Projektowanie budynków niskoenergetycznych

Budynki niskoenergetyczne | Budynki pasywne | Zużycie energii | Efektywność energetyczna
Projektowanie budynków niskoenergetycznych | Low-energy buildings design
Projektowanie budynków niskoenergetycznych | Low-energy buildings design
T. Grzywa

Zapotrzebowanie na energię w budynku, odzwierciedlone w rachunkach za ogrzewanie, jest bezpośrednio związane z funkcją budynku i stanem jego użytkowania.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »

Zapotrzebowanie na energię obejmuje następujące cele użytkowe: 

  • ogrzewanie i podgrzewanie powietrza wentylacyjnego,
  • chłodzenie pomieszczeń,
  • przygotowanie ciepłej wody użytkowej, 
  • oświetlenie wbudowane i pracę wyposażenia technicznego budynku.
  •  

Przeczytaj: Domy pasywne – do poprawy?

Dwa pierwsze cele użytkowania energii związane są z potrzebami sezonowymi (poza szczególnym sposobem użytkowania przestrzeni, np. na pomieszczenia chłodni). Kolejne dwa są całoroczne, mają zmienną intensywność i uwarunkowane są głównie zachowaniem użytkowników.

Procentowy udział poszczególnych potrzeb energetycznych w budynku zależy od wielu czynników. Na terenie Polski, ze względu na położenie w wyższych szerokościach geograficznych, ­energia w budynkach wykorzystywana jest głównie do ogrzewania.

Zapotrzebowanie to może przekraczać nawet 80% całkowitego zużycia energii (co często zdarza się w budynkach istniejących) i zależy od jakości termicznej obudowy.

Tak wysoki udział potrzeb związanych z ogrzewaniem decyduje o jednym z głównych kierunków poszukiwania redukcji zużycia energii, a mianowicie polegającym na zapewnieniu odpowiedniej izolacyjności termicznej przegród zewnętrznych budynku oraz ograniczeniu potrzeb związanych z obróbką powietrza wentylacyjnego.

Idea budynku o zredukowanym zużyciu energii

ABSTRAKT

W artykule opisano znaczenie współczynnika kształtu A/V, szczelności powietrznej budynku oraz innych elementów wpływających na zapotrzebowanie na energię w budynku. Omówiono etapy projektowania i czynniki, które powinny zostać uwzględnione na etapie przedprojektowym.

The article describes the importance of shape coefficient and air permeability of a building, as well as other elements which influence heat demand in a building. It also describes the stages of design and factors which ought to be taken into consideration at the pre-design stage.

Konieczność zapewnienia odpowiedniej izolacyjności termicznej budynków wynika z warunków klimatycznych odpowiadających danej lokalizacji, czego przykładem jest specyficzna architektura skandynawska, od dawna charakteryzująca się znaczną grubością termoizolacji w obudowie budynków i dbałością o jakość wykonania.

Idea budynku o ultraniskim zapotrzebowaniu na energię, w którym można zrezygnować z tradycyjnie stosowanego systemu ogrzewania, zrodziła się w 1988 r. dzięki współpracy dwóch naukowców: prof. Bo Adamsona z Uniwersytetu w Lund (Szwecja) oraz dr. Wolfganga Feinsta z Instytutu Mieszkalnictwa i Środowiska w Niemczech. Zapotrzebowanie na energię odniesione w nim zostało do warunków klimatu Europy Środkowej.

Ideą pasywnego rozwiązania budynku jest redukcja strat ciepła do poziomu, przy którym system ogrzewania staje się zbędny, ponieważ zapotrzebowanie na moc cieplną (do 10 W/m2) może być pokryte przez system wentylacji mechanicznej.

„Passive house” nie jest określeniem odzwierciedlającym efektywność energetyczną budynku, ale stanowi koncepcję zapewnienia najwyższych warunków komfortu termicznego w pomieszczeniach przy minimalizacji kosztów całkowitych.

Bardzo niskie potrzeby cieplne w budynku pasywnym możliwe są do osiągnięcia przy pewnych założeniach wstępnych:

  •  zewnętrzne przegrody pełne mają mieć wartość współczynnika przenikania ciepła U nie większą niż 0,15 W/(m2·K), okna zaś nie większą niż 0,80 W/(m2·K),
  • zredukowany ma być wpływ mostków powietrznych i zapewniona szczelność powietrzna budynku – krotność wymiany powietrza przy różnicy ciśnień 50 Pa powinna mieścić się w granicach do 0,6 h-1,
  • zapotrzebowanie na energią użytkową na cele ogrzewania wentylacji nie może przekraczać 15 kWh/(m2·rok)
  •  zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną na pokrycie wszystkich celów użytkowania energii ma być nie większe niż 120 kWh/(m2·rok).

