Hodnocení udržitelnosti pasivních a nízkoenergetických domů ve Vídni a Linci - solarCity
V Rakousku bylo dosud vybudováno přes 5000 budov ve standardu pasivního domu. V budoucnu se má ve standardu pasivního domu realizovat značná část novostaveb. Cílem studií (2), (3) bylo poučení z prvních obytných komplexů pasivních domů. Dosahují existující pasivní domy ambiciózní cíle projektů, jak spokojení jsou obyvatelé, jaké stavební vícenáklady lze očekávat a jak vysoká je skutečná úspora energie ve srovnání s konvenčními obytnými komplexy?
1. Motivace a otázky
V Rakousku bylo dosud vybudováno přes 5000 budov ve standardu pasivního domu. V budoucnu se má ve standardu pasivního domu realizovat značná část novostaveb. Pro všechny dotované obytné domy je standard pasivního domu cílovou hodnotou do roku 2015. Cílem studií (2), (3) bylo poučení z prvních obytných komplexů pasivních domů. Hlavní pokládané otázky: Dosahují existující pasivní domy ambiciózní cíle projektů, jak spokojení jsou obyvatelé, jaké stavební vícenáklady lze očekávat a jak vysoká je skutečná úspora energie ve srovnání s konvenčními obytnými komplexy?
2. Metodika
Ve Vídni se analyzovaly všechny obytné komplexy ve standardu pasivního domu (PD), obývané déle než jeden rok. Detaily o zkoumaných budovách jsou uvedeny ve sborníku z konference Pasivní Domy 2009. Obytné komplexy ve standardu PD se porovnávaly s vybranými obytnými komplexy realizovanými ve stejném období 2005-2007. Referenční objekty již splňují standard nízkoenergetického domu (NED), protože město Vídeň stanovilo tuto energetickou úroveň asi před desítkou let jako minimální kritérium pro bytovou výstavbu a od zavedení soutěží stavitelů v r. 1994 se v bytové výstavbě dosahovalo vysoké kvality z hlediska tepelné ochrany. Energetický monitoring zahrnuje celkem 1367 bytů, přičemž 492 bytů bylo realizováno ve standardu pasivního domu. Místo technicky velmi náročné analýzy jednotlivých bytů byla prováděna hrubá analýza pomocí údajů o spotřebě od dodavatelů energií. Pro některé budovy byly navíc k dispozici detailní měření od AEE INTEC (Waldemar Wagner) a Technické univerzity Vídeň (Thomas Bednar). Sociálně-vědecký výzkum provedl ekopsycholog a hodnotitel Dr. Alexander Keul z univerzity Salzburg. Analýzu stavebních nákladů se prováděly společně s FGW Vídeň (Andreas Oberhuber, Birgit Schuster, Kerstin Götzl) a Ekonomické univerzity Vídeň (Philipp Kaufmann).
V Linci se analyzovaly obytné komplexy v městském sídlišti SolarCity, přičemž tři budovy byly postaveny ve standardu pasivního domu. Sídliště SolarCity Linz Pichling zahrnuje 1.298 bytových jednotek dvanácti různých obecně prospěšných bytových společností a související infrastrukturu a bylo vybudováno v r. 2005. Cílem města Linec byla realizace evropského vzoru udržitelného rozšíření města. V kupních smlouvách na pozemky byly závazně stanoveny podrobné minimální požadavky, jako například solárně architektonická kriteria (1).
V rámci výzkumného projektu "Evaluace SolarCity Linz Pichling" byly bytové objekty SolarCity podrobeny "monitoringu udržitelnosti" (3). Těžištěm studie byla podrobná analýza a srovnání energetické bilance a emisí skleníkových plynů. Navíc bylo provedeno sociologické hodnocení, zpracované na základě ankety mezi obyvateli (4) Univerzitou Johannese Keplera v Linci (Ass. Prof. MMag. Dr. Josef Lins).
