Net-zero montažna kuća - modularnom gradnjom do nulte potrošnje energije na godišnjem nivou

Drvena konstrukcija, postavljanje kuće na gotovu betonsku osnovu, instalaterski radovi i oblaganje na licu mesta... dakle, sve isto kao i kod montažnih kuća na našem tržištu, ali...

Montažne kuće u svetu pored ovoga imaju u ponudi i ventilisane fasade, kompletan KGH sistem za izuzetan komfor, odličnu stolariju i energetske karakteristike najboljih, i više nego retkih, primera kod nas.

Zapravo, šta može a šta ne može montažna kuća određeno je samo pitanjem: šta ste spremni da platite.

Gradska kuća za rad i stanovanje Lankaster (Lancaster Live/Work Townhome - fotografija iznad), Ouklend, Kalifornija, postigla je stepen efikasnosti HERS 0 - godišnja potrošnja energije jednaka nuli - net-zero (više o HERS-u i net-zero kućama na linku na kraju).

Zanimljivost jeste to što je u pitanju montažna kuća koja je dobila i mnoge druge sertifikate za efikasnu i zelenu gradnju vodećih programa u SAD: LEED, Energy Star, Energy Star Indoor Air Plus, GreenPoint Rated, Builders Challenge.

Retki su projekti koji uspeju da postignu HERS 0, naročito kada je reč o malim urbanim kućama, ali ova kuća podignuta jeseni 2009. godine uspela je u tome. Uz sve ovo, reč je o montažnoj kući koju čine četiri modula koji se sklapaju u jednu celinu na licu mesta. Proizvođač je kompanija ZETA Communities, mlada kompanija posvećena izgradnji modularnih net-zero energetski efikasnih kuća.

- Za nas nije u pitanju samo energija - kaže osnivač i direktor Naomi Porat - Stvar je u tome da napravite dostupan dom koji je potpunosti karakteriše opredeljenje za zelena rešenja. Sarađivali smo blisko sa arhitektom Dan Smith-om (Daniel Smith and Associates, Berkeley, Kalifornija - link na kraju) i konsultantom za energiju u zgradama John Straube-om (Building Science Corporation, Somerville, Masačusets - link na kraju) kako bismo optimizovali energetski sistem.

Napomena portala Gradjevinarstvo.rs: Kuću koju vam predstavljamo izabrali smo zbog više dostupnih detalja u vezi sa gradnjom, instalacijama i materijalima. Sporno kod nje jeste cena koja je izazvala žustru polemiku na sajtu Green Build Advisor gde je tekst (čiji je prevod pred vama, zajedno sa nekim od fotografija) i postavljen. Deo rasprave o samoj ceni preneli smo u posebnom poglavlju na kraju teksta.

Lična karta kuće:

površina: 145m² (bez garaže)
cena: 1.200 evra/m²*
sobe: 2
kupatila: 2
garaža

*U cenu nisu uključeni: zemljište, uređenje parcele i betonskih radova - pogledati deo o ceni na kraju teksta.

arhitektonski projekat: Daniel Smith and Associates, Berkeley
energetski konsultant: John Straube, Building Science
inžinjering: Tipping Mar
izvođač: ZETA Communities

**Pogledajte linkove na kraju teksta.

Konstrukcija:

betonska osnova oblika "bazena" u jednom delu kuće
izolacija temelja: 4cm XPS
konstrukcija zida: 5x15cm (OVE framing)
izolacija zida: 2,5cm XPS-a (R-5) + poliuretanska pena koja se nanosi sprejom -Icynene (R-19), fotografija niže u tekstu
prozori: Serious Windows sa zastakljivanjem koje odbija toplotu (U-0.23, SHGC 0.42) - link na kraju teksta
izolacija tavanice Icynene (R-32)
krovna obloga: modifikovani bitumen
fasadna obloga: ventilisana fasada sa oblogom od cementnih panela sa vlaknastim dodacima (fibrocement)
grejanje i hlađenje: Goodman 16 SEER/9.5 HSPF toplotna pumpa na vazduh
potrošna topla voda: AirTap električna toplotna pumpa za grejanje vode (2,11Ef) sa dodatnim bojlerom zapremine 40 galona

