Zasady budownictwa pasywnego i jego opłacalność w polskim klimacieArchitektura pasywna staje się coraz bardziej popularna – zarówno w budownictwie indywidualnym, jak i w większych formach architektonicznych. Najprościej zdefiniować dom lub budynek pasywny jako taki, który sam się ogrzewa i chłodzi bez konieczności instalowania oddzielnego systemu ogrzewania i klimatyzacji. Na popularność budownictwa pasywnego wpływają głównie dwa czynniki – wzrost świadomości ekologicznej inwestorów a także stale rosnące koszty energii, konsumowanej przy użytkowaniu budynków. W artykule opiszę podstawowe rozwiązania stosowane w indywidualnym budownictwie pasywnym (domy jednorodzinne) oraz postaram się odpowiedzieć na pytanie, czy taka architektura ma szansę na upowszechnienie w klimacie umiarkowanym, jaki panuje w Polsce.
Dom pasywny
Dom pasywny ma zapewniać jego mieszkańcom komfortowy mikroklimat bez konieczności używania dodatkowej instalacji grzewczej w dniach chłodnych lub klimatyzacji w okresie letnim. W pierwszej chwili wydaje się to przedsięwzięciem dość futurystycznym; dom bez standardowych grzejników, który się sam ogrzewa i sam chłodzi przywodzi nam na myśl raczej opis z książki Stanisława Lema, a nie polską rzeczywistość w dość chłodnym klimacie.
Dom pasywny 1. Źródło zdjęć: www.europassivhaus.de.
A jednak obliczenia specjalistów pokazują, że taki stan komfortu cieplnego można uzyskać również w naszych, umiarkowanych warunkach pogodowych. Podstawą do osiągnięcia takiego komfortu bez dodatkowego ogrzewania jest zminimalizowanie strat ciepła w budynku. To z kolei można osiągnąć poprzez zastosowanie odpowiednich technologicznie materiałów, wyjątkową staranność w wykonaniu, a także odpowiednie usytuowanie domu w terenie tak, aby maksymalnie wykorzystać naturalne warunki na potrzeby energetyczne.
Żeby stworzyć pasywny dom, potrzebna jest już na etapie projektowania ścisła współpraca architekta i wszystkich wykonawców, dodatkowo zaś specjalisty od rozwiązań energetycznych. Już na wstępie widać, że stworzenie pasywnego domu nie jest łatwe, niemniej niesie ze sobą bardzo wiele korzyści, w tym tych najbardziej wymiernych – czyli finansowych.
Bilans energetyczny
Kluczowym pojęciem przy projekcie domu pasywnego jest bilans energetyczny. Dom pasywny wyróżnia bardzo niskie zapotrzebowanie na energię do ogrzewania, które wynosi poniżej 15 kWh (m²/rok). To oznacza, 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. Jest to aż siedmiokrotnie mniej w porównaniu do budownictwa konwencjonalnego, gdzie zapotrzebowanie na ciepło wynosi około 120 kWh/(m²/rok)!
Zasadnicza cecha pasywnego domu – niskie zapotrzebowanie na energię – sprawia, że należy pozyskać dodatkową energię z otoczenia. Głównym źródłem jest energia słoneczna, która odpowiednio zakumulowana ogrzewa budynek i podgrzewa wodę.
Poza samym usytuowaniem domu na działce stosuje się szereg rozwiązań konstrukcyjnych, które mają na celu pozyskiwanie i akumulowanie ciepła słonecznego (tzw. uzysk solarny).
Może to być system pośredni – gdzie energia jest pozyskiwana w części domu – poprzez werandę, atrium, a potem kumulowana w wewnętrznym elemencie masywnym – kamiennej ścianie, zbiorniku wodnym na dachu, stropie. Rozwiązaniem bardziej upowszechnionym w domach pasywnych jest system bezpośredni, czyli montaż odpowiednio zorientowanych okien o dużej powierzchni i zapewnienie maksymalnej szczelności budynku przez zastosowanie odpowiednich technologii.
