Aktualnie obserwuje się ogólnoświatowe trendy dążące do zmniejszenia zużycia energii. Jest to spowodowane jej rosnącymi cenami, a także większą świadomością społeczeństw w kwestiach związanych z ochroną środowiska. Eksploatacja paliw kopalnych prowadzi do zwiększenia zanieczyszczenia środowiska, potęgowania efektu cieplarnianego, a w konsekwencji zmian klimatycznych. Społeczeństwa coraz lepiej rozumieją problem zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, a zagadnienia związane z bezpieczeństwem energetycznym odgrywają coraz większą rolę w życiu powszednim człowieka. Z tego względu coraz więcej uwagi poświęca się kwestii zmniejszenia zużycia energii w budynkach mieszkalnych.

 

 

Obecnie projektowane budynki mają za zadanie zapewnić warunki komfortu termicznego przy jak najmniejszym zużyciu energii – pojawił się rodzaj budownictwa nazywany niskoenergetycznym. Budynki niskoenergetyczne poprzez ich energooszczędną konstrukcję, system wentylacji mechanicznej oraz wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, cechuje zapotrzebowanie na energię do ogrzewania sięgające do 40 kWh/(m2 rok) [1], [5].

 

Wśród domów energooszczędnych, w ramach nowoczesnego budownictwa, wyróżnia się kategorię budynków, w których wysoki komfort energetyczny jest zapewniony głównie przez odpowiednią efektywność energetyczną. Jest to budownictwo pasywne. Zapotrzebowanie na energię do ogrzewania dla domu pasywnego jest nie większe niż 15 kWh/ (m2rok). Budynki pasywne w większości przypadków praktycznie nie wymagają dodatkowego zaopatrzenia w ciepło lub chłód by zapewnić odpowiednie warunki do przebywania w nich [1].

 

 

2016 10 24 1

Rys. 1. Przykład budynku pasywnego [8]

 

 

Cechy charakterystyczne budownictwa energooszczędnego i pasywnego

 

Architektura domów energooszczędnych powinna charakteryzować się małą wartością współczynnika kształtu A/Ve, czyli stosunku powierzchni wszystkich przegród odgraniczających część ogrzewaną budynku od powietrza zewnętrznego, pomieszczeń nieogrzewanych lub gruntu do kubatury części ogrzewanej liczonej po wymiarach zewnętrznych. Oznacza to, że bryła powinna być prosta, a ściany i dach nie powinny mieć zbyt wielu załamań, zaś najwięcej powierzchni przeszklonych powinno być umieszczonych po stronie południowej budynku. Przegrody zewnętrze powinny mieć jak najmniejsze wartości współczynnika przenikania ciepła, nieprzekraczające 0,2 W/(m2K), podobnie jak stolarka okienna, której współczynnik przenikania ciepła całego okna powinien być zgodny z Warunkami Technicznymi. Zapotrzebowanie energetyczne budynku niskoenergetycznego należy pokryć przy wykorzystaniu odnawianych źródeł energii np. pomp ciepła, wykorzystujących ciepło niskotemperaturowe lub kolektorów, zasilanych energią słoneczną. Należy podkreślić, iż wymaga się, aby źródła ciepła w budynkach miały jak największą sprawność [5].

 

Wbrew małemu zużyciu energii na cele ogrzewania w budynkach pasywnych, przez utrzymywanie odpowiednio wysokiej temperatury oraz system wentylacyjny zapewnia się warunki komfortu. Jest to możliwe, ponieważ budownictwo pasywne cechuje się wysoką efektywnością energetyczną, która jest realizowana przez zapewnienie odpowiedniej termoizolacyjności przegród oraz wysokiej jakości stolarki okiennej. Głównym elementem domu pasywnego jest wentylacja mechaniczna, której zadaniem jest dostarczenie dobrej jakości powietrza do wnętrza budynku. W budynkach wznoszonych według tej koncepcji ilość powietrza napływającego do jego wnętrza podlega ścisłej kontroli – eliminowane są wszelkie nieszczelności pozwalające na infiltrację powietrza do budynku. Z tego względu bardzo ważne jest zapewnienie w budynkach pasywnych odpowiedniej jakości przegród budowlanych. Świeże powietrze dostarczane przez system wentylacji mechanicznej jest poddawane wstępnemu ogrzaniu poprzez odzysk ciepła z powietrza usuwanego. W razie potrzeby dodatkowego ogrzania powietrza nawiewanego stosuje się nagrzewnice elektryczne lub pompy ciepła. Dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania zapotrzebowanie na energię do ogrzania ulega zmniejszeniu, a cały budynek może być pozbawiony aktywnej instalacji grzewczej [2], [5].

 

(...)

