Úvod

Úspory energie jsou stále aktuálnějším tématem z důvodů snížení importní závislosti, šetření tuzemských zdrojů, ochrany klimatu i finančních úspor. To platí i pro stavebnictví, kde vývoj v oblasti úspor energie, bohužel, značně pokulhává za očekáváním. Byť je stavebnictví velmi konzervativním oborem je třeba soustavně přicházet s inovativními řešeními, řádně je testovat a potom ty úspěšné co nejrychleji zavádět do praxe. Předpokládáme, že maximálně žádána by měla být levná a jednoduše aplikovatelná řešení, nejlépe pokud využívají synergie s jinými opatřeními.

V současné době je v ČR stále ještě velké množství nezateplených panelových domů, které teprve čekají na rekonstrukci a zateplení, a ty představují velký potenciál rentabilně využitelných úspor energie. Cílem článku je předložit vizi, jak si autoři představují optimální řešení zateplení panelového domu. Článek si rozhodně neklade za cíl představit definitivní řešení konkrétního zateplení panelového domu, snahou je navrhnout a představit možnosti, které mohou po řádném prověření přinést značné úspory energie při plném vyčerpání potenciálu úspor s maximálním důrazem na rentabilnost. Představené vize mohou být námětem pro výzkum a vývoj směřující k rozvoji nízkonákladového pasivního stavitelství, které se zřejmě stane v průběhu příštích deseti let standardem nejen pro novou výstavbu, ale i pro rekonstrukce budov. Cokoliv, co se tedy podaří vymyslet a odzkoušet během příštích několika let, bude s vysokou pravděpodobností mnohonásobně zhodnoceno.
Díky své jednoduché geometrii a nízkému poměru povrchu k obestavěnému prostoru jsou dodnes nezateplené panelové domy nejvhodnějšími kandidáty pro rekonstrukci na pasivní standard. Článek má ukázat, že je to s dnešními technologiemi jednoduše a rentabilně možné jen při malém navýšení investičních nákladů oproti dnes běžnému způsobu zateplení.

První pokusy o nadstandardní zateplení jednotlivých panelových domů byly provedeny již v roce 2002 na sídlišti Brno – Nový Lískovec, http://nliskovec.calyx.cz/ap_energieNL/RokStat.aspxkdy se zdařilo u panelových domů docílit nízkoenergetického standardu se spotřebou tepla na vytápění 40 kWh/m2/rok. V Novém Lískovci byla fasáda zateplena 16 cm pěnového polystyrenu, 20 cm izolace bylo přidáno do střechy, 6 cm na stropy sklepů a okna byla vyměněna za kvalitní plastová či dřevěná s dvojvrstvým zasklením. V prvních dvou panelových domech byla též vyzkoušena výměna vzduchu v bytech pomocí centrálního rekuperačního výměníku. Srovnání se stejně zateplenými domy s jednoduchým ventilačním systémem, kde fungují odtahy z toalety a z kuchyně pomocí malých ventilátorů, však ukázalo, že rekuperátor nemá v praxi žádný přínos pro snížení spotřeby tepla na topení, naopak jsou zde přídavné náklady na jeho provoz. Proto již další domy centrální rekuperaci neměly. V dnešní době jsou již v městské části Brno – Nový Lískovec na této úrovni zatepleny prakticky všechny panelové domy. Získané zkušenosti jsou bezesporu velmi cenné a jsou důležitým odrazovým můstkem pro návrhy dalších opatření.

