Passive House: η γέννηση μιας ιδέας

Κτίρια και αρχιτεκτονική που εξοικονομούν: πώς γεννήθηκε το πρότυπο Passive House

Η έννοια της ενεργειακά αποδοτικής δόμησης στην Ευρώπη διαμορφώθηκε σταδιακά, και η δημιουργία βασικών θεσμών αποτέλεσε σημαντικό σημείο εκκίνησης για την ανάπτυξη των σύγχρονων προτύπων.

Passive House/Passivhaus είναι ένα πρότυπο κτιρίου με πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, όπου η άνεση επιτυγχάνεται όχι μέσω ισχυρής θέρμανσης, αλλά μέσω του σωστού κελύφους του κτιρίου: μόνωση, αεροστεγανότητα, παράθυρα, απουσία θερμογεφυρών και αερισμός με ανάκτηση θερμότητας.

Το Passive House Institute ιδρύθηκε το 1996 στο Darmstadt της Γερμανίας από τον δρα Wolfgang Feist. Στόχος του ήταν η επιστημονική τεκμηρίωση και εφαρμογή των αρχών της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας στα κτίρια. Ακριβώς αυτός ο οργανισμός έθεσε τα θεμέλια του διεθνούς προτύπου Passivhaus, το οποίο σήμερα θεωρείται ένα από τα πιο απαιτητικά και τεχνολογικά προηγμένα στον τομέα της ενεργειακής απόδοσης.

Στο κύμα του αυξανόμενου ενδιαφέροντος για τη βιώσιμη δόμηση στην Ευρώπη, εμφανίστηκε και ένα άλλο σημαντικό σύστημα – το CasaClima (KlimaHaus). Ιδρύθηκε το 2002 στο Bolzano (Νότιο Τιρόλο, Ιταλία) ως κρατικός οργανισμός, με σκοπό τη βελτίωση της ποιότητας της δόμησης και τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας των κτιρίων στην περιοχή. Με τον καιρό, το CasaClima εξελίχθηκε σε ένα από τα κορυφαία κέντρα πιστοποίησης της Ευρώπης, αναπτύσσοντας τη δική του κλίμακα αξιολόγησης κτιρίων και καθιερώνοντας το ως σημείο αναφοράς για την οικολογικά υπεύθυνη δόμηση, όχι μόνο στην Ιταλία αλλά και εκτός αυτής.

Με βάση το έργο αυτών των θεσμών διαμορφώθηκε η έννοια του παθητικού σπιτιού. Το παθητικό σπίτι είναι ένα κτίριο σχεδιασμένο ώστε να εξασφαλίζει άνετες συνθήκες διαβίωσης με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη. Αυτό επιτυγχάνεται χάρη σε υψηλό επίπεδο θερμομόνωσης, αεροστεγανότητα των κατασκευών, χρήση ενεργειακά αποδοτικών παραθύρων και συστημάτων ελεγχόμενου αερισμού με ανάκτηση θερμότητας.

Το πρώτο πραγματικά λειτουργικό παθητικό σπίτι

Το πρώτο πραγματικά λειτουργικό και πλήρες Παθητικό Σπίτι δεν ήταν καθόλου σπίτι, αλλά πλοίο: ήταν το «Fram» (1883), που κατασκευάστηκε για την αποστολή του Fridtjof Nansen τη δεκαετία του 1890. Η κατασκευή του ήταν μοναδική για την εποχή του: το κύτος αποτελούνταν από πολλαπλά στρώματα ξύλου, φελλού και τσόχας, που εξασφάλιζαν εξαιρετικά υψηλό επίπεδο θερμομόνωσης, ενώ το ίδιο το σχήμα του πλοίου του επέτρεπε να αντέχει την πίεση των πάγων χωρίς ζημιές. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στην αεροστεγανότητα και στην ελαχιστοποίηση των θερμικών απωλειών, γεγονός που επέτρεπε τη διατήρηση άνετης θερμοκρασίας στο εσωτερικό ακόμη και στις σκληρές αρκτικές συνθήκες, με ελάχιστη χρήση ενέργειας. Ουσιαστικά, το «Fram» εφάρμοσε τη βασική αρχή που βρίσκεται σήμερα στη βάση της ιδέας των ενεργειακά αποδοτικών κτιρίων: να μην παράγεται περισσότερη θερμότητα, αλλά να ελαχιστοποιούνται στο έπακρο οι απώλειές της. Γι' αυτό το πλοίο αυτό αναφέρεται συχνά ως ιστορικό παράδειγμα πρώιμης προσέγγισης στην παθητική εξοικονόμηση ενέργειας.

