12 622 71 32 500 210 383
#Okiem architekta 29 wrzesień 2015

Obecnie, kiedy tak wiele mówi się o ochronie środowiska poprzez redukcję zużycia energii, warto zastanowić się, jaki wpływ ta dyskusja ma na budownictwo jednorodzinne. W ramach rozpropagowania idei domów niskoenergetycznych, czyli takich, których zapotrzebowanie na energię w ciągu roku wynosi od 90 do 120 kWh, na polskim rynku pojawiło się wiele technologii budowlanych, pozwalających na oszczędności w tym zakresie. Prześledźmy więc, w jakie urządzenia powinniśmy się zaopatrzyć, by zminimalizować koszty eksploatacji naszego domu.

W Normach Budowlanych okre­ślone są maksymalne wartości przenikania ciepła (oznaczane literą „U”), które winny spełniać przegrody zewnętrzne każdego domu jednorodzinnego. Im niższy jest współczynnik, tym dany ma­teriał lub element budowlany lepiej chroni dom przed stratami ciepła. Jednak dla użyt­kownika największe znaczenie ma wskaź­nik sezonowego zapotrzebowania na ciepło określany literą „E”. Wylicza się go, dzieląc ilość zużywanej w danym okresie energii przez kubaturę obiektu. Współczynnik E nie zależy jedynie od konkretnej technologii budowy domu, ale również od przyjętego rzutu budynku. Jeśli nasz dom zaprojekto­wany został jako bryła zwarta, zbliżona do planu prostokąta, wartość E będzie niższa niż w budynku wykonanym przy użyciu takiej samej technologii, ale o rzucie z licznymi za­łamaniami czy uskokami. Przyczyną takiego zjawiska jest fakt, że przy bardziej skompli­kowanych rzutach zwiększa się powierzchnia ścian, a im jest ona większa, tym budynek łatwiej się wychładza.

Prosty rzut, zwarta bryła

Znaczne rozczłonkowanie bryły skutkuje także zwiększeniem liczby skomplikowanych detali budowlanych. Ich nieprawidłowe wy­konanie może prowadzić do nieplanowanych strat energii. Szczególnie „wrażliwy” na błędy wykonawcze jest dach. Jeśli jego kształt ma w swej płaszczyźnie liczne załamania i kosze, ryzyko awarii technicznej, a co za tym idzie strat ciepła, znacznie wzrasta.

Z tego punktu widzenia, najefektywniej­sze energetycznie są domy o dość prostym rzucie, z użytkowym poddaszem lub jedno­piętrowe. Szczególnie w naszym klimacie, preferowane są dachy strome np. dwuspado­we lub namiotowe o nisko przepuszczalnym termicznie pokryciu.

Na etapie prowadzenia prac projektowych, oprócz wyboru optymalnego rzutu, ważną decyzję stanowi właściwe usytuowanie bu­dynku na działce. Przede wszystkim nie na­leży planować umiejscowienia domu w cieniu wysokich drzew czy w zagłębieniu terenu. Ograniczy to bowiem możliwość wykorzy­stania energii słonecznej do nagrzewania budynku, a zwiększy wilgotność, co będzie sprzyjało korozji biologicznej materiałów budowlanych.

Osią, zgodnie z którą powinniśmy orien­tować ułożenie pomieszczeń na rzucie, jest kierunek północ-południe. Po nagrzewanej słońcem stronie południowej lokuje się strefę dzienną domu: salon, jadalnię, a często także kuchnię. W ścianie zewnętrznej można wte­dy umieścić przeszklenia o stosunkowo du­żych powierzchniach, które pozwolą energii słonecznej przenikać do wnętrza budynku. Z kolei strona północna powinna stanowić „plecy” domu. Sytuuje się tam pomieszczenia gospodarcze, takie jak garaż czy kotłow­nia, które nie potrzebują dopływu mocnego światła słonecznego. Od strony północnej należy starać się ograniczyć powierzchnię przeszkleń, stosując tylko niewielkie okna doświetlające pomieszczenia. Pewne odstęp­stwa od tych zasad mogą wiązać się z wystę­powaniem lokalnych zjawisk klimatycznych, np. silnych wiatrów zimowych.