Navrhovaný způsob zateplení a jeho rentabilnost

Dnes se běžně zateplují panelové domy použitím 12 cm pěnového polystyrenu na fasádu, 12 cm izolace do střechy, 5 cm na stropy sklepů a provádí se výměna oken za plastová či dřevěná s dvojvrstvým zasklením. Předpokládejme, že byty vytápíme na 22 °C, interní zisky jsou 5 W/m2 a průměrná výměna vzduchu v bytě je 0,25 jeho objemu za hodinu. Tím jsou zhruba splněny obvyklé požadavky na výměnu vzduchu ve výši 25 m3/hod na přítomnou osobu. Pak máme k dispozici všechna data, abychom mohli vypočíst měrnou roční spotřebu tepla na vytápění u typického panelového domu třeba pomocí volně přístupného programu CASAnova. Při těchto parametrech vychází měrná spotřeba tepla na vytápění kolem 40 kWh/m2 podlahové plochy za rok. V případě, že se použijí parametry zateplení na úrovni Brna – Nového Lískovce, program dá výsledky velice blízké těm ve skutečnosti získaným a publikovaným. Z toho lze usuzovat, že program poskytuje spolehlivé odhady energetické náročnosti budov a můžeme jej použít pro další analýzu.
Dnes jsme o velký kus dál v technologiích pro zateplování oproti stavu před 10 lety. Za velmi přijatelnou cenu dostaneme vysoce kvalitní okna s trojvrsvým zasklením, která mají téměř dvojnásobnou izolační schopnost oproti těm s dvojitým zasklením a přitom stojí jen o pár desítek procent více. Již také můžeme lepit na fasádu libovolně tlustý pěnový polystyren pomocí polyuretanové pěny bez potřeby kotvení http://www.profites.cz/?p=productsMore&iProduct=176&sName=P.... Lepící pěna má větší přilnavost i pevnost, než je pevnost samotné desky pěnového polystyrenu, tedy dostatečná plocha aplikace polyuretanové pěny zajistí požadovanou pevnost spojení. Existují již certifikované pěny a postupy, kdy při garantované tloušťce mezery mezi pěnovým polystyrénem a stěnou pod 1 cm není třeba desky mechanicky kotvit. Pro případ, že by zkoušky přece jen ukázaly potřebu kotvení, je k dispozici levný a jednoduchý postup, jak lze využít běžných plastových hmoždinek ke kotvení prakticky libovolně tlustého pěnového polystyrenu http://www.youtube.com/watch?v=EvA08SpDLUs. Považujeme za samozřejmé, že před zateplením každého konkrétního domu se musí vyzkoušet několik variant aplikace zateplení včetně možnosti penetrace povrchu pro zaručení dostatečně pevného nalepení zateplovacího systému.

Dnes je na trhu šedý fasádní polystyren za velmi přijatelnou cenu s tepelnou vodivostí o 20 % nižší, než má ten bílý. Nic tedy zřejmě nebrání použít 25 cm šedého polystyrenu na izolaci fasády a do střechy dát vrstvu třeba 40 cm. Také pro izolaci stropů sklepů můžeme použít šedý pěnový polystyren v tloušťce 10 cm. Když pak znovu spustíme program CASAnova s takto upravenými daty, zjistíme, že měrná spotřeba tepla na vytápění klesne pod 10 kWh/m2 podlahové plochy za rok. Jsme tedy oproti běžnému způsobu zateplení na čtvrtině spotřeby tepla na vytápění a spolehlivě se dostáváme do standardu pasivního domu. A co jsme pro to museli udělat tak zvláštního? Připlatit si asi 1 000 Kč/m2 okna, 300 Kč/m2 fasády, 500 Kč/m2 střechy a 100 Kč/m2 stropu sklepa. Když toto rozpočítáme na jeden třípokojový byt, vyjde nám navíc 30 až 40 tisíc Kč. Při dnes běžné ceně 2 Kč/kWh to je přes 4 tisíce Kč ročně. Navýšení investice se tedy zaplatí za 8 až 10 let a pak nám bude toto opatření přinášet úspory dalších 40 let.

