PORFIX A NÍZKOENERGETICKÉ STAVBY
Autor: Ing. Ladislav Némethy, technológ vývoja a environmentálny manažér PORFIX –
pórobetón, a.s.
Úvod
Vývoj architektúry a stavebníctva vo vyspelých štátoch EU smeruje k výstavbe
energeticky plusových domov, t.j. k energeticky sebestačným budovám. Stavby, ktoré sa
navrhujú na optimálne zachytenie a využívanie slnečnej energie, sú vo svete tak
rozšírené, že sa podpísali pod vznik architektonického štýlu - slnečnej architektúry. Podľa
direktív EÚ nasmerovaných na využívanie obnoviteľných zdrojov energie bude dnešný
model výstavby do roku 2020 vo vyspelej Európe nahradený koncepciou, kde najnižšie
bude postavený „štandardný dom“, ako ho poznáme dnes a štandardom budú pasívne
domy.
V predkladanej správe sú zhrnuté poznatky dvoch vedecko-technických štúdií
„Energetická bilancia simulovaných modelov rodinných domov“, ktorú vypracoval
riešiteľský kolektív STU Bratislava – Stavebnej fakulty katedry technických zariadení
budov Prof. Ing. Dušan Petráš, PhD a Ing. Martin Keszegh v rokoch 2008 - 2009.
Základné informácie
Za nízkoenergetické domy sa považujú budovy s ročnou mernou potrebou tepla na
vykurovanie nepresahujúcou 50 kWh/(m2.a), pokiaľ využívajú veľmi účinnú vykurovaciu
sústavu. Toto kritérium sa používa bez ohľadu na tvar budovy. Pri výhodnom
kompaktnom tvare bude ľahšie splniteľné ako pri veľmi členitom tvare.
Na nízkoenergetický dom (NED) sú kladené viaceré požiadavky, ktoré sa navzájom
ovplyvňujú. V prvom rade sú to požiadavky na vnútornú klímu a s ňou spojený komfort
obyvateľov, nasledujú ekologické a ekonomické požiadavky .
Porovnanie aktuálnych štandardných budov s energeticky úspornými budovami je
spracované v tabuľke č.1.
Tab. č.1. Porovnanie potreby tepla na vykurovanie pre rôzne budovy.
Potreba tepla na vykurovanie
za rok na 1m² úžitkovej
Objekt
plochy.
[ kWh/m²a ]
jestvujúce obytné budovy
165 až 195
novostavby podľa aktuálnych záväzných
požiadaviek
cca. 100
energeticky úsporný dom
50 až 70
nízkoenergetický dom
15 až 50
pasívny dom
5 až 15
nulový dom
0 až 5
energeticky nezávislý dom
plusové domy
bez napojenia na obvyklé
vonkajšie zdroje
domy s energetickým prebytkom
Pri realizácií nízkoenergetického domu (NED) je nutné dbať na koncepčný prístup
k navrhovaniu. To sa týka už výberu stavebného pozemku, umiestnenia a orientácie
stavby v danom teréne, voľby stavebnej formy budovy, zvýšenej tepelnej ochrany
vonkajších stavebných prvkov obvodového plášťa, dôsledného vyhotovenia stykov
a spojov stavebných konštrukcií a s tým spojená dostatočná vzduchotesnosť obvodového
plášťa, cieleným pasívnym využitím slnečnej energie, nízkoteplotným vykurovacím
systémom, núteným vetraním s predohrevom vzduchu a rekuperáciou.
V prípade realizácie pasívneho domu treba klásť dôraz na komplexnosť návrhu. Platí
podobná koncepcia návrhu ako pri nízkoenergetických domoch avšak pribúdajú ďalšie
podmienky, ktoré musí takáto stavba spĺňať :
Tab. č.2 Základné podmienky, ktoré musí spĺňať pasívny dom
Veličina
Jednotka
Požiadavka
merná potreba tepla na vykurovanie
kWh/(m²a)
≤ 15
celková potreba primárnej energie
kWh/(m²a)
≤ 120
1/h
≤ 0,6
W/m ²
≤ 10
celková neprievzdušnosť n50
merný tepelný príkon
V legislatíva SR platí zákon č.555 ktorý v §4, ods.1 direktívne určuje, že nová budova
musí spĺňať požiadavky na energetickú hospodárnosť
a projektant je povinný
minimálne požiadavky na energetickú hospodárnosť zahrnúť do projektu pre stavebné
povolenie. Referenčná hraničná hodnota je horná hranica energetickej triedy B (Vyhl.
