Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii staje się koniecznym warunkiem realizacji budownictwa energooszczędnego, pasywnego w szczególności, a urządzenia i systemy odnawialnych źródeł energii znajdują zastosowanie we wszystkich obszarach zużycia energii w obiekcie mieszkalnym.
W odniesieniu do źródeł energii odnawialnej bezpośrednio związanych z danym obiektem budowlanym można w warunkach polskich wykorzystywać:
- w pasywnych systemach grzewczych,
- w aktywnych systemach grzewczych,
- w rozwiązaniach związanych z oświetleniem światłem dziennym oraz
- w instalacjach elektrycznych z ogniwami fotowoltaicznymi (PV);
-
energię odpadową poprzez rekuperację ciepła z układów wentylacyjnych, ścieków i innych;
-
energię otoczenia budynku, zawartą w jego naturalnym środowisku (np. wody gruntowe lub powierzchniowe, grunt, powietrze) poprzez zastosowanie pomp ciepła;
-
energię biomasy: w instalacjach z nowoczesnymi kotłami spalającymi zrębki drewniane lub pelety; energię wiatru: za pomocą turbin wiatrowych.
Systemy energetyki niekonwencjonalnej powinny być szczególnie starannie dobierane w zależności od charakterystyki i potrzeb obiektu.
Projekt architektoniczny o usytuowanie budynku
Koncepcja i zaprojektowanie nowoczesnego budynku, pod kątem maksymalnego wykorzystania energii promieniowania słonecznego, nazwane są architekturą słoneczną. Szczególnie istotnymi elementami, przy zastosowaniu niekonwencjonalnych rozwiązań związanych w sposób bezpośredni lub pośredni z wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego są:
a) projekt architektoniczno - budowlany, w tym:
-
orientacja i kształt budynku,
-
odpowiednie rozplanowanie pomieszczeń,
-
struktura, rodzaj i umiejscowienie przegród zewnętrznych, izolacji, okien,
-
słoneczne systemy pasywne, np. przestrzenie buforowe.
-
oświetlenie światłem dziennym,
b) projekt instalacyjny, w tym możliwość rozwiązań takich jak:
- system wstępnego podgrzewania powietrza wentylacyjnego,
- system odzysku ciepła z układów wentylacyjnych,
- system grzewczy z pompą ciepła lub kolektorami słonecznymi,
Budynek powinien być właściwe zaprojektowany architektonicznie dla optymalnego biernego wykorzystania energii słonecznej do ogrzewania i oświetlenia. Od strony południowej budynek powinien być „otwarty” na oddziaływanie promieniowania słonecznego, poprzez zwiększone powierzchnie okien, dla uzyskania możliwie największych zysków cieplnych. O ile jest to możliwe fasada południowa powinna być też największa. Aby zapobiec przegrzewaniu się pomieszczeń w lecie można stosować żaluzje, markizy lub lamele.
Budynek powinien być od strony północnej „szczelnie” oddzielony od otoczenia, co oznacza stosowanie tzw. „super” izolacji. Jednocześnie powinien być w sposób naturalny jak najbardziej osłonięty od negatywnych oddziaływań pogodowych, co można osiągnąć przez jego „zaciszne” umiejscowienie i właściwy projekt zieleni.
Ważny jest odpowiedni projekt zieleni z zasadzeniem od strony południowej drzew liściastych. Drzewa te dają zacienienie latem, natomiast zimą, gubiąc liście, nie ograniczają dostępu promieniowania słonecznego.
Należy zwrócić uwagę, że zmniejszenie zapotrzebowania na energię do oświetlenia można uzyskać poprzez systemy czy właściwe zaplanowanie oświetlenia światłem dziennym (daylighting).
Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego
W chwili obecnej w budownictwie najbardziej rozpowszechnione są urządzenia do konwersji cieplnej (fototermicznej) energii promieniowania słonecznego. Urządzenia te znajdują zastosowanie w tzw. aktywnych słonecznych systemach grzewczych. Zespoły lub pojedyncze moduły płaskich kolektorów słonecznych są z reguły wykorzystywane do ogrzewania wody użytkowej. W krajach o niższych temperaturach zewnętrznych stosowane są często tzw. "zintegrowane zespoły kolektorowe", czyli moduły kolektorów słonecznych stanowiące elementy konstrukcyjne dachu. To rozwiązanie obniża koszty i jest bardziej estetyczne pod względem architektonicznym. Coraz powszechniejsze są systemy słoneczne realizujące równocześnie funkcje przygotowania ciepłej wody użytkowej i ogrzewania pomieszczeń.
