: stálí zaměstnanci 55 osob

Kapacita přednáškového sálu: až 50 osob

Měrná vypočtená roční spotřeba energie: 58 kWh/m2/rok

Celková vypočtená roční dodaná energie: 253,14 GJ

Podíl dodané energie: na vytápění - 12 %, na chlazení - 21 %, na větrání - 16 %, na teplou vodu - 19 %, na osvětlení - 32 %

V červnu 2011 byl proveden test průvzdušnosti budovy a po měření byla stanovena výsledná hodnota n50 = 0,17 h-1.

Partneři projektu: ALUMONT plast s.r.o. - dodavatel okenních výplní, ATREA s.r.o. - teplovzdušné vytápění a větrání domů, CPD - Centrum pasivního domu, GIENGER spol. s r.o. - odborný dodavatel TZB, ISOTRA a.s. - dodavatel stínicí techniky, MEROPS spol. s r.o. - dodavatel solárních systémů, MSEK - Moravskoslezský energetický klastr, Saint-Gobain Construction Products CZ a.s., Divize Isover, Divize Rigips, Divize Weber, Tremco illbruck s.r.o., Fakulta stavební a architektury VŠB-TU Ostrava, Zumtobel Lighting s.r.o. - dodavatel profesionálního osvětlení

HOVOŘÍME S AUTOREM STAVBY, ARCHITEKTEM RADIMEM VÁCLAVÍKEM

> Jistě jste si na začátku ověřovali více variant - jak se projekt vyvíjel?

Jeden z našich prvních návrhů odpovídal konceptu solární budovy. Ale po vyhodnocení výpočtů se ukázalo, že v podmínkách České republiky není solární koncept splňující pasivní standard vhodný a pravděpodobně ani možný. Mohl by splňovat kritéria pouze nízkoenergetického domu. Proto jsme návrh přepracovali a začali intenzivněji spolupracovat se specialisty. Na základě průběžných ověřovacích výpočtů jsme opakovaně redukovali okenní otvory, protože jsme na počátku zvolili rozsáhlé prosklení - stále jsme si nechtěli připustit fakt, že máme méně slunečních dnů ve srovnání třeba s Rakouskem.

> Co především požadoval investor?

Jeho přáním byly poměrně nízké pořizovací a provozní náklady a také opakovatelnost projektu. Zkrátka udělat dům levný a současně dobrý. Jednotlivé prvky jsme proto vybírali s ohledem na optimální poměr ceny a výkonu a většinou jsme volili jednoduchá a levná řešení.

Cenově náročnější detaily jsme navrhovali v přesně stanoveném poměru, aby si stavba udržela vysoké estetické a kvalitativní parametry. Skoro asketická vnější forma je v interiéru vyvážena propojením jednotlivých pater kruhovým průhledem - světlovodem, kterým symbolicky prorůstá popínavá zeleň. Jednotlivá podlaží oživuje prohnutá příčka lemující hlavní komunikační zónu. Tímto řešením pouštíme do interiéru světlo a krajní širší pozice umožňují prostor využít i pro setkávání a odpočinek.

> Kolik tedy dům stál?

Jeden metr krychlový stavby stál 5100 korun bez DPH a metr čtvereční užitné plochy přišel na 25 000 korun bez DPH.

> Už jste mluvil o požadavku na nízké provozní náklady. Co to pro vás znamenalo?

Provozní náklady nesměly vyčerpat významný podíl z ceny nájmu. Nejdříve jsme řešili eliminaci povrchu budovy. Navrhli jsme proto obdélníkový půdorys blížící se čtverci, i když ideální z hlediska povrchu by byla koule nebo válec - na zaoblenou formu odkazuje oblé nároží. Pomocí výpočtových modelů jsme také optimalizovali velikost okenních otvorů. Tvar pláště je záměrně jednoduchý, aby se mohl použít i v jiném prostředí. Dispozice vyjadřuje obvyklé požadavky na kancelářský prostor, takže stavbu můžeme vnímat jako základní funkční jednotku, kterou lze slučovat ve větším počtu.

> Když jste přemýšleli o možnostech vytápění a větrání, jistě jste měli na stole několik různých možností...

Koncepce byla přizpůsobena specifikům administrativní budovy, která se ve svých požadavcích liší například od rodinných domů. Administrativa má vyšší a proměnlivý počet osob ve vztahu k prostoru a vyšší podíl vnitřních zisků tepla díky kancelářské technice. Proto naši specialisti navrhli použití pouze čerstvého vzduchu bez recirkulace a decentralizované větrání s oddělením větracího a topného systému.

Množství větracího vzduchu jsme dimenzovali podle těchto zásad: během zimního provozu se vzduch v místnostech vymění vždy jedenkrát za dvě hodiny s tím, že množství vzduchu na osobu je 30 m3 za hodinu. Při letním provozu je to jedna výměna za hodinu a vzduch je také chlazen. Ve shromažďovací místnosti bylo větrání nastaveno podle počtu osob, ale pokud tam nikdo není, množství vzduchu se pomocí regulačního zařízení razantně snižuje.

Větrací systém jsme zvolili jako decentralizovaný, vybavený jednotkovým větracím zařízením pro jednotlivá podlaží a exponované místnosti. Toto řešení umožňuje samostatné ovládání, takže množství vzduchu se lépe reguluje vzhledem k režimu užívání. Jeho další výhodou je, že nepotřebuje žádné strojovny, a pokud ano, jedná se spíše o malé technické místnosti. Má také nižší nároky na prostor pro vzduchotechnická potrubí a celé zařízení je přehledné.

> Proč jste oddělili větrací a topný systém?

Požadavky na množství dodané energie byly v jednotlivých místnostech rozdílné a dodávky tepla jsme chtěli lépe regulovat. Tento systém využívá nižší množství větracího vzduchu, má tedy i nižší potřebu elektřiny na pohony. Kromě toho je díky němu lepší relativní vlhkost vnitřních prostor. Způsob distribuce tepla i vzduchu do jednotlivých místností je tedy jednodušší a levnější. Bez možnosti recirkulace vzduchu bylo teplovzdušné vytápění bez dalšího topného systému vyhodnoceno jako vysoce riskantní s reálným rizikem nezajištění odpovídajícího a požadovaného mikroklimatu v jednotlivých místnostech.

> Vaše stavba ověřila, že pasivní standard je možný i pro administrativní budovy a ukázala, že nemusí být cenově nedostupné...

Ano, ale je nutné po celou dobu přípravy spolupracovat napříč profesemi a také s dodavateli stavby. Začít se však musí u osvíceného investora - tato stavba vznikla díky panu Závadovi, jehož firma se zabývá zateplováním budov a výstavbou energeticky úsporných staveb.

Klíčovou roli sehrává období vlastní realizace, která je často za návrhovou fází opožděna a dochází k drobným změnám legislativy i technologických vlastností jednotlivých elementů stavby. Tyto korekce je nutné zohledňovat v dodavatelské dokumentaci a následné realizaci.

Hana Vinšová