Redukcja strat ciepła

Najważniejszym elementem redukującym straty ciepła domu jest izolacja termiczna. Wykonuje się ją w taki sposób, by zachować ciągłość osłony wzdłuż wszystkich płasz­czyzn budynku: płyty podłogowej, ścian i połaci dachowych. Szczególnie trudne jest to w miejscach zmiany materiału budowla­nego np. gdy ściana z pustaków przechodzi w żelbetowy wieniec lub na styku pomiędzy ścianą fundamentową a ścianą zewnętrzną. Komplikacje występują także przy detalach architektonicznych, takich jak: cokoły, bal­kony i tarasy.

W zależności od wybranej technologii budowy domu różnie realizuje się jego ter­moizolację. Najprostsze jest to w przypadku ścian jednowarstwowych ceramicznych lub betonowych. Wybranie takiej technologii znacznie przyspiesza prace budowlane i wła­ściwie eliminuje ryzyko uszkodzenia ter­moizolacji w płaszczyźnie ścian. Stosowane do produkcji pustaków materiały ułatwiają przenikanie pary wodnej, która kondensując się w ścianie, powodowałaby zawilgocenie, a co za tym idzie obniżenie izolacyjności termicznej. Dla zapewnienia maksymalnej ochrony przed utratą ciepła do łączenia pu­staków używa się, w przypadku ceramiki, za­praw „ciepłych” lub, w przypadku pustaków z betonu komórkowego, klejów cienkowar­stwowych. Minusem zastosowania ścian jed­nowarstwowych są wyższe koszty materiału i konieczność wykonania dodatkowej izolacji w innej technologii w wieńcach stropów, przy słupach konstrukcyjnych oraz na styku ściany zewnętrznej z dachem.

Wady tej nie mają ściany dwuwarstwowe wykonywane popularną technologią tzw. lekką-mokrą. Polega ona na obłożeniu ścian warstwą styropianu lub płyt z wełny mine­ralnej. Materiał izolacyjny chroni się przed uszkodzeniami warstwą tynku. Ściany dwu­warstwowe pozwalają na zachowanie ciągło­ści termoizolacji całych powierzchni ścian i to przy dowolnej komplikacji rzutu. Nie trudno też zabezpieczyć przed utratą ciepła balkony i tarasy. Niestety, najpopularniejsze materiały używane w tej technologii, takie jak styropian czy polistyren, nie przepusz­czają pary wodnej, co przy niedostatecznej wentylacji, może skutkować nadmiernym zawilgoceniem pomieszczeń wewnątrz domu.

Znacznie rzadziej projektowaną metodą w budownictwie jednorodzinnym jest stoso­wanie ścian dwuwarstwowych z termoizola­cją montowaną „na sucho”. Wykonuje się ją z płyt elewacyjnych. Obecnie na rynku jest dostępnych coraz więcej typów tego rodzaju okładzin, co umożliwia każdemu domowi nadanie indywidualnego wyrazu plastycz­nego fasady.

Niezwykle trwałym rozwiązaniem bu­dowlanym są ściany trójwarstwowe, określa­ne także mianem szczelinowych. Składają się one z części konstrukcyjnej, termoizolacyjnej, szczeliny wentylującej oraz zewnętrznej war­stwy osłonowej wykonanej np. z klinkieru. Ściany te są kosztowne w budowie, lecz nie­zwykle tanie w eksploatacji, pod warunkiem, że detale zostaną prawidłowo wykonane. Trzeba tu bowiem zwrócić uwagę na pozo­stawienie otworów nawiewu i wywiewu po­wietrza oraz właściwe zakotwienie w murze nośnym ściany osłonowej.

