Budynki o radykalnie obni\
onym zapotrzebowaniu na energie
konwencjonalnÄ…
Tomasz Kisilewicz: Politechnika Krakowska
Termin budynek energooszczędny jest obecnie
bardzo chętnie u\
ywany, chocia\
nie jest do końca
jasne co on naprawdÄ™ oznacza. Mo\
na podejrzewać,
\
e właśnie ta niejasność jest dla niektórych
u\
ytkowników tego określenia bardzo wygodna.
Wprowadzenie wskaz
nika "E", określającego
faktyczne zapotrzebowanie na energiÄ™ dla
standardowego sezonu ogrzewczego, powinno
usunąć wszelkie niejasności i zastąpić trudne do
weryfikacji deklaracje liczbami. Mo\
na oczekiwać,
\
e jeśli dla u\
ytkownika samochodu bardzo wa\
na
jest informacja "ile pali na setkÄ™", to dla u\
ytkownika budynku wartość wskaz
nika E stanie
siÄ™ tak samo wa\
na jak lokalizacja, sÄ…siedztwo, wyposa\
enie itp.
Warto w tym miejscu zauwa\
yć, \
e bardzo szybko ulegajÄ… zmianie wymagania w tym
zakresie i ich społeczny odbiór. Oto przykłady.
Zdecydowana większość wzniesionych i u\
ytkowanych w Polsce budynków to obiekty o
du\
ej energochłonności, spuścizna po latach beztroskiego gospodarowania energią. Wartość
wskaz
nika E dla tych budynków mo\
e wynosić od 200 do 300 i więcej kWh/m2. W 1990
roku pisano w "Materiałach Budowlanych" [1], \
e w przodującej pod względem oszczędzania
energii Szwecji wskaz
nik E wynosi "ju\
tylko 120-I55 kWh/m2 , a w przyszłości realne mo\
e
być osiągnięcie 90-I00 kWh/m2".
Budynek energooszczędny w Krakowie
W krakowskich Bronowicach Wielkich zaprojektowano w (992 i ukończono w 1995 roku
doświadczalny budynek o radykalnie obni\
onym zapotrzebowaniu na energiÄ™ i z biernym
wykorzystaniem energii słonecznej. Niska energochłonnośc tego budynku zarówno na etapie
realizacji jak i eksploatacji (80 kWh/m2a) była jednym z głównych, ale nie nadrzędnym
celem tego przedsięwzięcia. Istotne bowiem równie\
było utrzymanie walorów estetycznych
bryły i jej związku z krajobrazem, a tak\
e poprawnej funkcji wnętrza. Zamiarem autorów
było równie\
zaprojektowanie budynku normalnego, to jest takiego, który byłby prosty pod
względem technicznym, tani i łatwy do zaakceptowania i naśladowania dla potencjalnych
inwestorów. Wszystkie decyzje projektowe były więc przedmiotem wielostronnej analizy i
czasami kompromisem między rozbie\
nymi wymaganiami. Utrzymany został jednak
podstawowy charakter budynku energooszczędnego konsekwentnie realizowany od etapu
kształtowania rzutu i bryły, do eliminacji mostków cieplnych w detalach konstrukcyjnych.
Tymczasem ju\
w 1998 roku nawet polskie, zwykle dość łagodne, przepisy wymagają dla
zwykłych, nowowznoszonych budynków wartości E poni\
ej l00 kWh/m2. ZaÅ› w domach
zasługujących na miano energooszczędnych wskaz
nik ten ma być ni\
szy od 50 kWh/m2.
1
Program badawczy IEA
W tym samy czasie, w ramach programu badawczego IEA (International Energy Agency),
dotyczącego ogrzewania i chłodzenia słonecznego zrealizowanych zostało na całym świecie
15 budvnków doświadczalnych o drastycznie obni\
onym zapotrzebowaniu na energiÄ™
ogrzewania i wykorzystujących w szerszym stopniu energię słoneczną. Udział w programie
wzięły następujące kraje: Austria, Belgia, Kanada, Dania, Finlandia, Niemcy (3 budynki),
Japonia, Holandia, Norwegia, Szwecja, Szwajcaria i USA (2 budynki).
