Padomi ēku energoefektivitātei būvniecībā

Latvijā saskaņā ar ēku energoefektivitātes likumu energoefektivitāti nosaka, ņemot vērā:

ēkas norobežojošo konstrukciju siltumvadītspēju,
apkures sistēmu,
karstā ūdens apgādi,
kondicionēšanas sistēmu,
ventilāciju,
iebūvētās apgaismes sistēmas, novietojumu.

Svarīgi ir tas, ka energoefektivitātes kritērijs ir ne tikai LBN 002-01 siltuma caurlaidības koeficienta U* rn (W/m 2/K) vērtību ievērošanu, bet kopējie siltuma zudumi uz apkurināmās platības vienu kvadrātmetru gada laikā. Tātad, lai samazinātu enerģijas patēriņu apkurei, karstā ūdens apgādei un elektroenerģijai, projektētājiem jāmaina domāšana.

Arhitekta un konstruktora uzdevumi

Jāatceras, ka ēkas siltuma zudumu samazināšana sākas ar projekta arhitektoniskā risinājuma izstrādi. Arhitektam jāatrod kompromiss starp ēkas funkciju un estētiku, ievērojot pēc iespējas mazāku ārējās virsmas un apkurināmā būvtilpuma attiecību, optimālu logu un virmas attiecību pret grīdas laukumu, ēkas novietojumu un stikloto virsmu orientāciju pret debespusēm.

Konstruktoram jādomā par norobežojošo konstrukciju materiāliem un mezglu risinājumiem. Ventilācijas inženieriem jāizvēlas tādi tehnisko risinājumu varianti, kas ekonomē enerģiju un nodrošina nepieciešamo gaisa apmaiņu. Apkures speciālistam jāatrod optimālākais apkures variants. Praktiski visus šos jautājumus ir grūti izolēt un labākos rezultātus var sasniegt tad, ja pie projekta strādā visu minēto speciālistu kolektīvs.

Labs mikroklimats telpās

Jāteic, ka ne mazāk svarīgs par siltuma zudumu samazināšanu ir veselīgs mikroklimats dzīvojamās telpās. Higiēnas speciālistu pētījumi apstiprinājuši, ka lielākā daļa hronisku slimību cilvēkam rodas slikta telpu mikroklimata dēļ. Saskaņā ar sanitārajām normām to nosaka temperatūra, relatīvais gaisa mitrums un CO 2 saturs gaisā. Labvēlīga šo parametru nodrošināšana saistīta ar zināmiem izdevumiem ventilācijas un apkures sistēmu izbūvē. Svarīga nozīme ir arī norobežojošo konstrukciju materiāliem. Diemžēl daudzas firmas joprojām strādā pēc principa – „lētāk uzcelt, dārgāk pārdot”. Arī būvuzraudzība ne vienmēr ir līmenī vai tās vispār nav.

Uz cilvēka pašsajūtu lielu iespaidu atstāj CO 2 daudzums telpās. Ja gaisa apmaiņa neatbilst sanitārajām normām, vērojami tādi negatīvi simptomi kā acu un aizdegunes iekaisums, galvassāpes, migrēna, nogurums.

Tādējādi raksta ievada daļas noslēgumā var secināt, ka ēkas projektēšana ar zemu energopatēriņu un komfortablu mikroklimatu telpās ir visai sarežģīts process, kas prasa vairāku kompetentu speciālistu līdzdalību.

Jāizskata divi jautājumi:

1) Vai Ēku energoefektivitātes likums pieprasa projektēt zema energopatēriņa ēkas?

2) Vai pasīvajai mājai pastāv alternatīva, kas efektīvi samazinātu enerģijas patēriņu apkurei?

Lai atbildētu uz pirmo jautājumu, vispirms precizēšu terminu „zema energopatēriņa ēka”. Saskaņā ar Eiropas Savienības pieņemto gradāciju šādas ēkas gada laika patēriņš uz 1 m2 apkurināmās platības nepārsniedz 40 kWh/m2, pasīvajai mājai Vācijā – 15 kWh/m2, pasīvajai mājai Ziemeļvalstīs pēc speciālistu uzskata – 25 kWh/m2. Aprēķinot kopējo rādījumu, šim skaitlim jāpieskaita enerģijas patēriņš karstā ūdens apgādei, sadzīves tehnikai un apgaismei. Vidēji tas svārstās no 60 – 80 kWh/m2.