3. Výsledky pro obytné komplexy ve Vídni
3.1. Jak spokojení jsou obyvatelé se svým pasivním domem?
Pět komplexů pasivních domů mělo lepší hodnoty spokojenosti s bydlením než konvenční budovy, jeden (Kammelweg E) byl na stejné úrovni. Věk a pohlaví nehrály při posuzování pasivních domů žádnou roli. Pokud jde o postoje k životnímu prostředí, nejsou obyvatelé vídeňských pasivních domů nijak "zelení", nýbrž sociální "mainstream". Některé projekty dosáhly až značkové kvality, pokud jde o hodnoty sympatií a doporučování dalším lidem. Jako citlivá se projevila fáze nastavování větrání a vytápění hned po nastěhování. Tady byla zapotřebí dobrá komunikace s techniky i správou, aby se předešlo nespokojenosti (Kammelweg E). Písemné informace o způsobu stavění obyvatelé hodnotili většinou pozitivně, informace předávány osobně by se měly zlepšit. Užitečný by byl také jednoduchý návod k použití systému větrání a vytápění s částí "řešení nejčastějších potíží". Z takového pohledu je pasivní dům prototypem komunikace pro informace v moderní bytové výstavbě obecně.
Po delším bydlení je život v pasivním domě posuzován stále lépe: V Utendorfgasse vzrostl podíl vysokých sympatií pro tuto formu bydlení v letech 2007 až 2008 z 84 % na 94 %. Zvlášť vysokou spokojenost s bydlením (průměru 1,2) vyjádřili obyvatelé Mühlweg, Utendorfgasse a Roschégasse.
3.2. Jaké jsou rozdíly mezi naměřenou a plánovanou spotřebou energie?
Plánované hodnoty podle energetického průkazu byly přepočítány na 23 °C a reálné poměry venkovního klimatu a porovnávány s naměřenými hodnotami skutečné spotřeby dodané energie. Kromě spotřeby tepla na vytápění jsou znázorněny ztráty tepla v zařízení (nevyplněná část sloupce). Tyto ztráty jsou naměřené hodnoty a průměrné empirické hodnoty, které mohou dosahovat velmi rozdílné výše podle druhu zařízení a tloušťky izolace potrubí.
Naměřené hodnoty spotřeby tepla na vytápění v průměru velmi dobře odpovídají vypočteným plánovaným hodnotám. Ztráty tepla v zařízení však byly při plánování pasivních domů většinou odhadovány příliš optimisticky. Průměrné ztráty v pasivních domech činí asi 7 kWh/(m2.a) pro vytápění dálkovým teplem a 8 kWh/(m2.a) u plynového topení. Ztráty v zařízení u obytného komplexu SolarCity v Linci, vytápěného dálkově, byly v rozsahu 5-15 kWh/(m2.a), podle tloušťky izolace rozvodů a podle realizované koncepce rozvodů. Tyto energetické ztráty tak jsou relativně vysoké a představují další potenciál pro úsporu energie, vyžadující minimální vícenáklady, avšak pečlivé plánování a provedení. Tento potenciál úspor je atraktivní, hlavně když se současně zohlední i ztráty v rozvodech teplé vody. Jen kolem 40 % z cca 22 kWh/(m2.a) konečné energie vynaložené na dálkové vytápění se dostane jako teplá voda k uživateli. Ztráty v obytných komplexech s dálkovým vytápěním jsou podrobněji analyzovány na základě diagramu toku tepla toku (obr. 3).
Obr. 1 Srovnání plánovaných hodnot (tmavošedá) s naměřenými hodnotami spotřeby (světlešedá). Dodaná koncová energie (celý sloupec) a využitá energie na vytápění (vyplněná část sloupce) na hrubou půdorysnou plochu.
Nejvyšší ztráty těsně nad 25 kWh/(m2.a) byly zjištěny u nízkoenergetického bytového komplexu vytápěného plynem. Pro zjištění, zda je tato hodnota reprezentativní pro starší bytové domy s ústředním plynovým kotlem, je zapotřebí zkoumat další objekty.
U budov vytápěných pomocí elektřiny (Roschégasse s tepelnými miničerpadly) se ztráty v rozvodech vůbec nevyskytují. Je však nutné připomenout, že faktor primární energie a skleníkových plynů je u elektrické energie výrazně vyšší než u dálkového vytápění a zemního plynu.
Objekty Roschégasse a Utendorfgasse vyšly jako nejefektivnější obytné komplexy, pokud jde o vytápění místností. Konečná spotřeba energie byla asi 12 kWh/(m2.a). U obytných komplexů Kammelweg-C (blok E) a Kammelweg-B (Robert-Virchow-Str. 12) provádí Technická univerzita Vídeň od r. 2008 pod vedením Thomase Bednara energetický monitoring. Doladění zařízení vedlo v sezóně 08/09 k průměrné úspoře tepla na vytápění ve srovnání s předchozím rokem asi o 8 kWh/(m2.a).
