Gandrīz nulles enerģijas ģimenes māja
Raksts žurnālā Būvinženieris Nr.78.
Energoefektīvāko ēku konkursā pērn par labāko privātmāju grupā nosaukta ģimenes mājvieta Upesciemā. Tā mērķtiecīgi būvēta videi un cilvēkiem draudzīga.
Sākotnēji divu jauniešu vajadzībām bija pilnīgi pietiekams 42m2 liels Hrušova laika dzīvoklis. Veidojoties ģimenes pieaugumam, tika iegādāts dzīvoklis jaunajā projektā un palielināta dzīvokļa kvadratūra uz 86m2. Lai arī cik kvalitatīva bija atrašanās vieta un infrastruktūra, tas tomēr bija dzīvoklis ar zināmiem publiskās telpas ierobežojumiem. Tika izvirzīts mērķis būt pēc iespējas neatkarīgākiem visādā ziņā – energoresursu iepirkums, apsaimniekošana, vides troksnis, kaimiņi aiz sienas utt.
2014. gadā tika iegādāts zemes gabals Garkalnes novada Upesciemā un radās iespēja sākt plānot mājas būvniecību. Ēkas projekts tika pabeigts 2014.gadā, kad vēl neeksistēja prasības par gandrīz nulles enerģijas ēku projektēšanu. Toreiz normatīvajos dokumentos tika normēts tikai siltuma enerģijas patēriņš apkurei ≤ 80 kWh/m2gadā, bet primārās enerģijas novērtējums vispār netika pieprasīts. Tāpēc dotā ēka netika speciāli projektēta kā ēka ar gandrīz nulles enerģijas patēriņu. Ņemot vērā Eiropas Savienībā un Latvijā esošo normatīvu tendences bija skaidrs, ka jābūvē energoefektīva māja. Par cik būvniecības jomā jau bija iekrātas zināšanas tika pieņemts rīcības plāns ēkas projektēšanas stadijā, kur īpaša uzmanība tika pievērsta ēkas novietojumam dabā un attiecīgi telpu funkcionalitātei. Lai šo veiksmīgi īstenotu pirmā tikšanās ar arhitektu Robertu Riekstiņu tika sarunāta zemes gabalā potenciālās ēkas atrašanās vietā. Šeit svarīgs aspekts ir tas, lai arī arhitekts pilnvērtīgi izprot konkrēto vidi un atrašanās vietu. Izejot no visiem pamat kritērijiem debess pusēm, mežaudzes un augošiem kokiem ēkas tuvumā, saules starojuma, valdošiem vējiem tika izveidots ēkas skiču stadijas projekts. Ārkārtīgi svarīga nozīme ir projektēšanā izmantot dabā esošos pasīvos elementus piem., lapu koks bērzs, kas vasarā dod ēnojumu, bet ziemā caur tā zariem tiek saņemta saules starojuma siltuma enerģija. Pārdomāti orientējot ēkas lielos logus uz dienvidu pusi ir iespēja no saules saņemt vairāk siltuma enerģijas nekā tā tiek zaudēta caur logu konstrukcijām, jo kā zināms, logu siltumcaurlaidība ir apmēram 5 reizes lielāka salīdzinot ar ārsienām. Nākamais projekta solis bija to pārvērst jau tehniskajā stadijā un sākt ieprojektēt konkrētus materiālus, mezglus un tehniskos sistēmu risinājumus.
Būvmateriāla un inženiertehnisko sistēmu izvēle.
