Architektura budynku a idea energooszczędności

Dążąc do ograniczenia ilości zużywanej w domu energii należy wiedzieć, od czego w największym stopniu zależą jej straty. Następnie powinno się określić granice opłacalności poszczególnych rozwiązań i możliwość ich realizacji. Dopiero wtedy decydujemy się na budowę domu o określonej formie, wyposażonego w przemyślane i uzasadnione ekonomicznie energooszczędne urządzenia.

Klimat

Żyjemy w strefie o zmiennych warunkach klimatycznych – zimą temperatura powietrza zewnętrznego może spaść poniżej -20°C (teoretycznie przez 2-3 miesiące, w rzeczywistości najwyżej kilka tygodni). Jednocześnie sezon grzewczy trwa u nas zwykle 220-250 dni w roku, dlatego że nawet przy dodatniej temperaturze powietrza zewnętrznego (5-10°C) konieczne jest ogrzewanie wnętrza budynku w celu zapewnienia komfortu cieplnego (+20°C).

Trzeba więc zadbać o to, żeby zastosowane urządzenia powodowały jak najmniejsze zużycie energii cieplnej, a tym samym przyczyniały się do zmniejszenia kosztów eksploatacyjnych.

Rys. 1 - Mapa Polski z podziałem na strefy klimatyczne pokazuje, jakie różnice występują na terenach odległych o zaledwie kilkaset kilometrów

Jednak niska temperatura to nie jedyny czynnik klimatyczny, jaki należy brać pod uwagę przy budowie domu. Rys. 1 Równie istotna jest prędkość wiatru mogąca powodować jego znaczne wychłodzenie. Dotyczy to zwłaszcza budynków wznoszonych w pasie nadmorskim oraz w wyższych partiach gór.

Chcąc zbudować dom tani w eksploatacji powinno się zamówić indywidualny projekt, który będzie dostosowany do wymiarów działki budowlanej, warunków terenowych, gruntowo-wodnych, a także gustu i możliwości finansowych inwestora. Dokumentacja ta zwykle będzie nieco droższa od projektu katalogowego, ale trzeba pamiętać, że wszelkie przeróbki i modyfikacje też kosztują (czasami bardzo dużo), a nie zawsze przynoszą spodziewany efekt.

Ważne natomiast, aby architekt miał odpowiednią wiedzę dotyczącą projektowania tego typu budynków. Doświadczenia trudno wymagać, ponieważ domów energooszczędnych i pasywnych buduje się u nas bardzo mało, głównie z powodu dość wysokich kosztów inwestycji. Na co zatem należy zwrócić uwagę?

Zwarta bryła budynku

Weranda w tradycyjnych domach drewnianych stanowi przestrzeń buforową i sprzyja oszczędzaniu energii. Drewniane ściany o grubości 30 cm mają izolacyjność poniżej U<0,5W/(m2K) (fot. Onduline)

Zwłaszcza jego części ogrzewanej to podstawa sukcesu. To logiczne, ponieważ im mniejsza jest powierzchnia przegród zewnętrznych tym mniejsze będą straty ciepła. Ważne jest również, żeby kubatura domu była stosunkowo duża, bo wtedy powietrze w domu będzie wolniej się oziębiało.

Najlepszym rozwiązaniem byłby dom w kształcie kuli, ponieważ ta bryła ma najmniejszą powierzchnię w stosunku do swojej objętości. Jednak trudności związane z realizacją i urządzeniem takiego budynku raczej wykluczają ten pomysł. Tak więc pozostaje dom w kształcie sześcianu, ponieważ ta bryła ma najmniejszy stosunek powierzchni do objętości spośród wszystkich prostopadłościanów.

Dobrym przykładem dbałości o energooszczędność jest budowa domów bliźniaczych. Kształt bryły zbliżony do sześcianu, wspólna ściana i duże powierzchnie przeszklone umożliwiają oszczędzanie energii cieplnej (fot. JPA)

Wniosek jest taki, że kształt domu o niskich kosztach ogrzewania powinien być jak najprostszy (na planie kwadratu lub prostokąta), najlepiej z dachem płaskim lub o małym kącie nachylenia.

Dom nie powinien mieć podcieni, wykuszy ani lukarn, które znacznie przyczyniają się do zwiększenia powierzchni przegród zewnętrznych. Przykładem domu o odpowiednim pod tym względem kształcie jest tradycyjne budownictwo wiejskie lub modernistyczny budynek w kształcie kostki.

Termoizolacyjność przegród zewnętrznych

Nie chodzi tu tylko o racjonalne dobranie grubości warstw termoizolacyjnych, okien czy drzwi zewnętrznych, bo z tym poradzi sobie większość inwestorów czytających prasę branżową. Natomiast konieczne jest takie zaprojektowanie wszystkich przegród, a zwłaszcza połączeń pomiędzy nimi, żeby nie mogły powstać mostki termiczne ani niezamierzone nieszczelności.

Bloczek Fortis to dobry materiał do budowy ścian jednowarstowych (fot. Firma Sukiennik)

W zależności od konstrukcji budynku (żelbetowa, murowana, drewniana, stalowa) może się okazać, że jest to trudne zadanie wymagające od projektanta sporej wiedzy i doświadczenia. Na dodatek, jeśli inwestor zechce dostosować wygląd swojego domu do architektury regionalnej lub zastosować jakieś niekonwencjonalne rozwiązania to okaże się, że niewielu jest architektów, którym można by powierzyć takie zadanie.

Z analizy tabeli 1 wielu inwestorów mogłoby wysnuć wniosek, że ich dom lub projekt spełniają kryteria budynku energooszczędnego, przynajmniej w zakresie termoizolacyjności przegród zewnętrznych.

Dostępne są bowiem technologie umożliwiające wybudowanie ścian nawet jednowarstwowych o współczynniku U<0,20 W/(m2K), a w najczęściej wybieranych ścianach warstwowych to żaden problem – wystarczy zastosować izolację termiczną grubości 15-18 cm. Umieszczanie w dachu lub na stropie warstwy wełny mineralnej grubości 20, a nawet 25 cm, to niemal norma.

Tabela 1

Podobnie jest z podłogą na gruncie, która często zawiera warstwę styropianu grubości 10 cm. Nieco gorzej jest z dostępnością okien (a nie tylko szyb) o współczynniku U<1, 00 W/(m2K). Jednak należy pamiętać, że każde nadproże, wieniec, krokiew, parapet czy żelbetowa płyta balkonowa mogą stanowić liniowe mostki termiczne.

A ich negatywny wpływ na izolacyjność przegród zewnętrznych zwykle jest na tyle duży, że nie pozwala zakwalifikować domu jako energooszczędnego.

Wykorzystanie energii słonecznej

Ogród zimowy to dobry przykład biernego wykorzystania energii słońca zwłaszcza w okresie wiosny i jesieni (fot. Four Seasons)

• duża powierzchnia przeszklenia ścian zewnętrznych usytuowanych od strony południowej i minimalna od północnej;
• zdolność przegród wewnętrznych do akumulowania ciepła słonecznego w dzień i oddawania go w nocy.

Oznacza to, że budynek zwykle będzie zaprojektowany na planie prostokąta, a jego dłuższy bok zwrócony na południe z maksymalnym odchyleniem od osi o 30°. W ścianie południowej będzie dużo okien, drzwi balkonowych, a czasami nawet cała zostanie przeszklona lub zabudowana ogrodem zimowym.

Dzięki temu ilość możliwej do wykorzystania energii słonecznej będzie bardzo duża, pod warunkiem, że się ją zakumuluje. W tym celu wskazane jest wykonanie w pomieszczeniu niskiego muru lub równoległej ściany w odległości nie większej niż 3 m od okien.