Konstrukcje drewniane szkieletowe na­leżą z kolei do technologii tanich w budo­wie, ale stosunkowo drogich w utrzymaniu, szczególnie w przypadku popełnienia błędów wykonawczych. Wymagają one stałej kontroli, dość częstych remontów i regularnego che­micznego zabezpieczania przed szkodnikami. Z powodu konieczności użycia w przekroju ściany warstwy paroizolacji, należy doprowa­dzić wentylację do wszystkich pomieszczeń w domu. Jeśli zależy nam na zwiększeniu ener­gooszczędności budynku, wtedy w systemie doprowadzania powietrza konieczne jest zasto­sowanie dodatkowych urządzeń odzyskujących ciepło. Ściany wykonane w technologii szkie­letowej nie akumulują energii. Niski poziom bezwładności cieplnej oznacza więc szybkie wychładzanie budynku.

Bez względu na wybraną technologię, wy­soki poziom energooszczędności możemy osią­gnąć tylko przy założeniu, że izolacja nie ma żadnych mostków termicznych. Są to miejsca, gdzie w wyniku wykonania złej lub niedosta­tecznie grubej izolacji termicznej, ciepło ucieka z budynku szybciej niż w innych miejscach. Efektem tego jest, oprócz strat energetycznych, miejscowe skraplanie pary wodnej. Na zawil­goconych fragmentach ścian osadza się kurz, tworząc smugi i zacieki. W konsekwencji tego może wystąpić trudne do usunięcia zagrzybie­nie. Mostki termiczne można zlokalizować za pomocą kamer termowizyjnych. Najprostszym sposobem na ogranicze­nie możliwości powstawania mostków jest uproszczenie architektury budynku. Trud­nymi miejscami są przede wszystkim balko­ny, tarasy czy strefa wejściowa do budynku. Warto także zwrócić uwagę na precyzyjne wykonanie styków ścian fundamentowych ze ścianami zewnętrznymi, wieńców stro­pów i nadproży, łączenia dachu ze ścianami zewnętrznymi oraz miejsc wyprowadzenia instalacji.

Najbardziej narażonymi na uciekanie cie­pła fragmentami budynku są otwory okienne i drzwiowe. Na szczęście odpowiednio dobra­na stolarka wysokiej klasy jest w stanie za­bezpieczyć dom przed nadmiernymi stratami energii. W tym celu w przeszkleniach stosuje się zestawy szklane składające się z dwóch lub trzech szyb, pomiędzy którymi znajduje się wypełnienie z gazów szlachetnych, takich jak argon lub krypton. Dodatkowym zabez­pieczeniem termicznym są specjalne nisko­emisyjne powłoki nakładane fabrycznie na wewnętrzne strony szyb. W zimie zatrzymują one ciepło wewnątrz budynku, a w lecie od­bijają część promieniowania na zewnątrz, nie dopuszczając do przegrzania pomieszczeń. Ponadto w okresie letnim zaleca się stosowa­nie markiz lub żaluzji. Nowością jest stolarka, wykonywana w tzw. standardzie pasywnym, która nawet w zimie jest w stanie przynieść budynkowi zysk cieplny.

Systemy grzewcze

Oprócz odpowiedniego zaizolowania budyn­ku, kluczowe znaczenie dla jego energetycznej efektywności ma prawidłowo dobrany i wyko­nany system grzewczy.

Jego punktem centralnym jest kocioł. Niezwykle ważne, o czym nie zawsze się pa­mięta, jest właściwe ustawienie parametrów pracy kotła. Sterująca nim elektronika może dostosować godziny ogrzewania domu do rytmu życia jego mieszkańców, dzięki czemu całe produkowane przez kocioł ciepło będzie w pełni wykorzystywane. Kocioł powinien także charakteryzować się wysoką wydajno­ścią. Przykładowo kotły kondensacyjne, dzięki systemom odzyskiwania ciepła ze spalin, mogą wykazać się sprawnością nawet powyżej 100 proc. Ten typ urządzeń sprawdza się najlepiej w instalacjach niskotemperaturowych, a więc przystosowanych w systemach ogrzewania podłogowego.

