Hiše / AKTIVNA HIŠA
Jernej Gartner
“Zdravo in udobno bivanje prihodnosti.”
Pri gradnji montažnih objektov se le malokrat v ospredje postavlja bivalno ugodje, saj še zmeraj vsi govorijo le o energetski učinkovitosti in porabi energije. To smo želeli v podjetju Lumar preseči z gradnjo prve aktivne hiše za poskusno bivanje v Sloveniji, ki v ospredje postavlja prav zdravo in udobno bivanje brez negativnega vpliva na okolje. Bivalno ugodje se izraža s kvaliteto naravne osvetlitve prostorov, svežim zrakom in akustičnim ugodjem. S skrbno izbranimi vgrajenimi materiali in z izkoriščanjem obnovljivih virov energije je zmanjšan vpliv stavbe na okolje. Solarna energija je eden od pomembnih virov, ki se ga izkorišča aktivno s sprejemniki sončne energije in fotovoltaiko ali pasivno s toplotnimi dobitki skozi okna. Z vgrajenimi pametnimi inštalacijami se dodatno izboljša ugodje bivanja in optimira raba energije.
Aktivna hiša Lumar je napredna tudi zato, ker bo z vgrajenimi 64 senzorji nudila možnost realnega spremljanja in analiziranja dogajanja v hiši in konstrukciji. S pridobljenimi podatki in informacijami bomo lahko še izboljšali naše sisteme in detajle, ter posledično vplivali na dodaten dvig bivalnega ugodja v vseh hišah Lumar. Živeti najbolje!
Marko Lukić,
Direktor Lumar IG d.o.o.
Nočna osvetlitev atrija aktivne hiše Lumar
AKTIVNA HIŠA LUMAR
Trajnostna gradnja v zadnjem času močno pridobiva na pozornosti, saj na podlagi ocene (Kunič, 2010), gradbeni sektor potroši vsaj 40% celotne potrošnje energije in posledično spusti v okolje približno 40% celotnega izpusta CO2. Dodatno na popularizacijo trajnostne gradnje močno vpliva tudi Podnebno energijski paket 20-20-20 do 2020, ki predvideva stroge ukrepe za zmanjšanje izpustov CO2, povečanje deleža obnovljivih virov energije in zmanjšanje porabe energije.
Z obvladovanjem tehnologije pasivnih hiš je podjetje Lumar že pred nekaj leti naredilo korak v pravo smer. Energetska učinkovitost, bistven vidik obravnave objektov pri gradnji pasivnih hiš, je seveda eden od pomembnih kriterijev koncepta aktivne hiše a še zdaleč ne edini. Ključen je celostni pristop k načrtovanju objekta z vidika energije, bivalnega ugodja in vpliva na okolje. Le enakovredno obravnavanje vseh treh kriterijev ter način integracije le teh daje končen rezultat, ki prezentira arhitekturno kvaliteto, zdravo bivalno okolje, udobje in dobro počutje človeka ter v končni fazi minimalni negativni odtis na okolje.
Aktivna hiša predstavlja naslednji korak v energetsko učinkoviti gradnji. Je vizija gradnje, ki nudi uporabniku zdravo in udobno bivanje brez negativnega vpliva na okolje. Vizijo, ki jo podjetje Lumar in KošorokGartner, skupaj s partnerji predstavljata s projektom Aktivne hiše Lumar. Koncept aktivne hiše celostno obravnava vse ključne vidike bivanja:
VIDIK ENERGIJE
Energijsko učinkovit ovoj stavbe, s premišljeno izbranimi komponentami in dodelanimi detajli
Nizka potreba po energiji
Majhna poraba primarne energije
Izkoriščanje obnovoljivih virov energije za pokrivanje energijskih potreb
BIVALNEGA UGODJA
Kakovostna naravna osvetlitev
Premišljen sistem prezračevanja
Visoka notranja površinska temperatura ovoja
Izbira naravnih in uporabniku prijaznih gradbenih materialov
VPLIVOV NA OKOLJE
Izkoriščanje obnovljivih virov energije
Uporaba okolju prijaznih materialov z nizkim ogljičnim odtisom
Maksimalno izkoriščanje naravnih danosti; energije sonca za pasivno ogrevanje skozi steklene površine
“Združevanje vseh treh komponent skupaj z kakovostnim arhitekturnim oblikovanjem, ki maskimalno izkorišča naravne danosti lokacije, dajejo končnemu objektu arhitekturno kvaliteto, uporabniku pa zdravo in udobno bivalno okolje.”
