Dom pasywny w pięknej formie

Najpierw był pomysł

Powszechnie uważa się, że przy projektowaniu domu pasywnego, jego wygląd i estetyka mają mniejsze znaczenie, bo liczy się przede wszystkim bilans energetyczny. W przypadku tego domu wygląd miał znaczenie niebagatelne. Przyszli właściciele chcieli mieć dom nie tylko tani w eksploatacji, ale też taki, który będzie się im podobał.

Wyobraźmy sobie weekend w niewielkim wakacyjnym domu nad jeziorem. Promienie słońca ślizgają się po pniach, od pobliskiego jeziora wieje chłodna bryza... Przed upałem chronią korony drzew, pachnie drewnem i wodą. Niewielki, ale zgrabny dom zapewniający schronienie domownikom jest nie tylko pięknie wpasowany w otoczenie, ale również bardzo tani w utrzymaniu... Takie właśnie marzenie postanowili zrealizować nasi gospodarze.

Autor: architekt Agnieszka Figielek - Certyfikowany Europejski Projektant Budownictwa Pasywnego w PHI Darmstadt, biuro@pasywnym2.pl; Patrycja Choma-Zalewska
Funkcja: budynek mieszkalny
Lokalizacja: okolice Wrześni
Inwestor: prywatny
Powierzchnia użytkowa: 76 m2
Realizacja: 2014 i 2015 r.
Nagrody/certyfikaty: dotacja 50 tys. z programu NF15 (program obecnie wygaszony), organizowanego przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Poniżej: plan sytuacyjny

Żagle pełne mocy - założenia projektowe

Fot. powyżej: W trakcie prac dostosowujących budynek do wymogów pasywności przeprojektowano południową fasadę. Duże okna zapewniają lepsze doświetlenie i dogrzanie wnętrz domu

Autorem wstępnej koncepcji budynku jest Patrycja Choma-Zalewska - projektantka wnętrz. To jej pomysłem było nawiązanie kształtem bryły do formy wydętych wiatrem żagli. Skąd taka myśl? Bo dom miał stanąć w lesie, nieopodal jeziora. Pomysł bardzo spodobał się inwestorom.
Specyfika okolicznej przyrody sprawiła, że marynistyczne klimaty wydały się niemal oczywistością. Naturalne materiały użyte do wzniesienia i izolacji ścian i dachu stały się oczywistym uzupełnieniem tej architektury: białym żaglom i wodzie wszak zawsze towarzyszą drewniane konstrukcje i wykończenia.

Poniżej: Widoczny za oknami las jest bezsprzecznie wielkim atutem działki, ale zarazem stanowił spore utrudnienie dla architektów

Fot. PASYWNYm2

Łączenie estetyki i zasad

Fot. powyżej: Przyszli właściciele wierzyli, że zaangażowanej przez nich pracowni Pasywnym2 uda się pogodzić niecodzienną koncepcję z wymogami standardu pasywnego

Kształt bryły budynku inspirowany był żaglami jachtu. Nawiązuje on zarówno do zainteresowań inwestorów, jak i do położonego nieopodal jeziora. Wschodnia i zachodnia elewacja budynku zostały wygięte w kształcie łuku, dzięki czemu wspólnie z "falującym" dachem przypominają żagle.

Fot. PASYWNYm2

Fot. powyżej: Wschodnia i zachodnia fasada budynku są wygięte w kształcie łuku i przesunięte względem siebie - przypominają żagle wypełnione wiatrem

Inwestorzy zwrócili się do architektów z pracowni Pasywnym2 z prośbą o wykonanie projektu domu, mając niemal w pełni gotową koncepcję budynku. Projektanci stanęli więc przed naprawdę trudnym wyzwaniem: realizując wszystkie wyjściowe założenia projektowe, mieli sprawić, by powstający dom spełniał wymogi budownictwa pasywnego. Żeby uświadomić, jak niezwykłe to było zadanie, wystarczy wymienić trzy główne przeszkody:
- duża powierzchnia przegród zewnętrznych (ścian, podłogi i dachu), przez które ucieka ciepło, wynikająca z niewielkiej, parterowej bryły budynku;
- niemal całkowite pozbawienie południowej elewacji okien, a tym samym energii słońca, koniecznej do ogrzania wnętrz;
- leśne otoczenie działki, oznaczające zacienienie i dodatkowe ograniczenie dopływu energii słonecznej do budynku.

Fot. poniżej: Zrobione późną jesienią zdjęcia nie oddają w pełni uroku działki, ani samego budynku, ale od czego jest wyobraźnia...?

