ENCYKLOPEDIE SOBĚSTAČNOSTI 3

Energie, stavby, řemesla, komunity

Domácnost, dům, doplňkové činnosti na farmě, lidská společenství

Encyklopedie soběstačnosti 3

Energie, stavby, řemesla, komunity

Domácnost, dům, doplňkové činnosti na farmě, lidská společenství

Tato kniha ani žádná její část nesmí být kopírována, rozmnožována ani jinak šířena bez písemného souhlasu vydavatele.

Autoři jednotlivých kapitol

Alena Anežka Gajdušková 1.3.3, 2.3, 3

Daniel Grmela 1.1.3, 2.1, 2.4.2, 2.4.4

Eva Hauserová 1.0, 1.1, 1.3, 1.5, 2, 4

Michal Hendrych 2.4.1, 2.4.3

Mojmír Hudec 1.1.1, 1.1.2, 1.5, 1.4, 1.5, 2

Dana Kellnerová 2.4.1

Petr Skořepa 1.1.3, 1.1.4, 1.3.1, 2.3, 2.4.2, 2.4.4, 2.5, 2.6

Petr Vermouzek 1.0, 1.2, 1.3

Copyright © Eva Hauserová, 2022

© Stanislav Juhaňák – TRITON, 2022

Cover design © Renata Brtnická, 2022

Illustrations © Jiří Hlaváček, 2022

Vydal Stanislav Juhaňák – TRITON,

Vykáňská 5, 100 00 Praha 10

www.tridistri.cz

ISBN 978-80-7684-094-2

Úvodem

Otevíráte třetí a poslední díl Encyklopedie soběstačnosti. Také v prvních dvou dílech jsme se snažili představit základní skutečnosti a umožnit čtenáři prvotní orientaci v oblastech, které tyto svazky pokrývaly. Pomocí internetových vyhledávačů a volně dostupných videí dnes najdete skoro cokoli, ale musíte vědět, co hledáte, protože většinou se předpokládají aspoň počáteční odborné znalosti. Tento svazek chce – stejně jako předchozí díly Encyklopedie soběstačnosti – poskytnout právě takovou první orientaci naprostým laikům.

Pokrývaná tematika energií, staveb, doplňkových činností v zemědělství a lidských komunit je tentokrát tak široká a různorodá, že by ji ani nebylo možné obsáhnout v celé složitosti a zachovat přitom informační hodnotu textů. Proto jsme volili užší zaměření na rodinné, samozásobitelské a DIY (kutilské, koncept do-it-yourself) měřítko, s důrazem na udržitelnost a ekologickou příznivost popisovaných řešení. Někde, jako v kapitole o energiích, jsme se ovšem nevyhnuli vysvětlování širších souvislostí, protože i v malém domácím měřítku musíme počítat s globálními, evropskými i domácími republikovými trendy, které bezprostředně ovlivňují náš život. V době uzávěrky tohoto svazku (duben 2022) se všichni přesvědčujeme o tom, jak snadno může dojít k nepředvídatelným krizím typu války v blízkosti našich hranic a jak zásadně to může ovlivnit naše rozhodování o zdrojích energie.

V oblastech, které jsme tentokrát zpracovali, obzvlášť platí, že „všechno souvisí se vším“ a je propojeno navzájem, takže témata na pomezí „energií“ a „staveb“ musela být trochu uměle rozdělena. Pokud něco nemůžete najít tam, kde byste to čekali, nahlédněte do rejstříku.

Některá témata, která do těchto oblastí rozhodně patří, jsme již pokryli v předchozích dílech této encyklopedie. Hlavně jde o hospodaření s vodou na pozemku, zřizování jezírek, svejlů a kořenových čistíren.

Z řemesel, která můžete podomácku provozovat, podrobně probíráme jen několik – košíkářství, produkci mléčných výrobků, prodej ze dvora, výrobu domácí kosmetiky, pěstování mladých rostlin na prodej, ekoturistiku. Zvolili jsme je proto, že se dobře doplňují s fungováním malé farmy a že je jejich realizace poměrně snadná. Poskytneme vám i další tipy, do jakého podnikání se pustit. Platí zde ovšem, že pokud máte nějaký dobrý nápad na podnikání jako první, získáte tím obrovskou výhodu.

Pasáž o udržitelných lidských společenstvích, která vše završuje, je připomínkou, že člověk je tvor společenský, a pokud se nedokážeme domluvit na spolupráci, může nám to pokazit sebekrásnější úmysly a plány. Proto ve stručnosti přinášíme přehled hlavních metod, které jsou pro spolupráci ve skupinách k dispozici.

Doufáme, že vám shromážděné informace dobře poslouží jako rozcestníky a jako zdroj inspirace.

1
Energie

1.0 Energie a soběstačnost

Čtenáři této knihy pravděpodobně řeší otázku, zda a do jaké míry si můžeme energii pro vlastní spotřebu produkovat sami. Naprostá většina z nás je závislá na vnějších zdrojích energie, na energii produkované těžebními společnostmi a velkými elektrárnami a šířené v měřítku celých zemí a světadílů, což nám pravděpodobně úplně nevyhovuje – jednak kvůli závislosti na „makrosystému“, která může být v potenciální krizi riskantní, jednak proto, že nad situací nemáme kontrolu a nemůžeme si svobodně vybírat zdroje energie, které pokládáme za nejvhodnější.

Zaměříme se tedy na různé způsoby, jak získávat energii vlastními silami. Při rozhodování, kolik a jaké energie budeme využívat, je ovšem potřeba uvažovat o mnoha faktorech, které s jejím efektivním využitím souvisejí. V současnosti se vzhledem k probíhajícím klimatickým změnám snažíme omezit používání fosilních paliv, jejichž spalováním se uvolňují skleníkové plyny. Ani používání vypěstované biomasy (rychle rostoucí dřeviny, biopaliva typu řepkového oleje) však není ideální, protože biomasu je vždycky lepší nejprve využít jiným způsobem než jako palivo (stavby, krmivo, přídavek organické hmoty do půdy) a teprve odpadní nebo vedlejší produkty těchto procesů buď spálit, nebo využít pro kogenerační výrobu elektřiny (což je lepší možnost). Obecně je dobré hledat zdroje energie, které vznikají a jsou využívány co nejefektivnějším způsobem a které pokud možno negativně neovlivňují životní prostředí planety. A v první řadě je důležité energií šetřit, což znamená všude hledat nízkoenergetická řešení.

Současný fosilní blahobyt

Fosilní paliva umožnila současný blahobyt lidí, který nemá v historii obdoby, protože jsou nesmírně efektivní a energie v nich je silně koncentrovaná.

Tuto skutečnost dobře ilustruje představa energetických otroků. Usilovně pracující člověk vydá za den energii v hodnotě asi 2,7 MJ, což je 750 Wh. Už jen pro rozsvícení 100W žárovky je potřeba jeden energetický otrok (představme si, že by žárovka svítila díky člověku usilovně šlapajícímu na kole, kde by se energie šlapání měnila v elektřinu), pro trvale svítící žárovku bychom potřebovali dokonce tři takové otroky. Energie, kterou získáme z 1 litru benzínu, je 32 MJ (8,9 kWh), tedy asi dva týdny lidské práce.

V průměru pro celé lidstvo platí, že každý člověk má k dispozici 20–70 energetických otroků; závisí to ovšem na tom, co všechno do odhadů započítáme. V ČR využívá každý člověk zhruba 108–270 energetických otroků, průměrný obyvatel USA pak přibližně dvojnásobek. Bez využívání fosilních paliv (uhlí, ropa, plyn) by takto vysoká spotřeba nebyla ještě nedávno možná. Nové technologie otevírají nové možnosti, které mohou fosilní paliva nahradit. To však neznamená, že je správné plýtvat energií na zbytečnosti a zatěžovat tím planetární ekosystém.

Abychom si to ozřejmili, osvojíme si několik základních pojmů sloužících k hodnocení energetických zdrojů a produktů, do nichž je energie vložena.

Účinnost

Z fyzikálních zákonů vyplývá, že žádný děj v přírodě nemůže proběhnout se stoprocentní účinností, část energie se vždycky uvolní v podobě tepla. Energie nemůže vznikat ani se ztrácet, její jednotlivé formy mohou jen konvertovat mezi sebou.

Například účinnost motorů je hodnota udávající, jaká část vložené energie je převedena na mechanickou práci. U moderních elektromotorů je to 85–95 %, u vodních turbín je to 75–93 %, u benzínových a dieselových motorů 20–35 %. Parní stroj má účinnost 5–15 %.

Emergie

Emergie (emergy) je „vtělenou“ či „vnořenou“ energií, jedná se o celkové množství energie potřebné k výrobě a dopravě nějakého produktu. Můžeme tedy mluvit také o „energetické stopě“.

Prakticky veškeré procesy i produkty kolem nás můžeme vztáhnout k energii slunce, proto se emergie definuje jako množství sluneční energie potřebné k dosažení žádoucího výsledku. Například k vytvoření jedné jednotky (joulu) energie z uhlí je třeba asi 67 tisíc jednotek sluneční energie. Hodnota je tak vysoká proto, že k vytvoření uhlí byla potřeba řada kroků s nízkou energetickou účinností. Například první stadium, kdy pravěké rostliny konvertovaly sluneční světlo ve svoji biomasu fotosyntézou, má účinnost menší než 4 %. Jen malá část této hmoty byla rychle překryta sedimentem, který umožnil, aby byla velkými tlaky fosilizována, zase se značnými ztrátami. K tomu přistupuje energie vynaložená na těžbu, dopravu, účinnost spalování atd.

Analýza životního cyklu

Posouzení životního cyklu výrobku, také známé jako analýza od kolébky do hrobu (life cycle assessment, LCA), stanovuje environmentální účinky určitého produktu během celé jeho existence, od energie potřebné k jeho výrobě a znečištění, které při tom způsobí, přes jeho provoz až po likvidaci nebo recyklaci. Tato metoda tedy spočívá ve vyhodnocování vstupů, výstupů a možných dopadů na životní prostředí výrobku během celého jeho životního cyklu.

Je dobré si uvědomit, že ještě před několika desítkami let se porouchané výrobky běžně opravovaly, náhradní součástky byly snadno dostupné a oprava stála jen zlomek ceny nového spotřebiče (udržovací strategie). Dnes je oprava mnohem náročnější, protože náhradní díly jsou specifické a obtížně sehnatelné, servisní dokumentace je nedostupná či utajovaná a práce odborníka drahá. Proto je obvykle výhodnější porouchaný výrobek zahodit a koupit nový (odhazovací strategie). To je problematické jak z ekonomického, tak z environmentálního hlediska. Situaci by mohla zlepšit důslednější standardizace dílů/ komponent a otevřená podrobná dokumentace.

Jde o jednu z metod environmentálního managementu, které se používají i v ČR, analýza se provádí podle normy ISO 14040. Pomáhá srovnávat různé produkty stejného druhu a její silnou stránkou je vyhledání těch stadií života produktu, kde se plýtvá nebo která mají velký vliv na životní prostředí.

Energetická návratnost vzhledem k investici

Energetická návratnost (energy returned on [energy] invested, EROI nebo EROEI) vyjadřuje poměr energie vložené a získané z určitého zdroje: kolik využitelné energie zdroj vyprodukoval v porovnání s množstvím energie, které jsme do něj museli vložit.

