Domy s nulovou spotrebou energie

Znižovanie energetickej náročnosti budov je v súčasnosti asi najdiskutovanejšia téma v oblasti technických zariadení budov. Prídavné meno „nulový“ znamená, že daný dom má takmer nulovú spotrebu energie. V kategorizácii budov je, čo sa energetickej úspornosti týka, ešte ďaleko za nízkoenergetickými aj pasívnymi domami. Princípy, ktorými sa dá takéto úsporné riešenie docieliť, sú dnes už dobre známe, napriek tomu sú nulové domy stále vzácne – na celom svete ich stojí len niekoľko desiatok, v Českej republike ho zatiaľ nenájdete.

Výstavba budov v nízkoenergetickom štandarde sa nám už dostala do povedomia, väčšina developerských firiem má už v ponuke zaradené nielen nízkoenergetické rodinné domy, ale aj domy bytové. Dopyt po energeticky úspornom bývaní rastie v celej Európe, vo veľkej miere je iniciovaný aj zavádzaním nových predpisov a technických noriem. V Českej republike bolo významným krokom zavedenie preukazu energetickej náročnosti budov, ktorým sa musia od 1. 1. 2009 povinne vybaviť nové a rekonštruované budovy s celkovou podlahovou plochou väčšou ako 1 000 m². Aj keď sa o tomto opatrení veľmi diskutuje (v dobrom aj negatívnom zmysle), hlavné zmeny nás ešte len čakajú. V novembri 2009 sa schválila konečná podoba revízie európskej smernice o energetickej náročnosti budov 2002/91/ES, ktorá sa už týka takmer všetkých typov a veľkostí budov. Výnimku tvoria samostatné budovy menšie než 50 m², historické a sakrálne budovy, objekty na prechodný pobyt osôb a niektoré typy prázdninových objektov. Vďaka tomu by mali mať všetky novostavby od roku 2021 takmer nulovú spotrebu energie.

V ČR bude tomuto kroku predchádzať zavedenie nízkoenergetického štandardu pre všetky budovy dokončené po 1. januári 2013, ktorý znamená zníženie potreby tepla na menej než polovicu v porovnaní s dnešnou bežnou novostavbou. Na dosiahnutie pasívneho štandardu by však bolo potrebné znížiť potrebu tepla bežnej novostavby zhruba osemkrát, na splnenie kritérií nulového domu dokonca až pätnásťkrát. Takéto zníženie si v súčasnosti vieme len ťažko predstaviť a bude zaujímavé sledovať ďalší vývoj.

Cesta k energetickej sebestačnosti a ekológii
Nízku potrebu energie na prevádzku budovy možno docieliť rozličnými opatreniami. Základom je výrazné zníženie tepelných strát a efektívneho využívania tepelných ziskov. Pri pasívnych domoch sa uplatňuje niekoľko základných princípov: kompaktný tvar budovy s malou členitosťou, zasklené plochy orientované na juh, špičkové parametre zasklenia a tepelnej izolácie, vzduchotesnosť, dôsledné riešenie tepelných mostov, systém regulácie využívajúci tepelné zisky, nútené vetranie s rekuperáciou. V súčasnosti sa už aj definovali odporúčané hodnoty konkrétnych technických parametrov (napríklad súčiniteľa prestupu tepla), ich dodržanie má zaistiť požadovanú nízku potrebu tepla na vykurovanie.