Nie należy zapominać o tym, że ciepło wewnątrz budynku wytwarzane jest również przez mieszkańców oraz urządzenia elektryczne. Określa się je jako ‘zyski bytowe’. Wbrew pozorom, mają one całkiem spory udział w bilansie energetycznym domu – w niewielkim domu jednorodzinnym mogą stanowić nawet ponad 20 procent.
Co zrobić, żeby osiągnąć tak skonstruowany bilans energetyczny?
Projekt architektoniczny
Najważniejszy jest dobry projekt. Koncepcja domu pasywnego powinna na równi uwzględniać wykonanie go w takiej technologii, aby zminimalizować straty ciepła, jak i samo usytuowanie budynku tak, aby i ono wpływało na zmniejszenie tych strat. Ponadto, budynek powinien być tak wkomponowany w teren, aby można było maksymalnie wykorzystać możliwości pozyskania energii z otoczenia.
Wykorzystanie warunków terenu
Głównym źródłem naturalnego ciepła jest, jak już wspomniałam, słońce. Dlatego domy pasywne powinny być zaplanowane na działce w taki sposób, aby pozyskać jak najwięcej energii ze słońca. Optymalna jest orientacja budynku wzdłuż osi wschód-zachód. W praktyce daje to maksymalną ekspozycję ściany południowej na słońce. Umieszczenie na elewacji południowej jak największej liczby powierzchni przeszklonych pozwala na pozyskanie odpowiedniej ilości energii. Odwrotnie ze strona północą – udział szyb powinien być na niej jak najmniejszy, choć nie należy zapominać o estetyce i funkcjonalności budynku i zupełnie pozbawiać ścian północnych okien.
Dom pasywny 2. Źródło zdjęć: www.europassivhaus.de.
Takie usytuowanie może być korzystne z punktu widzenia pozyskania energii solarnej, niekorzystne natomiast w okresie letnim, gdy nadmierne nasłonecznienie może prowadzić do przegrzania budynku. Aby tego uniknąć stosuje się elementy zacieniające – albo w samej elewacji (wysunięte poza obrys okapy) lub też elementy naturalne, czyli drzewa liściaste. Latem słońce porusza się wysoko i okapy ochraniają dom przed nadmiernym promieniowaniem; zimą natomiast, gdy słońce porusza się niżej – okapy nie stanowią dla niego bariery. Sprawa ma się podobnie z drzewami – liściaste chronią elewację latem przed przegrzaniem, a zima umożliwiają przenikanie promieni słonecznych.
Zieleń
Jeśli chodzi o zieleń – po północnej stronie budynku powinny się znaleźć drzewa iglaste, dające osłonę przed wiatrem, który wychładza dom niezależnie od pory roku. Podobną rolę spełnia bluszcz puszczony na północnej elewacji.
Rozkład pomieszczeń w budynku
Dążąc do osiągnięcia właściwego bilansu energetycznego przy projektowaniu domu należy pamiętać o rozkładzie pomieszczeń. Pomieszczenia gospodarcze, ciągi komunikacyjne, garderoby, spiżarnie wymagają zazwyczaj nieco niższej temperatury, dlatego powinny znajdować się po północnej stronie domu. Odwrotnie rzecz się ma z pokojami dziennymi, pobytowymi oraz sypialniami, które wymagają więcej ciepła, stąd logiczne jest umieszczenie ich po stronie południowej.
Kluczowe przegrody
Najważniejszym elementem w samej konstrukcji domu są tzw. przegrody zewnętrzne, czyli: ściany zewnętrzne, dach, stropy, podłogi. Należy zastosować takie technologie, aby współczynnik przenikania ciepła nie przekroczył 10,5 W/m². Można to osiągnąć stosując warstwy izolacyjne o grubości 30-35cm, co jest możliwe w przypadku większości obecnie stosowanych materiałów.
Istotne jest również, aby przegrody zewnętrzne magazynowały ciepło; nie zawsze potrzebujemy go tyle, ile dom pobiera z otoczenia np. w upalne dni. Ciepło może być akumulowane bezpośrednio – np. w masywnych ścianach lub specjalnie zaprojektowanych złożach z kamienia, lub pośrednio – poprzez wentylację.
Wentylacja i szczelność
Bardzo ważnym elementem konstrukcji domu pasywnego, związanym z kumulowaniem i rekuperacją (odzyskiwaniem energii) jest wentylacja. Żeby osiągnąć standard domu pasywnego, należy zastosować specjalny system mechanicznej wentylacji nawiewno-wywiewnej, który różni się od tradycyjnej wentylacji tym, że np. świeże powietrze dostaje się do domu nie poprzez okna, a specjalne kratki nawiewne.
Ujmując rzecz w skrócie: dzięki odpowiedniej budowie systemu, w centrali wentylacyjnej ciepło powietrza wywiewanego zostaje przekazane powietrzu nawiewanemu. System posiada gruntowy wymiennik ciepła, który sprawia, że latem – powietrze chłodzi się w nim, zanim zostanie wpuszczone do domu, a zimą – odwrotnie – nagrzewa się.
System jest ukierunkowany – świeże powietrze jest nawiewane do pokoi sypialnych i dziennych a wywiewane z pomieszczeń cieplejszych i wilgotniejszych: kuchni i łazienek. Dodatkowo system wykorzystuje ciepło wytworzone przez mieszkańców budynku oraz urządzenia elektryczne, w które budynek jest wyposażony.
Aby taka wentylacja funkcjonowała prawidłowo, należy już na etapie projektowym zadbać o odpowiednią szczelność budynku: nie tylko odpowiednią grubość przegród zewnętrznych, lecz również specjalną izolację wszystkich instalacji, odpowiednie okna i ich montaż.
Duże okna na świat, byle szczelne
Ponieważ w domu pasywnym projektuje się duże powierzchnie przeszklone, a szyby (a szczególnie ich montaż) są tym elementem, przez który zazwyczaj tracimy najwięcej ciepła, należy zaprojektować je wyjątkowo precyzyjnie.
Po pierwsze szyby muszą być trójwarstwowe, po drugie wypełnione gazem szlachetnym, po trzecie ich ramy (profile), niezależnie od tego, czy drewniane czy też plastikowe, muszą być ocieplone.
Należy również pamiętać, że celem dużych powierzchni przeszklonych jest pozyskanie energii solarnej; w dniach pochmurnych nawet najlepiej zaizolowane szyby są elementem, przez który ciepło ucieka, dlatego należy przewidzieć na nich dodatkowe osłony izolujące: rolety, okiennice, żaluzje, zasłony. Niezależnie od rodzaju materiału i typu osłon (podnoszone ręcznie lub mechanicznie, składane, zwijane) w przypadku dobrych okien, mogą zmniejszyć współczynnik przewodzenia ciepła przez powierzchnie szklane od 15% nawet do 30%.
Czym grzać?
Rolę tradycyjnych grzejników przejmuje system wentylacyjny, w którym nawiewane powietrze jest nośnikiem ciepła. Jak wspomniałam wcześniej, w tradycyjnym budownictwie główny nacisk położony jest na ogrzanie powierzchni mieszkalnej, w architekturze pasywnej- na ogrzanie wody.
System wentylacyjny powinien również nagrzewać ciepłą wodę użytkową, aby starczyło jej na bieżące potrzeby mieszkańców. Na poziomie projektowania domu pasywnego może się jednak okazać, że sam system wentylacyjny nie wystarczy do zapewnienia energii na ogrzanie budynku i ciepłej wody. Możemy sobie wyobrazić, że ukształtowanie terenu jest wyjątkowo niekorzystne, aby pozyskać wystarczającą ilość energii ze słońca. Na przykład na działce nie da się umieścić budynku tak, aby maksymalna powierzchnia elewacji była wystawiona na południe, lub dom stoi w miejscu eksponowanym na silny wiatr. Czym ogrzewa się w takim wypadku dom pasywny?