MS a RR č. 311/2009 Z.z.) a potreba tepla na vykurovanie ≤ údaju z tabuľky č.3.
Tab. č.3 Minimálna požiadavka na energetickú hospodárnosť budov
Veličina/
energetická trieda
Bytové domy
Rodinné domy
A
B
A
B
potreba energie na
vykurovanie.
≤ 27
28-53
≤ 42
43-86
celková dodaná energia
≤ 40
41-79
≤ 54
55-110
primárna energia
(§ 4 ods.1 vyhl. MVRR
SR 311/2009)
≤ 63
64-126
≤ 80
81-160
Požiadavky na stavebné konštrukcie
Teplotechnické požiadavky na stavebné konštrukcie sú uvedené v STN 73 05 40: 2002
Teplotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Keďže energetickú náročnosť
budovy a vykurovacej sústavy vo veľkej miere ovplyvňujú teplotechnické vlastnosti
obalových konštrukcií najmä tepelný odpor konštrukcie je dôležité klásť veľký dôraz na
jeho dodržiavanie. Údaje uvádzané v tejto norme sú doporučené hodnoty a pri návrhu
nízkoenergetického a pasívneho domu je potrebné dbať na súvislosti medzi jednotlivými
systémami, lebo samotné splnenie uvedených doporučení ešte nemusí znamenať, že
stavba bude spĺňať podmienku maximálnej potreby tepla na vykurovanie.
V modelových výpočtoch sa použili nasledujúce parametre konštrukcií :
Tab. č.4 Teplotechnické parametre materiálov obalového plášťa budovy
U
(R)
UN
STN 73 0540-2
0,258
0,196
0,32
Vnútorná nosná stena
0,45
1,50
Vnútorná nenos. stena
0,68
1,50
1,0; 1,4
1,70
Vnútorné dvere
3,00
3,00
Strop
0,91
1,35
0,17
0,20
2,91
2,30
Názov
Obvod.stena PORFIX Plus 375,
resp.500mm
Okná, dvere (izolačné 3 sklo ; 2 sklo)
Strecha
izolácia Rockwool 220 mm
Podlaha na teréne izolácia 100 mm
(R)
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené parametre konštrukcií obvodových stien z rôznych,
v súčasnosti v spoločnosti PORFIX - pórobetón, a.s. vyrábaných materiálov, pre
jednotlivé kategórie domov.
Tab. č.5 Parametre konštrukcií obvodových stien PORFIX
Energetická kategória domu
Materiál
Objem.
hmotnosť
pri 5%
vlhkosti
Súčiniteľ
tepelnej
vodivosti
pri 5%
vlhkosti
Šírka
steny
PORFIX
„B“
NED
PD
75
kWh/(m2.a)
50
kWh/(m2.a)
15
kWh/(m2.a)
U = 0,26
U = 0,2
U = 0,15
Šírka zateplenia (λ = 0,04 W/(m.K))
kg/m3
P 2; 2.5
420
P 2.5; 3
520
P 4; 5
580
440
550
610
W/(m.K)
0,102
0,122
0,142
mm
mm
mm
mm
300
30
75
145
375
0
45
115
500
-
0
-
300
50
95
160
375
25
70
140
250
80
125
190
300
60
105
175
375
40
90
155
Požiadavky na vykurovanie
V závislosti od požadovanej vnútornej klímy, teplotechnických vlastností obvodového
plášťa budovy sa navrhuje konvekčné, sálavé alebo kombinované vykurovanie. V prípade
energeticky úsporných domov je možné okrem klasického teplovodného konvekčného
vykurovania už navrhnúť aj vykurovanie sálavé (podlahové, stenové či stropné).
V prípade nízkoenergetických a pasívnych objektov je možné opäť použiť aj vyššie
spomínané teplovodné systémy avšak z ekonomických dôvodov je výhodné realizovať
systém núteného vetrania s teplovzdušným vykurovaním.
Na voľbu vykurovacieho systému nadväzuje voľba zdroja tepelnej energie. V závislosti od
projektovaného tepelného príkonu samotného objektu sa navrhuje zdroj klasický,
nízkoteplotný, kondenzačný, tepelné čerpadlo, solárne kolektory a ich rôzne kombinácie.
Vo výpočtoch modelových domov sa použili na vykurovanie zariadenia:


kotol na zemný plyn klasického teplovodného konvekčného vykurovania
nízkoteplotný, kondenzačný kotol na zemný plyn a podlahové vykurovanie
s variantom rekuperačnej jednotky
tepelné čerpadlo

Postup výpočtu energetickej bilancie modelových domov
Pri výpočte sa postupuje v zmysle STN EN 12831, STN 73 05 40, STN EN 832 a v zmysle
ostatných náväzných noriem. Vykonala sa analýza energetickej náročnosti modelových
domov a počítali sa údaje :
•
•
•
•
•
•
•
•
Projektovaná tepelná strata prechodom tepla priamo do exteriéru
Projektovaná tepelná strata prechodom tepla cez nevykurovaný priestor
Projektovaná tepelná strata prechodom tepla cez zeminu
Projektovaná tepelná strata prechodom tepla pre vykurovaný priestor
Projektovaná tepelná strata vetraním
Projektovaný tepelný príkon pre celú budovu
Účinnosť zdroja tepla, distribučného systému a účinnosť emisie tepla
Stupeň potreby tepla a celková dodaná energia systému vykurovania.
Energetická bilancia rodinného domu bez obytného podkrovia - bungalov
Predmetom štúdie je zaradenie rodinného domu bez obytného podkrovia do energetickej
triedy v zmysle vyhlášky č.311/2009 Z.z., návrh opatrení na zníženie potreby tepla na
vykurovanie a opätovný prepočet a zaradenie rodinného domu do energetickej triedy.
Na nasledujúcich obrázkoch je vyobrazený vizual, pôdorys 1.NP a rez riešeným
objektom - bungalovom.
Rez riešeným objektom
Výpočet celkovej projektovanej tepelnej straty vykurovaného priestoru a celkového
projektovaného tepelného príkonu sa zrealizoval v zmysle STN EN 12831:2003
Vykurovacie systémy v budovách. Metóda výpočtu projektovaného tepelného príkonu.
Pri výpočte sa predpokladalo, že rodinný dom bude umiestnený v krajine so skupinami
stromov alebo v zastavaných územiach, v predmestskej zástavbe kde je budova
charakterizovaná ako priemerne chránená proti vetru. Predpokladaná orientácia
rodinného domu na svetové strany vychádzala z daností stavby. Oddychová zóna (obytné
miestnosti) boli orientované na juh, vstupné priestory na sever. Taktiež bolo
predpokladané, že vzdialenosť medzi hladinou spodnej vody a úrovňou základov je väčšia
ako 1m. Faktor tvaru budovy je 1,05.
Minimálne intenzity výmeny vonkajšieho vzduchu boli n min boli určené v zmysle
doporučení STN EN 12831 v súlade s STN 73 4301:1998 Budovy na bývanie.Pri výpočte
bol predpokladaný stredne tesný obvodový plášť pričom predpokladaný počet výmen
vzduchu pre celú budovu bol stanovený hodnotou n50=5 (1/h).
Výsledky
V nasledujúcich tabuľkách 6 – 8 sú uvedené výsledky výpočtu potreby tepla pre
modelový typ domu – bungalov.
V tabuľke 6 sa počítalo 5 variant. Prvé 4 varianty boli pre materiál PORFIX Plus hrúbky
375 mm so štandardnou omietkou. Kombinácie boli pre 2 typy kotlov a 2 typy okenných
výplní . Posledný variant bolo riešenie energeticky úsporného domu bez zateplenia
obvodového muriva z PORFIX Plus šírky 500 mm s vyšším štandardom kúrenia a výplní
okien. K dodaným energiám sa počítali aj emisie CO2 a ekonomické náklady vykurovania
podľa cenníkov SPP pre rok 2011.
Tab. č.6 Potreba tepla a náklady na vykurovanie modelového domu
Projektované tepelné údaje
PORFIX
Plus
šírka
obvod.
steny
Účinnosť
vykurov.
systému
„U“
okennej
výplne
tepelný
príkon
budovy
%
W/(m2.K)
375
88
375
Dodaná
energia
Náklady
na
vykurov.
Emisie
CO2
W
kWh/(m2.r)
€ / rok
kg/(m2.r)
1,4
5 516
77,90
501,1
17,52
B
88
1,0
5 255
72,87
471,2
16,39
B
375
94
1,4
5 516
72,43
468,5
14,56
B
375
94
1,0
5 255
67,80
441,2
13,67
B
500
94
1,0
4 891
61,33
402,8
12,33
B
Energ.
trieda
budovy
Z tabuľky je zrejmé, že aj pri nadštandardnom vyhotovení obvodového plášťa bungalovu
(Tab. č.4), ktorý má veľmi nevýhodný tvar plášťa budovy - FTB 1,05 bez riešenia
alternatívneho vykurovania nedosiahneme parametre nízkoenergetického domu - NED
(t.j. 50 kWh/(m2.a)).