Na dosiahnutie ďalšieho zníženia energie a splnenia podmienky označenia „nulového“ domu sa však už nijaké všeobecné pravidlá nedefinovali. Vždy ide o jedinečné a konkrétne riešenie zohľadňujúce danú lokalitu a ciele projektu, ktoré často nie sú len energetické, ale aj ekologické. Niektoré z realizovaných nulových domov slúžia ako vzorové domy a sú prístupné verejnosti. Väčšina z nich sa monitoruje z dôvodu budúceho hodnotenia alebo slúži priamo na experimentálne ciele. Minimálna potreba energie nie je často jediným (niekedy ani hlavným) rysom nulového domu. Niektoré sú koncipované ako domy s nulovou produkciou CO₂, iné kladú dôraz na nulovú záťaž prostredia v štýle udržateľného rozvoja a v tomto smere predstavujú jedinečné riešenie. Prídavné meno nulový by malo byť vo väčšine prípadov v úvodzovkách, pretože domy nikdy nemajú „celkom nulovú“ spotrebu energie či produkciu CO₂. Keďže však ide o hodnoty veľmi blízke nule, najmä v porovnaní s hodnotami bežnej výstavby, ponechávame v texte tradičné označenie bez ďalšieho upresnenia.

Nulová verzia po anglicky
Zatiaľ čo u nás sa zavádzanie prísnych energetických kritérií vo väčšej miere len chystá, vo väčšine západoeurópskych štátov a vyspelých krajín sveta tieto opatrenia platia už niekoľko rokov. Napríklad v Anglicku platí od roku 2008 zákon o udržateľnej výstavbe, ktorý definuje šesť požadovaných úrovní a ich postupné uvádzanie do platnosti. Okrem technických parametrov, ktoré treba splniť pre jednotlivé úrovne, dokument obsahuje aj informácie pre stavebné firmy a užívateľov domu. Očakávaným výsledkom tak má byť nielen energeticky sebestačný dom, ale aj dom s vysokou kvalitou vnútorného prostredia a minimálnym vplyvom na životné prostredie.

Presne podľa týchto zásad a princípov sa budoval prvý nulový dom vo Veľkej Británii – Kingspan Lighthouse. Dom sa dokončil v roku 2007 v Londýne a spĺňa najvyššiu úroveň 6, definovanú v zákone. Okrem minimálnej záťaže prostredia oxidom uhličitým a takmer nulovej spotrebe energie má stavba aj prepracovaný systém vodného a odpadového hospodárstva.

Najsevernejší nulový dom v Európe
Originálny energeticky sebestačný dom s nulovou produkciou CO2 nájdeme na najsevernejšom mieste Veľkej Británie – na malom ostrovčeku Unst, ktorý je súčasťou škótskeho súostrovia Shetlandy. Na pozemku stál pôvodne historický dom, ktorý však v roku 1992 zničil hurikán. Majitelia parcely zatúžili po celkom jedinečnej stavbe. Po porade s odborníkmi na nízkoenergetickú výstavbu sa dohodli, že napriek nehostinnému chladnému podnebiu severného súostrovia postavia dom s nulovou produkciou CO2. Ich cieľom aj motívom bolo nielen ekologické bývanie, ale aj vybudovanie domu, ktorý by slúžil na študijné účely a ako príklad pri ďalšej výstavbe. Podľa slov jeho majiteľov – ak sa dá postaviť nulový dom v tomto chladnom a daždivom kraji, dá sa postaviť kdekoľvek na svete.

Nulový dom v Unste spĺňa všetky zásady výstavby pasívneho domu. Konštrukcia domu sa skladá z drevených trámov, ktoré pochádzajú z kontrolovanej ťažby v lesoch čo najbližšie k miestu stavby. Strecha aj obvodové múry sú vybavené 140 mm penovej izolácie, ktorá spĺňa ekologické požiadavky. Dôraz sa kládol aj na vzduchotesnosť spĺňajúcu najprísnejšie kritériá.

Elektrická energia sa na prevádzku domu získava dvoma veternými turbínami, ktoré nahrádzajú tradičné fotovoltické panely. Toto riešenie sa zvolilo z dôvodu miestneho podnebia, ktoré je charakteristické intenzitou vetra a, naopak, krátkym časom slnečného svitu. Elektrická energia má slúžiť aj na dobíjanie elektromobilu, čím dôjde k výraznému zníženiu emisií CO2. Prebytky vyrobenej elektrickej energie sa uchovávajú v článkových akumulátoroch.

