Integrované projektovanie v praxi a stavebný systém MGU 1.8.

stavajte tak, aby ste nemuseli už nikdy zatepľovať
vyberte si koľko budete platiť za kúrenie

Pasívne solárne domy a domy so zápornou potrebou tepla

Úvod

V súčasnosti sa preferuje tzv. integrované projektovanie (viď. napr. metodika novej STN 73 0540), ktorého cieľom je navrhnúť budovu individuálne ako komplex optimalizovaných entít, teda neposudzujú sa len vlastnosti stien, okien, tepelný odpor, ... atď, ale celá budova spolu aj s tepelnými ziskami. Pomocou počítačových programov projektanti môžu rýchlo a efektívne vyhodnotiť variantné riešenia a posúdiť ich dosah na celú budovu. V mnohých vyspelých krajinách je v projektovej praxi evidentný nárast využívania simulačných výpočtových techník, ktoré posudzujú komplexné spolupôsobenie budovy a vonkajšej klímy, tento proces urýchľujú aj viaceré európske normy, do ktorých sa dostávajú požiadavky na takéto posúdenie. Je potešiteľné že takáto prax sa stáva bežnou aj u nás. Vo svojej praxi využívam softwérovú aplikáciu IOCCO+, jednoduchý, intuitívne ovládaný program prispôsobený novej STN 73 0540, umožňujúci veľmi rýchle a prehľadné zadávanie vstupných údajov, posúdenie navrhovanej budovy, konštrukcií a veľa ďalších užitočných funkcií, ako je archivácia foto a video dokumentácie stavieb, samozrejmosťou je databáza materiálov podľa STN, tvorba vlastných materiálov a konštrukcií ako aj editácia výstupných zostáv.

Dôležitým momentom integrovaného navrhovania a spracovania alternatívnych návrhov je možnosť lepšej komunikácie s investorom, ktorému môže projektant veľmi čitateľne ukázať vplyv jednotlivých faktorov na celkový návrh domu.

Na úvod sa musím dotknúť u nás občas sa objaviaceho sa názoru, s ktorým som sa som sa stretol, názoru, že tepelný odpor do 5 m2.K/W je dostatočný - hraničný pre izoláciu stien v našich klimatických podmienkach.

Nie je to pravda a ťažko sa argumentuje proti, ak sa apriori odmietne princíp, že treba šetriť energiu a životné prostredie. Potom to je otázka o tom či šetriť alebo nešetriť. Celý problém sa dostane do iného svetla keď sa pozrieme na snahy špičkových odborníkov v danej oblasti. napr. na údaje z publikácie Prof.Ing.M.BielekaDr.Sc."Budova a energia", kde pomocou náročných simulačných metód boli vyhodnocované aj také otázky ako: koľko percent úspor na kúrení prinesie zmena druhu záclon a kobercov ( pre ilustráciu rozdiel môže byť až 2-4%).

Tu nie je o čom diskutovať. Na dome podľa tab. č. 1 (viď. predchádzajúce čísla) je možné odčítať pre odpor 4,38 m2.K/W tepelné straty 4289 kWh a pre odpor 11,3 m2.K/W straty 1659 kWh rozdiel 2630kWh pri dnešných cenách je to len na stenách úspora ročne viac ako 15 tis. Sk. Vyčísliť vplyv na životné prostredie je ťažšie.

Osobne si myslím, že ignorovať znižovanie spotreby energie na kúrenie zlepšovaním tepelného odporu stien si nemôže nikto dovoliť a o týchto otázkach by už malo byť raz a navždy jasno nielen v odbornej verejnosti.

Ďalším "mýtom" je vedomosť, že pridaním parozábrany na vnútorný povrch steny dochádza k zvýšeniu vlhkosti vnútorného vzduchu, a preto nie je dobré takto steny izolovať, zvýšime tým náklady na vetranie. Áno zvýšime vlhkosť, pri športových aktivitách určite, ale ochránime steny, čo sa týka vetrania, vetrať stenami nie je v našich klimatických podmienkach výhodné.