Przegrody te powinny być zbudowane z materiałów ciężkich (np. cegła pełna, klinkier, beton), mieć matową i szorstką powierzchnię oraz ciemny kolor. Te cechy zapewniają bowiem największą akumulację ciepła. Można także zastosować posadzkę z płyt kamiennych czy terakoty, ale w zimie promienie słoneczne padają na podłogę pod znacznie mniejszym kątem niż na ścianę, więc efektywność takiego rozwiązania jest dużo mniejsza.

Wykorzystanie warunków naturalnych

Nawet przez stosunkowo nieduże okno, ale umieszczone wysoko można pozyskać dość dużo ciepła zwłaszcza gdy jest akumulowane przez grubą, kamienną ścianę (fot. Koperfam)

To niemal świadectwo umiejętności i pomysłowości architekta. Od niego bowiem zależy, czy np. drzewa rosnące na działce (szczególnie liściaste) będą sprzyjały oszczędzaniu energii czy nie – latem chronią dom przed przegrzaniem, a zimą, gdy stracą liście, umożliwią pozyskanie ciepła z promieni słonecznych.

Zagłębienia terenu można zwykle wykorzystać do budowy piwnicy, czy pomieszczenia technicznego. Naturalna skarpa zaś niemal idealnie nadaje się do osłonięcia i jednocześnie ukrycia północnej ściany – najczęściej nieatrakcyjnej, bo pozbawionej okien i drzwi.

Oczywiście, to tylko kilka standardowych rozwiązań, bo możliwości racjonalnego (energooszczędnego) wykorzystania terenu jest prawie tak dużo, jak działek budowlanych. Najważniejsze są wtedy inwencja projektanta i... możliwości finansowe inwestora.

Organizacja przestrzeni wewnętrznej

Drzewa na działce nie tylko zapewniają przyjemny cień latem, ale też większą wilgotność powietrza, czyli odpowiedni mikroklimat (fot. Archipelag)

To podział domu na poszczególne pomieszczenia. W domu energooszczędnym należy dążyć do tego, żeby był on podzielony na strefy buforowe dodatkowo zmniejszające straty energii cieplnej.

Warto trzymać się zasady, żeby różnica temperatury pomiędzy sąsiadującymi pomieszczeniami nie przekraczała 8°C; także nie w każdym pomieszczeniu musi być 20°C. Wtedy ściany działowe będą tanie i stosunkowo cienkie, ponieważ nie trzeba będzie ich docieplać.

Wentylacja

Budując dom energooszczędny inwestuje się spore pieniądze w „super” okna, ogrody zimowe, dodatkową izolację przegród zewnętrznych, a wszystko po to, żeby zminimalizować koszty jego eksploatacji, zwłaszcza związane z ogrzewaniem. Jednak cały ten wysiłek może być pozbawiony sensu, jeśli nie zadba się o odpowiednio sprawną wentylację.

Przykład wentylacji mechanicznej z wykorzystaniem rekuperatora

Najczęściej bowiem, wraz ze wzrostem termoizolacyjności budynku, wzrasta jego szczelność (w domach pasywnych jest to jeden z wymogów). Żeby więc nie otwierać bez przerwy okien, a wilgotność powietrza wewnętrznego utrzymać na optymalnym dla naszego zdrowia poziomie trzeba zainwestować w wentylację mechaniczną nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła lub klimatyzację

Dzięki zabiegom ograniczającym straty energii cieplnej system ogrzewania domu może być mocno zredukowany. Może się okazać, że od tradycyjnych systemów wodnych bardziej opłacalne są systemy powietrzne, które najczęściej wykorzystują energię elektryczną.

Wtedy jednak powstaje problem ekonomicznego przygotowania ciepłej wody użytkowej. Dalej dążąc do energooszczędności powinno się zastosować rozwiązania z kolektorami słonecznymi, które przynajmniej od wiosny do jesieni zapewnią prawie darmowe podgrzewanie wody użytkowej.

Tadeusz Lipski