Dom pasywny – standard nowoczesnego budownictwa
Energooszczędność budynku, w odniesieniu do procesu jego budowy, użytkowania, a ostatecznie rozbiórki, staje się ważnym celem polityki energetycznej zarówno Unii Europejskiej, jak i poszczególnych państw. Ponadto w coraz większym stopniu jest wynikiem świadomego wyboru użytkowników i właścicieli różnego rodzaju budynków.
Budynki energooszczędne
Na wybór takiego rodzaju budynku wpływają rosnące ceny energii, świadomość braku pełnego bezpieczeństwa dostaw konwencjonalnych nośników energii oraz konieczność poszanowania zasobów kopalnych i oczywiście względy ochrony środowiska.
Energooszczędność, polegająca na stosowaniu najbardziej ekonomicznych rozwiązań dla zmniejszenia zapotrzebowania na energię i jej racjonalne wykorzystanie, staje się standardem nowoczesnego budownictwa. Pojęcie „budynek energooszczędny” używane jest w odniesieniu do domu mieszkalnego lub obiektu usługowego o mniejszym niż normowe (standardowe, obowiązujące w danym miejscu i czasie) zużyciu energii. Budownictwo energooszczędne wynikło z konieczności oszczędzania energii, co po raz pierwszy wymusił kryzys paliwowy z lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia.
W obszarze budynków energooszczędnych były i są projektowane, budowane oraz eksploatowane budynki o dużo niższym, w stosunku do obowiązujących standardów i norm zużyciu energii, które nazywamy niskoenergooszczędnymi.
Z kolei kategorią domów o ekstremalnie niskim zużyciu energii, które powstają w ramach nowoczesnego budownictwa, są domy pasywne. Powszechnie określa się je jako domy bez tradycyjnych systemów ogrzewania i bez aktywnych (tradycyjnych) systemów chłodzenia lub też jako domy z minimalną potrzebą zewnętrznych dostaw energii w związku z ogrzewaniem i chłodzeniem.
Logiczną kontynuacją trendów i postępu technologicznego w zakresie budownictwa niskoenergetycznego jest budownictwo samowystarczalne energetycznie, realizowane poprzez rozwiązania ściśle skojarzone ze środowiskiem, pod warunkiem wykorzystania w sposób zrównoważony jego zasobów. Istnieje cały szereg przykładowych rozwiązań dla domów samowystarczalnych energetycznie, w których zużycie konwencjonalnych źródeł energii jest zerowe (w odniesieniu do zapotrzebowania na energię do ogrzewania lub energii pochodzącej ze źródeł konwencjonalnych w ogóle) – stąd nazwa domów zeroenergetycznych (zero fossil energy houses). Niektóre rozwiązania charakteryzuje wykorzystanie bardzo nowoczesnych, wręcz wyrafinowanych, ale przez to wciąż drogich technologii. Jednak trendem dominującym, szczególnie w odniesieniu do ogólnych mechanizmów rynkowych gospodarki, jest dążenie do wypracowania ekonomicznie uzasadnionych rozwiązań, które mają szansę szerokiego rozpowszechnienia.
Klasyfikację budynków energooszczędnych, uszeregowanych wg kryterium zużycia energii do ogrzewania w Polsce, przedstawia rysunek.
Rysunki i tabele (PDF)
Domy pasywne przyszłym standardem budownictwa w UE
Zagadnienie poprawy efektywności energetycznej w budownictwie znajduje wyraz w polityce i regulacjach Unii Europejskiej. Obecnie kraje członkowskie wprowadziły lub wprowadzają Dyrektywę 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, mającej na celu obniżenie zużycia energii, związanego z użytkowaniem budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej. Jej główne postanowienia dotyczą wprowadzenia obowiązującego standardu energetycznego budynków, systemu ocen energetycznych wraz ze świadectwami energetycznymi dla budynków oraz systemu kontroli źródeł ciepła (kotłowni) i instalacji klimatyzacyjnych.
