Nulový dom a reálna spotreba energie

Najdôležitejším faktorom dosiahnutia štandardu nulového domu je reálna spotreba energie. Najdôležitejším meradlom kvality vnútornej klímy je zase spokojnosť užívateľov. Preto sme sledovali nulový dom (jeden z prvých postavených na Slovensku) počas jeho užívania v období 2012/2013, jeho bilanciu energie i parametre vnútornej klímy.

Popis nulového domu

Samostatne stojaci nepodpivničený rodinný dom má jednoduchý kompaktný tvar s obdĺžnikovým pôdorysom s dvomi nadzemnými podlažiami a plochou strechou. Je situovaný v obývanej oblasti Stará Kremnička, okres Žiar nad Hronom.

Architektonické riešenie referenčného domu, autori projektu: Mgr. Art. B. Kjerulf a Ing. M. Prejsa, realizátor: Fordom, s.r.o.

Referenčný dom využíva dômyselný a do detailov prepracovaný modulový stavebný systém. Stavba domu bola ukončená v roku 2011. Nulový dom je obývaný štvorčlennou rodinou a je zoptimalizovaný z hľadiska orientácie k svetovým stranám. Na severnej strane domu sú situované miestnosti s krátkodobým pobytom, hlavne komunikačné priestory a vchod. Na južnej strane domu je obytná zóna, z tejto strany sú navrhnuté veľké zasklené plochy i východ na terasu domu. Podlahová plocha rodinného domu je 159,6 m².

Nulový dom a tepelná izolácia

Podlaha rodinného domu je tepelne izolovaná pod úrovňou progresívneho založenia na železobetónovej základovej doske, vo forme 40 cm granulátu z penového skla. Samozrejme, všade po obvode je deformácia teplotného poľa dôsledne ošetrená obkladom z nenasiakavého extrudovaného polystyrénu. Na dome bola navrhnutá plochá extenzívna zelená strecha, na ktorej sú umiestnené fotovoltické panely na výrobu elektriny. Nosná časť strechy i obvodových stien je vytvorená z prvkov zloženého skriňového prierezu. Hlavnú izolačnú rovinu tvorí priestor vyplnený minerálnou vlnou medzi nosníkmi. Izolácie v stene sú doplnené z interiéru o inštalačnú vrstvu, taktiež vyplnenú vysokoúčinným izolantom zo sklenej vlny, čo umožňuje dôsledne dodržať vzduchotesnú rovinu. Obvodová stena je riešená v koncepte difúzne otvorenej skladby. V strope a vnútornej priečke je akumulačná vrstva z nepálených tehál. Vysoký štandard tepelnej ochrany doplňujú kvalitné nízkoenergetické okná na báze dreva, so zasklením izolačným trojsklom s extrémne nízkym prechodom tepla v pomere s vysokou priepustnosťou slnečného žiarenia.

Obr. 1: skladba podlahy na teréne P1

Obr. 2: skladba obvodovej steny OS1

Obr. 3: skladba strechy STR1

Vykurovanie a vetranie

Okrem núteného vetrania s rekuperáciou, ktoré spolu s dôkladnou izoláciou obvodových konštrukcií minimalizuje tepelné straty, je v dome aj stenové vykurovanie s rozvodom pod sadrokartónovým obkladom. Tepelná energia prostredníctvom tepelného čerpadla Ochsner Europa Mini EWT E4/W15-55 s vykurovacím výkonom 3 kW ohrieva vodu v zásobníku pomocou spodnej špirály. Prostredníctvom hornej špirály je teplo zo zásobníka odoberané na vykurovanie objektu. Vykurovací okruh slúži aj na letné chladenie. Výparník tepelného čerpadla je zakopaný v zemi v hĺbke 1,2 m pod terénom nad potrubím soľankového výmenníka. V dome je tak postarané o naozaj „komfortnú“ tepelnú pohodu s optimálnym rozložením teplôt v zimnom vykurovacom období i nízkoenergetickým chladením v prípade extrémnych letných horúčav.
Ako vzduchotesná rovina slúži OSB doska s prelepením páskami. Blower-door test bol vykonaný počas výstavby s výslednou hodnotou n₅₀ = 0,58 h^-1. Vetranie so spätným získavaním tepla zabezpečuje vetracia a rekuperačná jednotka Santos 370DC s maximálnym výkonom 100 m³/hod. Je umiestnená v technickej miestnosti spolu s tepelným čerpadlom.

