Pierwszy certyfikowany dom pasywny w Polsce
1 lipca 2009
Pierwszy w Polsce certyfikowany dom pasywny zaprojektowany i zrealizowany (w Smolcu k/Wrocławia) przez biuro projektowe Lipińscy Domy odwiedziło już tysiące osób zainteresowanych problematyką energooszczędności. Idea mieszkania bez ogrzewania sprawdza się w praktyce również w naszym kraju. W ramach corocznych Międzynarodowych Dni Domów Pasywnych organizowanych na całym świecie przez Instytut Budynków Pasywnych (Darmstadt) odbywają się tu Akademie Energooszczędności i targi budownictwa pasywnego.
Założenia budownictwa pasywnego
Domy pasywne to budynki, w których można uzyskać przyjemną temperaturę zarówno w lecie jak i zimie przy ekstremalnie niskim zużyciu energii. Oferują podwyższony komfort cieplny mieszkańców przy zapotrzebowaniu na ciepło mniejszym niż 15 kWh/m2/r, oraz zapotrzebowaniu na energię pierwotna łącznie z ciepłą wodą i prądem poniżej 120 kwh/m2/r. Taką definicję sformułowali w 1988 roku twórcy idei domu pasywnego dr Wolfgang Feist i prof. Bo Adamson. Postanowili oni tak pomniejszyć straty ciepła budynku, aby prawie nie potrzebował ogrzewania. Pasywne źródła ciepła jak ludzie, urządzenia gospodarstwa domowego i ciepło odzyskiwane z powietrza oraz pasywne zyski ze źródeł naturalnych, energia słoneczna, miały pokrywać dużą część zapotrzebowania na ciepło. W 1991 roku wybudowano pierwszy dom pasywny, powstał on w Darmstadt Kranichstein w Niemczech (rys.1). Przez następne lata idea domu pasywnego była konsekwentnie wdrażana. W 1996 utworzony został Instytut Domów Pasywnych w Darmstadt. Naukowcy z różnych dziedzin opracowują tu wysokowydajne rozwiązania oszczędności energii w budownictwie, pomagają również we wdrażaniu idei domów pasywnych oraz zajmują się optymalizacją komponentów do ich realizacji. Instytut organizuje konferencje, szkolenia i targi z zakresu budownictwa pasywnego. Idea domu pasywnego zyskuje coraz większą liczbę zwolenników. Obecnie jest zrealizowanych kilka tysięcy budynków pasywnych. Są to w większości dom jednorodzinne i wielorodzinne, ale również realizowane są obiekty usługowe szkoły, przedszkola, centra handlowe, biurowce a nawet kościoły.
W jednorodzinnym budownictwie pasywnym w Europie można zaobserwować dwa główne nurty. Pierwszy tworzy zabudowa mieszkaniowa nastawiona na indywidualnego klienta zainteresowanego uzyskaniem komfortu zamieszkania, niskich cen za utrzymanie przy niewygórowanych kosztach realizacji. Drugi nurt kształtowany jest poprzez budownictwo eksperymentalne gdzie stosowane są specjalistyczne materiały i technologie pozwalające na uzyskiwanie budynków zero-energetycznych czy wręcz produkujących energię, lecz zdecydowanie droższych w realizacji. Dom w standardzie pasywnym można zrealizować stosując różne technologie i komponenty.
1.Pierwszy dom pasywny na świecie zrealizowany siedemnaście lat temu w Darmstadt Kranichstein, zabudowa szeregowa, projekt: prof.Bott, Ridder, Westermeyer.
