Tradycyjny, Energooszczędny, Pasywny i Plus Energetyczny. Dom współczesny.

Dzisiejsze budownictwo mieszkaniowe oferuje wybór kilku wariantów jeśli chodzi o zapotrzebowanie budynku na energię. Współczesne technologie jak i wiedza pozwalają stosownie do wymagań inwestora dobrać odpowiedni wariant, dzięki czemu w cyklu życia budynku eksploatacja może być znacznie tańsza.

Na pierwszy rzut oka dom pasywny, czy niskoenergetyczny nie różni się niczym od tradycyjnego. To co je rozróżnia znajduje się wewnątrz – w strukturach budynku, oraz zasadach projektowania. Dlatego żeby rozpocząć przegląd budynków pod względem zapotrzebowania na energię, krótka charakterystyka poszczególnych typów, oraz uporządkowanie pojęć.
Przede wszystkim podstawowym kryterium przy klasyfikacji budynków wyżej wymienionych jest zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji, a jego wartość wyrażona jest w kilowatogodzinach na metr kwadratowy na rok (kWh/m2/rok). Na podstawie tego właśnie współczynnika, dokonujemy klasyfikacji budynków i tak;

-budynek tradycyjny – to taki którego współczynnik zapotrzebowania na energię wynosi więcej niż 40 kWh/m2/rok [bud. tradycyjny > 40 kWh/(m2/rok)]
– budynek niskoenergetyczny (energooszczędny) to budynek którego zapotrzebowanie na energię jest mniejsze lub równe 40, ale większe niż 15 kWh/m2/rok
[40 ≥ bud. niskoenergetyczny >15 kWh/(m2/rok)],
-budynek pasywny to budynek o współczynniku zapotrzebowania na energię mniejszym lub równym 15 kWh/m2/rok [bud. pasywny ≤15 kWh/(m2/rok)],

Dla porządku koniecznym będzie wspomnieć o takich pojęciach jak budynek zero energetyczny (budynek o niemal zerowym zużyciu energii), oraz budynek plus energetyczny. Pojęcie budynku o niemal zerowym zużyciu energii sformułowane zostało w dyrektywie unijnej z 2010 r. Określa ono że budynek taki ma „bardzo wysoką charakterystykę energetyczną”, a potrzebna energia powinna w bardzo dużym stopniu pochodzić ze źródeł odnawialnych (OZE). Dodatkowo zalecane jest, aby energia była produkowana „na miejscu”, lub w pobliżu budynku.
Jednak definicja tam powstała jest bardzo ogólna (ponadto pozostawiono państwom członkowskim – co jest zresztą sensownym rozwiązaniem ze względu na różnorodny klimat krajów UE – formułowanie własnych definicji, uwzględniając warunki lokalne) . W Polsce definicje te są przygotowywane. Kolejnym pojęciem z którym można się zetknąć w kontekście budownictwa energooszczędnego – jest pojęcie budynku plus energetycznego. Jak łatwo się domyśleć jest to budynek produkujący więcej energii niż sam zużywa.
Warto wspomnieć przy omawianiu istotnych pojęć o wspomnianych już Odnawialnych Źródłach Energii (OZE), ściśle związanych z budownictwem energooszczędnym. Mówiąc najprościej są to takie źródła, których wykorzystanie nie wiąże się z ich długotrwałym niedoborem, ponieważ zasoby są niewyczerpalne, lub odnawiają się w krótkim czasie. Do takich źródeł należą: energia słoneczna, energia uzyskiwana z wiatru, czy stała dodatnia temperatura gleby.

Słowo historii. Koncepcję budynku pasywnego opracował dr Wolfgang Feist. Pierwszy dom na podstawie opracowanych założeń powstał w 1990 roku w Darmstadt w Niemczech. Pierwszym pasywnym domem w Polsce (certyfikowanym przez niemiecki Instytut Domów Pasywnych w Darmstadt) był budynek jednorodzinny w Smolcu koło Wrocławia. Niemiecki pierwowzór okazał się przedsięwzięciem bardzo kosztownym, co spowodowało zastój we wznoszeniu tego typu obiektów.  Po ośmiu latach, przy wsparciu Unii Europejskiej powrócono jednak do ponownych realizacji w międzynarodowym projekcie CEPHEUS. Od tej chwili w krajach Europy (głównie Niemcy, Austria, Szwajcaria, Szwecja, Francja) przybywa budynków wznoszonych w standardzie pasywnym.