Απόσπασμα από τον F. Nansen

Ο F. Nansen έγραφε: «…οι εξωτερικές πλευρές του πλοίου ήταν καλυμμένες με πισσωμένη τσόχα, μετά ακολουθούσε ένα στρώμα επένδυσης από φελλό, έπειτα – πάνελ επένδυσης, στη συνέχεια – ένα παχύ στρώμα τσόχας, δίπλα – στεγανό λινοτάπητας, και τελευταία – η εσωτερική επένδυση. Οι οροφές του σαλονιού και της καμπίνας… είχαν συνολικό πάχος περίπου 15 ίντσες… Ο φανός, που υπέφερε περισσότερο από το κρύο, προστατευόταν με τρία στρώματα υαλοπίνακα (το ένα μέσα στο άλλο) και διάφορα άλλα μέσα… Το «Fram» είναι μια άνετη κατοικία. Ανεξάρτητα από το αν το θερμόμετρο δείχνει 22° πάνω από το μηδέν ή 22° κάτω από το μηδέν, δεν έχουμε φωτιά στη σόμπα. Ο αερισμός είναι εξαιρετικός, ιδίως επειδή κατασκευάσαμε αεραγωγούς-«ιστία» που όλο τον χειμώνα παρέχουν κρύο αέρα μέσω ενός ανεμιστήρα. Παρ' όλα αυτά, καθόμαστε εδώ ζεστά και άνετα, και μόνο η λάμπα καίει. Σκέφτομαι το ενδεχόμενο να αφαιρέσω εντελώς και τη σόμπα, απλώς μας εμποδίζει».

Η ιδέα διαμορφώθηκε το 1988 στο πλαίσιο της συνεργασίας του δρα Wolfgang Feist και του καθηγητή Bo Adamson κατά τη διάρκεια ερευνών στο Πανεπιστήμιο του Lund (Σουηδία).

Το πρώτο Passive House

Το πρώτο Passive House υλοποιήθηκε στο Darmstadt-Kranichstein (Γερμανία) το 1990–1991 και αποτελούνταν από 4 σειριακές κατοικίες, που έγιναν το πρώτο οικιστικό έργο στην Ευρώπη με τόσο χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Αυτό το έργο επιβεβαίωσε την άψογη και αδιάλειπτη λειτουργία, έως σήμερα, όλων των σημαντικών στοιχείων των κτιρίων, υπό την προϋπόθεση της κανονικής τους λειτουργίας.

Από το 1991, η μέση κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση παρέμεινε στο επίπεδο των λιγότερο από 10 kWh/(m²), με εξοικονόμηση σε σύγκριση με τα παραδοσιακά κτίρια που ξεπερνά το 90%.

Αυτά τα εντυπωσιακά νούμερα έδωσαν σημαντική ώθηση στην ανάπτυξη της αγοράς: ακόμη και σε ψυχρό κλίμα, το σπίτι δεν χρειαζόταν κλασικό σύστημα θέρμανσης – η θερμότητα μπορούσε να παρέχεται μέσω των συστημάτων αερισμού με ανάκτηση, κάτι που έγινε η βάση ολόκληρης της ιδέας του Passive House!

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το Passive House λειτουργεί μόνο σε συνδυασμό με τον αερισμό, καθώς οι θερμικές απώλειες μέσω του φυσικού αερισμού (άνοιγμα παραθύρων, θυρών, μη στεγανά σημεία) σε συνηθισμένα κτίρια ανέρχονται σε περίπου 35 kWh/m²/έτος, δηλαδή περισσότερο από ολόκληρη τη θέρμανση ενός Passive House.

