OSNOVNI KRITERIJI ZA NAČRTOVANJE PASIVNE HIŠE

 

Na osnovi vse večjih ekoloških problemov, ki jih povzroča uporaba fosilnih goriv (nafta, zemeljski plin), ter tudi vse višje njihove cene, postaja zamisel o gradnji pasivne hiše vse bolj realna.

S pojmom »pasivna hiša« (PH) označujemo zgradbe, v katerih bomo dosegli pozimi in poleti ugodno počutje brez običajnih ogrevalni in hladilnih naprav.

Pasivne hiše porabijo za ogrevanje več kot 85 % manj energije kot hiše grajene na klasični način. Pogoj za doseganje takšne porabe, ki znaša letno manj kot 15 kWh na kvadratni meter ogrevane površine, je primerna toplotna izolacija in kontrolirano prezračevanje z rekuperacijo toplote. Pomembni so tudi notranji viri - dobitki energije: sonce, oddajanje toplote oseb, ki bivajo v hiši in oddajanje toplote električnih naprav.

V primeru, da imamo ničelno rabo energije za ogrevanje govorimo o nični hiši (zero heating energy hause). Če pa proizvedemo z vgrajenimi PV sistemi - fotovoltaičnimi moduli več električne energije kot jo porabimo (višek oddamo v omrežje) govorimo o plus energijski hiši (zero energy hause).

 

1. Kaj upoštevamo pri načrtovanju PH ?

 

Pri načrtovanju pasivnih hiš upoštevamo določene nizkoenergijske standarde. Te standarde dosežemo z različnimi izvedbami stavb, instalacij v njej, formami in materiali.

Načrtovanje pasivne hiše vključuje pasivne in aktivne ukrepe. Pasivni sistemi obsegajo predvsem izrabo naravnih danosti okolja (teren, osenčenost, meteorološke posebnosti ipd) in primerno arhitekturno zasnovo (oblika zgradbe, optimalna debelina toplotne izolacije, vgradnja energijsko učinkovitih oken itd). Na ta način dosežemo približno 4 krat manjšo porabe energije za ogrevanje kot pri zgradbah, grajenih po veljavnih predpisih. To pomeni, da pri pasivni hiši znaša letna raba energije za ogrevanje manj kot 15 kWh/m2a. Pri tem ostanek potrebne toplote pokrijemo z energijo izrabljenega toplega zraka v prostoru (rekuperacija toplote), slika 2.

 

Z vgradnjo aktivnih solarnih sistemov (sprejemniki sončne energije, fotovoltaika - sončni moduli) zmanjšamo odvisnost objekta od javnega energetskega sistema.

 

1.1. Kriteriji za načrtovanje pasivnih hiš

 

a. Raba energije, toplotne izgube, menjava zraka

 

Pri načrtovanju PH je potrebno upoštevati sledeče kriterije:

 

ü        letna rabe energije za ogrevanje ≤ 15 kWh/m2a,

ü        skupna raba primarne energija (topla voda, hišna elek.energija) ≤120 kWh/m2a),

ü        toplotne izgube ≤ 10 W/m2,

ü        menjava zraka n 50 ≤ 0,6 h-1.

 

Za manjšo porabo energije pri ogrevanju moramo zmanjšati toplotne izgube oziroma prenos energije od znotraj navzven. Pri tem ne smemo vplivati na bivalno ugodje v prostoru, ki je odvisno od sestave in temperature zraka v prostoru ter površinskih temperatur sten tal in oken (slika 1a in 1 b).

 

 

 

Za dosego bivalnega ugodja je ena od možnosti izboljšanje toplotne izolacije gradbenih elementov kot so zunanje stene, strehe in okna. Bivalno ugodje lahko dosežemo pri višjih površinskih temperaturah tudi pri relativno nizki temperaturi zraka.Torej velja, da boljša kot je izolacija, toliko višja je ob isti temperaturi površinska temperatura na notranji strani. Prav tako smo z dobro izolacijo prihranili energijo pri ogrevanju. V tabeli št.2 je prikazano enako bivalno ugodje pri zunanji temperaturi - 10°C.

 

Tabela št.2 Enako bivalno ugodje pri zunanji temperaturi – 10°C

U - vrednost zun.stene

Temperatura zraka

Površin. temperature

Porabljena energija

(W/m2K)

(°C)

(°C)

 (W/m2)

0,7

21

18,2

22

0,4

20,2

19

12

0,2

20

19,3

6

 

b.Toplotna prehodnost gradbenih konstrukcij

 

Zmanjšati toplotno prehodnost “U” gradbenih elementov na minimum, kar pomeni :

 

Zunanje stene

£ 0,16 W/m2K

Streha, izoliran strop

£ 0,15 W/m2K

Okna

£ 0,75 W/m2K - steklo

£ 0,8 W/m2K - okvir

g ³ 50 %

tla

<£ 0,16 W/m2K

 

Pri načrtovanju + energijske hiše veljajo naslednji kriteriji:

 

Zunanje stene

£ 0,12 W/m2K

Streha, izoliran strop

£ 0,12 W/m2K

Okna

£ 0,70 W/m2K, steklo, trojna zasteklitev

£ 0,8 W/m2K - okvir

g ³ 50 %

tla

£ 0,10 W/m2K

 

c. Priključki zgradbe

 

Konstrukcija brez toplotnih mostov, zahtevo so:

 

Y£ 0,01 W/mK

 

d. Uporaba solarna energije – pasivni ukrepi

 

Optimalna zasteklitev na južni strani, pomeni koriščenje približno 40 % solarne energije za ogrevanje prostorov.

 

e. Zagotoviti tesnost ovoja zgradbe

 

Menjava zraka v zgradbi naj znaša n 50 ≤ 0,6 h-1., kar pomeni, da se celotna količina zraka zamenja v približno dveh urah. Da bo na prezračevalni napravi potrebna izmenjava zraka dosežena, se mora stavba zgraditi čim bolj tesno. Tesnost ovoja stavbe se dokazuje z »Blower – door testom«, kjer se z ventilatorjem ustvarja nadtlak/podtlak 50 Pa med notranjostjo zgradbe in okolici.

 

f. Rekuperacija toplote - izkoristek h ³ 80 %

 

Kontrolirano prezračevanje vršimo skozi celotno stavbo z rekuperacijo toplote - izkoriščanjem toplote odtočnega zraka.Vgraditi je potrebno protismerni prenosnik toplote zrak/zrak. Količina zraka na osebo znaša približno 30 m3/h. Regulacija s konstantnim pretokom omogoča enakomeren volumski pretok vtočnega in odtočnega zraka, neodvisno od statičnega tlaka. Poleti se vgrajena obtočna loputa preklopi na obratovanje brez rekuperatorja toplote. Preklop se lahko izvede ročno ali avtomatsko glede na temperaturo zraka. Dovodni in odvodni ventili se lahko vgradijo v strop ali steno. Kanali za dovod in odvod zraka so izvedeni kot ploščati kanali. Vgradijo se pod izolacijo pod talnim estrihom.

 

g. Izkorišanje latentne toplote odtočnega zraka – vgradnja TČ

 

Vgradnja TČ - toplotne črpalke zrak/voda z električnim dogrevanjem za pokrivanje toplotnih izgub 10 W/m2 Prav tako je možno dogrevanje vtočnega in svežega zraka (> 8° C) s toplotno črpalko preko zemeljskega prenosnika toplote (kolektorja.)

 

Z povečevanjem izolacije lahko zmanjšamo “U” - vrednost na minimum, želenih vrednosti porabljene energije za ogrevanje pasivne hiše (pod 15 kWh/m2a) pa ne dosežemo. Šele z uporabo kontroliranega prezračevanja, dosežemo želene vrednosti glede rabe energije za ogrevanje prostorov. Kontrolirano prezračevanje ponuja še sledeče prednosti:

 

ü        prijetno in zdravo klimo (vedno sveži zrak tudi pri zaprtih oknih),

ü        primerno zvočna izolacijo, ker se okna lahko zaprta,

ü        preprečevanje nastanka plesni,

ü        odvod vodne neprijetnih vonjav iz kuhinje in sanitarij,

ü        prihranek energije pri napravah z rekuperacijo toplote.

 

h. Opremljenost z učinkovitimi napravami

 

Učinkovite in energijsko varčne hišne naprave (pralni stroj, sušilni stroj, varčne žarnice) zagotavljajo, da lahko v pasivni hiši brez omejitev uporabljamo vse potrebne gospodinjske aparate, tako da je poraba energije zmanjšana tudi do 50 %.

Za pasivne hiše je značilna takšna arhitektura, da v čim večji meri omogoča izkoriščanje sončne energije za ogrevanje v zimskem času. Z uporabo solarne energije (SSE) lahko pokrijemo 40 do 60 % potreb po energiji za pripravo tople sanitarne vode. Toplotno črpalko zrak/voda ali zemlja/voda koristimo za ogrevanje in prezračevanje. Vgradnja toplotne črpalke omogoča tudi hlajenje prostorov v letnem času.

Zaradi nizkih potreb po ogrevanju se najpogosteje kot vir ogrevanja uporablja toplotne črpalke v kombinaciji s sprejemniki sončne energije (SSE) za pripravo in hranjenje ogrevalne vode in sanitarne vode. Nadaljnje prihranke dosežemo s prisilnim prezračevanjem in vgradnjo naprav za vračanje toplote odtočnega zraka (kontrolirano prezračevanje z rekuperacijo toplote in zemeljskim kolektorjem - prenosnikom toplote).

Elementi za pretvarjanja sončnega obsevanja so v večini nameščeni na ovoju stavb in jih imenujemo tudi elementi za naravno ogrevanje stavb z soncem. Stavbo pripravimo tako, da sama sprejema sončno energijo, da je obenem hranilnik toplote in ogrevalni sistem. To naredimo tako, da stavbo dobro toplotno izoliramo in na severni strani predvidimo minimalne zastekljene odprtine. Za takšne hiše je značilna postavitev v smeri sever - jug. Južna stena je zastekljena z ustreznimi stekli, na severni steni pa je delež zasteklitve majhen.. Stavba naj bo z bivalnimi prostori obrnjena proti jugu, ter z ostalimi pomožnimi prostori obrnjena proti severu. Na južni strani lahko namestimo pasivne elemente (okna, zastekljene zidove, steklenike in prezračevane fasadne elemente), omogočimo dobro kroženje zraka med prostori ter predvidimo zaščito pred poletnim soncem. Da dosežemo bolj enakomeren prenos toplote med prostori, uporabljamo ventilatorje in kanale za prisilno kroženje zraka. Na sliki 2 je prikazana PH vsemi pripadajočimi sistemi in osnovnimi gradbenimi elementi.

 

2. Letna raba energije za ogrevanje stanovanjske stavbe

 

Na sliki 3 je prikazana specifična letna poraba energije za ogrevanje stanovanjskih zgradb v časovnem obdobju pred letom 1984 in po njem. Vrednosti za zgradbe od leta 1984 do 1995 veljajo približno tudi za naše stavbe. V diagramu so prikazani tudi vrednosti za PH (pasivno hišo), ki pa jih pri nas zgrajenih še zelo malo (po zadnjih podatkih, samo ena zgrajena pasivna hiša).

Letna poraba energije za ogrevanje za starejše stavbe znaša preko 200 kW/m2leto. Za zgradbe, zgrajene po letu 1995 se je ta poraba zaradi uvedbe strožjih predpisov (velja predvsem za Nemčijo in ostale evropske države) zmanjšala na 90 kW/m2leto oziroma na tretjino.Takšen trend zmanjševanja porabe energije se še vedno nadaljuje, kar potrjujejo že zgrajene nizkoenergijske hiše (NEH), ki porabijo za ogrevanje 50 - 75 kWh/m2leto in 3 - litrske hiše, ki porabijo za ogrevanje manj kot 30 kWh/m2leto. Najmanj porabijo pasivne hiše (PH) in sicer letno manj kot 15 kWh/m2leto. Pri dobro izolirani zgradbi se znatno zmanjšajo transmisijske toplotne izgube, naraščajo pa prezračevalne toplotne izgube, kar je razvidno na diagramu slike 3.

 

 

Na sliki 3a so prikazani solarni dobitki in potrebna toplota - raba energija za ogrevanje PH po posameznih mesecih.

 

 

 

3. Način ogrevanja in prezračevanja PH

 

Med ogrevanjem objekta se pojavijo transmisijske izgube (skozi zunanje stene, streho, okna) in izgube zaradi prezračevanja. Vendar so transmisijske izgube le del izgub in s povečevanjem izolacije zmanjšujemo le del celotnih izgub. Da zmanjšamo izgube zaradi prezračevanja je potrebno samo izrabiti toplotno energijo, ki jo vsebuje že segreti zrak v prostoru in ga moramo zaradi izrabljenosti odvajati. Z realizacijo kontroliranega prezračevanja dovajamo v prostor sveži zrak, ki ga pred vstopom v bivalni prostor segrejemo s toploto izrabljenega zraka in ga nato segretega dovajamo nazaj v prostor. Že ohlajen izrabljen zrak pa odvajamo iz objekta (slika 3).

 

Za preprečevanje zmrzovanja kondenzata pri nizkih zunanjih temperaturah se prezračevalni napravi priključi zemeljski toplotni prenosnik- kolektor) ali električni grelni register.Ta v zimskem času predgreje zunanji zrak, v poletnem času pa ga ohladi ( naprava obratuje brez rekuperacije toplote). Zemeljski toplotni prenosnik se položi v zemljo v globini približno 1, 2 m in pod določenim padcem proti stavbi (približno 2 %). Izdelan je iz PE cevi premera 200 mm in dolžine 20 do 50 m. Lahko se položi tudi več vzporednih cevi v razmiku 1 m manjšega premera. Za suha in peščena je potrebno položiti večjo dolžino kot za mokra tla. Hitrost zraka v ceveh je od 1 do 1, 5 m/s, zajem zraka pa mora biti preko filtra minimalno j 1, 5 m nad tlemi.

Ker specifične toplotne izgube znašajo manj kot 10 W/m2 ogrevane površine, pasivna hiša stanovanjske površine 100 m2 potrebuje za ogrevanje le še 1,0 kW. Iz tega sledi, da se lahko klasičnemu ogrevalnemu sistemi odpovemo ter zgradbi ogrevamo le še z ogretim vtočnim zrakom. Za ogrevanje in prezračevanje pasivnih hiš vgrajujemo posebne toplotne kompaktne agregate, ki vsebujejo prezračevalno napravo z rekuperacijo toplote, hranilnik toplote (grelnik sanitarne vode) s priklopom na sončne sprejemnike toplote, toplotno črpalko zrak/voda in električnim dogrevanjem ter dogrevanje vtočnega zraka s toplotno črpalko.

 

4. Dodatni stroški pri gradnji PH

 

Na diagramu (slika 5) je razvidno, koliko več je potrebno investirati več za vgradnjo dodatne toplotne izolacije ovoja pri načrtovanju PH v primerjavi z NEH in zgradbo grajeno po veljavnih predpisih.

 

 

Višji stroški pri gradnji PH v primerjavi z klasično hišo nastanejo zaradi vgradnje kontroliranega prezračevanja z vračanjem toplote odtočnega zraka, vgradnje optimalnega ogrevalnega sistema, vgradnje povečane debeline toplotne izolacije, vgradnje energijsko varčnih oken in tudi takšnega načina gradnje, da preprečimo pojav toplotnih mostov ter zagotovimo ustrezno zrakotesnost ovoja.

 

Na sliki 6 je prikazana PH zgrajena v Avstriji, kjer je zgrajeno že več sto pasivnih hiš. V RS je zgrajena samo ena montažna PH (stene so izolirane s celulozo in lesnimi vlaknenimi ploščami skupne debeline 41 cm, streha pa ima debelino izolacije 45 cm). Vgrajena okna s trojno zasteklitvijo imajo toplotno prehodnost manjšo od 0, 8 W/m2K, vgrajena je samodejna prezračevalna naprava. Potrebna energija za ogrevanje prostorov znaša manj kot 15 kWh/m2leto.

 

 

 

5. Zaključek

 

Gradnja PH ne pomeni le debelejše toplotne izolacije temveč zahteva tudi obvezno kontrolirano prezračevanje.Tako zagotovimo manjšo porabo energije, manjše emisije CO2, prijetno bivanje ter manjšo obremenitev pred zunanjim hrupom. Vgradnja zemeljskega prenosnika toplote v letnem času omogoča hlajenje prostorov. Pri načrtovanju pasivne hiše je potrebno poskrbeti predvsem za zaščito pred pregrevanjem v letnem času. To dosežemo z ustreznimi napušči, balkoni in pergolami.

Veliko dodatno prednost gradnje pasivne hiše je tudi v tem, da lahko v primeru vgradnje PV sistemov (sončnih modulov) pridobivamo lastno električno energijo. V primeru, da višek proizvedene električne energijo oddajamo v omrežje , govorimo o plus energijski hiši.

Nizkoenergijska gradnja vsekakor investicijo nekoliko podraži, vendar pa prijetna klima in ugodje, ki jo s tako gradnjo dosežemo, pomenita veliko prednost v primerjavi s klasično gradnjo.

 

Ptuj, 9.2.2007

Bojan Grobovšek, univ.dipl.inž.str.

 

 

 

 

Viri:

www.ig-passivhaus.de

www.passiv.de/04 (graf 3a)

www.hausderzunkuft.at

www.hausbauer.at

www.exxpose.de ( slike 2,4,6)

Revija Haizen - Energie Impressum , Fellbach - slika 1a in 1 b

Passivhaus Institut, Darmstadt, Nemčija, informacijsko gradivo