 

Znaczenie przeszklenia w budynkach o zmniejszonym zapotrzebowaniu na energię

 

W budownictwie energooszczędnym, oprócz dążeń do zmniejszenia zapotrzebowania na energię do celów grzewczych, równie ważne jest pozyskiwanie jej w sposób bezpośredni. Dzięki temu głównym źródłem ciepła w budynkach pasywnych stały się zyski solarne, możliwe do wykorzystania przez zastosowanie okien. Obecnie w architekturze obserwuje się dążenie do jak największego udziału powierzchni przeszklonych w przegrodach zewnętrznych budynków (głównie w fasadach południowych).

 

Cechą charakterystyczną budynków pasywnych jest bardzo duże przeszklenie elewacji południowej, pokrywające ją praktycznie w całości, a także projektowanie elewacji północnej tak, aby nie zawierała ona żadnych okien. Jest to spowodowane chęcią pozyskania jak największej ilości energii promieniowania słonecznego, służącego w sposób bezpośredni do ogrzewania pomieszczenia.

 

 

2016 10 25 1

Rys. 2. Przykład domu pasywnego [9]

 

 

Natomiast ze względu na występujące większe straty ciepła przez przenikanie dla okien niż dla ścian (termiczne właściwości izolacyjne przegród nieprzeźroczystych – ścian zewnętrznych oraz dachów są ponad pięciokrotnie wyższe od tych charakteryzujących stolarkę budowlaną), budynki energooszczędne oraz pasywne są „zamykane” od strony północnej. Oznacza to prawie całkowite wyeliminowanie przegród przeszklonych budynku od północy, co pozwala na pozostawienie jak największej ilości ciepła wewnątrz [2], [4], [6].

 

Należy pamiętać, że pozyskiwanie energii słonecznej nie może odbywać się za wszelką cenę i istnieje granica opłacalności, powyżej której dodawanie kolejnych powierzchni przeszklonych staje się nieopłacalne. W domach pasywnych bardzo ważne jest aby całkowite zapotrzebowanie na ciepło było kompensowane przez pozyskiwanie energii bezpośrednio od promieniowania słonecznego przepuszczanego przez przeszklenia, poprzez odzysk ciepła z systemu wentylacyjnego, czy również w wyniku pobierania ciepła pochodzącego z pracy urządzeń codziennego użytku lub ludzi. W warunkach klimatycznych Polski budynek pasywny w okresie przejściowym i letnim (czyli od marca do listopada) nie wymaga dodatkowego aktywnego ogrzewania, jednak problem pojawia się podczas miesięcy zimowych.

 

Zyski energii słonecznej podczas zimy w Europie Środkowej są bardzo niewielkie z powodu niekorzystnego nachylenia Ziemi względem Słońca. Dodatkowym problemem jest to, że okres najmniejszego nasłonecznienia zbiega się w czasie z okresem występowania najniższych temperatur zewnętrznych. Oznacza to, że straty ciepła przez przenikanie na zewnątrz osiągają wtedy największe wartości, a nawet najlepszej jakości przegrody przeszklone mają mniejszy opór cieplny niż nieprzeźroczyste ściany czy dachy. W związku z tym okna, które są głównym źródłem pasywnego zaopatrywania w ciepło jednocześnie stanowią największy element w bilansie strat ciepła. Przy projektowaniu przestrzeni przeszklonych w budynkach pasywnych decydującą rolę odgrywa bilans cieplny zysków słonecznych i strat przez przenikanie przez okna w okresie zimowym [1].

 

 

2016 10 25 2

Rys. 3. Zużycie energii w zależności od rodzaju budynku

 

 

Charakterystyka okien

 

W budynkach pasywnych bardzo ważne jest utrzymywanie strat ciepła przez powierzchnie przeźroczyste na jak najmniejszym poziomie. Przeszklenia powinny być wysokiej jakości i charakteryzować się małą wartością współczynnika przenikania ciepła, a jednocześnie wysoką przepuszczalnością energii promieniowania słonecznego. Dodatkowe straty ciepła związane z obecnością mostków termicznych winny mieć bardzo niską wartość, a najlepiej całkowicie je wyeliminować poprzez zastosowanie okien bez wewnętrznych mostków cieplnych oraz prawidłowy montaż okien w przegrodzie. Należy także unikać występowania stałych elementów zacieniających przed elewacją południową, które blokują bezpośrednie padanie promieniowania słonecznego – budynki nie powinny być wznoszone w sąsiedztwie wyższych obiektów [1].

 

Okna w budynkach niskoenergetycznych i pasywnych odgrywają szczególną rolę. Ich zadaniem jest pozyskiwanie jak największej ilości ciepła w sposób pasywny od Słońca do ogrzewania budynków oraz ograniczenie strat ciepła przez przenikanie, zapewnienie wysokiej temperatury powierzchni wewnętrznej okna, a wobec tego także gwarancja komfortu termicznego dla użytkowników budynku oraz uniknięcie wykraplania pary wodnej na powierzchni okna. W celu zmniejszenia strat przez przenikanie okna zwykle są wyposażone w naniesione na szyby powłoki niskoemisyjne.