V článku sa zaoberám problematikou integrovaného návrhu pasívnych domov a domov so zápornou potrebou tepla, zvlášť podľa stavebného systému MGU 1.8 a chcel by som sa dotknúť aj dodatočného zatepľovania jestvujúcich obytných budov v praxi, upozorniť na klady zatepľovania z vnútra - nízke náklady, rýchlosť prác a možnosť postupného zatepľovania, a aj prípadné odstraňovanie porúch, je ľahšie opraviť stenu v izbe ako celú fasádu domu.

Integrovaný návrh domu podľa stavebného systému MGU 1.8

Pri správnom návrhu obytného domu sa musí posudzovať dom ako celok osadený v konkrétnych geografických a klimatických podmienkach. Podľa charakteru stavby, požiadaviek investora na veľkosť a dispozičné členenie vnútorných priestorov, okolitú zástavbu, okolitý terén sa spracujú alternatívne návrhy.

Investor sa rozhodne pre konkrétne riešenie.

Aby sme dosiahli potrebu tepla na 1m2 menšiu ako 15 kWh/m2 je potrebné použiť steny, stropy a podlahy s tepelným odporom 8,1 - 11,7 m2.K/W, čo pri novostavbách nie problém ak požijeme stavebný systém MGU 1.8, alebo obdobný systém s dobrou izoláciou napr. polystyrén hr. 300 mm a okná s U hodnotou <1 W/(m2.K).

Odpoveď na otázku ako postaviť pasívny dom nie je v tom, akej značky alebo aký druh tehly alebo betónovej, porobetónovej tvarovky použijeme, sama osebe žiadna stena z tehly alebo tvarovky nedosiahne tepelný odpor R > 10 m2.K/W, to by museli byť viac ako meter - dva hrubé steny. Praktická odpoveď je v použití sendvičovej konštrukcie steny, to znamená, že do vnútra medzi dve steny umiestnime vrstvu kvalitnej izolácie napr. polystyrén, minerálnu vatu, polyuretán, alebo iný materiál so súčiniteľom tepelnej vodivosti ?=<0,04 - 0,025 W/(m.K).

Sendvičové steny sú jediné dnes praktické riešenie. Sendvičové steny, sa v zahraničí široko využívajú, u nás je k nim nedôvera podporovaná tradičným spôsobom výroby murovacích materiálov. Dodávatelia tradičných murovacích materiálov sa to však snažia napraviť a ponúkajú tzv. zatepľovacie systémy, tepelnoizolačné malty, obkladanie železobetónových prvkov - nadokenných prekladov, prievlakov, ... , polystyrénom, ... a iné riešenia, aj na novostavby. Vytvorí sa tým v podstate tiež sendvičová konštrukcia len v opačnom slede vrstiev, vnútornosti sú z vonku a nechránené. Zatepľovanie či zvnútra alebo z vonku narušuje priebeh izoteriem v konštrukcii a pri novostavbách stráca potom logiku a je do značnej miery absurdné. Prináša len zvýšené riziká do budúcnosti.

Navrhujeme také steny, ktoré už nemusíme zatepľovať. Sendvičové steny neprinesú zvýšené nároky na investície. Tepelný odpor R=8,1 až 11,7 m2.K/W stien sa dá dosiahnuť pri hrúbke sendvičovej steny 500 - 600 mm, do ktorej sa dá umiestniť až 300-400 mm kvalitnej izolácie, napr. polystyrénu. Cena takejto konštrukcie z ľahko dostupných materiálov vychádza z ich bežných cien. Čo zaplatíme naviac je len to, že materiálu, kvalitnej izolácie je tam aj skutočne viac. Pamätajme, že podiel ceny stien je z celkovej ceny domu len zlomkom, ale ničím iným nemôžeme tak zásadne ovplyvniť náklady na prevádzku domu. Aj keď dáme o málo viac peňazí na steny už pri stavbe domu, ani to nemusí znamenať, že celá stavba bude drahšia, pretože pri nižšej potrebe tepla potrebujeme kotol s menším výkonom, možno vôbec nebude nutné navrhovať ústredné kúrenie, možno bude stačiť lokálne, určite budú nižšie náklady na stavebné úpravy, technologické priestory- kotolňu, údržbu, atď.