Το πρώτο Passive House απέδειξε όχι τη θεωρία, αλλά την πράξη: ένα σπίτι μπορεί να καταναλώνει 5–10 φορές λιγότερη ενέργεια και παράλληλα να παραμένει άνετο – αν τα τεχνικά συστήματα λειτουργούν σωστά.

Το 1996 ιδρύθηκε το Passive House Institute (PHI), που σήμερα καθορίζει τα πρότυπα και την πιστοποίηση.

Ποιες χώρες συμμετείχαν

Αρχικά το πρότυπο αναπτύχθηκε στη Γερμανία, την Αυστρία, τη Σουηδία και την Ελβετία, και στη συνέχεια επεκτάθηκε σε όλη την Ευρώπη, τη Βόρεια Αμερική και την Ασία.

Σήμερα το Passive House εκπροσωπείται σε περισσότερες από 50 χώρες μέσω διεθνούς ένωσης.

Σχεδόν όλα τα υλοποιημένα έργα μπορούν να αναζητηθούν στην παγκόσμια βάση δεδομένων.

Βασικά κριτήρια του Passive House

Σύμφωνα με το Passive House Institute, ένα κτίριο πρέπει να πληροί τις εξής παραμέτρους:

• Ανάγκη σε ενέργεια για θέρμανση ≤ 15 kWh/m²/έτος. Πόση θερμότητα χρειάζεται το σπίτι ετησίως; Πολύ λίγη – το σπίτι σχεδόν δεν «ζητά» θέρμανση.
• Μέγιστο θερμικό φορτίο ≤ 10 W/m². Πόση θερμότητα χρειάζεται τη στιγμή του μεγαλύτερου κρύου; Τόσο χαμηλό που συχνά αρκεί μια ελαφριά θέρμανση του αέρα.
• Αεροστεγανότητα ≤ 0,6 εναλλαγές αέρα/ώρα (στα 50 Pa). Το σπίτι σχεδόν δεν «φυσάει». Ο αέρας δεν διαφεύγει από χαραμάδες, αλλά κινείται ελεγχόμενα μέσω του αερισμού.
• Πρωτογενής ενέργεια (PER) ≤ 60 kWh/m²/έτος. Συνολικές δαπάνες ενέργειας για τα πάντα: θέρμανση, ζεστό νερό, ρεύμα. Δηλαδή το σπίτι είναι οικονομικό με την πλήρη έννοια του όρου.
• Υπερθέρμανση ≤ 10% του χρόνου πάνω από 25°C. Το καλοκαίρι το σπίτι δεν πρέπει να είναι ζεστό για περισσότερο από το 10% του χρόνου. Άνεση χωρίς κλιματιστικό ή με ελάχιστη ψύξη.

Πώς υπολογίζεται η ενεργειακή απόδοση ενός κτιρίου

Η ενεργειακή απόδοση των κτιρίων στην Ευρωπαϊκή Ένωση καθορίζεται σύμφωνα με την οδηγία Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) – την Οδηγία για την Ενεργειακή Απόδοση των Κτιρίων.

Η αξιολόγηση βασίζεται στον δείκτη ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας ανά 1 τ.μ. επιφάνειας κτιρίου:

kWh/m² ετησίως.

Παράλληλα λαμβάνεται υπόψη ένα σύνολο παραγόντων:

• η θερμομόνωση του κτιρίου (τοίχοι, στέγη, παράθυρα)
• τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης
• ο αερισμός
• η παροχή ζεστού νερού
• ο φωτισμός (ιδίως για εμπορικά κτίρια)
• η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Κλάσεις ενεργειακής απόδοσης

Με βάση αυτόν τον υπολογισμό, τα κτίρια λαμβάνουν κλάση ενεργειακής απόδοσης σε κλίμακα από το A έως το G, η οποία επιτρέπει τη γρήγορη αξιολόγηση του επιπέδου κατανάλωσης ενέργειάς τους και των μελλοντικών δαπανών λειτουργίας.

