Problémy pri realizácii energeticky pasívnych domov na báze dreva
Novodobé budovy na báze dreva sú charakteristické nízkou spotrebou energie na vykurovanie a nadštandardnou tepelnou ochranou oplášťujúcich konštrukcií. Častou otázkou je, čo taká nízkoenergetická budova stojí, alebo aké zvýšenie investícií musí investor zniesť, ak sa rozhodne napríklad pre energeticky pasívny dom.
Hneď na začiatku treba povedať, že náklady na výstavbu pasívneho domu sú podstatne vyššie, ako sa spočiatku očakávalo a v podmienkach slovenského stavebného trhu sa prvé odhady pohybujú od 30 do 60 % (Zďaleka nie o 10%-vyššie ako to sľubovali zdroje z kuchyne pasívnych domov). Súvisí to najmä s podstatne vyššou hrúbkou tepelných izolácií, špeciálnou konštrukciou a zasklením okien, nevyhnutným technickými zariadeniami so spätným získavaním tepla a zariadeniami na kolekciu a akumuláciu energie z obnoviteľných zdrojov. Určité ekonomické štandardy sa jednoducho nedajú oklamať. Napriek tomu sa však náklady dajú v mnohých položkách znížiť - a nemusí to byť ani na úkor kvality ani na úkor štandardov nízkoenergetického či energeticky pasívneho domu. Jednou z možností je individuálna výstavba pod dozorom odborníka z jednoduchého stavebného systému, ktorý poskytuje ľahko opracovateľná domáca dostupná surovina - drevo.
Návrh NED a EPD na báze dreva
Mnohoročná prax z blízkych krajín (Rakúsko, Nemecko) signalizuje, že pre dosiahnutie pasívneho štandardu je nevyhnutné venovať zvýšenú pozornosť projektovej príprave. Architektúra pasívnych budov je podriadená myšlienke tepelnej úspornosti, využívaniu pasívnych slnečných ziskov a iných alternatívnych zdrojov energie. Samotný tvar pasívneho domu by mal byť čo najkompaktnejší a jednoduchý bez zbytočných výstupkov, aby sa zmenšili ochladzované plochy. Niekedy sa však členitosti stavby nevyhneme, pretože si ju vynúti architektonický a urbanistický kontext. Platí však, že povrch plášťa budovy by mal byť čo najmenší voči obostavanému objemu budovy. V architektonickom návrhu by mali byť zakomponované aj technické zariadenia a konštrukčné prvky ako napríklad tienenie zasklený plôch proti vysokému letnému slnku, slnečné kolektory, akumulačné prvky a podobne tak, aby neškodili architektúre, ale naopak ju dotvárali. To platí obzvlášť o ľahkých budovách na báze dreva, ktoré postrádajú akumulačné jadro a v ktorých vplyvom extrémnej tepelnej ochrane a veľkému podielu zasklených plôch dochádza v lete k tepelnej nepohode.
Základnou požiadavkou efektívnej súčasnej výstavby je cenovo dostupný konštrukčný systém, ktorý by pri zabezpečení základných funkcií (statická únosnosť, požiarna odolnosť, ochrana proti hluku... atď.) zároveň spĺňal aj nasledujúce zvýšené funkčné požiadavky:
- kvalitná tepelná ochrana,
- jednoduchá montáž bez použitia ťažkej stavebnej techniky s minimálnymi nárokmi na kvalifikovanú pracovnú silu,
- recyklovateľnosť - možnosť jednoduchého rozobratia a opätovného použitia,
- minimálna záťaž životného prostredia počas celej životnosti,
- nízka výrobná energetická náročnosť a energetická náročnosť výstavby,
- nižšia, alebo aspoň porovnateľná cena s ostatnými materiálovými bázami alebo stavebnými systémami.
