Optimalizace a certifikace prvního pasivního bytového domu v ČR – Koti Hyacint F
Úvod
Energeticky úsporné domy zaznamenávají v posledních letech významný nárůst obliby především v oblasti individuální výstavby rodinných domů. Hlavní důvod lze spatřovat především ve zvyšujících se požadavcích investorů na nízké provozní náklady. Klíčovou roli zde hraje stavebník, který je zároveň konečným uživatelem objektu. Může tak zasahovat do celého procesu návrhu a výstavby objektu a sám si určit efektivní míru vícenákladů vynaložených na vyšší energetický standard. Zároveň jako konečný uživatel bude po celou dobu užívání objektu sklízet plody svého rozhodnutí v podobě nižších plateb za energii.
V případě výstavby bytových domů je ovšem nástup energeticky úsporných projektů velmi pozvolný a kvalitních projektů je doslova jako šafránu. Velkou měrou se na této situaci podílí rozdělení role stavebníka a konečného uživatele. Běžný developerský přístup v roli stavebníka využívá jednoduché poučky: „levně postavit a draze prodat“. Protože developer není konečným uživatelem objektu, nejsou budoucí provozní náklady zohledňovány1. Hlavním hybatelem tvorby konceptu takovéhoto projektu bývá obvykle marketingové oddělení, které nadefinuje podobu projektu na základě aktuálních „trendů“, požadavků klientů a realitního trhu.
I zde nalezneme výjimky, které dávají vzniknout zajímavým energeticky úsporným projektům. Jedním z takových projektů je i výstavba energeticky pasivního bytového domu v komplexu KOTI HYACINT, který jako první bytový dům v ČR získal na konci roku 2013 osvědčení „Certifikovaný projekt pasivního domu“. Tento projekt splňuje všechna příslušná mezinárodně uznávaná kritéria pasivního domu stanovená Passivhaus Institutem (PHI) se sídlem v Darmstadtu. Na základě výpočtového ověření dosažených hodnot nástrojem PHPP 2007 mohl být následně certifikát udělen. Ověření o certifikace je možné nalézt na stránkách Centra pasivního domu.
Vizualizace objektu F projektu KOTI Hyacint
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
Vizualizace objektu F projektu KOTI Hyacint
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
Definice energeticky pasivního domu
Pojem „pasivní dům“ je jak laickou tak i odbornou veřejností stále vnímán nejednoznačně a ne každý dokáže vystihnout jeho pravou podstatu. Z pohledu laika je možné energeticky pasivní dům interpretovat jako objekt s minimalizovanou spotřebou energie, jehož základním principem je energeticky efektivní koncept využití slunečního záření, kvalitní obálka budovy a instalace řízeného větrání s rekuperací tepla. Cílem je tedy dosažení vysoké užitné kvality, především z pohledu kvalitního vnitřního prostředí se současnou minimalizací provozních nákladů na vytápění. Z pohledu odborné veřejnosti je dále nutné specifikovat technické ukazatele tak, aby nedocházelo k dezinterpretaci pojmů.
Základní ohraničení definice pasivního domu, jak ji uvádí profesor Wolfgang Feist, zakladatel Institutu pasivního domu v Darmstadtu a jeden z tvůrců konceptu pasivního domu, předpokládá nepřekročení měrné potřeby tepla na vytápění ve výši 15 kWh/m2 podlahové plochy a rok. Optimalizačním a certifikačním nástrojem je metodika hodnocení dle PHPP (Passivhaus Projektierungspaket) s využitím zde uvedených okrajových podmínek výpočtu. Zde definovaný pojem je jediným mezinárodně uznávaným standardem pasivního domu, který ovšem v této podobě nemá v české národní legislativě oporu.
V české legislativě, konkrétně v normě ČSN 73 0540-2:2011, která dále odkazuje na technickou normalizační informaci TNI 73 0329 a TNI 730330 je pojem „pasivní dům“ zakotven poněkud odlišným způsobem. Pro rodinné a bytové domy jsou v národní normě uvedeny požadavky a okrajové podmínky výpočtu, které sice také předpokládají nepřekročení měrné potřeby tepla na vytápění ve výši 15 kWh/m2 podlahové plochy a rok, ale obě uvedené metodiky hodnocení se od sebe odlišují, což vede k značně rozdílným výsledkům. V praxi se tak často stává, že objekty označované podle národní legislativy jako domy pasivní, nesplňují tuto definici z pohledu mezinárodně uznávané certifikace.
Porovnání výsledků objektu F projektu KOTI HYACINT podle jednotlivých metodických přístupů
| Metodika hodnocení | Vztažná plocha | Potřeba tepla na vytápění | Celková dodaná energie | Spotřeba primární energie | Hodnocení |
|---|---|---|---|---|---|
| m2 | kWh/m2a | kWh/m2a | kWh/m2a | ||
| Metodika PHPP | 1 963 | 15 | - |
68 | Vyhovuje definici Pasivní dům dle Pasivhaus institutu v Darmstadtu |
| Metodika TNI 730330 | 2 321 | 9 | - |
68 | Vyhovuje definici Pasivní dům dle Pasivhaus institutu v Darmstadtu |
| Vyhláška č.78/2013 Sb. PENB* | 2 511 | 12 | 37 | 48 | Zařazeno v kategorii A - klasifikace budova s téměř nulovou spotřebou energie |
* využity okrajové podmínky metodiky TNI 730331
U námi hodnoceného bytového domu lze na základě vyhodnocení energetické náročnosti konstatovat, že objekt splnil definici energeticky pasivního domu dle PHI – hodnoceno metodikou PHPP, splnil také definici energeticky pasivního domu dle TNI 730330 (hodnocen jak BD10P) a zároveň splnil požadavky vyhlášky č. 78/2013 Sb. kladené na budovu s téměř nulovou spotřebou energie.
Certifikát bytového domu KOTI Hyacint – objekt F
Zdroj: Centrum pasivního domu
Z hodnocení je patrné, že požadavky kladené na energeticky pasivní domy českou legislativou jsou méně přísné než požadavky kladené Pasivhaus institutu v Darmstadtu (PHI). Pro hodnocení je navíc používána jiná podrobnost výpočtu, jiné okrajové podmínky a především odlišná vztažná podlahová plocha. (Poznámka na okraj: čím vyšší je hodnota této vztažné plochy, tím příznivější výsledek lze očekávat.)
Stále tak zůstává pravdivé tvrzení, že nejkomplexnější a nejpřísnější požadavky na pasivní domy klade PHI. Splní-li objekt tyto požadavky, splní automaticky všechna nejpřísnější kritéria kladená českou legislativou a bude možné jej nazývat budovou s téměř nulovou spotřebou energie. Plnění českých legislativních požadavků na samé hranici hodnocení však nezaručuje současné plnění požadavků kladených PHI na definici energeticky pasivní dům. Nastává tak paradox, že budova s téměř nulovou spotřebou energie neplní požadavky na energeticky pasivní dům.
Proces optimalizace projektu
V případě developerského projektu výstavby v Praze - Modřanech vnikl soubor několika bytových domů, z nichž byl certifikován pouze jeden. Ostatní bytové domy jsou navrženy v odlišném energetickém standardu a článek se jim dále nebude věnovat.
Záměr investora certifikovat tento jeden objekt jako energeticky pasivní dům vznikl až v průběhu optimalizace projektu. V této době tedy již nebylo možné zasahovat do celkového konceptu daného studií zástavby a územním rozhodnutím, ani do architektonického ztvárnění. Projekt tak byl optimalizován prakticky až v průběhu výstavby, čímž se z pohledu investora významně snížil potenciál využití beznákladových a nízkonákladových opatření, jako jsou např. úprava orientace objektu, velikosti a členitost oken, úprava dispozičního a provozního řešení, změna konstrukčního systému, úprava architektonického ztvárnění apod.
Těžiště optimalizace spočívalo především v úpravě skladby obálky budovy, úpravě technických parametrů rámů oken a zasklení, optimalizaci řešení konstrukčních detailů, návrhu opatření na dosažení nízké průvzdušnosti obálky budovy a optimalizaci návrhu řízeného větrání s rekuperací tepla.
Objekt F v průběhu realizace
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
Před samotnou optimalizací projektu byla výpočtem stanovena měrná potřeba tepla na vytápění ve výši 22 kWh/m2 za rok. Návrhem výše uvedených opatření bylo dosaženo snížení této hodnoty o přibližně 32 % na požadovaných 15 kWh/m2 za rok, následně ověřených a potvrzených Centrem pasivního domu.
