Nízkoenergetické rodinné domy jinak

Snaha snižovat tepelné úniky obvodovým pláštěm je v poslední době u projektů rodinných domů stále znatelnější a úměrně roste zájem o tzv. nízkoenergetické domy. Jedním ze stavebních materiálů, který umožňuje realizaci nízkoenergetických a pasivních domů, je stavební systém VELOX. Firma MC VELOX Praha ukázala na rodinném domě možnosti výrazného snížení tepelných ztrát pouhým použitím dnes dostupných stavebních materiálů a postupů.

Již nejčastěji dodávaná skladebná sestava stěny s 10 cm pěnového polystyrenu vykazuje tepelný odpor při tloušťce konstrukce 32 cm 3,536 m²K/W (U = 0,27 W/(m²K)). Po započítání vlivu omítek se dostaneme na diskutovanou hranici R = 3,8 m²K/W. Konstrukce s 12 cm pěnového polystyrenu splňuje tento požadavek bezpečně.

Vymezení problematiky

Celková tepelná ztráta objektů se skládá ze ztráty tepla prostupem a ztráty infiltrací a dále energií potřebnou na ohřev vzduchu při jeho výměně. Logika úspor dnes vychází hlavně z potřeby výměny vzduchu v domě v průběhu dne. Při použití rekuperace, která je u nízkoenergetických domů užívána nejčastěji, je prováděna výměna vzduchu v celém domě plynule po celý den bez ohledu na její potřebu. V průběhu dne nejsou všechny místnosti v domě užívané a dokonce v pracovní dny není po určitou dobu v domě nikdo přítomen. Při odjezdech na dovolenou nebo víkend také není nutné provádět výměnu vzduchu v plném rozsahu, ale většinou je nutno zabezpečit temperování objektu. Uvedeným okolnostem by měl odpovídat výkon otopné soustavy a vzduchotechniky. Klíčovým problémem u nízkoenergetických domů se stává zvláště vzduchotechnika - rekuperace, jejíž standardní realizace představuje investici od 150 tisíc korun, což nastoluje otázky její ekonomické odůvodněnosti, má-li pracovat jen po několik dní v roce.

Struktura tepelných ztrát

Úvodní myšlenkou pro řešení návrhu materiálů je stanovení podílů ztrát jednotlivých konstrukcí. Na grafu č. 1. (viz. časopis) uvidíme závislost podílů jednotlivých konstrukcí na celkových tepelných ztrátách, jestliže se mění tepelný odpor obvodového pláště od 0,33 do 5 m²K/W. Ostatní konstrukce jsou již přizpůsobeny zvýšeným požadavkům na úsporu tepla; v případě použití normových požadavků na materiály těchto konstrukcí by graf vypadal výrazně jinak.

Konstrukce jako okna a dveře mají samozřejmě nejnižší schopnost bránit ztrátám tepla. Proto v projektech nízkoenergetických domů jsou prosklené plochy orientované na jih až jihozápad, kde přírůstky tepla převažují nad jejími ztrátami. Současně je třeba v případě oken upozornit na vliv tloušťky konstrukce obvodového pláště na množství světla, které vniká do interiéru.

Z projektů většiny rodinných domů vyplývá, že nejsou řešeny komplexně po tepelně technické stránce. A také naprostá většina stavebníků se nerozhoduje o výběru nejdůležitějších materiálů samostatně na základě dostupných informací. Nejvíce rozhodnutí o volbě materiálů je na projektantech a stavební firmě nebo se taky stavebník rozhoduje podle toho, z čeho staví soused. Bohužel nejčastěji se setkáváme s rozhodováním stavebníka podle cenové výhodnosti s minimální vazbou na technické vlastnosti výrobku a jeho vhodnost pro stavbu.

Technické požadavky

Je nutné si zopakovat některé charakteristické parametry stavebních materiálů rozhodujících pro volbu stavebníka. Z důvodu nezažitosti nových veličin, které budou použity nově v novele ČSN 73 0540, budou popisovány veličiny podle posledního znění z roku 1994.

Tepelný odpor

Tento parametr je pro mnoho stavebníků při srovnatelné ceně různých materiálů rozhodující.

Tepelný odpor R (m²K/W) je dán vztahem R = d/l, kde d je tloušťka materiálu a l je součinitel tepelné vodivosti. Vhodnost použití jednotlivých materiálů stanovuje ČSN 73 0540 z roku 1994. V této normě se lze dozvědět, že minimální požadovaný tepelný odpor pro venkovní svislé konstrukce je RN = 2,0 m²K/W. Málo se ale publikuje velikost doporučeného tepelného odporu R = 2,9 m²K/W. Připravovaná novela výše uvedené normy bude zvyšovat požadovaný tepelný odpor na 2,8 m²K/W s tím, že některé materiály mohou využít výjimky do roku 2005 s odporem 2,4 m²K/W. Zajímavá je hodnota doporučená – přibližně R = 4 m²K/W (U = 0,25 W/m²K)!