Některé detaily technického řešení

Zvláštní pozornost je třeba věnovat osazení a zateplení pevných rámů oken. Pokud toto není správně provedeno, může docházet k rosení rámů oken či plesnivění vnitřního ostění, ale každopádně dochází ke zbytečným tepelným ztrátám. Když někde na již zateplené fasádě vidíme podstatnou část pevných rámů oken nezakrytých tepelnou izolací, zjevně nebylo uplatněno to nejsprávnější řešení. Většina panelových domů má stávající okna doražena k venkovnímu ozubu panelu a navíc někde bývá plocha panelu v úrovni okna zvnějšku odskočena dovnitř o zhruba 4 cm. Správné osazení nového okna je však v poloze, kdy lícuje s vnějškem fasády. Je proto nutné při odstraňování starých oken odstranit i ozub panelu (odříznout jej diamantovým kotoučem), aby byla využita pro instalaci nového okna celá plocha otvoru a současně aby mohlo být okno patřičně vysunuto. Detaily jsou znázorněny na obr. 1. Dále je třeba věnovat pozornost i způsobu zateplení vnějšího ostění oken pomocí klínů pěnového polystyrenu, které zakryjí prakticky celý pevný rám okna (obr. 2). Odraz světla od šikmého ostění přispěje k prosvětlení místnosti (každá trocha světla navíc je dobrá).

Obr. 1 a) Svislý řez zatepleným oknem.

Obr. 1 b) Vodorovný řez zatepleným oknem.

Obr. 2. Řešení atiky a zateplení střechy.

Za pozornost stojí i detail řešení atiky střechy (obr. 2). Pokud zateplíme střechu dodatečnými 40 cm pěnového polystyrenu, původní atika zmizí. Nová atika však nemusí být vyzděna, může být vytvořena pěnovým polystyrenem, na který je polyuretanovou pěnou nalepena OSB deska a do ní je uchyceno oplechování atiky. Toto řešení se může zdát příliš odvážné, nic však nebrání, aby byla vhodnost takového řešení experimentálně odzkoušena a pak bylo řešení přijato či zamítnuto. Samozřejmě polyuretanová pěna může být použita i k nalepení a zmonolitnění pěnového polystyrenu při dodatečném zateplení střechy hlavně v okolí atiky. Jak jsme již zmínili výše, pevnost spoje lepeného polyuretanovou pěnou je vyšší než pevnost vlastního pěnového polystyrenu, takže tady opravdu nehrozí, že by atika při silném větru mohla „uletět“. Navrhované zateplení střechy je velmi jednoduché, protože původní hydroizolace z asfaltových pásů je ponechána a slouží jako parozábrana. Pokud původní střecha z hlediska kondenzace vzdušné vlhkosti přijatelně fungovala, bude po zateplení fungovat střecha také a lépe, neboť původní hydroizolace bude vystavena podstatně menším teplotním výkyvům a tudíž se zmenší nebezpečí kondenzace ve střešní konstrukci pod původní hydroizolací. Do tepelné izolace nad původní hydroizolací se vlhkost z interiéru díky dokonalé parozábraně dostat nemůže. Na tomto místě je třeba připomenout obecné pravidlo, že čím silnější izolace jsou zvnějšku aplikovány, tím menší je v zimě možnost kondenzace vlhkosti v konstrukci pod zateplením či na vnitřních površích. Důvodem je zvýšení teploty konstrukce pod zateplením i teploty vnitřních povrchů.

Při zateplování panelových domů je třeba řešit i balkóny a lodžie. V případě balkónů se dnes běžně používají samostojné betonové balkony, které mají jen minimální styk se stavbou. Je třeba jen pamatovat na větší odstup balkónu od stavby z důvodu použití tlustší tepelné izolace. Lodžie se standardně řeší osazením otvoru nad zábradlím lodžie kvalitními okny a vše se pak zateplí spolu s fasádou. Z lodžie vznikne zimní zahrada, kde v létě může být část oken trvale otevřena.