Co to tak naprawdę jest dom pasywny i niskoenergetyczny? Powyższy rys historyczny dotyczy wypracowanej i rozwijanej idei domu pasywnego, jednak koncepcja budynku energooszczędnego jest dużo starsza. Historyczne przykłady ruralistyki ( planowanie i rozwój wiejskich form osadniczych) pokazują że budowniczowie kilkaset lat temu wypracowywali (bez wsparcia rozwiniętej jak dziś technologii) metody na ochronę przed wiatrem, zimnem – czy też nadmiernym słońcem. Sam będąc uczestnikiem prezentacji przedstawianej przez hiszpańskiego architekta – dotyczącej historii kształtowania się architektury (zrównoważonej) w różnych rejonach tego kraju, byłem zaskoczony jaki poziom świadomości mieli budowniczowie tych domów, oraz że większość ogólnych idei pozostała niezmienna do dziś. Co jednak ma to wspólnego z budownictwem energooszczędnym? – Ktoś zapyta. Otóż ma – i to bardzo wiele.

Cofnijmy się nieco w czasie.
Góralska chata w Alpach austriackich posadowiona tysiąc metrów nad poziomem morza. Narażona jest na srogie zimy i szalejący wiatr – potęgujący uczucie zimna. Mieszkańcy do ogrzania chaty stosują dostępne powszechnie drewno. Jednak chata postawiona na szczycie góry czy pagórka, narażona na ciągłe działanie wiatru, w dodatku niezbyt szczelna (pełna szpar przez które wdziera się wiatr) byłaby niezwykle trudna do ogrzania – każda ilość wyprodukowanego przez piec ciepła zostanie pochłonięta przez zewsząd wdzierające się zimno. Dlatego mądrzy górale stawiali swe chałupy na zboczach, „przytulając” budynek jedną ścianą do zbocza – co chroniło przed wiatrem i dawało stabilną temperaturę (grunt poniżej poziomu przemarzania ma stałą temperaturę). Dodatkowo – ewentualną kolejną ścianę narażoną na działanie wiatru – okładano drewnem opałowym, sztaplując je pod sam okap. W ten sposób – sezonowo „chłodniejszą ścianę” pogrubiano o kilkadziesiąt centymetrów, co zwiększało jej izolacyjność cieplną. W ten sposób przy mniejszej ilości spalanego drewna, uzyskiwano komfortowy (jak na tamte warunki) klimat wnętrza. Być może trudno w to uwierzyć, ale trzymanie zwierząt hodowlanych (kozy, krowy czy owce) w jednym budynku sąsiadujące z izbą mieszkalną, powodowało dodatkowe „ogrzewanie” budynku, ponieważ żywe stworzenia emitują ciepło w sposób naturalny.

Ten historyczny przykład oddaje istotę budownictwa energooszczędnego; a mianowicie żeby minimalizować straty ciepła, wykorzystywać warunki lokalne i dostosowywać do nich rozwiązania. Powróćmy na chwilę jeszcze do przykładu wspomnianej architektury hiszpańskiej – w tych rejonach, gdzie problemem jest nie ogrzewanie, a schładzanie. Bez elektryczności i klimatyzacji wypracowano tam typy rozwiązań umożliwiających zniesienie upału – przez stosowanie podcieni, czy układu budynku w którego centralnej części korytarz służył jako dysza przyspieszająca pęd powietrza i „wyciągająca” gorące powietrze z pomieszczeń. Przekładając te przykłady na teraźniejszość – mamy podobne problemy; w krajach chłodniejszych zużywamy mnóstwo energii na ogrzewanie w sezonie jesienno-zimowym, w cieplejszych krajach południowych energia pochłaniana jest przez inne urządzenia komfortu – służące do schładzania powietrza. Przykład umiarkowanego kraju – jak Polska jest na tyle okrutny, że musimy grzać zimą i chłodzić się latem.