Fot. PASYWNYm2

Poniżej: plan sytuacyjny

Zdaniem architekta

Fot. powyżej: Wizualizacja budynku od strony południowej

Agnieszka Figielek, Certyfikowany Europejski Projektant Budownictwa Pasywnego:
Naszym priorytetem było "ściągnięcie" do domu jak największej ilości słonecznego ciepła. Pracowaliśmy więc nad taką lokalizacją budynku, by możliwie dużo promieni docierało do środka.

Fot. PASYWNYm2

Fot. powyżej: Wizualizacja budynku od strony wschodniej

Pierwszym krokiem była zmiana pierwotnej lokalizacji okien, których w oryginalnej koncepcji po południowej stronie po prostu nie było. Musieliśmy wspólnie z autorką koncepcji przeprojektować elewację tak, by właśnie od tej strony mieć główne przeszklenia. Wszystko przy zachowaniu funkcjonaności wnętrz i racjonalności ich układu.
Zaproponowaliśmy również, by drzwi do budynku były przeszklone i pozyskiwały dodatkowe ciepło ze słońca. Jednocześnie staraliśmy się przekonać inwestora do zmiany formy budynku na dwukondygnacyjną. Dzięki temu zabiegowi uzyskalibyśmy ciekawe wnętrze z otwartą antresolą i sypialniami dla dzieci na piętrze oraz poprawilibyśmy niekorzystny stosunek powierzchni przegród do objętości budynku. Niestety, w tej kwestii właściciele pozostali nieugięci.
Kolejnym etapem było odsunięcie całego budynku maksymalnie na północ działki. Chodziło o to, by zredukować zacienienie od czoła lasu. Na szczęście od południa działki znajduje się droga, a naprzeciwko działka budowlana pozbawiona drzew, co daje pewne otwarcie. Przesunięcie budynku na północ stworzyło jeszcze większą wolną przestrzeń od strony południowej, dzięki czemu zimą do domu dociera więcej słońca.

Wybór technologii i decyzje o oknach

Fot. powyżej: Projekt musiał być bardzo dokładny, dlatego powstawał długo, ale dzięki temu na budowie prefabrykowana konstrukcja "rosła" wyjątkowo szybko

Gdy powstała ostateczna koncepcja kształtu budynku i rozmieszczenia funkcji mieszkalnych i gospodarczych, projektanci musieli podjąć decyzję, w jakiej technologii dom będzie wzniesiony. Miało być możliwie najszybciej, najprościej i najkorzystniej ekonomicznie. Po przeanalizowaniu kilku opcji, zdecydowano się na budowę domu w konstrukcji drewnianej. Prócz szybkości i "czystości" prac, wybrana technologia wydawała się również najbardziej odpowiednia ze względu na funkcje budynku, a także ze względu na charakter otoczenia (naturalny las).

Fot. PASYWNYm2

Fot. powyżej: Właśnie ze względu na kształt tej elewacji decyzja o wyborze technologii wznoszenia budynku zapadła szybko i prawie bezdyskusyjnie

W domach pasywnych bardzo ważne są prawidłowy montaż i parametry okien. - Analizowaliśmy różne typy stolarki okiennej - opowiada architekt. - Początkowo pod uwagę braliśmy zarówno okna drewniane, jak i PVC. Ostatecznie wybór padł na okna PVC ze względu na wysokie parametry energetyczne w przystępniejszej cenie. Decyzja była tym łatwiejsza, że współpracowaliśmy już z producentem okien przy wcześniejszych realizacjach, więc mieliśmy pewność, że monterzy mają niezbędne umiejętności - dodaje. W przypadku tego projektu dodatkowym wyzwaniem było zaprojektowanie ciepłego montażu okien na półokrągłej ścianie. Architekci zaproponowali innowacyjne rozwiązanie montażu na okrągłych słupkach, dodatkowo ocieplonych z zewnątrz warstwą pianki poliuretanowej. Pozwoliło to na zachowanie łuków i jednocześnie ograniczało powstawanie mostków termicznych.

Koncepcja projektowa, a w szczególności kształt budynku (półokrągłe ściany), wymagała doboru odpowiedniej technologii oraz kunsztu od wykonawców. Dlatego architekci wspólnie z inwestorami wybrali technologię budowy szkieletowej, która pozwala na swobodniejsze kształtowanie formy budynków pasywnych.

