docBudynki pasywne – mistrzowie oszczędzania
download 
Reklamacja Transkrypt
Budynki pasywne – mistrzowie oszczędzania
Budynki pasywne – mistrzowie oszczędzania energii Budownictwo pasywne na Mazowszu aspekty ekologiczne, ekonomiczne i techniczne ergii” jest w a Seria: Budynki pasywne - mistrzowie oszczędzania energii Bank Spółdzielczy w Piasecznie Spis treści Budynek pasywny – lżej dla portfela i środowiska..................................................1 Co to jest budynek pasywny....................................................................................2 Zasada działania budynku pasywnego...................................................................4 Kształtowanie architektury budynków pasywnych...................................................5 Przegrody zewnętrzne – okna.................................................................................7 Przegrody zewnętrzne – ściany, dach, fundamenty................................................8 Szczelność przegród zewnętrznych......................................................................12 Badanie szczelności przy pomocy próby ciśnieniowej..........................................13 Wentylacja i ogrzewanie........................................................................................14 Gruntowy wymiennik ciepła...................................................................................18 Przygotowanie ciepłej wody użytkowej.................................................................19 Kompaktowe urządzenia grzewcze dla budynków pasywnych.............................20 Kominki w budynkach pasywnych.........................................................................21 Urządzenia elektryczne.........................................................................................23 Bilans energetyczny..............................................................................................23 Zagadnienie higieniczne........................................................................................25 Zagadnienia ekonomiczne....................................................................................25 Ochrona środowiska..............................................................................................26 Budynki pasywne a inne standardy wznoszenia budynków..................................27 Przykłady budynków pasywnych...........................................................................28 Historia budynków pasywnych..............................................................................32 Parę zdań o KRES...............................................................................III str. okładki Budynek pasywny – lżej dla portfela i środowiska Budynek pasywny to nowa idea w podejściu do oszczędzania energii we współczesnym budownictwie. Jej innowacyjność przejawia się w tym, że skupia się ona przede wszystkim na poprawie parametrów elementów i systemów istniejących w każdym budynku, zamiast wprowadzania dodatkowych rozwiązań. Dzięki temu, poza zmniejszeniem zapotrzebowania na energię do ogrzewania, uzyskujemy podniesienie jakości i trwałości budynku, a tym samym zwiększenie wartości rynkowej. Podstawową, niezaprzeczalną zaletą budownictwa pasywnego jest to, że nie odcina się od budownictwa tradycyjnego, lecz korzysta ze sprawdzonych technologii. Nie wymaga więc wprowadzania i testowania nowych materiałów. Nie wymaga kosztownych badań. Nie tworzy nowych typów architektury, które mogłyby stanowić dysonans w zestawieniu z istniejącą zabudową. Co więcej, koncepcja budynku pasywnego w sposób naturalny łączy się z kwestią wykorzystywania odnawialnych źródeł energii. Budynki te wykazują dużo mniejsze zapotrzebowanie na energię niż budynki tradycyjne. Dzięki temu maleją koszty zastosowania takich rozwiązań jak pompy ciepła, kolektory słoneczne czy gruntowe wymienniki ciepła. Mniejsze i tańsze instalacje tego typu są w stanie pokryć całe zapotrzebowanie budynku na ciepło. Niewielkie zapotrzebowanie na ciepło, które dodatkowo pokrywane jest przy pomocy alternatywnych źródeł energii, pozwala zmniejszyć emisję szkodliwych gazów i tym samym chronić środowisko naturalne. Koncepcja ta została sprawdzona w ramach licznych projektów realizowanych od lat w państwach „starej” Unii Europejskiej. Do tej pory zbudowano około 5000 jednostek mieszkaniowych. W naszym kraju w ostatnich latach powstały także pierwsze domy pasywne. Jak pokazały dotychczasowe doświadczenia możliwe jest wybudowanie domu, który będzie zużywał zaledwie 15% energii, jaką należałoby dostarczyć do ogrzania analogicznego budynku tradycyjnego, a przy tym będzie on zdrowszy i bardziej komfortowy. Zapraszamy do zapoznania się z całą zawartością naszej publikacji. Przybliżymy Państwu zasadę działania budynków pasywnych, stosowane w nich rozwiązania techniczne jak np.: system wentylacji z odzyskiem ciepła, energooszczędne okna, gruntowe wymienniki ciepła, itp. Przedstawimy także aspekty ekonomiczne i higieniczne tego standardu budownictwa oraz omówimy przykłady zrealizowanych budynków pasywnych. Liczymy, że uda się nam przekonać Państwa do wykorzystania tej technologii w realizowanych obiektach. Co to jest budynek pasywny Budownictwo pasywne najprościej można określić jako standard obiektów, który zapewnienia bardzo dobre parametry izolacyjne i zastosowanie szeregu rozwiązań, mających na celu zminimalizowanie zużycia energii w trakcie eksploatacji. Praktyka pokazuje, że zapotrzebowanie na energię w takich obiektach jest ośmiokrotnie mniejsze niż w tradycyjnych budynkach wznoszonych według obowiązujących norm. Koncepcja omawiana w niniejszej broszurze jest rozwinięciem i uzupełnieniem idei budynku energooszczędnego, ale w domach pasywnych redukcja zapotrzebowania na ciepło jest tak duża, że nie stosuje się w nich tradycyjnego, hydraulicznego systemu grzewczego, a jedynie dogrzewanie powietrza wentylacyjnego. Do zbilansowania zapotrzebowania na ciepło wykorzystuje się również promieniowanie słoneczne, odzysk ciepła z wentylacji, a także zyski cieplne pochodzące od wewnętrznych źródeł, takich jak urządzenia elektryczne i mieszkańcy. Definicja domu pasywnego Dom pasywny jest budynkiem o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania wnętrza 15 kWh/(m2•rok), w którym komfort termiczny zapewniony jest przez pasywne źródła ciepła (mieszkańcy, urządzenia elektryczne, ciepło słoneczne, ciepło odzyskane z wentylacji), tak że budynek nie potrzebuje autonomicznego, aktywnego systemu ogrzewania. Potrzeby cieplne realizowane są przez odzysk ciepła i dogrzewanie powietrza wentylującego budynek. (wg. dr W. Feista) Kryteria jakie musi spełniać budynek pasywny: zapotrzebowanie na energię, niezbędną do ogrzania jednego metra kwadratowego powierzchni, podczas jednego sezonu grzewczego poniżej 15 kWh/(m2•rok); współczynnik przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych (dach, ściany, podłoga na gruncie) mniejszy niż 0,15 W/(m2•K); szczelność powłoki zewnętrznej budynku, sprawdzona przy pomocy testu ciśnieniowego, podczas badania przy różnicy ciśnienia zewnętrznego i wewnętrznego wynoszącej 50 Pa, krotność wymiany powierza nie powinna przekraczać 0.6 h-1; przegrody zewnętrzne wykonane w taki sposób, aby maksymalnie zredukować mostki termiczne; okna o współczynniku przenikania ciepła U poniżej 0,8 W/(m2•K) dla ramy i przeszklenia, całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla przeszklenia g≥50%; wydajność rekuperatora, stosowanego do odzysku ciepła z wentylacji, powyżej 75%; ograniczenie strat ciepła w procesie przygotowania i zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową; efektywne wykorzystanie energii elektrycznej. Idea budynków pasywnych nie jest opatentowana, zastrzeżona ani nie podlega innym formom ochrony prawnej. Jest ona dostępna bez żadnych ograniczeń dla wszystkich. Możliwe jest wznoszenie budynków pasywnych w różnych technologiach budowlanych takich jak: tradycyjna murowana, szkielet drewniany (tzw. technologia kanadyjska) czy szkielet stalowy. Rozwiązania i materiały używane w budynkach pasywnych są ogólnodostępne. Istnieje wiele firm dostarczających niezbędne komponenty. Ponadto standard ten pozwala na wznoszenie obiektów o różnorodnych funkcjach. Cechy budynku pasywnego: zwarta, nie rozczłonkowana bryła; orientacja większości okien od strony południowej; bierne zyski słoneczne pokrywają 40% zapotrzebowania na ciepło; wentylacja mechaniczna, z odzyskiem ciepła (rekuperator); brak konwencjonalnego oddzielnego systemu ogrzewania, ogrzewanie realizowane przez nadmuch ciepłego powietrza połączony z wentylacją mechaniczną; Pierwszy budynek pasywny został wzniesiony w Darmstadt Kranichstein w 1991r.. Elewacja południowa. Źródło: Niedrig Energie Institut Budynek pasywny wyróżnia bardzo niskie zapotrzebowanie na energię do ogrzewania poniżej 15 kWh/(m2•rok). Oznacza to, że w przeciągu sezonu grzewczego do ogrzania jednego metra kwadratowego mieszkania potrzeba 15 kWh, co odpowiada spaleniu 1,5 l oleju opałowego, bądź 1,7 m3 gazu, czy też 2,3 kg węgla. Dla porównania, zapotrzebowanie na ciepło dla budynków konwencjonalnych budowanych obecnie wynosi około 120 kWh/(m2•rok). Współczynnik przenikania ciepła U [W/(m2•K)] Określa właściwości ciepłochronne przegrody budowlanej (np. ściany, okna). Wyraża on ilość ciepła jaka przenika przez płaski element budowlany o powierzchni 1m2 przy różnicy temperatur 1 K. Im współczynnik ten ma mniejszą wartość tym lepsze właściwości termoizolacyjne ma przegroda. przegrody zewnętrzne szczelne i o dobrych parametrach ciepłochronnych; opcjonalnie pozyskiwanie ciepła z gruntu, powietrze zewnętrzne nawiewane do budynku ogrzewane jest wstępnie w gruntowym wymienniku ciepła; opcjonalnie pozyskiwanie i magazynowanie ciepła z promieniowania słonecznego (kolektory słoneczne); opcjonalnie pozyskiwanie ciepła utajonego z powietrza wentylacyjnego (pompa ciepła powietrze-powietrze). Nazwa „budynek pasywny” odnosi się do faktu, że do ogrzewania budynku wykorzystywana jest energia cieplna powstająca w sposób „pasywny” - pochodząca z zysków z promieniowania słonecznego oraz ciepła od osób i urządzeń - bez wykorzystania „aktywnych” systemów ogrzewania. Zasada działania budynku pasywnego Istotą budownictwa pasywnego jest maksymalizacja zysków energetycznych i ograniczenie strat ciepła. Aby to osiągnąć wszystkie przegrody zewnętrzne posiadają niski współczynnik przenikania ciepła. Ponadto zewnętrzna powłoka budynku jest nieprzepuszczalna dla powietrza