Net-Zero-Energy vs. Passivhaus - dva pristupa energetski efikasnim zgradama

13.01.2011. | Martin Holladay | Green Building Advisor

Napomena portala Gradjevinarstvo.rs:

Oba koncepta efikasno energetskih zgrada najvišeg nivoa, net-zero i Passivhaus, podrazumevaju kvalitetnu gradnju, obradu detalja i odličnu toplotnu izolaciju objekta. Net-zero podrazumeva nultu potrošnju energije na godišnjem nivou dok Passivhaus ograničava potrošnju na 15kWh za grejanje i hlađenje po kvadratnom metru godišnje.

Dakle, za net-zero kuće manje je bitno koliko energije trošite ukoliko ste u stanju tu energiju da proizvedete u samom objektu, dok za Passivhaus solarni sistemi, toplotne pumpe i drugi dodaci ne mogu biti opravdanje da potrošite više energije nego što je standardom propisano (vidi linkove i tagove na kraju teksta).

Net-zero je već godinama cilj graditelja u SAD, dok je Passivhaus rasprostranjen u Evropi. Naravno, oba koncepta ne poznaju granice pa i Stari kontinent i Severna Amerika primenjuju oba pristupa. Postavlja se pitanje - koji je bolji? O toj dilemi piše Martin Holladay na sajtu Green Building Advisor u tekstu Net-Zero-Energy versus Passivhaus (ukoliko niste zadovoljni prevodom sasvim na kraju teksta dat je link ka originalu - prim. prevodioca).

U Evropi, građevinci zainteresovani za energetsku efikasnost gravitiraju ka Passivhaus standardu. U međuvremenu, istraživači u SAD, i nekoliko firmi, razvili su fascinaciju idejom net-zero-energy kuća. Ministarstvo energetike SAD (DOE - tag na kraju) postavilo je cilj da od 2030. godine sve nove zgrade u SAD budu podignute po net-zero-energy standardu.

Passivhaus i net-zero zgrade imaju mnogo toga zajedničkog. Oba tipa zgrada teže da smanje količinu energije koja je potrebna za grejanje i hlađenje tako što zahtevaju nizak stepen curenja vazduha (tag na kraju), deblji sloj termoizolacije, i stolariju izuzetnih karakteristika.

Dok se graditelji Passivhaus kuća trude da samim projektom i izgradnjom postignu što niži stepen potrošnje, net-zero graditelji dodaju solarne fotonaponske (PV) panele na krov na što većim površinama kako bi nadoknadili proizvedenom energijom onu koja se potroši tokom godine.

Prednosti net-zero-energy pristupa

Najbolji aspekt net-zero pristupa jeste činjenica da, zato što balansira potrošnju sa proizvodnjom energije, projektanti moraju da izmere isplativost svake mere energetske efikasnosti koju uvedu u projekat i da je uporede sa cenom solarnog PV sistema. Cilj je pronaći najjeftiniji put do optimizacije zgrade prema standardu.

Ovako ta analiza teče… Recimo da gradite u Sirakuzi, u državi Njujork. Projektanti znaju da instalacija solarnih panela na površini kapaciteta 1kW (tj. oko 7.000 dolara u SAD), proizvodi 1.123kWh godišnje, u Sirakuzi. Drugim rečima, svakih 1.000 dolara koje investirate u solarne panele nadoknađuje potrošnju energije za 160kWh godišnje.

Ukoliko uzmemo investiciju u PV panele kao merilo, moguće je izmeriti druge investicije u vrednosti od 1.000 dolara. Na primer, koliki bi bio efekat dodavanja 1.000 dolara za celuloznu termoizolaciju na tavanu? Sa dobrim programom za energetsko modelovanje (link na kraju) jednostavno je uraditi proračun - ako se ispostavi da će termoizolacija uštedeti preko 160kWh godišnje, to je bolja investicija od solarnih PV panela.

Jednom kada isprojektujete dobar omotač, svako dodatno poboljšanje povećava cenu gradnje, ali štedi sve manje i manje energije. Onog trenutka kada dodavanje debljine termoizolaciji ili broja stakala na prozorima postane skuplje od PV panela, tada treba preispitati logiku investicije.

Ukoliko gradite net-zero kuću, tj. kuću sa PV sistemom na krovu, nema mnogo smisla investirati u termoizolaciju ukoliko ona neće uspeti da sačuva onoliko energije koliko može da je proizvede solarni sistem.

Godine 2004, inženjeri u Nacionalnoj laboratoriji za obnovljivu energiju - NREL-u u Golden-u, Kolorado (vidi tag na kraju), razvili su softver pomoću kog se dobijaju proračuni neophodni da bi se odredio najjeftiniji put do net-zero kuće. Nažalost, ovaj program još uvek nije dostupan javnosti.

Jabuke za pomorandže

Većina graditelja Passivhaus kuća zalaže se za investiciju u poboljšanje omotača koja košta znatno više od solarnog PV sistema. Njihov glavni argument je sledeće: upoređivanje termoizolacije sa solarnim sistemom je poređenje jabuka i pomorandži. Dok solarni sistem može da služi 30 do 40 godina, za to vreme zahtevajući održavanje ili popravke, izolacija će vrlo verovatno trajati znatno duže, i doslovce nije potrebno nikakvo održavanje.

Ovaj argument stoji. Ipak, treba ustuknuti i razmotriti situaciju iz druge perspektive kada se velike količine termoizolacije koriste da bi se sačuvalo samo nekoliko kWh godišnje - klasičan primer je termoizolacija temeljne (podrumske) ploče koja u nekim slučajevima prelazi i 35cm EPS-a.

Daleko više energije će biti sačuvano ukoliko dve kuće imaju po 17cm izolacije ispod temeljne ploče nego kada jedna ima 35cm a druga uopšte nema termoizolaciju u ovom delu. Ovaj primer postavlja pitanje da li je opredeljenje za veoma debele slojeve izolacije na velikom broju kuća primereno koristiti u pogledu ograničenih resursa na planeti?


Prednosti Passivhaus pristupa

Najbolji aspekt Passivhaus pristupa je to što ne pada u zamku pretpostavke da je na krovu stambenog objekta najbolje postaviti proizvodnju električne energije. Teško je razumeti zašto su mnogi istraživači u SAD zaključili da ivestitori treba da postavljaju solarne sisteme na krovove svojih kuća.

Zapravo, proizvodnja električne energije na krovovima stambenih kuća čak retko ima smisla iz sledećih razloga:

  • ovi krovovi su često u senci drveća ili susednih zgrada
  • mnogi krovovi nemaju optimalan ugao ili orijentaciju za instalaciju solarnog sistema.
  • solarni sistem na krovu znatno komplikuje ponovno zatvaranje krova
  • većina investitora ne želi da se bavi održavanjem i popravljanjem opreme za proizvodnju energije
  • jeftinije je proizvoditi električnu energiju na farmama vetrogeneratora, pa čak i u solarnim elektranama u pustinjama (SAD), nego malim solarnim sistemima
  • olakšice (manji porezi, subvencije) za investitore koji na svoje kuće postave solarne sisteme opterećuje budžete i cenu električne energije za širu populaciju
  • programi koji za cilj imaju promociju postavljanja PV sistema na kuće izvlače novac koji bi mogao biti bolje uložen u investicije sa više smisla jer po uloženom dolaru štede više energije (na primer zaptivanje tavanice)
  • postoje daleko jeftiniji načini da se smanji emisija ugljenika nego što su to solarni PV sistemi, na primer, unapređenje starih termocentrala na ugalj novim tehnologijama (kogeneracija i sl).

Kombinacija najboljeg iz oba pristupa

Iako sam svestan da je procenjeni vek termoizolacije duži od onog za solarne sisteme, mislim da bi trebalo uzeti cenu PV sistema kao kontrolnu tačku za cenu bilo kog elementa za poboljšanje omotača. To je jednostavan način da se zauzda projektant koji preti da pređe granicu.

Sa druge strane, to ne znači da će superizolovana kuća obavezno profitirati od solarnog sistema na krovu. Ukoliko uradite proračun, videćete da investitori koji novac ulože u PV sisteme plaćaju svoju energiju više nego oni koji je kupuju od distributera.

Vratimo li se primeru kuće u Sirakuzi, država Njujork, ustanovićemo da 1.000 dolara uloženih u solarni sistem štedi samo 19 dolara godišnje, kada se računa cena od 12 centi po kWh. Drugim rečima, ovi investitori namerno biraju skup izvor energije (uz izuzetak*).

Napomena*: u delovima SAD gde postoje velike poreske olakšice, subvencije i nadoknade za otkup električne energije iz mini-solarnih sistema, investitoru se može isplatiti ovakvo ulaganje. Međutim, to je moguće jedino kada investitor deo svojih troškova prebaci na potrošače električne energije iz distributivne mreže i poreske obveznike, tj. na svoje susede.

Činjenica da je električna energija iz solarnih izvora i dalje veoma skupa jeste još jedan razlog zašto treba biti oprezan sa debljom izolacijom ili boljim prozorima koji štede manje kWh godišnje po uloženom dolaru od PV sistema.

Projektant koji se zalaže za koncept izolacije koja prelazi cenu PV sistema zasniva svoj stav na pretpostavci da će cena naftnih derivata u budućnosti biti veća od sadašnje cene električne energije iz solarnih sistema. To je malo verovatan scenario, uzimajući u obzir da je cena električne energije proizvedene na farmama vetrenjača već daleko niža od cene solarne energije, i uzimajući u obzir da cene PV panela stalno padaju.

Ukoliko investitor pozajmljuje novac da plati termoizolaciju koja košta više od solarnog sistema, hipoteka mu se zasniva na ivesticiji koja se isplaćuje u budućnosti samo ako cena energije iz termocentrala u budućnosti bude skuplja od energije iz solarnih sistema. Po meni, to je rizična investicija.

Dakle, ovo je moja preporuka: neka vaša kuća bude projektovana po net-zero konceptu da optimizijute svoje troškove, međutim, ne kupujte niti postavljajte solarni sistem.

Da li su neki elementi Passivhaus standarda proizvoljno?

Zagovornici Passivhaus-a se naježe kada čuju eksperte za energiju koji kažu da su neki elementi standarda zapravo proizvoljni - na primer, ograničenje curenja vazduha (0.6 ach50 - 0,6 izmena na sat, na 50Pa razlike pritiska spoljašnjeg i unutrašnjeg vazduha) ili godišnju potrošnju za grejanje i hlađenje od 15kWh/m²/godina.

Zagovornici daju sledeća objašnjenja u vezi sa ovim temama:

  • standard 0.6 ach50 garantuje kvalitet gradnje i dugotrajnost objekta (vidi više ne linku Passivhaus u SAD)
  • standard 15kWh/m²/godina jeste minimum potrošnje koji je potreban da bi se omogućilo grejanje isključivo kroz ventilacioni sistem, bez klasičnog aktivnog sistema grejanja.

Na primer, u vezi sa prvom tvrdnjom, dr Wolfgang Feist koji je utemeljio Passivhaus standard, kaže:

- Zaptivenost objekta jeste nešto čega moramo da se držimo u svim klimatskim uslovima. Postoji samo nekoliko specifičnih klimatskih zona gde ovo ne mora biti uslov, na primer, u San Francisku. Tu ne morate postići izuzetnu zaptivenost, ali u svakoj drugoj klimi bi trebalo.

- Glavni zadatak sprečavanja curenja vazduha, i ovog zahteva u standardu, jeste da se izbegne oštećenje omotača i konstrukcije. Imate loš unutrašnji vazduh sa višim stepenom vlažnosti, i ukoliko postoji isparavanje kroz konstrukciju i omotač pojaviće se brojni problemi sa pojavom kondenza.

- Ovo je glavni razlog zašto želimo da postignemo potpunu zaptivenost, pa čak i u suptropskim, i naravno, tropskim krajevima, gde takođe dolazi do oštećenja kada nema zaptivenosti.

Feist-ova izjava ne uspeva da odgovori na pitanja. Mnogi sistemi gradnje su dovoljno dobri da su skoro imuni na oštećenja nastala curenjem vazuda. To su, na primer ICF zidovi (link na kraju). Štaviše, postoje primeri ozbiljnih oštećenja konstrukcije koji nemaju veze sa curenjem vazduha.

Najpoznatiji takav primer su kući u Juneau, Aljaska, koje su pretrpele katastrofalna oštećenja krova usled konvektivnih vrtloga koji prolaze kroz spojnice SIP-a (link na kraju). Ovi vrtlozi prouzrokovani konvekcijom vodili su ka pojavi kondenza i truljenja, čak i kada nije bilo curenja vazduha.

Na kraju, skoro sve kuće sa drvenom konstrukcijom, sa curenjem vazudha od 2 do 3 ach50, sasvim se dobro ponašaju u praksi, bez ikakvih dokaza u vezi sa oštećenjem konstrukcije.

Zašto količina energije za grejanje mora biti tako niska?

Kada se govori o ograničenju od 15kWh/m²/godina, ovde se u najvećoj meri zapravo govori o ograničenjima koje ima grejanje kroz ventilacioni sistem (toplim vazduhom), makar u Centralnoj Evropi. Na Passipedia sajtu piše:

“Passiv House (engleska varijanta nemačkog izraza Passivhaus) jeste grada u kojoj toplotni komfor (ISO 7730) može biti postignut samo zagrevanjem ili hlađenjem sveže vazdušne mase (vazduh za ventilaciju) koja je potrebna da bi se postigli zahtevani uslovi kvaliteta unutrašnjeg vazduha - bez dodatne potrebe za daljim kruženjem vazduha...

Sve dobro zaptivene zgrade (i sve ostale energetski efikasne zgrade moraju biti zaptivene) moraju imati efikasan ventilacioni sistem. U Passiv House-u ovaj sistem se istovremeno koristi i za grejanje, bez potrebe za dodatnim instalacijama, ostalim većim tehničkim uređajima, pomoćnim ventilatorima, itd…

Zato treba izbaciti jedan od dva sistema:

  • klasični ventilacioni sistem uz zadržavanje aktivnog sistema za grejanje (na primer samo uz izlazne instalacija - exhaust)
  • sistem za grejanje tako što će njegovu ulogu podjednako dobro preuzeti ventilacioni sistem - tada zgrada postaje Passivhaus.

Ovaj koncept zagrevanja automatski podrazumeva ekstremno nisku potrošnju energije. Na kraju, korišćenje svežeg vazduha za zagrevanje bez dodatnih grejnih instalacija može da radi samo ako zgrade imaju minimalne gubitke.”


U hladnijim delovima Skandinavije i Severne Amerike,  veoma je teško postići potrebnu temperaturu samo uz pomoć vazduha koji dolazi kroz ventilacioni sistem. Ovo ne mora biti problem, jer dr Feist kaže da se savršeno u redu da Passivhaus zgrade dobijaju toplotu i putem drugih mehanizama.

Feist-ov ustupak je svakako koristan. Međutim, jednom kada je dozvoljeno koristiti bilo koji drugi sistem, ograničenje od 15 kWh/m²/godina gubi svoj originalni značaj.

Hiljade dolara izolacije da bi se uštedelo samo nekoliko BTU-a

Na kraju krajeva, zaista nije važno da li su Passivhaus ograničenja proizvoljna ili su utemeljena na konzistentnoj filozofiji uštede. Ono što je važno jeste pitanje da li veoma debeli (i skupi) slojevi termoizolacije koji su potrebni da bi se postigao standard u hladnim klimama mogu biti opravdani energetskim uštedama?

U severnim područjima, ispunjenje ograničenja 15kWh/m²/godina, zahteva količinu termoizolacije koju je teško opravdati. Na primer, Phil Kaplan, arhitekta iz Mejna, projektuje superizolovani objekat za investitorku iz  Falmouth-a, Claudia King.

Radeći sa energetskim konsultantom Marc Rosenbaum-om, Kaplan je predložio seriju adaptacija termoizolacije kako bi se smanjila potrošnja energije - uključujući 10cm poliizocianuratne pene (polyisocyanurate foam - foto iznad - vidi link na kraju) sa spoljašnje stranefasadnih zidova. Na kraju se ispostavilo da im i dalje nedostaje ušteda kako bi postigli Passivhaus standard.

Izračunali su da je potrebno još 5cm poliizo-a na fasadi, tj. ukupno 15cm, kako bi uspeli da postignu Passivhaus zahteve. Ali ovo bi podiglo cenu gradnje za još 2.880 dolara, dok bi uštedelo samo 950BTU po kvadratnoj stopi godišnje (BTU - British Thermal Unit).

Pod pretpostavkom da se toplotni komfor postiže uz pomoć minisplit grejača efikasnosti 2,0 (COP = 2,0 - coefficient of performance), dodatna izolacija bi sebe isplatila za oko 58 godina.

- Želeli smo da vidimo da li možemo da postignemo Passivhaus standard - rekla mi je investitorka - Mislili smo da će zaista biti lepo kada bismo dobili sertifikat. Uradili smo sve preoračune i shvatili da nam treba još poboljšanja - da dodamo više izolacije na tavanu, i više na spoljnim zidovima.

- Izračunali smo da cena ovoga nije vredna cilja koji bismo postigli - uštede nisu bile vredne investicije. Postigli bismo iste troškove za energiju kada bismo na krov dodali solarni sistem pa ovaj trošak nije bio opravdan.

Linkovi:

  • Kalifornijski snovi – Net Zero Energy - link
  • Passivhaus u SAD - link
  • Dnevnik jednog Passivhaus gradilišta - Denby dale Passivhaus UK - link
  • PassivHaus – osnovni saveti i alati za projektovanje pasivne kuće - link
  • Modelovanje energetski efikasnih zgrada - od idejnog arhitektonskog rešenja - link
  • ICF - termoizolovani armirano-betonski zidovi visokih performansi - link
  • SIP (structural insulated panel) - gradnja drvenim termoizolacionim panelima - link
  • Izolacija poliizocianuratnom penom - link
  • Top 10 zelenih proizvoda za 2010. godinu (poliizocianuratne ploče) - link
  • Kaplan Thompson Architects - www.kaplanthompson.com
  • Original teksta - link

 

Komentari: 0

TEKSTOVI /iz kategorije/


Anketa

Kojom vrstom toplotne izolacije je izolovan vaš stan/kuća?
Gradjanin 19.10.2017.
Kinezi grade srBsku infrastrukturu za srbe ...
Vesna Ramovic 15.10.2017.
Molim Vas kolika je cena lifta za dvospratn...
Lepa 09.10.2017.
Neće dobiti dozvolu ni biti legalizovati, a...
Milena 09.10.2017.
Ozakonjeno i dosta objekata koji su gradjen...
Sada 27.09.2017.
Cijena lifta hvala