Z chronologických řad pro referenční objekty je patrné, že novější obytné komplexy vykazují menší spotřebu tepla na vytápění. Následující graf stručně ilustruje vývoj v letech 1985 - 2006.
Obr. 2 Konečná spotřeba energie pro vytápění místností a přípravu TV kromě proudu pro oběhová čerpadla a ventilátory. Vliv doby výstavby na spotřebu dálkového tepla u konvenčních bytových komplexů. Srovnání průměrných hodnot pasivních domů (PH) a nízkoenergetických domů (NEH) s dálkovým vytápěním z různých let výstavby. Spotřeba v jednotlivých pasivních domech s různými druhy zásobování energií.
3.3. Jak se do současnosti vyvíjela spotřeba energie v obytných komplexech a jakou přidanou hodnotu pasivní dům přináší?
Díky angažovaným požadavkům vídeňské městské správy na kvalitu se v posledních letech průběžně zlepšovala průměrná energetická efektivita nově budovaných obytných komplexů. Čím mladší je objekt, tím méně energie se spotřebuje na vytápění - toto snížení činí asi 20 kWh/(m2.a) dálkového tepla o r. 1985 do r. 2005, jak ukazuje předchozí graf.
Obytné komplexy ve standardu pasivního domu spotřebují na vytápění místností celkem asi 17 kWh/(m2.a) dodaného dálkového tepla na hrubou půdorysnou plochu, a tím asi o 30 kWh/(m2.a) nebo cca dvě třetiny méně než srovnatelné obytné budovy ze stejného období. To znamená průměrnou roční úsporu na domácnost cca 2,5 MWh, 500 kg ekvivalentu CO2 a 230 € nákladů na energie (cenová úroveň září 2009). Tyto úspory budou postupně růst.
Při srovnání různých konceptů pro energeticky efektivní budovy je potřeba vzít do úvahy, že tato efektivita se definuje jako poměr vložené energie ke kvalitě vytvořeného klimatu v místnosti. Přidaná hodnota pasivních domů pro energetickou efektivitu tedy spočívá v lepší pohodě, vyšším termickém komfortu a lepším využití obytné plochy díky komfortní zóně oken a bez topných těles.
Komfortní větrání v pasivních domech zlepšuje kvalitu bydlení, např. vyloučením tvorby plísní a zátěže jemným prachem a zlepšením odpočinku při spánku díky nižší koncentraci CO2. Spotřeba proudu pro komfortní větrání se u nejpečlivěji naplánovaných zařízení pohybuje na srovnatelné úrovni jako u konvenčního sanitárního větrání v nízkoenergetických domech. Obvykle je pro komfortní větrání zapotřebí cca 3-6 kWh/(m2BGF.a) elektrické energie. Obytný komplex Kammelweg měl zpočátku výrazně vyšší spotřebu, která se díky monitoringu TU Vídeň snížila na obvyklou úroveň. To zvýrazňuje požadavek velmi pečlivého plánování větracích zařízení s následujícím zajištěním kvality energetickým monitoringem.
3.4. Která opatření působí výrazné zlepšení celkové energetické efektivity?
Obr. 3 Diagram toku tepla v pasivních domech ve srovnání s nízkoenergetickými domy. Průměrný tok tepla v bilanci topné energie (koncová energie) u dálkového zásobování teplem.
Diagram toku tepla ukazuje, že množstevně nejdůležitější tok energie u konvenčních obytných budov - totiž ztráta tepla při přenosu - lze v koncepci pasivního domu velice efektivně snížit asi o 23 kWh/(m2.a). Další efektivní snížení spotřeby tepla asi o 10-15 kWh/(m2BGF.a) je možné optimalizací zařízení na topení a ohřev vody. Proto se doporučuje, aby tloušťka izolací přípojek a rozvodů tepla odpovídala alespoň dvojnásobku průměru trubek, podle tepelné vodivosti izolačního materiálu = 0,04 W/(m.K). To se musí zohlednit již v časných fázích projektu. Dále lze doporučit realizaci dvoustupňového rozvodu tepla s bytovými výměníky.