Priorytet dla energooszczędnego budownictwa wyraża Komunikat Komisji – COM (2006) 545 final – „Plan działania na rzecz racjonalizacji zużycia energii: sposoby wykorzystania potencjału”. W dokumencie podkreślono, że największy potencjał ekonomicznie uzasadnionych oszczędności leży w sektorze budownictwa mieszkaniowego i w sektorze usług, a jest szacowany odpowiednio na poziomie ok. 27% i 30% ich zużycia energii. Drugie z dziesięciu priorytetowych działań, przedstawionych w Planie działań to właśnie zwiększanie efektywności energetycznej budynków. Komisja zaproponuje znaczne rozszerzenie zakresu wymienionej dyrektywy 2002/91/WE. Pod koniec 2008 r. opracowana zostanie strategia szerszego rozpowszechniania budynków o bardzo niskim zużyciu energii lub budynków pasywnych w perspektywie do 2015 r. W 2009 r. Komisja zaproponuje również minimalne wymagania eksploatacyjne (wyrażone w kWh/m2) dla nowych i odnawianych po 2015 r. budynków, aby ich standardy były zbliżone do standardów domów pasywnych. W Komunikacie nazwano domami pasywnymi obiekty o bardzo niskim zużyciu energii, a przytoczono podane już wcześniej w artykule powszechne określenie domu pasywnego.
Domy pasywne
Wąska definicja określa mianem budynku pasywnego obiekt niewymagający w ogóle żadnej energii do ogrzewania lub chłodzenia1,2 (Adamsom 1987; Feist 1988), która dostarczana byłaby do budynku przez konwencjonalny system grzewczy lub chłodzenia. W tym znaczeniu dom pasywny jest budynkiem zeroenergetycznym. Budynek „sam” wytwarza niezbędną energię do ogrzewania lub chłodzenia i stąd może być określony przymiotnikiem pasywny. Termin „pasywny” określa więc stan niedostarczania energii konwencjonalnej z zewnątrz lub brak aktywności w jej dostarczaniu. Również Givoni3 odnosi termin „pasywny” do budynku wykorzystującego odnawialne źródła energii zamiast konwencjonalnych. Potocznie nadal bardziej popularne jest przypisanie terminu „pasywny” sposobowi wykorzystania energii słonecznej (przemiana energii promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne bez urządzeń mechanicznych, wymuszających ruch czynnika roboczego). Ugruntowane w architekturze jest pojęcie „słonecznych domów pasywnych”, gdzie terminowi „pasywny” towarzyszy w tym przypadku określenie źródła energii, czyli energii słonecznej.
Powyższa definicja zawiera opis idealnego domu pasywnego. Praktyczne doświadczenia i analizy dotyczące budynków pasywnych w klimatach chłodniejszych wymusiły przyjęcie pewnej zmiany, mówiącej o tym, że dom pasywny charakteryzuje minimalne zapotrzebowanie na energię z zewnątrz.
Prace badawcze i realizacyjne w zakresie domów pasywnych prowadzi w szczególności Instytut Budownictwa Pasywnego w Darmstadt (Passivhaus Institut), w Niemczech – powstały w 1996 r. Ustala on standardy i przydziela certyfikaty domom pasywnym. Założono, że dom pasywny jest budynkiem o ekstremalnie niskim zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania, wynoszącym netto mniej niż 15 kWh/m2, w którym komfort cieplny zapewniony jest dzięki tzw. „pasywnym” źródłom ciepła, pochodzącym od: mieszkańców, strat cieplnych urządzeń elektrycznych, otoczenia (w tym energii słonecznej), ciepła odzyskanego z wentylacji i ewentualnie dogrzewania powietrza wentylacyjnego.
Wykorzystanie wymienionych wewnętrznych i zewnętrznych źródeł ciepła (niekonwencjonalnych) przy zapewnieniu szczelności budynku, a także przy dużej izolacyjności przegród zewnętrznych powoduje, że klasyczny, autonomiczny system grzewczy nie jest konieczny.
Spełnienie tych warunków wymaga przede wszystkim znacznego ograniczenia potrzeb energetycznych budynku, a dalej efektywnego wykorzystania energii. Podkreślić należy kryterium ograniczenia zużycia energii pierwotnej do zaspokojenia wszystkich potrzeb energetycznych domu (ogrzewanie, przygotowanie ciepłej wody użytkowej, zasilanie odbiorników energii elektrycznej, oświetlenie). Zmniejszeniu muszą ulegać straty przetwarzania i przesyłu energii, a wzrastać efektywność jej użytkowania. Do standardów domu pasywnego należy więc ograniczenie zużycia energii przez odbiorniki o 50% w stosunku do standardowych urządzeń gospodarstwa domowego. Zatem powinny być stosowane energooszczędne chłodziarki, zamrażarki, zmywarki, suszarki itp. Szczególne wymagania dotyczą również efektywności systemu grzewczego (ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej).
