Technologie energooszczędne w budownictwie.
Wśród barier rozwojowych budownictwa największa do pokonania jest bariera energetyczna. Średnie zużycie energii w budownictwie na ogrzewanie i ciepłą wodę wynosi w naszym kraju ok. 385-450 kWh/m2, podczas gdy w krajach wysoko rozwiniętych 80-120 m2. Na całym świecie prowadzone są intensywne prace nad nowymi technologiami, w wyniku czego powstają już osiedla o wskaźniku zużycia energii od 15-48 kWh/m2.
Czynnikami istotnymi, wpływającymi na zmniejszenie strat energii przez budynek są:
położenie topograficzne
osłona od wiatru
kształt budynku
dobra izolacyjność przegród
położenie i otwartość na słońce
wielkość i wyposażenie powierzchni przeszklonych
wykorzystanie efektu cieplarnianego przy szklanych ścianach
wykorzystanie dużych części budynku jako masy magazynującej
Najważniejszymi działaniami są:
optymalizacja bilansu cieplnego budynku przez jego kształt, geometrię i strukturę
redukowanie ulatniania się ciepła przez zewnętrzne ściany budynku za pomocą izolacji
zmniejszenie strat ciepła oddawanego przez okna
Kształt budynku
Budynek energooszczędny powinien charakteryzować się minimalną powierzchnią w stosunku do kubatury. Idealną formą jest kształt kulisty bo cechuje go najmniejsza powierzchnia rozwinięcia. W czasie projektowania obiektu należy szczególnie zwrócić uwagę na takie parametry, jak: wysokość pomieszczenia w świetle, stosunek powierzchni dachu do powierzchni ścian, ilość kondygnacji. Istotnym czynnikiem zmniejszającym popyt na energię cieplną jest zwartość zabudowy. Ponadto na zewnątrz sam rzut poziomy budynku powinien być tak podzielony, aby pomieszczenia ogrzewane do 20C były skierowane na południe, a pomieszczenia zimne (10-15C) po stronie północnej i wschodniej.
Konstrukcja
Na ukształtowanie konstrukcyjne składają się: ustrój nośny i struktura jego obudowy zewnętrznej. Elementy te powinny charakteryzować się właściwą akumulacją cieplną. Optymalnym rozwiązaniem jest konstrukcja mieszana bądź tradycyjna, wykorzystująca masę termiczną w postaci betonu monolitycznego.
Izolacja ścian zewnętrznych
Największe znaczenie dla ochrony energii ma warstwa izolacji cieplnej. Dzięki zwiększeniu „k” podwyższa się temperaturę na powierzchni wewnętrznej. Pomimo tego, że na rynku polskim firmy oferują wiele systemów docieplenia, generalnie opierają się one na dwóch metodach - suchej i mokrej. W metodzie suchej elementy systemu mocuje się przy użyciu łączników mechanicznych, a w metodzie mokrej - za pomocą mas klejących. W metodzie suchej zewnętrzną warstwą są profilowane stalowe, ocynkowane i powlekane. Wyprawą elewacyjną w metodzie mokrej są najczęściej różne rodzaje tynków - akrylowy, mineralny, silikonowy, mineralny polimerowy, silikatowy. Wspólną cechą bardzo wielu rozwiązań jest zastosowanie jako materiału termoizolacyjnego samogasnącego styropianu lub wełny mineralnej o dużej wytrzymałości na rozrywanie siłą prostopadłą do powierzchni.
Izolacja otworów okiennych i drzwiowych
Dla domu bez izolacji straty ciepła przez otwory wynoszą 28 %. Szacuje się, że w Polsce można przyjąć, iż straty przez okna i drzwi w budynkach mieszkalnych są porównywalne do strat przez ściany zewnętrzne. Dobrze zaprojektowane okna będą powodować dodatkowy dopływ energii.
Generalnie okna spełniają 5 funkcji energetycznych:
dostarczanie energii słonecznej zimą
ograniczanie ingerencji promieniowania słonecznego latem
dostarczanie światła dziennego
zabezpieczenie izolacji i szczelności w okresie grzewczym
zagwarantowanie naturalnej wentylacji
Wśród elementów zmniejszających straty ciepła przez otwory okienne można wyróżnić: okiennice, rolety, zasłony.
Ściany kolektorowe.
Zadaniem energetycznym tego typu przegrody jest absorpcja, gromadzenie, rozprowadzanie i magazynowanie energii. W tym celu zewnętrzna faktura i barwa ściany sprzyja pochłanianiu promieniowania słonecznego, a duża pojemność cieplna dobranego materiału umożliwia magazynowanie ciepła.
Ściana Trombe'a - Michela.
Umożliwia pośrednie przenoszenie do wnętrza budynku energii cieplnej pochodzącej z promieniowania słonecznego. Przegroda ta jest masywna, zbudowana ze ściany betonowej o grubości 0.30 m z otworami u góry i u dołu, osłonięta z zewnątrz podwójną szybą oddaloną od ściany o 0.10 m. Jest pomalowana na czarno od strony zewnętrznej.
Ściana wodna.
Do magazynowania energii cieplnej używa się w niej wody w pojemnikach nierdzewnych. Osłonę ściany stanowi szklana szyba zabezpieczana na noc, szczególnie zimą, opuszczanymi płytami izolującymi. Po raz pierwszy zastosowano ją w Nowym Meksyku.
Ściana z cegły słonecznej.
Jest nieprzezroczystą ścianą zamienioną w plaster miodu, złożoną z prostych, ułożonych obok siebie elementów. Cegła słoneczna zbiera energię słoneczną na ścianie zewnętrznej nie stykającej się bezpośrednio z powietrzem zewnętrznym, ale oddzielonym od niego przezroczystymi pasmami szkła i powietrzem o ograniczonej konwekcji. Przepuszczają promieniowanie widzialne, lecz nie przewodzą ciepła.
