Hrubá stavba a solární energetika pro rodinný dům

Pojem hrubá stavba není podle Wikipedie přesně ukotven v zákoně, normě či v projektové dokumentaci. Jde o nedokončenou stavbu před finálními úpravami (omítky, podlahy, fasáda), často bez rozvodů (elektřina, voda, kanalizace, vytápění, telekomunikace). Hrubá stavba znamená minimálně nosnou strukturu domu a definuje místnosti a spojovací chodby včetně schodišť. Nezatéká do ní, což předpokládá funkční střechu.

Zaměřme se na hrubou stavbu rodinného domu na stavebním pozemku, kde se investor s architektem svobodně rozhodují o jejím umístění, tvaru a orientaci vůči okolí a světovým stranám. Hrubá stavba je nositelkou stability, únosnosti a životnosti budoucího domu, mimo jiné definuje i jeho tvar. To vše má vedle jiného velký vliv na energetiku objektu a jeho celoroční vnitřní klima. Hrubá stavba zkrátka zakládá kvalitu budoucího bydlení.

Co minimálně patří do hrubé stavby

Hrubá stavba zahrnuje následující činnosti v chronologickém pořadí:

zemní práce při realizaci základových pásů s deskou,

provedení základových pásů,

provedení tepelné izolace v místech pod budoucí deskou,

provedení základových pásů s deskou,

provedení hydroizolace proti zemní vlhkosti v celé ploše základových pásů s deskou,

provedení přízemních obvodových a vnitřních zdiv, nosných i nenosných,

provedení stropu nad přízemím,

provedení nosné konstrukce střechy (krovu),

provedení střechy včetně její hydroizolace, větrané mezery a střešní krytiny.

Čtenář jistě tuší, že v případě výstavby patrového rodinného domu se body 6 a 7 realizují opakovaně.

Téma: Bílá a světlá architektura

Základové pásy s deskou

Jde o typ plošného základu, který je určen pro menší nadzemní stavby, jejichž typickým představitelem je rodinný dům. Často je zaměňován se základovou deskou, jejíž tloušťka bývá metr i více a která je ale určena pro výškové budovy, jež na svůj základ působí násobně vyšším tlakem.

a) Základové pásy vznikají ve dvou krocích. V prvním kroku vykopeme v zemině pod budoucími nosnými (obvodovými i vnitřními) konstrukcemi rodinného domu včetně schodišť pásy o hloubce převyšující zámrznou hloubku.

Zámrzná hloubka se dnes v ČR blíží někde až k nule, a tak je pro základové pásy rodinného domu doporučen výkop o hloubce 80 centimetrů a více. Šířka základových pásů závisí (vedle tíhy stavby) na únosnosti zeminy, kterou může snížit například podzemní voda i jiné faktory. Obvykle přesahuje šířku obvodových a dalších nosných konstrukcí domu. Standardně se uvádí šířka 40 centimetrů; hloubku a šířku základových pásů by měl v každém případě určit specialista – statik či projektant.

Dalším krokem je realizace „spodní” tepelné izolace o tloušťce asi 20 centimetrů vedle základových pásů a pod budoucí základovou deskou domu. Ideální je pro tento účel Foamglas, což je po aplikaci tuhá pěna ze speciálního hlinitosilikátového skla [1]. Foamglas se používá při výstavbě energeticky úsporných či pasivních domů, stejnou službu ale nabídne i jakékoli jiné stavbě.

b) Základová deska je vrstva podkladního betonu budoucí stavby o tloušťce 100 až 150 milimetrů, která se celoplošně pokládá na základové pásy a spodní tepelnou izolaci pod celým budoucím domem. Po ztvrdnutí slouží tato deska jako zateplený podklad pod nenosné konstrukce budoucí stavby (příčky, podlahy, jiné lehké konstrukce a zařízení). Při její realizaci lze zvolit i „lehčí” druh betonu a jednoduchý způsob plošné výztuhy (např. kari sítě 6/100/100 v celém rozsahu a pod příčkami ve dvou vrstvách). [2]

Letní horka v ČR překračují i subtropické teploty. Proč?

Hlavní příčinou letních veder je horké sluneční záření a přirozený skleníkový efekt, realizovaný hlavně vlhkostí atmosféry, která brání sálání od sluncem rozpálené země do vesmíru…

Téma: sluneční architektura

Umístění, tvar a orientace budovy

Touto pasáží by tento text mohl začínat. Už sama stavební parcela, její charakter, příjezdová komunikace, okolní prostředí a zástavba toho mnoho napovědí a nastaví směřování výstavby. Umístění, tvar a orientace nové budovy, které definuje hrubá stavba, zakládají nejen její tvář, ale i pobytové hodnoty včetně celoroční energetické náročnosti.

Hrubá stavba významně ovlivní kvalitu budoucího bydlení a provozní energetiku hotového domu. Ta by ideálně měla být na pasivní úrovni; to nesouvisí s takzvaným pasivním domem, nýbrž s energií ze slunečního záření, kterou lze dům v zimě vytápět a v létě chladit (například s pomocí tepelného čerpadla).

