Rok Prigl TOPLOTNE IZOLACIJE TEMELJNE PLOŠČE NIZKO ENERGIJSKE HIŠE Diplomsko delo Maribor, september 2012
I Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa TOPLOTNE IZOLACIJE TEMELJNE PLOŠČE NIZKO ENERGIJSKE HIŠE Študent: Študijski program: Rok PRIGL visokošolski študijski program Gradbeništvo Smer: Mentor: Somentor: operativno - konstrukcijska izr. prof. dr. Bojan Žlender doc. dr. Borut Macuh Maribor, september 2012
III
IV ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Bojanu Žlendru za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem somentorju doc. dr. Borutu Macuhu. Posebna zahvala velja staršem, ki so mi med študijem stali ob strani.
V TOPLOTNE IZOLACIJE TEMELJNE PLOŠČE NIZKO ENERGIJSKE HIŠE Ključne besede: nizkoenergijska hiša, toplotni most, termovizija, zrakotesnost, toplotna izolacija, temeljna plošča UDK: 699.86:728.2.025.4(043.2) Povzetek Diplomska naloga se osredotoča na tehnologijo izdelave nizkoenergijske oz. pasivne hiše v območju tal. Definira pojme kot so klasična, nizkoenergijska ter pasivna gradnja. Obravnava problem toplotnih mostov, njihovo odpravo, podrobneje pojasni postopek termovizije in zrakotesnosti. V nalogi so predstavljeni trije načini izvedbe temeljne plošče nizkoenergijske hiše in izrisani detajli (FibranXPS, Glapor penjeno steklo, Wolf trda polistirenska pena). Narejena je finančna primerjava izvedbe temeljne plošče za vsak način. Za izračune U - vrednosti posameznih gradbenih elementov je uporabljen program Passivhause Projektirungs Paket, ki služi kot osnovno orodje pri projektiranju nizkoenergijskih hiš.
VI THERMAL ISOLATIONS OF LOW - ENERGY HOUSE FOUNDATION PLATE Key words: low-energy house, thermal bridge, thermo vision, air tightness, thermal insulation, foundation plate UDK: 699.86:728.2.025.4(043.2) Abstract The graduation thesis focuses on the technology of building a low-energy house or passive house on the ground area. It defines concepts like classic, low-energy, and passive building. It approaches issues related to thermal bridges and how to resolve them, and provides a detailed explanation of the thermo vision and air-tightness processes. The thesis presents three ways of bedplate implementation for a low-energy house and the drawing of details (FibranXPS, Glapor foam glass, Wolf hard polystyrene foam). A financial comparison of the foundation plate implementation for each way was also carried out. For the calculation of U-values of individual construction elements, the Passivhause Projektirungs Paket software was used which serves as a basic tool for designing low-energy houses.
VII KAZALO 1 UVOD... 1 2 KLASIČNA, NIZKOENERGIJSKA IN PASIVNA HIŠA... 5 2.1 STANDARD NIZKOENERGIJSKE (PASIVNE) HIŠE... 6 2.2 TOPLOTNI MOSTOVI... 8 2.2.1 Termovizija (termografija) stavbe... 12 2.2.2 Zrakotesnost... 13 3 NAČINI IZVEDBE TOPLOTNIH IZOLACIJ... 16 3.1 KLASIČNA GRADNJA... 16 3.2 TOPLOTNO IZOLACIJSKE PLOŠČE FIBRANXPS... 17 3.2.1 Pasovni temelj ali temeljna plošča... 18 3.2.2 Detajli in skice... 18 3.3 GLAPOR PENJENO STEKLO... 26 3.3.1 Detajli in skice... 27 3.4 WOLF ZIDAKI... 30 3.4.1 Detajli in skice... 33 4 ENERGETSKA BILANCA OBJEKTA... 37 4.1 PROGRAM PHPP 2007... 38 4.2 IZRAČUN TOPLOTNE PREVODNOSTI... 40 4.2.1 Klasična gradnja... 41 4.2.2 FIBRANxps... 42 4.2.3 Glapor penjeno steklo... 45 4.2.4 WOLF... 47 5 FINANČNA PRIMERJAVA... 49 6 ZAKLJUČEK... 51 7 VIRI, LITERATURA... 53 8 PRILOGE... 58 8.1 SEZNAM SLIK... 59
VIII 8.2 SEZNAM PREGLEDNIC... 61 8.3 NASLOV ŠTUDENTA... 61 8.4 KRATEK ŽIVLJENJEPIS... 61
IX UPORABLJENI SIMBOLI % odstotek C stopinja celzija cm CO 2 CS d h K kg kpa centimeter ogljikov dioksid deklarirana tlačna trdnost debelina ura kelvin kilogram kilopascal kwh kilovatna ura l m M liter meter vlaga m² kvadratni meter m³ kubični meter mm² kvadratni milimeter N Pa W WD λ newton pascal vat deklarirana stopnja dolgotrajnega navzemanja vode pri difuziji toplotna prevodnost
X UPORABLJENE KRATICE AB CE DIN ETA FT2 ITT NEH PE PH PHPP PURES armiran beton evropska skladnost nemški inštitut za standardizacijo evropsko tehnično soglasje razred odpornosti na zmrzovanje test kvalitete materiala ( initial type test) nizkoenergijska hiša polietilen pasivna hiša program za izračun energetske bilance objekta pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah SIST EN standard na področju ugotavljanja skladnosti SSE TI XPS solarna energija toplotna izolacija ekstrudiran polistiren
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 1 1 UVOD Dandanes je klasična gradnja kot smo jo poznali v bližnji preteklosti že prava redkost, saj so trendi naravnani h gradnji nizkoenergijskih objektov. Poudarja se predvsem ekološka plat takšne gradnje, saj nove tehnologije omogočajo gradnjo hiš, ki proizvajajo zelo malo ali celo nič ogljikovega dioksida, ki škodljivo vpliva na podnebne spremembe in povzroča toplogredne učinke. O potratnosti in škodljivem vplivu na okolje je zgovoren podatek,»da pri izgorevanju 1 litra lahkega kurilnega olja nastane 2.7 kg CO 2, kar pomeni, da letno, pri porabi 1.500 litrov kurilnega olja, proizvedemo preko 4 tone CO 2. Tudi uporaba plina prispeva veliko novega CO 2, in sicer 1.85 kg za vsak kubični meter«[33]. Vendar nizkoenergijska gradnja ni primerna le zaradi vse večje ekološke ozaveščenosti, temveč tudi iz ekonomskega vidika. Zaradi energetske krize, ki se bo v prihodnosti še povečevala, in dvigovanja cen derivatov za ogrevanje (npr.: kurilno olje), naraščajo stroški energije za ogrevanje prostorov in sanitarne vode. Za primer, cena kurilnega olja se je od 1.1.2007 do 29.5.2012 skoraj podvojila (1.1.2007 je cena za liter kurilnega olja znašala 0.574 evra, 29.5.2012 pa že 0.991 evrov na liter [26]). Prav zaradi tega dejstva je naložba v nizkoenergijsko hišo nedvomno smiselna, saj je njen glavni namen omejevanje toplotnih izgub in izkoristek naravnih virov toplotne energije iz okolja. Poleg tega so tudi stroški vzdrževanja pasivne hiše precej manjši, saj ogrevalnih naprav, ki potrebujejo popravila in redno vzdrževanje, v večini primerov sploh ni. Za primerjavo imajo prezračevalne naprave dolgo življenjsko dobo in so veliko bolj trpežne.»minimalni stroški za obratovanje in vzdrževanje pasivne hiše posledično zvišujejo mesečni dohodek, kar bo ob realno čedalje nižjih plačah in vedno nižjih pokojninah v prihodnosti gotovo pomemben dejavnik izbire«[47]. V diplomski nalogi smo se osredotočili na tehnologijo izdelave nizkoenergijske oz. pasivne hiše pri tleh oz. na detajle stavbe pri zemljini. Predstavili smo problem toplotnih mostov pri temeljnih tleh in rešitev le-teh v izvedbi nizkoenergijske oz. pasivne hiše. Prav tako smo pojasnili postopek in pomen termovizije ter zrakotesnosti in primerjali rezultate merjenj na
