Odnawialne źródła energii odgrywają coraz większe znaczenie w projektowaniu architektonicznym, jak i na rynku budowlanym. Po odpowiednim zastosowaniu tego typu źródeł, a także przy zastosowaniu odpowiednich materiałów budowlanych o dobrych parametrach izolacyjnych (czyli o niskich współczynnikach przenikania ciepła), projektanci są w stanie zaprojektować budynki niskoenergetyczne, a nawet pasywne. Według dr W. Feista twórcy idei, pojęcie domu pasywnego brzmi następująco: „Dom pasywny jest budynkiem o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania wnętrza 15 kWh/(m2rok), w którym komfort termiczny zapewniony jest przez pasywne źródła ciepła (mieszkańcy, urządzenia elektryczne, ciepło słoneczne, ciepło odzyskane z wentylacji), tak że budynek nie potrzebuje autonomicznego, aktywnego systemu ogrzewania. Potrzeby cieplne realizowane są przez odzysk ciepła i dogrzewanie powietrza wentylującego budynek”. Istotą projektowania i wznoszenia budynku pasywnego jest zminimalizowanie strat ciepła oraz powiększenie zysków energetycznych. Pierwsze budynki pasywne powstały w Niemczech, później zaczęto realizować je w całej Europie, a nawet w Azji i Ameryce. Wybudowano ponad 5000 budynków pasywnych w obrębie Unii Europejskiej. Dotychczas powstało wiele budynków pasywnych o różnych funkcjach, tj. budynki mieszkalne jednorodzinne, jak i wielorodzinne, szkoły, przedszkola, obiekty sportowe, administracyjne, biurowe, a nawet kościół. Wszystko to świadczy o uniwersalności tego rodzaju budynku.

Idea budynku pasywnego
Istotą projektowania i wznoszenia budynku pasywnego jest zminimalizowanie strat ciepła oraz powiększenie zysków energetycznych. Można to uzyskać poprzez niskie współczynniki przenikania ciepła przegród zewnętrznych oraz w wyniku pozyskania ciepła. Przekazanie ciepła zachodzi poprzez wentylację i transmisje, natomiast straty ciepła poprzez ściany, okna, dachy (przez mostki termiczne). Pozyskiwanie ciepła odbywa się poprzez: • zyski wewnętrzne (ciepło ludzi, urządzeń gospodarstwa domowego itp.), • pasywne pozyskiwanie energii słonecznej poprzez przeszklenia południowych fasad budynku oraz odzysk ciepła z wentylacji poprzez zastosowanie wymienników w instalacjach. Pasywne zyski solarne są optymalizowane poprzez przeszklenia południowych okien. Natomiast straty ciepła można zredukować poprzez odpowiednio zaprojektowaną i wykonaną izolację cieplną i prostą, zwartą formę budynku. Energię możemy pozyskać za pomocą następujących urządzeń: • Rekuperatora – pozyskanie ciepła z wentylacji. Musi on mieć wydajność większą niż 75%. • Gruntowego wymiennika ciepła – ogrzewanie powietrza, które zasila wentylację poprzez pozyskanie ciepła zawartego w gruncie. • Kolektory słoneczne – pozyskanie ciepła z nagrzanej przez promienie słoneczne cieczy roboczej dla wody do celów użytkowych. • Ogniwa fotowoltaiczne – pozyskanie energii z promieni słonecznych i przekazanie jej na energię elektryczną niezbędną dla codziennego użytkowania.

Zalety i wady
Najważniejsze zalety budynków pasywnych: • Niskie koszty eksploatacji w stosunku do budynku tradycyjnego. Szacuje się zużycie nie większe niż 1,5 l oleju opałowego lub 1,5 m³ gazu (15 kWh) na m² na rok; • Dobry mikroklimat dla mieszkańców, w wyniku czego polepsza się ich samopoczucie. • Ochrona środowiska poprzez mniejszą emisję dwutlenku węgla do powietrza. Oprócz zalet, które występują w takim budynku możemy dostrzec kilka wad z punktu widzenia inwestora i projektanta: • Duży koszt realizacji takiej inwestycji, w stosunku do inwestycji w systemie tradycyjnym. • W celu uzyskania dobrych parametrów izolacyjnych niezbędnych dla tej budowy, budynki powinny mieć prostą, a zarazem zwartą bryłę, zazwyczaj na planie prostokąta. Stanowi to duże ograniczenie dla architektów. • Ograniczenie pod względem usytuowania okien w budynku (usytuowanie wielkości okien, a także ich liczby w zależności od stron świata). • Nie należy mocować na kotwach materiałów elewacyjnych do ściany budynku (ze względu na możliwość powstania punktowych mostków termicznych). W tym celu można przyklejać te materiały do ocieplenia ścian zewnętrznych lub zamocować do oddzielnej ściany.