Energija:

HERS index: 0
PV (fotonaponski) sistem: 5,4kW, očekivana godišnja proizvodnja od 8.285kWh/godina

Ušteda vode:

instalacije i uređaji sa malim protokom vode
toaleti sa tasterom za dvojako ispiranje
biljke otporne na suše
deo krova se drenira u rezervoar koji dodatno navodnja zemljište oko kuće

Kvalitet unutrašnjeg vazduha:

potpuno odsustvo VOC-a
unutrašnje obloge bez formaldehida
posebna rešenja za sprečavanje pojave buđi
ventilacija: Airiva HE100 toplotni izmenjivač
MERV 13 vazdušni filteri
ventilator u garaži

Zeleni materijali i ušteda sirovina:

blizina linija javnog prevoza
pepeo od sagorevanja u betonskoj osnovi
drvena građa sa FSC sertifikatom
deo celulozne izolacije je reciklirano
FCS sertifikovani unutrašnji podovi i podna obloga terase na bazi drveta (Ipe decking)
uređaji sa Energy Star sertifikatom
veći deo osvetljenja sa Energy Star sertifikatom (LED)

Sertifikati:

LEED Platinum (najviši stepen) – 99,5 poena
Green Point Rating = 206
EPA Indoor airPLUS
Energy Star
Builders Challenge (Ministarstva za energetiku SAD - DOE)

Betonska osnova montažne kuće - osnova KGH sistema

U betonskoj bazi kuće je prostor koji se u SAD naziva „crawl space“ (bukvalan prevod - prostor za puzanje). Ovo je zapravo slobodna zona od nivoa zemljišta do poda prizemlja sa visinom od oko jedan metar. Za razliku od kuća na drvenim stubovima sa kosnicima kakve smo često viđali u filmovima, kod kuće Lankaster ovaj prostor je u jednom delu zatvoreni betonski „bazen“ na kog se postavljaju moduli kuće.

Tako pod prizemlja u delu kuće nije betonska ploča već grede međuspratne konstrukcije (pod modula) ispod kojih ima još oko metar do „mrtve“ ploče (ploča koja leži na zemlji). Ovaj prostor ispod kuće, koji se kod nas najčešće zatrpava zemljom iz iskopanih temelja, ključan je za izuzetnu energetsku efikasnost kuće i visoki kvalitet unutrašnjeg vazduha i komfora.

Tu je smeštena toplotna pumpa na vazduh (16 SEER/9.5 HSPF air-source heat pump; SEER - Seasonal Energy Efficiency Ratio - stepen energetske efikasnosti u sezoni). Ovaj prostor služi kao prostor za podešavanje toplote vazduha koji preuzima ili predaje temperaturu betonskoj „mrtvoj“ ploči. Tako pripremljen vazduh ulazi u prizemlje kroz podne rešetke u podu prizemlja dok se do sprata vazduh iz ove „komore“ sprovodi konvencionalnim KGH kanalima. Kanali za vraćanje vazduha u „komoru“ usisavaju vazduh sa oba nivoa kuće.

Kvalitet unutrašnjeg vazduha i izmenjivači toplote vazduh-vazduh

Toplotna pumpa obezbeđuje hlađenje i grejanje vazduha koji cirkuliše. Blaga klima Ouklanda, odlična izolacija i zaptivenost zgrade, kao i pomenuti „termički podrum" u velikoj meri smanjuju potrebe za hlađenjem prostora. Ovome doprinosi i veliki spoljašnji uređaj („economizer”) koji usisava hladan i svež vazduh spolja kad god to uslovi dozvoljavaju (na primer u rano jutro hladeći kuću za naredni dan).

Uređaj je podešen tako da periodično meša vazduh kako bi obezbedio željenu temperaturu i visok kvalitet vazduha u kući. Izlaz „upotrebljenog“ vazduha je u kupatilima a spoljašnji vazduh se uvlači u visini tavanice između prizemlja i sprata, naravno, preko izmenjivača toplote (na primer, tokom leta, vazduh 25ºC koji izbacujemo iz kuće preuzima toplotu od vazduha 30ºC koji ulazi u kuću, tako da spoljašnjem vazduhu odmah snizimo temperaturu za nekoliko stepeni pa je potrebno manje dodatnog hlađenja vazduha pumpom KGH sistema - više o izmenjivačima na kraju teksta).