Bija pienācis brīdis pieņemt lēmumu no kādiem būvmateriāliem būvēt ēku. Ņemot vērā jau esošo pieredzi un zināšanas par dažādu materiālu īpašībām un to ilgtspēju bija skaidrs, ka ēka tiks būvēta no Bauroc piedāvātās kompleksās gāzbetona būvniecības sistēmas. Tas tiešām ir ērts risinājums, jo praktiski visi norobežojošo konstrukciju elementi t.i. bloki, armētās pārsedzes, pārseguma paneļi nāk no viena ražotāja un līdz ar to ēka veidojas viendabīga un homogēna. Kā to pierāda apkopotā informācija no visas pasaules un Eiropas, kur ir veiktas neskaitāmas pārbaudes daudzu gadu garumā, autoklavētais gāzbetons ir efektīvs risinājums. Gāzbetons ir ekoloģiski tīrs materiāls, kura galvenās sastāvdaļas ir smilts, cements, kaļķis un ģipsis. Ar precīzu šo izejmateriālu apstrādes tehnoloģiju var saražot ģeometriski precīzus (precizitāte ± 1mm), energoefektīvus (U līdz 0,15 W/(m²K)), ugunsdrošus (klase A1) un slodzi nesošus (līdz pat 7MPa) būvizstrādājumus. Pateicoties šīm autoklavētā gāzbetona lieliskajām īpašībām ēka samērā ātri 2-3 nedēļu laikā samontējama.
Būvniecības tehnoloģija un ēkas savienojumu mezglu konstrukcijas ir vienkāršas. Augstu darba rezultātu var vienkārši sasniegt vidējas kvalifikācijas būvnieks vai pat pasūtītājs, esot praktisks, to var darīt pats. Atšķirībā no koka karkasa būvēm, kas ir vairākslāņu būves, kur katrs slānis prasa ļoti rūpīgu tā iestrādi, kā arī daudz dažādu specifisku blīvējuma materiālu pielietošanu, kur attiecīgi rodas iespēja vairākkārt pieļaut kļūdas, kas rezultātā ir sarežģītākas būves. Gāzbetona ēku ārsienas ir vienkāršas un efektīvas vienslāņa konstrukcijas. Šeit labi iederas teiciens: “Viss ģeniālais ir vienkāršs.”
Ēkām no gāzbetona ir vēl būtiskas papildus īpašības: laba siltuma inerce, neliela gaisa caurlaidība un laba skaņas izolācija. Šīs īpašības ēkai nodrošina patīkamu iekšējo mikroklimatu. (sīkāk www.bauroc.lv)
Ņemot vērā gāzbetona ražotāja Bauroc nodrošināto dažādo materiālu tehnisko specifikāciju un pielietojuma instrukcijas, kā arī izmantojot ražotāja dotos tipveida mezglus (sk. www.bauroc.lv ), tika pabeigts ēkas projekts un uzsākta ēkas būvniecība.
Par cik gruntsūdens līmenis konkrētajā vietā ir zems (zem 10m) tad pamatiem tika izvēlēti keramzītbetona bloki 5MPa. Bloki tika akurāti samūrēti uz pamata pēdas, īpašu uzmanību pievēršot pēdējai pamatu rindai, kura nepieciešamajai taisnai sienas pamatnei jau precīzi ar mūrjavas palīdzību tika izlīmeņota. Pamati tika apstrādāti ar hidroizolāciju, nosiltināti un priekšpusē tika izveidota betona bloku josla 90mm platumā pamatu ilgtspējas un attiecīgā sienas platuma 500mm bloku atbalsta nodrošināšanai, jo pamati saskaroties ar grunti ir pakļauti regulārai un agresīvai tās iedarbībai.
