Dom energooszczędny. Przeszklenia i wentylacja

Choć brzmi to jak utopia, projekt takiego superenergooszczędnego domu naprawdę istnieje, a przy tym jego budowa i eksploatacja nie degraduje środowiska naturalnego. Zarówno autorytet twórców tej koncepcji (wśród których są eksperci Ładnego Domu), jak i fakt, że został on uznany przez polskie stowarzyszenie budownictwa ekologicznego (PLGBC) za najlepszy ekologiczny projekt w roku 2011, skłoniły nas do jego prezentacji. Ten dom autorzy nazwali Autonomicznym Domem Dostępnym.

Idea domów autonomicznych zrodziła się w wyniku refleksji nad wpływem naszego sposobu życia na środowisko. Jesteśmy przyzwyczajeni do myśli, że degradacja przyrody jest przede wszystkim wynikiem działania przemysłu. To niewątpliwie poprawia nasze samopoczucie, ale nie zdejmuje z nas odpowiedzialności za stan środowiska.

Nasz Autonomiczny Dom Dostępny ma niemal zerowe zapotrzebowanie na energię ze źródeł nieodnawialnych, a małe nakłady na podniesienie standardu energetycznego gwarantują jego dostępność.

W numerze kwietniowym naszego miesięcznika przedstawiliśmy założenia projektowe domu, w którym ogród odgrywa niezwykle ważną rolę, a w majowym - przyjęte rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne. Teraz nadszedł czas na przeszklenia i wentylację.

Ogród zimowy

Omawianie przeszkleń zaczniemy - nietypowo - od ogrodu zimowego. W tradycyjnym, czyli energochłonnym budownictwie oranżeria miała korzystny wpływ na bilans energetyczny całego domu, stwarzając bufor pomiędzy częścią ściany zewnętrznej a otoczeniem. Przy zastosowaniu odpowiednich otworów w ścianie pomiędzy ogrodem zimowym a wnętrzem domu, można było uzyskać znaczącą ilość energii w słoneczne dni.

W domu zeroenergetycznym, przy oporze cieplnym ścian zewnętrznych RT = 10 m2K/W, dodatkowy opór (około Ru= 0,2 m2K/W) stawiany przez pomieszczenie nieogrzewane (oranżerię) stykające się z jedną ze ścian zewnętrznych nie ma praktycznie żadnego znaczenia.

Oczywiście nie oznacza to, że w naszym Autonomicznym Domu takiej oranżerii nie warto robić. Trzeba jedynie pamiętać, że jeśli jest nieogrzewana, nie da się w niej utrzymać zieleni zimą, a jedynie przedłużyć sezon wegetacji roślin.

Rzecz znacznie się komplikuje, gdy chcemy mieć prawdziwie zimowy ogród. Wtedy niewłaściwe rozwiązania mogą spowodować energetyczną katastrofę. W projekcje ADD zaproponowaliśmy rozwiązanie kompromisowe. Ponieważ zależy nam na utrzymaniu roślin w oranżerii przez cały rok, musieliśmy zadbać o radykalne obniżenie strat ciepła. Dlatego zaprojektowaliśmy ogród zimowy z dobrze ocieplonym dachem, na którym można zainstalować ogniwa hybrydowe. Dzięki temu unikamy ogromnych strat przez wypromieniowanie ciepła zimą i przegrzewanie oranżerii latem. Równocześnie nie tracimy praktycznie energii słonecznej zimą, wiosną i jesienią, kiedy słońce jest nisko nad horyzontem i kiedy szczególnie potrzebujemy jego promieni. Kolejnym sposobem na radykalne obniżenie strat ciepła jest zainstalowanie rolet zamykanych automatycznie po zmierzchu. I wreszcie, dzięki zasobnikowi ciepła pod podłogą likwidujemy praktycznie straty do gruntu. W ten sposób odpowiednio zaprojektowana oranżeria pozwala na całoroczny kontakt z zielenią, nie drenując nam kieszeni rachunkami za energię.

Okna

W poprzednim numerze opisałem sposoby optymalizacji przegród budowlanych z wyłączeniem okien. Stało się tak nieprzypadkowo. Okna są wyjątkowym rodzajem przegrody budowlanej ze względu na ich wielofunkcyjność, łącznie z historycznie niezwykle ważną funkcją dostarczania świeżego powietrza do pomieszczeń mieszkalnych. Podobnie jak ściany zewnętrzne, okna mają zapewnić ochronę przed chłodem, gorącem, wiatrem, deszczem, zewnętrznym hałasem, a także wtargnięciem nieproszonych gości. Z drugiej strony, powinny one wpuścić do domu jak najwięcej światła słonecznego, ale przede wszystkim zapewnić widok na ogród i okolicę.

W modernistycznym budownictwie ta ostatnia funkcja stała się na tyle ważna, że budujemy szklane domy nawet wtedy, gdy widok z okien jest nieciekawy i co najwyżej można podziwiać owoc pracy dekoratora wnętrz i zasobność finansową mieszkańców. A i to nie zawsze...

Niestety, ochronne i "optyczne" funkcje okna pozostają w konflikcie. Im lepiej chronią nas przed stratami ciepła, tym więcej muszą mieć tafli szyb, które niestety zmniejszają także słoneczne zyski ciepła. Ta sprzeczność dotyka w szczególności miłośników panoramicznych widoków, którzy otrzymują duży, ale zwykle gorszy niż przez okna dwuszybowe obraz. To ewentualne pogorszenie widoku będzie szczególnie przykre, gdy jest nim - jak w przypadku ADD - piękny ogród.

Ogromne okna to nie tylko straty energii, ale też mało intymne i nieustawne pomieszczenia, w których brakuje ścian do rozmieszczenia mebli. Jeśli jednak zachowamy umiar - to znaczy stosunek powierzchni okien do podłogi nie przekroczy 0,25 i zadbamy o to, by większość okien umieszczona była na elewacji południowej, wschodniej i zachodniej, to mogą być one energetycznie neutralne lub nawet dawać nadwyżkę zysków nad stratami ciepła.

By tak się stało, musi być spełnionych kilka warunków. Po pierwsze, przy wyborze okna należy zwrócić uwagę, by ramy jego skrzydeł i ościeżnica (profile) miały możliwie najlepsze parametry izolacyjności cieplnej, czyli jak najmniejszą wartość współczynnika przenikania ciepła Uf. Dobre profile mają Uf x 1,0 W/(m2K). Ta zasada nie dotyczy zestawu szybowego. Tu zawsze należy zadbać, by ramka oddzielająca szyby była z plastiku (ciepła), a nie aluminiowa (to obniża współczynnik przenikania ciepła całego okna Uw o co najmniej 0,1).

Natomiast już wybór samego pakietu szybowego nie jest tak oczywisty. Musimy brać pod uwagę nie tylko wartość jego współczynnika przenikania ciepła Ug, ale także jego współczynnik przepuszczalności całkowitej energii słonecznej g.

Niestety, im mniejsza jest wartość Ug, tym także mniejsza wartość współczynnika g. Oznacza to, że mniejsze straty ciepła opłacamy mniejszymi zyskami energii słonecznej. Zatem wybór zestawu szybowego wymaga optymalizacji i może być różny w zależności od strony świata, w którą jest zwrócona elewacja.

Rolety. Bezdyskusyjne są natomiast korzyści z instalacji rolet zewnętrznych. Według niemieckich badań, automatycznie zamykane na noc rolety zmniejszają straty ciepła przez okna o około 30%.

Przeanalizujmy zatem bilans energetyczny dla okien z różnymi pakietami szybowymi - przyjmując za rozporządzeniem o certyfikacji energetycznej budynków - wartość energii promieniowania słonecznego, padającego w sezonie grzewczym na pionową przegrodę na elewacji południowej w wysokości 350 kWh/m2 oraz odpowiednio 235 kWh/m2 - na wschodniej, 220 kWh/m2 - na zachodniej i 80 kWh/m2 - na północnej.

Bilans cieplny dla trzech najpopularniejszych na rynku rodzajów okien zamieszczony jest w tabeli 1. Dla wszystkich okien zakładamy użycie ciepłych profili o współczynniku przenikania ciepła nie większym niż Uf = 1,0 W/(m2K) i ciepłych ramek dystansowych w pakietach. Na pierwszym miejscu jest najdroższe okno trzyszybowe, z dwoma powłokami niskoemisyjnymi, na drugim - okno z najtańszą szybą, a na trzecim wchodzące na rynek okno dwuszybowe z powłoką niskoemisyjną o dużej przepuszczalności promieniowania.

Jak widzimy, przy prawidłowo zaprojektowanym domu, w którym najwięcej okien jest na elewacji południowej, a najmniej - na północnej, najlepszy bilans energetyczny mają okna o najgorszym wskaźniku Ug, ale najlepszym g. Najdroższe okno trzyszybowe o Ug = 0,5 W/(m2K) ma najlepszy bilans jedynie na elewacji północnej.

Dobór okien do domu autonomicznego jest szczególnie ważny. Mają one na dostarczyć możliwie dużo światła słonecznego i chronić przed utratą ciepła, a przy tym muszą być tanie, by dom był dostępny. Jak widać z tabeli 1, te warunki dobrze spełniają tanie okna wyposażone w rolety.

Wentylacja

Historycznie rzecz biorąc, jedną z najważniejszych funkcji okien było dostarczanie świeżego powietrza do wnętrza domu. Latem powietrze dostawało się do pomieszczeń poprzez otwarte okna, wiosną i jesienią przez luz wrębowy, czyli szczelinę pomiędzy ramą a futryną okna, na zimę zaś zmniejszano ów luz, pracowicie zatykając go na przykład watą.

Funkcje wyciągu zużytego powietrza pełniły piece kuchenne i kaflowe, kominki i kozy. Gdy w XX wieku zaczęto stosować centralne ogrzewanie, upowszechniły się znane od starożytności kanały wentylacyjne. Budowane w kuchniach, łazienkach i toaletach usuwały zużyte powietrze z nadmiarem wilgoci.

Dwudziesty wiek, a w szczególności jego druga połowa przyniosły zmiany, które istotnie wpłynęły na rangę problemu wentylacji. Niesłychane sukcesy przemysłu chemicznego spowodowały, że zarówno w elementach budowlanych, jak i w wyposażeniu mieszkań pojawiła się ogromna ilość związków organicznych, a w szczególności tworzyw sztucznych.

Wszystkie te tworzywa emitują do powietrza lotne związki organiczne. Te zaś za pośrednictwem płuc trafiają bezpośrednio do naszego krwioobiegu. Toksyczne działanie tych związków spowodowało, że pojawiły się nowe jednostki chorobowe, takie jak Syndrom Chorego Budynku, Zespół Nadwrażliwości Chemicznej czy Zespół Przewlekłego Zmęczenia.

Jedynym sposobem uniknięcia tych objawów jest sprawna wentylacja i stosowanie przy budowie domów materiałów niskoemisyjnych. Wymóg skutecznej wentylacji napotyka na poważną barierę w postaci przepisów prawa budowlanego, zezwalających na stosowanie w nowo budowanych budynkach wentylacji naturalnej, zwanej też dość bałamutnie grawitacyjną, choć w odróżnieniu od grawitacji jest wyjątkowo chimeryczna. Ma ona ze swej natury ograniczenia, które powodują, że praktycznie nigdy nie zapewnia powietrza wentylacyjnego w ilości potrzebnej dla naszego zdrowia. Przy zewnętrznych temperaturach wyższych od 12°C wentylacja ta szybko przestaje działać. Natomiast zimą przyczynia się do wyziębiania pomieszczeń z powodu nadmiernej wymiany powietrza pod wpływem zwiększonej różnicy temperatur pomiędzy wnętrzem domu a jego otoczeniem.

Energia potrzebna do podgrzania normatywnej ilości powietrza wentylacyjnego dla budynku o powierzchni 144 m2 i wysokości pomieszczeń 2,7 m, z kuchnią gazową (70 m3/h), dwiema łazienkami (2 × 50 m3/h) i oddzielną toaletą (30 m3/h) oraz przy uwzględnieniu powietrza dostającego się do pomieszczeń przez nieszczelności w przegrodach budowlanych w sposób niekontrolowany pod wpływem wiatru, to rocznie aż 58 kWh/m2.

Jak z tego widać, nie da się zbudować domu autonomicznego z wentylacją grawitacyjną. Aby wyeliminować te straty, konieczne jest zastosowanie wentylacji mechanicznej nawiewno--wywiewnej z wysokosprawną rekuperacją oraz doskonałe uszczelnienie budynku. Wtedy, przy założeniu 90% sprawności rekuperatora, zapotrzebowanie na ciepło do ogrzania powietrza wentylacyjnego spadnie dziesięciokrotnie - do 5 kWh/m2/rok.

Wbrew pozorom, inwestycja taka nie jest istotnie droższa niż instalacja wentylacji grawitacyjnej, której koszt należy szacować na około 12 000 zł (fundament, kanały, kominy). Za tę kwotę możliwe jest zainstalowanie wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperacją, jeśli zostanie od razu przewidziana w projekcie budowlanym. Zatem za praktycznie tę samą cenę otrzymujemy skuteczną wentylację z przefiltrowanym, a więc pozbawionym kurzu powietrzem, skuteczną izolację od zewnętrznego hałasu, i - jak by tego było mało - ogromne oszczędności energii, a więc także pieniędzy.

Ciąg dalszy nastąpi

Budowlane aspekty Autonomicznego Domu Dostępnego oraz rozwiązania dotyczące jego wentylacji to oczywiście ogromnie ważne elementy opisywanego projektu. W naszym klimacie nie do pominięcia są jednak problemy techniczne związane z ogrzewaniem domu, a także - co już nie ma związku z położeniem geograficznym - z przygotowaniem ciepłej wody. W ADD do realizacji tych zadań wykorzystywane są między innymi ogniwa hybrydowe PTV, gruntowy zasobnik ciepła i kominek z płaszczem wodnym. Napiszemy o tym w kolejnym odcinku naszego cyklu - już za miesiąc.

Zapisz się na NEWSLETsTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład

>