Būvēt ļoti zema enerģijas patēriņa ēku Latvijā šobrīd daudzi uzskata kā nevajadzīgu greznību taču ilgtspējības kontekstā tas noteikti transformējas par ļoti lielu ieguvumu. Pasūtītāju un projektētāju vienoja ilgtspējīgas būvniecības principi un tā Liepājā iepriekšējā gada rudenī – 2011.gadā – ar KPFI līdzfinansējumu tika uzsākta zema enerģijas patēriņa biroja ēkas būvniecība.
Pirms projektēšanas darbu uzsākšanas iepazīstoties ar esošo ēkas novietnes situāciju, tika konstatēts, ka plānotā objekta vietā atrodas izbūvēti pamati un trīs norobežojošās sienas 2,4 m augstumā, turklāt pamati atrodas uzņēmuma teritorijas iekšpagalmā. No vienas puses, šķita, situācija atvieglo risināmo uzdevumu, jo bija nodefinēta ēkas ģeometrija un novietojums. Taču tie bija tikai sākuma maldi, jo patiesībā esošās situācijas faktori projektēšanas uzdevumu padarīja grūtāku un, neliegsimies, arī aizraujošāku. Šādi novietotā ēka apjomā saskaņā ar aprēķiniem nebija iespējams ziemas periodā iegūt pietiekoši daudz saules siltuma, kas ļautu nodrošināt pasīvās ēkas standartus, kā arī izbūvēto konstrukciju struktūra un siltumnoturība bija ļoti tālu no vēlamā. Mums kā projektētājiem nācās strādāt pie risinājumiem, kas ļautu sasniegt vienu no galvenajiem mērķiem – enerģijas patēriņu biroja ēkā atbilstoši pasīvo ēku nosacītajiem un pieņemtajiem standartiem un tas ir 13,86 kWh/m² gadā. Projektētāju komanda pieņēma šo izaicinājumu un argumentēti tā pamatotību un nākotnes ieguvumus pierādīja arī pasūtītājam.
Viens no pasīvo māju būvniecības koncepcijas nosacījumiem - lineārais termiskais tilts nedrīkst pārsniegt Ψ≤0,01 W/(mK). Sākotnējā objekta apsekošanā konstatējām, ka ēkas norobežojošā ārsiena ir sabetonēta kopā ar betona žogu. Lai vizuāli un ar aprēķiniem pamatotu pasūtītājam nepieciešamību konstrukcijas nodalīt, tika pieņemts lēmums ar termisko tiltu aprēķina programmu izanalizēt termisko tiltu vērtību izmaiņas dažādu siltināšanas risinājumu gadījumā. Termisko tiltu analīzi minētajam mezglam veica būvfiziķis Andris Vulāns. Vēl jāpiebilst, ka katras būtiskākās izmaiņas tika pārrēķinātas pasīvo māju aprēķina programmā PHPP2007, lai noteiktu, kā izmaiņas un to radītās vērtības ietekmēs ēkas kopējo energobilanci.
Tātad tika izstrādāti 3 risinājumi:
1) Pirmajā variantā tika veikts mezgla siltumtehniskais aprēķins un temperatūras sadalījuma analīze, ja mezgls tiks izbūvēts pārtraucot siltinājumu pie esošā žoga. Rezultāts Termiskā tilta zudumi Ψ=0,723W/(mK)
2) Otrajā variantā tika veikts mezgla siltumtehniskais aprēķins un temperatūras sadalījuma analīze, ja mezgls tiks izbūvēts turpinot siltumizolāciju 1 m attālumā no esošā stūra Rezultāts Termiskā tilta zudumi Ψ=0,256W/(mK)
3) Trešajā variantā attēlots mezgla siltumtehniskais aprēķins un temperatūras sadalījuma analīze, ja stūra mezgls tiks izbūvēts atbilstoši pasīvās mājas standartam. Termiskā tilta zudumi Ψ= -0,032W/(mK).
