Maksymalna oszczędność energii dzięki pasywnym domom
21 sierpnia 2008
 Dostępne finansowo domy pasywne są strategią przeżycia
To raczej niezwykłe, że w specjalistycznym czasopiśmie ktoś zwraca się do Państwa osobiście. Mimo wszystko chcę to zrobić.
Czy naprawdę interesuje Państwa, w jaki sposób zbudować dom albo zrekonstruować (zmodernizować) stary, maksymalnie oszczę-dzając przy tym energię?
Z ręką na sercu! Chodzi Państwu o oszczędność energii czy o oszczędność pieniędzy?
Któż bowiem ma osobisty stosunek do tego, co nazywamy energią?
Wiem, że energia sama w sobie nie ma żadnej wartości w społeczeństwie myślącym liberalnie i ekonomicznie.
Energia jest warta tylko tyle, ile każdy musi za nią zapłacić. Kto w ogóle wychodzi poza horyzont dystrybutorów energii? Który architekt interesuje się energią? A może Państwo są wyjątkiem. Czy ochrona klimatu naprawdę jest Państwa celem?
Nie mamy już żywotnego stosunku do dóbr stworzenia, ani też do samej tajemnicy stworzenia. Któż by już teraz myślał o tym, że w krótkim czasie sprawa będzie dotyczyła przeżycia, kiedy wyczerpią się kopalne nośniki energii: ropa naftowa, gaz ziemny, uran, węgiel brunatny, a potem też węgiel kamienny?
W oczywisty sposób marnuje się energię tylko dlatego, że jest tania. A raczej - była tania!
Koncepcja domu pasywnego została stworzona przed około 20 laty przez dra Wolfganga Feista j jego współpracowników w Instytucie Mieszkalnictwa i Środowiska Institut für Wohnen und Umwelt (instytucja państwowa kraju związkowego Hesji w Niemczech), ponieważ wespół z wieloma podobnie myślącymi osobami cierpiał z tego powodu, że państwa i społeczeństwa w obu częściach Niemiec sprzysięgły się, aby tą tanią energię pozyskiwać w przyszłości przede wszystkim z elektrowni atomowych. Na koszt państwa i bez względu na to, jakie zagrożenie i jakie szkody są z tym związane - zarówno dla ludzi jak i pozostałej biosfery. Był to socjalistyczny sposób myślenia, jaki występował i występuje jeszcze również w zachodnich społeczeństwach.
Pytanie ekspertów duńskich, szwedzkich i niemieckich (Adamson, Feist i inni) brzmiało:
Czy budynek może izolować tak dobrze, że:
- ciepło odpadowe emitowane przy wykorzystywaniu energii wewnątrz zamieszkałego domu (które tak czy owak zawsze występuje)
oraz
- energia słoneczna wchodząca przez okna,
wystarczą do ogrzania budynku?
Ciepło odpadowe powstaje podczas gotowania, chłodzenia lodówki, podczas prania w pralce i ręcznie, przy przygotowywaniu i wykorzystywaniu ciepłej wody, pochodzi od komputera i wszelkich innych urządzeń elektrycznych itd. Nawet ciepło ciała ludzkiego jest ciepłem, które można wykorzystać.
Od odpowiedzi na wyżej postawione pytanie zależało, czy możliwe będzie zamieszkiwanie masowego społeczeństwa Europy w północnych strefach klimatycznych również wtedy, kiedy ropa naftowa, gaz ziemny itd., w dającej się przewidzieć przyszłości, staną się bardzo drogie i bardzo rzadkie i praktycznie nie będą już dostępne wszystkim warstwom społecznym.