Akumulace tepla

Požadavky na akumulaci tepla jsou v porovnání různých světových regionů různé. Ve střední Evropě je i z historického hlediska dáván důraz na vysokou akumulaci tepla ve vnějších svislých konstrukcích.

Akumulace tepla je schopnost stavebních konstrukcí uchovávat teplo a bývá zejména vyžadována, je-li třeba zajistit dostatečnou setrvačnost teplot uvnitř staveb - např. během topných přestávek nebo při výkyvech vnějších teplot. Nutnou podmínkou pro to, aby konstrukce měla vysokou akumulační schopnost, je, že musí obsahovat významný podíl materiálu s vysokým objemovým teplem. Pro efekt teplotní setrvačnosti, je dále nutné, aby tento materiál v případě změn teplot byl schopen teplo rychle přijímat nebo uvolňovat a rychle tak působit proti změně. Veličinou charakterizující oba materiálové požadavky společně, je tepelná jímavost b. Je dána vztahem b = l.c.r (W²·s·m^-4·K^-2) kde l je součinitel tepelné vodivosti, c měrná tepelná kapacita a r je objemová hmotnost. Čím větší je hodnota b, tím je materiál vhodnější do konstrukcí s vysokou tepelnou akumulací.

Ze vztahu pro tepelnou jímavost vyplývá její značná závislost na objemové hmotnosti materiálů. Zjednodušeně můžeme tepelnou jímavost považovat za parametr, který nás informuje o vlastnosti materiálu způsobující zpomalení vychládání objektu při topné přestávce (byť jen půl hodiny) v zimě, a naopak o zpomalení ohřívání objektu vlivem venkovních zdrojů tepla v létě.

Při srovnání tepelné jímavosti různých stavebních materiálů zjistíme, že u »klasických materiálů« je hodnota b nejvyšší u plné cihly (1,4·10⁶ W²·s·m^-4·K^-2). Děrováním cihel a zavedením mikropór klesla tato hodnota na pouhý zlomek. Podobně jsou na tom i pórobetony, které napěněním získají nízkou objemovou hmotnost a vyšší tepelný odpor. Uvedené materiály tak jako sendvičové konstrukce dřevostaveb mohou způsobovat při dlouhodobějším teplém letním počasí výrazné zvýšení vnitřní teploty, kdy uživatel musí vnitřní vzduch chladit. Naopak výsledky u vrstvených konstrukcí s betonovým nosným jádrem (b = 2,37·10⁶ W²·s·m^-4·K^-2) ukazují, že lze stavět z materiálů, u nichž zůstávají tradiční vlastnosti středoevropského regionu zachovány při současném splnění vysokých požadavků na úsporu energií.

Tepelné mosty

Tepelný most se vyskytuje u všech běžně užívaných stavebních konstrukcí, které od sebe oddělují prostředí s různou teplotou. Tepelný most se zjednodušeně může definovat jako místo konstrukce (obvodového pláště), kde dochází k většímu úniku tepla než v jeho okolí. Pro názornost uvádím několik příkladů. Z těch známějších je to nadpraží a věnec, ale je nutno upozornit i na další, které se však tak často neprezentují a v propagačních materiálech se na ně už úplně zapomíná. U »homogenních« materiálů je to svislá a vodorovná spára, která je vyplněna pojícím materiálem - maltou. Sendvičové konstrukce nemají problém se spárami, ale s prvky, které spojují jednotlivé vrstvy. Systém VELOX používá montážní ocelové spony, štěpkocementové tvarovky mají spojovací krčky a dřevěné konstrukce mají sloupky většinou po 0,5 až 0,6 metru.

Uvedené systémy se liší výrazně plochou považovanou za tepelný most. Procentuálně je možno tyto plochy stanovit od 0,01 % do 15 %.

Vliv difúze vodních par a kondenzace vodních par není potřeba v tomto článku nijak zvlášť rozebírat, protože současné materiály nevykazují poruchy způsobené vodní párou. Snad lze jen připomenout základní vlastnost kondenzátu, který v oblasti kondenzace snižuje tepelný odpor. Podobně se však chová i vodní pára (přirozená vlhkost) v materiálu. Proto je nutné u výrobců stavebních hmot požadovat údaje o tepelně technických vlastnostech při provozní vlhkosti a nikoliv například ve vysušeném stavu. Jedno upozornění je však nutné uvést. Mnoho stavebníků z cihelných materiálů s cílem spořit tepelnou energii použije kontaktní zateplovací systém. U systémů založených na pěnovém polystyrenu je nutno použít minimálně 8 cm. Jinak může dojít na rozhraní materiálů ke kondenzaci vodních par.

