Hrubá stavba a solárna energetika pre rodinný dom

Zamerajme sa na hrubú stavbu rodinného domu na stavebnom pozemku, kde sa investor s architektom slobodne rozhodujú o jej umiestnení, tvare a orientácii voči okoliu a svetovým stranám. Hrubá stavba je nositeľkou stability, únosnosti a životnosti budúceho domu, okrem iného definuje aj jeho tvar. To všetko má, okrem iného, veľký vplyv na energetiku objektu a jeho celoročnú vnútornú klímu. Hrubá stavba skrátka zakladá kvalitu budúceho bývania.

Čo minimálne patrí do hrubej stavby

Hrubá stavba zahŕňa nasledujúce činnosti v chronologickom poradí:

zemné práce pri realizácii základových pásov s doskou,
prevedenie základových pásov,
prevedenie tepelnej izolácie v miestach pod budúcou doskou,
prevedenie základových pásov s doskou,
prevedenie hydroizolácie proti zemnej vlhkosti v celej ploche základových pásov s doskou,
prevedenie prízemných obvodových a vnútorných murív, nosných aj nenosných,
prevedenie stropu nad prízemím,
prevedenie nosnej konštrukcie strechy (krovu),
prevedenie strechy vrátane jej hydroizolácie, vetranej medzery a strešnej krytiny.

Čitateľ správne tuší, že v prípade výstavby poschodového rodinného domu sa body 6 a 7 realizujú opakovane.

Popri tvare domu či jeho orientácii voči svetovým stranám je dôležité tiež sfarbenie fasády a strešnej krytiny. Vhodnú sú svetlé odtiene, ktoré odrážajú slnečné žiarenie. Foto: Black_Kira

Základové pásy s doskou

Jedná sa o typ plošného základu, ktorý je určený pre menšie nadzemné stavby, ktorých typickým predstaviteľom je rodinný dom. Často je zamieňaný so základovou doskou, ktorej hrúbka býva meter aj viac a ktorá je ale určená pre výškové budovy, ktoré na svoj základ pôsobia násobne vyšším tlakom.

a) Základové pásy vznikajú v dvoch krokoch. V prvom kroku vykopeme v zemine pod budúcimi nosnými (obvodovými aj vnútornými) konštrukciami rodinného domu vrátane schodísk pásy v hĺbke prevyšujúcej zámrznú hĺbku.

Zámrzná hĺbka sa dnes na Slovensku blíži niekde až k nule, a tak je pre základové pásy rodinného domu odporúčaný výkop s hĺbkou 80 centimetrov a viac. Šírka základových pásov závisí (popri tiaži stavby) na únosnosti zeminy, ktorú môže znížiť napríklad podzemná voda aj iné faktory. Obvykle presahuje šírku obvodových a ďalších nosných konštrukcií domu. Štandardne sa uvádza šírka 40 centimetrov; hĺbku a šírku základových pásov by mal v každom prípade určiť špecialista - statik či projektant.

Neoddeliteľnou súčasťou hrubej stavby je aj prevedenie hydroizolácie proti zemnej vlhkosti v celej ploche základových pásov s dekou. Foto: Flystock

Ďalším krokom je realizácia „spodnej” tepelnej izolácie v hrúbke asi 20 centimetrov popri základových pásoch a pod budúcou základovou doskou domu. Ideálny je pre tento účel Foamglas, čo je po aplikácii tuhá pena zo špeciálneho hlinitosilikátového skla [1]. Foamglas sa používa pri výstavbe energeticky úsporných či pasívnych domov, rovnakú službu ale ponúkne aj akejkoľvek inej stavbe.

b) Základová doska je vrstva podkladného betónu budúcej stavby s hrúbkou 100 až 150 milimetrov, ktorá sa celoplošne pokladá na základové pásy a spodnú tepelnú izoláciu pod celým budúcim domom. Po stvrdnutí slúži táto doska ako zateplený podklad pod nenosné konštrukcie budúcej stavby (priečky, podlahy, iné ľahké konštrukcie a zariadenia). Pri jej realizácii je možné zvoliť aj „ľahší” druh betónu a jednoduchý spôsob plošnej výstuhy (napr. kari siete 6/100/100 v celom rozsahu a pod priečkami v dvoch vrstvách). [2]

Umiestnenie, tvar a orientácia budovy

Touto kapitolou by tento text mohol tiež začínať. Už samotná stavebná parcela, jej charakter, príjazdová komunikácia, okolité prostredie a zástavba napovedia mnoho o budúcom objekte a nastavia smerovanie výstavby. Umiestnenie, tvar a orientácia novej budovy, ktoré definuje hrubá stavba, zakladajú nielen jej budúcu tvár, ale aj pobytové hodnoty vrátane celoročnej energetickej náročnosti.

Hrubá stavba významne rozhoduje o kvalite budúceho bývania a prevádzkovej energetike hotového domu, ktorá by ideálne mala byť na celkom pasívnej úrovni; to nesúvisí s takzvaným pasívnym domom, ale s energiou zo slnečného žiarenia, ktorou je možné dom v zime vykurovať a v lete chladiť (napríklad s pomocou tepelného čerpadla).

Energetika budúceho domu

Slnko nás štedro zásobuje energiou, čo platí aj pre územie SR. Tým nehovoríme, že by mal čitateľ odmietať vykurovanie. Rozhodne ale stojí za to čo najviac využiť obrovskú „energetickú dotáciu”, ktorú slnko ponúka zadarmo. Ukazuje to tab. 1 (pre obvodový múr) a tab. 2 (pre okno).