- betonska osnova kuće u jednom delu ima oblik "bazena" koji služi kao komora za pripremu vazduha (levo)
- postavljanje poslednjeg od četiri modula: staklene površine i prirodno svetlo nisu žrtvovani zarad efikasnosti (desno)

Ovaj izmenjivač toplote (vazduh-vazduh) dizajniran je tako da omogući kontrolu ventilacije u kupatilu pomoću tajmera koji se može podesiti da radi u određenim vremenskim ciklusima. Međutim, ugrađeni model izmenjivača se pokazao veoma loše nakon ugradnje tako da izvođač u buduće više neće raditi sa ovim modelom (Airiva HE100) iako je on i dalje deo sistema kuće Lankaster u kojoj se vrše merenja.

Odsustvo ložišta (peći i kamina) kao i pažljiva selekcija materijala za oblaganje enterijera bez VOC-a (vidi link na kraju teksta) ili dodatog formaldehida doprinosi boljem kvalitetu unutrašnjeg vazduha (IAQ – Indoor Air Quality). Ventilator u garaži neprekidnim radom sprečava da dođe do usisavanja automobilskih gasova i drugih isparenja i mirisa u kuću. Kvalitetu vazduha doprinosi i filter za prečišćavanje (MERV 13).

Zagrevanje potrošne vode

Električna toplotna pumpa (bojler) AirTap (2,11Ef - Fermi efekat) smeštena je na zadnjem zidu garaže, a dodatne uštede postižu se korišćenjem drenirane vode u sistemu sa još jednim toplotnim izmenjivačem koji je smešten u servisnom čvoru (kod ovog izmenjivača sakupljena kišnica u rezervoaru u zemlji predaje nešto toplote svežoj vodi koja dolazi iz vodovoda „štedeći“ nekoliko stepeni koje treba zagrejati).

Servisni čvor (service core) nalazi se pored mašinske sobe i nosi sve vodovodne instalacije (termoizolovane). Kuhinja i kupatilo postavljeni su na toj vertikali pa su horizontalne cevi veoma kratke što obezbeđuje bolju distribuciju tople vode.

Omotač kuće

Veliki deo napora da se minimizuje potrošnja energije uložen je u projektovanje i izvođenje omotača kuće. Kuća se sastoji od četiri modula od drvene konstrukcije koji su sastavljeni na licu mesta na prethodno pripremljenoj betonskoj osnovi.

Moduli su izrađeni u fabrici, od drvenih greda dimenzija 5x15cm (najveći deo) i 5x10cm (nekolicina). Sva korišćena drvena građa ima FSC sertifikat, osim prefabrikovanih tavaničnih I-greda od OSB-a (I-joist - za više pogledajte link na kraju).

Uticaj toplotnih (hladnih) mostova koji se pojavljuju u drvenoj konstrukciji (više o termičkim mostovima drvene konstrukcije na linku na kraju teksta) smanjen je uz pomoć posebne konstrukcije uglova - sa dve upravne fosne postavljele u „L“ (2 stud corners) umesto klasičnog drvenog stuba. Vertikalne grede u zidovima postavljene su na 60cm udaljenosti.

Termoizolacija kuće je kombinacija poliuretanske pene u spreju male gustine i pamučne vune, gde je pena korišćena po potpuno slobodnoj matrici tako da minimizije curenje vazduha (više o curenju vazduha i zaptivanju na linku ispod teksta). Spoljašnji zidovi imaju i 2,5cm XPS-a (ekstrudirani polistiren - stirodur prema brendu „Styrodur“ kompanije BASF). Pored dobrih toplotnih karakteristika (R-5, R - jednica za termičku otpornost koja se koristi u SAD umesto evropske k vrednosti za termičku konduktivnost) XPS neutrališe termičke mostove i smanjuje rizik od pojave kondenzacije u samom zidu.*

Fasadna obloga cele kuće rešena je kao ventilisana fasada što u velikoj meri rešava pitanje vlage u fasadnim zidovima. Ventilisana fasada obložena je sa dva tipa fasadne obloge od cementa sa vlaknastim dodacima: paneli i laminati.**

Prozori su dvostruko zastakljeni, ali sa folijama (filmovima) koji karakteristike prozora stavljaju u nivo onih sa trostrukim zastakljuvanjem zahvaljujući sposobnosti da odbijaju sunčeve zrake (Serious Windows, Heat Mirror glazing; U-0.20, SHGC 0.42).

