E2VENT – nový způsob rekonstrukce budov

Evropská unie usilovně pracuje na zvýšení počtu energeticky úsporných budov, na strategii udržitelného rozvoje a nákladově úsporných řešeních v rámci programu Horizont 2020, a to zejména ve stavebnictví. To otvírá možnosti vědcům, výzkumníkům, technologům a inženýrům, aby přišli s něčím novým a objevili něco průlomového. Jedním z takových projektů je právě řešení E2VENT – energeticky úsporné odvětrávané fasády, které se spolehlivě přizpůsobí každému plášti budovy a zajistí tepelnou výměnu během celého roku.

Systém se zaměřuje především na modernizaci budov postavených v druhé polovině minulého století. Takové budovy se nacházejí po celé Evropě a vyznačují se především velmi slabými izolačními schopnostmi a špatnou kvalitou vnitřního ovzduší. Systém tedy bude jakousi náplastí pro tyto domy a výrazně zlepší nejen jejich energetickou účinnost, ale i kvalitu vnitřního prostředí a estetiku. To vše povede nejen ke zvýšení hodnoty budovy, ale i k výraznému snížení primárních nákladů na energie, a tím i ke snížení emisí oxidu uhličitého.

Projekt je veden pod záštitou Evropské komise a koordinován společností NOBATEK se zapojením partnerů TECNALIA Research & Innovation, ACCIONA Construcción, Aristotle University of Thessaloniki, The European Aluminium Association, Fundación Cartif, Hellenic Aluminium Industry ELVAL COLOUR, Rina Consulting, Fénix TNT, Universidad de Burgos, Przedsiębiorstwo Robót Elewacyjnych Fasada Sp., Pich Aguilera Architects a The University of Hull. Celkem tedy na projektu pracuje třináct partnerů z osmi evropských zemí.

O technologii

E2VENT představuje nový adaptabilní systém odvětrávané fasády. Díky tomu dochází ke zlepšení tepelné odolnosti a efektivní výměny vzduchu přes obvodový plášť budovy. Fasáda dále obsahuje větrací jednotku s rekuperačním výměníkem a zásobníkem tepla pro dosažení požadované kvality vnitřního ovzduší. E2VENT spolehlivě nahradí velké trubní systémy, které se sice starají o cirkulaci vzduchu po celé budově, ale zbytečně zabírají uvnitř prostor. E2VENT tedy pomocí malých rekuperačních jednotek umístěných ve fasádním systému šetří místo, ale hlavně umožňuje zpětné získávání tepla z odvětrávaného vzduchu přesně tam, kde je potřeba. Vlastnosti se dají přizpůsobit potřebám konkrétního domu, a díky tomu může být systém E2VENT použit pro všechny typy obvodových plášťů v různých klimatických podmínkách. Komponenty navíc budou lehce dostupné, takže si bude moci koncový uživatel sestavit zařízení na míru.

Soustava E2VENT obsahuje:

• vestavěné modulární rekuperační jednotky (Smart Modular Heat Recovery Unit – SMHRU), které zlepšují kvalitu vnitřního ovzduší a zároveň minimalizují tepelné ztráty,
• latentní tepelný zásobník (Latent Heat Thermal Energy Storage – LHTES) založený na materiálech schopných fázové přeměny, které umožňují skladování tepla pro špičkovou úsporu energie na vytápění či chlazení,
• inteligentní řídicí systém (BEM), který kontroluje provoz v reálném čase tak, aby dosahoval optimálních výsledků,
• efektivní kotevní systém, který omezuje tepelné mosty a umožňuje snadnou a trvalou instalaci.

Obr. 1: Koncept E2VENT, zleva opláštění, vzduchová dutina s rekuperační jednotkou (SMHRU), izolace, vnější stěna

Inovativní odvětraná fasáda bude mít architektonicky navržený design a bude obsahovat perforované kovové profily. Tepelné ztráty, které mohou vznikat v oblasti ukotvení, budou minimalizovány za pomocí tepelných bariér. Vlastní jednotky budou schovány uvnitř fasádních dutin.

Jak vestavěné rekuperační jednotky pracují

Hlavním materiálem pro výrobu tepelného výměníku je hliník, který byl vybrán díky své nízké hmotnosti a dobré tepelné vodivosti. Rekuperační jednotka (SMHRU) je navržena tak, aby v zimě předehřívala čerstvý vzduch přiváděný do místnosti a v létě ho naopak ochlazovala. Kromě běžných zimních a letních režimů umožňuje také režim ukládání tepla a volného chlazení. Jednotka je modulární, což umožňuje provoz v sérii nebo paralelně, v závislosti na požadavcích na vytápění a chlazení jednotlivých částí budovy.

Normální zimní režim

Za klasických zimních podmínek je vzduch uvnitř budovy daleko teplejší než v exteriéru. Proto je potřeba čerstvý studený vzduch před přivedením do interiéru předehřát. Aby nedocházelo ke zbytečným tepelným ztrátám, je k předehřátí přiváděného vzduchu využito přebytečné teplo ze vzduchu, který se z vnitřního prostředí již odvádí.

