Zidana ali lesena energijsko varčna hiša?

Zidana ali lesena energijsko varčna hiša?Zidana ali lesena energijsko varčna hiša?Danes skoraj ni več graditelja, ki bi začel z gradnjo, ne da bi vsaj nekaj malega slišal ali prebral o varčevanju z energijo. Po veljavni zakonodaji ni več mogoče graditi energijsko potratnih hiš, zato so vse novogradnje energijsko varčnejše v primerjavi s tistimi, ki so bile grajene pred leti. Marsikdo bo zato danes zadovoljen, če bo njegova hiša namesto 4000 litrov pokurila le 1500 litrov olja letno.

Ali bo zadovoljen tudi čez 10 let, pa bo pokazal čas in stanje v njegovi denarnici. Kljub temu pa določeni kazalci kažejo, da bodo v prihodnosti imele prednost tiste hiše, ki bodo energetsko čimbolj neodvisne.

Nizko energijske in pasivne hiše

V energijsko varčno gradnjo sodijo nizko energijske (NEH) in pasivne hiše (PH). NEH imajo porabo energije za ogrevanje od 20 do 50 kWh/m² letno, kar je enako 2 do 5 litrom lahkega kurilnega olja. Žal pa so peči na kurilno olje prevelikih moči in zato v NEH niso priporočljive za vgradnjo. Tako praviloma ogrevamo NEH s plinom, toplotnimi črpalkami ali manjšimi pečmi na pelete.

Poraba energije pri različno grajenih hišahPoraba energije pri različno grajenih hišah

Čeprav NEH porabi relativno malo energije (v kWh/m²), še vedno niso ustvarjeni pogoji, da bi lahko učinkovito izrabljali obnovljive vire energije. Sem sodi npr. sončna energija, ki skozi stekla ogreva prostore. Tudi človek oddaja od 70 do 100 W energije, odvisno od njegove telesne aktivnosti, poleg tega imamo v hišah naprave kot so hladilnik, štedilnik, pralni in sušilni stroj in seveda žarnice in še bi lahko naštevali. Prav PH se od NEH loči po tem, da lahko v PH bolj učinkovito izrabljamo pasivne vire, kot je odpadna energija električnih naprav, žarnic, energija, ki jo oddaja človek, ipd. S pravilnim osenčenjem lahko v PH bolj ucinkovito izrabljamo tudi soncno energijo, vendar je pri tem potrebno paziti, da hiše nepregrejemo, kar je lahko problem zlasti v poletnem casu. Pravilno grajena PH ima instalirano moč grelnih naprav manjšo od 2 kW, zato tudi dejansko večino potrebne toplote za ogrevanje pridobimo pasivno (torej brez aktivnih elektronskih in strojnih sistemov).

Nizkoenergijska hišaNizkoenergijska hiša

Še vedno pa potrebujemo energijo za ogrevanje sanitarne vode. Tako peč oz. naprava, ki v ostalih hišah služi predvsem za ogrevanje prostorov, v PH služi hkratitudi za ogrevanje sanitarne vode. Razlog, zakaj vse več PH postaja aktivnih, je v tem, da PH za svoje delovanje potrebuje tako malo energije, da lahko le to pridobimo iz obnovljivih virov predvsem sonca in vetra. Hišo, ki sama pridobiva energijo in jo lahko nadzorovano uporabi za svoje delovanje, imenujemo aktivna hiša (AH). V kolikor AH sama proizvede vso potrebno energijo se imenuje nič-energijska hiša (zero energy house). Ker pa je težko pridobiti ravno prav energije, saj poraba niha glede na intenzivnost uporabe hiše, hkrati pa tudi obnovljivi viri niso konstantni, večina AH pridobi vec energije, kot jo dejansko potrebuje. Take hiše imenujemo plus energijske hiše (plus energy house).