Paradoksalnie jednak, związek warunków klimatycznych z zapotrzebowaniem na energię
ogrzewania jest słaby . Dom fiński, zlokalizowany w najtrudniejszych warunkach
klimatycznych, nale\
y do grupy budynków najoszczędniejszych ze względu na dostarczaną z
zewnątrz energię ogrzewania, a wynika to częściowo z jego wysokiej izolacyjności cieplnej i
przede wszystkim z zaawansowanego wyposa\
enia technicznego. Bardzo niskie, dzięki
wysokiej izolacyjności i odzyskowi ciepła z wentylacji, faktyczne potrzeby energetyczne
budynków w tym programie, są dodatkowo pomniejszane dzięki aktywnemu wykorzystaniu
energii słonecznej, pompom cieplnym, fotoogniwom lub sezonowemu magazynowaniu
energii słonecznej. Średnia wartość zapotrzebowania na energię ogrzewania dostarczaną z
zewnątrz została więc w ten sposób obni\
ona do 15 kWh/m2 . Natomiast skrajny wynik
uzyskano w przypadku budynku w Berlinie (D-2), który jest obiektem o zerowym
zapotrzebowaniu na ciepło dostarczane z zewnątrz.
Budynki pasywne - europejski program CEPHEUS
W ramach programu, którego realizacje rozpoczęto w 1998 roku, ma powstać w sumie 250
domów pasywnych. Kilkadziesiąt budynków, spełniających wymogi programu, wzniesiono
ju\
w Niemczech.Dom Pasywny zapewnia komfort termiczny we wnętrzu tylko przy tzw.
uzupełniającym systemie ogrzewania konwencjonalnego, u\
ywanym w najchłodniejszych
jedynie okresach roku.
Jest to mo\
liwe poprzez:
" radykalne ograniczenie strat cieplnych
" maksymalizację pasywnych (biernych) zysków słonecznych.
2
Cele programu:
1. Wykazanie technicznej wykonalności budynków o krańcowo niskim zapotrzebowaniu
na energiÄ™ konwencjonalnÄ…
2. Niski koszt dodatkowy ma być w budynku pasywnym szybko kompensowany
oszczędnościami przy eksploatacji.
3. Badanie zachowania i akceptacji u\
ytkowników takich budynków
4. Wprowadzenie na rynek europejski Domu Pasywnego jako poszukiwanego towaru
handlowego.
5. Dom Pasywny musi stać się wa\
nym elementem zrównowa\
onego rozwoju
technicznego i ochrony środowiska naturalnego.
Podstawowe cechy techniczne budynków pasywnych:
" Bierne zyski słoneczne
Optymalne oszklenie poÅ‚udniowe (Ä…30°)
Zyski słoneczne stanowią ok. 40% zapotrzebowania
" SuperizolujÄ…ce oszklenie
Nisko-emisyjne oszklenie 3-szybowe, U =< 0.75 W/(m2K)
Przepuszczalność promieniowania słonecznego powy\
ej 50%
" SuperizolujÄ…ce ramy
Miejscowy współczynnik przenikania ram poni\
ej 0.8 W/(m2K)
" Powłoka budynku
Superizolacja przegród nieprzez
roczystych, U =< 0.1 W/(m2K)
" Mostki termiczne
Konstrukcja wolna praktycznie od mostków termicznych Y mniejsze od 0.01 W/(mK)
" Szczelność infiltracyjna
Szczelna powłoka zewnętrzna budynku.
Wymiana powietrza przy badaniu ró\
nicą ciśnień 50Pa: mniej ni\
0.6 1/h
" Wentylacja
Wentylacja wymuszona, usuwanie powietrza z pomieszczeń wilgotnych.
Wymiana powietrza na poziomie 30m3 na osobÄ™
" Odzysk ciepła z powietrza wentylacyjnego
Przeciwprądowy wymiennik ciepła
Sprawność wymiany ciepła h >= 80%
" Odzysk ciepła utajonego z powietrza wentylacyjnego
Kompaktowa pompa cieplna, max. ObciÄ…\
enie 10 W/m3.