Budynek pasywny wraz z budynkiem zeroenergetycznym czy plusenergetycznym są elementami koncepcji ograniczania zużycia energii oraz zmniejszania wpływu obiektu na otaczające środowisko, czyli budownictwa niskoenergetycznego, często określanego również jako budownictwo zrównoważone.

Zobacz także: Ściany zewnętrzne w budynkach o obniżonym zapotrzebowaniu na energię

Znaczenie tego terminu stale się zmienia, ale zasadniczo odnosi się do obiektów, których zapotrzebowanie na energię na ogrzewanie wynosi ok. połowy zapotrzebowania energii w budynkach odpowiadających aktualnym przepisom techniczno-budowlanym. Definicja ta skupia się jedynie na charakterystyce energetycznej obiektu i nie podaje żadnych wytycznych architektonicznych.

Budynki niskoenergetyczne znane są w Europie pod kilkunastoma różnymi nazwami [1]. Najpopularniejsze to:

  • low energy house/building,
  • Passive house/Passivhaus,
  • zero energy house/building, 
  • energy positive house/building,
  • 3-litre house/building.

TABELA. 1. Budynki niskoenergetyczne w Europie – zestawienie typów według „Low energy buildings in Europe…” [1]

Nie istnieje wspólna definicja budynku niskoenergetycznego (TABELA 1). Można jednak opisać jego cechy:

  • wysoki poziom izolacyjności termicznej przegród,
  • efektywne energetycznie okna,
  • ograniczenie infiltracji powietrza przez obudowę budynku,
  • pasywne i aktywne wykorzystanie energii solarnej.

Wyznacznikiem standardu energetycznego budynku jest jego rzeczywiste zapotrzebowanie na energię potrzebną do pokrycia potrzeb użytkowych w obiekcie. Można więc powiedzieć, że przepis na osiągnięcie budynku o ograniczonym zużyciu energii określony jest przez efekt, a nie precyzyjnie „odmierzone” składniki wejściowe.

 

 

Czynniki kształtujące zapotrzebowanie na energię w budynku

Zapotrzebowanie na energię w budynku (RYS. 1) zależy m.in. od [3]:

  • bryły i jej zwartości,
  • izolacyjności termicznej przegród budowlanych,
  • wpływu mostków termicznych,
  • wielkości strumienia powietrza wentylacyjnego,
  • szczelności powietrznej obudowy,
  • układu funkcjonalno-użytkowego,
  • wyposażenia technicznego budynku,
  • orientacji względem stron świata,
  •  elementów otoczenia budynku,
  •  lokalnych warunków klimatu,
  •  zachowania użytkowników.

RYS. 1. Elementy kształtujące zapotrzebowanie na energię w budynku  |  Fot. K. Kurtz [4]

Znaczenie poszczególnych składowych zapotrzebowania na energię jest indywidualne dla każdego budynku. Można jednak wskazać grupy obiektów, w projektowaniu których pewne cechy mają większe znaczenie. Wskazane w TABELI 2 elementy zdefiniowane zostały na podstawie analizy bryły budynku – cechy o dużym zróżnicowaniu zarówno w odniesieniu do obiektów istniejących, jak i nowo projektowanych.

TABELA 2. Proponowany podział budynków z uwagi na zasadnicze elementy wpływające na zapotrzebowanie na energię

Energooszczędności sprzyjają bryły zwarte, minimalizujące pole powierzchni wymiany ciepła między ogrzewanym wnętrzem a środowiskiem zewnętrznym. Energochłonność jest zmienna w funkcji skali budynku, dlatego obiekty definiuje się wskaźnikiem geometrycznym – współczynnikiem kształtu A/V. Opisuje on pole powierzchni danej bryły do jej kubatury. Wyróżnia się [2]:

  •  budynki zwarte, w których współczynnik A/V jest mniejszy od 0,2 m2/m3,
  •  o średniej zwartości – A/V w zakresie 0,2–1,05 m2/m3,
  •  niezwarte – współczynnik A/V większy niż 1,05 m2/m3.

RYS. 2–3. Współczynnik kształtu sześcianu o różnej długości krawędzi a  |  Fot. Archiwum autorki

Wpływ skali obiektu na wielkość współczynnika kształtu można prześledzić na przykładzie sześcianu (RYS. 2–3). Współczynnik A/V zmienia się od wartości 6 m2/m3 przy długości krawędzi wynoszącej 1 m i dąży do zera wraz ze wzrostem długości boku a.