Standardy domu pasywnego
Kluczem uzyskania wysokiego komfortu cieplnego (standard domu pasywnego) przy niskim zużyciu energii jest zapewnienie tzw. efektywności energetycznej domu pasywnego jako całości i jego poszczególnych elementów. Tę efektywność energetyczną, czyli znaczne zmniejszenie zapotrzebowania na energię do ogrzewania w domu pasywnym, gwarantuje bardzo dobra izolacja przegród (ścian, dachu, podłóg, okien), przy maksymalnej eliminacji mostków cieplnych. Domy pasywne muszą być szczelne i posiadać mechaniczny system wentylacji z wysoko sprawnym odzyskiem ciepła z powietrza usuwanego z budynku. Konsekwencją takiego podejścia jest objęcie terminem „pasywności” nie tylko domu jako całego obiektu, ale również poszczególnych jego elementów. Mówimy więc, może niezbyt „elegancko”, o „pasywnych” oknach, rekuperatorach itp.
Standardy odnoszące się do sformułowanych wyżej warunków zestawiono w tabeli 2.
W tradycyjnym budynku nieszczelności konstrukcji umożliwiają infiltrację powietrza, dzięki której do pomieszczeń napływa świeże powietrze (lub dzięki otwartym oknom), często
w niewystarczającej gdyż niekontrolowanej ilości. Nieszczelności te mogą jednak być na tyle duże, że umożliwiają penetrację wilgoci pochodzącej z powietrza wewnętrznego, powodując uszkodzenia konstrukcji budynku. Celem domu pasywnego jest zapewnienie zdrowych warunków przebywania, co umożliwia mechaniczna wentylacja obiektu, która jest kluczową technologią budownictwa pasywnego. Świeże powietrze musi zawsze napływać do budynku (wg standardu domu pasywnego w ilości min. 30 m3/h na osobę). W budynku pasywnym jest ono wykorzystane do pokrycia zapotrzebowania na energię do ogrzewania poprzez system odzysku ciepła z powietrza usuwanego. Jest to możliwe tylko w domu bardzo dobrze zaizolowanym cieplnie i szczelnym, uniemożliwiającym niekontrolowany przepływ powietrza. Miernikiem szczelności jest wielkość n50, stanowiąca ilość wymian powierza o objętości równej kubaturze budynku w ciągu godziny, wywołanych różnicą ciśnień pomiędzy wnętrzem a otoczeniem (50 Pa). Budynki pasywne charakteryzuje wartość n50 mniejsza od 0,6 1/h. W praktyce n50 osiąga wartości pomiędzy 0,2 a 0,6 1/h. Warunkiem dobrej szczelności jest realizacja jednej, szczelnej, wewnętrznej powłoki. Należy podkreślić, że zadanie warstwy uszczelniającej budynek to zabezpieczenie przed konwekcją, czyli przepływem powietrza przez nieszczelności (bez odzysku ciepła i przy niebezpieczeństwie wykraplania wilgoci w elementach konstrukcyjnych domu), a nie przed dyfuzją wilgoci.
Określone właściwości odnoszące się do przegród, szczelności domu, sprawności rekuperatora to nie jedyne cechy domu pasywnego. Spełnienie kryteriów małego zużycia energii do ogrzewania (i energii w ogóle) ułatwione lub umożliwione jest przez:
• wykorzystanie energii promieniowania słonecznego do zaspokojenia potrzeb energetycznych;
• ewentualne doprowadzenie świeżego powietrza poprzez rurę zakopaną w ziemi (stanowiąca wymiennik ciepła). Dzięki temu wstępnemu podgrzaniu, powietrze może osiągnąć temperaturę 5oC nawet w zimie;
• wykorzystanie kolektorów słonecznych lub pomp ciepła do podgrzewania wody użytkowej.
Dom pasywny charakteryzuje mała wartość zapotrzebowania na moc szczytową, stąd moc źródła ciepła jest niewielka. System ogrzewania może stanowić grzejnik elektryczny
w systemie wentylacji lub niewielkie źródło zasilające niskotemperaturowe wymienniki ciepła. Przykładowo w domu pasywnym mogą być też zrealizowane inne rozwiązania w zakresie systemu ogrzewania domów pasywnych, jak np. pompa gruntowa ciepła i kolektory słoneczne jako źródła ciepła w systemie ogrzewania podłogowego, mały kocioł na biomasę i kolektory słoneczne w systemie ogrzewania ściennego, gazowo-słoneczny kocioł zasilający wymiennik umieszczony w układzie wentylacyjnym oraz ciepło sieciowe lub kolektory słoneczne realizujące wspomniane funkcje.