i zapewnia Rozwiązaniem często stosowanym w budynkach pasywnych jest gruntowy wymiennik ciepła. W okresie zimowym świeże powietrze po przefiltrowaniu przechodzi przez to urządzenie, gdzie jest wstępnie ogrzewane. Następnie powietrze dostaje się do rekuperatora, w którym zostaje podgrzane ciepłem pochodzącym z powietrza wywiewanego z budynku. Charakterystyczny dla standardu budownictwa pasywnego jest fakt, że w przeważającej części zapotrzebo- dobrą ochronę przed utratą ciepła. Podobnie stolarka okienna wykazuje mniejsze straty cieplne niż rozwiązania stosowane standardowo. Z kolei system nawiewno-wywiewnej instalacji wentylacyjnej zmniejsza o 75-90% straty ciepła związane z wentylacją budynku. wanie na ciepło zostaje zaspokojone dzięki zyskom cieplnym z promieniowania słonecznego, ciepłu oddawanemu przez urządzenia i przebywających w budynku ludzi. Jedynie w okresach szczególnie niskich temperatur stosuje się dogrzewanie powietrza nawiewanego do pomieszczeń. Kształtowanie architektury budynków pasywnych Dobrze zaprojektowany budynek musi spełniać wiele bardzo istotnych warunków, często wykluczających się wzajemnie. Architekt – obok swojej wizji budynku – musi uwzględnić szereg zagadnień, na które składają się wymagania funkcjonalne, techniczne, ekonomiczne, prawne, dopasowanie do kontekstu miejsca itd. Projektowanie wymaga zazwyczaj współpracy wielu osób, które mają wpływ na kształt obiektu. Dlatego proces projektowania jest bardzo skomplikowany oraz wymaga dużo wiedzy i doświadczenia. Projektanci budynków pasywnych poza wszystkimi powyżej wymienionymi wymaganiami, które są miarą dobrego projektu, muszą wypełnić szereg innych wymogów, związanych z zakładanym wysokim standardem poszanowania energii. Z tego względu ich zadaniem jest położyć nacisk na te czynniki kształtujące architekturę, które mają bezpośredni wpływ na bilans energetyczny obiektu. Niezaprzeczalnie należy do nich ukształtowanie bryły budynku. Obiekt o możliwie zwartej i prostej formie ma korzystną proporcję przegród zewnętrznych do kubatury, a co za tym idzie mniejsze straty cieplne spowodowane przenikaniem ciepła przez te przegrody. Niezmiernie istotne jest zorientowanie budynku względem stron świata. Duże powierzchnie przeszkleń winny być grupowane na elewacjach południowych, co gwarantuje, że straty wynikające z przenikania ciepła przez okna bilansowane będą zyskami pochodzącymi od promieniowania słonecznego wpadającego przez okna. Na elewacjach inaczej zorientowanych względem stron świata winno się w miarę możliwości unikać umieszczania okien. Istotne jest, aby duże przeszklenia zaopatrzone były w różnego rodzaju żaluzje, markizy lub rolety, które w sezonie letnim będą chronić przed przegrzaniem. Funkcję tę z powodzeniem mogą także pełnić wysunięte okapy czy odpowiednio ukształtowane balkony. Wysunięty okap chroni w lecie okno przed promieniami słonecznymi. Natomiast w okresie zimowym gdy słońce jest nisko jego promienie swobodnie docierają do wnętrza budynku W trakcie planowania funkcji budynku winno się brać pod uwagę charakterystykę cieplną pomieszczeń, grupując je w miarę możliwości w taki sposób, aby funkcje higieniczno-sanitarne wymagające największej temperatury zlokalizowane były z dala od przegród zewnętrznych. Ma to na celu unikanie sytuacji, w których doprowadza się do najwyższych różnic temperatur po dwóch stronach przegrody zewnętrznej, co generowałoby stosunkowo najwyższe straty cieplne. Analogicznie najkorzystniejszą lokalizacją dla pomieszczeń gospodarczych, klatek schodowych itp. będzie część północna budynku przy ścianie zewnętrznej. Wymienione pomieszczenia nie potrzebują doświetlenia, co jest zbieżne z założeniem ograniczania przeszkleń w tej części budynku. Ponadto pomieszczenia te, ze względu na wymaganą najniższą temperaturę wśród wszystkich pomieszczeń w budynku, tworzą swego rodzaju strefę bufora cieplnego. Od strony elewacji południowej korzyst ne jest zlokalizowanie bufora termalnego w postaci ogrodu zimowego. Nie wymaga on ogrzewania jak pomieszczenia mieszkalne, natomiast ze względu na duży procent przeszklenia może być istotnym przekaźnikiem darmowej energii pochodzącej z promieniowania słonecznego. Bardzo pomocne dla zapewnienia odpowiednich temperatur w budynku pasywnym w ciągu całego roku może okazać się właściwe zaprojektowanie zieleni na działce. Zasadzenie drzew liściastych przed elewacją południową gwarantuje zacienianie w sezonie letnim, kiedy istotna jest ochrona przed wysokimi temperaturami. W okresie zimowym, kiedy rośliny gubią liście, przez niezacieniane okna wpada promieniowanie słoneczne, które stanowi istotne źródło ciepła w bilansie energetycznym budynku. Z kolei od strony północnej budynku korzystniejsza jest zieleń iglasta, która stanowi strefę buforową przed elewacją chroniąc ją w ten sposób przez zimnymi wiatrami mogącymi wychładzać budynek. Ważne jest, aby na etapie projektowania wziąć pod uwagę wszystkie przytoczone zalecenia. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, aby stosując się do nich nie stworzyć obiektu bardzo nowoczesnego lub mocno osadzonego w tradycji, w zależności od kontekstu architektonicznego i urbanistycznego, funkcji oraz pomysłu architekta i oczekiwań inwestora. Za uniwersalnością idei budownictwa pasywnego może przemawiać fakt, że do chwili obecnej powstało w tej konwencji wiele budynków o mocno zróżnicowanej funkcji takich jak szkoły, przedszkola, obiekty sportowe, administracyjne i biurowe oraz domy mieszkalne jedno i wielorodzinne. Schemat wykorzystania zieleni liściastej do zacienienia budynku w okresie letnim Przegrody zewnętrzne – okna Dla budynków pasywnych najkorzystniejsze jest zlokalizowanie większości okien na ścianach południowych oraz ograniczanie ich liczby na innych elewacjach. Rozwiązanie takie gwarantuje największe zyski pochodzące od promieniowania słonecznego. W budownictwie pasywnym, okna – z resztą podobnie jak pozostałe przegrody zewnętrzne budynku, muszą charakteryzować się wyjątkowo niskim współczynnikiem przenikania ciepła, co z kolei powoduje konieczność stosowania zaawansowanych technicznie rozwiązań. W budynkach pasywnych stosuje się zarówno stolarkę drewnianą jak i PCV. Rama ze względu na współczynnik przewodzenia ciepła jest obecnie najsłabszym elementem okna. Fakt ten spowodował konieczność opracowania ramy specjalnego typu, zaopatrzonej we wkładkę termiczną ograniczającą straty cieplne. Natomiast standardem w oknach dla budynków pasywnych jest stosowanie szyb zespolonych z potrójnym szkleniem. Dzię- Okno dla budynków pasywnych o konstrukcji drewnianej z profilami aluminiowymi od zewnątrz. Źródło: Fensterbau Werner Sieber ki temu pomiędzy szybami powstają dwie hermetyczne komory, które wypełniane są gazem szlachetnym, np. argonem. Zastosowanie gazu szlachetnego gwarantuje dużo większą energooszczędność niż w przypadku komór wypełnionych powietrzem atmosferycznym. W celu uzyskania maksymalnych zysków cieplnych pochodzących z promieniowania słonecznego padającego Powłoka niskoemisyjna Powłoka niskoemisyjna to cienka przeźroczysta warstwa pokrywająca szkło, która w sposób selektywny przepuszcza promieniowanie cieplne. Pozwala to na uzyskanie maksymalnych zysków z promieniowania słonecznego przy jednoczesnym ograniczaniu strat cieplnych. Powłoka ta przepuszcza wpadające do pomieszczenia wysokotemperaturowe promieniowanie słoneczne o krótkiej długości fali, stanowiąc jednocześnie barierę dla niskotemperaturowego promieniowania z wnętrza pomieszczenia o długim okresie fali. Dużą zaletą szkła z warstwą niskoemisyjną jest wysoka przepuszczalność światła. na okna oraz ograniczenia strat cieplnych na dwóch z trzech szyb stosuje się powłoki niskoemisyjne. Istotną rolę odgrywa też z pozoru nieistotny szczegół, jakim jest ramka łącząca poszczególne szyby w zestawie szyby zespolonej. W standardowych rozwiązaniach stosuje się ramkę z aluminium, które jest dobrym przewodnikiem ciepła, co powoduje powstawanie na obrzeżach zestawu szybowego strefy o pogorszonych parametrach izolacyjnych. Aby zminimalizować to zjawisko stosuje się ramki z materiałów będących dobrymi izolatorami termicznymi. Taka budowa okna pozwala uzyskać rewelacyjny współczynnik przenikania ciepła wysokości 0,8 W/(m2•K), który dla porówna nia w oknach stosowanych w budownictwie tradycyjnym wynosi 1,4 – 1,5 W/(m2•K). Przeszklenia w oknach stosowanych w domach pasywnych mają także za zadanie maksymalizować zysk energetyczny z promieniowania słonecznego. W tym celu szkło, które jest w nich stosowane musi charakteryzować się współczynnikiem całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego większym niż 50%. Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g [%] Współczynnik ten określa w jakim stopniu energia pochodząca od promieniowania słonecznego przenika przez szybę do wnętrza, w wyniku bezpośredniej transmisji energii promieniowania słonecznego oraz oddawania wtórnej energii słonecznej zaabsorbowanej przez szkło. Jest on podawany w procentach [%]. Większa wartość współczynnika oznacza, że wyższe są zyski energetyczne. Pożądaną cechą domów pasywnych – co było wielokrotnie podkreślane – jest konieczność zapewnienia maksymalnej szczelności przegrody zewnętrznej. Z tego względu okna muszą być zaopatrzone w dobrej jakości uszczelki. Nie stosuje się rozszczelnień, które instalowane są w oknach przeznaczonych dla tradycyjnych budynków, gdzie wspomagają wentylację grawitacyjną . Złe obsadzenie okien jest częstą przyczyną powstawania mostków termicznych, które fatalnie wpływają na bilans energetyczny budynku oraz prawidłowe funkcjonowanie przegrody (zawilgocenie, zagrzybienie). Ma to tak samo ważkie znaczenie w przypadku budownictwa tradycyjnego jak i pasywnego. Jednak w przypadku domów pasywnych nieprawidłowy montaż okien skutkuje niedostateczną szczelnością przegrody zewnętrznej, czyli naruszaniem jednego z podstawowych warunków prawidłowego funkcjonowania budynku pasywnego. Okna wykonywane w standardzie dla domu pasywnego pozytywnie wpływają na komfort cieplny wnętrza. Doskonałe parametry termiczne sprawiają, że temperatura powierzchni szyby wewnętrznej nawet w najzimniejszych okresach nie spada poniżej 17°C. Dzięki temu przebywając w pobliżu okien nie odczuwa się dyskomfortu wywołanego przez warstwę zimnego powietrza, co ma miejsce w przypadku okien o gorszych parametrach. Przegrody zewnętrzne – ściany, dach, fundamenty Ze względu na założone rygory energetyczne w budownictwie pasywnym przegrody zewnętrzne muszą spełniać wysokie standardy