Dutinové steny môžu mať kvôli statike len 150mm izolácie, medzi dve steny sa ukladajú oceľové spojky, ktoré sú tepelne namáhané a ohrozované kondenzáciou vodnej pary, ich časté vzájomné spájanie stien vytvára značné tepelné mosty.

Stavebný systém Mgu 1.8 bol vyvinutý práve pre stavbu pasívnych domov, tak aby problémy s tepelnými mostami pri ukladaní prekladov a stropov boli úplne vylúčené. Konštrukcia dvojitých stien MGU 1.8 nevyžaduje žiadne oceľové prvky, tak ako je pri bežných dutinových stenách, hrúbka vloženej izolácie môže byť 300mm a viac. Stropná konštrukcia je uložená na vnútornej stene, hrúbka izolácie v stropnej a podlahovej konštrukcii je 300mm a viac. To všetko dáva reálne predpoklady pre návrh pasívneho domu. Tepelné straty domu sa približujú úrovni vnútorných tepelných ziskov - voľné teplo ľudí, varič, el. spotrebiče,... . potom je celková potreba limitovaná hlavne pasívnym príjmom slnečnej energie. Preto označenie pasívne solárne domy dobre vystihuje takéto domy.

Pevnostné charakteristiky zvislých murovaných konštrukcií - stien MGU 1.8 umožňujú stavať nosné steny obytných budov už od 100mm. Pevnosť murovanej konštrukcie v tlaku sa približuje pevnosti rovnakej hrúbky monolitickej konštrukcie.

Pevnosť muriva MGU 1.8 /betón B30/

 CharakteristickáVýpočtová /STN 73 1101/
v tlaku23,3 MPa14,6 MPa
v ťahu za ohybu rovná škára0,28 MPa0,18 MPa
zalomená škára0,99 MPa0,62 MPa

Pre akumuláciu je potrebná istá hrúbka stien, ktorú stanovuje nová STN 73 0540-4 čl.12.1.11 a tá je 100 mm, väčšia hrúbka sa nemôže do výpočtu tepelnej stability miestnosti použiť. Hrubšie steny z tohto dôvodu nie je potrebné navrhovať, samozrejme tam, kde to statické a požiarne normy dovolia. Preto by bolo vhodné aby aj v Eurokóde 6 ( viď. STN P ENV 1996-1-3) bola prevzatá - zachovaná pôvodná hodnota minimálnej hrúbky stien 100mm a nie tak ako je to upravené v NAD (národnom aplikačnom dokumente), podľa môjho názoru zbytočne -120mm. To neveríme naším skúšobným ústavom a výrobcom?

Vývoj nových konštrukčných systémov ako je aj MGU 1.8 bol smerovaný práve k zosúladeniu statických a teplotechnických vlastností obalových konštrukcií.

Keď sme vymýšľali názov pre náš systém hľadali sme v počiatkoch stavania, uvažovali sme sa nad kamennými stavbami v Egypte, ale išli sme ďalej a nakoniec nám zostala len magma a z nej sme odvodili názov Magma ultima - konečný tvar magmy - mgu, obrázok v úvodnom prospekte hovorí o magme - zemi vo vesmíre, hrudke magmy na okraji galaxie.

Pri hľadaní starých architektonických foriem, ktorými sme chceli demonštrovať možnosti systému, som v slovníku našiel staroindické názvy (sanskrt) pre dvere a bránu, dvere = dvara a brána = gopura, v podstate úplne zhodné s našimi dnes používanými slovenskými slovami. Malo to na mňa silný účinok, kameň a slovo, takéto súvislosti, mnohotísícročné pyramídy a mnohotisícročné slová. Kto sme a čo tu robíme. Stavať dom znamená v živote človeka veľa, možno je viac symbolom ako fyzickou potrebou. Budúce aj dnešné domy by mali byť komplexným životným prostredím, nemôžu byť len kameň ale musia byť aj slovo - tradícia a kultúra. V našom systéme ponúkame dnes okolo 100 textúr a tvarov stavebných prvkov ,stĺpov, tvaroviek, ... práve z úcty k tomu odkazu. Dnes vieme vďaka technológii a materiálom z kameňa postaviť vlastný chránený priestor- komplexné umelé životné prostredie. Mgu 1.8 je navrhnutý práve preto.

