1
Budynki
o
radykalnie
obniŜonym
zapotrzebowaniu
na
energie
konwencjonalną
Tomasz Kisilewicz: Politechnika Krakowska
Termin budynek energooszczędny jest obecnie
bardzo chętnie uŜywany, chociaŜ nie jest do końca
jasne co on naprawdę oznacza. MoŜna podejrzewać,
Ŝ
e właśnie ta niejasność jest dla niektórych
uŜytkowników tego określenia bardzo wygodna.
Wprowadzenie
wskaźnika
"E",
określającego
faktyczne
zapotrzebowanie
na
energię
dla
standardowego
sezonu
ogrzewczego,
powinno
usunąć wszelkie niejasności i zastąpić trudne do
weryfikacji deklaracje liczbami. MoŜna oczekiwać,
Ŝ
e jeśli dla uŜytkownika samochodu bardzo waŜna
jest informacja "ile pali na setkę", to dla uŜytkownika budynku wartość wskaźnika E stanie
się tak samo waŜna jak lokalizacja, sąsiedztwo, wyposaŜenie itp.
Warto w tym miejscu zauwaŜyć, Ŝe bardzo szybko ulegają zmianie wymagania w tym
zakresie i ich społeczny odbiór. Oto przykłady.
Zdecydowana większość wzniesionych i uŜytkowanych w Polsce budynków to obiekty o
duŜej energochłonności, spuścizna po latach beztroskiego gospodarowania energią. Wartość
wskaźnika E dla tych budynków moŜe wynosić od 200 do 300 i więcej kWh/m2. W 1990
roku pisano w "Materiałach Budowlanych" [1], Ŝe w przodującej pod względem oszczędzania
energii Szwecji wskaźnik E wynosi "juŜ tylko 120-I55 kWh/m2 , a w przyszłości realne moŜe
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 obniŜonym zapotrzebowaniu na energię 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 równieŜ było utrzymanie walorów estetycznych
bryły i jej związku z krajobrazem, a takŜe poprawnej funkcji wnętrza. Zamiarem autorów
było równieŜ 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 rozbieŜnymi wymaganiami. Utrzymany został jednak
podstawowy charakter budynku energooszczędnego konsekwentnie realizowany od etapu
kształtowania rzutu i bryły, do eliminacji mostków cieplnych w detalach konstrukcyjnych.
Tymczasem juŜ w 1998 roku nawet polskie, zwykle dość łagodne, przepisy wymagają dla
zwykłych, nowowznoszonych budynków wartości E poniŜej l00 kWh/m2. Zaś w domach
zasługujących na miano energooszczędnych wskaźnik ten ma być niŜszy od 50 kWh/m2.
2
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 obniŜonym zapotrzebowaniu na energię
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, naleŜy 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 wyposaŜenia 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 obniŜona 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
juŜ w Niemczech.Dom Pasywny zapewnia komfort termiczny we wnętrzu tylko przy tzw.
uzupełniającym systemie ogrzewania konwencjonalnego, uŜywanym w najchłodniejszych
jedynie okresach roku.
Jest to moŜliwe poprzez:
•
radykalne ograniczenie strat cieplnych
•
maksymalizację pasywnych (biernych) zysków słonecznych.
3
Cele programu:
1.
Wykazanie technicznej wykonalności budynków o krańcowo niskim zapotrzebowaniu
na energię konwencjonalną
2.
Niski koszt dodatkowy ma być w budynku pasywnym szybko kompensowany
oszczędnościami przy eksploatacji.
3.
Badanie zachowania i akceptacji uŜytkowników takich budynków
4.
Wprowadzenie na rynek europejski Domu Pasywnego jako poszukiwanego towaru
handlowego.
5.
Dom Pasywny musi stać się waŜnym elementem zrównowaŜonego rozwoju
technicznego i ochrony środowiska naturalnego.