Przykłady realizacji
Zagadnienia rozwoju budownictwa pasywnego są przedmiotem projektów badawczych poszczególnych krajów europejskich lub wspólnie realizowanych przez wiele krajów jako projekty Komisji Europejskiej (np. CEPHEUS – Cost Efficient Passive Houses as European Standards). W ramach projektu CEPHEUS zrealizowano w standardach domów pasywnych 14 typów budynków w Niemczech, Szwecji, Austrii, Szwajcarii i Francji. Przede wszystkim wykazano praktyczną możliwość realizacji domów pasywnych i osiągania założonych parametrów przy racjonalnych kosztach i gwarancji standardów komfortu cieplnego dla użytkowników.
Standardy domu pasywnego w zakresie projektu i jego wznoszenia stają się wiodącą tendencją w zakresie współczesnego budownictwa. W Europie zbudowano do tej pory ok. 6 tys. domów pasywnych, w tym ok. 4/5 w Niemczech, a poza tym zwłaszcza w Austrii. Wykazano możliwość praktycznej realizacji domów pasywnych, przy kosztach nawet tylko o 8% większych niż koszty domu tradycyjnego (Niemcy, Austria).
Dom w Legionowie
W Polsce również istnieją domy pasywne. Jednym z nich jest obiekt w Legionowie k. Warszawy o kubaturze 452 m3, zbudowany z inicjatywy Wydawnictwa Przewodnik Budowlany jako obiekt pilotażowy i doświadczalny. Budynek spełnia standardy określone przez Instytut Budownictwa Pasywnego w Darmstadt. Przykładowe elementy domu to:
• ściana nośna (od zewnątrz): tynk, wełna 20 cm, warstwa uszczelniająca, bloczek YTONG, izolacja 10 cm, cegła klinkierowa;
• płyta budynku (od spodu): zagęszczona pospółka, izolacja przeciwwodna, wełna 18 cm, izolacja przeciwwilgociowa, beton ze zbrojeniem, warstwa izolacji, wełna 18 cm, folia ekranująca, instalacja ogrzewania podłogowego.
Co warto wiedzieć?
Współczesny dom jest przyjazny dla jego mieszkańca i środowiska. Powinien być zaprojektowany z uwzględnieniem wzajemnych oddziaływań ze swoim otoczeniem, z uwzględnieniem aspektów ochrony środowiska, warunków mieszkaniowych i społecznych, a charakteryzować go musi małe zużycie energii. Budownictwo pasywne, w myśl idei kompleksowego podejścia do realizacji domu o wysokiej jakości, „zdrowego” i efektywnego kosztowo, powinno spełniać powyższe warunki.
Standardy wypracowane przez Instytut Budownictwa Pasywnego w Niemczech są arbitralnie podane, ścisłe, uzasadnione fizycznie i oczywiście dobrowolne. Terminem „domy pasywne” określa się w zależności od kraju różne budynki, spełniające rozmaite standardy, ale zawsze występuje wspólny mianownik pod postacią ekstremalnie niskiego zużycia energii.
Architektura, rozwiązania budowlane, zastosowanie odnawialnych źródeł energii i realizacja konkretnego systemu ogrzewania lub chłodzenia będą uwarunkowane lokalnymi warunkami (klimatycznymi, ekonomicznymi, określonymi tradycjami, dostępnością lokalnych materiałów budowlanych, regulacjami i polityką państwa).
Kryteria domów pasywnych, wg ich twórców, są możliwe do spełnienia przez budynki jednorodzinne, zlokalizowane w warunkach klimatycznych Niemiec, Polski, ale i w krajach o bardziej surowym klimacie, np. w krajach skandynawskich. Doświadczenia realizacyjne potwierdzają tę opinię. podstawowym założeniem jednak budownictwa pasywnego jest jego dostępność poprzez ekonomiczne rozwiązania i dopiero ten warunek jest trudny do spełnienia. Rozwój budownictwa pasywnego będzie implikował popyt na określone produkty i usługi, a zarazem wywoływał rozwój określonych segmentów sektora budownictwa. Warto więc wdrażać, dostosowywać albo modyfikować nowe idee jak najwcześniej, nie zostając daleko w tyle za pionierami. Współczesne idee dotyczące budownictwa wraz z możliwościami oferowanymi przez nowoczesne technologie (w zakresie systemów energetycznych wykorzystujących odnawialne źródła energii), umożliwiają realizację budynku funkcjonalnego, przyjaznego dla użytkownika i środowiska. Takim obiektem jest właśnie dom pasywny – typowy dom nieodległej przyszłości.