Kształtowanie architektury
W czasie projektowania architektonicznego domów pasywnych oprócz prawidłowo zaprojektowanej przestrzeni dla przyszłych mieszkańców należy kierować się oszczędnością energetyczną, którą można uzyskać np. poprzez odpowiedni kształt bryły przyszłego budynku. Dlatego zalecany jest obiekt o zwartej i prostej formie, gdzie przegrody zewnętrzne mają prawidłowe proporcje do kubatury, co wpływa na mniejsze straty cieplne w wyniku przenikania ciepła przez te przegrody. Przy planowaniu otworów okiennych należy kierować się zasadami architektury solarnej (otwarcie na południe i zmniejszenie przeszkleń od północy). Od strony południowej najbardziej nasłonecznionej należy zastosować elementy zacieniające (balkony, okapy, żaluzje itp.) uniemożliwiające w pewnym stopniu nagrzanie tej części budynku. Należy unikać stosowania również nadmiernych przeszkleń od strony zachodniej i wschodniej. Równie ważną rzeczą jest stosowanie stref buforowych: maksymalne doświetlenie (ogrzanie) powierzchni południowych, a także uniemożliwienie nadmiernego schłodzenia budynku (poprzez działanie wiatru, wilgoci) od strony północnej. W kształtowaniu funkcji preferuje się otwarte wnętrza ułatwiające wentylację. Projekty domów pasywnych powinny zawsze charakteryzować się komfortem klimatycznym i współczesnymi potrzebami psychosocjologicznymi mieszkańców. Oprócz zastosowania specjalnych rozwiązań technicznych (urządzeń) wewnątrz budynku, można polepszyć klimat panujący w budynku poprzez właściwe zaprojektowanie zieleni na działce. Możemy w pewnym stopniu ograniczyć doświetlenie pomieszczeń poprzez zasadzenie drzew liściastych przed elewacją południową w sezonie letnim, zaś w okresie zimowym drzewa tracą liście, przez co do okien wpadają promienie słoneczne, które stanowią istotne źródło ciepła dla budynku. Natomiast od strony najbardziej zacienionej, czyli strony północnej korzystna jest zieleń iglasta, która stanowi strefę buforową. W tej sytuacji chroni elewacje przed zimnymi wiatrami mogącymi wychładzać budynek. Strefą buforową mogą być miejsca niewymagające promieni słonecznych, tj. garaż, wiatrołap, klatka schodowa lub pomieszczenie gospodarcze.

Pierwszy kościół pasywny
Szczególną uwagę należy zwrócić na pierwszy pasywny kościół w Polsce a nawet w Europie, który jest obecnie wznoszony w Nowym Targu. W czasie użytkowania zużycie roczne energii elektrycznej na ogrzanie kościoła będzie zminimalizowane z 120 kWh do 15 kWh. Uzyskano to poprzez: • zastosowanie kolektorów słonecznych zamontowanych na dachu świątyni (przyjęto 26 kolektorów), • redukcję strat ciepła w zimie, jak i ochronę przed przegrzaniem wnętrza w lecie w wyniku zastosowania specjalnej termoizolacji konstrukcji ścian oraz okien trzyszybowych o współczynniku przenikania ciepła 0,70 W/ (m2K), • zastosowanie wentylacji mechanicznej z systemem odzyskania ciepła, • zastosowanie pompy ciepła, która będzie źródłem ciepła dla ogrzewania podłogowego. Z architektonicznego punktu widzenia kościół przy zastosowaniu strzelistych dachów i niskich podcieni ma charakter zabudowy Podhala. Świadczy to o tym, iż nic nie stało na przeszkodzie, by zaprojektować budynek pasywny o regionalnym stylu. W czasie projektowania przeprowadzono analizę nasłonecznienia, która była niezbędna do prawidłowego doświetlenia wnętrza w okresie letnim, jak i zimowym, oraz przedstawiono schemat wentylacji.

Największy na świecie
Obecnie największym obiektem pasywnym na świecie jest obiekt biurowy „Energon”. Powstał on w 2002 roku w Niemczech w miejscowości Ulm. Budynek ten posiada 5 pięter, ma około 7000 m² oraz pracuje w nim 420 osób. W biurowcu w Ulm zastosowano innowacyjne rozwiązanie polegające na zasysaniu powietrza z zewnątrz przez długą 28-metrową betonową rurę o wlocie usytuowanym nad powierzchnią ziemi. Dzięki temu rozwiązaniu latem pobierane jest chłodniejsze powietrze, zaś zimą cieplejsze niż temperatura otoczenia. Po uzyskaniu odpowiedniej temperatury powietrza jest ono doprowadzane następnie do zadaszonego atrium, z którego jest rozprowadzane do poszczególnych pomieszczeń i biur. W budynku zainstalowano również: • Inteligentną klimatyzację, utrzymującą komfortową temperaturę, • Nowoczesne rozwiązania pozwalające ogrzewać i schładzać pomieszczenia, poprzez zastosowanie rur z tworzyw sztucznych w stropach. W celu ogrzania stosuje się temp. 26°C, zaś w celu schłodzenia temp. 18°C, • Zastosowano okna trzyszybowe o niskim współczynniku przenikania ciepła, • Zastosowano mechanicznie sterowane żaluzje, które chronią przez nadmiernym promieniowaniem słonecznym, • Przewidziano na dachu budynku ogniwa fotowoltaiczne o powierzchni 328 m2, które pozyskują 12 000 kWh rocznie. Natomiast na dachu wielopiętrowego garażu przewidziano drugą instalację ogniw fotowoltaicznych pozyskującą 125 000 kWh rocznie. Kwestię izolacyjności cieplnej przegród rozwiązano stosując następujące grubości warstw ociepleniowych: • 20 cm styropianu na ściany fundamentowe, • 35 cm styropianu na ściany fasady budynku, • 50 cm styropianu na dachu. Architekci zredukowali zużycie prądu na oświetlenie poprzez zastosowanie przeszklonego dachu atrium, który dostarcza potrzebne światło dzienne. Pozyskiwana energia elektryczna przekracza zapotrzebowanie Energonu i jest sprzedawana jako prąd ekologiczny. Oprócz wykonania innowacyjnych technologii pozyskiwania energii należy zwrócić uwagę na okresowe przeglądy, w tym celu temperatura oraz jakość powietrza są nieustannie mierzone i optymalizowane. Ważną sprawą jest to, iż mimo zastosowania bardzo nowoczesnych technologii cena budynku nie przekroczyła średniego kosztu realizacji podobnej inwestycji. Natomiast są o wiele niższe koszty utrzymania Energonu, gdyż zużywa on aż o 75% mniej energii do ogrzewania, klimatyzacji itp. niż normalny przeciętny obiekt biurowy, w wyniku czego zmniejszona jest również emisja dwutlenku węgla do powietrza. Pod względem architektonicznym budynek wygląda bardzo ciekawie. Rzuty budynku są zaprojektowane na kształt zbliżony do trójkąta równobocznego, którego boki są trochę wygięte na zewnątrz. Możemy tu zaobserwować odejście od zwykłej, prostej bryły budynku, jaka jest zalecana dla budynku pasywnego, w wyniku czego architektura jest zachwycająca, a zarazem różnorodna.

Koszty realizacji budynku pasywnego
W przypadku podjęcia decyzji o wykonaniu budynku pasywnego inwestor musi liczyć się ze wzrostem kosztów realizacji takiej inwestycji. W Niemczech koszty te są większe w stosunku do budowy budynku tradycyjnego o 15%, natomiast w Polsce ze względu na małą liczbę tych budynków jeszcze nie ma określonych danych. Budynki pasywne charakteryzują się tańszą eksploatacją w stosunku do budynku tradycyjnego, a okres zwrotu dodatkowych kosztów poniesionych na inwestycje wynosi od kliku do kilkunastu lat. Przez dodatkowe koszty rozumie się koszty poniesione na wyposażenie budynku w wentylację mechaniczną, na wykonanie grubszej izolacji termicznej, specjalnych energooszczędnych okien, a także na zastosowanie odnawialnych źródeł energii (ogniwa fotowoltaiczne, kolektory słoneczne, rekuperatory, gruntowe wymienniki ciepła itp.). Same okna energooszczędne są droższe od okien tradycyjnych o standardowych parametrach o około 100-120%. Natomiast inaczej wygląda sytuacja izolacji termicznej, gdyż mogą być stosowane te same materiały jak dla budynku tradycyjnego, lecz muszą mieć one odpowiednią grubość. W ekonomicznej analizie opłacalności wykonania budynku pasywnego można zauważyć, iż koszty wzrastają w momencie, kiedy obiekt osiągnie zapotrzebowanie na energię wysokości 15 kWh/(m2 rok). W tej sytuacji można zrezygnować z hydraulicznego centralnego ogrzewania, co powoduje obniżenie kosztów do poziomu, który czyni inwestycję opłacalną. Miejmy nadzieję, że powstanie w Polsce jeszcze więcej tego typu obiektów, powodując w znacznym stopniu mniejsze zanieczyszczenie środowiska.

Krzysztof Smajdor
Politechnika Śląska Wydział Budownictwa CKI o specjalizacji Budowlano-Architektonicznej
Zródło: miesięcznik Builder
więcej na www.ebuilder.pl
 

powrót

Liczba wyświetleń: 856