W związku z tym, aby zbudować dom energooszczędny, trzeba spowodować żeby – posługując się przykładem alpejskim – spalić jak najmniej drewna. Osiągniemy to poprzez zminimalizowanie strat ciepła w budynku, a to z kolei przez właściwe go zaprojektowanie. Dobór odpowiednich materiałów, ich grubości i parametrów, zastosowanie wysokosprawnych urządzeń grzewczych – to trzeba brać pod uwagę projektując budynek energooszczędny. Niezwykle ważny jest też etap wykonawczy – źle wykonana izolacja – choćby najlepszych parametrów nie zapewni nam wyliczonej ochrony przed zimnem – tym samym zapotrzebowanie na energię będzie wyższe niż zakładane. Jednak nie tylko te elementy są ważne – dostosowanie i wykorzystanie warunków lokalnych, ma też duży wpływ na uzyskanie jak najlepszych parametrów; orientacja budynku względem stron świata, buforowanie od strony zimnej pomieszczeniami pomocniczymi, dogrzewanie przez przeszklenia od strony południowej – to rozwiązania które pasywnie działają na rzecz ograniczenia zużycia energii.

Skoro już zostało wypowiedziane to słowo – scharakteryzujmy budynek pasywny. W porównaniu do energooszczędnego, budynek pasywny nie potrzebuje konwencjonalnych metod ogrzewania (piec, kocioł itd.). Z reguły (choć w warunkach krajowych jest to trudne do uzyskania) do ogrzewania takiego budynku stosuje się podgrzewane powietrze rozprowadzane przez system wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperatorem (czyli odzyskiem ciepła ze zużytego powietrza). Obliczając zapotrzebowanie na energię budynku, jako zyski cieplne uwzględnia się urządzenia elektryczne (lodówka, telewizor), oraz użytkowników – którzy również (jak wspomniano przy zwierzętach hodowlanych) emitują ciepło.

Projektując taki budynek wykorzystuje się maksymalnie energię słoneczną, ogrzewającą – przez eksponowane na słońce przeszklenia – powierzchnie akumulacyjne, które potem powoli oddają ciepło. W budynku pasywnym niezwykle istotne jest prawidłowe wykonanie, tutaj oprócz izolacji termicznej o jak najniższym współczynniku przenikania, istotna jest izolacja powietrzna: budynek musi być szczelny – inaczej nie uzyskamy parametrów jak dla obiektu pasywnego.

1. Przykład jednorodzinnego domu pasywnego, projekt: arch. Kamil Wiśniewski źródło: projekty  Domy Czystej Energii.

Do komfortowego życia potrzebujemy – oprócz ciepła – również ciepłej wody użytkowej. W domach pasywnych – nie posiadających „tradycyjnych” urządzeń do ogrzewania i podgrzewania wody, stosuje się urządzenia wykorzystujące źródła odnawialne, takie jak pompy ciepła (gruntowe, powietrzne) czy kolektory słoneczne. Urządzenia takie jak pompy ciepła, uzyskują z jednego kilowata energii pobranej do kilku kilowatów energii wyprodukowanej – stąd ich niezwykła energooszczędność. Przy bardzo dobrze zaizolowanym domu – bez strat cieplnych (czyli bardzo małym zapotrzebowaniu na energię) roczny koszt utrzymania jest niewielki.

Omawiając urządzenia wspomagające budynki energooszczędne – dotarliśmy do budynków plus energetycznych. Budynek sam z siebie nie jest jeszcze w stanie produkować energii (przynajmniej na razie), natomiast zaprojektowanie go z uwzględnieniem szeregu urządzeń do produkcji energii, może spowodować że łączna jej suma przekroczy zapotrzebowanie budynku (przy założeniu że sam ma bardzo niskie zapotrzebowanie). Produkcja energii elektrycznej ze słońca, przy pomocy paneli fotowoltaicznych, lub też z wiatru przez turbiny wiatrowe może spowodować że budynek stanie się samowystarczalny, lub produkujący energię, którą można zmagazynować, lub odsprzedać do sieci.

2. Przykład energooszczędnego domu samowystarczalnego, mogącego funkcjonować bez przyłączenia do sieci elektrycznej. Projekt: arch. Anna Bać źródło: projekty Domy Czystej Energii.

Technologia w dziedzinie budownictwa energooszczędnego rozwija się nieustannie. Tradycyjne materiały izolacyjne (styropian, wełna mineralna) zastępowane są materiałami o dużo lepszych parametrach: poliuretanem stosowanym w płytach lub natryskiwanym (PIR), czy wprost kosmicznej technologii aerożel (stosowany w skafandrach kosmonautów i poszyciu statków kosmicznych). Prawdopodobnie niewiele nas dzieli od szerokiego zastosowania grafenu (super pojemne baterie magazynujące energię czy wysokosprawne ogniwa fotowoltaiczne). Cały czas urządzenia już stosowane są badane i ulepszane – dla uzyskania jeszcze lepszych parametrów. Cała idea energooszczędności, opiera się nie tylko na minimalizowaniu i oszczędzaniu, ale na wykorzystywaniu – na zasadzie zamkniętego (bezstratnego) obiegu energii. Kreatywni poszukiwacze próbują uzyskać energię z ruchu ulicznego (niedawny przykład angielski).

Po co to wszystko? Tak postawione pytanie nie jest pozbawione sensu – dlatego że aby zrozumieć i zastosować należy poznać podstawy. Czy to chwilowa moda? A może napędzanie koniunktury na urządzenia i materiały ometkowane jako „energooszczędne”? Chyba że chodzi o losy Ziemi?
Na pewno wszystkiego po trochu, bo rynek wyczuwa okazje i wobec nadchodzących zmian pojawić się będą oferty bazujące na sloganie energooszczędności. Jednak patrząc na przyczyny działań zmierzających do powszechnego budowania obiektów niskoenergetycznych dobrze jest porównać kilka perspektyw. Zwróćmy uwagę że wspomniana dyrektywa dotyczy tylko Unii Europejskiej. Dlaczego tak się stało? Czy Europa jest bardziej zanieczyszczona od innych kontynentów? Raczej nie, natomiast jest uzależniona od zewnętrznych dostawców paliw (węgiel, ropa, gaz). Co powoduje niestabilność cen, oraz samych dostaw (paliwa te też się kiedyś skończą). Nikt chyba nie wierzy w to, że energia (przy dotychczasowym układzie) będzie tanieć. Dlatego obrany kierunek wydaje się być słuszny – stopniowo wprowadzony wymóg domów czystej energii zaowocuje w przyszłości lepszymi warunkami życia (mniej zanieczyszczeń, niższe koszty). Zatem z perspektywy Obywatela Unii Europejskiej, ale też obywatela naszego kraju – obecnego lub przyszłego szczęśliwego posiadacza własnego domu, powinno nam zależeć na tym, żeby żyć w nim w bardzo komfortowych warunkach – za niewielką cenę. Przy czym jak możemy sami produkować sobie energię w obrębie własnego domu, lub nawet produkować ją dla innych – jest to dodatkowa satysfakcja.

Należy jeszcze wspomnieć o jednym – bardzo ważnym słowie kluczu: optymalizacja. Dotyczy ono możliwości jakimi dysponujemy. Nie ma co ukrywać, że najnowsze technologie są drogie. I owszem – możliwości są już prawie nieograniczone, ale nie każdego na nie stać. Więc energooszczędne jest przede wszystkim zoptymalizowanie założeń do warunków. Skoro nas nie stać – nie budujmy domu pasywnego za wszelką ceną. Nie montujmy drogiej – pasywnej stolarki w domu energooszczędnym.
Kolejną sprawą jest jakość wykonania. Wykonawcy niestety nie zawsze spełniają nasze oczekiwania, oraz standardy, które w przypadku budownictwa energooszczędnego są podstawowym czynnikiem osiągnięcia celu. Bądźmy jednak dobrej myśli, że w ciągu najbliższych sześciu lat, po których wszystkie nowe budynki będą musiały być energooszczędne, również wykonawcy dostosują się do unijnej dyrektywy i w standardzie będą budować zgodnie z jej wytycznymi.

Nie należy się jednak zrażać – pamiętajmy że dom energooszczędny (a pasywny w szczególności) bardzo obniża koszty utrzymania. Więc zainwestowanie w taki standard – przez lata ( a przecież nie buduje się domu na kilka lat, tylko – z reguły – na całe życie!) zaowocuje tanim i komfortowym życiem we własnym lokum.

Nie bądźmy pasywni. Na koniec słów kilka o życiu energooszczędnym. Nie zapominajmy, że już w tej chwili możemy mieszkać energooszczędnie – gdziekolwiek; w domu, w mieszkaniu. Gaśmy niepotrzebne światła, stosujmy oszczędne żarówki, energooszczędny sprzęt AGD, oszczędzajmy wodę. Takie małe kroczki przygotują nas do wejścia w nową erę – erę uzyskiwania więcej mniejszym kosztem.

Autor: Szymon Grzeszkowiak, absolwent Wydziału Architektury i Urbanistyki Politechniki Poznańskiej, oraz Podyplomowych Studiów Zarządzania Projektami Szkoły Głównej Handlowej w Warszawie. Współpracuje z Centrum Technologii Energetycznych w Świdnicy.