Innowacyjność w budownictwie (cz. 2)

Coraz częściej, wybierając projekt domu, zwracamy uwagę na to, aby był nie tylko ładny i wygodny, ale także energooszczędny. Rynek budowlany dynamicznie podąża za nowoczesnymi technologiami, które pozwalają na coraz większe ograniczenie strat energii zużywanej do utrzymania budynku. Umożliwiają one zmniejszenie energii potrzebnej do użytkowania urządzeń domowych oraz znaczne ograniczenie utraty ciepła, spowodowanej przez nieszczelne i nieocieplane ściany, okna, drzwi, fundamenty i inne elementy konstrukcyjne budynku.

Ostatnio osoby zainteresowane takim budowaniem elektryzuje nowa idea, która przyszła do nas z Zachodu: dom pasywny.

Dom pasywny?

Dom pasywny jest często mylony z budynkiem energooszczędnym. Jest to nowy standard wznoszenia obiektów budowlanych, który wyróżniają bardzo dobre parametry izolacyjne przegród zewnętrznych oraz zastosowanie wielu rozwiązań mających na celu zminimalizowanie zużycia energii w trakcie eksploatacji. Dom pasywny to nowa idea w podejściu do oszczędzania energii we współczesnym budownictwie. Innowacyjność skupia się przede wszystkim na poprawie parametrów elementów i systemów istniejących w każdym budynku.

Dom rekordzista ma zużywać rocznie tylko 1,5 l oleju opałowego na metr kwadratowy powierzchni. Pojęcie domu pasywnego pochodzi z Niemiec, gdzie po raz pierwszy zajęto się opracowaniem budynku, który z założenia będzie zużywał bardzo mało energii. Przyjęto, że tą graniczną wartością będzie 15 kWh/(m²/ rok). Powołano też do życia Instytut Domów Pasywnych w Darmstadt, który zajął się promowaniem tego typu budownictwa.

W domach pasywnych redukcja zapotrzebowania na ciepło jest tak duża, że nie stosuje się w nich tradycyjnego systemu grzewczego, a jedynie dogrzewanie powietrza wentylacyjnego. Do zbilansowania zapotrzebowania na ciepło wykorzystuje się również promieniowanie słoneczne, odzysk ciepła z wentylacji (rekuperacja), a także zyski cieplne pochodzące od wewnętrznych źródeł, takich jak urządzenia elektryczne i mieszkańcy. Idea domów pasywnych nie jest opatentowana, zastrzeżona ani nie podlega innym formom ochrony prawnej. Możliwe jest wznoszenie domów pasywnych w różnych technologiach budowlanych.

Jak już wspomniano, dom pasywny wyróżnia bardzo niskie zapotrzebowanie na energię do ogrzewania – poniżej 15 kWh/(m²/rok). Oznacza to, że w ciągu sezonu grzewczego do ogrzania jednego metra kwadratowego mieszkania potrzeba 15 kWh, co odpowiada spaleniu 1,5 l oleju opałowego albo 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). Istotą budownictwa pasywnego jest maksymalizacja zysków energetycznych i ograniczenie strat ciepła. Aby to osiągnąć, wszystkie przegrody zewnętrzne mają niski współczynnik przenikania ciepła. Ponadto zewnętrzna powłoka budynku jest nieprzepuszczalna dla powietrza. Podobnie stolarka okienna wykazuje mniejsze straty cieplne niż rozwiązania stosowane standardowo. Z kolei system nawiewno- wywiewnej wentylacji zmniejsza o 75-90% straty ciepła związane z wentylacją budynku.

Rozwiązaniem często stosowanym w domach 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 zapotrzebowanie na ciepło zostaje zaspokojone dzięki zyskom cieplnym z promieniowania słonecznego oraz ciepłu oddawanemu przez urządzenia i przebywających w budynku ludzi. Jedynie w okresach szczególnie niskich temperatur stosuje się dogrzewanie powietrza nawiewanego do pomieszczeń.

Ogólnie, dom pasywny to taki, w którym przy zachowaniu komfortowego klimatu wnętrza bez aktywnego systemu ogrzewania i klimatyzacji dom ogrzewa się i wychładza sam, czyli w sposób bierny. W domach pasywnych łączne końcowe zapotrzebowanie energii jest czterokrotnie mniejsze niż w obecnie realizowanych budynkach nisko energooszczędnych i nawet 10-krotnie mniejsze niż w domach tradycyjnych budowanych zgodnie z normami.

Obecnie koszt budowy domu pasywnego w Polsce to 8-15% (czasami nawet do 35%) więcej w stosunku do budowy standardowej. W Niemczech koszty dodatkowe wynoszą tylko 3-8%.

Jak zbudować dom pasywny?

Trzeba zacząć od dobrej lokalizacji (niezacieniona działka, zwrócenie budynku do południa, osłonięcie od strony północnej naturalnymi wzniesieniami lub drzewami). Ważna jest bardzo dobra izolacja ścian, np. powyżej 30 cm styropianu lub wełny mineralnej. Elementy domu powinny mieć wysoką akumulację ciepła, dzięki temu chwilowy brak słońca (zachmurzenie lub noc) jest nieodczuwalny. Również okna muszą być bardzo dobre i szczelne (szyba potrójna, specjalna rama szczelnie zamontowana w murze, montaż okien w warstwie izolacji cieplnej w celu minimalizacji mostków termicznych). Istotny jest brak mostków termicznych (specjalne rozwiązania dla balkonów, ścian piwnicznych, tzw. odcinanie murów od fundamentów). Nieodzowna jest wentylacja mechaniczna zapewniająca odzysk ciepła, kolektory słoneczne, użyte np. do wstępnego podgrzania ciepłej wody użytkowej, jak również zastosowanie dodatkowego źródła ciepła w celu dogrzewania do odpowiedniej temperatury (np. kocioł niskiej mocy na gaz lub olej opałowy, pompa ciepła).

Musimy jednak zdawać sobie sprawę, że osiągnięcie niemieckiego standardu w Polsce jest dużo trudniejsze. Polska ma bardziej surowy klimat niż nasi zachodni sąsiedzi, szczególnie ci z południa i zachodu Niemiec. Zatem niemiecki dom pasywny, do ogrzania którego wystarczy 15 kWh/(m²/rok), w Polsce będzie zużywał więcej energii. Ponadto w Niemczech jako temperaturę obliczeniową wewnętrzną przyjmuje się 19°C i zakłada się obniżenie ogrzewania nocą. U nas temperatura obliczeniowa wewnątrz pomieszczeń wynosi 20°C i nie jest stosowane zmniejszenie ogrzewania w nocy.

Zatem polski dom już w fazie obliczeń i projektowania ma większe wymagania niż równorzędny dom niemiecki. Czyli w fazie wykonania będzie droższy, bo będzie potrzebował lepszego ocieplenia i sprawniejszych instalacji.

Koszty budowy domu pasywnego

Według szacunkowych danych w Niemczech koszty budowy domów pasywnych są o 10% wyższe niż przy budowie standardowych domów. W Polsce – o 20% lub więcej. Niemcy dodatkowo oferują wsparcie dla budujących takie domy w formie dotacji i ulg podatkowych. W Polsce musimy liczyć tylko na własne siły i środki.

Zasadniczo dom pasywny to dom, do budowy którego zużyjemy dużo więcej termoizolacji niż do domu energooszczędnego, wydamy sporo pieniędzy na drogie okna i drzwi o współczynniku przenikania ciepła U<=0,8 W/(m2K), na kosztowną instalację wentylacyjną, kolektory słoneczne i zapłacimy za to nie tylko pieniędzmi, ale także brakiem kominka, ścianami, które są prawie samą izolacją i nie akumulują chłodu ani ciepła, skromną bryłą budynku. Zaoszczędzimy za to w przyszłości na wydatkach na ogrzewanie, ale koszty budowy domu pasywnego w porównaniu z energooszczędnym zwracają się dopiero po kilkudziesięciu latach.