Výber konštrukčného systému by mal byť pre daný typ budovy čo najoptimálnejší. Nakoľko tento typ stavieb podstatne využíva pasívne solárne zisky a vnútorné zdroje tepla, pasívna budova sa nezaobíde bez systému kontrolovaného vetrania. Zvýšenú pozornosť preto treba venovať vzduchotesnosti obalu a dobre dimenzovanému návrhu vzduchotechnických rozvodov a zariadení. Veľa dobrých projektov zlyháva práve tomto bode (pri veľkej rýchlosti prúdenia v systéme núteného vetrania nastáva pocit nepohody, alebo sa naopak nedostatočne odvetrávajú všetky priestory).
Stĺpikový konštrukčný systém
Základom súčasného štandardného stĺpikového konštrukčného systému sú profily osovo od seba vzdialené 400 až 600 mm, so šírkou 50 až 60 mm a výškou profilu 100 až 140 mm. Výška profilu určuje hrúbku izolačnej výplne. Stĺpy sú priebežné od základového prahu až po okap a stropné nosníky sú priložené ku stĺpikom ( systém Balloon frame ) alebo sú prerušené v mieste stropu a samotný strop je uložený na vrchný hranol rámu (systém Platform frame).
Pokiaľ stĺpy nevyhovujú zo statického hľadiska, vytvárajú sa potrebné profily združovaním alebo vytváraním stĺpikov členeného prierezu. Aby sa zvýšil tepelný odpor steny a prerušili tepelné mosty, obkladá sa vonkajšia strana kontaktným zatepľovacím systémom alebo tepelnou izoláciu s odvetranou medzerou. Z interiérovej strany je možné pridať ďalšiu tepelnoizolačnú vrstvu hrúbky až do 80 mm, ktorá zároveň slúži ako inštalačná vrstva.
Pre pasívne domy sa požadovaná hrúbka tepelnej izolácie pohybuje od 280 mm a viac. Aby a ušetril materiál a aby sa vylúčili tepelné mosty, používajú sa namiesto masívnych drevených profilov profily tvaru I a profily skriňového prierezu, ktorých vnútro je vyplnené tepelnou izoláciou. Profily zloženého prierezu sú taktiež výhodnejšie z hľadiska statiky a z hľadiska deformácie.
Obr.1: Stĺpikový systém vhodný pre pasívne domy; a) s použitím skriňových profilov; b) s použitím profilov tvaru I
Panelový konštrukčný systém
Z hľadiska statického pôsobenia , tepelno-izolačných vlastností, a vzduchotesnosti platia tie isté konštrukčné zásady ako pre stĺpikové konštrukcie. Musíme však počítať aj s dopravným a montážnymi zaťaženiami. Rozmery panelov sa pohybujú od 1,2 metrových modulov pre montáž bez pomoci stavebných mechanizmov, až po celostenové panely dĺžky do 12 metrov. Veľkou výhodou tohto konštrukčného systému je veľmi krátky čas montáže, najmä ak sú panely vo výrobe dokončené aj s finálnym exteriérovým a interiérovým opláštením. Na druhej strane je problém s dopravou nadrozmerných kusou.
Na dosiahnutie pasívneho štandardu je opäť potrebné dbať na prerušenie tepelných mostov a dostatočnú hrúbku izolácie. Najslabšie miesta z hľadiska vzduchotesnosti predstavujú rohové spoje, pripojenia otvorových výplní ( okná a dvere) a inštalačné otvory ako sú napríklad elektroinštalačné káble prechádzajúce cez parozábranu a vetrovú prekážku.
Konštrukčný systém z prefabrikovaných tvárnic.
Spôsob výstavby pri použití prefabrikovaných tvárnic je podobný ako výstavba z veľkoformátových silikátových tehál. Jedná sa však o suchý spôsob montáže, založenej na jednoduchej modulovej výstavbe z priemyslovo vyrábaných modulov. Základný kus je vytvorený z dutého modulu dĺžky 600 a vysokého 300 milimetrov. K základnému modulu sa vyrábajú moduly štvrtinové, polovičné a doplnkové prvky. Jednotlivé tvarovky do seba zapadajú na pero a drážku alebo kolíkovými spojmi. Stena je vystužená po výške vloženými hranolmi alebo zvonku nabitým latovaním. Samotná tvarovka je vyrobená z vysušeného reziva alebo z veľkoformátových materiálov, najčastejšie OSB dosiek. Dutina je vyplnená tepelnou izoláciu na báze minerálnej vlny, recyklovaného papiera, korku a podobne. Montáž nevyžaduje zložité mechanické a dopravné prostriedky, je efektívna a rýchla. Potrebná hrúbka tepelnej izolácie sa dosiahne jednak hrúbkou izolačnej výplne, jednak obojstranným obkladom.