Ilustracja 2 Roczny bilans energetyczny budynku zgodnego z obowiązującymi przepisami izolacji cieplnej (z lewej) i domu pasywnego (z prawej) Efekt wzmacniający wskutek stałego pozyskiwania energii (energia słoneczna okien i żródła wewnętrzne) w zakresie małych strat: Redukcja strat energetycznych o 74% przynosi oszczędność energii grzewczej w wysokości 87%
Odpowiedź na postawione pytanie brzmi: tak, jest to możliwe, jeżeli zrezygnujemy z pokrycia bilansu energetycznego w szczycie zimowym, czyli przy ekstremalnej pogodzie zimowej (to wprawdzie niewiele dni, ale nie tylko te najzimniejsze) i w tych nielicznych dniach trochę będziemy dogrzewać.
Zapotrzebowanie energetyczne na ogrzewanie będzie tym mniejsze, im lepsze jest izolujące działanie okien i im lepiej będzie zharmonizowany wpływ energii słonecznej przez okna w zimie i latem (wtedy nie może być zbyt wysoki!). Projektowanie domu pasywnego było z tego powodu małym majstersztykiem. Do tego dochodzą jeszcze specjalne życzenia inwestorów, które nie zawsze można spełnić!
Obecnie dysponujemy pakietem projektowym Dom Pasywny jako narzędziem, dzięki któremu za pomocą tabel kalkulacyjnych można obliczyć dom pasywny również bez symulacji dynamicznej na komputerze. Projekt ten ma być wkrótce przełożony na język polski.
Domy pasywne zdały swoją próbę w praktyce. Elementy budownictwa pasywnego są bardzo rozwinięte, wypróbowane na wiele rodzajów i są dostępne na rynku europejskim. Dotychczas z powodzeniem wybudowano tysiące domów w Niemczech, Austrii, Szwajcarii i innych krajach.
Unia Europejska (DG 17, program Thermie) wspierała ten rozwój swoim projektem CEPHEUS w latach 1998 do 2001. W wymienionych trzech krajach oraz w Szwecji i Francji powstały domy pasywne różnego rodzaju. Obok oceny naukowej przeprowadzono porównanie z takimi samymi budynkami według narodowych standardów izolacji cieplnej. Wszystkie 250 jednostek mieszkaniowych w 14 budynkach spełniło surowe kryteria standardu domu pasywnego.
Zaskoczeniem długoletniego rozwoju jest to, że całość udaje się bez znacznych kosztów dodatkowych inwestycji! W Niemczech jest to 10-15 % w porównaniu z aktualnie obowiązującym standardem izolacji cieplnej (Rozporządzenie w sprawie oszczędzania energii EnEV 2002). W Polsce przy aktualnych cenach maksymalnie 30 %. Projekt CEPHEUS potrzebował dla średniej swoich 14 budynków w 7 krajach europejskich 8 %.
Pozostając przy pieniądzach: dodatkowe koszty są ekonomicznie uzasadnione, ponieważ zwrócą się dzięki zaoszczędzeniu na kosztach energii grzewczej w ciągu kolejnych lat. Mówimy o pełnych kosztach, również w odniesieniu do budynków! Wszędzie w gospodarce kalkulowane są koszty całościowe, czyli suma kosztów inwestycyjnych + koszty eksploatacyjne. Te drugie stanowią sumę lat użytkowania. Dlaczego więc nie robi się tego przy budynkach? W przeciwnym wypadku żadna modernizacja nie będzie ekonomiczna!
Czynsz z ogrzewaniem (suma czynszu + koszty ogrzewania) nie jest droższy w przypadku domów pasywnych. Przedsiębiorstwo mieszkaniowe LUWOGE firmy BASF w Ludwigshafen zmodernizowało energetycznie mieszkania za pomocą elementów pasywnych. Zdecydowało się na odważny krok i nie umieszcza już kosztów ogrzewania dla tych mieszkań na rachunku. Dodatkowe koszty pomiaru, odczytu i obliczenia kosztów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody byłyby wyższe niż same koszty energii. Dodatkowa możliwość poprawienia ekonomii!
Wraz ze wzrostem cen i rozwojem produkcji elementów domów pasywnych również w Polsce domy pasywne będą się stawać atrakcyjne ekonomicznie. Rozwój domów pasywnych nie ma na celu poprawy ekonomiczności, lecz długotrwałość efektu. Główną sprawą są zalety niemonetarne: zabezpieczenie egzystencji przy uszczupleniu i podrożeniu paliw, wkład w ochronę globalnego klimatu i lokalnej jakości powietrza, podniesienie wygody i ochrony zdrowia mieszkańców i poprawa bezpieczeństwa zaopatrzenia paliwowego w skali narodowej.
Kryteria standardu domu pasywnego
Standard domu pasywnego redukuje zapotrzebowanie energetyczne do ogrzewania nowych budynków rocznie do niskiego poziomu wynoszącego
Jest to 1:7 zapotrzebowania energetycznego w porównaniu z niemieckim standardem izolacji cieplnej nowych budynków.
Powierzchnią odniesienia (oznaczaną jako powierzchnia mieszkalna) jest powierzchnia nadająca się do zamieszkania w obrębie powłoki termicznej. Co oznacza powłoka termiczna zostanie jeszcze wyjaśnione.
Jest jeszcze kryterium dodatkowe, którego nie będziemy omawiać szczegółowo:
Zapotrzebowanie na energię pierwotną w mieszkaniu czy domu włącznie z wszystkimi zastosowaniami energii nie może przekraczać 120 kWh/m² w roku. Energia pierwotna to energia z surowców. W przypadku prądu jest to np. węgiel służący do jego wytworzenia. Dzięki instalacji słonecznej do przygotowania ciepłej wody i dzięki energooszczędnym urządzeniom domowym łatwo spełnić to kryterium, jeżeli zachowane będzie to pierwsze.
Domy pasywne nie są więc domami o zerowym zapotrzebowaniu energetycznym. Łatwiej jest utrzymać bądź zgromadzić na zimę jako zapas niewielką resztę zapotrzebowania energetycznego w formie (bio)paliwa niż zmagazynować energię słoneczną latem na okres szczytu zimowego w ogromnym zasobniku (10-20 m³ na mieszkanie lub dom).
Jak powiedziano, w przypadku domów pasywnych rezygnuje się świadomie z dodatkowej techniki dalszej redukcji zapotrzebowania energetycznego na ogrzewanie, po to aby utrzymać nakład inwestycyjny w optymalnej proporcji do korzyści energetycznej. Mimo to domy pasywne można łatwiej niż wszystkie inne budynki udoskonalić jako domy o zerowym zapotrzebowaniu energetycznym, a nawet jako małe elektrownie netto (wliczając wszystkie rodzaje energii), kiedy np. dojdzie do tego np. instalacja fotonowa do wytwarzania prądu. Rozstrzygający jest przy tym zawsze zakładany cel.
Komponenty budownictwa pasywnego
Komponenty jako całość
Objaśnienie znaków we wzorach znajduje się na końcu artykułu.
Wystarczy spojrzeć na tabelę: nie są to żadne nadzwyczajne środki. Są to rzeczy będące poziomem techniki budowlanej dla domu, w którym z energii ma się korzystać oszczędnie. W niektórych krajach europejskich należą one również do ustawowego standardu izolacji cieplnej.
Naprawdę nowe są:
- niezbędność instalacji wentylacyjnej i szczelna konwekcyjnie powłoka
- odzyskiwanie ciepła w instalacji wentylacyjnej.
Sztuka projektowania domów pasywnych polega na optymalnym zharmonizowaniu komponentów w celu spełnienia kryteriów wymienionych w rozdziale 2.
Wyłącznie ich spełnienie w dowodzie rachunkowym decyduje o tym, czy dany projekt jest domem pasywnym.
Nie mniej jednak: szczelność powietrzną należy wykazać testem blower-door. Budynek w gotowym stanie surowym jest poddawany nadciśnieniu i podciśnieniu 50 Pa i mierzony jest strumień objętości w m³/h, jaki potrzebny jest dla utrzymania ciśnień.