Źródła
dr inż. Ryszard Wnuk
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
Budynki energooszczędne
Na wybór takiego rodzaju budynku wpływają rosnące ceny energii, świadomość braku pełnego bezpieczeństwa dostaw konwencjonalnych nośników energii oraz konieczność poszanowania zasobów kopalnych i oczywiście względy ochrony środowiska.
Energooszczędność, polegająca na stosowaniu najbardziej ekonomicznych rozwiązań dla zmniejszenia zapotrzebowania na energię i jej racjonalne wykorzystanie, staje się standardem nowoczesnego budownictwa. Pojęcie „budynek energooszczędny” używane jest w odniesieniu do domu mieszkalnego lub obiektu usługowego o mniejszym niż normowe (standardowe, obowiązujące w danym miejscu i czasie) zużyciu energii. Budownictwo energooszczędne wynikło z konieczności oszczędzania energii, co po raz pierwszy wymusił kryzys paliwowy z lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia.
W obszarze budynków energooszczędnych były i są projektowane, budowane oraz eksploatowane budynki o dużo niższym, w stosunku do obowiązujących standardów i norm zużyciu energii, które nazywamy niskoenergooszczędnymi.
Z kolei kategorią domów o ekstremalnie niskim zużyciu energii, które powstają w ramach nowoczesnego budownictwa, są domy pasywne. Powszechnie określa się je jako domy bez tradycyjnych systemów ogrzewania i bez aktywnych (tradycyjnych) systemów chłodzenia lub też jako domy z minimalną potrzebą zewnętrznych dostaw energii w związku z ogrzewaniem i chłodzeniem.
Logiczną kontynuacją trendów i postępu technologicznego w zakresie budownictwa niskoenergetycznego jest budownictwo samowystarczalne energetycznie, realizowane poprzez rozwiązania ściśle skojarzone ze środowiskiem, pod warunkiem wykorzystania w sposób zrównoważony jego zasobów. Istnieje cały szereg przykładowych rozwiązań dla domów samowystarczalnych energetycznie, w których zużycie konwencjonalnych źródeł energii jest zerowe (w odniesieniu do zapotrzebowania na energię do ogrzewania lub energii pochodzącej ze źródeł konwencjonalnych w ogóle) – stąd nazwa domów zeroenergetycznych (zero fossil energy houses). Niektóre rozwiązania charakteryzuje wykorzystanie bardzo nowoczesnych, wręcz wyrafinowanych, ale przez to wciąż drogich technologii. Jednak trendem dominującym, szczególnie w odniesieniu do ogólnych mechanizmów rynkowych gospodarki, jest dążenie do wypracowania ekonomicznie uzasadnionych rozwiązań, które mają szansę szerokiego rozpowszechnienia.
Klasyfikację budynków energooszczędnych, uszeregowanych wg kryterium zużycia energii do ogrzewania w Polsce, przedstawia rysunek.
Rysunki i tabele (PDF)
Domy pasywne przyszłym standardem budownictwa w UE
Zagadnienie poprawy efektywności energetycznej w budownictwie znajduje wyraz w polityce i regulacjach Unii Europejskiej. Obecnie kraje członkowskie wprowadziły lub wprowadzają Dyrektywę 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, mającej na celu obniżenie zużycia energii, związanego z użytkowaniem budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej. Jej główne postanowienia dotyczą wprowadzenia obowiązującego standardu energetycznego budynków, systemu ocen energetycznych wraz ze świadectwami energetycznymi dla budynków oraz systemu kontroli źródeł ciepła (kotłowni) i instalacji klimatyzacyjnych.
Priorytet dla energooszczędnego budownictwa wyraża Komunikat Komisji – COM (2006) 545 final – „Plan działania na rzecz racjonalizacji zużycia energii: sposoby wykorzystania potencjału”. W dokumencie podkreślono, że największy potencjał ekonomicznie uzasadnionych oszczędności leży w sektorze budownictwa mieszkaniowego i w sektorze usług, a jest szacowany odpowiednio na poziomie ok. 27% i 30% ich zużycia energii. Drugie z dziesięciu priorytetowych działań, przedstawionych w Planie działań to właśnie zwiększanie efektywności energetycznej budynków. Komisja zaproponuje znaczne rozszerzenie zakresu wymienionej dyrektywy 2002/91/WE. Pod koniec 2008 r. opracowana zostanie strategia szerszego rozpowszechniania budynków o bardzo niskim zużyciu energii lub budynków pasywnych w perspektywie do 2015 r. W 2009 r. Komisja zaproponuje również minimalne wymagania eksploatacyjne (wyrażone w kWh/m2) dla nowych i odnawianych po 2015 r. budynków, aby ich standardy były zbliżone do standardów domów pasywnych. W Komunikacie nazwano domami pasywnymi obiekty o bardzo niskim zużyciu energii, a przytoczono podane już wcześniej w artykule powszechne określenie domu pasywnego.