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 2 primeru klasične ter pasivne hiše. Ob tem smo na primerih izvedli izračun toplote prehodnosti običajne in nizkoenergijske hiše. Prav tako smo naredili izračun stroškov izgradnje temeljne plošče pasivne ter klasične hiše. Teze: - položaj toplotne izolacije v gradbenem elementu je ključnega pomena, - termografska slika stavbe je pomembna za odkrivanje napak pri toplotnem ovoju stavbe, - dobra zrakotesnost prispeva k boljšemu počutju/bivanju v stavbi, - klasična gradnja porabi nekajkrat več energije za ogrevanje kot pasivna gradnja, - investicija v najbolj optimalno nizkoenergijsko gradnjo, v pasivno gradnjo, se najbolj izplača. V prvem delu diplomske naloge je predstavljena definicija različnih gradenj (klasične, nizkoenergijske in pasivne), razlike med nizkoenergijsko in pasivni hišo, ter izpostavljen problem toplotnim mostov in načini kako jih je mogoče odpraviti. Ob tem je pojasnjen še pomen termovizije in zrakotesnosti, s katerima si lahko pomagamo pri odpravi toplotnih mostov oz. preverimo kvaliteto gradnje. Sledi drugi del, kjer so opisane različne možnosti izvedbe izolacij pri nizkoenergijski oz. pasivni gradnji, ter njihov grafični prikaz. V zadnjem delu je izveden izračun toplotne prehodnosti za posamezne izbrane primere, ter primerjava cenovnih kategorij. Stroški za ogrevanje so dandanes vedno višji, fosilna goriva vsak mesec dražja, zato se nizkoenergijska oziroma pasivna gradnja v današnjem času vse bolj uveljavlja. Nizkoenergijske hiše so funkcionalno projektirane, da izrabljajo čim več naravnih virov toplote, detajli v stavbi so izvedeni brez napak, v uporabi so različni testi s katerimi se preveri kvaliteta stavbe med in po končani gradnji (test zrakotesnosti in termovizija). Z ustanovitvijo Eko sklada država pomaga z dodelitvijo nepovratnih sredstev investitorjem za večjo promocijo takšnega tipa gradnje. Pri letni porabi kurilnega olja na m² se najslabše obnese klasična stavba, saj porabi na leto tudi do 20 litrov kurilnega olja na m², kar za 100 m² letno znese (ob ceni 1.021 evra na liter kurilnega olja [26]) 2000 litrov kurilnega olja, kar znaša 2042 evrov letno, na mesec 170 evrov. Nizkoenergijska trilitrska hiša porabi do skoraj sedemkrat manj toplotne energije za
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 3 ogrevanje, letno torej 3 litre kurilnega olja na m², kar za 100 m² znese 300 litrov, torej približno 306 evrov letno, kar znese mesečno 26 evrov. Pasivna hiša je optimalna nizkoenergijska hiša, saj porabi letno 1.5 litra kurilnega olja na m² (za 100 m² 150 litrov) kar znese strošek letno približno 153 evrov, na mesec slabih 13 evrov. Poraba kurilnega olja in stroški ogrevanja za vsak posamezen tip gradnje so razvidni iz preglednice 6.1. Tip hiše Preglednica 1.1: Poraba kurilnega olja za posamezen tip hiše [20] Površina [m²] Letna poraba kurilnega olja na m² Letni strošek porabe kurilnega olja [ ] Mesečni strošek porabe kurilnega olja [ ] Klasična 100 20 2042 170 Nizkoenergijska 100 3 306 26 Pasivna 100 1.5 153 13 Nizkoenergijska gradnja je izpopolnjena klasična gradnja. Da lahko hišo označimo za nizkoenergijsko oziroma pasivno, ni dovolj, da ima hiša dobro arhitekturno zasnovo ali da vsi izračuni izpolnjujejo zahteve po PURES-u. Pomembna je tudi sama izvedba gradbenih elementov oziroma detajlov, saj bo tako rezultat upravičil finančno investicijo. V nadaljevanju bomo našteli najbolj bistvene pozitivne in negativne lastnosti nizkoenergijske gradnje. Pozitivne lastnosti: - bistveno nižji stroški ogrevanja, - ugodnejši bivalni pogoji (stavba brez toplotnih mostov, kontrolirano prezračevanje), - energija za ogrevanje se pridobiva iz obnovljivih naravnih virov, - hitra gradnja, - ni pojava plesni itd. Negativne lastnosti: - stroški gradnje do 10% višji. Negativnih lastnosti, razen tega, da so stroški gradnje do 10% višji kot pri klasičnem sistemu, dejansko ni. Investicija se v nekaj letih, zaradi nizkih stroškov ogrevanja, povrne. Na drugi strani pa je veliko pozitivnih lastnosti, izmed katerih je najpomembneje izpostaviti bivalne pogoje. Le ti so, zaradi kontroliranega prezračevanja, gradnje brez toplotnih mostov in
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 4 premišljene izbire gradbenih materialov, bistveno ugodnejši, kar seveda pozitivno vpliva na zdravje ljudi in kvaliteto bivanja v takem objektu.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 5 2 KLASIČNA, NIZKOENERGIJSKA IN PASIVNA HIŠA Kadar se primerja klasična gradnja z novodobno nizkoenergijsko in pasivno, je govora predvsem o letni porabi energije (o energijskem številu), ki pa je odvisna od več dejavnikov: - zrakotesnosti stavbe, - dobre oziroma slabe toplotne izoliranosti stavbe, - oblike in lege stavbe (glede na smeri neba), - smotrne postavitve bivalnih prostorov, - sistema ogrevanja in prezračevanja, - kvalitete uporabljenih gradbenih materialov/izdelkov Klasična gradnja se je začela uporabljati pred približno 20 leti in se je obdržala vse do danes. Vendar novodobne smernice in predvsem pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah (PURES) sta ta način gradnje začela vse bolj postavljati v drugi plan. Klasične stavbe so namreč toplotno slabše izolirane (prisotnost toplotnih mostov), zrakotesnost ni zadostna, letna poraba za ogrevanje znaša v povprečju 200 kwh/m². Pravilnik o toplotni zaščiti in učinkoviti rabi energije pa take nesmotrne porabe energije več ne dopušča. Ogrevanje takšne hiše je klasično (kotel na kurilno olje) [20]. Nizkoenergijska gradnja je dejansko izpopolnjen način klasične gradnje. Gradi se po trenutno veljavnem predpisu PURES 52/10. Toplotna zaščita je učinkovitejša, pozimi ščiti stavbo pred ohlajanjem, poleti pa pred pregrevanjem. Toplotne mostove preprečimo s sistematičnim polaganjem toplotne izolacije [15]. Letna poraba toplote za ogrevanje ne sme preseči 30 kwh/m² [46]. Za ogrevanje nizkoenergijske hiše se izkoristi alternativne vire energije, kjer se za ogrevanje koristi nižje temperature dovoda. Na izbiro so različne vrste nizkotemperaturnih ogrevalnih sistemov, ki poleti prostor tudi hladijo. Ogreva se lahko s toplotno črpalko ali pa se vgradi
