Arhitectură brâncovenească pentru o casa pasivă – reinterpretarea unui stil tradițional în manieră modernă

Vă prezentăm primul proiect pilot de casă pasivă realizat și implementat integral de firma ASPRO PRODINVEST S.R.L., pe baza conceptului prezentat de Institutul pentru Case Pasive de la Darmstadt, Germania. Proiectul a fost finalizat în primăvara anului 2015.

Elementul care diferenţiază proiectul nostru de alte case pasive este arhitectura realizată în stilul brâncovenesc.

Am dorit să construim o casă în stil tradiţional românesc, având „culă”, acoperiș învelit cu șindrilă cioplită manual, cu pridvor și terasă, cu colţurile exterioare și interioare rotunjite, dar în care am implementat ultimele tehnologii.

Casa este situată între două sate din judeţul Argeș, pe un teren în pantă în apropierea orașului Mioveni. Am ales această zonă pentru aerul foarte curat, datorat curenţilor de aer subcarpatici. De asemenea, fiind o zonă de deal, nu a fost folosită pentru culturi agricole intensive bazate pe îngrășăminte chimice. Zona nu oferă nici o altă utilitate în afară de curent electric. Apa din fântână este alcalină (Ph 8.6) și conform analizelor realizate la un laborator de specialitate, este perfect potabilă.

Am realizat mai multe variante de proiect, încercând să găsim o formă și poziţie optimă și să ne folosim de toate avantajele date de teren și de clima din zonă.

Casa fiind construită în deal, mai mult de jumătate din demisol este îngropat în pământ. Se asigură astfel o temperatură constantă în timpul anului, ceea ce presupune un consum mai mic de energie termică.

Faţă de sistemul recomandat în care pereţii exteriori sunt placaţi cu termoizolaţie de vată bazaltică de 20 cm, eu am adoptat un sistem cu 10 cm vată bazaltica la exterior, pereţi din cadre de beton cu zidărie din Ytong de 25 cm și vată minerală de 10 cm la interior cu barieră de vapori care asigură și etanșarea din interior.

Motivele pentru care am optat pentru această soluţie:  În timpul verii, termoizolaţia din exterior nu permite căldurii să pătrundă în interior, iar termoizolaţia din interior menţine temperaturi mai joase decât în exterior.

Iarna, termoizolaţia din interior nu permite căldurii din casă să se disipe în pereţii perimetrali spre exterior (tencuielile și zidăriile au un coeficient de transfer termic mult mai mare decât vata minerală). Bariera de vapori din interior crează o altă anvelopă etanșă nepermiţând vaporilor calzi să treacă prin pereţi (tencuială și zidărie, care sunt permeabile). În acest fel, căldura din vapori ce circulă în atmosferă din interior este reţinută în acumulatorul termic al sistemului de ventilaţie cu recuperare și cedată aerului proaspăt uscat ce vine din exterior. De asemenea, termoizolaţia exterioară nu permite frigului de afară să răcească pereţii exteriori și să avanseze spre interior.

Acestă soluţie am aplicat-o și pentru pereţii de la subsol care au fost termoizolaţi cu polistiren extrudat de 10 cm în exterior. Pe interior am realizat o termoizolare de 5 cm. Din experienţa lucrărilor executate, atmosfera din subsoluri cu pereţi din beton este mult mai uscată și mai plăcută dacă aceștia sunt izolaţi termic. Planșeul subsolului a fost turnat peste o termoizolaţie de 5 cm de polistiren extrudat care învelește toate grinzile de fundare.

O altă parte a structurii, acoperișul, a fost la rândul său izolat cu 25 cm de vată minerală, iar astereala obișnuită a fost înlocuită cu plăci OSB de 18 mm care au fost sigilate la rosturile de îmbinare cu spumă termoizolantă, completând astfel anvelopa de etanșare exterioară.

Ultimul element important, tâmplăria exterioară, a fost tratat corespunzător: am ales un sistem de tâmplărie din lemn stratificat de 92 mm cu geam termopan triplu cu grosimea de 52 mm. Din păcate, nu am reușit să obţin de la producător ca între foile de geam să introducă baghete termoizolante din PVC în loc de clasicele baghete din aluminiu. La acea vreme nimeni nu importa în România așa ceva.