• A / A+ / A0 – υψηλότερη ενεργειακή απόδοση, ελάχιστες δαπάνες
• B–C – μεσαίο επίπεδο, βέλτιστη σχέση κόστους και κατανάλωσης
• D–E – αυξημένη κατανάλωση ενέργειας
• F–G – χαμηλή απόδοση και υψηλές δαπάνες

Έτσι, οι κλάσεις ενεργειακής απόδοσης αποτελούν πρακτικό εργαλείο για την αγορά ακινήτων: βοηθούν στη σύγκριση κτιρίων μεταξύ τους, στην αξιολόγηση της οικονομίας και της άνεσής τους.

Όλες αυτές οι προσεγγίσεις ρυθμίζονται σε επίπεδο Ευρωπαϊκής Ένωσης από την οδηγία Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) – την Οδηγία για την Ενεργειακή Απόδοση των Κτιρίων.

Ουκρανία

Στην Ουκρανία ισχύει ο Νόμος: «Περί ενεργειακής απόδοσης κτιρίων» Αρ. 2118-VIII.

Ρυθμίζει:

• την ενεργειακή πιστοποίηση κτιρίων
• τον καθορισμό της κλάσης ενεργειακής απόδοσης
• τις απαιτήσεις για νέα και ανακαινισμένα κτίρια

Ο ρόλος του αερισμού στο Passive House

Στο Passive House, ο αερισμός είναι απαραίτητο στοιχείο του συστήματος. Λόγω της υψηλής αεροστεγανότητας του κτιρίου, απαιτείται ελεγχόμενη ανανέωση αέρα.

Η ενεργειακή απόδοση των κτιρίων αποτελεί έναν από τους βασικούς άξονες της πολιτικής της Ευρωπαϊκής Ένωσης, με στόχο την επίτευξη πλήρως απανθρακοποιημένου κτιριακού αποθέματος έως το 2050.

Δεν πρόκειται μόνο για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, αλλά και για μια συστηματική προσέγγιση στον σχεδιασμό και τη λειτουργία των κτιρίων: από τα υλικά και τις κατασκευές έως τα τεχνικά συστήματα.

Στο πλαίσιο της οδηγίας Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) προβλέπονται:

• σταδιακή μείωση της κατανάλωσης ενέργειας νέων και υφιστάμενων κτιρίων
• μετάβαση σε κτίρια με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας (nZEB – nearly Zero Energy Buildings)
• ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας
• ενίσχυση του ρόλου των τεχνικών συστημάτων στη διαμόρφωση της άνεσης

Πρακτική εφαρμογή

Πώς όμως φαίνεται αυτό στην πράξη; Για να επιτευχθούν υψηλοί δείκτες ενεργειακής απόδοσης, το κτίριο πρέπει να λειτουργεί ως ενιαίο, συντονισμένο σύστημα, όπου κάθε στοιχείο συμπληρώνει το άλλο.

Πρωτίστως, καθοριστικό ρόλο παίζει το κέλυφος του κτιρίου. Πρόκειται για ποιοτική μόνωση, χρήση ενεργειακά αποδοτικών παραθύρων και ελαχιστοποίηση των θερμογεφυρών. Ακριβώς αυτές οι λύσεις επιτρέπουν τη σημαντική μείωση των θερμικών απωλειών και τη μείωση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας.

Εξίσου σημαντική είναι η αεροστεγανότητα του κτιρίου. Όταν ο αέρας δεν διαφεύγει από ανεξέλεγκτες χαραμάδες, η θερμότητα δεν χάνεται χαοτικά. Αντίθετα, η ανανέωση αέρα γίνεται ελεγχόμενη και προβλέψιμη, κάτι που είναι κρίσιμο για ένα σταθερό μικροκλίμα.

Ωστόσο, καθοριστικό ρόλο παίζουν τα τεχνικά συστήματα. Ακριβώς σε αυτό το στάδιο διαμορφώνεται η πραγματική απόδοση του κτιρίου κατά τη λειτουργία του. Σε σύγχρονα ενεργειακά αποδοτικά σπίτια, έως και 30–40% των θερμικών απωλειών μπορεί να οφείλεται στον αερισμό, εάν αυτός πραγματοποιείται ανεξέλεγκτα – μέσω ανοίγματος παραθύρων ή φυσικής διείσδυσης αέρα. Γι' αυτό, χωρίς προσεγμένες λύσεις στον τομέα του αερισμού, η επίτευξη υψηλής ενεργειακής κλάσης είναι πρακτικά αδύνατη.

