Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš. Miha Praznik Martina Zbašnik-Senegačnik. Ljubljana, 2016 V Z O R E C

Transcript

1 Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Miha Praznik Martina Zbašnik-Senegačnik Ljubljana, 2016

2 1. Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Uvod Uvod V zadnjem desetletju se dojemanje pomena energijske učinkovitosti stavb počasi spreminja. K večji ozaveščenosti novograditeljev je pripomogel predvsem splošni napredek v sami gradbeni praksi, kjer so sprva prednjačili predvsem kakovostni tuji vzori [1, 2]. V širšem razumevanju pomena zahtevane višje energijske učinkovitosti stavb pa so pripomogle tudi zaostrene zahteve in kriteriji iz pravilnikov [3, 4], ki v Sloveniji opredeljujejo stanovanjsko gradnjo, ter energetsko označevanje stavb [5]. Povečuje se tudi število potencialnih investitorjev, ki se odločajo za gradnjo hiše iz naravnih gradiv, z zagotovljenim velikim bivalnim ugodjem in nizkimi stroški ogrevanja. Kljub razpoložljivemu domačemu tehničnemu znanju, tujim izkušnjam in tržno dosegljivim sodobnim tehnologijam pa smo še vedno pogosto priča relativnemu upadu kakovosti zgrajenih stavb. Celovito uvajanje novih tehničnih rešitev za stanovanjske novogradnje deloma zavira tudi inercija udeleženih akterjev (npr. investitorji, projektanti, izvajalci), ki ne sledijo dovolj hitro zadnjemu stanju tehnike ter se premočno oklepajo pretekle gradbene prakse, pri čemer jih od sodobnih tehnologij pogosto odvračajo tudi nasprotujoča mnenja stroke. Vse našteto pa vpliva predvsem na premajhno izrabo potencialov za doseganje boljših bivalnih pogojev, ob sočasni povišani energijski učinkovitosti stavb ter njihovem manjšem okoljskem vplivu, z nižjimi dejanskimi skupnimi stroški gradnje in dolgoročnega obratovanja stavb, kar je za uporabnika stavbe seveda ključnega pomena. V slovenskem prostoru, kljub pogostim poskusom parcialnega uvajanja sodobnih rešitev oz. tehnologij v stanovanjski gradnji, ne moremo zaslediti širšega napredka pri celovito načrtovanih projektih. Posplošimo lahko tudi trditev, da je v novogradnje še vedno vključenih premalo komponent oziroma rešitev, ki omogočajo manjšo odvisnost zgradb od neobnovljivih energetskih virov. Ob tem sta verjetno najbolj problematični celovita obravnava in iskanje razmerja v ukrepih za učinkovitejšo rabo energije (ure), v relaciji z ukrepi za souporabo obnovljivih virov energije (ove) pri energetski oskrbi stavb. Gre za dinamični odnos oziroma preplet učinkov obeh segmentov (ure in OVE) pri zagotavljanju ugodnih vrednosti za različne energijske, okoljske in ekonomske kriterije, kjer poenotene t. i. unificirane rešitve za stanovanjske stavbe ni mogoče jasnejše definirati. Pri izbiri tehnologij gradnje, toplotne zaščite ter energetskih sistemov še vedno ni ustrezno vključeno celovito okoljsko vrednotenje izbranih rešitev za visokoučinkovite stanovanjske novogradnje. V tem delu mora vrednotenje novih stavb vključevati obravnavo dodatnih začetnih vlaganj energije, materialov in finančnih sredstev v fazi gradnje ter njihovih kasnejših prihrankov, ki nastopajo v fazi obratovanja stavbe. Razlog za premalo široko vrednotenje novogradenj se običajno skriva v nezadostni integralnosti načrtovanja. Premalo je paralelnega vključevanja različnih strok v delo projektnih timov, nezadostno pa je tudi védenje investitorjev o pomenu takšnega načrtovanja za dolgoročno obratovanje stavb in izboljšanje bivalnega ugodja.

3 1. Uvod Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Med pripravami za gradnjo energijsko učinkovite stavbe lahko izpostavimo tudi dve trditvi, katerih upoštevanje bi občutno izboljšala sedanje utečene navade projektantov in investitorjev: Energijsko učinkovito stanovanjsko stavbo je treba razumeti integralno in hierarhično arhitekturna zasnova pogojuje konstrukcijske in tehnološke rešitve za ure in OVE. Pravilno usklajeno interdisciplinarno projektiranje in posledično definirane rešitve so specifične za vsak projekt ter običajno ne dopuščajo (nepremišljenih) naknadnih sprememb ali izvedbenih odstopanj od zasnove. Ob korektni izvedbi se lahko načrtovane rešitve odražajo v dolgoročnem zadovoljstvu uporabnika objekta ter minimalnih vplivih stavbe na okolje. Optimirano kombinacijo tehničnih rešitev za novogradnjo, ki je produkt vzporednega dela udeleženih strok, je treba prepričljivo predstaviti investitorju, kar ob pravilni organizaciji načrtovanega procesa ni težko doseči. Končni rezultati korektno izpeljane gradnje vedno kažejo pozitivne bivalne, ekonomske, energijske in okoljske kazalce. Odločilna prednost v načrtovanju in izvedbi kakovostne energijsko učinkovite stanovanjske novogradnje so torej znanje in povezovanje udeleženih strok ter prepričljivo in pravočasno seznanjanje investitorjev z osvojenimi rešitvami za optimalno doseganje visokoučinkovitih rešitev v energijskem, okoljskem, ekonomskem in bivalnem pogledu. Modeliranje rešitev za nove stavbe Vsebina monografije se osredotoča na preučevanje segmenta energijsko učinkovitih stanovanjskih novogradenj, ki so v slovenskem prostoru številčno najbolj prisotne. To so enodružinske hiše, kot vrsta stavb iz kategorije enostanovanjskih stavb. Navkljub terminološkemu razhajanju te besedne zveze z definicijami Zakona o graditvi objektov in standardnimi klasifikacijami objektov (npr. CC-SI 11100) [6] ugotavljamo, da je takšna terminološka opredelitev predmeta raziskav v javnem [7], strokovnem in znanstvenem smislu jasno prepoznavna doma [8] in v tujini [9]. S tem razlogom se v pričujočem delu uporablja pojem»enodružinska hiša«. Raziskave obratujočih sodobnih slovenskih enodružinskih hiš ugotavljajo prednosti in morebitno sistemsko problematiko obratovanja novih energijsko učinkovitih stavb v slovenskem prostoru, to so podnebje, na področjih rabe energije, delovanje stavbnih sistemov in bivalno ugodje. Takšne širše raziskave na področju povratnih uporabniških podatkov do sedaj še niso bile izvedene, kar se posredno odraža tudi na premajhnem sprejemanju celovitih sodobnih rešitev za gradnjo s strani stroke in investitorjev. Širina in vsebina povratnih uporabniških informacij pa je obenem tudi način za pridobivanje novih znanj za načrtovanje stavb, kot se oblikujejo v procesih analiziranja in korigiranja manj ustreznih primerov. Sodobnih stavb se zaradi drugačnih toplotnih karakteristik in spremenjenih razmerij v energijski bilanci ne da primerjati s toplotnim odzivom starejših stanovanjskih stavb, kar je eden od pogostih vzrokov za napačno razumevanje in posledično izbor manj ustreznih projektnih rešitev za visokoučinkovite novogradnje tako na področju sistemov gradnje in toplotne zaščite kot tudi energetskih sistemov in strojnih instalacij. Poglobljeni vpogled v toplotni odziv energijsko visokoučinkovitih stavb in delovanje njihovih ključnih sistemov je v smislu identifikacije teh problemov obravnavan paralelno, t.j. teoretično ter praktično, na simuliranju obratovanja ter na meritvah reprezentativnih primerov visokoučinkovitih enodružinskih hiš. Energijska učinkovitost nove stavbe se v praksi lahko opredeljuje z različnimi modeli, bolj ali manj celovito, z boljšo ali slabšo natančnostjo dobljenih rezultatov. Večini teh modelov je skupna uporaba večjega števila parametrov kvantitativnega značaja. Ti parametri pa so za potrebe računskega ocenjevanja energijske učinkovitosti nove stavbe dosegljivi šele po zaključenem postopku projektiranja, včasih tudi šele po izvedbi. Modeli na takšen način omogočijo pridobitev natančnih rezultatov o računski energijski bilanci stavbe ter doseženi energijski učinkovitosti. Zaradi svoje narave se lahko v postopkih načrtovanja stavb uporabijo šele v sklepni fazi priprave izvedbene dokumentacije, torej za končno optimizacijo, kjer se običajno modificirajo samo še tehnološke rešitve in se spremlja zgolj njihov učinek. Za proces načrtovanja energijsko učinkovite enodružinske hiše pa v tem trenutku na trgu še ni metode za hitro preliminarno energijsko ocenjevanje konceptov, ki bi se lahko uporabila že v idejni fazi, zato je postala predmet naših raziskav. Z uporabo takšne nove metode se namreč poleg spreminjanja tehnologij lahko posega tudi v osnovne arhitekturne rešitve za novogradnjo ter se jih z njeno pomočjo optimira. Ker je ustrezno optimirana arhitekturna rešitev predpogoj za enostavnejše tehnološke rešitve s področja zagotavljanja energijske učinkovitosti, bi metoda preliminarnega ocenjevanja posredno zagotavljala večjo učinkovitost postopkov projektiranja. Ob tem bi v fazi gradnje vplivala tudi na nižja začetna energijska vlaganja in manjše investiranje v tehnologije za visokoučinkovito enodružinsko hišo. Doseganje višje energijske učinkovitosti in okoljske sprejemljivosti stavb vodi v izbor različnih tehnoloških rešitev za gradnjo in energetske sisteme. Postopki optimiranja projektnih rešitev za stanovanjske novogradnje imajo lahko povsem različne pristope in rezultate, kar je zaradi narave procesa optimiranja pričakovano. Identificirati je namreč možno vrsto posamičnih kriterijev ali pa prioritetnih list teh kriterijev, ki so v praksi izhodišče za optimizacije. Ti so npr. koristna energija, primarna energija, emisije CO 2 ter njihove kombinacije v obliki okoljskih indikatorjev. Aplicirajo se lahko samo na fazo obratovanja stavbe, kar je npr. običajno za dosedanjo raven presoje stavb ter je obenem zadnje stanje zahtev domače zakonodaje. Takšen parcialni pogled je seveda lahko zavajajoč, saj ne vključuje obravnave faze izgradnje stavbe, ki lahko na skupne energijske in okoljske rezultate projekta za novogradnjo bistveno vpliva, kar kažejo tudi rezultati analiz. Presoje z več kriteriji v dosedanje dvodimenzionalno razmišljanje (ukrepi ure in OVE ter posledična energijska učinkovitost) načrtovalci sodobnih stavb uvajajo najmanj eno dodatno dimenzijo (okoljski vplivi izvedenih ukrepov na stavbi), ob dodatnem uvajanju analize vplivov skozi časovno komponento. Optimalnih rešitev, v posplošenem smislu, za učinkovito novogradnjo torej ni mogoče natančnejše opredeliti, navkljub pogostim nasprotnim pričakovanjem in željam stroke in investitorjev. Treba pa je identificirati in ustrezno predstaviti medsebojne relacije in vplivne

4 1. Uvod Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš mehanizme, na podlagi katerih bi se lahko v različnih okoliščinah optimalno odločali za koncepte novogradenj ob različnih ciljnih kriterijih. Kriteriji za trajnostno vrednotenje energijsko učinkovitih stavb Pri načrtovanju sodobne energijsko učinkovite stavbe je treba upoštevati nujnost povezave gradbene zasnove ovoja stavbe ter zasnove strojnih instalacij, t.j. tehnologij za vzdrževanje želenega bivalnega ugodja. Ustrezna kombinacija rešitev je namreč pogoj za enostavnejše doseganje visokoenergijske učinkovitosti [10, 11, 12], ki se lahko odraža v doseganju nizkoenergijskih ali pasivnih obratovalnih karakteristik pri stanovanjski stavbi. Usklajene rešitve za učinkovito stavbo s tehničnega vidika zagotavljajo želene končne obratovalne rezultate, to so bivalni, ekonomski, energijski in okoljski. Optimalna stanovanjska stavba je tista, ki dosega ugodne vrednosti v čim več parametrih. Pri tem pa moramo za celovitejše ocenjevanje stavb te parametre ovrednotiti za več faz življenjskega ciklusa [13]. V segmentu energijskega vrednotenja različnih tehnologij gradnje je poleg opredeljenih letnih energijskih potreb posebej izpostavljena energija, vgrajena v komponente ovoja stavbe, ter njeni rabi pripadajoče emisije CO 2. Ta vidik tehnologij gradnje v tujini že nekaj let nastopa kot izbirni element pri odločanju o načinu gradnje za večje stavbe javnega pomena. Presoja tehnologij poteka tako s stališča rabe energije kot tudi s stališča uporabe gradbenih materialov naravnega izvora, pri čemer so posledično še posebej zanimivi materiali lokalnega izvora [14, 15]. Pri analizi vložene energije se posebej vrednoti delež, ki izhaja iz nosilcev energije fosilnega izvora. Premikom na tem področju smo priča tudi v Sloveniji, kjer naj bi se vsaj pri stavbah javnega značaja uporabljala pravila Zelenega javnega naročanja [16, 17]. Takšne zahteve so obenem prvi korak, ki ga bo treba v prihodnosti nadgraditi še z ostalimi spoznanji trajnostne gradnje. Širitvi zahtev za celovitejše presojanje novogradenj se ne bo izognila niti stanovanjska gradnja. Enodružinska hiša bo tudi v podporo oblikovanju novih zahtev za novogradnje, opredeljena kot objekt z začetnim energijskim in emisijskim vložkom ter kasnejšimi energijskimi tokovi in emisijami, ki so potrebni za zagotavljanje obratovanja stavbe. Na podlagi različnih možnih izborov tehnologije gradnje oz. uporabe gradbenih materialov ter energijske učinkovitosti smo oblikovali nov pristop za vrednotenje, ki upošteva skupne energijske potrebe in okoljske obremenitve stavbe v najbolj pomembnih delih življenjskega ciklusa, pri čemer se v analizah omejujemo na fazo gradnje in nadaljnjega obratovanja. S tem na novo identificiranim pristopom za vzročno-posledično vrednotenje želimo omogočiti nadzorovano odločanje, ki bo lahko vplivalo tudi na npr. intenzivnejšo uporabo gradiv biološkega izvora in lokalnih gradiv, ki ga izvajajo projektanti in investitorji. Med ekonomskimi kriteriji želimo izpostaviti celovitejši vidik obravnave stroškov v dveh ključnih delih življenjske dobe stavbe (gradnja in obratovanje), kjer se različne aktualne možnosti dodatnega investiranja v tehnološki nadstandard vrednotijo s kasnejšimi prihranki pri obratovalnih stroških ter tako omogočajo medsebojno primerljivost različnih tehnologij gradnje. V monografiji predstavljeni rezultati analiz so izoblikovali argumentirano ekonomsko stališče, ki nakazuje, da primerno optimirana gradnja energijsko visokoučinkovitih enodružinskih hiš, npr. pasivnih hiš, ne sme voditi k bistveno večji investiciji glede na gradnjo nizkoenergijskih stavb. Kot posebej pomemben rezultat pa je predpostavljena ugotovitev, da je pasivna zgradba najbolj ekonomična, če ob investiranju upoštevamo tudi stroške nadaljnjega obratovanja stavbe. Takšen rezultat bo imel v prihodnosti posebno težo in bo pomembno vplival na intenzivnejše odločanje za tehnologijo nizkoenergijske ter še posebej pasivne hiše. S tem bo v pomoč tako stroki kot investitorjem. Za uporabnike stanovanjskih objektov je pomembno doseganje višjih parametrov bivalnega ugodja. Ti so pri gradnji po nizkoenergijskem in pasivnem standardu v primerjavi z običajno grajenimi zgradbami znatno višji. V monografiji so z analizo obratovanja novih energijsko učinkovitih stavb podani konkretni argumenti, ki z doseženimi mikroklimatskimi karakteristikami govorijo v prid sodobnim tehnologijam oz. celo izpostavljajo njihovo nujnost. Energija v življenjskem ciklusu stavbe Grajeno okolje je v Evropi odgovorno za % skupne rabe primarne energije, zato predstavlja velik potencial pri zmanjševanju rabe primarne energije in emisijah CO 2 [18, 19, 20]. V zadnjih dveh desetletjih se je družba začela tega zavedati, zato se energijska učinkovitost v grajenem okolju zahteva tudi v evropski zakonodaji. EPBD 2002/91/EC in 2010/31/EU zahtevata od držav članic, da predvidijo in izboljšajo energijsko učinkovitost stavb [20, 21]. Ukrepe so izvedle že številne države [22], med njimi leta 2010 tudi Slovenija [3], ko je celovito posodobila predhodne ohlapne zahteve v obravnavanju energijske učinkovitosti stavb [23] in jih je nadgradila z definicijo za skoraj nič-energijske stavbe [24]. Zmanjšanje rabe energije v stavbah ne gre na račun manjšega ugodja uporabnikov. V skladu s trajnostnim razvojem si je treba prizadevati, da imajo stavbe enako bivalno ugodje ob omejeni rabi naravnih virov in čim manjšim negativnim vplivom na okolje v celotnem življenjskem ciklusu [25]. Vsaka stavba ima svoj življenjski ciklus, ki je sestavljen iz šestih faz: pridobivanje surovin, proizvodnja gradiv in komponent (naprav), prodaja, vgradnja, uporaba (obratovanje) in odstranitev. Vsaka od teh faz obremenjuje okolje z rabo energije in emisijami CO 2 ter drugimi škodljivimi in nevarnimi substancami. Posamezne faze so med seboj lahko tudi zelo oddaljene, zato je med njimi potreben transport. Ta je vezan na energente iz neobnovljivih virov, povzroča pa emisije. Rabo energije in z njimi povezane emisije je treba torej gledati v luči celotnega življenjskega ciklusa stavbe [26, 27].

5 1. Uvod Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš PRIDOBIVANJE SUROVIN PROIZVODNJA POLIZDELKOV Slika 1.1: Življenjski ciklus stavbe E N E R G I J A PRODAJA VGRADNJA UPORABA ODSTRANITEV O N E S N A Ž E N J E V razvitem svetu je kar 40 % rabe energije vezane na stavbe. Potrebujejo jo neposredno in posredno. Neposredno v fazi vgradnje, v času uporabe, za sanacijo in odstranitev. Posredno potrebujejo energijo za pridobivanje surovin ter proizvodnjo gradiv, iz katerih je stavba, in tehničnih naprav, ki jih potrebuje za obratovanje [28]. Delež energije za posamezne namene je pri stavbah zelo različen. Na to temo je bilo v zadnjih letih objavljenih več študij in raziskav. Sartori [29] na podlagi številnih analiziranih primerov iz literature ugotavlja, da je delež energije, ki jo potrebujeta fazi vgradnje in odstranitve ter transportiranje gradiv, zanemarljiv ali pa ocenjen na približno 1 % skupne potrebne energije v življenjskem ciklusu. Med 16 študijami samo 4 obravnavajo fazo recikliranja kot del življenjskega ciklusa stavbe, večina pa faze odpada ne obravnava [29]. Največji delež skupne rabe energije v življenjskem ciklusu stavbe predstavljata energija, ki je potrebna za obratovanje stavbe (energija za ogrevanje in prezračevanje prostorov, segrevanje sanitarne vode), in energija, ki je bila v stavbo vgrajena (energija za proizvodnjo gradiv in komponent za stavbo). Številne študije kažejo, da je pri konvencionalnih stavbah obratovalna energija glavni del skupne rabe energije v življenjski dobi stavbe (dolžina življenjskega ciklusa se med študijami razlikuje, od 50 do 80 let), saj obsega % skupne rabe energije [25, 29, 30, 31, 32]. Zlasti to velja za stavbe v hladnih in zmernih klimah [30, 33]. Sartori [29] pregleda 60 primerov hiš iz literature (Švedska, Norveška, Nemčija, Švica, ZDA, Kanada, Avstralija, Nova Zelandija, Japonska) in ugotovi, da obratovalna energija predstavlja dominantni del skupne energije pri konvencionalnih in nizkoenergijskih stavbah. Pomemben ukrep za zmanjšanje obratovalne energije stavbe je višanje njene energijske učinkovitosti. V zadnjih dveh desetletjih je bilo vloženega veliko napora v večjo toplotno izolativnost ovoja stavbe z večjo debelino toplotne izolacije, okni z visoko toplotno izolativnostjo, z zrakotesnim ovojem brez toplotnih mostov ter z vgradnjo kontroliranega prezračevanja z vračanjem toplote odpadnega zraka. Razviti so bili številni tipi energijsko učinkovitih stavb z različnimi koncepti, ki se pojavljajo tudi v slovenski gradbeni praksi. Ti sodobni koncepti so terminološko prepoznavni kot npr. zelo dobre nizkoenergijske [34] in pasivne hiše [35], nič-energijske hiše, plus-energijske hiše ali energijsko aktivne hiše [36], energijsko samozadostne hiše, hiše Minergie [36,37]. Trenutna optimalna oblika energijsko učinkovite hiše je pasivna hiša [38]. Potrebe po energiji za ogrevanje so se pri energijsko najbolj učinkovitih stavbah znatno zmanjšale. Težišče prihrankov pri vseh konceptih je na zmanjševanju rabe končne energije v fazi obratovanja, medtem ko je energija, potrebna za druge faze življenjskega ciklusa stavbe večinoma zapostavljena [25]. Dejstvo pa je, da ukrepi za zmanjšanje obratovalne energije povzročijo povečano rabo energije v fazi proizvodnje [25, 40]. Zaradi tega je treba v prihodnje več pozornosti nameniti vgrajeni energiji. Nekatere študije namreč kažejo, da je skupna raba energije v nizkoenergijskih stavbah - zaradi višjega deleža vgrajene energije - celo višja kot v stavbah z višjo obratovalno energijo [40]. Ukrepi, ki zmanjšujejo rabo energije v obratovanju, torej ne znižujejo nujno tudi primarne energije celotnega življenjskega ciklusa [39]. Z višanjem energijske učinkovitosti stavbe torej pričakovano narašča tudi delež vgrajene energije v skupni rabi energije v življenjskem ciklusu stavbe. Stavbni ovoj dobi dodatne količine gradiv in nove komponente, s katerimi se zagotavlja višja energijska učinkovitost. Številne študije kažejo, da izbira gradiv za stavbe z visoko energijsko učinkovitostjo postaja čedalje bolj pomembna [25, 29, 28, 30, 31], zato postajajo ključne strategije za zmanjšanje rabe primarne energije za proizvodnjo gradiv in komponent [39]. Industrija gradiv je energijsko intenzivna in velik povzročitelj emisij CO 2. V prihodnosti bodo ukrepi za zmanjšanje rabe energije v obratovanju stavb pripeljali do dodatnega povečanja uporabe gradiv in proizvodnje energije [39]. Zato je iskanje rešitev za zvišanje energijske učinkovitosti stavb, ob minimiziranih energijskih in okoljskih vlaganjih v tehnologije za stavbe, še posebnega pomena [41]. Energijsko visokoučinkovite stanovanjske stavbe Višjo energijsko učinkovitost stavb zapovedujejo evropska zakonodaja [21] in tudi nacionalne zakonodaje [3]. V Sloveniji je bila tako po zahtevah PURES 2010 največja dovoljena potrebna toplota za ogrevanje enodružinske hiše z oblikovanim faktorjem 0,6 m -1 tipično omejena na okoli 50 kwh/(m 2 a). Ta omejitev se je z začetkom leta 2015 nadalje znižala na približno 40 kwh/(m 2 a). S sočasno uvedbo minimalnih zahtev za skoraj nič- -energijske stavbe pa se predvideva dodatno zmanjšanje največje potrebne toplote za ogrevanje na 25 kwh/(m 2 a) [24]. Največja dovoljena potrebna količina toplote za ogrevanje stavbe se torej približuje tisti v pasivni hiši, kjer se visoka energijska učinkovitost ustrezno dopolnjuje z uporabo obnovljivih virov energije ter morebitno proizvodnjo energije. Pasivna hiša je v svetovnem merilu najbolj ambiciozna in znanstveno dokazana pot za trajnostno stavbo [45, 46], ki se poleg novogradenj tehnološko že aplicira tudi pri energijski prenovi obstoječih stanovanjskih in javnih stavb [47, 48]. V primerjavi s konvencionalnimi stavbami prihrani pasivna hiša % energije za ogrevanje prostorov. Učinkovitost pasivne hiše dokazujejo številne realizacije. Njihovo število drastično narašča [49] in po ocenah [50] je bilo že ob koncu leta 2012 samo v Evropi dokumentiranih več kot izvedb takšnih projektov.

6 1. Uvod Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Pasivna hiša [51, 38] potrebuje za ogrevanje največ 15 kwh/(m 2 a) koristne energije. To je le ena od posledic skrbnega interdisciplinarnega načrtovanja [52, 53, 54]. Ustrezna optimizacija tehničnih rešitev pa se ne odraža samo v višji energijski učinkovitosti, temveč tudi v manjši dodani investiciji v pasivno hišo. Glede na učinkovito gradnjo po dopustnih zahtevah slovenske zakonodaje je pasivna hiša v izvedbi dražja le za največ 10 % [55]. Za izredno majhne transmisijske toplotne izgube pasivne hiše je poleg ustrezne arhitekturne rešitve zahtevan tudi dobro toplotno zaščiten in zrakotesno izveden ovoj stavbe brez toplotnih mostov. Stavba mora imeti vgrajen sistem kontroliranega prezračevanja z visokoučinkovitim vračanjem toplote odpadnega zraka, s čimer se zmanjšajo tudi toplotne izgube prezračevanja. Toplotne izgube stavbe v konici ogrevalne sezone ne presegajo 10 W/m 2 in jih je zato mogoče pokriti z dovodom toplote s pomočjo sistema kontroliranega prezračevanja. Klasični ogrevalni sistem v takšni racionalno zasnovani stavbi zaradi tega ni več potreben [56]. V pasivni hiši se v tujini najbolj pogosto uporablja toplozračno ogrevanje [57]. Za generacijo toplote pa je največkrat uporabljana toplotna črpalka [58, 59]. Vzpostavili so se tudi sistemi za certificiranje stavbnih komponent in izvedenih pasivnih hiš [60], kot izhajajo iz potreb projektantov, proizvajalcev opreme ter investitorjev. Avtorji obravnavajo pasivno hišo in njene sestavne dele z različnih vidikov: energijska učinkovitost ter vpliv sestave ovoja stavbe na toplotne izgube [56], vrste toplotnih mostov in njihov vpliv na energijsko učinkovitost [61], vključevanje notranjih virov toplote v energijsko bilanco [62], optimizacija ogrevanja in prezračevanja [57]. Analizirajo vpliv toplotne vztrajnosti zunanjih sten na energijsko učinkovitost dobro izoliranih stavb in ugotavljajo, da uporaba sten z visoko toplotno vztrajnostjo vpliva na zmanjšanje rabe energije za ogrevanje in tudi za hlajenje. V poletnih mesecih v pasivnih hišah lahko pride do pregrevanja [63]. Meritve [64] dokazujejo, da je poleti temperaturno ugodje mogoče zagotoviti z odpiranjem oken v nočnem času, s sončno zaščito na južno in zahodno orientiranih oknih in z zmanjševanjem notranjih virov toplote. Bivalno ugodje je dodana vrednost pasivnih hiš, ki ga potrjujejo številne raziskave izkušenj uporabnikov z bivanjem. Rezultati evropskega projekta cepheus [56], ki temeljijo na fizikalnih meritvah več kot 100 stanovanjskih enot v 14 projektih iz različnih evropskih držav, in izkušnjah uporabnikov, ki v njih živijo, kažejo na visoko stopnjo zadovoljstva s kakovostjo in temperaturo zraka v prostorih v zimskem in poletnem obdobju. Še posebej se zadovoljstvo izraža po nekaj mesecih življenja v pasivni hiši, ko se uporabniki spoznajo z delovanjem hiše, predvsem sistemom prezračevanja in ogrevanja [65]. Uporabnikovi pomisleki so namreč lahko tudi posledica neustrezne uporabe [49, 66]. Vrednotenje kakovosti bivanja končnih uporabnikov se je izkazalo kot posebej pomembno za sprejemanje ali zavrnitev sodobnih energijskih konceptov v stavbah [67] ter za spreminjanje nepremičninskih stereotipov o bivalnem okolju [68]. Za pasivne hiše in njene komponente so bili razviti številni računski modeli in simulacijska orodja, ki pomagajo pri načrtovanju stavb na različnih ravneh. Modeli obravnavajo energijsko učinkovitost stavb [69], ogrevalne sisteme [70], zemeljski prenosnik toplote [71], termične solarne ogrevalne sisteme [72]. Razvita so bila simulacijska orodja, ki vključujejo načrtovanje nizkoenergijskih hiš [73], obravnavajo dinamično obratovanje stavb [74], so v pomoč pri načrtovanju energetskih sistemov za pasivne hiše [75] ter načrtovanju nzeb [76] ipd. Pri ocenjevanju energijske učinkovitosti stanovanjskih stavb z uporabo različnih simulacijskih orodij ter tudi pri parcialnem metodološkem ocenjevanju energijske učinkovitosti posameznih komponent stavb je treba uporabiti večje število parametrov. Ta značilnost velja tudi za orodje phpp, t.j. Passive House Planning Package - The energy balance and Passive House design tool [77], ki je bilo v evropskem prostoru razvito za podporo projektantom pri celovitem načrtovanju energijsko visokoučinkovitih stavb. Ker uporaba orodja zahteva več podatkov o projektu [78], se ga zato npr. še ne da uporabiti v fazi idejnega načrtovanja stavbe. Enostavno orodje za preverjanje ustreznosti zasnove stavbe bi zato v zgodnji fazi načrtovanja izboljšalo in olajšalo rezultate dela projektantov. Najnovejše verzije tega projektantskega orodja vključujejo možnost uporabe obnovljivih virov energije oz. pričakovanih donosov fotonapetostnih sistemov, toplotnih črpalk in zemeljskih kolektorjev. Poleg tega je povezan tudi s komponentami certifikata Passivhaus Institut, kar omogoča hitrejše in natančnejše izračune energijske učinkovitosti stavb. Passivhaus Institut v Darmstadtu namreč dodeljuje posameznim komponentam certifikat, s katerim se dokazuje ustrezna kakovost. Trenutno je certificiranih več kot 500 komponent v različnih segmentih (okna, vrata, zasteklitve, rolete, žaluzije, detajli vgradnje stavbnega pohištva; stenski sistemi, stenski sistemi za prenove, temelji, detajli stikov, atike, balkonski priključki, pritrditev fasadnih oblog; prezračevalne naprave za manjše in velike stavbe, toplotne črpalke). Orodje Designph, ki vključuje 3d design software SketchUp, je nadgradnja orodja phpp in omogoča 3D modeliranje [45]. Trenutno se t. i. standard pasivna hiša še nadalje razvija. V prihodnje ne bo pomembna samo energija, potrebna za ogrevanje, ampak tudi možnost koriščenja obnovljivih virov energije v bilanci stavbe, npr. s sončno elektrarno. Lastno proizvodnjo energije iz obnovljivega izvora se bo ocenjevalo glede na potencial, ki ga ima določena stavba. Koncept osnovne pasivne hiše bo s tem nadgrajen in se bo nadalje razvijal v tri kategorije [44]: passive house classic osnovni koncept pasivne hiše: potreba po toploti za ogrevanje prostorov največ 15 kwh/(m 2 a), skupna raba primarne energije obnovljivega izvora največ 60 kwh/(m 2 a). passive house plus učinkovitejša pasivna hiša, ki z lastnim sistemom proizvede približno toliko energije, kot jo rabi: potreba po toploti za ogrevanje največ 15 kwh/(m 2 a), skupna raba primarne energije obnovljivega izvora do 45 kwh/(m 2 a), lastna proizvodnja obnovljive energije več kot 60 kwh/(m 2 a). passive house premium dodatno izboljšana pasivna hiša, ki ob povečani učinkovitosti in produktivnejšem sistemu za lastno proizvodnjo že izkazuje presežek energije: potreba po toploti za ogrevanje prostorov največ 15 kwh/(m 2 a), skupna raba primarne energije obnovljivega izvora do 30 kwh/(m 2 a), proizvodnja obnovljive energije več kot 120 kwh/(m 2 a).

7 1. Uvod Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Kot vir obnovljive energije se za lastno proizvodnjo običajno uporablja sonce, izkorišča pa se lahko tudi veter. Poleg razvoja in prilagajanja tehnologij, ki obnovljivo energijo pretvarjajo v širše uporabno električno energijo, se rešuje tudi ostala vprašanja ter s tem povezane težave. Samo nekaj proizvedene energije se namreč lahko uporabi neposredno v stavbi, ostalo pa je treba bodisi shraniti za nadaljnjo lastno uporabo, tudi za daljše časovno obdobje, ali pa porabiti drugje na račun ostalih porabnikov v siceršnjem električnem omrežju. Najbolj pogosti sistemi za proizvodnjo električne energije v pasivnih hišah so fotonapetostni, ker je njihov donos največji poleti, ko so potrebe hiš po električni energiji najmanjše. Shranjevanje električne energije pa je sicer tehnično zahtevno in drago. V bližnji prihodnosti lahko torej pričakujemo razvoj in optimizacijo prav na tem področju. 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Okoljska primernost elementov toplotnega ovoja Energijsko učinkovite stavbe potrebujejo za ogrevanje in vzdrževanje toplotnega ugodja precej manj energije kot konvencionalne stavbe, ki so se gradile še pred dobrim desetletjem, in imajo zaradi tega tudi manj negativnih vplivov na okolje in človeka. Vendar pa nove tehnološke rešitve, ki omogočajo povišanje te učinkovitosti, zahtevajo dodatna materialna in energijska vlaganja v novogradnje, ki so lahko tudi večja od prihrankov energije, ki jih omogočajo. Pri odločitvi za energijsko učinkovito stavbo je zato bistveno preučiti negativni potencial v celotnem življenjskem ciklusu stavbe, ki obsega naslednje tipične faze: pridobivanje surovin in proizvodnja gradiv ter komponent za stavbo, prodaja in vgradnja gradiv ter komponent, uporaba stavbe kot najdaljša faza življenjskega ciklusa, odstranitev stavbe in njenih sestavnih delov. Kakšni so ti dodatni vložki na različnih gradbenih komponentah in kako hitro jih stavbe vračajo zaradi bolj učinkovitega obratovanja v primerjavi s stavbami, grajenimi v skladu s trenutno zakonodajo? Ali so odnosi med višjo energijsko učinkovitostjo stavb in neželenimi okoljskimi posledicami linearni? Kakšne smernice je mogoče izpostaviti, da novogradnje ne bodo energijsko potratne in okolju neprijazne že brez faze uporabe stavbe oz. njenega obratovanja? V okviru raziskav je bila izdelana analiza ključnih okoljskih posledic, ki se pojavijo zaradi izboljšav na elementih stavbnega ovoja zaradi povečevanja njihove toplotne izolativnosti. Analiza učinkov je v tem delu omejena na dva najbolj prepoznavna okoljska parametra, in sicer: 1. Uporabljena primarna energija za proizvodnjo gradbenega elementa, pri čemer je ta parameter omejen na količino energije neobnovljivega izvora (PEC n.r. = primary energy content, non renewable). 2. Obremenjevanje okolja v fazi proizvodnje gradbenih elementov s snovmi, in sicer: a.) snovi, ki imajo toplogredni učinek, torej imajo potencial globalnega segrevanja (GWP 100 = global warming potential, 100 years) ter b.) snovi, ki imajo regionalni učinek na potencial zakisljevanja okolja (AP = acidification potencial).

8 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Tipični gradbeni materiali in njihovi relevantni parametri Različna gradiva imajo v fazi nastanka (pridobivanje surovin, proizvodnja, prodaja, transport), t.j. vse do plasiranja proizvoda na mesto vgradnje, različne energijske zahteve in s tem različne okoljske posledice. Izvorni podatki [79] za parametre PEC n.r., GWP 100 in AP, ki so uporabljeni v analizi, so prikazani v nadaljevanju (sliki 2.1 in 2.3). Za skupine gradbenih materialov je prikazana odvisnost teh treh okoljskih parametrov glede na toplotno prevodnost materialov. masivniparket keramičnatalnaobloga pesek,gramoz,suh strešnaopeka Alpločevina guma,granulat bitumenskafolija polieilenskafolija lesnovlaknenaplošča,poltrda(do600kg/ lesnovlaknenaplošča(160do200kg/m³) baleizsisnjeneslame celuloznikosmiči mavčnovlakneneplošče mavčnokartonskeplošče vezanelesneplošče iverneplošče OSBplošča les,rezan,groboobdelan,tehničnosušen les,rezan,groboobdelan,zračnosušen penjenosteklo,nasutje perlit,ekpandirani steklenavolna(>40kg/m³) steklenavolna(15do25kg/m³) kamenavolna(>100kg/m³) kamenavolna(25do40kg/m³) kamenavolna(>40kg/m³) ekstrudiranipolisiren,co2 penjen ekstrudiranipolisiren,hfkw penjen penjenipolisiren(25kg/m³) penjenipolisiren(20kg/m³) cementniestrih mavčnoapneniomet glineniomet(1700kg/m³) silikatniomet,armirani opečnizidak( 800kg/m³) porobetonskastropnaplošča armiranibeton beton(1.600do1.800kg/m³) porobetonskizidak( 400kg/m³) 156 2,033 1, ,868 1, , , ,275 5,600 5,352 3,563 3,976 3,056 4,580 5,941 8,277 7,822 7,450 13,028 PECn.r uporabljenaprimarnaenergija,obn.inneobnovljivegaizvorapec n.r. inpec r. [kwh/m 3 ] Slika 2.1: Energijski parametri tipičnih gradbenih materialov uporabljena primarna energija, povzeto iz baze podatkov za gradbene proizvode [79] masivni parket keramična talna obloga pesek, gramoz, suh strešna opeka Al pločevina guma, granulat bitumenska folija poliejlenska folija lesno vlaknena plošča, poltrda (do 600 kg/m³) lesno vlaknena plošča (160 do 200 kg/m³) bale iz sjsnjene slame celulozni kosmiči mavčno vlaknene plošče mavčno kartonske plošče vezane lesne plošče iverne plošče OSB plošča les, rezan, grobo obdelan, tehnično sušen les, rezan, grobo obdelan, zračno sušen penjeno steklo, nasutje perlit, ekpandirani steklena volna (>40 kg/m³) steklena volna (15 do 25 kg/m³) kamena volna (>100 kg/m³) kamena volna (25 do 40 kg/m³) kamena volna (>40 kg/m³) ekstrudirani polisjren, CO2 penjen ekstrudirani polisjren, HFKW penjen penjeni polisjren (25 kg/m³) penjeni polisjren (20 kg/m³) cementni estrih mavčno apneni omet glineni omet (1700 kg/m³) silikatni omet, armirani opečni zidak ( 800 kg/m³) porobetonska stropna plošča armirani beton beton (1.600 do kg/m³) porobetonski zidak ( 400 kg/m³) 48 1, , , , , PECr potencial globalnega segrevanja GWP 100 [kg CO 2equ /m 3 ] Slika 2.2: Okoljski parametri tipičnih gradbenih materialov potencial globalnega segrevanja, povzeto iz baze podatkov za gradbene proizvode [79] GWP100 masivni parket keramična talna obloga pesek, gramoz, suh strešna opeka Al pločevina guma, granulat bitumenska folija polieilenska folija lesno vlaknena plošča, poltrda (do 600 kg/ lesno vlaknena plošča (160 do 200 kg/m³) bale iz sisnjene slame celulozni kosmiči mavčno vlaknene plošče mavčno kartonske plošče vezane lesne plošče iverne plošče OSB plošča les, rezan, grobo obdelan, tehnično sušen les, rezan, grobo obdelan, zračno sušen penjeno steklo, nasutje perlit, ekpandirani steklena volna (>40 kg/m³) steklena volna (15 do 25 kg/m³) kamena volna (>100 kg/m³) kamena volna (25 do 40 kg/m³) kamena volna (>40 kg/m³) ekstrudirani polisiren, CO2 penjen ekstrudirani polisiren, HFKW penjen penjeni polisiren (25 kg/m³) penjeni polisiren (20 kg/m³) cementni estrih mavčno apneni omet glineni omet (1700 kg/m³) silikatni omet, armirani opečni zidak ( 800 kg/m³) porobetonska stropna plošča armirani beton beton (1.600 do kg/m³) porobetonski zidak ( 400 kg/m³) potencial zakisljevanja okolja AP [kg SO 2equ /m 3 ] Slika 2.3: Okoljski parametri tipičnih gradbenih materialov potencial zakisljevanja okolja, povzeto iz baze podatkov za gradbene proizvode [79] Posamezna konstrukcijska in toplotnoizolacijska gradiva, s katerimi zagotavljamo višjo energijsko učinkovitost toplotnega ovoja, t.j. njegovo boljšo toplotno zaščito, smo združili v pet skupin: gradiva za masivno zidano konstrukcijo, gradiva za leseno lahko konstrukcijo, sintetična toplotnoizolacijska gradiva, mineralna toplotnoizolacijska gradiva, naravna toplotnoizolacijska gradiva. Gradiva za nosilno konstrukcijo in toplotno zaščito se diferencirajo tudi glede na njihove toplotne prevodnosti, ki po podatkih proizvajalcev [80] znaša za toplotno izolacijske materiale l 0,05 W/(m K). Za proizvodnjo gradiv uporabljena primarna energija neobnovljivega izvora, za pet izpostavljenih skupin, ne izkazuje posebnih izrazitih trendov. To nakazuje, da je treba uporabo gradiv v toplotnem ovoju obravnavati individualno ter ne npr. skupinsko oziroma načelno. Gradiva za masivno zidano konstrukcijo imajo vrednosti npr kwh/m 3. Toplotnoizolacijska gradiva (slika 2.4) naravnega izvora imajo najnižje vrednosti v skupini, višje vrednosti imajo gradiva mineralnega izvora, najvišje pa gradiva sintetičnega izvora. Razlike med vrednostmi so v območju kwh/m 3. Potencial globalnega segrevanja z vrednostmi za različna gradiva (slika 2.5) izkazuje pozitivne vidike uporabe nosilnih konstrukcijskih in toplotnoizolacijskih gradiv naravnega izvora, npr. les in proizvodi iz lesa. Ta gradiva imajo namreč na račun v fazi rasti akumuliranega oziroma vezanega CO 2 negativne vrednosti GWP 100, ki znašajo za toplotnoizolacijska gradiva do -200 kg CO 2equ /m 3, pri nosilnih konstrukcijskih gradivih pa od -700 do kg CO 2equ /m 3. AP

9 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Vsa ostala gradiva imajo GWP 100 vrednosti v pozitivnem območju in sicer kg CO 2equ /m 3. Vrednosti za potencial zakisljevanja okolja AP niso odvisne od tega, v kateri skupini je gradivo. Raztros rezultatov je med vrednostmi 0,1 1,1 kg SO 2equ /m 3. PEC n.r. [kwh/m 3 ] toplotna prevodnost gradbenih materialov λ [W/(mK)] zidana gradnja lesna gradnja TI sinte6čna TI mineralna TI biološka Slika 2.4: Uporabljena primarna energija za proizvodnjo različnih skupin gradiv, v odvisnosti od njihove toplotne prevodnosti GWP 100 [kg CO 2equ /m 3 ] AP [kg SO 2equ /m 3 ] toplotna prevodnost materialov λ [W/(mK)] toplotna prevodnost materialov λ [W/(mK)] zidana gradnja lesna gradnja TI sinte5čna TI mineralna TI biološka Slika 2.5: Okoljski parametri skupin gradiv, potencial globalnega segrevanja (A) in potencial zakisljevanja okolja (B), v odvisnosti od toplotne prevodnosti gradiv A B Najbolj pogosti sestavi konstrukcijskih sklopov toplotnega ovoja Za nadaljnje analize so za posamezne skupine sklopov toplotnega ovoja stavb prikazani najbolj pogosto uporabljeni konstrukcijski sklopi, ki se uporabljajo v novogradnjah za: masivne zidane (MZ) in lahke lesene (LL) stene, poševne (PS) in ravne strehe (RS) ter tla na terenu (TT) in tla nad neogrevanimi kletmi (TK). Posamezni sklopi so zaradi spremljanja analize označeni s šiframi. V nadaljevanju so predstavljeni skupaj s cilji in odločitvami, ki so vplivale na njihov izbor. Masivna zidana stena Za področje masivnih zunanjih sten je izbranih devet tipičnih sestavov (slika 2.6), ki so opisani v nadaljevanju (preglednica 2.1): MZ1 je izhodiščni osnovni sestav za zidane stene: opečna stena debeline 30 cm, na zunanji strani toplotna izolacija iz plošč mineralne volne, zunanji omet (kontaktna fasada). Toplotna izolativnost se veča s povečevanjem debeline toplotne izolacije. MZ2 izhaja iz sestava MZ1, opečni zid zmanjšan na debelino 20 cm, sistem toplotne zaščite ostaja isti. MZ3 izhaja iz sestava MZ1, uporabljena je drugačna toplotna izolacija - namesto mineralne volne je uporabljen ekspandirani polistiren. MZ4 izhaja iz sestava MZ1, na zunanji strani uporabljena mineralna volna manjše gostote (primerna za prezračevano fasado). Takšen sestav je izbran, da se preveri izvedba prezračevane fasade. MZ5 je preoblikovan sestav MZ1, mineralno volno nadomešča ekstrudirani polistiren (za izpostavljene in vkopane dele zidane stene). MZ6 izhaja iz sestava MZ1, mineralna volna manjše gostote je vgrajena v leseno podkonstrukcijo, zunaj zaključeno z lesno vlakneno ploščo. S tem sestavom se preverja učinek vključevanja lesa v sestave masivnih zidanih sten. MZ7 izhaja iz MZ6, v leseno podkonstrukcijo je namesto mineralne volne vpihana celulozna toplotna izolacija. S to fasadno rešitvijo se na opečnem zidu dosega popolna uporaba materialov biološkega izvora. MZ8 je sestav iz zidakov iz plinobetona, z debelino stene 30 cm, na zunanji strani toplotna izolacija iz plošč mineralne volne, zunanji omet (kontaktna fasada), kot pri MZ1. S tem sestavom se preverja, kakšen vpliv ima sprememba nosilnega gradiva. MZ9 izhaja iz MZ8, namesto mineralne volne je uporabljen ekspandirani polistiren.

10 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš MZ1 MZ4 MZ7 MZ2 MZ5 MZ7 Slika 2.6: Informativni prikaz najbolj pogostih konstrukcijskih sklopov, masivne zunanje stene, 9 primerov; slikovni vir: orodje Rechner für Bauteile [79] MZ3 MZ6 MZ8 MZ1 MZ2 MZ3 1 notranji omet notranji omet notranji omet 2 opečna stena z AB konstrukcijo opečna stena z AB konstrukcijo opečna stena z AB konstrukcijo 3 mineralna volna mineralna volna ekspandirani polistiren 4 zunanji omet zunanji omet zunanji omet MZ4 MZ5 MZ6 1 notranji omet notranji omet notranji omet 2 opečna stena z AB konstrukcijo opečna stena z AB konstrukcijo opečna stena z AB konstrukcijo 3 mineralna volna ekstrudirani polistiren lesena konstrukcija, mineralna volna 4 zunanji omet zunanji omet lesnovlaknena plošča 5 zunanji omet MZ7 MZ8 MZ9 1 notranji omet notranji omet notranji omet 2 opečna stena z AB konstrukcijo porobetonska stena z AB konstrukcijo 3 lesena konstrukcija, celulozni kosmiči mineralna volna porobetonska stena z AB konstrukcijo ekspandirani polistiren 4 lesnovlaknena plošča zunanji omet zunanji omet 5 zunanji omet Preglednica 2.1: Opis materialov v slojih konstrukcijskih sklopov, zunanji zidovi Lesena lahka stena Lesena lahka konstrukcija je aktualni sestav energijsko varčnih stavb. Obstajata dva osnovna načina izvedbe konstrukcija zunanjega ovoja se lahko izdela v delavnici, lahko pa se postavi tudi na gradbišču. Za analizo je izbranih devet tipičnih sestavov zunanjih lahkih lesenih sten (slika 2.7), ki so opisane v nadaljevanju (preglednica 2.2): LL1 je izhodiščni sestav za lahke lesene stene. Osnovna toplotna zaščita je vgrajena v konstrukcijsko ravnino debeline 16 cm, z mineralno volno manjše gostote. Na zunanji strani je dodatna plast toplotne izolacije iz mineralne volne (s kontaktnim ometom). Na notranji strani se instalacijska ravnina zapolni z mineralno volno. LL2 izhaja iz LL1, na zunanji strani je namesto mineralne volne uporabljen ekspandirani polistiren. S to izvedbo se na sklopu preverja učinek uporabe toplotne izolacije sintetičnega izvora. LL3 je konstrukcijsko drugače izvedena od predhodnih. Namesto konstrukcije iz masivnih elementov so uporabljeni leseni»i«profili, med njimi pa mineralna volna manjše gostote. Na zunanji strani stene so uporabljene plošče mineralne volne manjše debeline in tankoslojni omet. Instalacijska ravnina na notranji strani sklopa se zapolni z mineralno volno. Za spreminjanje toplotne zaščite se v tem primeru spreminja širina»i«profilov z izolacijo. LL4 je preoblikovan sestav LL3, na zunanji strani se namesto mineralne volne uporabi ekspandirani polistiren. S to izvedbo se na sklopu z»i«profili preverja učinek vključevanja fasadne izolacije sintetičnega izvora. LL5 je preoblikovan sestav LL3, uporabljena so izključno naravna toplotnoizolacijska gradiva: celulozni kosmiči med»i«profili, plošče iz lesnih vlaken pa na zunanji in notranji strani. LL6 je tipični sestav za lahke lesene stene, grajene na gradbišču (skeletna konstrukcija). Med leseno nosilno konstrukcijo je toplotna izolacija iz mineralne volne. Na zunanji strani so uporabljene lesnovlaknene plošče. Fasada ima prezračevano fasadno oblogo. LL7 izhaja iz sestava LL6, v celoti so uporabljena naravna toplotnoizolacijska gradiva. Mineralno volno v konstrukcijski ravnini nadomeščajo celulozni kosmiči. LL8 izhaja iz LL6, med leseno nosilno konstrukcijo so bale iz slame. LL9 je stena iz plošč masivnega lepljenega lesa. Na zunanji strani stene je podkonstrukcija iz lesenih»i«profilov, med katere je vpihana toplotna izolacija iz celuloznih kosmičev. Fasadni sistem zaključuje plošča iz lesnih vlaken.

11 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš LL1 LL4 LL7 LL2 LL5 LL8 Slika 2.7: Informativni prikaz najbolj pogostih sestavov lesene lahke stene, 9 primerov; slikovni vir: orodje Rechner für Bauteile [79] LL1 LL2 LL3 1 mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča 2 mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča 3 letve, mineralna volna letve, mineralna volna letve, mineralna volna 4 parna ovira parna ovira parna ovira 5 iverne plošče iverne plošče iverne plošče 6 lesena konstrukcija, mineralna volna lesena konstrukcija, mineralna volna LL3 LL6 LL8 leseni»i«profil, mineralna volna 7 iverne plošče iverne plošče leseni»i«profil, mineralna volna 8 mineralna volna ekspandirani polistiren leseni»i«profil, mineralna volna 9 zunanji omet zunanji omet iverne plošče 10 mineralna volna 11 zunanji omet LL4 LL5 LL6 1 mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča 2 mavčno-kartonska plošča lesnovlaknena plošča mavčno-kartonska plošča 3 letve, mineralna volna parna ovira letve, mineralna volna 4 parna ovira iverne plošče plošče OSB 5 iverne plošče 6 leseni»i«profil, mineralna volna 7 leseni»i«profil, mineralna volna leseni»i«profil, celulozni kosmiči leseni»i«profil, celulozni kosmiči leseni»i«profil, celulozni kosmiči lesena konstrukcija, mineralna volna lesena konstrukcija, mineralna volna lesena konstrukcija, mineralna volna 8 leseni»i«profil, mineralna volna iverne plošče lesnovlaknena plošča 9 iverne plošče lesnovlaknena plošča prezračevani sloj, letvanje 10 ekspandirani polistiren zunanji omet lesena fasadna obloga 11 zunanji omet LL7 LL8 LL9 1 mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča plošča iz lepljenega lesa 2 mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča parna ovira 3 letve, celulozni kosmiči letve, slama 4 plošče OSB plošče OSB lesena konstrukcija, celulozni kosmiči lesena konstrukcija, celulozni kosmiči lesena konstrukcija, celulozni kosmiči lesena konstrukcija, slama lesena konstrukcija, slama lesena konstrukcija, slama leseni»i«profil, celulozni kosmiči leseni»i«profil, celulozni kosmiči leseni»i«profil, celulozni kosmiči lesnovlaknena plošča prezračevani sloj, letvanje 8 lesnovlaknena plošča lesnovlaknena plošča lesena fasadna obloga 9 prezračevani sloj, letvanje prezračevani sloj, letvanje 10 lesena fasadna obloga lesena fasadna obloga Preglednica 2.2: Opis materialov v slojih konstrukcijskih sklopov, lesene zunanje stene Poševne in ravne strehe Za analizo so izbrani različni konstrukcijski sklopi za lahke lesene in masivne poševne strehe ter lesene in masivne armiranobetonske ravne strehe (slika 2.8), ki so opisani v nadaljevanju (preglednica 2.3): PS1 je osnovni primer poševne strehe, v ravnini med špirovci je uporabljena mineralna volna manjše gostote. Pod špirovci je z lesenimi profili ustvarjena dodatna ravnina, v kateri je vstavljeno enako toplotno izolacijsko gradivo. Ta ravnina se lahko dimenzijsko prilagaja. PS2 je primer poševne strehe iz armiranobetonske plošče, na kateri so špirovci. Med njimi in pod njimi je vstavljena toplotna izolacija iz mineralne volne. S to rešitvijo se preverja vpliv v sestav dodanega betona.

12 Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Kolofon 2 3 Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Predgovor avtorja Dr. Miha Praznik, u. d. i. s., Gradbeni inštitut ZRMK d. o. o., Ljubljana Prof. dr. Martina Zbašnik-Senegačnik, u. d. i. a., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo recenzenta Prof. dr. Janez Kresal, u. d. i. a., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo Doc. dr. Zoran Veršić, d. i. a., Univerza v Zagrebu, Fakulteta za arhitekturo lektorica Andreja Cigale, prof. slov. oblikovanje Luks studio tisk Tiskarna Peterlin naklada 700 izvodov založnik Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo, Ljubljana leto izida 2016 Brez soglasja založnika je prepovedano vsakršno razmnoževanje ali prepis v katerikoli obliki CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana : PRAZNIK, Miha Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš / Miha Praznik, Martina Zbašnik-Senegačnik. - Ljubljana : Fakulteta za arhitekturo, 2016 ISBN Zbašnik-Senegačnik, Martina V zadnjih letih tudi v Sloveniji beležimo čedalje večje zavedanje pomena energijske učinkovitosti v stavbah. Od leta 2008 do konca leta 2015 je bilo pri nas zgrajenih več kot 400 pasivnih hiš, ki za ogrevanje prostorov na leto potrebujejo največ Q NH = 15 kwh/(m 2 a) toplote in vsaj dvakrat toliko nizkoenergijskih hiš s potrebo po toploti največ 35 kwh/(m 2 a). Na podlagi nekajletnih izkušenj je torej nastopil čas za sistematično analizo in preverjanje ustreznosti konceptov pri načrtovanju, izvedbi in bivanju v energijsko visokoučinkovitih stavbah, predvsem enodružinskih hišah, ki pri nas v številu novozgrajenih močno prednjačijo. Rezultati raziskav v obliki na novo identificiranih vplivnih mehanizmov med energijskimi, okoljskimi in ekonomskimi parametri so lahko v pomoč pri oblikovanju celovitejših pristopov za nove energijsko učinkovite enodružinske hiše. V monografiji so v prvem delu stavbne komponente ocenjene glede na vgrajeno primarno energijo ter ključne okoljske parametre (PEC n.r., GWP 100, AP). Predstavljena je primerjava karakterističnih vrednosti za nekatere konstrukcijske sklope zunanjega ovoja (stene, strehe, tla, okna). Izpostavljeni so parametri, ki na račun povečane energijske učinkovitosti zagotavljajo boljše bivalno ugodje in so povezani s tehnologijo gradnje. Za ključne konstrukcijske sestave in zunanje stavbno pohištvo je ocenjena dodatna količina vgrajene energije in emisij CO 2, potrebnih za doseganje boljše toplotne zaščite, ovrednotena pa je tudi pričakovana vračilna doba finančnih vlaganj v te ukrepe. Na vzorcu več kot sto novozgrajenih energijsko učinkovitih enodružinskih hiš so analizirani energijski tokovi, značilnosti energijskih bilanc ter njihove ključne povezave z nekaterimi parametri ter oceno njihovih vplivov na energijske tokove v stavbah analiziranega vzorca. V nadaljevanju je predstavljena metoda za ocenjevanje energijskih tokov s pomočjo ključnih kvalitativnih parametrov, s katero je mogoče hitro preverjanje zasnove stavbe v začetni, idejni fazi načrtovanja. Predstavitev energijskih bilanc stavb se nadaljuje z ugotavljanjem značilnosti dinamičnega odzivanja energijsko učinkovitih stavb. Analiziran je vpliv tehnologije zidane in lesene gradnje ter značilnih načinov ogrevanja prostorov na letne potrebe po toploti za ogrevanje stavbe. Predstavljene so ugotovitve, nastale na podlagi izvedenih meritev na dveh stanovanjskih stavbah (zelo dobra nizkoenergijska hiša in pasivna hiša) v okolici Ljubljane. Te so vključevale spremljanje mikroklime v stavbi ter okolici in delovanje kompaktne naprave, ki oskrbuje stavbo s toploto, svežim zrakom in toplo sanitarno vodo. Na ta način so bili pridobljeni podatki o obnašanju energijsko učinkovite stavbe v konici zimskega obdobja, ki so služili kot izhodišča za oblikovanje smernic in kriterijev za načrtovanje novih energijsko učinkovitih stavb. V nadaljevanju so ugotovitve dinamičnega obratovanja stavb vsebinsko nadgrajene z analizo rezultatov meritev.

13 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš PS1 PS4 RS2 PS3 izhaja iz PS2, namesto armiranobetonske plošče so tu vgrajene plošče iz porobetona. Osnovna in dodatna toplotna izolacija se izvajata kot v predhodni rešitvi. PS4 je sestav, kjer masivno leseno konstrukcijo nadomeščajo leseni»i«profili. Boljšo toplotno izolativnost dosegamo s povečevanjem širine»i«profilov ter s tem debeline toplotne izolacije, ki je v tem primeru iz vpihanih celuloznih kosmičev. Po potrebi se lahko s ploščami iz lesnih vlaken dodatno toplotno zaščiti tudi instalacijska ravnina. PS5 izhaja iz PS4, celulozne kosmiče nadomešča povečana debelina toplotne izolacije iz slamnatih bal, vgrajenih v leseno konstrukcijo. Sistem se po potrebi izboljšuje na isti način, kot v predhodni različici. RS1 je primer ravne strehe iz lepljenega lesa. Toplotno zaščito na zgornji strani predstavlja mineralna volna. RS2 je primer ravne strehe z armiranobetonsko ploščo in toplotno izolacijo iz ekspandiranega polistirena, vgrajeno na zgornji strani. RS3 izhaja iz RS2, uporabljena je kamena volna. Preverja se vpliv izbire drugega toplotnoizolacijskega gradiva. RS4 je primer ravne strehe s toplotno izolacijo iz ekstrudiranega polistirena. PS2 PS5 RS3 Slika 2.8: Informativni prikaz najbolj pogostih sestavov poševne in ravne strehe, 9 primerov; slikovni vir: orodje Rechner für Bauteile [79] PS3 RS1 RS4 PS1 PS2 PS3 1 opečna kritina opečna kritina opečna kritina 2 letvanje letvanje letvanje 3 prezračevani sloj, letvanje prezračevani sloj, letvanje prezračevani sloj, letvanje 4 lesnovlaknena plošča paroprepustna folija paroprepustna folija 5 lesena konstrukcija, mineralna volna podeskanje 6 mineralna volna lesena konstrukcija, mineralna volna podeskanje lesena konstrukcija, mineralna volna 7 iverne plošče mineralna volna mineralna volna 8 parna ovira armiranobetonska plošča parna ovira 9 letve, mineralna volna notranji omet porobetonske plošče 10 mavčno-kartonska plošča notranji omet 11 mavčno-kartonska plošča PS4 PS5 RS1 1 opečna kritina opečna kritina prodec 2 letvanje letvanje gradbena folija 3 prezračevani sloj, letvanje prezračevani sloj, letvanje hidroizolacija 4 paroprepustna folija paroprepustna folija mineralna volna 5 lesnovlaknena plošča lesnovlaknena plošča hidroizolacija 6 leseni»i«profil, celulozni kosmiči 7 leseni»i«profil, celulozni kosmiči 8 leseni»i«profil, celulozni kosmiči lesena konstrukcija, slama lesena konstrukcija, slama plošče OSB paroizenačevalna plast lepljen les mavčno-kartonska plošča 9 plošče OSB lesnovlaknena plošča mavčno-kartonska plošča 10 lesnovlaknena plošča mavčno-kartonska plošča 11 mavčno-kartonska plošča mavčno-kartonska plošča 12 mavčno-kartonska plošča RS2 RS3 RS4 1 prodec prodec prodec 2 hidroizolacija hidroizolacija ekstrudirani polistiren 3 paroizenačevalna plast paroizenačevalna plast hidroizolacija 4 ekspandirani polistiren mineralna volna paroizenačevalna plast 5 hidroizolacija hidroizolacija armiranobetonska plošča 6 paroizenačevalna plast paroizenačevalna plast notranji omet 7 armiranobetonska plošča armiranobetonska plošča 8 notranji omet notranji omet Preglednica 2.3: Opis materialov v slojih konstrukcijskih sklopov, strehe in stropi

14 10. Predstavitev pasivnih in zelo dobrih nizkoenergijskih hiš slovenskih izvajalcev 10. Predstavitev pasivnih in zelo dobrih nizkoenergijskih hiš slovenskih izvajalcev V Sloveniji je čedalje več investitorjev, ki si ob odločitvi za nov dom izberejo tako hišo, ki bo za ogrevanje potrebovala malo energije, hkrati pa bo nudila visoko bivalno udobje torej za pasivno ali zelo dobro nizkoenergijsko hišo. Po podatkih Eko sklada j.s., ki investitorjem takih stavb dodeljuje nepovratne finančne spodbude, jih je od leta 2008 do konca leta 2015 nastalo več kot 850. Ankete, izvedene med uporabniki kažejo, da svojih odločitev ne obžalujejo. Pasivne in zelo dobre nizkoenergijske hiše so primerne za vsa klimatska območja za zmerna, pa tudi za vroča oz. hladnejša okolja, vsa imamo tudi pri nas. Prav tako ni tehnoloških omejitev. Lahko so grajene iz lesa, opeke, betona in ostalih konstrukcijskih materialov. Velika izbira je tudi med gradivi za toplotno zaščito toplotnega ovoja. Ekološko najbolj osveščeni se lahko odločajo za številne naravne toplotne izolacije. Ustrezno toplotno zaščito dajejo tudi mineralna in sintetična gradiva, ki se v gradbeni praksi še vedno najbolj pogosto uporabljajo. Arhitekturne rešitve se lahko prilagajajo regionalnim in urbanističnim zahtevam. Edino priporočilo pri odločitvi za tehnologijo gradnje je izbor take, ki jo poznajo in obvladajo vsi, ki so v nastajanje stavbe vpleteni torej načrtovalci in izvajalci. Kar pa v Sloveniji ni težava. Strokovnjaki na domačem trgu imajo ustrezno znanje, izvedene energijsko najučinkovitejše enodružinske hiše pa se po kakovosti ne razlikujejo od tujih. V nadaljevanju je predstavljenih 25 energijsko visokoučinkovitih stavb, zgrajenih v zadnjih letih v različnih slovenskih regijah. Med seboj se razlikujejo po uporabljenih gradivih in tehnologijah gradnje ter arhitekturnih rešitvah. Pripadajo različnim okoljem in stanovalcem z različnimi interesi. Njihova skupna točka je samo visoka energijska učinkovitost. In, kot kažejo komentarji uporabnikov, jih druži tudi zadovoljstvo z bivanjem v njih. Del slovenske gradbene industrije se je že prilagodil zahtevam in možnostim trga. V zadnjih letih so se profilirala številna podjetja, ki so razpoznavna prav po kvalitetni gradnji energijsko visokoučinkovitih hiš. Najboljša so se odzvala vabilu in predstavila nekaj enodružinskih stavb, ki so jih zgradili v zadnjih letih. Avtorja se zahvaljujeva podjetjem, da so se vključila v nastajanje monografije z gradivom in finančnimi sredstvi, vsem investitorjem, ki so soglašali z objavo in bili pripravljeni deliti svoje izkušnje, pa želiva prijetno bivanje v hišah.

15 Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš PRIMORSKA Hiša Flegi Istra NOTRANJSKA Hiša Fefer Vrhnika Hiša Lesno Brdo Vrhnika DOLENJSKA Hiša Hrovača Ribnica Hiša In Air Trebnje OSREDNJA SLOVENIJA Vrstna hiša Ljubljana Hiša Rožna dolina Ljubljana Hiša Classic 238 Brezovica Hiša Sojer Brezovica Hiša tip 173 Dobrunje (Ljubljana) Hiša Gabrje Gabrje pri Ljubljani Hiša tip 129 Ig Hiša Primus-D 137d Ig Hiša Golo Brdo Medvode GORENJSKA Hiša za najlepša leta Trata pri Cerkljah Hiša Pangrščica Golnik Hiša XS Godič pri Kamniku Hiša Županje njive Stahovica pri Kamniku Hiša Naklo Naklo pri Kranju Hiša Predoslje Predoslje pri Kranju Hiša Visoko Visoko pri Kranju ŠTAJERSKA Hiša Radmirje Ljubno ob Savinji Hiša Posinek Šešče pri Preboldu Hiša tip 262 Braslovče POMURJE Hiša Primus-L 150 Velika Polana pri Lendavi

16 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Tla na terenu in nad neogrevanimi kletmi Za analizo so izbrani sestavi masivnih tal na terenu ter sestavi za masivno in lahko leseno konstrukcijo stropa nad kletjo (slika 2.9), ki so opisani v nadaljevanju (preglednica 2.4): TT1 TT4 TT1 predstavlja izhodiščni primer armiranobetonske temeljne plošče, ki je na zgornji strani toplotno zaščitena z ekspandiranim polistirenom. Debelina te izolacije se spreminja glede na potrebe po toplotni zaščiti. TT2 izhaja iz TT1, za toplotno zaščito na zgornji strani je izbrana mineralna volna. S tem sestavom se preverja vpliv izbora drugačnega toplotnoizolacijskega gradiva. TT3 izhaja iz TT1, za toplotno zaščito na zgornji strani je uporabljen perlit kot primer toplotnoizolacijskega gradiva z drugačnimi okoljskimi parametri. TT4 je primer armiranobetonske temeljne plošče, ki je s spodnje strani toplotno zaščitena z ekstrudiranim polistirenom, z zgornje strani pa z mineralno volno. Za spreminjanje toplotne prehodnosti se spreminja debelina plasti izolacije na spodnji strani. TT5 izhaja iz TT4, na spodnji strani se namesto ekstrudiranega polistirena uporablja nasutje iz penjenega stekla. Rešitev je izbrana s ciljem preverjanja učinka uporabe izključno mineralnih toplotnoizolacijskih materialov. TT2 TT5 TT3 TK1 TK1 je izhodiščni primer stropa nad neogrevanim prostorom. Na spodnji strani armiranobetonske plošče je spuščen strop, v katerem je mineralna volna. Na zgornji strani pa je dodana izolacija iz mineralne volne. Za doseganje boljše toplotne zaščite se spreminja debelina spodnje plasti izolacije. TK2 izhaja iz TK1, medetažna plošča nad neogrevanim prostorom je iz porobetona namesto armiranega betona. TK3 je primer lesenega stropa nad neogrevanim prostorom. Toplotna izolacija iz mineralne volne je med stropniki, debelina se po potrebi prilagaja. Na zgornji strani je vgrajena mineralna volna, kateri se debelina ne spreminja. TK4 je primer stropa nad neogrevanim prostorom s ploščami iz lepljenega lesa. Na spodnji strani je toplotna izolacija iz mineralne volne, ki je vgrajena med lesene profile in se po potrebi dimenzijsko prilagaja. Na zgornji strani sklopa pa je mineralna volna, kateri se debelina ne spreminja. TT1 TT2 TT3 1 talna obloga talna obloga talna obloga 2 cementni estrih cementni estrih cementni estrih 3 PE folija PE folija PE folija 4 ekspandirani polistiren mineralna volna lesnovlaknena plošča 5 hidroizolacija hidroizolacija ekspandirani perlit 6 armiranobetonska temeljna plošča armiranobetonska temeljna plošča hidroizolacija 7 folija folija armiranobetonska temeljna plošča 8 prodec prodec folija 9 geotekstil geotekstil prodec 10 geotekstil TT4 TT5 TK1 1 talna obloga talna obloga talna obloga 2 cementni estrih cementni estrih cementni estrih 3 PE folija PE folija PE folija 4 mineralna volna mineralna volna mineralna volna 5 armiranobetonska temeljna plošča armiranobetonska temeljna plošča armiranobetonska plošča 6 PE folija PE folija mineralna volna 7 hidroizolacija hidroizolacija mavčno-kartonska plošča 8 ekstrudirani polistiren penjeno steklo 9 podložni beton prodec 10 folija geotekstil 11 prodec TK2 TK3 Slika 2.9: Informativni prikaz najbolj pogostih sestavov za tla na terenu in nad kletjo, 9 primerov; slikovni vir: orodje Rechner für Bauteile [79] TK4 12 geotekstil

17 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš PEC n.r. [kwh/m 2 ] Sestav opečne stene z uporabo lesene konstrukcije kaže na pozitivne učinke uporabe lesa, saj se s povečevanjem toplotne zaščite vrednosti pri tem kazalniku znižujejo. Pri sestavu z mineralno volno MZ6 se parameter pri povečevanju toplotne zaščite zmanjša za 50 % pri U = 0,20 W/(m 2 K), glede na MZ1. Ob uporabi toplotne izolacije iz celuloznih kosmičev pa pri majhni toplotni prehodnosti stene U že dosegamo negativne vrednosti tega okoljskega parametra. Zunanji steni iz porobetona, MZ8 in MZ9, kažeta v primerjavi z opečnim sestavom MZ1 približno 45 % nižje vrednosti po celotnem območju toplotnih prehodnosti toplotnaprehodnostsklopau[w/(m 2 K)] Slika 2.11: Kazalnik rabe primarne energije PEC n.r. za masivne zunanje stene GWP 100 [kgco 2equ /m 2 ] toplotnaprehodnostsklopau[w/(m 2 K)] MZ1 MZ2 MZ4 MZ3 MZ5 MZ6 MZ7 MZ8 MZ9 AP[kgSO 2equ /m 2 ] toplotnaprehodnostsklopau[w/(m 2 K)] Slika 2.13: Kazalnik vplivov na potencial zakisljevanja okolja AP za masivne zunanje stene točkovanje sklopov ΔOI3 [točk/m 2 ] toplotna prehodnost sklopa U [W/(m 2 K)] Slika 2.14: Kombinirani okoljski indikator OI3 za masivne zunanje stene MZ1 Za masivne zunanje stene lahko za okoljski kazalnik AP podamo naslednje ugotovitve (slika 2.13): Vrednosti AP imajo za vse rešitve isti trend. Izhodiščni sklop MZ1 ima najvišje vrednosti, ki se glede na toplotne prehodnosti gibljejo v območju 0,23-0,50 SO 2equ /m 2. Glede na stopnjo obremenjevanja okolja po tem parametru so sklopi razvrščeni v naslednjem vrstnem redu: MZ2 in MZ6, MZ4 in MZ5, MZ7, MZ3 in MZ8 ter MZ9. Najnižje vrednosti torej pripadajo sestavom s porobetonom. MZ2 MZ4 MZ3 MZ5 MZ6 MZ7 MZ8 MZ9 Slika 2.12: Kazalnik vplivov na potencial globalnega segrevanja GWP 100 za masivne zunanje stene Pri skupnem točkovanju prikazanih primerov za masivne zunanje stene (slika 2.14) imata glede na kombiniran vpliv po indikatorju OI3 najboljše vrednosti

18 Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Predstavitev izvajalcev in ponudnikov komponent za energijsko najučinkovitejše hiše Pasivna hiša potrebuje za ogrevanje največ 15 kwh/(m 2 a), zelo dobra nizkoenergijska hiša pa največ 25 kwh/(m 2 a). Preračunano v gorivo torej prva rabi na leto največ 1,5 litra, druga pa 2,5 litra kurilnega olja na kvadratni meter. Da se doseže tako nizka poraba, mora imeti stavba dobro toplotno izoliran in zrakotesen ovoj, brez toplotnih mostov. Bistvena je torej ustrezna debelina toplotne izolacije na stenah, strehi in pod temeljno ploščo ter najkvalitetnejše stavbno pohištvo. Na ta način se doseže izredno nizke transmisijske toplotne izgube. Stavba mora imeti vgrajen sistem kontroliranega prezračevanja z vračanjem toplote odpadnega zraka, s čimer se zmanjšajo tudi prezračevalne izgube. Klasični ogrevalni sistem ni več potreben. Stavbo se lahko ogreva s toplotno črpalko ali drugimi kurilnimi napravami, tudi na lesno biomaso. Slovenski trg nudi vse komponente, ki so potrebne za gradnjo in delovanje energijsko visokoučinkovite hiše. Najboljše imajo tudi certifikat Passivhaus Instituta dr. Wolfgang Feist iz Darmstadta, ki je na tem področju v zadnjih dveh desetletjih največja referenca. Nekatere komponente prihajajo na naš trg iz tujine preko strokovno močno podkovane mreže ponudnikov. Velik del komponent pa je rezultat slovenskega znanja. Investitorji lahko zbirajo med vrhunskim stavbnim pohištvom, toplotnimi izolacijami, elementi za preprečevanje toplotnih mostov ter prezračevalnimi in ogrevalnimi napravami domačih in tujih ponudnikov. Daljša se tudi seznam domačih prejemnikov omenjenega certifikata za celovite konstrukcijske rešitve. Svojo kakovost in ustreznost gradnje v skladu s standardom pasivne hiše imajo tudi že zgrajene pasivne hiše slovenskih izvajalcev. V nadaljevanju so predstavljeni najboljši ponudniki znanj, komponent in storitev na področju energijsko visokoučinkovitih stavb: ponudniki stavbnega pohištva (vhodna vrata, okna) ponudniki gradiv (toplotne izolacije, fasadni sistemi), sistemov gradnje (opečna, lesena, porobetonska) in gradbenih elementov (prekinitev toplotnih mostov) ponudniki hišne tehnike (prezračevalni in ogrevalni sistemi) izvajalci (proizvajalci montažnih hiš, gradbena podjetja) Predstavljeni ponudniki znanj, komponent in storitev dokazujejo, da v Sloveniji znamo zgraditi energijsko učinkovito hišo. Prav vsi so strokovno ustrezno usposobljeni, kar dokazujejo številne realizacije. Načrtovanje in izvedba energijsko učinkovitih stavb je timsko delo različnih strok, česar se zavedajo tudi predstavljena podjetja. Zato so tudi z veseljem sodelovala pri nastanku monografije, za kar sva jim avtorja zelo hvaležna.

19 Eko sklad, Slovenski okoljski javni sklad Eko sklad je javni finančni sklad, katerega osnovna dejavnost je kreditiranje naložb na vseh področjih varstva okolja, ki prinašajo merljive okoljske učinke, skladno z nacionalnim programom varstva okolja in s skupno okoljsko politiko Evropske unije. Poleg kreditiranja Eko sklad od leta 2008 dodeljuje tudi nepovratne finančne spodbude za različne ukrepe učinkovite rabe in rabe obnovljivih virov energije, vse z namenom manjše rabe energije. Krediti se dodeljujejo na podlagi javnih pozivov. Tako so ugodni krediti Eko sklada namenjeni občanom in pravnim osebam, samostojnim podjetnikom in zasebnikom. Poleg naložb, ki zmanjšujejo emisije toplogrednih plinov ter drugih škodljivih emisij v zrak, so predmet kreditiranja naložbe v varstvo voda in učinkovite rabe vode ter v ravnanje in učinkovito gospodarjenje z odpadki. Z dodeljevanjem nepovratnih sredstev Eko sklad med drugim spodbuja ter s tem povečuje število odločitev za način gradnje, ki je v primerjavi z v Sloveniji predpisano gradnjo nadstandarden, ter za vgradnjo najučinkovitejših, tehnološko preverjenih materialov in opreme z visoko dodano vrednostjo, s katerimi se dosegajo veliki prihranki energije in manjše emisije toplogrednih plinov. Nepovratne finančne spodbude Eko sklada so imele pomemben vpliv na razvoj trajnostne gradnje v Sloveniji. Leta 2008, ko je Eko sklad prvič pričel z dodeljevanjem nepovratnih sredstev za nizkoenergijske in pasivne hiše, je poskusil slediti zgledu drugih razvitih evropskih držav in s tem spodbujati gradnjo hiš, ki še danes bistveno presega minimalne zahteve zakonodaje in predstavlja vrhunsko kakovost v smislu načrtovanja, izvedbe in energijske učinkovitosti. Z leti smo kriterije za dodeljevanje nepovratnih finančnih spodbud še zaostrovali, tako da sedaj nepovratna sredstva namenjamo le visoko učinkovitim pasivnim stavbam, z vedno večjim poudarkom na celoviti obnovi stavb. Danes ugotavljamo, da je bilo dodeljenih slabih 9 milijonov evrov nepovratnih sredstev za 700 nizkoenergijskih in pasivnih hiš, od tega je kar 40 % najučinkoviteje grajenih pasivnih hiš in da je kar 67 % hiš v energijskem razredu Qh 20 kwh/m 2 a, kar pomeni, da stavbe za ogrevanje porabijo manj kot 20 kwh na m 2 neto ogrevane površine na leto. Nekatere izmed teh, za katere je Eko sklad dodelil nepovratna sredstva, so predstavljene tudi v tej knjigi. Učinki dodeljenih nepovratnih finančnih spodbud so bistveno širši kot le okoljski. Država preko Eko sklada s politiko subvencioniranja naložb večje energijske učinkovitosti in rabe obnovljivih virov energije vpliva tako na vrsto kot na število odločitev za naložbe v stavbah, ki vodijo v trajnostno prilagajanje stavbne infrastrukture. S tem država pospešuje uvajanje strukturnih sprememb za prilagoditev aktualnim okoljskim, socialnim in gospodarskim razmeram, saj poleg izpolnjevanja pravno zavezujočih okoljskih ciljev izkorišča tudi strateški vir razvojnih priložnosti, ki jih prinašajo zelene tehnologije ter zelena delovna mesta z visoko dodano vrednostjo. S tovrstnim spodbujanjem trajnostnega razvoja država pripomore k izboljševanju okolja, pa tudi gospodarske in finančne situacije ter k boljši kakovosti življenja svojih prebivalcev.

20 Konzorcij pasivna hiša je združenje ponudnikov znanj, storitev in komponent za pasivne in zelo dobre nizkoenergijske hiše in deluje v okviru Fakultete za arhitekturo UL. Od ustanovitve leta 2008 do danes je postal prepoznaven kot kompetentno združenje, ki dviguje nivo energijske učinkovitosti stavb v Sloveniji. Tudi zaradi Konzorcija pasivna hiša sta se osveščenost in zaupanje investitorjev pri nas povečala, saj dokazujemo, da znamo graditi energijsko najbolj učinkovite hiše. Torej tudi skoraj nič-energijske hiše, ki bodo v nekaj letih uveljavljene z zakonodajo. Glede na to, da obstajata znanje in tehnologija, namreč ni razloga, da bi imela skoraj ničenergijska hiša manjše zahteve po energijski učinkovitosti kot pasivna hiša. Glavne dejavnosti Konzorcija pasivna hiša: Predstavitev ponudnikov komponent, izvajalcev in načrtovalcev ter njihovo medsebojno povezovanje pri projektih Predstavljanje dosežkov članov na področju realiziranih novogradenj in sanacij Preverjanje ustreznosti kvalitete komponent (izdajanje Certifikata Konzorcija pasivna hiša) Promocija energijsko učinkovitih stavb Izobraževanje strokovne in laične javnosti (predavanja, seminarji, ekskurzije) Organizacija Dnevov pasivnih hiš (predavanja, ogledi pasivnih hiš po vsej Sloveniji) Člani Konzorcij pasivna hiša so najboljša podjetja, inštitucije in tudi posamezniki, ki v tem trenutki v Sloveniji uspešno skrbijo za nemoteno načrtovanje, izvedbo in delovanje pasivnih hiš. To velja tako za novogradnje kot za prenove enodružinskih hiš, povečuje pa se tudi število večstanovanjskih stavb, vrtcev, proizvodnih in športnih objektov itd. Poleg Fakultete za arhitekturo in Gradbenega inštituta ZRMK ter posameznih svetovalcev z izjemnimi izkušnjami so člani Konzorcija pasivna hiša še proizvajalci montažnih hiš, gradbena podjetja, ponudniki kakovostnih materialov, izdelkov in sodobnih tehnologij za izvedbo pasivnih hiš: toplotnoizolativna gradiva in sistemi gradnje, gradiva in gradbeni elementi, stavbno pohištvo in zasteklitve, prezračevalne naprave, ogrevalne naprave ipd., s svojo ponudbo sta vključeni tudi dve slovenski banki. Člani izvajajo na pasivnih hišah tudi meritve in monitoring. Konzorcij pasivna hiša se predstavlja na spletni strani Fakultete za arhitekturo UL

21 V Z O R E C

22 Predgovor Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš 4 5 Del vsebin je posvečen tudi analizi energijsko učinkovitih hiš, ki že obratujejo. Predstavljena je analiza ankete, ki je zajela več kot sedemdeset novih hiš, v katerih stanovalci bivajo že nekaj let. Spoznavanje uporabniških izkušenj je za načrtovanje novih stavb zelo pomembno, saj s takšnimi povratnimi informacijami kakovostno dopolnjujemo znanstvene in strokovne ugotovitve, katere smo v preteklih letih pridobili z delom na področju načrtovanja in izvedbe energijsko visokoučinkovitih stavb. V zadnjem delu vsebin so preverjeni vplivi kombiniranja različnih tehnologij gradnje stavbnega ovoja in energetskih sistemov. Predstavljenih je pet ključnih indikatorjev, ki se lahko uporabijo za celovitejše vrednotenje: energijska učinkovitost, raba primarne energije, emisije CO 2, stroški in bivalno ugodje. Primer celovitega vrednotenja je prikazan na primeru petih različno energijsko zasnovanih stavb z različnimi sistemi ogrevanja in prezračevanja. V Sloveniji je čedalje več investitorjev, ki jim je ob odločitvi za gradnjo hiše pomembno zasledovati vsaj enega od kazalnikov, obravnavanih v monografiji; 25 pasivnih in zelo dobrih nizkoenergijskih hiš je tudi predstavljenih. Pri njihovem nastajanju so sodelovali slovenski strokovnjaki in izvajalci. Realizirani primeri dokazujejo, da so energijsko visokoučinkovite hiše primerne za vsa slovenska regijska in klimatska področja, zgrajene so lahko v različnih tehnologijah gradnje, ki pa ne omejujejo arhitekturnega oblikovanja. Sodobne naprave za ogrevanje in prezračevanje nudijo številne možnosti izbire. Optimalna zasnova energijsko učinkovite enodružinske hiše vedno lahko vključuje hierarhijo zahtev investitorja in načrtovalcev. Poleg tehničnih podatkov o stavbah so zanimive izkušnje in komentarji uporabnikov, ki v teh stavbah že nekaj časa živijo. Vsi po vrsti se navdušujejo nad nizkimi stroški ogrevanja in visoko kakovostjo bivanja. Da znamo in zmoremo tudi pri nas načrtovati in graditi energijsko visokoučinkovite hiše, dokazujejo tudi številni ponudniki znanj, komponent in storitev, najboljši se predstavljajo na koncu monografije. Zahvala vsem za trud na slovenskem trgu, predvsem pa, ker so z veseljem sodelovali pri nastajanju monografije in omogočili njen izid. Monografija želi dokazati, da je energijsko učinkovitost stavbe mogoče ocenjevati s ključnimi kvalitativnimi parametri torej skozi energijsko učinkovitost, rabo primarne energije, emisije CO 2, stroške in bivalno ugodje. Pomembna ugotovitev je dejstvo, da so dodatna vlaganja v energijsko učinkovitejše rešitve za gradnjo upravičena. Pri zasnovi stavbe jih je mogoče optimizirati z različnimi, lahko tudi hierarhično razvrščenimi prioritetami in kriteriji. V kolikor ustrezne kombinacije v načrtovanju niso identificirane ter izvedene, lahko pri sodobni enodružinski hiši ostane del možnih energijskih, ekonomskih in okoljskih prihrankov neizkoriščen, prav tako pa se lahko vplivi odražajo negativno tudi na bivalnih pogojih. Naj bo pričujoča monografija v pomoč, da se to ne bi dogajalo. Avtorja Vsebina Uvod 20 Modeliranje rešitev za nove stavbe 22 Kriteriji za trajnostno vrednotenje energijsko učinkovitih stavb 23 Energija v življenjskem ciklusu stavbe 25 Energijsko visokoučinkovite stanovanjske stavbe Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja 28 Okoljska primernost elementov toplotnega ovoja 30 Tipični gradbeni materiali in njihovi relevantni parametri 33 Najbolj pogosti sestavi konstrukcijskih sklopov toplotnega ovoja 33 Masivna zidana stena 35 Lesena lahka stena 37 Poševne in ravne strehe 40 Tla na terenu in nad neogrevanimi kletmi 42 Okna 43 Analiza energijskih in okoljskih kazalnikov za izbrane sestave toplotnega ovoja 43 Energijska učinkovitost sestavov, vgrajena energija in CO 2 57 Učinkovitost oken, vgrajena energija in CO 2 61 Pričakovana vračilna doba dodatnih vlaganj za povečevanje energijske učinkovitosti 65 Skupni vplivi obratovanja za izbrane sestave toplotnega ovoja stavbe 70 Rezultati analiz za celovitejše okoljsko načrtovanje Oblikovanje kvalitativnih parametrov za energijsko učinkovite stavbe 73 Predstavitev raziskovanega vzorca učinkovitih novogradenj 74 Bilančna analiza raziskovanega vzorca 78 Analiza energijskih tokov z vplivnimi parametri in rezultati 78 Toplotni ovoj in transmisijske toplotne izgube 79 Prezračevanje prostorov, zrakotesnost stavb in prezračevalne toplotne izgube 80 Prosojni del stavbnega ovoja in dobitki sončnega obsevanja 80 Bivanje in dobitki notranjih virov toplote 81 Analiza vpliva posameznih parametrov 87 Analiza občutljivosti na rezultatih vzorca za identificirane ključne parametre 90 Primerjava vzorca novogradenj in zahtev zakonodaje s področja URE 91 Povezanost ključnih parametrov in ocena njihovih vplivov na energijske tokove v stavbah vzorca 91 Medsebojna povezanost energijskih tokov 92 Medsebojna povezanost ključnih parametrov z energijskimi tokovi 96 Metoda za ocenjevanje energijskih tokov s pomočjo ključnih kvalitativnih parametrov 96 Transmisijske toplotne izgube 98 Prezračevalne toplotne izgube

23 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš GWP 100 [kgco 2equ /m²] AP[kgSO 2equ /m²] toplotnaprehodnostu f inu g [W/(m 2 K)] toplotnaprehodnostu f inu g [W/(m 2 K)] A les Alu,macesen les Alu,smreka les,macesen les,smreka PVC PVC Alu zasteklitev les Alu,macesen les Alu,smreka les,macesen les,smreka PVC PVC Alu zasteklitev Slika 2.28: Kazalnika vplivov na potencial globalnega segrevanja (A) in potencial zakisljevanja okolja (B) za okenske okvirje in zasteklitev v odvisnosti od toplotne prehodnosti ΔOI3[točk/m²] U f [W/(m 2 K)] B les Alu,macesen les Alu,smreka les,macesen les,smreka PVC PVC Alu zasteklitev Slika 2.29: Kombinirani okoljski kazalnik za okenske okvirje in zasteklitev v odvisnosti od toplotne prehodnosti Spreminjanje dveh ključnih parametrov PEC n.r. in GWP 100 v nadaljevanju ni analizirano samo na posameznih komponentah (steklo, profil), temveč tudi na kombinacijah, ki dosegajo različne skupne toplotne prehodnosti okna U w. Za primerjavo je definirana izhodiščna kombinacija z referenčno vrednostjo U w = 1,3 W/(m 2 K), kot jo predstavlja največja dopustna toplotna prehodnost po veljavni zakonodaji. S kombinacijami učinkovitejših zasteklitev in profilov pa so oblikovane rešitve (slika 2.30) s toplotno prehodnostjo, med referenčno vrednostjo U w = 1,3 W/(m 2 K) in U w = 0,7 W/(m 2 K). Dobljeni rezultati so naslednji: Pri lesenih oknih s toplotno prehodnostjo U w = 1,3 0,7 W/(m 2 K) se raba primarne energije giblje kwh/m 2, pri čemer znaša razlika med referenčno in visokoenergijsko učinkovitostjo 45 %. V primeru dodatne zunanje zaščite okvirja iz pločevine se raba primarne energije poveča na kwh/m 2, t.j. 20 % glede na predhodne vrednosti. Pri PVC okvirjih je raba primarne energije v razponu kwh/m 2, torej s 25 % razliko med referenčno in visokoenergijsko. Pri dodani zaščiti okvirja s pločevino pa se raba primarne energije poveča na kwh/m 2, kar zopet predstavlja do 20 % dodatek glede na izvedbo okna brez zaščite okvirja. Ob primerjavi izvedbe energijsko učinkovitih lesenih in PVC oken z U w = 0,7 W/(m 2 K) ugotovimo, da je raba primarne energije pri PVC izvedbi praktično 80 % večja. Podatki za okoljski parameter GWP 100 kažejo pri leseni izvedbi okenskih okvirjev na pozitivne spremembe, ki nastopajo na račun intenzivnejšega vključevanja lesa kot gradiva za izdelavo okna. Pri oknih z manjšo toplotno prehodnostjo se zaradi večjega deleža uporabljenega lesa skupna vrednost parametra (15 30 kg CO 2equ /m 2 ) prične približevati rezultatom za okna z referenčno toplotno prehodnostjo U w = 1,3 W/(m 2 K) (10 20 kg CO 2equ /m 2 ). Pri oknih z okvirjem iz PVC pa je naraščanje vrednosti parametra GWP 100 nespremenjeno ob zmanjševanju toplotne prehodnosti U w okna in se giblje pri visokoučinkovitih oknih kg CO 2equ /m 2 ter pri referenčni toplotni prehodnosti kg CO 2equ /m 2. PEC n.r. [kwh/m 2 ] PVC Alu A PVC les Alu, macesen les,smreka les Alu, smreka les,macesen GWP 100 [kgco 2equ /m 2 ] PVC Alu B PVC les Alu, macesen les,smreka Slika 2.30: Spreminjanje kazalnikov PEC n.r. (A) in GWP 100 (B) za stavbno pohištvo z različno toplotno prehodnostjo (vsi U v W/(m 2 K)) les Alu, smreka les,macesen Uf=0,8Ug=0,5 f U g =0,5 Uw=0,72 w Uf=0,8Ug=0,7 f U g =0,7 UUw=0,85 w Uf=1,4Ug=0,5 f U g =0,5 UUw=0,91 w Uf=1,4Ug=0,7 f U g =0,7 UUw=1,05 w Uf=1,4Ug=1,1 f U g =1,1 Uw=1,3 w Pričakovana vračilna doba dodatnih vlaganj za povečevanje energijske učinkovitosti Pri izboljševanju energijske učinkovitosti konstrukcijskih sklopov toplotnega ovoja vgrajujemo v novogradnjo več primarne energije neobnovljivega izvora in s tem okolje obremenjujemo s CO 2, ki je v proizvode vgrajen v fazi njihove

24 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš toplote (električna energija) se čas izenačevanja kumulativnih vrednosti skrajša %, kar je posledica učinkov izredno potratnega in za okolje obremenjujočega obratovanja. Z izborom načina generacije toplote z najmanjšimi vplivi (lesna biomasa) na primarno energijo in emisije CO 2 pa se končne kumulativne vrednosti zmanjšajo do te mere, da se obdobja njihovega izenačevanja lahko podaljšajo prek izteka siceršnje življenjske dobe sistema toplotne zaščite. Ugotovitve lahko strnemo v dveh smereh odločanja: V okoljsko manj obremenjujočih sistemih za generacijo toplote (npr. lesna biomasa) se lahko smiselno uporabljajo samo visokoučinkoviti sistemi toplotne zaščite z najmanjšim začetnim energijskim in okoljskim vložkom (npr. sestavi z lesom in naravnimi gradivi). Okoljsko učinkovita generacija toplote posledično zahteva okoljsko učinkovite sestave toplotnega ovoja. V okoljsko bolj obremenjujočih sistemih za generacijo toplote je treba vedno uporabiti energijsko učinkovitejši sestav za toplotni ovoj. Pri odločanju za sestav ima njegova energijska učinkovitost prednost. Okoljski vidik tehnologije gradnje v tem primeru nima odločilnega pomena, saj je vplivanje začetnega energijskega in okoljskega vložka praktično minimalno. V nadaljevanju prikazana lahka lesena stena (slika 2.39), sestav LL7, ima toplotno izolacijo iz celuloznih kosmičev. Predstavlja prikaz učinkov uporabe lesa v ovoju stavbe, kjer se s povečevanjem toplotne izolativnosti okoljski vpliv emisij CO 2 zmanjšuje. Referenčni sklop ima toplotno prehodnost U = 0,20 W/(m 2 K). Izbrani analizirani varianti pa imata toplotno prehodnost U = 0,15 W/(m 2 K) in U = 0,10 W/(m 2 K). Kumula&va prim. energije [kwh/(m 2 a)] A ref neh ph sečišča Leta obratovanja sklopa [a] Kumula&vaemisijCO 2 [kwh/(m 2 a)] ref neh ph sečišča Letaobratovanjasklopa[a] Slika 2.39: Obratovanje lesene zunanje stene - rešitev LL7 izhodiščne vrednosti parametrov rabe končne energije (A) in emisij CO 2 (B) Kumulativni tokovi primarne energije se sočasno izenačijo že pred 10. letom opravljanja funkcije na novogradnji. Na račun manjšega začetnega okoljskega vpliva sestava ter nadaljnjega učinkovitejšega obratovanja se visoka toplotna izolativnost tudi skozi kumulativni vpliv emisij CO 2 izkaže kot prednostna rešitev. Na rezultatih uporabljene lahke lesene stene z naravno toplotno izolacijo lahko podamo naslednjo ugotovitev: Pri gradnji z lesom in uporabi naravnih toplotnoizolacijskih gradiv ima pri vračanju vgrajene primarne energije in emisij CO 2 vedno prednost energijsko učinkovitejši sestav. Energijsko učinkovitejši sestavi, ki imajo uporabljeno večjo količino naravnih gradiv, so z okoljskega vidika bolj upravičeni ter s tem bolj zaželeni. B Pri analizi talnih sklopov je razviden učinek, ki nastane zaradi zmanjšanja toplotnih izgub skozi sestave, ki mejijo na teren ali neogrevane cone (slika 2.40). Toplotne izgube skozi takšne sklope so namreč % manjše, kot bi bile v primeru, če bi mejile na okoliški zrak. Izenačitev kumulativnih vrednosti za primarno energijo dosegamo pri 15 in 27 letih, ob primerjavi toplotnih prehodnosti U talnih sestavov za nizkoenergijske in pasivne stavbe, s sestavo z referenčno toplotno prehodnostjo. Izenačenje vrednosti za sestava nizkoenergijske in pasivne hiše sledi šele po 50 letih obratovanja. Izenačitev kumulativnih vrednosti emisij CO 2 nastopa hitreje, glede na medsebojno primerjavo v 10, 15 in 30 letih. Na pridobljenih rezultatih za talne sklope lahko podamo naslednjo ugotovitev: Pri sestavih, ki mejijo na teren ali neogrevane toplotne cone, je treba izbor rešitev fokusirati v smeri tehnologij z minimalnim začetnim vlaganjem primarne energije in minimalnim vplivom emisij CO 2. Energijsko visokoučinkoviti sestavi so z vidika vračanja vlaganj opravičljivi le, v kolikor so dodatna energijska in emisijska vlaganja v izboljšave sestavov minimalna. Kumula&va prim. energije [kwh/(m 2 a)] A ref neh ph sečišča Leta obratovanja sklopa [a] Kumula&vaemisijCO 2 [kwh/(m 2 a)] B ref neh ph sečišča Letaobratovanjasklopa[a] Slika 2.40: Obratovanje tal na terenu - rešitev TT1 izhodiščne vrednosti parametrov rabe končne energije (A) in emisij CO 2 (B) Kumula&va prim. energije [kwh/(m 2 a)] Kumula&vaemisijCO 2 [kwh/(m 2 a)] A ref neh ph sečišča ref neh ph sečišča Letaobratovanjasklopa[a] Kumula&va prim. energije [kwh/(m 2 a)] Kumula&vaemisijCO 2 [kwh/(m 2 a)] B ref neh ph sečišča ref neh ph sečišča Letaobratovanjasklopa[a] Slika 2.41: Obratovanje oken PVC okvir in zunanja obloga izhodiščne vrednosti parametrov (A) ter upoštevan vpliv sončnega obsevanja (B)

25 2. Energijsko okoljski kazalniki elementov toplotnega ovoja Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš vrednosti npr. že pred 10. letom obratovanja. Še boljši je sistem energijsko učinkovite lahke lesene konstrukcije, saj je kumulativna vrednost emisij CO 2 pri njem v celotnem življenjskem ciklusu sestava pod vrednostmi za sestave, ki imajo referenčno toplotno prehodnost. Vpliv temperaturnega primanjkljaja se odraža tudi pri izboru ravni toplotne zaščite. V primeru ostrejše klime se toplotna zaščita pasivnih hiš izkaže kot okoljsko bolj ustrezna. Pri obratovanju v mili klimi pa izredno majhne toplotne prehodnosti U z okoljskega vidika niso več nujno v prednosti. V tem primeru so lahko sestavi za nizkoenergijsko hišo primernejši. Razmerja med začetnimi okoljskimi vplivi sistema gradnje stavbnega ovoja lahko postanejo pri obravnavi obratovanja celotnega objekta sekundarnega pomena, kadar se uporabijo različne okoljsko manj učinkovite rešitve za generacijo toplote. V kolikor bi v visokoučinkovitem objektu za generacijo toplote uporabljali okoljsko najbolj obremenjujoč način, ki ga v praksi predstavlja direktna pretvorba električne energije v toploto, se pojavijo bistveno višji odkloni v končnih kumulativnih vrednostih ter se obenem skrajšajo obdobja izenačevanja. Okoljsko manj ustrezni načini generacije toplote posledično zahtevajo sklope z večjo toplotno izolativnostjo. V nasprotnem primeru lahko uporabimo okolju najmanj obremenjujoč sistem za generacijo toplote, kot npr. prilagojene naprave na lesno biomaso. V tem primeru se izenačevanje kumulativnih vrednosti v življenjski dobi izkaže za sprejemljivo pri sistemih toplotne zaščite v standardu nizkoenergijske hiše ali pa pri sistemih z minimalnim začetnim okoljskim vplivom. Pri oknih kot edinem od elementov toplotnega ovoja, ki poleg transmisijskih tokov toplotnih izgub omogoča tudi dobitke toplote, se energijsko bolj učinkovite rešitve vedno izkažejo za okoljsko bolj sprejemljive. Tehnološke rešitve za okna za pasivne hiše so boljše kot pri oknih za nizkoenergijske hiše. 3. Oblikovanje kvalitativnih parametrov za energijsko učinkovite stavbe Energijsko učinkovita enodružinska hiša, kot jo razumemo v okvirih uveljavljene evropske terminologije (zelo dobra nizkoenergijska hiša, pasivna hiša), se je pričela v slovenskem prostoru posamično pojavljati okoli leta Do razmaha gradnje energijsko učinkovitih hiš je prišlo leta 2008, do konca leta 2015 pa je bilo evidentiranih [82] čez 800 takšnih projektov. Čeprav predstavljajo energijsko učinkovite hiše trenutno manj kot 5 % delež vseh novozgrajenih enodružinskih hiš v Sloveniji, je demonstracijska vloga teh primerov dobre gradbene prakse izredno vplivala na širšo prepoznavnost novih projektnih in izvedbenih pristopov k zagotavljanju energijske učinkovitosti stavb. Takšna stavba lahko v praksi nastopa le kot posledica interdisciplinarnega načrtovanja, ki v vseh korakih zasnove sledi in preverja učinke projektnih rešitev. Načrtovanje se prične z osnovnimi arhitekturnimi izhodišči ter se zaključi s posledično usklajenimi tehnološkimi rešitvami. Za arhitekte je pri tem posebnega pomena dobro poznavanje ključnih pravil, ki vodijo v oblikovanje projektne rešitve za energijsko učinkovit in ekonomsko racionalen stanovanjski objekt. S tem namenom so predstavljeni rezultati raziskave, izvedene na vzorcu energijsko učinkovitih stanovanjskih stavb. V raziskavi so bili evidentirani ključni podatki o zgradbah, npr. velikost, število stanovalcev, orientacija, faktor oblike, sestava toplotnega ovoja, letna potrebna toplota za ogrevanje in sanitarno vodo. Na podlagi analiz so bili osvetljeni vplivni mehanizmi ter logika razmišljanja, ki jih je treba konceptualno osvojiti za lažje oblikovanje ciljno usmerjenih rešitev. Raziskava osvetljuje mehanizme odzivanja projektne rešitve na ključnih odločitvah. S tem nudi hitrejše prepoznavanje ključnih parametrov, ki jih je smiselno na ustrezen način prenesti v projekte. V poglavju so izpostavljene nove ugotovitve ter novo oblikovani pogledi, ki se nanašajo na dosedanje ustaljeno razumevanje nekaterih ključnih mehanizmov pri zagotavljanju energijske učinkovitosti stanovanjskih stavb. Predstavitev raziskovanega vzorca učinkovitih novogradenj Raziskava energijsko učinkovitih stanovanjskih novogradenj je potekala na vzorcu 106 reprezentativnih enodružinskih hiš, izbranih iz nabora prijavljenih projektov za nepovratne finančne spodbude pri Eko skladu, j.s., z letno potrebno toploto za ogrevanje kwh/(m 2 a). Rezultati raziskave so v nadaljevanju predstavljeni v obliki bilančnih in parametričnih analiz, z ugotovitvami in zaključki. Prikazi rezultatov in ugotovitve se nanašajo izključno na analiziran vzorec!

26 3. Oblikovanje kvalitativnih parametrov za energijsko učinkovite stavbe Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Zaradi izredno velikega števila robnih parametrov ter njihovega medsebojnega vpliva na končne rezultate analiz je bil vzorec energijsko učinkovitih novogradenj namenoma zelo obsežen, pri čemer so bili objekti za obravnavo izbrani naključno, brez predhodne selekcije, torej tako kot se novogradnje pojavljajo v praksi. številostavbvvzorcu[ ] etažnost[ ] Slika 3.1: Število etaž številostavbvvzorcu[ ] A u [m 2 ] Slika 3.2: Kondicionirana površina stavbe V vzorec je vključenih 80 % enodružinskih hiš, preostali del predstavljajo hiše z dvema gospodinjstvoma ter dvodružinske hiše. 74 % stanovanjskih hiš vzorca ima dve etaži (tipično P + M ali P + E), 19 % jih ima tri etaže (tipično P + 2E ali K + P + M), preostalih 7 % pa predstavljajo pritlični ali objekti s štirimi etažami (slika 3.1). Kriterij kondicionirane površine (A u ), t.j. ogrevane in prezračevane površine prostorov znotraj toplotnega ovoja v vzorcu stavb prav tako izkazuje (slika 3.2) značilnosti tipične stanovanjske gradnje, saj jih ima 42 % površino m 2. Manj kot 150 m 2 kondicionirane površine ima 25 % stavb, nad 200 m 2 pa 33 % stavb analiziranega vzorca. Energijska učinkovitost je različna 8 % novogradenj vzorca izkazuje (slika 3.3) letno potrebno toploto za ogrevanje v območju Q NH 15 kwh/(m 2 a) (pasivne hiše), 76 % v območju 15 kwh/(m 2 a) < Q NH 25 kwh/(m 2 a) (zelo dobre nizkoenergijske hiše) in 16 % vzorca v območju 25 kwh/(m 2 a) < Q NH 40 kwh/(m 2 a) (nizkoenergijske hiše). številostavbvvzorcu[ ] Q NH [kwh/(m 2 a)] Slika 3.3: Letna potrebna toplota za ogrevanje stavb Bilančna analiza raziskovanega vzorca Osnova koncepta za energijsko učinkovito novogradnjo izhaja iz optimalnih arhitekturnih rešitev na več področjih. Iz razumevanja energijske bilance toplotnih tokov stavbe izhajajo jasna načela, ki preferirajo večjo kompaktnost oblikovanega objekta pred volumsko razgibanostjo in diktirajo načrtovanje prosojnega dela ovoja stavbe skladno z njegovo orientacijo. Pomembno je tudi samo umeščanje stavbe v prostor. Pri zasnovi je smiselno upoštevati toplotno coniranje stavbe in izločanje njenih neogrevanih delov iz toplotnega ovoja. Prednosti so z energijskega vidika izkazane tudi skozi racionalizacijo velikosti stavbe oziroma skozi velikost kondicionirane površine na stanovalca (A u /P). Manevrskega prostora je pri sodobnih tehnoloških rešitvah relativno malo, saj energijsko učinkovitost projekta v prvi vrsti omogoča izpolnjevanje prej naštetih načel. Celovito arhitekturno rešitev lahko s tehnologijami za toplotno zaščito toplotnega ovoja in prezračevanjem stavbe samo dopolnjujemo. Njene izhodiščne energijske danosti torej ne moremo dramatično spremeniti. Pri obravnavi letne energijske bilance, kot je definirana v standardih [84], se razmišljanje primarno usmeri v segment, ki je pri stanovanjskih stavbah že tradicionalno najbolj izrazit oziroma je običajno najbolj potraten, t.j. v rabo toplote za ogrevanje prostorov. V postopku projektnega optimiranja energijsko učinkovite stanovanjske stavbe, npr. pasivne hiše, ki je v evropskem prostoru z metodološkega vidika najbolj prepoznavna [38], moramo zagotoviti ravnovesje med energijskimi tokovi prek toplotnega ovoja stavbe, kot je definiran s standardi [85]. Uskladitev teh osnovnih tokov vodi v ravnotežno stanje pogojev v objektu, pri čemer moramo vzpostaviti ustrezne razmere med tokovi toplotnih izgub Q L (transmisijske toplotne izgube Q T in prezračevalne toplotne izgube Q V ) in tokovi toplotnih dobitkov Q g (dobitki sončnega obsevanja Q s in notranjih virov Q i ) in dovedene energije v sistemih aktivnega ogrevanja Q NH, ki nastopa kot razlika toplotnih izgub in izkoristljivih dobitkov ter delovanja stavbne mase. Postopek optimiranja stavbe v ciljni razred energijske učinkovitosti, ki se izkazuje skozi doseženo vrednost Q NH, dopušča arhitektu iskanje rešitev v dveh različnih smereh. Isti končni rezultat je namreč možno doseči na dva načina, z dvema skrajnostima: a) stavba ima izredno reducirane toplotne izgube ter povprečne toplotne dobitke ali b) stavba ima povprečne toplotne izgube ter izrazito povečane toplotne dobitke. Prikaz možnih rešitev je razviden tudi na rezultatih optimiranih stavb iz analiziranega vzorca (slika 3.4). V primeru razvrstitve stavb glede na parameter Q NH, ki se postopoma dviguje od vrednosti kwh/(m 2 a), je znotraj posameznih skupin hiš z istim končnim rezultatom Q NH razvidno takšno razhajanje. Pri tem se na levi strani skupin nahajajo stavbe, opisane pod a), na desni pa stavbe, opisane pod b). Na primeru skupine hiš z enakim rezultatom Q NH = 20 kwh/(m 2 a) je vidno razhajanje v višinah tokov skupnih toplotnih izgub in dobitkov celo v deležu ±20 % glede na povprečje skupine (slika 3.5).

27 3. Oblikovanje kvalitativnih parametrov za energijsko učinkovite stavbe Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš toplotnitokovienergijskebilance[kwh(m 2 a)] QQg/Au g u Qnh/Au NH u QQl/Au L u a.) Q NH =const. Slika 3.4: Rezultati projektnega optimiranja na tokovih energijske bilance toplotnitokovienergijskebilance[kwh/(m 2 a)] b.) Qi/Au i u Qs/Au s u Qnh/Au NH u QQv/Au v u Q t /A Qt/Au u Slika 3.5: Primeri novogradenj iste učinkovitosti, s prikazom razhajanja tokov toplotnih izgub in dobitkov Pri običajnih, t.j. energijsko manj učinkovitih stanovanjskih stavbah predstavlja segment priprave tople sanitarne vode približno 20 % skupne rabe toplote [83]. Pri energijsko učinkovitih stavbah se takšna značilna razmerja občutno spreminjajo, kar je pojasnjeno na analizi vzorca. S prilagojeno zasnovo je zagotovljena majhna letna potrebna toplota za ogrevanje, katere povprečna vrednost na analiziranem vzorcu znaša Q NH = 20,4 kwh/(m 2 a), z minimalno in maksimalno vrednostjo 10,9 kwh/(m 2 a) in 38,1 kwh/(m 2 a). V segmentu tople sanitarne vode s povečevanjem učinkovitosti instalacij res zmanjšujemo potrebe po toploti, vendar pa ne moremo zmanjševati same količine porabljene tople vode v gospodinjstvu, saj je vezana na število stanovalcev. Ob tem izhodišču zahteva topla sanitarna voda količino toplote, ki povprečno znaša Q w = 19,7 kwh/(m 2 a), z minimalno in maksimalno vrednostjo 11,2 kwh/ (m 2 a) in 35,5 kwh/(m 2 a). Pri energijsko najbolj učinkovitih stavbah analiziranega vzorca (pasivne hiše) delež tople vode v letni potrebi po toploti v primerjavi s potrebno toploto za ogrevanje predstavlja večji delež (slika 3.6). Pri ostalih stavbah vzorca pa sta segmenta približno enakovredna oziroma postane ogrevanje prostorov zopet prevladujoče. Odvisnost obeh segmentov je parametrično najbolj značilno prikazana (slika 3.7) v primeru odvisnosti toplotnih potreb Q NH in Q w od parametra stanovanjske površine A u /P. Ta parameter ima na obravnavanem vzorcu srednjo vrednost 39 m 2 /osebo, z minimalno in maksimalno vrednostjo m 2 /osebo. Vrednosti Q NH in Q w se izenačita pri vrednosti približno 20 kwh/(m 2 a) in 35 m 2 /osebo. Stavbe z več stanovalci imajo večji delež toplotnih potreb za ogrevanje sanitarne vode. Pri stavbah z manj stanovalci pa prevladujejo večje toplotne potrebe za ogrevanje prostorov. skupnapotrebapotoplo5[kwh/(m 2 a)] Qw/Au Q w u Qnh/Au NH u stavbeanaliziranegavzorca Slika 3.6: Letne toplotne potrebe potrebna toplota za ogrevanje stavb in pripravo tople vode potreba po toplo* [kwh/(m 2 a)] Stanovanjskih površin na osebo A u /P [m 2 /P] QQnh/Au NH u QQw/Au w u Slika 3.7: Spremembe v strukturi toplotnih potreb toplota za ogrevanje stavb in pripravo toplo vode

28 Vsebina Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Skupne toplotne izgube stavbe 100 Toplotni dobitki notranjih virov toplote 100 Toplotni dobitki sončnega obsevanja 102 Skupni toplotni dobitki stavbe 103 Potrebna toplota za ogrevanje stavbe 104 Testiranje modela poenostavljenega energijskega ocenjevanja 105 Rezultati testiranja modela ocenjevanja na vzorcu 106 analiziranih stavb 106 Rezultati testiranja modela ocenjevanja na dodatnem vzorcu 11 stavb 108 Možnosti in omejitve pri uporabi modela energijskega ocenjevanja stavb 109 Rezultati analiz za oblikovanje kvalitativnih parametrov Značilnosti dinamičnega odzivanja učinkovitih stavb 112 Analiza dinamičnega odziva na primeru učinkovite stavbe in posledice 115 Toplotni odziv stavbnega ovoja 121 Energijska bilanca in energijski tokovi 122 Prezračevanje, kakovost zraka in toplotno ugodje 123 Sistemi za ogrevanje prostorov 123 Vpliv tehnologije gradnje in načina ogrevanja na toplotni odziv stavbe 126 Energijsko učinkovita stavba v različnih klimatskih razmerah in letnih konicah Energijsko učinkovite novogradnje v obratovanju 131 Meritve na primerih učinkovitih novogradenj 131 Predstavitev in izbor objektov 133 Meritve na zelo dobri nizkoenergijski hiši in ugotovitve 141 Meritve na pasivni hiši in ugotovitve 146 Značilnosti bivalne klime v obratovanju merjenih stavb 151 Termografija toplotnega ovoja pasivne hiše 153 Obratovanje energijsko učinkovitih stavb anketiranega vzorca 153 Podatki o analiziranem vzorcu anketiranih novogradenj 155 Energijski rezultati obratovanja z analiziranimi vplivi 161 Povzetek analiziranih podatkov o obratovanju stavb 164 Analize podatkov o obratovanju stavb Energijski, okoljski in ekonomski kazalci za načrtovanje in obratovanje stavb 167 Okoljski kazalniki stavbnega ovoja v izvedbi in obratovanju 171 Okoljski kazalniki strojnih instalacij v izvedbi in obratovanju 171 Sistem prezračevanja stavbe 173 Sistem generacije toplote 175 Okoljski in ekonomski kazalniki novogradnje v izvedbi in obratovanju 182 Konfiguracije sistemov za okoljsko, energijsko in ekonomsko učinkovito stavbo 184 Mehanizem soodvisnosti investiranja, energijske učinkovitosti in okoljskega obremenjevanja Celovito vrednotenje učinkovitih novogradenj 188 Ključni indikatorji, hierarhija in ponderiranje 191 Primer rezultatov vrednotenja stavb s ključnimi indikatorji 193 Celovito vrednotenje v praksi Zaključne ugotovitve Stvarno kazalo Predstavitev pasivnih in zelo dobrih nizkoenergijskih hiš slovenskih izvajalcev Recenziji Predstavitev izvajalcev in ponudnikov komponent za energijsko najučinkoviteše hiše Viri in literatura Kazalo slik 30 Slika 2.1: Energijski parametri tipičnih gradbenih materialov - uporabljena primarna energija, povzeto iz baze podatkov za gradbene proizvode 30 Slika 2.2: Okoljski parametri tipičnih gradbenih materialov - potencial globalnega segrevanja, povzeto iz baze podatkov za gradbene proizvode 31 Slika 2.3: Okoljski parametri tipičnih gradbenih materialov - potencial zakisljevanja okolja, povzeto iz baze podatkov za gradbene proizvode 32 Slika 2.4: Uporabljena primarna energija za proizvodnjo različnih skupin gradiv, v odvisnosti od njihove toplotne prevodnosti 32 Slika 2.5: Okoljski parametri skupin gradiv, potencial globalnega segrevanja (A) in potencial zakisljevanja okolja (B), v odvisnosti od toplotne prevodnosti gradiv 34 Slika 2.6: Informativni prikaz najbolj pogostih konstrukcijskih sklopov, masivne zunanje stene 36 Slika 2.7: Informativni prikaz najbolj pogostih sestavov lesene lahke stene 38 Slika 2.8: Informativni prikaz najbolj pogostih sestavov poševne in ravne strehe 40 Slika 2.9: Informativni prikaz najbolj pogostih sestavov za tla na terenu in nad kletjo 44 Slika 2.10: Izračun energijskih in okoljskih kazalnikov s spletno aplikacijo Rechner für Bauteile primer izvedbe za opečno zunanjo steno MZ2 46 Slika 2.11: Kazalnik rabe primarne energije PEC n.r. za masivne zunanje stene

29 3. Oblikovanje kvalitativnih parametrov za energijsko učinkovite stavbe Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Analiza energijskih tokov z vplivnimi parametri in rezultati Analiza na vzorcu se v svojem prvem delu osredotoči na ključne energijske tokove letne toplotne bilance ter spoznavanje ključnih vplivnih parametrov, kot bodo izpostavljeni v naslednjem poglavju. Toplotni ovoj in transmisijske toplotne izgube V letni energijski bilanci predstavljajo največji posamični segment toplotne izgube skozi stavbni ovoj, to so transmisijske toplotne izgube. Na njihovo količino vpliva velikost in sestava toplotnega ovoja. Površina različnih ključnih elementov toplotnega ovoja je odvisna od oblikovanja stavbe. Sestavo elementov toplotnega ovoja pa definirajo sistemi toplotne zaščite z doseženo toplotno prehodnostjo U. površinaelementovovoja[m 2 ] % % 21% 8% 135 6% % 2% sp v zs vs ss / sc 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Slika 3.8: Povprečne površine in njihovi deleži v toplotnem ovoju stavb analiziranega vzorca površinskideleželementov vovoju[%] Označevanje ključnih elementov toplotnega ovoja v prikazih na slikah (sliki 3.8 in 3.9) je naslednje: zs zunanja stena, vs vkopana stena, ss streha ali strop, tt tla na terenu ali proti neogrevani kleti, sc stena proti neogrevani coni, z zasteklitev, sp vgrajeno zunanje stavbno pohištvo, v zunanja vrata. Na toplotnem ovoju stavb analiziranega vzorca (slika 3.8) predstavljajo največji posamični površinski delež fasade (38 %), sledijo jim strehe/stropi s 24 % in tla z 21 %. Zaradi ustreznega toplotnega coniranja je površinski delež vkopanih sten in elementov v stiku z neogrevanimi conami relativno nizek in znaša 8 %. Zunanje stavbno pohištvo ima skupni delež 8 %. Povprečne vrednosti toplotnih prehodnosti elementov (slika 3.9), ki mejijo na okoliški zrak, se gibljejo U = 0,10 0,15 W/(m 2 K), na teren in neogrevane cone meječi elementi z U = 0,15 0,18 W/(m 2 K). Zasteklitve v toplotnem ovoju imajo v povprečju toplotno prehodnost U = 0,60 W/(m 2 K), vgrajeno zunanje stavbno pohištvo U = 1,0 W/(m 2 K). toplotnaprehodnost[w/(m 2 K]) v zs vs ss 0 sc z sp Slika 3.9: Povprečne toplotne prehodnosti po skupinah elementov ovoja stavb analiziranega vzorca 1.01 Povprečne transmisijske toplotne izgube predstavljajo na obdelanem vzorcu Q T = 42 kwh/(m 2 a), z minimalno in maksimalno vrednostjo 30 kwh/ (m 2 a) in 59 kwh/(m 2 a). Vgrajeno zunanje stavbno pohištvo ima navkljub učinkovitim tehnoloških rešitvam največji posamični delež, ki znaša 41 %, vendar pa navedene izgube nadomeščajo toplotni dobitki, opisani v nadaljevanju. Fasade imajo 25 % delež, stropi oziroma strehe pa 13 %. Izpostavljenost in površina obeh navedenih elementov ovoja zahtevata, da prav na teh mestih iščemo tehnološke rešitve z najmanjšim toplotnimi prehodnostmi. Tla na terenu ali proti kletem imajo delež 9 % ter vkopane stene 5 %, pri čemer milejše zahteve po toplotnih prehodnostih nastopajo predvsem zaradi nižjih specifičnih toplotnih izgub, tipično %, katerih vzrok je manjša temperaturna razlika (ogrevani prostor proti terenu in ne okoliškem zraku). Podobni argumenti veljajo tudi za elemente, ki mejijo na neogrevane cone (delež 4 %). Toplotne izgube zaradi toplotnih mostov predstavljajo preostali delež, samo 3 %, saj so ta mesta v ovoju rešena že pri načrtovanju. Prezračevanje prostorov, zrakotesnost stavb in prezračevalne toplotne izgube Poleg transmisijskih toplotnih izgub predstavlja prezračevanje stavbe pomemben segment toplotnih izgub. To področje sicer pri energijsko manj učinkovitih novogradnjah z vidika uvajanja sodobnih rešitev tehnološko nekoliko zaostaja za stanjem tehnike. Pri sodobnih stanovanjskih stavbah pa mu pripisujemo izreden pomen, tako z vidika zagotavljanja bivalnega ugodja kot tudi z vidika energijske učinkovitosti. V kolikor se toplotne izgube prezračevanja projektno ne rešujejo na ustrezen način, bi lahko bile višje od transmisijskih toplotnih izgub. Pri energijsko učinkovitih stavbah obdelanega vzorca energijsko varčnih hiš pa predstavljajo zgolj Q L = 7 kwh/(m 2 a), z minimalno in maksimalno vrednostjo 5 kwh/(m 2 a) in 10 kwh/(m 2 a). Predstavljajo torej manj kot 15 % skupnih toplotnih izgub. Pri izmenjavi ogrevanega zraka z zunanjim vplivamo na dva mehanizma prenosa toplote. Prvi mehanizem je kontrolirano prezračevanje, saj v stavbo dovajamo določeno količino svežega zraka, ki je odvisna od števila stanovalcev in režima bivanja, obenem pa odvajamo odtočni (izrabljeni) zrak. Na analiziranih stavbah je povprečna urna izmenjava zraka n = 0,364 h -1, z minimalno in maksimalno vrednostjo v vzorcu 0,300 h -1 in 0,555 h -1, ki pripadata večjim in manjšim stavbam. Izmenjava zraka poteka mehansko, s pomočjo vračanja toplote v napravah z visoko učinkovitostjo (pri analiziranih stavbah med 80 % in 90 %). Enako količino toplote bi izgubljali pri urni izmenjavi zraka 0,06 h -1, če v izračunu energijskih bilanc ne bi uporabili vračanja toplote. Drugi mehanizem prezračevalnih izgub nastopa zaradi nekontrolirane naravne izmenjave zraka z okolico, t.j. infiltracijo skozi nezrakotesen stavbni ovoj. Z izredno kakovostno izvedbo stavbnega ovoja v energijsko učinkovitih stavbah dosegamo merjene vrednosti za zrakotesnost v območju n 50 0,6 h -1, ki so obenem projektno privzete tudi za potrebe analize. S tako izvedenim ovojem se odraža infiltracija v povprečni naravni izmenjavi zraka 0,043 h -1, z minimalno in maksimalno izračunano vrednostjo [77] v vzorcu 0,025 h -1 in 0,087 h -1, kar je obenem odvisno tudi od značilnosti mikrolokacije in izpostavljenosti stavbe

30 3. Oblikovanje kvalitativnih parametrov za energijsko učinkovite stavbe Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Metoda za ocenjevanje energijskih tokov s pomočjo ključnih kvalitativnih parametrov Predhodno podana medsebojna primerjava različnih parametrov s ključnimi energijskimi tokovi toplotnih izgub in toplotnih dobitkov stavbe ter predvsem parametrov z energijsko učinkovitostjo stavbe Q NH, kaže na majhno povezanost posameznih parametrov, ki imajo le parcialne vplive na energijsko bilanco stavb analiziranega vzorca, s končnim energijskim rezultatom. Do energijsko učinkovite končne projektne rešitve za novogradnjo namreč vodijo ustrezno optimirane odločitve na večjem številu parcialnih parametrov, od katerih imajo vsi relativno majhen vpliv. Rezultati kažejo tudi, da imajo večjo povezanost z energijsko učinkovitostjo sistemski, t.j. kvalitativni pristopi (npr. oblikovanje ovoja stavbe, razmerje dobitkov steklenega dela glede na izgube toplotnega ovoja), v primerjavi s številčnejšimi posameznimi tehnološkimi, t.j. kvantitativnimi parametri (npr. površine in toplotne prehodnosti sestavov). Eden od ključnih ciljev je identifikacija kvalitativnih parametrov, ki imajo največji vpliv na energijske tokove v bilanci stavbe ter obenem kažejo na čim višjo povezanost z njimi. V nadaljevanju je oblikovana metoda, ki je eden od ključnih doprinosov in služi za ocenjevanje vrednosti ključnih energijskih tokov, za dva pristopa v t.i. hitrem ocenjevanju: Zahtevnejši pristop ocenjevanja energijskih tokov je povezan s parametri, ki običajno zahtevajo višjo raven priprave vhodnih podatkov. To se posledično odraža v boljši povezanosti rezultatov ocenjevanja, t.j. v njihovem manjšem odstopanju glede na dejanske računske vrednosti, ki so realni rezultat računskih energijskih bilanc. Enostavnejši pristop v ocenjevanju energijskih tokov je vezan na uporabo osnovnih kvalitativnih parametrov, ki izhajajo iz ključnih informacij o stavbi. Zanje je potrebna nižja raven priprave vhodnih podatkov. Ta pristop omogoča enostavnejše pridobivanje ocen, ki imajo posledično nižjo stopnjo povezanosti z realnimi rezultati energijske bilance, t.j. ocene lahko izkazujejo večje odstopanje glede na realne računske vrednosti. Transmisijske toplotne izgube Toplotne izgube zaradi prehoda toplote skozi ovoj stavbe Q t so v analizi izkazale le zmerno individualno povezanost z obema parametroma toplotne zaščite: povprečno toplotno prehodnostjo ovoja stavbe U m in koeficientom specifičnih transmisijskih toplotnih izgub H' T (enačbi 3.2 in 3.3). Istočasno pa so izkazale večjo povezanost z razmerjem površine ovoja na ogrevano površino stavbe O (A ) (enačba 3.4) kot z oblikovnim faktorjem (f o ). UU! =!!!! UU! AA! +!!!(Ψ! ll! )!!!! AA!! W m! K Enačba 3.2: Definicija povprečne toplotne prehodnosti ovoja stavbe HH! =!!!! UU! AA! ff!,! +!!!(Ψ! ll! ff!,! )! W m! K!!!! AA! Enačba 3.3: Definicija koeficienta specifičnih transmisijskih toplotnih izgub OO =!!!! AA! AA! = AA AA! Enačba 3.4: Definicija površinskega razmerja ovoja stavbe in ogrevane površin V analiziranih stavbah vzorca je zaradi doslednega reševanja toplotnih mostov njihov delež v skupnih transmisijskih toplotnih izgubah manjši za 5 %. Zato se ob predpostavki rešenih toplotnih mostov lahko pri hitrih ocenah vrednosti U m in H' T osredotočamo predvsem na obravnavo površin in toplotnih prehodnosti sestavov ovoja. Glede na definicijo obeh parametrov (enačbi 3.2 in 3.3) lahko ugotovimo, da je izračun U m poenostavljen, oziroma hitrejši v primerjavi s H' T, kjer moramo računsko določevati še utežne temperaturne faktorje za sestave ovoja stavbe (f t ). V primeru povezave parametrov toplotne zaščite in površinskega razmerja O pa pridobimo kombinirani kvalitativni parameter, ki je s transmisijskimi toplotnimi izgubami močno povezan. Tako lahko izpostavimo dva produkta parametrov toplotne zaščite in oblikovanja stavbe: Specifične transmisijske toplotne izgube ogrevanih površin stavbe, H' T O (W/(m 2 K)), so s transmisijskimi toplotnimi izgubami stavbe Q t linearno povezane (r = +1), kar je razvidno tudi na sliki Za nadaljnje ocenjevanje transmisijskih toplotnih izgub s pomočjo tega kvalitativnega parametra lahko uporabimo naslednjo enačbo (enačba 3.5): QQ! AA! 78,3 HH! OO kwh m! a Enačba 3.5: Ocena transmisijskih toplotnih izgub Q t s produktom H' T O energijski tok transmisijskih toplotnih izgub Q T [kwh/(m 2 a)] H' T (A ) [W/(m 2 K)] y = 78.31x y R² = Slika 3.31: Povezanost specifičnih transmisijskih toplotnih izgub ogrevanih površin stavbe H' T O s transmisijskimi toplotnimi izgubami stavbe Q t Povprečna toplotna prehodnost ovoja na ogrevano površino stavbe, Um O (W/(m 2 K)), je s transmisijskimi toplotnimi izgubami stavbe Q t še vedno izredno močno povezana (r = +0,94). Do povečanega raztrosa rezultatov (slika 3.32) prihaja zaradi izostanka utežnih faktorjev transmisijskih toplotnih izgub, npr. pri toplotnih izgubah skozi tla na terenu. V tem poenostavljenem primeru lahko za nadaljnje ocenjevanje, ki je obenem z vidika pridobivanja vhodnih podatkov hitrejše, uporabimo naslednjo enačbo (enačba 3.6): QQ! AA! 64,1 UU! OO + 3,8 kwh m! a Enačba 3.6: Ocena transmisijskih toplotnih izgub Q t s produktom U m O

31 4. Značilnosti dinamičnega odzivanja učinkovitih stavb Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Značilnosti dinamičnega odzivanja učinkovitih stavb Stanovanjske stavbe se skozi čas različno hitro odzivajo na spremembe zunanjih in notranjih vplivov. V tem poglavju je obdelana analiza teh odnosov in identifikacija razmerij med posameznimi vplivi. V analizi smo osredotočeni izključno na (primarne) energijske ter (sekundarne) bivalne vidike, saj v okviru raziskav iščemo načine optimiranja pri načrtovanju energijsko učinkovitih stavb izključno v tem smislu. Med najbolj vplivnimi zunanjimi parametri, ki so odvisni od klimatskega področja, so temperatura in relativna vlažnost zunanjega zraka, sončno obsevanje s svojo direktno in difuzno komponento, hitrost in smer vetra. Na pojav naštetih parametrov vplivajo tudi dejavniki neposredne okolice objekta (npr. senčenja stavbe s sosednjimi ali s terenom) oziroma konfiguracije terena (npr. zastiranje stavbe in zmanjševanje izpostavljenosti pred vetrom). Na drugi strani pa notranje okolje v stavbi najbolje opisujemo z naslednjimi ključnimi parametri: dosežena temperatura in relativna vlažnost zraka v prostorih, koncentracija CO 2 v zraku, notranje površinske temperature ovoja stavbe, osvetljenost prostorov z dnevno svetlobo, hitrost gibanja zraka, ipd. Med stalno spremenljivim zunanjim okoljem ter na drugi strani skrbno reguliranim notranjim okoljem nastopa vmesni člen, ki ga predstavlja stavba, torej objekt s svojimi grajenimi komponentami in podpornimi instalacijskimi sistemi. Med ključnimi lastnostmi elementov toplotnega ovoja so toplotna prehodnost U, sposobnost za prepuščanje sončnega obsevanja g in shranjevanje toplote ter zrakotesnost stavbe. Ključna lastnost elementov, ki tvorijo notranjost objekta z enotno toplotno cono, je sposobnost shranjevanja toplote. Podporni instalacijski sistemi služijo za ogrevanje prostorov pozimi in pohlajevanje prostorov poleti ter izmenjavo izrabljenega zraka s svežim. Pri teh sistemih sta ključnega pomena odzivnost in energijska učinkovitost. Pri prvih je učinkovitost najbolj pomembna pri generaciji toplote in hladu ter zagotavljanju medija ustrezne temperature. Pri drugih pa je vidik učinkovitosti osredotočen na sposobnost vračanja toplote in transportu medija. Analiza dinamičnega odziva na primeru učinkovite stavbe in posledice Analize dinamičnega odzivanja so potekale na 3D modelu stanovanjskega objekta (slika 4.1), ki je v arhitekturnem smislu izbran zaradi svoje ustrezne energijske učinkovitosti v standardu pasivne hiše. Model je povzet po dejanskem objektu, ki je v eksperimentalnem delu uporabljen tudi za meritve. Ključni podatki za model stavbe so naslednji: bruto površina obeh etaž skupaj znaša 148 m 2, bruto prostornina stavbe pa 386 m 3, skupna površina zunanjega toplotnega ovoja 334 m 2, površina stekla v ovoju predstavlja 8,4 % delež, oblikovni faktor stavbe znaša 0,86 m -1 in povprečna toplotna prehodnost U ovoja znaša 0,151 W/(m 2 K). Model ima bivalne prostore v dveh etažah, pri čemer je z vidika obratovanja pomembno, da je pritličje pretežno v dnevni uporabi, prostori mansarde pa so v uporabi pretežno ponoči. Dovoljena temperatura zraka se giblje za obe horizontalni toplotni coni v območju vrednosti C. V stavbi je modelirano bivanje štirih oseb. Sistem centralnega prezračevanja z vračanjem toplote deluje na stalnem pretoku zraka 160 m 3 /h. V prvem delu analize je na predstavljenem modelu predvidena uporaba t. i. idealnega sistema ogrevanja in hlajenja, torej sistemov z idealno odzivnostjo in toplotno močjo. Prav tako je izločena uporaba zunanjih senčil v zimskem obdobju. S tako izločenimi vplivi instalacijskih sistemov dobimo jasen vpogled v odzivanje stavbnega dela na spremembe v okolju, brez motenj, ki jih zaradi svojih lastnosti predstavljajo instalacijski sistemi. Ti vplivi pa bodo ločeno analizirani v nadaljevanju. Simulacije dinamičnega odziva so izvedene s programskim orodjem IDA ICE [88], z validirano uporabo na področju gradbene fizike v stavbah [89]. Kot vhodni podatki za dinamične izračune so uporabljene urne vrednosti za klimatske podatke za Ljubljano (slika 4.2). Slika 4.1: 3D prikaz modeliranega objekta, s tlorisom pritličja, izbranega za analize dinamičnega odziva; slikovni vir: generirano z uporabo orodja IDA ICE 4 [88]

32 4. Značilnosti dinamičnega odzivanja učinkovitih stavb Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Temperatura in relat. vlažnost zraka [ C, %] Hitrost gibanja zraka [m/s] Povprečno urno sončno obsevanje [kw/m 2 ] Jan 1. Feb 1. Mar 1. Apr 1. May 1. Jun povprečne urne vrednosti za temperaturo in relativno vlažnost zunanjega zraka Jan 1. Feb 1. Mar 1. Apr 1. May povprečne urne vrednosti za hitrost gibanja zraka v X in Y smeri IDirNorm Jan 1. Feb 1. Mar 1. Apr 1. May 1. Jun 1. Jun 1. Jul 1. Jul 1. Jul 1. Aug 1. Aug 1. Aug 1. Sep 1. Sep 1. Sep 1. Oct 1. Oct 1. Oct 1. Nov 1. Nov 1. Nov 1. Dec 1. Dec IDiffHor povprečno urno sončno obsevanje na horizontalno ploskev, direktna in difuzna komponenta Slika 4.2: Klimatske podlage za dinamične simulacije obratovanja stavb, urne vrednosti za Ljubljano: vir podatkov: ASHRAE Fundamentals 2001 for Slovenia 1. Dec TAir RelHum WindX WindY IDirNorm IDiffHor V izračunih so za zimsko obdobje obratovanja modela, ki je z energijskega vidika za stavbe pri nas najbolj pomembno, izbrane naslednje značilne klimatske situacije: Ob izteku meseca decembra nastopa konica toplotnih potreb (konična potrebna moč za ogrevanje prostorov), ki je posledica meglenega vremena. V izbranih dveh dneh (30. in 31. december) se zunanja temperatura giblje med -9 C in 0 C. Vetra v teh dneh praktično ni. Z vidika uporabe objekta pa sta izbrana dva dneva na prehodu delavnika v vikend. V pričetku meseca februarja nastopijo izredno nizke temperature zunanjega zraka, ki se v izbranem dnevu (1. februar, delavnik) gibljejo med -20 C in -5 C (najhladnejši dan v letu). Dan je izrazito sončen, z malo vetra v nočnem času. Najhladnejši dan v letu ima polovične potrebe po toplotni moči glede na decembrsko konico. Ob izteku meseca februarja (23. februar, delavnik) nastopi tipična kombinacija hladnega zimskega vremena, s temperaturo zunanjega zraka med -7 C in +7 C, izrazito sončnim in obenem vetrovnim vremenom. Izbrani zimski dan ima značilno kombinacijo vplivov, zaradi katerih dodatno ogrevanje prostorov ni potrebno (zimski dan brez ogrevanja). Toplotni odziv stavbnega ovoja Elementi stavbnega ovoja se na pričakovano večje spremembe parametrov zunanjega okolja in nekoliko manjše spremembe parametrov notranjega okolja odzivajo različno intenzivno, z različnim časovnim zamikom. Ti nestacionarni procesi prehoda toplote so odvisni predvsem od njihove toplotne prevodnosti in mase. Primerjava toplotnega odziva je za dve tipični klimatski možnosti (konica ogrevanja in najhladnejši dan) podana v diagramih, kjer je za posamezne skupine sestavov toplotnega ovoja (tla, stene, okna, strop) obeh toplotnih con modeliranega objekta prikazan transmisijski toplotni tok (slika 4.3) in površinske temperature na notranjih straneh zunanjih sten ogrevanih prostorov (slika 4.5). Prehod toplote skozi stavbni ovoj nastopa v dokaj stabilni obliki v času meglenega vremena, ko so transmisijski tokovi usmerjeni izključno navzven. V intenzivnem sončnem vremenu, ko dotoki energije prek dneva občutno dvignejo temperaturo zraka v prostorih, pa ti tokovi posledično občutno zanihajo ter glede na situacijo celo spremenijo smer. A A Slika 4.3: Transmisijski toplotni tok skozi toplotni ovoj con - pritlična cona (A), mansarda (B) skupna legenda B B

33 4. Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Značilnosti dinamičnega odzivanja učinkovitih stavb učinkovitost objekta. Tipična pojava sta: doseganje previsoke temperature zraka v prostorih glede na siceršnjo termostatirano vrednost (npr. 21 C) ter zmanjšanje izkoristka energije sončnega obsevanja. Na osnovi teh izhodiščnih ugotovitev lahko ob rezultatih dinamičnega obratovanja izhodiščnega modela z različnimi sistemi ogrevanja izpostavimo naslednje ugotovitve: Glede na svojo povečano toplotno vztrajnost je talni sistem ogrevanja manj odziven in s tem manj ustrezen v primerjavi s stenskim ali stropnim ogrevanjem. Talni sistem ogrevanja mora biti izveden manj masivno, delovati mora na nizki temperaturi medija, ustrezno prilagojen pa mora biti tudi sistem regulacije. Stenski sistem ogrevanja je glede na dosežen rezultat najbolj odziven ter s tem najustreznejši sistem z vodnim medijem. Za radiatorski sistem ogrevanja je ugotovljena slabša odzivnost, ki izhaja iz temperature ogrevalnega medija ter večje količine vode v sistemu. Za sistem toplozračnega ogrevanja lahko glede na spremenjen medij potrdimo najvišjo odzivnost ter približevanje t. i. idealizirani obliki sistema ogrevanja za energijsko visokoučinkovite stavbe. Ključnega pomena pri tem načinu ogrevanja je sposobnost sistema za pokrivanje toplotnih potreb v konici, kar se kaže v primeru energijskega deficita tudi na modeliranem primeru (dovedena energija je nekoliko manjša od potrebne). Energijsko učinkovita stavba v različnih klimatskih razmerah in letnih konicah Pod pojmom energijsko učinkovita stavba razumemo arhitekturno in tehnološko konfiguracijo, ki je optimalno prilagojena specifičnim razmeram na mikrolokaciji. Te med drugim predstavljajo tudi klimatske razmere (temperaturni primanjkljaj, trajanje in intenzivnost sončnega obsevanja poleti in pozimi), izpostavljenost stavbe vetru, senčenje in naravne ovire, ipd. Glede na spremenljivost teh parametrov je očitno, da mora biti energijsko učinkovita stavba za primere izrazito odstopajočih mikroklim različno zasnovana. V naslednji analizi je preverjen vpliv mikrolokacije novogradnje na energijsko bilanco obratovanja v zimskem in poletnem času. V njej je uporabljen arhitekturni model stavbe, ki je predstavljen na začetku poglavja, tehnološko modificiran v dve različici energijske učinkovitosti: v zelo dobro nizkoenergijsko (ZDNEH, Q NH = 25kWh/(m 2 a)) in izboljšano pasivno hišo (PH, Q NH = 10kWh/(m 2 a)). S spreminjanjem glavnih vplivnih mikroklimatskih parametrov želimo preveriti ključne energijske značilnosti zimskega in poletnega obratovanja v energijski bilanci nizkoenergijske in pasivne hiše za tri izbrana klimatska področja. Za velik del Slovenije (npr. Ljubljana, Maribor, Celje) je značilna projektna vrednost za temperaturni primanjkljaj dan/a, zato je izbrana ta vrednost kot referenčna, z uporabo klimatskih podatkov za mesto Ljubljana. Za preučitev obeh obravnavanih klimatskih ekstremov na področju Slovenije pa sta izbrani lokaciji Jesenice in Nova Gorica, s projektnim letnim temperaturnim primanjkljajem dan/a in dan/a. Energijski tokovi toplotne bilance [kwh/(m 2 a)] Toplotni tok [W/m 2 ] kwh/(m 2 a) 25 kwh/(m 2 a) 25 kwh/(m 2 a) 10 kwh/(m 2 a) 10 kwh/(m 2 a) 10 kwh/(m 2 a) 4000 dan/a 3300 dan/a 2400 dan/a 4000 dan/a 3300 dan/a 2400 dan/a ZDNEH, Jesenice ZDNEH, Ljubljana ZDNEH, Nova Gorica PH, Jesenice PH, Ljubljana PH, Nova Gorica Slika 4.15: Energijska bilanca za ogrevalno sezono (A) ter konična toplotna moč v ogrevalni sezoni (B), nizkoenergijska in pasivna stavba v obratovanju A B potreba po toploa za ogrevanje dobitki notranjih virov dobitki sončnega obsevanja Ugotovitve na podlagi dobljenih rezultatov energijske bilance modelne stavbe v obdobju ogrevalne sezone so naslednje (slika 4.15): Medsebojna primerjava rezultatov sezonske energijske bilance modela nizkoenergijske in pasivne hiše v enakih klimatskih pogojih kaže na pričakovano linearno sledljivost toplotnih izgub glede na temperaturni primanjkljaj. Pri toplotnih dobitkih pa na sezonske rezultate energijskih tokov, poleg ključnega parametra (sončno obsevanje in notranji viri toplote), vpliva tudi sposobnost izkoriščanja toplotnih dobitkov in trajanje sezone ogrevanja. Rezultati kažejo, da se toplotni dobitki zmanjšujejo s povečevanjem energijske učinkovitosti stavbe ter z zmanjševanjem temperaturnega primanjkljaja na lokaciji stavbe. Razmerje toplotnih dobitkov in toplotnih izgub vpliva na izkoriščenost toplotnih dobitkov v stavbi v le nekaj odstotkih. Največji vpliv na zmanjševanje izkoriščenosti toplotnih dobitkov ima torej krajša ogrevalna sezona. Ta se krajša zaradi manjših toplotnih izgub stavbe in sicer ob enakih ali podobnih razpoložljivih toplotnih dobitkih. Ob primerjavi pasivnega modela z nizkoenergijskim se ogrevalna sezona krajša v treh klimatskih okoljih od 13 % do 20 %, več v ostrejši klimi. Ob primerjavi vpliva klime na trajanje ogrevalne sezone nizkoenergijskega modela je ugotovljeno, da se sezona v ostri klimi podaljša za +25 %, v nizki pa skrajša za -24 %, oboje glede na rezultate v referenčni srednji klimi. Pri pasivnem modelu pa sta spremembi v trajanju ogrevalne sezone +15 % in -29 %, ob istih izhodiščih primerjave. Z arhitekturnimi in tehnološkimi ukrepi za povečevanje toplotnih dobitkov, predvsem dobitkov sončnega obsevanja, dosegamo največje učinke pri energijsko manj učinkoviti stavbi v klimatsko ostrejših razmerah. Ob iskanju rešitev za te ukrepe je treba v fazi načrtovanja stavb skrbno spremljanje njihovih učinkov ter določanje optimalne vrednosti. Na prikazanem prezračevalne toplotne izgube transmisijske toplotne izgube

34 4. Značilnosti dinamičnega odzivanja učinkovitih stavb Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš modelu pasivne hiše je možno v primerjavi z nizkoenergijsko hišo ob enakih ukrepih na zasteklenem delu toplotnega ovoja stavbe v energijski bilanci pridobiti od 22 % do 29 % manj dotokov. Primerjava rezultatov za toplotne tokove v konici ogrevalne sezone kaže na skoraj enak rezultat v potrebni konični toplotni moči za ogrevanje stavbe, ki se nahaja v področju referenčne ali pa ostre klime, in znaša 20 W/m 2 za nizkoenergijsko in 14 W/m 2 za pasivno hišo. Glede na siceršnja razhajanja v predhodno prikazanih rezultatih sezonske energijske bilance tega ne bi pričakovali. Analiza rezultatov pa kaže, da je vzrok za podobno konico v potrebni ogrevalni moči značilna zimska klimatska situacija z daljšim obdobjem nižjih zunanjih temperatur brez intenzivnega sončnega obsevanja. Ta situacija pa nastopa v identični obliki v obeh klimatskih področjih, s temperaturo zunanjega zraka med -8 C in -9 C in globalnim sončnim obsevanjem 20 W/m 2. V drugi značilni klimatski situaciji, ki jo predstavljajo neprimerno hladnejši zimski dnevi z bolj intenzivnim sončnim obsevanjem, pa je potreba po toplotni moči manjša od konične vrednosti. Konična vrednost za nizkoenergijsko ali pasivno stavbo v področju mile klime se giblje na približno polovici vrednosti, ki je izračunana za referenčno ali ostro klimo. Ker ta vrednost znaša največ 10 W/m 2, je možno stavbe v teh milejših klimatskih razmerah ogrevati s t. i. toplozračnim ogrevanjem. Predhodno prikazane vrednosti za potrebno toplotno moč za ogrevanje stavbe kažejo na pomembno ugotovitev, da obratovanja v konici ogrevalne sezone ne moremo ocenjevati s pomočjo letnih potreb stavbe po toploti za ogrevanje ali temperaturnega primanjkljaja na lokaciji objekta, kar je sicer tipično za hitre ocene energijske učinkovitosti stavb. Prav tako lahko podamo ugotovitev tudi za značilno enotno klimatsko konico, ki pa nastopa le pri sodobnih stavbah z oblikovanjem toplotnega ovoja z večjim deležem stekla. Pri stavbah z manjšim deležem stekla v toplotnem ovoju ali pa njihovo pretežno orientacijo proti severu lahko nastopa konica v potrebni toplotni moči za ogrevanje v dneh, ko je zunanja temperatura najnižja, kajti intenzivnejše sončno obsevanje nima izrazitega vpliva na toplotno bilanco takšnih stavb. Ugotovitve na podlagi dobljenih rezultatov energijske bilance modelne stavbe v obdobju izven ogrevalne sezone so naslednje (slika 4.16): Energijsko bilanco v času izven ogrevalne sezone, ko prihaja do potreb po energiji za hlajenje prostorov, oblikuje razmerje toplotnih obremenitev in toplotnih izgub. Pri toplotnih obremenitvah imajo največji pomen dobitki sončnega obsevanja in s tem tudi ukrepi za senčenje steklenih površin. Ker je zaradi klimatskih značilnosti sezona pohlajevanja prostorov v različnih klimatskih okoljih različno dolga, se to posledično odraža tudi na energijskih tokovih toplotnih obremenitev. Pri toplotnih izgubah stavbe se transmisijskim toplotnim izgubah in toplotnim izgubam zaradi mehanskega prezračevanja pridružujejo tudi toplotne izgube nočnega prezračevanja, ki se običajno izvaja, ko so zunanje temperature nižje od temperature zraka v stavbi. Potrebe po energiji za pohlajevanje prostorov so v klimatsko ostrejših področjih praktično zanemarljive, kar velja tako za nizkoenergijske kot pasivne stavbe. V področjih z referenčno klimo so energijske potrebe po hlajenju nekoliko povečane, kar se običajno ustrezno rešuje z ukrepoma, kot Energijski tokovi toplotne bilance [kwh/(m 2 a)] sta npr. intenzivnejše senčenje steklenih površin in še intenzivnejše nočno prezračevanje. V tem izračunu sta izhodiščni vrednosti za oba navedena ukrepa naslednji: nočno prezračevanje nastopa z dodatno urno izmenjavo zraka 0,2 h -1, ko je zunanja temperatura nižja od 22 C, zunanje senčenje steklenih površin je 50 % (polovična zastrtost stekla). Pri stavbah v sicer milejši klimi pa so potrebe po energiji za pohlajevanje prostorov izrazito povečane in so celo večje kot potrebe po energiji za ogrevanje prostorov. Ohlajevanje se ne more več izvajati s t. i. pasivnimi ukrepi, potrebna je uporaba sistemov za aktivno pohlajevanje prostorov. Potreba po hladilni moči v konici poletja, do katere prihaja v okolju z visoko zunanjo temperaturo in sončnim obsevanjem, je pri energijsko učinkovitih hišah na področjih ostrejše klime relativno majhna in je obenem glede na majhne potrebe po hlajenju s tem praktično zanemarljiva. Potrebna hladilna moč v konici se v primeru referenčne klime poveča, vendar vključevanje aktivnih sistemov še ni potrebno zaradi ostalih ukrepov za zmanjševanje toplotnih obremenitev ter dejstva, da je trajanje takšnih potreb relativno krajše. Pri obravnavanju koničnih potreb po hlajenju za stavbe v milejšem klimatskem področju se pojavi posebnost, ko transmisijski in prezračevalni energijski tok spremenita smer in postaneta del toplotnih obremenitev. Obenem se zmanjša tudi možnost uporabe sistema nočnega prezračevanja, ki igra pri nizkoenergijski stavbi le še minimalno vlogo, pri pasivni pa se ga zaradi specifičnih razmer ne da več koristno uporabiti. Za stavbe v milejši klimi velja, da so energijske potrebe za ogrevanje prostorov minimalne, pri pasivni hiši pa so praktično zanemarljive. Tej prednosti pa je treba pridružiti tudi vidik potreb po ohlajevanju, kjer potreba po energiji za hlajenje in konična hladilna moč narekujeta uvajanje aktivnih sistemov hlajenja. Konična hladilna moč je v teh razmerah lahko pri nizkoenergijski in pasivni stavbi celo izenačena, različno pa je trajanje potreb po hlajenju. Toplotni tok [W/m 2 ] kwh/(m 2 a) 25 kwh/(m 2 a) 25 kwh/(m 2 a) 4000 dan/a 3300 dan/a 2400 dan/a ZDNEH, Jesenice ZDNEH, Ljubljana ZDNEH, Nova Gorica 10 kwh/(m 2 a) 4000 dan/a PH, Jesenice kwh/(m 2 a) 3300 dan/a PH, Ljubljana Slika 4.16: Energijska bilanca izven ogrevalne sezone (A) in konična hladilna moč (B), nizkoenergijska in pasivna stavba v obratovanju 10 kwh/(m 2 a) 2400 dan/a PH, Nova Gorica A B potreba po energiji za hlajenje dobitki notranjih virov dobitki sončnega obsevanja prezračevalne toplotne izgube, zrač. prezračevalne toplotne izgube, meh. transmisijske toplotne izgube

35 4. Značilnosti dinamičnega odzivanja učinkovitih stavb Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Zmanjševanje energijskih potreb stavbe se v segmentu pohlajevanja prostorov lahko izvaja že s prilagojeno uporabo stavbe v poletnem času. V predhodni analizi uporabljene tipične ukrepe za zmanjševanje toplotnih obremenitev se lahko glede na zmožnosti tudi nadgrajuje. Za nadaljnjo analizo je uporabljena prva možnost izboljšanih ukrepov za zmanjševanje toplotnih obremenitev, ki jo predstavlja intenzivnejše zunanje senčenje steklenih površin (75 % namesto predhodno uporabljenih 50 %) ter intenzivnejše nočno prezračevanje (0,3 namesto 0,2 h -1 ). V drugi dodani možnosti pa tem izboljšanim uporabniškim ukrepom pridružimo še investicijski ukrep, ki ga predstavlja ohlajevanje svežega zraka s toploto zemlje. Učinki teh možnosti obratovanja stavbe v poletnem času kažejo (slika 4.17) na naslednje rezultate: Pri stavbah v ostrejšem klimatskem področju lahko že z ustreznimi bivalnimi navadami uporabnikov zmanjšamo potrebo po energiji za hlajenje in konično hladilno moč na zanemarljive vrednosti. V področju referenčne klime lahko z dodatnimi ukrepi učinkovito zmanjšamo potrebe stavbe po energiji za pohlajevanje prostorov. Manjše pregrevanje nastopa le v ozki poletni konici, ki pa je časovno omejena do te mere, da se večina uporabnikov stavb običajno ne odloča za uporabo naprav za aktivno hlajenje. Hladilnaenergija [kwh/(m 2 a)] Hladilnamoč[W/m 2 ] Za stavbe v milejši klimi velja, da je uporaba aktivnih sistemov za pohlajevanje praktično neizbežna. Z dodatnimi ukrepi za preprečevanje toplotnih obremenitev v manjši meri vplivamo na zmanjšanje potrebne konične hladilne moči. Bolj pomembno pa je dejstvo, da s temi ukrepi zmanjšamo potrebe po energiji za hlajenje za npr. 2/3 pri nizkoenergijski hiši ter za več kot 1/2 pri pasivni hiši. V primeru pasivne hiše se je ta energijska potreba izkazala kot enkrat večja v primerjavi z nizkoenergijsko hišo pičniukrepi izboljšaniukrepi izboljšaniukrepi+zem.pohl kWh/(m2a),25kWh/(m2a),25kWh/(m2a),10kWh/(m2a),10kWh/(m2a),10kWh/(m2a), 25 kwh/(m 2 a) 25 kwh/(m 2 a) 25 kwh/(m 2 a) 10 kwh/(m 2 a) 10 kwh/(m 2 a) 10 kwh/(m 2 a) 4000 dan/a 3300 dan/a 2400 dan/a 4000 dan/a 3300 dan/a 2400 dan/a ZDNEH, Jesenice ZDNEH, Ljubljana ZDNEH, Nova Gorica PH, Jesenice PH, Ljubljana PH, Nova Gorica Slika 4.17: Vplivi uporabniških in investicijskih ukrepov potreb po energiji za hlajenje (A) in na poletno hladilno konico (B), nizkoenergijska in pasivna stavba v treh značilnih klimah A B 5. Energijsko učinkovite novogradnje v obratovanju Meritve na primerih učinkovitih novogradenj Eksperimentalni del je bil izveden na dveh stanovanjskih objektih, in sicer na zelo dobri nizkoenergijski hiši (ZDNEH) ter na pasivni hiši (PH), obe sta locirani v okolici Ljubljane. Meritve so bile na obeh objektih izvajane v zimskem obdobju leta 2011 (od januarja do marca) v trajanju do približno tri tedne ter so vključevale spremljanje delovanja kompaktne naprave ter mikroklime v ključnih prostorih stavbe ter okolici. Poleg rezultatov navedenih meritev so bili na razpolago tudi ostali ključni vhodni podatki za dodatne analize, ki so jih lastniki objektov sami spremljali skozi daljše obdobje: raba električne energije na objektu, trajanje obratovanja sistemov za generacijo toplote ipd. Temeljni cilj meritev in analize dobljenih rezultatov je spoznavanje principov obnašanja energijsko učinkovite stavbe v konici zimskega obdobja, ki je energijsko najbolj zahteven, z identifikacijo prednosti ter eventualnih šibkih mest. Ugotovitve so služile kot izhodišča za oblikovanje smernic in kriterijev za načrtovanje novih energijsko učinkovitih objektov. Predstavitev in izbor objektov Merjena objekta sta bila poleg same razpoložljivosti za izvedbo eksperimentalnega dela ter delno že izvedenega spremljanja rabe energije izbrana na osnovi več kriterijev (preglednica 5.1). Pri tem so bili ključnega pomena tudi: preverjena kakovost načrtovanja in izvedbe novogradnje (demonstracijski primer sodobne gradnje), lokacija (podobna mikroklima, z referenčnimi vrednostmi na ravni RS), primerljivost v sistemu gradnje (podobne tehnološke rešitve za stavbni ovoj), primerljivost v tehnološki opremljenosti (enaka tehnologija za ogrevanje, prezračevanje in pripravo tople vode) ter režimu uporabe (stalno naseljen objekt, mlada družina). Seveda pa določene razlike med objektoma nastopajo v samih projektnih izhodiščih, npr. velikosti kondicioniranih površin, arhitekturni rešitvi (oblikovanje, coniranje) ter rezultatih energijskega optimiranja (kriterij Q NH ), ipd. Te razlike pa bistveno ne vplivajo na mehanizme, katere želimo z meritvami spoznavati oziroma identificirati.

36 Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš Oznaka merjenega objekta ZDNEH PH Lokacija stavbe Brezovica pri Ljubljani Ig pri Ljubljani Etažnost P+M (K)+P+M Toplotno coniranje izven ovoja garaža s tehniko neogrevana klet izven ovoja Način gradnje montažna panelna montažna panelna Število stanovalcev (P) 4 3 Kondicionirana površina (Au) 173 m2 133 m2 Površina toplotnega ovoja (A) 476 m2 454 m2 Topl. preh. elementov ovoja (Um) 0,10 0,11 W/(m2 K) 0,09 0,10 W/(m2 K) Zunanje stavbno pohištvo Ug/Uf = 0,60/0,73 W/(m2 K) Ug /Uf = 0,50/0,73 W/(m2 K) Delež stekla na ogr. površino 21 % 22 % Koeficient trans. topl. izgub (H'T) 0,155 W/(m K) C 5. Energijsko učinkovite novogradnje v obratovanju 0,133 W/(m2 K) 2 Generacija toplote TČ 2,5kWth, zemeljski kolektor TČ 2,5kWth, geosonda Sistem ogrevanja talni sistem, dogrevanje zraka talni sistem, dogrevanje zraka Vračanje toplote pri prezrač. (hrek) % % Pretok zraka v obratovanju 180 m3/h 120 m3/h Ostali sistemi / fotovoltaika, 8 kwp tloris pritličja in mansarde tloris mansarde V tloris pritličja Z O Preglednica 5.1: Ključni parametri za primerjavo dveh merjenih objektov prečni prerez in južna fasada Slika 5.1: Arhitekturne podlage za merjeni objekt, ZDNEH, vir: Tomori Arhitekti d. o. o., Stanovanjska hiša Ceklin, maj 2007 situacija in prečni prerez E 10 kwh/(m2 a) R Računski energijski razred (QNH/Au) 15 kwh/(m2 a) Slika 5.2: Arhitekturne podlage za merjeni objekt, PH, vir: Lumar IG d. o. o., Hiša Primus 137, 2009 Meritve na zelo dobri nizkoenergijski hiši in ugotovitve Prvi merjeni objekt je sicer grajen kot pasivna montažna enodružinska hiša. Dejanski rezultati obratovanja pa novogradnjo uvrščajo glede na (v nadaljevanju) ocenjeno dejansko rabo energije za ogrevanje v razred zelo dobrih nizkoenergijskih hiš. Za objekt so za obdobje več kot enega leta na razpolago podatki o skupni mesečni rabi električne energije ter podatki o obratovalnih urah in električnih močeh komponent v strojnici. Na osnovi teh informacij lahko oblikujemo naslednje zaključke o energijskem obratovanju objekta, prikazane v naslednjih diagramih (slika 5.3): Letna raba električne energije v stavbi znaša 9,2 MWh, t.j. 53 kwh/(m2 a). Raba električne energije v strojnici za ogrevanje prostorov in pripravo tople vode s toplotno črpalko in centralno prezračevanje stavbe predstavlja 40 % delež, t.j. 21 kwh/(m2 a). Preostala raba v gospodinjstvu znaša 32 kwh/ (m2 a) in s tem presega vrednost 18 kwh/(m2 a), ki je npr. definirana kot zgornja mejna vrednost za standard pasivne hiše. V poletnih mesecih ta delež upade na manj kot 30 %, v konici zime pa naraste na več kot 50 %. Ocena skupne generirane toplote s toplotno črpalko znaša 48 kwh/ (m2 a). Glede na podatke o delovanju toplotne črpalke v času izven ogrevalne sezone je segment priprave tople sanitarne vode ocenjen skozi porabo na stanovalca 1050 kwh/a oziroma v ekvivalentnih 24 kwh/(m2 a). Ogrevanje prostorov pa se glede na dve različni zimski konici giblje v območju kwh/(m2 a).