ENERGETSKO UČINKOVITA GRADNJA Z OPEKO ENERGY EFFICIENCY IN MASONRY BUILDINGS Alexander Lehmden, dipl. ing. Strokovni članek Wienerberger AG, A-1100 Wien, UDK: 693.22:699.86 alexander.lehmden@wienerberger.com Irena Hošpel, inž. grad. Wienerberger Opekarna Ormož, d. d., SI-2270 Ormož, irena.hospel@wienerberger.com Povzetek l Spremenjena evropska zakonodaja na področju energetske učinkovitosti objektov bo spremenila izhodišča za načrtovanje stavb kot tudi bistvene kriterije za oceno njihove energetske učinkovitosti. V prihodnje bodo ovoj stavbe in ogrevalni sistemi energetsko optimirani z vidika potrebe po primarni energiji in emisiji toplogrednih plinov. Sodoben koncept gradnje energetsko učinkovitih opečnih hiš že danes izpolnjuje vse kriterije ob sprejemljivih stroških gradnje. Summary l The recast of the European building directive "Directive 2010/31/eu of the European parliament and of the council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings" will change the way of designing and evaluating buildings in Europe. In future the building envelope, technical building systems and energy carriers should be harmonized resulting in low Primary energy demand and Greenhouse gas emissions. New house concepts of the brick industry fulfil these requirements already today in an affordable way. 1«UVOD V povprečju so zgradbe odgovorne za 40 % celotne porabe energije v Evropski uniji. Samo v Nemčiji je leta 2007 znašal delež toplote za ogrevanje prostorov 26,1 % v končni porabi energije in 20,3 % v potrebi po primarni energiji (slika 1). Zmanjšanje porabe energije in uporaba energije iz obnovljivih virov v zgradbah je prav tako pomemben prispevek k znižanju energetske odvisnosti in emisij toplogrednih plinov v Evropski uniji. Skupaj z okrepljeno uporabo energije iz obnovljivih virov naj bi ukrepi za znižanje porabe energije v zgradbah pripomogli k temu, da bi v svetovnem merilu porast temperature ohranili pod 2 °C. Ostalo; 14,3% Procesna energija; 25,0% Mehanska energija; 40,4% Energija potrebna za ogrevanje; 20,3% Slika 1 • Potreba po primarni energiji v letu 2007 v Nemčiji po povzročiteljih 2 • SKORAJ NIČENERGIJSKA HIŠA ZA KLIMATSKO PRIJAZNO EVROPO Evropski svet je marca 2007 ugotovil, da je potreben integrirani koncept za učinkovito klimatsko in energetsko politiko, kajti glavni vir emisij toplogrednih plinov sta proizvodnja in uporaba energije: do leta 2020 naj bi se v primerjavi z letom 1990 emisije toplogrednih plinov zmanjšale za 20 %, delež obnovljivih virov energije pa povišal na 20 %. Nadaljnji, sicer neobvezujoči cilj pa je prizadevanje za povečanje energetske učinkovitosti za 20 %. Pomemben instrument za dosego teh ciljev na področju zgradb je predelana smernica o skupni energetski učinkovitosti zgradb (EPBD-recast) evropskega parlamenta in sveta. V njej je predpisan »vozni red« za energetsko učinkovito gradnjo prihodnosti. Osrednji del spremenjene smernice je »skoraj ničenergijska stavba« in obvezujoča uvedba indikatorja »primarna energija« v vrednotenje zgradb. Z izrazom »skoraj ničenergijska stavba« pojmujemo zgradbo z zelo visoko skupno energetsko učinkovitostjo. Neznatna potreba po energiji za gretje, hlajenje in toplo vodo se v pretežni meri pokriva z energijo iz obnovljivih virov - vključno z obnovljivo energijo, ki se proizvaja na isti lokaciji ali v bližini zgradbe. Ta razvoj predstavlja spremembo v paradigmi pri vrednotenju energetske učinkovitosti zgradb. Če je bilo doslej težišče zelo enostransko usmerjeno v zniževanje energetskih izgub ovoja stavbe, je žarišče nove smernice v trajni oskrbi z energijo in celostno obravnavanje zgradbe. Po zmanjšanju potrebe po energiji na stroškovno optimalni (ne na minimalni) nivo se bo le-ta pokrila z obnovljivimi viri energije. Tako sloni skoraj ničenergijska stavba stroškovno ugodno na treh stebrih: ovoj stavbe, hišna tehnika in viri energije (slika 2). Delež skoraj ničenergijskih stavb naj bi se potem, ko bo smernica stopila v veljavo, kontinuirano stalno povečeval z namenskimi subvencijami. Od 31. decembra 2020 naj bi bile vse novozgrajene stavbe skoraj ničenergijske stavbe. 