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


Zacząłeś już budowę i zaskoczyła Cię zima?


Sprawdź, jakie materiały sprawdzą się przy temperaturach rzędu –10, a nawet –20°C czytaj dalej »


Wybierz odpowiednią izolację dla swojego domu »

Jak wybrać płytę styropianową w systemie ETICS?

Czy mineralna wełna szklana zapewni komfort cieplny i zdrowy dom na długie lata?
czytaj dalej »

Stosując najwyższej jakości styropian o odpowiedniej gęstości, parametrach deklarowanych, potwierdzonych w rzeczywistości, naprawdę oszczędzasz... czytaj dalej »

Building Information Modelling - jak to działa?

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

 


Dobierz najlepszy materiał ociepleniowy. Sprawdź »

Gdzie wykonać badania elewacji wentylowanych zgodne z wymogami ETAG 034?

Inwestorzy szukają wciąż lepszych, mocniejszych i bardziej wytrzymałych, a przede wszystkim bezpiecznych dla zdrowia produktów. Gdzie je znaleźć? czytaj dalej » Na potrzeby badań zbudowano specjalną komorę, w której produkt poddaje się cyklom odporności na zmianę temperatury, wilgoć, wiatr oraz czynniki uderzeniowe. czytaj dalej »

Szybki i skuteczny sposób na renowację pokrycia dachowego »

Dach to obok ścian zewnętrznych jedna z najważniejszych przegród w budynku. Jednak wieloletnia eksploatacja często powoduje obniżenie jego szczelności i trwałości... czytaj dalej »

 


Jak efektywnie uszczelnić okna?

Jak zoptymalizować przepływ powietrza przez ściany?

Przy ocieplaniu zapomina się o tym, że bardzo duży ubytek ciepła następuje w wyniku ubogiej lub źle położonej izolacji framugi okiennej...
czytaj dalej »

Zwiększenie izolacyjności budynku przynosi wymierne korzyści ekonomiczne przez cały okres eksploatacji budynku. czytaj dalej »

Termomodernizacja pomoże w walce ze smogiem?

Smog to temat bardzo nośny w mediach, zwłaszcza w okresie zimowym, kiedy w powietrzu unoszą się "efekty" palenia byle czymczytaj dalej »


Jaka jest cena hali z płyty obornickiej?

Farby do wnętrz i elewacji - jakie powinny być?

Praktycznie wszystkie hale wyglądają tak samo, ale w rzeczywistości nie ma dwóch takich samych! Do każdego projektu trzeba podejść indywidualnie – wbrew pozorom taka taktyka prowadzi do... czytaj dalej » W 2002r. rynek farb fasadowych został zrewolucjonizowany przez farbę zolowo-krzemianową, która bazuje na całkowicie nowatorskiej koncepcji spoiw, dzięki czemu... czytaj dalej »


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 »
Synthos S.A. Synthos S.A.
Grupa Kapitałowa Synthos S.A. jest jednym z największych producentów surowców chemicznych w Polsce. Spółka jest pierwszym w Europie...
11/12/2018

Aktualny numer:

Izolacje 11/12/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Izolacje w niskich temperaturach
  • - Prace hydroizolacyjne w okresie zimowym
Zobacz szczegóły
Podparapet termiczny - ciepły montaż okien

Podparapet termiczny - ciepły montaż okien

Świadomi inwestorzy coraz częściej wybierają okna o niskiej wartości współczynnika przenikania ciepła, wiedząc, jak ważna z punktu widzenia energooszczędności...
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

.