Clădirea este formată din trei elemente: zona de locuit, o seră și o piscină închisă care poate fi folosită pe toată perioada anului. Toate aceste elemente au fost proiectate pe baza conceptului de casă pasivă. Forma în plan este asemănătoare literei „C”, cu latura lungă orientată către Sud, pentru a beneficia de aport solar pe o perioadă cât mai mare.

Piscina este separată de casă cu ajutorul serei, care crează o zonă de trecere.

Clădirea piscinei a fost proiectată cu acoperiș-terasă, pe care am amplasat panourile solare cu tub vidat – cele mai performante în perioadele fără mult soare – cât și panourile fotovoltaice. Cu ajutorul acestora, în perioada dintre sfârșitul primăverii și finalul toamnei se asigură aproape 60% din necesarul de energie electrică și 90% din necesarul pentru prepararea apei calde și pentru menţinerea apei calde în piscină.

Pentru a menţine aspectul de casă tradiţională, am proiectat un acoperiș cu șindrilă pe conturul exterior al piscinei, care maschează panourile solare și fotovoltaice (din păcate, nu complet).

Sistemul termic

Pentru a asigura un consum cât mai redus de energie pentru încălzirea casei și a piscinei și în condiţii de confort optime, am analizat toate elementele prin care o casă pierde căldură. Am realizat tabele de calcul în care am notat pierderile de căldură prin toate elementele de contur în fiecare cameră, ţinând cont de rezistenţele termice ale elementelor componente și încercând mai multe grosimi pentru a obţine un raport optim confort / preţ de cost pentru pereţi, tavane, pardoseli și tâmplărie exterioară.

În acest fel, am realizat un calcul extrem de exact al necesarului termic al casei.

Pentru o casă cu suprafaţa utilă de 760 mp am calculat un necesar termic de 22 kwh.

Studiind piederile termice ce se realizează la o piscină, am reușit, printr-o proiectare judicioasă, să reduc energia termică necesară pentru menţinera apei calde în piscină de la 28 kwh la 11 kwh.

Având aceste date, am reușit să concep un sistem termic redundant și extrem de economic.

Energia termică este asigurată de un sistem termic care are trei componente :

1. Panouri solare vidate (8 bucăţi de câte 15 tuburi)
2. Centrală pe peleţi de 30 kw.
3. Termoșemineu cu lemne cu o putere de 15kw.

Pentru a micșora costurile și ulterior limitarea intervenţiilor de întreţinere și reparaţii, am ales varianta cea mai simplă în care am montat în fiecare cameră exact necesarul de ţeavă de încălzire conform calculelor, fără nici o rezervă.

Această abordare are avantajul renunţării la diverse echipamente necesare reglării permanente pe fiecare cameră (actuatoare, senzori de pardoseală, de cameră, cât și sisteme de echilibrare hidraulică și termică cu pompe în distribuitoare), reducând mult costurile de instalare și întreţinere.

În acest mod, temperatura va fi constantă în toată casa, creând un confort deosebit, iar controlul este realizat în camera centralei. Casa fiind pasivă, chiar și schimbările bruște și mari de temperatură din exterior nu sunt resimţite în interior. De aceea nu mai sunt necesare sisteme de corecţie a temperaturii locale.

Proiectare judicioasă – costuri scăzute

Semnificativ este faptul că acest sistem a avut un cost mai scăzut cu aproape 50% faţă de ofertele a trei firme de instalaţii, oferte realizate pe baza unor programe de calcul oferite de producătorii de sisteme de încălzire în pardoseală. De reţinut este și următorul fapt: cantitatea de ţeavă de încălzire folosită pe baza calculelor riguroase făcute de mine și de furnizorul sistemului de încălzire a fost de 2.600 metri faţă de peste 5.600 metri propuși de celelalte trei firme.

După două sezoane de iarnă, acest sistem a asigurat fără probleme o temperatură medie de 22.5 – 23 grade în toată casa chiar și în perioadele sub -14 grade C, menţinând și apa în piscină la 27.5- 28 grade Celsius.

