Co sprawia, że dom jest pasywny?

Energia, którą zużywamy na co dzień pochodzi w większości ze źródeł kopalnych. Uzależnienie gospodarcze od tradycyjnych surowców energetycznych jest zarówno mało efektywne ekonomicznie, jak i mało bezpieczne – generuje liczne zagrożenia. Zasoby węgla, ropy naftowej czy gazu pewnego dnia się wyczerpią.

Źródła energii

Na szczęście coraz więcej krajów stara się z tym walczyć, i zmniejszać uzależnienie od kopalnych źródeł energii. Światowy mix energetyczny energii pierwotnej pokazuje, że dalej około 90% energii stanowi źródła nieodnawialne. Kopalne źródła energii emitują CO2, które doprowadza do podwyższenia temperatury na świecie. W 2015 roku blisko 200 krajów konwencji klimatycznej ONZ w Paryżu przyjęło porozumienie, które ma zatrzymać globalne ocieplenie na poziomie „znacznie poniżej 2 stopni Celsjusza”. Celem umowy jest „utrzymanie wzrostu globalnych średnich temperatur na poziomie znacznie mniejszym niż o 2 stopnie Celsjusza w stosunku do epoki przedindustrialnej i kontynuowanie wysiłków na rzecz ograniczenia wzrostu temperatur o 1,5 stopnia”. Pierwsza
wersja tego porozumienia konstatuje, że cel 1,5oC oznacza zerową emisję dla krajów członkowskich w podziale na wszystkie kraje w latach 2030–2050. Dziś już wiemy, że działania wtedy założone są prawdopodobnie niewystarczające, i będzie trzeba szukać nowych pomysłów aby zwalczyć wzrost CO2 w atmosferze.

Architektura w dużej mierze odpowiada za zużycie energii na świecie. Dlatego powstała idea Domu Pasywnego. Jest to pomysł, który pozytywnie sprawdził się w praktyce przez ostanie 25 lat i może być jeszcze powszechniej wykorzystany. Został zainicjowany w 1988 roku, kiedy Bo Adamson ze szwedzkiego Lund University oraz Wolfgang Feist z Institut Wohnen Und Umwelt w Niemczech rozpoczęli wspólne starania o wypracowanie takiego standardu budynku, który będzie możliwie najefektywniejszy energetycznie i najtrwalszy. Wyniki ich badań pozwoliły na stworzenie pierwszego budynku pasywnego w 1991 roku w Darmstadt, dając tym samym podwaliny najbardziej efektywnemu energetycznie standardowi budynku oraz znanego dziś Passive House Institute.

Jeden z pierwszych na świecie domów pasywnych, zbudowany w 1991 roku w Darmstadt Kranichstein w Niemczech

Podstawową ideą standardu PH jest założenie, iż najbardziej ekologiczne kWh to te, które nigdy nie będą musiały być wykorzystane – zatem cel nadrzędny w tym standardzie obiektu to optymalizacja zużycia energii. Standardy pasywne kierunkują nas nie tylko na odchodzenie od korzystania z surowców kopalnych na rzecz energii odnawialnych, ale również, i może przede wszystkim, na ograniczenie poziomu zużycia energii. Co więcej, poprawnie zaprojektowane pasywne rozwiązania są praktycznie bezawaryjne, podczas gdy wszelkie aktywne – zawsze ponoszą ryzyko usterki i muszą być poddawane procesom konserwacji.

Standard sprawdzony i potwierdzony certyfikatem

Pomiary przeprowadzone w 114 mieszkaniach typu Passive House, będących częścią projektu CEPHEUS, wykazały średnią oszczędność energetyczną na poziomie ok. 90%. Innymi słowy budynek pasywny stanowi przykład „obiektu w standardzie 10” (factor 10) o zapotrzebowaniu na zaledwie jedną dziesiątą energii zużywanej przez budynek standardowy.

Podstawowe kryteria budynku pasywnego:

• bardzo dobra izolacja cieplna,
• konstrukcja bez mostków cieplnych,
• szczelna powietrznie powłoka budynku (tzw. koperta termiczna),
• wysoce efektywny system wentylacyjny z odzyskiem ciepła / rekuperacja,
• wysokiej jakości okna o ocieplonych ramach oraz potrójnym oszkleniu

Izolacja cieplna budynku

Pierwszą podstawową zasadą każdego domu pasywnego jest gruba izolacja cieplna. Klimat na terenie Polski jest ostrzejszy niż na terenie Niemiec (skąd wywodzi się system Passive House), więc grubości izolacji muszą być jeszcze grubsze i osiągają zwykle 20-25cm grubości dla ścian (przy standardowej jakości styropianie lub wełnie mineralnej) i nawet 30-40cm dla dachów i podłóg na gruncie. Dodatkowo istotnym elementem dla izolacji jest optymalizowany kształt budynku. Budynki powinny mieć jak najprostszą bryłę aby nie tworzyć niepotrzebnie powierzchni, które tracą ciepło. Kompaktowość bryły wyraża się w stosunku A/V czyli powierzchnia do kubatury. Wartości akceptowalne dla domu pasywnego to najwyżej ok. A/V = 0.7-0.8.

Konstrukcja bez mostków cieplnych

Ważnym elementem domu pasywnego jest takie zaprojektowanie detali aby pozbyć się mostków cieplnych. Mostki cieplne mogą powstać np. przez nieprawidłowe zamontowanie okien - w grubości warstwy konstrukcyjnej a nie izolacji, albo np. poprzez zaprojektowanie balkonu którego konstrukcja przebija izolację w budynku.

Przykład balkonu - bez zastosowania mocowania z izolacją, konstrukcja z żelbetu przebija izolację i powoduje duży mostek cieplny

Szczelna powłoka budynku

Bardzo ważnym aspektem jest utworzenie szczelnej powłoki budynku. To znaczy, że powietrze nie dostaje się do budynku przez nieszczelności w oknach czy ścianach. Szczelna powietrznie powłoka budynku umożliwia osiągnięcie tak wysokich parametrów komfortu użytkowego, że na ogrzanie powierzchni 30 m2 wystarczą zaledwie cztery żarówki – o mocy 75 W każda (szacunkowe zapotrzebowanie na ciepło to 10 W/m2, więc 4 × 75 = 300 W). Oznacza to także, że tworząc energetyczny model budynku, projektant musi brać pod uwagę wszelkie potencjalne (pasywne) źródła energii cieplnej, jest to tzw. energia z wewnętrznych zysków cieplnych: ciepło od użytkowników, urządzeń, ciepło słońca wpadającego przez okna itd.

System wentylacyjny

Skoro mamy już szczelną powłokę budynku, użycie tradycyjnej wentylacji grawitacyjnej nie ma sensu - musielibyśmy zainstalować nawietrzaki w oknach co traciłoby mnóstwo energii poprzez wpuszczanie zimnego powietrza. Płucami budynku pasywnego jest system wentylacyjny, który dba stale o zachowanie dobrej jakości powietrza w pomieszczeniach, usuwa nadmiar wilgoci, nieprzyjemne zapachy,nie dopuszcza do zapylenia powietrza szkodliwymi alergenami (kurz, aerozole, pyłki z zewnątrz), co podnosi znacząco komfort mieszkalny. System wentylacji w budynku pasywnym musi być wyposażony w rekuperator, który odzyskuje nawet 90-95% energii z wyrzucanego powietrza. Dzięki temu zmniejszamy straty energii poprzez wentylację.

Wysokiej jakości okna

Okna są kolejnym kluczowym elementem budynków pasywnych: trójszybowe, wraz z izolowanymi framugami, wspomagają utrzymanie niskiej amplitudy temperatur w pomieszczeniach. Grzejniki pod oknami nie są potrzebne, gdyż oczekiwana temperatura powierzchniowa elementów konstrukcyjno-budowlanych w pobliżu otworów okiennych nie spadnie poniżej 17oC. Przeszklenia zastosowane w oknach powinny być dobrane tak, aby we wnętrzach uzyskać oczekiwany poziom zysków słonecznych (okna jako pasywne kolektory słoneczne doprowadzające energie ze słońca bezpośrednio do wnętrza pomieszczeń). Typowe okna powinny mieć współczynnik G (współczynnik przepuszczalności energii) o wartości większej niż 0,5, dzięki czemu w chłodniejszych porach roku zyski cieplne są wystarczające do utrzymania założonych temperatur.

Przykład konstrukcji okna pasywnego

Otwory okienne powinny być wykonane w taki sposób, aby zmaksymalizować zyski w poszczególne dni i pory roku – w zależności od potrzeb. Aby uzyskać założony efekt, można zainstalować różne systemy osłonowe (zacieniające) lub zastosować inteligentne kształtowanie bryły budynku oraz orientację przeszkleń (np. balkony mogą przesłaniać i chronić okna przed nadmiernym
nasłonecznieniem). Podczas sezonu grzewczego (zazwyczaj pora zimowa) zyski słoneczne utrzymują niski status energetyczny budynku. Okna o południowej ekspozycji z dobrym parametrem G działają niczym zamiennik systemu grzewczego, a jednocześnie są elementami budynku o najniższym współczynniku U (współczynnik przenikania ciepła). Umiejscowienie okien w fasadzie północnej zwiększa utratę ciepła i nie umożliwia pozyskiwania pasywnej energii ze słońca.

Umiejscowienie okien a straty i zyski energii (czerwony - zyski energii z jednego okna, niebieski - straty energii; bilans wychodzi dodatni przy południowych lokalizacjach okien)

Co nam dają budynki pasywne?

Podsumowując, budynki w standardzie pasywnym pozwalają nam osiągnąć długoterminowe cele zrównoważonego rozwoju – zarówno społeczne i środowiskowe, jak i ekonomiczne. Stanowią przykład jednego z rozwiązań, które mogą do 2050 roku pozwolić na uniezależnienie się od surowców kopalnych, a tym samym podniesienie komfortu wewnętrznego i zewnętrznego. Podstawową zasadą budynków pasywnych jest założenie, że najbardziej ekologiczne kWh, to te, których nie używasz – czyli dzięki proponowanym, sprawdzonym rozwiązaniom architektoniczno-inżynieryjnym ograniczasz zapotrzebowanie na energię.

Na zakończenie mój ulubiony dom pasywny zaprojektowany przez Karawitz Architecture:

Źródła:

• Strona internetowa: https://passipedia.org
• Publikacja "3xE" wydana przez Stowarzyszenie Architektów Rzeczypospolitej Polskiej

Strona na FB

Architektura Efektywna