A világ energiafogyasztásának több mint 50%-át az épületek okozzák. Az épületek háromnegyed része lakófunkció, ezen belül több mint 60% családi ház. Magyarországon a felhasznált energia kb. 40 % a háztartási fogyasztás. A lakossági energiafelhasználás 75-80% a fűtési (hűtési) energia. A jelenlegi épületállományban megközelítőleg 90 % a meglévő épületállomány. Jelenleg hazánkban 2021. január 1. az utolsó dátum, amelytől a közel nulla energiaigény lesz a követelmény a lakóépületekre. Az energiaigény 2021-től fele lesz a 2017-esnek, így pusztán a hőszigetelés vastagításával nem lehet orvosolni a problémát. A tényadatokból nem csak az derül ki, hogy a családi házak tervezése a jövőnk fenntarthatóságának egyik kardinális kérdése, hanem az is, hogy az újonnan létesülő családi házak a meglévő épületállományhoz képest csupán pár százalékot tesznek ki, tehát a lakóépület tervezési feladat súlypontja akaratlanul is az épület felújításban van, mely a jövőben egyre nagyobb teret fog kapni.
Egy pécsi tipikus, a 70-es évek elején létesült, két szintes, 150 m2 hasznos alapterületű családi ház felújítási projekt keretében az épület aktívház szintre lett felújítva, tehát több energiát termel, mint fogyaszt. Ezzel fel szándékozunk mutatni, hogy hazánkban is lehetséges ilyen épületet nem csak létrehozni, hanem akár egy régi épületet ilyen színvonalra felújítani, továbbá a megtérülést felmutatni. Az épület tipikus módon hátrányos beépítési-környezeti adottságokkal rendelkezik, délről árnyékol a szomszéd családi ház, észak felől pedig problematikus az utólagos hőszigetelés megoldása valamint a szélcsendes zsákutca környezet sem kedvezett a szélenergia hasznosítására. A cél az volt, hogy ilyen, kedvezőtlen adottságok mellett is kimutatható legyen egy megtérülhető aktívház felújítás. A tervezés folyamán négy különböző, funkcionálisan és energetikailag is magas potenciállal rendelkező, a hatályos előírásoknak megfelelő felújítási épületmodellt fejlesztettünk ki, melyeket dinamikus energetikai és klimatikai épületszimulációk segítségével kiértékelve a funkcionális, esztétikai, komfortérzeti és energetikai szempontból leghatékonyabbat kiválasztottuk.
A nyertes épületkoncepció
Az átalakítást egyrészt az energiatakarékosság, a megújuló energiaforrások intenzív hasznosítása, másrészt a használat módjának változása indukálja. Az épület egészét szimulációkkal segített, modellezett energetikai elemzésnek vetettük alá, melyet összhangba hoztunk a funkcionális igényekkel, így alakult ki a tervben szereplő tér- és szerkezeti struktúra. Mindez gyakorlatilag a jelenlegi kubatúra biztosította keretek között. Tömegében mindössze a tető változott. Eredetileg a tetőszerkezet nem keresztirányba hidal át, hanem hosszirányban, ezért át lett fordítva kereszt irányba, tehát rövidebb fesztáv irányába, majd el lett fordítva az aktív szoláris nyereség maximalizálása érdekében. Így a déli tető leköveti a nap pályáját. A rosszminőségű tető fedélszék és az azbeszt burkolat bontása után az új tető geometriája úgy lett kialakítva, hogy egy teljesen déli (napenergia hasznosítás, napelemes rendszer) és egy északi felület képződjön. A tetőszerkezet és a tetőtéri oromfalak teljes egészében elbontásra kerülnek, helyettük új fedélszék és határoló falak épülnek.