Ventilační systém

Zkušenosti z Brna – Nového Lískovce jasně ukazují, že standardní centrální ventilační systém s rekuperací nepřináší v panelovém domě úspory energie, naopak zatěžuje bydlící dalšími náklady spojenými s provozem rekuperační jednotky. Ani spokojenost bydlících není vyšší ve srovnání s řešením, kdy si každá domácnost řeší odtah axiálními ventilátorky se zpětnými klapkami napojenými do centrálního větracího potrubí. Takový systém s vlastními axiálními ventilátory zřejmě moc dobře nefunguje, neboť odtahy nemohou být účinné, pokud je byt po výměně oken velmi těsný. Z toho je zřejmé, že praktické nároky bydlících na ventilaci jsou mnohem nižší, než jak je psáno v předpisech, a toto je běžně tolerováno. Bydlící zjevně neocení navýšení kvality vnitřního vzduchu, pokud je to na úkor jejich pohodlí (z vyústění ventilačního systému může foukat chladný vzduch a systém může být hlučný) a navýší se provozní náklady. Zřejmě ještě vyšší nároky na bydlící by kladlo osazení samostatných rekuperačních jednotek v jednotlivých bytech. Zdaleka ne každý se chce či je schopen se o zařízení řádně starat a v případě panelového domu jednoduchost a nenáročnost musí být hlavním kritériem. Přesto se nabízí elegantní řešení problému ventilace panelových domů, které by mohlo být vhodným kompromisem mezi běžnou praxí a předpisy.

V některých bytových domech je řešena ventilace mírným permanentním odsáváním z toalety a kuchyně, přičemž vzduch se do bytu dostává infiltrací netěsnostmi v obvodovém plášti. I v případě dosažení těsnosti bytu na úrovni pasivního standardu může být infiltrace dostatečná na to, aby mohlo být potřebné množství vzduchu z bytu odsáváno při přijatelném podtlaku kolem 10 Pa. Při tomto podtlaku se do budovy dostává infiltrací zhruba 1/3 vzduchu oproti podtlaku 50 Pa používaném při blower door testu viz. http://amper.ped.muni.cz/~svobodak/pasivdrev1.html. Výměnu 0,2 objemu vzduchu za 1 hod. při pasivním standardu těsnosti lze takto bez potíží docílit. Pokud by byla těsnost přece jen příliš vysoká, mohou se buď okna řízeně odtěsnit nebo mohou bydlící používat polohu mikroventilace v oknech místností, kde právě jsou (např. komfortní výměnu vzduchu v ložnici zajistíme pouhou změnou polohy jedné kličky ráno a večer). Jen odsáváním tedy lze zajistit základní výměnu vzduchu v bytě zaručující přijatelnou úroveň hygieny vnitřního vzduchu a nad to si každý může větrat podle potřeby okny. Při takovémto způsobu větrání získáme trvalý zdroj znečištěného interiérového vzduchu o teplotě kolem 22 °C a byla by škoda jeho vnitřní energii nevyužít.

V každém domě potřebujeme ohřívat vodu. Ta nám z vodovodního řádu přichází o teplotě kolem 7 °C a potřebujeme ji ohřát na přibližně 45 °C. Pokud bychom vodu z vodovodního řádu předehřáli ze 7 °C na 20 °C vzduchem odsávaným z interiéru, ušetřili bychom třetinu tepla na ohřev vody. Z 8 bytů můžeme z odsávaného vzduchu jeho ochlazením na 9 °C získat trvalý výkon 1 kW tedy zhruba 8 000 kWh v hodnotě 16 000 Kč ročně. Systém na rekuperaci tepla z odtahovaného vzduchu, který pracuje beznákladově na principu protiproudového výměníku vzduch/voda je zatím ve vývoji. Výměník má velký objem vody a slouží současně i jako vyrovnávací zásobník při nerovnoměrné spotřebě vody. Předpokládáme, že by zařízení na získávání tepla z 8 bytů mohlo přijít na asi 80 000 Kč, tedy jeho návratnost by byla kolem 5 let. Za zmínku stojí, že na topení potřebujeme v třípokojovém bytě zatepleném podle našich představ asi 700 kWh, ale rekuperací tepla z odtahovaného vzduchu získáme pro ohřev vody asi 1 000 kWh. Tedy v této rozšířené bilanci nejenže byt nepotřebuje žádné teplo pro vytápění, ale ještě přispěje k ohřevu vody. A zatímco nám standardní rekuperace šetří teplo jen po dobu topné sezóny, která je u pasivního domu asi 120 dní, tento systém by fungoval celoročně. V případě použití standardní rekuperace musíme navíc počítat s náročnými stavebními úpravami, protože je třeba po bytech rozvádět předehřátý čerstvý vzduch. Tento problém v námi navrhovaném řešení odpadá a v zásadě lze pro odtah vzduchu využít již existující vzduchotechnické potrubí.