Obr.2: Prefabrikovaná tvarovka
Obvodový plášť s nosnou vrstvou z lepeného dreva
Nie častým, ale perspektívnym a trendovým riešením obvodového plášťa pre NED a pasívne budovy sú celostenové bloky z lepeného lamelového dreva. Vrstva lepeného dreva na interiérovej strane plní hlavne nosnú funkciu. Vrstva tepelnej izolácie je pridaná smerom do exteriéru spolu s ostatnými vrstvami konštrukcie. Takýmto usporiadaním vrstiev vieme eliminovať tepelné mosty vznikajúce v miestach napojenia obvodovej steny so stropom a strešným plášťom. Vrstva lepeného dreva má aj lepšie akumulačné vlastnosti, ktoré priaznivejšie vplývajú na kolísanie vnútornej klímy. V neposlednom rade netreba zabudnúť na estetickú hodnotu lepeného dreva pri ktorom dokážeme eliminovať jeho viditeľné chyby ako sú hrče, praskliny a podobne.
Obr.3: Konštrukčný systém s nosnou vrstvou z lepeného lamelového dreva
Realizácia NED a EPD na báze dreva
Prvé skúsenosti obyvateľov spomínaných "naozajstných" a fungujúcich nízkoenergetických a energeticky pasívnych domov na báze dreva sú veľmi pozitívne. Pochvaľujú si najmä príjemnú klímu, spokojný spánok z titulu čerstvého, ale nie studeného vzduchu z vetrania, nízke faktúry za spotrebu energie či nepatrné množstvo paliva na ich vykúrenie.
Výstavba domov v energeticky úspornom až pasívnom štandarde však nesie so sebou značné riziko fatálnych chýb, keďže vyžaduje precízny a vysoko odborný prístup od návrhu až po realizáciu. Platí to osobitne v našich domácich podmienkach výstavby, v ktorej nie sú zaužívané vysoké nároky na kvalitu realizácie objektov na stavenisku a spravidla zlyhávajú mechanizmy jej kontroly. Z našich skúseností požadovaná kvalita nemôže byť zaručené ani profesionálnou stavebnou firmou. Existujú však kvalitné realizácie, kde bola možná aj individuálna výstavba energeticky pasívneho domu za prijateľnú cenu stavebníkom, ktorý má základné potrebné zručnosti a patričnú motiváciu - samozrejme, za nevyhnutného predpokladu odborného dozoru, zaškolenia a technickej a podpory.
Konkrétna realizácia
Na konkrétnej realizácii nízkoenergetického rodinného domu s ambíciou pasívneho štandardu chceme preukázať reálnosť dosiahnutia tejto méty aj pri jednoduchšej svojpomocnej výstavbe pod odborným dozorom a pri nákladoch na stavbu, ktoré sú porovnateľné so štandardným typom výstavby. Objekt je zároveň referenčným príkladom konštrukčných riešení spracovaných do príručky "Multikomfortného domu", ktorý prezentuje firma Saint-Gobain Isover ako svoj "typový" projekt.
Ide o jednopodlažný bungalov na báze dreva rámovej konštrukcie, ktorá je obojstranne oplášťovaná vrstvou tepelnej izolácie, s plochou podlažia 110 m2. Hendikepom bol samotný typ domu (bungalov), ktorý nie je najvhodnejší z hľadiska faktoru tvaru (veľký obal stavby k ploche domu). Skladby obalového plášťa boli výpočtom nadimenzované na hodnoty súčiniteľu prechodu tepla a mernú potrebu tepla na vykurovanie, ktoré sú doporučené pre pasívne domy: Stena a strecha U = 0,1 W/(m2.K), podlaha U = 0,12 W/(m2.K), okná a balkónové dvere Uzabudované = 0,85 W/(m2.K), merná potreba tepla E2 ≤15 kWh/(m2.rok).
