Bydlení za tepelnou bariérou
Nepředpokládám, že někdo z vás ještě neslyšel o solárních kolektorech či tepelném čerpadle. Obě tato zařízení dokáží účinně získat ze slunce či země teplo a dostatečně ním ohřát například vodu na vytopení domu. Jsou však poměrně komplikované a nákladné, navíc, ze slunečních kolektorů je nejvíce užitku právě tehdy, když teplo nejméně potřebujete ...
Oba přístupy mají ještě jedno společné - předpokládají, že chcete v domě vytápět
Lucemburský fyzik Edmond D. Krecké se však rozhodl využít tyto zdroje energie - zem a slunce - na to, aby v domě vytápět nemusel. Díky tomu se provozní náklady na udržení příjemného klimatu v domě dostávají na hodnoty, jaké se dosahují v domech energeticky pasivních, a přitom pořizovací náklady na technologie nejsou nijak dramatické. Vím, nezní to docela srozumitelně, takže začnu pěkně po pořádku ...
Zemljanky nad zemí?
Z hloubi země kontinuálně proudí na její povrch teplo - přibližně 0,7 kWh / m 2 ročně. I když k přímému použití je tato hodnota příliš nízká, využití tepla z podloží je dnes populárním tématem: nízkopotenciální teplo možno sbírat například prostřednictvím zemních registrů či sond umístěných ve studnách a pomocí tepelného čerpadla ho pak dodat vodě v množství dostatečném na to, aby dosáhla teploty potřebnou na vytápění. Úplně jinou (a podstatně levnější) cestu zvolil lucemburský vědec Edmond D. Krecké - využil podpovrchové zemské teplo, podpořil ho slunečním teplem a vytvořil bariéru, která brání úniku tepla z interiéru.
Množství energie potřebné k vytopení domu závisí na tom,
jaký je rozdíl mezi požadovanou teplotou v interiéru a teplotou v exteriéru - jednoduché konstatování logického faktu. Známým faktem je i to, že v hloubce 3 až 4 m pod povrchem země je stabilní teplota - přibližně 9 až 11 ° C.Taková teplota se udrží i ve sklepích, v létě i v zimě, bez vytápění či chlazení, bez ohledu na počasí či teplotu nad zemí. Pokud bychom tedy všechny vnější stěny domu neustále "zásobovali sklepní teplotou" (řekněme 10 ° C), mělo by to podobný efekt, jako kdybychom dům zakopali pod zem - žádné teplotní výkyvy by neovlivnily teplotu, resp. potřebu tepla v interiéru. Vytvořila by se tzv.. tepelná bariéra a energetická spotřeba budovy by závisela pouze na rozdílu vnitřní teploty a teploty tepelné bariéry, bez ohledu na to, jak by klesla venkovní teplota. Ing. Krecké vymyslel i způsob, jak tuto "sklepní ochranu" pro všechny místnosti dosáhnout: tři metry pod zemí uložil trouby, v nichž cirkulovala voda, a stejné trubky zabudoval i do obvodových konstrukcí domu.Voda absorbovala zemské teplo, přečerpala ho do vnějších stěn, a po jeho předání zase odtekla zpět pod zem, načerpat z ní další energii.
Proč zastavit na půli cesty?
Pokud by teplota bariéry nezůstala při sklepních 10 ° C, ale dále by se zvyšovala, snížil by se rozdíl mezi teplotou interiéru a bariéry, který je rozhodující pro spotřebu energie na vytopení domu - čím menší je rozdíl teplot, tím menší je potřeba tepla. Pokud by se tento teplotní rozdíl snížil až tak, že by tepelná bariéra dosáhla příjemnou interiérovou teplotu, potřeba energie na vytápění bude nulová (respektive pohodlně ji pokryjí solární zisky, například okny, a teplo vyprodukované při používání budovy - například lidmi či domácími spotřebiči). Jak to však udělat bez "placené" energie? Jeden její zdroj se nabízí přímo automaticky - pod domem se zaizolování základovou deskou se zadržuje proud tepla přicházející z nitra země, díky čemuž teplota pod základovou deskou stoupne asi na 12 ° C (i když budova není vytápěna). Člověka zcela logicky napadne i další populární, nevyčerpatelný, výkonný a levný zdroj energie - slunce. "Drobný" problém je jen v tom, jak tuto energii co nejlevnější absorbovat, přenést a uložit tak, aby se dala využít v době, kdy je nutná. V domě, který vymyslel a patentoval Ing. Krecké, jsou pod střešní krytinou uložené absorpční vedení - plastové trubky, ve kterých se v létě voda ohřeje až na 75 ° C, v zimě za slunečného počasí (i při minusových teplotách) na použitelných 20 až 25 ° C. V izolovaných troubách se pak ohřátá voda přivádí do podloží (zemního zásobníku tepla), kde se ukládá. Tím se zvýší teplota podloží, ze kterého se čerpá teplo pro ohřev tepelné bariéry. Měřeními na budovách vybavených touto technologií bylo zjištěno, že teplota půdy pod základovou deskou dosahuje asi 20 - 25 ° C, voda v trubkách, které se přivádějí do vnějších stěn domu, má pak 18 až 20 ° C. Vyšší teploty se v půdě nedosahují ani při vysokých absorpčních výkonech: místo zvýšení teploty se zvětšuje objem zemního zásobníku. Zkušenostmi za několik desetiletí se zjistilo, že při využití všech střešních ploch rodinného domu na absorpci je k dispozici mnohem více tepelné energie, než je třeba k zásobování tepelné bariéry. Tato energie se pak ukládá v izolovaném, tzv.. jaderném zásobníku, a využívá se pro předehřev pitné vody (až na 35 ° C). Tato technologie, resp. princip výstavby domů, dostala název Terra-Sol - využívá totiž energii země a slunce. Země je přitom nejen zdrojem energie na vytápění a chlazení, ale také médiem pro ukládání slunečního tepla.