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 6 površinsko oziroma ploskovno ogrevanje (stensko, talno, stropno), za hlajenje pa se namesti dodatna hladilna naprava [20].»Pasivna hiša je trenutno najoptimalnejša nizkoenergijska hiša letna poraba energije za ogrevanje ne presega 15 kwh/m². Zgradba ne potrebuje konvencionalnega ogrevalnega sistema (peč, radiatorji ). Potrebno toploto v prostorih zagotavlja ogret zrak, ki ga dovaja prezračevalna naprava«[12]. Pasivna hiša torej ni neki nov način gradnje, ampak je le optimalno kvalitetno grajena nizkoenergijska hiša, z dosledno načrtovanimi in izvedenimi detajli. S tem so tudi zagotovljene minimalne izgube skozi toplotni ovoj [48]. Debelina toplotne izolacije je torej še izdatnejša kot pri NEH, znaša pa med 30 in 40 cm. Za ogrevanje se uporabi toplotna črpalka s sistemom sprejemnikov sončne energije. Bivalni prostori stavbe so obrnjeni proti jugu, ostali pomožni prostori pa proti severu. Tudi zasteklitev je na južni strani večja, na severni pa manjša. Vgrajen je sistem prisilnega prezračevanja [20]. 2.1 Standard nizkoenergijske (pasivne) hiše Standard nizkoenergijske oziroma pasivne hiše določa Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah (minimalne pogoje predpisuje evropska direktiva o energetski učinkovitosti stavb), ki je stopil v veljavo že leta 2002. Zadnja različica tega pravilnika, ki velja od 1.7.2010 pa podaja še strožje pogoje za toplotno zaščito stavbe. Novi pravilnik predpisuje tudi obvezen delež obnovljivih virov energije [8]. Iz preglednice 2.1 je razvidno, da klasična hiša porabi letno v povprečju 60 80 kwh/m², kar pomeni preračunano na porabo med 6 in 8 litri kurilnega olja na m². Iz tega sledi, da nizkoenergijska hiša porabi letno 3 l/m², pasivna hiša pa do 1.5 l/m². Za dosego teh vrednosti mora biti ustrezna tudi prepustnost gradbenih materialov, kar bomo prikazali v naslednjem odstavku.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 7 Preglednica 2.1: dovoljena maksimalna povprečna letna poraba za ogrevanje za posamezen tip stavbe po PURES-u 52/10 [20] Tip gradnje Maksimalna povprečna letna poraba za ogrevanje (kwh/m²) Specifične toplotne izgube (W/m²) Klasična (energijsko varčna) 60 80 (50) > 20 Nizkoenergijska 30 < 20 Pasivna < 15 < 10 Toplotna prevodnost oziroma U vrednost nam pove koliko toplotne energije uide skozi gradbeni del, če je razlika med zunanjo in notranjo temperaturo 1 C [7]. Nižja je U vrednost, boljša je izolativnost materiala [45]. Preglednica 2.2 prikazuje dovoljene toplotne prevodnosti za različne tipe hiš po PURES-u 52/10. Bolj podrobno je izračun U vrednosti prikazan v poglavju Energetska bilanca objekta (poglavje 4.) Preglednica 2.2: Dovoljena toplotna prevodnost (U vrednost) gradbenih materialov [20] Gradbena konstrukcija Nizkoenergijska hiša [W/ (m²k)] Pasivna hiša [W/ (m²k)] Zunanje stene in stene proti neogrevanemu podstrešju 0.18 0.12 Strop nad neogrevano kletjo 0.30 0.20 Zunanje stene in strop proti terenu Tla na terenu pri talnem ogrevanju 0.30 0.20 0.30 0.20 Okna (steklo in okvir) 1.5 < 0.8
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 8 PURES 52/10 tudi določa kakšen naj bo način ogrevanja, priprava tople vode, sistem prezračevanja. Sistemi ogrevanja in prezračevanja za določen tip hiše so prikazani v preglednici 2.3. Preglednica 2.3: Sistemi ogrevanja, priprave tople vode in prezračevanja za nizkoenergijsko in pasivno hišo po PURES-u 52/10 [20] Ogrevanje Priprava tople vode Nizkoenergijska hiša 40% s solarnim sistemom, ostalo zemeljski plin Sprejemniki sončne energije (SSE) približno 80% Pasivna hiša toplotna črpalka + SSE toplotna črpalka + SSE Prezračevanje kontrolirano naravno ali prisilno Če na koncu tega poglavja povzamemo temeljne zahteve PURES-a [8]: - obnovljivi viri morajo zagotoviti vsaj 25% energije, - učinkovitejša toplotna izolativnost in zrakotesnost stavbe, - največja dovoljena temperatura ogrevalnega sistema z vodo je 55 C, - omejena uporaba svetil in osvetljenosti stavbe (varčne žarnice). 2.2 Toplotni mostovi Osnovni princip pri načrtovanju zgradb je zmanjšati toplotne izgube oziroma povečati toplotne dobitke. Pomembneje je, da toplotne dobitke optimiziramo in ne maksimiramo. Največji problem pri tem predstavljajo toplotni mostovi. Pomembno je, da jih projektant odpravi že pri načrtovanju, izvajalec pa mora detajle za izvedbo natančno upoštevati. Toplotni mostovi so mesta v zunanjem ovoju stavbe, kjer je močno povečan prehod zraka iz notranjega (ogrevanega) okolja v zunanje. Posledica tega je znižana temperatura v notranjosti [25]. Potek toplotnega in zrakotesnega ovoja je prikazan v prerezu zgradbe na sliki 2.1.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 9 Slika 2.1: Toplotni ovoj (rumeno) in zrakotesnost (rdeče) mora potekati neprekinjeno okoli stavbe [48] Ločimo dve vrsti toplotnih mostov glede na vzrok nastanka - konstrukcijske in geometrijske. Večji problem predstavljajo konstrukcijski, ki so špranje oziroma odprtine skozi katere nekontrolirano odteka zrak. Nastanejo zaradi slabo izvedenih detajlov (preboji, konzole, priključki). Take napake so pri konstruiranju pasivne hiše nedopustne. Geometrijski toplotni mostovi (slika 2.2) se najpogosteje pojavijo na vogalih, kjer iz notranje manjše površine odteka zrak v večjo zunanjo [49]. Slika 2.2: Geometrijski toplotni most - smer toplotnega toka prikazana s puščicami [49]
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 10 Ker se diplomska naloga osredotoča na konstruiranje nizkoenergijske in pasivne zgradbe pri tleh, bomo v naslednjem odstavku prikazali nekaj primerov toplotnih mostov in toplotnih izgub temeljne plošče in pasovnega temelja. Kot je razvidno iz slik 2.3, 2.4 in 2.5, je položaj toplotne izolacije ključnega pomena [49]. Temeljna plošča: Temeljna plošča se uporabi pri gradnji na slabo nosilnih tleh. Pasovni temelj bi v tem primeru pokril večino površine pod objektom, zato bi bila njegova uporaba neprimerna [32]. Slika 2.3 prikazuje toplotne izgube pri polaganju TI na temeljno ploščo. Te znašajo 185% (pri debelini TI 30 cm) oz. kar 205% (pri debelini TI 20 cm). Slika 2.3: Toplotni most in postavitev toplotne izolacije (30 cm levo in 20 cm desno) na temeljno ploščo [49] Pri pravilnem polaganju TI pod temeljno ploščo (slika 2.4) se toplotne izgube zmanjšajo na 100% (20 cm TI) oz. 75% (30 cm TI). Toplotni mostovi so preprečeni.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 11 Slika 2.4: Polaganje TI pod temeljno ploščo [49] Pasovni temelj: Kljub pravilni toplotni izoliranosti, kjer je TI na stiku s terenom (slika 2.5), so izgube toplote za približno ¼ večje kot pri temeljni plošči (večja površina). Zaradi večjih obremenitev, se pri pasovnem temelju uporabi termoizolacija višjega trdnostnega razreda [49]. Kadar se TI na stiku s terenom ne položi, izgube narastejo na 250% (20 cm TI) in 200% (30 cm TI). Slika 2.5: Pravilna toplotna izolacija pasovnega temelja (tudi na stiku s terenom) [49] Še največ opravka s toplotnimi mostovi je pri načrtovanju toplo hladnih prostorov. Ker je izvedba detajlov zelo zahtevna, se poskušajo projektanti nizkoenergijske gradnje temu izogniti. V primeru pasivne hiše se morajo hladni prostori fizično ločiti od ogrevanih. S tem se izgube zaradi toplotnih mostov minimalizirajo [15].