Dopasowanie projektu do budżetu

Fot. powyżej: Szczelność powietrzna to jedna z cech domów pasywnych, która zapewnia ich niezwykłą energooszczędność. Zdjęcie wykonano podczas budowlanego testu szczelności

Po zakończeniu etapu koncepcyjnego architekci przygotowali dla inwestora zapytania ofertowe na poszczególne komponenty bryły budynku. Na podstawie przysłanych ofert mogli oszacować koszt inwestycji zarówno dla budynku w standardzie pasywnym, jak i w standardzie energooszczędnym. Okazało się, że w przypadku tego domu koszty robocizny w obydwu standardach byłyby takie same, a różnica w cenach materiałów - niewielka. Najwyższe (ale takie same w obu standardach) okazały się koszty związane z wykończeniem dachu (blacha na rąbek stojący), elewacji (drewno egzotyczne) czy samego wnętrza. Wyższa dopłata dla budynków w standardzie pasywnym z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej praktycznie wyrównywała koszty inwestycji. Jednak, nawet mimo uzyskania dopłaty, koszt realizacji domu przekraczała założony budżet. Inwestorzy byli jednak zdeterminowani. Postanowili nie rezygnować ze standardu pasywnego, a oszczędności uzyskać poprzez zmniejszenie powierzchni użytkowej budynku z 90 m2 do 76 m2. Zrezygnowano też z pomieszczenia gospodarczego o pow. 22 m2. Po tych zmianach całkowity koszt budowy zmalał, choć koszt budowy 1m2 wzrósł. Wynikało to stąd, że koszt instalacji budynku zostawał ten sam, a powierzchnia ulegała zmniejszeniu. Z tego też powodu koszt budowy 1m2 wyniósł ponad 5 tys. zł. Większy budynek, o bardziej typowych rozmiarach (powyżej 160 m2), w standardzie pasywnym i w technologii szkieletowej można by jednak wybudować w cenie ok. 3,5 tys. zł za m2... Procedura zmniejszenia budynku wymagała dodatkowej pracy projektowej. Ponownie należało wytyczyć położenie budynku na działce, ustalić miejsce okien oraz przeprojektować wnętrze. Jednak dzięki temu projekt zamknął się w zakładanym budżecie.

Choć koszt budynku przekroczył nieco założony od początku budżet, cena budynku w standardzie pasywnym i w standardzie energooszczędnym była porównywalna.

Budowa i instalacje

Fot. powyżej: Przygotowanie (wyrównanie) gruntu pod budowę płyty fundamentowej

Dom Żagiel - bo tak nazwano projekt - posadowiony jest na płycie fundamentowej, zaizolowanej ze wszystkich stron styropianem. Grubość styropianu pod płytą to 40 cm, co daje współczynnik przenikania ciepła od fundamentu U = 0,081 W/(m2K). Konstrukcja ścian i dachu wykonana jest z drewna (belka dwuteowa) i wypełniona materiałem izolacyjnym, w tym przypadku wełną drzewną. Całkowita grubość ściany wynosi 57,6 cm, na co składają się półmetrowej szerokości belka dwuteowa, wypełniona materiałem izolacyjnym oraz warstwy wykończeniowe. Współczynnik U ściany wynosi 0,074 W/(m2K).

Fot. PASYWNYm2

Fot. powyżej: Płyta fundamentowa jest w domu jednocześnie płytą grzewczą

Dach również został wykonany z półmetrowej szerokości belki dwuteowej, wypełnionej izolacją. Dodatkowo jest jeszcze izolowany od zewnątrz izolacją o gr. 10 cm. Współczynnik U dachu wynosi 0,062 W/(m2K). Projektowane przegrody muszą mieć korzystniejsze współczynniki U niż zalecenia programu Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska NF15, ponieważ budynek jest niewielki, znajduje się w lesie i dodatkowo ma ograniczoną liczbę okien od strony południowej. Szczelność budynku zapewniły płyty OSB, sklejone na łączeniach. Jednym z wyzwań w przypadku budynków pasywnych jest zabezpieczenie ich przed przegrzewaniem latem. Dom Żagiel wykorzystuje w tym celu naturalne zacienienie, a także żaluzje na południowych i zachodnich elewacjach. W budynku zaprojektowano instalację wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacją). Z tego powodu projekt wnętrz zakłada obniżenie sufitów w sypialniach, łazience i korytarzach. Dzięki temu nie ma problemów z przeprowadzeniem kanałów nawiewnych i wywiewnych.

Fot. PASYWNYm2

Fot. powyżej: Aby zapewnić szczelność powietrzną, na odpowiednim etapie budowy konieczne było zastosowanie specjalnie przemyślanych "wywiniętych kołnierzy"

Przed podjęciem ostatecznej decyzji, dotyczącej ogrzewania budynku i zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową projektant instalacji zaproponował kilka wariantów. Na działce nie ma przyłącza gazu, w związku z czym zdecydowano się na pompę ciepła. Dobór źródła ciepła przeanalizowano pod kątem kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. W analizie porównano zarówno ogrzewanie gazem płynnym, jak i pompę ciepła powietrze-woda i woda-woda. W związku z małą ilością ciepła potrzebnego do ogrzania budynku najkorzystniejszym rozwiązaniem okazała się pompa ciepła powietrze-woda.

