PORFIX a nízkoenergetické domy
Autor: Ing. Ladislav Némethy, technológ vývoja a environmentálny manažér PORFIX – pórobetón, a.s.Celá prednáška na stiahnutie vo formáte .pdf
Úvod
Vývoj architektúry a stavebníctva vo vyspelých štátoch EU smeruje k výstavbe energeticky plusových domov, t.j. k energeticky sebestačným budovám. Stavby, ktoré sa navrhujú na optimálne zachytenie a využívanie slnečnej energie, sú vo svete tak rozšírené, že sa podpísali pod vznik architektonického štýlu - slnečnej architektúry. Podľa direktív EÚ nasmerovaných na využívanie obnoviteľných zdrojov energie bude dnešný model výstavby do roku 2020 vo vyspelej Európe nahradený koncepciou, kde najnižšie bude postavený „štandardný dom“, ako ho poznáme dnes a štandardom budú pasívne domy.
V predkladanej správe sú zhrnuté poznatky dvoch vedecko-technických štúdií „Energetická bilancia simulovaných modelov rodinných domov“, ktorú vypracoval riešiteľský kolektív STU Bratislava – Stavebnej fakulty katedry technických zariadení budov Prof. Ing. Dušan Petráš, PhD a Ing. Martin Keszegh v rokoch 2008 - 2009.
Základné informácie
Za nízkoenergetické domy sa považujú budovy s ročnou mernou potrebou tepla na vykurovanie nepresahujúcou 50 kWh/(m2.a), pokiaľ využívajú veľmi účinnú vykurovaciu sústavu. Toto kritérium sa používa bez ohľadu na tvar budovy. Pri výhodnom kompaktnom tvare bude ľahšie splniteľné ako pri veľmi členitom tvare.
Na nízkoenergetický dom (NED) sú kladené viaceré požiadavky, ktoré sa navzájom ovplyvňujú. V prvom rade sú to požiadavky na vnútornú klímu a s ňou spojený komfort obyvateľov, nasledujú ekologické a ekonomické požiadavky .
Porovnanie aktuálnych štandardných budov s energeticky úspornými budovami je spracované v tabuľke č.1.
Tab. č.1. Porovnanie potreby tepla na vykurovanie pre rôzne budovy.
Pri realizácií nízkoenergetického domu (NED) je nutné dbať na koncepčný prístup k navrhovaniu. To sa týka už výberu stavebného pozemku, umiestnenia a orientácie stavby v danom teréne, voľby stavebnej formy budovy, zvýšenej tepelnej ochrany vonkajších stavebných prvkov obvodového plášťa, dôsledného vyhotovenia stykov a spojov stavebných konštrukcií a s tým spojená dostatočná vzduchotesnosť obvodového plášťa, cieleným pasívnym využitím slnečnej energie, nízkoteplotným vykurovacím systémom, núteným vetraním s predohrevom vzduchu a rekuperáciou.
V prípade realizácie pasívneho domu treba klásť dôraz na komplexnosť návrhu. Platí podobná koncepcia návrhu ako pri nízkoenergetických domoch avšak pribúdajú ďalšie podmienky, ktoré musí takáto stavba spĺňať :
Tab. č.2 Základné podmienky, ktoré musí spĺňať pasívny dom
V legislatíva SR platí zákon č.555 ktorý v §4, ods.1 direktívne určuje, že nová budova musí spĺňať požiadavky na energetickú hospodárnosť a projektant je povinný minimálne požiadavky na energetickú hospodárnosť zahrnúť do projektu pre stavebné povolenie. Referenčná hraničná hodnota je horná hranica energetickej triedy B (Vyhl. MS a RR č. 311/2009 Z.z.) a potreba tepla na vykurovanie ≤ údaju z tabuľky č. 3.
Tab. č.3 Minimálna požiadavka na energetickú hospodárnosť budov
Požiadavky na stavebné konštrukcie
Teplotechnické požiadavky na stavebné konštrukcie sú uvedené v STN 73 05 40: 2002 Teplotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Keďže energetickú náročnosť budovy a vykurovacej sústavy vo veľkej miere ovplyvňujú teplotechnické vlastnosti obalových konštrukcií najmä tepelný odpor konštrukcie je dôležité klásť veľký dôraz na jeho dodržiavanie. Údaje uvádzané v tejto norme sú doporučené hodnoty a pri návrhu nízkoenergetického a pasívneho domu je potrebné dbať na súvislosti medzi jednotlivými systémami, lebo samotné splnenie uvedených doporučení ešte nemusí znamenať, že stavba bude spĺňať podmienku maximálnej potreby tepla na vykurovanie.
