Budowa domu pasywnego

Ściana ocieplona 34-centymetrową warstwą
izolacyjną TERMO-LAMBDA oraz drzwi
ciepłochronne w budynku pasywnym

Do wyboru jest wiele propozycji konstrukcyjnych ocieplania ścian zewnętrznych i ciągle pojawiają się nowe. Wykorzystuje się zarówno popularną metodę BSO (dawniej zwaną lekką mokrą), jak i mniej znane techniki, takie jak budownictwo z bel słomy czy zaawansowaną technologicznie izolację próżniową. Technologia jest zasadniczo dowolna, pod warunkiem osiągnięcia celu, jakim jest izolacja termiczna na wymaganym dla budownictwa pasywnego poziomie.
Poza prawidłową izolacją prostych ścian i dachu niezwykle istotne jest unikanie występowania mostków termicznych. Straty ciepła nimi powodowane można jednakże w dużym stopniu ograniczyć poprzez staranne zaprojektowanie i sumienne wykonanie budynku. Pozornie drobne usterki, do których nie przywiązuje się wagi w budownictwie tradycyjnym, są nie do przyjęcia w pasywnym. Tutaj ogromne znaczenie mają detale, które rzutują na całkowitą izolacyjność termiczną domu.
Nawet w przypadku dobrej izolacji powierzchni powłoki budynku, występują niskie niekorzystne temperatury na mostkach termicznych lub w miejscach nieciągłości izolacji termicznej. Skraplanie się pary wodnej w elementach konstrukcyjnych może zachodzić już w temperaturze powierzchni poniżej 9,3°C, a tworzenie się pleśni przy 12,6°C. Wyliczenia te zakładają temperaturę 20°C w pomieszczeniu oraz 50-procentową wilgotność względną powietrza. Często sytuacja jest jeszcze bardziej niekorzystna, np. gdy w miejscach mostków termicznych postawimy meble. W takich warunkach w budynkach, w których nie przeprowadzono prac termomodernizacyjnych, przeważnie dochodzi do skraplania się pary wodnej i powstawania pleśni w poszczególnych przegrodach budowlanych. Należy się z tym liczyć również w budynkach o standardowej izolacji grubości 6-8 cm, a według dotychczas przeprowadzonych badań to właśnie pleśń jest w większości przypadków przyczyną występowania alergii oraz może przyczyniać się do chorób dróg oddechowych. Dopiero odpowiednia izolacja cieplna, zmniejszająca współczynnik przenikania ciepła poniżej 0,2 W/(m²K), zapobiega powstawaniu tych niekorzystnych zjawisk.

Mostki termiczne w miejscu połączenia stropu piwnicy i ściany zewnętrznej

Szczelność powłoki budowlanej 

Miejsca występowania najczęstszych nieszczelności

Niedostateczna szczelność sprawia, że strumień powietrza przedostaje się do wewnątrz budynku; latem oznacza to uciążliwe, zbyt wysokie temperatury w pomieszczeniach, natomiast zimą suche powietrze, a w następstwie - złe samopoczucie, zmęczenie, choroby wynikające z nieprzyjaznego klimatu we wnętrzach. Obliczono, że strumień powietrza przepływający na zasadzie konwekcji pozwala na przedostanie się przez 1-milimetrową nieszczelność około 800 g wody na m² w ciągu 24 h. Warto nadmienić, że nie zawsze zawilgocenie warstwy ocieplenia jest spowodowane nieszczelnością, jego przyczyną bywa też zjawisko dyfuzji bocznej. Będzie ono zawsze występować (rysunek powyżej), lecz skutki dyfuzji są do opanowania, gdy zastosujemy odpowiednią izolację paroprzepuszczalną od góry o dyfuzyjnie równoważnej grubości warstwy powietrza Sd<0,10 m. Zapobiegniemy trwałemu zawilgoceniu izolacji cieplnej i powstaniu szkód budowlanych.