Napomena: */**XPS se kod nas može primenjivati ispod podova kao zvučna izolacija ili kao termoizolacija u podzemnim delovima objekta ili na ravnim krovovima. XPS nije paropropustan u dovoljnoj meri pa će bez dobrog sistema ventilacije (kakav je u kući o kojoj pišemo) zadržavati vlagu u spoljašnjim zidovima ako ga postavimo u sklopu fasadnog zida. Dakle, ukoliko nemate odgovarajući KGH sistem za regulaciju vazduha u objektu i ventilisanu fasadu zaboravite na primenu XPS-a za nadzemnu termoizolaciju zidova.

PU pena nanosi se u spreju u zidove i tavanicu (levo)
TED 5000 uređaj za praćenje potrošnje energije (desno)

Obnovljivost

Iako je kuća pokrivena bituminoznom šindrom koja načelno ne spada u „hladne“ krovne obloge, ovaj tip je modifikovan tako da ima karakteristike hladnog krova (o hladnim krovovima više na linku na kraju). Dodatno, krov je u jednom delu prekriven fotonaponskim (PV) panelima snage 5,4kW. Površina panela tako je sračunata da mogu da obezbede potrebnu količinu električne energije za net-zero potrošnju na godišnjem nivou.

Naravno, da bi ovaj cilj bio postignut važno je i odgovorno ponašanje stanara. Kuća trenutno funkcioniše kao izložbena jedinica za prodaju pa realni podaci za stalno useljenu kuću još uvek nisu dostupni.

Ostale zelene karakteristike:

Svi uređaji u kući sertifikovani su Energy Star oznakom, kao i veći deo veštačkog osvetljenja. Osvetljenje uključuje i korišćenje LED-a.
Sve vodovodne instalacije su optimizovane za nizak protok kako bi se postigle uštede vode. Toaleti imaju vodokotliće sa duplim tasterima za jače i slabije ispiranje što može smanjiti potrošnju vode za ispiranje od 30 do 70% - zavisno od savesnosti korisnika.
Važan detalj za uštedu vode jeste i sadnja lokalnih i mediteranskih biljaka koje su otporne na suše i nije ih potrebno zalivati, tj. trošiti vodu. Deo krova je rešen tako da se sa njega voda sakuplja u bunar koji obezbeđuje navodnjavanje parcele.
Za izradu betonskih temelja i „mrtve“ ploče korišćen je u određenom procentu i pepeo iz termoelektrana (ovako se štedi na cementu i smanjuje emisija CO₂ - više potražite na našem sajtu na tagu "pepeo" na kraju teksta).
Terasa je obložena Ipe podom sa FSC sertifikatom (na fotografiji dole desno). Radne površine i unutrašnja vrata sadrže određeni deo recikliranog materijala.
Energetske performanske kuće biće pod stalnim monitoringom. Tabla za kontrolu i praćenje smeštena je u kuhinji kako bi omogućila lak pristup informacijama u realnom vremenu o potrošnji i proizvodnji električne energije (TED 5000, na fotografiji gore desno).