Obr.4: Pohľad na dom pred konečnými povrchovými úpravami
Čo sa týka samotných skladieb obalového plášťa, ako výplň nosného rámu v stene z drevených profilov 60/140 mm a prídavnej izolačnej vrstvy z vnútornej strany hrúbky 80 mm boli použité rohože zo sklenej vlny AKUPLAT a UNIROL PROFI, práve kvôli ich vynikajúcim tepelnoizolačným parametrom - súčiniteľ tepelnej vodivosti λD = 0,037 W/(m.K) pre prvý a λD = 0,033 W/(m.K) pre druhý materiál - čo umožnilo docieliť vysokú hodnotu tepelného odporu pre menšej hrúbke konštrukcie. Z vonkajšej strany bola budova opláštená kontaktným zatepľovacím systémom na báze penového polystyrénu ISOVER eps FAÇADE 100F hrúbky 140 mm, obdobne s vynikajúcou hodnotou súčiniteľa tepelnej vodivosti λD = 0,036 W/(m.K). Strešný plášť, ktorý tvoril strop podkrovia pod nevykurovaným priestorom, bol z dreveného roštu, vyplneného izoláciou UNIROL PROFI v hrúbke 280 mm a prídavnej izolačnej vrstvy z vnútornej strany hrúbky 60 mm, vyplnenej obdobnou izoláciou zo sklenej vlny. Na montovanej časti plášťa bola realizovaná účinná parozábrana s dôsledne prelepenými stykmi a utesnenými detailmi v mieste ostení (systém pások 3D), v mieste prechodov a napojenia na podlahu.
 Obr.5: Na odizolovanej základovej doske bola ukotvená drevená rámová konštrukcia z hranolov 60/140 mm |
 Obr.6: Z vonkajšej strany bol realizovaný kontaktný zatepľovací systém na báze penového polystyrénu |
V podlahe na teréne je vrstva izolácie z penového polystyrénu ISOVER eps ROOF 150 S hrúbky 200 mm s hodnotou súčiniteľa tepelnej vodivosti λD = 0,034 W/(m.K) - vo výpočte bolo zohľadnené dvojrozmerné šírenie tepla v podzákladí. Projektovaný je obklad soklovej časti a základového pásu z extrudovaného polystyrénu STYRODUR hrúbky 50 mm.
Objekt bol zmontovaný svojpomocne investorom - skúseným tesárom, ktorého sme zaškolili a poskytovali dozor počas realizácie tak, aby boli uplatnené zásady výstavby pasívneho domu. Objekt bol skolaudovaný na jeseň 2008. V tomto období ešte nebola sprevádzkovaná vzduchotechnika so spätným získavaním tepla - avšak zrealizovaná bola už predpríprava s rozvodmi vzduchu.
Monitoring realizovaného objektu
Fragmenty navrhovanej skladby steny a stropu boli otestované za ustáleného teplotného stavu v klimatickej komore na Technickej univerzite vo Zvolene. Všetky hodnoty súčiniteľu prechodu tepla nepresiahli 0,1 W/(m2.K) Počas zimnej sezóny 2008/2009 objekt nebol obývaný, čo umožnilo jeho monitorovanie ešte bez prevádzky a jeho odozvu na vonkajšiu klímu bez vykurovania - počas tohto obdobia prebehli merania parametrov klímy, ako aj spotreby energie počas mesačného vykurovacieho cyklu, v ktorom sme termostaticky udržiavali teplotu na +20°C. Prepočítaná merná spotreba tepla na vykurovanie na vykurovaciu sezónu bola 7,8 kWh/(m2.rok) - pripomíname, že objekt bol ešte neobývaný Prebehlo aj prvé meranie blower-door testom, ktoré preukázalo - vzhľadom na indikované a odstrániteľné chyby - vysokú vzduchotesnosť (1,2 h-1) s reálnou možnosťou dostať sa pod hodnotu 0,6 h-1, čo je hranica pre energeticky pasívny dom.