Energetika budoucího domu

Slunce štědře zásobuje Zemi energií, což platí i pro území ČR. Tím neříkáme, že by měl čtenář odmítat vytápění. Rozhodně ale stojí za to co nejvíc využít obrovské „energetické dotace”, kterou slunce nabízí zdarma. Ukazuje to tab. 1 (pro obvodovou zeď) a tab. 2 (pro okno).

Údaje o prostupu tepla obvodovými zdmi, střechou i okny v obou tabulkách nezapočítávají vliv sluncem ohřátých venkovních povrchů domu, které i v zimě snižují ztrátový prostup tepla nebo ho dokonce obrací v zisk. V obou tabulkách a měsících uvažujeme vnitřní výpočtovou teplotu 21 °C.

Tab. 1 ukazuje prosincové a červnové celoměsíční ztráty tepla prostupem pro venkovní obálkovou plochu domu s průměrným součinitelem prostupu tepla U = 0,22 W/(m²K). Tento parametr zahrnuje kompletní obálku budovy, tedy střechu, fasády, okna a venkovní dveře. Tyto ztráty pak porovnává s celoměsíčním dopadem slunečního záření na nadzemní plochy domu.

Tab. 2 uvádí podobnou informaci, avšak jen pro okna, která jsme volili na úrovni součinitele prostupu tepla U_W = 1,1 W/(m²K). Okna jsou specifická. Vedle ztrátového prostupu tepla prouděním a vedením mezi venkovním chladným a vnitřním temperovaným vzduchem realizují především sálavý prostup tepla mezi exteriérem a interiérem, kde má hlavní roli horké sluneční záření o teplotě cca 5 500 ^°C a s "pozemskou" intenzitou do cca 1100 W/m².

Jeho viditelnou složku vpouští okna do interiéru okamžitě, zatímco tu neviditelnou infračervenou či ultrafialovou postupně: obě jsou nejprve pohlceny okenními rámy a skly, čímž se okno jako celek zahřeje. Ohřáté okno pak sálá ve smyslu Stefanova–Boltzmannova a Planckova zákona teplo dál do interiéru (vnitřní zasklení) i exteriéru (venkovní zasklení).

Dílčí shrnutí

Ztráty tepla prostupem jsou nejen v červnu, ale dokonce i v prosinci menší, než je energie slunečního záření, které v daný měsíc na dům dopadne. Při detailnějším pohledu zjistíme, že i v nejchladnějším měsíci dopadne i na nejméně osluněnou, východní plochu domu více než dvojnásobek sluneční energie v porovnání s odpovídající ztrátou tepla prostupem.

V červnu jsou tato čísla až dramatická. Při stejném součiniteli prostupu tepla U = 0,22 W/(m²K) je tepelná ztráta prostupem –0,36 kWh(m²K), zatímco sluneční impakt na obálkové plochy domu je od 83,1 kWh(m²K) pro východně orientovanou stěnu do 159,7 kWh(m²K) pro vodorovnou střechu.

Rodinný dům, který čerpá energii ze slunce

Bydlet v domě, jehož vytápění, chlazení a větrání se obejde bez energetické přípojky, láká snad každého. Avšak návrh a provedení takového řešení dnešní praxe neumí uchopit,…

Okno – významný zdroj energie

Čtenář si možná všiml, že jsme v rámci průměrování zhoršili relativně teplovodivými okny a dveřmi s U_w = 1,1 W/(m²K) průměrnou ztrátu tepla prostupem celého domu, jehož obvodové stěny vykazují součinitel prostupu asi 0,12 W/m²K a střecha až 0,08 W/m²K. K tomu krátká poznámka:

Teplovodivá izolace oken sice není závratná, avšak jde hlavně o to, že okno propustí přímo do interiéru asi polovinu přímé i rozptýlené složky slunečního záření, které dopadne na venkovní stranu okenního zasklení. To představuje tok energie i přes 500 W/m² zasklené plochy. A jak to souvisí s hrubou stavbou?

Souvislosti

Tvar domu, umístění oken, použití stínicích předmětů, orientace domu vůči světovým stranám a blízkému okolí atp., to vše by mělo být v souladu s požadovanými hodnotami a funkcemi domu, včetně jeho energetiky, kvality bydlení a konečně i z pohledu působení domu na jeho okolí.

Závěr je zřejmý: dle teplovzdušného energetického modelu libovolného domu sice lze spočítat jakousi jeho zimní, letní a celoroční energetickou ztrátu prostupem tepla, ale (téměř) vůbec není brán ohled na energii slunečního záření, které na dům celoročně dopadá v obrovském množství: v zimě větším, než odpovídá zimním ztrátám, a v létě až řádově větším. Dodejme, že tyto výpočty zahrnují i dny, kdy je oblačno.

Již hrubá stavba, která definuje tvar domu a jeho střechy, umístění oken a orientaci vůči světovým stranám, by měla čerpání energie ze slunce brát v potaz, podobně jako i fakt, že se v létě může nesprávně navržený dům přehřívat.

Téma: slunce

Zdroje:
[1] Tepelná izolace - velký přehled
[2] Co je hrubá stavba a jaký je její rozsah
[3] Kari sítě a roxory