Z kolei wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą ogniw fotowoltaicznych jest postrzegane jako bardzo perspektywiczna możliwość wykorzystania energii promieniowania słonecznego.Ogniwa fotowoltaiczne zasilają energią elektryczną systemy oświetleniowe, odbiorniki telewizyjne i inne domowe urządzenia elektryczne. Ogniwa fotowoltaiczne stanowią również elementy budowlane i mogą tworzyć zintegrowane systemy dachowe lub ścienne. W nowoczesnych rozwiązaniach fotowoltaicznych okładzin ściennych stosuje się chłodzenie wewnętrznej powierzchni modułów ogniw, a pozyskana energia cieplna jest wykorzystywana do celów ogrzewczych.
Południowy dach domu (Holandia) wyposażony system z ogniwami fotowoltaicznymi, podłączony do sieci elektroenergetycznej
Wykorzystanie pomp ciepła w budownictwie pasywnym
Ogrzewanie pomieszczeń może być realizowane z wykorzystaniem pomp ciepła transportujących ciepło z różnych źródeł w otoczeniu budynku do jego wnętrza.
Dolne źródła ciepła możliwe do wykorzystania przez pompę ciepła w budynkach mieszkalnych
Przedstawienie wybranych rozwiązań i przykłady domow pasywnych.
Drugi dom pasywny Wydawnictwa Przewodnik Budowlany w Legionowie k/Warszawy (otwarty w 2009 r.)Powierzchnia użytkowa: 109,1 m2 Wg świadectwa charakterystyki energetycznej: zapotrzebowanie na energię do ogrzewania i wentylacji: 13 kWh/(m2rok). Sumaryczne roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną: 81,7 kWh/(m2rok).
Niskoenergochłonny budynek biurowy w Katowicach, Park Naukowo-Technologiczny Euro-Centrum
Roczne zużycie energii do ogrzewania biurowca o powierzchni 2400 m2 wynosi ok. 32 kWh/m2. W biurowcu zainstalowano pompę ciepła ze źródłem dolnym wykorzystującym cztery 18-metrowych studnie. Instalacje wodne rozprowadzone są 30-centymerowych stropach żelbetowych. Woda, w zależności od potrzeb, budynek ogrzewa lub chłodzi. Budynek charakteryzuje szczelna mechaniczna wentylacja z wysokosprawnym rekuperatorem. Budynek, zbudowany z tradycyjnych materiałów, jest ocieplony: na dachu 30 cm warstwą styropianu i 20 cm w ścianach zewnętrznych. Trójszybowe okna, o wysokiej izolacyjności cieplnej, wyposażone są w elektroniczne sterowne żaluzje (od zachodu i południa), chroniące budynek przed przegrzaniem.
Biurowiec energooszczędny w Katowicach w Parku Naukowo-Technologicznym Euro-Centrum
Podsumowanie
W praktycznym realizacjach domów pasywnych w krajach europejskich (przede wszystkim w Niemczech, Austrii, Szwajcarii, ale również i w Anglii, Szwecji, a także i w Polsce, wykazano praktyczną możliwość realizacji domów pasywnych i osiągania założonych parametrów, przy racjonalnych kosztach i gwarancji standardów komfortu cieplnego dla użytkowników.
Elementy domu pasywnego, w tym elementy tzw. pasywne są produktami rynkowymi dostępnymi już na rynku budowlanym. Są one standardowym elementem oferty handlowej wyspecjalizowanych przedsiębiorstw (okna, rekuperatory, powłoki uszczelniające konstrukcję domu). Ich ceny, wraz ze wzrostem popytu i produkcji, systematycznie spadają. Według danych z rynku niemieckiego, realizacja domu pasywnego to wzrost nakładów inwestycyjnych o 10 ÷ 15% w porównaniu z domem o standardzie izolacji cieplnej zgodnie z obowiązującym w Niemczech standardem.
Dom pasywny należy rozumieć jako standard w odniesieniu do kryteriów zużycia energii, komfortu i kosztów. Dom pasywny nie determinuje określonych technologii
w budownictwie. Idea domu pasywnego, przyjęta początkowo dla domów jednorodzinnych, obejmuje również obecnie budynki biurowe, szkoły i inne obiekty, w tym budynki przemysłowe.
Opracował:
Dr inż. Ryszard Wnuk
Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A.
Dyrektor Polsko-Japońskiego Centrum Efektywności Energetycznej
Zdjęcia i rysunki: autorskie