Budynki pasywne – mistrzowie oszczędzania

Komentarze

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

Podobne dokumenty