Je třeba se rozhodně ohradit proti tendencím budovat v panelových domech „dokonalé“ ventilační systémy za jakoukoliv cenu a toto podporovat strašením o zdravotní závadnosti oxidu uhličitého. Dýcháním musíme udržovat v plicních sklípcích koncentraci oxidu uhličitého na úrovni 50 000 ppm, a pokud je ta koncentrace vyšší, dusíme se, pokud nižší, máme závratě. Samozřejmě při dýchání zůstane značná část vzduchu v průduškách a průdušnicích a ta způsobí značnou degradaci nadechovaného vzduchu. Poměrně jednoduše můžeme odvodit, že při navýšení koncentrace oxidu uhličitého v okolním vzduchu z 1000 ppm na 2000 ppm, musíme navýšit ventilaci plic o 2 %, což je adekvátní navýšení změně hustoty vzduchu při vystoupání o 200 m či přechodu fronty. Při tělesné námaze je ventilace plic oproti klidovému stavu navýšena až desetinásobně, změnu o 2 % proto nijak nepocítíme. Lze tedy asi dojít ke konsenzu, že pokud ventilační systém zajistí koncentraci oxidu uhličitého do 2000 ppm, je systém plně vyhovující. Taková koncentrace odpovídá výměně vzduchu asi 10 m3/hod na osobu.

Podstatně důležitějším faktorem, proč je třeba v budovách vyměňovat vzduch, je produkce vlhkosti. Člověk se nejlépe cítí, pokud je relativní vlhkost vzduchu mezi 40 a 70 %. Je-li nižší, dochází k nežádoucímu vysychání sliznic, je-li v zimě vyšší, může docházet ke kondenzaci vlhkosti na studených předmětech a např. vzniku plísní v oblasti tepelných mostů. Proto je vhodné v zimě v bytech vlhkost vzduchu sledovat a upravit větrání tak, aby byla relativní vlhkost vnitřního vzduchu kolem 50 %. Zkušenosti ukazují, že zajistit tuto hodnotu vlhkosti vyžaduje, hlavně v mrazivém počasí, výměnu vzduchu výrazně nižší, než je často propagovaný požadavek 0,5 objemu za 1 hod a na niž je běžně počítána (podle našeho názoru schválně nerealisticky) ekonomika ventilačních systémů s rekuperací.

Zdroje tepla pro pasivní panelový dům

Při rozhodování o zdroji tepla pro kvalitně zateplený panelový dům musíme nejdříve odhadnout celkovou roční spotřebu na třípokojový byt. Je třeba počítat se 3 000 až 4 000 kWh ročně na ohřev vody a s dříve zmíněnými 700 kWh na topení. 1 000 kWh lze však získat zpět z rekuperace. Můžeme tedy s rezervou počítat se zhruba 4 000 kWh ročně. Takto zateplený panelový dům je však z pohledu dodavatele centrálního tepla velmi nelukrativní, a pokud by nenastal z jeho strany velmi vstřícný krok, je vhodné se od centrálního zásobování teplem odpojit.

