Gradbeni vestnik • letnik 66 • julij 2017 173 HIŠA 2030 – SLOVENSKA NIZKOENERGIJSKA HIŠA PRIHODNOSTI•Danijel Zorec HIŠA 2030 – SLOVENSKA NIZKOENERGIJSKA HIŠA PRIHODNOSTI HOUSE 2030 – SLOVENIAN CONTEMPORARY LOW-ENERGY HOUSE Danijel Zorec, dipl. inž. arh. (UN) daniel.zorec@gmail.com Univerza v Mariboru, Fakulteta za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo Smetanova ulica 17, 2000 Maribor ZNANSTVENI ČLANEK UDK 502.171:728.37(497.4) Povzetek l Cilj vsake dobre nizkoenergijske varčne hiše je čim večji izkoristek so- larnih dobitkov in čim manjše toplotne izgube, kar pa je glede na obsežnejše steklene površine in menjavo letnih časov težko nadzorovati. V Sloveniji se glede na klimatski položaj pojavita dve neugodnosti, saj moramo svoje domove pozimi ogrevati, poleti pa ohlajevati. Pričujoči projekt enodružinske stanovanjske hiše pomeni inovativen kom- promis med toplotnimi izgubami in solarnimi dobitki ne samo med koledarskim letom, temveč že v intervalu dan-noč. Rešitev se skriva v premičnem izolativnem ovoju, ki ino- vativno istočasno rešuje problem toplotnih izgub in morebitnega pregrevanja. Članek zajema osnovno idejo oziroma koncept, opis osnovne konstrukcije in sestave elementov, analizo dnevne svetlobe in izračun kazalnikov porabe energije. Ključne besede: arhitektura, lesena nizkoenergijska hiša, pasivna hiša, premični ovoj Summary l The aim of any successful low-energy house is to maximize solar gains and minimize heat losses, which is difficult to control mainly due to extensive glass surfaces and changing of the seasons. According to the climatic situation in Slovenia, there are two main disadvantages: the first is that we have to heat our homes in the winter, and the second is that we need to cool them in the summer. The following single-family house project offers an innovative compromise between heat losses and solar gains not only during the course of the year but also within the day-night interval. The solution can be found in the movable shell, which innovatively resolves the prob- lems of heat losses and overheating at the same time. The paper presents the basic idea, describes the basic structure and the composition of main structural elements, daylight analysis and calculation of energy balances. Key words: architecture, wooden low-energy house, passive house, movable shell Gradbeni vestnik • letnik 66 • julij 2017174 V članku je predstavljen zmagovalni pro- jekt študentskega razvojnega projekta Hiša 2030 (sliki 1 in 2), ki se je izvajal pretežno v letnem študijskem semestru v študijskem letu 2013/14 na Fakulteti za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo na Uni- verzi v Mariboru v tesnem sodelovanju z naročnikom projekta, s podjetjem Jelovica hiše, d. o. o. Zmagovalni projekt z imenom Hiša Aktiva je bil izdelan v študentski sestavi Tomaž Pažek, Uroš Pokeržnik in Danijel Zorec pod mentorstvom izr. prof. dr. Vesne Žegarac Leskovar, red. prof. dr. Miroslava Premrova in asist. Maje Žigart [Žegarac, 2015]. Pozneje sta sledili optimizacija in nadgradnja projekta skupaj s preostalimi štirimi izbranimi projekti; projektu pa se je pridružil tudi Tadej Medved kot konzultant za gradbeno konstrukcijo hiše. Cilj študentskega razvojnega projekta Hiša 2030 je bila lesena energetsko učinkovita hiša, ki dosega standard pasivne hiše ali standard boljše nizkoenergijske hiše, obenem pa smo združili