Stopień wymiany powietrza (stosunek strumienia objętości do objętości przestrzennej budynku) „n“ musi być przy tym poniżej 0,6. W przeciwnym wypadku nieszczelności powłoki konwekcyjnej są zbyt duże i energooszczędna instalacja wentylacyjna z wmontowanym wymiennikiem cieplnym do odzyskiwania ciepła nie będzie właściwie rozwijać swojego działania.
Cechy szczególne domu pasywnego tkwią w:
- parametrach ostatniej kolumny tabeli 1, czyli w intensywności zastosowania powszechnych i odpowiednich środków: w mocnej izolacji cieplnej, w ograniczeniu strumienia objętości instalacji wentylacyjnej do 30 m³ na godzinę i osobę, w wysokim stopniu szczelności powietrznej powłoki budynku itd.
- jakości projektu budowlanego i wykonania (odnośnie zabezpieczenia jakości patrz rozdział 4) i
- · w optymalnym zharmonizowaniu komponentów z pakietem projektowym domu pasywnego.
„High tech“ domu pasywnego tkwi w oknach i instalacji wentylacyjnej z odzyskiwaniem ciepła. Muszą one być dostosowane do pasywnych domów i posiadać certyfikaty. Nie można liczyć na parametry, których nie można zagwarantować i kiedy nie są porównywalne z założeniami programu obliczeniowego.
Powłoka termiczna
Jest to zamknięta izolacja wszystkich powierzchni zewnętrznych budynku. Nie może ona mieć luk i musi być wykonana w miarę możliwości bez mostków cieplnych. Jak gruby skafander!
Odnośnie grubości izolacji cieplnej odsyłamy do tabeli 1.
Pozbawiana mostków cieplnych oznacza: mostki cieplne powodują dodatkową utratę ciepła o wartości mniejszej niż 0,01 W/K (= 0,35 W przy delta t = 35 K) dla mostków punktowych i mniej niż 0,01 W/K na jednym metrze długości liniowego mostka cieplnego.
Powłoka konwekcyjna
Składa się ze sklejonej ze sobą folii dyfuzyjnej. W obszarze ścian zewętrznych nowych budynków jest to tynk wewnętrzny ze szczelnymi gniazdkami elektrycznymi lub zrobionymi szczelnie gniazdkami. Również wszystkie inne przejścia przez tę powłokę (przewody rurowe, kable itd. muszą być pojedynczo uszczelnione.
Wszystkie przejścia trzeba okleić specjalnymi taśmami klejącymi i klejem, np. przejście między tynkiem wewnętrznym a podłożem. Tak samo między ramami okiennymi a ścianami itd. itd. Wymagana jest maksymalna ostrożność.
Zabezpieczenie jakości
- przy projektowaniu i przygotowaniu
Proszę nie projektować domu pasywnego, jeżeli nie mają Państwo specjalnego wyszkolenia i własnego doświadczenia! Proszę nie zwlekać z nawiązaniem kontaktu z wymienionymi na końcu artykułu partnerami w celu doradztwa w zakresie aspektów budownictwa pasywnego!
Doradca z zakresu domów pasywnych przeprowadzi obliczenia, zleci razem z architektem wykonanie niezbędnych zaleceń i sporządzenie audytu oraz certyfikację.
- przy realizacji
Tu sprawa wygląda podobnie: specjalne wyszkolenie albo poinstruowanie pracowników budowlanych jest niezbędne, jeżeli nie mieli jeszcze doświadczeń z budową domów pasywnych.
Dotyczy to też szczególnego nadzoru budowlanego komponentów budownictwa pasywnego, jeżeli inspektor nadzoru nie ma bogatej wiedzy na temat domu pasywnego.
Zasada generalna: nie majsterkować! Stosować można wyłącznie elementy i technologie budowlane dopuszczone i nadające się do domu pasywnego. W tym celu Instytut Domu Pasywnego aktualizuje na bieżąco odpowiednią listę (pod adresem www.passiv.de).
Certyfikacja polskich elementów budowlanych jest jednym z następnych kroków. Budowlańcy mogą wiele zrobić samemu, ale wyłącznie za pomocą takich elementów i technologii.
Domy pasywne osiągają najwyższy komfort termiczny
Zamiast „komfort termiczny“ można też powiedzieć: wygoda. Po prostu czujemy się dobrze! Domy pasywne mają zawsze dobrą jakość powietrza i wszędzie jest tak samo ciepło. Oczywiście jeżeli nie popełniono jakichś dużych błędów, ale to dotyczy chyba ogólnie budownictwa.
Jeżeli części mieszkania, np. sypialnia, mają być chłodniejsze, trzeba je odłączyć termicznie. To zwiększony nakład inwestycyjny z dodatkowymi kosztami. W tym wypadku można jednak też otworzyć okno. Przynosi to straty energii, a przez to też dodatkowe koszty. Obliczenia wykazały, że utrzymują się one w wąskich granicach.
W domach pasywnych wykluczone jest powstawanie pleśni z powodu zimnych narożników itd., również kiedy w rogu stoi szafa.
Okna domów pasywnych po stronie wewnętrznej są tak ciepłe, że nie powstaje prąd zimnego powietrza od okien. Z tego wynika, że grzejniki nie muszą być montowane pod oknami. Małe grzejniki mogą być umieszczone centralnie. To oznacza krótsze przewody instalacyjne.
Latem powstaje przyjemny klimat, kiedy włączymy na chwilę wentylację. Wtedy wymiennik ciepła obchodzony jest bajpasem, a powietrze schłodzone w wymienniku ziemnym trafia prosto do budynku. Poza tym budynek może utrzymywać chłód poprzez naturalne wietrznie w nocy i zamykanie okien na dzień. Lepiej niż każdy inny dom.
Termomodernizacja z pomocą elementów domu pasywnego
Budynki istniejące można poprawić energetycznie wykorzystując elementy budownictwa pasywnego redukując zapotrzebowanie energii grzewczej poniżej 30 kWh/m²*a. Co najmniej w stosunku 7:1 (również 10:1) do stanu wyjściowego, w którym nie było żadnej aktywnej ochrony cieplnej.
Istnieją praktyczne i zmierzone przykłady ze społecznego budownictwa mieszkaniowego. Wspomniano już przykład przedsiębiorstwa mieszkaniowego LUWOGE firmy BASF. Innym jest blok mieszkalny z 10 mieszkaniami z lat 30-tych Towarzystwa Budowy Mieszkań w Norymberii.
Domy pasywne są proste i prowadzą do celu
Idea domu pasywnego ma jasny cel: za pomocą niewielkiego dodatkowego nakładu w czasie budowy zaoszczędzić maksymalnie dużo energii podczas eksploatacji.
W porównaniu ze wszystkim, co nazywa się architekturą solarną, domy pasywne są proste. Coraz więcej architektów solarnych interesuje się budownictewm pasywnym.
Również dobra architektura solarna może zredukować zapotrzebowania na energię grzewczą jedynie do 15 kWh/m², co już jest wartością bardzo niewielką. Jest to jednak trudne. Najczęściej domy architektury solarnej zużywają więcej energii. Przede wszystkim jednak są droższe.
Domy pasywne nie potrzebują klimatyzacji do ochrony przed przegrzaniem w lecie. Letnią ochronę cieplną można zrealizować za pomocą prostych środków, po części też i bez dodatkowego wyposażenia jak markizy, żaluzje, zacienienie poprzez występy na fasadach itd.
Z pomocą pakietu projektowego domu pasywnego można również z góry wyliczyć ochronę przed przegrzaniem w lecie!
Nie ma jednego domu pasywnego. Są tylko domy pasywne. Prawie każdą architekturę można ukształtować jako dom pasywny, jeżeli utrzymamamy w ryzach ilość i rozmiar mostków cieplnych (narożniki ścian zewnętrznych, przejścia, przerwy itd.).