Obr.7: Zisťovanie slabých miest konštrukcie počas Blower door testu - najčastejším miestom netesností bývajú okná, detaily osadenia výplní otvorov, styk dverného krídla a rámu vonkajších dverí, výlez do podkrovia, prestupy inštalácií a v tomto prípade paradoxne aj neotváravé časti okien
Objekt bol monitorovaný aj termovíznou kamerou, ktorá priniesla cenné poznatky o chybách vo fyzikálnej celistvosti plášťa. V súčasnosti prebieha odstraňovanie viditeľných nedostatkov: výmena netesneného výlezu do podkrovia, utesnenie zasklievacích líšt (paradoxne v pevnej časti zasklenia), rektifikácia vchodových dverí a izolácia soklovej časti spodnej stavby. Kompletuje sa aj teplovzdušné kúrenie zo spätným získavaním tepla a ďalšími obnoviteľnými zdrojmi energie - podpora kúrenia solárnym ohrevom a krb na biomasu. V ďalšej sezóne bude objekt monitorovaný za plnej prevádzky spolu s obyvateľmi s cieľom preukázať dosiahnutie, alebo aspoň priblíženie pasívnemu štandardu.
Obr.7: Termovízna analýza preukázala slabé miesta obalového plášťa. Podľa projektu mal byť sokel obložený tepelnoizolačným obkladom. Po jeho neskoršej realizácii sa zreteľný tepelný most odstránil.
Ekonomické parametre
Svojpomocná výstavba, ústretovosť dodávateľa tepelnej izolácie a nájdenie ďalších dodávateľských finančných zliav umožnili významné zníženie nákladov na výstavbu. Napríklad dodávka jedného z komponentov teplovzdušného vetrania s rekuperáciou, ktorý sa štandardne realizuje subdodávkou, nákupom priamo od jeho výrobcu umožnila znížiť jeho cenu na polovicu. Toto všetko na jednej strane skresľuje "štandardné" cenové parametre, avšak poukazuje, že ľudským faktorom možno zvýšenie nákladov z titulu vysokého štandardu tepelnej ochrany a špeciálnej techniky prostredia značne eliminovať. Treba konštatovať, že nižšia cena sa v tomto prípade nepremietla do badateľného zníženia kvality. Vo výslednej cene nie je zahrnutá ani výroba a montáž okien (realizované svojpomocou - investor má na ich výrobu živnosť). Náklady na výstavbu objektu bez finálnych povrchových a terénnych úprav sú 54.430,- EUR (1.640.000,- SK), z toho základy a zemné práce v tej dobe činili 189.000,- Sk, hrubá stavba 304.000,- Sk, tepelné izolácie 96.500,- Sk a strešná krytina 75.400,- Sk.
Prvé skúsenosti užívateľa
Staviteľ a zároveň užívateľ predmetného domu má už v súčasnosti prvotné skúsenosti s jeho obývaním po prvej vykurovacej sezóne. Voľne prerozprávané: okrem potvrdenia veľmi nízkej spotreby energie obyvatelia pozitívne hodnotia aj tepelnú pohodu - pri pobyte "cítia" dostatočne vysokú teplotu okolitých povrchov, obdobne nepociťujú chlad pri dotyku s nimi a s podlahou. Avšak pri nedostatočnom vetraní, keď bol dom spočiatku obývaný iba občasne a nefungovala vzduchotechnika, v interiéri nadmerne stúpla relatívna vlhkosť a pod nábytkovými matracmi dokonca zaznamenali pleseň.
Skúsenosti z doterajších realizácii, ktoré sme monitorovali
Pri svojpomocnej výstavbe sa ako ekonomický systém osvedčil rám so statickou hrúbkou 180 mm, z drevených profilov cca 60/180 mm, vyplnených tepelnou izoláciou a oplášťovaný z vnútornej strany tepelno-izolačnou a inštalačnou vrstvou hrúbky 60 až 80 mm, a z vonkajšej strany tepelno-izolačnou vrstvou hrúbky 140 až 200 mm. Pri použití novej generácie tepelných izolácií, napríklad z minerálnych vlákien s deklarovaným súčiniteľom tepelnej vodivosti λD = 0,033 je možné hrúbky izoláciií podstatne znížiť.