energetski koncept z arhitek- turnim oblikovanjem in atraktivno obliko, ki bi že na prvi pogled razkrila obnašanje hiše ob različnih podnebnih spremembah. Ener- getsko učinkovita gradnja zahteva pravilno izkoriščanje solarnih dobitkov, vendar pa pri velikih steklenih površinah, ki so osnovni pogoj za solarne dobitke, nastane nevarnost pregrevanja objekta in tudi večjih transmisi- jskih izgub skozi steklene površine. Zaradi menjavanja letnih časov je problem še toliko težje nadzorovati. V Sloveniji se namreč glede na vremenske razmere pojavita dve neu- 1•UVOD 2•OSNOVNA IDEJA TER FUNKCIONALNI IN ENERGIJSKI KONCEPT Slika 1 Pogled na severno fasado hiše. Slika 2 Pogled na južno fasado hiše. godnosti, saj je treba naše domove pozimi ogrevati, poleti pa ohlajati. Če izhajamo iz navedenega, bi bila idealna hiša tista, ki ima veliko steklenih površin, kadar želimo hišo segreti s solarnimi dobitki, in manj steklenih površin, kadar obstaja nevarnost transmisi- jskih izgub skozi steklene površine, ter še dodatno možnost senčenja ob sončni pripeki, ko obstaja možnost pregrevanja. Takšne modi- fikacije s klasično gradnjo hiš niso mogoče. Ali sploh obstaja rešitev, ki ponuja kompromis med različnimi neugodnostmi? Hiša Aktiva sledi trendom sodobne slovenske družine, saj omogoča fleksibilnost prostorov in se s tem prilagaja njihovim potrebam v življenjskem ciklu družine. Omembe vreden je prostor, ki mu sami lahko določimo vsebino. Lahko je domača pisarna, soba za stare starše, soba za goste, dodatna otroška soba ali soba za biljard. Dizajn hiše je produkt združitve moderne tehnologije, oblik in mate- rialov, ki so v skladu s tradicijo in okolju pri- jazni. Hiša je navidezno po etažah sestavljena iz dveh pravokotno postavljenih volumnov. Moderno pritličje z ravno streho je oblečeno v leseno fasado, volumen s tradicionalno dvokapnico pa je prekrit s fasadnimi ploščami. Slika 3 Pogled na izpostavljeni stekleni del hiše. Danijel Zorec•HIŠA 2030 – SLOVENSKA NIZKOENERGIJSKA HIŠA PRIHODNOSTI Gradbeni vestnik • letnik 66 • julij 2017 175 S tem se ustvarja kontrast med sodobnim in tradicionalnim, kar se predvsem odraža v izbiri strehe in materialov. Kakovostna nizkoenergi- jska varčna zasnova pa še dodatno izboljšuje bivalno kvaliteto (slike 3, 4 in 5). Odgovor na že zastavljeno vprašanje, kako najti kompromis med toplotnimi izgubami in solarnimi dobitki, se skriva v premičnem izolacijskem ovoju. Idealna je namreč zas- nova hiše s čim večjim deležem steklenih površin (slika 3), ampak le takrat, ko potre- bujemo solarne dobitke za ogrevanje. Čim manjši delež steklenih površin pa potrebu- jemo, kadar želimo preprečiti toplotne izgube ali pregrevanje objekta. Ti dve skrajnosti se ne izmenjujeta le med letnimi časi, temveč že v intervalu dan-noč ali celo zgolj nekaj ur. S pomičnim ovojem lahko tako senčimo in dodatno izoliramo glavni bivalni prostor hiše ter uspešno kljubujemo problemu toplotnih izgub in morebitnega pregrevanja. Kadar želimo poleti glavni stekleni bivalni pros- tor senčiti, ga prekrijemo z ovojem (slika 6). Enako naredimo pozimi, ko želimo zmanjšati toplotne izgube. Če pa želimo pozimi ob sončnih dnevih pridobiti solarno energijo, stekleni del izpostavimo sončnim žarkom. Enako lahko naredimo ob poletnih večerih, ko zaide sonce, s čimer ohladimo glavni bivalni del hiše. Tudi v primeru slabega vremena oz. Slika 4 Pogled na