Dá sa s dodatočným zateplením dosiahnuť úroveň pasívneho dom?

Dnes sa v projektovej praxi stretávam veľmi často s rekonštrukciami starších budov, kedy je potrebné sa rozhodnúť čo sa pokúsiť zachovať a čo odstrániť. Vždy sa nedá dosiahnuť kompromis, domy sa stavajú na veľa desaťročí a niečo je lepšie odstrániť hneď.

Správnym návrhom, vzduchotesným uzavretím steny a realizáciou zateplenia stien z vnútra a z vonku môžeme zvýšiť tepelný odpor stien o viac ako 4,5 m2.K/W až na úroveň 6 - 8 m2.K/W a tým vytvoriť základný predpoklad pre návrh pasívneho solárneho domu. Odpoveď na otázku či sa dá zateplením dosiahnuť úroveň pasívneho domu je teda- áno, niekedy je to možné.

Pri rekonštrukcii starších obytných budov sa môžeme pokúsiť zlepšiť celkovú tepelnotechnickú úroveň domu, vyžaduje si to však patričné vyhodnotenie daného stavu, pozorný návrh a jeho integrované posúdenie. Postup pri rekonštrukcii môžeme rozčleniť do niekoľkých bodov.

  1. ako zlepšiť tepelnotechnické vlastnosti stien, stropov a podláh
  2. čo s oknami, aká veľkosť, aký solárny faktor
  3. prípadná zmena dispozičného riešenia vnútorných priestorov

Steny

Vzduchotesným uzavretím steny a pridaním izolácie z vnútra napr. 50 - 100 mm polystyrénu (praktické je 50 - 70 mm, potom nie sú väčšie problémy s el. zásuvkami, parapetnými doskami, garnížami,...), síce zmenšíme nepatrne vnútorný priestor, ale získame nevyhnutné predpoklady dobrej, dlhodobo stabilnej funkcie celej steny. Veľkou výhodou zateplenia z vnútra sú nízke náklady a z teplotechnického pohľadu je to zabránenie exfiltrácie vzduchu cez stenu. Po zateplení z vnútra pokračujeme pridaním ďalšej izolácie z vonku 50 - 200 mm, bežným zatepľovacím systémom.

Celkový výsledok po správnom zateplení stien a stropov môže byť, ak napr. pôvodná stena mala tepelný odpor R = 2,7 m2.K/W a my pridáme 200 mm polystyrénu s tepelným odporom R = 5,5 m2.K/W, spolu R= 8,2 m2.K/W. To sa v našich klimatických podmienkach približuje optimálnej hodnote (Roptimálne = 8,1 - 11,7 m2.K/W).

Pri dodatočnom zatepľovaní budov vznikajú riziká a problémy s kondenzáciou vodnej pary prenikajúcej do konštrukcie stien. Správne navrhnuté moderné obalové konštrukcie by nemali umožňovať kondenzáciu vodnej pary vo vnútri (STN 73 540 -2 , čl.4.1.1.). Norma však vzhľadom na tradície a technické možnosti minulosti v čl.4.1.2 dovoľuje kondenzáciu pol litra vody na každý štvorcový meter ( 0,5 kg vody na 1m2), čo je veľa. A z toho vznikajú obavy a riziká, to je to o čom sa píše v knihách o kontaktnom zatepľovaní z vonku bez odvetrania, napr. citát z knihy

Petráš a kol. "Nízkoteplotné vykurovanie" str.47: "Aj keď konštrukcia s ... alebo vrstvou s vysokým difúznym odporom spĺňa požiadavky STN 73 0540, odporúča sa, ak je to možné, riešiť ich s otvorenou vzduchovou vrstvou, také riešenie zabezpečuje najmenšie možné riziko z hľadiska havarijného stavu stavebnej konštrukcie, a to hlavne v prípade preniknutia atmosferickej vlhkosti do konštrukcie v dôsledku poškodenia vonkajšej vrstvy konštrukcie." Norma a odborná literatúra upozorňujú na dlhodobé riziká hroziace pri návrhu obalových konštrukcií, ktoré sú momentálne "zatienené" okamžitými energetickými úsporami.