Właśnie ogrzewanie podłogowe stanowi najbardziej efektywny system ogrzewania dający oszczędność energii w domu jednorodzinnym. Przy właściwym rozplanowaniu elementów grzewczych, czyli rur, kabli elektrycznych lub kanałów (w przypadku zastosowania funda­mentu grzewczego), ogrzewanie podłogowe jest wydajniejsze od tradycyjnego o ok. 15 proc.

Sposobem na zwiększenie efektywności instalacji grzewczej są systemy wspomagające, np. wkłady kominkowe. Kiedy w kominku pali się drewno lub brykiety, płaszcz wodny połączony z instalacją grzewczą domu zasila obwód podgrzaną przez siebie wodą. W przy­padku zastosowania w kominku systemu ogrzewania grawitacyjnego sieć rozprowadza gorące powietrze do pomieszczeń w całym domu. Bez względu na zastosowaną techno­logię kominek powinien zostać umieszczony w środkowej części domu.

Kominek, tak samo jak kocioł czy trzon kuchenny, musi zostać zaopatrzony w prze­wód kominowy. Od jego jakości zależy nie tylko bezpieczeństwo użytkowania, lecz także pobór energii, a więc sprawność urządzenia. Kominy służące do odprowadzania produk­tów spalania dzielimy na: dymowe (paliwo węglowe, piece na paliwo stałe, kominki) i spalinowe (paliwa gazowe i olejowe). Prze­wody kominowe wykonuje się z elementów ceramicznych, takich jak cegły szamotowe czy rury kamionkowe. W przypadku wy­twarzania przez urządzenie spalin mokrych używa się ceramiki kwasoodpornej. Montaż odbywa się na zasadzie obudowania połą­czonych elementów komina albo poprzez złożenie ze sobą pustaków systemowych. To drugie rozwiązanie, dzięki zastosowaniu izola­cji termicznej wewnątrz przewodu, ma o wiele wyższe walory energooszczędne.

Inny rodzaj wspomagania ogrzewania to panele słoneczne. Urządzenia te są dostępne w coraz doskonalszych wersjach technicznych — absorbują promienie padające pod różny­mi kątami, pracują coraz dłużej i wydajniej. Montuje się je na nasłonecznionych połaciach dachowych. Czerpaną energię najłatwiej wy­korzystać do podgrzewania wody magazy­nowanej w zaizolowanych termicznie zbior­nikach. Przy sprzyjającej pogodzie pozwala to na wyłączenie kotła ogrzewającego wodę na całe lato.

Oprócz systemu ogrzewania w każdym domu konieczny jest montaż instalacji wentylacyjnej.

Właściwa wymiana powietrza zapewnia zdrowe użytkowanie pomieszczeń i bezpie­czeństwo mieszkańców oraz nie dopuszcza do zawilgocenia ścian. Jest to szczególnie ważne wobec montowania szczelnej stolarki okien­nej. Niesprawna wentylacja oznacza także pogorszenie parametrów spalania kotłów. Niestety, wraz z odprowadzanym powie­trzem, z domu ucieka cenna energia cieplna. Straty można zredukować dzięki inwestycji w rekuperator. Jest to wymiennik ciepła, który wymusza w sposób mechaniczny ciągły obieg powietrza w domu. Powietrze usuwa­ne z budynku zostaje wewnątrz urządzenia schłodzone, a pobrana z niego energia prze­kazana zostaje do powietrza doprowadzonego z czerpni znajdującej się na zewnątrz budyn­ku. Dzięki temu świeże powietrze dostające się do domu zostaje wstępnie zagrzane, co obniża wydatki wymagane dla zapewnienia mieszkańcom komfortu cieplnego.