dotyczące współczynnika przenikania ciepła i szczelności na konwekcję powietrza. Bardzo istotne jest to, aby poszczególne elementy tworzące powłokę Szczelność przegród zewnętrznych Na etapie planowania budynku pasywnego należy sprawdzić, czy nieprzepuszczalna dla powietrza powłoka zewnętrzna w sposób ciągły otacza ogrzewaną kubaturę budynku. zewnętrzną budynku, czyli dach, ściany, fundamenty, podłoga na gruncie, obok właściwych parametrów były również tak dobrane i wykonane, żeby w miejscach ich połączeń nie powstawały nieszczelności umożliwiające konwekcję powietrza, bądź powstawanie mostków termicznych. Inaczej mówiąc w przegrodach zewnętrznych budynków pasywnych należy zadbać o ciągłość izolacji cieplnej i powłoki zapewniającej szczelność. Mostek termiczny Mostek termiczny jest to element przegrody budowlanej o znacznie wyższym niż sąsiadujące z nim elementy współczynniku przewodzenia ciepła. Na skutek tej cechy, przy różnicy temperatur wewnątrz i na zewnątrz budynku dochodzi do punktowego wychładzania przegrody. Zjawisko to ma bardzo negatywny wpływ na bilans cieplny budynku, ponieważ może powodować bardzo duże straty energetyczne. Ponadto wychładzanie przegrody może doprowadzić do jej zawilgocenia na skutek wykraplania się pary wodnej, co z kolei może skutkować powstawaniem grzyba lub pleśni, a nawet zniszczeniem przegrody. Najbardziej zagrożone występowaniem mostków termicznych są węzły konstrukcyjne, gdzie łączą się różne elementy przegród zewnętrznych budynku. Do miejsc takich należy połączenie dachu i ściany zewnętrznej, miejsce obsadzenia okien czy połączenie balkonu ze ścianą zewnętrzną. Pożądanym współczynnikiem przenikania ciepła dla przegród zewnętrznych w budynku pasywnym jest wartość 0,15 W/(m2•K) lub mniejsza. Współczynnik taki można osiągnąć stosując izolację wykonaną ze styropianu lub wełny mineralnej o grubości 25 – 28 cm. Dla porównania w budownictwie tradycyjnym standardowo Materiały izolacyjne Poniżej przedstawiamy zestawienie materiałów izolacyjnych uwzględniające grubość danego materiału niezbędną do uzyskania przegrody budowlanej o współczynniku przenikania ciepła na poziomie 0,15 W/(m2•K). Wartość taka wymagana jest dla budownictwa pasywnego w przypadku przegród zewnętrznych takich jak ściany, dachy czy podłogi na gruncie. Nazwa Grubość Sprasowana słoma 55 cm Szkło piankowe 52 cm Płyty korkowe 30 cm Wełna mineralna 26-28 cm Styropian 25-28 cm Polistyren ekstrudowany 23 cm Izolacja próżniowa 4-5 cm stosuje się jako izolację termiczną te same materiały o grubości 12 – 14 cm. Rozwiązaniem najnowszej generacji są materiały próżniowe. Zastosowanie elementów w tej technologii pozwala zredukować grubość izolacji do warstwy kilku centymetrów. Z uwagi na wysokie koszty produkcji oraz szereg problemów technicznych nie jest to rozwiązanie szeroko rozpowszechnione. Jak wspomnieliśmy zastosowanie izolacji termicznej o tak niskim współczynniku przenikania ciepła ma za zadanie wyeliminować konieczność stosowania centralnego ogrzewania. Dodatkową zaletą jest ochrona przed przegrzewaniem budynku w okresie letnim. Na potrzeby budownictwa pasywnego zaadoptować można praktycznie wszystkie typy konstrukcji wykorzystywane w budownictwie tradycyjnym. Możliwe jest więc wzniesienie obiektów w technologii szkieletu drewnianego, stalowego, Izolacja próżniowa W zestawieniu z powszechnie stosowanymi materiałami takimi jak styropian czy wełna mineralna, izolację próżniową wyróżniają kilkukrotnie lepsze parametry izolacyjne. Takie parametry uzyskuje się dzięki wykorzystaniu próżni, która jest złym przewodnikiem energii cieplnej. W procesie produkcji płytę z porowatego materiału na bazie krzemionki lub włókien szklanych z mikro porami o rozmiarach 0,0001mm umieszcza się w szczelnym „opakowaniu” z nieprzepuszczalnej dla powietrza i pary wodnej wielowarstwowej folii. Materiał ten ze względu na wysoką cenę stosowany jest jedynie w szczególnych przypadkach np: kiedy trzeba uzyskać ścianę skutecznie chroniącą przed utratą ciepła o niewielkiej grubości. Schemat obrazujący ucieczkę ciepła poprzez wspornikową płytę balkonu. Rozwiązanie takie często stosowane jest w budynkach konwencjonalnych. izolacji termicznej są płyty żelbetowe balkonów, tarasów, galerii czy zewnętrznych klatek schodowych na trwałe powiązane z konstrukcją budynku. „Przebijając” się przez przegrody zewnętrzne, przerywają tym samym ciągłość izolacji termicznej często na odcinku kilku lub kilkunastu metrów i tworzą mostek cieplny. Z tego powodu w obiektach pasywnych unika się sto- Na zdjęciu panel izolacji próżniowej, który zapewnia równie dobre właściwości izolacyjne co kilkukrotnie grubsza warstwa wełny mineralnej. Źródło: www.vip-bau.ch w konstrukcji murowanej, jak również żelbetowej monolitycznej lub wykonanej z prefabrykatów. Unikanie mostków termicznych w budynkach ma zasadnicze znaczenie dla prawidłowej charakterystyki termalnej budynku. W budynkach pasywnych, gdzie priorytetem winien być jak najściślej przestrzegany rygor energooszczędności, unika się stosowania wszelkich rozwiązań, które mogą przyczynić się do powstawania mostków cieplnych. Elementami, które bardzo często przyczyniają się do niekontrolowanych strat cieplnych spowodowanych nieciągłością 10 Galeria i klatka schodowa wsparta na niezależnej konstrukcji i fundamentach w celu uniknięcia połączeń stanowiących mostki termiczne. Freiburg dzielnica Vauban. Źródło: www.passivhaus-vauban.de sowania elementów w takiej konstrukcji. W miejsce wspornikowych płyt żelbetowych projektuje się takie elementy jak balkony czy zewnętrzne klatki schodowe jako wolnostojące ustroje konstrukcyjne lub podwieszone elementy stalowe powiązane z budynkiem jedynie przy pomocy punktowego mocowania. Bardzo charakterystycznymi miejscami potencjalnie zagrożonymi występowaniem mostków termicznych są połączenia pomiędzy poszczególnymi elementami przegród zewnętrznych budynku. Jednym z takich „trudnych” miejsc jest połączenie pomiędzy ścianą zewnętrzną a więźbą dachową. W tym miejscu, gdzie konstrukcja murowa lub żelbetowa ściany zewnętrznej łączy się z konstrukcją dachu bardzo łatwo jest doprowadzić do powstania mostka na skutek nieodpowiedniego zaizolowania elementów konstrukcyjnych. Poniższy rysunek przedstawia prawidłowe rozwiązanie takiego detalu. Detal posadowienia budynku pasywnego na ławie fundamentowej fundamentowych na poziomie izolacji oddzielającej posadzkę od gruntu stosuje się warstwę szkła piankowego lub gazobetonu, które będąc bardzo dobrymi izolatorami jednocześnie są w stanie przenieść obciążenia od ścian budynku. Innym rozwiązaniem często spotykanym w budynkach pasywnych jest zastosowanie płyty fundamentowej obejmującej rzut całego budynku, po uprzednim odizolowaniu go od gruntu warstwą termoizolacji. Płyta wylana na materiale izolacyjnym jest w stanie przenieść obciążenia niewysokiego budynku. Jednocześnie zapewniona jest ciągłość izolacji termicznej, poprzez połączenie warstw izolacji pod płytą z izolacją na ścianie. Detal połączenia ściany zewnętrznej z dachem Kolejnym newralgicznym miejscem jest posadowienie budynku. Przy klasycznym fundowaniu, gdzie występują ściany i ławy fundamentowe pod podłogą na gruncie stosuje się izolację termiczną. Aby zachować ciągłość izolacji, w ścianach Detal posadowienia budynku pasywnego na płycie fundamentowej 11 Detal osadzenia okna w budynku pasywnym Ważną rolę w zapewnieniu właściwej izolacji termicznej i szczelności budynku odgrywa właściwe osadzenie stolarki okiennej. Poniższa ilustracja przedstawia sposób montażu okna w murowanej ścianie dwuwarstwowej. Okno wysunięte jest poza obręb muru, tak aby znalazło się na jednej linii z izolacją termiczną ściany. Na etapie robót budowlanych istotne jest dopilnowanie prawidłowego wykonania połączenia pomiędzy ramą okienną a termoizolacją. Szczelność przegród zewnętrznych Jednym z podstawowych warunków, które musi spełniać dom pasywny, jest zapewnienie tzw. szczelności. Szczelność budynku polega na bardzo dokładnym zabezpieczeniu przegród zewnętrznych przed niekontrolowanym przepływem przez nie powietrza (zjawisko konwekcji). Należy jednak zaznaczyć, że zapewnienie odpowiedniej izolacji termicznej nie jest równoznaczne z tym, że budynek będzie szczelny. Przykładowo izolacja z wełny mineralnej jest dobrym materiałem izolacyjnym, ale jest przepuszczalna dla powietrza. W budownictwie tradycyjnym pewien poziom nieszczelności jest pożądany, ponie12 waż przechodzące przez przegrody powietrze w połączeniu z wentylacją grawitacyjną ma zapewnić odpowiedni dopływ świeżego powietrza do wnętrza. Należy jednak zaznaczyć, że taka wentylacja jest w wielkim stopniu zależna od warunków atmosferycznych i przez to bardzo często zawodna. Trzeba podkreślić, że obiekt, który ma zapewnioną szczelność na poziomie wymaganym w budownictwie pasywnym nie zachowuje się jak „termos”, który uniemożliwia wymianę powietrza z otoczeniem i zatrzymuje całą wilgoć wewnątrz. Bariera chroniąca przed przepływem powietrza ma za zadanie zredukować wielkość konwekcji w taki sposób, żeby nie dopuścić do strat cieplnych i zawilgocenia przegród. W przegrodach - podobnie jak ma to miejsce w budynkach tradycyjnych - w dalszym ciągu zachodzi zjawisko dyfuzji pary wodnej, co pomaga usuwać nadmiar wilgoci z wnętrza. Nieszczelna powłoka zewnętrzna budynku Szczelina o długości 50 cm i szerokości 1 mm przy temperaturze wewnętrznej 20°C i wilgotności względnej 50% oraz temperaturze zewnętrznej 0°C i wilgotności względnej 80% w ciągu jednego tygodnia może spowodować wykroplenie aż 1,2 l wody we wnętrzu przegrody budowlanej. Jest to skutkiem ochładzania się powietrza w miarę przenikania przez przegrodę. Wykonując powłokę mającą zapewnić szczelność budynku szczególną uwagę należy zwracać na miejsca wszelkich połączeń jak np. styk ściany i więźby dachowej, naroża, obsadzenie stolarki i inne „trudne” punkty budynku. Wszędzie tam mogą potencjalnie występować punktowe nieszczelności powłoki. Praktyka wskazuje, iż takie właśnie szczeliny mogą być przyczyną wykraplania się bardzo dużych ilości wody z powietrza na skutek jego stopniowego ochładzania się w trakcie konwekcji przez przegrodę. Zjawisko to może być fatalne w skutkach, ponieważ zawilgocenie przegrody doprowadza do spadku jej właściwości izolacyjnych, a co za tym idzie dużych strat energetycznych. Ponadto zawilgocona przegroda może ulec zniszczeniu, jest także podatna na powstawanie grzybów i pleśni. Badanie szczelności przy pomocy próby ciśnieniowej Jak dowodzi praktyka bardzo trudne jest