Dom pasywny jest tańszy w eksploatacji, ale o parametrach jego mikroklimatu nie decyduje „pasywność” tylko wentylacja, eksploatacja i materiały, z których został zbudowany.

Jak praktycznie zbudować?

Najważniejsze, by od początku zaprojektować obiekt jako budynek pasywny (adaptacje są skomplikowane i zbyt kosztowne) oraz wykonać stosowne obliczenia. Następnie trzeba bardzo dokładnie projekt zrealizować i zapewnić szczegółowy nadzór na budowie. Przeprowadzić test szczelności (po wykonaniu konstrukcji szczelność budynku można sprawdzić specjalnym urządzeniem, przeprowadzając tzw. Blower-Door-Test). Ma on wykazać, że szczelność przegród gwarantuje wymianę powietrza przez nie poniżej 0,6 1/h przy różnicy ciśnień 50 hPa. Przy takiej szczelności konieczne jest wyposażenie domu w system
wentylacji mechanicznej. Należy też sprawdzić mostki metodami
termowizyjnymi.

Konstrukcja i materiały

Zgodnie z zaleceniami Instytutu Budownictwa Pasywnego (PHI Darmstadt) ściany budynków pasywnych powinny charakteryzować się dużą bezwładnością cieplną, która pozwala na stabilność temperatury we wnętrzu. Aby ograniczyć straty ciepła przez przegrody, dom pasywny musi mieć szczelne, warstwowe ściany z izolacją pozwalającą osiągnąć współczynnik przenikania ciepła U na poziomie 0,15 W/(m² K). Efekt ten można uzyskać, stosując różne technologie, zawsze jednak jest to ściana warstwowa o minimalnej grubości warstwy izolacyjnej (styropian, wełna mineralna, włókna celulozowe) na poziomie ok. 40 cm. Odpowiednio grubą warstwę materiału izolacyjnego stosuje się też do ocieplenia stropodachu i podłogi na gruncie.

Konstrukcja zewnętrzna domu musi być bardzo szczelna i pozbawiona mostków termicznych. Dodatkowo należy stosować warstwy paroizolacji. Szczególnie ważne w budynkach pasywnych stają się płaszczyzny i linie osadzenia okien i drzwi balkonowych. Drzwi powinny otwierać się na zewnątrz, a nie do środka. Poza prawidłowo wykonaną izolacyjnością termiczną ścian, szczególnie ważne w budynkach pasywnych jest wyeliminowanie mostków termicznych. Proces ten należy rozpocząć już na etapie projektowania.

Domy pasywne są bardzo wrażliwe na przewymiarowanie powierzchni okien południowych. Zbyt duża powierzchnia przeszklenia powoduje, że budynek wymaga zwiększonego zapotrzebowania na energię ogrzewania w okresie zimowym oraz chłodzenia w okresie letnim. Nie powinny być stosowane bardzo duże powierzchnie okien południowych o dużej izolacyjności termicznej. Należy zaznaczyć, że urządzenia techniczne w postaci wentylacji mechanicznej zapewniającej odzysk ciepła,
pompy ciepła, gruntowych wymienników ciepła, instalacji grzewczej, solarnej itd. powinny być uwzględniane już w założeniach projektowych, we wstępnej fazie projektowania obiektu. W budynkach pasywnych wykorzystuje się wymienniki gruntowe zapewniające pozyskanie chłodu latem i odzysk ciepła zimą. Koniecznym uzupełnieniem wymiennika gruntowego jest system wentylacji mechanicznej, który współpracuje z wymiennikiem gruntowym, co pozwala grzać dom zimą i chłodzić latem.

