Каква е тайната на пасивната къща?
Всички детайли на сградата се изчисляват със специализиран софтуер PHPP (Passive House Planing Package) още по време на проектирането, със който се прави прецизен енергиен модел на сградата и баланс на приходите (от слънчева радиация) и разходите (загубите) на енергия през стени, под, таван и дограми – всички повърхности. Изчисляват се дебелината съобразно характеристиките на изолацията така, че да се намали нуждата от допълнително отопление дотолкова, че да може да къщата да бъде отоплявана само от въздуха чрез вентилационната система. Т.е. вместо тръби и радиатори, за пренос на енергия в пасивната къща се използва въздуха, който постоянно се обновявава посредством високотехнологична, принудителна вентилация. За съжаление въздуха има много малък капацитет за пренос на енергия – точно 10 W/м2. и именно затова постигането на стандарта налага използването на необичайно големи изолации в пасивната къща.
Друга съществена особеност на пасивните къщи построени по традиционната за нашия регион масивна технология е тяхната сериозна акумулираща маса. В една нормална двуетажна къща от порядъка на 200 кв.м. има около 350 тона бетон, тухли и армировка, които при спазена технология на изолацията действат като акумулиращите печки от недалечното минало. Т.е. каквато и рязка промяна на температурите от вън да се получи, в пасивната къща ще започне да се усеща едва след втория, третия ден. Всичката тази огромна маса 350 тона е с еднаква, комфортна стайна температура и заради добрата си изолация сградата не реагира бързо на външните атмосферни условия и промени.
Прилагането на стандарта Пасивна къща е изцяло научен подход, базиран на прецизни изчисления, локацията (климата) и физическите свойства на материалите.
Пасивхаус Инститтут, Дармщадт Германия е частна сертификационна организация. Разработени са детайлно и се прилагат два стандарта:
Passivhaus (Пасивхаус) стандарта се прилага при новостроящи се сгради, а вторият (EnerPHit) е допълнително разработен за съществуващи сгради, които се санират или реконструират. Детайлите за него, без претенции за изчерпателност са детайлно обяснени по-долу.
При EnerPHit (Енерфит) стандарта изискванията са занижени, тъй като при стари сгради и паметници на културата, често се прилага изолиране на сградата от вътрешната страна. Това се допуска по изключение, само когато трябва да се запази фасада или външният контур и граници на сградата, а изискванията са занижени, защото е трудно и става икономически неоправдано постигането на коефициентите на топлопреминаване като при Passivhaus стандарта.
Основните критерии на стандарта Passivhaus / Пасивна Къща са следните:
- Топлинен товар ≤10 W/m2
- Специфична енергия за отопление и охлаждане ≤15 kWh/m2.a (годишно)
- Обща специфична първична енергия ≤120 kWh/m2a
- Тест за въздухонепроницаемост n-50 ≤ 0,6 h-1
* Ограниченията се отнасят само за отопляемата площ, с подробно дефиниран метод за определянето и.
*Внимание! Пасивната къща не е нулевоенергийна къща, а сграда с консумация на специфична енергия за отопление, както е описано по-горе по малка от 15kWh за квадратен метър годишно. Т.е. за пасивна къща с около 200кв.м. РЗП се очаква енергията необходима за отопление да е 15х200=3000 kWh годишно, т.е. при средна цена на тока около 20ст за киловат това са около 600лв за отопление на година, при примерно разпределение 75лв за ноември, 3х 150лв за декември, януари и февруари и 75лв за март. През останалите месеци вероятността да се налага допълнително отопление е много малка. Говорим само за енергията за отопление и охлаждане – останалата необходима енергия за готвене, топла вода и др. електроуреди не влиза в тази сметка.
Най-важните характеристики на пасивната сграда са:
- Компактна форма / по-малка повърхност изложена на външни влияния
- Максимално оползотворяване на слънчевата енергия
- Слънцезащита
- Суперизолация
- Контролирана вентилация с рекуперация и високо КПД
- Въздухонепроницаемост
- Високотехнологични дограма и стъклопакети
- Минимизиране на термомостовете
- Подробен термичен и енергиен модел на сградата с PHPP софтуер
1. Компактност на формата
Компактността на формата зависи от съотношението между общата разгърната застроена площ и площта на сградната обвивка. Пасивните къщи дават по-добри резултати, когато са с по-изчистени форми. Това разбира се не означава, че не могат да се проектират така, че да изглеждат добре и да са фунционални.