Nekoliko laboratorija pratiće energetske performanse kuće tokom cele godine kako bi sakupili podatke (R&D - research and development) i kako bi pomoglo da se efikasnost ovog tipa kuće poboljša u narednim modelima koje izgradi kompanija ZETA.

ulaz kuće Lankaster (levo)
obloga terase sa FSC sertifikatom (desno)

Naučene lekcije - Kompanija ZETA dala je i korisne savete zasnovane na njihovom pilot projektu net-zero energetske kuće:

Sastavite intergrisan, multi-disciplinarni tim već od idejnog rešenja. To je ključno da bi dizajnersko rešenje postiglo energetsku efikasnost, dobru cenu i izvođačke zahteve, izbegavajući greške, problematična mesta i dodatne troškove prilikom samog izvođenja.
U najranijoj fazi definišete svoje zelene prioritete. Postoji jaka veza između energetske efikasnosti, sačuvane energije (embodied energy) i kvaliteta unutrašnjeg vazduha, i svaka odluka utiče i na cenu. Na primer, nijedna vrsta izolalice ne može ispuniti sve zahteve. Neke sa boljim termičkim karakteristikama su i skuplje ili imaju više embodied energy. Druge imaju manju embod energiju, ali su manje otporne na buđ i probleme sa vlagom.
Započnite sa dobro zaptivenim omotačem zgrade. Ovo je rešenje za energetsku efikasnost koje donosi najbrži povraćaj uloženih sredstava.
Kontrola je veoma važna kako bi se obezbedilo da efikasna rešenja sa najmanjom potrošnjom energije (na primer ventilacija) učestvuju u zagrevanju prostora pre nego što se uključe sistemi koji troše više energije (grejanje i hlađenje).
Dizajn je samo deo jednačine. Implementacija, izvođenje i ponašanje u realnim uslovima takođe su veoma važni. Kontrolne table na vidnim mestima važne su da bi se uticalo na ponašanje korisnika prostora i smanjila potrošnja u izvesnoj meri u delu za koje su sami stanari odgovorni. Kompanija ZETA planira da vrši monitoring u trajanju od godinu dana, zajedno sa Ministarstvom za energetiku, laboratorijom NREL i PG&E, kako bi dobila što realnije podatke.
Uzmite u obzir energetske potencijale same lokacije, naročito kada se govori o zagrevanju prostora. Odgovor na pitanje da li ćete sistem zasnovati na električnoj energiji ili gasu zavisi od onoga što želite da postignete.

Cena - sporno

Navedena cena kuće Lankaster je 1200 evra/m² (165$/stopa²), međutim, nekoliko komentatora na sajtu GBA iznelo je tvrdnju da je ova cena čak za 700-800 evra/m² viša od osnovne cene modularne kuće iste veličine koja ispunjava veoma oštar kalifornijski standard za energetsku efikasnost (Title 24 energy code - link na kraju teksta), sve građevinske propise, i spada u IBC modularnu gradnju.

Isti komentator (doduše iz konkurentske firme) tvrdi da ovako izražena osnovna cena (bila ona 1.200 ili 450 dolara/m²) podrazumeva samo dostavu kuće na lokaciju i da čini samo 50% ukupnih troškova. On tvrdi da, i kada se dodaju troškovi montaže, postavljanja instalacije i završne obrade, može da izgradi kuću koja ispunjava visoke standarde a istovremeno košta oko 45-50% manje od Lankaster kuće, tj. Po njegovoj računici - za 275,000 umesto 500.000 evra.

On dodaje da njegova kuća ne spada u vrhunsku gradnju ali da je i dalje kuća sa izuzetnim karakteristikama (R-21 zidovi, R-40 podovi, R-49 krov) i da je ipak gradi firma koja postoji već decenijama, za razliku od firme ZETA koja je novajlija na tržištu.

Uopšte, cena zelene gradnje nešto je o čemu se dosta raspravlja a najoštriji pobornici zelene gradnje insistiraju na tome da se preskupi projekti ne nazivaju „zelenim“ jer na taj način stvaraju pogrešnu sliku da odlične karakteristike moraju puno da koštaju.

Možda je najbolji primer na koji način treba kontrolisati cenu objekata sa izuzetnim karakteristikama zapravo u Švajcarskoj - Minergie standard možete ispuniti kvalitetom projekta i odličnim izvođenjem, ali ga nećete dobiti ako ste poboljšanja u odnosu na konvencionalnu gradnju platili više od 10% cene standardne gradnje za isti objekat. Švajcarci sve preko 10% smatraju lošim i nepotrebnim rešenjem koje šteti ugledu efikasne gradnje (potraži link ispod).

Linkovi: