Model Home 2020: budownictwo energooszczędne

W ramach tego projektu w pięciu krajach europejskich powstają modelowe domy przyszłości (domy energooszczędne). Ukończony w 2009 r. "Green Lighthouse" w Danii był budynkiem pokazowym podczas Konferencji Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu COP 15 w Kopenhadze, od 7 do 18 grudnia 2009 r.

Zrównoważony rozwój - założenia projektu Model Home 2020

Celem projektu Model Home 2020 jest innowacyjne wykorzystanie materiałów i technologii budownictwa energooszczędnego, aby umożliwić spełnienie unijnych regulacji energetycznych przewidzianych na rok 2020. Nazwa projektu pochodzi od tzw. programu 3 x 20, w ramach którego państwa unijne do roku 2020 postanowiły:

• zredukować emisję gazów cieplarnianych o 20%,
• poprawić efektywność wykorzystania energii o 20%,
• zwiększyć wykorzystanie energii ze zródeł odnawialnych - do 20% zapotrzebowania.

Postulowane jest użycie w modelowych budynkach kolektorów słonecznych i baterii słonecznych, pomp ciepła oraz silników wiatrowych. Sztuczne światło będzie jak najczęściej zastępowane naturalnym światłem słonecznym. Efektywne usytuowanie okien oraz kanałów wentylacyjnych sprawi, że słońce, światło dzienne oraz świeże powietrze będą docierały do wnętrza bez zbędnego wydatku energetycznego. Oprócz taniego ciepła, naturalnej wentylacji i oświetlenia, równie ważne jest dla pomysłodawców projektu samopoczucie mieszkańców oraz ich subiektywna ocena jakości życia. Koncepcja Model Home 2020 zakłada bowiem późniejsze wykorzystanie testowanych rozwiązań i technologii w powszechnym budownictwie mieszkaniowym.

Domy modelowe w Europie – domy energooszczędne

Projekt zaplanowano na dwa lata. Do końca 2010 roku ma powstać sześć domów o minimalnym zapotrzebowaniu na energię oraz nowoczesnej, przyjaznej dla mieszkańców i użytkowników architekturze. Każdy z domów energooszczędnych modelowych będzie odpowiadał klimatowi, kulturze oraz stylom architektonicznym właściwym dla kraju, w którym powstanie. W kwietniu 2009 roku oddano do użytku dom mieszkalny "Home for Life" w Aarhus, w Danii (autor: aart), jesienią ukończono drugi budynek – "Green Lighthouse" przeznaczony dla Uniwersytetu Przyrodniczego w Kopenhadze. W  2009 roku zakończono także projekt Austria House ("Sunlighthouse" projektu Hein-Troy Architekten). Następne obiekty planowane są w Wielkiej Brytanii, Niemczech oraz Francji.

Dzięki tym projektom przetestowane zostaną innowacyjne energooszczędne rozwiązania techniczne, co pozwoli na ich masowe zastosowanie w budownictwie przyszłości. Po ukończeniu budynki będą udostępniane zwiedzającym na okres od 6 do 12 miesięcy, a potem normalnie użytkowane, co oznacza, że do domów jednorodzinnych wprowadzą się zwykłe rodziny. Pozwoli to na monitorowanie stanu tych eksperymentalnych obiektów w rzeczywistych warunkach.

Budynki będą poddawane regularnym pomiarom zużycia energii - będzie to kontrolowane przez sieciowy licznik, który pobierze prąd do domu z sieci, gdy słońce nie będzie w stanie dostarczyć potrzebnej energii (system baterii solarnych będzie skonfigurowany z zewnętrzną siecią energetyczną, gdzie lokowana będzie nadwyżka prądu w czasie dni słonecznych). Inteligentny pomiar wydajności energetycznej oraz dokumentacja zużytej energii w trakcie użytkowania domu ma na celu uniezależnienie budynku od zewnętrznych zródeł energii.