Straty tepla vetraním n50=5 (1/h) predstavovali 1799 W, čo je pri variante 500 mm steny
36,8% potreby tepla. Riešenie využitia tepla vetraním realizáciou rekuperačnej jednotky
s celkovou účinnosťou 70% pri vyššom štandarde okien a stene z PORFIX Plus šírky
500 mm už zaraďuje stavbu do kategórie NED (Tab. č.7).
Tab. č. 7 Výpočtové údaje pre bungalov – vzduchotechnický vykurovací systém
Projektované tepelné údaje
PORFIX
Plus šírka
obvod.
steny
Náklady na
vykurovanie
Emisie
CO2
kWh/(m2.r)
kWh/(m2.r)
kg/(m2.r)
4 257
55,88
405,9
13,52
B
1,0
3 996
51,55
380,3
12,46
B
1,0
3 632
45,54
342,0
11,43
NED
„U“
okennej
výplne
tepelný
príkon
budovy
Dodaná
energia
W/(m2.K)
W
375
1,4
375
500
Energetická
trieda
budovy
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené prepočty na variant vykurovania bungalovu použitím
tepelného čerpadla s parametrami podľa Vyhl. 311/2009 Z.z. Toto riešenie
už
zabezpečuje podmienky zaradenia stavby do energetickej triedy „A“. Z pohľadu faktorov
globálneho otepľovania (čo sú v tom prípade emisie CO2) však elektrický systém je menej
efektívny ako vykurovanie zemným plynom.
Tab. č. 8 Výpočtové údaje pre bungalov – tepelné čerpadlá
„U“
okennej
výplne
tepelný
príkon
budovy
tepelný
príkon
budovy
Náklady na
vykurovanie
tarifa DD6
cenník SSE
2011
W/(m2.K)
W
kWh/(m2.r)
€ / rok
kg/m2.rok
375
1,4
5 516
25,52
275,5
16,44
A
375
1,0
5 255
23,89
257,9
15,39
A
500
1,0
4 891
21,61
233,3
13,92
A
PORFIX
Plus
šírka
obvod.
steny
Projektované tepelné údaje
Emisie
CO2
Energ.
trieda
budovy
V tabuľke č.9 sú porovnávané varianty nezateplenej a zateplenej obvodovej steny
z materiálu PORFIX Plus. Z výsledkov výpočtov vidieť, že investične náročné zateplenie
novostavby doskami z minerálnej vlny hrúbky 80 mm dostáva parametre strát tepla na
úroveň plnej steny z PORFIX Plus šírky 500 mm.
Tab. č. 9 Výpočtové údaje pre bungalov a porovnanie s variantmi zateplenia
Skladba obvodovej
steny
z PORFIX Plus
U
Q
Tepelné straty konštrukciou
obv.stena
vetranie
ostatné
W/(m2.K)
kWh/(m2.r)
%
%
%
375 mm
0,243
67,80
35,40
34,23
30,37
500 mm
0,196
61,33
30,61
36,78
32,61
300 + zateplenie 80 mm
0,194
61,14
30,38
36,90
32,72
300 + zateplenie 125
mm
0,159
57,79
26,34
39,03
34,63
V tabuľke č.10 sú počítané investičné náklady kľúčových častí a vybavenia stavby
(obvodový plášť, priečky, omietky, okná, realizácia zateplenia obvodových stien a ostení
a vykurovacieho systému). Z tabuľky je zrejmé, že návratnosť investície (rozdiel investícií
/ úspory energií) je veľmi dlhá. Vo výpočtoch sa ale neuvažovali trendy rastu cien
energií. Pri štandarde okolitých vyspelých štátov EÚ, kde je medziročný rast cien
zemného plynu 5% efektívnosť investícií z Tab.č.10 je zobrazená na grafe. Efektívnosť sa
prejavuje v bode prekríženia kriviek nákladov (t.j. napr. nezateplené varianty v cca
23. roku prevádzky, zateplený variant voči stene z PORFIX Plus 375 mm bez zateplenia
po 37 rokoch..)
Tab. č.10
Investičné náklady a spotreby energie na vykurovanie
Rozdiel
Ii - I2
Súčin.
prestupu
tepla
obvod.
muriva
Podiel
Ui/U2
ročná
potreba
energie
vykur.
