Ogolna_koncepcja_budynku_pasywnego.pdf

Ogólna koncepcja budynku pasywnego

Marcin Idczak

Instytut Budynków Pasywnych przy Narodowej Agencji Poszanowania Energii S.A.

ul. Filtrowa 1, 00-611 Warszawa

www.ibp.com.pl

WstĘp

Budownictwo pasywne jest jedną z najbardziej zaawansowanych form budownictwa

energooszczędnego cieszącą się obecnie coraz większą popularnością. Jest to z pewnością efektem

rosnącej świadomości ekologicznej inwestorów oraz pochodną rosnących kosztów

eksploatacyjnych. Budowa budynku pasywnego o bardzo niskim sezonowym zapotrzebowaniu na

ciepło nieprzekraczającym 15 kWh/m 2 a staje się z roku na rok coraz bardziej opłacalna.

Budowa budynku pasywnego nie jest zadaniem łatwym i wymaga odpowiedniej staranności

wykonawców, zastosowania najwyŜszej jakości materiałów budowlanych oraz systemów

energetycznych. Szalenie waŜny jest równieŜ sam proces projektowania oraz odpowiednie

wkomponowanie budynku w otoczenie z efektywnym wykorzystaniem lokalnych warunków na

potrzeby energetyczne. Projektowanie budynku pasywnego jest zagadnieniem interdyscyplinarnym.

Konieczne jest zaangaŜowania grupy doświadczonych specjalistów składającej się z architekta,

projektanta instalacji wewnętrznych oraz specjalisty energetycznego.

Niniejszy artykuł omawia podstawowe kwestie, które naleŜy rozwaŜyć przy opracowywaniu

optymalnej w warunkach danej lokalizacji ogólnej koncepcji budynku pasywnego na wstępnym

etapie projektowania.

1. Kształt budynku

Straty ciepła budynku są wprost proporcjonalne do powierzchni jego przegród zewnętrznych.

Projektant powinien więc dąŜyć do tego, by współczynnik kształtu budynku A/V - stosunek

powierzchni przegród zewnętrznych do jego kubatury był jak najmniejszy. Oznacza to, Ŝe bryła

budynku powinna być jak najbardziej zwarta, zbliŜona kształtem do kuli, bądź sześcianu, brył

charakteryzujących się najmniejszym współczynnikiem A/V. W praktyce architekt powinien unikać

stosowania konstrukcji ścian, a w szczególności dachu budynku o bardzo złoŜonym kształcie (dach

wielospadowy, wykusze itp.). Budynek pasywny powinien mieć atrakcyjny wygląd, a równie

istotne jest spełnienie oczekiwań inwestora w zakresie komfortu i funkcjonalności wnętrz.

Zadaniem architekta jest pogodzenie tych kwestii.

Pierwsze budynki pasywne, które powstawały w Niemczech na początku lat dziewięćdziesiątych

miały kształt oraz architekturę ściśle podporządkowaną wymogom energetycznym. W efekcie ich

estetyka pozostawiała wiele do Ŝyczenia. Przykładem moŜe być pierwszy budynek pasywny

skonstruowany w 1991 roku w Darmstadt-Kranichstein (rysunek 1).

Rysunek 1. Pierwszy budynek pasywny w Darmstadt-Kranichstein (źródło: Passivhaus Institut,

Darmstadt).

Obecnie powszechnie dostępne są materiały izolacyjne oraz urządzenia przeznaczone do budynków

pasywnych charakteryzujące się znacznie lepszymi parametrami technicznymi. MoŜliwe jest więc

projektowanie domów pasywnych o atrakcyjnej architekturze. Przykładem współcześnie

skonstruowanego budynku pasywnego jest budynek jednorodzinny w Munster (rysunek 2). Jego

projekt architektoniczny charakteryzuje się prostą konstrukcją o zwartym kształcie, posiadając przy

tym duŜe walory estetyczne nawiązujące do niemieckiej tradycji budowlanej.

Rysunek 2. Budynek pasywny w Munster (źródło: www.europassivhaus.de).

2. Bilans energetyczny budynku pasywnego

Bardzo niskie zapotrzebowanie na ciepło sprawia, Ŝe zyski ciepła od słońca odgrywają bardzo

waŜną rolę w bilansie energetycznym budynku pasywnego. PoniŜszy wykres (rysunek 3)

przedstawia wyniki obliczeń energetycznych wykonanych przez Instytut Budynków Pasywnych w

Warszawie dla jednorodzinnego budynku pasywnego, który powstaje obecnie w okolicach

Wrocławia. Zyski ciepła od promieniowania słonecznego docierające do wnętrza budynku przez

okna, pokrywają w tym przypadku aŜ 44 % sezonowego zapotrzebowania na ciepło dla budynku.

