ОВК инсталации в пасивни сгради

По-добрата информираност относно енергийната ефективност и изменението на климата стана причина за редица нови посоки на развитие на строителния сектор - например с концепции като пасивни къщи, нисковъглеродни сгради и дори сгради с нулеви емисии. Всички нисковъглеродни сгради, било то къщи, офис сгради или заводи, постигат общата си цел като прилагат всякакви екологични технологии и стратегии. Поради това и всяка една сграда може да стане нисковъглеродна или с нулеви емисии, стига в нея да са инсталирани възобновяеми енергийни източници, или просто да използва външни такива, например ВЕЦ, вятърни паркове и др.

В същото време концепцията за пасивни сгради в голяма степен включва в определението си и цялостната енергийна ефективност сградата. Пасивните къщи съчетават традиционните слънчеви възобновяеми енергийни източници с много добре херметически затворена и изолирана обвивка, така че в резултат цялостното енергопотребление и въглероден отпечатък са много ниски. В Западна Европа необходимото отопление на една пасивна къща е едва 15 кВч/м²/година, в сравнение с 250 кВч/м²/година за едно обикновено средностатистическо жилище.

Според Института за пасивни къщи (Passivhaus Institut) в Германия една пасивна къща представлява “сграда, в която може да се поддържа комфортен вътрешен климат без активни отоплителни и охладителни системи”. Типичната пасивна къща е добре изолирана и херметично затворена сграда, проектирана и изградена следвайки строги стандарти. Основното отопление се подсигурява от пасивни слънчеви и други вътрешни отоплители, в съчетание с вентилатор с рекуперация за постоянно и балансирано подаване на чист въздух.

Отправната точка при проектиране на пасивни сгради е средата и елементите на средата, в която тя ще бъде построена - вид земя, количество слънчева светлина, вятър, количество дъжд, растителност и др. Взимайки тези фактори предвид, се подбира подходящ интериор на сградата, така че да се постигне максимална икономия на енергия и качество на вътрешната среда. Освен това, използваните технологии трябва да подсигуряват и:

• Отлична изолация: стандартите за изолация, които проектантите на пасивни сгради трябва следват, са много строги - целта е топлинните загуби да са минимални.
  
  
• Херметична конструкция: за да се допълни ефективността на изолационната ефективност, а не да се намали, е необходима херметична конструкция, която ограничава топлинните загуби при наличието на директен въздушен поток отвън навътре и обратно.
  
  
• Вентилация с рекуперация: когато сградата е въздухонепроницаема, отварянето на прозорци за проветряване не е препоръчително, тъй като има голям потенциал за топлинни загуби. Вместо това, свежият въздух се осигурява от вентилационни системи с рекуперация, които пренасят топлинната енергия от изпускания въздух към входящия свеж въздух, така че температурата на втория да стане близка до тази на въздуха в помещенията. Съществува и друг вариант - входящият въздух да се прекарва през въздуховоди, разположени под земята. Постоянната температура на земята, която често е по-топла през зимата и по-хладна през лятото, помага предварително да се загрее или охлади въздуха, който преминава от там. Този процес е по-познат като подпочвен топлообмен. След протичането му въздухът преминава през вече описания процес на рекуперация.
  
  

Необходими фактори за изграждане

Пасивните сгради и технологиите, използвани в тях, работят най-ефективно в умерени климатични условия като Европа и Северна Америка. Въпреки че концепцията за пасивна къща вече се е разпространила и в други климатични пояси, ефективната работа на херметичната конструкция и изолацията все още е често обсъждана тема, особено при по-топли климатични условия. Следните изисквания са част от установените норми на приложение в умерени климатични пояси, където и първоначално са разработени технологиите за проектиране на пасивни сгради.

Основни принципи при проектиране

• Добра ориентация: пасивната къща трябва да е разположена подходящо спрямо земната форма, пътеката на слънчевата светлина и преобладаващата посока на вятъра.
• Собствена сянка: елементите на сградата, които са изложени на директна гореща слънчева светлина през следобедите, трябва да бъдат засенчени от други части на сградата например балкони, саксии, навеси на покрива или други слънцезащитни инсталации.
• Компактна форма: компактната форма е необходима, за да се намали общата площ на сградата и по този начин да се ограничат загубите на топлина.
• Пространствена организация: по-малко обитаемите стаи, като складове или бани, трябва да са разположени в западната част на сградата, за да изпълняват ролята на изолация или буферна зона; по-често обитаемите помещения пък се разполагат с южно изложение за директен достъп до слънчева светлина.

Изисквания за постигане на ключовите стандарти за пасивна сграда

• Изолация: В допълнение към осигуряването на достатъчна изолация на стените трябва да се обърне внимание и на предотвратяването на топлинните мостове в слабите точки на сградата. Инсталирането на тройни стъклопакети, внимателното запълване на фуги между под и стена, стена и прозорци, стена и таван, както и по покривната конструкция, са едни от основните ефективни методи за предотвратяване.
• Въздухонепропусклива конструкция: вратите и прозорците, които могат да се отварят, трябва да се затварят херметически. Незапечатаните фуги трябва да пропускат въздух в количество по-малко от 0,6 пъти обема на жилището на час.
• Контрол на качеството на въздуха: въздухонепропускливата конструкция прави нуждата от високо качество на въздуха в помещенията доста по-сериозна. Затова е необходимо да се предприемат мерки за контрол на качеството на въздуха още през етапите на проектиране и строителство. Тези мерки включват специален подбор на строителни материали и лепила, несъдържащи летливи органични съединения, и извършване на цялостно проветряване на новопостроените сгради, при което те са напълно отворени и въздухът циркулира свободно за продължителен период от време преди обитаването им.
• Вентилационни системи: пасивните къщи използват топлообменници въздух-въздух с рекуперация на отработения въздух, за да постигнат препоръчителната 80% ефективност. Важен фактор при проектирането на вентилационни системи е и въздуховодите за топъл въздух да са инсталирани в топлоизолацията, а въздуховодите за студен въздух да са навън. В по-топлите климатични райони обаче се препоръчва обратното.
  