Ako vonkajší tepelnoizolačný obklad sa v zásade nedoporučuje penový polystyrén - kvôli veľkému difúznemu odporu. Naopak, vítaná je difúzne otvorená skladba bez klasickej parozábrany na vnútornej strane, ktorú môže nahradiť doske OSB s utesnenými stykmi (vo funkcii parobrzdy) a vrstvami plášťa na vonkajšej strane, ktoré majú nízky difúzny odpor - optimálne s odvetrávanou medzerou pod vonkajším obkladom. Vo všeobecnosti sa lepšie výsledky vzduchotesnosti dajú docieliť pri utesnenej OSB-doske, ako pri klasickej parozábrane, pri ktorej sú problematické práve prelepené styky. Odporúčanou novinkou je inteligentná membrána s meniteľnými vlastnosťami podľa ročného obdobia (napríklad fólia Vario), ktorá v zime funguje ako parobrzda a v lete, naopak, uvoľňuje vlhkosť z konštrukcie, čo je pre drevo v skladbe plášťa neoceniteľná vlastnosť. Podmienkou je premyslený a správne realizovaný systém špeciálnych tesnení stykov a lepiacich pások.
Mnohí domáci výrobcovia drevených okien už zareagovali na trend energeticky pasívnych domov dodávkou kvalitných, dokonca certifikovaných okien pre pasívne domy. Aj keď majú vyššiu cenovú hladinu oproti "tradičným oknám" (hoci podstatne nižšiu, ako niektorí zahraniční dodávatelia okien pre pasívne domy), ich výber netreba podceniť! Tam, kde sa šetrilo na tejto položke, nastali problémy kvôli narušeniu fyzikálnej celistvosti a vyváženosti tepelnej ochrany obalu stavby. To isté platí o precíznej a zodpovednej realizácii všetkých detailov konštrukcie, napríklad detailu ostenia, prechodov potrubných sietí, inštalácií, otvorov strešného plášťa a aj tepelných izolácií spodnej stavby.
O správnom výbere, odbornej inštalácii a fungujúcej prevádzke vzduchotechnických rozvodov a zariadení zo spätným získavaním tepla, ktoré sú pre energeticky pasívne domy nevyhnutné, by sa dalo hovoriť v samostatnom príspevku. Ukazuje sa, že toto môže byť najslabším článkom celého systému výstavby pasívneho domu s vážnymi dôsledkami na jeho obyvateľov. Aj tu je nevyhnutný zodpovedný profesionálny prístup.
Mnoho užívateľov "takzvaných" energeticky pasívnych domov je sklamaných z toho, že napriek výpočtovým hodnotám je spotreba energie na vykurovanie podstatne vyššia a nepociťujú pozitívny rozdiel vo vnútorná klíme, hoci by to malo byť práve naopak. Príčinu treba hľadať najskôr v nesprávnom návrhu a realizácii, až potom v správaní sa užívateľov.
Tento príspevok vznikol vďaka podpore grantovej agentúry APVV v rámci projektu LPP-0308-09 "Výskum a vývoj konštrukčného systému pre nízkoenergetické budovy na báze domácej obnoviteľnej suroviny dreva".
Tento príspevok vznikol aj vďaka poskytnutiu nenávratného finančného príspevku v rámci operačného programu Výskum a vývoj s kódom OPVaV-2009/2.2/02-SORO pre projekt s názvom Výskum a vývoj konštrukčného systému pre energeticky pasívne a solárne budovy na báze domácej obnoviteľnej suroviny dreva.
Modern wood-based buildings are characterized by low energy consumption for heating and very good thermal protection. A frequent question is what such a low energy building costs, or what the increase investment will be, if the investor chooses, for example, energy passive house.