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 12 V nadaljevanju sledi opis dveh ključnih testov, s katerima se preveri kvaliteta stavbe, zmanjšajo se skupne toplotne izgube in odkrijejo napake, ki s prostim očesom niso vidne. 2.2.1 Termovizija (termografija) stavbe Termovizija oz termografija pokaže razporeditev toplote na objektu. Izvede se s termovizijsko kamero, namenjena pa je odkrivanju naslednjih napak objekta [42]: - uhajanje toplote (zunanje in notranje stene, ostrešje, netesna mesta pri oknih, vratih..), - prisotnosti vlage v stenah (posledica je pojav plesni), - napake izolacijskih materialov (termo in hidroizolacije), - ogrevalnega sistema Zraven vsake termografske slike objekta je prikazana tudi temperaturna lestvica. Belo/rdeče pomeni toplo, vijolično/črno pa hladno. Kvalitetno toplotno in zrakotesno zgrajen objekt bi moral biti cel obarvan z barvo temperature zunanjega ozračja. S tem se dobi vizualna potrditev da je toplotni ovoj stavbe dober. S slike 2.6 je razvidno, da sta v pritličju in mansardi toplotna izoliranost ter zrakotesnost hiše dobri. Napake pri gradnji so očitne v kletnem prostoru ter pri stikih oken. Slika 2.6: Termovizija stavbe [24] Zunanji ovoj stavbe (slika 2.7) ne kaže pomanjkljivosti. Toplotnih mostov ni, stiki oken in vrat so kvalitetno izvedeni. Medtem ko je slika zazidave sosednje zgradbe popolnoma drugačna.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 13 Slika 2.7: Termovizija stavbe (severni del stavbe levo, južni del desno) [22] 2.2.2 Zrakotesnost Pri zmanjšanju skupnih toplotnih izgub objekta, je dobra zrakotesnost bistvenega pomena. Ventilacijske izgube (toplotne izgube zaradi prezračevanja) lahko v določenih primerih tudi presežejo transmisijske izgube (zaradi slabega toplotnega ovoja). Kvaliteta zrakotesnosti stavbe se najbolj pokaže v vetrovnih dneh, kadar v najslabšem primeru lahko pride do prepiha skozi celoten objekt. To posledično zmanjša kvaliteto bivanja v takem objektu, poveča toplotne izgube in stroške goriva za ogrevanje. Tako kot toplotni ovoj, mora tudi zrakotesnost potekati okoli stavbe v neprekinjeni črti. Običajno je na notranji strani zunanjega ovoja. Prepreči uhajanje zraka in s tem tudi kondenzacijo, zaradi katere se pojavi plesen, ki na dolgi rok povzroči probleme v konstrukciji (gnitje toplotne izolacije) in s tem tudi zmanjša kvaliteto bivanja, saj je zdravju škodljiva. Že zelo majhne prepustnosti (reža površine 1mm²) lahko negativno učinkujejo, saj se z manjšimi pretoki poveča hitrost. Naknadna sanacija objekta pa je problematična in tudi zelo draga. Prvi test zrakotesnosti je najbolje narediti med gradnjo, v prisotnosti izvajalca. Tako se lahko napake takoj popravijo. Drugi test se opravi takoj po gradnji, kadar se tudi izda poročilo in certifikat o izpolnjenem pogoju zrakotesnosti stavbe [29].Zrakotesnost se meri pri popolnoma zaprtih oknih in vratih, glede na tlačno razliko (Pa) in glede na izmenjavo zraka na uro (h -1 ). Izmeri se zračni tok (m 3 /h), da se v stavbi vzdržuje razlika v tlaku 50 Pa (n50). Vrednost izmerjenega zračnega toka pa mora biti manjša od zahtevane zrakotesnosti za določen tip
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 14 stavbe. Minimalno zahtevano zrakotesnost za energijsko varčne stavbe izrazimo z naslednjo neenačbo [23]: n50 < 3 h -1 (2.1) Tu so: n50 potrebna vzdrževana razlika v tlaku v stavbi, h -1 izmenjava zraka na uro, 3 zrak se je v eni uri zamenjal 3 krat. Tudi tukaj so detajli in izvedba zelo pomembni. Najbolj kritična mesta pri zagotavljanju zrakotesnosti objekta so: - skrbna izvedba fug med zidaki, - neprekinjen notranji omet, - stikovanje posameznih elementov (zunanja stena streha, zunanja stena okenski okvir). Zrakotesno plast nam omogoči t.i.»parna ovira«. Za»parno oviro«se lahko uporabi folija ali plošča. Folija mora biti dobro zlepljena, plošče pa morajo biti skrbno stikovane. Oboje zlepimo skupaj s kvalitetnimi lepilnimi trakovi [48]. Test zrakotesnosti objekta se imenuje»blower door test«. Naprava (z ventilatorjem) se namesti v odprtino vrat. S tem se v objektu ustvari podtlak in nadtlak ter izmeri prehod zraka in netesna mesta v objektu. V preglednici 2.4 so zapisane zahtevane vrednosti za različne tipe stavb. Preglednica 2.4: Zahtevana zrakotesnost za različne tipe stavb (po PURES-u) [10] Energijsko varčne stavbe n50 < 3.0 h -1 Nizko energijske stavbe n50 < 1.5 h -1 Pasivne stavbe n50 < 0.6 h -1
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 15 Slika 2.8 prikazuje merjenje zrakotesnosti stavbe z Blower door testom. V odprtini vrat je nameščen ventilator z merilnikom vrtljajev in naprava za merjenje tlačne razlike. Z modrimi puščicami je prikazano gibanje zraka v stavbi in najbolj tipična mesta, kjer zrak uhaja v ali iz objekta. Slika 2.8: Prikaz merjenja zrakotesnosti stavbe z»blower door testom«[29]
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 16 3 NAČINI IZVEDBE TOPLOTNIH IZOLACIJ V tem poglavju so opisani različni načini izvedbe toplotnih izolacij. Poudarek je na skicah in detajlih za nizkoenergijsko oziroma pasivno hišo, pri čemer je izpostavljena primerjava med podkletenim in nepodkletenim objektom. Izbrani so sistemi toplotnoizolacijskih plošč iz ekstrudiranega polistirena Fibran, penjeno steklo Glapor in toplotna izolacija z Wolf zidaki. V diplomski nalogi so predstavljeni načrti za ogrevane kletne prostore. Kadar so le-ti neogrevani in toplotna izolacija služi le za zaščito hidroizolacije in preprečitev problema kondenza, je potrebna vgradnja manjše debeline toplotne izolacije. Debelino toplotne izolacije določa PURES 52/10 [17]. 3.1 Klasična gradnja Kot že omenjeno, se je klasična gradnja pričela uporabljati pred približno 20 leti. Načrtovanje detajlov s toplotnimi mostovi, nezadostna zrakotesnost, letna poraba za ogrevanje v povprečju med 60 80 kwh/m², je samo del od mnogih slabih lastnosti te vrste gradnje. Ko se te slabosti odpravijo in se pri načrtovanju objekta teži k zmanjšanju toplotnih izgub (ne samo nadomestku), že govorimo o nizkoenergijski gradnji. Za termoizolacijo se uporabi stiropor debeline 5 cm (priloga 8.1), ki se položi na temeljno ploščo. Takšen sistem polaganja termoizolacije povzroči občutno večje toplotne izgube (že omenjeno v poglavju 2.2 Toplotni mostovi). Stena v stiku s terenom (podkleteni objekt, neogrevana klet) se toplotno ne izolira. Zunanji zid je toplotno izoliran s stiroporom debeline 10 cm. Detajl obeh primerov je razviden v prilogi 8.2. Ker je v diplomski nalogi poudarek na nizkoenergijski in pasivni gradnji, se bomo z različnimi sistemi in potekom gradnje temeljne plošče ter zidov podrobneje seznanili v naslednjih podpoglavjih.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 17 3.2 Toplotno izolacijske plošče FIBRANxps FIBRANxps je klasični toplotnoizolacijski material iz ekstrudiranega polistirena. Ustreza zakonu o gradbenih proizvodih (ITT inital type test) in ima Evropsko tehnično soglasje (ETA Europe Tehnical Approval). Vzorci proizvoda se redno testirajo. Na podlagi dobrih rezultatov dobi proizvod znak CE [15].»S pritrditvijo oznake CE na proizvod proizvajalec na lastno odgovornost izjavlja, da je proizvod skladen z bistvenimi zahtevami veljavnih direktiv, ki predpisujejo njeno namestitev, in da so bili izvedeni ustrezni postopki ugotavljanja skladnosti. Za proizvode z oznako CE se šteje, da so skladni z veljavnimi direktivami in imajo s tem prednost, da lahko prosto krožijo po evropskem trgu«[11]. Izolacijska plošča FIBRANxps praktično ne vpija vode, zato je idealna na mestih, kjer je v neposrednem stiku z vodo (npr.: kletna stena). Ima t.i. stopničast L rob, ki omogoča lažje sestavljanje (slika 3.1) [17]. Kadar se FIBRANxps polaga v zemlji (zasute kletne stene s podtalnico, temeljna plošča), se izbere izolacija tipa 300-L, 400-L, 500-L, 600-L ali 700-L [18]. Zahtevane lastnosti izolacije za kletne stene in temeljne plošče so navedene v preglednici 3.1 Tip izolacije pa določi statik glede na predvideno obremenitev [15]. Slika 3.1: Stopničast L rob za lažje sestavljanje [15]
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 18 Preglednica 3.1: Tehnične lastnosti tipov FIBRANxps izolacij, ki se jih lahko uporablja pri kletnih stenah in temeljnih ploščah [16] TEHNIČNI PODATKI FIBRANxps oznake po SIST EN 13164 enote mere 300 - L 400 - L 500 - L 600 - L 700 - L Dosedanje ime NEPTUN MARS HERKUL DIONIZ SAMSON Oblika robu L L L L L Površina Dimenzija plošč mm gladka Toleranca debeline T1 T1 T1 T1 T1 Deklarirana tlačna cs trdnost (10\Y)i pri 10% deformaciji kpa 300 400 500 600 700 20 mm < d < 30 Deklarirana toplotna mm 0.033 prevodnost (po 25-ih letih) 20 mm < d < 200 mm λ0 W/mK 0.035 0.035 0.035 0.035 0,035 Toplotna prevodnost (po 90-ih dneh) λ 0,032 0.032 0.033 0.033 0.033 3.2.1 Pasovni temelj ali temeljna plošča Nekaj dejstev, zaradi katerih se pri gradnji stanovanjskih objektov največkrat uporablja temeljna plošča [49]: - manj izkopa pri temeljni plošči, - pasovni temelji sicer cenejši, vendar manj toplotno učinkoviti, - kljub pravilnem polaganju TI je pri pasovnem temelju za četrtino več toplotnih izgub (manjša površina). 3.2.2 Detajli in skice V nadaljevanju diplomske naloge so prikazani načini izvedbe polaganja termoizolacije na temeljno ploščo in pasovni temelj. Opisani bodo primeri polaganja na nepodkleten in podkleten objekt. Pri polaganju termoizolacije pod temeljno ploščo moramo upoštevati naslednje pogoje [14]: - maksimalni razred navzemanja vode pri potopitvi WL(T)0 7, - maksimalni razred navzemanja vode pri difuziji WD(V)3,
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 19 - odpornost na zmrzovanje razred FT2, - minimalna deklarirana tlačna trdnost 400 kpa (0.40 N/mm 2, kar ustreza pritisku mase 40 ton/m 2 ), - minimalna deklarirana tlačna trdnost pod dolgotrajno obremenitvijo pri 2% deformaciji 230 kpa, - robovi plošč na preklop (L rob), - gladka površina plošč. Ustrezni tipi izolacij pod temeljno ploščo so [14]: - FIBRANxps 400-L, - FIBRANxps 500-L, - FIBRANxps 600-L, - FIBRANxps 700-L. Nepodkleten objekt: Pri procesu izvedbe se najprej pripravijo tla kot je prikazano na sliki 3.2. Na instalacijske vode (kanalizacija, elektrika, vodovod) se položi gramoz, ki se izravna ter utrdi. Kot končno fino plast se uporabi pusti beton ali pesek. Termoizolacija se nato zlaga skupaj s stopničastim L robom, pri tem je potrebno paziti na dobro zatesnjenost stikov. S tem se preprečijo nepotrebni toplotni mostovi. Da standardi ustrezajo pogojem pasivne hiše, se termoizolacija položi v dveh plasteh (2 x 12 cm), hidroizolacija pa se zaščiti s polaganjem med plošče termoizolacije. Da se zemljina pod temeljno ploščo toplotno zaščiti, se prvi sloj po površini poveča.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 20 Slika 3.2: Priprava tal (levo) in polaganje prvega sloja termoizolacije (desno) [14]»Če je stavba grajena brez kleti, s temeljno ploščo običajno ne sežemo do globine (cone) zmrzovanja, zato podaljšamo izolacijo (op. kot je razvidno s slike 3.3) v horizontalni smeri in s tem podaljšamo pot hladu z istim učinkom, kot če bi povečali globino temeljenja«[14]. Slika 3.3: polaganje toplotne izolacije izven oboda objekta in s tem preprečitev vpliva zmrzovanja zemljine pod temeljno ploščo [15]
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 21 Preden se začne polagati drugi sloj termoizolacije, se naredi opaž temeljne plošče. Prav tako se s tem zaščiti hidroizolacija. Da se lahko izvede temeljna AB plošča, je potrebno zaščititi termoizolacijo s tesnilno folijo. Tako se prepreči, da bi cementno mleko odtekalo med tesnilne spoje. Drugi sloj TI in polaganje armature za AB ploščo prikazuje slika 3.4. Slika 3.4: Drugi sloj termoizolacije (levo) in izvedba AB plošče (desno) [14] Pri postavitvi sten se vertikalna hidroizolacija izvede v višini cokla in spoji skupaj s horizontalno (slika 3.5). S trikotno letvijo se prepreči poškodba hidroizolacije zaradi ostrega loma.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 22 Slika 3.5: Spoj hidroizolacije vertikalne stene [14] Pri izdelavi tlakov se položi samo še zvočna izolacija, ki služi tudi kot tesnilna folija pod betonskim estrihom. V prilogi 8.3 je izrisan detajl toplotno izolirane temeljne plošče nepodkletenega objekta. Pomembno je, da se termoizolacija položi pod temeljno ploščo, saj so s tem toplotne izgube občutno manjše. Pri tleh si plasti sledijo od spodaj navzgor v naslednjem vrstnem redu: - zemljina 12 cm, - tampon 16 cm, - podložni beton 6 cm, - FIBRANxps 400-L 24 cm (2 x 12 cm), - hidroizolacija, - AB talna plošča 20 cm, - FIBRANxps NIKE 1 cm, - estrih 5 cm, - keramične ploščice 1 cm. Za termoizolacijo se uporabita 2 plošči FIBRANxps 400-L debeline 12 cm, ki se položita 30 cm iz oboda objekta, da se prepreči vpliv zmrzovanja zemljine pod temeljno ploščo. Hidroizolacija se položi med FIBRAN in AB talno ploščo. Možnost polaganje hidroizolacije
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 23 je tudi med obe plošči FIBRANxps 400-L (priloga 8.4) ali na AB talno ploščo (priloga 8.5). Na talno ploščo se položi FIBRANxps NIKE, ki je primeren za izolacijo podov. Termoizolacija se na zunanjem zidu izvede na zunanji strani. Na notranjo stran zidu polagamo izolacijo na objektih ki bodo občasno ogrevani ali pri slabo toplotno izoliranih stenah, kjer se izolacija lahko izvede samo na notranji strani [21]. Uporabi se FIBRANxps Etics debeline 18 cm, opečni zid je debeline 20 cm. Skupna debelina zidu je 41 cm. Podkleten objekt: Toplotna izolacija na kletni steni ima 2 funkciji. Stene toplotno izolira, hkrati pa mehansko zaščiti hidroizolacijo pred poškodbami. Zadostovati mora zahtevanim tehničnim karakteristikam [15]: - deklarirana tlačna trdnost: CS(10\Y) = 300 kpa (3.1) - dolgotrajno difuzijsko navzemanje vlage: WD(V) = 3 (3.2) Tu sta: CS(10\Y) deklarirana tlačna trdnost pri 10% deformaciji, WD(V) deklarirana stopnja dolgotrajnega navzemanja vode pri difuziji. Termoizolacija se začne nameščati pri temeljni plošči. Za lepljenje plošč se uporabijo FIBRANstick blazinice iz butilne gume. Lahko pa se tudi zlepi s specialno poliuretansko peno na hidroizolacijsko membrano, kar prikazuje slika 3.6 [15].