V modelových výpočtoch sa použili nasledujúce parametre konštrukcií :
Tab. č.4 Teplotechnické parametre materiálov obalového plášťa budovy
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené parametre konštrukcií obvodových stien z rôznych, v súčasnosti v spoločnosti PORFIX - pórobetón, a.s. vyrábaných materiálov, pre jednotlivé kategórie domov.
Tab. č.5 Parametre konštrukcií obvodových stien PORFIX
Požiadavky na vykurovanie
V závislosti od požadovanej vnútornej klímy, teplotechnických vlastností obvodového plášťa budovy sa navrhuje konvekčné, sálavé alebo kombinované vykurovanie. V prípade energeticky úsporných domov je možné okrem klasického teplovodného konvekčného vykurovania už navrhnúť aj vykurovanie sálavé (podlahové, stenové či stropné).
V prípade nízkoenergetických a pasívnych objektov je možné opäť použiť aj vyššie spomínané teplovodné systémy avšak z ekonomických dôvodov je výhodné realizovať systém núteného vetrania s teplovzdušným vykurovaním.
Na voľbu vykurovacieho systému nadväzuje voľba zdroja tepelnej energie. V závislosti od projektovaného tepelného príkonu samotného objektu sa navrhuje zdroj klasický, nízkoteplotný, kondenzačný, tepelné čerpadlo, solárne kolektory a ich rôzne kombinácie.
Vo výpočtoch modelových domov sa použili na vykurovanie zariadenia:
- kotol na zemný plyn klasického teplovodného konvekčného vykurovania
- nízkoteplotný, kondenzačný kotol na zemný plyn a podlahové vykurovanie s variantom rekuperačnej jednotky
- tepelné čerpadlo
Pri výpočte sa postupuje v zmysle STN EN 12831, STN 73 05 40, STN EN 832 a v zmysle ostatných náväzných noriem. Vykonala sa analýza energetickej náročnosti modelových domov a počítali sa údaje :
- Projektovaná tepelná strata prechodom tepla priamo do exteriéru
- Projektovaná tepelná strata prechodom tepla cez nevykurovaný priestor
- Projektovaná tepelná strata prechodom tepla cez zeminu
- Projektovaná tepelná strata prechodom tepla pre vykurovaný priestor
- Projektovaná tepelná strata vetraním
- Projektovaný tepelný príkon pre celú budovu
- Účinnosť zdroja tepla, distribučného systému a účinnosť emisie tepla
- Stupeň potreby tepla a celková dodaná energia systému vykurovania.
Predmetom štúdie je zaradenie rodinného domu bez obytného podkrovia do energetickej triedy v zmysle vyhlášky č.311/2009 Z.z., návrh opatrení na zníženie potreby tepla na vykurovanie a opätovný prepočet a zaradenie rodinného domu do energetickej triedy.
Na nasledujúcich obrázkoch je vyobrazený vizual, pôdorys 1.NP a rez riešeným objektom - bungalovom.
Rez riešeným objektom
Výpočet celkovej projektovanej tepelnej straty vykurovaného priestoru a celkového projektovaného tepelného príkonu sa zrealizoval v zmysle STN EN 12831:2003 Vykurovacie systémy v budovách. Metóda výpočtu projektovaného tepelného príkonu.
Pri výpočte sa predpokladalo, že rodinný dom bude umiestnený v krajine so skupinami stromov alebo v zastavaných územiach, v predmestskej zástavbe kde je budova charakterizovaná ako priemerne chránená proti vetru. Predpokladaná orientácia rodinného domu na svetové strany vychádzala z daností stavby. Oddychová zóna (obytné miestnosti) boli orientované na juh, vstupné priestory na sever. Taktiež bolo predpokladané, že vzdialenosť medzi hladinou spodnej vody a úrovňou základov je väčšia ako 1m. Faktor tvaru budovy je 1,05.