Nowoczesne rozwiązania

Inne urządzenie wspomagające system ogrze­wania i chłodzenia domu może stanowić grun­towy wymiennik ciepła (GWC). Korzysta on z istnienia na głębokości ok. 6 m poniżej poziomu gruntu stałej temperatury ziemi. Faktycznie złoża akumulacyjne można posa­dowić bardziej płytko i „symulować” większą głębokość poprzez obłożenie wymiennika cie­pła warstwą termoizolacji. System działania jest dość prosty: w lecie przechodzące przez system GWC powietrze zostaje schłodzone, dzięki czemu urządzenie zastępuje klimatyza­tor, w zimie ogrzewa się o kilka stopni, dzięki czemu oszczędzamy część energii koniecznej do ogrzania go.

Podobną zasadę działania ma pompa cieplna. Instalacja pompy w domu jedno­rodzinnym polega na umieszczeniu pod ziemią kilkuset metrów rur wypełnionych niezamarzającym płynem, najczęściej gli­kolem. Pompa schładza go i przepuszcza przez zakopane rury, co skutkuje ponownym nagrzaniem płynu. Ciepło zostaje odzyskane i przekazane do sieci domowej. Nośnikiem może być tu powietrze lub powietrze i woda. Zainstalowanie pompy ciepła nie jest tanie, jednak zachętę mogą stanowić niskie koszty eksploatacji. Efektywność urządzenia można określić wobec ogrzewania elektrycznego — pompa dostarcza kilkakrotnie więcej ciepła niż uzyskałoby się ze zużytego przez pompę prądu. Porównanie z innymi typami ogrze­wania jest już trudniejsze, gdyż rachunek ekonomiczny zależy tu od bieżących cen paliw i urządzeń.

Ciągle rzadko stosowanym rozwiązaniem w Polsce są przydomowe elektrownie wiatro­we. Wbrew obiegowej opinii wietrzność na terenie większości kraju jest wystarczająco do­bra dla łatwo uruchamiających się (wystarczy siła wiatru ok. 2 m/s) niewielkich wiatraków. Mimo braku precyzyjnych pomiarów, można stwierdzić, że dobre warunki dla energetyki wiatrowej panują w Polsce w pasie nadmor­skim na północy, w województwach warmiń­sko-mazurskim, podkarpackim i podlaskim. Turbina mogąca zaopatrzyć dom w prąd stały musi zostać wyposażona w regulator napię­cia i akumulatory, a dla uzyskania prądu zmiennego, także w falownik. Dla pełnego uniezależnienia domu jednorodzinnego od dostaw z zewnątrz, potrzebna jest elektrownia wiatrowa o mocy 3–5 kW.

Oszczędności energetycznych można szu­kać także w używaniu deszczówki zamiast wody pobieranej z sieci. Zmagazynowana i przefiltrowana woda deszczowa może być używana m.in. do spłukiwania toalet czy podlewania ogrodu.

Dzięki rozwojowi technologii, domy jed­norodzinne stają się coraz bardziej niezależne od zewnętrznych źródeł energii. Jest to o tyle ważne, że ceny paliw tradycyjnych, takich jak ropa czy gaz są niestabilne, a używanie do ogrzania domu prądu dosyć drogie. Urzą­dzenia takie jak rekuperatory, pompy ciepła czy ogniwa fotowoltaiczne, które dostarczają czystą energię, zwykle wiążą się z dość dużym wkładem początkowym, jednak ich później­sza eksploatacja jest już bardzo ekonomiczna. Stosunek tych cen powinien w przyszłości stać się jeszcze bardziej korzystny, zarówno ze względu na wzrost dostępności tych tech­nologii, jak i nieustające wzrastanie kosztów tradycyjnych źródeł energii.

Ewa Łapa

 

artykuł pochodzi z kwartalnika

Kreator Projekty wydanie 4/2009

więcej o kwartalniku czytaj na

Kreator Projekty