Deoarece perioadele cu temperaturi extreme sunt foarte rare și de scurtă durată, am ales o variantă în care centrala este dimensionată pentru temperaturi medii (pentru reducerea costului de achiziţionare și o funcţionare cu randament foarte ridicat). În eventualitatea că s-ar putea să avem nevoie de o suplimentare termică pe o perioadă scurtă, putem folosi energie termică de la termoșemineu.

Controlerul sistemului termic gestionează zonele de încălzire, sursele termice (centrală, șemineu, panouri) și senzorii interni și externi de temperatură. În momentul în care dorim să aprindem focul în șemineu, iar centrala termică funcţionează în regim de încălzire sau preparare apă caldă, controlerul detectează suplimentarea de energie termică, închide centrala termică (oprește consumul de peleţi) și folosește apa caldă produsă de termoșemineu pentru încălzirea casei sau apei calde.

Dacă centrala este oprită (deci nu este necesară energie termică în acel moment) apa caldă produsă de șemineu este înmagazinată în puffer (rezervor de acumulare apă caldă). Mai târziu, când controlerul va constata că este necesară energie termică pentru menţinerea termperaturii optime în casă, în loc să pornească centrala și să avem consum suplimentar, va folosi energia stocată din puffer.

În zilele însorite, panourile solare asigură prepararea apei calde pentru băi sau bucătărie sau pentru încălzirea casei. În acest caz, în mod similar, centrala va fi oprită dacă panourile asigură tot necesarul termic. Dacă sistemul nu necesită la momentul respectiv energie termică, sistemul bazat pe energie solară va încălzi apa din puffer care va fi folosit ulterior, fără să pornească centrala termică.

Acest sistem de încălzire și-a demonstrat eficacitatea: în zilele de iarnă însorite și cu cer senin, centrala a fost oprită peste 8 ore, încălzirea fiind realizată cu apa caldă produsă de panouri solare.

Control de la distanţă printr-o aplicaţie web

Mai fac o precizare foarte importantă: tot sistemul termic poate fi controlat printr-o aplicaţie web de oriunde există acces la internet. Acest sistem permite programarea, pornirea și oprirea pompelor, acţionarea electrovanelor, modificarea temperaturii în zonele definite, iar printr-o interfaţă grafică se vizualizează în mod real temperaturile ambientale din camere și din instalaţie. De asemenea, în cazul unor defecţiuni, sistemul este prevăzut să trimită mesaje pe e-mail la producător și la beneficiar.

Fiind un proiect-pilot, am permis producătorului din Cehia să aibă acces on-line la sistem. Acesta a monitorizat timp de aproape 18 luni acest sistem pe care l-am upgradat de 2-3 ori pe baza observaţiilor făcute în timpul funcţionării. Din păcate, la noi nicio firmă care instalează sau proiectează sisteme termice nu monitorizează în timp funcţionarea acestora.

1.330 de kg de peleţi, consum lunar în perioada de iarnă

Pentru a exemplifica eficienţa acestui sistem termic, în perioada iernii 2015 – 2016 am folosit pentru încălzirea acestei case cu suprafaţa utilă de 735 mp o cantitate medie lunară de 1.330 kg de peleţi menţinând o temperatură medie între 22 și 22.5 grade C, iar în piscina închisă (cu suprafaţa de 96 mp) având o medie a temperaturii apei între 28 și 29.5 grade C.

La un preţ de cost de 0.9 lei/kg de peleţi, a rezultat un cost mediu lunar de 1.63 lei/ mp util! Un calcul simplu arată că pentru o casă de 160 mp rezultă un cost mediu lunar de 260 lei. Aceasta în condiţiile în care aproximativ 20% din energia termică a fost folosită pentru piscină. Este adevărat că am avut și aportul instalaţiei solare care, în această iarnă, nu a fost de neglijat!

Sistemul electric realizat din două surse independente

Fiind o casă situată într-o zonă rurală de deal în care pot apărea des întreruperi de curent electric, am proiectat un sistem bazat pe două surse independente.

O sursă este asigurată de furnizorul local de energie, iar a doua constă într-un sistem fotovoltaic de 3 kwh cu 12 panouri, automatizarea și un set de 12 acumulatoare solare care pot înmagazina aproape 8.5 kwh.