Dom pasywny 3. Źródło zdjęć: www.europassivhaus.de.
Najbardziej oczywistym rozwiązaniem jest zastosowanie odnawialnych źródeł energii takich jak: pompy grzewcze, kolektory energii słonecznej lub wspomniany już gruntowy wymiennik ciepła.
Popularne rozwiązanie to montaż tzw. urządzenia kompaktowego, które pełni jednocześnie rolę centrali wentylacyjnej, instalacji grzewczej oraz podgrzewa wodę.
Urządzenia te są zazwyczaj instalowane przy gruntowych wymiennikach ciepła lub kolektorach słonecznych. Są skonstruowane w oparciu o małą pompę grzewczą, która pobiera ciepłe powietrze z wentylacji lub energię z kolektora.
Poza wymienionymi: pompą grzewczą i kolektorami słonecznymi można oczywiście zastosować tradycyjny kominek. Szczególnie opalany biomasą – stanowi znakomite uzupełnienie ekofilozofii, jaka stoi za budową domu pasywnego.
Należy też pamiętać o tym, że tak ciężko wypracowany bilans energetyczny powinien być wspomagany przez wyposażenie domu w odpowiedni sprzęt AGD – taki, który nie generuje zbyt dużego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Domy pasywne w Polsce
Architektura pasywna w Polsce upowszechnia się powoli; główne bariery leżą chyba bardziej w sferze przekonań, niż faktów.
Po pierwsze pokutuje przekonanie, że w naszym klimacie takie rozwiązania są niewystarczające do utrzymania odpowiedniego komfortu termicznego wewnątrz domu. Badania Instytutu Budownictwa Pasywnego i publikacje miesięcznika Architektura – przeczą tej opinii.
Drugim rozpowszechnionym przekonaniem jest wyobrażenie o niebotycznej cenie takich realizacji. Tymczasem wyliczenia IBP oraz indywidualnych architektów zajmujących się budownictwem pasywnym – pokazują coś innego.
Przykładowo: projekt domu jednorodzinnego na Dolnym Śląsku ukazuje, że udział energii solarnej w bilansie energetycznym domu może wynieść nawet 44 procent, co wraz z uzyskiem bytowym oraz ogrzewaniem z systemu wentylacyjnego, wystarcza swobodnie aby zapewnić komfort termiczny w budynku przez cały rok.
W chwili obecnej w Polsce koszt budowy domu pasywnego to 8 do 15 procent więcej w stosunku do domu budowanego w technologii standardowej. Nie jest to wiele w perspektywie zredukowania kosztów ponoszonych na energię grzewczą- praktycznie do zera!
Dodatkowo, dla porównania – w Niemczech koszty dodatkowe wynoszą jedynie 3-8 procent. Można się spodziewać, że wraz ze wzrostem popularności architektury pasywnej w naszym kraju – koszty te będą malały.
Obecne technologie materiałów izolacyjnych i urządzeń przeznaczonych do budynków pasywnych charakteryzują się coraz lepszymi parametrami i co najważniejsze – są bez kłopotu dostępne na polskim rynku. Ich koszty można nieco obniżyć negocjując z producentami; im również zależy, aby szerzej zaistnieć na rynku.
Należy również wspomnieć, że w Polsce powstają już pierwsze projekty pasywnych budynków użyteczności publicznej: biurowców, hal sportowych a nawet kościoła. Największy projektowany budynek ma mieć powierzchnię 12 tysięcy metrów kwadratowych, co jednoznacznie potwierdza tezę, że budownictwo pasywne w Polsce jest jak najbardziej możliwe.
Stworzenie domu pasywnego nie jest zadaniem łatwym. Już na etapie projektowania wymaga współpracy specjalistów biorących udział w dalszych częściach etapu budowy. Każdy projekt powinien być traktowany indywidualnie, niemniej, jak wskazują badania, współpraca ta i wyższe koszty, jakie niesie ze sobą zastosowanie odpowiednich technologii – na pewno opłacą się w przyszłości.
Źródło zdjęć: www.europassivhaus.de
***