 

Zadaniem powłok niskoemisyjnych jest przepuszczanie wpadającego do wnętrza budynków wysokotemperaturowego promieniowania słonecznego o krótkiej długości fali oraz zatrzymanie długofalowego promieniowania niskotemperaturowego z wnętrza pomieszczenia, co powoduje spadek strat ciepła przez przenikanie. Zastosowanie powłoki niskoemisyjnej nie zmniejsza wielkości przepuszczanego światła słonecznego do wnętrza budynku [2].

 

 

2016 10 26 1

Rys. 4. Rozkład nasłonecznienia w ciągu roku dla Krakowa

 

 

Zyski solarne – czy na pewno tak pożądane?

 

W nowoczesnym budownictwie, oprócz zmniejszenia zapotrzebowania na energię do celów grzewczych, ważnym staje się problem utrzymania wewnątrz takiego mikroklimatu, który spełniałby warunki komfortu cieplnego. O ile duża powierzchnia okien po stronie południowej zimą przynosi bardzo wysokie zyski solarne, to w lecie stanowi problem, gdyż budynki ulegają przegrzaniu. Dodatkowo zastosowana powłoka niskoemisyjna, która w zimie stanowi element polepszający właściwości termiczne okna, latem rodzi problemy, ponieważ promieniowanie długofalowe emitowane przez nagrzane przegrody wewnętrzne budynku nie ma możliwości transportu na zewnętrz. A zatem temperatura wewnątrz budynku gwałtownie wzrasta powyżej granicy komfortu cieplnego.

 

Powoduje to pojawienie się dodatkowego problemu – jak zmniejszyć temperaturę w budynkach pasywnych. Z definicji budownictwo energooszczędne oraz pasywne cechuje się bardzo niskim zapotrzebowaniem na energię, z tego względu wprowadzenie dodatkowych urządzeń w postaci sytemu klimatyzacji przeczy tej idei. Jedynym rozwiązaniem pozostaje zastosowanie elementów ograniczających wnikanie promieniowania słonecznego przez okna do wnętrza. Może być to realizowane przez instalację rolet zewnętrznych (ich montaż nie powinien ingerować w przegrodę budynku tak, aby nie powodować występowania dodatkowych mostków cieplnych), czy ruchomych osłon przeciwsłonecznych [2], [3].

 

 

2016 10 26 2

Rys. 5. Zapotrzebowanie na energię potrzebną do ogrzewania dla przykładowego budynku

 

 

Podsumowanie

 

W budownictwie pasywnym oraz energooszczędnym okna, a zwłaszcza ich usytuowanie pełni kluczową rolę. Są one źródłem zysków solarnych, dlatego wymaga się, by cechowała je możliwie wysoka wartość przepuszczalności energii promieniowania słonecznego oraz aby były orientowane w stronę południową. Natomiast ze względu na wynikające z ich obecności straty ciepła przez przenikanie, izolacyjność cieplna okien powinna być jak największa. Przy wybieraniu projektu domu pasywnego należy zwrócić uwagę nie tylko na możliwe do uzyskania dzięki powierzchniom przeszklonym zyski od nasłonecznienia, lecz również na ich nadmiarową ilość, powodującą przegrzanie budynku. Z tego względu już na etapie projektowania należy pomyśleć o zabezpieczeniu budynków. 

 

 

Karolina Janus

 

 

Bibliografia

1. Feist W.: Dom pasywny – przełom energetyczny jest prosty, „Świat Szkła”, wyd. specjalne „Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym”, listopad 2015.

2. Idczak M., Firląg S.: Okna w budynkach pasywnych – funkcje, wymagania, bilans energetyczny, komfort cieplny, „Świat Szkła”, wyd. specjalne „Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym”, listopad 2015.

3. Lecyk A.: Dynamiczne elewacje, „Inteligentny budynek”.

4. Schlagowski G.: Okna w budynkach pasywnych, „Świat Szkła”, wyd. specjalne „Stolarka budowlana w budownictwie pasywnym i energooszczędnym”, listopad 2015.

5. Wnuk R.: Budowa domu pasywnego w praktyce, wyd. Przewodnik Budowlany Sp. z o.o., 2012.

6. Żurawski J.: Etykietowanie energetyczne stolarki budowlanej, „Materiały Budowlane”, nr 8/2015.

7. Ministerstwo Infrastruktury i Budownictwa: Typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków.

8. OST-COMMERZ POLSKA Sp. Z o.o., projekt domu Pasywny 176, http://www.elkpl.pl/katalog/domy-gotowe/domy-pasywne/pasywny-176.html, (dostęp 01.07.2016 r.).

9. OST-COMMERZ POLSKA Sp. Z o.o., projekt domu Pasywny 142, http://www.elkpl.pl/assets/images/domy/pasywne/142/Dom%20pasywny%20142.jpg, (dostęp 01.07.2016 r.).

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 10/2016

 

 

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.