Založení pasivního domu v ekonomických souvislostech

2012
Ing. Roman Pavelka

Volba způsobu založení je  u výstavby pasivního rodinného domu velmi důležitým momentem nejen z pohledu statiky, ale také z pohledu výsledné energetické náročnosti domu. Nejčastějším způsobem založení pasivního rodinného domu je v současnosti založení na betonových pasech se zateplením podlahy v ploše a s eliminací vzniklého tepelného mostu v místě detailu soklu pomocí přídavné svislé okrajové izolace.

V poslední době se však stále častěji objevují alternativní realizace založení pasivního rodinného domu na terénu. Jedná se hlavně o založení na drceném pěnoskle, případně na deskách XPS a založení na pilotách s větranou vzduchovou vrstvou pod podlahou. Nejčastějším argumentem pro volbu některého z těchto alternativních způsobů založení je eliminace výše zmiňovaného tepelného mostu „u soklu“, který vzniká při standardním způsobu založení domu na betonových pasech. Alternativní metody založení budou posouzeny i z ekonomického hlediska.

1. Klasický způsob založení

V první části článku jsou uvedeny výsledky výpočtového hodnocení klasického způsobu založení na betonových obvodových pasech se svislou okrajovou izolací. Výpočet byl proveden v programu AREA na modelu jednoduchého rodinného domu v pasivním standardu (podrobněji viz tab. 01) postupem dle ČSN EN ISO 13370 Tepelné chování budov – Tepelnětechnický návrh základů pro zabránění pohybům způsobených mrazem. Výsledný součinitel prostupu tepla mezi interiérem a exteriérem je U = 0,127 W/(m².K).

Tab. 01 – Okrajové podmínky pro výpočetní posouzení jednotlivých variant založení modelu RD

Půdorys	12 m × 8 m
Obvodové stěny	VPC tl. 175 mm, EPS 70F 300 mm; U = 0,14 W/(m2.K)
Podlaha na terénu	EPS 100S tl. 200 mm, betonová mazanina 85 mm; U = 0,18 W/(m2.K)
Svislá okrajová izolace u základu	XPS tl. 200 (85 cm pod terén)
Zemina	součinitel tepelné vodivosti λ = 2,0 W/(m.K) podle tab. 1 ČSN EN ISO 13 370 (písky a štěrky)

 

Na grafickém výstupu modelu tepelných toků detailem (obr. 01a) je patrný zvýšený tepelný tok do zeminy přes obvodovou stěnu a betonový základ – vzniká výrazný tepelný most, který se projeví ohříváním zeminy pod základem. Nulová izoterma nezasahuje do konstrukce základu (obr 01b).

Legenda:
1 zemina
2 betonové konstrukce
3 EPS 100
4 betonová mazanina
5 vápenopískové zdivo
6 extrudovaný polystyren
7 EPS 70 F

Obr. 01a – Klasické založení – tepelné toky

Obr. 01b – Klasické založení – teplotní pole a průběh nulové izotermy

Pro zmírnění vlivu tepelného mostu klasického založení stavby je možno použít tepelněizolační blok umístěný pod patu obvodového zdiva. Pro tento účel je možné použít např. speciální tvarovku z lehčeného betonu vyplněného tvrzeným polystyrenem nebo blok pěnoskla.

Na obr. 02a jsou znázorněny tepelné toky detailem s tepelněizolační tvarovkou (materiál tvarovky má následující součinitele tepelné vodivosti: λ_y = 0,266 W/(m.K), λ_x = 0,088 W/(m.K)), průběh nulové izotermy této varianty založení je na obr. 02b. Z výsledků je patrné snížení tepelného toku detailem. Vložením tvarovky je však tepelný most pouze snížen, nikoliv eliminován. Vícenáklady za tvarovky však stavbu nezanedbatelně prodraží. Z tohoto důvodu je vhodné se zabývat dále uvedenými alternativními způsoby založení pasivního domu, které již ve své konstrukční podstatě tento tepelný most eliminují.

Legenda:
1 zemina
2 betonové konstrukce
3 EPS 100
4 betonová mazanina
5 tepelněizolační tvarovka
6 vápenopískové zdivo
7 extrudovaný polystyren
8 EPS 70 F

Obr. 02a – Klasické založení s přerušením tepelného mostu v patě zdiva – tepelné toky

Obr. 02b – Klasické založení s přerušením tepelného mostu v patě zdiva – teplotní pole a průběh nulové izotermy

2. Alternativní metody založení

Základ domu bude posouzen v následujících variantách založení:

• založení na souvislé vrstvě extrudovaného polystyrenu;
• založení na hutněné vrstvě pěnoskla;
• založení ne betonových pilířcích.

Varianty založení budou v závěru článku porovnány z hlediska realizačních nákladů. Pro sestavení rozpočtu bude použit modelový rodinný dům popsaný v tab. 01. Aby byly realizační náklady vzájemně porovnatelné, bude konstrukční řešení v každé variantě navrženo tak, aby celková tepelná propustnost charakteristického výřezu základové konstrukce odpovídala celkové propustnosti detailu klasického založení s tepelněizolačním blokem v patě zdiva (obr. 02a, 02b), tzn. L = 0,848 W/(m.K).

2.1. Založení na souvislé vrstvě extrudovaného polystyrenu

Založení domu v této variantě spočívá v provedení rovinné vrstvy z uválcovaného štěrku, případně z betonové mazaniny, na kterou je položena souvislá vrstva XPS (λ = 0,04 W/(m.K)). Pro náš výpočtový model byla navržena skladba základu (od interiéru):

• ŽB deska 300 mm;
• vana z XPS;
  • v ploše 200 mm,
  • po okraji pod terénem 250 mm,
  • po okraji nad terénem 150 mm.

Dimenzování tloušťek tepelných izolací odpovídá celkové propustnosti detailu klasického založení s přerušeným tepelným mostem jak je uvedeno výše. Grafické vyjádření tepelných toků je na obr. 03a, průběh nulové izotermy na obr. 03b. Tepelné toky jsou rovnoměrně rozloženy v konstrukci, bez výraznějšího tepelného mostu, nulová izoterma se posunula k patě základu, protože zemina není tolik prohřívána konstrukcí základu, jako ve výchozí variantě.

Legenda:
1 zemina
2 extrudovaný polystyren
3 železobetonová deska
4 vápenopískové zdivo
5 EPS 70 F

Obr. 03a – Založení na XPS – tepelné toky

Obr. 03b – Založení na XPS – teplotní pole a průběh nulové izotermy

2.2. Založení na hutněné vrstvě pěnoskla

Princip založení na zhutněné vrstvě pěnoskla je obdobný jako ve variantě 2.1. Rozdílný je materiál tepelněizolační vrstvy. V této variantě je namísto XPS použito drceného granulátu z pěnoskla (λ = 0,06 W/(m.K)). Při zakládání v podmínkách nepropustných zemin, je nutné např. drenážním systémem zajistit odvodnění základové spáry (obr. 04), tak aby se voda nehromadila ve vrstvě pěnoskla. Založení může být provedeno dvěma způsoby: založením do jámy nebo založením do plochy.

Obr. 04 – Vyústění drenážní hadice do kontrolní šachtice drenážního systému v podmínkách zakládání na hutněné vrstvě pěnoskla

A – Založení do jámy

V této variantě je provedeno po okrajích stavební jámy bednění z XPS a do vnitřního prostoru je uložen násyp pěnoskla a železobetonová deska. Pro dosažení výše uvedené celkové tepelné propustnosti detailem byla zvolena tloušťka násypu z pěnoskla 330 mm (obr. 05). Na tuto vrstvu bude provedena železobetonová deska tl. 300 mm (obr. 06).

zdroj: Kalksandstein CZ s.r.o. Obr. 05 – Pokládka drceného pěnoskla do vybedněné stavební jámy

zdroj: Kalksandstein CZ s.r.o. Obr. 06 – Kari síť položená na zhutněném pěnoskle před betonáží ŽB desky

Vrstva XPS bude po obvodu objektu provedena v tl. 150 mm. V ekonomickém hodnocení této varianty je navýšena spotřeba granulátu z pěnoskla o 25 % z důvodu hutnění. Grafické vyjádření tepelných toků varianty A je na obr. 07a. Tepelný tok je rovnoměrně rozložený v detailu založení, nevyskytuje se žádný systematický tepelný most. Nulová izoterma se posunula k základové spáře viz obr. 07b, nedosahuje však pod základ.

Legenda:
1 zemina
2 násyp pěnoskla
3 železobetonová deska
4 vápenopískové zdivo
5 extrudovaný polystyren
6 EPS 70 F

Obr. 07a – Založení domu na vrstvě pěnoskla (založení do jámy) – tepelné toky

Obr. 07b – Založení domu na vrstvě pěnoskla (založení do jámy) – teplotní pole a průběh nulové izotermy

B – Založení do plochy

Varianta 2.B spočívá v provedení vrstvy pěnoskla s přesahem cca 1 m po obvodu domu. Na zhutěnou vrstvu pěnoskla je provedena železobetonová deska, která je dodatečně opatřena svislou okrajovou izolací z XPS. I v této variantě je ve výpočtu tepelných toků uvažováno se stejným dimenzováním tloušťek tepelněizolačních vrstev jako ve variantě A. Tedy násyp z pěnoskla 330 mm, železobetonová deska tl. 300 mm, vrstva XPS po obvodu objektu v tl. 150 mm. Rozdíl ve variantách A a B je pouze v plošném rozložení pěnoskla a v množství použitého XPS. Na obr. 08 a 09 je ukázka realizace pěnoskla do plochy, v rozích stavební jámy jsou vyvedeny kontrolní šachtice drenážního systému. 

Obr. 08 – Pokládka drceného pěnoskla do výkopu stavební jámy

Obr. 09 – Hutnění vrstvy pěnoskla, v rozích stavební jámy kontrolní šachtice drenážního systému

Grafické vyjádření tepelných toků varianty B je na obr. 10a, průběh nulové izotermy na obr. 10b. Tepelné toky jsou opět rovnoměrně rozloženy, nulová izoterma nezasahuje pod základ.

Legenda:
1 zemina
2 násyp pěnoskla
3 železobetonová deska
4 vápenopískové zdivo
5 extrudovaný polystyren
6 EPS 70 F

Obr. 10a – Založení domu na vrstvě pěnoskla (založení do plochy) – tepelné toky

Obr. 10b – Založení domu na vrstvě pěnoskla (založení do plochy) – teplotní pole a průběh nulové izotermy

2.3. Založení na betonových pilířích Pro zastavěnou plochu modelového domu byl předpokládán celkový počet 44 železobetonových pilířků provedených v pravidelném rastru (obr. 11, 12). Na těchto patkách je provedena skladba (od interiéru): betonová roznášecí deska 85 mm; separační vrstva PE fólie; tepelná izolace EPS 100 S Stabil 100 mm; záklop z OSB 22 mm; dřevěný křížový nosný rošt vyplněný minerálními vlákny 240 mm; difuzně propustná fólie; dřevěné podbití 24 mm; větraná vzduchová vrstva; terén. Takto provedená skladba podlahy nad větranou vzduchovou vrstvou bude opět svou tepelnou ztrátou odpovídat variantám založení uvedeným v předchozích kapitolách. Tepelné ztráty podlahou, založenou na pilotkách musí být počítány odlišnou metodikou než tepelné ztráty podlahami, které jsou v přímém kontaktu se zeminou. Proto neuvádíme grafické výstupy z programu AREA. Základová spára pod pilířky není vůbec ovlivňována prostupem tepla konstrukcí základu. 3. Ekonomické hodnocení Pro jednotlivé varianty založení byly vypracovány položkové rozpočty, které jsou shrnuty v tab. 02. Součástí rozpočtových nákladů byly vždy zemní práce, provedení tepelněizolačních vrstev, nosné konstrukce a podlahové roznášecí desky. Z porovnání je patrné, že alternativní způsoby založení, (varianty 2.1., 2.2., 2.3.,) kterými je eliminován tepelný most přechodu svislé nosné konstrukce na základový pas, mohou být v porovnání s klasickým založením, případně doplněným o tepelněizolační tvarovku v první vrstvě zdiva, výrazně výhodnější i z pohledu finančních nákladů. Jestliže byla výchozí varianta klasického založení uvažována z pohledu nákladů jako 100 %, může být v případě alternativního způsobu založení dosáhnuto až 20 % úspory nákladů.

Obr. 11 – Pohled na RD založený na betonových pilířcích Obr. 12 – Detail podlahy založené na betonových pilířcích

Tab. 02 – Ekonomické hodnocení nákladů různých variant založení

Varianta založení	Náklady [Kč]	Náklady na 1 m2 [Kč]	%
Klasické založení	372 225	3 877	100%
Klasické založení s tepelneizolační tvarovkou v první šáře zdiva	442 269	4 607	119%
Varianta 1. – Založení na XPS	305 279	3 180	82%
Varianta 2.A – Založení na pěnoskle (do jámy)	330 279	3 440	89%
Varianta 2.B – Založení na pěnoskle (do plochy)	345 949	3 604	93%
Varianta 3. – Založení na pilířcích (se vzduchovou vrstvou)	298 656	3 111	80%

4. Závěr

Volba způsobu založení nepodsklepeného rodinného pasivního domu závisí na velkém množství parametrů. Rozhodující jsou základové poměry v dané lokalitě a zvolený konstrukční systém domu. Cílem článku bylo poukázat na způsoby založení rodinného domu také z hlediska tepelných ztrát a výše nákladů na realizaci a upozornit na problematiku namrzání zeminy.