Předpokládáme-li v panelovém domě 32 třípokojových bytů, pak lze spolehlivě pokrýt jejich spotřebu jedním plynovým kondenzačním kotlem o výkonu kolem 50 kW i s dostatečnou rezervou na operativní ohřev vody. V kvalitně zatepleném panelovém domě lze též jako zdroj tepla použít tepelné čerpadlo. V topné sezóně by bylo teplo pro topení a ohřev vody odebíráno z venkovního vzduchu, v létě by bylo možno teplo na ohřev vody získávat z radiátorů, a tím dům klimatizovat. Stávající otopný systém by se stal značně předimenzovaný a k topení by stačila voda o teplotě 30 až 35 °C, při níž má kondenzační kotel vysokou účinnost a tepelné čerpadlo vysoký topný faktor. V úvahu též připadá vytápění plynovou kogenerační jednotkou nebo plynovým tepelným čerpadlem. Samozřejmě, všechny varianty je třeba pro konkrétní případ propočítat a ekonomicky posoudit.

Je vhodné poznamenat, že kvalitní zateplení domu umožní použít mnohem menší a tudíž levnější zdroje tepla. Tím se část vícenákladů na kvalitní zateplení obratem vrátí. Navíc případná dlouhodobá porucha zdroje nezpůsobí v provozu domu vážné problémy, protože byt lze v případě poruchy pohodlně vytopit například malým olejovým radiátorem. Navíc velmi dobře zateplená budova má obrovskou tepelnou setrvačnost (i v největších mrazech klesne vnitřní teplota maximálně o 1°C, pokud se v ní vůbec netopí). To umožňuje vytápět dům přerušovaně, tedy v době, kdy je v rámci denního chodu teplo nejlevnější. Také obrovská teplotní setrvačnost minimalizuje i nároky na vyvážení a regulaci otopného systému – existující termohlavice na topení spolehlivě zajistí tepelný komfort v rámci nepatrného kolísání teplot (řekněme v intervalu 1°C).

Závěr

Námi navrhovanou koncepci je třeba nejdříve kriticky zhodnotit, pro konkrétní případ rozpracovat a vyzkoušet na pilotním projektu, kde by se odstranily případné nedostatky. Proto chceme tímto článkem kromě odborné veřejnosti oslovit také majitele nezateplených panelových domů, zda by se pilotního projektu neměli zájem zúčastnit. Předběžně jsme jednali i se Sdružením EPS ČR sdružujícím výrobce pěnového polystyrenu o možné podpoře takového projektu a můžeme oslovit i další výrobce. Věříme, že by takový projekt mohl získat i podporu u Ministerstva životního prostředí či Ministerstva průmyslu a obchodu. V případě úspěchu by se pak podobné pilotní projekty mohly provést i pro další stavební soustavy panelových domů a projektová dokumentace včetně zkušeností by byla dána volně k dispozici.
Bohužel, v řadě lidí byl vypěstován dojem, že jen drahé a složité řešení je zárukou kvality a dobré funkčnosti, hlavně není-li jiné řešení odborníky nabízeno. Lidé si zřejmě podvědomě váží něčeho dobrého, jen když za to zaplatí hodně peněz, a nesprávně z tohoto pocitu vyvozují, že levné a jednoduché řešení musí být špatné. Doufejme, že pro případ panelových domů, kde bydlí většinou sociálně slabší lidé, by tato pravidla nemusela až tak striktně platit.

Autor: Jiří Svoboda, Petr Čáslava, Jindřiška Svobodová

Literatura:
Stránky městské části Brno – Nový Lískovec, roční přehledy spotřeby energií v jednotlivých objektech: http://nliskovec.calyx.cz/ap_energieNL/RokStat.aspx
Lepení pěnového polystyrenu bez potřeby kotvení: http://www.profites.cz/?p=productsMore&iProduct=176&sName=P...
Ukázka kotvení tlustého polystyrenu: http://www.youtube.com/watch?v=EvA08SpDLUs
Protokol blower door testu pasivního domu: http://amper.ped.muni.cz/~svobodak/pasivdrev1.html