PODSTAWOWE ZASADY BUDOWNICTWA PASYWNEGO

Budynek pasywny ma jasno ustalone kryteria i parametry, które należy spełnić w procesie projektowym i realizacji:

Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania max. 15 kWh/(m²a)

Lub obciążenie cieplne budynku –  max. 10 W/m²

Zapotrzebowanie na chłód użyteczny  -max. 15 kWh/(m²a)

Zapotrzebowanie energii pierwotnej  – max. 120 kWh/(m²a)

Szczelność powietrzna budynku max. 0,6 /h-1 (50 Pascal)

Częstość występowania nadmiernych temperatur max. 10 % (temperatura powyżej 25⁰C w okresie letnim)

Sposób osiągnięcia powyższych parametrów technicznych można sprowadzić do 5 podstawowych reguł, stosowanych we wszystkich budynkach, bez względu na ich przeznaczenie i technologię, w jakich zostały zaprojektowane czy strefy klimatycznej. Poszczególne zasady zostaną omówione w kolejnych artykułach:

1. System wentylacyjny z odzyskiem ciepła;
2. Szczelna powietrznie powłoka budynku
3. Bardzo dobra izolacja cieplna;
4. Potrójne oszklenie ciepłochronne;
5. Eliminacja mostków cieplnych;

Wynik budynku pasywnego, spełnienie parametrów poparte jest zawsze obliczeniami w programie do projektowania budynków pasywnych PHPP. Brak obliczeń wykonanych w tym programie, z doświadczenia skutkuje nie spełnieniem warunków tego standardu.

1. System wentylacyjny z odzyskiem ciepła;

Zastosowane w obiektach w standardzie budownictwa pasywnego rozwiązania nie są przypadkowe, muszą być przede wszystkim dobrane adekwatnie do strefy klimatycznej, wielkości obiektu, jego przeznaczenia, ilości użytkowników i innych czynników ściśle powiązanych z konkretną funkcją i działką budowlaną (np. długość nasłonecznienia w ciągu roku, zacienienie), a jednocześnie pozostać ekonomicznie uzasadnione. Są to informacje i wytyczne brane pod uwagę w przypadku projektowania każdego z obiektów mającego spełniać założenia tego standardu i wpływają w sposób bezpośredni na przyjęte rozwiązania. Odpowiedni system wentylacji w budynku spełnia, obok m.in. starannie dobranych i zaprojektowanych przegród zewnętrznych budynku wolnych od mostków termicznych, odpowiednio rozmieszczonych okien, wielkości przeszkleń i ich parametrów w zależności od stron świata, zasadniczą rolę. Jest instalacją ukierunkowaną i działającą w sposób wyważony i zbalansowany, co oznacza, iż mamy tę samą ilość powietrza nawiewanego, co wywiewanego. Strefami nawiewanymi są pomieszczenia przeznaczone na stały pobyt ludzi, wywiewanymi to pomieszczenia, w których mogą wystąpić zanieczyszczenia, zapachy oraz wilgoć: toalety, pomieszczenia gospodarcze, techniczne itp. Z uwagi na fakt, iż wszystkie przestrzenie w kubaturze ogrzewanej muszą być poddawane stałemu procesowi wymiany powietrza, to ostatnią grupę tworzą takie pomieszczenia jak: korytarze czy przedsionki. Nie projektuje się w nich ani nawiewników, jak i wywiewników, a odpowiedni przepływ strumienia świeżego powietrza następuje w sposób samoczynny pomiędzy strefami nawiewanymi oraz wywiewanymi. Poza kubaturą ogrzewaną istnieje możliwość prowadzenia instalacji grawitacyjnej lub wywiewnej, która w takim przypadku nie ma żadnego wpływu na szczelność i bilans energetyczny budynku.