ARHITEKTURNA ZASNOVA HIŠE
V želji po preseganju togih prostorskih predpisov je hiša zasnovana kot združitev prostostoječe enostanovanjske in atrijske hiše, ki vključuje prednosti obeh stavbnih tipov. Hiša je v pritličju v obliki črke L ter z garažo za dva avtomobila in zunanjo shrambo oblikuje intimen notranji atrij. Na južni strani se objekt odpira proti vrtu. Nadstropje je skladno s prostorskimi zahtevami oblikovano kot podolgovat volumen s simetrično dvokapnico.
Dodatno dinamiko objekta poudarja niša na južni fasadi, ki se razteza čez dve nadstropji in daje objektu prepoznavno podobo. Hiša je skladno s pravili energijsko učinkovite zasnove in prostorskimi možnostmi na konkretni lokaciji obrnjena proti jugovzhodu. Večina okenskih odprtin je ob bivalnih prostorih na južni strani objekta.
Delovanje aktivne hiše je plod premišljene izbire posameznih komponent ter integracije znanj različnih strokovnjakov ter partnerjev.
Vizualizacija aktivne hiše Lumar - arhitekturna zasnova
Realizacija - zahodni atrij aktivne hiše Lumar
KONSTRUKCIJSKI SISTEM
Zaradi energetske varčnosti in bivalnega udobja je hiša grajena z lesenim montažnim sistemom Lumar PASIV, certificiranim na vodilnem inštititutu za pasivno gradnjo v Evropi - Passivhaus Institutu iz nemškega Darmstadta. Konstrukcijski sistem s premišljeno izbiro naravnih materialov (les, celulozni kosmiči in lesna vlakna) ponuja odlično zaščito hiše pred poletno vročino in zimskim mrazom.
STAVBNO POHIŠTVO
Ovoj stavbe dopolnjuje vgrajeno stavbno pohištvo. Vgrajena so lesena okna z zunanjo aluminijasto oblogo podjetja Internorm s trislojno termoizolacijsko zasteklitvijo Ug=0,6 W/m2K. Vendar toplotna prehodnost stekla (Ug) ni edina pomembna lastnost. Za boljšo izrabo sončne energije za pasivno ogrevanje skozi steklene površine je potrebno upoštevati še faktor skupne energijske prepustnosti zasteklitve (g-faktor). Izbrana stekla Solar z odličnim faktorjem energijske prepustnosti (60%) zagotovljajo približno 2.000 kWh več sončnih dobitkov letno.
Fotovoltaika
Sončni kolektorji
Pasivno ogrevanje s sončno energijo
Stavbno pohištvo (strešna okna Velux in okne Ineternorm)
Prezračevalna naprava Paul Novus
Rozeta za zajem zraka
Rozeta za dovod svežega zraka iz prezračevalne naprave
Toplotna črpalka
Talno gretje
Stensko in stropno gretje/hlajenje
Strešna okna Velux na objektu Aktivne hiše Lumar prispevajo k energijski učinkovitosti in bivalnemu ugodju. Bivalnim prostorom v mansardi dajejo potrebne toplotne dobitke v ogrevalni sezoni, zadostno količino dnevne svetlobe, kar vpliva na manjšo rabo energije za umetno razsvetljavo in prijetno počutje ter zdravje uporabnikov. Omogočajo pa tudi učinkovito naravno prezračevanje. Strešna okna so vsa elektrificirana. V sklopu sistema pametnih inštalacij, pripomorejo z ostalimi okni k naravnemu prezračevanju. Ker so okna postavljena na različnih višinah, se ustvari efektivni naravni vlek, ki hitro in učinkovito prezrači prostor. Naravno prezračevaje je v uporabi takrat, kadar so zunanje temperature dovolj visoke, da ne slabijo toplotnega ugodja ter v poletnih mesecih za ohlajevanje hiše v zgodnjih jutranjih in večernih urah. Za preprečevanje pregrevanja so na strešnih oknih v otroških sobah in kopalnici vgrajena zunanja električna mrežasta senčila, ki zaustavijo do 80% sončnega sevanja. Mrežasto senčilo prepušča svetlobo in je zato primerno za prostore, ki so v uporabi tudi tekom dneva. V primeru potrebe po zatemnitvi se uporabijo notranja zatemnitvena senčila, ki pozimi zmanjšujejo prehod toplote skozi okno. V spalnici so vgrajene samo zunanje rolete, ki še učinkoviteje zmanjšujejo pregrevanje (do 97%) in obenem zatemnijo prostor.
