Domy s nulovou spotřebou energie

Snižování energetické náročnosti budov je v současnosti asi nejdiskutovanější téma v oboru technických zařízení budov. Přídavné jméno „nulový“ znamená, že daný dům má téměř nulovou spotřebu energie. V kategorizaci budov je, co se energetické úspornosti týče, ještě daleko za nízkoenergetickými i pasivními domy. Principy, kterými lze takto úsporného řešení docílit, jsou dnes již dobře známé, přesto jsou nulové domy stále vzácné – po celém světě jich stojí jen několik desítek, v ČR takovýto dům zatím nenajdete.

Výstavba budov v nízkoenergetickém standardu se nám již dostala do podvědomí, většina developerských firem má již ve své nabídce zařazeny nejen nízkoenergetické rodinné domy, ale i domy bytové. Poptávka po energeticky úsporném bydlení roste po celé Evropě, ve velké míře je iniciována i zaváděním nových předpisů a technických norem. V České republice bylo významným krokem zavedení průkazu energetické náročnosti budov, kterým musejí být od 1. 1. 2009 povinně vybaveny nové a rekonstruované budovy o celkové podlahové ploše větší než 1 000 m2. Ačkoliv bylo toto opatření velmi diskutované (v dobrém i negativním smyslu), hlavní změny nás teprve čekají. V listopadu 2009 byla schválena konečná podoba revize evropské směrnice o energetické náročnosti budov 2002/91/ES, která se již týká téměř všech typů a velikostí budov. Výjimku tvoří samostatné budovy menší než 50 m2, historické a sakrální budovy, objekty k přechodnému pobytu osob a některé typy prázdninových objektů. Díky tomu by všechny novostavby od roku 2021 měly mít již téměř nulovou spotřebu energie. V ČR bude tomuto kroku předcházet zavedení nízkoenergetického standardu pro všechny budovy dokončené po 1. lednu 2013, který znamená snížení potřeby tepla na méně než polovinu ve srovnání s dnešní běžnou novostavbou. Pro dosažení pasivního standardu by však bylo třeba snížit potřebu tepla u běžné novostavby zhruba osmkrát, pro splnění kritérií nulového domu dokonce až patnáctkrát. Takové snížení si v současnosti umíme jen stěží představit a bude zajímavé sledovat další vývoj. 

Cesta k energetické soběstačnosti i ekologii
Nízké potřeby energie na provoz budovy lze docílit mnoha různými opatřeními. Základem je výrazné snížení tepelných ztrát a efektivní využívání tepelných zisků. U pasivních domů je uplatňováno několik základních principů: kompaktní tvar budovy s malou členitostí, prosklené plochy orientované na jih, špičkové parametry zasklení i tepelné izolace, vzduchotěsnost, důsledné řešení tepelných mostů, systém regulace využívající tepelné zisky, nucené větrání s rekuperací.  V současnosti jsou již také definovány doporučené hodnoty konkrétních technických parametrů (např. součinitele prostupu tepla), jejichž dodržení má zajistit požadovanou nízkou potřebu tepla na vytápění.

Pro dosažení dalšího snížení energie a splnění podmínky označení „nulového“ domu však již žádná obecná pravidla definována nejsou. Vždy se jedná o jedinečné a konkrétní řešení zohledňující danou lokalitu i cíle projektu, které často nejsou jenom energetické, ale i ekologické. Některé z realizovaných nulových domů slouží jako vzorové domy a jsou přístupné veřejnosti, většina z nich je monitorována pro budoucí hodnocení či slouží přímo k experimentálním účelům. Minimální potřeba energie není často jediným (někdy ani hlavním) rysem nulového domu, některé jsou koncipovány jako domy s nulovou produkcí CO₂, jiné kladou důraz na nulovou zátěž prostředí ve stylu udržitelného rozvoje a představují v tomto směru jedinečná řešení. Přídavné jméno nulový by mělo být ve většině případů v uvozovkách, neboť domy nikdy nemají „zcela nulovou“ spotřebu energie či produkci CO₂. Protože jde však o hodnoty velmi blízké nule, zejména v porovnání s hodnotami běžné výstavby, ponecháváme v textu tradiční označení bez dalšího upřesnění.

Nulová verze po anglicku
Zatímco u nás se zavádění přísných energetických kritérií ve větší míře teprve chystá, většina západoevropských států i vyspělých zemí světa má tato opatření v platnosti již několik let. Například v Anglii platí od roku 2008 zákon o udržitelné výstavbě, který definuje šest požadovaných úrovní a jejich postupné uvádění v platnost. Kromě technických parametrů, které je třeba pro jednotlivé úrovně splnit, obsahuje dokument také informace pro stavební firmy i uživatele domu. Kýženým výsledkem tak má být nejen energeticky soběstačný dům, ale také dům s vysokou kvalitou vnitřního prostředí a minimálním dopadem na životní prostředí.