Strecha pre nulový dom

Na plochej streche rodinného domu je umiestnených 23 fotovoltických polykryštalických panelov s rozmermi 1642 x 994 x 40 mm. Celkový výkon všetkých panelov je 4,83 kW. Zariadenie výroby elektriny zo slnečnej energie bolo uvedené do prevádzky v decembri 2011. Úradom pre reguláciu sieťových odvetví na Slovensku bolo vydané rozhodnutie o výške výkupnej ceny elektriny od majiteľa domu, pre rok 2011 bola pevná cenu elektriny pre stanovenie doplatku vo výške 259,17 €/MWh. Náš referenčný nulový dom je zariadený spotrebičmi s nízkou spotrebou elektriny.
Pri kolaudácii bol rodinnému domu vystavený energetický certifikát. Rodinný dom bol zaradený do kategórie A, s vypočítanou hodnotou globálneho ukazovateľa – celkovej dodanej energie 14 kWh/(m².rok), avšak s hodnotou primárnej energie 0 kWh/(m².rok). Primárna energia z výpočtu k energetickému certifikátu však vyšla záporná (!). To znamená, že dom je z hľadiska vypočítanej celoročnej bilancie aktívny – vyrobí viac energie, ako jej spotrebuje. Na základe týchto údajov môžeme stavbu označiť za nulový dom.

Nulový dom v číslach

Porovnanie vypočítaných a nameraných hodnôt spotrebovanej, ako aj vyprodukovanej energie, počas sledovaného obdobia 2011/2012 uvádzame v nasledovnom grafe:

Spotrebovaná a vyprodukovaná energia v kWh počas vykurovacej sezóny.

Počas sledovaného obdobia sa monitorovala teplota a relatívna vlhkosť vzduchu vo vybraných miestnostiach, ako aj obsah CO₂ v interiéri. Vybraté hodnoty pre extrémne obdobie na prelome 2012/2013 sú na nasledovných grafoch.

Priebeh teplôt a relatívnej vlhkosti vzduchu vo vybraných miestnostiach a v exteriéri (pozícia sever/juh) v období od 21. 12. 2012 do 4. 1. 2013.

Extrémny denný priebeh obsahu CO2 vo vybranej miestnosti.

Na základe preukázaných parametrov vnútornej klímy, snáď s výnimkou relatívnej vlhkosti vzduchu, bol v rodinnom dome zabezpečený vysoký komfort vnútornej klímy.
Skutočná spotreba energie odpovedala vypočítaným hodnotám. Dom vyrobil viac energie, ako sa predpokladalo – napriek tomu, že výkon fotovoltických panelov bol okrem štandardných klimatických vplyvov významne ovplyvnený výškou snehovej pokrývky a odpovedajúcou údržbou. Vplyvom nevhodného umiestnenia meniča v nevetranej miestnosti sa znižovala účinnosť zariadenia.
Predpokladaná ročná výroba elektrickej energie, dodávaná do siete, získaná pomocou výpočtov je 4610 kWh. Verejne prístupný údaj z Úradu pre reguláciu sieťových odvetví zobrazuje množstvo elektrickej energie na doplatok (vyrobená elektrina) za rok 2012  5110 kWh. Za predpokladu rovnakého správania sa budovy v prvom polroku 2012 i 2013 možno konštatovať, že budova rodinného domu mala v roku 2012 zápornú bilanciu spotrebovanej a vyprodukovanej energie.
Po odpočítaní nákladov na ročnú prevádzku nulový dom „zarobil“ za rok 2012 spolu 757,9 €.  Z finančného hľadiska bude tento nulový dom v priebehu nasledujúcich piatich rokov prinášať zisk maximálne do 800 €. Účinnosť fotovoltických panelov však priamoúmerne klesá s pribúdajúcimi rokmi užívania. Táto zmena sa výraznejšie prejaví po 20 rokoch využívania panelov.

Nulový dom môže na výsledkoch štúdie stavať

Monitoring referenčného domu preukázal, že aj v podmienkach klímy a stavebného trhu na Slovensku možno výstavbu domov s takmer nulovou spotrebou energie alebo podľa rozličných definícií „nulových“ alebo „energeticky aktívnych“ domov etablovať ako štandardný spôsob výstavby. Referenčný nulový dom mal zabezpečiť vysokú kvalitu a komfort vnútorného prostredia pri extrémne nízkej spotrebe energie, čo sa mu aj podarilo. Pasívnu bilanciu spotrebovanej/vyrobenej energie je možné efektívne dosiahnuť len vysokým štandardom tepelnej ochrany, definovaným ako zásady pre energeticky pasívne domy, za použitia obnoviteľných zdrojov energie.

Autor článku: prof. Ing. Jozef Štefko, CSc.