takie wykonanie obiektu, które w pełni eliminowałoby powstawanie nieszczelności w powłoce zewnętrznej budynku. Dlatego, na etapie budowy, przeprowadza się tzw. próbę ciśnieniową. W jej trakcie mierzony jest parametr n50, określający ilość wymian powietrza w kubaturze budynku w ciągu godziny przy różnicy ciśnień na zewnątrz i wewnątrz budynku wynoszącej 50 Pa. Inaczej mówiąc w trakcie jednej godziny wymianie Przyrząd do wykonywania próby ciśnieniowej. Źródło: bionic3 GmbH ulegnie określona przez współczynnik część powietrza znajdującego się w kubaturze budynku. Przykładowo w domu o współczynniku 0,5 h-1 w ciągu godziny wymieniona zostanie połowa powietrza znajdującego się we wnętrzu. Przeprowadzenie próby ciśnieniowej polega na wytworzeniu różnicy ciśnień w wysokości 50 Pa pomiędzy powietrzem wewnątrz i na zewnątrz budynku, które osiąga się poprzez uszczelnienie wszystkich otworów i wtłaczanie bądź wyciąganie odpowiedniej ilości powietrza przy pomocy wentylatora. Badanie wykonuje się dwukrotnie, przy wytworzeniu wewnątrz budynku nadciśnienia i podciśnienia względem wartości ciśnienia powietrza na zewnątrz, w celu sprawdzenie szczelności przegród badanego obiektu na konwekcję powietrza w obu kierunkach. Próba ciśnieniowa przeprowadzana jest w trakcie budowy po wykończeniu budynku od zewnątrz oraz w trakcie prac wykończeniowych we wnętrzu. Wielkość czynnika n50 dla budownictwa pasywnego powinna być mniejsza od wartości 0,6 h-1. Przyrząd do próby ciśnieniowej składa się z regulowanej ramy wypełnionej płachtą winylową oraz wmontowanego w nią wentylatora. W skład zestawu wchodzą również czujniki do pomiaru przepływu powietrza oraz ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego. Przyrząd odnotowuje ilość powietrza wywiewanego lub nawiewanego w trakcie próby, niezbędnego do utrzymania różnicy ciśnień wewnątrz i na zewnątrz budynku w wysokości 50 Pa. Urządzenie w bardzo prosty sposób wstawiane jest w środek otworu drzwiowego, szczelnie przesłaniając całe jego światło. Do przeprowadzenia badania nowych budynków mieszkalnych stosuje się jedno urządzenie. W przypadku budynku istniejącego (większe nieszczelności) lub dużych budynków np. przemysłowych można stosować jednocześnie kilka oddzielnych urządzeń. 13 Wentylacja i ogrzewanie Wykrywanie nieszczelności przy pomocy anemometru. Źródło: bionic3 GmbH Jeśli badanie wykaże nieszczelności w powłoce, ich położenia lokalizowane są ręcznie przy pomocy urządzenia do pomiaru prędkości przepływu powietrza (anemometru, termoanemometru). Jako pomoc w lokalizowaniu nieszczelności w budynku można stosować wytwornice dymu, które w bardzo czytelny sposób pokazują miejsca przepływu powietrza przez przegrody zewnętrzne. W Polsce warunki przeprowadzenia próby ciśnieniowej określa norma PN-EN13829 „Właściwości cieplne budynków. Określenie przepuszczalności cieplnej budynku. Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora.” Przykład wadliwie wykonanej instalacji elektrycznej, przez którą przedostaje się powietrze. Źródło: bionic3 GmbH 14 W budynkach pasywnych dzięki ograniczeniu strat cieplnych, pozyskiwaniu ciepła z otoczenia, a także akumulowaniu go wewnątrz budynku zmniejsza się wydatki energetyczne potrzebne dla zapewnienia komfortowych warunków bytowych wewnątrz. Taka filozofia budowania domów sprawiła, że w bilansie rocznym do budynku – po uwzględnieniu wszystkich zysków i strat – należy doprowadzić maksymalnie 15 kWh/(m2•rok) energii z zewnątrz. Przypomnijmy, ze w tradycyjnym budownictwie wykonywanym i projektowanym w zgodzie z obecnie obowiązującymi normami zapotrzebowanie na energię przekracza nierzadko 120 kWh/(m2•rok). Niewielkie zapotrzebowanie na energię budynków pasywnych sprawia, że staje się zbędne – poza nielicznymi wyjątkami – wykonywanie tradycyjnej instalacji centralnego ogrzewania, wszechobecnej w budownictwie tradycyjnym. Natomiast możliwe staje się ogrzewanie pomieszczeń tylko przy pomocy systemu wentylacji. Nawiewany do pomieszczeń strumień podgrzanego powietrza jest w stanie przenieść odpowiednią ilość ciepła. Brak nakładów na instalację grzewczą w fazie wykonania budynku pasywnego sprawia, że w znaczącej mierze zwracają się zwiększone nakłady związane z koniecznością zapewnienia np. dużo lepszych parametrów izolacyjnych przegród zewnętrznych. Dodatkowe oszczędności to oczywisty brak wydatków eksploatacyjnych ponoszonych na instalację hydrauliczną w trakcie użytkowania tradycyjnego budynku. Generalną zasadą w przypadku budynków pasywnych jest rezygnacja z instalacji centralnego ogrzewania Jednakże istnieją pewne wyjątki od tej zasady. Niemożliwe jest ogrzanie pomieszczeń takich jak WC czy łazienka tylko przy pomocy powietrza wentylacyjnego. Pomieszczenia te wentylowane są w ostatniej kolejności. Powietrze najpierw przepływa przez salon, sypialnię, następnie przez korytarze, halle itp., przez co ulega ochłodzeniu. Z tego powodu nie może juz posłużyć do ogrzania łazienki czy wc, tym bardziej że dla pomieszczeń tych wskazane jest zapewnienie wyższej temperatury niż dla pozostałych. Wyjątkowo stosuje się wtedy grzejniki, które rekompensują niedobory ciepła. W budownictwie pasywnym zrezygnowano z wentylacji grawitacyjnej, ponieważ generuje ona duże straty cieplne. Aby wentylacja taka działała poprawnie musi wystąpić różnica temperatur – wówczas powietrze zużyte z wnętrza budynku ma tendencję do wznoszenia się i jest odprowadzane przez kominy wentylacyjne na zewnątrz, bez możliwości skutecznego odzysku ciepła. Jak już pisaliśmy w budynkach pasywnych dąży się do uzyskania maksymalnej szczelności przegród zewnętrznych celem wyeliminowania zjawiska konwekcji powietrza pomiędzy wnętrzem obiektu a otoczeniem. Jest to kolejny powód, dla którego zrezygnowano z wentylacji grawitacyjnej. W tradycyjnym budownictwie powietrze wpadające do budynku przez nieszczelności w przegrodach zewnętrznych „wspomaga” wentylację. W przypadku budynków pasywnych wszelkie nieszczelności powodowałyby niekontrolowaną wymianę powietrza, a co za tym idzie straty ciepła. Reasumując możemy stwierdzić, że wentylacja w budynkach pasywnych powinna, być tak wykonana, aby: l minimalizować straty cieplne przez odzysk maksymalnej ilości ciepła z powietrza zużytego, wyrzucanego na zewnątrz budynku, l zapewnić odpowiedni poziom wentylacji pomieszczeń zgodny z warunkami technicznymi jakim winny odpowiadać, l zapewniać rozprowadzenie ciepła w całym budynku, w ilości odpowiedniej do zapewnienia komfortu termicznego użytkowników. Dla prawidłowego działania wentylacji niezbędne jest zapewnienie ukierunkowanego przepływu powietrza przez wszystkie strefy. Ze względu na komfort użytkowników należy przy tym zachować odpowiednią kolejność wentylowania pomieszczeń, która uwzględnia potrzeby mieszkańców, procesy i czynności jakie dokonywane są w poszczególnych typach pomieszczeń. Schemat przepływu powietrza w budynku pasywnym W budynku pasywnym świeże powietrze od centrali wentylacyjnej doprowadzane jest kanałami do strefy, gdzie zlokalizowane są pomieszczenia mieszkalne (sypialnie, pokój dzienny, gabinet ewentualnie inne pomieszczenia) oraz do jadalni. Następnie powietrze z tych pomieszczeń przepływa do strefy pośredniej, która obejmuje takie pomieszczenia jak halle, korytarze, kuchnia. Ostatnią strefą, w których zlokalizowane są przewody wyciągowe jest zespół pomieszczeń sanitarnych (łazienki, natryski, wc), w których zawsze panuje relatywnie wysoka wilgotność. Duża ilość powietrza przepływającego przez te pomieszczenia sprzyja m.in. sprawnemu suszeniu prania czy mokrych ręczników. 15 W systemie wentylacji mechanicznej zasadniczą rolę pełni centrala lub zespół sprzężonych central wentylacyjnych, które są głównym elementem wymuszającym obieg powietrza w budynku. W przypadku budownictwa pasywnego stosuje się różne centrale wentylacyjne, mniej lub bardziej rozbudowane, zawsze zaopatrzone w rekuperator odzyskujący ciepło ze zużytego powietrza, które mogą funkcjonować niezależnie od systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej lub być z nimi zintegrowane. W celu lepszego pozyskiwania ciepła w domach pasywnych centrala wentylacyjna jest zazwyczaj sprzęgana z gruntowym wymiennikiem ciepła. Poniżej znajduje się schemat prostej centrali wentylacyjnej. Poza rekuperatorem składa się ona z wentylatorów, filtrów i nagrzewnicy elektrycznej służącej do dogrzewania powietrza nawiewanego. Urządzenie takie jest stosunkowo proste w produkcji i tanie. Natomiast wadą jest duże zużycie energii elektrycznej przez nagrzewnicę. Schemat działania prostej centrali wentylacyjnej ze źródłem ciepła w postaci nagrzewnicy elektrycznej Ulepszeniem przedstawionego powyżej rozwiązania jest zastosowanie w centrali wentylacyjnej niewielkiej pompy ciepła powietrze/powietrze, która odbiera ciepło utajone z powietrza usuwanego z budynku i przekazuje je do strumienia powietrza 16 nawiewanego. Pompa ciepła podnosi koszt urządzenia. Jednakże dzięki niej możliwe jest kilkukrotne zmniejszenie zużycia energii w stosunku do nagrzewnicy elektrycznej. Schemat działania centrali wentylacyjnej wyposażonej w pompę ciepła Nagrzewnica elektryczna i pompa ciepła nie są jedynymi źródłami ciepła stosowanymi w budynkach pasywnych. Do ogrzewania powietrza wentylacyjnego stosuje się także ciepło pochodzące ze spalania biomasy, gazu, czy oleju opałowego. Ponadto instalacja wentylacyjna często integrowana jest z instalacją przygotowania ciepłej wody użytkowej. Część z możliwych rozwiązań zostanie przedstawiona w dalszych rozdziałach, jednakże niniejsza broszura nie wyczerpuje wszystkich stosowanych w budynkach pasywnych rozwiązań. Centrala wentylacyjna powinna znaleźć się w miejscu optymalizującym pod względem długości kanały rozprowadzenia instalacji w budynku. Należy pamiętać także o tym, że centralę ze względu na hałas lepiej zlokalizować jak najdalej od sypialni, czy pomieszczeń przeznaczonych do pracy. Należy też zadbać o dobrą termoizolację przewodów wentylacyjnych, tak aby w kanale nie dochodziło do ochładzania, czy podgrzewania powietrza. Nie bez znaczenia jest dobór materiałów na przewody Pompa ciepła Pompa ciepła jest to rodzaj urządzenia energetycznego, znajdującego zastosowanie przy pozyskiwaniu odpadowej i odnawialnej energii. Energia cieplna pobierana jest ze źródła o niskiej temperaturze (tzw. dolne źródło), a następnie przekazywana do źródła o temperaturze wyższej (tzw. górne źródło). Jako dolne źródło może służyć grunt, woda gruntowa, powietrze, zużyte powietrze wentylacyjne i inne. wentylacyjne. Wykorzystuje się wiele różnorodnych materiałów poczynając od tworzyw sztucznych, poprzez elementy stalowe, aż po produkty drewnopochodne. Wybierając materiał należy brać pod uwagę między innymi takie czynnik jak przenoszenie hałasu wewnątrz przewodów, opory powietrza, możliwość rozwoju drobnoustrojów, czy łatwość montażu. Rekuperator ma na celu zminimalizować straty cieplne związane z wentylacją budynku. W okresie zimy w warunkach klimatycznych jakie panują w Polsce różnica temperatur pomiędzy otoczeniem a wnętrzem budynku może wynosić nawet 40 stopni. Pobierając powietrze z otoczenia bez odzysku ciepła cały czas trzeba ponosić wydatek energetyczny, który konieczny jest do podgrzania tego powietrza o 40 stopni, do wartości, jaka winna panować wewnątrz. Zastosowanie rekuperatora zmniejsza ten wydatek przez odzyskanie ciepła z powietrza zużytego i przekazanie go powietrzu świeżemu. Zasada działania urządzenia polega na równoległym przepuszczaniu strumieni powietrza świeżeRekuperator Rekuperator jest to element systemu wentylacji, służy do odzysku ciepła. W urządzeniu tym powietrze nawiewane z zewnątrz budynku ogrzewane jest przy pomocy energii odzyskanej ze zużytego powietrza wywiewanego z wnętrza. W czasie tego procesu nie następuje mieszanie powietrza świeżego ze zużytym. Energia przekazywana jest poprzez metalowe, (niekiedy szklane) ścianki odgradzające oba strumienie powietrza. Rekuperator nie potrzebuje sam w sobie energii do działania. Potrzebna jest jedynie energia do zapewnienia przez niego przepływu powietrza. 