Jest więc oczywiste, iŜ aby spełnienie wymagań energetycznych stawianych budynkowi

pasywnemu było moŜliwe, projekt architektoniczny musi gwarantować pozyskanie odpowiedniej

ilości energii z promieniowania słonecznego i jej efektywne wykorzystanie.

Ogrzewanie

34%

Wentylacja

Okna

45%

Zyski

od słoŃca

44%

Zyski

bytowe

22%

Przegrody

nieprze-

zroczyste

46%

Zyski ciepła

Straty ciepła

Rysunek 3. Bilans energetyczny budynku pasywnego.

3. Pasywne pozyskiwanie promieniowania słonecznego w budynkach pasywnych

Stosowany jest szereg rozwiązań konstrukcyjnych umoŜliwiających efektywne pozyskiwanie

promieniowania słonecznego w sposób pasywny, przy czym rozróŜnia się głównie systemy

pośredniego oraz bezpośredniego pozyskiwania ciepła z promieniowania słonecznego. W

systemach pośrednich, słoneczne zyski ciepła są pozyskiwane w części budynku (szklana weranda,

atrium) i gromadzone w masywnym elemencie akumulacyjnym (ściana Trombe, strop

zmiennofazowy, dachowy zbiornik wodny, etc.). Następnie ciepło jest rozprowadzane po budynku

drogą przewodzenia i konwekcji (Carter, de Viliers 1987).

W budynkach pasywnych najczęściej stosowany jest bezpośredni system pasywnego pozyskiwania

zysków słonecznych. Polega on na bezpośrednim wykorzystaniu zysków ciepła od słońca

pozyskanych przez odpowiednio zorientowane okna o duŜej powierzchni, do ogrzania powietrza

oraz powierzchni budynku. Dla efektywnego działania systemu bezpośredniego niezbędna jest

odpowiednio wysoka akumulacyjność cieplna przegród oraz stropów budynku.

Straty ciepła przez przenikanie przez 1 m 2 okna na kaŜdej z fasad mają taką samą wartość,

natomiast solarne zyski ciepła są mocno uzaleŜnione od orientacji okna. Prowadzone badania

dowiodły, Ŝe jedynie okna usytuowane od strony południowej oraz południowo-wschodniej i

południowo-zachodniej mogą mieć pozytywny bilans energetyczny. Największa ilość energii z

promieniowania słonecznego przypada na kierunek południowy, dlatego teŜ w budownictwie

pasywnym stosuje się fasady południowe z duŜymi powierzchniami przeszkleń w celu

maksymalnego pozyskania zysków ciepła od słońca („otwarta” fasada południowa), natomiast

unika się w miarę moŜliwości stosowania przeszkleń na pozostałych fasadach budynku, w

szczególności od strony północnej (Idczak, Firląg, 2006).

Choć przeszklenia na pozostałych fasadach będą miały ujemny bilans energetyczny w sezonie

grzewczym, przy projektowaniu budynku nie naleŜy zapominać o zapewnieniu dostępu światła

dziennego i walorach estetycznych oraz uŜytkowych okien. Zgodnie z "Rozporządzeniem Ministra

Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku dotyczącym warunków technicznych jakim powinny

odpowiadać budynki i ich usytuowanie" w pomieszczeniu przeznaczonym na pobyt ludzi stosunek

powierzchni okien liczonej w świetle ościeŜnic do powierzchni podłogi powinien wynosić co

najmniej 1:8.

Orientacja budynku wzdłuŜ osi wschód-zachód jest niezwykle waŜna. Nawet nieznaczne

odchylenie fasady przeszklonej od kierunku południowego moŜe prowadzić do niekorzystnej

zmiany bilansu energetycznego budynku. Ilustruje to rysunek 4. Wykres przedstawia wyniki

obliczeń sezonowego zapotrzebowania na ciepło dla budynku odniesione do powierzchni

uŜytkowej, jako funkcję azymutu przeszklonej fasady. Obliczenia przeprowadzono dla budynku

pasywnego powstającego obecnie we Wrocławiu. Powierzchnia okien na fasadzie przeszklonej S

wynosi w tym przypadku 26,2 m 2 . Powierzchnia okien na pozostałych fasadach wynosi

odpowiednio: E – 4,5 m 2 , W – 4,60 m 2 , N – 6,24 m 2 . Przy optymalnym azymucie fasady

przeszklonej wynoszącym 180°, zapotrzebowanie na ciepło wynosi 13,28 kWh/m 2 a. JuŜ przy

odchyleniu osi budynku o około 50° od osi wyznaczającej kierunek wschód-zachód,

zapotrzebowanie na ciepło przekracza 15 kWh/m 2 a, co powoduje niedotrzymanie standardu

sezonowego zuŜycia ciepła w budynku pasywnym.