Prawie każdy rodzaj budynków można zrealizować jako dom pasywny. Są już szkoły, biurowce, fabryki, budynki mieszkalne, przedszkola itd. Agencja projektowa Fundacji Kultury Ekologicznej w Jeleniej Górze jest zainteresowana przygotowaniem projektów polskiej architektury regionalnej jako domów pasywnych lub termomodernizacji budynków istniejących za pomocą elementów budownictwa pasywnego.
W większości wypadków następuje przy tym podniesienie jakości architektonicznej, również kiedy niezbędne są uproszczenia.
Gotowy do realizacji jest polski projekt domu jednorodzinnego architekta Wojciecha Drajewicza. Jego projekt wygrał w 2000 roku ogólnopolski konkurs „Dom dostępny“.
Domy pasywne są też i dlatego proste, ponieważ w przeciwieństwie do „terapii wieloetapowej“ prowadzą izolację cieplną w jednym etapie aż do maksymalnej wartości, która w oparicu o aktualny stan techniki jest ekonomicznie sensowna. Działania należy zaplanować i zrealizować jako pakiet całościowy.
Koncepcja domu pasywnego jest ukierunkowana na odniesienie sukcesu pod względem oszczędności energii. Stąd też wynika wyśrubowana wartość rocznego zużycia energii grzewczej o wartości 15 kWh/m². Koncepcja nie jest zorientowana na zyski dla biur konstrukcyjnych i firm wykonawczych, lecz przeznaczona do oszczędzania energii. Dom pasywny jest też zorientowany ekonomicznie, ale na korzyść użytkownika, zgodnie z kryterium minimalnych kosztów całościowych w dłuższym czasie eksploatacji budynku.
Izolacja i uszczelnienie (uszczelnienie przed konwekcją) budynków w wielu etapach wynika z przyjęcia założenia maksymalnego zysku na każdym pojedynczym etapie przy danym poziomie cenowym i stosunkowo krótkich okresach spłaty. Zapomina się przy tym, że takie podejście prowokuje powtórzenie tego procesu w momencie wyższych cen energii.
Zredukowanie do jednego etapu poprzez wprowadzenie standardu domu pasywnego byłoby ważnym założeniem dla krajów środkowoeuropejskich, a więc i dla Polski, ponieważ stać je w jeszcze mniejszym stopniu na powtarzanie działań zgodnie z terapią wieloetapową. Poza tym nie trzeba popełniać błędów innych!
Standard domu pasywnego to nie tylko „trochę izolacji cieplnej“ i „trochę zabezpieczenia egzystencji“. Zabezpiecza on egzystencję niemal perfekcyjnie przed podwyżkami cen energii i ułatwia przejście na energię słoneczną + biopaliwa dla pokrycia minimalnego zapotrzebowania resztkowego. Dla mnie to najważniejsza rzecz – wkład w ochronę globalnego klimatu.
Dzięki systematycznej i ogólnokrajowej termomodernizacji budynków z zastosowaniem elementów domu pasywnego w celu zredukowania zużycia energii grzewczej do < 30 kWh/m²*a można zaoszczędzić szacunkowo 25% polskiego zużycia energii pierwotnej. Opłacalny cel polityki środowiskowej i opłacalny interes!
Literatura
/1/ Raport końcowy projektu UE CEPHEUS Cost Efficient Passive Houses as European Standard, program THERMIE DG 17, numer projektu BU/0127/97, wydany w j. niemieckim przez Passivhaus-Institut. Ukaże się jeszcze w języku angielskim.
Oznaczenia literowe
Partnerzy w Polsce
JACO
Ośrodek Oszczędzania Energii
dr Agnieszka Cena
Tel. 071-326 0238
Email: agcena@cieplej.pl
Agencja Dom Pasywny Fundacji Kultury Ekologicznej
Wojciech Drajewicz
Tel. 075-7646 263
Email: wojtek.drajewicz@interia.pl
Partnerzy w Niemczech
IntegerProject
Mgr inż. Dieter Brandt
Tel. 0049-351-833 6082, Faks –6083
Email: brandt.consultant@t-online.de
mgr inż. Dieter Brandt
brandt.consultant@t-online.de
|