Vai Ēku energoefektivitātes likums pieprasa projektēt zema energopatēriņa ēkas?

1.attēlā ir parādīts energoefektivitātes novērtējuma saskaņošana ar Ēku energoefektivitātes likumu. Kā redzams, tajā pietiek ar kopējā enerģijas patēriņa (apkure+karstais ūdens+elektrība) norādi skalā „ļoti labi – ļoti slikti”. Nav jāuzrāda ne energoefektivitātes klases, kā tas pieņemts visās Latvijas kaimiņvalstīs, ne maksimāli pieļaujamais patēriņš, kas noteikts, piemēram, Igaunijā (vienģimenes ēkai – 180 kWh/m2.

Tādas atšķirības izskaidrojamas ar to, ka Eiropas Padomes un Parlamenta 2004. gada un 31. marta direktīva 200219IIEK no 2009. gada pieprasa sertificēt gan projektējamās, gan uzbūvētās ēkas. Tiesa, katrai valstij ir tiesības pēc sava ieskata norādīt vai nenorādīt minimālās prasības kopējam enerģijas patēriņam. Speciālistu grupa, kas izstrādāja Ēku energoefektivitātes likumu Latvijā, dotajā etapā tās noteikt uzskatīja par nevajadzīgu un palika pie ieteikuma energosertifikātam pievienot priekšlikumus energoefektivitātes uzlabošanai. Ņemot vērā sociālos un politiskos aspektus, šo variantu var uzskatīt par pamatotu: krasa šo prasību paaugstināšana neizbēgami saistīta ar dzīvojamās platības kvadrātmetru izmaksu sadārdzinājumu.

Eiropas Savienībā lielākoties ir pieņemts: lai dabūtu bankas kredītu dzīvoklim vai mājai, neto algai jābūt ne mazākai par 1 m2 dzīvojamās platības izmaksu. Tāpēc, ja tiks strauji paaugstinātas izmaksas, daudzi nespēs atrisināt savas sadzīves problēmas, sevišķi pašreizējā ekonomiskajā situācijā.

Tātad atbilde uz pirmo jautājumu ir: Ēku energoefektivitātes likums nepieprasa projektēt zema energoptēriņa vai pasīvās ēkas. Pašreiz tas notiek pēc brīvprātības principa. Taču nav pamata to aizmirst pavisam, jo ir Eiropas Parlamenta lēmums, ka līdz 2019. gadam visām jaunbūvēm jāatbilst nulles enerģijas prasībām, respektīvi, tām jāsaražo tik daudz, cik patērē apkurei. Tāpēc, lai pasīva vai zema energopatēriņa ēka atbilstu nulles enerģijas prasībām, apkurei jāizmanto ne tikai zemes siltumsūkņa, bet arī solārā vai vēja enerģija. Tomēr, lai nodrošinātu varbūtēju enerģijas patēriņa mainīgumu arī nulles enerģijas mājām, tiek ieplānots pieslēgums vietējam energotīklam.

Pārejai uz nulles enerģijas mājām jānotiek pa posmiem. Tas prasa ilgu laiku, vispusīgu jautājumu analīzi, speciālistu diskusijas un faktiskā enerģijas patēriņa pārbaudi objektā.

Vai pasīvajai mājai pastāv alternatīva, kas efektīvi samazinātu enerģijas patēriņu apkurei?

Tālāk apskatīšu otro jautājumu, t.i., vai pasīvai mājai pastāv alternatīva, kā efektīvi samazināt enerģijas patēriņu apkurei. Pasīvās mājas koncepcija pasaulē vairs nav jaunums. Tās pamatlicējs ir vācu pētnieks Volfgangs Feists. Pie šīs koncepcijas radīšanas strādājuši arī zviedru profesors Bo Adamsons un ASV pētnieks Džeimss Kečadorians (James Kachadorian).

1996. gadā V.Feists Darmštatē nodibināja Pasīvās mājas institūtu (Passivhaus institut). Kopš tā laika pagājuši 13 gadi un viņa ideja ir pārņēmusi Vāciju un Austriju, taču tāpat ēkas, kas šim standartam atbilst pilnībā vai daļēji, ir radītas arī citās valstīs.’

Ļoti augstas siltuma caurlaidības koeficienta U (kWh/m2) prasības tiek uzstādītas ārējām norobežojošām konstrukcijām (skat. 1. tabulu), tāpēc siltuma izolācijas biezums tādās ēkās mūsu klimatiskajos apstākļos sasniedz 60-70 cm tagadējā būvnormatīva LBN 002-01 prasīto 10-15 cm ietā. Taču raksturīgākais pasīajām mājām ir tas, ka tajās nav apkures sistēmas ar silto grīdu vai radiatoriem. Ja ziemā apkures nepietiek, temperatūra tiek regulēta ar siltā gaisa padevi pa ventilācijas sistēmu.

Termins „pasīvā māja” radies tāpēc, ka apkurei tiek izmantota nevis aktīvā enerģija no elektrotīkla vai apkures katla, bet gan tikai pasīvā enerģija, respektīvi, tā, ko rada esošie cilvēki, sadzīves tehnika un solārā enerģija pa logiem.

Kā jau minēju, pasīvās mājas apkurei Vācijā un Austrijā tiek patērēts tikai 15 kWh/m2. Tāpēc ideja par māju, kas pēc būtības atgādina termosu, ir visnotaļ pievilcīga.
Arī Latvijā visi autori ir tikai „par”, turklāt pasīvās mājas koncepcija galvenokārt tiek saistīta ar tā saucamo zaļo būvniecību. Šajā ziņā atšķiras A.Builevica raksts „Pasīvās mājas modelis Latvijas klimatiskajos apstākļos (Latvijas Būvniecība, 2007, nr.5), kur uzskaitītas ne tikai priekšrocības, bet arī problēmas. Minēšu dažas no tām. Pirmkārt, problēmas var radīt slikta būvdarbu kvalitāte. Pasīvajai mājai nedrīkst būt termiskie tilti, tāpēc savienojumi jāizpilda ar milimetra precizitāti. Pasīvajai mājai jābūt gaisa necaurlaidīgai, ko siltinātās vairāk slāņu konstrukcijās ir grūti sasniegt. Plānojumā jāņem vērā, kas pasīvajai ēkai nav bēniņu, logus nevar paredzēt visās debespusēs. Tāpēc jāsamierinās, kas logu kaut kur nebūs vai tie būs mazāki.

Kā ekspluatēt pasīvo māju?

Klientam, kas vēlas uzbūvēt sev pasīvo māju, jārēķinās ar komforta ierobežojumiem. Tā, piemēram, logus drīkst atvērt tikai karstās vasaras dienās. Gaisa apmaiņai par ventilācijas sistēmu jābūt pilnībā automatizētai un drošai ekspluatācijā. Ventilācijas sistēmai ziema automātiski jāregulē siltā gaisa padeve atkarībā no tā, cik cilvēku un cik ilgi uzturas telpās, vai ir ieslēgta sadzīves tehnika un cik intensīva ir solārā enerģija, kas iekļūst pa logiem. Sakarā ar to, daži speciālisti ironizē, ka Ziemeļvalstu klimata pasīvā māja bez papildus apkures sistēmas ir kārtējais mēģinājums radīt „perpetum mobile”. Zināmā mērā to apliecina Norvēģijas, Zviedrijas un Somijas pieredze – ja ēkā nebija paredzēta papildus apkure ar silto grīdu vai radiatoriem, cilvēki izjuta lielu diskomfortu.

Norvēģijas pieredze parādīja: ja pasīvās mājas koncepcija izmantota tikai daļēji, salīdzinājumā ar Latviju bargajos klimatiskajos apstākļos, reāli var sasniegt ļoti nelielu enerģijas patēriņu apkurei (15-30 kWh/m2). Tas nozīmē, ka ēkai jābūt bez aukstuma tiltiem, ar ļoti mazu gaisa caurlaidību un logiem, kuru U rn vērtība nepārsniedz 1,0 W/m2K.

Apkurei ar silto grīdu vai radiatoriem energopatēriņa izdevumu samazināšanai sevišķa vērība tiek pievērsta nevis maksimālai siltuma izolācijas biezuma palielināšanai, bet ventilācijas sistēmām ar gaisa rekuperāciju, zemes siltumsūkņu un solārās enerģijas izmantošanu. Citiem vārdiem sakot, šajā gadījumā ir runa nevis vairs par pasīvās mājas standartu, bet par zema energopatēriņa mājas koncepciju.

Pasīvajai mājai galvenā koncepcija ir orientēta uz norobežojošo konstrukciju siltināšanu ar minerālvati 60-70 cm biezumam, savukārt, zema energopatēriņa ēkā tādu pašu efektu var sasniegt ar plānāku siltuma izolācijas slāni, izmantojot inženiertehniskās iekārtas – efektīvu ventilācijas sistēmu, zemes siltumsūkņus un solāro enerģiju karstā ūdens sagatvošanai. Tāpēc zema energopatēriņa māja ir alternatīva pasīvajai – kas ir ļoti svarīgi Latvijas klimatiskajos apstākļos.

Turpmāk par to, kādu efektu apkures enerģijas samazināšanā var sasniegt, nemainot LBN 002-01 norādīto norobežojošo konstrukciju U rn vērtības un izmantojot izplūdes ventilāciju ar gaisa rekuperāciju, zemes siltumsūkņus un solāro enerģiju karstā ūdens sagatavošanai.

2.attēlā ir parādīts kopējais siltuma zudumu sadalījums ēkā ar dabīgo ventilāciju, kurai:
1.jumta laukums ir 66 m2, U=0,2 W/m2 K
2.ārsienu laukums ir 170 m2, U=0,3 W/m2 K
3.grīdas laukums ir 66 m2, U=0,25 kWh/m2
4.apkurināmā platība ir 132 m2
5.stikloto virsmu laukums ir 40 m2, U=1,8 kWh/m2

Kā redzams 3.attēlā, lielākie siltuma zudumi notiek nevis pa ārsienām, kā bieži domā, bet pa stiklotām virsmām (27 procenti) un ar dabīgo ventilāciju (21 procents), karstā ūdens sagatavošana sastāda 21 procentu. Kādas ir kopējo siltuma zudumu vai enerģijas patēriņa samazināšanas iespējas? Ar datorprogrammu „DOF – Energia 2.0” veiksim dažus aprēķinus:
A.variants – dabisko ventilāciju aizvieto ar mehānisko ventilāciju un gaisa rekuperāciju (sasildīšanu – atdzesēšanu). Tā kā Latvijas būvnormatīvā ir salīdzinoši zemas prasības logu siltuma caurlaidības koeficientam Uw=1,8 (W/m2 K), aprēķinā pieņemts Uw=1,4 (W/m2 K) – tādus Latvijā izgatavo vairākas firmas.
B.variants – tas pats, kas A variantā ar zemes siltuma sūkni.
C.variants – tas pats, kas B varianta ar solāro enerģiju siltā ūdens sagatvošanai
D.variants – mehāniska ventilācija ar gaisa rekuperāciju, zemes siltuma sūkni un solāro enerģiju siltā ūdens sagatavošanai.

Norobežojošās konstrukcijas:
1.ārsienas no 375 mm gāzbetona blokiem bez papildus siltinājuma, tilpuma masa – 300 kg/m3, U=0,22 W/m2 K
2.jumts no 250 mm gāzbetona paneļiem, tilpuma masa 470 kg/m3 un 200 mm minerālvates siltinājums, U=0,13 W/m2 K
3.pagrabstāva pārsegums no 250 mm gāzbetona paneļiem, tilpuma masa 470 kg/m3 un 150 mm minerālvates siltinājums U=0,15 W/m2 K
4.logi ar U=1,0 W/m2 K. Šādu logu ražošanas ir apgūta Latvijā.

Iespējams 2. tabulas rezultāti arī speciālistiem ir visai negaidīti un ļauj izdarīt šādus secinājumus:
1.nemainot normatīvās vērtības LBN 002-01 Urn vērtības (neskaitot logus), enerģijas patēriņš apkurei var sasniegt 25-28 kWh/m2, kas ir ļoti augstas klases rādītājs
2.salīdzinot C un D variantu, redzams, ka tālāka siltuma caurlaidības koeficienta vērtības paaugstināšana dod zināmu efektu – praktiski tiek sasniegts pasīvās mājas enerģijas patēriņa līmenis: 16 kWh/m2. Papildus siltinājuma biezums šajā gadījumā nav 60-70 cm, kā tas ir Pasīvajai mājai, bet 15-20 cm.
3.vislielāko efektu dod nevis maksimāla siltuma izolācijas palielināšana, bet inženiertehniskās iekārtas (ventilācija ar gaisa rekuperāciju, siltuma sūkņi, solārā enerģija, karsta ūdens sagatavošana).

Starp citu, Zviedrijā, kur klimatiskie apstākļi ir līdzīgi kā Latvijā, vidējais enerģijas patēriņš ģimenes mājas apkurei, karstā ūdens sagatavošanai un elektrībai ir 150 kW/m2.

Patīkami, ka zema energopatēriņa ēkas koncepciju praktiski sākuši lietot arī projektētāji un celtnieki Latvijā. Piemēram, ciemats Baložu Venēcija, kas uzcelts būvinženiera Māra Lipes vadībā.
Tur izmantots: ārsienām Aeroc EcoTerm gāzbetons bez papildus siltinājuma apkurei – zemes un gaisa siltuma sūkņi, kā arī saules kolektori karstā ūdens sagatavošanai.

Līdzīgu projektu Ogres novadā realizējusi SIA Artiva Artūra Gredzena vadībā. Ģimenes mājas projektēšanā izmantota nevis pasīvās, bet zema energopatēriņa ģimenes mājas koncepcija, t.i., ventilācija ar rekuperāciju, zemes siltuma sūknis, apkure ar silto grīdu. Konstrukcija – rūpnieciski ražoti koka karkasa elementi. Siltinājums: ārsienas beramā ekovate 27 cm biezumā, aukstajā bēniņu telpā 40-60 cm. Trīs gadu ekspluatācija pierāda: vidējais energopatēriņš sastāda 23 kWh/m2, kas ir ļoti tuvs 2. tabulas datiem (sk. B variantu). Kas attiecas uz siltuma izolācijas biezumu Ogres projektā, tad no koka karkasa ēkām salīdzinot ar masīvajām gāzbetona, keramikas, bloku un masīvkoka ārsienām, ir mazāka siltuma inerce un lielāka gaisa caurlaidība. Tas jākompensē ar biezāku siltuma izolācijas slāni.

Realizējot zema energopatēriņa ēkas koncepciju, var sasniegt tikpat zemu enerģijas patēriņu apkurei kā pasīvajai mājai. Taču šai koncepcijai ir būtiska priekšrocība, jo nav jāsaskaras ar iepriekš minētām pasīvās mājas problēmām. Zema energopatēriņa ēkas koncepcija pilnībā atbilst ilgtspējīgas jeb biedrības „Zaļās mājas” formulētajiem kritērijiem.

Slēdziens

Energopatēriņa samazināšana jāsāk ar ēka arhitektonisko risinājumu un vispusīgu siltuma zudumu samazināšanas analīzi jau projektēšanas stadijā. Projektu mainīšana celtniecības laikā vai pēc būvdarbu pabeigšanas ievērojami sadārdzinās visas izmaksas. Lēmumiem jāpievieno ekonomiskie aprēķini ar prognozi par to, cik ilgā laikā izdevumi enerģijas patēriņa samazināšanai atmaksāsies. Tas viss kopumā no projektētājiem prasa mainīt domāšanu.

Teksts - JAZEPS PAPLAVSKIS, DR.SC. ING.