Údaje o prestupe tepla obvodovými múrmi, strechou i oknami v oboch tabuľkách nezapočítavajú vplyv slnkom ohriatych vonkajších povrchov domu, ktoré aj v zime znižujú stratový prestup tepla alebo ho dokonca obracia na zisk. V oboch tabuľkách a mesiacoch uvažujeme s vnútornou výpočtovou teplotou 21 °C.

Tab. 1 ukazuje decembrová a júnové celomesačné straty tepla prestupov pre vonkajšiu obálkovú plochu domu s priemerným súčiniteľom prestupu tepla U = 0,22 W/(m²K). Tento parameter zahŕňa kompletnú obálku budovy, teda strechu, fasády, okná a vonkajšie dvere. Tieto straty potom porovnáva s celomesačným dopadom slnečného žiarenia na nadzemné plochy domu.

Tab. 2 uvádza podobnú informáciu, avšak špeciálne len pre okná, ktoré sme volili na úrovni súčiniteľa prestupu tepla U_W = 1,1 W/(m²K). Okná sú v energetike domu špecifické. Popri stratovom prestupe tepla prúdením a vedením medzi vonkajším chladným a vnútorným temperovaným vzduchom realizujú predovšetkým sálavý prestup tepla medzi exteriérom a interiérom, kde má hlavnú úlohu horúce slnečné žiarenie v teplote cca 5 500 °C.

Jeho viditeľnú zložku vpúšťajú okná do interiéru okamžite, zatiaľ, čo tú neviditeľnú infračervenú či ultrafialovú postupne: obe sú najprv pohltené okennými rámami a zasklením, čím sa okno ako celok zahreje. Ohriate okno potom sála v zmysle Stefanovho-Boltzmannovho a Planckovho zákona teplo ďalej do interiéru (vnútorné zasklenie) aj exteriéru (vonkajšie zasklenie).

Slnko nás zásobuje energiou veľmi štedro. Aby sme však zabránili prehrievaniu domu v lete, je vhodné myslieť pri jeho navrhovaní napríklad aj na presah strechy, ktorá často napomáha zmierniť či v určitú dennú dobu dokonca celkom eliminovať prienik žiarenia do interiéru. Foto: Mitch Shark

Zhrnutie

Straty tepla prestupom sú nielen v júni, ale dokonca aj v decembri menšie, než je energia slnečného žiarenia, ktoré v daný mesiac na dom dopadne. Pri detailnejšom pohľade zistíme, že aj v najchladnejšom mesiaci dopadne aj na najmenej oslnenú, východnú plochu domu viac než dvojnásobok slnečnej energie v porovnaní so zodpovedajúcou stratou tepla prestupom.

V júni sú tieto čísla až dramatické. Pri rovnakom súčiniteli prestupu tepla U = 0,22 W/(m²K) je tepelná strata prestupom –0,36 kWh(m²K), zatiaľ, čo slnečný impakt na obálkové plochy domu je od 83,1 kWh(m²K) pre východne orientovanú stenu do 159,7 kWh(m²K) pre vodorovnú strechu.

Okno – významný zdroj energie

Pozorný čitateľ si všimol, že sme v rámci priemerovania zhoršili relatívne teplovodnými oknami a dverami s U_w = 1,1 W/(m²K) priemernú stratu tepla prestupom celého domu, ktorého obvodové steny vykazujú súčiniteľ prestupu asi 0,12 W/m²K a strecha až 0,08 W/m²K. K tomu krátka poznámka:

Teplovodivá izolácia okien síce nie je závratná, avšak ide hlavne o to, že okno prepustí priamo do interiéru asi polovicu priamej aj rozptýlenej zložky slnečného žiarenia, ktoré dopadne na vonkajšiu stranu okenného zasklenia. To v reáli predstavuje intenzitu aj viac než 500 W/m² zasklenej plochy. A ako to súvisí s hrubou stavbou?

Zasklená terasa prepojená s interiérom domu môže pomôcť akumulovať solárne tepelné zisky, ktorými je možné počas slnečných zimných dní dom vykurovať. V lete by však mal byť tento skleník vybavený tieniacou technikou. Foto: Studio Harmony

Súvislosti

Tvar domu, umiestnenie okien, použitie tieniacich predmetov, orientácia domu voči svetovým stranám a blízkemu okoliu atď., to všetko by malo byť v súlade s požadovanými hodnotami a funkciami domu, vrátane jeho energetiky, kvality bývania a takisto aj z pohľadu pôsobenia domu na jeho okolie.

Záver je zrejmý: podľa teplovzdušného energetického modelu ľubovoľného domu síce možno spočítať akúsi jeho zimnú, letnú a celoročnú energetickú stratu prestupom tepla, ale (takmer) vôbec nie je braný ohľad na energiu slnečného žiarenia, ktoré na dom celoročne dopadá v obrovskom množstve: v zime väčšom , než zodpovedá zimným stratám, a v lete až rádovo väčšom. Dodajme, že tieto výpočty zahŕňajú aj dni, kedy je oblačno.

Už hrubá stavba, ktorá definuje tvar domu a jeho strechy, umiestnenie okien a orientáciu voči svetovým stranám, by mala čerpanie energie zo slnka brať do úvahy, podobne ako aj fakt, že sa v lete môže nesprávne navrhnutý dom prehrievať.

Pokračovanie nabudúce...

Zdroje:

[1] Tepelná izolace: https://www.stavebnictvi3000.cz/clanky/tepelna-izolace-velky-prehled
[2] Co je hrubá stavba a jaký je její rozsah: https://www.master-design.cz/blog/obecne/co-je-hruba-stavba
[3] Kari-site-roxory: https://www.kari-site-roxory.cz