Zachowanie się pary wodnej w powłoce izolacyjnej w ciągu doby w zależności od zjawiska

Zjawisko dyfuzji bocznej

Problem dyfuzji, nie tylko bocznej, jest źródłem wielu nieporozumień podczas dyskusji na temat szczelności budynku. Często się słyszy, że budynek nie może być szczelny, gdyż ściana musi oddychać. Jaka jest więc zależność pomiędzy szczelnością a dyfuzją? W celu zobrazowania zachodzących zjawisk załóżmy, że ciało człowieka jest budynkiem. Skóra jest izolacją ścian, a płuca pełnią funkcję wentylacji. Gdy przestaniemy oddychać, zatykając nos i usta, okaże się, że nie jesteśmy w stanie przeżyć, oddychając tylko przez skórę. Nieszczelności nie są potrzebne, sama natura podpowiada nam rozwiązania. A jak wygląda sprawa z wilgocią? Człowiek wydala jej część przez płuca (wentylacja), a także przez skórę (izolacja) na zasadzie dyfuzji, podobnie rzecz ma się z budynkami. Łatwo więc o konkluzję, że w przypadku tworzenia dla powłoki budynku należy stosować rozwiązania umożliwiające dyfuzję pary wodnej z jednoczesnym zachowaniem pełnej szczelności zapobiegającej przenikaniu powietrza (zabezpieczenie wiatrochronne). Warto pamiętać, że kolejną wadą wynikającą z niewłaściwej izolacji jest mniej dźwiękoszczelna bariera.
Wniosek jest oczywisty - nieszczelności nie tylko nie pomagają, lecz wręcz bardzo szkodzą, przede wszystkim przyczyniając się do powstania niejednokrotnie nieodwracalnych szkód budowlanych w konstrukcji budynku. Zawilgocona izolacja termiczna oraz bezpośrednie uciekanie ciepła przez szczeliny powodują duże straty ciepła i znaczący wzrost kosztów eksploatacji budynków, które wskutek rosnących cen paliw jeszcze bardziej uwidaczniają skalę problemu.
W budynkach pasywnych i energooszczędnych, gdzie szczelność musi być perfekcyjna, wymianę powietrza zapewnia system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Jego sprawność również zależy od stopnia szczelności budynku. Szczelność powłoki zewnętrznej sprawdza się za pomocą specjalnego testu - Blower Door. Jest to nazwa urządzenia z wentylatorem, ustawianego w drzwiach wejściowych lub oknie. Wypompowuje ono powietrze z wnętrza aż do uzyskania podciśnienia o wartości 50 Pa. Wówczas mierzy się strumień powietrza przepływającego przez nieszczelności. Wytwarzając podciśnienie wewnątrz budynku, łatwo można wykryć i umiejscowić każdą nieszczelność, gdyż strumień napływającego powietrza jest wyczuwalny nawet po przyłożeniu dłoni. Za pomocą tego specjalistycznego testu jesteśmy w stanie sprawdzić jakość usług firmy wykonawczej.

Test szczelności w budynku pasywnym - Blower Door Test

Często nie zdajemy sobie sprawy, w jakich miejscach występują w budynku nieszczelności, wskutek czego jesteśmy narażeni na duże straty ciepła. Jest to tym ważniejsze, że koszty wynikające z tej niewiedzy ponosi w rzeczywistości użytkownik mieszkania. Na rysunku - Miejsca występowania najczęstszych nieszczelności widać
przykładowe szczeliny, którym można zapobiec, stosując dostępne na rynku specjalistyczne folie, taśmy uszczelniające i kleje.
Należy pamiętać o szczelności domu pasywnego już na etapie projektowania. Wszystkie detale powinny być tak pomyślane, aby ich wykonanie było możliwie proste. Dobrze izolujące przegrody cieplne mają tak okalać ogrzewane pomieszczenia, aby tworzyły całkowicie zamknięte powierzchnie. Szczelności sprzyja stosowanie możliwie dużych elementów o rozległych powierzchniach szczelnych. Należy unikać przebijania się na wylot przez przegrody. Tam, gdzie jest to niezbędne (np. otwory okienne i drzwiowe), trzeba użyć odpowiednich materiałów uszczelniających (np. taśm butylowych i rozprężnych).

Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła 

Tradycyjna wentylacja grawitacyjna nie sprawdza się w budownictwie pasywnym. Tutaj potrzebną wymianę powietrza uzyskuje się poprzez wentylację mechaniczną. Ten sposób wentylacji wiąże się ze zużyciem energii na pracę wentylatorów, jednak koszty te są rekompensowane poprzez odzysk energii cieplnej. Wentylacja mechaniczna budzi pewne obawy użytkowników, ponieważ kojarzy się z koniecznością zamykania okien. Jednak prawidłowo zaprojektowana i wykonana instalacja wentylacji z odzyskiem ciepła w późniejszym okresie zyskuje akceptację. Użytkownicy odczuwają znaczną poprawę komfortu mieszkania dzięki stałemu dopływowi świeżego powietrza do pomieszczeń oraz niedocieraniu odgłosów z zewnątrz. Wskutek mechanicznego i regulowanego dopływu świeżego powietrza dochodzi do znaczącej poprawy jakości powietrza w pomieszczeniu, jakiej nie można uzyskać w sposób grawitacyjny w budynkach o podwyższonej szczelności. Jednogodzinny dopływ świeżego powietrza z zewnątrz w ilości 30 m³ na osobę gwarantuje zapewnienie użytkownikom właściwych parametrów higienicznych. Należy również podkreślić, iż zastosowanie wentylacji mechanicznej nie oznacza rezygnacji z otwierania okien. Jest to możliwe poza okresem grzewczym i stanowi wtedy dodatkowe uzupełnienie wietrzenia pomieszczeń. Obligatoryjnym elementem systemu wentylacyjnego w domu pasywnym jest wymiennik ciepła (rekuperator), w którym ciepłe powietrze odprowadzane ogrzewa powietrze doprowadzane. W procesie rekuperacji wymiana ciepła następuje poprzez powierzchnie oddzielające zimne i ciepłe strumienie powietrza, które przepływa wzdłuż wspólnych przegród. Po przekroczeniu punktu rosy wilgotne powietrze skrapla się, dzięki czemu dodatkowo przenoszone jest ciepło utajone, zwiększając sprawność układu wymiany. W budownictwie pasywnym odzysk ciepła z wentylacji przekracza 75%, a w przypadku zastosowania wymienników przeciwprądowych kanalikowych nowej generacji osiąga nawet do 95%. Należy zawsze pamiętać o zasadzie wentylacji w budynkach energooszczędnych i pasywnych: świeże powietrze powinno napływać z małą prędkością oraz być podgrzewane do wyższych temperatur w nagrzewnicach, inaczej niż w przypadku tradycyjnych układów wentylacyjnych. Dodatkowym elementem systemu wentylacji w domu pasywnym jest gruntowy wymiennik powietrza w postaci systemu kanałów zainstalowanych w gruncie. Zimą temperatura podłoża jest wyższa niż temperatura powietrza, zatem wymiennik ziemny służy do wstępnego ogrzania powietrza. Latem jest odwrotnie - schłodzone powietrze obchodzi specjalnym bajpasem rekuperator i ochładza pomieszczenia, działając podobnie jak prosty układ klimatyzacyjny.

Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła

Stolarka okienna w budownictwie pasywnym 

Newralgicznym elementem domu pasywnego są okna, które odgrywają niezwykle istotną rolę, ponieważ działają jak kolektory słoneczne: pasywnie uzyskana energia słoneczna ma znaczący udział w wyrównywaniu strat ciepła. Ostatecznym jednak celem nie jest pozyskanie jak największej ilości energii słonecznej za każdą cenę, znacznie ważniejszą sprawą jest utrzymanie możliwie znikomego pozostałego zapotrzebowania na energię cieplną. W budynku pasywnym średni współczynnik przenikania ciepła U dla ścian wynosi 0,1 W/(m²K), podczas gdy dla najlepszego okna zaledwie U = 0,6 W/(m²K). Zwiększenie powierzchni okien mające na celu pasywne wykorzystanie energii słonecznej prowadzi tym samym do podwyższenia strat ciepła. Należy w tym przypadku zwrócić uwagę na fakt, iż prawdziwe pasywne zyski energii słonecznej otrzymuje się dopiero po zastosowaniu przeszkleń ciepłochronnych wysokiej jakości (okna trójszybowe wypełnione argonem lub kryptonem), zorientowanych na południe oraz niezacienionych. Dopiero po spełnieniu tych warunków możliwe jest obniżenie wskaźników energetycznych o połowę w stosunku do dobrze ocieplonej przegrody budowlanej nieprzezroczystej.

Przekrój ramy i skrzydła okna: po lewej o polepszonej izolacyjności
(U = 0,9 W/(m²K)), po prawej stosowanego w budownictwie pasywnym

Analizując szczegółowo problem stolarki okiennej w budownictwie pasywnym, można wyraźnie zauważyć znaczący spadek możliwości wykorzystania energii słonecznej wtedy, gdy powierzchnia okien wynosi około 40%. Mimo początkowego szybkiego wzrostu wskaźnik ten osiąga w tym przypadku swoją wartość maksymalną. Stąd wyłania się jednoznaczny wniosek, iż w przypadku uzyskania korzystnego bilansu energetycznego jakość stolarki okiennej jest wyraźnie ważniejsza niż procentowy udział wielkości przeszklenia w powierzchni elewacji.

Zimna, ciepła woda użytkowa i energia elektryczna

Budownictwo pasywne wiąże się nie tylko z oszczędnością energii grzewczej. Ważną pozycję w bilansie energetycznym zajmuje energia związana z przygotowywaniem ciepłej wody użytkowej. Przeciętna rodzina na jej wytworzenie zużywa od 2500 do 5000 kWh/a. Dodatkowe zapotrzebowanie związane z przechowywaniem, przewodami doprowadzającymi, cyrkulacją i przewodami spustowymi może wynieść od 1000 do 3000 kWh/a. W domach pasywnych dąży się do ograniczenia na wiele sposobów, m.in. poprzez odpowiednie prowadzenie przewodów c.w.u., redukcję ich długości, zmniejszanie ilości zużywanej wody czy stosowanie kolektorów słonecznych do jej nagrzewania. Straty ciepła można również częściowo wyeliminować w instalacji wody zimnej. Zimna woda wpływająca do budynku ma zwykle temperaturę nie wyższą niż 10oC, po czym ogrzewa się w rurach i innych zasobnikach znajdujących się w budynku (np. komorze spłuczki toalety). Powoduje to straty energii, dlatego w budownictwie pasywnym zwraca się szczególną uwagę na ograniczenie długości instalacji zimnej wody, jej dobrą izolację oraz oszczędną armaturę. Dopełnieniem domu pasywnego jest wyposażenie gospodarstwa domowego w energooszczędne oświetlenie, sprzęt RTV i AGD. Średnie zużycie energii w gospodarstwie domowym w Niemczech wynosi 32 kWh/(m2a). W pierwszym zbudowanym w Darmstadt-Kranichstein domu pasywnym liczba ta była o ponad połowę mniejsza. Było to możliwe dzięki użyciu nowoczesnych, wysoko­sprawnych urządzeń. Zastosowanie ich jest podyktowane również ograniczeniem ciepła przez nie wytworzonego. W okresie od wiosny do jesieni ciepło to jest niepotrzebne i powoduje straty w bilansie energetycznym. Nie są one rekompensowane zyskami w okresie zimowym, który jest znacznie krótszy.