Platí totiž, že „k výrobě energie potřebujeme energii“. Například pokud vyprodukování 100 barelů nafty – to znamená vrt, čerpání, rafinace, doprava atd. – vyžaduje energii jednoho barelu nafty, pak je EROI 100/1, čili 100. Aby byl energetický zdroj užitečný, musí mít EROI vyšší než 1, jinak bychom veškerou energii spotřebovali na vytváření tohoto zdroje a nezískali bychom nic navíc.

Po většinu industriální éry činila hodnota EROI pro naftu 100 nebo víc. V 70. a 80. letech nastaly ropné krize, které už byly signálem, že EROI nafty začíná klesat. Produkce nafty odpovídala jen 30 barelům za jeden investovaný barel, protože zásoby nejpřístupnější ropy už byly vyčerpány. V současnosti se v těžbě nafty dosahuje hodnoty EROI 16 nebo méně a nekonvenční zdroje se zdají být ještě chudší. Dehtové písky mají EROI asi 5 a bionafta 0,5–5. Studie obnovitelných zdrojů energií se v uváděných údajích hodně liší, ale nikde se neobjevil ani náznak návratu k situaci na začátku průmyslové éry. Výhodné EROI mohou mít geotermální zdroje, přílivové elektrárny, mořské větrníky atd., ale ty se ČR netýkají.

Pokles EROI poznamenává naši společnost mnoha způsoby. Řada odborníků se domnívá, že fungování průmyslové civilizace vyžaduje EROI od 8 výš. EROI fotovoltaiky je 15–30 a vývoj tento poměr stále zlepšuje. I to však zůstává hluboko pod úrovní „zlaté éry ropy“. Znamená to, že se v naší civilizaci budeme muset učit energií šetřit a hledat efektivnější způsoby a technologie její produkce a využívání.

Jak a jakou energii užíváme v českých domácnostech

Nejrozšířenější energií využívanou v českých domácnostech je elektřina, kterou využíváme všichni, zatímco zemní plyn odebírá 62,9 % domácností. Největší objem energií, zhruba dvě třetiny, spotřebujeme na vytápění budov, jak je vidět na grafech 1.1 a 1.2.

Graf 1.1 Na co české domácnosti potřebují energii, zdroj: www.cez.cz

Graf 1.2 Jaká paliva české domácnosti používají – struktura spotřeby v ČR a Středočeském kraji, zdroj: ČSÚ, šetření Energo, 2015

V posledních letech se energetická náročnost budov na vytápění snižuje, od roku 1995 do roku 2015 klesla o třetinu a tento trend stále sílí. Výrazně se projevuje ústup od pevných paliv: zatímco v roce 1990 tato paliva zajišťovala téměř polovinu energie na vytápění a ohřev teplé vody, v roce 2015 to už bylo jen 13 %.

Druhý největší objem energií, zhruba 17 %, spotřebují české domácnosti na ohřev teplé vody. Na osvětlení a chod domácích spotřebičů připadá kolem 7 % veškeré energie.

Udržitelný dům, domácnost a způsob života

Z předchozích úvah vyplývá, že bychom se měli nad každou svou volbou pečlivě zamýšlet, ať už jde o rozhodování mezi zdroji energie, které budeme využívat, nebo o výběr materiálů ke stavbě domu, dopravních prostředků, domácích spotřebičů nebo čehokoli jiného, co si ke svému vzniku, provozu a likvidaci vyžádalo či průběžně vyžaduje nějakou energii. Rozhodně bychom neměli sáhnout po nejlevnější variantě, která se nám může časem prodražit nebo za sebou zanechat značnou ekologickou stopu.

1. Pečlivě zvažme, jaké jsou naše skutečné potřeby. Například menší dům bude nejen finančně a energeticky méně náročný, ale bude vyžadovat i méně údržby a uklízení. Opravdu potřebujeme velký SUV, když s ním budeme většinou jezdit jen do práce a do obchodu? Nejsme motivováni jen reklamou vytvářející falešné potřeby nebo snahou soupeřit s okolím?

2. Zamysleme se, zda opravdu potřebujeme individuální vlastnictví věcí. Musíme opravdu bydlet v rodinné vilce, nebo nám stačí byt v bytovém domě? Potřebujeme vlastnit automobil (jak často ho opravdu potřebujeme a kolik s ním najedeme?), nebo jej můžeme sdílet? Opravdu potřebujeme motorovou pilu, když ji používáme jen několik hodin v roce a můžeme si ji půjčit od souseda?

3. Musíme každý den jezdit do práce, nebo můžeme pracovat z domova? Pandemie covidu-19 nám konečně ukázala, že velká část pracovníků v chytře organizovaných firmách může pracovat na dálku. Ti připravení zjistili, že je mnohdy efektivnější pracovat z domova než ztrácet každý den čas na cestu, utrácet za dopravu a nájem kanceláří. Dnes stačí v dobře organizovaných firmách velké části pracovníků jen počítač a telefon. Potom je jedno, zda sedíme v kanceláři, doma nebo v kavárně, na chalupě nebo na mořské pláži. K řešení komplikovaných, obtížně formalizovatelných problémů a udržení sociálních vztahů mezi kolegy stačí zorganizovat jednou za čas osobní setkání třeba v sálku místní kavárny s velkým televizorem/displejem, na kterém si navzájem předvádíme své nápady či problémy. Výhodou je i to, že do práce můžeme zapojit odborníky z jiného města či kontinentu, což může dále zvýšit kvalitu a motivaci týmu.

Důležité ovšem je, abychom přešli ke způsobu managementu, který nespočívá v dohledu a drilu, ale naopak co nejvíc využívá samostatnou iniciativu a tvořivost pracovníků. Ukazuje se, že lidé jsou pak motivovanější a výkonnější, třebaže řada šéfů stále uvažuje zkostnatěle a má problém tyto nové metody přijmout.

Analogií home office je distanční vzdělávání. I zde platí, že ti připravenější a motivovanější kantoři i studenti vyšších stupňů si tyto postupy chválí a považují je za efektivnější. Vždyť máme zdarma k dispozici desítky tisíc on-line lekcí, digitálních modelů, vzdělávacích her atd. (viz např. Khan Academy). Vhodný e-learningový program potom vede studenta jednotlivými lekcemi a testuje, nakolik látku pochopil. Jednou za několik dní se třída sejde virtuálně nebo prezenčně s kantorem, aby udrželi sociální vztahy a společně se zamysleli nad probranou látkou, hledali její využití, souvislosti atd. V těchto postupech však jsou značně omezeni sociálně slabší studenti, kteří doma nemají vhodné zázemí (počítač, připojení…). Těm by bylo vhodné pomoci z veřejných prostředků. Vždyť potřebné vybavení stojí zhruba tolik, kolik by stály dva měsíce podpory v nezaměstnanosti, kdyby své vzdělávání nedokončili.

Bohužel i zde platí, že některé školy a kantoři trpí podobnými nedostatky jako konzervativní firmy a instituce s jejich „šéfy“. Školy také často nemají dostatečné vybavení (server, připojení, software…) ani kvalifikovaného pracovníka, který by vše dokázal koncipovat, konfigurovat a udržovat ve spolehlivém provozu. Navíc mohou být IT kompetence učitelů slabé a metodika výuky někdy jen kopíruje lekce s křídou a tabulí.

4. Uvědomme si, že nejlevnější a nejčistší energie je ta, kterou jsme nespotřebovali. Domy stavme nebo přizpůsobujme tak, aby co nejvíce pasivně využívaly solární energii (viz kapitola 1.1.2). Postarejme se o dobrý tepelný management svého bydlení (tepelná izolace, výměník tepla k větrání, tepelné čerpadlo na teplou vodu a topení atd.), používejme efektivní spotřebiče (LED osvětlení místo žárovkového, indukční varná deska místo klasické odporové atd.) a co nejlépe využívejme odpadní teplo (lednička, pračka, server, coin miner atd.).

5. Postarejme se o co nejlepší využití energie. Vytápět potřebujeme jen ty místnosti, ve kterých právě jsme. Například když chodíme do práce, trávíme velkou část dne mimo dům. Proto jej stačí vytápět jen několik hodin ráno a několik hodin večer. Také nemá smysl topit tak, abychom doma mohli chodit ve spodním prádle, svetr je levnější.

6. Chovejme se chytře. Cena elektrické energie se během dne mění. V době velkého odběru (obvykle ráno a večer) je vyšší, v době malého odběru je nižší. Proto je výhodné spotřebu, kterou lze odložit (ohřev vody, nabíjení elektromobilu atd.), přesunout na období nízkého odběru, kdy je elektřina levnější.

7. Hledejme co nejrozumnější zdroje energie. V domácích podmínkách je asi nejběžnější a nejsnadnější topení biomasou a využití slunce. Cena fotovoltaiky (výroba elektřiny ze slunce) již klesla natolik, že se vyplatí i bez dotací (viz kapitola 1.2.2). Také fototermika (ohřev vody sluncem) může být v mnoha případech výhodná. Jen vzácně lze využít energii větru, vody či další podobné technologie. Konkrétní řešení bude třeba vždy přizpůsobit konkrétním podmínkám místa. Obvykle však půjde o významnou investici, kterou je nutné dobře promyslet, protože případná chyba může být drahá. Proto má smysl projekt konzultovat nejen s komerčním dodavatelem, ale i se zkušenými uživateli, spolky atd.

8. Starejme se o efektivitu a bezpečnost. Produkce energie ze slunce či větru není konstantní, ale závisí na denní době a počasí. Proto se musíme postarat o bateriovou akumulaci, která toto kolísání vyrovná a zajistí, že energii budeme mít kdykoli přístupnou, že nás nejen neomezí noc či bezvětří, ale nebudeme ohroženi ani výpadkem veřejné sítě (analogie počítačového UPS). Kromě toho můžeme akumulátor využívat i k optimalizaci nákladů na spotřebu ze sítě. Nabíjíme v době, kdy je energie levná, zatímco v době, kdy je drahá, ji čerpáme z baterie.

9. Volme vhodný koncept. Domácí energetiku můžeme koncipovat jen jako malý „zlepšováček“, který bude snižovat naše náklady na energii. V přírodní divočině, kde není dostupná energetická síť, nebo ve společenské divočině, která neumožňuje efektivní spolupráci domácí energetiky se sítí, musíme svou domácí energetiku koncipovat jako ostrovní systém, což může být nákladné. Pokud se v budoucnu konečně podaří narovnat pravidla obchodování s energií tak, že budeme nakupovat i prodávat za ceny v místě a čase obvyklé, můžeme svou domácí energetiku koncipovat jako výhodnou podnikatelskou příležitost.

10. Budujme místní komunitu. Již od dob lovců mamutů byla výhodná komunitní spolupráce. Naši dávní předci mamuta společně ulovili a potom si jej rozdělili. Podobně si o mnoho století později zemědělci navzájem pomáhali, sdíleli některé nářadí, společně užívali vesnickou pastvinu atd. Teprve po první průmyslové revoluci se tyto komunity začaly rozpadat a nad spoluprací převládly konkurenční vztahy. Dnes však může být komunitní spolupráce velmi výhodná. Například obyvatel bytového domu může využít veřejný prostor k vybudování fotovoltaiky, komunita může budovat kogenerační jednotku pro využívání biomasy a odpadu k překlenutí zimního nedostatku energie z fotovoltaiky a odpadním teplem vytápět atd. Fungující místní komunita však může být výrazně prospěšná i v mnoha dalších oblastech (sdílení, doprava, LETS – systémy místní měny a směny, atd.).