Ar šādas analīzes un tajā iegūto salīdzināmo datu palīdzību bija viegli skaidrot pasūtītājam konstrukciju būvfizikālos procesus un to sekas, pārliecinot, cik būtiski pieņemt korektus lēmumus, balstot tos aprēķinos. Tomēr jāatzīmē arī pasūtītāja ieinteresētību un atsaucību kvalitatīvā projekta realizācijas galarezultātā, jo pateicoties pasūtītāja izpratnei un atsaucībai šī būs pirmā ēka Latvijā, kuras ārsienu siltināšanā izmantoti vakumizolācijas paneļi. Šis materiāls, kas nav īsti populārs mūsu zemē, nav tas lētākais siltumizolācijas risinājums. Par tā esamību, iespējams, daudzi arhitekti, projektētāji un būvnieki dzirdējuši tikai semināros. Pagaidām zīmolam Baltijas valstīs nav pārstāvniecības, tāpēc vakumizolācijas paneļi tika iegādāti no Vācijas ražotāja POREHTHERM. Vakumizolācijas paneļu ražošana ir balstīta uz mikrotehnoloģiju inovācijām siltumizolācijas materiālu izgatavošanā. Tehnoloģijas „atslēga” meklējama paneļu pildījuma struktūrā, kurā izmantotas silīcija oksīda (Fumed silica) pulvera daļiņas. Mikroskopiskā līmenī daļiņas ir izklīdinātas un rezultātā notiek tikai punkta kontakts starp sfēriskajām mikroskopiskajām daļiņām. Tas ievērojami samazina siltumavadītspēju, turklāt mikroporas samazina siltuma pārvadi konvekcijas ceļā. Speciāli izstrādātie infrasarkano staru blāvotāji arī samazina siltuma pārvades procesu, absorbējot un atstarojot starojumu.
Silīcija oksīda daļiņu kodola mikroskopiskās siltumizolējošās īpašības vēl vairāk iespējams palielināt ar vakuuma tehnoloģiju. Šajā procesā kodols tiek iekapsulēts daudzslāņu barjeras apvalkā vakuumā, izmantojot patentētu tehnoloģiju. Apvalks tiek veidots no vairāku slāņu kārtas (biezums apmēram 100 - 200μm), Šajā vairākslāņu kārtā tiek izmantots arī alumīnija slānis, tā zemās gaisa un ūdens caurlaidības dēļ. Materiāla vakuuma iestrāde pilnībā novērš siltuma pārvadi konvekcijas ceļā. Vakumizolācijas paneļu siltumvadītspējas nominālais koeficents ir 0,007 W/(m*K).
Būvniecības nozarē, vakuumizolācijas paneļu ļauj sasniegt ļoti efektīvus rezultātus ar ārkārtīgi nelielu izolācijas biezumu- 20mm, kas atbilsts ~200mm minerālvates. Pasīvās biroja ēkas būvniecībā Liepājā tika izvēlēts tieši šis materiāls, jo bija būtiski ar minimāla biezuma siltuma izolāciju sasniegt maksimālu rezultātu – to noteica ēkas novietne. Izanalizējot ēkas novietni pret debess pusēm, tika konstatēts, ka ēkas galvenā fasāde ar logiem vērsta pret DR, bet noēnojumu rada blakus esošā daudzdzīvokļu ēka un, pielietojot tradicionālos siltināšanas materiālus, pasīvās mājas standartu sasniegšanai pamatīgi palielinātos kopējais sienas biezums, kas, savukārt vel vairāk samazinātu saules gaismas iekļūšanu telpās. Enerģijas monitorings: Jau projektēšanas sākotnējā stadijā tika domāts par perspektīvo ēkas monitoringu un dalītu enerģijas uzskaiti. Topošajā pasīvajā biroja ēkā paredzēta atsevišķa uzskaite ventilācijas iekārtai un atsevišķa uzskaite elektrības un apgaismojuma patēriņam. Lai garantētu maksimāli labu galarezultātu, pasūtītājs pieaicināja energoauditorus veikt monitoringu būvniecības procesā, kas izpaudās patstāvīgā sarežģītāko mezglu analīzē ar termisko tiltu analīzes datorprogrammu un pasīvo māju energopatēriņa programmu PHPP2007. Jāpiemin kāds piemērs no darba procesa. Saskaņā ar projektu tika plānots uzstādīt virs logiem siltinātās ārējo ruļveida žalūziju kasetes, lai nepieciešamības gadījumā aizsegt logu stiklus un paglābties no karstuma. Bet izpētot pat pašu energoefektīvāko žalūziju termisko tiltu vērtības loga un žalūzijas kasetes savienojuma vietā un ievadot šīs skaitliskās vērtības aprēķinu programmā, secinājām, ka minētais termiskais tilts būtiski (par 5 kWh/m2 gadā) pasliktinās ēkas kopējo enerģijas patēriņu. Pēc aprēķinu rezultātu iegūšanas no ārējo žalūziju risinājuma atteicāmies. Analogi aprēķini un pārdomāti optimālā risinājuma meklējumi notika, izvēloties loga izbūves mezgla veidu. Darbu sarežģīja fakts, ka vakumizolācijas paneļus nav iespējams piegriezt objektā uz vietas. Izstrādājām vakuumpaneļu izklājuma plānu, ievērtējot logu atrašanās vietas un nepieciešamos minimālos attālumus līdz logiem.