" Gruntowy wymiennik ciepła
Wstępne podgrzewanie powietrza zewnętrznego poprzez zasysanie przez wę\
ownicÄ™
w gruncie, temperatura świe\
ego powietrza powy\
ej +8°C.
" Ogrzewanie konwencjonalne
System zredukowany do minimum, np. nadmuch ciepłego powietrza połączony z
wentylacjÄ… mechanicznÄ…Zapotrzebowanie na konwencjonalnÄ… energiÄ™ ogrzewania
=< 15 kWh/(m2a)
" Energooszczędne wyposa\
enie domu
Całkowite zu\
ycie energii na ogrzewanie, ciepłą wodę i gospodarstwo domowe
poni\
ej 42 kWh/(m3a)
3
Wnioski ogólne dla budownictwa polskiego
Podwy\
szanie izolacyjności nieprzez
roczystych przegród zewnętrznych jest działaniem dość
naturalnym i w przypadku budynków nowoprojektowanych względnie tanim. Grubości
warstw izolacyjnych powy\
ej 30 czy nawet 40 cm, prawdopodobnie w ciÄ…gu niewielu lat,
będą rozpowszechnione nie tylko dla stropów ale i dla ścian. Spotykane czasami wątpliwości
na temat "nadmiernego zaizolowania i uszczelnienia przegród" nie mają \
adnych podstaw
merytorycznych, a realizacje wielu ju\
obiektów o takich cechach tę opinię potwierdzają
Granicą ciągle powiększanej izolacyjności wydaje się być nie tyle nawet wartość
ekonomicznie uzasadniona, co raczej osiągnięcie mało znaczącego poziomu w bilansie
ogólnym strat cieplnych przez te przegrody.
We współczesnych budynkach o podwy\
szonej izolacyjności ogromne znaczenie mają
natomiast straty ciepła przez otwory przeszklone, a co za tym idzie kwestia wielkości
przeszklenia. Podwy\
szenie izolacyjności cieplnej oszklenia, wpływa nie tylko na radykalne
ograniczenie całości strat cieplnych z budynku, ale jest tak\
e kluczowym warunkiem
wykorzystania energii słonecznej
Programy badawcze potwierdzajÄ…, \
e poprzez stosowanie układów kilku szyb i powłok
niskoemisyjnych oraz izolacyjnych przekładek dystansowych mo\
na realnie zmniejszyć
przenikanie ciepła przez oszklenie nawet do wartości 0.5 W/m2K. Podobny efekt izolacyjny
mo\
na uzyskać równie\
stosując izolację półprzepuszczalną. Tak niskie współczynniki
przenikania ciepła dla oszklenia umo\
liwiają zmianę pozycji biernych zysków słonecznych w
bilansie budynku z marginalnej nawet na. dominujÄ…cÄ….
Programy badawcze po raz kolejny potwierdziły równie\
konieczność wznoszenia szczelnych
budynków, wyposa\
onych w system wentylacji mechanicznej i bezwzględnie wymiennik
ciepła. Ilościowa redukcja wymiany powietrza poni\
ej minimum higienicznego nie jest
mo\
liwa. Stosowanie materiałów o małej paroprzepuszczalności dodatkowo podwy\
sza
wymagania wentylacyjne. Odzysk ciepła z powietrza usuwanego jest więc jednym z
podstawowych rozwiązań budownictwa energooszczędnego. Centralna wentylacja
mechaniczna umo\
liwia zastosowanie równie\
bardzo prostego pod względem technicznym
gruntowego wymiennika ciepła, szerzej stosowanego dotąd tylko w Niemczech. Wydaje się,
\
e mo\
e on być bardzo praktyczną alternatywą dla. zaawansowanych technicznie urządzeń.
Nadaje siÄ™ on do samodzielnej, niefachowej realizacji, nie wymaga du\
ych ilości energii z
zewnątrz, nie ma. problemów związanych ze szronieniem i kondensacji nie powoduje
zapewne nadmiernego wychłodzenia gruntu, a wreszcie jego koszt jest niski.
Tomasz Kisilewicz
4