11. Nechme pracovat chytré stroje. Detailně řídit domácnost plnou nových technologií tak, abychom plně využili jejich potenciál, nebude lehké. Bude to vyžadovat neustálou pozornost a třeba i stovky zásahů denně do jejího chodu. Pokud bychom měli vše řídit ručně, vyžádalo by si to naši celodenní pozornost a už by nám nezbylo mnoho času na nic jiného. Proto bude nutné toto řízení svěřit chytré mašince (domácímu serveru), která za nás tuto rutinu obstará. Může být mnohem důslednější než my, může se postupně učit naše zvyklosti, chytře reagovat na počasí i stav energetické sítě atd. Tak vznikne „chytrá domácnost“ či „chytrý dům“, využívající technologie, kterým říkáme „internet věcí“ (Internet of Things, IoT). Podmínkou však je, že vše, co má v takovém systému spolupracovat, musí komunikovat s domácím serverem. Někdy stačí jen bezdrátová komunikace, ale spolehlivější bývá propojení domácí ethernetovou sítí. To však vyžaduje prodrátování domu datovými kabely. Proto bychom si měli už při plánování stavby či rekonstrukce domu vše dobře promyslet.

12. Kde na to vezmeme? Ve spravedlivém právním prostředí má většina nových technologií rychlou návratnost. Lze je tedy chápat jako výhodnou investici. Problém však může být v obstarání vstupního kapitálu. Pokud si to společnost uvědomí, bude možné například použít prostředky získané dražbou uhlíkových povolenek (v ČR cca 70 mld./rok) a podporu EU (pro ČR desítky mld./rok) na úvěrování výstavby decentralizované energetiky s akumulací a úvěr splácet jejím výnosem. Tak by šlo během 10–15 let pokrýt většinu spotřeby celé ČR. Uvědomíme-li si, že nový blok jaderné elektrárny v Dukovanech se bude stavět asi 20 let a pokryje jen zhruba 10 % naší spotřeby, mělo by být naše rozhodnutí jasné.

13. Buďme pozorní, předvídaví a obezřetní. Dnes možnosti většiny popisovaných aktivit úzce souvisí nejen s dotacemi a jejich často podivnými pravidly, ale i s džunglí zákonů, předpisů a nařízení. To vše se často a skoro nepředvídatelně mění. Proto musíme tyto změny pozorně sledovat, být na ně připraveni a rychle reagovat. To vše vnáší do našeho rozhodování velkou nejistotu, protože jediné rozhodnutí nekompetentního politika či úředníka může naše úsilí a vložený kapitál zcela znehodnotit. Musíme tedy usilovat nejen o intenzivní propagaci a edukaci v oblasti nových technologií, ale zejména o vytvoření jasného, chytrého a stabilního právního prostředí.

14. Počítejme s technologickým vývojem. Pokud prostudujeme vývoj technologií v posledních několika desetiletích, zjistíme, že se jejich možnosti zmnohonásobily a ceny výrazně klesly. Tento vývoj pokračuje dál a zrychluje se. Například ceny fotovoltaických panelů za posledních cca 30 let klesly na desetinu, jejich životnost vzrostla na dvojnásobek a stoupla i jejich účinnost. Podobně se vyvíjely i baterie, elektronika atd. Proto bychom měli při zavádění nových technologií s těmito trendy počítat. Například při koncipování malé domácí fotovoltaické elektrárny můžeme nejprve pokrýt jen svou nejnutnější spotřebu, ale vše koncipovat pro její další rozšiřování. Po narovnání obchodních pravidel potom bude snadné elektrárnu rozšířit tak, aby nám začala vydělávat. Mezitím ceny komponent klesnou a jejich vlastnosti se zlepší, takže výnos z vloženého kapitálu bude vyšší.

15. Nevěřme nesmyslům. Konzervativní politici a ohrožené obory nás straší, jak technologický vývoj ohrozí celou společnost, a uměle konstruují nejrůznější argumenty, aby své hrozby odůvodnili. Proto je veřejný prostor plný různých nesmyslů, na které rádi reagují bulvární novináři a populističtí politici. To nejen mate laickou veřejnost, ale je i motivem a příležitostí pro populistické politiky, aby získali politické body nesmyslnými zásahy do přirozeného vývoje technologií a vyhověli svým lobbistům z ohrožených oborů. Proto se nad takovými varováními před „zeleným šílenstvím“ či „neověřenými cestami“ musíme vždy zamyslet a zjistit, kdo nám to říká a proč, dohledat seriózní zdroje relevantních informací nebo se zeptat důvěryhodných odborníků.

16. Mysleme na budoucnost. Možností, jak si moderními technologiemi usnadnit a zlevnit život, je mnoho a stále přibývají další (digitalizace průmyslu i státní správy, nové vzdělávací metody a distanční vzdělávání, elektromobilita a chytrá logistika, telemedicína, přesné zemědělství, chytrá optimalizace dopravy atd., atd.). Proto nemůžeme zůstat uzavření ve světě znalostí, které nám kdysi dala škola, ale musíme alespoň orientačně sledovat možnosti, které nové technologie přinášejí. Přitom se budeme setkávat se setrvačným myšlením, které má obavy z radikálních inovací. Než se podaří nové technologie prosadit a masivně aplikovat, dozrají a budou funkční, efektivní a uživatelsky příjemné. Pak se stanou běžnou realitou. Propojením s dalšími technologiemi se budou otevírat stále nové možnosti a není přehnané tvrdit, že celou společnost čeká „velká transformace“.

Současná energetická krize

Důsledky rozporu mezi možnostmi dnešních technologií a stavem společnosti dobře ilustruje současná energetická krize. Během konce roku 2021 vyrostly dlouhodobě ustálené kurzovní ceny kolem 50 eur/ MWh, vycházející z technologické podstaty výroby, na více než 300 eur/MWh (viz kurzy.cz a graf 1.3). Přitom reálné ceny začaly stoupat z původního denního průběhu 20–80 eur/MWh na dnešních 300–600 eur/ MWh již koncem roku 2020 a jsou výrazně vyšší než burzovní ceny (viz electricitymap.org). Přitom pořád platily koncové ceny, které již byly jen zlomkem reálných cen. Proto začali krachovat překupníci (Bohemia Energy atd.), kteří jen spekulovali na pokles cen vyvolaný útlumem života v pandemii. Pomalá reakce obchodníků na reálný stav sítě tedy nefunguje jako ona „neviditelná ruka trhu“, jak si ji kdysi představoval Adam Smith, ale naopak trh dále deformuje a vnáší do něj velkou nejistotu. V budoucnosti tedy můžeme očekávat ještě dlouhé turbulentní období, po které se trh bude vracet do stabilnějšího stavu. Přitom nemáme žádnou záruku, že se krize nebude opakovat.

Graf 1.3 Vzestup cen elektřiny, zdroj: kurzy.cz

Nesmyslný princip obchodování a nezodpovědnost obchodníků nás tedy dostaly do dnešní těžké krize. Přitom již desítky let máme technologie umožňující chytré obchodování s energií, které je nejen levnější, ale i stabilizuje a optimalizuje síť a funguje v reálném čase (Smart Grids). Rychlá reakce ceny na okamžité poměry v síti vytváří potřebnou zpětnou vazbu, která může optimalizovat naše chování (viz dále a graf 1.4). Přitom zavedení potřebných technologií by stálo jen zlomek toho, co nás bude stát dnešní krize, a otevřelo by cestu k rozvoji levných obnovitelných technologií.

Graf 1.4 Srovnání denního průběhu cen elektřiny v některých státech světa dne 6. 1. 2022. Vidíme, že výkyvy jsou největší a ceny nejvyšší ve státech závislých na plynu, jako je Nizozemsko nebo Alberta. Zdroj: electricitymap.org

Srovnáme-li naše dnešní ceny energie s cenami v USA, Kanadě, Austrálii atd., zjistíme, že k prudkému vzrůstu cen došlo jen v Evropě, ale v ostatních pokročilých zemích zůstala energie na původních cenách (viz web electricitymap.org pro evropské a neevropské země). Důvodem je obrovská geopolitická závislost Evropy na energetických surovinách. Tentokrát to byl zejména prudký vzrůst ceny plynu. Ta z dlouhodobé, ještě nedávné ceny 15–20 eur/MWh vzrostla na více než 140 eur/ MWh (viz vývoj cen plynu na webu kurzy.cz a graf 1.5). To znamená, že i v pokročilých paroplynových elektrárnách se špičkovou účinností 50 % stojí palivo cca 280 eur/MWh. Přičteme-li další provozní náklady a odpisy vložené investice, vychází reálná cena energie 300 eur/ MWh a leckde i víc. Protože při dnešním způsobu obchodování určuje cenu energie cena nejdražšího zdroje, který pro udržení stability sítě potřebujeme, určují ji dnes zastaralé plynové elektrárny s účinností cca 35 %. Přičteme-li k těmto nákladům i náklady na řízení sítě, odstavování a najíždění elektráren atd., opravdu dojdeme k závratným cenám.

Graf 1.5 Vývoj cen plynu, zdroj: kurzy.cz

Je tedy zřejmé, že pro Evropu je důležité potlačit závislost na dovozu energetických surovin. O tom mluvíme již od první ropné krize z počátku 70. let. Tenkrát však ještě neexistovaly technologie, které by umožnily naše odpoutání od fosilních zdrojů. Dnes je máme a jsou již natolik zralé, že překonávají ty klasické. Masivnímu nasazení nových postupů tedy brání jen setrvačnost našeho myšlení, nevhodné obchodní postupy a právní prostředí.

Potřebný pokrok mají podpořit uhlíkové povolenky (EUA), které zavedla Evropská unie již v roce 2005. Zpočátku byla pravidla jejich obchodování mírná, a jejich cena tedy nízká. Teprve v posledních letech začala jejich cena prudce stoupat, až koncem roku 2021 dosáhla 80 eur za tunu CO_2 (graf 1.6). To zvýhodňuje postavení nízkouhlíkových obnovitelných zdrojů na evropském trhu. Protože peníze získané dražbou povolenek jsou určeny k podpoře modernizace energetiky, povolenky mohou financovat potřebné investice. Odpůrci moderních technologií však v povolenkách vidí důvod dnešní energetické krize. Že jde jen o populistickou manipulaci, pochopíme, pokud si uvědomíme, že představují jen malou část dnešní ceny energie. Vždyť energetický mix v ČR má zhruba stejnou uhlíkovou stopu jako plynová elektrárna, tedy méně než 0,5 tuny CO_2/MWh. Povolenky se tedy podílejí na ceně elektřiny v ČR zhruba 40 eury za MWh, což je cca 20 % z kurzovní ceny 250 eur/MWh a ještě mnohem méně z aktuální reálné ceny. Na dražbě povolenek však vybereme zhruba 80 miliard Kč za rok, což například může každý rok zaplatit výstavbu chytré sítě s 1,6 GWp malé domácí fotovoltaiky s akumulací s roční produkcí cca 1,6 TWh, tedy cca 2,7 % naší spotřeby. Pokud peníze vložíme jako půjčku, kterou budou majitelé splácet výnosem z investice, a tyto splátky budeme opět vkládat do malé domácí či komunitní energetiky, překoná tato produkce výrobu zamýšleného nového bloku Dukovan za cca 5 let. Hlavně však potlačí závislost na dovozu energetických surovin, sníží ceny energie, předejde dalším krizím a posílí naši konkurenceschopnost.

Graf 1.6 Vývoj cen emisních povolenek, zdroj: kurzy.cz

Nové technologie mají zásadní vliv na úsporu energií, času a materiálních zdrojů i v mnoha dalších oborech. Vždyť dnes například většinou již nekupujeme papírové noviny či časopisy, odborné monografie atd., ale čteme je na internetu. Klesá i význam kamenných obchodů a obchodních řetězců, ale stále častěji využíváme e-shopy. Podobně se racionalizovaly i mnohé služby, medicína atd.

Velkou zátěží dnešního života je státní správa. Tu by sice šlo novými technologiemi zásadně racionalizovat, zrychlit a zlevnit, ale setrvačnost našeho myšlení, malé kompetence úředníků a politiků brzdí potřebné změny a dále komplikují náš život. Dnes v ČR máme cca 1,8 milionu platných zákonů, předpisů a nařízení (graf 1.7). Je tedy zřejmé, že se v této záplavě nemůže vyznat ani nejlepší právník, natož běžný občan, že mnoho předpisů si navzájem odporuje a záleží na libovůli nebo na osobním postoji úředníků, jak budou interpretovány. Tento zmatek nelze algoritmizovat, aby bylo možné státní správu efektivně digitalizovat. Proto dnes úředníci jen přepisují informace z jednoho formuláře do druhého a občan s horou papírů bezradně běhá mezi úřady. Je vědecky dokázáno, že datový signál postupuje stomilionkrát rychleji než svižně kráčející občan. Tomu odpovídá i poměr rychlosti a funkčnosti mezi dobře digitalizovanou a konzervativní státní správou.

Graf 1.7 Vzestup počtu právních předpisů v ČR, zdroj: hlidacipes.org

Neefektivnost a nepružnost tohoto systému dobře ukázala pandemie koronaviru. Nefunkčnost informačních systémů státní správy neumožnila racionální rozhodování, testování a očkování. Proto nás stála nejen mnoho miliard korun, ale i tisíce životů. Je tedy nejvyšší čas, aby si naši politici – a občané, kteří jim svěřují moc – tento problém uvědomili a spustili hlubokou analýzu našeho právního prostředí, která umožní propojit jednotlivé rezorty otevřenými daty a vybudovat funkční e-government. To nejen uspoří tisíce úředníků, ale zejména zrychlí a zpřesní rozhodovací procesy, zlepší právní jistoty atd. Výsledkem bude kvalitnější, klidnější a radostnější život každého z nás, vyšší konkurenceschopnost a menší drancování planety.

Použité prameny a další zdroje informací

Bowles Cennyd, Etika budoucnosti, Academia 2021

Václav Cílek, Nejistý plamen, průvodce ropným světem, Dokořán 2007

Toby Hemenway, Ekosystémy měst budoucnosti, Walden Press 2021

www.modernienergetika.cz – stránky Svazu moderní energetiky

www.enviweb.cz – zpravodajství o udržitelných řešeních

www.energyglobe.cz – soutěž nápadů pomáhajících šetřit přírodu a energie

www.czso.cz – web Českého statistického úřadu

komoraoze.cz – web Komory obnovitelných zdrojů energie

Wikipedie, heslo Energetický otrok

1.1 Teplo

1.1.1 Energetická náročnost staveb

Daleko největší podíl energie potřebné na provoz stavby připadá v našich klimatických podmínkách na vytápění. Celkovou energetickou účinnost stavby tedy ovlivňuje především její tepelná bilance.

Nízkoenergetický dům má roční spotřebu tepla na vytápění nižší než 70 kWh/m^2 plochy u rodinného domu a 55–70 kWh/m^2 plochy u bytového domu. U pasivního domu je roční spotřeba tepla na vytápění menší než 15 kWh/m^2 plochy (v ČR menší než 20 kWh/m^2) a celková spotřeba energie (teplá voda, domácí spotřebiče atd.) menší než 33 kWh/m^2 plochy.

Rozlišujeme ještě plusové a aktivní domy, což jsou úsporné stavby, které v ročním souhrnu vyrobí více vlastní elektrické energie, než kolik jí spotřebují. Většinou se jedná o pasivní domy s velkou plochou fotovoltaických kolektorů, kde je možné prodávat přebytky elektřiny. Obvykle mají tyto domy doplňkový zdroj elektrické energie, kterým pokrývají svoji spotřebu ve dnech s nepříznivými podmínkami slunečního svitu. Pokud nejsou napojeny na síť, jsou nazývány ostrovní domy a přebytečná energie obvykle zůstává nevyužita. S rozvojem elektromobilů však bude možné lépe využít i tyto přebytky.

Průkaz energetické náročnosti budovy

U novostaveb i rekonstrukcí je povinnou součástí projektové dokumentace průkaz energetické náročnosti budovy (PENB), hodnotící tepelněizolační vlastnosti obálky budovy a její nároky na vytápění, větrání, ohřev teplé vody, chlazení a osvětlení. PENB obsahuje i energetický štítek budovy. Ten zařadí stavbu do kategorie (třídy) označené písmenem – viz rámeček na straně 31.

Stavby splňující vyhlášku č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov:

• Třída A – mimořádně úsporná

• Třída B – úsporná (u rodinného domu spotřeba energie
51–97 kWh/m^2/rok, u bytového domu 43–82 kWh/m^2/rok)

• Třída C – vyhovující (u rodinného domu spotřeba energie
98–142 kWh/m^2/rok, u bytového domu 83–120 kWh/m^2/rok)

Stavby nesplňující vyhlášku č. 148/2007 Sb. jsou zařazeny do kategorií D–G.

Jak dimenzovat izolační schopnosti objektu, doporučuje norma ČSN 73 0540 „Tepelná ochrana budov“.

Od roku 2020 platí povinnost stavět budovy s téměř nulovou spotřebou energie (BTNSE), která byla do české legislativy transponována zákonem č. 318/2012 Sb.

Požadavky, které BTNSE musí splňovat, jsou definované ve vyhlášce č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov, ve znění pozdějších předpisů. Jde o splnění požadavků na ukazatel průměrného součinitele prostupu tepla (vysvětlení pojmu viz níže), celkové dodané energie a primární neobnovitelné energie. Tyto parametry jsou specifické pro každou hodnocenou budovu. Metodika výpočtu energetické náročnosti je založena na porovnání hodnocené budovy s tzv. referenční budovou.

Jakým způsobem požadovaného snížení projektant dosáhne, je čistě na něm.

Jak těchto standardů dosáhnout

Především vyhodnotíme, v jakém prostředí dům stojí a jak je situovaný. Pokud se teprve chystáme stavět a můžeme si pro stavbu vybrat místo a určit její orientaci, volíme energeticky výhodná řešení. Důležitými faktory jsou terén (slunce a zastínění, mrazové kotliny, ochrana před větrem) a orientace ke světovým stranám (umožní promyšlené využívání slunečního záření).

Dále optimalizujeme tvar domu – čím kompaktnější, tím energeticky úspornější.

V interiérech domu určíme zóny podle toho, jakou teplotu v nich bude třeba udržovat.

Pak řešíme tepelněizolační vlastnosti venkovního pláště domu, materiály použité na jednotlivé části stavby a způsoby, jak vyloučit tepelné mosty.

Konečně zvážíme řízené větrání s rekuperací tepla (u pasivních domů je pravidlem) a zdroje a distribuci tepla. Obecně platí, že se stavbu snažíme co nejvýhodněji situovat a co nejlépe izolovat, abychom co nejvíc snížili potřebu vytápění; způsob, jakým stavbu vytápíme, už je pak poměrně méně podstatný.

Počítáme s tím, že na ohřev teplé vody se spotřebuje asi 13 % veškeré energie v domě, v nízkoenergetických budovách je to i přes 40 %. Rekuperaci tepla z vody lze nejvhodněji provádět v místech odtoků z vany, sprchy a pračky.

Používání pasivních strategií uvnitř domu

Výše uvedený postup znamená, že nejprve použijeme pasivní strategie, tedy takové, které nespotřebovávají palivo. Pak teprve přejdeme k aktivním, energii spotřebovávajícím strategiím. Jde o tyto možnosti:

• udržovat teplo tam, kde ho chceme mít, pomocí izolací a těsnění (viz kapitola 1.1.3),

• uchovávání tepla v termální mase (viz kapitola 1.1.2),

• řízení toho, kolik sluneční energie se dostane dovnitř domu (viz kapitola 1.1.2).

První dva body jsou totožné pro teplé i chladné období, v chladném období snižují potřebu vytápění a v teplém období eliminují potřebu klimatizace. Třetí bod se v chladném a teplém období liší.

Chování budovy je potřeba modelovat jak při stálém a rovnoměrném provozu, tak i při střídavém (například rekreačním) využívání, kdy se budova musí znovu vytopit.

Celkovou efektivitu hospodaření s energiemi výrazně zvýší chytré řízení domu, které dokáže všechny procesy optimalizovat.

Součinitel prostupu tepla U

Tato hodnota vypovídá o tepelném odporu a rychlosti přenosu tepla (zahřátí nebo ochlazení) konstrukce. Dá se předem vypočítat, pokud známe materiály stavby, a lze z ní odvodit spotřebu energie na vytápění při daných venkovních a vnitřních teplotách.

Jednotkou součinitele prostupu tepla je W/m^2K – watt na metr čtvereční a Kelvin (jeden stupeň teplotního rozdílu). Hodnota U obvodové konstrukce při silně zaizolovaných obvodových zdech a vyřešených tepelných mostech může dosáhnout i 0,12 W/m^2K. Průměrná hodnota U pro obálku budovy třídy A (velmi úsporný dům) je menší než 0,5, pro třídu B (úsporný dům) v rozmezí 0,5–0,75, pro třídu C (vyhovující) 0,75–1 a pro třídu D (nevyhovující) 1–1,5.

Okna mívají hodnotu U podstatně vyšší než zdi, koeficient U celého okna s kvalitním zasklením a dobře řešenými rámy by neměl být vyšší než 0,85 W/m^2K.

S nedotaženými úpravami budov mohou nastat problémy; například u domů se slabě zaizolovanými stěnami, kam majitelé instalují nová těsná okna, vznikají potíže se špatným vzduchem, nárůstem vlhkosti a se vznikem plísní. Taková nekomplexní řešení si časem vyžádají další investice do sanací.

Požadavky na větrání, tepelnou pohodu a vlhkost vzduchu v interiérech

Tyto parametry definuje pro obytné budovy směrnice STP-OS 4/č. 1/2005 a norma ČSN EN 15 665/ZI z roku 2011, která určuje požadavky na větrání a doporučuje vhodné větrací systémy. Základem je zajištění trvalého přívodu venkovního vzduchu s minimální intenzitou větrání 0,3/h v obytných místnostech (pokoje, ložnice apod.) a kuchyních. Pro dosažení vyšší kvality vnitřního vzduchu se doporučuje intenzita větrání 0,5–0,7/h (hodnota 0,5 znamená, že se vzduch v místnosti vymění jednou za dvě hodiny).

Optimální teplota v obytných budovách je celoročně stanovena na 20 ± 2 °C, pro prostory s klimatizací 24 °C, relativní vlhkost vzduchu 30–70 %. V místnostech na spaní se doporučují nižší hodnoty, ale ne méně než 16 °C.

Zajištění optimální vlhkosti bývá obtížnější než regulace teploty, ideální je vlhkost v rozmezí 40–50 %. Při vlhkosti pod 30 % narůstá riziko onemocnění dýchacích cest, naopak vlhkost nad 70 % umožňuje růst plísní a hub. V interiérech se uvolňuje do vzduchu hodně vlhkosti už samotným dýcháním osob, dále při vaření, koupání nebo sušení prádla.

