Ekologiczny dom - materiały i technologie

Przez „ekologiczność” budynków mieszkalnych rozumie przede wszystkim mniejszą energochłonność takich nieruchomości, lepsze wykorzystanie energii i użycie czystej energii odnawialnej. Dziś przestaje być to już postulatem, a staje się obowiązkiem i normą. Wszystko za sprawą przepisów, które weszły w życie z początkiem stycznia 2021. Zgodnie z nowymi Warunkami Technicznymi 2021 nowo powstające budynki mają znacznie bardziej zaostrzone normy dotyczące rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną, oraz wartość współczynnika przenikania ciepła.

Tym samym nowe budownictwo osiąga standard energooszczędny i bardzo zbliża się do standardu domów pasywnych. Jaki wpływ ma budownictwo pasywne na środowisko naturalne? W jakiej technologii budowane są domy przyjazne dla środowiska? Na czym polega energooszczędność budynku? Odpowiedzi na te pytania znajdziesz w naszym artykule.

Z tego artykułu dowiesz się m.in.:

• czym jest dom pasywny
• jak ogrzać tego rodzaju nieruchomość
• czym jest rekuperacja

Dom przyjazny środowisku

Czym są domy pasywne? Najkrócej rzecz ujmując: to nieruchomości ściśle odizolowane od otoczenia zewnętrznego, dzięki czemu energia cieplna jedynie w bardzo małym wymiarze ucieka na zewnątrz, czy też dostaje do wewnątrz (latem, gdy domy się nagrzewają). W ten sposób domy potrzebują znacznie mniej energii, dzięki czemu ich właściciele mogą sobie pozwolić na montaż ekologicznych instalacji energetycznych - opartych na odnawialnych źródłach energii.

Domy pasywne to nieruchomości o bardzo konkretnych parametrach. Ich roczne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania nie powinno przekraczać 15 kWh na metr kwadratowy. Z kolei zapotrzebowanie na tzw. energię pierwotną - czyli służącą bezpośrednio do ogrzania domu, klimatyzację, wentylację, przygotowania ciepłej wody dla domowników, działania urządzeń domowych - nie powinno przekroczyć 120 kWh/m2.

Powyższe wymogi są bardzo restrykcyjne. Tzw. domy energooszczędne zużywają w celu grzewczym do 40 kWh/mkw. na rok, natomiast zwykłe budownictwo jednorodzinne pochłania nawet 150 - 180 kWh na metr kwadratowy rocznie na samo ogrzewanie.

Projekt domu - najważniejszy etap 

Domy pasywne, by zachować bardzo dobre parametry energetyczne, muszą być odpowiednio zaprojektowane i wykonane. Przede wszystkim projektuje się nieruchomości o prostej bryle. W grę nie wchodzą lukarny, wykusze, balkony (czasem spotyka się rozwiązania, takie jak łącznik termoizolacyjny, który pozwala zamontować balkon, ale wiele zależy od jego skuteczności).

Domy pasywne muszą być odpowiednio zorientowane wobec stron świata, by pozyskiwać jak najwięcej światła naturalnego. Dlatego też okna, największe przeszklenia (spotyka się nawet okna na całe ściany) powinny się znajdować od południa. By jednak nie przedobrzyć, duże okna muszą być zaopatrzone w rolety, żaluzje, czy inne rozwiązania zacieniające, tak by uniknąć przegrzewania domu latem. Generalnie od południa lokuje się strefę dziennej, a więc salon, pokoje do pracy, zabawy dla dzieci, z kolei w północnej części domu można ograniczyć przeszklenia do minimum. Tam lokalizuje się pomieszczenia techniczne, ciągi komunikacyjne, łazienki.

Najczęściej domy pasywne buduje się na planie prostokąta, z jedno lub dwuspadowym dachem. Wszystko po to, by uzyskać jak najlepszy wskaźnik A/V, a więc relacji przegród zewnętrznych do kubatury domu. Jeśli chodzi o materiały budowlane - te mają mniejsze znaczenie. Liczy się przede wszystkim szczelność budynku, dlatego bardziej istotna od użytego tworzywa, będzie głównie izolacja i materiały uszczelniające. Od grubości materiału uszczelniającego lub jego jakości, zależy efektywność wykorzystania energii cieplnej. W domach pasywnych stosuje się izolację nawet grubości 30 - 40 cm. Cieńsze za to znacznie efektywniejsze są np. warstwy styropianu grafitowego.

Co ważne - w przypadku domów pasywnych, współczynnik przenikania ciepła U powinien wynosić maksymalnie 0,15 W/(m2 K). W przypadku domów energooszczędnych jest to 0,20 W/(m2 K). Oczywiście niebagatelna sprawa to okna. Same duże przeszklenia od południa nie gwarantują nam sukcesu. Dlatego konieczny jest wybór okien, które gwarantują nam spełnienie wymagań dla domów pasywnych. W takich nieruchomościach współczynnik przenikania ciepła Uw nie może być wyższy niż 0,8 W/(m2.K). Liczy się więc wybór ramy okiennej (dostępne są profile A i B) oraz odpowiednie pakiety szybowe. Na rynku największą popularnością cieszą się te dwukomorowe, o współczynniku przenikania ciepła U = 0,5 lub 0,6 W/ (m2.K).

