Pasivna hiša – od načrtovanja do delovanja

1. Pasivna hiša – od načrtovanja do delovanja doc.dr. Janez Štrancar Inštitut “Jožef Stefan”

2. Pasivna hiša - Začne se pri racionalnosti ... • Pasivna hiša je lahko energetsko učinkovita samo, če je racionalno načrtovana ! • določimo torej resnične potrebe stanovalcev glede bivalnih površin, • prilagodimo obliko okolju, podnebju in energijski učinkovitosti, • uporabimo materiale, ki bodo pomagali varčevati z energijo in zmanjšati emisije od proizvodnje, vgradnje, delovanja do reciklaže • prilagodimo vse sisteme drug drugemu in s tem omogočimo doseganje nazivnih izkoristkov ter učinkov

3. ... potem zmanjšajmo toplotne izgube ... Energijsko- potratna hiša Nizko- energijska hiša Pasivna hiša • Porabo toplote lahko zmanjšamo z • izboljšano izolacijo zunanjega ovoja zgradbe 0.8 W/m2K 0.3 W/m2K 0.1 W/m2K 20.6 MWh 7.7 MWh 2.6 MWh • izboljšanimi izolativnimi lastnostmi oken in vrat 3 W/m2K 1.3 W/m2K0.8 W/m2K 6.5 MWh2.8 MWh 1.7 MWh • izboljšano tesnostjo 5 x3 x0.6 x 1.6 MWh1.1 MWh 0.2 MWh • rekuperacijo v prezračevanju0 %0 %80 % 2.3 MWh2.3 MWh 0.4 MWh 31.0 MWh 13.8 MWh 4.9 MWh • Dodati porabo toplote za ogrevanje sanitarne vode3.6 MWh3.6 MWh3.6 MWh 34.5 MWh17.4 MWh8.5 MWh

4. ... in primankljaj energije nadomestimo z OVE! • Potrebo po toploti v čimvečji meri nadomestimo • z optimizacijo arhitekture s pasivnim zajemom solarne energije (1.5 MWh) ob hkratni preprečitvi pregrevanja (zmanjševanje presežka do 2 MWh) in • notranjimi viri (1.5 MWh) • Preostalo potrebno toploto 5.5 MWh pa nadomestimo iz OVE ! • Toplota iz solarne energije • do 350 kWh/m2a pri 8 m2 absorberju in s hranilnikom 0.5 m3 : 2.7 MWh preostala potrebna toplota 3 MWh • do 200 kWh/m2a pri 28 m2 absorberju in s hranilnikom 70 m3 : 5.5 MWh preostala potrebna toplota 0 MWh • Standard za pasivno hišo: <15 kWh/m2a preostale potrebne toplote in <120 kWh/m2a primarne energije

5. Kaj sploh vpliva na porabo toplote v hiši ? interni viri toplote interni ponori toplote svetlobna prepustnost specifične izgube zaradi transmisije specifične izgube zaradi prezračevanja toplotna kapaciteta

6. Projektiranje pasivne hiše • Arhitektura / Statika / Strojne inst. / Elektro inst. Orientacijaobjekta Ogrevanje Elektroinštalacije Optimizacijaprostorov Segrevanje sanitarne vode Tele-komunikacije Statičnielementi Optimizacijagradbenihsklopov Krmiljenje Napajanja in merjenja Krajinskeposebnosti Prezračevanje Hranjenjetoplote

7. Projektiranje energetike pasivne hiše Podnebje Solarni dobitki Arhitektura Toplotne izgube Energetske potrebe Statika Sanitarna voda Hranjenje toplote Bivalne navade Prezračevanje Senzorsko- krmilni sistem

8. 4-letne strohastične simulacije na urni osnovi: Celotni urni pregledi: Temperature Moči Energije Dnevni urni pregledi: Temperature Moči Energije Parametri: Arhitektura Strojna oprema Lastnosti krmiljenja Solarni sisem Sezonski hranilnik Bivalne karakteristike Celotni urni pregledi: Temperaturni profil hranilnika Pretoki Dnevni urni pregledi: Temp. profil hranilnika Pretoki Letne Energije

9. Projektiranje gradbenih sklopov • Zunanja stena – zmanjševanje toplotnih izgub horizontalni prerez vertikalni prerez notranja stenska obloga Statični elementi nosilec parna ovira statičnielement Nosilci fasadeali oblog nosilec fasadna plošča

10. Projektiranje senčenja in pasivnega zajema Nezaželjeno senčenje Pravilno senčenje Napačno senčenje

11. Projektiranje strojnih instalacij Zajem sončne energije in pretvorba v toploto Nizkotemperaturno ogrevanje Ogrevanje sanitarne vode Prezračevanjez rekuperacijo Hranjenje toplote