Normální letní režim

Cílem tohoto režimu je naopak udržení chladnějšího prostředí v interiéru. Teplý vzduch, který se do budovy z vnějšího prostředí přivádí, je prostřednictvím výměny tepla ochlazen od studenějšího vzduchu z interiéru.

Obr. 2: Počátek instalace systému

Obr. 3 a 4: Sestavování rekuperační jednotky a její instalace na fasádu

Jak pracuje tepelný zásobník

Další nedílnou součástí bude latentní akumulátor tepelné energie (LHTES). Systém obsahuje materiál schopný fázové přeměny – Phase Change Material (PCM). Tyto látky pracují na principu akumulace nebo uvolňování fyzikálního tepla. Změnou skupenství materiál teplo pojme a následně při reverzním fázovém přechodu uvolní. Přebytečné teplo je přes den ukládáno a v noci podle potřeb uvolňováno, aby byl zmírněn teplotní rozdíl ve dne a v noci a uvnitř budovy byla udržována tepelná pohoda v rámci doporučeného rozmezí.

Inteligentní systém řízení fasády bude v reálném čase řídit veškeré operace a spolupracovat s již existujícím systémem řízení budov a domácností, aby bylo dosaženo optimální energetické účinnosti, snížily se veškeré základní energetické potřeby a byla zajištěna co nejkratší doba návratnosti investice.

Ukázka v praxi

Instalace systému E2VENT byla již provedena na fasádě zkušebního pracoviště nacházejícího se v Angletu, ve Francii. Zkušební pracoviště patří společnosti Nobatek, která je zodpovědná za prvotní měření. Fasáda umožnila instalaci systému o výšce 2,6 m a šířce 2,7 m náležící k místnosti, která je plně vybavena větracími a měřicími systémy. To umožňuje posoudit energetickou náročnost systémů v přidružené zóně. Další identická buňka byla renovována se zateplovacím systémem ETICS a slouží jako referenční případ k porovnání.

Pro finální ověření funkčnosti systému E2VENT budou technologie začleněny do dvou různých ukázkových staveb v různých klimatických podmínkách v rámci Evropy (kontinentální a oceánské). První pilotní budova se nachází v Burgosu ve Španělsku. Jedná se o skupinu několika obytných bloků z roku 1880, původně sloužily jako vojenská nemocnice. Dnes jsou univerzitou využívány ke vzdělávacím účelům. Druhá z pilotních staveb se nachází v polském Gdaňsku, jedná se o vícepatrovou obytnou budovu z roku 1950.

Sledování pilotních budov bude probíhat jeden rok ještě před instalací systému E2VENT a pak jeden rok po instalaci. Sledování bude zahrnovat měření energetické náročnosti, spotřeby elektrické energie a plynu, kvality vnitřního ovzduší a záznam vnějších podmínek. Následné porovnání jednotlivých měření před instalací systému a po ní je klíčové k uřčení úspory energie a k určení kvalitativního zlepšení ovzduší uvnitř budov.

Obr. 7: Rekuperační jednotka a tepelný zásobník na stěně zkušebního pracoviště

Obr. 5, 6: Instalace tepelného zásobníku

Návody, nástroj pro plánování a navrhování

V rámci projektu vznikne také nástroj pro plánování a navrhování, který bude patřit majiteli či nájemci budovy. Bude poskytovat základní informace o požadovaných prvcích pro konkrétní budovu, např. počet jednotek nebo úrovně izolace, což dává první představu o konfiguraci a cenách systému.

Nástroj určený pro architekty a inženýry bude podporovat návrh řešení E2VENT pro jakkoliv specifickou budovu. Návod pro rekonstrukci bude zahrnovat informace týkající se instalace, použití a údržby systému včetně pokynů pro návrhový proces využívající vzniklý nástroj.

Dopad projektu

Podle pracovního programu by navrhované řešení pro rekonstrukci budov mělo vést k významným úsporám energie a ke snižování emisí CO₂ ve srovnání se současným stavem a s návratností maximálně sedm let. Projekt vyvíjí kompaktní řešení v oblasti modernizace budov s celkovým cílem snížit potřebu energie na 50 kWh/m²·rok. E2VENT představuje pro Evropu efektivní řešení při modernizaci, a to díky svému zacílení na univerzálnost řešení a použitelnost v různých klimatických podmínkách. E2VENT přispěje ke třem cílům v oblasti změny klimatu a energetiky (strategie Horizont 2020): emise skleníkových plynů o 20 % nižší než v roce 1990, využívání 20 % energie z obnovitelných zdrojů a 20 % zvýšení energetické účinnosti obecně. Prognóza zacílená na celkový trh (trh s budovami) předpovídá, že by se mělo v příštích pěti letech poskytnout přibližně 545 miliard eur ročně pro obnovu stávajících budov, z toho přibližně 65 % by mělo spadat právě na obytné budovy. Přijetí navrhovaného E2VENT řešení na trh, který cílí na dodatečnou montáž energeticky úsporných řešení, by mělo tedy mít za následek významné ekonomické úspory.