Budynki pasywne

Efektywność energetyczna od kilku lat jest jednym z priorytetów Unii Europejskiej. W sektorze budownictwa priorytet ten znalazł wyraz m.in. w dyrektywach europejskich WE/91/2002 O charakterystyce energetycznej budynków i WE/32/2006 W sprawie efektywnego wykorzystania energii końcowej oraz usług energetycznych. Pierwsza z wymienionych dyrektywa jest instrumentem promocji energooszczędności i polega na wprowadzeniu systemu świadectw energetycznych dla budynków nowych i modernizowanych. Druga dyrektywa zobowiązuje państwa członkowskie do ustanowienia systemu działań, który doprowadzi do redukcji zużycia energii o 9% w ciągu 6 lat w odniesieniu do zużycia w 2006 roku w skali kraju. Jednym z pierwszych kroków wprowadzenia tej dyrektywy jest wymóg opublikowania Planu działań na rzecz efektywności energetycznej. Obowiązek opublikowania takich planów upłynął w czerwcu 2007 roku. Data ta była okazją do różnych deklaracji politycznych ogłaszanych przez kraje członkowskie. Np. Wielka Brytania i Dania ogłosiły, że w celu osiągnięcia celów narodowych wszystkie nowo wznoszone budynki począwszy od 2016 roku będą miały standard budynku pasywnego. Przyjęta przez Parlament Europejski nowelizacja Dyrektywy WE/91/2002 zmierza do tego, by od 2019 roku wszystkie nowe budynki charakteryzowały się zerowym zużyciem energii netto, co w praktyce oznacza, że mają produkować tyle samo energii, ile jej zużywają.

Powyższe fakty prowadzą do potrzeby podjęcia problematyki definicji standardu budynków pasywnych, sformułowania wymagań pasywności i w końcu analizy wykonalności takiego standardu. W niniejszej pracy pokazanie zostały przykłady zrealizowanych budynków pasywnych i niektórych planowanych inwestycji w Polsce.

Według obecnie obowiązującej definicji w budynkach pasywnych komfort cieplny może być osiągnięty bez udziału tradycyjnych systemów grzewczych lub klimatyzacyjnych. Odpowiednia temperatura wewnątrz pomieszczeń uzyskiwana jest poprzez pozyskiwanie zysków od nasłonecznienia, zagospodarowanie wewnętrznych zysków ciepła, a także podgrzewanie powietrza wentylacyjnego (np. Adamson 1987 i Feist 1988).
Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynku nie powinno przekraczać 15 kWh/m²a, aby to było możliwe konieczne jest radykalne zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło. Budynki pasywne charakteryzują się:

  • bardzo dobrą izolacyjnością cieplną przegród budowlanych – współczynnik przenikania ciepła ścian zewnętrznych mniejszy od 0,15 W/(m2•K), współczynnik przenikania ciepła dla całych okien (szyba plus ramy) nie powinien przekraczać 0,8 W/m2K,
  • szczelną konstrukcją,
  • wentylacją nawiewno – wywiewną z odzyskiem ciepła,
  • maksymalnym wykorzystaniem zysków ciepła od słońca,
  • minimalizacją oddziaływania mostków termicznych.

Dom pasywny jest budynkiem o tak małym zapotrzebowaniu na moc ogrzewczą, że niezbędne do jego ogrzania ciepło może być dostarczane przy wykorzystaniu istniejącej instalacji wentylacyjnej. Bardzo niskie sezonowe zapotrzebowanie ciepła do celów ogrzewczych jest od 6 do 8-krotnie mniejsze w stosunku do obecnie powstających budynków. W budynkach pasywnych zapotrzebowania na ciepło do przygotowania c.w.u. jest większe od zapotrzebowania na ciepło do celów grzewczych i wynosi 18-35 kWh/(m2•rok). Do jego wytworzenia wykorzystuje się kolektory słoneczne lub pompy ciepła. W systemach ogrzewania możliwe jest zarówno zastosowanie grzejników (dowolne usytuowanie: np. ściany wewnętrzne), ogrzewania powierzchniowego (dowolne usytuowanie: np. ściany), jak i ogrzewania powietrznego.