Přednosti domů s tepelnou bariérou
• neomezuje architektonické řešení,
• umožňuje použít jakoukoliv stavební technologii, běžně používané a snadno dostupné stavební materiály,
• lze jej uplatnit při novostavbě i rekonstrukci,
• malá tloušťka tepelné izolace, a tím i konstrukce obvodové, znamená na stejné půdorysné ploše domu více obytného prostoru,
• nevzniká pocit studených stěn,
• díky rovnoměrné teplotě všech obvodových stěn se nevytváří kondenzát, a tedy ani plísně,
• investiční náklady na výstavbu jsou srovnatelné s běžným domem - podle použité technologie jsou vyšší o 0 až 10%,
• nízké provozní náklady - na vytápění a chlazení téměř nulové (jsou zabezpečeny obnovitelnými zdroji), na ohřev teplé vody snížené (zabezpečený je celoroční předehřev na 35 ° C),
• provoz bazénu je možná bez nákladů na ohřev vody,
• kontinuální větrání bez průvanu znamená stále čerstvý vzduch, díky filtraci bez prachu a nečistot; rekuperace omezuje tepelné ztráty větráním.
Energeticky pasivní?
Jelikož spotřeba energie na vytápění je v domech s tepelnou bariérou Terra-Sol nižší než 10 kWh / m 2 za rok, nabízí se srovnání s energeticky pasivními domy, které už ani u nás nejsou neznámým pojmem. Podobnost je v extrémně nízké potřebě tepla na vytápění - za nízkoenergetické se považují domy s potřebou energie na vytápění 15 až 50 kWh/m2 za rok, jak energeticky pasivní lze označit takové, které na vytápění nespotřebují více než 15 kWh/m2 za rok (a potřeba primární energie na jejich provoz nepřekračuje 120 kWh / m 2 za rok). Taková potřeba se pak dá pokrýt z vnitřních zdrojů (teplo, které při používání domu produkují lidé či běžné domácí spotřebiče). Rozdíl je však v tom, jak se k takové nízké potřebě tepla na vytápění dopracovat - zatímco tvůrci myšlenky energeticky pasivních domů vsadili na extrémní tepelněizolační schopnost všech obvodových konstrukcí a vzduchotěsnou obálku domu, díky kterým se dostatečně omezí tepelné ztráty, Ing. Krecké vytvořil z obvodových konstrukcí domu vyhřívanou tepelnou bariéru. K vyrovnávání rozdílů tedy nedochází mezi interiérem a exteriérem, ale mezi interiérem a tepelnou bariérou, a mezi tepelnou bariérou a exteriérem. Jelikož je teplota tepelné bariéry a interiéru téměř stejná, není potřeba dodávat do interiéru žádné teplo. Na pokrytí tepelných ztrát tepelné bariéry (při vyrovnávání teplotního rozdílu oproti exteriéru) přitom postačí teplo získané prostým způsobem ze země a slunce, takové, které nic nestojí, ani neprodukuje skleníkové plyny.