Vlhkost snižujeme přirozeným nebo nuceným větráním, také ji může dočasně pohltit stavební konstrukce. Nejlepším přirozeným regulátorem vlhkosti jsou hliněné omítky s velkou příměsí jílu.

V zimě se může stát, že nadbytečné větrání způsobí příliš nízkou vlhkost vzduchu. Tu je pak možné doplňovat vhodnými zvlhčovači, jako jsou interiérové fontánky nebo pokojové květiny. Také rekuperační jednotky mohou do nově přiváděného vzduchu vracet vlhkost.

Platí, že obytné místnosti musejí být větratelné okny, i když je v domě instalováno nucené větrání.

Řízené (nucené) větrání a rekuperace tepla

V našich klimatických podmínkách bychom pro zachování vhodných hygienických podmínek museli v domě bez řízeného větrání otevírat okna v obývaných místnostech vícekrát za hodinu, což by vedlo k velkým ztrátám energie. Nízkoenergetický dům lze postavit i bez rekuperace a řízeného větrání, vždy však bude mít podstatně vyšší tepelné ztráty než dobře zaizolovaný a utěsněný dům s rekuperací.

Rekuperace je zpětné získávání jakékoli formy energie, v případě staveb tepla. V praxi je rekuperace součástí systému vzduchotechniky, který zajišťuje úpravu a dostatečné množství venkovního vzduchu (vlhčení, chlazení, ohřev, filtrace) a odvod vzduchu znehodnoceného (koupelny, WC, kuchyně). Přiváděný venkovní čerstvý vzduch prochází přes rekuperační výměník uvnitř vzduchotechnické jednotky, do kterého z druhé strany vstupuje teplý odpadní vzduch z objektu. Obě části systému jsou od sebe dokonale odděleny soustavou kanálků, aby nedocházelo ke zpětnému průniku pachů z odváděného do přiváděného vzduchu. Přes stěny kanálů teplo z odpadního vzduchu přechází do přiváděného vzduchu, který je tak předehříván.

Rekuperační výměníky dosahují vysokých účinností předání tepla, běžně kolem 90 %. Odpadní vzduch o teplotě 22 °C tak předehřeje venkovní přiváděný vzduch z teploty například minus 5 °C až na 20 °C.

Množství přiváděného čerstvého vzduchu se obvykle dimenzuje na zhruba 25 m^3/h na osobu. V době, kdy v domě nikdo není, je možné intenzitu větrání částečně snížit. Pro uživatele je přísun čerstvého a zároveň i předčištěného vzduchu příjemný. Čerstvý vzduch můžeme dohřívat ohřívačem umístěným za rekuperačním výměníkem a zdrojem tepla může být akumulační nádrž nebo elektrický ohřívač.

Rozvody čerstvého ohřátého vzduchu musejí procházet teplými, tedy obytnými místnostmi, naopak odvody znečištěného vzduchu jsou v místnostech, kde vzniká nejvíc pachů, jako je WC, koupelna, kuchyň. Používají se dva typy rozvodů – v podlahách nebo ve stropě, mezi místnostmi vzduch proudí mezerami pode dveřmi, které musejí být bez prahů.

Zpětné získávání tepla z odpadové vody je nejvhodnější z vany, sprchy a pračky.

Typy rekuperačních výměníků

• Přímé „deskové“ (vzduch-vzduch) – výměna tepla přes teplosměnnou desku. Obejde se bez elektrického čerpadla, ale sací a výfukový otvor od sebe nemohou být daleko (max. 1,5 metru) a při podnulových teplotách je nutné výměník vypnout nebo vzduch předehřívat; účinnost 60–70 %.

• Přímé „válcovité“ (voda-voda) – výměna tepla mezi odpadní a nově přiváděnou vodou přes teplosměnnou vlnitou plochu šnekovité trubky. Nepotřebuje čerpadlo, ale šedou odpadní vodu je nutné oddělovat od splaškové WC vody a účinnost klesá s množstvím a teplotou odpadní vody; účinnost 70–90 %.

• Přímé protiproudé trubkové (vzduch-vzduch) – jde o větší výměník (asi jako lednice), účinnost 50–80 %.

• Nepřímé (kapalina-vzduch) – teplo se akumuluje v teplonosné kapalině (nemrznoucí směs), přiváděný a odváděný vzduch od sebe může být značně vzdálen, příjem tepla může být z více míst, ale je potřeba čerpadlo. Vhodné pouze pro vysoké rozdíly teplot; účinnost 45–65 %.

• Tepelné trubice – využívají odpaření a kondenzace teplonosné kapaliny v žebrových trubkách. Svislé trubice jsou vysoké nejméně 2 metry, účinnost 45–60 %.

Dále existují výměníky kontaktní (sprchování horkého vzduchu vhodnou kapalinou, například roztokem chloridu lithného [LiCl]), regenerační (rotační nebo přepínací) a entalpické (pracují také s výměnou vlhkosti).

Kompaktní jednotky slučují větrání, ohřev teplé vody i rekuperaci do jediného zařízení o velikosti větší ledničky. Teplo je z odpadního vzduchu odebíráno tepelným čerpadlem, které současně ohřívá přiváděný vzduch a teplou vodu v malém akumulačním zásobníku. Výhodami těchto jednotek jsou nižší cena a menší nároky na prostor v domě.

Vzduchotěsnost domu

Vzduchotěsnost stavby je důležitým faktorem její energetické účinnosti. Čím vyšší je průvzdušnost budovy, tím víc narůstají tepelné ztráty a zvyšuje se riziko kondenzace vlhkosti v konstrukci. Dobrá vzduchotěsnost je také předpokladem správné funkce řízeného větrání.

Při nedokonalé vzduchotěsnosti domu proudí teplý vzduch z interiéru do konstrukce a při nízkých venkovních teplotách se může ochladit až na rosný bod, kdy se z něj obsažená vlhkost sráží do kapalného stavu. Ke kondenzaci dochází obvykle na rozhraní materiálů s různým difuzním odporem (tedy s různou schopností propouštět vodní páru). V těchto místech pak bují mikroorganismy, plísně a houby včetně dřevokazných.

Dřevostavby trpí poškozováním vlhkostí víc než zděné stavby. Vlhkost hromadící se v jejich konstrukci současně snižuje i izolační schopnosti izolačních hmot. Často takto degradují dřevěné střešní konstrukce. Nejčastější příčinou je nedokonalá parozábrana (vrstva, která má zredukovat prostup páry do konstrukce) nebo nedostatečně odvětraná mezera pod střešním pláštěm.

Mají-li zděné stavby difuzně nepropustné omítky, hromadí se vlhkost pod nimi a dochází k olupování omítek.

Vzduchotěsná rovina domu

Už při navrhování domu určíme, kde bude takzvaná tepelná obálka budovy, tedy konstrukce oddělující vytápěný interiér od exteriéru. Například v případě tradičních neobývaných a nevytápěných půd netvoří obálku budovy střecha, ale až izolovaný strop nejvyššího podlaží. Tato obálka má více vrstev, ale jedna z nich vždy tvoří vzduchotěsnou rovinu domu. Ta musí bez přerušení procházet všemi konstrukcemi (stěnami, stropy, podlahami, střechou). Nejobvyklejším současným řešením je difuzně otevřená skladba obálky, kde je vzduchotěsná rovina umístěna co nejblíže interiéru. Naopak difuzně propustnější materiály umisťujeme blíže k exteriéru.

U masivních zděných konstrukcí tvoří tuto vzduchotěsnou vrstvu vnitřní omítka nanesená kontinuálně na celou plochu obvodových stěn. U podlahy je dotažená až k izolaci proti zemní vlhkosti a u střechy k její vzduchotěsné rovině.

U dřevostaveb tvoří vzduchotěsnou vrstvu nejčastěji desky (OSB [oriented strand board] nebo obdobné), kterými se stěna z vnitřní strany zaklopí a spoje se přelepí vzduchotěsnými páskami. Nedoporučuje se jako parozábrany používat fólie, protože se s vysokou pravděpodobností poškodí.

Všude je třeba ohlídat vzduchotěsné spoje konstrukcí a vyhnout se složitým detailům. V místech spojení různých materiálů dochází k dilataci, se kterou se také musí počítat. Pro trvanlivé vzduchotěsné spoje používáme speciální lepicí pásky, pružné tmely nebo armované stěrky, nejlépe v uceleném systému jednoho výrobce. Velkou pozornost věnujeme napojení oken a zaizolování průchodů různých instalací skrz vzduchotěsnou rovinu domu, které bychom měli minimalizovat.

Pasivní domy – historie a současnost

Zajímavé je, že s teorií pasivních domů nepřišel stavař, ale fyzik, dr. Wolfgang Feist, již v roce 1987. V Darmstadtu založil Passivhaus Institut, který se stal hybným motorem pasivního stavění v Evropě. U nás bylo v roce 2005 založeno Centrum pasivního domu. Toto sdružení se významně zasloužilo o výstavbu energeticky úsporných domů v České republice a o vznik podpůrných programů pro stavebníky úsporných domů, jako je dotační program Nová zelená úsporám.

Život v pasivním domě neznamená pouze úsporu nákladů na vytápění, ale poskytuje uživatelům i zdravé vnitřní prostředí díky řízenému větrání, které interiéry zbavuje škodlivých nečistot, plynů (zejména CO_2) a prachu.

Výhody pasivního domu:

• vyšší komfort života,

• extrémně nízké náklady na vytápění,

• zdravé vnitřní prostředí, stálý přívod čerstvého vzduchu,

• vysoká tepelná pohoda v místnostech, příjemné teploty v zimě i v létě.

Neprůvzdušnost obálky budovy n_50 se ověřuje tlakovou zkouškou, u pasivního domu nesmí překročit hodnotu 0,6. To znamená, že při přetlaku nebo podtlaku 50 Pa se nesmí za hodinu vyměnit netěstnostmi v obálce více než 60 % vnitřního objemu vzduchu. Kontrola neprůvzdušnosti se provádí tzv. blower door testem.

Celková potřeba primární energie spojená s provozem budovy včetně domácích spotřebičů je u pasivního domu nižší než 120 kWh (m^2a). Primární energie vyjadřuje množství energie spotřebované při výrobě určitého zdroje i se ztrátami při distribuci, a tak nám dává komplexnější pohled na spotřebu dle zvoleného zdroje. Použijeme-li jako zdroj například elektřinu, musíme kvůli její neefektivní výrobě při výpočtu primární energie vynásobit výsledek třemi.

Pro optimalizaci návrhu a hodnocení energetické bilance pasivních domů je celoevropsky nejčastěji používán návrhový nástroj PHPP (passive house planning package), který pracuje s dostatečnou přesností potřebnou pro pasivní domy. Jde o jednoduchý nástroj, který umožňuje architektům a projektantům spolehlivě vypočítat energetickou bilanci a návrhy optimalizovat.

Jak poznáme pasivní dům?

Splnění níže uvedených principů tvoří základ pro dosažení pasivního standardu a zajištění vysokého komfortu, který pasivní domy poskytují. Pokud se v odpovědích vyskytne jednou či víckrát „ne“, lze předpokládat, že se nejedná o pasivní dům.