Ściana diodowa.
Jest to typ ściany działającej jak dioda termiczna. Składa się z warstwy powietrza nagrzewanego przez kontakt z malowanym na czarno arkuszem rozciągniętej, metalowej siatki umieszczonej pod szybą ze szkła selektywnego. Sztywny izolator składa się z kulek ze szkła piankowego zanurzonych w piance poliuretanowej.
Ściana wielofunkcyjna.
Najnowsze dążenia architektów mają na celu stworzenie idealnej, niosącej nową jakość pod względem technicznym ściany, która łączyłaby w sobie wszystkie funkcje zarówno pełnej ściany, jak i okna. Byłaby jednocześnie absorberem, wytwornikiem energii elektrycznej, a także posiadałaby zdolność do fleksybilności w zależności od zmieniający się bodźców i czynników zewnętrznych.
Kolektory.
Kolektory płaskie.
Zyskały dużą popularność ze względu na nieskomplikowany montaż, łatwość wykonania i konserwacji. Kolektor składa się z przezroczystej, szklanej osłony - zmniejsza straty ciepła i zabezpiecza kolektor przed wpływem czynników atmosferycznych. Składa się z płyty pochłaniającej, izolacji cieplnej i ramy jączącej poszczególne części kolektora.
Kolektory dzielimy ze względu na materiał przewodzący ciepło, na:
wodne
powietrzne
olejowe
Ekrany refleksyjne.
Jest to powierzchnia lustrzana płaska lub wklęsła służąca do zwiększenia wydajności kolektora słonecznego. Nad lub pod kolektorem słonecznym zamocowane jest zwierciadło, które zależnie od przyjętej koncepcji może być nieruchome i przeznaczone do stałego oddziaływania lub też składane na dach w zależności od potrzeby nagrzewania.
Kolektory koncentrujące.
Składają się z różnych układów luster lub soczewek w celu zwiększenia gęstości strumienia promieniowania słonecznego. Dla zapewnienia prawidłowej pracy kolektora niezbędne jest wyposażenie go w heliostaty umożliwiające obrót wraz z ruchem Słońca, tak by promienie koncentrowały się w ognisku kolektora.
Kolektory pomocnicze.
Są to wolnostojące kolektory płaskie i koncentrujące, używane jako ogrzewanie wspomagające, usytuowane na gruncie dachu lub przymocowane na balustradzie balkonu.
Pompy ciepła.
Są to urządzenia, które służą do przetwarzania ciepła z niższego poziomu energetycznego na poziom wyższy poprzez wkład pracy mechanicznej, ciepła lub energii elektrycznej.
W zależności od rodzaju tego czynnika pompy ciepła dzielą się na:
sprężarkowe
absorpcyjne
termoelektryczne
Ważnym czynnikiem działania pomp jest wykorzystanie energii zawartej w tzw. źródłach niskotemperaturowych. Są nimi: ziemia, wody podziemne i powierzchniowe, powietrze lub z innej grupy: ścieki, spaliny, woda systemów chłodzących, opary technologiczne.
Wady:
W przypadku zbyt wielkiej szczelności okien istnieje możliwość zatrzymania pary wodnej, co prowadzi do zawilgocenia pomieszczenia.
W ścianach Trombe'a - Michela może nastąpić przegrzanie powietrza pokojowego występujące po bezchmurnych dniach wiosną i jesienią.
W ścianie wodnej trudnością jest stworzenie zagrożenia dla obudowy domu i trwałości ścian.
Wysoki koszt niektórych części urządzeń, np. heliostatu w kolektorze i złożoność konstrukcji.
Zalety:
ekologiczne
zmniejszenie zużycie energii
w przypadku pomp ciepła zużycie paliwa lub gazu nie powoduje żadnego zagrożenia dla środowiska
ekonomiczne
użycie wody jako magazynatora energii cieplnej jest tanie, łatwe do zastosowania i w porównaniu do betonu woda ma dwa razy większą pojemność cieplną, a w stosunku do muru z cegły nawet trzy razy
zdrowotne - użytkownicze
praktycznie wszystkie elementy składowe technologii energooszczędnej są zdrowe dla człowieka, przyjazne dla środowiska, łatwe i wygodne w użyciu
Forum Energetyczne w Bad Oyenhausen - obiekt, w którym zostały zaprezentowane i zastosowane najnowocześniejsze osiągnięcia związane z pozyskiwaniem i oszczędzaniem energii.
Konstrukcja ścian zewnętrznych:
żelbetowa konstrukcja monolityczna
powierzchnia ścian zewnętrznych została pokryta białym tynkiem na warstwie styropianu
przeszklenia wykonano z dwóch rodzajów szkła
Ocieplenie transparentne składające się z trzech warstw:
drobne rurki szklane zamknięte hermetycznie między dwoma szybami bezpiecznymi
masywna ściana akumulująca wytworzone ciepło
ruchome rolety
Oprócz tego zastosowano dwa rodzaje kolektora: słoneczny i powietrzny oraz heliostat. Budynek wyposażony jest w urządzenia do odzysku energii. Forum Energetyczne ogrzewane jest przy pomocy skorelowanego systemu grzewczo- prądotwórczego. Zastosowano nowoczesny kocioł grzewczy. Również chłodzenie odbywa się w bardzo ciekawy sposób- mianowicie wykonano sufity podwieszone, w których znajduje się zintegrowany system chłodzenia wodą.
Bibliografia:
1. „Architektura”, Murator;
2. „Projektowanie architektoniczno - budowlane”;
3. artykuły z czasopism architektonicznych;