Oproti původnímu návrhu došlo k nahrazení zdících prvků z cihel typu Therm plynosilikátovými tvárnicemi, které byly kompromisem požadavku konzultanta (prosazujícího návrh vápenopískového zdiva) a požadavkům generálního dodavatele stavby (požadavek realizace systémem keramických tvárnic typu Therm). Tento ústupek dodavateli se následně negativně projevil při řešení způsobu osazení oken formou předsazené montáže, která přinesla zbytečně složité a nákladné řešení, kterému se bylo možné vyhnout volbou vápenopískového zdiva. Volba konstrukčního systému má vliv mimo ceny samotných tvárnic i na výši investičních nákladů souvisejících s řešením detailů, pracností zdění, statikou, nutností realizace kotevního systému ETICS, vzduchotěsností a celé řady dalších faktorů. Aplikace levnějšího prvku tak může být v celkovém způsobu řešení i nákladnější, než zvolení prvku dražšího.
Zateplení obvodových stěn bylo navrženo pomocí kombinace šedého polystyrenu a minerálních vláken v tloušťkách 240 až 260 mm s optimalizovaným kotevním systémem. Kotvení šedého polystyrenu bylo navrženo pomocí kotev nenarušujících rovinu tepelného izolantu (KlebeAnker). Tyto kotvy však nebylo možné využít pro část konstrukce zateplenou izolací z minerálních vláken, proto zde byly aplikovány zapuštěné kotvy s izolační zátkou.
Plochá střecha objektu obsahuje přibližně 450 mm tepelné izolace z polystyrenu. Důraz byl kladem i na oddělení vytápěné části objektu od nevytápěného suterénu, který je oddělen 180 mm tepelné izolace YTONG Multipor. Zásadních úprav doznal návrh technických parametrů oken a způsob jejich osazení v konstrukci.
Nezanedbatelným prvkem optimalizace se v závěru ukázala nutnost důsledné optimalizace tepelných vazeb na základě jejich podrobného výpočetního modelu. Změny tak doznala většina z předložených stavebních detailů.
Detail osazení oken a detail řešení atiky
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
Oproti optimalizovanému návrhu řízeného větrání s rekuperací tepla, který předpokládal instalaci dvou centrálních jednotek na střeše objektu, muselo v průběhu realizace dojít k redukci počtu jednotek a k jejich přemístění do nevytápěného suterénu. Důvodem byl nesoulad této varianty řešení s územním rozhodnutím, které nedovolovalo navýšení objektu ani instalaci technických zařízení na jeho střešním plášti. Jako nemožné se ukázala i realizace přívodu či odvodu vzduchu v prostoru před objektem. Výsledkem navrženého řešení tak bylo navýšení investičních nákladů vlivem extrémně dlouhých rozvodů, zvýšeným požadavkem na jejich izolování a celkově nižší účinnost zpětného získávání tepla, která musela být draze kompenzována dodatečnými požadavky na stavební konstrukce.
Jako ne zcela ideální se též ukázalo umístění sklepních kójí uprostřed vytápěné obálky budovy a nutnost tento prostor účinně provětrávat. Řešením bylo ponechat tento prostor jako vytápěný (temperovaný) a instalovat zde samostatnou vzduchotechnickou jednotku s rekuperací tepla.
I s těmito negativními vlivy bylo dosaženo požadavků certifikace energeticky pasivního domu dle PHI. V případě optimalizace provedené již ve fázi studie, s možnostmi ovlivnit orientaci, tvarové a dispoziční řešení, konstrukční prvky a důkladnější integraci systému TZB, by bylo možné snížit měrnou potřebu tepla na vytápění o dalších 40 % (na 9 kWh/m2 za rok) a současně snížit investiční náklady o více než 600 tis. Kč. To však s ohledem na aktuální nastavení pravidel územního řízení nebylo možné. Alternativou by v takovém případě mohlo být také zachování energetické náročnosti objektu na úrovni 15 kWh/m2 za rok a dosažení další minimalizace investičních nákladů.
Technologie a provozní náklady
Původní koncept objektu předpokládal vytápění a přípravu teplé vody pomocí kaskády čtyř tepelných čerpadel vzduch-voda, každé o výkonu 28 kW. V rámci optimalizace projektu se toto řešení ukázalo jako neekonomické vzhledem k celkové nízké spotřebě energie. Na základě porovnání více variant bylo zvoleno napojení objektu na systém centrálního zásobování teplem. Toto řešení bylo vyhodnoceno jako efektivnější, představující pouze mírné navýšení provozních nákladů, ale významné snížení nákladů investičních. Zvolená varianta současně obsahuje opatření kompenzující navýšení provozních nákladů v podobě návrhu instalace solárně termických kolektorů na přípravu teplé vody. Spotřeba energie na přípravu teplé vody se sníží přibližně o 30 % a v podstatě tak bude zajištěna soběstačnost objektu v letním období.