Wraz ze wzrostem cen energii ideą domów pasywnych interesuje się coraz więcej prywatnych inwestorów. Świadomość oszczędności kosztów jak również komfortu zamieszkania w domu pasywnym jest wyższa. Dom pasywny zużywa przy zwykłym użytkowaniu nie więcej jak ok. 1,5 litra oleju opałowego lub1,5 m3 gazu (15 kWh) na m2 powierzchni mieszkalnej w ciągu roku, co daje około 90 % oszczędności w stosunku do średniego zapotrzebowania na ciepło domów istniejących i jest to jednocześnie cztery razy mniej niż potrzebuje dom niskoenergetyczny (50-70 kWh/m2 na rok). Dom taki charakteryzuje się przede wszystkim wybitną izolacyjnością cieplną, optymalizacją pasywnych zysków z energii słonecznej, kontrolowaniem wentylacji z systemem odzysku ciepła. Do końcowego bilansu ważna jest wzajemna korelacja pozyskiwania i oddawania ciepła. Oddawanie ciepła zachodzi poprzez wentylację i transmisje (straty ciepła poprzez ściany, okna, dachy). Pozyskiwanie ciepła odbywa się poprzez tzw.: zyski wewnętrzne (ciepło ludzi, zwierząt, urządzeń gospodarstwa domowego itp.), pasywne pozyskiwanie energii słonecznej poprzez przeszklenia południowych fasad, oraz odzysk ciepła z wentylacji poprzez zastosowanie wymienników w instalacjach. W domach o niedostatecznej izolacyjności straty transmisyjne są tak duże, ze zyski słoneczne i wewnętrzne są całkowicie pomijane. W domu pasywnym natomiast pasywne zyski solarne są optymalizowane poprzez południowe okna, straty transmisyjne zaś drastycznie zredukowane poprzez wybitną izolację cieplną i kompaktowa formę domu. Straty ciepła wentylowanego kompensowane są poprzez wymienniki ciepła
Projekt architektoniczny domu pokazowego.
Architektura pierwszego w Polsce certyfikowanego domu pasywnego nawiązuje do archetypu domu jednorodzinnego. Prosta zwarta bryła założona na rzucie prostokąta o stromym dwuspadowym dachu doskonale wpisuje się w polski krajobraz zurbanizowany. Proporcje dachu i ścian zbliżone zostały do tych występujących w tradycyjnych domach. Jedynym elementem wzbogacającym bryłę domu jest trójkątna lukarna na elewacji frontowej z oknem doświetlającym łazienkę. Ukształtowanie otworów okiennych zostało podporządkowane wymogom energetycznym (rys.2). Maksymalizację solarnych zysków ciepła osiągnięto dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu okien na fasadach domu. Duże okna na południowej elewacji domu obok zapewnienia zysków energetycznych od promieniowania słonecznego nadały nowoczesny posmak architekturze domu wzmocniony dodatkowo centralnie umieszczonym kolektorem słonecznym na połaci dachu. Na pozostałych ścianach wielkość okien jest tak dobrana, aby zapewnić wymagania zgodne z polskimi normami ilość światła naturalnego a jednocześnie ograniczyć do minimum straty ciepła. Celowo zrezygnowano z zamknięcia fasady północnej, doprowadziłoby to do znacznego pogorszenia architektury domu i zmniejszenia jego atrakcyjności. Funkcję rozwiązano w sposób zbliżony do tradycyjnej jednak z elementami innowacyjnymi narzuconymi choćby przez duże przeszklone płaszczyzny stanowiące ściany jadalni i pokoju dziennego. Dom przeznaczony jest dla czteroosobowej rodziny, ewentualnie dla rodziny wielopokoleniowej. Jest tu miejsce na prace w domu, pokój hobby. Strefę ogólnego użytkowania tworzy pokój dzienny z antresolą. Duża przeszklona południowa fasada powoduje optyczne powiększenie wnętrzna. Dom mimo stosunkowo niedużej powierzchni (powierzchnia użytkowa 131,4 m2) jest bardzo przestronny. Kuchnia połączona z jadalną posiada pomieszczenie gospodarcze, w którym umieszczone jest urządzenie zastępujące tradycyjne medium grzewcze. Ażurowe schody prowadzą na poddasze gdzie są dwa pokoje dzieci z tarasem nad garażem, duża sypialnia rodziców z garderobą, dobrze wyposażona, widna łazienka. Antresola doskonale spaja wnętrze domu. Projekt i konstrukcja zapewnia maksymalne ograniczenie strat ciepła, przy jednoczesnym pozyskaniu jak największej ilości ciepła od słońca. Kompaktowy charakter budynku potwierdza współczynnik A/V wynoszący 0,75, a dostawiony od strony zachodniej garaż o niezależnej konstrukcji pełni dodatkowo rolę bufora ciepła. Projekt uzyskał certyfikat energetyczny wydany przez Instytut Budynków Pasywnych przy Narodowej Agencji Poszanowania Energii gdzie wyliczone zapotrzebowanie domu na ciepło przy założeniu idealnego posadowienia budynku względem stron świata wynosi 13,7 kWh/m2rok.