Pēc logu montāžas objektā tika veikts blīvuma tests, lai ēkas būvstadijā novērtētu ēkas blīvumu un pirms interjera apdares varētu izlabot nepamanītos iebūves trūkumus.
Ventilācijas projektēšana un iekārtas izvēle.
Ņemot vērā, ka energoefektīvs telpu mikroklimats ir viens no ilgtspējīgas būvniecības stūrakmeņiem, šis projekts ir uzskatāms par patiesi pasīvas būvniecības paraugu ne tikai izmantoto tehnoloģiju ziņā, bet arī ar pasūtītāja un projektētāja izpratni par ēkas-lietotāja-vides savstarpējo mijiedarbību (sinerģiju) un tās sekām.
Viena no pasīvo ēku definīcijām vēsta, ka panākumu garants ir kontrolēta ventilācija ar ļoti efektīvu siltuma atguvi no piesārņotā izvadāmā gaisa. Nav noslēpums, ka komfortabla telpu mikroklimata uzturēšanai nepieciešams nodrošināt pastāvīgu svaigā gaisa apmaiņu. Telpās, kur uzturas ievērojams cilvēku skaits (biroja telpas), svaigā gaisa daudzuma izvēlei ir būtiska ietekme uz cilvēku labsajūtu un, kas svarīgi no darba devēja viedokļa, darba ražību. Saskaņā ar pasūtītāja projektēšanas uzdevumu tika izvēlēta komforta klase IDA 1 (pēc LVS EN 13779) un tas nozīmē, ka jānodrošina vismaz 54 m3/h svaiga gaisa, rēķinot uz katru cilvēku.
Ventilācijas projektēšana un iekārtas izvēle tika uzticēta uzņēmuma SIA Menerga Baltic, kas ir Latvijas Ilgtspējīgas Būvniecības Padomes biedrs. Biroja telpu mikroklimata nodrošināšanai tika izvēlēta vācu ražotāja Menerga mikroklimata iekārta Resaolair 620401 ar reģeneratīvu siltuma atgūšanu virs 90%. Biroja reģeneratīvās mikroklimata iekārtas ražība ir 400 m3/h. Telpās ir projektēta gaisa apmaiņa, kas nodrošinās CO2 koncentrāciju telpās mazāku kā 400 ppm (virs koncentrācijas āra gaisā). Projekts paredz ventilācijas sistēmas tā saucamo „Tiešo” vadību atkarībā no telpas gaisa kvalitātes IDA – C6 klases (LVS EN 13779), kur energoefektivitātes paaugstināšanas procesā tiek izmantoti virkne devēju. Biroja mikroklimata sistēma tiks vadīta atkarībā no CO2, temperatūras un spiediena devēju rādījumiem.
Ziemā ēkas siltuma ieguvumi no biroja tehnikas, cilvēkiem un apgaismojuma tiek iekļauti kopējā enerģētiskajā bilancē. Tie bieži vien būs pietiekami, lai kompensētu apkures un ventilācijas siltuma zudumus. Tas ir iespējams, pateicoties iekārtas temperatūras efektivitātes koeficientam virs 90% un pasīvo ēku standartam atbilstošām norobežojošām konstrukcijām. Aiz iekārtas gaisa vadā ir iemontēts elektrokalorifers, kas tikai nepieciešamības gadījumā tiks izmantots kā papildus gaisa apkures elements. Enerģijas taupīšanai iekārta nokomplektēta ar recirkulācijas vārstu āra gaisa regulēšanai atkarībā no CO2 koncentrācijas izvadāmā gaisā, kā arī ar iekārtas ražības regulēšanas komutācijas iekārtu.
Vasaras periodā norobežojošās konstrukcijās dienas laikā akumulēto siltumu iekārta izvada naktī ar „nakts dzesēšanas” funkcijas palīdzību. Lai netiktu nevajadzīgi tērēta elektroenerģija, „nakts dzesēšanas” laikā iekārtas automātika nosaka dzesēšanas intervālu atkarībā no āra un telpas gaisa temperatūrām. Ņemot vērā, ka ar katru gadu arvien aktuālāks kļūst dzesēšanas pieprasījums (klimata pārmaiņas, aizvien blīvāks telpu noslogojums ar tehniku), vasaras mēnešos kā papildus ieguvums ir iespēja ar Menerga Resolair gaisa apstrādes iekārtu atgūt telpu „dzesēšanas potenciālu” vairāk kā 80% apmērā.