17 go i zużytego w przeciwnych kierunkach, w taki sposób, aby zachodziła wymiana ciepła między nimi, bez mieszania się samych strumieni. Wymienniki ciepła stosowane w budownictwie pasywnym mają sprawność równą lub większą od 75%, co oznacza, że taka ilość ciepła zostaje przekazywana pomiędzy strumieniami, a zatem wydatek energetyczny, jaki musimy ponieść w okresie zimowym na podgrzanie powietrza świeżego do temperatury 20°C jest nieporównanie mniejszy niż w przypadku budownictwa tradycyjnego. W okresie niskich temperatur konieczne jest dogrzewanie powietrza nawiewanego. Do tego celu stosuje sie różne źródła ciepła. Więcej informacji na temat możliwych rozwiązań znajdziecie państwo w dalszej części broszury. Gruntowy wymiennik ciepła Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) jest bardzo prostym urządzeniem, które ma na celu wstępne ogrzewanie powietrza zasilającego wentylację poprzez pozyskanie ciepła zawartego w gruncie. Jego działanie opiera się na wykorzystaniu faktu, że w okresie zimowym temperatura gruntu na głębokości poniżej 1,5 m w naszych warunkach klimatycznych zawsze utrzymuje się na stałym poziomie ok. 3 - 6°C i zazwyczaj jest dużo wyższa od temperatury powietrza atmosferycznego. Powietrze z czerpni zanim wprowadzone zostanie do wentylatora jest przepuszczane przez GWC, gdzie zostaje ogrzane do temperatury powyżej 0°C. Pozwala to na darmowe wykorzystanie energii zawartej w gruncie. Do pracy urządzenia niezbędny jest jedynie wentylator wymuszający przepływ powietrza. GWC znajduje również zastosowanie w okresie letnim, kiedy temperatura gruntu 18 Gruntowy wymiennik ciepła - przekrój jest dużo niższa od temperatury powietrza atmosferycznego, co pozwala na zasilanie schłodzonym powietrzem budynku bez konieczności wyposażania go w dodatkową instalację chłodzenia. GWC w najbardziej rozpowszechnionej postaci zazwyczaj zbudowany jest z rury polietylenowej lub PCV o średnicy 16 – 20 cm, zakopanej na głębokości 1,5 m pod powierzchnią gruntu, ze spadkiem dla odprowadzenia skroplin powstających w efekcie schładzania ciepłego powietrza w okresie letnim. Gruntowy wymiennik ciepła wykonany z kształtek do wykonywania instalacji kanalizacyjnych. Źródło: www.passivhaus-aktiv.de Urządzenie jest najbardziej wydajne, kiedy rura układana jest w linii prostej, bez zakrętów, które powodują dodatkowe opory powietrza. Jeśli usytuowanie obiektu nie pozwala na takie rozwiązanie, rury można układać w innym kształcie, unikając zakrętów pod kątem 90°. Istnieją również żwirowe gruntowe wymienniki ciepła. W tego rodzaju rozwiązaniach powietrze z czerpni zlokalizowanej na zewnątrz budynku przepuszczane jest przez złoże żwirowe. Żwirowy GWC ma jednak sporo wad: wymaga dobrej ochrony przed gryzoniami i zanieczyszczeniami oraz zabezpieczenia na wypadek wysokiego poziomu wód gruntowych. Kolektor słoneczny Kolektor słoneczny jest to urządzenie służące do pozyskiwania energii cieplnej z promieniowania słonecznego. Następuje w nim przemiana promieniowania słonecznego w ciepło. Promienie słoneczne pochłaniane są przez absorber. Pozyskana energia cieplna odbierana jest i przenoszona poza kolektor przez ciecz będącą nośnikiem energii. Na rynku spotyka się zasadniczo dwa typy kolektorów cieczowych: próżniowo-rurowe i płaskie. Te pierwsze cechuje wysoka cena i duża wydajność, także w niskich temperaturach. Kolektory płaskie są tańsze, ale mniej wydajne. Przygotowanie ciepłej wody użytkowej W budynkach pasywnych stosowane są różne systemy przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Możemy podzielić je na połączone z systemem wentylacji lub funkcjonujące oddzielnie. Ta druga opcja jest często spotykana w starszych budynkach pasywnych. Obecnie dąży się jednak do integracji obu układów, ponieważ pozwala to na lepsze wykorzystanie energii. Przy połączeniu systemu wentylacji i c.w.u. w celu przygotowania ciepłej wody możliwe jest między innymi wykorzystanie energii pochodzącej ze zużytego powietrza wywiewanego z budynku. Natomiast ciepło z kolektorów słonecznych może być wykorzystane do ogrzewania powietrza nawiewanego, co nie byłoby możliwe w niezintegrowanej instalacji. Jako źródło ciepła w układach zintegrowanych zazwyczaj wykorzystywana jest mała pompa ciepła. W zależności od typu zastosowanego urządzenia może ono czerpać energię z powietrza zewnętrznego lub z powietrza wywiewanego z budynków. Do wytworzenia Płaskie kolektory słoneczne Próżniowo-rurowe kolektory słoneczne. Źródło: www.einsiedler-solar.at 19 energii, zamiast pompy ciepła, wykorzystuje się także inne urządzenia zasilane olejem opałowym, gazem ziemnym, biomasą itp. Często do wspomagania głównego źródła energii stosuje się dodatkowe źródło w postaci kolektorów słonecznych. Kompaktowe urządzenia grzewcze dla budynków pasywnych Kompaktowe urządzenie grzewcze to urządzenie zaprojektowane na użytek jednorodzinnych budynków pasywnych. Rozwiązania takie wprowadziło do swoich ofert w ostatnich latach kilku producentów urządzeń grzewczych. Kompaktowa centrala grzewcza w celu zapewnienia jak największej wydajności i oszczędności miejsca sprzęga do pracy wentylatory, rekuperator, filtry powietrza, zbiornik ciepłej wody użytkowej, pompy cyrkulacyjne oraz nagrzewnicę, zamykając wszystkie te elementy i integrując je dla zapewnienia najlepszej wydajności w jednym urządzeniu. 20 Jak wygląda schemat działania kompaktowej centrali grzewczej? Świeże powietrze pobierane z zewnątrz przeprowadzane jest przez rekuperator, gdzie ogrzewane jest ciepłem odzyskanym z powietrza zużytego wyrzucanego na zewnątrz budynku. Przed wejściem do rekuperatora powietrze jest wstępnie ogrzewane przez gruntowy wymiennik ciepła. Ma to szczególnie istotne znaczenie w czasie niskich temperatur, kiedy bardzo zimne powietrze zewnętrzne mogłoby doprowadzić do oszronienia, a co za tym idzie do złej pracy lub uszkodzenia rekuperatora. Alternatywnie do GWC można zastosować dodatkową nagrzewnicę. Po przejściu przez rekuperator ogrzane powietrze – jeśli zachodzi taka konieczność – jest dodatkowo dogrzewane do zadanej wartości przy pomocy wodnej nagrzewnicy powietrza zasilanej wodą ze zbiornika ciepłej wody użytkowej. Tak przygotowane powietrze doprowadzane jest kanałami wentylacyjnymi i nawiewane do pomieszczeń mieszkalnych, a następnie rozprowadzane po całym budynku. Kanały wyciągowe zlokalizowa- ne w pomieszczeniach higieniczno-sanitarnych odprowadzają powietrze przez centralę wentylacyjną do rekuperatora, gdzie następuje odzysk ciepła na rzecz świeżego powietrza czerpanego do budynku. Następnie z powietrza za rekuperatorem odbierane jest tzw. ukryte ciepło przy pomocy małej pompy ciepła powietrze/woda, które przekazywane jest do zasobnika ciepłej wody użytkowej. Opcjonalnie do centrali mogą zostać podłączone zewnętrzne kolektory słoneczne. Za zastosowaniem kompaktowej centrali grzewczej przemawia fakt, że przy pomocy jednego urządzenia, o gabarytach niewiele większych od lodówki, kompleksowo rozwiązuje się kilka niezwykle istotnych dla budynku pasywnego zagadnień, tj.: kwestię odzysku ciepła, wentylacji oraz zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową. Zastosowanie dobrej jakości kompaktowej centrali gwarantuje minimalne straty cieplne oraz dobry poziom ochrony przed hałasem. Alternatywą może być wykonanie instalacji z oddzielnych komponentów. W takim wypadku jednak tylko od solidności i umiejętności projektanta oraz wykonawcy zależy, czy elementy, o których mowa, zostaną dobrane i sprzężone w sposób gwarantujący odpowiednią jakość Kompaktowa centrala grzewcza. Źródło: www.baukanzlei.at i wydajność. Decydując się na kompaktową centralę grzewczą otrzymujemy gotowe do montażu urządzenie, wykonane w specjalistycznym zakładzie, posiadające certyfikaty jakości i gwarancje producenta. Kominki w budynkach pasywnych Kominki są bardzo częstym elementem wyposażenia domów. Chociaż w większości przypadków utraciły swój walor użytkowy – a z całą pewnością mogą zostać zastąpione przez urządzenia bardziej wydajne i prostsze w utrzymaniu – to bardzo trudno jest nam się z nimi rozstać. W budynkach pasywnych istnieje także możliwość instalacji kominka, jednak ze względu na rygory wynikające z założonej energooszczędności i specyficznej wentylacji musi to być rozwiązanie inne niż stosowane w tradycyjnym budynku. W kominkach stosowanych w obiektach z wentylacją grawitacyjną powietrze potrzebne do procesu spalania czerpane jest bezpośrednio z wnętrza pomieszczenia. Następnie podczas procesu spalania przechodzi przez kominek skąd odprowadzane jest razem ze spalinami przez komin. Zastosowanie takiego rozwiązania w domu pasywnym prowadziłby do przerwania szczelnej powłoki budynku, a co za tym idzie do niekontrolowanych strat spowodowanych przez wymianę ciepła z otoczeniem przez przewód spalinowy. Ponadto proces spalania wymaga dostarczenia dużej ilości tlenu. W budynku pasywnym, gdzie poziom wentylacji jest ściśle określony, nie ma możliwości dostarczenia odpowiedniej ilości