Domy pasywne
Wąska definicja określa mianem budynku pasywnego obiekt niewymagający w ogóle żadnej energii do ogrzewania lub chłodzenia1,2 (Adamsom 1987; Feist 1988), która dostarczana byłaby do budynku przez konwencjonalny system grzewczy lub chłodzenia. W tym znaczeniu dom pasywny jest budynkiem zeroenergetycznym. Budynek „sam” wytwarza niezbędną energię do ogrzewania lub chłodzenia i stąd może być określony przymiotnikiem pasywny. Termin „pasywny” określa więc stan niedostarczania energii konwencjonalnej z zewnątrz lub brak aktywności w jej dostarczaniu. Również Givoni3 odnosi termin „pasywny” do budynku wykorzystującego odnawialne źródła energii zamiast konwencjonalnych. Potocznie nadal bardziej popularne jest przypisanie terminu „pasywny” sposobowi wykorzystania energii słonecznej (przemiana energii promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne bez urządzeń mechanicznych, wymuszających ruch czynnika roboczego). Ugruntowane w architekturze jest pojęcie „słonecznych domów pasywnych”, gdzie terminowi „pasywny” towarzyszy w tym przypadku określenie źródła energii, czyli energii słonecznej.
Powyższa definicja zawiera opis idealnego domu pasywnego. Praktyczne doświadczenia i analizy dotyczące budynków pasywnych w klimatach chłodniejszych wymusiły przyjęcie pewnej zmiany, mówiącej o tym, że dom pasywny charakteryzuje minimalne zapotrzebowanie na energię z zewnątrz.
Prace badawcze i realizacyjne w zakresie domów pasywnych prowadzi w szczególności Instytut Budownictwa Pasywnego w Darmstadt (Passivhaus Institut), w Niemczech – powstały w 1996 r. Ustala on standardy i przydziela certyfikaty domom pasywnym. Założono, że dom pasywny jest budynkiem o ekstremalnie niskim zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania, wynoszącym netto mniej niż 15 kWh/m2, w którym komfort cieplny zapewniony jest dzięki tzw. „pasywnym” źródłom ciepła, pochodzącym od: mieszkańców, strat cieplnych urządzeń elektrycznych, otoczenia (w tym energii słonecznej), ciepła odzyskanego z wentylacji i ewentualnie dogrzewania powietrza wentylacyjnego.
Wykorzystanie wymienionych wewnętrznych i zewnętrznych źródeł ciepła (niekonwencjonalnych) przy zapewnieniu szczelności budynku, a także przy dużej izolacyjności przegród zewnętrznych powoduje, że klasyczny, autonomiczny system grzewczy nie jest konieczny.
Spełnienie tych warunków wymaga przede wszystkim znacznego ograniczenia potrzeb energetycznych budynku, a dalej efektywnego wykorzystania energii. Podkreślić należy kryterium ograniczenia zużycia energii pierwotnej do zaspokojenia wszystkich potrzeb energetycznych domu (ogrzewanie, przygotowanie ciepłej wody użytkowej, zasilanie odbiorników energii elektrycznej, oświetlenie). Zmniejszeniu muszą ulegać straty przetwarzania i przesyłu energii, a wzrastać efektywność jej użytkowania. Do standardów domu pasywnego należy więc ograniczenie zużycia energii przez odbiorniki o 50% w stosunku do standardowych urządzeń gospodarstwa domowego. Zatem powinny być stosowane energooszczędne chłodziarki, zamrażarki, zmywarki, suszarki itp. Szczególne wymagania dotyczą również efektywności systemu grzewczego (ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej).
Standardy domu pasywnego
Kluczem uzyskania wysokiego komfortu cieplnego (standard domu pasywnego) przy niskim zużyciu energii jest zapewnienie tzw. efektywności energetycznej domu pasywnego jako całości i jego poszczególnych elementów. Tę efektywność energetyczną, czyli znaczne zmniejszenie zapotrzebowania na energię do ogrzewania w domu pasywnym, gwarantuje bardzo dobra izolacja przegród (ścian, dachu, podłóg, okien), przy maksymalnej eliminacji mostków cieplnych. Domy pasywne muszą być szczelne i posiadać mechaniczny system wentylacji z wysoko sprawnym odzyskiem ciepła z powietrza usuwanego z budynku. Konsekwencją takiego podejścia jest objęcie terminem „pasywności” nie tylko domu jako całego obiektu, ale również poszczególnych jego elementów. Mówimy więc, może niezbyt „elegancko”, o „pasywnych” oknach, rekuperatorach itp.