Společným rysem energeticky pasivních domů a domů s tepelnou bariérou
je i řízené větrání s využitím rekuperace, tedy zpětného získávání tepla z odpadního vzduchu. U domů systému Terra-Sol sice není striktní podmínkou, pomocí něj však lze eliminovat tepelné ztráty větráním.Princip tepelné bariéry se může aplikovat i bez nuceného větrání s rekuperací a radikálně tím sníží tepelné ztráty prostupem přes zdivo, tepelné ztráty větráním však bude nutné nahradit, takže potřeba tepla (a tím i spotřeba energie) bude vyšší. Pokud se tedy být dosaženo parametry pasivního domu v potřebě tepla na vytápění, musí se použít řízené větrání se zpětným získáváním tepla, a také dodržet potřebná těsnost obálky domu. Celkově jsou požadavky na konstrukci, materiály či technologickou kázeň u domů s tepelnou bariérou (dle tvrzení autorů a propagátorů systému) mírnější než při energeticky pasivních domech. Není nutná ani nákladná tepelná izolace, ani okna nemusí být tak kvalitní jako u pasivních domů. Kvalitnější okna však znamenají nižší tepelné ztráty v každém případě, a tedy i v domech s technologií Terra-Sol. I zde jde o hledání rozumného poměru pořizovacích a provozních nákladů. Podobně je to i s dalšími cestami ke snížení energetické náročnosti domu - pokud se již při jeho návrhu počítá s pasivními tepelnými zisky přes okna přehřívání se zabrání například vhodným architektonickým řešením zda rozumným návrhem oken a dispozice, náklady na udržování příjemného vnitřního klimatu budou, logicky , níže. Když bude poměr povrchu domu k jeho objemu co nejnižší (dům tedy nebude zbytečně členitý), sníží se náklady na realizaci tepelné bariéry i na její provoz. Menší plocha = méně trubek i méně cirkulující vody, kterou je třeba udržovat teplou.
Tepelná bariéra v praxi
Základem domu s tepelnou bariérou je zemní zásobník tepla uložen pod jeho základy. Zde jsou vytvořeny zóny, z nichž se teplo odebírá podle potřeby - zásobník tepla na ohřev tepelné bariéry je izolován shora domem a po bocích vrstvou tepelné izolace a dosahuje se v něm teplota 20 až 25 ° C. Zemi, která se používá k chlazení, je mimo této zaizolované oblasti v hloubce se stabilní teplotou 8 až 12 ° C (asi 1,5 až 2 metry pod povrchem). Pro předehřev teplé vody se používá jaderný zásobník - část zemního zásobníku tepla, izolovaná ze všech stran, a vybavená hadicovým vedením. Teplo se do zemního zásobníku dodává jednak přirozeným tepelným tokem ze země, a jednak z tepelného absorbéru pod střešní krytinou. Voda cirkulující v polypropylenovém potrubí, uloženém mezi střešní krytinou a tepelnou izolací, sbírá sluneční energii a odvádí ji do shora izolované základové desky (odtud se teplo dostane sáláním do zemního zásobníku) nebo do jaderného zásobníku tepla. Oproti kolektorem má tento způsob získávání energie ze slunce nižší účinnost, tu však vynahrazuje velikost využívané plochy. I díky tomu, že stačí dosáhnout nižší teplotu vody než ve slunečních kolektorech, je toto řešení podstatně levnější a jednodušší.
Pokud plocha střechy nepostačuje k získání dostatečného množství energie
(například u vyšších budov s plochou střechou), může se na absorpci tepla využít i jižní fasáda domu. Trubky uložené na vrstvě tepelné izolace je třeba překrýt vhodnou omítkou nebo obkladem. Obvodové stěny (a také střecha domu) jsou tepelnou bariérou - ohřívají se vodou, která proudí z tepelného zásobníku do zabudovaných trubek. Tepelnou bariéru lze vytvořit v různých stavebních systémech - od dřevodomů až po domy zděné - stačí dodržet jistá pravidla skladby stěn. Jednou z možností je například systém Isomax, při kterém se stěny vytvářejí na míru z velkoplošných panelů: mezi dvěma vrstvami polystyrénu (slouží jako ztracené bednění) jsou trubky zalité ve vrstvě Bio-por betonu. U tohoto systému výstavby se náklady blíží nákladům na stavbu srovnatelného běžného domu, náklady na jeho vytopení se však vyrovnají nákladům na vytápění energeticky pasivního domu. V domě s tepelnou bariérou je v zimě iv létě příjemných 20 až 25 ° C, teplota tepelné bariéry (akumulačního jádra stěny) je kolem 18 ° C a povrch stěny (tedy povrch vnitřní tepelné izolace) je příjemně teplý, (jeho teplota se blíží k teplotě vzduchu v interiéru) - to jsou ideální podmínky domu. V domě s tepelnou bariérou je v zimě i v létě příjemných 20 až 25 ° C, teplota tepelné bariéry (akumulačního jádra stěny) je kolem 18 ° C a povrch stěny (tedy povrch vnitřní tepelné izolace) je příjemně teplý, (jeho teplota se blíží k teplotě vzduchu v interiéru) - to jsou ideální podmínky pro pociťování tepelné pohody. Jedním z pozitivních efektů vnitřní tepelné izolace je to, že vnitřní prostor se rychle vyhřeje (případně vychladí), dalším je snížení přestupu tepla mezi interiérem a tepelnou bariérou. Neboť se nejedná o stěnové vytápění, nepřinášejí stěny s tepelnou bariérou ani problémy spojené se stěnovým vytápěním, jako jsou omezené možnosti umístění nábytku.