  За да се улесни постигането на изброените досега стриктни стандарти, са проведени множество научноизследователски проекти на тема пасивни къщи, които в крайна сметка водят до разработването на софтуера, наречен Пакет за планиране на пасивни къщи - ПППК (Passive House Planning Package - PPHP). ПППК представлява програма за енергийно моделиране, която предвижда енергийното потребление на базата на фактори като метеорологичните условия на обекта, изложението на сградата, вида на конструкцията, използваните материали, дизайна и разположението на прозорците, както и използваните в сградата вентилационни системи, уреди, осветление и всякакво електрическо оборудване. Този софтуер постоянно се модифицира и обновява, тъй като и концепцията за пасивни сгради се разраства до различни части на света и климатични пояси.

Употреба на мултифункционални ОВК системи

Като проектират сгради, които са затворени херметически и с плътна изолация, дизайнерите на пасивни къщи се стремят да облекчат отоплителния товар до минимум. В Европа например една от основните цели при проектиране е отоплителният товар да е толкова нисък, че отоплението на помещенията да се осигурява само чрез повишаване на температурата на вентилационния въздух.

В един дом с площ 148,6 кв. м и 0,3 въздухообмена на час, вентилационният поток е едва 1,81 кубични метра на минута. Проектантите се стремят да поддържат температурата на вентилационния въздух под 50°C, но в същото време през стандартните въздуховоди е доста трудно да се пренесе много топлина при толкова малък въздушен поток. Затова и е такова предизвикателство да се изолира цялата сграда, така че отоплението да се подсигурява изцяло от вентилационната система.

В Централна Европа, където температурите през зимата са сравнително меки, е по-възможно този стандарт да се осъществи. В повечето случаи тези къщи са оборудвани с т. нар. “магическа кутия” - псевдоним за комбинирана ОВК система, включваща вентилатор с рекуперация и термопомпа от въздушен източник. Обикновено изпарителната серпентина на термопомпата е разположена в изходния въздуховод, където може да извлича топлина от отработения въздух преди той да напусне сградата. Много, при все че не всички от тези системи, разполагат и с резервоар за гореща вода. Уредите използват термопомпата с въздушен източник за загряване на битовата вода, като в повечето случаи имат и резервно захранване. Някои производители пък проектират комбинираните ОВК системи с термопомпи с източник земя, вместо с въздушен източник.

Предимства и недостатъци на мултифункционалните ОВК системи

Взимайки предвид относително високата цена на тези системи, много потребители биха се зачудили дали изобщо си заслужава да се купуват. Но аргументите в полза на мултифункционалните системи са няколко. Като за начало, най-добрият начин за улавяне на топлината от отработения въздух във вентилацията е изпарителната серпентина на термопомпата с въздушен източник да се разположи в непосредствена близост до изходния поток отработен въздух. И не само, за да се постигне максимална ефективност на ОВК оборудването във всяка сграда, се препоръчва всички отделни елементи на ОВК системата да са комбинирани в един уред. Друг важен аргумент важи за ОВК инсталациите в производството - с инсталирането на комбинирана система в дадено предприятие се осигуряват по-малко възможности за грешки при настройка и въвеждане в експлоатация, които биха били налични при инсталацията на много отделни решения.

От друга страна, мултифункционалните системи имат и своите недостатъци. Те включват например факта, че всички компоненти са събрани в един и същи уред, което повишава шанса при проблем с един от компонентите да спре работата на цялото устройство. Ремонтите при такива случаи биха били значително по-скъпи. Някои потребители пък изтъкват като основен недостатък цената на комбинираните системи и факта, че понякога е по-икономично закупуването на три отделни решения - вентилация с рекуперация, бойлер и мини сплит термопомпа. Освен това, за вентилация са необходими малки въздушни потоци, а за осигуряването на отопление и охлаждане на помещения - големи въздушни потоци, което прави комбинирането на двете функции нелогично. В опита си да решат този проблем ОВК проектантите могат да създадат предпоставка за прекомерна вентилация.

Степен на приложимост на технологиите

Различните региони, в които се проектират пасивни къщи, се различават според климатичните условия, наличността на строителни материали и стандартните практики. Екстремни температурни разлики, влага и различни възможности за геотермална енергия са налични дори в умерените климати. Специалистите препоръчват да се изготвят цялостни проучвания за приложимостта на отделните ОВК технологии, често използвани в пасивните къщи, както и проучване на подходящите стандарти и практики. Резултатите могат да се използват за създаване на насоки за проектиране.
ОВК технологиите за пасивни къщи трябва да се прилагат от висококвалифицирани техници, които да гарантират точни конструктивни детайли като херметичност, никакви топлинни мостове и т. н. Затова ключово изискване за строителството на пасивни къщи е допълнителният капацитет и специализираното обучение на местни кадри.

В допълнение, много развиващи се страни нямат производствен капацитет за местно производство на различните компоненти и материали, използвани в пасивните къщи - например изолация, тройни стъклопакети и т. н. Вносът на тези компоненти и материали е твърде скъп и допринася за по-висок цялостен въглероден отпечатък на пасивната сграда още преди нейното изграждане. Поради това за строителството на пасивни сгради следва да се създадат капацитет и конкретни институционални структури, които да насърчават подобряването на местното производство в това отношение.