Sistemul electric al casei a fost proiectat dual, în așa fel încât din primăvară până târziu în toamnă să pot folosi energia electrică produsă de panourile fotovoltaice, iar când zilele însorite scad, o parte din circuite să le conectez extrem de ușor la sistemul local.

Pentru a reduce consumul, am folosit numai pompe low energy și becuri cu led.

Dorinţa mea a fost să devin independent din punct de vedere energetic, dar chiar și cu investiţii serioase, în ţara noastră nu poţi deveni complet independent cu aceste sisteme fotovoltaice. Această limitare provine din numărul nu foarte mare de zile cu soare din zona noastră. Și aici trebuie să alegi furnizorul de sisteme cu grijă. Sunt puţine firme în ţară care să dimensioneze corect un astfel de sistem. Noi am discutat cu cel puţin 10 firme până am ales-o pe cea mai reprezentativă.

Acest sistem electric a fost configurat cu un echipament de comunicare pe internet care, în cadrul aceluiași proiect-pilot, a fost accesibil firmei care l-a furnizat și instalat pentru a fi monitorizat. Pe baza datelor trimise, cât și a diverselor mesaje de atenţionare, am reușit să configurăm sistemul la capacitatea maximă. La fiecare sfârșit de zi, sistemul trimite un raport cu cantitatea de energie produsă /consumată și dacă a fost nevoie să preia energie din sistemul energetic local. Pe baza acestor date, am putut face o statistică ce ne-a ajutat la proiectarea mult mai judicioasă a sistemelor. Din calculele mele, preţul de cost al instalaţiei se va amortiza în 19 ani, aceasta fiind durata de viaţă a instalaţiei. Faptul că aceste sisteme nu sunt compensate în nici un fel de stat le transformă în instalaţii prohibitive.

Statul român încasează pe factura de energie electrică o componentă de certificate verzi de aproximativ 6.9% care, în mod normal, ar trebui să încurajeze achiziţionarea de astfel de sisteme, însă acest lucru nu se întâmplă. Încurajând vânzarea și instalarea de astfel de sisteme de către stat, preţul lor poate scădea mult. Ele ar putea fi o sursă de energie curată care ar contribui la scăderea semnificativă a poluării produse de centralele electrice cu combustibili fosili.

Sistemul de ventilaţie

Un alt sistem necesar unei case pasive este sistemul de ventilaţie cu recuperare de căldură.

Sistemul proiectat pentru acesta casă are două componente:

1. Un schimbător de căldură aer-sol care este compus dintr-un sistem de ţevi AWADUKT THERMO de la REHAU. Acestea au un coeficient mare de transfer termic și un tratament antimicrobian cu particule de argint care diminuează răspândirea bacteriilor și ciupercilor pe suprafaţa interioară a tuburilor. Acest sistem de tuburi este îngropat la o adâncime de 2 -2.5 m în sol în jurul casei. În exterior, are o zonă de aspiraţie cu filtre de praf și polen. Sistemul „intră” în casă spre aparatele de ventilaţie cu recuperare de căldură.
2. Sistemul interior de ventilaţie, compus din trei ventilatoare cu recuperare de căldură și tubulatură aferentă distribuite pe trei zone – demisol, parter și mansardă – pentru a reduce dimensiunea tubulaturii și a echipamentelor.

Pe perioada de vară, aerul cald este răcit în sistemul din pământ și introdus prin by-pass-ul sistemului de ventilaţie pentru întreţinerea unui climat plăcut, fără a fi nevoie de aer condiţionat, iar aerul cald și viciat este evacuat afară.

Pe perioada de iarnă, aerul rece este preîncălzit în sistemul din sol unde temperatura este de 6-12 grade, apoi intră în sistemul de ventilaţie cu recuperare de căldură, unde primește căldura recuperată din aerul cald viciat extras din încăperi și apoi este evacuat afară.

În acest fel, avem permanent aport de aer proaspăt la o temperatură apropiată de cea a camerei, fără disconfortul creat de deschiderea geamurilor în perioadă de iarnă și de vară și fără a pierde din energia termică a casei.