Přesně dle těchto zásad a principů byl budován první nulový dům ve Velké Británii – Kingspan Lighthouse. Dům byl dokončen v roce 2007 v Londýně a splňuje nejvyšší úroveň 6 definovanou v zákoně. Kromě minimální zátěže prostředí oxidem uhličitým a téměř nulové spotřebě energie má stavba také propracovaný systém vodního a odpadního hospodářství.

Nejsevernější nulový dům v Evropě
Originální energeticky soběstačný dům s nulovou produkcí CO₂ najdeme na nejsevernějším místě Velké Británie – na malém ostrůvku Unst, který je součástí skotského souostroví Shetlandy. Na pozemku stál původně historický dům, který však zničil v roce 1992 hurikán. Majitelé parcely zatoužili po zcela jedinečné stavbě. Po poradě s odborníky na nízkoenergetickou výstavbu se dohodli, že přes nehostinné chladné podnebí severního souostroví postaví dům s nulovou produkcí CO₂. Jejich cílem i motivem bylo nejen ekologické bydlení, ale také vybudování domu, který by sloužil ke studijním účelům a mohl sloužit jako příklad při další výstavbě. Dle slov jeho majitelů – pokud je možné postavit nulový dům v tomto chladném a deštivém kraji, je možné jej postavit kdekoliv po světě.

Nulový dům v Unstu splňuje všechny zásady pro výstavbu pasivního domu. Konstrukce domu se skládá z dřevěných trámů, které pocházejí z kontrolované těžby v lesích co nejblíže k místu stavby. Střecha i obvodové zdi jsou vybaveny 140 mm pěnové izolace, která splňuje ekologické požadavky. Důraz byl kladen také na vzduchotěsnost, která splňuje nejpřísnější kritéria.

Elektrická energie na provoz domu je získávána dvěma větrnými turbínami, které nahrazují tradiční fotovoltaické panely. Toto řešení bylo zvoleno kvůli místnímu podnebí, které je charakteristické svojí intenzitou větru a naopak krátkou dobou slunečního svitu. Elektrická energie má sloužit také k dobíjení elektromobilu, čímž dojde k výraznému snížení emisí CO₂. Přebytky vyrobené elektrické energie jsou uchovávány v článkových akumulátorech.

Energie pro vytápění je získávána tepelným čerpadlem voda – vzduch, které je napojeno na akumulační nádrž o objemu 4 200 litrů. Z ní je dle potřeby čerpána voda do systému podlahového vytápění či pro běžnou potřebu uživatelů domu. Větrací systém v domě je nucený s nezbytným zpětným získáváním tepla.
Pitná voda je získávána ze studny u domu. Dešťová voda je sbírána drenážním systémem s propustným zásypem kolem domu a následně svedena do centrální jímky. Později slouží k zavlažování zahrady a částečně také kryje potřebu vody v domě – je využívána pro splachování toalety. Odpadní voda z domu je čištěna hned u domu v biologické čistírně.

Významnou část produkce CO₂ běžné domácnosti tvoří doprava potravin. Proto je součástí konceptu tohoto nulového domu také zahrada pro pěstování zeleniny a zemědělských plodin. Majitelé mají také v plánu vybudovat skleník o ploše přibližně 94 m². Pro zajištění dobré úrody bude skleník vybaven LED osvětlením a proti nepřízni počasí jej bude chránit externí hliněná zeď. Úsporné LED osvětlení je použito i v domě, čímž je docíleno velmi nízké spotřeby energie – na osvětlení celého domu je potřeba tolik energie, kolik by spotřebovala jedna klasická 100W žárovka.
 
Štíhlý, a přesto nulový i pohodlný
Zcela jiný nulový dům najdeme o 500 km jižněji, ve třetím největším skotském městě Aberdeen, ležícím na východním pobřeží u Severního moře. Dům Sigma Home je atypicky úzký a vysoký, tvůrci jej úmyslně koncipovali jako třípatrový městský dům. Od běžných domů jej na první pohled odlišují tři malé větrné turbíny umístěné na střeše domu. Hlavní triumfy má však dům skryty ve svých útrobách.

Jeho tvůrci se úmyslně snažili vytvořit koncept domu vhodný pro městská centra, neboť jde o oblast, kde lze v budoucnu dosáhnout velkých úspor energie i produkce CO₂. Dům je navržen tak, aby splňoval kritéria nulové produkce oxidu uhličitého. Zelená energie je získávána solárními kolektory, fotovoltaickými panely a větrnými turbínami. Všechny stěny i střecha domu jsou vybaveny izolací splňující nejvyšší možná kritéria. Solární komín a celkové nucené větrání s rekuperací zajišťují dostatečný přívod čerstvého vzduchu při minimální potřebě energie. Vysoké účinnosti aplikovaných systémů je docíleno i díky výborné vzduchotěsnosti domu. Pro docílení minimální potřeby energie je dům vybaven kvalitními nízkoenergetickými spotřebiči i osvětlením.