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 24 Slika 3.6: Pritrjevanje FIBRANxps 300-L na hidroizolacijo kletne stene [15] Toplotna izolacija kletne stene se izvede na hidroizolacijo. TI plošče se prilepijo z že omenjenimi FIBRANstick lepilnimi blazinicami (slika 3.7). Slika 3.7: Toplotna izolacija zasutega/podkletenega dela objekta [15]
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 25 Talna voda se odvaja preko drenažne cevi, ki se vgradi na dnu temelja po obodu objekta. Drenažne cevi se obdajo s prodcem in filtrirno tkanino. V primeru da se termoizolacija uporabi pod nivojem podtalnice, se plošče na hidroizolacijsko plast lepijo po celotni površini [15]. Po toplotni izolaciji se namesti tudi svetlobni betonski jašek (slika 3.8). V območju toplotne izolacije se uporabi kakovostnejša dovarjena nerjaveča armatura, v hladnem delu pa se lahko spet uporabi cenejše jeklo. Če je jašek že vpet v objekt, se njegove stene toplotno izolira iz obeh strani. S tem se prepreči toplotni most, ki bi povzročil hladno notranjo steno, stena bi se navlažila, pojavile bi se tudi plesni. Najbolj praktična izvedba je namestitev montažnega svetlobnega jaška po sledečem postopku vgradnje [15]: - namestitev hidroizolacije kletne stene, - nanos trajno elastičnega kita po liniji oboda kasneje nameščenega svetlobnega jaška (prepreči se vdor vode na mestu pritrditve jaška), - namestitev toplotne izolacije FIBRANxps 300-L, - nanos trajno elastičnega kita po liniji oboda jaška, - montaža jaška. Slika 3.8: Namestitev montažnega svetlobnega jaška ob kletno okno [15]
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 26 V prilogi 8.9 je razviden detajl montažnega svetlobnega jaška. Toplotni mostovi so preprečeni s sistematičnim polaganjem termoizolacije po obodu objekta. Detajl toplotno izoliranega podkletenega (ogrevanega) objekta je izrisan v prilogi 8.6, 8.7 in 8.8. Detajli se med seboj razlikujejo samo v postavitvi hidroizolacije. Plasti si od tal proti objektu sledijo enako kot pri nepodkletenem objektu. Razlika je samo pri debelini termoizolacije stene proti terenu. Namesto FIBRAN plošče debeline 18 cm, se položi plošča debeline 20 cm. 3.3 Glapor penjeno steklo Glapor penjeno steklo je lahek toplotno izolativni material, ki se uporablja pri izolaciji tal, zidov, stropov, streh, ipd. Proizvaja se iz starega stekla v obliki gramoza ali plošče, ki sta prikazana na sliki 3.9. Slika 3.9: Glapor penjeno steklo v obliki plošče (levo) in v obliki granulata (desno) [4] Tri najpomembnejše lastnosti tega materiala so [5]: - tlačna trdnost (milijoni steklenih vezi, granule gramoza se pri grajenju med seboj zagozdijo in s tem pride do dobre oblikovne stabilnosti), - antikapilarnost oz vodotesnost (zaradi zaprtih celic so zrna popolnoma vodoneprepustna), - toplotna izolativnost materiala.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 27 Med ostalimi dobrimi lastnostmi so še uporabnost (časovni in finančni prihranek), odpornost na mraz in negorljivost. Glapor je brez vonja in zelo lahek, vendar kljub temu izredno trden. Prostorninska teža je 100-150 kg/m³, kar je približno 1/20 teže prodca [5]. Granulat penjenega stekla se pridobiva v posebni komori s temperaturnim šokom, ki prav tako poveča trdnost materiala. Tehnične lastnosti granulata GLAPOR so prikazane v preglednici 3.2. Preglednica 3.2: Glapor tehnične lastnosti [4] Tehnični podatki granulata iz steklene pene GLAPOR Specifikacija Značilnost S-G-150 S-G-100 Enota prostorninska teža sipkega materiala 150 100 kg/m 3 toplotna prevodnost 0.080 0.075 W/(mK) vsebnost vlage 0.00 0.00 M % tlačna napetost 550-640 > 270 kn/m 2 faktor zgostitve 1.1 do 1.3 1.1 do 1.5 faktor odpornost proti zmrzovanju da da proti kapilarnosti da da 3.3.1 Detajli in skice Najprej se izvede izkop gradbene jame, ki mora biti zelo natančen, da glaporja ni potrebno dodatno opažiti. Dno gradbene jame se mora izravnati z vibriranjem, saj se s tem zmanjša poraba glaporja. Izravnava se naredi kar z zemljino ali s peščenim nasutjem. Na dnu gradbene jame se izvede razvod vseh inštalacij do točke preboja v objekt. Pozicioniranje vodov mora biti zelo natančno. Cevi se zaščitijo z obbetoniranjem, saj se lahko le-te poškodujejo ob komprimaciji penjenega stekla. Prikaz izravnave tal z vibracijskim strojem (peščeno nasutje) in zaščita cevi inštalacij je viden na sliki 3.10 [3].
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 28 Slika 3.10: Izravnava tal (levo) in razvod inštalacij do točke preboja v objekt (desno) [1] Čez vse se položi gradbeni filc, ki poskrbi da se glapor ne meša z zemljino. Filc mora ustrezno pokrivati posamezne pasove jame, saj se ga v nadaljnjem postopku prekrije preko nasutja glaporja, kot je prikazano na sliki 3.11 [3]. Slika 3.11: Gradbeni filc (levo) in utrjevanje glaporja na debelino 20 cm (desno) [1] Po nasutju in utrjevanju glaporja na debelino 20 cm, se le-ta prekrije z»odvečnim«filcem. Preden se izvede temeljna plošča, se na glapor položi PE folija, ki prepreči izlitje cementa v glapor. Nato se izvede opaž temeljne plošče, ki mora biti izveden širše, saj je potrebno položiti še XPS za toplotno izolacijo temeljne plošče. S tem se prepreči toplotni most v
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 29 temeljno ploščo. Pokrivanje glaporja s filcem in opaž temeljne plošče s PE folijo ponazarja slika 3.12 [3]. Slika 3.12: Pokrivanje glaporja s filcem (levo) in opaž temeljenje plošče (desno) [1] Izvede se betonaža temeljne plošče (slika 3.13). Ker se XPS vstavi že v opaž, ni potrebno naknadno lepljenje po zaključeni betonaži. S tem se prihrani čas [3]. Slika 3.13: Betoniranje temeljne plošče (levo) in zaključek del (desno) [1] Po končani izvedbi temeljne plošče se položita dve plasti hidroizolacije (na plast glaporja in na temeljno ploščo). Za gradnjo oboda objekta se uporabijo Isorast zidaki. V prvih dveh
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 30 vrstah oziroma tam, kjer je objekt vkopan, se uporabijo tanjši, da se lahko položi še hidroizolacija in potrebna zaščita [3]. V prilogi 8.10 je izrisan detajl (ogrevan nepodkleten objekt) toplotne izolacije temeljne plošče iz glapor penjenega stekla. Na tampon debeline 16 cm se položi PE filc, da se prepreči mešanje granulatov glaporja z granulati tampona. Debelina nasutja glapor penjenega stekla znaša 30 cm. Na glapor se položi hidroizolacija, na katero se nato zabetonira 25 cm AB temeljne plošče. Sledi 1 cm termoizolacije tlakov, 5 cm estriha in tlaki. Za zunanjo steno se uporabi zidak debeline 20 cm. Stena se toplotno izolira z glapor ploščo debeline 20 cm. Priloga 8.11 predstavlja detajl ogrevanega podkletenega objekta. Tehnologija izvedbe je identična nepodkletenemu objektu. 3.4 Wolf zidaki Wolf opažni zidaki so izdelani iz neoporja. Neopor je izboljšan izolacijski material, s katerim za enako dobro izolacijo kot stiropor, porabimo 50% manj surovin. Posledično je zidak lažji in do 20% tanjši v primerjavi z zidakom iz stiropora. S tem se poveča bivalni prostor. Velika prednost neoporja je tudi ekološki vidik. Zaradi manjše porabe surovin, se zmanjšajo stroški in s tem tudi obremenitev okolja [44]. V zidak so vstavljeni distančniki, ki imajo naslednjo funkcijo [43]: - omogočajo vstavljanje vertikalne in horizontalne armature, - blažijo pritisk med zunanjo in notranjo lupino zidaka (ob vlitju betona). Neopor opažni zidak Wolf je prikazan na sliki 3.14. Lepo so razvidni distančniki in vodoravna rombasta peresa, ki zagotavljajo zaprto in vetrotesno steno. Zunanja površina zidaka vsebuje grčaste izbokline za boljši oprijem tankoslojnih ometov [43].
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 31 Slika 3.14: Neopor opažni zidaki Wolf [40] Primer: Da se proizvede 2 m² neopor plošč debeline 10 cm, se porabi 10 litrov nafte. S tem slojem izolacije pa se v obdobju 50-ih let prihrani 1.200 litrov kurilnega olja [44]. Gradnja s stenskimi opažnimi zidaki Wolf poteka tako, da se le-ti sestavljajo in zlagajo v skladu z načrtom polaganja zidakov. Zidake se polaga križno eden na drugega, netesnih mest ni. Ko so zidaki položeni se jih zalije z betonom. Tudi plavajoči temelj se skupaj»zlaga«po elementih. Kot izolativni material temelja se uporabi trda polistirenska pena. Najprej se povežejo zunanji elementi (z jeklenimi cevmi), nato pa se zložijo še elementi v notranjost [39]. Na sliki 3.15 je prikazan izolativni plavajoči temelj Wolf, pripravljen za betoniranje. Cevi za razvod inštalacij so pripravljene, armatura temelja je položena. Pred betoniranjem temelj podpremo, da se prepreči razlez elementov temelja.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 32 Slika 3.15: Izolativni plavajoči temelj Wolf [35] Nekatere pomembnejše tehnične lastnosti izolativnega temelja Wolf so prikazane v preglednici 3.3: - tlačno trdnost, - vnetljivost, - vsebnost toplogrednih plinov, - in druge. Preglednica 3.3: Tehnične lastnosti elementov izolativnega temelja Wolf [35] Tlačna trdnost Vnetljivost Toplogredni plini Toplotna prevodnost (λ) Dimenzije 300 kpa težko vnetljiva; B1 po DIN 4102 brez 0.035 W/(mK) 119.5 x 69.5 cm Standardne debeline Toplotna prevodnost (λ) 25 cm u = 0.13 W/(m 2 K) 30 cm u = 0.11 W/(m 2 K)
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 33 3.4.1 Detajli in skice Nepodkleten objekt: Najprej se izvede izkop gradbene jame, dno se utrdi, namesti se sistem odvodnjavanja (drenažne cevi) in razvod inštalacij, ki se ustrezno zaščitita in utrdita. Sledi nasutje približno 25 cm tampona (prod 16/32). Tampon se prekrije s poliestrskim filcem, ki loči tampon od naslednjega nasutja drobnega peska. Sledi utrjevanje in izravnava z vodno tehtnico kot prikazuje slika 3.16 [39]. Slika 3.16: Izravnava sloja peska z vodno tehtnico [39] Nato se na pesek nasuje sloj podložnega betona, ki se ga pokrije z hladno bitumensko samolepilno hidroizolativno folijo (robovi folije morajo segati preko robov podložnega betona). Teren je sedaj pripravljen za sestavljanje izolacijskega temelja. Najprej se položijo elementi na robovih, šele ko so ti ustrezno povezani z notranjimi jeklenimi cevmi, se lahko začne polagati sredinske elemente, kar ponazarja slika 3.17 [39].
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 34 Slika 3.17: Zunanji elementi temelja s povezovalnimi cevmi (levo) in polaganje elementov na folijo podložnega betona (desno) [39] Izolativni temelj se nato zalije z betonom. Predhodno se s podpiranjem poskrbi za dobro stabilnost, temelj se prekrije s PE folijo, položi se armatura (v skladu z načrtom statike). V primeru, da bo stena obremenjena s stranskimi silami (podkleten objekt), se hkrati z vlivanjem betona izvede še vertikalna armatura. Beton se po vlitju natančno horizontalno poravna, da se prihrani čas za izravnavo prve vrste stenskih zidakov (slika 3.18) [39]. Slika 3.18: Armatura temelja in vlivanje betona v temelj [39]
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 35 Stenski zidaki se sestavljajo skladno z načrtom sestavljanja zidakov. Vsaka stena je v načrtu razdeljena na zidake, ki imajo vsak svojo številko (slika 3.19). Tako se natančno ve, kateri zidak gre na katero steno [39]. Slika 3.19: Načrt sestavljanja zidakov [38] V kolikor je objekt podkleten, torej bo zunanja stena obremenjena s stranskimi silami, je v skladu z načrtom statike potrebna povezava temeljne plošče in prve vrste zidakov zunanje stene. Tej fazi je potrebno nameniti največ pozornosti, saj se s tem prihrani čas pri kontrolah v višjih vrstah. Poskrbeti se mora za izravnavo neravnin temeljne plošče, ter natančen potek zidov in vogalov. Zidaki se betonirajo in vibrirajo na vsake tri vrste. Betoniranje in vibriranje mora potekati zelo počasi in previdno. S tem se prepreči, da bi teža oziroma pritisk betona poškodoval zidake ter s tem posledično nagnil steno [39]. Slika 3.20 prikazuje polaganje prvih vrst zidakov zunanje stene. Za pravilno niveliranje sten uporabimo posebne opaže, ki se pritrdijo v plastične čepe v zidakih. Ti opaži so hkrati tudi zidarski odri [39].
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 36 Slika 3.20: Zidaki zunanje stene nepodkletenega objekta in nivelacija sten [39] Detajl izolativnega plavajočega temelja Wolf je prikazan v prilogi 8.12. Plavajoči temelj debeline 30 cm leži na 5 cm debeline podložnega betona. Pod podložnim betonom se nasuje tampon v debelini 25 cm. Okrog temelja Wolf in na zunanji strani Wolf zidaka se položi hladna samolepilna bitumenska hidroizolacija. Debelina armiranega betona v plavajočem temelju znaša 25 cm. Med temelj in AB ploščo položimo 0.1 mm polietilenske folije proti difuzijski vlagi. Pri načrtovanju pasivne hiše za zunanjo steno izberemo zidak debeline 43.75 cm. Za nizkoenergijsko (3 litrsko) hišo pa uporabimo zidak debeline 31.25 cm. V podkletenem objektu (priloga 8.13) se zidaki zunanje stene sidrajo v AB ploščo. Debelino in vrsto armature določi statik.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 37 4 ENERGETSKA BILANCA OBJEKTA Pri klasični gradnji projektant izračuna potrebno energijo, da se nadomestijo toplotne izgube. Pri pasivni oziroma nizkoenergijski gradnji pa nas zanima tudi kako bomo te toplotne izgube zmanjšali (odprava toplotnih mostov, zadostna zrakotesnost, pridobivanje energije iz obnovljivih virov ). Prav v ta namen, so na inštitutu v Darmstadtu (Nemčija) razvili programsko opremo PHPP (Passivhaus Projektirungs Paket) [36]. Vrednostim, ki jih dobimo pri izračunu s PHPP programom strokovno pravimo energetska bilanca objekta. Ta je ključnega pomena v fazi zasnove objekta, postavitvi notranjih prostorov, orientaciji, določanju gabaritov... [9]. Da je rezultat energetske bilance objekta optimalen, je potrebno sodelovanje vseh investitorja, arhitekta, strojnika za ogrevanje, izvajalca notranjih inštalacij [36]. V program se vnesejo vsi pomembni parametri, ki vplivajo na objekt [31]: - material nosilne konstrukcije, - vrsta izolacije, - geografska lega, - orientacija objekta, - ogrevalne in prezračevalne naprave Vrednosti v energetski bilanci se skozi projektno fazo spreminjajo, zato se morajo spremembe sproti vnašati, da se obdrži želeni standard objekta [9]. Prav v tem je največja prednost tega programa, saj se s sprotnim spremljanjem dobljenih podatkov pomanjkljivosti lahko vnaprej predvidijo in pravilno popravijo [31]. Energetska bilanca objekta je torej seštevek večih dejavnikov (izračunov) ki ugodno ali neugodno vplivajo na stavbo [9]: - izračun toplotne prehodnosti (U vrednosti) posameznih delov konstrukcije, - sistem prezračevanja, - izračun toplotnih pribitkov/odbitkov, - izračun ugodja v objektu v poletnem času
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 38 4.1 Program PHPP 2007 V diplomski nalogi se bomo osredotočili na izračun toplotne prehodnosti (U vrednosti) konstrukcije v stiku s tlemi. Izračun se izvede v programu PHPP (slika 4.1). Slika 4.1: Prikaz PHPP programa (zavihek U values) PHPP je izdelan v programu Microsoft Excel. Razdeljen je na določena področja (zavihke) pri gradnji objekta: - tla, - U vrednost, - okna in tipi oken, - izračun dejavnikov senčenja, - sistem prezračevanja, - letna potreba po toploti V rumeno celico se vpiše vhodni podatek, zelena celica pa izpiše izračunano vrednost. Taki sistem celic uporablja celoten program, da je natančno razvidno v katerih celicah so vhodni
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 39 podatki v katerih pa izhodni [13]. Naši izračuni bodo narejeni na homogeni konstrukciji (toplotni tok teče pravokotno na površino elementov). Elementi gradbene konstrukcije, na katere se bomo osredotočili v izračunih, so navedeni v preglednici 2.2. U vrednost se določi z naslednjim izrazom (4.1) [6]: (4.1) Tu je: R skupna toplotna upornost konstrukcije v m²k/w. Skupna toplotna upornost se izračuna kot seštevek toplotne upornosti prestopa toplote na notranji strani, vsote debelin posameznega homogenega sloja in toplotne upornosti prestopa toplote na zunanji strani (4.2) [6]. (4.2) Tu je: toplotna upornost prestopa toplote na notranji strani (m²k/w), toplotna upornost prevoda toplote posameznega homogenega sloja (m²k/w), toplotna upornost prestopa toplote na zunanji strani (m²k/w), debelina posameznega homogenega sloja (m), toplotna prevodnost posameznega homogenega sloja (W/(mK)). Po PURES-u 52/10 mora U vrednost biti manjša ali enaka maksimalni dovoljeni vrednosti [6]:
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 40 (4.3) Dovoljene vrednosti za posamezni del konstrukcije so navedene v poglavju 2.1, preglednica 2.2. 4.2 Izračun toplotne prevodnosti Izračun toplotne prevodnosti gradbene konstrukcije pomeni izračun U vrednosti. Enota za U - vrednost je W/(m²K), izračun pa se izvede v omenjenem programu PHPP. U vrednost nam pove koliko toplotne energije uide skozi gradbeni del, če je razlika med zunanjo in notranjo temperaturo 1 C [7]. Primer: Pri določenem gradbenem elementu znaša U vrednost 0.15 W/(m²K).»To pomeni, da prek določene konstrukcije pri temperaturni razliki en Kelvin na enem kvadratnem metru prehaja 0.15 W toplote«[27]. Elementi gradbene konstrukcije so temeljna plošča in zunanji zid v podkletenem in nepodkletenem objektu. Toplotnoizolativni sistemi, obravnavani v sklopu diplomske naloge, so trije: - FIBRANxps, - Glapor penjeno steklo, - Wolf plavajoča temeljna plošča z zidaki. V osnovi je tehnologija izvedbe vseh treh sistemov enaka. Na utrjeno zemljino se nasuje sloj tampona, na katerega se izvede podložni beton. Debeline podložnih slojev (tampona in podložnega betona) nam določi statik, saj so različne za vsak objekt posebej. Pri trdem terenu so debeline nasutja manjše [39]. Na podložni beton se nato položi sloj termoizolacije. Za čim manjšo toplotno prehodnost je pomembno, da se sloj toplotne izolacije položi pod temeljno ploščo. Na temeljno ploščo se nato položi toplotna izolacija poda, cementni estrih in končni sloj tlakov (keramične ploščice, parket ).
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 41 Bistvena razlika je torej v polaganju oziroma izvedbi toplotne izolacije saj so materiali in načini izvedbe oz. polaganja le te pri vsakem od treh sistemov različni. 4.2.1 Klasična gradnja Klasična gradnja predstavlja starejši, manj optimalen način gradnje. Manjša debelina toplotne izolacije, slabo načrtovanje in izvedba detajlov omogočijo prisotnost toplotnih mostov. U - vrednost gradbene konstrukcije je večja, tudi zaradi večje toplotne prehodnosti (λ) posameznih slojev. U vrednost (0.557 W/(m²K)) temeljne plošče izvedene na»klasičen«način (priloga 8.1) prikazuje slika 4.2 Kot toplotno izolativni material se uporabi stiropor (λ = 0.033 W/(mK)) debeline 5 cm. Slika 4.2: Izračun U vrednosti»klasične«temeljne plošče Izračun U vrednosti»klasičnega«zunanjega zidu je izdelan glede na detajl iz priloge 8.2. Slika 4.3 prikazuje izračun zunanjega zidu nepodkletenega objekta, slika 4.4 pa izračun zunanjega zidu podkletenega objekta. Toplotna izolacija zunanjega zidu v nepodkletenem objektu iz stiroporja je enake toplotne prehodnosti kot pri temeljni plošči debeline 10 cm. Zunanji kletni zid ni toplotno izoliran.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 42 Slika 4.3: Izračun U vrednosti»klasičnega«nepodkletenega zunanjega zidu Slika 4.4: Izračun U vrednosti»klasičnega«podkletenega neogrevanega zunanjega zidu 4.2.2 FIBRANxps Izolacija temeljne plošče pri sistemu Fibran (podkleten in nepodkleten objekt) se izvede v debelini 24 cm (2 plošči debeline 12 cm). Objekt je v obeh primerih ogrevan. Hidroizolacija se lahko izvede na naslednje načine:
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 43 - med Fibran ploščo in temeljno ploščo (priloga 8.3 in priloga 8.6), - med slojema Fibran plošč (priloga 8.4 in priloga 8.7), - na temeljni plošči (priloga 8.5), - na sloju podložnega betona (priloga 8.8). Položaj hidroizolacije ne vpliva na izračun U vrednosti. Slika 4.5 prikazuje izračun U vrednosti temeljne plošče (podkleten in nepodkleten objekt) izolirane z dvema slojema FIBRANxps 400-L plošč toplotne prehodnosti λ = 0.035 W/(mK), debeline 24 cm (2x12cm). U vrednost znaša 0.125 W/(m²K). Slika 4.5: Izračun U vrednosti FIBRANxps temeljne plošče Kadar se uporabi samo ena 12 cm FIBRANxps plošča, se U - vrednost poveča na 0.218 W/(m²K) (slika 4.6), kar pomeni slabšo toplotno izolativnost zidu.
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 44 Slika 4.6: Izračun U vrednosti FIBRANxps temeljne plošče Zunanje zidove nepodkletenega objekta se izolira s FIBRANxps ETICS ploščo (λ = 0.033 W/(mK)) debeline 18 cm. U vrednost zidu znaša 0.159 W/(m²K) (slika 4.7). Gradbeni material zunanjih zidov je porotherm opeka debeline 20 cm. Slika 4.7: Izračun U vrednosti FIBRANxps ETICS zunanjega zidu (nepodkleten objekt) Zunanje zidove podkletenega objekta izoliramo s ploščo debeline 20 cm. U vrednost znaša 0.144 W/(m²K) (slika 4.8).
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 45 Slika 4.8: Izračun U vrednosti FIBRANxps ETICS zunanjega zidu (podkleten objekt) 4.2.3 Glapor penjeno steklo Glapor penjeno steklo se v obliki granulata (λ = 0.080 W/(mK)) nasuje na sloj podložnega betona v debelini 30 cm. Predhodno se na podložni beton razgrne gradbeni filc, da se sloj glaporja ne zmeša s slojem podložnega betona. Temeljna plošča se izvede v debelini 25 cm. Položaj hidroizolacije je med glaporjem in temeljno ploščo. Sistem izvedbe med podkletenim in nepodkletenim objektom se ne razlikuje (priloga 8.10 in priloga 8.11). U vrednost temeljne plošče znaša 0.204 W/(m²K) (slika 4.9). Slika 4.9: Izračun U vrednosti GLAPOR temeljne plošče
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 46 Zunanje zidove se izolira z GLAPOR ploščo (λ = 0.060 W/(mK)) debeline 20 cm. Pri podkletenem objektu (priloga 8.11) se plošča zavaruje proti mehanskim poškodbam gramoza s slojem PE folije. U vrednost zunanjega zidu podkletenega objekta (slika 4.10) znaša 0.239 W/(m²K). Slika 4.10: Izračun U vrednosti GLAPOR (20 cm) zunanjega zidu (podkleten objekt) Izračun U vrednost zunanjega zidu nepodkletenega objekta je prikazan na sliki 4.11. Debelina GLAPOR izolacijske plošče znaša 20 cm. Slika 4.11: Izračun U vrednosti GLAPOR zunanjega zidu (nepodkleten objekt)
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 47 4.2.4 WOLF Sistem WOLF za izolacijo temeljne plošče uporablja plavajoči temelj debeline 30 cm iz trde polistirenske pene, s toplotno prehodnostjo λ = 0.035 W/(mK) (priloga 8.12 in priloga 8.13). Kadar je objekt podkleten (priloga 8.13) je zaradi stranskih sil potrebno izvesti vertikalno armaturo prvih slojev zidakov. Drugih razlik med podkletenim in nepodkletenim objektom ni. Izračun U vrednosti (0.102 W/(m²K)) plavajočega temelja WOLF je prikazan na sliki 4.12: Slika 4.12: Izračun U vrednosti WOLF plavajočega temelja Za zunanji zid se uporabijo WOLF zidaki iz neoporja, ki so hkrati tudi toplotni izolator. Pri nizkoenergijski gradnji se vgradi zidake debeline 31.25 cm (U vrednost 0.097 W/(m²K), slika 4.13), pri pasivni gradnji pa zidake debeline 43.75 cm (U vrednost 0,070 W/(m²K), slika 4.14).
Toplotne izolacije temeljne plošče nizko energijske hiše Stran 48 Slika 4.13: Izračun U vrednosti WOLF (31.25 cm) zunanjega zidu Slika 4.14: Izračun U vrednosti WOLF (43.75 cm) zunanjega zidu