Poniżej: W tym samym celu płyty OSB, tworzące wewnętrzną warstwę, zostały starannie posklejane specjalnymi taśmami paroizolacyjnymi

Fot. PASYWNYm2

Materiały

Osiągnięcie standardu pasywnego wymaga połączenia trzech elementów: zintegrowanego i dobrze przemyślanego projektu, rzetelnego wykonawstwa oraz zastosowania odpowiednich materiałów i komponentów. Jeżeli chodzi o ten ostatni element, standard pasywny dopuszcza stosowanie różnorodnych technologii budowlanych, jeśli tylko pozwalają one osiągnąć oczekiwany komfort, oszczędność energii i trwałość budynku. W przypadku projektu tego domu, dodatkowymi kryteriami wyboru było zastosowanie materiałów wpisujących się w otoczenie budynku oraz szybkość samej budowy.

Posadowienie budynku - LEGALETT
Płyta fundamentowa żelbetowa, ocieplona styropianem odpornym na wnikanie wilgoci firmy KNAUF o lambdzie = 0,033 W/mK: od spodu zastosowano 40 cm, co daje współczynnik U=0,08 W/(m2K); po bokach płyty 30 cm, co dało współczynnik U = 0,10 W/(m2K). Płyta aktywowana termicznie z rozłożonym orurowaniem pod górnym zbrojeniem. Dzięki temu na wylanej żelbetowej płycie ułożone są już warstwy gotowej podłogi: płytki i drewno egzotyczne, a cała płyta równomiernie grzeje zimą i chłodzi latem, zapewniając najwyższy komfort.

Fot. Steico

Ściany i dach - system budowy STEICO
Ściany wykonane zostały w technologii drewnianej - szkieletowej, w której głównym elementem konstrukcyjnym jest belka STEICO Wall. Konstrukcja drewniana wypełniona jest wełną drzewną STEICO Flex o lambdzie 0,038 W/(mK), z kolei usztywnienie, jak również szczelność powietrzną zapewniają płyty OSB, a wiatroizolację płyty STEICO Protect i STEICO Universal. Tak skonstruowana ściana, w której grubość izolacji wynosi 50 cm, ma współczynnik U = 0,07 W/(m2K). Dach wykonany w technologii drewnianej - szkieletowej, w której głównym elementem konstrukcyjnym jest belka STEICO Joist. Od spodu szczelność powietrzną zapewniają płyty OSB, są one również usztywnieniem konstrukcji. Dach pokryty jest blachą na rąbek stojący w kolorze antracytowym. Dach jest dwuspadowy, ale sufity w budynku są proste, stąd powstała przestrzeń na prowadzenie instalacji.

Fot. Aluplast

Okna w systemie ALUPLAST
Okna są 3-szybowe z ciepłymi ramkami montażowymi; współczynniki dla ramy okna: Uf= 0,81 W/(m2K); dla szyby: Ug = przepuszczalności energii: g = 65% mostek brzegowy: psig = 0,014 W/(mK); dla całego okna Uw < 0,8 W/(m2K). Okna zamontowano w ścianie szkieletowej na stalowych blachach z użyciem folii i taśm paroszczelnych; przy styku z płytą fundamentową - na wzmocnieniach "zatopionych" w płycie żelbetowej, okna zostały wstawione do warstwy izolacji płyty.

Fot. PASYWNYm2

Szczelność powietrzna
Szczelność powietrzną zapewniają: beton - płyta żelbetowa; płyty OSB grubości 1,8 cm - ściany i dach; taśmy paroszczelne firmy Ilbruck na połączeniu płyty ze ścianą; taśmy paroszczelne firmy Ilbruck na łączeniach płyt OSB; taśmy paroszczelne firmy Ilbruck - kołnierze uszczelniające wokół okien. Wynik testu: szczelność n50 = 0,55 1/h (wymiany całego powietrza na godzinę). Dla budynków pasywnych górną granicą jest wynik testu: szczelność n50 = 0,6 1/h. Budynek przeszedł test szczelności pozytywnie.

Fot. PASYWNYm2

Instalacje
Źródłem ciepła do ogrzania domu oraz wody użytkowej jest powietrzna pompa ciepła. Ma moc 8 kW, a stopień efektywności (COP) 4,26. Ciepło w budynku rozprowadzone jest przez orurowanie w płycie fundamentowej (jest ona też wykorzystywana do chłodzenia wnętrz). Dodatkowo zainstalowano w łazience drabinkę elektryczną. W budynku zainstalowany został również system wentylacji mechanicznej z rekuperacją. Sprawność rekuperatora wg PHI Darmstadt wynosi 88%, a pobór energii elektrycznej 0,38 Wh/m3.