Realizovaná solární termická zařízení dodávají až 10 kWh/(m2.a) a ještě vyšší výnosy se dají očekávat u použitých částečně solárních vytápěcích systémů s velkoplošnými kolektory. Dalších úspor lze dosáhnout pomocí energetického monitoringu ve fázi obývání, informováním a motivováním obyvatel a vhodnou úpravou tarifů u dodavatelů energií. Všechna tato dodatečná opatření však musí stavět na standardu pasivního domu pro dosažení optimální celkové energetické účinnosti.
3.5. Jak vysoké jsou stavební náklady u obytných komplexů ve standardu pasivního domu?
Rozhodující vliv na stavební náklady má u nízkoenergetických a pasivních domů podíl nákladného pláště budovy k získané užitné ploše. Analýza 24 vídeňských obytných komplexů (dokončení v l. 2003-2008) ukazuje zřetelnou souvislost mezi kompaktností a stavebními náklady. Kompaktnější obytné komplexy jsou výrazně levnější než objekty s vysokým faktorem plochy pláště (poměr povrchu a objemu). Poměr 0,2, 0,3 nebo 0,4 m-1 vyvolává náklady cca 1.300, 1.400 nebo 1.500 €/m2. PD jsou zhruba ve stejném pásmu jako NED.
Obr. 4 Vliv kompaktnosti na stavební náklady na obytnou plochu (WNF)
Stavební náklady jsou obecně velmi silně závislé na velikosti a kompaktnosti objektu. Méně výrazný je vliv roku výstavby (2003 - 2008) a energetické efektivity - tedy zda jde o standard nízkoenergetického nebo pasivního domu.
Vícenáklady prvních vídeňských komplexů pasivních domů jsou asi 4-12 %. Spíše vyšší hodnoty se pozorují u pasivních domů s decentrálními větracími jednotkami. Objekt Roschégasse s decentrálními kompaktními jednotkami topení, TV a větrání měl o 12 % vyšší stavební náklady (dle ÖN B 1801-1) ve srovnání s kalkulovanou variantou NED. Asi dvě třetiny těchto vícenákladů připadly na instalační práce TZB. Investiční náklady na decentrální větrání se však v současnosti a v budoucnosti zřejmě sníží. Podle informace architekta Wernera Hackermüllera byla u objektu Quellenstraße (dokončení v létě 2009) kalkulovaná varianta s decentrálními větracími jednotkami jen nepatrně dražší než provedené centrální zařízení a u objektu Hoefftgasse-Dreherstraße (dokončení počátkem 2010) se dokonce realizoval decentrální koncept větrání, protože nabídky na centrální koncept byly dražší. To ukazuje, že vícenáklady na PD mohou být v budoucnu nižší, než se v současnosti očekává.
U pasivních domů Utendorfgasse, Mühlweg a Dreherstraße byla realizovaná koncepce TZB s centrálními jednotkami, přibližně stejně nákladná jako varianta provedení ve standardu nízkoenergetického domu. Celkové stavební náklady (dle ÖN B 1801-1) byly asi jen o 4-6 % vyšší, tedy na úrovni jiných obytných komplexů jako Sophienhof ve Frankfurtu a Lodenareal v Innsbrucku.
Další budoucí úspory nákladů se dají očekávat u oken. V současnosti způsobují trojskla vícenáklady asi 30-100 Eur za čtvereční metr okenní plochy ve srovnání s cca 400 Eur za dvojskla. Protože se trh skla zatím chová velice dynamicky, jsou prognózy cen málo vypovídající. Budoucí pokles cen za okna pro pasivní domy je však velmi pravděpodobný vzhledem k silnějšímu pronikání inovativních prvků na trh. Týká se to jak bezrámových oken (např. OPTIWIN), jednak vakuových skel. Značné úspory jsou možné i při projektování jednotných rozměrů oken, jež se velice atraktivně realizovaly například v Molkereistraße.
4. Výsledky pro obytné komplexy SolarCity v Linci
Podrobná analýza energetické bilance a emise skleníkových plynů v SolarCity zahrnuje vyhodnocení spotřeby energie u všech 1.298 bytových jednotek za zkoumané období květen 2006 až duben 2008. Spotřeba energie na vytápění místností se vztahuje k ohřívanému plášti budovy a byla upravena pro klimatické údaje města Linec a předpokládanou teplotou vzduchu v místnosti 22 °C. Průměrná spotřeba tepla na vytápění pasivních domů činí 13 kWh/(m2BGF.a) a je tak zřetelně nižší než průměrná spotřeba tepla na vytápění celého solarCity - 42 kWh/(m2.a). U pasivních domů je spotřeba o 6 kWh/(m2.a) vyšší než plánovaná, u ostatních nepasivních domů solarCity byla spotřeba vyšší o 8 kWh/(m2.a).