На фигурата по-долу са показани различни вариации на плана на къща с площ от 100кв.м. Цифрите показват периметъра в зависимост допълнителните чупки на сградата.
Анализирайки формата на сградата и площта на повърхносттите, през които тя търпи загуба на енергия виждаме, че въпреки еднаквата разгърната застроена площ има разлики от порядъка на 15% между четирите форми при едноетатажно застрояване.
Може да се очаква, че първата сграда ще консумира с 15% по-малко енергия от четвъртата, при равни други условия и освен това би коствала по-малко материали и труд. Ако при същата застроeна площ построим двуетажна сграда, то тя би имала още по-добро съотношение между РЗП и площ на ограждащата конструкция и съответно още по-малко разход на енергия за кв.м. отопляема площ.
Така или иначе, формата на къщата не е най-важният елемент от проекта и би могла да бъде всякаква – според вкуса на клиента. Всичко е въпрос на изчисления и при по-сложна форма е възможно изолацията да се наложи да бъде малко повече.
2. Оползотворяване на слънчевата радиация
Първото задължително условие за да построим пасивна къща е да сме сигурни, че можем да оползотворим ефективно слънчевата енергия, т.е. да има възможност за достатъчно остъкляване от южната страна сградата. Важно е мястото на сградата в терена да бъде добре обмислено, като трябва да се преценят и предвидят засенчващите фактори – дървета, сгради и др. и се прави анализ на сенките. Малко известен е факта, че дори и в облачно време невидимата слънчева радиация прониква през прозорците и при допира си с повърхността на пода например се превръща в топлина. Планетата е обстойно изследвана и разделена на зони, като за всяка точка на света се знае колко точно радиация/енергия попада върху един кв.м. за година. Тази енергия се на се измерва в топлочасове, а на английски се обозначава с Gt (heating degree hours factor for the relevant climate). Мерната единица е [kKh/a] и се използва в изчисленията на топлотехническите характеристики и енергийния баланс не само на пасивните сгради. В този смисъл в енергийния баланса на къщата обикновено всички прозорци на изток и на запад са колкото в плюс толкова и в минус. Прозорците на север са чист минус и се правят при крайна необходимост. Прозорците на юг са най-важни за отоплението в пасивната къща, но е важно да бъдат добре защитени от слънцето през лятото.
3. Слънцезащита
Пасивната къща в нашия климат обикновенно няма проблем с отоплението през зимата, а по-скоро е застрашена от прегряване през лятото.
В пасивната къща е абсолютно задължително да се предвиди адекватна слънцезащита от външната страна на прозорците, чрез която да може да се ограничава достъпа на преки слънчеви лъчи (радиация) вътре в помещенията, защото остъкляването е направено по технология максимално пропускащо слънчевата енергия. Сезонното озеленяване също може се използва за слънцезащита, като през лятото листната маса на дърветата в близост до сградата я защитават от слънчевата радиация, а през зимата, когато листата на дърветата окапят позволяват на слънцето да навлиза навътре в помещенията и да топли къщата.
Анализ на сенките
Анализът на сенките, които хвърлят съседните обекти върху разглежданата от нас сграда показва засенчващите фактори (дървета, перголи, тенти и др.), които влизат в изчисленията на енергийния баланс. От анализа става нагледно ясно, как с прости пасивни мерки – правилно изчислен размер на засенчващия елемент (козирка над прозорци или тераси) има възможност да се ограничи напълно достъпа на пряка слънчева радиация/енергия през лятото, като същевременно и да да се осигури затопляне през зимата.
На следващата схема е показано как функционират пасивните мерки за слънцезащита през лятото, когато слънцето е високо и перголите и разлистената широколистна растителност ограничават достъпа на преки слънчеви лъчи/топлина вътре в помещението.
Сезонна слънцезащита – лято
През зимния – отоплителния сезон слънцето е значително по-ниско. Засенчването на горния етаж (в случая – озеленена пергола) вече не спира светлината и дървета остават без листна маса, като пропускат слънчевата светлина да навлезе и затопли помещенията.
Сезонна слънцезащита – зима
4.Суперизолация U≤ 0,15W/m2K
Знаете ли колко енергия ни е необходима за да топлим една къща?
Толкова колкото губим през ограждащите я конструкции- прозорци, стени под, таван.
Ето защо, изолацията е от съществена важност за топлинния комфорт в сградата и ниските загуби на енергия.
Отличителна черта на пасивната къща е добрата изолация, която превишава неколкократно минималните необходими стандарти в България, заради което я наричаме условно – суперизолация.
За постигането на БДС е достатъчно полагането на 8см. стиропор от външната страна на тухления зид, а за постигането на изискването на стандарта Пасивна къща са необходими минимум 22-25см, в зависимост от качествата на изолационния материал.
Примера е сертифициран детайл на най-разпространената у нас външна стена – тухлен зид с дебелина от 25см, с мазилка от вътрешната страна и топлозолационна система с фасаден EPS (експандиран полистирен – т.нар. стиропор). Разликата обаче е, че вместо задължителните 8см EPS плочи, които покриват заложените в БДС нормативи, са поставени 30см изолация, с което се постига стойност на топлопреминане от U = 0,12W/m2K.
Разбира се можем да използваме произволен изолационнен материал: вата, EPS, XPS, целулоза, вакуумна или друга – важното е да се постигне коефициент на топлопроводимост под 0,15 W/m2K
5. Контролирана вентилация с рекуперация
Рекуперацията (от лат. recuperatio — обратно получаване) означава възстановяване, възвръщане. В пасивната къща денонощно се подава 100% свеж филтриран въздух отвън и се изсмуква и изхвърлят 100% от мръсният, като предварително и двата минават през топлообменник където изходящия предава топлината си на входящия. Съвременните рекуператорни вентилационни блокове достигат над 96% КПД. В пасивната къща свежия въздух се подава в жилищните помещения (днeвна и спални) и се изсмуква през сервизните помещения (кухня, баня, килер). По този начин коридорите и свързващите помещения се използват за транспорт на енергията и топлината, като се намаляват разходите за сложни системи и инсталации.
Изискването на стандарта пасивна къща е използването вентилация чрез рекуператорен, блок с КПД (коеф. на полезно действие) повече от 75% и електрическа консумация не повече от 0,45Wh/m3 преработен въздух.
Ето как изглежда отворен един рекуператорен, вентилационен блок и как функционира в студените зимни дни:
Виждат се потоците и как мръсния, отработен въздух с температура от 20C° а се изхвърля навън, като преминава през топлообменник, където отдава топлината си на входящия студен въздух.
Температурата навън е минус 5C°, но заради топлообмена въздуха постъпващ в помещението е вече загрят до 20C°. Освен управляващата електроника вътре има два тихи и високоефективни вентилатора, които в случая се виждат от горната страна на рекуператора. Ето така е изглежда топлообменника:
На детайла можете да видите всъщност колко просто е устроен и как студения и топлия въздух си обменят енергията без да се смесват. Освен него в рекуперативния блок може да има дозагряващо устройство – малък нагревател или термопомпа, чрез който става дозагряването на въздуха за гарантиранирането на 100% комфорт вътре в помещението.
Въздуха, преди да постъпи в сградата и съответно в рекуператора преминава през филтри, които го пречистват от прах, полени и т.н., а по протежение на тръбната мрежа във вентилационната система се монтират шумозаглушители, които осигуряват допълнителен комфорт и защита от шума.
6.Въздухонепроницаемост
Сградата трябва да е въздухонепроницаема, по цялата дължина, на който и да е от разрезите си. Най-просто казано, трябва да можем да нарисуваме въздухоплътния слой във всички посоки и всички разрези с една непрекъсната, например червена линия.
Как на практика се осъществяват мерките за въздухонепроницаемост?
Използват се специални за целта мембрани комплектовени с лепенки, които осигуряват прилежното залепяне и изолиране на всички отвори, кабели, въздуховоди и т.н. Другият вариант е да определим за въздухоплътен слой вътрешната мазилка и шпахловка, което е чудесно решение при масивна постройка, каквито са 99% от сградите в нашите географски ширини. Мембраните и лепенките намират най-често приложение при дървени или комбинирани конструкции. На снимките вдясно са показани различни начини за постигане на въздухоплътен слой. Първият, с гипс е традиционния, а втория е при предстенна обшивка с гипскартон, където кабелите са отвътре на въздухоплътния слой за да не нарушават положената отдолу мембрана. Прозорците и вратите също по време на монтажа се облепят с специални надлъжни, ъглови или двойнозалепващи лепенки така че да се получи високо ниво на вуздухонепроницаемост. След завършването на този слой се запушват плътно всички въздуховоди и се прави тест със специално високотехнологично оборудване – т.нар.
Blower door test
Теста се провежда при налягане и подналягане от 50 паскала и основната му цел е да катализира и усилва процесите на изтичане на енергия през въздухонепроницаемия слой, с което допринася за навременното откриване на грешки при изпълнението на сградните инсталации и конструкции.
Измерва се общото количество от преминал през обвивката въздух, като изискването на стандарта е то да не надвишава 0.6 пъти общия обем на въздуха в сградата за един час. По време на теста се локализират течовете с помощта на специални уреди за измерване на скоростта на въздушните течения наречени анемометри. Ако резултата от теста е успешен се довършват слоевете, а ако не е се отстраняват недостъците. Протокола от теста
се прилага, в случай на сертификация на сградата като пасивна.
Много полезни са и термографските снимки, които показват течовете и слабите места в изпълнението на строителните конструкции. На показаната термографска снимка, се виждат в червено и бяло най-горещите точки, които съвпадат с течовете на енергия за отопление.
7. Дограма и стъклопакети
Изисквания към дограмата
В стандарта е записано изискване към U стойността, изчислена заедно с профила на дограмата, стъклопакета и монтажа на не повече от 0,80W/m2K и пропускане на слънчевата радиация или т.нар. g стойност от около 50%. Второто условие, за високата G стойност е съществено, за да може да се оползотворят ефективно топлинните печалби и енергията на слънчевата светлина.
Нека разгледаме и структурата на дограмата в стандартна ситуация, студен зимен ден:
1. Най-горе на фигурата – PVC дограма с двоен стъклопакет от обикновено стъкло или т.нар. стъклопакет бяло-бяло, U –Стойността e около 2,8-3W/m2K, а темепературата от вътрешната страна на стъклото е 8,3C°
2. Следващия вариант е със Low energy стъклопакет с нискоемисийно покритие на вътрешното стъкло при което U-стойността с аргонов пълнеж пряко сили достига до 1-1,1W/m2K.
3. Третият вариант, най-долу на фигурата е със две нискоемисийни стъкла и бяло помежду им е единствено приложим и сертифициран в момента за пасивни сгради – при което U-стойността достига до 0,60÷0,70W/m2K. Нискоемисийното покритие се намира от вътрешната страна на двете външни стъкла, като такива ниски U-стойности се постигат засега единствено с тройни стъклопакети, специални дистанционери и специални газове вътре.
Монтажа на дограмата се извършва така, че да се минимизират термомостовете при връзката със стените, затова е препоръчително монтирането в слоя на изолацията.
8.Термомостове
Навсякъде, където има неравномерно изложени на външните влияния и неравномерно изолирани повърхности се получават термомстове . В отопляемите помещения с термомстове се получават конденз и мухъл, които създават една некомфортна и нездравословна среда. Всъщност температурата на кондензация на въздух с влажност около 70 % е 12.6 градуса целзий – т.е. ако има такава температурна разлика в повърхностите на вашата сграда, задължително се появява и конденз.
На тази термографска снимка се вижда ясно термомоста, който се образува от липсата на изолация по терасата на тази жилищна сграда.
Термомостовете зависят, колкото от компетенцията и вниманието на архитекта, толкова и от некомпетенцията на строителите – т.е. надзора при изпълнението на детайлите в една пасивна сграда е от съществено значение. В пасивните сгради се използват много предварително изчислени и сертифицирани детайли и начини на изпълнение за стени, тавани, подове и връзките помежду им при почти еднакви нива на топлопроводимост.
9. Енергийно моделиране
PHPP е софтуера за изчисления на пасивни сгради.
Всъщност той е една доста подробна екселска таблица с много макроси и формули, чрез която се създава симулация на бъдещото енергийно потребление и поведение на сградата с много голяма точност. Доказано е от стотиците построени и функциониращи сгради, че разликите между предварително изчислените с PHPP и реалните в процеса на експлоатация характеристики е едва 2-3%.
Въвеждат се всички данни за сградата: площта и слоевете на повърхностите, материалите с техните характеристики, термомостовете, площ на прозорци, врати, изложения, засенчващи елементи, всички електроуреди заедно с техните детайлни характеристики, бойлери, помпи, рекуператор и въобще всички детайли на къщата, включително и броя на обитателите, които със своя топлинен еквивалент и необходимост от свеж въздух влизат в изчисленията.