3 • OPEKA JE IDEALEN MATERIAL ZA ENERGETSKO UČINKOVITO GRADNJO Opeka se fleksibilno prilagaja vsaki zahtevi. Načeloma so zahteve po toplotni zaščiti izpolnjene tako pri monolitnem (npr. POROTHERM 50 H.i PLAN X = 0,09 W/mK, debelina zidu 50 cm; ali POROTON T7 X = 0,07 W/mK, debelina zidu 36,5 cm) [Bednar, 2010] kakor tudi pri dodatno izoliranem zidu. Slika 3 • Monolitno zidovje Neodvisno za katero vrsto zidu se odločimo, opeka po naslednjih štirih značilnostih izstopa od drugih gradbenih materialov: Slika 4 • Dodatno izoliran zid •Optimalna toplotna zaščita: Visoko poro-zirane opečne črepinje in fino strukturirana geometrija lukenj zmanjšajo tok toplote skozi opeko na minimum (opeka POROTHERM, ki je brušena, dosega toplotno prevodnost tudi do 0,12 W/mK). Z dodatnim polnjenjem lukenj z izolirnimi materiali se te lastnosti še izboljšajo (npr.: opečni zidak POROTON T7 425 PLAN, polnjen z izolacijskim materialom na osnovi perlita, dosega toplotno prevodnost 0,07 W/mK). •Zračna tesnost ovoja stavbe in tesnost pred vetrom: Notranji mavčni omet po celotni površini regulira vlažnost v zraku v notranjem prostoru in reducira izgube zaradi prezračevanja. • Visoka akumulacijska masa: Masivne stene z visoko akumulacijsko maso delujejo kot akumulator, ki lahko toploto shrani in odda. To poskrbi za temperaturno ravnovesje in udobno klimo v prostoru tako pozimi kot tudi poleti in zniža stroške ogrevanja in hlajenja. Z masivnim zidovjem se lahko prihrani več kot 10 % stroškov za ogrevanje [Desmet, 2009]. • Dokazano ni toplotnih mostov: Poleg zidne opeke ponuja Wienerberger tudi opečna polnila, okenske preklade in lepilo Dryfix za zid. Za te prilagojene komponente so bili izdelani priključni detajli, pri katerih skoraj ni toplotnih mostov. Toplotni mostovi povzročajo več kot 10 % transmisijskih toplotnih izgub ([EnEV, 2009], preglednica 2: Najvišje vrednosti specifičnih toplotnih izgub). Z dobro rešenimi detajli lahko preprečimo te toplotne izgube. Za energetsko učinkovite hiše je obširno načrtovanje detajlov neizogibno potrebno. 4 • SONČNA HIŠA JE ŽE DANES SKORAJ NIČENERGIJSKA HIŠA Sončna hiša, ki je zgrajena v nemškem kraju Regensburg, kaže smer, v katero želi Evropa s skoraj ničenergijsko hišo [SOHI, 2009]. Koncept temelji na kombinaciji sončne ener- Slika 5a • Tloris hiše v Regensburgu Slika 5b • Prerez hiše v Regensburgu gije, obnovljivih virov energije in optimalne toplotne izolacije masivnega ovoja hiše. Jedro koncepta sončne hiše (slike 5a, 5b in 5c), ki ga je razvil arhitekt Georg Dasch, predstavlja integrirani vodni zalogovnik, ki oskrbuje celotno hišo z energijo za toplo vodo in ogrevanje. Pri tem se energija v celoti pripravlja s solarnimi kolektorji. Dodatno pa masivni opečni zid skrbi za akumulacijo toplote in ugodno klimo v prostoru v vsakem letnem času. Visoka stopnja akumulacije pri opeki ohranja zgradbo pozimi udobno toplo, poleti pa prijetno hladno. Wienerberger je skupaj s podjetjem Schlagmann v Regensburgu zgradil prvo zgolj solarno ogrevano masivno opečno hišo v Nemčiji. Hiša je bila zgrajena s toplotnoizolativnimi zidaki z U-vrednostjo 0,18 W/m2K, ki ne potrebujejo dodatne toplotne izolacije na zunanjem zidu. Od ustanovitve inštituta Sonnenhaus leta 2004 je bilo pod njegovim nadzorom zgrajenih preko 300 solarno ogrevanih skoraj ničenergijskih