Průměrné emise skleníkových plynů na výrobu proudu a teplé vody a na vytápění pro celé SolarCity činí 36 kgCO2-ekv./(m2BGF.a). Z toho připadá 60 % na spotřebu proudu, který tak u emisí skleníkových plynů dominuje. Pasivní domy s 28 kgCO2-ekv./(m2BGF.a) vykazují výrazně nižší emise skleníkových plynů.
 |
 |
Obr. 5 Energetický popis obytných budov v SolarCity. Srovnání plánu a skutečnosti pro vytápění a emise skleníkových plynů na hrubou půdorysnou plochu (BGF). Legenda: PH = pasivní dům, SCP = všechny obytné domy v SolarCity, OÖ = všechny obytné komplexy v Horním Rakousku, přihlášené v r. 2002.
Celkový projekt SolarCity Linz Pichling skutečně dodržel cíle stanovené v projektové smlouvě z r. 1999! Obytné komplexy SolarCity představují vzorový projekt pro šíření energeticky efektivních staveb. Jednotlivé pasivní domy působivě demonstrují, kde existují další optimalizační potenciály.
5. Výhled
Splnění standardu pasivního domu je východiskem pro další vývoj stavebních standardů směrem k "plus-energetickým" stavbám.
Pro zvyšování kvality výstavby je nezbytná evaluace po nastěhování (Post-Occupancy-Evaluation, POE). Hodnocení komfortu užívání a reálných energetických výsledků přestavuje významnou zpětnou vazbu pro projektanty, správu, politiku i výzkum. Přesto jsou POE v současnosti spíše výjimkou než pravidlem. Monitoring udržitelnosti, jaký zde popisujeme, navíc výrazně přispívá k dolaďování a zvyšování efektivity budov a k technickým úvahám i ke zvyšování komfortu jako doprovodnému opatření při uvádění do provozu.
Kombinace se sociálněvědnými a ekonomickými výzkumy poskytuje synergické efekty a nové poznatky stavebníkům, projektantům, dodavatelům energií i dotačním subjektům. Tak se uzavírá smyčka zpětné vazby pro další vývoj udržitelných obytných staveb.
Jako následná aktivita probíhá v Rakousku od května 2010 anketa mezi inovativními stavebníky o jejich zkušenostech s pasivními domy a nízkoenergetickými domy. Výzkumný projekt nazvaný "Akademie pasivních domů pro stavebníky" si klade za cíl iniciovat permanentní výměnu zkušeností mezi stavebníky.
6. Poděkování
Děkujeme programu Wiener Wohnbauforschung za podporu výzkumného projektu NaMAP. Podrobné výsledky jsou na webové stránce www.wohnbauforschung.at. Děkujeme odboru podpory bytové výstavby země Horní Rakousko, městu Linz a dvanácti prospěšných bytovým společnostem solarCity za podporu evaluační studie v solarCity. Další dík patří všem zúčastněným stavebníkům, dodavatelům energií i výzkumným institucím.
7. Literatura
(1) TREBERSPURG, M., STADT LINZ (ed.), solarCity Linz Pichling. Nachhaltige Stadtentwicklung. Deutsch/Engl., Springer Verlag, Wien New York, 2008
(2) TREBERSPURG, M., SMUTNY, R., ERTL-BALGA, U., GRUENNER, R., NEURURER, C., Nachhaltigkeits-Monitoring ausgewählter Passivhaus-Wohnanlagen in Wien. Wiener Wohnbauforschung, MA50, 2009
(3) TREBERSPURG, M., SMUTNY, R., ERTL-BALGA, U., NEURURER, C., Evaluation der solarCity Linz-Pichling. Endbericht, 2010
(4) LINS, J., Sozialwissenschaftliche Evaluierung der solarCity Pichling. 2009
Over 5000 buildings in Austria have been constructed in the passive standard. In the future, a considerable part of new constructions should be build in the passive standard. The goal is to have all subsidised residential buildings built in the passive standard by 2015. The aim of the study was to learn from the first residential complexes of passive buildings. The main questions were: Do the passive buildings meet the ambitious expetations of the project? How satisfied are the people living in them? What additional construction costs can be expected and what are the actual energy savings compared to conventional residential complexes?