Optimalizací stavebního řešení a technologické části bylo dosaženo průměrných nákladů na vytápění ve výši cca 3 200 Kč/rok pro byt o výměře 80 m2, což v porovnání se standardní výstavbou představuje neuvěřitelných 270 Kč/měsíc. U stávajícího bytového domu dosahují tyto náklady přibližně 25 000 Kč/rok a v případě běžné novostavby 18 000 Kč/rok.
Úspora provozních nákladů v námi hodnoceném případě není dána pouze náklady na vytápění, ale celkovými provozními náklady, včetně nákladů na přípravu teplé vody, osvětlení, pomocné energie, spotřebiče a údržbu a servis zařízení. Výpočtem za předem definovaných podmínek bylo stanoveno, že souhrn těchto celkových nákladů činí přibližně u tohoto optimalizovaného objektu 280 Kč/m2 za rok. Pro srovnání, u stávajícího panelového domu se tyto náklady pohybují na úrovni 550 Kč/m2 a rok. Nízké provozní náklady dané kvalitním stavebně-energetickým řešením jsou navíc značně rezistentní vůči nárůstu cen energie a nezatěžují tak rodinný rozpočet po celou dobu užívání objektu.
V následujícím grafu je uveden nárůst výše popsaných měrných provozních nákladů (vztaženo na m2 plochy bytu) za předpokladu instalace tepelného čerpadla nebo systému CZT pro panelový bytový dům a pro optimalizovaný objekt F projektu KOTI Hyacint. Předpokladem je meziroční nárůst ceny elektřiny ve výši 4,7 % a ceny tepla ve výši 4,4 %. Z grafu je patrné, že v případě běžného panelového domu se může vysoká investice do tepelného čerpadla dlouhodobě vyplatit, avšak v případě energeticky pasivního domu je rozdíl provozních nákladů obou systémů zcela zanedbatelný. Investice ve výši 2 mil. Kč do tepelného čerpadla se na tomto objektu ukázala jako zcela neefektivní.
Nárůst měrných provozních základů s různými zdroji vytápění a přípravy teplé vody v porovnání standardního panelového domu a domu KOTI Hyacint - F
Zdroj: PORSENNA o.p.s.
Závěr
Příprava tohoto projektu dokazuje, že i u budov navržených standardním způsobem lze díky důkladné optimalizaci dosáhnout certifikovaného standardu energeticky pasivního domu. A to i bez použití technicky složitých a nákladných řešení.
V případě důslednější optimalizace provedené již ve fázi projektové studie, by bylo možné docílit ještě vyšších energetických úspor dosahujících výše až 40 % oproti certifikovanému stavu a současně ušetřit investiční náklady ve výši 600 tis. Kč oproti stavu realizovanému.
Jako zcela klíčová se z energetického i ekonomického hlediska ukazuje potřeba zanesení zásad energeticky úsporné výstavby do územního rozhodnutí, což následně umožní optimalizaci projektu ve fázi projektové přípravy a studie objektu.
Objekt F před dokončením
Zdroj: YIT Stavo s.r.o.
V současné době není dosažení pasivního standardu otázkou technické vyspělosti trhu, který disponuje dostatečným množstvím vhodných prvků, materiálů a poznatků, ale je spíše otázkou ekonomické efektivity a komplexnosti návrhu. Cílem není realizace energeticky úsporných projektů za cenu extrémně vysokých nákladů, ale dosahování co nejefektivnějšího řešení s minimalizovanými investičními (více)náklady.
Obvykle se investiční vícenáklady na realizaci stavby v pasivním standardu pohybují v rozmezí 5 % až 8 % oproti běžné výstavbě. Minimalizace investičních nákladů ovšem předpokládá optimalizaci konceptu návrhu projektu již ve fázi studie a využití jednoduchých a efektivních principů, které pasivní standard nabízí. Z provedených výpočtů však vyplývá, že i při 15 % vícenákladů může být tato (více)investice za dobu užívání stavby ekonomicky návratná.
Výzvou pro mnohé developery tak dnes není nákladná luxusní výstavba VIP projektů, ale jednoznačně projekt snoubící kvalitní a jednoduchou architekturu s minimalizovanými provozními a investičními náklady. Takovéto projekty nevyžadují změnu trhu či úpravu legislativního prostředí, ale pouhou změnu přístupu odpovědných lidí k projektům od nejranějšího stádia jejich přípravy.
This is to introduce the energy passive residential building in the complex KOTI HYACINT, which is the first residential building in the Czech Republic that got certificate "Certified Passive House project" by the end of 2013. This project complies all the relevant internationally accepted criteria of Passive House Institute (PHI), headquartered in Darmstadt.