Un visbeidzot, runājot par telpu mikroklimatu, nedrīkst aizmirst par biroja telpu komfortablu gaisa mitruma saturu un kā svarīgs ieguvums ir jāmin reģeneratīvajās Menerga Resolair paketēs atgūtais telpu mitrums (virs 70%) ziemas periodā.
Iekārtas konstruktīvie elementi un reģeneratora siltumtehniskās īpašības ļauj iekārtu darbināt Latvijas klimatā bez priekšsildīšanas. Pateicoties reģeneratora lielam virsmas laukumam, arī akumulējošai masai, temperatūras sadalījums siltummainī ir vienmērīgs.
Pie ļoti zemām āra gaisa temperatūrām iekārtas automātika optimizē pārslēdzošo vārstu darbības intervālus. Ar mazu berzes pretestību šos vārstus darbina piedziņas mehānismu sistēma. Vārstu lāpstiņas ir pretēji vērstas, kas nodrošina gaisa plūsmas vienmērīgu sadalījumu reģeneratora šķērsgriezumā. Intervālu dinamiska maiņa ļauj, nenozīmīgi samazinot āra gaisa daudzumu (tātad nepasliktinot telpu komforta līmeni), laicīgi pasargāt reģeneratoru no aizsalšanas un saglabāt stabili augstu siltuma atgūšanas spēju. Bez tam ar intervālu maiņu tiek automātiski uzturēta nemainīga pieplūdes gaisa temperatūra.
Resolair iekārtas lielākā vērtība- pretplūsmas pakešu tipa reģeneratīvais siltummainis, pateicoties kuram salīdzinājumā ar rotora tipa siltummaini var sasniegt 12 % lielāku temperatūras efektivitātes koeficientu un 3,9% lielāka mitruma atgūšana efektivitāti, kā arī par 25% samazināt nepieciešamo dzesēšanas pieslēguma jaudu. Caur katru šo pretplūsmas paketi ar vārstu palīdzību pamīšus notiek (2 cikli) āra gaisa un izvadāmā gaisa kustību maiņa. Ziemā akumulējošai masai ir spēja ātri absorbēt piesārņotā izvadāmā gaisa siltumu 1. ciklā un tikpat efektīvi akumulēto enerģiju atdot svaigajam pieplūdes gaisam 2. ciklā. Tas pats notiek vasarā ar telpu ”dzesēšanas potenciālu”, kas netiek pazaudēts ventilācijas procesā.
Darbības cikli:
1. ciklā automātiski ar vārstu sistēmu piesārņotais izvadāmais gaiss tiek virzīts caur 1. paketi, to uzsildot. Vienlaikus pa otru paketi plūst aukstais gaiss, kurš tiek uzsildīts ar iepriekšējā cikla laikā akumulēto izvadāmā gaisa siltumu.
2. cikla laikā caur 1. paketi pēc noteiktiem intervāliem plūst āra gaiss, uzsilstot no akumulētā siltuma. Izvadāmā gaisa siltums tikmēr tiek asimilēts 2. paketē un tā ir gatava nākamajam ciklam. Siltummaiņa akumulējošās paketes viegli pieejamas un ir vienkārši tīrāmas.
Ventilatoru sistēma. Iekārta aprīkota ar augstas efektivitātes tiešās piedziņas bezkorpusa ventilatoriem, eC tipa elektromotori ir optimāli ieregulēti atbilstošajai ventilatoru ražībai un aprīkoti ar elektronisko vadību. Elektromotora un ventilatoru sistēmas saskaņotai darbībai tiek izmantota iebūvēta komutācijas iekārta, kuras sastāvā iekļauti arī statiskā spiediena mērīšanas devēji pašos ventilatoros. Iekārtas darbības laikā tiek nodrošināta nepārtraukta vibrāciju kontrole.
Filtri. Lai novērstu elektroenerģijas pārtēriņus ekspluatācijā gadījumos, kad ir projektam neatbilstošs iekārtas filtru piesārņojums, uzstādītas trīs filtru spiediena mērīšanas ierīces ar devējiem aerodinamiskās pretestības mērīšanai. Uz kontroliera displeja tiek atspoguļota filtru pretestība Pa, ieskaitot filtru ekspluatēšanas kļūdu uzkrātie summārie ziņojumi.
Automātika. Automātika nepārtrauktā nominālo un esošo vērtību salīdzināšanas procesā kontrolē un uztur iekārtas visu mezglu optimālu darbību. Viegli lietojama pults parametru maiņai. Iespēja vadīt iekārtu attālināti caur modemu un Menerga procesoru dod nozīmīgu ieguvumu servisa vajadzībām: mikroklimata iekārtas darbības monitorings un regulēšana var tik veikta no jebkuras ģeogrāfiskās vietas reālā laikā.