Nie tylko w budownictwie jednorodzinnym pojawiają się plany budowania obiektów o bardzo nikim zapotrzebowaniu na ciepło. W Nowym Targu powstał pierwszy w Polsce energooszczędny kościół według autorskiej koncepcji architektów Tomasza Pyszczka i Marcina Stelmacha z Krakowa. W ogólnym założeniu projekt ma łączyć miejscową tradycję kulturową z najnowszymi trendami budowlanymi. Architektura kościoła nawiązuje więc do charakteru zabudowy Podhala. Świadczą o tym m.in. strzelisty dach i niskie podcienia. Sama bryła budynku została ukształtowana w sposób, który pozwoli jak najbardziej zminimalizować straty ciepła oraz zapewnić maksymalne zyski energii słonecznej. Specjalna, termoizolacyjna konstrukcja ścian ma chronić jego wnętrze przed przegrzaniem w okresie letnim. Pomysłodawcy tego projektu chcieli udowodnić, że idea budownictwa pasywnego może sprawdzić się nie tylko w przypadku domów jednorodzinnych. Izolacyjność przegród zewnętrznych w takim obiekcie musi być duża i szczelna. Budynek posiada odpowiedni system wentylacji. Budynek został tak usytuowany, żeby jak najefektywniej wykorzystywać jego nasłonecznienie. Do budowy kościoła wykorzystane zostały nowoczesne technologie i materiały, m.in. specjalny grafitowy styropian, wentylacja mechaniczna z systemem odzysku ciepła, kolektory słoneczne na dachu i pompa ciepła, która służy jako źródło ciepła dla ogrzewania podłogowego. W kościele przewidziano 535 miejsc siedzących dla wiernych (w tym 30 miejsc w kaplicy dla dzieci). Nad głównym wejściem powstał chór na 85 miejsc. Dodatkowo zaprojektowano również salę wielofunkcyjną dla 90 osób oraz mniejszą salkę wykładową dla kolejnych 20.

kościół pasywnykościół pasywny
Zdjęcia pochodzą ze strony internetowej kościoła

Obliczeniowa wartość współczynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych 0,10 W/(m2·K) i okien 0,75 W/(m2·K). Powierzchnia ogrzewana hali kościoła wynosi 864 m2, natomiast pomieszczeń pomocniczych 491 m2. Kubatura brutto hali kościoła 10 841 m3 oraz pomieszczeń pomocniczych 2 468 m3. Obliczeniowe straty ciepła przez przenikanie dla całego budynku wynoszą 28 kW. Zaprojektowano instalację centralnego ogrzewania podłogowego nawy kościoła i pomieszczeń towarzyszących. Źródłem ciepła dla ogrzewania podłogowego jest pompa ciepła z dolnym źródłem ciepła w postaci poziomego wymiennika gruntowego. Został on ułożony na terenie wokół kościoła na powierzchni około 1 100 m2, na głębokości około 1,8 m pod powierzchnią terenu. Na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej zaplanowano montaż na dachu kościoła 26 sztuk próżniowych kolektorów słonecznych. Taka ilość kolektorów słonecznych pozwoli na pokrycie w 100% zapotrzebowania ciepła na potrzeby c.w.u. w miesiącach zimowych. W miesiącach letnich produkowany nadmiar energii cieplnej będzie odprowadzony do gruntu celem jego zakumulowania i wykorzystania przez wymiennik gruntowy stanowiący dolne źródło pompy ciepła. Rurociąg odprowadzający nadmiar energii słonecznej został ułożony w gruncie nieco poniżej rur parownika pompy ciepła.