2. Projekt domu pasywnego, rzuty parteru, poddasza, wizualizacje elewacji północnej i południowej
Technologia pokazowego domu pasywnego
Prace projektowo-koncepcyjne nad doborem materiałów i technologii niezbędnych do realizacji domu pasywnego trwały ponad pół roku. Przeprowadzono analizę rynku pod kątem dostępności i jakości materiałów. W oparciu o dostępne na polskim rynku produkty zespół specjalistów z biura projektowego Lipińscy Domy przy współpracy z Instytutem Budynków Pasywnych przy NAPE opracował nowatorskie technologiczne rozwiązanie umożliwiające wzniesienie w Polsce domu pasywnego zgodnego z założeniami PHI z Darmstadt. Zdecydowano się na rozwiązania proste, powszechnie w Polsce akceptowane, dobre jakościowo i przystępne cenowo (rys.3). Konstrukcja przegród zewnętrznych domu jest podporządkowana maksymalnemu ograniczeniu strat ciepła przez przenikanie.
3. Przekrój aksonometryczny przez dom pasywny. Innowacyjna: prosta oraz optymalna ekonomicznie technologia realizacji budynku pasywnego opracowana w oparciu o tradycyjne, powszechnie w Polsce stosowane rozwiązania, Biuro Projektowe Lipińscy Domy, Wrocław 2005 r.
W standardowych wytycznych konstrukcyjnych dla domów pasywnych jest warunek mówiący, że wartość współczynnika przenikania ciepła U ścian zewnętrznych, podłóg, stropów i dachu nie może przekraczać 0,15 W/m2K. Podczas prac projektowych okazało się jednak, że w warunkach klimatycznych, jakie są w okolicach Wrocławia, dom osiągnie standard pasywny, gdy średni współczynnik U przegród zewnętrznych wyniesie ok.0,1 W/m2K. Uzyskanie tak niskiego współczynnika wymusiło konieczność zastosowania warstw izolacji o grubości 30-44 cm i bardzo dobrych materiałów izolacyjnych. Fundamenty to tradycyjne w Polsce ławy fundamentowe, na których postawione zostały ściany fundamentowe wychodzące nad grunt. Starannie opracowano izolacje termiczną fundamentów i płyty podłogowej opartej na ścianach fundamentowych. Jednak nawet najlepiej zaizolowane przegrody zewnętrzne nie zapewnią osiągnięcia standardu pasywnego, jeśli nie wyeliminuje się z konstrukcji domu mostków termicznych. Mostki termiczne powstające w miejscach pocienienia lub przerwania warstwy izolacji oraz niejednorodności konstrukcji przegrody muszą być bezwzględnie eliminowane z budynków pasywnych. Bardzo ważne jest zachowanie ciągłości warstwy izolacyjnej w przegrodach zewnętrznych i na ich połączeniach. W opracowanym projekcie udało się zrealizować niemal wszędzie. Jedynym miejscem gdzie nie można było zapewnić ciągłości warstwy izolacji, są ściany fundamentowe. W celu zredukowaniu pionowego mostka termicznego wychładzającego mury domu zastosowano cokołowe pustaki izolacyjne. Polacy są ogromnie przywiązani do technologii murowanych. Ze względu na przygotowanie oferty jako „pasywny dom gotowy” zastosowano prefabrykaty. Dla inwestorów indywidualnych projekt jest opracowany w technologii cegły silikatowej. Technologia ścian prefabrykowanych z keramzytobetonu jest dobrym kompromisem. Dodatkowe jego barwienie przez producenta na kolor ceglany podkreśla, że jest to materiał ceramiczny. To ważne w kraju gdzie ludzie są zrażeni do wielkiej płyty. Atutem tej technologii szczególnie istotnym w budownictwie pasywnym jest duża masa akumulacyjna prefabrykatów keramzytobetonowych. Ilość solarnych zysków ciepła pozyskiwanych przez dom pasywny nie zawsze pokrywa się z jego aktualnym zapotrzebowaniem na ciepło, dlatego może dojść do przegrzania budynku. Aby temu zapobiec należy magazynować zyski ciepła, a następnie uwalniać je w momencie spadku temperatury w budynku. Najprostszym sposobem magazynowania ciepła jest akumulacja bezpośrednia w masywnej konstrukcji budynku. Jej prawidłowe wykorzystanie wpływa korzystnie na komfort użytkowania domu pasywnego i jego bilans energetyczny.