Podstawowe cechy techniczne budynków pasywnych:
•
Bierne zyski słoneczne
Optymalne oszklenie południowe (ą30°)
Zyski słoneczne stanowią ok. 40% zapotrzebowania
•
Superizolujące oszklenie
Nisko-emisyjne oszklenie 3-szybowe, U =< 0.75 W/(m2K)
Przepuszczalność promieniowania słonecznego powyŜej 50%
•
Superizolujące ramy
Miejscowy współczynnik przenikania ram poniŜej 0.8 W/(m2K)
•
Powłoka budynku
Superizolacja przegród nieprzeźroczystych, 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 róŜnicą ciśnień 50Pa: mniej niŜ 0.6 1/h
•
Wentylacja
Wentylacja wymuszona, usuwanie powietrza z pomieszczeń wilgotnych.
Wymiana powietrza na poziomie 30m3 na osobę
•
Odzysk ciepła z powietrza wentylacyjnego
Przeciwprądowy wymiennik ciepła
Sprawność wymiany ciepła h >= 80%
•
Odzysk ciepła utajonego z powietrza wentylacyjnego
Kompaktowa pompa cieplna, max. ObciąŜenie 10 W/m3.
•
Gruntowy wymiennik ciepła
Wstępne podgrzewanie powietrza zewnętrznego poprzez zasysanie przez węŜownicę
w gruncie, temperatura świeŜego powietrza powyŜej +8°C.
•
Ogrzewanie konwencjonalne
System zredukowany do minimum, np. nadmuch ciepłego powietrza połączony z
wentylacją mechanicznąZapotrzebowanie na konwencjonalną energię ogrzewania
=< 15 kWh/(m2a)
•
Energooszczędne wyposaŜenie domu
Całkowite zuŜycie energii na ogrzewanie, ciepłą wodę i gospodarstwo domowe
poniŜej 42 kWh/(m3a)
4
Wnioski ogólne dla budownictwa polskiego
PodwyŜszanie izolacyjności nieprzeźroczystych przegród zewnętrznych jest działaniem dość
naturalnym i w przypadku budynków nowoprojektowanych względnie tanim. Grubości
warstw izolacyjnych powyŜej 30 czy nawet 40 cm, prawdopodobnie w ciągu niewielu lat,
będą rozpowszechnione nie tylko dla stropów ale i dla ścian. Spotykane czasami wątpliwości
na temat "nadmiernego zaizolowania i uszczelnienia przegród" nie mają Ŝadnych podstaw
merytorycznych, a realizacje wielu juŜ 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 podwyŜszonej izolacyjności ogromne znaczenie mają
natomiast straty ciepła przez otwory przeszklone, a co za tym idzie kwestia wielkości
przeszklenia. PodwyŜszenie izolacyjności cieplnej oszklenia, wpływa nie tylko na radykalne
ograniczenie całości strat cieplnych z budynku, ale jest takŜe kluczowym warunkiem
wykorzystania energii słonecznej
Programy badawcze potwierdzają, Ŝe poprzez stosowanie układów kilku szyb i powłok
niskoemisyjnych oraz izolacyjnych przekładek dystansowych moŜna realnie zmniejszyć
przenikanie ciepła przez oszklenie nawet do wartości 0.5 W/m2K. Podobny efekt izolacyjny
moŜna uzyskać równieŜ stosując izolację półprzepuszczalną. Tak niskie współczynniki
przenikania ciepła dla oszklenia umoŜliwiają zmianę pozycji biernych zysków słonecznych w
bilansie budynku z marginalnej nawet na. dominującą.
Programy badawcze po raz kolejny potwierdziły równieŜ konieczność wznoszenia szczelnych
budynków, wyposaŜonych w system wentylacji mechanicznej i bezwzględnie wymiennik
ciepła. Ilościowa redukcja wymiany powietrza poniŜej minimum higienicznego nie jest
moŜliwa. Stosowanie materiałów o małej paroprzepuszczalności dodatkowo podwyŜsza
wymagania wentylacyjne. Odzysk ciepła z powietrza usuwanego jest więc jednym z
podstawowych
rozwiązań
budownictwa
energooszczędnego.
Centralna
wentylacja
mechaniczna umoŜliwia zastosowanie równieŜ bardzo prostego pod względem technicznym
gruntowego wymiennika ciepła, szerzej stosowanego dotąd tylko w Niemczech. Wydaje się,
Ŝ
e moŜe on być bardzo praktyczną alternatywą dla. zaawansowanych technicznie urządzeń.
Nadaje się on do samodzielnej, niefachowej realizacji, nie wymaga duŜych 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