Standardy odnoszące się do sformułowanych wyżej warunków zestawiono w tabeli 2.
W tradycyjnym budynku nieszczelności konstrukcji umożliwiają infiltrację powietrza, dzięki której do pomieszczeń napływa świeże powietrze (lub dzięki otwartym oknom), często
w niewystarczającej gdyż niekontrolowanej ilości. Nieszczelności te mogą jednak być na tyle duże, że umożliwiają penetrację wilgoci pochodzącej z powietrza wewnętrznego, powodując uszkodzenia konstrukcji budynku. Celem domu pasywnego jest zapewnienie zdrowych warunków przebywania, co umożliwia mechaniczna wentylacja obiektu, która jest kluczową technologią budownictwa pasywnego. Świeże powietrze musi zawsze napływać do budynku (wg standardu domu pasywnego w ilości min. 30 m3/h na osobę). W budynku pasywnym jest ono wykorzystane do pokrycia zapotrzebowania na energię do ogrzewania poprzez system odzysku ciepła z powietrza usuwanego. Jest to możliwe tylko w domu bardzo dobrze zaizolowanym cieplnie i szczelnym, uniemożliwiającym niekontrolowany przepływ powietrza. Miernikiem szczelności jest wielkość n50, stanowiąca ilość wymian powierza o objętości równej kubaturze budynku w ciągu godziny, wywołanych różnicą ciśnień pomiędzy wnętrzem a otoczeniem (50 Pa). Budynki pasywne charakteryzuje wartość n50 mniejsza od 0,6 1/h. W praktyce n50 osiąga wartości pomiędzy 0,2 a 0,6 1/h. Warunkiem dobrej szczelności jest realizacja jednej, szczelnej, wewnętrznej powłoki. Należy podkreślić, że zadanie warstwy uszczelniającej budynek to zabezpieczenie przed konwekcją, czyli przepływem powietrza przez nieszczelności (bez odzysku ciepła i przy niebezpieczeństwie wykraplania wilgoci w elementach konstrukcyjnych domu), a nie przed dyfuzją wilgoci.
Określone właściwości odnoszące się do przegród, szczelności domu, sprawności rekuperatora to nie jedyne cechy domu pasywnego. Spełnienie kryteriów małego zużycia energii do ogrzewania (i energii w ogóle) ułatwione lub umożliwione jest przez:
• wykorzystanie energii promieniowania słonecznego do zaspokojenia potrzeb energetycznych;
• ewentualne doprowadzenie świeżego powietrza poprzez rurę zakopaną w ziemi (stanowiąca wymiennik ciepła). Dzięki temu wstępnemu podgrzaniu, powietrze może osiągnąć temperaturę 5oC nawet w zimie;
• wykorzystanie kolektorów słonecznych lub pomp ciepła do podgrzewania wody użytkowej.
Dom pasywny charakteryzuje mała wartość zapotrzebowania na moc szczytową, stąd moc źródła ciepła jest niewielka. System ogrzewania może stanowić grzejnik elektryczny
w systemie wentylacji lub niewielkie źródło zasilające niskotemperaturowe wymienniki ciepła. Przykładowo w domu pasywnym mogą być też zrealizowane inne rozwiązania w zakresie systemu ogrzewania domów pasywnych, jak np. pompa gruntowa ciepła i kolektory słoneczne jako źródła ciepła w systemie ogrzewania podłogowego, mały kocioł na biomasę i kolektory słoneczne w systemie ogrzewania ściennego, gazowo-słoneczny kocioł zasilający wymiennik umieszczony w układzie wentylacyjnym oraz ciepło sieciowe lub kolektory słoneczne realizujące wspomniane funkcje.
Przykłady realizacji
Zagadnienia rozwoju budownictwa pasywnego są przedmiotem projektów badawczych poszczególnych krajów europejskich lub wspólnie realizowanych przez wiele krajów jako projekty Komisji Europejskiej (np. CEPHEUS – Cost Efficient Passive Houses as European Standards). W ramach projektu CEPHEUS zrealizowano w standardach domów pasywnych 14 typów budynków w Niemczech, Szwecji, Austrii, Szwajcarii i Francji. Przede wszystkim wykazano praktyczną możliwość realizacji domów pasywnych i osiągania założonych parametrów przy racjonalnych kosztach i gwarancji standardów komfortu cieplnego dla użytkowników.
Standardy domu pasywnego w zakresie projektu i jego wznoszenia stają się wiodącą tendencją w zakresie współczesnego budownictwa. W Europie zbudowano do tej pory ok. 6 tys. domów pasywnych, w tym ok. 4/5 w Niemczech, a poza tym zwłaszcza w Austrii. Wykazano możliwość praktycznej realizacji domów pasywnych, przy kosztach nawet tylko o 8% większych niż koszty domu tradycyjnego (Niemcy, Austria).
Dom w Legionowie
W Polsce również istnieją domy pasywne. Jednym z nich jest obiekt w Legionowie k. Warszawy o kubaturze 452 m3, zbudowany z inicjatywy Wydawnictwa Przewodnik Budowlany jako obiekt pilotażowy i doświadczalny. Budynek spełnia standardy określone przez Instytut Budownictwa Pasywnego w Darmstadt. Przykładowe elementy domu to:
• ściana nośna (od zewnątrz): tynk, wełna 20 cm, warstwa uszczelniająca, bloczek YTONG, izolacja 10 cm, cegła klinkierowa;
• płyta budynku (od spodu): zagęszczona pospółka, izolacja przeciwwodna, wełna 18 cm, izolacja przeciwwilgociowa, beton ze zbrojeniem, warstwa izolacji, wełna 18 cm, folia ekranująca, instalacja ogrzewania podłogowego.
Dom pasywny w Legionowie i jego certyfikat energetyczny4,5
Co warto wiedzieć?
Współczesny dom jest przyjazny dla jego mieszkańca i środowiska. Powinien być zaprojektowany z uwzględnieniem wzajemnych oddziaływań ze swoim otoczeniem, z uwzględnieniem aspektów ochrony środowiska, warunków mieszkaniowych i społecznych, a charakteryzować go musi małe zużycie energii. Budownictwo pasywne, w myśl idei kompleksowego podejścia do realizacji domu o wysokiej jakości, „zdrowego” i efektywnego kosztowo, powinno spełniać powyższe warunki.
Standardy wypracowane przez Instytut Budownictwa Pasywnego w Niemczech są arbitralnie podane, ścisłe, uzasadnione fizycznie i oczywiście dobrowolne. Terminem „domy pasywne” określa się w zależności od kraju różne budynki, spełniające rozmaite standardy, ale zawsze występuje wspólny mianownik pod postacią ekstremalnie niskiego zużycia energii.
Architektura, rozwiązania budowlane, zastosowanie odnawialnych źródeł energii i realizacja konkretnego systemu ogrzewania lub chłodzenia będą uwarunkowane lokalnymi warunkami (klimatycznymi, ekonomicznymi, określonymi tradycjami, dostępnością lokalnych materiałów budowlanych, regulacjami i polityką państwa).
Kryteria domów pasywnych, wg ich twórców, są możliwe do spełnienia przez budynki jednorodzinne, zlokalizowane w warunkach klimatycznych Niemiec, Polski, ale i w krajach o bardziej surowym klimacie, np. w krajach skandynawskich. Doświadczenia realizacyjne potwierdzają tę opinię. podstawowym założeniem jednak budownictwa pasywnego jest jego dostępność poprzez ekonomiczne rozwiązania i dopiero ten warunek jest trudny do spełnienia. Rozwój budownictwa pasywnego będzie implikował popyt na określone produkty i usługi, a zarazem wywoływał rozwój określonych segmentów sektora budownictwa. Warto więc wdrażać, dostosowywać albo modyfikować nowe idee jak najwcześniej, nie zostając daleko w tyle za pionierami. Współczesne idee dotyczące budownictwa wraz z możliwościami oferowanymi przez nowoczesne technologie (w zakresie systemów energetycznych wykorzystujących odnawialne źródła energii), umożliwiają realizację budynku funkcjonalnego, przyjaznego dla użytkownika i środowiska. Takim obiektem jest właśnie dom pasywny – typowy dom nieodległej przyszłości.
Źródła
- Prosze podać pozycję gdzie znajduje się definicja Adamsona z 1987 r.
- Feista z 1988 r.
- GiVoni z 1994 r.
- Wnuk R.; Budowa Domu Pasywnego w praktyce. Wydawnictwo Przewodnik Budowlany. 2006.
- Piotrowski R., Wnuk R., Katalog Projektów Domów Pasywnych i Energooszczędnych. „Przewodnik Budowlany” 2006.
dr inż. Ryszard Wnuk
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