Poraba energije je odvisna od več dejavnikov

Gradnja pasivne hišeGradnja pasivne hiše

Bolj kot želimo varčevati z energijo, bolj je pomembno, kako je hiša zasnovana, še posebej s stališca pasivnega zajema sončne energije. Toplotne izgube so odvisne od obodnih površin in več kot jih je in bolj kot so toplotno prepustne, več bo izgub. Na drugi strani pa so toplotne izgube in toplotni dobitki odvisni od steklenih obodnih površin. Zato je že pri načrtovanju PH pomembno, da se poleg toplotnih izgub izračuna tudi toplotne dobitke. Tako lahko arhitekt v fazi projektiranja izkoristi vse prednosti, ki jih ponuja lokacija na kateri bo objekt stal. Pri projektiranju je potrebno posebno pozornost nameniti toplotnim mostovom, ki pri gradnji PH ne smejo obstajati. Ti so še posebej problematični pri stiku talne plošce in sten, v vogalih, pri odprtinah za okna in vrata, ob stikih sten in strehe, pri balkonih, terasah,raznih prebojih, kjer so še posebej problematični zračniki, inštalacijske cevi, ki gredo iz stavbe, dimniki, ipd.

Toplotna prehodnost

Slika 2: Različne debeline sten pri enaki U vrednostiSlika 2: Različne debeline sten pri enaki U vrednosti

Ko se odločamo za gradnjo je dobro, da preučimo gradbene materiale, ki jih imamo namen uporabiti, saj na porabo energije ne vplivajo samo toplotne izgube, temveč tudi toplotna stabilnost stavbe in zrakotesnost. Večina graditeljev v Sloveniji je navdušena nad masivno gradnjo, zato je večina hiš zidanih. Čeprav je na trgu ponudba zidakov kar pestra in se njihova toplotna prevodnost nenehno zmanjšuje in so t.i. super izolativni zidaki po toplotni prevodnosti postali skoraj primerljivi z masivnim lesom, je kljub temu potrebno povedati, da je masivni les v primerjavi s toplotnimi izolacijami 3 do 4 krat slabši izolator. Torej, kakor koli se trudimo z masivno gradnjo, naj bo zidana ali lesena še vedno je toplotna izolacija tisti material, ki občutno pripomore k zmanjšanju toplotnih izgub.

Če primerjamo 30 cm debelo zidano steno narejeno iz zelo izolativnih zidakov (l=0,14 W/mK) na katero dodamo še 10 cm toplotne izolacije (l=0,04 W/mK) dobimo U = 0.21 W/m²K. Enake toplotne izgube dobimo, če na masivno leseno steno debeline 10 cm dodamo še 15 cm toplotne izolacije, vendar je stena v primerjavi z zidano skoraj enkrat
tanjša žal pa tudi dražja. Zato se vse bolj uveljavlja lesena skeletna gradnja. Med lesene stojke v razmaku 60 do 80 cm vstavimo toplotno izolacijo v enaki debelini kot so stojke. V tem primeru 12 cm. Da dosežemo enako toplotno prehodnost U = 0,21 W/m²K, dodamo na vsako stran še 4 cm toplotne izolacije. Skupna debelina izolacije je v tem primeru 20 cm. Kljub večji debelini izolacije je gradnja cenovno najugodnejša, tudi v primerjavi z zidano, hkrati pa imamo zaradi tanjših sten več prostora v hiši. Čedalje več investitorjev zna izračunati, koliko ga dejansko stane pozidana površina, od katere nima nič. Na podlagi razlike med bruto in neto površino lahko zaradi tanjših sten privarčujemo tudi 10% prostora, kar pomeni, da je lahko gradnja 10% cenejša ali pa za enako ceno dobimo več.

Toplotna stabilnost

Akomulacija pri debelini stene 20 cmAkomulacija pri debelini stene 20 cm

Končno poraba energije ni odvisna le od toplotne prehodnosti. Nanjo vplivajo tudi drugi dejavniki. Eden pomembnejših je zagotovo toplotna stabilnost stavbe. Akumulacija toplote pri gradnji NEH in PH odigra zelo pomembno vlogo, saj nizka U vrednost sama po sebi še ne zagotavlja nizke porabe, predvsem pri velikih nihanjih zunanje temperature. Ker je toplotna stabilnost odvisna od teže (kg) in specificne toplote (c) materiala imamo lahko hitro obcutek, da je zopet najprimernejša masivna gradnja. Če primerjamo med seboj zidake so boljši tisti, ki so težji oz. bolj polni, žal pa imajo ti slabšo toplotno prevodnost, saj je v njih manj ujetega zraka. Če z zidaki primerjamo masivni les le ta združuje oboje. Glede toplotne prevodnosti je primerljiv z najboljšimi zidaki, hkrati pa ima še enkrat višjo specifično toploto, kar mu omogoča tudi enkrat večjo akumulacijo toplote pri enaki debelini.

Karakteri-
stike materiala
Beton Suh les Zidak 1 Agepan THD Zidak 2 Trend-
isol
Min. volna Stiropor
 Kg/m³ 2400 450 810 230 500 60 50 20
 J/kgK 960 2090 860 2100 860 1900 840 1260
W/mK 1,51 0,14 0,3 0,05 0,14 0,04 0,04 0,04
Sprejeta energija v J pri deb. 20 cm 460.800 188.100 139.320 96.600 86.000 22.800 8.400 5.040

Stena s površino 1m² in debelino 20 cm iz zidaka 2 s karakteristikami l = 0,14 W/mK, teža = 500 kg/m³, c = 860 J/kgK akumulira pri spremenjeni zunanji temperaturi za 1K za 86.000 J energije, enaka stena iz suhega smrekovega masivnega lesa l = 0,14 W/mK, teža = 450 kg/m³, c = 2090 J/kgK pa pri enakih pogojih kar 188.100 J energije. Toliko energije lahko sprejme tudi stena iz zidaka s težo okoli 1200 kg/m³, vendar imajo potem ti zidaki tudi tri krat slabšo toplotno prevodnost (l). Pri leseni skeletni gradnji je še posebej pomembno, katero toplotno izolacijo vgradimo. Lahki izolacijski materiali praviloma slabo akumulirajo toploto. Najbolj poznana mineralna volna je sicer cenovno ugodna, vendar v primerjavi z masivnim lesom in zidakom, zaradi majhne specificne toplote c = 840 J/kgK akumulira premalo toplote. To pomeni, da se taka montažna hiša v primerjavi z masivno pri hitrih skokih temperature prehitro hladi oz. prehitro segreva. Tudi če vgradimo težjo mineralno volno npr. 80 kg/m³ akumuliramo pri 1 m² stene z debelino 20 cm le 13.440 J. Tako še vedno ostaja les idealen gradbeni material, saj so njegove karakteristike optimalne glede na toplotno stabilnost in toplotne izgube stavbe. Vse bolj pa do izraza prihajajo toplotno izolacijski materiali na osnovi lesa (Trendisol, Agepan, ipd.) saj v lahki montažni gradnji akumulirajo 3 do 5 krat vec toplote. S tem se ekološka skeletna gradnja močno približa zidani masivni gradnji in jo celo preseže v kolikor upoštevamo vse parametre, ki pripomorejo k učinkoviti energijsko varčni gradnji.

Fazni zamik prehoda toplote

Fazni zamik pri debelini stene 20 cmFazni zamik pri debelini stene 20 cm

Pri ogrevanju ni pomembno samo, koliko toplote izgubljamo, temveč tudi v kakšnem času. Od tega je namreč odvisna moč ogreval. In če ta preveč niha, ogrevala delajo z zelo spremenljivim izkoristkom, zaradi česar je tudi poraba energije večja kot bi lahko bila. V kolikor material sprejme veliko energije jo bo lahko obdržal le, če ima tudi nizko toplotno prevodnost. Materiali kot so beton, opeka ipd. imajo sicer veliko maso in toplotno kapaciteto, zaradi previsoke toplotne prevodnosti pa hitro izgubljajo ali dobivajo energijo. Zato jih dodatno obdamo z izolacijskimi materiali, ki skrbijo, da se akumulirana energija ne bi prehitro izgubila.

Ekoprodukt hiša PetekEkoprodukt hiša Petek

V kolikor želimo izbrati optimalen material pri gradnji, je potrebno primerjati tako toplotno prevodnost, kot težo in specifično toploto materiala. Skupna vrednost se najbolje odraža v izracunu faznega zamika prehoda toplote (Fz), ki nekatere do sedaj manj primerne materiale postavi v boljši položaj, še posebej v kolikor nas zanimajo tudi moči in posredno poraba energije za ogrevanje in hlajenje.

Tu začnejo izstopati predvsem izolacijski materiali na osnovi lesa, saj predelani še vedno obdržijo visoko specificno toploto, hkrati pa se jim do 4 krat izboljša toplotna prevodnost v primerjavi z masivnim lesom. S kombinacijo lesno vlaknenih Agepan plošč in lesene konstrukcije zapolnjene s Trendisol izolacijo dosegamo primerljive in celo boljše rezultate kot pri masivni gradnji. Ekološki materiali na osnovi lesa so torej idealen material za gradnjo NEH in PH. Specifična toplota lesa c = 2100 J/kgK pri lesno vlaknenih ploščah kot je npr. AGEPAN THD in teži 230 kg/m³ akumulira pri debelini 20 cm kar 96.600 J energije, kar je več kot pri zelo izolativnem zidaku. Hkrati je toplotna prevodnost Agepan izolacijskih plošč l = 0,047 W/mK zato se toplota zadržuje tam kjer jo potrebujemo kar 14 ur, kar je še enkrat več kot pri najbolj izolativnem zidaku ali betonu.

V kolikor med seboj primerjamo tri različno grajene NEH, kjer je poraba energije okoli 50 kWh/m² letno ugotovimo, da ima zidana hiša še vedno nekaj prednosti pred leseno gradnjo, čeprav ima ekološka skeletna hiša boljše karakteristike od masivne lesene hiše. Kljub vsemu pa vsi trije načini gradnje omogočajo, da se stavba poleti ne pregreva, zato tudi ne potrebujemo potratnih klimatskih naprav. Problem ima lahko le zidana hiša v kolikor se za izolacijo strehe uporabijo materiali, ki se prehitro segrevajo oz. hladijo (mineralna volna pod 80 kg/m³ in stiropor).

Zidana hiša Debelina λ Fazni zamik Fazni zamik
Material v metrih (W/mK) min/cm na deb.mat.
Cementna malta 0,0100 1,4 17 17,00
Zidak 0,30000 0,14 32 960,00
Mineralna volna 0,1000 0,04 18 180,00
Skupna debelina m  0,410   Skupaj ur 19,28
  U vrednost 0,21

 

Ekološka skeletna hiša Debelina λ Fazni zamik Fazni zamik
Material v metrih (W/mK) min/cm na deb.mat.
Gips GKF 0,01500 0,21 26 39,00
Agepan STD 0,04000 0,05 39 156,00
OSB plošča 0,01500 0,13 43 64,50
Trendisol / lesena konstrukcija 0,12000 0,04 26 312,00
Agepan THD 0,04000 0,05 43 172,22
Skupna debelina m  0,230   Skupaj ur 12,39
  U vrednost 0,21

 

Masivna lesena hiša Debelina λ Fazni zamik Fazni zamik
Material v metrih (W/mK) min/cm na deb.mat.
Mineralna volna  0,1500 0,04 18 270,00
Les  0,1000 0,14 40 400,00
Gips GKF  0,0150 0,21 26 39,00
Skupna debelina m  0,265   Skupaj ur 11,82
  U vrednost 0,21

 

Klasicna montažna hiša Debelina λ Fazni zamik Fazni zamik
Material v metrih (W/mK) min/cm na deb.mat.
Gips GKF 0,015 0,21 26 39,00
Mineralna volna 0,04 0,04 12 48,00
OSB plošca + PE folija 0,015 0,13 43 64,50
Mineralna volna/lesena konstrukcija 0,12 0,04 12 144,00
OSB plošca 0,015 0,13 43 64,50
Stiropor 0,04 0,04 10 40,00
Skupna debelina m  0,245   Skupaj ur 8,17
  U vrednost 0,21

Prva zero energy house v Sloveniji - Limbuš pri MariboruPrva zero energy house v Sloveniji - Limbuš pri Mariboru

Iz zgornjih tabel vidimo, da vse hiše razen klasične montažne, dosegajo minimalni fazni zamik prehoda toplote, ki naj bi bil vsaj 12 ur, saj se tako onemogoča pregrevanje ali podhlajanje pri velikih temperaturnih nihanjih. Poleti se zato podnevi ne pregreje, ravno tako se pozimi stavba preko noči ne ohladi tudi, če je ne ogrevamo močneje oz. ustrezno hitremu spustu zunanje temperature. V zgornjih tabelah smo primerjali štiri načine gradnje, ki so bili idealni v času, ko poraba energije za ogrevanje ni igrala tako pomembne vloge kot jo igra danes.

V prihodnosti se pričakuje občuten dvig cen energije, zato bodo čedalje bolj v ospredju t.i samozadostne stavbe, ki bodo čimbolj neodvisne od energetske politike. Bolj kot se približujemo PH bolj se ekološka gradnja izenačuje z zidano. V kolikor bi obdelali vse detajle, čas gradnje, ceno m² glede na pozidano površino bi ekološka skeletna gradnja prehitela zidano hišo. Še posebej pri pasivni izvedbi je potrebno upoštevati tudi ceno primarne energije ter onesnaževanje zraka s toplo grednimi plini.

Poraba primarne energije razlicnih izolacijskih materialov glede na njihovo toplotno izolacijsko sposobnost
MJW/m²K
Celuloza Pluta Kokosova vlakna Mineralna volna Perlit Lesna volna Ekspandiran polistirol Poliuretan
2 6 18 21 43 51 73 98

Detalj pri gradnji - tesnenjeDetalj pri gradnji - tesnenje

Tako lahko iz zgornje tabele razberemo, da pri enakem učinku izoliranja porabimo za proizvodnjo različno količino energije. V kolikor se zavedamo, da je poraba energije in onesnaževanje zaradi nje globalen problem, ki vpliva na našo prihodnost se vse več ekološko osveščenih graditeljev odloča za gradnjo ekoloških energijsko varčnih hiš, kamor sodi tudi pasivna hiša, kot najvišji pojem kvalitetne gradnje.

Iz spodnjih tabel je razvidno, da vse tri izvedbe ustrezajo učinkoviti rabi energije, vendar je gradnja zidane PH z boljšimi zidaki tudi dražja. V kolikor se odločimo za slabše izolativne zidake in več toplotne izolacije pa debelino stene povečujemo, kar zopet neugodno vpliva na ekonomičnost gradnje.

Zidana hiša Debelina λ Fazni zamik Fazni zamik
Material v metrih (W/mK) min/cm na deb.mat.
Cementna malta 0,0100 1,4 17 17,00
Zidak 0,30000 0,14 32 960,00
Mineralna volna 0,3000 0,04 18 540,00
Skupna debelina m  0,610   Skupaj ur 25,28
  U vrednost 0,10

 

Ekološka skeletna hiša Debelina λ Fazni zamik Fazni zamik
Material v metrih (W/mK) min/cm na deb.mat.
Gips GKF 0,01500 0,21 26 39,00
Agepan STD 0,08000 0,05 39 312,00
OSB plošča 0,01500 0,13 43 64,50
Trendisol / lesena konstrukcija 0,24000 0,04 26 624,00
Agepan THD 0,08000 0,05 43 344,22
Skupna debelina m  0,430   Skupaj ur 23,06
  U vrednost 0,10

 

Masivna lesena hiša Debelina λ Fazni zamik Fazni zamik
Material v metrih (W/mK) min/cm na deb.mat.
Mineralna volna  0,3500 0,04 18 630,00
Les  0,1000 0,14 40 400,00
Gips GKF  0,0150 0,21 26 39,00
Skupna debelina m  0,465   Skupaj ur 17,82
  U vrednost 0,10


Osvešceni investitor ne primerja različnih načinov gradnje le v razmerju koliko dam in koliko dobim, temveč pri kvalitetnejši in s tem tudi nekoliko dražji gradnji išče predvsem kvaliteto bivanja, ki se kaže v zdravi mikro klimi. Na zdravo bivanje vplivajo materiali, ki nas obdajajo, zato je še kako pomembno ali smo obdani z materiali, ki lahko uravnavajo tudi zračno vlago v prostoru. V tujini narašča uporaba ilovnatih ometov v zidanih hišah, saj zidaki niso sposobni ustvarjati zdrave in ugodne mikro klime v prostoru.

Detalj pri gradnjiDetalj pri gradnji

Pri ekološki skeletni gradnji pa smo tako ali tako obdani le z naravnimi materiali na osnovi lesa, ki imajo sposobnost sprejemanja in oddajanje zračne vlage. Ker je njihova debelina enaka debelini stene, lahko sprejmejo bistveno več vlage, kot nekaj cm debeli ilovnati ometi, hkrati pa skrbijo tudi za pravilno vlažnost lesene konstrukcije, kar podaljšuje njeno obstojnost. Zato ni čudno, da se v tujini (Nemcija, Avstrija) že pojavljajo izvajalci ekoloških skeletnih hiš, ki ponujajo za hiše tudi do 200 let garancije.

Sodobni človek 80% svojega časa preživi v zaprtih prostorih, ki lahko pozitivno ali negativno vplivajo na njegovo zdravje. Raziskovalci ugotavljajo, da sodobne bolezni kot so rak, bolezni dihal, alergije in ipd. nastajajo zaradi prevelike koncentracije neustreznih snovi, ki se nahajajo tudi v gradbenih materialih. Gradnja z naravnimi ekološkimi materiali torej ni le modna muha, temveč nuja v skrbi za čistejše okolje in dobro počutje. Tako bo tudi v prihodnosti vse bolj pomembna izbira takšnih materialov, ki že pri proizvodnji porabijo malo energije, so ekonomičcni pri vgradnji ter po končani uporabi čim manj bremenijo okolje, hkrati pa lahko ustvarijo zdravo mikro klimo, ki pozitivno vpliva na naše pocutje.

Zaključek

Ko se odločamo za gradnjo energijsko varčne hiše moramo vedeti, kako varčno hišo želimo imeti. Manjša je poraba energije za ogrevanje, bolj je pomembno načrtovanje ter poznavanje detajlov gradnje. Eden prvih problemov s katerimi se srečujemo graditelji NEH in PH, je izvedba, saj je v praksi zelo težko priti do rezultatov, ki nam jih narekujejo izračuni. Ko vnesemo v program gradbene fizike površino posameznih materialov, jih program izračuna kot da so vgrajeni v enem kosu, kar pa ni res. Še večji problem lahko nastane pri vgradnji parnih zapor, saj program ne izračunava konvekcijskih izgub. Veliko graditeljev danes, ki se odloča za gradnjo PH ima občutek, da je lažje zrakotesno graditi zidano hišo, saj menijo da so zidaki tesni, pri tem pa ne upoštevajo, da zrak zaradi tlačnih razlik potuje med režami ometa, malte, skozi votle zidake in med stiki izolacije v ploščah. Problem tesnosti so predvsem vogali, vgradnja oken, ter stiki različnih materialov, ki kasneje delujejo vsak zase.

Nizko energetska stanovanjska stavbaNizko energetska stanovanjska stavba

Na trgu se pojavlja tudi gradnja PH iz betona, kjer se betonirajo tako stene kot tudi streha. Žal potem živimo v betonskem bunkerju, kjer sicer varčujemo z energijo vendar smo obdani z materiali, ki niso sposobni ustvarjati zdrave mikro klime. Še vedno pa je potrebno tesniti stavbno pohištvo in preboje instalacij, ki jih imamo pri vseh načinih gradnje. Gradnja PH v masivni izvedbi je lahko problematicna tudi zaradi prevelikega vložka primarne energije. Tako se lahko zgodi, da v življenjski dobi stavbe ne bomo privarčevali toliko energije, kot smo jo porabili pri proizvodnji.

Prednost sistema EVEG (energijsko varčna ekološka gradnja) je v zdravem načinu bivanja, saj hišo gradimo zato, da bomo v njej imeli zdravo mikro klimo, ki bo pozitivno vplivala na naše počutje. Zaradi uporabe ekološko sprejemljivih materialov, gradimo tudi trajnostno z minimalnimi vplivi na okolje. Uporabljeni materiali nam omogočajo tanjše obodne površine pri enakih toplotnih izgubah, hkrati pa dosežemo optimalno toplotno stabilnost stavbe, kar omogoča nižje moči in boljše ter bolj konstantne izkoristke ogravalnih naprav. Energijsko varčna gradnja bo v prihodnosti zagotovo pridobivala na pomenu. V kolikor jo bo podpirala tudi stroka bodo PH tudi pri nas pridobivale na pomenu, danes pa so žal le plod posameznikov, ki vsak na svoj način išče pravo pot do energijsko učinkovite gradnje.

Pripravil: Miro Škvorc