Minimálne intenzity výmeny vonkajšieho vzduchu boli nmin boli určené v zmysle doporučení STN EN 12831 v súlade s STN 73 4301:1998 Budovy na bývanie.Pri výpočte bol predpokladaný stredne tesný obvodový plášť pričom predpokladaný počet výmen vzduchu pre celú budovu bol stanovený hodnotou n50=5 (1/h).
Výsledky
V nasledujúcich tabuľkách 6 – 8 sú uvedené výsledky výpočtu potreby tepla pre modelový typ domu – bungalov.
V tabuľke 6 sa počítalo 5 variant. Prvé 4 varianty boli pre materiál PORFIX Plus hrúbky 375 mm so štandardnou omietkou. Kombinácie boli pre dva typy kotlov a dva typy okenných výplní . Posledný variant bolo riešenie energeticky úsporného domu bez zateplenia obvodového muriva z PORFIX Plus šírky 500 mm s vyšším štandardom kúrenia a výplní okien. K dodaným energiám sa počítali aj emisie CO2 a ekonomické náklady vykurovania podľa cenníkov SPP pre rok 2011.
Tab. č.6 Potreba tepla a náklady na vykurovanie modelového domu
Z tabuľky je zrejmé, že aj pri nadštandardnom vyhotovení obvodového plášťa bungalovu (Tab. č.4), ktorý má veľmi nevýhodný tvar plášťa budovy - FTB 1,05 bez riešenia alternatívneho vykurovania nedosiahneme parametre nízkoenergetického domu - NED (t.j. 50 kWh/(m2.a)).
Straty tepla vetraním n50=5 (1/h) predstavovali 1799 W, čo je pri variante 500 mm steny 36,8% potreby tepla. Riešenie využitia tepla vetraním realizáciou rekuperačnej jednotky s celkovou účinnosťou 70% pri vyššom štandarde okien a stene z PORFIX Plus šírky 500 mm už zaraďuje stavbu do kategórie NED (Tab. č.7).
Tab. č. 7 Výpočtové údaje pre bungalov – vzduchotechnický vykurovací systém
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené prepočty na variant vykurovania bungalovu použitím tepelného čerpadla s parametrami podľa Vyhl. 311/2009 Z.z. Toto riešenie už zabezpečuje podmienky zaradenia stavby do energetickej triedy „A“. Z pohľadu faktorov globálneho otepľovania (čo sú v tom prípade emisie CO2) však elektrický systém je menej efektívny ako vykurovanie zemným plynom.
Tab. č. 8 Výpočtové údaje pre bungalov – tepelné čerpadlá
V tabuľke č.9 sú porovnávané varianty nezateplenej a zateplenej obvodovej steny z materiálu PORFIX Plus. Z výsledkov výpočtov vidieť, že investične náročné zateplenie novostavby doskami z minerálnej vlny hrúbky 80 mm dostáva parametre strát tepla na úroveň plnej steny z PORFIX Plus šírky 500 mm.
Tab. č. 9 Výpočtové údaje pre bungalov a porovnanie s variantmi zateplenia
V tabuľke č.10 sú počítané investičné náklady kľúčových častí a vybavenia stavby (obvodový plášť, priečky, omietky, okná, realizácia zateplenia obvodových stien a ostení a vykurovacieho systému). Z tabuľky je zrejmé, že návratnosť investície (rozdiel investícií / úspory energií) je veľmi dlhá. Vo výpočtoch sa ale neuvažovali trendy rastu cien energií. Pri štandarde okolitých vyspelých štátov EÚ, kde je medziročný rast cien zemného plynu 5% efektívnosť investícií z Tab.č.10 je zobrazená na grafe. Efektívnosť sa prejavuje v bode prekríženia kriviek nákladov (t.j. napr. nezateplené varianty v cca 23. roku prevádzky, zateplený variant voči stene z PORFIX Plus 375 mm bez zateplenia po 37 rokoch..)
Tab. č.10 Investičné náklady a spotreby energie na vykurovanie
PORFIX a pasívne domy
Spoločnosť PORFIX - pórobetón, a.s. spolupracovala s Technickou univerzitou Košice na realizácii pasívneho domu v lokalite Košíc. Na vizuáli a pôdoryse je zrejmý striedmy charakter stavby s výrazným južným presklením a účinným clonením v letnej prevádzke.
Základné údaje o materiáloch konštrukcií a realizácii stavby pasívneho domu: