Нови стандарти, материали и технологии в сферата на пасивното строителство

Пасивното строителство е основна технологична тенденция в областта на енергийната ефективност в съвременния сграден сектор. “Пасивна къща” (Passive House) е водещ световен стандарт за енергийноефективно проектиране. Първоначално той е разработен като концепция за строителство на жилищни сгради в Централна Европа. Днес стандартът Пасивна къща може да бъде внедрен във всички видове сгради, почти навсякъде в света.

Проектирането и конструирането на пасивни сгради, както и търсенето им на пазара, нараства с невероятни темпове като резултат от развитието на технологиите в тази област и все по-богатите възможности за постигане на енергийна ефективност и икономии на разходи.

Критерии за пасивно строителство
За да може една сграда да бъде считана за пасивна, тя трябва да отговаря на няколко зададени в стандарта критерии. Потреблението на енергия за отопление в сградата не трябва да превишава 15 kWh на квадратен метър нетна отопляема жилищна площ на година или 10 W/m2 върхово потребление.

В страни с климатични условия, които налагат активно охлаждане в сградите, потреблението на енергия за охлаждане е приблизително равно на това за отопление в горния случай, с известно превишение за намаляване на влажността на въздуха.

Общото потребление на енергия (Primary Energy Demand), т. е. общото количество енергия, консумирана за нуждите на обитателите на сградата (за отопление, подгряване на вода и от домашните електроуреди), не трябва да надвишава 120 kWh на квадратен метър жилищна площ на година.

Що се отнася до херметичността, при налягане 50 паскала в сградата трябва да има 0,6-кратен въздухообмен за час (или 0,6 ACH50), което е потвърдено от проведен на място тест под налягане (в двете състояния - под и без налягане).

Във всички жилищни помещения трябва да бъде осигурен топлинен комфорт както през зимата, така и през лятото, като не повече от 10% от часовете през годината може да са с температура над 25 °C. В момента по света има 15-20 хиляди подобни къщи, като експертите предвиждат, че броят им в бъдеще прогресивно ще се увеличава.

Проектиране на пасивни сгради
Всички описани по-горе критерии се покриват чрез интелигентно проектиране и с прилагане на петте принципа на пасивната сграда: конструкция без термомостове; високоефективни прозорци; вентилация с възстановяване на енергията; качествена топлинна изолация и херметичност.

Топлинна изолация. Всички непрозрачни компоненти на външната повърхност на сградата трябва да бъдат много добре топлинно изолирани. За повечето области със студен климат това означава коефициентът на топлопреминаване U да е най-много 0.15 W/(m2K), т. е. топлинните загуби да са максимум 0,15 вата на градус температурна разлика на квадратен метър от външната повърхнина на сградата.

Пасивни прозорци. Дограмите на прозорците трябва да са добре изолирани. Стъклопакетите типично са от нискоемисионно стъкло и са пълни с аргон или криптон за предотвратяване на топлопренасянето.

За повечето места с хладен климат това означава стойност на коефициента U=0.80 W/(m2K) или по-малко, с g-стойност около 50% (g-стойността е равна на общия коефициент на пропускане на слънчевата светлина (solar transmittance), който е отношението на попадналата в стаята слънчева енергия спрямо общата).

Вентилация с утилизация на отпадната топлина. Наличието на ефективна вентилационна система с утилизация отпадната топлина на въздуха е от ключово значение, тъй като тя гарантира добро качество на въздуха в сградата и пести енергия. В пасивната сграда най-малко 75% от топлината на отработения въздух се връща отново в пресния с помощта на топлообменник.

Херметичност на сградата. Обемът на въздуха, изгубен в продължение на един час в резултат на неконтролираните утечки през процепи и кухини в конструкцията на сградата, трябва да е по-малко от 60% от общия обем на сградата, и това следва да бъде доказано чрез тест под налягане (в двете състояния - под и без налягане).

Липса на термомостове. Всички ръбове, ъгли, фуги и отвори трябва да бъдат проектирани и изпълнени с огромно внимание, така че да бъде избегнато образуването на термомостове. А когато това не е напълно възможно, броят на неизбежните термомостове трябва да бъде сведени до минимум, доколкото е възможно.

Пакетът Passive House Planning Package (PHPP)
(софтуер в комплект с печатно ръководство) съдържа всичко необходимо за проектиране на правилно функционираща пасивна сграда. PHPP изготвя енергиен баланс и изчислява годишното потребление на енергия на базата на данни от потребителя и характеристиките на сградата.

Основните резултати, които софтуерът предлага, включват: Годишното потребление на енергия за отопление [kWh/(m2a)] и максимално топлинно натоварване [W/m2]; Топлинен комфорт през лятото чрез активно охлаждане: годишното потребление на енергия за охлаждане [kWh/(m2a)] и максималното натоварване за охлаждане [W/m2]; Топлинен комфорт през лятото чрез пасивно охлаждане: честота на случаите на прекомерно голяма горещина [%]; Годишно общо потребление на енергия за цялата сграда [kWh/(m2a)].

Наред с всичко останало, PHPP работи в следните аспекти: Оразмеряване на отделните компоненти (на елементите на конструкцията на сградата, вкл. изчисление на коефициента U, качеството на прозорците, щорите, вентилацията) и тяхното влияние върху енергийния баланс на сградата както през зимата, така и през лятото; Оразмеряване на топлинното натоварване и на това за охлаждане; Оразмеряване на инсталациите на цялата сграда - за отопление, за охлаждане и за подгряване на топла вода; Проверка на енергийната ефективност на цялата концепция за проектиране и построяване на сградата.

“Пасивна къща Плюс” и “Пасивна къща Премиум”
Институтът за пасивни къщи (The Passive House Institute) е разработил нова система за оценка на общата възобновяема енергия (PER, Primary Energy Renewable).

Тя държи сметка и за енергията, генерирана от сградата. Тази нова система за оценка се състои от класа Пасивни къщи: Passive House Classic (класическа пасивна къща) или традиционната пасивна къща; Passive House Plus (Пасивна къща Плюс), в която се генерира допълнителна енергия - например чрез фотоволтаични системи. За такива сгради се приема, че произвеждат толкова енергия, колкото консумират обитателите им.

В Пасивната къща Премиум (Passive House Premium) се произвежда много повече енергия, отколкото е необходима. Затова изграждането й е цел за най-амбициозните собственици и проектанти, които искат да надминат това, което диктуват екологичните и икономически съображения.

Сертифицирани прозорци за пасивни сгради
Прозорецът в една пасивна сграда играе важна роля в две отношения: първо, въпреки голямата площ на остъкляването, загубата на топлина през него може да бъде намалена и второ, прозорците повишават възможностите за постъпване на допълнителна топлина от излъчването на слънцето.

Ключов момент в този революционен подход за устойчиво проектиране са прозорците с висока степен на топлозащита. Пасивните къщи трябва да са изключително херметични и добре топлоизолирани, а тези цели е невъзможно да се постигне без изключително добре изработени прозорци.

Основните принципи на изграждане на прозорци за пасивни къщи са: отлично топлинно изолирано остъкляване; отлично топлинно изолирана дограма; топлинно оптимизирани изолирани съставни ръбове и фуги; качествена топлинно оптимизирана изолация.

Освен остъкляването, трябва да се имат предвид изолацията на дограмата на прозорците, както и термомостовете по периферията на стъклопакетите и на прозорците - там, където те се свързват със стената. Разделителите на стъклопакетите образуват термомостове, тъй като обикновено се изработват от алуминий. Специално за пасивните сгради са разработени свръхизолирани стъклопакети и дограми за прозорци, което също намалява топлинните загуби по периферията на стъклопакета.

Разделителите от неръждаема стомана намаляват топлинните загуби по периферията на стъклопакета. За пасивните сгради се използват оптимизирани системи от сертифицирани компоненти.

Съвременни изолационни стратегии при пасивните сгради
Топлинните загуби през външните стени и покривите съставляват над 70% от общите топлинни загуби в съществуващите сгради. Затова подобряването на външната топлинна изолация е най-ефективният начин за пестене на енергия. Същевременно това спомага за подобряване на топлинния комфорт и предотвратяване на повредите на конструкцията.

Топлопреминаването (коефициентът U) на външните стени, междуетажните и покривните плочи на пасивните сгради варира от 0.10 до 0.15 W/(m2K) (за климатичните условия в Централна Европа тези стойности може да са малко по-високи или по-ниски в зависимост от климата).

Тези стойности не само са еталонни за всички методи на строителство, но са най-икономически ефективните стойности при днешните цени на енергията. Но подобни стойности на коефициента U могат да се постигнат само с със съвременни и високоефективни топлоизолационни материали.

Топлинните загуби през студени периоди са пренебрежимо малки, а температурата на стените вътре в сградата е същата като тази на въздуха, независимо от вида на използваното отопление. Това води до високо ниво на комфорт и надеждна превенция на повреда на сградата в резултат на натрупване на влага в стените.

В страни с по-топъл климат или през летните месеци добрата топлоизолация осигурява и защита срещу топлина. Ефективните щори на прозорците и достатъчната вентилация също са решаващи за осигуряване на максимален комфорт през горещите месеци.

Добрата топлоизолация на сградата и херметичността през последните години се доказаха като изключително ефективни при пасивните къщи. В допълнение, изолацията трябва да се изгражда плътно, без “дупки”, за да се елиминират студените ъгли и големите локални утечки на топлина. Тези методи са сред най-често прилаганите в съвременното строителство, тъй като гарантират високото ниво на качество и комфорт в пасивните къщи, и същевременно предотвратяват образуването и натрупването на влага.

Суперизолация
Сред най-съвременните технологии на пазара на енергийноефективни решения за пасивното строителство са т. нар. суперизолации. Суперизолацията е метод за проектиране, изграждане и рехабилитация на сгради, при който намаляват значително загубите на топлина чрез използване на топлоизолация и постигането на херметичност на ниво, по-високо от стандартното. Суперизолацията е един от предшествениците на стандарта Пасивна къща.

В съвременната практика няма точна и изчерпателна дефиниция за суперизолация, но суперизолираните сгради обикновено имат много висока степен на изолация (обикновено Rip40 за стени и Rip60 за таванската или покривната плоча, съответстващи на стойности на коефициента U по системата SI от порядъка 0.15 и 0.1 W/(m2K).

Тези сгради се отличават с: детайли, гарантиращи непрекъснатост на изолацията по ъглите между стени и покривни плочи, между стени и основи и между стени; херметически изолирана конструкция, особено около врати и прозорци; вентилация с утилизация на отпадната топлина; липса на големи прозорци на която и да е от фасадите; отоплителна система, която е много по-малка от конвенционалните - понякога само малка електрическа отоплителна печка.

Предназначението на суперизолираната сграда е да намали значително потреблението на енергия и дори да може да се отоплява предимно от вътрешни енергийни ресурси (от отпадната топлина, генерирана от електроуредите и от тази, излъчвана от телата на обитателите) при много малко допълнително отопление. Практиката показва, че тази схема работи много добре в райони със студен климат, но изисква огромно внимание по отношение на конструктивните детайли, както и на външната топлоизолация.

Иновативни вентилационни технологии и подходи
Използването на естествена пасивна вентилация е неразделна част от проекта на пасивната къща там, където температурните условия са благоприятни - например чрез стандартна или напречна вентилация, чрез прост отвор за прозорец в стената или такъв с по-малък вътрешен и по-голям външен отвор, както и чрез управляеми покривни прозорци.

Когато климатичните условия не са благоприятни, в съвременната практика се използват механични системи за вентилация с утилизация на отпадната топлина. Обикновено те са със степен на утилизация 80% и се задвижват от безколекторни постояннотокови електродвигатели с висок КПД.

Тези системи поддържат високо качество на въздуха и утилизират много по-голямо количество топлина в сравнение с конвенционалните решения. Тъй като сградите с пасивна вентилация обикновено са херметични, честотата на въздухообмен може да бъде оптимизирана и внимателно управлявана - с около 0,4-кратен обмен за един час. Всички въздуховоди на вентилационната система са топлоизолирани и херметични, защитени срещу утечки.

Някои компании, които строят пасивни сгради, рекламират използването на тръбопроводи за подгряване на земята. Те се изграждат в почвата и работят или като топлообменници между почвата и въздуха, или като предварителни нагреватели (или предварителни охладители) на въздуха преди навлизането му във вентилационната система. Алтернативният вариант е да се използва топлообменник “почва-въздух”, работещ с течност вместо с въздух и монтиран на смукателния въздуховод.

Проект EuroPHit (Енергийни обновявания, стъпка по стъпка)
Проектът EuroPHit има за цел да предложи решения за енергийни обновявания в една област с критично значение - рехабилитацията на сгради “стъпка по стъпка”. Европейската инициатива търси необходимите технически решения и финансови модели, за да може тези проекти да са приложими и привлекателни за инвеститорите. В различни конкретни проекти за къщи, свързани с програмата, са проведени серия от задълбочени изследвания.

Резултатите от тях показват, че пасивното строителство е пътят към сгради с все по-високо качество и енергийна ефективност. EuroPHit има за цел значително да повиши качеството и енергийната ефективност на един от най-често прилаганите видове реновиране на сградния фонд: обновяване, извършвано постепенно в продължение на години.

Най-общо, целта на програмата е стандартът EnerPHit, а базата - принципите на пасивната къща. EuroPHit прилага опита от дългогодишните енергийни обновявания в различните европейски държави в една често пъти пренебрегвана, но много важна област - реновирането на сградите “стъпка по стъпка” с цел повишаване на енергийната им ефективност.

Проект PassREg (Регионите с пасивни сгради и възобновяемата енергия)
Проектът PassREg, който приключи през април 2015 г., има за основна цел да постави началото на успешната реализация на сгради с почти нулево потребление на енергия (Nearly Zero Energy Buildings (NZEBs) в ЕС. В качеството на основа за реализация на програмата се използват пасивни сгради, снабдявани с енергия от колкото се може повече възобновяеми енергийни източници.

Няколко общини и области в Европа вече възприеха и въведоха принципите на пасивната къща, които налагат максимално потребление на енергия за отопление и/или охлаждане от 15 kWh/(m2a) във всички новостроящи се сгради, и покриване на много ниското оставащо енергийно потребление в тези сгради от възобновяеми енергийни източници.

Наред с други примери за най-добри практики, опитът на тези региони пионери спомогна за проправяне на пътя и на други зони от ЕС към развитие на пасивното строителство и все по-масова интеграция на възобновяеми енергийни технологии.