1. Má dům převahu oken na jižní stranu?

2. Kolik tepelné izolace je použito ve stěnách a ve střeše? (Tloušťka izolace stěn má být minimálně 30 cm [U < 0,12 W/m^2K], střechy minimálně 40 cm [U < 0,10 W/m^2K].)

3. Jaká tloušťka izolace je použita v podlaze? (Má to být minimálně 25 cm.)

4. Byla řešena vzduchotěsnost domu a jak? (Používají se těsnicí pásky, desky, fólie…)

5. Jsou řešeny tepelné mosty a jak? (Dům má mít souvislou vrstvu izolace, případně se využívají speciální komponenty a detaily se posoudí výpočtem.)

6. Jaká okna jsou použita a jaké UW hodnoty dosahují? (Okna mají trojskla a zateplené rámy, [Uw < 0,80 W/m^2K].)

7. Je dům chráněn proti letnímu přehřívání a jak? (Používají se přesahy střechy, vnější žaluzie, markýzy, pergoly…)

8. Je kontrolována kvalita provedení domu a jak? (Provádí se blower door testem = test těsnosti, případně termovizí.)

9. Jak je řešeno větrání domu? (Dům má vzduchotechniku s rekuperací tepla.)

10. Byl projekt domu optimalizován programem PHPP včetně výpočtu měrné potřeby energie na vytápění a hodnoty primární energie?

Příklady pasivních a nízkoenergetických domů najdete v barevné příloze (obr. P1, P2 a P3).

Obnovitelná paliva

Efektivitu energetických zdrojů posuzujeme podle toho, zda je lze konvertovat v teplo za vzniku co nejmenších ztrát, zda k tomu nejsou potřeba příliš složitá zařízení (jejichž výroba a likvidace by si vyžádala energii navíc), a zda přitom vzniká co nejmenší znečištění. Z tohoto hlediska nejsou biopaliva (jako bionafta) příliš vhodná, protože k jejich výrobě jsou potřeba příliš velké vklady energie (velmi nízká hodnota EROI, viz úvod k této kapitole) a využívat pěstované rostliny (polní plodiny) primárně na tekutá nebo plynná paliva znamená plýtvat cennými zdroji. Raději volíme taková paliva, která jsou vedlejším produktem nějakého jiného procesu, například odpady vzniklé při pěstování potravinových plodin. Nejedlé části rostlin se dají fermentovat (bioplyn, etanol) a odpad po fermentaci (sláma, chrást) se pak dá zkompostovat nebo zkrmit zvířatům. Stejně tak lze získávat teplo z kompostových hromad (o těchto způsobech podrobněji pojednává kapitola 1.1.4).

Nejčastějším obnovitelným zdrojem využívaným k vytápění je dřevo. Ideální je využívat například větve z prořezů dřevin a nějaký efektivní a čistý způsob spalování, jako jsou raketová kamna. Ta jsou přímo určena na topení tenčími větvemi.

Dále připadá v úvahu biouhel, což je dřevo nebo jiná suchá rostlinná hmota zpracovaná procesem pyrolýzy, takže z ní zůstane jen čistá uhlíková kostra tkání. Biouhel také představuje výborný přídavek do půdy, který zlepšuje její úrodnost, a navíc je v něm uložený uhlík, což je žádoucí z hlediska zmírňování dopadů klimatických změn.

Vysoce neúsporné z hlediska hospodaření energiemi je vytápění elektřinou. Na druhé straně, pokud máme dostatek elektřiny z čistých zdrojů (slunce, voda, vítr), dává takové vytápění smysl a je perspektivní do budoucna třeba pro města, kde mohou být jiné obnovitelné zdroje nedostupné.

Elektřinu spotřebovává, ovšem v menší míře, také tepelné čerpadlo (podrobně v kapitole 1.1.4). Ideální by bylo, aby energii pro tepelná čerpadla dodávala fotovoltaika, jenže v zimě slunce svítí poměrně málo, a tak je nejefektivnějším zdrojem kogenerace výroby elektřiny a tepla pyrolýzou biomasy či bioplynu. Pokud bychom měli k dispozici opravdu velkou kapacitu fotovoltaických elektráren, mohli bychom letní přebytky této elektřiny využít k výrobě syntetického metanu, který má stejné využití jako zemní plyn.

Možné problémy s energetickou bilancí domů v praxi

U malých rodinných domů, které jsou kvalitně zateplené, dochází k situaci, kdy legislativa žádá naddimenzovaný systém získávání energie z obnovitelných zdrojů, protože hodnoty jsou přepočítávány z větších budov a například u spotřeby teplé vody se vychází z plochy domu, nikoli z počtu obyvatel. Pak se můžeme setkat například s požadavkem namontování většího počtu fotovoltaických panelů, než je reálně třeba, nebo s požadavkem kombinovat fotovoltaiku, tepelné čerpadlo a krb na dřevo. Na tyto požadavky jsou vázány dotace z programu Nová zelená úsporám.

Různá zařízení jako bojlery (kde se akumuluje teplo ve vodě) nebo krby na dřevo jsou přitom dostupná pouze v provedeních, která jsou pro malý dům (do 100 m^2 užitné plochy) a malou rodinu (2–3 lidé) naddimenzovaná.

Efektivita dotápění pomocí krbů na dřevo je problematická: pokud bychom měli krb s větší kapacitou, než potřebujeme, a nechtěli bychom dům přetápět, nutilo by nás to tlumit hoření, což by vedlo k nedokonalému spalování a ke vzniku škodlivých zplodin. K tomu přistupuje otázka, zda bude dřevo v budoucnosti vždy dostupné.

Možnosti získat dotaci na zlepšení energetické bilance domu

Kotlíkové dotace

Týkají se náhrady tuhých paliv ekologičtější alternativou, a to biomasou, tepelnými čerpadly nebo kondenzačními kotli na plyn.

Konkrétně jde o výměnu kotle na pevná paliva, který nesplňuje 3., 4. a 5. emisní třídu, za nový ekologický zdroj, splňující minimálně energetickou třídu A+ a parametry příslušných nařízení Komise EU.

Tyto dotace budou pokračovat do roku 2022 a umožní domácnostem s nižšími příjmy získat až 95 % financí na výměnu starého kotle. Vyměnit si kotel s dotací mohou i ostatní domácnosti, ovšem z dotačního programu Nová zelená úsporám, který umožňuje získání až 50 % financování výměny neekologického kotle.

Tyto dotace získají všichni žadatelé, kteří splní dané podmínky.

Nová zelená úsporám

O tyto dotace lze žádat pro rodinné a bytové domy. Týkají se:

• zateplení,

• kotlů, kamen a tepelných čerpadel,

• stínicí techniky,

• zelených střech,

• e-mobility (zařízení pro provoz elektromobilu),

• novostaveb s velmi nízkou energetickou náročností, zpravidla využívajících více obnovitelných zdrojů,

• fotovoltaických systémů,

• solárního ohřevu teplé vody nebo ohřevu tepelným čerpadlem,

• řízeného větrání s rekuperací,

• rekuperace tepla z odpadní vody.

1.1.2 Solární tepelná zařízení a prvky budov

V této kapitole probereme využívání sluneční energie k přímému ohřevu interiérů a materiálů staveb, vody nebo vzduchu. Informace o fotovoltaických zařízeních najdete v kapitole 1.2.2.

Pro úvahy o využívání sluneční energie ve středoevropských podmínkách je důležitý fakt, že příkon záření na vodorovný povrch je zde v létě až 1050 W/m^2, ale v zimě jen do 300 W/m^2. Na šest letních měsíců připadá 75 % celkového slunečního záření. Využitelné je i nepřímé (difuzní) záření pronikající clonou mraků nebo odražené od světlých ploch.

Solární domy

Jako solární nebo sluneční dům se označuje budova, která nadstandardně využívá sluneční energii. Základem je kvalitní tepelná izolace, dům má instalovány solární kolektory nebo solární skleník a zásobník energie. Teplo získané kolektory může být využito k ohřevu teplé vody nebo k vytápění. Teplo se akumuluje také ve stěnách a podlahách budovy a využívá se tak termální masa.

Jednotlivé místnosti jsou umístěny a orientovány podle své náročnosti na teplo a vytváříme tak teplotní zóny. Často používané místnosti umístíme na jižní stranu domu, stejně tak velká okna umožňující prohřívání domu v zimě. Na severní straně domu leží pomocné prostory, jako koupelna, záchod, komory, šatny, technické místnosti, chodby, schodiště. Zde stačí malá okna k omezení tepelných ztrát a vzniká tak nárazníková zóna proti chladu.

Tento systém se může kombinovat s prvky přenášejícími a regulujícími teplo.

V posledních letech se v praxi projevuje spíše příklon k domům v pasivním standardu, kde necháváme sluneční paprsky proudit oknem do interiéru přímo, nevyhříváme jimi tedy nejprve skleník nebo kolektory, protože to by komplikovalo provedení i provoz stavby a výsledný efekt by neodpovídal vloženému úsilí.

Předchůdcem a dnes již zapomenutým konkurentem pasivních domů však byly biosolární domy.

Mnoha lidem principy výstavby domů v pasivním standardu nevyhovují, protože nedůvěřují množství složitých technických zařízení a umělému větrání, které jsou v těchto stavbách nevyhnutelné. Toto náročnější technické řešení pasivních domů se snaží odstranit princip biosolárních domů. První takový dům postavil pro svoji potřebu německý inženýr Klaus Becher. Chtěl stavbu, která by odpovídala jeho vlastním představám, ale zároveň by nebyla příliš nákladná a zaručovala nízkou spotřebu energií i zdravé vnitřní prostředí. Na jižním svahu vesničky St. Alban, ve které se Klaus Becher narodil, dnes stojí 12 vzorových biosolárních domů.
Koncept biosolárního domu v sobě spojuje výhody nízkoenergetických staveb a klasických dřevostaveb a zároveň eliminuje jejich nedostatky. Obvodová konstrukce domu sestává ze dvou plášťů, díky čemuž se mu říká i „dům v domě“. Úlohou venkovního proskleného pláště je chránit stavbu před povětrnostními vlivy a přes prosklené plochy akumulovat sluneční energii. Vnitřní plášť, tvořený převážně dřevěnou konstrukcí, přirozeně reguluje mikroklima vnitřního prostředí na principech fyzikálních zákonitostí přechodu tepla a vodní páry přes stavební konstrukce. Nejpodstatnější odlišnost biosolárních domů od ostatních nízkoenergetických domů tkví v tom, že nemají v obvodovém plášti izolaci proti vlhkosti, protože tady ke kondenzaci vodních par nedochází, a ani nepotřebují žádné větrací zařízení. Teplo na vytápění a ohřívání pitné vody zabezpečuje solární systém, k němuž se během zimy přidává kotel na biomasu doplněný teplovodním výměníkem a velkou akumulační nádrží. V domě je instalován stěnový plošný systém vytápění. Protažením konstrukce střechy je možné vytvořit zimní zahradu i produkční skleník.

Důležitým aspektem biosolárních domů jsou minimální náklady na provoz a údržbu. Tato technologie je také jednou z cest, jak se zodpovědně chovat k životnímu prostředí; při výstavbě domu jsou totiž použity jen přírodní a obnovitelné materiály, především dřevo. (Ukázky biosolárních staveb – obr. P4 v barevné příloze.)