RYS. 2–3. Współczynnik kształtu sześcianu o różnej długości krawędzi a  |  Fot. Archiwum autorki

Wynika z tego, że w ograniczeniu strat ciepła przez przenikanie najbardziej efektywne są zwarte, duże obiekty. Prosta, zwarta bryła budynku sprzyja ograniczeniu długości połączeń technologicznych i towarzyszącej im wielowymiarowej wymianie ciepła w mostkach termicznych. Zagadnienie to związane jest z jakością wykona­nia (zaprojektowania) połączenia i jego długością.

Warto zobaczyć: Ile kosztuje wzniesienie budynku jednorodzinnego w standardzie niskoenergetycznym?

W TABELI 3 zestawiono rozwiązania detali prostego budynku o wymiarach rzutu 8×8 m i o wysokości całkowitej 3,6 m. Jako detale obiektu założono: attykę wieńczącą stropodach na trzech jego krawędziach, 4 okna 150/150 oraz drzwi zewnętrzne 90/200.

TABELA 3. Analiza wpływu mostków termicznych na współczynnik strat ciepła przez ścianę zewnętrzną

Przyjęto, że dwuwarstwowa ściana zewnętrzna spełnia aktualne wymogi w zakresie izolacyjności termicznej według rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], i jej wartość współczynnika przenikania ciepła U wynosi 0,30 W/(m2·K). Liniowe współczynniki przenikania ciepła poszczególnych detali zaczerpnięto z normy PN-EN ISO 14683:2008 [4] i odniesiono do dwóch sytuacji projektowych: niekorzystnego rozwiązania detali oraz poprawnego ich zaprojektowania. Wielkością zdefiniowaną w obliczeniu jest współczynnik strat ciepła przez przenikanie obliczony według normy PN-EN ISO 14683:2008 [5] zgodnie z zależnością:

 ,

gdzie:
U – współczynnik przenikania ciepła [W/(m2·K)],
A – pole powierzchni wymiany ciepła [m2],
Ψ – liniowy współczynnik przenikania ciepła [W/(m·K)],
l – długość mostka termicznego [m],
χ – punktowy współczynnik przenikania ciepła [W/K].

Z przykładu zamieszczonego w TABELI 4 wynika, że źle zaprojektowane mostki termiczne mogą się przyczynić nawet do dwukrotnego zwiększenia strat ciepła przez projektowane przegrody.

TABELA. 4. Wpływ szczelności powietrznej budynku na współczynnik strat ciepła przez wentylację przy kubaturze ogrzewanej części budynku V = 136 m3

Kolejną istotną cechą budynku jest jakość termiczna jego obudowy wyrażana współczynnikiem przenikania ciepła U. Zależy on od przyjętych rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych.

WARTO WIEDZIEĆ
Konferencja izolacje
Artykuł prezentowany na Konferencji IZOLACJE 2012

Z wpływu powierzchni przegród otaczających przestrzeń o regulowanych warunkach (ogrzewanie/chłodzenie) na zapotrzebowanie na energię na pokrycie strat ciepła wynika, że w wypadku budynków dużych o niskim współczynniku kształtu znaczenie jakości termicznej obudowy jest stosunkowo niewielkie w łącznym bilansie potrzeb związanych z użytkowaniem energii.

Jakość termiczna obudowy jest natomiast ważna w wypadku obiektów o średniej zwartości i budynków niezwartych (A/V powyżej 1,05 m2/m3). Całokształt zużycia energii wynikający z zapewnienia warunków komfortu cieplnego obejmuje również zagadnienia cieplno-wilgotnościowe w obrębie przegród i asymetrię promieniowania.

W wypadku znacznej różnicy temperatury powierzchni wewnętrznej przegród satysfakcjonujące warunki cieplne uzyskuje się dzięki podniesieniu temperatury w pomieszczeniu.

Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych dotyczących budynków, autor: Krzysztof Pawłowski,oprawa miękka, stron 168, ISSN 2300-3944, numer 2/2013
CZYTAJ OPIS »
PRZEJDŹ
DO KSIĘGARNI »

Aktualnie obowiązująca izolacyjność termiczna ścian zewnętrznych zamykających pomieszczenia przeznaczone na stały pobyt ludzi w odniesieniu do budynków nowych wyznaczona jest wartością współczynnika U = 0,30 W/(m2·K), w standardzie budynków pasywnych natomiast U = 0,15 W/(m2·K), i związana jest z koniecznością stosowania znacznych grubości materiału termoizolacyjnego.

W wypadku budynków pasywnych o niekorzystnym współczynniku kształtu współczynnik przenikania ciepła U przegród nieprzezroczystych waha się nawet w granicach 0,10 W/(m2·K).

Występujące w strukturze budynku miejsca węzłowe poza zwiększoną wymianą energii (mostkami termicznymi) często charakteryzują się również zwiększoną, w odniesieniu do przegród pełnych, przepuszczalnością powietrza. Niekontrolowana infiltracja zimnego powietrza do wnętrza może znacząco wpłynąć na bilans potrzeb cieplnych budynku.

W TABELI 4 przedstawiono wpływ szczelności powietrznej przykładowego budynku z TABELI 3 na współczynnik strat ciepła przez wentylację. Obliczenia wykonano zgodnie z metodologią opisaną w normie PN-EN ISO 13790:2009 [6] i rozporządzeniu w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku [7]. Przyjęto krotność wymiany powietrza 1–10 h–1 oraz graniczną dla standardu pasywnego wartość 0,6 h–1.

Warto przeczytać: Izolacyjność termiczna przegród pełnych i jej wpływ na charakterystykę energetyczną budynków

Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 11/12/2012

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie



Dobierz najlepszy materiał ociepleniowy. Sprawdź »

Sposób na trwałe mocowanie termoizolacji »

Inwestorzy szukają wciąż lepszych, mocniejszych i bardziej wytrzymałych, a przede wszystkim bezpiecznych dla zdrowia produktów. Gdzie je znaleźć? czytaj dalej » Siła ssąca wiatru może doprowadzić do zerwania elewacji z budynku. Jak temu zapobiec? czytaj dalej »

Gdzie stosować izolację z wełny mineralnej?

Zastosowanie mineralnej wełny skalnej jako przyczynia się do znacznych oszczędności i ochrony środowiska poprzez ograniczenie zużycia energii i emisji dwutlenku węgla do atmosfery...  czytaj dalej »


Zarabiaj pieniądze sprzedając prąd »

Czy przysługują Ci dotacje na termomodernizację domu?

Wszystkie znane obecnie źródła energii, poza energią geotermalną i atomową, są pośrednio efektem działania promieniowania słonecznego...
czytaj dalej »

W Polsce z powodu zanieczyszczenia powietrza umiera ok. 45 000 osób! Co możesz zrobić, żeby poprawić jakość powietrza? czytaj dalej »

Building Information Modelling - jak to działa?

BIM odnosi się do programów, które wspomagają projektowanie. Ich działanie polega na... czytaj dalej »

 


Jak ograniczyć straty ciepła i wyciszyć hałas?

Wybierz rozwiązanie, które ochroni uszczelniane powierzchnie przed tworzeniem się mostków termicznych... czytaj dalej »

 


Ciepło ucieka przez dach! Jak temu zapobiec?

Wnętrze bez hałasu - jak zwiększyć izolacyjność akustyczną?

Montując na swoim dachu termomembranę i paroizolację zaoszczędzasz nawet 9% na ogrzewaniu.
czytaj dalej »

Jakość pochłaniania dźwięku w dużym stopniu uzależniona jest od układu wnętrza oraz zatosowanych materialów. czytaj dalej »

Jak skutecznie ocieplić poddasze?


Ocieplenie dachu jest konieczne, by przebywanie na poddaszu było komfortowe. Izolacja musi być wykonana prawidłowo... ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Skutecznie zabezpiecz budowane konstrukcje przed pożarem »

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Masywne elementy budowlane w starych obiektach często nie spełniają wymagań przeciwpożarowych określonych w obowiązujących przepisach. czytaj dalej »

Chcesz ograniczyć straty ciepła z budynku? Zobacz »


W obecnych czasach rosnące ceny energii cieplnej i elektrycznej skłaniają do analizy strat ciepła w budynkach mieszkalnych. Jedynym sposobem ograniczenia kosztów jest... ZOBACZ »



Termomodernizacja


POBIERZ E-BOOK TERMOMODERNIZACJA  » Termomodernizacja budynków - dowiedz się więcej »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
2/2019

Aktualny numer:

Izolacje 2/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Hydroizolacje podziemych części budynków
  • - Mechaniczne mocowanie systemów ETICS
Zobacz szczegóły
Kiedy ciepło drożeje, nie trać energii - ociepl swój dom!

Kiedy ciepło drożeje, nie trać energii - ociepl swój dom!

Rosnące ceny gazu i węgla, jak również coraz wyższe koszty uprawnień do emisji dwutlenku węgla sprawiają, że sezon grzewczy 2018/2019 to bardzo gorący temat....
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.