SISTEM OGRAVANJA
Prijetno bivalno ugodje v zimskem času bo zagotavljalo več sistemov ogrevanja. Vgrajen je sistem nizkotemperaturnega ploskovnega ogrevanja, v izvedbi talnega, stropnega in stenskega sistema. Z vgradnjo toliko različnih načinov ogrevanja bo možen natančen monitoring za določanje najugodnejšega sistema glede želje in potrebe uporabnika.
PREZRAČEVANJE
Prijetno bivalno okolje se odraža v prepletenosti različnih dejavnikov. Ena izmed njih sta zagotavljanje svežega zraka ter kakovostna naravna osvetlitev in smo jima tako namenili posebno pozornost. Za stalen dotok svežega zraka bo v aktivni hiši poskrbljeno s kombiniranim delovanjem sistema prezračevanja z izkoriščanjem toplote odpadnega zraka, ter z naravnim prezračevanjem preko oken (kot je prikazano na sliki št. 2). Vgrajen sistem senzorjev in elektronsko vodeno odpiranje oken bosta na podlagi ustrezne zunanje temperature samodejno poskrbela za odpiranje oken v pritličju ter strešnih oken v mansardi, s čimer se bo ustvaril naraven vlek zraka. Z naravnim prezračevanjem preko oken bomo lahko v jutranjih in nočnih urah v poletnih mesecih hišo tudi aktivno ohlajevali. Sistem za prezračevanje ima vgrajen dodatni toplotni izmenjevalec s pomočjo katerega se bo v poletnem času odvajala odvečna vlaga v zraku iz prostorov. Z uporabo inteligentnih inštalacij je poenostavljeno celotno upravljanje aktivne hiše, sočasno pa poskrbljeno tudi za optimirano porabo energije.
DNEVNA SVETLOBA
Dejstvo, da ljudje vse več časa preživimo v zaprtih prostorih (skoraj 90% časa) in da predstavljajo stavbe velik del porabe energije (40%), nagovarja k premišljenem načrtovanju stavb. Dnevna svetloba je ključna za zdravje in dobro počutje človeka. Številne študije dokazujejo pozitiven vpliv na delovanje našega biološkega ritma in na storilnost. Poleg tega primerna količina in razporeditev dnevne svetlobe zmanjšuje rabo energije za umetno razsvetljavo.
Dnevni prostor aktivne hiše Lumar
Pri konceptu aktivne hiše je kriterij svetlobnega ugodja obravnavan enakovredno in vzporedno s kriteriji energijske učinkovitosti. Za zagotovitev zdravja in dobrega počutja ljudi je potrebno okenske odprtine načrtovati tako, da nudijo uporabniku kvalitetno naravno osvetlitev v bivalnih prostorih. Priporočljivo je, da so dobro osvetljene tudi povezovalne poti v hiši, kot so hodniki in stopnišča in seveda tudi kopalnica. Kvalitetna osvetlitev se dosega s primerno intenziteto svetlobe glede na namembnost prostora ter z enakomerno in raznoliko osvetlitvijo. Pomembna komponenta bivalnega ugodja je tudi razgled, ki daje uporabniku komunikacijo z okolico in omogoča spremljanje dnevnega ritma.
V Aktivni hišpi Lumar so okna razporejena tako, da so vsi bivalni prostori osvetljeni vsaj z dveh strani. S tem je dosežena enakomerna osvetlitev in raznolikost svetlobnega vira. Delež okenskih odprtin je več kot 40% glede na neto tlorisno površino objekta.
Pritličje - analiza količnika dnevne svetlobe, 21. marec, oblačno nebo
Nadstropje - analiza količnika dnevne svetlobe, 21. marec, oblačno nebo
PAMETNE INŠTALACIJE
“Inteligentne inštalacije vgrajene v Aktivno hišo Lumar na eni strani omogočajo enostavno in uporabniku prijazno upravljanje vseh sistemov v hiši, sočasno pa s takšnim sistemom optimiramo porabo energije tudi v času delovanja. ”
Predstavljajte si, da z enim dotikom vključite predvajanje filma, žaluzije se spustijo, vključi se glasba, ipd. Ko sonce zaide, se samodejno spustijo žaluzije in prižgejo luči. Hiša oziroma stanovanje se samodejno zaklene ob 22. uri (oziroma ob uri, ki jo nastavimo). Pomislite, kako pogosto se nam zgodi, da zjutraj z otroki hitimo v šolo, ko pridemo v pisarno, pa se sprašujemo, ali smo ugasnili luči in zaprli garažna vrata. To lahko s sistemom pametnih elektroinštalacij preverimo in uredite prek telefona.
Pametne inštalacije omogočajo, da hiša sama prepoznava potrebe po senčenju, kadar je vdor sončnih žarkov premočen ali potrebo po odpiranju oken kadar se pojavi možnost za aktivno prezračevanje z odpiranjem oken in na tak način z minimalnimi ukrepi vzdržuje prijetno bivalno klimo brez nepotrebnega dodatnega trošenje energije.
Uporabniku prijazen ter energijsko optimiran način uporavljanja vseh sistemov bodo v Aktivni hiši Lumar zagotavljale pametne inštalacije. Patentirana rešitev slovenskega proizvajalca omogoča vklop največjih uporabnikov električne energije v času nižje tarife, kar precej zniža stroške delovanja največjih gospodinjskih porabnikov. Sistem bo celovito upravljal vse sisteme s ciljem optimizacije rabe energije in ustvarjanja prijetnega bivalnega okolja, električno energijo, ki jo bo proizvedla fotovoltaična elektrarna na hiši, pa samodejno usmerjal k porabnikom, ki bodo vnaprej pripravljeni na delovanje. Presežek energije bo oddan v javno električno omrežje.
Dnevni prostor aktivne hiše Lumar - vizualizacija
PRIMERJAVA IN MERJENJE PODATKOV
Z možnostjo vodenja evidence posameznih porabnikov hiša stopa še korak dlje. S pomočjo vgrajenih kalorimetrov in ostalih merilnih točk v hiši bo mogoče pridobiti dejanske podatke o porabi vode in elektrike, glede na število oseb v hiši, režim ogrevanja, prihranek energije zaradi aktivnega prezračevanja ali zaradi delovanja aktivnih inštalacij ipd. Na vhodih sistema ogrevanja/hlajenja so nameščeni kalorimetri, ki beležijo porabo energije potrebne za vzdrževanje prijetne bivalne klime v hiši. Natančni merilci so nameščeni tudi na vseh odvodnih ceveh za vodo in ločeno merijo porabo vode v hiši in zunaj ter prihranek zaradi aktivne uporabe deževnice.
V sami konstrukciji je vgrajenih 64 točk za monitoring s pomočjo katerih bomo lahko natančno določili obnašanje konstrukcije v različnih obdobjih in glede na različno notranjo klimo. Merila se bo vsebnost CO2 v konstrukciji, vlaga, temperatura ipd. Aktivna hiša Lumar tako predstavlja majhen laboratorij, ki bo tekom delovanja dajal realne podatke o porabi primarne energije za ogrevanje, tople sanitarne vode, ostale vode ter o količini potrošene in pridobljene elektrike.
VPLIVI NA OKOLJE
Aktivno hišo odlikuje maksimalna izraba obnovljivih virov energije, kar se odraža z minimalnimi izpusti ogljikovega dioksida ter posledično manjšimi obremenitvami okolja. Poudarek je na izkoriščanju sončne energije, ki se uporablja za več namenov, kot je na primer pasivno ogrevanje s pomočjo velikih steklenih površin, ki jih v poletnem času senčimo z elektronsko vodenim sistemom senčenja v sklopu inteligentnih inštalacij.
Na južni strani strehe je nameščenih 6,8 m2 (absorbcijske površine 4,8 m2) sprejemnikov sončne energije, ki bodo zagotavljali 2.560 kWh energije na leto. Celotna energija bo porabljena za pripravo tople sanitarne vode ter kot podpora sistemu ogrevanja. Ob tem je nameščenih še 21 fotovoltaičnih modulov, ki sestavljajo sončno elektrarno s predvideno proizvodnjo električne energije 5.515 kWh na leto.
Z izrabo obnovljivih virov energije, predvsem energije sonca, za delovanje sprejemnikov sončne energije in fotovoltaične elektrarne, bo hiša aktivno prispevala tudi k zmanjšanju izpustov ogljikovega dioksida (torej bo sledila direktivi Podnebno energijskega paketa). Ocenjen letni prihranek izpustov ogljikovega dioksida zgolj zaradi uporabe sprejemnikov sončne energije znaša 1.373,5 kg. Za fotovoltaično elektrarno znaša ocenjen letni prihranek izpustov, izračunan po metodologiji Centra za energetsko učinkovitost pri Inštitutu Jožef Stefan (CEU IJS) 2.760 kg.
Zmanjšanja je tudi poraba sanitarne vode, saj je vodovodni sistem projektiran tako, da izrablja deževnico za kotličke v stranišču, za vodo v pralnem stroju ter za zalivanje. S tem bistveno pripomoremo k zmanjševanju porabe vode, ki v zadnjem času postaja tudi eno izmed pomembnejših okoljskih vprašanj.
ENERGIJSKA BILANCA HIŠE - OGREVANJE
Izračunana poraba primarne energije za ogrevanje prostorov je, zaradi že prej omenjenega izjemno dobrega toplotnega ovoja, minimalna. Kot je razvidno iz spodnjega grafa, predstavljajo največji delež transmisijskih toplotnih izgub, izgube skozi okna, sledijo izgube skozi zunanje stene, streho in tla ter najmanjše izgube zaradi prezračevanja. Desni stolpec pa prikazuje kje se pojavljajo toplotni dobitki.
Skoraj 60% izgub se povrne že s sončnimi dobitki skozi zastekljene površine, kar je rezultat premišljenega pozicioniranja okenskih odprtin in izbire zasteklitve z visoko sposobnostjo sprejemanja sončne energije. Nekaj toplote se ustvarja tudi zaradi notranjih virov energije (ljudje, električne naprave, luči ...), ostalo pa je potrebno zagotoviti z napravo za generalizacijo toplote (zgolj slabih 20%). Vsi številčni podatki so navedeni kot poraba kWh na letni ravni in so izračunani s pomočjo programa PHPP'07 (Passivhaus Projektierungs Paket), ki omogoča vnos spremenljivih parametrov in s tem optimiranje konstrukcijskih sistemov in hiše kot celota.
Energijska bilanca
POTREBE
Transmisijske izgube skozi ovoj: -3.595 kWh/a
Transmisijske izgube skozi okna: -4.240 kWh/a
Izgube zaradi prezračevanje: -1.264 kWh/a
DOBITKI
Sončni dobitki: +5.365 kWh/a
Notranji viri: +1.920 kWh/a
Potreba primarne energije za ogravanje: +1.814 kWh/a
ENERGIJSKA BILANCA HIŠE - TOPLA SANITARNA VODA
S pomočjo izračuna s programom PHPP'07 lahko tudi okvirno določimo porabo tople sanitarne vode v hiši. Ocenjena poraba se giblje nekje okoli 750 kWh letno na osebo, vendar je v veliki meri odvisna od dolžine in izoliranosti cevi, števila oseb, temperature tople vode, vgrajenega sistema za cirkulacijo, dnevne periode za kroženje in temperature prostorov skozi katere potekajo cevi. Izračun s programom je tako pokazal porabo približno 4.100 kWh/letno, od česar se več kot polovico tople sanitarne vode uspe pridobiti s pomočjo sončnih kolektorjev. Za ostalo dogrevanje v mrzlih oblačnih dneh bi skrbela toplotna črpalka.
Topla sanitarna voda
POTREBE
-4.075 kWh/a
PRIDOBIVANJE
Sončni dobitki: +2.560 kWh/a
Toplotna črpalka: +1.515 kWh/a
ENERGETSKA BILANCA HIŠE
PORABLJENA IN PRIDOBLJENA PRIMARNA ENERGIJA
Narejena je tudi kratka ocena porabljene energije glede na vir. Kot je že bilo omenjeno, celotno potrebno po energiji za ogrevanje prostorov in tople sanitarne vode pokrijemo s toplotno črpalko in sončnimi kolektorji. Ostale potrebe po energiji vezane na funkcionalno življenje ljudi v hiši (uporaba pralnega, sušilnega in pomivalnega stroja, kuhanje, uporaba hladilnika in zamrzovalnika ...) ter ne nazadnje podpora delovanju toplotne črpalke in prezračevalni napravi so predstavljene kot izgube hišne tehnike in pomožnih naprav. Celotno njihovo porabo bi, glede na izračune, lahko pridobili s sončno elektrarno na strehi. Izračun vezan na ponudnika sončne elektrarne celo kaže višek pridobljene energije, kar jasno nakazuje da je hiša projektirana tako, da lahko sama zagotavlja vso potrebno energijo za delovanje.
Poraba in pridobivanje primarne energije
POTREBE
Ogrevanje: -15 kWh/m²a
Topla sanitarna voda: -27 kWh/m²a
Hišna tehnika: -54 kWh/m²a
Pomožne naprave za delovanje: -16 kWh/m²a
PRIDOBIVANJE
Sončni kolektorji: +17 kWh/m²a
Toplotna črpalka: +25 kWh/m²a
Fotovoltaika: +73 kWh/m²a