Domy kryté zemí

Snížení nároků na vytápění můžeme dosáhnout také tím, že stavbu zaizolujeme silnou vrstvou zeminy. Earth-sheltered homes neboli domy zahrnuté zemí dosahují úspory 70–80 % nákladů na vytápění. Využívají toho, že půda uchovává teplo a v hlubších vrstvách má stabilní teplotu. Již v hloubce 2 metrů pod povrchem je v našich podmínkách teplota půdy po celý rok okolo 10 °C, proto je k vyhřátí domu skrytého pod zemí zapotřebí mnohem méně energie než u nadzemního domu. Obvykle jsou tyto domy kryty zemí ze severní strany a z boků, také na střeše je silná vrstva zeminy se zelenou střechou, zatímco jižní strana je prosklená a využívá sluneční energii. V České republice stojí největší skupina těchto domů v Jižním Chlumu u Zlína.

Pasivní využívání sluneční energie v budovách

V pasivním využívání sluneční energie hrají roli dva faktory: jednak slunce vyhřívá budovu okny, jednak by dům měl mít dostatečnou tepelněakumulační hmotu (termální masu), v níž se tepelná energie uchová.

Prosklené plochy z tohoto důvodu orientujeme na jih, východ a západ. Velké prosklené plochy orientované k jihu mohou působit letní přehřívání, zatímco v zimě při zatažené obloze mohou ztrácet příliš mnoho tepla. Proto se doporučuje, aby celková plocha oken nepřesáhla 25 % plochy fasády. Navíc pokud budou stěny a podlahy dostatečně akumulovat teplo, konstrukce se nebude v době, kdy svítí slunce, přehřívat a později zase rychle vychládat.

Většina odborníků navrhuje rozvrhnout okna tak, aby zasklená plocha nebyla větší než 8–12 % celkové plochy podlah v domě; z toho by optimálně 70–85 % mělo být ve stěně obrácené k jihu, 10–15 % ve stěně orientované na východ kvůli zachycení ranního slunce a jen 5–10 % na západní stěně, abychom se vyhnuli přehřívání v horkých odpolednech. Podrobné kalkulace přiměřených ploch oken se však pro různé oblasti liší.

Takto klesají solární zisky při odchylkách ploch od jižní orientace:

• 30 stupňů na západ nebo východ znamená ztrátu solárních zisků o 15 %,

• 40 stupňů znamená ztrátu 24 %,

• 60 stupňů znamená ztrátu 50 %.

Solární zisky z oken a skleníků

Jako sluneční okno se označuje takové okno, jehož zasklenou plochou se během jedné topné sezóny získá víc tepla přenosem sluneční energie, než se stejnou plochou ztratí. Jde tedy o přímý tepelný zisk. Také skleník přilehlý k domu nebo zimní zahrada musí sousedícímu prostoru v domě odevzdat během topné sezóny víc tepla, než kolik tepla předá naopak hlavní budova skleníku.

U skleníků a zimních zahrad se velká část získaného solárního tepla zase ztrácí, nevhodný návrh může způsobit tepelné ztráty a v létě hrozí přehřívání. Dobré fungování zde závisí na chování uživatelů (jak využívají stínění, větrání apod.). Při plánování skleníku počítáme s tím, že pokud v něm budou v zimě nízké teploty (2–5 °C) a hodláme tam pěstovat rostliny, bude třeba přitápět a celková energetická bilance bude neutrální (žádné solární zisky). Nevytápěná zimní zahrada bude obyvatelná zhruba po 40 % denních hodin v roce.

Skleníky u domů ovšem přispívají k tepelné izolaci stěn, ke kterým jsou přistavěny (mají funkci „nárazníků“). Stejně tak může stavba mít zasklené nárazníkové meziprostory, v nichž se nesnažíme vytvářet dobré podmínky pro pěstování rostlin. Výhodný je skleník přes dvě podlaží, kombinovaný s otevřeným schodištěm na severní straně domu, protože ohřátý vzduch ve skleníku proudí vzhůru a schodištěm pak klesá dolů.

Tepelné zisky ze slunečního záření můžeme zvýšit tím, že ve skleníku budou paprsky dopadat na tmavou zadní stěnu.

Lepší než přivádět vnější vzduch do interiéru přes skleník je zřídit přímý přívod vzduchu oknem ležícím mimo skleník. Větrací otvory skleníku by měly být ve spodní i v horní části kvůli dobrému proudění vzduchu. Výměnu vzduchu mezi skleníkem a interiérem můžeme nastavit automaticky, aby například průduchy zůstaly otevřené v zimě do 26 °C, v létě do 20 °C v interiéru.

Zimní zahrady se často používaly u solárních nízkoenergetických domů, kde se sluneční teplo využívalo k přitápění. U pasivních domů jsou zimní zahrady z energetického hlediska zbytečné. Pokud se pro zimní zahradu přesto rozhodneme, měla by být oddělena od izolační obálky budovy, a také by v letním období měla mít zajištěné dobré větrání a stínění. Zasklení je nutno provést z dvojskla, jinak bude docházet ke kondenzaci vody na vnitřní stěně.

Zimní a letní sluneční záření

V chladné zimě uvítáme, že nám slunce proniká do oken, v létě naopak. To se dá řešit pomocí přesahu střechy tak, aby do oken svítilo nízké zimní slunce, ale vysoké letní slunce nikoli (obr. 1.1). Přesné návody najdete v knihách a na internetových stránkách s tématem pasivního solárního designu. V zásadě počítáme s tím, že při letním slunovratu proudí sluneční paprsky v úhlu 62,5 stupně, při zimním slunovratu jen v úhlu 15,5 stupně a při rovnodennosti v úhlu 39 stupňů.

Obr. 1.1 Přesah střechy a sluneční záření v létě a v zimě. A – zimní slunovrat, B – rovnodennost, C – letní slunovrat

U metody regulace slunečního záření přesahem střechy může nastat problém s tím, že slunce je ve stejné výšce vždy v době rovnodennosti, ale zatímco v březnu bývá ještě chladno, v září je to naopak. Řešením je zastínit taková okna opadavým stromem nebo treláží s opadavou popínavkou, která v březnu ještě nebude mít listy, kdežto v září ano.

Pokud nemůžete nebo nechcete pracovat s přesahem střechy, můžete ke stínění využít žaluzie, markýzy a rolety. Efektivnější je stínění venku na fasádě než před okny v interiéru.

Termální masa

Materiály s vysokou schopností uchovávat teplo vyzařují teplo nashromážděné během dne po mnoho hodin a vyrovnávají tak výkyvy teplot. Tuto funkci dobře plní dlažba na podlahách a kamenné nebo cihlové stěny. Termální masa musí odpovídat množství tepla, které je v daných podmínkách k dispozici, protože jinak se dostatečně nezahřeje. V českých podmínkách se nejčastěji jedná o stavby zděné s betonovými stropy. U dřevostaveb tvoří termální masu hlína (masivní hliněné omítky, tradiční hliněné pece). Pokud v létě potřebujete vstřebávání tepla naopak snížit, pak můžete termální masu tam, kde na ni svítí slunce, překrýt materiály jako dřevo nebo textil, které tolik nedrží teplo.

Aktivní využívání sluneční energie

Sem patří zařízení, jejichž jedinou funkcí je zachycovat, akumulovat a dál odevzdávat teplo ze sluneční energie.

Kolektory

Kolektor má tmavou absorpční plochu, která tvoří absorbér. Tím protéká tepelný nosič, obvykle voda nebo vzduch, který dopraví teplo na místo využití. V jednoduché podobě to může být třeba stočená černá hadice.

Kolektory se vyrábějí z plastů nebo kovů, jejich účinnost zvýší zabudování do tepelně izolované vany zakryté sklem. Proudění teplonosného média se děje buď samotíží, nebo s pomocí malého čerpadla.

Pokud je tepelným nosičem kapalina, je třeba pro zimní provoz pořídit buď kolektory s náplní vody izolované vakuem, nebo kolektory s uzavřeným okruhem nemrznoucí chladicí kapaliny (glykolu). Protože tyto kolektory jsou poměrně nákladné, rozmyslíme si, zda v tomto období, kdy stejně slunce svítí málo, nebudeme raději využívat jiný zdroj tepla, například biomasu. Naopak v létě můžeme používat levné a konstrukčně jednoduché solární kolektory k ohřívání vody v bazénu, k ohřevu užitkové vody, případně k přitápění. Obvykle jsou tyto kolektory plastové.

Stěnové systémy získávající sluneční energii

Jde o prvek akumulující sluneční energii, zakrytý průsvitnou plochou. Teplo se odevzdává do vnitřního prostoru. Tradiční je Trombeho stěna (obr. 1.2). První stěny tohoto typu realizoval Felix Trombe ve francouzských Pyrenejích, šlo o černě natřené jižní stěny s předsazeným sklem. Ve slunečném horském klimatu činila úspora na vytápění až 60 %.

Obr. 1.2 Trombeho stěna – letní provoz

Konstrukce sluneční stěny:

• transparentní stěna (prosklení) předsazená o 15–18 cm před zásobníkovou stěnou,

• zásobníková stěna dostatečně masivní, s tmavým povrchem (vhodný materiál je hlína, cihla, beton nebo voda),

• ventilační otvory s regulačními klapkami, kterými proudí vzduch do mezery mezi oběma částmi,

• zařízení na stínění a odvádění tepla v letních měsících.

Tato stěna zastíní část jižní fasády domu a na rozdíl od skleníku má jedinou funkci – akumulaci tepla.

V zimě necháme ohřátý vzduch proudit do interiéru, v létě ventilační klapky uzavřeme a vzduchovou mezeru necháme otevřenou do exteriéru.

Energetický přínos Trombeho stěny (stejně jako ostatních typů zužitkování solární energie) je podmíněn stavem celé stavby, především vzduchotěsností a úrovní izolací, ale i typem topení – vhodné je nízkopotenciálové topení (podlahové nebo stěnové).

Jednoduchá konstrukce prosklení Trombeho stěny je vhodná spíše pro částečně nebo občas vytápěné objekty (rekreační chalupy, průmyslové objekty). Pro trvale vytápěné objekty a objekty dobře izolované je vhodnější řešení s izolačním dvojsklem před stěnou.

Vzduchová kolektorová stěna má obdobnou konstrukci, rozdíl je v tom, že ohřátý vzduch je kanálky odváděn do zásobníku uvnitř budovy a cirkuluje v uzavřeném systému.

Pro vylepšení tepelné bilance domu lze využít i vzduchové kolektory, které se umísťují na fasádu nebo na střechu domu. Teplovzdušné rozvody pak ohřátý vzduch vedou do interiéru, oběh vzduchu přitom zajišťuje ventilátor. Vhodná je i jejich kombinace s fotovoltaickým zdrojem elektřiny, který zajistí chod ventilátoru pro „distribuci“ ohřátého vzduchu. Tato zařízení jsou vhodná pro přitápění v přechodném období.

Také provětrávanou dvojitou fasádu lze pokládat za variantu vzduchového solárního kolektoru, kde je navíc v létě omezeno přehřívání.

Předsazené dvojité fasády

U velkých administrativních objektů jsou oblíbené celoskleněné fasády, které ale generují velké nároky stavby na vytápění a chlazení. Protože se jich architekti a stavebníci nechtějí vzdát, z hlediska udržitelnosti a energetické úspornosti je dobré volit dvojité fasády. Před fasádu je předsazen vnější skleněný obal a mezi ním a fasádou vzniká volný, dobře větratelný prostor. Tento obal chrání fasádu před znečištěním a nepříznivými vlivy počasí, v létě se zpod něj teplý vzduch odvádí, zatímco v zimě snižuje tepelné ztráty a pasivně využívá sluneční energii. Lze do něj také integrovat stínicí prvky.