135

180

225

270

Rysunek 4. Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło odniesione do powierzchni uŜytkowej dla budynku

pasywnego we Wrocławiu jako funkcja azymutu przeszklonej fasady.

Azymut przeszklonej fasady [ o ]

RozwaŜmy jeszcze usytuowanie tego samego budynku na działce silnie porośniętej wysokimi

drzewami. MoŜna przyjąć, Ŝe drzewa ograniczą w tym przypadku strumień promieniowania

słonecznego docierającego do budynku o 50 %. W rezultacie dla optymalnej orientacji budynku w

osi wschód-zachód sezonowe zapotrzebowanie na ciepło wyniesie aŜ 24,44 kWh/m 2 a.

Podsumowując naleŜy zwrócić uwagę, Ŝe odpowiednia orientacja budynku na działce oraz warunki

zacienienia na niej panujące mają bardzo duŜy wpływ na bilans energetyczny budynku. Muszą więc

być uwzględnione przez projektanta.

Konstrukcja budynku pasywnego sprzyja pozyskiwaniu zysków słonecznych, co jest bardzo

korzystne z energetycznego punktu widzenia w sezonie grzewczym. W lecie natomiast nadmierne

zyski ciepła mogą doprowadzić do przegrzewania pomieszczeń. Dlatego niezbędnym elementem

architektury budynku pasywnego są okapy ograniczające nadmierną penetrację promieniowania

słonecznego do wnętrza budynku (rysunek 5). Odpowiednio zaprojektowane okapy okienne

zatrzymają promieniowanie słoneczne w lecie, gdy słońce znajduje się wysoko na nieboskłonie.

Zimą wysunięty okap nie stanowi bariery dla promieniowania słonecznego, gdyŜ słońce porusza się

nisko nad horyzontem.

Rysunek 5. Okapy – nieodłączny element architektury słonecznej.

Koncepcja budynku pasywnego musi takŜe uwzględniać wymaganą wysoką akumulacyjność

przegród oraz stropów budynku. Im wyŜsza będzie zdolność budynku do magazynowania ciepła,

tym wy Ŝ sza b ę dzie efektywno ść wykorzystania zysków ciepła. Niedostateczna masa akumulacyjna

budynku spowoduje, Ŝe w lecie duŜo częściej będzie dochodzić do przegrzewania pomieszczeń.

Wysoka bezwładność cieplna wpływa na wyrównanie profilu wahań temperatury w budynku, co

gwarantuje komfort mieszkańcom budynku.

4. Lokalne uwarunkowania

Projektuj ą c budynek pasywny nale Ŝ y wzi ąć pod uwag ę lokalne uwarunkowania takie jak obecno ść

drzew, zbiorników wodnych, czy teŜ ukształtowanie terenu. Dokładna analiza panujących na

działce budowlanej warunków umoŜliwi efektywne wykorzystanie potencjalnych moŜliwości oraz

uniknięcie niekorzystnych w danym przypadku decyzji inwestycyjnych.

Rozwiązaniem umoŜliwiającym odniesienie pewnych korzyści energetycznych oraz podniesienie

komfortu uŜytkowania budynku jest odpowiedni projekt zieleni. Zasadzenie od strony południowej

drzew liściastych moŜe być korzystne latem, dając zacienienie i ograniczając zyski ciepła od słońca

i przegrzewanie pomieszcze ń . Zim ą , po zgubieniu li ś ci penetracja promieni słonecznych do

budynku nie będzie przez drzewa utrudniana. Równie korzystne jest wykorzystanie pnączy na

południowej fasadzie budynku. Dają one zacienienie latem, schładzając jednocześnie otaczające

powietrze (odbieranie ciepła w wyniku transpiracji). Od strony północnej powinny znaleźć się

drzewa iglaste dające osłonięcie od wiatru niezaleŜnie od pory roku. Wiatr o nadmiernej prędkości

będzie odpowiadał za zwiększone straty ciepła przez infiltracją powietrza do budynku, a takŜe

powodował zwiększenie współczynnika przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni budynku.

Przykładem budynku energooszcz ę dnego z bardzo interesuj ą cym projektem zieleni jest siedziba

DBU w Osnabruck przedstawiona na rysunku 5.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: