Търси

Как да използваме пасивните техники за летен комфорт

Когато говорим за енергийна ефективност в сградите и в частност в еднофамилни къщи, основният акцент е намалението на консумираната енергия за отопление.

Как да използваме пасивните техники за летен комфорт

Как да използваме пасивните техники за летен комфорт Автор / Източник: Светла Бонова, ИГ ПАСИВНИ СГРАДИ

Когато говорим за енергийна ефективност в сградите и в частност в еднофамилни къщи, основният акцент е намалението на консумираната енергия за отопление. Това е логично, тъй като тя има най-голям дял в общите годишни енергийни разходи. За осигуряване на по-голям комфорт на обитаване и през лятото все повече домакинства монтират климатици. В сградите с нежилищно предназначение, където топлинните печалби могат да достигнат много по-големи нива, оборудването с охлаждаща техника е неизбежно.

Наистина ли охлаждащите системи са единствено възможният вариант за осигуряване на прохлада през лятото и дали използването им навсякъде и винаги е наложително при нашия климат? Не и когато се използва правилна комбинация от пасивни охлаждащи мерки още на фаза проектиране на нови сгради или реновация на съществуващи. Дори и когато пълният набор от пасивни мерки не може да се осъществи поради функционални или архитектурни причини и така да се елиминира необходимостта от охлаждащи инсталации, пасивното охлаждане значително намалява необходимата енергия за захранване на охладителната техника.

В широк смисъл пасивни са такива сгради, за отоплението и охлаждането на които се използват външни природни източници (например слънчевата светлина) и т.нар. кладенци (хладният нощен въздух). При тях не се включват каквито и да било механични системи.

В тесен смисъл пасивна сграда е такава, чийто комфортен вътрешен климат може да бъде поддържан без активни отоплителни или охладителни системи при лимитирана консумация от 15kWh/m2* специфична енергия за отопление и вентилация и съответно 120kWh/m2 годишно за общото първично енергийно потребление за всички нужди – отопление, вентилация, битова гореща вода, домакински и допълнителни електроуреди. В този случай говорим за стандарта „Пасивна сграда”, разработен в Германия, при който се използват пасивни техники за отопление и охлаждане, но и механични системи – вентилация за гарантиране на комфортна среда, механични и електрически устройства за контрол на пасивните мерки.

Критерии за постигането на стандарта „Пасивна” сграда са:
• Пасивни архитектурни мерки – подходяща ориентация спрямо посоките на света, компактна форма, засенчване.
• Външна плътна обвивка на сградата с коефициент на топлопреминаване (U-стойност) < 0.15 W/(m²K).
• Елиминиране на топлинните мостове.
• Остъкления (комбинирано стъклопакет и прозоречните профили) U-стойност < 0.8 W/(m²K) с коефициент за слънчеви печалби G около 50%.
• Въздухопроницаемост на сградата 0,6 пъти нейния обем при разлика в наляганията на въздуха вътре и вън от 50 Ра.
• Вентилационна механична система с усвояване на топлината от отработения въздух (рекуперация) с КПД над 80%.
• Енергоефективни електроуреди и опция за използване на ВЕИ.

Този пакет от изисквания е насочен към това да се сведат до минимум загубите на топлина през сградната обвивка и да се използват по възможно най-ефективен начин топлинните печалби от външни (слънцето) и вътрешни (домакински електроуреди) източници. За да не попречи обаче оптимизацията на топлинните печалби през зимата на осигуряване на прохлада през лятото, трябва да се вземат някои мерки, които се използват и при широкото разбиране на Пасивни сгради, а именно пасивния дизайн.

Топлотехническите калкулации и реализираните пасивни сгради в горещ климат (Севиля, Лисабон, Палермо) показват, че това не е пречка. Гаранция за минималния разход на енергия за осигуряване на комфортна среда за обитаване както през зимата, така и през лятото е топлоизолацията. Нейната функция е да намали топлопреминаването, което е в посока от места с по-висока към такива с по-ниска температура (фиг. 1).

 За постигане на коефициент на топлопреминаване, отговарящ на стандарта „Пасивна сграда”, за стените се използват изолационни материали с дебелина от 20-25 cm, при масивно строителство и 25-30 cm при леки скелетни конструкции. Дебелините варират според топлоизолационните свойства на използваните материали, които могат да са в широки граници (коеф. на топлопроводност 0,024 λ < 0,045 W/mK). Най-голям топлинен товар през лятото обаче се получава при покривите заради високо стоящото лятно слънце. Затова и при покривните конструкции дебелините на използваните изолации са над 30 cm.

След като сме си гарантирали минимално топлопреминаване чрез топлоизолацията, идва ред на техниките за „борба” с топлинните печалби.
Архитектурните мерки на пасивния дизайн предполагат такова разположение на сградата спрямо посоките на света, че възможно най-голяма част от фасадата и покрива да има изложение, позволяващо максимално слънчево огряване. Сградите обикновено се ситуират така, че най-голямата им площ да гледа на юг с отклонение от +20°. На южната фасада се пада и най-голям дял от остъкленията, които могат да достигнат и 40% от общата й площ.
Има няколко прости мерки, с които да се редуцират топлинните печалби през лятото. Всъщност преди появата на охладителната техника хората са използвали в продължение на хилядолетия естествени мерки, които са били интегрирани в сградостроителните практики, и днес поради високите енергийни разходи се налага да бъдат включени отново в проектирането и изпълнението на комфортни сгради.

Използването на светли цветове за фасадата, покрива и слънцезащитните елементи може да намали повърхностната температура, която при тъмни цветове лесно може да надхвърли 70°С. Особено полезно за намаляване на температурните разлики е изпълнението на зелени покриви, които освен от топлотехническа са полезни и от екологична гледна точка. Препоръчва се също, когато е възможно, пространствата около сградите да не са с плътни настилки, акумулиращи слънчевата енергия.

Според изследване на Комуналната компания на щата Аризона (фиг. 1) в една сграда, изолирана според текущите стандарти, навлизащата през прозорците топлина през лятото е половината от всички топлинни печалби. Първата стъпка за редуциране на влиянието й е правилен подбор на стъклопакета, така че да се получи приемлив баланс между запазване на топлината (U-стойност) < 0.8 W/(m²K) и пропускане на енергията в спектралния диапазон, който носи топлинни печалби соларен фактор SF от около 0,5-0,6 (фиг. 2).

 Ефективен и икономичен начин за намаляване на топлинните печалби през прозорците в летния период е добре познатото засенчване. То се основава на разликата в ъгъла, под който слънчевите лъчи огряват земната повърхност в различните сезони. За София например този ъгъл е 21° в началото на януари и 63° през юни и юли. Това означава, че ниското зимно слънце ще прониква дълбоко в помещенията и ще генерира топлинни печалби, а през лятото големият ъгъл, под който падат лъчите, ще нагрява предимно покрива и много малка част ще навлиза през остъкленията. Неизползването на този прост подход при пасивния дизайн е равносилно на това готварска печка да работи няколко часа на ден.

Препоръчва се засенчването да се извършва с комбинация от подходящо залесяване и външни слънцезащитни елементи. За южните изложения са подходящи широколистните видове. Тъй като клоните продължават да правят известно малко засенчване и през зимата, а тогава стремежът е към максимизиране на топлинните печалби от слънчевата светлина, то оптималното засаждане на дърветата е с 30-35 градуса от идеалния юг (фиг. 3).

 Изборът на слънцезащитните елементи трябва да се съобрази с пътя на слънцето, за да е най-ефективен (фиг. 4). За южно остъкление най-адекватни са фиксирани хоризонтални елементи – сенници, навеси, тенти, архитектурни профилни елементи. Правилното изчисление на дълбочината и ширината им е достатъчна предпоставка да се гарантират и зимните топлинни печалби. При едноетажни сгради достатъчно дълбоката стреха може да осигури необходимата сянка през лятото. Засенчването при западно и източно изложение е по-трудно заради ниското сутрешно и следобедно слънце. Оптимални за тези изложения са подвижните елементи – сгъваеми или плъзгащи екрани; вертикални, хоризонтални или ролетни щори, капаци. Дълбоки веранди или перголи могат да бъдат добро решение. Не трябва да пропуска да се закрият и всички остъкления на покрива, например мансардни прозорци, оберлихти.

 В сградите, изградени по стандарта „Пасивна къща”, има механична вентилационна система и високо ниво на въздухонепроницаемост. Не само в пасивните, но и във всички добре изолирани сгради механичната вентилация е предпоставка за доброто качество и влажност на въздуха. В летните горещини обаче естествената вентилация е ефективна и икономична стратегия за намаляване на разходите за охлаждане. Тя представлява отваряне на вратите и прозорците в подходящи моменти, съобразени с външната температура и ветровете, и може да бъде осъществена лесно и в пасивните сгради, тъй като те не са затворена система и могат да си взаимодействат с околната среда при съответни подходящи климатични условия. Възможността за използване на естествената вентилация като част от пасивните охлаждащи мерки разбива мита, че прозорците в пасивните сгради не се отварят.

Естествената вентилация действа, като използва разликата в температурите нощем и денем, и е особено ефективна, когато тя е около и над 10°С при нормална влажност на въздуха. В България дори в най-горещите летни дни такива условия са налице.

Когато се отворят прозорците от две противоположни страни на сградата се получава т.нар. кръстосана вентилация, която използва зоните на високо и ниско налягане, образувани от вятъра, и вкарва студен нощен въздух в помещенията, който спомага за извеждане на акумулираната през деня топлина и ги охлажда.

Естествена вентилация има и при т. нар. ефект на комина, който използва правилото, че топлият въздух се издига нагоре, като в комин. В този случай трябва да се осигури навлизане на хладен въздух от долните помещения и подходящи изходящи отвори – прозорци или отвори на покрива в горната част на сградата (фиг. 5).

  В помощ на естествената вентилация могат да бъдат различни вертикални панели или съществуващите слънцезащитни елементи, които, разположени около прозорците перпендикулярно на стената от подветрената страна на сградата, насочват хладния бриз в желаната посока. В случаите, когато силата и посоката на вятъра не са достатъчни за максимално използване на топлоотдаването чрез естествена вентилация, могат да се използват обикновени вентилатори, монтирани на стратегически места.

За правилната работа на естествената вентилация има още един фактор – термомасата. Това е способността на материалите да абсорбират топлинна енергия. Много енергия е необходима за промяна на температурата на материали с голяма плътност като бетона и тухлите (затова те имат голяма термомаса, а леките материали, като дървото, имат малка термомаса). Правилното използване на конструкции с голяма термомаса отлага топлопреминаването през сградната обвивка с 10-12 часа така, че къщата да е по-топла през студените зимни нощи и по-хладна през горещите летни следобеди. Тя действа като батерия, която абсорбира топлината през деня. От това къде ще бъдат разположени акумулиращите материали, зависи ефективността на въздействието им. По-добре изолираната сградна обвивка означава по-добро влияние на термомасата. В климат с големи температурни разлики през зимата и лятото, какъвто е българският, ефектът на термомасата трябва да се използва както през лятото, така и през зимата, като препоръчителните места за разполагането й са фундамента и междуетажните плочи в помещенията с южно изложение, където са най-големите топлинни печалби.

За да се изчерпят всички основни техники на пасивното охлаждане трябва, да се споменат още две техники, които са по-подходящи за климат с горещо лято, но и мека зима.

За изпарението на водата е необходима значителна енергия, част от нея се осигурява от топлинната енергия на околната среда и по този начин се получава охлаждане. Това е принципът на охлаждането чрез изпаряване. Пасивното прилагане на тази техника предполага разполагане на водни площи в близост до прозорците, за да охлаждат предварително навлизащия в помещенията въздух. Активна система за охлаждане чрез изпарение по същество представлява вентилатор, с разположени пред него овлажняващи се вложки. Вентилаторът засмуква горещ въздух отвън през вложките и нагнетява вече охладения въздух в помещенията.

Земно охлаждане представлява свързване на термомасата на сградата със земната повърхност, която запазва относително постоянна температура, по-ниска от околната температура през лятото и по-висока през зимата. За Пловдив например, през лятото температурата на почвата е около 23°С на дълбочина 0,5 м, 19°С – на 2 м и 16°С – на 4  м. Така през горещия период термомасата (бетоновият фундамент) отдава абсорбираната температура. Земното охлаждане в модифициран вид се използва и в пасивните сгради. Тъй като през зимата климатът в България е суров и от неизолираните основи на сградата могат да се получат големи топлинни загуби, под основата на сградата може да се постави прост топлообменник земя-въздух, свързан с вентилационната система. Чрез него, преди да постъпи в сградата, въздухът се охлажда в почвата и така получаваме свеж приток с температури по-ниски от стайните.

В някой случаи осигуряването на лятната прохлада само с пасивен дизайн и стандарта „Пасивна сграда” може да се окаже предизвикателство. Една от причините е субективният фактор на усещането за комфорт - за едни то може да е 23°С, за други 25°С при различна относителна влажност на въздуха. Освен това осъществяването на пасивните мерки в голяма степен зависи от начина на живот и дисциплината на обитателите. Те трябва да спускат щорите и да затварят прозорците сутрин и да ги отварят вечер, като прекъснат действието на механичната вентилационна система. Друг момент са капризите на времето, които не могат да се предвидят и в случаи на гореща вълна, когато в продължение на няколко дни има извънредно високи температури, слънцезащитата и нощната естествена вентилация не са достатъчни. Има и случаи, в които прилагането на пасивните техники за охлаждане е ограничено. Например в градовете ефективна нощна вентилация може да е трудно постижима заради шума, поради който обитателите предпочитат да държат прозорците си затворени, или когато температурната амплитуда нощем-денем е намалена заради т. нар. „горещи острови” –  места с голяма термомаса (улици, площади, плътно застрояване без зелени площи). Възможно е и сградите да са с такава функция, че да генерират големи топлинни печалби (офиси, търговски комплекси), които не могат да се компенсират с пасивен дизайн.

Ето защо след редица измервания и анализ на стратегиите за пасивно охлаждане при горещ климат физиците от Пасив Хаус Институт – Дармщат ревизират енергийните изисквания. В случаите, когато охлаждането се осигурява само с пасивни техники, изискването за нетна консумирана енергия за отопление и охлаждане остава 15 kWh/m2.a. Когато се използват активни охлаждащи системи, пасивните къщи се верифицират при 15 kWh/m2.a нетна енергия за отопление и още 15 kWh/m2.a енергия за охлаждане. И в двата случая общата нетна енергия остава 120 kWh/m2 годишно.

Климатичните особености в България позволяват пасивните охладителни техники да бъдат достатъчно ефективни за осъществяване на стандарта „Пасивна сграда”. Използването на пасивен дизайн за охлаждане – слънцезащита и естествена вентилация, в комбинация с добре изолирана сградна обвивка е предпоставка за комфорт и в конвенционалните сгради. Тогава се редуцира големината на инвестицията механични охладителни уреди и се намалява количеството консумирана енергия. 

Автор: Светла Бонова, ИГ ПАСИВНИ СГРАДИ

Изпрати на E-mail
 

За да оцените и/или коментирате е необходимо да сте регистриран потребите!

Влез в Профила си Регистрация


На сайта на ka6tata.com

затвори