Ο ρόλος του αερισμού με ανάκτηση θερμότητας

Για να λυθεί το πρόβλημα της απουσίας ενεργειακά αποδοτικής ανανέωσης αέρα, εφαρμόζεται μηχανικός αερισμός με ανάκτηση θερμότητας. Αυτό το σύστημα παρέχει ταυτόχρονα φρέσκο αέρα στον χώρο και απομακρύνει τον χρησιμοποιημένο αέρα προς τα έξω. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η θερμότητα από τον απαγόμενο αέρα μεταφέρεται στον εισερχόμενο αέρα μέσω ειδικού εναλλάκτη θερμότητας.

Έτσι, οι ροές αέρα δεν αναμειγνύονται, όμως στον χώρο επιστρέφει έως και 80–98% της θερμότητας, γεγονός που επιτρέπει σημαντική εξοικονόμηση στη θέρμανση.

Παράδειγμα: πώς λειτουργεί όλο αυτό μαζί

Ας φανταστούμε ένα τυπικό διαμέρισμα 80 τ.μ. Η διαφορά μεταξύ των δύο προσεγγίσεων αερισμού θα είναι ριζική:

• χωρίς ανάκτηση θερμότητας, ο αερισμός γίνεται αποκλειστικά μέσω ανοιχτών παραθύρων. Αυτό δημιουργεί ασταθές μικροκλίμα με συνεχείς διακυμάνσεις στα επίπεδα CO2 και υγρασίας. Ως αποτέλεσμα, προκύπτουν τεράστιες θερμικές απώλειες, εξαιτίας των οποίων οι λογαριασμοί θέρμανσης παραμένουν σταθερά υψηλοί
• με ανάκτηση θερμότητας, στο ίδιο διαμέρισμα εξασφαλίζεται σταθερή και πλήρως ελεγχόμενη ανανέωση αέρα. Το σύστημα εγγυάται άνετο επίπεδο CO2 και βέλτιστη υγρασία χωρίς κανένα ρεύμα αέρα, διατηρώντας σταθερή θερμοκρασία. Το κύριο πλεονέκτημα – αποκτάτε έως και 90% λιγότερες απώλειες μέσω του αερισμού, κάτι που μειώνει σημαντικά τις δαπάνες θέρμανσης

Βασικό συμπέρασμα

Το Passive House είναι ένα αναγνωρισμένο διεθνές πρότυπο δόμησης, το οποίο συνδυάζει αρμονικά την ασυμβίβαστη ενεργειακή απόδοση, τη μέγιστη άνεση διαβίωσης και τις πλέον προηγμένες τεχνικές λύσεις. Αυτή η ιδέα επαναπροσδιορίζει πλήρως την παραδοσιακή προσέγγιση στον σχεδιασμό και την ανέγερση κτιρίων.

Στα σύγχρονα οικολογικά σπίτια, καθοριστικό ρόλο δεν παίζει πλέον μόνο το πάχος του μονωτικού υλικού ή η ποιότητα των τοιχοδομικών υλικών, αλλά κυρίως τα ευφυή συστήματα αερισμού, τα οποία είναι υπεύθυνα για τη συνεχή διαχείριση του μικροκλίματος, την παροχή φρέσκου αέρα 24/7 και τη διατήρηση της εσωτερικής θερμότητας.

Γι' αυτό ακριβώς ο αερισμός με ανάκτηση θερμότητας έχει μετατραπεί σε βασικό, αναντικατάστατο στοιχείο για τα οικολογικά πρότυπα Passive House, για τα κτίρια με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας (nZEB) και γενικότερα για ολόκληρη τη σύγχρονη ευρωπαϊκή αρχιτεκτονική.

Χάρη στη συνεχή αυτόματη διαχείριση των ροών αέρα, ένα τέτοιο σύστημα εγγυάται σταθερή παροχή φρέσκου αέρα και διατηρεί ένα ιδανικό, υγιές μικροκλίμα στα δωμάτια, ελαχιστοποιώντας παράλληλα κάθε θερμική απώλεια.