Și aceste sisteme de ventilaţie sunt controlate pe internet: pot fi modificaţi parametrii de debit și pot fi modificate temperaturile de referinţă. Fiind înzestrate cu senzori de CO₂, ele măresc automat debitul de aer proaspăt, pentru încăperi mai aglomerate. De asemenea, au un sistem automat de trecere de la iarnă la vară pe baza temperaturii de intrare a aerului prospăt sau se pot face programe pentru a nu funcţiona permanent.

De exemplu, seara începe un program de ventilare care împrospătează aerul din încăperi înainte de perioada de somn, apoi în timpul nopţii putem programa încă o perioadă de ventilaţie care elimină aerul viciat de la respiraţie și controlează umiditatea. Înainte de trezire, un alt program de ventilaţie împrospătează aerul, ca și când cineva a deschis fereastra ca să te bucuri de aerul proaspăt de dimineaţă.

Sistemul de alimentare cu apă

Și la acest sistem am reușit să aducem îmbunătăţiri. Având privilegiul de a avea apă proaspătă și de calitate de la fântână, am schimbat proiectul iniţial în care aveam în casă un rezervor-tampon cu hidrofor și o pompă de puţ care alimenta vasul-tampon.

Problema era dată de faptul că nefolosind o perioadă apa din rezervor, această se deprecia calitativ, periodic necesitând curăţarea și spălarea vasului-tampon.

Am folosit fântâna ca un rezervor-tampon, în care apa este mereu proaspătă datorită izvoarelor subterane din pânza freatică. Cu ajutorul unei pompe de puţ controlată electronic cu debit variabil se asigură o presiune aproape constantă, indiferent câte robinete se deschid simultan în casă. De asemenea, toată instalaţia de alimentare cu apă din casă este realizată cu ţevi din cupru – material care nu permite formarea de colonii de microbi și bacterii.

O altă îmbunătăţire a constat în proiectarea a două trasee separate pentru evacuarea apei uzate de la lavoare și dușuri, și separat pentru WC. Motivul: în cazul în care se evaporă apa din garda de protecţie a sifoanelor, nu mai vine miros neplăcut de la canalizare. Așa se proceda pe vremuri!

Partea de ape uzate de la WC și bucătărie este trimisă la o staţie de tratare, care o transformă în apă bună pentru plante, iar apa de la lavoare și dușuri, unde se folosește detergent organic (BIO) este filtrată printr-un sistem drenant de pietriș și nisip de diverse granulaţii și apoi se infiltrează în sol.

Lângă casă am creat și o grădină de legume și o livadă de pomi fructiferi bio – cu răsaduri românești netratate și nemodificate genetic. Acestea sunt irigate prin picurare, cu un sistem automat, controlat, de asemenea, pe internet, care permite, în funcţie de necesităţi, mărirea sau micșorarea timpului de udare și schimbarea orei de începere a irigării. La această grădină folosim doar îngrășăminte naturale.

Materiale naturale, pe cât posibil de proveniență din România

Proiectând această casă cu arhitectură tradiţională românească, am încercat să folosim cât mai mult materiale naturale, pe cât posibil de provenienţă din România. Nu am reușit în totalitate, dar, în mare parte, am găsit furnizori.

Tâmplăria a fost fabricată în România cu lemn stratificat din molid.

Șindrila a fost comandată în Nordul Moldovei și a fost cioplită manual, în timpul iernii, oferind de lucru acelor oameni într-o perioadă dificilă.

Parchetul stratificat pentru încălzire este fabricat în România.

Pentru decoraţiile interioare și exterioare am folosit șabloane copiate după decoraţiile vechi ale conacelor din perioada în care predomina arhitectura brâncovenească.

Ușile interioare, o parte din mobilier, păturile și scara au fost executate manual, din stejar românesc, de un sculptor din zona Râmnicu Vâlcea.

Obiectele de iluminat sunt aproape în totalitate cumpărate de la magazine de antichităţi, pentru a se integra în stilul casei.

În acest moment sunt în lucru un gard din nuiele și poarta de acces principală, care va fi tot un model românesc cu elemente sculptate în stejar cu motive muntenești. ncepere a irigării. La această grădină folosim doar îngrășăminte naturale.