Budynek pasywny – standard i ocena jakości

W budynku pasywnym komfort cieplny może być zapewniony bez zastosowania dodatkowych aktywnych systemów grzewczych lub chłodniczych. Budynek jest ogrzewany i chłodzony w sposób pasywny. W budynku pasywnym roczne zapotrzebowanie na energię cieplną nie przekracza z reguły 15 kWh/(m²·rok) (rys. 1). Oznacza to, że w sezonie grzewczym do ogrzania 1 m² mieszkania potrzeba 15 kWh, co odpowiada spaleniu 1,5 l oleju opałowego bądź 1,7 m² gazu czy też 2,3 kg węgla. Dla porównania zapotrzebowanie na ciepło w budynkach konwencjonalnych budowanych obecnie wynosi 90–120 kWh/(m²·rok)·1,7 m². Dodatkowe zapotrzebowanie na energię może być pokryte przez energię ze źródeł odnawialnych (rys. 2) [1].

Tak więc roczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynków pasywnych jest tak małe, że można zrezygnować z osobnego aktywnego rozprowadzania ciepła do ogrzewania; mała ilość ciepła uzupełniającego może być dostarczana do pomieszczeń za pośrednictwem, skądinąd niezbędnego, powietrza doprowadzonego przez mechaniczny system wentylacyjny. W związku z tym wskaźnik zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania nie może być większy niż 15 kWh/(m²·a) (kilowatogodzin na metr kwadratowy powierzchni mieszkalnej lub użytkowej na rok). Wówczas nawet w najzimniejszym dniu obciążenie grzewcze będzie tak małe, że nie będzie wymagany oddzielny system rozprowadzania ciepła.

Standard budynku pasywnego

Zastosowane w budynku pasywnym materiały budowlane powinny zapewnić przegrodom spełnienie standardu budynku pasywnego (rys. 3), tzn.:

• średnia wartość współczynnika U przegród nieprzezroczystych musi być niższa niż 0,15 W/(m²·K), a w niektórych wypadkach nawet niż 0,1 W/(m²·K);
• przegrody zewnętrzne muszą być wykonane w taki sposób, by wyeliminować występowanie mostków cieplnych. Szczelność przegród zewnętrznych na przenikanie powietrza powinna być zweryfikowana za pomocą próby ciśnieniowej według normy PN- -EN ISO 13789:2008 [3], wskaźnik próby ciśnieniowej n₅₀ przy 50 Pa nadciśnienia i podciśnienia nie powinien przekraczać 0,6 h^–1;
• przegrody przezroczyste powinny charakteryzować się wspłczynnikiem przenikania ciepła U_w o wartości poniżej 0,8 W/(m²·K) przy równoczesnej wysokiej wartości współczynnika przepuszczania całkowitej energii promieniowania słonecznego g, tak aby również zimą możliwe były zyski ciepła netto;
• instalacja wentylacji powinna być wyposażona w rekuperator o jak najwyższej efektywności, pozwalający na odzysk ciepła z powietrza zużytego (η_oc ≥ 70% zgodnie z pomiarami DIBT – Niemieckiego Instytutu Techniki Budowlanej [4] – pomniejszonymi o 12%) przy jednoczesnym niskim zużyciu energii elektrycznej (≤ 0,4 Wh/m² objętości dostarczanego powietrza);
• instalacja przygotowania i rozprowadzenia ciepłej wody użytkowej powinna charakteryzować się jak najniższymi stratami ciepła, zatem punkty czerpalne powinny być zlokalizowane w pobliżu źródła ciepła; wykorzystanie energii elektrycznej stosowanej w gospodarstwie domowym powinno charakteryzować się wysoką efektywnością.

Podsumowując, standard budynku pasywnego określają następujące parametry: wskaźnik zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania nie powinien być większy niż 15 kWh/(m²·a), a przegrody zewnętrzne budynku powinny być szczelne na przenikanie powietrza, tzn. charakteryzować się wskaźnikiem próby ciśnieniowej o wartości nie większej niż 0,6 h^–1. Całkowite zużycie energii w budynku pasywnym powinno być mniejsze od 120 kWh/(m²·rok).

Ocena jakości budynku pasywnego

W całkowitej ocenie jakości budynku pasywnego należy uwzględniać wiele kryteriów, które w tym artykule ograniczamy do dwóch–trzech. W ocenie istotne są:

• wartość wspłczynnika przenikania ciepła przegród zewnętrznych budynku
• oraz wskaźnik próby ciśnieniowej n₅₀ ≤ 0,6 h^–1 (próba wykonana np. testem Blower Door).

Obliczanie wartości współczynnika U

Wartości współczynnika U [W/(m²·K)] warstwowo jednorodnych elementów budynku określane są zgodnie z normą PN -EN ISO 6946:2008 [6]. Wylicza się je ze wzoru (1):

gdzie:
R_si, R_se – opór przejmowania ciepła na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni [m²·K/W],
R₁…R_n – opór cieplny poszczególnych warstw [m²·K/W].

Całkowity opór cieplny jednorodnych elementów budynku określa się zgodnie z normą PN-EN ISO 6946:2008 [6] i wylicza się ze wzoru (2):

Natomiast opór cieplny warstw oblicza się jako iloraz grubości warstwy i wartości wspłczynnika przewodzenia ciepła tej warstwy zgodnie ze wzorem (3):

Istnieje również możliwość zastosowania w obrębie jednej warstwy materiałów o różnej wartości wspłczynnika przewodzenia ciepła, jak ma to miejsce np. przy konwencjonalnych dachach płatwiowych lub krokwiowych. Całkowity opór cieplny komponentu z warstwami jednorodnymi i niejednorodnymi wyznacza się jako średnią arytmetyczną kresu górnego i dolnego całkowitego oporu cieplnego według normy PN-EN ISO 6946:2008 [6] ze wzoru (4):

gdzie:
R'_T – kres górny całkowitego oporu cieplnego [(m²·K)/W], R''_T – kres dolny całkowitego oporu cieplnego [(m²·K)/W].

Badanie szczelności za pomocą próby ciśnieniowej

Sprawdza się ją specjalnym testem, tzw. Blower Door Test. Jest to urządzenie z wentylatorem, które ustawia się w drzwiach wejściowych lub oknie (fot.). Blower Door wypompowuje powietrze z wnętrza aż do uzyskania podciśnienia o wartości 50 Pa. Tę wartość, zwaną n₅₀, ustala się zgodnie z normą PN-EN 13829:2002 [7].

Strumień napływającego powietrza jest wyczuwalny nawet po przyłożeniu dłoni, zatem wytwarzając podciśnienie wewnątrz budynku, łatwo wykryć każdą nieszczelność (test Blower Door jest też przydatny przy sprawdzaniu jakości wykonawstwa).

Przebieg pomiaru pozwala zmierzyć nieszczelność budynku przy różnicy 50 Pa między ciśnieniem panującym wewnątrz budynku oraz na zewnątrz, jest wspłczynnikiem godzinowej krotności wymiany powietrza wypełniającego budynek. Wspłczynnik ten oznacza się symbolem n₅₀ (jednostka: h^–1). Określa on, ile razy w ciągu godziny może nastąpić wymiana powietrza wypełniającego budynek przy różnicy ciśnień wynoszącej 50 Pa (odpowiada oddziaływaniu na budynek wiatru o prędkości ok. 9 m/s) [8].

Dopuszczalne wartości tego wspłczynnika są następujące: n₅₀ ≤ 3,0 h^–1 w budynkach, które nie mają technicznych instalacji cyrkulacji powietrza (instalacji wentylacji wymuszonej i/lub urządzeń klimatyzacyjnych), n₅₀ ≤ 1,5 h^–1 w budynkach wyposażonych w techniczne instalacje cyrkulacji powietrza, n₅₀ < 0,6 h^–1 w budynkach pasywnych; w przypadku domów pasywnych zawsze można przyjmować w obliczeniach krotność wymiany powietrza wskutek infiltracji przez pozostałe nieszczelności; wartość standardowa n_Inf = 0,042 h^–1 [9].

Jeśli znana jest wartość n₅₀, to zgodnie z wytycznymi podanymi w pracy „Ochrona cieplna i charakterystyka energetyczna budynku” [10] domniemaną w warunkach eksploatacyjnych krotność wymiany powietrza oblicza się ze wzoru (5):

LITERATURA

1. W. Feist, G. Schlagowski, B. Schulze-Darup, „Podstawy budownictwa pasywnego”, Polski Instytut Budownictwa Pasywnego, Gdańsk 2006.
2. Materiały informacyjne Stowarzyszenia na rzecz Zrównoważonego Rozwoju.
3. PN-EN ISO 13789:2008, „Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wspłczynniki przenoszenia ciepła przez przenikanie i wentylację. Metoda obliczania”.
4. W. Feist, „Pakiet do projektowania budynków pasywnych”, PHPP. 5. J. Adamowski, „Czy warto budować budynki pasywne”, Materiały konferencyjne „Dni Oszczędzania Energii”, Wrocław 2004.
5. PN-EN ISO 6946:2008, „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i wspłczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania”.
6. PN-EN 13829:2002, „Właściwości cieplne budynków. Określanie przepuszczalności powietrznej budynków. Metoda pomiaru ciśnieniowego z użyciem wentylatora”.
7. W. Hauke, K. Biasin, „Energie-Bau Handbuch”, Energie Verlag, Heidelberg 1998.
8. D. Chwieduk, „Budownictwo niskoenergetyczne. Energia odnawialna”, [w:] „Budownictwo ogólne”, t. 2: „Fizyka budowli”, pod red. P. Klemma, Arkady, Warszawa 2005.
9. L. Laskowski, „Ochrona cieplna i charakterystyka energetyczna budynku”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2008.

PAŹDZIERNIK 2010