Do ocieplenia budynku wybrano unikalny srebrnoszary styropian, obecnie najcieplejszy materiał na rynku polskim. Płyty uszlachetnione są kompozycją grafitu, który poprawia ich właściwości izolacyjne. Styropian ten produkowany jest na bazie innowacyjnego surowca Neopor. Współczynnik przewodzenia ciepła jest rekordowy λ≤0,031 W/mK. Zastosowana stolarka okienna, zapewnia doskonałe parametry cieplne jak również pożądaną w domu pasywnym szczelność Zaprojektowano wentylację mechaniczna z odzyskiem ciepła z użyciem kompaktowego urządzenia do budynków pasywnych. To kompaktowe urządzenie ma zintegrowaną nawiewno-wywiewną centralę wentylacyjną z przeciwprądowym wymiennikiem ciepła. Dodatkowo, aby polepszyć sprawność urządzeń wentylacyjnych zastosowano wymiennik gruntowy.
Realizacja 2006
Dom powstał na pięknym terenie, wśród nowo realizowanych domów jednorodzinnych w Smolcu koło Wrocławia. Orientacja budynku różni się nieznacznie od założeń projektowych. Elewacja ogrodowa o dużej powierzchni przeszklonej jest zorientowana na południowy-zachód, a nie na południe. Różnica ta została uwzględniona w obliczeniach energetycznych, które potwierdziły, że również dla takiej orientacji dom osiągnie standard pasywny. Realizacja rozpoczęła się od ułożenia gruntowego wymiennika ciepła. Gruntowy wymiennik ciepła ma zapewnić, że w miesiącach zimowych temperatura powietrza, które będzie dostawało się do budynku nie będzie spadać poniżej zera. W gorącym lecie zaś powietrze przechodzące przez gruntowy wymiennik ciepła zostaje w gruncie schłodzone do przyjemnych w odczuciach temperatur. Płyta żelbetowa została zaizolowana 30 cm warstwą styropianu odpornego na działanie wody o bardzo dobrych parametrach izolacyjnych (współczynnik przewodzenia ciepła λ= 0,035 W/mK, dodatkowo ułożona została opaska wokół budynku. Pozwoliło to na uzyskanie przez posadzkę na gruncie współczynnika U=0,11 W/m2K. Technologia prefabrykowana z keramzytobetonu pozwoliła na szybkie wzniesienie ścian zewnętrznych. Poprzez dodatkową izolacje styropianem uzyskane zostały przegrody zewnętrzne o współczynniku przenikania Uo=0,10 W/m2K. Zaletą technologii prefabrykowanej jest niewielka grubość konstrukcji nośnej wynosząca 15 cm. Ma to szczególne znaczenie dla grubości całej ściany zaizolowanej 30 cm warstwa izolacji. Zastosowanie cienkiej ściany nośnej pozwoliło na uniknięcie „efektu bunkra’, który może wystąpić w domach pasywnych. Więźba dachowa wykonana została w sposób tradycyjny.
Dzięki zastosowaniu trójwarstwowego systemu izolacji, współczynnik przenikania ciepła dachu osiągnął wartość U=0,08 W/m2K, co ma szczególne znaczenie, gdyż straty ciepła przez dach mogą mieć znaczny udział w bilansie energetycznym budynku. Okna wykonano z profili o współczynniku przenikania ciepła U=0,7 W/m2K. Unikalna konstrukcja profili zapewnia doskonałe parametry cieplne jak również zapewnia wymaganą szczelność. Jest to szczególnie istotne w przypadku drzwi wejściowych. Zamontowane drzwi o współczynniku U=0,8 W/m2K doskonale spełniają wymagania domów pasywnych odnośnie izolacyjności cieplnej i szczelności na przenikanie powietrza. Szyby posiadają również bardzo dobre parametry. Zastosowany został zestawy szyb zespolonych o współczynniku przenikania ciepła U=0,6 W/m2K. Osiągnięcie tak dobrych parametrów termicznych było możliwe dzięki naniesieniu powłok niskoemisyjnych i wypełnieniu przestrzeni między szybowych argonem. Współczynnik g całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego jest równy 0,52. Zastosowanie tak nowoczesnej stolarki okiennej pozwoliło na uzyskanie średniego współczynnika U dla wszystkich okien wynoszącego 0,72 W/m2K. Do uszczelnień budynku wykorzystane zostały specjalistyczne taśmy. Bardzo ważne w realizacji domu pasywnego jest zachowanie szczelności. Skuteczność wszystkich zastosowanych w domu pasywnym rozwiązań zmierzających do ograniczenia niekontrolowanej infiltracji powietrza zewnętrznego została sprawdzona za pomocą testu ciśnieniowego. Uzyskany został rewelacyjny wynik n50 = 0,3 1/h. Zastosowanie kompleksowych rozwiązań w odniesieniu do architektury i konstrukcji budynku pozwoliło na radykalne zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło.