Jak u stěnových systémů, tak u dvojitých fasád lze průsvitnou plochu zachycující paprsky slunce nahradit fotovoltaickými panely, jejichž zadní strana bude ochlazována proudícím vzduchem či kapalinou. Tak zvýšíme účinnost fotovoltaiky a současně získáme teplo.

Solární sušičky

Solární sušičky (obr. 1.3) pracují na jednoduchém principu: sluneční záření nahřívá černý absorpční plech, který ohřívá procházející vzduch. Ten stoupá komínovým efektem skrz síta, na kterých je ovoce, zelenina či bylinky, a nakonec sušičku opustí průduchy v její horní části.

Obr. 1.3 Solární sušička

V takovém zařízení se i při občasném slunečním svitu bylinky usuší za 1–2 dny, ovoce za 3–4 dny. V teplých a slunných dnech je třeba nechat vrchní průduch plně otevřený, aby se vzduch v sušičce nepřehříval až příliš.

Solární sušičku lze zhotovit z recyklovaného materiálu, například absorpční část ze starého okna a vlnitého plechu, který natřeme načerno. Sušicí část může tvořit stará skříňka, do které instalujeme síťky na sušení a ve vrchní části ponecháme větrací otvor. Shora překryjeme stříškou.

Solární trouby a vařiče

V principu existuje dvojí typ těchto zařízení: v solárních troubách se sluneční teplo zachycuje bez koncentrace slunečních paprsků, kdežto koncentrátorové kolektory soustřeďují sluneční záření na menší plochy pomocí čoček nebo zrcadel.

Solární trouba je v podstatě zaizolovaná bednička s proskleným víkem, která může být opatřena jedním nebo více zrcadly odrážejícími pod sklo další sluneční paprsky. V našem klimatu lze v takovém zařízení dosáhnout teploty 160 °C, která je dostatečná k vaření i pečení například chleba. Díky izolaci si solární trouba udržuje stálou teplotu, i když slunce na chvíli zmizí za oblaky, a její polohu vůči slunci stačí přizpůsobit jednou za hodinu. Pokrm se v ní nemůže spálit, takže ji nemusíme hlídat a během vaření se můžeme věnovat něčemu jinému.

Nejstarším a nejznámějším typem koncentrátorového kolektoru je parabolický koncentrátor (sluneční parabola). Toto zařízení si snadno vyrobíme ze staré satelitní antény, jejíž vnitřní stranu polepíme pásky samolepicí zrcadlové tapety. Do jejího ohniska pak umístíme nádobu s vodou nebo něčím jiným, co chceme uvařit. Další varianty, které jsou v prodeji, využívají zrcadla tvořící „křídla“ nad tubusem obsahujícím vařený pokrm. Nevýhodou všech těchto vařičů je, že se musí často, zhruba každých 15 minut, natáčet ke slunci. Výhodou naopak je, že dokážou za velice krátkou dobu vyvinout teploty přesahující 200 °C; tím však mohou být i rizikové, pokud po zahradě běhají děti nebo zvířata. Jídlo z paraboly může být i grilované nebo křupavé, pokud se neuzavře v hrnci, ale pozor – pokrm se velice snadno připálí.

1.1.3 Izolace

Nejlepším způsobem, jak ušetřit energii, je vůbec ji nespotřebovat. Stavby se tedy snažíme co nejefektivněji izolovat a zabraňovat únikům tepla.

Izolační vlastnosti materiálů a obálek budov

Důležitou veličinou, kterou budeme sledovat, je součinitel tepelné vodivosti lambda (λ). Tato hodnota vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo, a to ze zahřátých částí konstrukce do chladnějších. Udává se ve wattech na metr krát kelvin (W/m.K). Další související veličinou, která hraje klíčovou roli u obalových konstrukcí, je součinitel prostupu tepla (nebo jen prostup tepla) U, udávající, kolik wattů tepla projde metrem čtverečním obalové konstrukce (stěny, podlahy…) při teplotním rozdílu jeden kelvin (W/m^2.K). Potřebné hodnoty můžeme vyhledat v normě ČSN EN ISO 10 456, nebo je udávají výrobci. Jde o takzvané deklarované hodnoty, které se mohou posouvat se změnami vlhkosti a teploty. Pro představu: čím nižší je hodnota λ, tím lépe materiál izoluje, například u polystyrenu je to při 20 °C 0,035, u vzduchu dokonce 0,026, u různých typů dřeva 0,180–0,410, u betonu ze škváry 0,520–1,010, u hutného betonu 1,230–1,360. Podrobné tabulky naleznete na různých stavebních serverech, například na https://stavba.tzb-info.cz.

Nejlepší tepelné vodiče jsou kovy, sklo, kámen, beton a další. Tyto materiály se ve stavitelství využívají i jako akumulátory tepla.

Nejlepší izolační vlastnosti z běžně využívaných hmot má vzduch, pokud ovšem zabráníme jeho pohybu. V minulosti se uchovávaly velké bloky ledu přes celé léto v budovách se dvěma i třemi kamennými stěnami, oddělenými vzduchovými mezerami. Také nahoře nad stropem byla instalována i dvoumetrová vrstva izolace ze suchých pilin.

Ještě lépe než vzduch izoluje vzduchoprázdno (vakuum), které ale vyžaduje úplnou vzduchotěsnost, což je v praxi technologicky náročné, a proto se využívá zřídka.

Izolačního potenciálu vzduchu využívají materiály obsahující vzduchové bubliny. Čím jsou tyto bublinky menší a uzavřenější, tím méně tepla si vzájemně předávají, a fungují proto jako lepší tepelný izolant. Velmi dobré izolační vlastnosti polystyrenu nebo polyuretanové (PUR) pěny jsou dány tím, že v těchto materiálech jsou vzduchové bublinky uzavřené, takže si nemohou předávat teplo prouděním, navíc je obsah vzduchu vysoký, například u polystyrenu 98 %.

V materiálech s většími vzduchovými bublinami si vzduch teplo předává. Například duté pálené cihly mají dle údajů výrobců v ideálních podmínkách dobré tepelněizolační vlastnosti, ale při velkých rozdílech teplot, například při třicetistupňovém rozdílu mezi vnitřním a vnějším prostředím, dochází v cihlách k takzvané konvekci, tedy k proudění vzduchu, který si rychle předává teplo či chlad. Tím se celková tepelněizolační schopnost cihel v zimním období zhoršuje. Novější typy dutých cihel jsou vyplněné izolačním materiálem, který zlepšuje jejich tepelněizolační vlastnosti v zimním období.

Hodnota průvzdušnosti obálky budovy udává, jak rychle se v interiérech vyměňuje vzduch. Měří se takzvaným blower door testem. Například hodnota průvzdušnosti n_50 = 4,5 znamená, že při podtlaku nebo přetlaku 50 Pa – ten odpovídá silnému větru – se vzduch v interiéru za hodinu vymění 4,5krát. Výsledky tohoto testu u pasivního domu nesmějí přesáhnout hodnotu n_50 = 0,6. Z toho plyne požadavek instalace větracího systému s rekuperací tepla do těchto domů.

Nadměrně velké skleněné plochy mohou být v našem klimatu energeticky nevýhodné, protože okny v zimě víc tepla uniká, než prochází dovnitř v podobě slunečních paprsků. Jejich tepelné ztráty jsou proti plochám stěn několikanásobné.

Kondenzace vzdušné vlhkosti ve stavbách

Jak jsme si již vysvětlili v kapitole 1.1.1, teplý vzduch pojme mnohem víc vodní páry než vzduch studený a vzduch v interiéru bude prakticky vždy obsahovat víc vlhkosti než vzduch venkovní. V místě styku teplého vzduchu s chladným povrchem konstrukce domu dochází ke kondenzaci vodních par. Přidáme-li například k cihlové zdi vnější vrstvu izolace, celou zeď posuneme do teplé zóny, čímž kondenzaci vyloučíme. Mokré materiály mají vždy horší izolační vlastnosti než suché, naší snahou tedy bude dosáhnout dobré difuze vodních par směrem ven, čili difuzní otevřenosti obálky domu.

Důležité je, aby se voda z konstrukce odpařila přes léto. Hlavně u dřevostaveb nastávají problémy s tím, že se kondenzát vypařuje nedostatečně, například při použití panelů z OSB desek vyplněných polystyrenem. Proto je třeba znát difuzní odpor použitých materiálů, to jest jakou měrou budou odvádět vlhkost.

Kdyby byla na vnitřním povrchu zdi dokonalá parozábrana (parotěsná fólie), do zdi by žádná vlhkost nepronikla. To je ale nerealizovatelné, a tak se používají takzvané parobrzdy a ponechává se určité „dýchání“ stěn. Jako parobrzda funguje zdivo, u dřevostaveb desky OSB nebo Tetra-K, u přírodních staveb se tento problém řeší jinak – hliněné omítky napomáhají transportu vhlkosti ven vzlínáním a odparem.

Vodní pára proniká do konstrukcí nejčastěji drobnými netěsnostmi (škvírami). Přírodní izolace (celulóza, sláma) dokáže vlhkost odvádět dál a vyrovnávat ji, naopak polystyren nebo minerální vata tuto schopnost nemají.

Kvůli větší difuzní otevřenosti by vnější hliněné omítky měly mít větší podíl písku.

Jaké izolace zvolit?

Pokud chceme vybrat environmentálně příznivé materiály, je třeba vždy brát v úvahu jejich celý životní cyklus – jaká uhlíková stopa vzniká při výrobě materiálu (u polystyrenu je vysoká, naopak sláma má zápornou uhlíkovou stopu, protože v sobě uhlík váže), dále jak daleko se materiál dopravoval a konečně jakým způsobem se bude likvidovat. Pokud celý životní cyklus nějakého izolačního materiálu spotřebuje více energie a vyprodukuje více uhlíku, než tento materiál ušetří energie na vytápění domu, rozhodně ho nemůžeme považovat za ekologický.

Velmi zhruba se dá říci, že pro nízkoenergetický dům bude třeba síla izolace (z jakéhokoli materiálu) zhruba 20–30 cm, pro pasivní dům 30–40 cm, ovšem v závislosti na volbě materiálů. Další zvyšování tloušťky izolace už není rentabilní.

Univerzálně nejvhodnější izolační materiál neexistuje, vždy záleží na konkrétním místě v konstrukci, na vlhkostních poměrech, potřebných tepelněizolačních vlastnostech a na udržení difuzní otevřenosti obálky domu.

V základech zděné stavby lze nahradit extrudovaný polystyren pěnovým sklem. U dřevostaveb s větranou mezerou pod podlahou můžeme v podlahách použít jakoukoli tepelnou izolaci – slámu, celulózu, dřevovláknité desky. Stěny i střechu lze izolovat prakticky jakýmkoli přírodním materiálem. Například vnější opláštění mohou tvořit dřevovláknité desky, v interiéru využijeme v instalační mezeře před parobrzdnou vrstvou izolaci, která dokáže pohlcovat vlhkost a bude spolupůsobit s hliněnými omítkami. Pro zaizolování detailů konstrukce, jako soklů, ostění a podobně, je výhodnější využít syntetické materiály, pokud tím zaručíme kvalitní provedení a vyšší životnost.

Vážení čtenáři, právě jste dočetli ukázku z knihy Encyklopedie soběstačnosti pro 21. století.
Pokud se Vám líbila, celou knihu si můžete zakoupit v našem e-shopu.