Porovnanie množstva kondenzovanej vody troch vyhovujúcich konštrukcií stien:

 

Konštrukciamnožstvo skondenzovanej vody
Nezateplený porobetón0,03 kg/m2
Po zateplení z vnútra 50 mm polystyrénom0,01 kg/m2
Stena MGU 1.80,000 kg/m2

Voda v konštrukcii hlavne pórovitých materiálov ako je tehliarska hmota, ľahké betóny a pod. zhoršuje tepelnotechnické vlastnosti materiálov - tepelný odpor a tým môžu "ohroziť požadovanú funkciu", dôsledkom čoho je väčšia spotreba energie na krytie strát, ale aj energie na odparenie skondenzovanej vody. To znamená, že správnym zateplením z vnútra stenu chránime - vysušujeme ju! Stačí vyhodnotiť priebeh sledovaných veličín konkrétnej konštrukcie v kritických detailoch a rozhodnúť sa pre optimálne riešenie. Čo sa týka skladby zateplenia z vnútra praktických skúseností je dosť, treba využiť overené poznatky z konštrukcií dvojplášťových stien napr. stĺpikovej konštrukcie. Moje osobné dlhoročné skúsenosti potvrdzujú oprávnenosť aj zateplenia z vnútra. Prídavné tepelné straty v okenných osteniach vznikajú pri každom jednostranom zateplení. Preto hovorím, že treba zatepliť aj z vonku aj z vnútra. Priebeh izoteriem v stene by mal byť symetrický nie len kvôli výplňovým konštrukciám ale aj železobetónovým a oceľovým prvkom v konštrukcii.

Pri inak dobre zaizolovaných domoch, ak nie zabezpečená vzduchotesnosť stien, prenikanie vzduchu v zime cez stenu z vnútra von - exfiltrácia vzduchu, spôsobuje zásadné - niekedy percentuálne najväčšie tepelné straty. Bez eliminácie tepelných strát z tohto titulu nemôžeme navrhnúť energeticky úsporný dom. Jediná cesta ako dodatočne zabrániť exfiltrácii vzduchu je umiestniť vzduchotesnú zábranu na stenu z vnútra, už to samé osebe je aj zatepľovanie, no súčasne stým, pri tých istých prácach môžeme zväčšiť tepelný odpor stien pridaním ďalšej izolácie. To sú hlavné prednosti zatepľovania z vnútra.

Nevýhodou je zníženie tepelno - akumulačnej schopnosti obvodových stien, čo však napr. pri severne orientovaných miestnostiach nemusí byť nevýhoda.

Podlahy a stropy

Ak je podlaha prvého podlažia na teréne, potrebujeme vložiť min. 300 - 400 mm sklenej alebo minerálnej vlny. Vždy sa to nedá dosiahnuť, pretože sa tým zmenší svetlá výška miestností a to je veľký problém, s ktorým sa v takomto prípade nedá pohnúť. Ak prvé podlažie je podpivničené alebo sa nachádza nad nevykurovanými priestormi, je tiež potrebné použiť min. 300 - 400 mm kvalitnej izolácie, najlepšie z vonkajšej strany. Strop posledného podlažia sa dá zlepšiť pridaním izolácie napr.300 mm polystyrénu, najlepšie známym systémom obrátených striech, alebo v prípade šikmých striech a obytných podkroví pridaním minerálnej vaty na strop alebo pod krokvy.