Ważnym czynnikiem w architekturze energooszczędnej jest kolor i faktura. Powierzchnie jasne i gładkie odbijają światło, wolno się nagrzewają i wolno oddają ciepło. Powierzchnie ciemne, chropowate pochłaniają światło i ciepło, szybko się nagrzewają, ale i szybko oddają ciepło na zewnątrz. Fakty te należy wziąć pod uwagę, projektując barwy i materiał ścian budynku, podłogi, nawierzchnie tarasów, balkonów, oranżerii.

Okna

Bardzo ważnym elementem są superszczelne, potrójnie szklone okna, wypełnione gazem szlachetnym (na ogół argonem), zamocowane w wielokomorowych ramach, charakteryzujące się łącznym współczynnikiem przenikania ciepła U o wartości poniżej 0,8 W/(m2K). Ważna jest też wielkość okien i ich współczynnik przepuszczania promieniowania słonecznego – zyski ciepła od promieniowania słonecznego wpadającego przez okna od strony południowej mają wynosić do 40 proc.

Ogrzewanie

System ogrzewania w domu pasywnym zredukowany jest do minimum. O ile w domach tradycyjnych większa część energii zużywana jest na ogrzewanie pomieszczeń, a przygotowanie ciepłej wody użytkowej stanowi tylko jego nieznaczny procent, o tyle w domu pasywnym proporcje są odwrotne. Budynek jest tak dobrze izolowany, że nie potrzeba grzejników ani ogrzewania podłogowego. Zapotrzebowanie na konwencjonalne ogrzewanie wynosi 15 kWh/(m2/rok). Wystarczy zatem nieznaczne dogrzanie powietrza wlotowego, aby móc ogrzać cały dom.

Dla domu pasywnego podstawowymi elementami, dzięki którym można znacznie obniżyć zapotrzebowanie na energię cieplną, są: gruba izolacja, szczelne okna, wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła.

Wentylacja domu pasywnego

Budując dom pasywny (i nie tylko), nie możemy zapomnieć o wentylacji. Stosowanie staromodnych kominów w wentylacji można porównać do stosowania pieców kaflowych w ogrzewaniu. Nie jest to ani wygodne, ani tanie w eksploatacji. Wentylacja w domu pasywnym powinna być nawiewno-wywiewna z rekuperacją oraz gruntowym wymiennikiem ciepła. Zadaniem wymiennika jest podgrzanie w gruncie wlotowego powietrza wentylacyjnego zimą (dzięki temu mniejsze jest zużycie energii na podniesienie jego temperatury do temperatury pokojowej) i schłodzenie go latem (dla komfortu mieszkańców). Zależnie od rodzaju rekuperatora możliwy jest odzysk ciepła z odprowadzanego powietrza wentylacyjnego na poziomie 80% i więcej.

Myśląc o wentylacji mechanicznej, często mamy wątpliwości co do konieczności jej stosowania, gdyż uważamy, że stanowi ona zagrożenie bakteriami, hałasem, a w budynku pasywnym i energooszczędnym system wentylacji mechanicznej jest niezbędny.

W systemie wentylacji w domu pasywnym i energooszczędnym dostarczane jest stale świeże powietrze. Problem z bakteriami pojawia się tylko tam, gdzie stosowane jest tylko powietrze w recyklingu, tak jak w klimatyzacji. Obecnie oferowane przez producentów wymienniki gruntowe mają właściwości antybakteryjne. Natomiast hałas z wentylacji jest niemal w całości wyeliminowany przez dobrą izolację akustyczną kanałów, wysokiej klasy wentylatory i małą prędkość przepływu powietrza w kanałach. W ten sposób budynek jest cichy.

Dom pasywny jest budynkiem przyjaznym dla człowieka i środowiska, w polskich warunkach niestety droższym w budowie.

MAREK MAJCHRZAK
Oprac. na podst. W. Drajewicza