Nākamais solis bija uzsākt sienu būvniecību, kur ārsienām tika izvēlēti vienslāņa bloki Bauroc ECOTERM+ 500 (U=0,15 W/(m2K) ieskaitot apdari). Šeit īpaši svarīga loma ir pirmās bloku rindas ieklāšanai, jo cik taisni un līdzeni tiks ieklāta pirmā bloku rinda tā arī veidosies turpmākās sienas. Bauroc bloku montāžas (līmēšanas) temps ir samērā ātrs, tas ir 2 reizes ātrāks kā likt blokus uz mūrjavas. 3 strādnieku brigāde dienā var izstrādāt 12-15m3 bloku. Virs logiem un durvīm tika montētas Bauroc gatavās armētās pārsedzes, kur garāžas vārtu ailei tika izmantota garākā no tām 6000mm. Tās ir viendabīgas gāzbetona pārsedzes, kurās ražošanas procesā ir iestrādāts nesošs armējošs karkass. Noslēdzot pirmā stāva bloku rindu uz blīvējošās akmens vates tika montēti Bauroc armētie pārseguma paneļi. Tie saskaņā ar ēkas projektu tika pasūtīti ražotājam pēc to tipveida izmēriem, kuriem solis ir 200mm. Armēto pārsegumu paneļu montāža notika ātri un kvalitatīvi nepilnas dienas laikā pārsedzot visu pirmā stāva laukumu 200m2 apjomā. Paneļi tika sasaistīti ar perimetra monolīto joslu. Pēc tam tādā pašā veidā notika otrā stāva izbūve. Pēc gāzbetona izstrādājumu montāžas notika jumta daļas siltināšana, kur Bauroc pārsegumu paneļi h=250mm tika nosiltināti ar 200mm akmens vates kārtu (U=0,14 W/(m2K)). Uz paneļiem tika balstīta arī jumta konstrukcija. Tālāk tika veikta iekšējo komunikāciju izbūve, kā arī iekšējā un ārējā konstrukciju apdare. Sienu apdares materiālu tvaiku caurlaidības rādītājam ir jāpievērš ļoti nopietna uzmanība, jo no tā ir atkarīga izvēlētā apdares materiālā atbilstība un attiecīgi ilgmūžība uz konkrētās fasādes. Izņēmums būtu ja tiek montēta ventilējamā ēkas fasāde. Tvaiku caurlaidības rādītājam būtu jābūt pēc iespējas tuvākam sienas bloku rādītājam. Bauroc gāzbetonam µ = 4-6. Iekšsienām ir rekomendējams cementa-kaļķa vai ģipša apmetums un ārsienām silikona apmetums, kas nodrošina atbilstošu tvaiku caurlaidību. Apdares materiālu tvaiku caurlaidību norāda tās ražotājs.
Armēto pārsedžu montāža.
Ģimenes mājai orientējoši 40-50% no kopējiem siltuma zudumiem ir zudumi caur norobežojošām konstrukcijām: cokolu, grīdām, ārsienām, jumta pārsegumiem, termiskiem tiltiem, logiem, durvīm un garāžas vārtiem. Pārējie 50-60% ir atkarīgi no ēkas orientācijas pret debespusēm, ēkas gaisa caurlaidības, ārsienu siltuma inerces un pielietoto tehnisko sistēmu apkurei, ventilācijai un apgaismojumam lietderības koeficienta.
Izmaksu ziņā balansam starp norobežojošo konstrukciju siltuma caurlaidību un inženiertehnisko iekārtu efektivitāti ir jābūt ekonomiski pamatotam. Nav jēgas maksimāli samazināt U vērtības, piemēram līdz 0,10 W/(m2K), papildus siltinot visas norobežojošās konstrukcijas ar pārāk biezu siltumizolācijas slāni un rezultātā izvēlēties mazākas jaudas vai efektivitātes apkures un ventilācijas sistēmas.
Pārseguma paneļu montāža.
Būvfizikā ir zināms, ka sakarība starp ēkas siltuma zudumiem un norobežojošo konstrukciju siltuma caurlaidību nav lineāra. Tā, piemēram, ja ārsienām U vērtība ir mazāka aptuveni par 0,18 W/(m2K) gadā, tad ekonomiski pamatota efekta no ārsienu siltināšanas praktiski nav vai tas ir minimāls (www.bauroc.lv). Dotajā projektā tika pielietotas konstrukcijas ar sekojošām norobežojošo konstrukciju siltuma caurlaidības koeficienta vērtībām U W/(m2K)
- Grīdas un sienas saskarē ar grunti – 0,16
- Ārsienas – 0,15
- Jumti un pārsegumi, kas saskaras ar āra gaisu – 0,14
- Ārdurvis un vārti – 1,2 un 1,4
- Logi un terases durvis – 0,75
Izvēloties optimālo apkures sistēmu tika izskatīti dažādi varianti. Ņemot vērā turpmāko normatīvo aktu regulējumu, ka nedrīkstēs būt izmantotas fosilā kurināmā sistēmas, orientējāmies tikai uz videi draudzīgu apkures sistēmu izvēli. Ir būtiski, ka sistēma darbojās ar atjaunojamo energoresursu palīdzību, jo tikai tā mēs varam sasniegt ēkai izvirzīto mērķi “nulles enerģijas ēka”. Lai šo mērķi sasniegtu nākotnē ir paredzēts uz ēkas jumta izvietot saules paneļus elektroenerģijas ražošanai. Tādā veidā pati mājsaimniecība pilnībā saražos savu patērēto elektroenerģiju un pievienojot vēl dažus saules paneļus varēs veikt arī elektroauto uzlādi.