Dům je koncipován nejen jako energeticky soběstačný, ale také jako ekologický a neutrální ve vztahu k produkci oxidu uhličitého. Na jeho stavbu bylo proto ve velké míře použito dřevo z obnovitelných zdrojů a při výstavbě byl kladen důraz na minimální transport materiálu. Tzv. šedá voda, tedy splašková odpadní voda ze sprch a umyvadel, která neobsahuje fekálie a moč, se po recyklaci využívá ke splachování toalet. Sprcha i vodovodní kohoutky jsou opatřeny úspornými hlavicemi, pračka splňuje kritéria ekologického provozu s minimální spotřebou vody. Pro snadnější recyklování odpadu je dům vybaven třemi zabudovanými kontejnery. V domě je myšleno i na bezpečnost obyvatel, například pro případ požáru je instalován automatický protipožární systém s rozstřikovači.

Na návrhu domu se podílel tým architektů a designérů s cílem vytvořit prototyp domu, který by svou variabilitou mohl vyhovět požadavkům různých majitelů i jejich vkusu. Důraz je kladen na moderní pojetí s otevřeným řešením prostoru, který lze však případně lehce rozdělit dle přání jeho obyvatel.

Dánská nulová cesta
Optimální návrh budovy musí zahrnovat všechny aspekty „obyvatelnosti” – tepelnou pohodu, větrání a osvětlení. Splnění těchto kritérií si vytkl projekt společnosti Velux – Model  Home 2020, který navazuje na experimentální projekty CO₂ neutrálních prefabrikovaných nástaveb SOLTAG a ATIKA. Projekt zahrnuje 6 nulových domů, které budou určitou dobu přístupné veřejnosti a následně obydleny. Půjde vlastně o zkušební laboratoře, kde budou jednotlivé parametry, principy a postupy zkoumány v reálném prostředí života. Domy vycházejí ze znalostí stavby pasivního domu, kromě požadavku na energetickou náročnost však kladou důraz na maximální uživatelský komfort obyvatel a ohleduplnost k životnímu prostředí (celkovou uhlíkovou stopu budovy). Tři domy již byly dokončeny (dva v Dánsku a jeden v Rakousku), další domy jsou ve fázi výstavby a plánování (Německo, Anglie, Francie).

Prvním dokončeným domem byl „Dům pro život“ v dánském Aarhusu. Dynamická obálka domu umožňuje přizpůsobení domu životu jeho obyvatel a současně i proměnám ročních období. Dům je maximálně prosluněn, plocha oken představuje 40 % podlahové plochy. Všechny místnosti mají okna orientovaná alespoň na dvě světové strany, aby mohly lépe využívat potenciál sluneční energie. Dům je vybaven automatickým systémem řízení stínění a větrání, napojeným na domovní meteorologickou stanici pro dosažení teplotní pohody, pohodlí obyvatel i úspor energie. Energetická koncepce domu zahrnuje fotovoltaické články, solární kolektory a tepelné čerpadlo. Celkové řízené větrání bude dle plánu využíváno pouze během tří zimních měsíců, po zbytek roku je využíváno přirozené větrání.

Dům je postaven jako dřevostavba. Veškeré materiály použité při stavbě byly vybírány s ohledem na emise CO₂ potřebné k jejich výrobě. Celková spotřeba energie je minimalizována a je kryta obnovitelnými zdroji instalovanými v domě. Dle výpočtů energetické bilance dům zhruba za 30 let vrátí zpět do sítě energii potřebnou ke své výstavbě a k výrobě materiálů, ze kterých je postaven.

V současnosti je dům obýván čtyřčlennou rodinou, která má během svého ročního pobytu v domě zhodnotit komfort bydlení a spokojenost s energetickým systémem. Zároveň jsou měřeny parametry prostředí i spotřeba energie. Výsledky studie budou známy v druhém pololetí tohoto roku.

Tak jako se v současnosti postupně ve výstavbě zabydlují pasivní domy, budeme se v budoucnosti pravděpodobně čím dál častěji setkávat s domy nulovými. Uvedené příklady těchto domů naznačují, že jejich tvar, podoba i koncept může být velmi rozličný. Vzhledem k tomu, že u nás se s takovouto výstavbou bude teprve začínat, bylo by vhodné vzít si příklad ze zahraničních studií a neopakovat jejich chyby.

TEXT: Petra Šťávová, šéfredaktorka časopisu TZB Haustechnik, odborná spolupráce Michael Rea
FOTO: Kingspan off-site, Michael Rea, Mikael Kristensen Grimmig, Stewart Milne Group, VELUX
ZDROJ: HOME