Źródło ciepła

W budynkach pasywnych roczne zapotrzebowanie na ciepło do celów ogrzewczych jest co prawda znikome, ale nie zerowe. W tych warunkach przy ekstremalnie niskim zapotrzebowaniu na moc zastosowanie normalnego systemu ogrzewania byłoby zbędną inwestycją; standard budynku pasywnego jest o tyle interesujący, że umożliwia zmniejszenie nakładów związanych zarówno z instalacją systemów grzewczych, jak i ich późniejszą eksploatacją. Ciepło do podgrzewania powietrza nawiewanego może pochodzić z systemu podgrzewania c.w.u., gdzie szczytowe obciążenie jest kilkakrotnie wyższe. Źródłem ciepła w budynkach pasywnych mogą więc być połączone systemy wykorzystujące kocioł kondensacyjny oraz pompę ciepła wspomagane kolektorami słonecznymi, służące jednocześnie do ogrzewania, wytwarzania c.w.u. oraz wentylacji.

OGÓLNOKRAJOWY PROGRAM BUDOWNICTWA PASYWNEGO W AUSTRII

Austriackie stowarzyszenie zajmujące się budownictwem pasywnym przeprowadziło wstępną analizę istniejących budynków i zaproponowało ogólnokrajowy program ich przebudowy z uwzględnieniem standardów budownictwa pasywnego. Jego głównym celem ma być uzyskanie niezależności energetycznej Austrii. Według stowarzyszenia znaczny wzrost efektywności energetycznej budynków i zwiększone wykorzystanie energii ekologicznej może uczynić Austrię niezależną od paliw kopalnych oraz importu energii. W obu tych sferach gospodarka austriacka dzięki swej innowacyjności zalicza się do czołówki światowej. Zamiast płacenia mandatu karnego za przekroczenie wielkości emisji można, za tę samą kwotę, przebudować 29 milionów m² istniejących budynków zgodnie ze standardami budownictwa pasywnego, wykorzystującego energię odnawialną.
Jak wiele Austria faktycznie może zyskać pod względem gospodarczym na intensywnym wykorzystywaniu odnawialnych nośników energii oraz na programie przebudowy budynków ukierunkowanym na termomodernizację, świadczą liczne niedawno ukończone badania. Pierwsze tego typu modernizacje budynków, które w większości przeprowadzone zostały w ramach linii programowej "Haus der Zukunf" ["Dom przyszłości"] austriackiego Federalnego Ministerstwa Transportu, Innowacji i Technologii jako przedsięwzięcia pokazowe, ukazują olbrzymi potencjał oszczędności energii i zmniejszenia jej emisji.
Należą do nich: 
   - dom jednorodzinny z 1960 r. w Pettenbach,
   - dom wielorodzinny z 1957 r. w Linz,
   - budynek szkolny z 1972 r. w Schwanenstadt,
   - dom mieszkalny dla emerytów i rencistów z 1975 r. w Weiz,
   - budynek przemysłowy z 1975 r. w Wolfurt.

Przykłady modernizacji obiektów do wymagań standardu budownictwa pasywnego w Austrii

We wszystkich tych budynkach, niezależnie od ich typu i sposobu użytkowania, oszczędności energii sięgały 90-95%. W każdym z nich dokonano przebudowy instalacji, dostosowując ją do wykorzystania odnawialnych nośników energii, a tym samym zapewniając im niezależność od źródeł zewnętrznych (albo konwencjonalnych). Przeciętne koszty dodatkowe tych pilotażowych modernizacji w stosunku do tradycyjnej termomodernizacji wyniosły jedynie 140 euro/m² powierzchni użytkowej. Zdaniem autorów projektu 70% wszystkich budowli powojennych w Austrii nadaje się do tego typu przebudowy.

BUDOWNICTWO PASYWNE A FUNKCJONALNOŚĆ

Budynki pasywne o różnym przeznaczeniu