Šai konkrētai ēkai apkurei un karstā ūdens sagatavošanai tika izvēlēts NIBE zemes siltumsūknis F 1255, kas jau sevi ir pierādījis ziemeļu klimatā. Tā ražotne atrodas Zviedrijā. Šim siltumsūknim salīdzinoši ar citām apkures sistēmām ir augsts lietderības koeficients COP 3,18-5,06. Aprēķinā tika pieņemta vidējā vērtība COP 4,12.
Reizēm tiek aizmirsts par vienu no svarīgākajām lietām, kas ir nepieciešams cilvēkam – svaiga gaisa apmaiņa telpā. Par cik sanitārie normatīvi nosaka, ka gaisa apmaiņai ir jānotiek 3 reizes stundā, tad arī šeit ir svarīgi izvēlēties efektīvu gaisa rekuperācijas sistēmu, kura nodrošinās kontrolētu svaiga silta gaisa pieplūdi telpās. Konkrētajā ēkā tika izvēlēts SystemAir rekuperācijas iekārta, kurai īpaši aukstos vai karstos laikapstākļos svaigs gaiss tiek padots, pasīvi to uzsildot vai atdzesējot, izmantojot zemes pastāvīgo temperatūru apm., 5°C caur 30m zemē ieraktu gaisa padeves kanālu.
Energoefektīvas ēkas projektēšana sākas ar projektēšanu dabā – Orientācija pret debess pusēm un arhitektūra.
Ēkas energosertifikāts.
Ēkas energosertifikātu sastādīja sertificēts energoauditors Mg.sc.ing. Sandris Liepiņš. Aprēķinos tika pielietota Latvijas MK nr.348 noteikumos norādītā metodika un datorprogramma ISO13790 montly demand.
|
Aprēķinātais enerģijas patēriņa novērtējums ir sekojošs:
|
Vai aprēķinātās (pieprasītās) siltumenerģijas un primārās enerģijas patēriņš atbilst gandrīz nulles enerģijas ēkas prasībām.
Saskaņā ar MK nr.383 noteikumiem ēka klasificējama kā gandrīz nulles enerģijas ēka, ja tā atbilst šādām galvenajām prasībām:
- Ēkas energoefektivitātes rādītājs apkurei atbilst A klasei un nepārsniedz 40 kWh/m2 gadā, vienlaikus nodrošinot telpu mikroklimata atbilstību normatīvo aktu prasībām būvniecības, higiēnas un darba aizsardzības jomā
- Kopējais primārās enerģijas patēriņš apkurei un karstā ūdens apgādei, mehāniskajai ventilācijai, dzesēšanai, apgaismojumam sastāda ne vairāk par 95 kWh/m2 gadā.
Kā redzam no energosertifikāta datiem, teorētiskais nepieciešamās siltumenerģijas patēriņš apkurei ir 47,16 kWh/m2 gadā un atbilst B klases ēkas rādītājiem, bet kopējais primārās enerģijas novērtējums 91,51 kWh/m2 gadā atbilst gandrīz nulles enerģijas vai A klases rādītājiem. Lai apkurei iekļautos A klasei atbilstošās prasībās 40 kWh/m2 gadā varēja, piemēram, projektā par 10-15% samazināt logu virsmu. Taču mājas īpašniekam tāds variants nebija pieņemams, jo arī bez tā ēkai ir ļoti augsti energoefektivitātes rādītāji.
Aprēķina modeļa (datorprogrammas) ticamība
Saskaņā ar Eiropas Savienībā noteiktām prasībām aprēķina modelim (datorprogrammai) ir jābūt validētai, t.i., pārbaudītai. Pie kam saskaņā ar Latvijas MK nr.348 noteikumiem aprēķina modelis ir ticams, ja atšķirība ir mazāka par 10% un ne vairāk par 10 kWh/m2 gadā.
Dotajai ēkai 3 gadu, t.i., 2018.g., 2019.g. un 2020.g. laikā tika fiksēts faktiskais elektroenerģijas patēriņš apkurei, karstajam ūdenim un kopējais elektroenerģijas patēriņš.
Vidējā 3 gadu izmērītā vērtība elektroenerģijas patēriņam apkurei + karstajam ūdenim ir 15,62 kWh/m2 gadā. Energosertifikātā aprēķina (pieprasītā) siltumenerģijas vērtība apkurei + karstajam ūdenim ir 63,82 kWh/m2 gadā.
Pārejas koeficienta vērtība no elektroenerģijas uz siltumenerģiju ir atkarīga no apkures sistēmas, t.i., siltumsūkņa NIBE F1255 lietderības koeficienta COP. Ražotāja deklarētā COP vērtība ir 3,18 līdz 5,06. Pieņemot vidējo vērtību COP 4,12, siltumsūknis saražoja 15,62 x 4,12 = 64,35 kWh/m2 gadā siltumenerģiju. Tādējādi aprēķina siltumenerģijas vērtības, kas norādītas enrgosertifikātā atšķiras no faktiskās siltumenerģijas vērtības par 0,82% vai 0,53 kWh/m2 gadā un pilnīgi iekļaujas Latvijas MK noteikumu nr.348 prasību robežās. Šīs konkrētās ēkas kuras platība ir 278m2 ekspluatācijas izmaksas par apkuri + karsto ūdeni šo 3 gadu periodā vidēji sastādīja 51,26 EUR/mēnesī, kas ir vien 0,18 EUR uz ēkas m2 mēnesī. Gadā attiecīgi tas vidēji sastāda 2,21EUR/m2.
Tik zems elektroenerģijas patēriņš ir sasniegts pateicoties ne tikai pareizai norobežojošo konstrukciju un inženiertehnisko sistēmu izvēlei. Ļoti svarīga loma ir arī gāzbetona ēkas ārsienu siltuma inercei un ēkas gaisa caurlaidībai.
Pateicoties gāzbetona siltuma inercei ēkas iekšējā temperatūra +20-21oC bez telpu dzesēšanas praktiski nemainījās karstās vasaras dienās.
Energoefektīvai ēkai gaisa caurlaidībai jābūt pēc iespējas mazai. Ēkas izmērītā gaisa caurlaidība ar spiediena starpību 50 Pa sastādīja q50 = 0,452 m3/(m2/h). Būvnormatīvā norādītā vērtība ir 3 reizes lielāka q50 ≤ 1,5 m3/(m2/h), bet, t.s., pasīvām mājām rekomendējamā vērtība ir q50 ≤ 0,6 m3/(m2/h).
Nobeigumā atzīmēsim, ka dzīvoklim ar apkurināmo patību 71,5 m2 vairāk stāvu mājā, kura uzbūvēta 2007.g. ar ārsienām no keramiskajiem 440mm blokiem un 50mm papildu siltinājumu siltumenerģijas izmaksas apkurei un karstajam ūdenim vidēji ir 8,93 EUR/m2 gadā. Tas ir attiecīgi 4 reizes vairāk par izmaksām ēkai no gāzbetona Bauroc. Tāpēc neapšaubāmi ekonomiski izdevīgāk ir siltumenerģiju privātmājās ražot pašiem, nevis iepirkt to no centralizētiem siltumtīkliem.
Konkursā Energoefektīvākā ēka Latvijā 2020 ēka no gāzbetona Bauroc ieguva pirmo vietu privātmāju kategorijā.
Ieteikumi turpmākajai ēkas energoefektivitātes palielināšanai.
Ēkas projektā netika izmantota atjaunojamā enerģija (vēja, saules, biogāzes, koksnes utt.). MK nr.383 noteikumi iesaka vismaz daļēji gandrīz nulles enerģijas ēkām nodrošināt atjaunojamās enerģijas izmantošanu.
Turpmāk arī dotajai ēkai atkarībā no ekonomiskās lietderības ir iespējams elektroenerģiju no elektrotīkla aizvietot ar elektroenerģiju no saules paneļiem. Tas dos iespēju sasniegt vēl augstākus ēkas energoefektivitātes rādītājus.