hiš. Približno 90 % teh hiš je bilo zgrajenih v masivni opečni izvedbi. Samo v tem letu so člani tega inštituta zgradili 128 sončnih hiš. To je trend, ki bo v prihodnosti vodil do ponudb teh objektov po sistemu »ključ v roke« (podatki o objektih so na spletni strani www.sonnenhaus-institut. de/solar-haeuser.php5). Slika 5c»Sončna hiša v kraju Regensburg, ki je 100-odstotno solarno ogrevana nizkoenergijska hiša, zgrajena z opeko Schlagmann T8 in 83 m2 sončnih kolektorjev 5.1 Wienerbergerjev koncept e4 združuje ekologijo, energetsko učinkovitost, gospodarnost in bivalno ugodje Uspešni koncepti hiš morajo biti dovolj individualni, da se lahko fleksibilno prilagajajo potrebam stanovalcev. Tukaj ni mogoča uniformirana rešitev, ki bi bila primerna za vsako gradbišče in vsakega človeka. Vendarle pa odlikujejo moderne trajne zgradbe štiri značilnosti: razumna raba energije, upoštevanje okolja, zagotavljanje kakovosti življenja in dosegljivost za vse ljudi. Te štiri značilnosti je Wienerberger združil v konceptu hiše e4 (slika 6). E4 zagotavlja manjšo porabo energije, manj emisij CO2, nižje stroške gradnje in nižje energetske stroške, vendar višjo kakovost življenja. Zlasti kakovost življenja (kakovost zraka v prostoru: Sentinel Haus Inštitut http://www.sentinel-haus.eu/ [SEHI, 2010], prostorska klima: visoke akumulacijske sposobnosti opeke poleti ohranjajo prijetno hladen prostor, opečni zid zelo dobro uravnava zračno vlago v prostoru, možnost oblikovanja - opeka je majhen element, ki omogoča prilagajanje različnim arhitekturnim zahtevam) je tista, ki je zelo močno povezana Slika 6 • Koncept e4 predstavlja sodobno in učinkovito gradnjo z naravnim gradbenim materialom - opeko. Tako kot sončna hiša tudi masivna hiša e4 (v obeh primerih gre za isti koncept ovoja stavbe, razlika je v deležu izvora energije, s katerim oskrbujemo objekt - v primeru solarne hiše pridobimo več kot 50 % potrebne energije za ogrevanje iz solarnih celic, medtem ko pri masivni hiši e4 večino toplotne energije pridobimo s pomočjo lesenih peletov) večino porabljene energije pokriva z obnovljivimi viri energije. K temu sodijo biomasa, toplota iz okolja in sončna energija z možnostjo individualnega kombiniranja. Primer potenciala energetsko učinkovite gradnje je stanovanjski dvojček arhitektov DI Peter Schaffer v avstrijskem Aurachu (slika 7). Zaradi možnosti kasnejše primerjave porabe energije za ogrevanje se polovica hiše ogreva s peleti, druga polovica hiše pa s toplotno črpalko. Obe polovici dodatno proizvajata elektriko s sistemom fotovoltaike. Sistem foto-voltaike je sestavljen iz 28 modulov s skupno površino 36 m2 z največjo zmogljivostjo Slika 7 • Ekološki dvojček v kraju Aurach 4,76 kWp. Z delno oddajo proizvedene elektrike v javno omrežje dosegata obe polovici hiše izravnavo v bilanci CO2 in bilanci primar- ne energije. Čeprav ovoj stavbe ni ekstremno izoliran, jo potreba po energiji za ogrevanje le 33 kW/m2a. 6 • OPEKA ZA ENERGETSKO UČINKOVITO IN PASIVNO GRADNJO Opeka kot gradbeni material se odlično prilagaja vsaki zahtevi. Izpolnjuje vse pogoje za gradnjo energijsko varčnih hiš po smernicah trajnostnega razvoja, ki vsebujejo integrirane rešitve s številnimi prednostmi, kot so energetska učinkovitost, ekologija, ekonomska upravičenost, prijetno in zdravo bivalno okolje. Pri konceptu pasivne hiše je ovoj hiše izjemno močno izoliran, saj mora biti toplotna prehodnost nižja od 0,15 W/m2K, po novih predlogih celo nižja od 0,10 W/m2K. Vgrajen je tudi prezračevalni sistem, ki minimalizira toplotne izgube zaradi prezračevanja in omogoča kakovostno bivalno okolje. Za toplotno energijo skrbi toplotna črpalka s pomožnim električnim grelnikom. Energijsko učinkovita hiša ima dobro izoliran ovoj stavbe in je opremljena s pečjo na lesene pelete, ki pokriva celotne toplotne potrebe objekta po energiji iz ekološko prijaznih obnovljivih virov. Brušena opeka z odličnimi izolacijskimi lastnostmi in veliko akumulacijo toplote zagotavlja stabilno in prijetno mikroklimo. V diagramu so prikazane rešitve doseganja priporočene toplotne prehodnosti U = 0,15 W/m2K ob uporabi brušene opeke različnih debelin (slika 8). PUH 25 DRYFIX /1=0,280 W/mK 5 6 o ■ PUH 30 DRYFIX £ A=0,150 W/mK P1H 38 DRYFIX A=0,135 W/mK Debelina DRYFIX zidu s fasado pri U=0,15 W/m2K 38 12 10 15 20 25 30 35 40 45 50 □ Brušena opeka □ Izolacijska obloga (A=0,032 W/mK) Slika 8* Debelina zidu pasivne hiše pri gradnji z opeko Dryfix 7 • PRIMERI DOBRE PRAKSE NEH IN PH IZ OPEKE POROTHERM 7.1 Pasivna hiša Ogrevana površina: 161 m2 Potrebna energija za ogrevanje po PHPP (Passive Hause Planning Package - programski paket za izračun energetske bilance za hiše v pasivnem standardu, ki je skladen s SIST EN 13790 in EPBD-recast): 15 kWh/m2a Zrakotesnost: 0,59 h-1 Leto izgradnje: 2010-2011 Sistem gradnje: Masivne stene iz opeke POROTHERM PROFI Sistem DRYFIX s toplotno izolacijo iz kamene volne Vodenje in načrtovanje PZI: Zelena gradnja, d. o. o., Šmartinska cesta 106, Ljubljana 7.2 Nizkoenergijska hiša Ogrevana površina: 186 m2 Potrebna energija za ogrevanje po PHPP (Passive Hause Planning Package - programski paket za izračun energetske bilance za hiše v pasivnem standardu, ki je skladen s SIST EN 13790 in EPBD-recast) [PID, 2010]: 18 kWh/m2a Zrakotesnost: 0,58 h-1 Leto izgradnje: 2010 Sistem gradnje: Masivne stene iz opeke POROTHERM s toplotno izolacijo iz kamene volne Vodenje in načrtovanje PZI: Zelena gradnja, d. o. o., Šmartinska cesta 106, Ljubljana 8*SKLEP Z jasno odločitvijo Evropske unije po letu 2010, graditi samo še skoraj ničenergijske hiše, bo opeka (npr. brušena opeka PROTHERM PROFI, ki pri debelini zidu 30 cm in 38 cm dosega toplotno prevodnost od 0,139 W/mK do 0,12 W/ mK) kot univerzalni deseteroborec tudi v prihodnosti ostala idealni gradbeni material za gradnjo kakovostnih zgradb. Njena visoka stopnja akumulacije (opeka POROTHERM 38 PROFI - 300 kg/m2), optimalna toplotna zaščita (nizka toplotna prevodnost zidakov in homogeni zid, brez toplotnih mostov na vertikalnih in horizontalnih spojnicah zidakov), varna obdelava in predvsem njeno naravno poreklo tvorijo temelj za energetsko učinkovite koncepte hiš. Energetska učinkovitost objekta ni odvisna le od ovoja stavbe, ampak tudi od izvora energije, s katero se objekt oskrbuje, in od ogrevalne tehnike, ki se v objektu uporablja. Kot kažejo realizirani projekti s strani opečne industrije, je skoraj ničenergijska hiša že danes ob optimizaciji ovoja stavbe, hišne tehnike in izvorov energije mogoča in dosegljiva z opečnim materialom. 9 • LITERATURA Bednar, T., Jung, M., Technischer Bericht - Wärmebrückenberechnungen PTH 38 H.i und PTH 50 H.i, TU-Wien, Zentrum für Bauphysik und Bauakustik, 2010. Desmet Energie, Project 32-7402 - Wienerberger Massief Passiefhuis, študija, 2009. Directive 2010/31/eu of the European parliament and of the council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings, 2010. EnEV Bundesregierung, Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung, Bundesgesetzblatt 2009 Teil I Nr.23, Berlin, 2009. PID, Passive Hause Planning Package - programski paket za izračun energetske bilance za pasivne hiše, ki je skladen s SIST EN 13790 in EPBD- recast, Passivhaus Institut Darmstadt, 2010. SEHI, http://www.sentinel-haus.eu/, 2010. SOHI, Sonnenhaus-Institut e.V., Sonnenhaus Lehner - Massives Ziegelhaus 100 % mit Sonnenenergie beheizt, 2008. SOHI, www.sonnenhaus-institut.de, 2009.