Qi
Podiel
náklad.
vykurov
Qi /Q2
Ročné
úspory
energií
€
€
W/(m2.K)
%
kWh
%
€
375 mm
88%
33 369
- 1 200
0,243
100
9 673
107,5
+ 49,4
375 mm
98%
34 569
0
0,243
100
9 000
100,0
0
500 mm
98%
36 412
1 843
0,196
76,1
8 141
90,5
- 37,3
300 + 125
mm; 98%
40 296
5 727
0,159
65,4
7 672
85,2
- 59,2
Materiál
PORFIX Plus,
zateplenie
a účinnosť
vykurovania
vybrané
položky
investícií
100 000
90 000
Naklady v EUR
80 000
70 000
60 000
50 000
40 000
30 000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Roky
P2/420-375 88%
P2/420-375 98%
P2/420-500 98%
P2/520-375 zatepl.Rockwool 98%
PORFIX a pasívne domy
Spoločnosť PORFIX - pórobetón, a.s. spolupracovala s Technickou univerzitou Košice na
realizácii pasívneho domu v lokalite Košíc. Na vizuáli a pôdoryse je zrejmý striedmy
charakter stavby s výrazným južným presklením a účinným clonením v letnej prevádzke.
45
Základné údaje o materiáloch konštrukcií a realizácii stavby pasívneho domu:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Realizácia stavby : 05/2008 - 10/2009
Zastavaná plocha : 134 m2 - úžitková plocha : 84,2 m2
Obvodové nosné konštrukcie - PORFIX P3/520 PDK, 250 mm + zateplenie
Rockwool FRONTROCK MAX E, 240 mm, U = 0,122 W/(m2.K)
Vnútorné nosné konštrukcie - PORFIX P3/520 PDK, 200 mm
Strešný plášť – stropný systém PORFIX s tepelnoizolačnými doskami MONROCK
MAX, 300 mm + spádové kliny ROCKFALL 20-180 mm, Umax= 0,098 W/(m2.K)
Izolácia základového pásu - extrudovaný polystyrén, 120 mm
Izolácia podlahy nad základovou doskou U=0,12 W/(m2.K)
Napojenie podlahy na obv.stenu – FOAMGLAS Perisul, hr.50/ šírka 240 mm,
λ = 0,049 W/(m.K)
Okná a zasklenné steny – profil REHAU GENEO - Uf= 0,85 W/(m2.K),
izolačné trojsklá (4-12-4-12-4) s Kr náplňou (sever SGG- CLIMATOP-ONE,
juh SGG CLIMATOP-MAX), celkové U= 0,8 W/(m2.K)
Technické riešenie vykurovania
Vetranie a vykurovanie –, dvojzónové cirkulačné teplovzdušné s rekuperáciou; jednotka
firmy ATREA : DUPLEX RB 730/440, 3kW;
Rekuperácia – výmenník vzduch kvapalina dĺžky 130 m v hĺbke min 2 m doplnený o
soľankový zemný kolektor, pre predohrev (alt. chladenie) vzduchu;
Zdroj tepla - bivalentná nádrž IZT-S 625 – elektrický ohrev v kombinácii so solárnym
systémom HERZ – nízkoteplotný systém Tmax = 44°C.
Merania a výsledky
Bloower door test : nameraná výsledná prievzdušnosť n50 = 0,58 (1/h)
Výpočet energetickej náročnosti :
a) ročná metóda
b) mesačná metóda
14 kWh/(m2.a)
17 kWh/(m2.a)
Záver
Materiály PORFIX tr.P2 a P3 šírky 375 mm sú vhodné pre použitie
v konštrukciách budov energetickej triedy B bez zateplenia obvodového plášťa.
Materiál PORFIX PLUS šírky 500 mm spĺňa požiadavky konštrukcií pre
nízkoenergetické domy (U ≤ 0,2 W/m2.K). Pri vhodnom TZB vykurovania
(rekuperácia tepla, solárne systémy, tepelné čerpadlá) sa nezateplená stavba z materiálu
PORFIX PLUS šírky steny 500 mm zaraďuje z pohľadu potreby primárnych energií do
kategórie nízko-energetických domov.
Masívne konštrukcie z pórobetónu PORFIX sú aj pri štandardných vnútorných omietkach
vhodné aj pre výstavbu pasívnych domov (n50 < 0,6 1/h).
Download

Celá prednáška na stiahnutie vo formáte .pdf