powietrza, w skutek czego w trakcie spalania zacząłby się wydzielać śmiertelnie niebezpieczny tlenek węgla. Rozwiązaniem, które pozwala w domu pasywnym uniknąć tych problemów jest 21 Kominek z otwartą komorą spalania w budynku tradycyjnym urządzenie z zamkniętą komorą spalania. W takim wariancie powietrze biorące udział w procesie spalania tworzy obieg całkowicie niezależny od powietrza w budynku. Powietrze potrzebne do zasilania kominka pobierane jest z zewnątrz specjalnie do tego celu zainstalowanym przewodem, a po spaleniu wyrzucane przez komin, tak że nie dochodzi do mieszania powietrza wewnętrznego z powietrzem zasilającym kominek. Kanał wlotowy najczęściej umieszczony jest równolegle do komina spalinowego. Aby nie dopuścić do powstania mostków termicznych lub nieszczelności w powłoce budynku materiały na komin muszą być odpowiednio dobrane, a przewody starannie zaizolowane. Izolacja termiczna kanałów jest niezbędna również dlatego, że nawet kiedy kominek nie jest używany, w przewodzie kominowym cały czas zachodzi cyrkulacja powietrza, co przy braku izolacji generowałoby straty cieplne. Sam kominek zaopatrzony jest w przeszklone, szczelne drzwiczki, które nie pozwalają na mieszanie się powietrza z obiegu kominkowego z powietrzem w pomieszczeniu, a pozwalają na wgląd do komory spalania. W zależności od przyjętego rozwiązania ciepło wytworzone w urządzeniu wyko22 rzystywane jest do ogrzania budynku przez bezpośrednie promieniowanie termalne kominka lub przez ogrzewanie powietrza rozprowadzanego przez układ wentylacyjny do pomieszczeń. W drugim przypadku możliwe jest równomierne dogrzewanie wszystkich pomieszczeń. To czy budynek wyposażony będzie w kominek należy uwzględnić w bilansie energetycznym sporządzanym na etapie projektowania. W budynkach pasywnych oprócz kominków opalanych drewnem zastosowanie znajdują także urządzenia spalające granulat z biomasy tak zwany “pellets”. W rozwiązaniach tego typu – podobnie jak w kominkach – stosowane są przeszklenia, przez które widać ogień. Ich zaletą jest zautomatyzowany proces spalania, do tego stopnia, że paliwo podawane jest mechanicznie do komory spalania. Niewielkie zapotrzebowanie budynków pasywnych na energię sprawia, że nawet przy najniższych temperaturach na ich pokrycie wystarczy spalenie kilku kilogramów granulatu dziennie. Kominek z zamkniętą komorą spalania w budynku pasywnym Urządzenia elektryczne Idea budownictwa pasywnego polega na stosowaniu całościowych rozwiązań, które przyczynią się do zmniejszenia zużycia energii. Dlatego obok ograniczania zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynku pasywnym, istotne jest ograniczenie zużycia energii elektrycznej przez urządzenia, wyposażenie i instalacje znajdujące się w budynku. Z tego powodu stosuje się energooszczędne oświetlenie i sprzęt AGD. Urządzenia takie jak zmywarki, pralki powinny wyróżniać się niskim zużyciem prądu. Wskazana jest również instalacja modeli – od jakiegoś czasu dostępnych na rynku – umożliwiających podłączenie do ciepłej wody, co pozwala na wykorzystanie tańszej w przygotowaniu wody ogrzanej przy pomocy pompy ciepła lub kolektorów słonecznych, zamiast kosztowniejszego ogrzewania grzałkami elektrycznych instalowanymi wewnątrz urządzeń. Ważną kwestią jest optymalizacja instalacji znajdujących się w budynku. Dobierając wentylatory czy pompy obiegowe należy wybierać modele, które nie pochłaniają zbyt wiele energii. Bilans energetyczny Wykres nr 1 przedstawia energochłonność różnych typów budynków. Pierwszy słupek od lewej pokazuje zużycie energii w budynku wzniesionym w oparciu o przepisy i standardy obowiązujące obecnie w Polsce. Jak widać w całkowitym zapotrzebowaniu na energię największą część stanowi ciepło zużywane do ogrzewania obiektu. W przypadku budynku niskoenergetycznego, dzięki lepszym właściwościom Wykres 1: Porównanie zapotrzebowania na energię budynku pasywnego, niskoenergetycznego i tradycyjnego w rozbiciu na energię do poszczególnych celów. przegród zewnętrznych i odzyskowi ciepła z powietrza wentylacyjnego, udało się znacznie zredukować tą największą część ogólnego zapotrzebowania na energię. W przypadku budynków pasywnych i niskoenergetycznych pojawia się dodatkowa składowa całkowitej energii: zapotrzebowanie energetyczne niezbędne dla zapewnienia prawidłowej pracy wentylacji. Jest to pochodna rezygnacji z wentylacji grawitacyjnej na rzecz mechanicznej. Standard budynku pasywnego zakłada jeszcze lepsze właściwości izolacyjne przegród niż budownictwo niskoenergetyczne. Dzięki temu energia potrzebna na cele grzewcze stanowi zaledwie około 25% całego zapotrzebowania. Procentowo w bilansie rośnie udział energii zużywanej do przygotowania ciepłej wody użytkowej i energii do pracy urządzeń elektrycznych. W budynku pasywnym w porównaniu z tradycyjnym budownictwem ograniczono w znaczący sposób straty ciepła powodowane przenikaniem powietrza przez prze23 Wykres 2: Porównanie strat ciepła w budynku pasywnym (dla budynku Hannover Kronsberg) w zestawieniu z budynkiem tradycyjnym. Źródło: Instytut Budynków pasywnych w Darmstadt. grody zewnętrzne, tj. okna, ściany, dach i fundamenty. Na uwagę zasługuje fakt kilkukrotnej redukcji strat związanych z wentylacją, które stanowiły znaczący element w bilansie budynku tradycyjnego. Tak dobry rezultat możliwy był dzięki zastosowaniu wentylacji z odzyskiem ciepła. Porównanie zysków i strat dla obydwu typów budownictwa przedstawia wykres nr 2. Dzięki redukcji o ponad 70% zapotrzebowania na ciepło okazało się, że dostrzegalną rolę w całym bilansie energetycznym, zaczyna odgrywać ciepło pochodzące od wewnętrznych źródeł, takich jak urządzenia i ludzie. Istotne są również zyski ciepła pochodzące od promieniowania słonecznego, które przy prawidłowym rozlokowaniu okien przewyższają straty spowodowane przenikaniem ciepła przez przeszklenia. Jednym z wymogów dla budynków pasywnych jest poziom sezonowego zapotrzebowania na ciepło poniżej 15 kWh/(m2•rok). 24 Na wartość tego wskaźnika wpływają liczne parametry jak miedzy innymi: stopień izolacyjności przegród zewnętrznych, ich powierzchnia w stosunku do kubatury budynku oraz warunki pogodowe panujące w miejscu, w którym wzniesiony jest budynek. Obiekt zaprojektowany, tak aby osiągał odpowiedni współczynnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło dla danej lokalizacji przeniesiony w miejsce o gorszych warunkach pogodowych, może nie spełnić wymogów dotyczących współczynnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło. W takim przypadku niezbędna może być poprawa właściwości izolacyjnych przegród zewnętrznych, aby przy pomocy lepszej ochrony przed utratą ciepła, skompensować większe straty energetyczne spowodowane surowszym klimatem. Przykładowo budynek zaprojektowany dla warunków klimatycznych panujących w Szczecinie przeniesiony na Suwalszczyznę najprawdopodobniej przestanie spełniać kryteria budynku pasywnego. Ciekawostka Do ogrzania domu pasywnego o powierzchni 150 m2 podczas mroźnej zimy wystarcza ciepło pochodzące od suszarki o mocy 1500 W. Zagadnienie higieniczne Domy pasywne obok niezaprzeczalnej zalety, jaką jest niskie zużycie energii, mają jeszcze jedną, równie istotną: tworzą zdrowe, przyjazne otoczenie dla użytkowników i mieszkańców oraz w o wiele mniejszym stopniu są uciążliwe dla środowiska. Zasady, na których oparte jest funkcjonowanie budynku pasywnego eliminują wiele wad, których bardzo ciężko jest uniknąć w budownictwie tradycyjnym. Doskonałej izolacji budynku oraz eliminacji mostków termicznych zawdzięczamy to, że wszystkie wewnętrzne płaszczyzny przegród zewnętrznych mają temperaturę zbliżoną do temperatury wewnętrznej obiektu. Przykładowo na podłogach i ścianach w pobliżu balkonów nie występuje zjawisko obniżonej temperatury powierzchni powszechnie występujące w zimniejszych okresach roku w budownictwie tradycyjnym i wpływające bardzo negatywnie na poczucie komfortu cieplnego mieszkańców. Kolejnym problemem możliwym do rozwiązania jest kwestia zanieczyszczenia powietrza. Zastosowana wentylacja mechaniczna skuteczniej, niż wentylacja grawitacyjna, eliminuje z powietrza szkodliwe substancje takie jak amoniak, dym papierosowy, tlenek i dwutlenek węgla oraz wiele innych. Fakt, że obieg powietrza w budynku pasywnym jest ukierunkowany, daje gwarancję, że wszystkie przykre zapachy, opary substancji chemicznych czy unoszący się złuszczony naskórek nie będą krążyły po budynku, lecz zostaną odprowadzone na zewnątrz. W odróżnieniu od wentylacji grawitacyjnej wentylacja mechaniczna zapewnia odpowiednią ilość wymian powietrza, niezależnie od tego, jakie warunki atmosferyczne panują na zewnątrz. Wentylacja mechaniczna dla zapewnienia prawidłowego działania wymaga oczywiście starannego zaprojektowania i wykonania. Do kanałów powinien być zapewniony dogodny dostęp w celu czyszczenia i konserwacji. W celu zabezpieczenia przed rozwojem drobnoustrojów i osiadaniem zanieczyszczeń muszą być stosowane odpowiednie filtry. Istotne jest również stosowanie odpowiednio dobranych wentylatorów, tłumików i izolowanych kanałów w celu zapewnienia ochrony przed hałasem. Wśród innych elementów budynku pasywnego potencjalnym miejscem rozwoju i zagnieżdżania się drobnoustrojów jest gruntowy wymiennik ciepła. Dlatego należy zabezpieczyć go przed przedostawaniem się zanieczyszczeń z gruntu oraz zagwarantować odprowadzenie powstających w nim skroplin na zewnątrz. W ostatnim czasie powstały materiały do budowy GWC zaopatrzone w powłokę, która uniemożliwia rozwój mikroorganizmów. Zagadnienia ekonomiczne Jak pokazuje praktyka, decyzja o wybudowaniu obiektu w standardzie pasywnym wiąże się z koniecznością poniesienia wyższych nakładów inwestycyjnych w stosunku do nakładów na budowę takiego samego obiektu o standardowych parametrach. Przeciętnie w Niemczech różnica tych kosztów wynosi 15%, jednak w przypadku budynków, które powstały w ramach projektu CEPHEUS wynosi ona już tylko 8%. W Polsce, z uwagi na niewielką ilość wniesionych dotychczas obiektów pasywnych, nie ma jeszcze wiarygodnych danych, które pozwoliłyby stwierdzić jak wielka jest różnica kosztów. Budynki pasywne charakteryzują niskie koszty utrzymania wynikające z niskiego zużycia energii. Powstałe w ten sposób oszczędności pozwalają zbilansować dodatkowe koszty budowy. W przypadku obiektów wzniesionych w Niemczech 25 okres zwrotu dodatkowych inwestycji wynosił od kilku do kilkunastu lat. Dodatkowe nakłady inwestycyjne w dużej mierze generowane są przez koszt związany z wyposażeniem budynku w wentylację mechaniczną. Do wzrostu kosztów przyczynia się również cena grubszej warstwy izolacji termicznej oraz okien - wyższa o 100 do 120% w porównaniu do okien o standardowych parametrach. W przypadku izolacji nie jest to tak znacząca różnica – stosuje się bowiem grubszą izolację z takich samych materiałów jak w budynkach tradycyjnych. Większe koszty związane z koniecznością wykonania wyżej wymienionych inwestycji są częściowo równoważone brakiem nakładów na, zbędną w budynkach pasywnych, instalację ogrzewania hydraulicznego. bowaniem energetycznym obiektu. Z wykresu wynika, że do pewnej wysokości poniesionych kosztów dodatkowych możliwe jest wybudowanie domu niskoenergetycznego (30 – 60 kWh/(m2•rok) przy stałych, stosunkowo niskich kosztach całkowitych. Dalsze zwiększenie nakładów inwestycyjnych powoduje że zapotrzebowanie na energię maleje (15 – 30 kWh/(m2•rok)) częściowo bilansując dodatkowe inwestycje, nie na tyle jednak by je zrównoważyć, w efekcie czego koszty całkowite niezbędne do poniesienia rosną w sposób znaczący. Krytycznym punktem zwiększania nakładów inwestycyjnych na poprawienie energooszczędności budynku jest moment, kiedy obiekt osiągnie wartość zapotrzebowania na energię wysokości 15 kWh/(m2•rok) (wartość charakterystyczna dla domów pasywnych), co pozwala na rezygnację z hydraulicznego centralnego ogrzewania. W takiej sytuacji koszty całkowite zostają zmniejszone o wartość instalacji centralnego ogrzewania oraz koszt jej eksploatacji do poziomu, która czyni taką inwestycję opłacalną z ekonomicznego punktu widzenia. Ochrona środowiska Zależność kosztów inwestycyjnych i utrzymania w zależności od standardu energetycznego budynku Załączony wykres przedstawia wielkość kosztów ponoszonych przez użytkowników w trakcie eksploatacji budynku. Na całość ponoszonych wydatków (wykres czerwony) składa się koszt energii grzewczej koniecznej do ogrzania budynku (wykres niebieski) oraz koszt dodatkowych inwestycji (wykres zielony). Podniesienie tego ostatniego skutkuje niższym zapotrze26 Istotą standardu budynków pasywnych jest ograniczenie zużycia energii potrzebnej do bieżącej eksploatacji budynku, a w szczególności ośmiokrotna redukcja zapotrzebowania na energię do ogrzewania oraz znaczące ograniczenie zapotrzebowanie na energię do przygotowania ciepłej wody użytkowej, co przekłada się na odpowiednio mniejszą emisję dwutlenku węgla i innych szkodliwych substancji do atmosfery. Do wytwarzania energii cieplnej w budynkach pasywnych powszechnie stosuje się takie urządzenia jak pompy ciepła, gruntowe wymienniki ciepła, kolektory słonecz- ne czy urządzenie opalane biomasą, które pozwalają pozyskać czystą energię i przyczyniają się do zmniejszenia zanieczyszczeń środowiska. Zastosowanie powyższych rozwiązań jest łatwiejsze i tańsze niż w przypadku budownictwa tradycyjnego, gdyż kilkukrotnie mniejsze zapotrzebowanie na energię przekłada się na mniejsze gabaryty i wydajność urządzeń, a tym samym na ich koszt. Dla przykładu pompa ciepła dla konwencjonalnego domu jednorodzinnego o powierzchni 150 m2 powinna mieć moc 10-12 kW, a dla potrzeb budynku w standardzie pasywnym wystarczy urządzenie o mocy 1,5 kW. Podobnie rzecz się ma w przypadku wykorzystania biomasy. Zużycie tego paliwa będzie ośmiokrotnie mniejsze, a tym samym obszar zajęty pod uprawę tego surowca wystarczający do pokrycia potrzeb jednego domu konwencjonalnego, będzie wystarczający dla potrzeb kilku budynków. Do poprawy stanu środowiska naturalnego przyczynia się także dążenie w przypadku budynków pasywnych do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej przez wykorzystanie energooszczędnych urządzeń i sprzętu domowego oraz zmniejszenie energochłonności podzespołów instalacji obecnych w budynku. Mniejsze zużycie prądu przekłada się na mniejszą emisję zanieczyszczeń w miejscu jego wytwarzania, czyli w większości przypadków w elektrowni opalanej węglem lub innymi surowcami kopalnymi. Kryterium, które często brane jest pod uwagę podczas projektowania budynków pasywnych to materiałochłonność budynku. Zmniejszenie zużycia surowców przyczynia się wydatnie do redukcji zanieczyszczeń. Kolejną ważną kwestią jest przeanalizowanie cyklu życia surowców używanych do budowy, a przede wszystkim czy po za- kończeniu okresu eksploatacji budynku, materiały pochodzące z rozbiórki można będzie poddać procesowi recyclingu. Popularyzacja standardu budynków pasywnych poza zmniejszeniem zużycia energii i tym samym kosztów eksploatacji obiektów, może w dużym stopniu przyczynić się do poprawy stanu środowiska naturalnego. Budynki pasywne a inne standardy wznoszenia budynków W ostatnich latach w literaturze oraz prasie poświęconej budownictwu coraz częściej można spotkać się z określeniami takimi jak: budynek 1- litrowy, budynek zeroenergetyczny, czy plusenergetyczny. W poniższym rozdziale postaramy się przybliżyć, co te pojęcia oznaczają oraz jakie są relacje pomiędzy nimi a standardem budynków pasywnych. Budynek niskoenergetyczny jest to obiekt, który cechuje niższe niż w przypadku tradycyjnego budownictwa zapotrzebowanie na ciepło, kształtujące się na poziomie od 30 do 60 kWh/(m2•rok). Jednakże jest to kilkakrotnie więcej niż w przypadku budynków pasywnych, dla których wartość ta wynosi maksymalnie 15 kWh/(m2•rok). Obiekty wznoszone w standardzie budynku niskoenergetycznego mają dobrą izolację przegród zewnętrznych. Powszechnie stosuje się w nich kolektory słoneczne, pompy ciepła, czy gruntowe wymienniki ciepła służące do pozyskiwania energii termalnej ze źródeł alternatywnych. W odróżnieniu od budynków pasywnych budynki niskoenergetyczne wyposażane są w systemy hydraulicznego centralnego ogrzewania. Budynki wzniesione w tym standardzie potocznie nazywane są budynkami energooszczędnymi. 27 Budynek zeroenergetyczny charakteryzuje się tym, że nie wymaga doprowadzania z zewnątrz energii elektrycznej ani cieplnej. Podobnie jak w obiekcie pasywnym zapotrzebowanie na energię grzewczą dla takiego budynku, dzięki doskonałej izolacyjności przegród zewnętrznych, odzyskowi ciepła z wentylacji i wykorzystaniu wewnętrznych źródeł ciepła, kształtuje się na bardzo niskim poziomie. Różnica pomiędzy obydwoma standardami budownictwa polega na tym, że w budynku zeroenergetycznym, w odróżnieniu od pasywnego, zupełnie zrezygnowano z zewnętrznych źródeł energii, takich jak np. prąd z sieci elektrycznej, urządzenia opalane gazem czy olejem opałowym. Zapotrzebowanie na energię cieplną pokrywane jest za pomocą systemów pozyskujących i gromadzących ciepło z promieniowania słonecznego. W tym celu stosuje się instalacje z kolektorami słonecznymi o dużej powierzchni oraz pojemnymi zasobnikami pozwalającymi przechowywać ciepło przez długi okres czasu. Energia elektryczna pozyskiwana jest przy pomocy ogniw fotowoltaicznych. Niekiedy pojęcie budynku zeroenergetycznego stosowane jest w stosunku do obiektów samowystarczalnych pod względem zapotrzebowania na energię grzewczą, bez uwzględniania zapotrzebowania energetycznego na inne cele. Budynek plusenergetyczny jest to obiekt, w którego bilansie energetycznym zyski energetyczne przewyższają straty. Budynki takie wyposażane są w liczne kolektory słoneczne i ogniwa fotowoltaiczne. Nadmiar wytwarzanej energii elektrycznej odprowadzany jest do sieci. Pierwszy prototyp obiektu w tym standardzie, „Heliotrop”, wzniesiony został w Niemczech w mieście Freiburg, w roku 1994 przez architekta Rudolfa Discha. Budynek 1-litrowy to obiekt, którego współczynnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło wynosi 10 kWh/(m2•rok). 28 Oznacza to, że do ogrzania jednego metra kwadratowego powierzchni, przez cały sezon grzewczy, wystarczą 1 litr oleju opałowego. Przypomnijmy, że wartość ta dla budynku pasywnego jest równa lub mniejsza od 15 kWh/(m2•rok). Z tego wynika, że w przypadku obiektu 1-litrowego zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze niż pasywnego o jedną trzecią. Przykłady budynków pasywnych Budynek jednorodzinny w Heusenstamm. Budynek o tradycyjnej bryle i dwuspadowym dachu otrzymał prostą fasadę, będącą połączeniem jasnego tynku i okładziny drewnianej. W obiekcie zainstalowano kompaktową centralę grzewczą przeznaczoną specjalnie dla budynków pasywnych. Nawiewane powie- Źródło: P.E.A.F. trze ogrzewane jest wstępnie w gruntowym wymienniku ciepła. Przygotowanie ciepłej wody użytkowej wspomagane jest przez płaskie kolektory słoneczne. Do podlewania ogrodu oraz spłukiwania toalet gromadzona jest woda deszczowa. architekci: P.E.A.F. lokalizacja: Heusenstamm, Niemcy powierzchnia: 344 m2 zapotrzebowanie na ciepło: 12.9 kWh/(m2•rok) Budynek przy ulicy Czereśniowej w Warszawie. Ten dwukondygnacyjny obiekt w zabudowie bliźniaczej wzniesiony został w 1997 roku dla celów badawczych oraz jako obiekt demonstracyjny. W budynku użyto wiele innowacyjnych, autorskich, niestosowanych do chwili obecnej rozwiązań w celu sprawdzenia ich funkcjonowania w praktyce. Zastosowano tu m. in. zdecentralizowany system wentylacji realizowany przy udziale indywidualnych rekuperatorów dla poszczególnych pomieszczeń. Ciekawym rozwiązaniem jest zastosowanie w rekuperatorach wymiennika wykonanego z tkaniny, który po zabrudzeniu zanieczyszczeniami pochodzącymi z powietrza może być prany w pralce. Na uwagę zasługują Budynek w Linau. Budynek w zabudowie bliźniaczej przeznaczony dla dwóch czteroosobowych rodzin zbudowany został przy użyciu technologii prefabrykowanych elementów drewnianych. Do zaizolowania wzniesionych w ten sposób ścian zewnętrznych wykorzystano materiał termoizolacyjny z celulozy o grubości 30 cm. Na dachu zainstalowano kolektory słoneczne o powierzchni 12,6 m2 służące do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Zastosowano także gruntowy wymiennik ciepła do wstępnego podgrzewania powietrza Źródło: Deutsche Bundesstiftung Umwelt Źródło: KRES również umieszczone na elewacji powietrzne kolektory słoneczne, które dzięki unikalnej budowie ogrzewają wnętrze poprzez ścianę akumulacyjną. powierzchnia: 250 m2 lokalizacja: ul. Czereśniowa, Warszawa wentylacyjnego. Pomimo, że zapotrzebowanie na ciepło budynku w całości może być zaspokojone przez ogrzewanie powietrza w centrali wentylacyjnej, to możliwość ta w praktyce nie jest wykorzystywana. Jako zasadnicze źródło ciepła służy piec opalany granulatem z biomasy, który w okresie zimowym wykorzystywany jest także do przygotowywania ciepłej wody. architekci: Erber Architekten lokalizacja: Lindau, Niemcy powierzchnia: 358 m2 zapotrzebowanie na ciepło: 13,3 kWh/(m2•rok) 29 Budynek wielorodzinny - Freiburg dzielnica Vauban. W budynku połączono funkcję mieszkalną i biurową, tak aby przybliżyć miejsce pracy do miejsca zamieszkania. W obiekcie zaprojektowano 20 lokali o powierzchni od 35 do 170 m2. Dzięki prostej bryle budynek ma korzystną proporcję ilości przegród zewnętrznych do kubatury, co pozwala na redukcję strat cieplnych spowodowanych przenikaniem ciepła przez ściany zewnętrzne. Ponadto aby zmniejszyć zapotrzebowanie na ciepło, powierzchnie takie jak: zewnętrzne galerie, klatki schodowe, piwnice znalazły się poza strefą ogrzewaną. Duże przeszklenia od strony południowej zapewniają dobre oświetlenie pomieszczeń oraz pasywne zyski z energii słonecznej. W budynku warto zwrócić uwagę na zastosowane rozwiązania instalacyjne, które nie wynikają bezpośrednio ze standardów wymaganych w budownictwie pasywnym, lecz są kolejnym krokiem na drodze pozyskiwania dodatkowej, taniej i czystej energii oraz ochrony środowiska. Zastosowano tutaj rozdzielczą instalację sanitarną, oddzielnie odprowadzającą ścieki z toalet, a oddzielnie z pozostałych urządzeń (tzw. woda szara). Pierwsze trafiają do bioreaktora w celu pozyskania gazu wykorzystywanego następnie w budynku. Woda szara trafia z kolei do niewielkiej, znajdującej się przy budynku oczyszczalni ścieków. W budynku przewidziano również blok elektrociepłowniczy do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej oraz zainstalowano kolektory słoneczne o powierzchni 50 m2 pokrywające 35% zapotrzebowania budynku na energię. architekci: Common & Gies Architekten lokalizacja: Freiburg, Niemcy powierzchnia: 1462 m2 zapotrzebowanie na ciepło: 14, 8 kWh/(m2•rok) Przedszkole w Dörpen. Prezentowany budynek jest jedną z pierwszych realizacji przedszkola w standardzie budynku pasywnego. Inwestycja ze względu na pionierski charakter zastosowanych rozwiązań technicznych ma być obiektem modelowym, któremu w trakcie użytkowania będzie towarzyszył szeroko zakrojony program badawczy mający dostarczyć dane przydatne przy planowaniu innych obiektów tego typu. Źródło: Deutsche Bundesstiftung Umwelt Źródło: www.passivhaus-vauban.de 30 Celem inwestycji jest także ocena możliwości wnoszenia obiektów o niewielkim zapotrzebowaniu na energię cieplną, przy jednoczesnej redukcji materiałochłonności budynku. Konstrukcję budynku zdecydowano się wykonać w systemie ram drewnianych, dzięki czemu zmniejszono zużycie drewna. W samym obiekcie zastosowano materiały i technologie regionalnych producentów. Przy projektowaniu w sposób szczególny zostały wzięte pod uwagę zagadnienia związane z higieną powietrza wentylacyjnego i komfortem termicznym. architekci: Architekturbüro Wagner lokalizacja: Dörpen, Niemcy powierzchnia: 950 m2 „Energon” jest największym zbudowanym dotychczas obiektem biurowym w standardzie pasywnym. Czteropiętrowy obiekt o powierzchni ponad 5000 m2 został zaplanowany na rzucie trójkąta równobocznego, którego ramiona tworzą lekko wygięte na zewnątrz łuki. Po środku rzutu wyznaczono duże, przeszklone atrium. Pomieszczenia na wszystkich trzech bokach trójkąta ustawione są w dwóch traktach: zewnętrzny – od Na pierwszym planie widoczne czerpnie powietrza dla GWC. Źródło: ProjektM Real Estate Frankfurt GmbH strony fasady budynku i wewnętrzny przylegający do patio. Trakty rozdzielone zostały ciągiem komunikacyjnym. W obiekcie zastosowano wiele nowatorskich rozwiązań, jak na przykład instalację do długoterminowego przechowywania energii cieplnej. W tym celu nadmiar ciepła powstającego w budynku w okresie letnim odprowadzany jest na zewnątrz, a następnie magazynowany pod powierzchnią ziemi, która dzięki dużej pojemności cieplnej pozwala przechować znaczące ilości energii. Ciepło odprowadzane jest do gruntu poprzez 44 sondy sięgające na głębokość 100 m. Nośnikiem energii cieplnej jest ciecz przepływająca przez sondy. W okresie zimowym – proces ten jest odwracany – ciepło pobierane jest z gruntu i przekazywane do budynku. Do chłodzenia i ogrzewania pomieszczeń zastosowano metodę polegającą na wpływaniu na temperaturę wnętrza poprzez sterowanie temperaturą masywnych elementów konstrukcyjnych. W tym celu wewnątrz betonowych elementów budynku umieszczono instalację hydrauliczną odprowadzającą lub doprowadzającą energię cieplną. W zależności od potrzeby zlokalizowane w żelbetowych stopach przewody zasilane są wodą ciepłą o temperaturze 26°C lub chłodną o temperaturze 18°C. System dystrybucji powietrza zaprojektowano tak, aby zapewnić jego jak najlepszą jakość w całym budynku. Powietrze o odpowiednich parametrach nawiewane jest do atrium, skąd rozchodzi się do biur. Biura zlokalizowane przy traktach wewnętrznych (od strony atrium) zasilane są poprzez nawiewniki w elewacjach. Do pomieszczeń zlokalizowanych przy fasadzie zewnętrznej powietrze z patio nawiewane jest rurami schowanymi w płycie stropowej. W obiekcie zastosowano dużych rozmiarów gruntowy wymiennik ciepła do 31 wstępnego ogrzewania i ochładzania powietrza wentylacyjnego. Budynek jest przedmiotem szeroko zakrojonych badań, których celem jest analiza funkcjonalna budynku. Z tego względu wyposażony został w zespół wewnętrznych i zewnętrznych czujników zbierających dane na temat temperatury, przepływów energetycznych, parametrów powietrza, itp. Rzut parteru, Źródło: ProjektM Real Estate Frankfurt GmbH architekci: oehler & arch kom lokalizacja: Ulm, Niemcy powierzchnia: 5412 m2 zapotrzebowanie na ciepło: 12 kWh/(m2•rok) Historia budynków pasywnych Koncepcja budynku pasywnego została stworzona przed 20 laty przez dr Wolfganga Feista i jego współpracowników w Instytucie Mieszkalnictwa i Środowiska w Darmstadt w Niemczech (Institut für Wohnen und Umwelt). Pierwszy budynek pasywny zbudowany został w Darmstadt-Kranichstein w Niemczech w 1991 roku. Był to zespół w zabudowie szeregowej, składający się z czterech domów. Ich zapotrzebowanie na energię wynosi 10 kWh/(m2•rok). W okresie późniejszym powstały kolejne osiedla budynków pasywnych: 21 domów w Wiesbaden, 32 domów w Hannowerze i 52 domy w Stuttgarcie. Realizacjom tym towarzyszyły intensywne programy badawcze mające zweryfikować, czy założenia projektowe potwierdziły się w praktyce. W roku 1998 idea domów pasywnych została wsparta przez Unię Europejską poprzez projekt CEPHEUS (fragment programu THERMIE). W Niemczech, Austrii, Szwecji i Francji powstało 250 mieszkań w 14 budynkach pasywnych. W roku 2003 w Niemczech, Austri i Szwajcarii istniało ponad 3000 zamieszkałych jednostek mieszkaniowych w standardzie budynku pasywnego. Szacuje się, że w roku 2005 w krajach Uni Europejskiej istniało ponad 5000 jednostek mieszkaniowych opartych na technologii domu pasywnego. 32 Parę zdań o KRES Stowarzyszenie Krajowy Ruch Ekologiczno - Społeczny zostało powołane w lipcu 2003 roku przez grupę młodych działaczy społecznych jako instytucja mająca za zadanie wspieranie różnych inicjatyw o charakterze lokalnym i regionalnym. Jak sama nazwa wskazuje, KRES skupia się na dwóch obszarach działalności: ochronie środowiska oraz rozwoju społeczeństwa lokalnego. Formuła działania Stowarzyszenia pozwala z jednej strony poruszać i rozwiązywać ważne problemy społeczne, z drugiej jednak umożliwia unikanie angażowania się w działalność stricte polityczną. KRES nie udziela poparcia żadnej opcji politycznej, i jest gotów współpracować ze wszystkimi osobami instytucjami dążącymi do tych samych celów: l Inicjowania działań oraz wspierania wszelkich inicjatyw mających na celu rozwój społeczeństwa obywatelskiego w Rzeczypospolitej Polskiej. l Inicjowania działań i wspierania inicjatyw wpływających na poprawę poziomu życia obywateli Rzeczypospolitej Polskiej. l Inicjowania działań i wspierania inicjatyw z zakresu ochrony środowiska i ekologii. l Propagowania krajowej przedsiębiorczości oraz idei spółdzielczości. KRES urzeczywistnia swoje cele statutowe m.in. przez: działalność edukacyjną i wydawniczą, organizowanie konkursów, konferencji i szkoleń, podejmowanie działań na rzecz rozwoju kultury oraz aktywności społecznej, sportowej i ekologicznej. Działania KRES Program edukacji ekologicznej „Czym skorupka za młodu nasiąknie...”. Jest to „sztandarowa” inicjatywa Krajowego Ruchu Ekologiczno - Społecznego, adresowana do dzieci i młodzieży z klas od III do VI szkół podstawowych z terenu południowego Mazowsza. Realizacja programu rozpoczęła się w roku 2004 i objęła już swym zasięgiem ponad 5,5 tysiąca uczestników. Program rozwoju przedsiębiorczości lokalnej. Krajowy Ruch Ekologiczno - Społeczny jest partnerem Pilotażowego Programu Rozwoju Przedsiębiorczości Lokalnej na terenie powiatów: grodziskiego, grójeckiego, kozienickiego, piaseczyńskiego i pruszkowskiego. Program ten jest realizowany wspólnie z Krajowym Związkiem Banków Spółdzielczych, Bankiem Spółdzielczym w Piasecznie oraz Bankiem Spółdzielczym w Pruszkowie. „Budynki pasywne – mistrzowie oszczędzania energii”. Celem projektu jest zainteresowanie tematyką budynków pasywnych jako zaawansowaną formą budynków energooszczędnych, wykorzystującą w znaczącym stopniu alternatywne, w tym odnawialne, źródła energii, osiągając w ten sposób wymierny efekt ekologiczny, a także ekonomiczny. Projekt adresowany jest do przedstawicieli samorządu terytorialnego, firm deweloperskich, spółdzielni mieszkaniowych, architektów i inżynierów budownictwa. Na projekt składają się następujące działania: organizacja konferencji tematycznych, wydanie publikacji informacyjnych, publikacja artykułów prasowych oraz tematyczny serwis internetowy. Inne inicjatywy: l wydawanie Biuletynu KRES l prowadzenie akcji przekazywania książek na rzecz bibliotek w małych miejscowościach wiejskich l zorganizowanie konkursu na temat pontyfikatu Jana Pawła II l prowadzenie kampanii społecznej “Nie daj się zabić!” dotyczącej bezpieczeństwa na drogach. Janusz Piechociński Prezes Zarządu KRES Zapraszamy do odwiedzenia strony: www.budynkipasywne.pl Organizatorem programu „Budynki pasywne – mistrzowie oszczędzania energii” jest Krajowy Ruch Ekologiczno – Społeczny ul. Chyliczkowska 28, 05-500 Piaseczno [email protected] Niniejszy dokument został opublikowany dzięki pomocy finansowej Unii Europejskiej i Budżetu Państwa w ramach Programu Phare PL2003/004-379.01.01 „Organizacje pozarządowe na rzecz zrównoważonego rozwoju”. Za treść tego dokumentu odpowiada Krajowy Ruch Ekologiczno – Społeczny, poglądy w nim wyrażone nie odzwierciedlają w żadnym razie oficjalnego stanowiska Unii Europejskiej © 2006 Krajowy Ruch Ekologiczno – Społeczny Kopiowanie i powielanie dozwolone wyłącznie za zgodą KRES