Próby maksymalnego wykorzystania światła naturalnego będą mierzone przy użyciu metodologii programu VELUX Daylight Visualizer 2. Bardzo ważne dla sukcesu projektu Model Home 2020 są okna - zainstalowane nisko pozwolą ludziom swobodnie obserwować świat zewnętrzny, wysoko zaś - dodatkowo doświetlą wnętrza. Duża powierzchnia specjalnie usytuowanych okien umożliwi innowacyjne wykorzystanie energii słonecznej we wnętrzch. Wyniki pomiarów i indywidualnych ocen zostaną wykorzystane do rozwoju nowych produktów.

"Szara energia" w cyklu życia obiektu

Budynki modelowo tworzono biorąc pod uwagę, zarówno korzyści, jakie wyniosą ich mieszkańcy (poprawa bilansu energetycznego), jak i nasza planeta (ograniczenie emisji CO₂, dzięki maksymalnej wydajności energetycznej). Myśląc o wydajności energetycznej bierze się zwykle pod uwagę jedynie energię zużytą na eksploatację obiektu. Tymczasem, by móc ją właściwie ocenić, należałoby obliczyć także, ile energii zużyto podczas budowy obiektu i jego urządzenia oraz ile zużyje się w przyszłości podczas rozbiórki i recyklingu lub utylizacji zużytych materiałów. Tak rozumianą energię nazywa się "szarą energią" (ang. grey energy, material energy, embodied energy).
Koncepcja Zrównoważonego Budownictwa zakłada obliczanie wydajności energetycznej budynków z uwzględnieniem zużycia całej energii niezbędnej do ich wzniesienia, eksploatacji i rozbiórki, a więc począwszy od procesu produkcji i transportu materiałów budowlanych do ich recyklingu lub utylizacji (uwzględniając „szarą energię”). Taki sposób wyliczania bilansu energetycznego zastosowano zatem w projekcie Model Home 2020.

Dom aktywny - co to znaczy

Funkcjonowanie budynków modelowych jest tak zaplanowane, aby coroczne zyski energii zrównoważyły po latach nie tylko energię zużywaną na jego bieżące funkcjonowanie, ale również "szarą energię" zainwestowaną w projekt. Aby budynki mogły pretendować do miana domów aktywnych, należy udokumentować zużycie energii oraz okres spłaty długu ekologicznego (ang. climate payback), czyli wyrównania różnicy między zużyciem energii, a jej produkcją w wyniku zastosowania odpowiedniej technologii i materiałów. Projekt Model Home 2020 zakłada dodatni bilans energii w skali roku. Dzięki temu spłata długu ekologicznego będzie możliwa po około 30 latach.

Projekt energetyczny "Green Lighthouse"

Celem projektu energetycznego opracowanego dla potrzeb "Green Lighthouse" było stworzenie budynku o neutralnej emisji CO₂. "Green Lighthouse" to obiekt eksperymentalny, w którym korzystać się będzie z połączenia miejskiego ogrzewania, pompy ciepła, systemów ogrzewania i chłodzenia energią słoneczną oraz różnych systemów magazynowania energii w zależności od pory roku.
Projekt energetyczny, wdrażany przez Grupę COWI, zawiera niestandardowe rozwiązanie – miejskie ogrzewanie ma zasilać pompę ciepła. Korzystając z miejskiego ogrzewania zamiast energii elektrycznej, dom produkuje znacznie mniej CO₂. Pozwala ono ponadto na znacznie skuteczniejsze wykorzystywanie energii.

Zastosowane rozwiązanie gwarantuje niezwykle sprawne wykorzystanie odnawialnych zródeł energii. Energię słoneczną wykorzystuje się do poprawienia wydajności pompy ciepła zimą oraz do chłodzenia budynku w porze letniej. Ciepło słoneczne, przenikając przez liczne, umieszczone od południa okna, jest używane do ogrzewania podłogi, a kiedy nie jest potrzebne - gromadzone w ziemi. Pompa ciepła rozprowadza energię geotermalną i uzyskane dodatkowo ciepło słoneczne, a latem umożliwia chłodzenie wnętrz budynku. Zapewnia to optymalne wykorzystanie systemu centralnego ogrzewania.

