O temere majoră a constructorilor este aceea că trecerea la o metodă nouă de edificare a clădirilor va atrage la costuri mai mari. Institutul Passive House din Darmstadt a desfășurat numeroase cercetări asupra caselor eficiente energetic și confirmă prin datele colectate de-a lungul timpului că situația este exact opusă - izolația termică de înalt nivel produce economii majore în ce privește necesarul de încălzire.
Cum putem construi încât investiția să fie justificată pe termen lung și care sunt principiile în baza cărora obținem un grad ridicat de izolare vei afla din observațiile următoare, prezentate pe site-ul https://passipedia.org/start
Izolația termică - Principiul de funcționare
În zonele climatice cu cerere de încălzire în lunile reci, întreaga anvelopă a clădirii trebuie să fie bine izolată. Anvelopa clădirii este formată din toate elementele de construcție care separă interiorul de exterior. Scopul său principal este de a asigura un climat interior confortabil – indiferent de climatul exterior determinat de vreme. În perioadele reci (de obicei de la mijlocul lunii octombrie până la sfârșitul lunii aprilie în climatele cu ierni reci) temperatura din interiorul anvelopei clădirii este de obicei mai mare decât cea din exterior. Ca urmare, căldura este pierdută prin anvelopă și, dacă această căldură nu este înlocuită, interiorul clădirii se răcește ajustându-se la temperatura exterioară.
Inversul se aplică pentru climatele calde (sau în perioadele caniculare) cu căldură excesivă care intră în clădire prin anvelopa acesteia. Prin urmare, este logic să restricționăm fluxul de căldură în orice clădire, indiferent de climă - și aici intervine protecția termică. (1)
→ Un nivel adecvat de izolare poate fi aplicat, de asemenea, clădirilor existente la orice moment dat, ceea e recomandat pentru construcțiile vechi care produc costuri enorme de întreținere.
Un principiu important a fost derivat din experiența cu noile construcții cu consum redus de energie: „Dacă o faci, fă-o corect!” -
Nu economisiți la izolație când vine vorba de măsurile de protecție termică. Acest principiu este luat foarte în serios în casele pasive – deoarece izolația de calitate este o modalitate foarte accesibilă de economisire a energiei.
Pierderile de căldură prin pereții exteriori și acoperișuri reprezintă mai mult de 70% din pierderile totale de căldură în clădirile existente. Prin urmare, îmbunătățirea izolației termice este cea mai eficientă modalitate de economisire a energiei. În același timp, va ajuta la îmbunătățirea confortului termic și la prevenirea daunelor structurale).
Sprijinul financiar, cum ar fi împrumuturile cu dobândă scăzută, așa cum este disponibil în prezent în diferite țări de țări, reduce investiția inițială pentru o izolare termică îmbunătățită; totuși, chiar și fără astfel de stimulente, investiția va fi rentabilă pe termen lung, așa cum arată o o analiză atentă. (2)
(Pentru informații detaliate legate de calculele economice prezentate de Institutul Passive House, consultați linkurile de la finalul articolului sau direct site-ul passipedia.com)
Nivelul de izolare în case pasive
Valorile U (transmitanța termică) ale pereților exteriori, plăcilor de podea și zonelor de acoperiș ale caselor pasive variază de la 0,10 la 0,15 W/(m²K) (pentru clima Europei Centrale; aceste valori pot fi ușor mai mari sau mai mici în funcție de climă). Aceste valori nu sunt doar repere pentru toate metodele de construcție, ci și valorile cele mai rentabile la prețurile actuale ale energiei.
Pierderile de căldură în perioadele reci sunt astfel neglijabil de mici, iar temperatura suprafețelor interioare este aproape aceeași cu temperatura aerului, indiferent de tipul de încălzire utilizat. Acest lucru duce la un nivel foarte ridicat de confort și la o prevenire fiabilă a deteriorării clădirilor din cauza acumulării de umiditate.
În zonele cu climă mai caldă sau în lunile de vară, o izolație bună oferă și protecție împotriva căldurii. Parasolare eficiente pentru ferestre și ventilație suficientă sunt, de asemenea, esențiale pentru a asigura un nivel maxim de confort în perioadele caniculare.
Izolarea bună și construcția etanșă la aer s-au dovedit a fi extrem de eficiente în casele pasive. Un alt principiu esențial este „proiectarea fără punți termice”: izolația se aplică fără „puncte slabe” în jurul întregii clădiri, astfel încât să se elimine colțurile reci, precum și pierderile excesive de căldură. Această metodă este un alt principiu esențial care asigură un nivel ridicat de calitate și confort în casele pasive, prevenind în același timp daunele cauzate de acumularea de umiditate. (3)
Informații detaliate despre izolarea casei pasive
Valori U
Pierderile de căldură printr-o componentă standard a clădirii, adică peretele exterior, podeaua, plafonul de la ultimul etaj sau acoperișul, sunt definite de valoarea U sau coeficientul global de transfer de căldură. Această valoare indică rata de transfer de căldură printr-o anumită componentă pe o anumită zonă dacă diferența de temperatură este de un grad (1 Kelvin). Unitatea de măsură a valorii U este așadar „W/(m²K)”. Cu cât valoarea U este mai mică, cu atât nivelul de izolare este mai bun.
Pentru a calcula pierderea de căldură printr-un perete, trebuie să înmulțim valoarea U cu aria și diferența de temperatură. În Europa Centrală, temperaturile medii măsurate în perioadele severe de iarnă sunt –12 °C în exterior și 21 °C în interior.
Pentru a calcula pierderile anuale de încălzire, trebuie să înmulțiți valoarea U cu diferența medie de temperatură în perioada de încălzire cu durata perioadei de încălzire sau, în alți termeni, înmulțiți valoarea U cu gradul de încălzire ore – care este 78.000 ore pentru un climat mediu central european. (4)
Pierderea de căldură este un factor semnificativ în bilanțul energetic al unei clădiri. Orice pierdere de căldură trebuie compensată printr-un câștig corespunzător de căldură, altfel temperatura din interiorul casei va scădea.
Un sistem de încălzire compact tipic Passive House poate oferi o putere de încălzire de aproximativ 1.000 W (aceasta este puterea tipică a unui uscător de păr). Valoarea U a peretelui unei case pasive trebuie să fie destul de scăzută; în caz contrar, o parte considerabilă din această putere ar fi utilizată de peretele exterior: pentru clădirile tipice din Europa Centrală, valorile U ale pereților casei pasive ar trebui să varieze între 0,10 și 0,15 W/(m²K); în funcție de climă, aceste cifre pot fi ceva mai mari sau mai mici. (5)
Experiențe
Măsurătorile în case pasive finalizate au arătat că efectul de izolare al „straturilor groase de izolație” corespunde exact așteptărilor. Pierderile reale de căldură au fost la fel de mici pe cât au fost calculate și casele au rămas calde cu aportul minim de căldură declarat. Acest lucru este dovedit de imaginile termice care relevă temperaturi clar ridicate la suprafețele interioare ale clădirii. Componentele foarte izolante, așa cum sunt utilizate în casele pasive, au avantaje semnificative față de anvelopele standard ale clădirii, care sunt de obicei slab sau moderat izolate. (6)
Datorită pierderilor reduse de căldură, suprafața interioară rămâne la aceeași temperatură plăcută pe tot parcursul anului - chiar și fără suprafețe de încălzire din componente. Ca urmare, diferența dintre temperaturile care iradiază din diverse direcții din cameră este mică, ceea ce este o condiție prealabilă pentru un confort excelent. Temperaturile ridicate ale suprafeței interioare ajută, de asemenea, la prevenirea condensului pe suprafața componentelor. În cazul utilizării normale, daunele din cauza acumulării de umiditate în componentele exterioare ale clădirii pot fi practic excluse în casa pasivă. Acest lucru a fost demonstrat și în practică. (7)
De ce să construiești o casă etanșă?
Aerul din interior are un conținut mai mare de vapori de apă (umiditate absolută) decât aerul exterior – dacă nu este dezumidificat. Într-un climat rece, aerul din interior este răcit în timpul deplasării din interior spre exterior (numită exfiltrare). Aerul mai rece nu poate menține cantitatea mare de vapori de apă - condensarea va avea loc în anumite locuri din construcție. Acest lucru poate duce la daune grave. În climatele calde si umede, acolo unde încăperile ocupate urmează sa fie răcite, fluxul de aer va fi dominant pe direcția exterior-interior (numita infiltrare) și va cauza aceeași problemă de umiditate. Procesul descris aici este principalul motiv pentru care structura exterioară a clădirii trebuie construită etanș.
Pentru standardul de casă pasivă este necesară o etanșeitate cu adevărat bună - debitele de aer discutate aici vor fi neglijabile, ceea ce este unul dintre marile avantaje ale standardului - fără probleme de umiditate, componentele pot rezista pentru totdeauna. (8)
Principiul cheie pentru planificarea etanșeității unei clădiri este acela al „învelișului de clădire etanș continuu, neîntrerupt”, care poate fi conturat folosind „metoda creionului roșu”. Ar trebui să puteți descrie întregul înveliș al clădirii cu un creion fără întreruperi în fiecare desen în secțiune.
Trebuie clarificat modul în care se realizează conexiunea etanșă. Acest lucru arată clar că etanșeitatea este în primul rând o sarcină de planificare. Antreprenorii din construcții pot realiza acest lucru într-o manieră etanșă numai dacă a fost proiectat temeinic. (9)
Confort termic local
Este interesant că toate criteriile de confort sunt îndeplinite automat într-un mod optim cu cerințele Standardului Casă Pasivă - Izolarea termică ridicată îmbunătățește și confortul termic. Acest lucru poate fi explicat după cum urmează:
Prin îmbunătățirea izolației termice (indiferent de componenta exterioară a clădirii la care se aplică) fluxul de căldură din interior spre exterior este redus. Prin urmare, fluxul de căldură din interiorul clădirii către suprafața internă a acestei componente exterioare a clădirii este de asemenea redus. Fluxul de căldură învinge așa-numita rezistență termică a suprafeței (radiație și convecție).
Cu cât fluxul de căldură mai mic are ca rezultat o pierdere mai mică de temperatură la această suprafață, cu alte cuvinte: diferența de temperatură dintre interior (suprafețele din cameră și aerul interior) și suprafața interioară a componentei cu izolație îmbunătățită scade.
Consecințele practice sunt că, în cazul componentelor exterioare ale clădirii foarte bine izolate, temperatura suprafețelor interioare variază doar puțin față de temperatura din jur din încăpere; acest lucru se aplică atât vara, cât și iarna. Aceasta înseamnă că suprafețele interioare ale componentelor exterioare sunt moderat calde chiar și în timpul iernii (pereți exteriori, acoperișuri etc. nu mai mult de 1 °C sub temperatura aerului interior, suprafețele ferestrelor cu maximum 3 până la 3,5 °C sub aceasta [Pfluger 2003 ] (10).
Punți termice, eficiență energetică
Căldura își face drum din spațiul încălzit spre exterior. Procedând astfel, urmează calea celei mai mici rezistențe. O punte termică este o zonă localizată a anvelopei clădirii în care fluxul de căldură este diferit (de obicei crescut) în comparație cu zonele adiacente (dacă există o diferență de temperatură între interior și exterior).
Efectele punților termice sunt:
- Temperaturi ale suprafeței interioare modificate, de obicei scăzute; în cel mai rău caz, acest lucru poate duce la pătrunderea umidității în componentele clădirii și la creșterea mucegaiului.
- Pierderi de căldură modificate, de obicei crescute.
Ambele efecte ale punților termice pot fi evitate în casele pasive: temperaturile suprafeței interioare sunt atunci atât de ridicate peste tot încât nivelurile critice de umiditate nu mai pot apărea – iar pierderile suplimentare de căldură devin nesemnificative. Dacă pierderile punții termice sunt mai mici decât valoarea limită setată la 0,01 W/(mK), zona construcției îndeplinește criteriile pentru „proiectare fără punte termică”.
Dacă criteriile pentru proiectarea fără punți termice sunt respectate peste tot, planificatorii și managerul de construcții nu trebuie să-și mai facă griji cu privire la locurile reci și umede și va trebui depus mai puțin efort pentru calcularea bilanțului energetic termic.
Designul fără punți termice duce la detalii substanțial îmbunătățite; durabilitatea construcției este crescută și se economisește energia pentru încălzire (11)
Indiferent de clima sau regiunea geografică, casele pasive rămân la o temperatură confortabilă pe tot parcursul anului, cu aport minim de energie. Astfel de clădiri sunt încălzite „pasiv”, utilizând eficient soarele, sursele interne de căldură și recuperarea căldurii, astfel încât sistemele convenționale de încălzire devin inutile chiar și în cele mai reci ierni. În timpul lunilor mai calde, casele pasive folosesc tehnici de răcire pasivă, cum ar fi umbrirea strategică, pentru a menține răcoarea confortabilă. Oricum, izolația de înaltă calitate a unei case pasive menține temperatura confortabilă, exact acolo unde este nevoie. (12)
Casele pasive nu necesită sisteme de încălzire și răcire la scară convențională, ceea ce înseamnă că banii care s-ar fi dus către sisteme mai puternice de încălzire și răcire pot fi cheltuiți în schimb pe ferestre mai bune, izolație mai groasă și un sistem de ventilație - semne distinctive ale designului Casei Pasive.
Măsurătorile luate de la prima casă pasivă din Germania construită la Darmstadt în 1991, arată că chiar și atunci când maximele zilnice au scăzut la -14°C, temperaturile interioare au rămas constant peste 20°C fără utilizarea unui sistem convențional de încălzire. S-a demonstrat că cererea de încălzire este atât de scăzută, încât două becuri de 75 W ar fi fost suficiente pentru a încălzi o cameră de 20 m². (13)
Ventilație cu recuperare de căldură
Chiar și aerul proaspăt furnizat caselor pasive este adus la o temperatură plăcută înainte de a intra în casă. Un sistem extrem de eficient de recuperare a căldurii este capabil să transfere mai mult de 75% din căldura perceptibilă de la aerul evacuat folosit la aerul de alimentare proaspăt care intră. În acest fel, de exemplu, aerul evacuat la 20°C poate aduce aerul rece de alimentare într-o zi de 0°C la cel puțin 16°C, fără utilizarea încălzirii active. Când este prea cald afară, aerul extern cald poate fi răcit înainte de a intra în casă în același mod.
Sistemele de ventilație din casele pasive furnizează constant aer proaspăt, ceea ce asigură o calitate superioară a aerului din interior. Aerul dintr-o casă pasivă nu devine niciodată învechit sau înfundat, așa cum se întâmplă în casele tipice când ferestrele sunt lăsate nedeschise. Sistemele de ventilație găsite în casele pasive oferă aer proaspăt din belșug, fără polen și fără praf. Acest lucru maximizează confortul pentru toți, în special pentru cei cu alergii sau probleme respiratorii. (14)
Economisire
Eficiența energetică se află în centrul conceptului de casă pasivă. Pe parcursul unui an, o clădire pasivă nu folosește mai mult de echivalentul a 1,5 litri de petrol sau 1,5 m³ de gaz natural (15 kWh) pentru a încălzi fiecare metru pătrat de spațiu de locuit. Acest lucru poate echivala cu o reducere de peste 90% a consumului de energie pentru încălzirea și răcirea spațiului în raport cu consumul din clădirile tipice. În comparație, o construcție nouă convențională necesită încă 6 până la 10 sau chiar mai mulți litri de petrol pe an și metru pătrat de spațiu de locuit, în funcție de calitatea clădirii și de locație. (16)
De ce să construiți etanș? O casă nu trebuie să respire?
Infiltrațiile de aer prin goluri și îmbinări dintr-o clădire convențională sunt percepute drept curenți. O astfel de „ventilație” este nesigură și inconfortabilă. De asemenea, este insuficientă pentru a un aer interior sănătos și de calitate, necesitând astfel deschiderea ferestrelor în mod regulat și pentru perioade lungi de timp. Un înveliș etanș al clădirii asigură că sistemul de ventilație funcționează cât mai eficient posibil. Poate mai important, este, de asemenea, cheia pentru prevenirea apariției umezelii și a mucegaiului: în clădirile convenționale, golurile din structura clădirii permit aerului să treacă și, prin urmare, să se răcească. Acest lucru poate duce la condens care poate pune clădirea în pericol. Datorită nivelului ridicat de etanșeitate, acest lucru nu este o problemă în clădirile de tip casei pasivă. (17
Poți deschide ferestrele într-o casă pasivă?
Sigur ca poți! Totuși, într-o casă pasivă, probabil că nu veți simți nevoia să faceți acest lucru și nu este necesar în cea mai mare parte a anului. În clădirile convenționale, ocupanții trebuie să deschidă adesea ferestrele, chiar dacă afară este deosebit de frig sau umed, pentru a combate aerul viciat, precum și mirosurile și umezeala emanate din plantele și hainele umede, printre altele. Pentru a asigura o calitate a aerului asemănătoare cu cea a unei case pasive, ferestrele din clădirile convenționale ar trebui deschise la intervale regulate zi și noapte, chiar și în timpul absențelor ocupanților.
Acest lucru pur și simplu nu este fezabil și, în consecință, majoritatea caselor, școlilor și birourilor sunt insuficient ventilate. Casele pasive sunt diferite.
Sistemul de ventilație asigură aer interior de înaltă calitate, eliminând automat umiditatea și, prin urmare, îmbunătățind în mod clar confortul. Rezultatul este o clădire fără curenți de aer, fără colțuri reci și cu o aprovizionare constantă cu aer proaspăt. Filtrele fine țin departe praful, polenul și alte particule, un avantaj neprețuit pentru persoanele care suferă de astm sau alergii.
Ce este atât de special la ferestrele unei case pasive?
Ferestrele nu numai că permit luminii zilei să pătrundă în camere, ele folosesc și energia soarelui pentru a încălzi clădirea. În climă temperată rece, casele pasive au geamuri cu geam triplu, umplute cu gaz nobil, cu rame bine izolate. În timpul iernii, astfel de ferestre de înaltă calitate lasă mai multă energie termică a soarelui în clădire decât lasă afară.
În timpul lunilor mai calde, precum și în zonele cu climă mai caldă, mai aproape de Ecuator, soarele se află mai sus pe cer ceea ce conduce la reducerea cantității de căldură solară chiar cand sunt mai puțin necesare. În majoritatea climatelor, suprafețele mari de vitraj ar trebui să fie orientate în mod ideal către Ecuator; ferestrele orientate spre est sau vest pot duce mai ușor la supraîncălzire și pot oferi mai puține câștiguri solare generale în timpul perioadei de încălzire. (18)
Definiția funcțională
Designul oricăror două case pasive în locații diferite poate arăta destul de diferit. Acest lucru se poate datora gusturilor variate, tradițiilor de construcție și condițiilor climatice. Principiul călăuzitor rămâne totuși acela al reducerii sarcinilor de vârf până la punctul în care clădirea poate fi încălzită și/sau răcită cu aerul proaspăt care trebuie, în orice caz, introdus pentru a asigura o bună funcționare(19)
Referințe bibliografice:
11-https://passipedia.org/basics/building_physics_-_basics/thermal_bridges/thermal_bridge_definition
15-Thermal bridges fact sheet - The passive House Institute
16, 17, 18, 19 - ‘Passive House, Active for comfort’ brochure issued by The Passive House Institute, Darmstadt