A régi, meglévő funkcionális elrendezést átszervezte, az előtér faszerkezetű, meglévő, kényelmetlen lépcsője helyett új korszerű, vasbeton lépcső szerkezet lett kialakítva az északi fal felezőjében egy új harántfalra támasztva. Ezáltal felosztottuk az alaprajzokat egy nyugati-utcai és egy keleti-udvari részre. A földszint zegzugos kis helyiségeit kitisztítjuk és mind a lakóépületet, mind a garázst egy légterűvé alakítjuk. Az így kibővült garázs déli falát, alapozását és födémét érintetlenül hagyjuk, csak a födém kap új hő- és vízszigetelést. A földszinten, az utcai oldalon egy bejárati zóna, konyha-étkező, továbbá a hátsó udvari oldalon a nappali került kialakításra. A nagyobb méretű garázs északkeleti sarkába a földszinti vendég WC-zuhanyzó lett integrálva könnyűszerkezetes, favázas, szintén 40 cm vastag hőszigetelésű falszerkezettel ellátva. Az emeleti szint a vasbeton lépcsőről megközelítve az utcai front felé egy vendég/gyerekszobával és a nappali fölötti oldalon egy háló és fürdőszoba funkciókkal lett kialakítva. Az emeleten az új lépcsővel szemben a födémet, és a déli homlokzatot megnyitottuk a téli hőnyereség növelésére, melyet árnyékolással védünk a nyári fokozott hőterhelés ellen. Itt a lépcsővel szemben a déli oldalon egy galéria-üvegezett szolárkürtő helyezkedik el, mely a középső sötétebb épületzónát felülről megvilágítja és a nyári éjszakai, illetve átmeneti évszakokban a nappali természetes szellőzést biztosítja, meghajtja. A galéria födémáttörések fölötti új tetőszerkezet is megnyitásra kerül – így a délkeleti homlokzat galériát lekövető függönyfala itt a tetősíkba átfordulva, mint tetősíkbeli üvegezés biztosít megfelelő természetes bevilágítást az épület központi, sötétebb zónája számára. Ezúton optimális megvilágítási viszonyok kialakításával a központi, alulvilágított, sötét terek is magas vizuális komfort szintre kerültek.
A déli garázs és a tetőtér fűtetlen, ahová a gépészet került, -mindkét helyiség egyfajta puffer-zónaként védi az épületet a téli hőveszteségek, ill. a nyári hőterhelések elől. A padlástér továbbra is padlástér marad a lakótérrel galériásan egybenyitva. Itt az épületgépészeti berendezések kapnak helyet, egy infra-szauna sarokkal és hobby teremmel. Az épülettömeget méretezett hővédő burokba foglaltuk az aljzattól a tetőhéjalásig. A földszinti padozat szigeteletlen, ezért új hő- és vízszigetelt aljzat készül, a meglévő 30cm vastag B30 téglafalak külső oldalán és a tetőben fa létraváz tartószerkezettel 40 cm hőszigetelés készül. Az északi végfalat előírás szerint csak belső oldali hőszigeteléssel tudjuk ellátni, a sarkoknál fokozott belső hőhídmentesítéssel. A meglévő-megmaradó előregyártott vb gerendás födémek és az új vb lépcső szerkezet-temperálással, az új lépcsőházi fal falfűtéssel lesz ellátva a nagy felületű gazdaságos alacsonyhőmérsékletű felületi hűtés-fűtés biztosítása érdekében. A teljes hűtés-fűtési rendszert 2 talajszondáról táplált hőszivattyú szolgálja ki, a használati melegvíz-ellátáshoz és az épület villamosenergia-ellátáshoz a tetőfelület D-i fémlemez héjalására szerelt kombinált napelem-napkollektor panelek járulnak hozzá. Az udvaron a teljes tetőfelületről összegyűjtött, féléves csapadékhozamra méretezett csapadékvíz–tárolót terveztünk, melyből az épület szürkevízellátása és a kert locsolása is megoldott.
Az épületkoncepció a következő alapvető pontokból áll:
- Zónákba sorolt fűtött-hűtött konyha, nappali, háló-fürdő és vendégszoba, illetve fűtetlen lépcsőház, padlás és garázs zóna
- Optimált épületburok szerkezet farost hőszigeteléssel (Ufal=0,09 W/m2K)
- Szoláris energiahasznosításra optimalizált tetőgeometria
- Optimális üvegezési arányok
- 3 rétegű nyílászárók (Uw=0,8 W/m2K)
- Külső állítható lamellás árnyékolók
- Külső fal utólagos vízszigetelése biotechnológia segítségével (Bio falpórus kristályosító vakolat)
- Kb. 6-7 hónap folyamán természetes nappali, illetve éjszakai szellőztetés
- Komfortos termikusan aktivált alacsony- illetve magas hőmérsékletű belső vályog vakolat, mennyezet és fal fűtés-hűtés és relatív páraszabályozá
- Rehau PEX-a 2 db 100 m mély földszonda és Rehau 8 kW talajhő-víz hőszivattyú. Nyáron átlagos 15 ℃ sólé hűti az épületet passzív módon (JAZ nyári üzemidőszak munkaszám kb. 20!).
- 1db Mitsubishi hő- és entalpia visszanyerős lakásszellőztető berendezés 70-90% hatásfokkal (fűtési időszakban és forró nyári időszakban), VOC és relatív páratartalom alapú szabályozás
- Rehau awadukt thermo 30 m hosszúságú 1,5-2,0 m mélységbe helyezett talaj-levegő kollektor a mesterséges szellőzés előfűtéshez, fagyásveszély ellen, illetve előhűtéshez
- 1 db Viesmann vákuumcsöves termikus szolárkolletkor a HMV igény kb. 60%-ának készítéséhez
- 14 db Viesmann polikristályos napelem modul a déli tetőfelületen elhelyezve 3,5 Wp teljesítménnyel
- Csapadékvíz tároló méretezése Országh József professzor „Teleső-rendszer” ajánlása alapján, kb. 40 m3
- 1db Schiedel absolut passzívház kémény
- 1db tradicionális finn és orosz tömegkályha keverék újrahasznosított monogramos tömör téglából és új samott téglákból, fűtés és HMV rásegítés
Az átalakítás során lehetőség szerint törekedtünk a természetes eredetű anyagok, részben bio anyagok alkalmazására, különös tekintettel az életciklusra vonatkoztatott energia és anyagáramok vizsgálatára LCA (Life Cycle Assessment):
- Steico Zell befújt fagyapot külső hőszigetelés (36+3,5 cm)
- Xella Multipor belső hőszigetelés (20cm vastagságban, kizárólag az északi telekhatáron futó homlokzat mentén)
- Kömmerling 88plus PVC (külső alumínium burkolattal), illetve Schüco nyílászáró tokszerkezet, 3rtg. hőszigetelő üvegezéssel
- Csatlakozásoknál Rockwool Multirock
- Purenit hőhidmentesítő teherbíró elemek egyes nyílászáróknál
- Tremco illbruck páratechnikai RAL-szalag (passzívház nyílászáró beépítési mód)
- Kerakoll Biocalce utólagos tömegszigetelés (felázott lábazati külső falszerkezet kiszárítása a fal kapilláris pórusaiban történő kristályképződés segítségével)
- Emoton vályogvakolat (3cm), vályog glett, vályog festék
- Thermowood fenyőfa átszellőztetett homlokzatburkolat (20mm)
- A tartószerkezet majdnem 100%-át meg lehetett tartani (meglévő födém és falszerkezetek)
- Részben újrahasznosított padló kerámiburkolatok
- A garázson természetes nád palló szigetelés
- Meglévő régi mérgező anyagok (azbeszt tetőburkolat, magas radonsugárzású födém salak feltöltés) eltávolítása
Okos ház
A demonstrációs épület rendszereinek (fűtés, hűtés, mesterséges és természetes szellőztetés, HMV és vákumkollektor) optimális működését egy Siemens KNX BMS (building management system) épületfelügyeleti rendszeren keresztül szabályozott, időprogram és további épületfizikai paraméterekkel összefüggő algoritmusok alapján. A ház épület BMS mérés-adatgyűjtése az épület 2016. október 01-i. beüzemelése és a rendszer alapbeállításai után 2016 októberétől folyamatos. Az épület tényleges és részletes energiafogyasztás monitorozása külön mérőrendszer és az E-on által beépített és hitelesített mérőórák segítségével történik. A BMS által gyűjtött épület klimatikai és energetikai adatok ismeretében elősegíthetik az optimalizált épület üzemeltetési koncepciók kidolgozását, majd valós körülmények közötti tesztelését. Az épületüzemeltetési koncepciók tekintetében több, egymással párhuzamos stratégia kidolgozására is lehetőség nyílik. A kutatás eredményeinek felhasználásával megismerhető a demonstrációs épület energetikai és klimatikai viselkedés karakterisztikája. Ezen tapasztalatokkal több tervezési és üzemeltetési stratégiát lehet meghatározni és tovább mélyíteni már meglévő lakóházak energiahatékony felújítási módszeréhez. Ezzel nem csak a vizsgált aktív-lakóház tervezése és üzemeltetése támogatható, hanem az általánosítható tapasztalatok alapján további energiahatékony házaknak nem csak tervezésig, hanem teljes élettartamára tekintve biztosítható a magas fokú komfort és gazdaságosság. A kutatás perspektívát nyújthat a vizsgált családi házon kívül más épülettípusok hasonló kutatásához is. Ezek segítségével kialakítható egy olyan épületfelújítási és komfort optimalizálási stratégia, amely immár teljes épületállományra is használható. Ez az alapját képezheti egy városrész szintű energetikai stratégia kidolgozásának is. Ha a rendszer nyílt forráskodúvá válik és több építész is megosztja a tapasztalatait épületfelújításokkal kapcsolatban, létrejöhet az Active House Allience-hez hasonló világméretű kutatási adatbázis, aminek a segítségével az építészek nagy lépést tehetnek a lakókörnyezetük élhetőbb jövőéért.
- A meglévő régi állapothoz képest kb. 70%-os energia megtakarítást étünk el.
- Az épület energiamérlege a szimulációk alapján pozitív, kb. 3 000 kWh-val.
- A megvalósult épület kb. 1 000 kWh túltermelést mutat, tehát energiamérlege pozitív, több energiát termel (villamos áram) mint fogyaszt.
- A számítások alapján az épület beruházási többlet költségei kb. 10 éven belül megtérülnek.
Publikációk
- István Kistelegdi: Smart Refurbishment 2.0 – Schnittstelle zwischen Design, Komfort, Energie, Gesetz und Zukunft am Fallbeispiel einer Aktivhauserneuerung, könyvfejezet, Helmuth Venzmer, Brigitte Schmidt, Ditmar Schmidt: Energielieferant Altbau – Potenziale – Nachhaltigkeit – Objektbeispiele, Beuth Verlag GmbH, Berlin-Wien-Zürich, 2017, pp. 15.-25., ISBN 978-3-410-27111-6, ISBN (E-Book) 978-3-410-27112-3, https://www.beuth.de/de/publikation/energielieferant-altbau/263400855
- 12th International Miklós Iványi PhD and DLA Symposium, Faculty of Engineering and Information Technology, University of Pécs 2016. Tsovoodavaa Gantumur and István Kistelegdi: Hungarian active house refurbishment, dynmic thermal simulation energy analyis, szakmai tudományos előadás absztrakt, pp. 119., ISBN 978-963-642-876-1, published by Pollack Press Faculty of Engineering and Information Technology, University of Pécs
- WCTE 2014 World Conference on Timber Engineering, Quebec City, Canada, August 10-14, 2014, in: PROCEEDINGS (Edited by Alexander Salenikovich): István Kistelegdi, Jenő Balogh, Bálint Bachmann, Bálint Baranyai: „Potential Analysis of the Energy and Climate Performance of Wood-Concrete Hybrid Building Structures” – Konferencia cikk
Idézettség
- Bán Dávid: Komplex szimulációs kísérlet: intelligens családi ház Pécsett, (http://epiteszforum.hu/komplex-szimulacios-kiserlet-intelligens-csaladi-haz-pecsett)
- Botzheim Bálint: Barátságos Lakógép, Energiatudatos Családi Ház, Pécs, MÉ 2017/01, Feleős Kiadó Krizsán András DLA a MÉSZ elnöke, pp. 34.-37. ISSN 1785-282X
- Bíró Péter: Vályog építőanyagok egy pécs aktívházban – High-tech épület, egészséges belső környezet, in: Építési Megoldások, Belsőépítészeti Megoldások, 2016/3, pp. 38. ISSN 2061 – 5590
- Bethlenfalvy Gábor: „Hátrányos helyzetű” házból high-tech energiatudatos épület – Sajár házát újította fel az energiadizájn professzor, in: Építési Megoldások, Belsőépítészeti Megoldások, 2016/3, pp. 30-37. ISSN 2061 – 5590
- Szatlóczki Dóra Lilla: Energia + Design = Energiadesign, ismeretterjesztő szakmai cikk, A Mi Otthonung XVII. évf. 2016 Március, pp. 50.-58., Kiadó Kalangya Kkt., ISSN 1585-6445