W budynku zaprojektowano instalację mechaniczną zapewniającą niezbędną ilości powietrza wentylacyjnego oraz dwie centrale wentylacyjne o wydajności 10 000 m3/h i 2 000 m3/h z obrotowym wymiennikiem ciepła o sprawności maksymalnej ponad 90%. Większa z central jest wykorzystana na potrzeby wentylacyjne nawy kościoła i kaplicy bocznej. Jej wydajność będzie regulowana z uwzględnieniem ilości wiernych przebywających w kościele. Mniejsza centrala obsługuje pozostałe pomieszczenia obiektu. Do wstępnego podgrzewu powietrza wentylacyjnego dostarczają ciepło dwa gazowe kotły kondensacyjne z obiegiem glikolu pomiędzy kotłem a nagrzewnicą wstępną.

Obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania obliczone przy użyciu programu PHPP hali kościoła wynosi 27 kWh/(m2·rok), natomiast pozostałych pomieszczeń 14 kWh/(m2·rok). Zdjęcia z budowy kościoła zaprezentowano poniżej.

Kolejnym przykładem inwestycji jest energooszczędny budynek biurowy Euro – Centrum Park Naukowo – Technologiczny. Zastosowane w nim rozwiązania pozwalają na korzystanie z odnawialnych źródeł energii i zminimalizują zużycie energii w obiekcie. Zapotrzebowanie na energię wynosi jedynie 31,8 kWh na m2 rocznie w porównaniu ze 120 kWh w budynku tradycyjnym. Budynek ma 5 kondygnacji, jego powierzchnia całkowita wynosi 3 887,6 m2. Obiekt powstał w 2009, do 2015 roku został podwyższony o dwa piętra. Jego powierzchnia dedykowana jest w szczególności małym i średnim firmom oraz start-upom z obszaru IT, dla których przewidziano specjalne ulgi na usługi dodatkowe Parku. Na parterze obiektu znajduje się elegancka, przestronna strefa wejściowa z recepcją i powierzchnią do ekspozycji. Pomieszczenia biurowe usytuowane są na zewnętrznej osi obiektu. Budynek posiada udogodnienia dla osób niepełnosprawnych.

Budowanie budynków pasywnych i energooszczędnych staje się coraz bardziej popularne w Polsce, mimo braku instrumentów wspierających oraz dodatkowych kosztów inwestycyjnych związanym z osiągnięciem standardu. Standard budynku pasywnego narzuca wartość współczynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych poniżej 0,15 W/(m2·K), przy jednoczesnym wyeliminowaniu mostków termicznych, zaś dla okien poniżej 0,8 W/(m2·K). Dla budynków wartość współczynnika n50 powinna być mniejsza niż 0,6 kubatury budynku na godzinę. Najczęściej pojawiającą się wartością graniczną sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku jest 15 kWh/(m2•rok), pochodzi ona z opracowań niemieckich. Należy się jednak zastanowić czy budynek spełniający standardy budynku pasywnego w Niemczech będzie je również spełniał w Polsce. Z zaprezentowanych przykładów można wysnuć wniosek, że aby osiągnąć tak niskie zapotrzebowanie na energię do ogrzewania pozostałe wymagania muszą dla naszych warunków zostać zaostrzone. We wszystkich opisywanych budynkach współczynniki przenikania ciepła ścian zewnętrznych wynoszą około 0,1 W/(m2·K), czyli są mniejsze od wymaganych o około 30%. Zaprojektowanie i wybudowanie budynku pasywnego nie jest proste i wymaga szczegółowej analizy projektu, wysokiej jakość wykonania przy zastosowaniu dobrych i nowoczesnych rozwiązań materiałowych i instalacyjnych.

Budownictwo niskoenergetyczne, które ma być standardem za kilka lat, już dziś jest promowane przez państwowe instytucje, np. istnieje możliwość otrzymania dofinansowania z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW) – odpowiednio 50 tys. zł do budownictwa pasywnego i 30 tys. zł do budownictwa niskoenergetycznego (więcej szczegółów na stronie www.nfosigw.gov.pl).

Program ten definiuje budownictwo energooszczędne, dzieląc go na:

  • budownictwo niskoeneregtyczne z zapotrzebowaniem na energię 40 kWh/(m2•rok)
  • budownictwo pasywne z zapotrzebowaniem na energię 15 kWh/(m2•rok)