osenčeno teraso hiše. Slika 5 Glavni bivalni prostor hiše. Slika 6 Funkcija premičnega ovoja. Slika 7 Tloris pritličja in tloris nadstropja. HIŠA 2030 – SLOVENSKA NIZKOENERGIJSKA HIŠA PRIHODNOSTI•Danijel Zorec Gradbeni vestnik • letnik 66 • julij 2017176 neurja ali daljše odsotnosti bivalni del lahko zaščitimo z ovojem. Ovoj se lahko tudi iztegne v pravokotni smeri na dolžino objekta, s tem pa dobimo senčeno teraso. Severna stena ovoja ima svoja vodila in lahko samostojno odpre severni del steklenega dela hiše (npr. v vročih poletnih dnevih, ko je preostali del steklenega volumna prekrit). Južna stena ovo- ja deluje tudi kot membrana, in ne prepušča neposredno vročih sončnih žarkov, ki padajo pod visokim kotom. Seveda se največja efek- tivnost ovoja lahko doseže le s pravilnim in smotrnim premikanjem ovoja. Ovoj pa nima le funkcije zmanjšanja energetskih izgub in preprečitve pregrevanja, temveč skozi igro premikanja pozitivno vpliva na doživljanje ambienta. Slika 8 Vzdolžni prerez. 3•OSNOVNA KONSTRUKCIJA IN SESTAVE ELEMENTOV Ker je bil cilj projekta energetsko učinkovita hiša (sliki 7 in 8), smo se avtorji prav tako odločili, da za konstrukcijski material upo- rabimo les, kar je tudi osnovni konstrukcijski material podjetja Jelovica, d. d. Za nosilno konstrukcijo hiše se predvideva okvirni veliko- panelni sistem, stekleni bivalni del hiše pa je kombinacija lesenega skeletnega sistema z nosilnim steklom. Kot že rečeno, je tudi del fasade iz lesenih letev. V lesu se pa obenem skriva še neizkoriščen potencial trajnostnega razvoja slovenskega gradbeništva in gosp- odarstva. Osnovna konstrukcija termičnega ovoja hiše je sestavljena iz trenutno aktu- alnih standardnih kompozitnih elementov podjetja Jelovica, d. d. (slika 9) Za lesene konstrukcijske elemente splošno tudi velja, da imajo višjo toplotno izolativnost od sestav, uporabljenih pri klasični gradnji pri enaki debelini primerjanih elementov. Najbolj kom- pleksen del hiše – premični izolativni ovoj – je jeklena konstrukcija, prekrita z leseno fasado. Premični sistem je vzpostavljen preko posebnih kovinskih vodil in ležajev, ki so skriti v tleh na obeh straneh steklenega dela in na strehi pritličnega dela hiše. Največji energet- ski učinek s premičnim ovojem dosežemo, če njegovo vodenje prepustimo pametnemu hišnemu sistemu, ki predvsem na vremen- ske razmere samodejno prilagaja položaj ovoja. Za zdaj se še precej neznano področje premičnih sistemov v Sloveniji v veliki meri že uporablja v Nemčiji, Avstriji in Švici, sploh pri premičnih strešnih membranah. Tehnologijo premične dvokapne strehe uporablja tudi Sliding House, ki jo je projektiral britanski arhitekturni biro dRMM. Premične panele si Slika 9 Sestave elementov termičnega ovoja. Danijel Zorec•HIŠA 2030 – SLOVENSKA NIZKOENERGIJSKA HIŠA PRIHODNOSTI Gradbeni vestnik • letnik 66 • julij 2017 177 4•ANALIZA DNEVNE SVETLOBE 5•IZRAČUN KAZALNIKOV PORABE ENERGIJE prav tako lasti ameriška hiša LumenHAUS, ki je leta 2010 zmagala na evropskem Solar Decathlonu v Madridu. Oba navedena primera sta veljala tudi za zgled pri projektiranju hiše Aktiva. Na objektu je uporabljena troslojna zasteklitev Guardian Flachglas (konfiguracija 4-12-4-12- E4 mm, Uglass = 0,51 W/m2K, 80-% prepust- nost svetlobe) in okenski okvirji proizvajalca Schüco - Corona SI 82 (Uframe = 0,75 W/m2K). Med izdelovanjem projekta so bili izračunani tudi drugi parametri, kot sta AGAW (odstotek površine steklenih površin glede na površino posameznega zidu glede na orientacijo) in faktor oblike (razmerje med površino in pros- tornino toplotnega ovoja), ki v našem prim- eru znaša 0,52 m-1. Ti parametri so že hitri kazalniki energetske učinkovitosti geometrije objekta. Celotna kvadratura hiše znaša 214,6 m2, površina ogrevane površine hiše pa znaša 172,9 m2. Pri projektu se je izdelala tudi analiza dnevne svetlobe z računalniškim programom Velux Daylight Visualizer 2 (slika 10). Ključni produkt računalniške simulacije so povprečni količniki dnevne svetlobe (KDS), ki so se izračunali za vsak prostor posebej. Količnik dnevne svet- lobe (KDS) je razmerje med osvetljenostjo na točki v prostoru in osvetljenostjo vodoravne nesenčene zunanje ravnine in se določa v odstotkih. Običajno se računa na višini 85 cm od tal, kar predstavlja povprečno višino delovne površine. Meri se pri oblačnem nebu, nanj pa ne vpliva orientacija objekta, čas ali ura dneva. Prostori s KDS 5 % ali več se štejejo za pretežno primerno osvetljene pros- tore za normalno opravljanje del. Za prostore s KDS med 2 in 5 % velja, da so zadovoljivo osvetljeni, vendar je potrebna dodatna umetna osvetlitev pri natančnejših opravilih. Če pa je KDS nižji od 2 %, velja, da je prostor premalo osvetljen za izvajanje opravil brez dodatne umetne svetlobe. Slika 10 Analiza dnevne osvetlitve posameznih prostorov. Ustreznost energetske učinkovitosti hiše se je preverilo z računalniškim orodjem Passive House Planning Package (PHPP). Izračun in preveritev energetske učinkovitosti hiše s PHPP je tudi ključnega pomena, kadar želimo zaprositi za subvencije in olajšave pri EKO skladu. Z vnosom vseh ustreznih podatkov v PHPP (kot so vse dimenzije objekta, ses- tave konstrukcijskih elementov, karakteristike stavbnega pohištva, rekuperatorja, lokacijski podatki in orientacija ter drugi ključni podatki) računalniško orodje izdela navidezen objekt in vrne podatke, med katerimi sta ključna podatka o specifični letni potrebi po energiji za ogrevanje (QNH) in specifični letni potrebi po energiji za hlajenje (QNC). Za določitev razreda energetske učinkovitosti hiše (boljša pasivna hiša A1/standardna pasivna hiša A2/nizko- energijska hiša B1/B2 itd.) se po veljavnih standardih upošteva le podatek specifične letne potrebe po energiji za ogrevanje (QNH). V našem primeru znaša specifična letna potreba po energiji za hlajenje (QNC) 3 kWh/ m2a, specifična letna potreba po energiji za ogrevanje (QNH) pa 8 kWh/m2a. Glede na zad- nje omenjeni podatek spada hiša Aktiva med boljše pasivne hiše. Skupno hiša za ogrevanje in ohlajevanje porabi 11 kWh/m2a. Pri tem je treba omeniti, da uporaba računalniškega orodja PHPP ni idealna v primeru kompleksnih arhitekturnih zasnov, kot je hiša s premičnim ovojem. PHPP namreč razpolaga s podatki v mesečni in letni metodi, v našem primeru pa se modifikacije ovoja hiše dogajajo že v neka- jurnem intervalu, zato je nemogoče upoštevati vse možne kombinacije ovoja. Avtorji projekta sicer predpostavljamo, da bi s pravilnim oz. smiselnim premikanjem ovoja (npr. z uporabo pametnega hišnega sistema) idealno dosegli še nekoliko ugodnejše rezultate. Dodatno energijsko bilanco lahko izboljšamo še z upo- rabo sistema fotovoltaike in drugih sistemov obnovljive energije. HIŠA 2030 – SLOVENSKA NIZKOENERGIJSKA HIŠA PRIHODNOSTI•Danijel Zorec