Na základě výše uvedených informací jsme se rozhodli při stavbě referenčního domu následovně:

Obvodový plášť

Volba obvodového pláště byla jednoduchá. V době realizace byla maximální tloušťka dodávaného polystyrenu 15 cm. Bez omítek tak dosáhne tepelný odpor úrovně 4,925 m²K/W (U = 0,196 W/(m²K)).

Střešní plášť

Volba skladby střešního pláště byla již složitější. Současná výstavba se omezuje na sádrokartonový podhled, tepelnou izolaci vloženou mezi krokve a střešní krytina přímo nad krokvemi. Krokev se v této konstrukci chová jako tepelný most, který je viditelný zejména na střechách pokrytých jinovatkou. Jinovatka nejdříve taje nad krokvemi.

Při konzultacích s výrobci tepelných izolací byla vybrána varianta nadkrokevních tepelných izolací. Ze všech producentů však pouze Rockwool nabízí kompletní systém, který řeší konstrukci komplexně. Je to také jediný systém, který používá plechových držáků pro přídavné krokve, které pak nesou střešní krytinu. Na rozdíl od systému vlašských krokví umožňuje systém plechových držáků korigovat tvarové deformace vzniklé kroucením dříví při vysychání. Také tloušťka tepelné izolace je variabilní. Pouze přídavná krokev bude vyšší. Podle zásady, že střešní plášť musí mít větší tepelný odpor než obvodový plášť, byla zvolena izolace Rockwool Airock v tloušťce 220 mm.

Systém nadrokevních tepelných izolací umožňuje v podkroví a v případě místností přes dvě podlaží i u nich přiznat krokve a záklop. Tak je možno dostat do interiéru dřevo.

Okna

Jeden z nejslabších článků obvodových konstrukcí. Výběr dodavatele byl vzhledem k dlouhodobé spolupráci s českým obchodním zastoupením rakouského výrobce plastových oken Internorm jednoduchý. Okna jsou vyráběna centrálně v Rakousku. Pro realizaci rodinného domu byl vybrán profil Trend. Standardně jsou dodávané se zasklením dvojsklem s U = 1,1 W/(m²K). Za minimální příplatek byly balkónové dveře na zimní zahradu vybaveny izolačním dvojsklem s U = 0,9 W/(m²K). Kromě oken do koupelny, byla ostatní okna zasklena izolačním trojsklem s U = 0,7 W/(m²K). Při srovnání cen s českými producenty nebyla tato realizace finančně náročnější.

Střešní okna

Osazení střešních oken na systém nadkrokevních tepelných izolací vyžaduje použití zdvihových rámů. Pokud někdo toto slyší jako my poprvé, jedná se o rám, např. z dřevotřísky, který umožňuje uložení tepelné izolace do střechy před zhotovením ostění u střešního okna a položením krytiny. Dalším oříškem byl výběr zasklení. Na trhu běžné zasklení je izolačním dvojsklem s U = 1,2 W/(m²K) a za příplatek U = 1,1 W/(m²K). S takovými hodnotami by střešní okna byla výrazně nejslabším článkem obalových konstrukcí. Po konzultací s firmou Formánek – Modřany, byla vybrána střešní okna Solára. Nakonec bylo na dům osazeno třináct oken se součinitelem prostupu 0,9 W/(m²K). Takový důraz na zasklení byl kladen zejména s ohledem na počet oken.

Podlaha

Při důsledném zateplení celého domu nezbývá než i do podlahy vložit tepelnou izolaci z pěnového polystyrenu nebo minerální vlny. Sami připravujeme vkládat do podlahy izolaci o tloušťce 8 cm.

Spoje konstrukcí

Po setkání s majiteli již hotových nemovitostí a po výše uvedené realizaci hrubé stavby se ukázal jako největší problém spojení obvodového pláště se střešním pláštěm. Při větším větru vzniká vysoký tlak vzduchu pod přesahem střechy a nedokonalým stykem vniká nadměrné množství vzduchu do podkroví a rostou náklady na vytápění. Použitý způsob u našeho nízkoenergetického domu je znázorněn na obr. 4 (viz. časopis). Spára mezi veloxovou deskou a palubkou bude utěsněna polyuretanovou pěnou nebo silikonovým tmelem.

Závěr

Celkový tepelný ztrátový výkon domu prostupem byl v celoročním průměru vypočten na 4,5 kW. Celková plocha vytápěných podlahových ploch je 207 m². Ztráty větráním budou pouze z vědomé výměny vzduchu okny a vzduchotechnikou – digestoří.

U takto koncipovaného domu je dnes problém s vytápěním. Moderní plynové kotle nabízejí modulaci výkonu. Ta však nedosahuje úrovně 10%, které by nízkoenergetické domy potřebovaly. Rádi se o zkušenosti po roce užívání podělíme.