Energia na vykurovanie sa získava tepelným čerpadlom voda – vzduch, ktoré je napojené na akumulačnú nádrž s objemom 4 200 litrov. Z nej sa podľa potreby voda čerpá do systému podlahového vykurovania alebo na bežnú potrebu užívateľov domu. Vetrací systém v dome je nútený s nevyhnutným spätným získavaním tepla.

Pitná voda sa získava zo studne pri dome. Dažďová voda sa zbiera drenážnym systémom s priepustným zásypom okolo domu a následne sa zvádza do centrálnej nádrže. Neskôr slúži na zavlažovanie záhrady a čiastočne kryje aj potrebu vody v dome – využíva sa pri splachovaní toalety. Odpadová voda z domu sa čistí hneď pri dome v biologickej čističke.

Významnú časť produkcie CO2 bežnej domácnosti tvorí doprava potravín. Súčasťou konceptu tohto nulového domu je preto záhrada na pestovanie zeleniny a poľnohospodárskych plodín. Majitelia plánujú vybudovať aj skleník s plochou približne 94 m2. Na zaistenie dobrej úrody bude skleník vybavený LED osvetlením a proti nepriazni počasia ho bude chrániť externý hlinený múr. Úsporné LED osvetlenie sa použilo aj v dome, čím sa docielila veľmi nízka spotreba energie – na osvetlenie celého domu je potrebnej toľko energie, koľko by spotrebovala jedna klasická 100-wattová žiarovka.

Štíhly a predsa nulový aj pohodlný
Celkom iný nulový dom nájdeme o 500 km južnejšie, v treťom najväčšom škótskom meste Aberdeen, ležiacom na východnom pobreží pri Severnom mori. Dom Sigma Home je atypicky úzky a vysoký, tvorcovia ho úmyselne koncipovali ako trojposchodový mestský dom. Od bežných domov ho na prvý pohľad odlišujú tri malé veterné turbíny umiestnené na streche domu. Hlavné triumfy sú však skryté v jeho útrobách. Jeho tvorcovia sa zámerne usilovali vytvoriť koncept domu vhodný pre mestské centrá, lebo ide o oblasť, kde možno v budúcnosti dosiahnuť veľké úspory energie aj produkcie CO2. Dom sa navrhol tak, aby spĺňal kritériá nulovej produkcie oxidu uhličitého. Zelená energia sa získava solárnymi kolektormi, fotovoltickými panelmi a veternými turbínami. Všetky steny aj strecha domu majú izoláciu spĺňajúcu najvyššie možné kritériá. Solárny komín a celkové nútené vetranie s rekuperáciou zaisťujú dostatočný prívod čerstvého vzduchu pri minimálnej potrebe energie. Vysoká účinnosť aplikovaných systémov sa docieli aj vďaka výbornej vzduchotesnosti domu. Na docielenie minimálnej potreby energie sa dom vybavil kvalitnými nízkoenergetickými spotrebičmi a osvetlením.

Dom sa koncipoval nielen ako energeticky sebestačný, ale aj ako ekologický a neutrálny vo vzťahu k produkcii oxidu uhličitého. Na jeho stavbu sa preto vo veľkej miere použilo drevo z obnoviteľných zdrojov a pri výstavbe sa kládol dôraz na minimálny transport materiálu. Tzv. sivá voda, teda splašková odpadová voda zo spŕch a umývadiel, ktorá neobsahuje fekálie a moč, sa po recyklácii využíva na splachovanie toaliet. Sprcha aj vodovodné kohútiky majú úsporné hlavice, práčka spĺňa kritériá ekologickej prevádzky s minimálnou spotrebou vody. Na jednoduchšie recyklovanie odpadu má dom tri zabudované kontajnery.

Myslelo sa aj na bezpečnosť obyvateľov, pre prípad požiaru sa napríklad inštaloval automatický protipožiarny systém s rozstrekovačmi.

Na návrhu domu sa podieľal tím architektov a dizajnérov s cieľom vytvoriť prototyp domu, ktorý by svojou variabilitou vyhovel požiadavkám rôznych majiteľov a ich vkusu. Dôraz sa kládol na moderné vnímanie s otvoreným riešením priestoru, ktorý však možno jednoducho rozdeliť podľa priania jeho obyvateľov.

Dánska nulová cesta
Optimálny návrh budovy musí zahŕňať všetky aspekty „obývateľnosti“ – tepelnú pohodu, vetranie a osvetlenie. Splnenie týchto kritérií si vytýčil projekt spoločnosti VELUX – Model Home 2020, ktorý nadväzuje na experimentálne projekty CO2 neutrálnych prefabrikovaných nadstavieb SOLTAG a ATIKA. Projekt zahŕňa 6 nulových domov, ktoré budú určitý čas prístupné verejnosti a následne obývané. Pôjde vlastne o skúšobné laboratóriá, kde sa budú jednotlivé parametre, princípy a postupy skúmať v reálnom prostredí života. Domy vychádzajú zo znalostí stavby pasívneho domu a okrem požiadavky na energetickú náročnosť  zdôrazňujú maximálny užívateľský komfort obyvateľov a ohľaduplnosť k životnému prostrediu (celkovú uhlíkovú stopu budovy). Tri domy sa už dokončili (dva v Dánsku a jeden v Rakúsku), ďalšie sú vo fáze výstavby a plánovania (Nemecko, Anglicko, Francúzsko).

Prvým dokončeným domom bol „dom pre život“ v dánskom Aarhuse. Dynamický obal domu umožňuje prispôsobiť dom životu jeho obyvateľov a súčasne aj premenám ročných období. Dom je maximálne preslnený, plocha okien predstavuje 40 % podlahovej plochy. Okná vo všetkých miestnostiach sú orientované aspoň na dve svetové strany, aby mohli lepšie využívať potenciál slnečnej energie. Dom má automatický systém riadenia tienenia a vetrania, napojený na domovú meteorologickú stanicu na dosiahnutie teplotnej pohody, pohodlia obyvateľov aj úspor energie. Energetická koncepcia domu zahŕňa fotovoltické články, solárne kolektory a tepelné čerpadlo. Celkové riadené vetranie sa bude podľa plánu využívať len počas troch zimných mesiacov, zvyšok roka sa využíva prirodzené vetranie.

Dom je postavený ako drevostavba. Všetky materiály použité na stavbe sa vyberali s ohľadom na emisie CO2, potrebné na ich výrobu. Celková spotreba energie sa minimalizovala a je krytá obnoviteľnými zdrojmi inštalovanými v dome. Podľa výpočtov energetickej bilancie dom približne za 30 rokov vráti späť do siete energiu potrebnú na svoju výstavbu a výrobu materiálov, z ktorých je postavený. V súčasnosti ho obýva štvorčlenná rodina, ktorá má počas svojho ročného pobytu v dome zhodnotiť komfort bývania a spokojnosť s energetickým systémom. Zároveň sa merajú parametre prostredia aj spotreba energie. Výsledky štúdie budú známe v druhom polroku tohto roka.

Tak ako sa v súčasnosti vo výstavbe postupne rozširujú pasívne domy, v budúcnosti sa budeme pravdepodobne stále častejšie stretávať s domami nulovými. Uvedené príklady týchto domov naznačujú, že ich tvar, podoba aj koncept môžu byť rozličné. Vzhľadom na to, že u nás sa s takouto výstavbou bude len začínať, bolo by vhodné vziať si príklad zo zahraničných štúdií a neopakovať ich chyby.

Kategorizácia budov podľa potreby tepla na vykurovanie a ich základná charakteristika

Petra Šťávová
Foto: Kingspan off-site, Michael Rea, Mikael Kristensen Grimmig, Stewart Milne Group, VELUX

Autorka je šéfredaktorkou časopisu TZB Haustechnik, odborne spolupracoval Michael Rea.

Článok bol uverejnený v časopise ASB.