Zużycie energii na ogrzewanie

Założono je na poziomie 22 kWh/m² na rok. Ogrzewanie budynku mają zapewnić następujące zródła energii:

• 35% – energia słoneczna z kolektorów słonecznych zamontowanych na dachu oraz z zapasu ciepła słonecznego zgromadzonego w ziemi (ciepło geotermalne) dzięki pompie ciepła,
• 65% – ekologiczne miejskie ogrzewanie z około 35-procentowym udziałem odnawialnych zródeł energii.

Zastosowanie pompy ciepła zwiększa efektywność miejskiego ogrzewania o około 30%, natomiast zamontowane na dachu ogniwa słoneczne o powierzchni 76 m² są podstawowym zródłem energii elektrycznej do oświetlenia, wentylacji oraz zasilania pomp.

Projekt energetyczny "Green Lighthouse" stosuje się do postulowanego schematu wykorzystania energii, który opracowano podczas Konferencji Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu w Kioto (trójkąt, w którego podstawie jest obniżone zapotrzebowanie na energię, w środku - odnawialne źródła energii, a najwyżej - skuteczne wykorzystanie paliw kopalnych). Zostanie on po raz pierwszy zrealizowany w Danii. Proponowane rozwiązania będą później wykorzystywane przy budowie biur i budynków przemysłowych w większości państw europejskich.

Światło dzienne: odpowiednie rozmieszczenie okien

Budynek jest pełen światła. Przenika ono do wnętrza, zarówno przez okna umieszczone nisko w ścianach zewnętrznych, jak i przez okna dachowe, których zadaniem jest doprowadzenie energii słonecznej do centralnej części obiektu. Poprzez otwartą wewnętrzną przestrzeń komunikacyjną dociera ona nawet do najniżej położonych pomieszczeń parteru. Idealne rozmieszczenie okien fasadowych i okien dachowych uzyskano dzięki symulacjom komputerowym przeprowadzonym na modelu obiektu.

Poniżej pokazane są różnice między wartościami współczynnika światła dziennego uzyskanymi w różnych miejscach budynku z wykorzystaniem okien dachowych oraz bez nich. Kolor zielony określa miejsca, w których wartość współczynnika światła dziennego wynosi poniżej 3%. Wartość współczynnika światła dziennego na poziomie 3% zapewnia odpowiednie warunki oświetleniowe w miejscach do pracy oraz możliwość zmagazynowania pewnej ilości energii. Współczynnik światła dziennego jest obecnie najczęściej używanym wskaźnikiem oceny poziomów światła wewnątrz budynku (współczynnik światła dziennego DF jest stosunkiem wewnętrznego natężenia światła do natężenia światła na zewnątrz przy znanych warunkach atmosferycznych i jest wyrażony w procentach).

Zobacz galerię 2 zdjęcia

Autor: VELUX

Schematy pokazują rozkład światła słonecznego na parterze. Po lewej stronie: z wykorzystaniem okien dachowych, po prawej - bez okien dachowych.
Efekt, jaki osiągnięto po dodaniu okien połaciowych, jest wyraźnie widoczny, zwłaszcza gdy spojrzymy na hol na drugim piętrze oraz otwartą klatkę schodową, która doprowadza światło dzienne na pierwsze pietro i parter w centrum budynku (zielony kolor oznacza poziom światła słonecznego niższy od 3%).

W "Green Lighthouse" znajdą się pomieszczenia dla dziekana, profesorów oraz studentów Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Kopenhaskiego. W trakcie trwania Konferencji Klimatycznej, w dniach 12 i 13 grudnia 2009 r. będą one udostępnione dziennikarzom z całego świata, by opisali zastosowane w budynku innowacyjne rozwiązania przestrzenne i techniczne.

Zobacz galerię 4 zdjęcia

Autor: Hein-Troy Architekten