12. Projektiranje senzorsko krmilnega sistema senzorjiv hranilniku senzorjiv instalacijah ventili, crpalke in grelciv strojnih instalacijah zunanja T notranja T osvetljenost relejnekartice izhodi multiplekserji PC ASH pregledovalnik vhodi USBmikroprocesor ojačevalec ASH krmilnik: za branje in krmiljenje hranjenjepodatkov napajanje

13. Projektiranje toplotnega hranilnika • Sezonski hranilnik zahteva • odlično izolacijo brez kakršnihkoli toplotnih mostov • razmislek, kako in v kaj shranjujemo toploto (v specifično ali talilno toploto snovi?) • razmislek, kako toploto porazdeljujemo po snovi v dnevnih ciklih velikih moči a z malo energije • razmislek, kako toploto črpamo iz hranilnika • Ena od učinkovitih rešitev je preprosto voda ! • izkoristimo anomalične lastnosti vode (izrazite temperaturne odvisnosti gostote, difuzivnosti, prevodnosti, itd.) • izkoristimo Rayleigh-Bernardovo konvekcijo za porazdeljevanje toplote in se izognimo snovni izmenjavo (preprečimo turbulentne tokove) • vzpodbudimo nastajanje temperaturne plastovitosti • prilagodimo geometrijo reševanja teh problemov geometriji hranilnika

14. čas Projektiranje toplotnega hranilnika (nad.) Termosifonski stolp pomaga preprečiti nezaželjeno mešanje in vzpostavlja temperaturno slojenost vodnega hranilnika brez stolpa s stolpom

15. Tipično napačni stereotipi • Pasivna/solarna hiša ne ustreza krajinski arhitekturi ?! • naša hiša je aktivna solarna / pasivna hiša in ustreza pohorskemu PUPu (MOM), navzven zgleda kot obnovljena pohorska kmetija s SSL, vgrajenimi v streho

16. Tipično napačni stereotipi (nad.) • Pasivna hiša je ogrevana samo s pasivnim zajemom sončne energije ?! • če je pri dani optimalni arhitekturi januarja poraba toplote v pasivni hiši okrog 500 kWh, je pasivni zajem solarne energije 150 kWh; tudi interni viri ne more kriti tolikšne razlike v energiji (pač pa spet 150 kWh); nikakor se ne sme prezreti problema pregrevanja poleti in jeseni, zaradi česar mora biti optimizirano senčenje pred pasivnim zajemom

17. temperatura čas moči moči čas čas nižja toplotna kapaciteta hiše višja toplotna kapaciteta hiše Tipično napačni stereotipi (nad.) • Toplotna kapaciteta hiše ni pomembna ?! • Toplotna kapaciteta hiše omogoča zniževanje vpliva spreminjajoče se zunanje temperature na trenutne toplotne izgube, s čimer vpliva na trenutno moč dogrevanja in na skupno porabljeno energijo notranja temperatura zunanja temperatura skupna moč izgub moč pasivnih solarnih dobitkov moč internih dobitkov oseb in strojev moč dogrevanja

18. Tipično napačni stereotipi (nad.) • V pasivni hiši lahko prezračujemo skozi okna, saj sta izdelava prezračevalnega sistema in nakup rekuperatorja draga ?! • Samo menjavo zraka brez rekuperacije za zadovoljevanje potrebe po kisiku 4-članske družine (80 m3/h) spremlja do 3 MWh/a izgub • Rekuperator je zgolj toplotni izmenjevalec, preprost a učinkovit obtočni sistem s pogonom vred brez dodatnega ogrevanja ali hlajenja je vreden komaj toliko kot en računalnik, z njim pa zlahka izkoristimo 60% odpadne toplote

19. Tipični in napačni stereotipi (nad.) • V pasivni hiši je treba skoraj asketsko znižati tudi uporabo tople vode ?! • standardne norme glede specifične porabe toplote za ogrevanje tople vode res znašajo 12.5 kWh/m2a, kar pomeni pri 110 m2 1.4 MWh • normalna poraba 4-članske družine (brez bazenov in jacuzzijev) znaša med 3 in 4 MWh/a 53 Wh / l10˘-55˘ * 40 l55˘ / osebo / dan * 4 osebe / hišo * 365 dni =3.1 MWh

20. Moja izbira • Pasivna – aktivna solarna hiša: • klasična pohorska dvokapnica s prisekanimi čopi • montažna skeletna v celoti paroprepustna gradnja (P+M): lesena konstrukcija + celuloza izolacija • 113 m2 bivalne površine (Szun=330 m2, V=260 m3) • gradbeni sklopi: • stena 41 cm – 40 cm izol., 20% delnih točk. topl. mostov – 0.104 W/m2K • streha 50 cm – celulozna sek. kritina + opečna kritina, sleme V-Z, naklon 40˘ – 0.089 W/m2K • okna (4+12+4+12+4 2xIR 2xKr) – 0.8 W/m2K (stekla 0.5 W/m2K) • vhodna vrata 8 cm – 0.8 W/m2K • senčenje: J – nadstrešek, V, Z – zunanje žaluzije, S – ni • tesnenje: 1x izmenjava pri 50 Pa • betonska klet brez plošče z ločenim vhodom s sezonskim topl. hranilnikom

21. Moja izbira (nad.) • prisilno obtočno prezračevanje 80 m3/h, 83% rekuperacija, do 300 W IR predgrelec, do 350 W dogrevanje • gretje: talno vodno 1800 W, 400 m PEX 16 mm na 110 m2 • vodni dnevni toplotni hranilnik sistema sanitarne vode (8 kWh, čas.konst. 2-3 dni), dogrelec 2000 W • aktivni solarni del: • 30 m2 bruto SSE površine (azimut 183˘, selektivnost 95%) • vodni sezonski toplotni hranilnik (5.5 MWh, čas.konst. 500 dni, inducirano temperaturno slojenje, porazdeljevanje toplote le z RB konvekcijo) • senzorsko krmilni del: • senzorji: 1 fotodioda, 42 temperaturnih senzorjev (1z, 1n, 12 str.inst., 28 TH), • zajem podatkov: 3 senzorji direktno, 40 preko 5 multiplekserjev, max: vsako minuto • krmiljenje: USB mikrokontroler in 2x8 kanalni relejni kartici (1S, SV, TO, PS) • kontrola: PC, 750 MB podatkov na leto

22. Računske karakteristike • Po EN ISO 13790 in SIST EN 832 in direktnih simulacijah za aktivne solarne hiše SOLSIM za podnebje Maribor: • totalne specifične izgube: 52 W/K • specifična moč grelnega sistema: 17 W/m2 • toplotni primankljaj za ogrevanje:EN ISO 13790 / SIST EN 832 SOLSIM 27 kWh/m2a 32 kWh/m2a • specifična moč grelnega sistema: 14 W/m2 • toplotni primankljaj za ogrevanje:EN ISO 13790 / SIST EN 832 SOLSIM 20 kWh/m2a 24 kWh/m2a(PHHP: 15 KWh/m2a ?) Tproj.not. = 23˘C Tproj.not. = 20˘C

23. Meritve na pasivni hiši • Kalibracija senzorjev

24. Meritve na pasivni hiši (nad.) • Merjenje lastnosti pasivne hiše : • Toplotne karakteristike hiše: • kapaciteta ovoja:150 kJ/m3K • efektivna toplotna prehodnost ovoja:0.12 W/m2K • fazni zamik:16.4 h • specifične izgube:43 W/K • specifične izgube zaradi nekontroliranega prezračevanja: pod 8 W/K • Notranji viri: • osebe:160 W (2 odrasla, otrok) • stroji – konstantna toplotna moč:100 W • kuhanje – efektivna vršna toplotna moč ob 12h in 18h: 600 W • povprečna moč notranjih virov: 270 W

25. Meritve na pasivni hiši (nad.) • Tipične mesečne merljivke – december 2006

26. Meritve na pasivni hiši (nad.) • 24h energije – december 2006

27. Meritve na pasivni hiši (nad.) • Primerjava 24h energij dobitkov in 24h energije SV

28. Meritve na pasivni hiši (nad.) • Dnevna časovna porazdelitev porabe toplote za sanitarno vodo

29. Poraba energije ...

30. ... in karakteristike hiše • Toplotne karakteristike: • kapaciteta ovoja: 150 kJ/m3K • efektivna toplotna prehodnost ovoja: 0.12 W/m2K • fazni zamik: 16 h • izmerjena zrakotesnost pri 50 Pa 1 /h • skupne specifične izgube: 59 W/K • Notranji viri: • osebe: 160 W (2 odrasla, otrok in dojenček) • stroji – konstantna toplotna moč: 100 W • kuhanje – efektivna vršna toplotna moč ob 12h in 18h: 600 W • povprečna moč notranjih virov: 270 W • Talno ogrevanje: • Izkoristek: nad 75% • Prezračevalni sistem: • pretok: 85 m3/h • specifične izgube: 8 W/K (43 W/K) • efektiven izkoristek: pod 81 % (vključno z izgubami pri prenosu!)

31. Sponzorji in viri znanja Ekoprodukt d.o.o. Vinprom d.o.o. IMP Klimat d.d. TIM Laško d.d. NLB d.d. AquaTehnika d.o.o Revi d.o.o. Kalcer d.o.o. Institut “Jožef Stefan”