Dom, po przeprowadzonej ocenie energetycznej i spełnieniu wszystkich wymogów stawianych obiektom pasywnym, uzyskał certyfikat PHI z Darmstadt. Uroczyste wręczenie certyfikatu odbyło się na konferencji domów pasywnych 11 Passivhaustagung 2007 w Bregenz, gdzie dom został zaprezentowany jako pierwszy obiekt pasywny wzniesiony w Europie środkowo-wschodniej. Jest pierwszym certyfikowanym domem pasywnym w Polsce. Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania domu zrealizowanego w Smolcu koło Wrocławia w standardowym sezonie grzewczym wynosi 15 Kwh/m2a. Ten sam obiekt wybudowany zgodnie z obowiązującymi w Polsce normami będzie zużywał 123 kWh/m2a, czyli ponad 8-krotnie więcej.
2. Pierwszy certyfikowany dom pasywny w Polsce, zrealizowany w Smolcu koło Wrocławia w 2006 roku, budynek wolnostojący, projekt: dr Ludwika Juchniewicz-Lipińska, dr Miłosz Lipiński
Podsumowanie
Od stycznia 2009 r. obowiązują w Polsce rozporządzenia w sprawie obliczania charakterystyki energetycznej budynków. Niewątpliwie ma to wpływ na zainteresowanie inwestorów indywidualnych oraz deweloperów realizacją energooszczędnych i jednocześnie optymalnych ekonomicznie obiektów. Dom to inwestycja na kilkadziesiąt lat. Warto, zatem już dzisiaj projektować i realizować budynki tak by sprostać normom, jakie zostały wprowadzone przez Europejskie Rozporządzenie Energetyczne w 2002 roku i mieć na uwadze minimalne wymagania energetyczne, które w przyszłości z pewnością będą ewaluowały w kierunku domów pasywnych. W naszym kraju rośnie świadomość energetyczna, inwestorzy indywidualni poszukują nowych rozwiązań, dostępne są materiały, które można zastosować w realizacji domów pasywnych i energooszczędnych. Realizacja pokazowego domu pasywnego daje możliwość propagowania atrakcyjnej alternatywy domu, będącej w opozycji do dość popularnego w Polsce trendu energochłonnej architektury „dworko-podobnej”. Przyczynia się do popularyzacji idei nowoczesnego domu niskoenergetycznego, pomaga wytyczyć nowe kierunki i sposoby myślenia inwestorów o własnym domu oraz umożliwia wielu producentom wdrażanie innowacyjnych technologii.
Dom energooszczędny w stosunku do standardowych realizacji ma za zadanie zmniejszyć koszty ogrzewania, zredukować emisję gazów cieplarnianych i podnieść komfort użytkowania budynku. Jednak ważne jest, aby poniesione dodatkowe nakłady na ten cel zwróciły się w kilka maksymalnie kilkanaście lat, bo tylko wtedy będzie uzasadnienie ekonomiczne do budowy takich domów. Rozwiązania materiałowo-technologiczne domu pasywnego są jeszcze na naszym rynku droższe od rozwiązań tradycyjnych. Biorąc za przykład rynki zachodnie różnice te powinny się w najbliższych latach wyraźnie zmniejszać. W chwili obecnej w naszym kraju, najlepsze proporcje zwiększonych nakładów finansowych do uzyskanych oszczędności energetycznych można uzyskać w przypadku realizacji domów energooszczędnych o zapotrzebowaniu na ciepło 30-70 kWh/m2/rok.
dr inż. architekt Ludwika Juchniewicz-Lipińska
Biuro Projektowe Lipinscy Domy, Wrocław
Lipiec 2009