Okná

Ktoré okná zväčšiť, ktoré zmenšiť, kedy a ako. Zväčšiť okná kvôli slnečným ziskom je rozumné len keď sú tieto okná správne orientované a ich teplotechnické vlastnosti sa približujú U<1 W/(m2.K) inak okno nie zdroj ale "spotrebič" energie. Zväčšiť okno znamená zásah do statiky v prípade ak ho chceme rozšíriť a komplikácie stým spojené prakticky vylučujú takúto možnosť. Okno sa dá veľmi jednoducho zväčšiť vybúraním parapetu. Je treba výpočtom určiť aké veľké okná na ktorej fasáde by boli optimálne a zladiť to s požiadavkou vzostupu maximálnej vnútornej teploty v lete, ktorá by nás mohla prekvapiť , a s požiadavkou ich funkčnosti a vonkajšieho vzhľadu. Nie je nutné, tak ako to vidíme často na "ukážkových nízkoenergetických domoch", aby dom bol len lesknúcim sa futuristickým kvádrom, alebo valcom - "palivovou nádržou s oknami". Pre tradíciu, vkus a aj trochu osobného názoru pri celkovom riešení domu sa nájde vždy dosť priestoru.

Dnešná ponuka okien je široká, ale súčiniteľ prechodu tepla - U menší ako 1,1 W/(m2.K) dosiahli len okná so špeciálnymi výplňami, trojsklom, pokovovaním alebo inak upravené s relatívne krátkodobo zaručenými vlastnosťami, s okennými rámami s veľa rozličnými komôrkami, hrúbky okolo 200 mm. Čím lepšia "U hodnota" tým horší solárny faktor g, ktorý vyjadruje celkovú priepustnosť slnečného žiarenia cez okno.

Solárny faktor - g priamo ovplyvňuje množstvo energie prichádzajúcej cez okná. Čím viac skiel, pokovovania, ... , tým je solárny faktor horší. Doporučujeme použiť okná MGU 1.8 s U<0,45-1,0 W/(m2.K) a g > 0,75.

Pri kúpe okien sa spýtajte aj na solárny faktor g.

S oknami s U< 1 W/(m2.K) sa môže z vášho domu stať skutočný zdroj energie. Na jej plné využitie si budeme musieť ešte počkať, pretože dnes je problém ako túto energiu uskladniť. Treba len počkať na vhodnú formu jej skladovania, alebo napojenia na verejnú elektrickú sieť, do ktorej by sa prebytočná energia odvádzala a odkiaľ by sa v čase potreby získala naspäť.

Dispozičné riešenie vnútorných priestorov

V rámci zatepľovanie je vhodné, ak sa rozhodneme pre väčší zásah do stavby, zamyslieť sa aj nad vnútorným členením priestorov a zvážiť orientáciu jednotlivých miestností. Je veľký rozdiel medzi obývačkou umiestnenou na juho-západnej strane pôdorysu domu ako na severo- východnej. Treba sa zamyslieť nad polohou nevykurovaných a temperovaných priestorov , ... . Je to vždy konkrétny problém každého domu, všeobecne sa dá odporučiť len otvorenie vnútornej dispozície, obytné miestnosti dennej časti situovať na juh, "technológiu", schody, chodby, garáž, ... , situovať na sever, odstrániť zbytočné deliace konštrukcie a zachytávať slnečné svetlo oknami "od východu do západu slnka", nezabudnúť na vhodné tienenie okien.

Záver

Predpokladom každého projektu novostavby a rekonštrukcie je komplexné posúdenie jestvujúceho stavu a vypracovanie integrovaného návrhu, ktorého súčasťou musí byť aj vypracovanie energetickej bilancie domu, najlepšie v niekoľkých alternatívach. Obytné domy sa stavajú na veľa rokov a našim potomkom môžeme zanechať funkčné bývanie, kvalitné, optimálne umelé hmotné životné prostredie aj do budúcnosti.

Ing. Igor Niko
Autorizovaný inžinier

Abstrakt

V článku je popísaný preferovaný prístup k projektovaniu obytných budov - integrované projektovanie, v praxi, s využitím dostupných softwérových aplikácii. Ďalej je poukázané na niektoré zásady pri návrhu novostavieb a problémy pri dodatočnom zatepľovaní budov s dôrazom na vylúčenie exfiltrácie vzduchu, zatepľovanie z