Ogrzanie domu pasywnego

Ekologiczne budownictwo co do zasady powinno być pozbawione instalacji grzewczej. Zamiast niej w szczelnym pomieszczeniu nagrzewa się powietrze wentylacyjne. Rolę instalacji grzewczej przejmuje wentylacja, a powietrze z nawiewane do pomieszczeń podgrzewa się przy użyciu nagrzewnicy powietrza. Taka nagrzewnica może być zasilana przez pompę ciepła (i np. kolektorem słonecznym) i za jej pomocą podgrzewa się również wodę użytkową, dzięki czemu nie wiąże się to z dodatkowym zużyciem energii elektrycznej.

W polskich warunkach klimatycznych stosuje się pewne uzupełnienie grzewcze, w postaci np. ogrzewania podłogowego, ale i tak jest to minimum w porównaniu do domów tradycyjnych, czy nawet energooszczędnych. Jak widzimy - “prawdziwe” domy pasywne muszą spełniać rygorystyczne warunki i przechodzą zresztą specjalne testy - przede wszystkim stopnia szczelności domu określanego miarą n50. Mówi ona o tym, ile razy w godzinie dokona się wymiana powietrza między budynkiem a otoczeniem, zakładając różnicę ciśnienie na poziomie 50 Pa. W przypadku domów pasywnych współczynnik ten nie powinien przekraczać 0,6 (1/h).

Pierwszy dom pasywny w Polsce powstał w 2006 roku w Smolcu pod Wrocławiem. Obecnie jest to technologia coraz popularniejsza, choć ciągle postrzegana jako droga (szacuje się, że koszty są o kilkadziesiąt procent wyższe) i niekoniecznie efektywna. Czy jednak na pewno? Wszelkie wyliczenia wskazują, że domy pasywne generują duże oszczędności w opłatach za energię. Jak duże? Dom pasywny nazywa się czasem domem 1,5 litrowym. Wszystko dlatego, że półtora litra oleju opałowego na rok powinno wystarczyć do ogrzania 1 mkw. takiego domu. Jeśli ma on 100 metrów, potrzebujemy 150 litrów oleju opałowego. Litr oleju Ekoterm Plus kosztuje około 3.50, tak więc przyjmując powyższą miarę uzyskujemy koszt ogrzewania na poziomie 525 zł rocznie. W “zwykłych” 100 - 150 metrowych domach roczny koszt ogrzewania olejowego wynosi około 3000 - 5000 zł.

Budownictwo ekologiczne - zmiany w ustawodawstwie

Ustawodawca, zgodnie z kierunkiem nakreślonym przez Unię Europejską chce, by budownictwo zmierzało w kierunku pasywnym. Na razie na drodze przepisów wymusił, by nowo powstające budynki spełniały normy domów energooszczędnych. Jak sama nazwa wskazuje, pochłaniają one mniej energii niż zwykłe budownictwo, ale normy w tym przypadku nie są tak wyśrubowane, jak w domach pasywnych.

Na mocy Warunków Technicznych 2021 (WT 2021) każdy nowo powstający budynek musi spełniać następujące normy:

• Ep na poziomie 70 kWh/m2) – Ep to miara określająca roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną, która służy do ogrzewania, podgrzania wody, wentylacji, oświetlenia i chłodzenia. Dotychczas dla budynku jednorodzinnego Ep wynosi 95 kWh/m2. Od stycznia 2021 r. minimum wynosi 70 kWh/m2.
• U czyli współczynnik przenikania ciepła, który mówi o tym jak wiele ciepła w ciągu godziny wydostaje się przez metr kwadratowy domu (przegrody budowlane) na zewnątrz. Ma on wynosić nie więcej niż 0,2 W/m2K, w przypadku drzwi zewnętrznych i bram garażowych - 1,4 W/m2K, okien fasadowych 0,9 W/m2K, a dachowych 1,1 W/m2K.

Energooszczędne rozwiązania

Wg ekspertów w praktyce nie da się spełnić bardzo restrykcyjnych norm bez użycia energii odnawialnej. Standardem stanie się rekuperacja, pompy ciepła, elektrownie słoneczne. Natomiast do lamusa odchodzą budynki zaopatrzone wyłącznie w instalacje na paliwo stałe. Jakie rozwiązania wchodzą w grę?

Rekuperacja

Rekuperacja to system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. O co chodzi? Zamiast tradycyjnych kominów, przez które powietrze jest zasysane do wnętrza w przypadku wentylacji grawitacyjnej, rekuperacja opiera się na ruchu powietrza stymulowanym przez rekuperator. Urządzenie pozwala kontrolować ruch powietrza nawiewanego i usuwanego z pomieszczenia, jednocześnie odzyskując część energii cieplnej, podczas wymiany powietrza.

Sercem układu jest rekuperator, który wdmuchuje do pomieszczenia zimne i czyste powietrze pozyskiwane z zewnątrz. Jednocześnie z pomieszczenia wyciągane jest nieświeże i wilgotne powietrze przez anemostaty, czyli kratki w ścianach i suficie. Dwa strumienie powietrza spotykają się w rekuperatorze, ale nie mieszają się ze sobą. Ponadto podczas wymiany ciepła, odzyskuje się energię cieplną powietrza wydalanego, którą przekazuje się świeżemu powietrzu wdmuchiwanemu do pomieszczenia.

Czasem pojawiają się informacje, że rekuperacja daje oszczędność na poziomie 60 - 70 proc. Sami producenci i firmy instalacyjne podkreślają jednak, że to przeszacowane wyliczenia. Bliższe prawdy jest oszacowanie oszczędności w rachunkach na poziomie 30 - 40 proc.

Pompy ciepła

Pompy ciepła to kolejne ekologiczne źródło energii, opierające się na wykorzystaniu ciepła z zewnątrz budynku i dostarczenie jej do pomieszczenia. Pompy pobierają ciepło wprost z gruntu lub z powietrza bądź wody. Pompa ciepła to urządzenie działające w sposób przypominający funkcjonowanie lodówki, tyle że o odwróconym wektorze. O ile lodówka usuwa ciepło z wnętrza i dostarcza je na zewnątrz, o tyle pompy robią coś dokładnie przeciwnego. W tym celu pompa ciepła wykorzystuje zasadę fizyczną, tak zwany efekt Joule’a-Thomsona.

W instalacji krąży ciecz (solanka lub glikol), która pobiera ciepło z otoczenia, na przykład z głębi ziemi. W przypadku powietrznych pomp ciepła, tym czynnikiem jest samo powietrze, zasysane przez wentylator. Następnie w wymienniku ciepła, tzw. parowniku ciepło z zewnątrz przekazywane jest do czynnika chłodniczego, który w ten sposób nagrzewa się i oddaje parę. Jest ona pobierana przez sprężarkę, dzięki czemu temperatura rośnie, następnie w skraplaczu gorący czynniki w postaci gazu zamienia się w ciecz i oddaje ciepło. Czynnikiem grzewczym jest woda, która przejmuje wytworzone ciepło i rozprowadza po budynku.

Co ważne, pompy ciepła, kiedyś postrzegane jako drogie, dziś są już coraz bardziej dostępne. Co nie znaczy, że są tanie - najdroższe, gruntowe pompy ciepła kosztują od około 25 tys. zł w górę. Do tego dochodzi wysoki koszt montażu. Przy kolektorze pionowym, rośnie on o ponad 100 proc. - do wyjściowych 50 - 60 tys. W jakim czasie taka inwestycja nam się zwróci? Ten okres szacuje się zazwyczaj na 10 - 15 lat. Znacznie tańsze są powietrzne pompy ciepła i tutaj też zwrot z inwestycji będzie szybszy. Pompa powietrzna wraz z montażem może kosztować około 15 - 30 tys. zł.

Pompa ciepła okazuje się znacznie tańsza w użytkowaniu od innych instalacji i paliw. Dla 150-metrowego, energooszczędnego domu (spełniającego wymogi WT 2021) roczny koszt ogrzewania pompą wyniesie około 1200 zł. Dla porównania: roczny koszt ogrzewania starszego domu pelletem drzewnym wyniesie ponad 6000 zł, gazem płynnym około 5700 zł a olejem opałowym 6500 zł. Tańszy jest węgiel - około 4000 zł i drewno - około 4500 zł.

Co istotne, pompy ciepła do swego działania potrzebują też energii elektrycznej, co może wpływać na koszty. Idealnym rozwiązaniem w tym zakresie byłoby więc pozyskanie darmowej energii słonecznej za pomocą instalacji fotowoltaicznej.

Odnawialne źródła energii 

Czy nowe regulacje sprawią, że pompy ciepła, rekuperacja, baterie słoneczne staną się regułą? Wszystko na to wskazuje. Wg ekspertów nawet kotły olejowe czy gazowe najnowszej generacji mogą mieć problemy z poradzeniem sobie z rygorystycznymi normami. Oczywiście, drugim wymogiem jest bardzo dobra izolacja budynku.

Na ile regulacje, które zaczęły obowiązywać przełożą się na wzrost kosztów budowy? Szacuje się go na kilkadziesiąt procent, jednak należy pamiętać, że część kosztów - związanych choćby z budową komina czy przyłącza gazowego - odpada. Należy przypuszczać, że budujący będą częściej instalować wentylację z rekuperacją, czy też stosować połączenie np. paneli fotowoltaicznych z kotłem na pellet czy gaz.

Jak to będzie w praktyce wyglądało, najbliższa przyszłość pokaże. Pewne jest, że proekologiczny kierunek budownictwa jest koniecznością i rozwiązaniem przyszłościowym. To powinno skłonić inwestorów do odważnych, proekologicznych decyzji, które finalnie pozwolą im też sporo zaoszczędzić.