Podstawową funkcją wentylacji mechanicznej jest zawsze zapewnienie odpowiedniej ilości świeżego powietrza. W każdym budynku jest to obok komfortu termicznego podstawowy parametr. Należy pamiętać, iż projektujemy i budujemy z myślą o przyszłych użytkownikach, a więc budynek musi być zdrowy, komfortowy i trwały. Zastosowana w nim wentylacja mechaniczna nawiewno – wywiewna z odzyskiem ciepła gwarantuje m.in. dostarczanie odpowiedniej ilości czystego powietrza, zapobiegając nagromadzaniu się, CO₂ w pomieszczeniach, a także stabilizuje komfort cieplny przez cały rok użytkowania tego budynku, działając jednocześnie w sposób nieodczuwalny dla użytkowników.

2. Szczelna powietrznie powłoka budynku

Każdy obiekt w standardzie budownictwa pasywnego charakteryzuje się wysoką szczelnością strefy ogrzewanej, określaną tzw. współczynnikiem n50. Jest to wymiana powietrza przez infiltrację przy różnicy ciśnienia (nadciśnienia i podciśnienia) na poziomie 50 Pa h^-1, wynoszącą w budynku pasywnym maksymalnie 0,6 wymiany jego objętości w ciągu godziny. Oznacza to w praktyce, iż w przypadku tego budynku, w ciągu godziny przez nieszczelności może wpłynąć maksymalnie 60% powietrza z kubatury ogrzewanej. Wydaje się i tak wysoką wartością. Dla porównania najbardziej restrykcyjne przepisy w polskim ustawodawstwie wymagają szczelności powietrznej na poziomie 1,5 krotności wymiany objętości powietrza w budynku w ciągu godziny, przy zastosowaniu centrali wentylacyjnej. Średnia wartość w pozostałych budynkach oscyluje w przedziale 3 – 5 krotności wymiany na godzinę. Oznacza to w praktyce, że w ciągu godziny, przy różnicy 50 Pa pomiędzy wnętrzem budynku a zewnętrzem, powietrze jest wymieniane wewnątrz obiektu aż 3 do 5 razy. Jest to jednocześnie powietrze, w zależności od panujących warunków atmosferycznych, ciepłe lub zimne, co w znaczący sposób wpływa na zwiększenie nakładów na chłodzenie latem oraz ogrzewanie w okresie zimowym lub przejściowym. Dzięki zachowaniu jednego z podstawowych parametrów charakteryzujących budownictwo pasywne (szczelność powietrzna na poziomie ≤ 0,6 h^-1) nie dochodzi w nim do negatywnego i niepożądanego zjawiska tzw. „naturalnego wietrzenia”. Jest to proces niekontrolowanego przepływu powietrza poprzez zjawisko infiltracji i eksfiltracji, będące wynikiem nieprawidłowo zaprojektowanych przegród zewnętrznych, wielopunktowych i wielopłaszczyznowych nieszczelności obiektu, które w tradycyjnych rozwiązaniach mają teoretycznie zagwarantować odpowiednią ilość świeżego powietrza. Należy jednak pamiętać, że odbywa się to sposób zupełnie niekontrolowany, zależny od warunków atmosferycznych, wpływa na wysoki dyskomfort jego użytkowania, a także przekłada się bezpośrednio na koszt znacznego wzrostu zapotrzebowania na energię grzewczą w danym budynku oraz chłodniczą, uniemożliwiając również efektywne wykorzystanie biernych zysków zewnętrznych oraz wewnętrznych. Im bardziej szczelny jest budynek, tym zapotrzebowanie m.in. na energię grzewczą się zmniejsza.

Infiltracja powietrza przez nieszczelności pozbawia budynku komfortu użytkowania, zwiększa nakłady na energię grzewczą i do chłodzenia, nie niosąc jednak dla samego budynku żadnych zagrożeń. Eksfiltracja jest już bardzo niebezpiecznym zjawiskiem, który powoduje szkody budowlane, doprowadzając do m.in. „syndromu chorego budynku”. Przy odpowiednich warunkach atmosferycznych – 0 ^OC na zewnątrz i wilgotności względnej na poziomie 80% oraz temperaturze wewnątrz budynku na poziomie 20 ^OC, może przez 1mm nieszczelności na długości 1m wkroplić się w ciągu doby 360g wody. Dla porównania, przy szczelnej przegrodzie i naturalnym zjawisku dyfuzji, przenika przez ta sama powierzchnie przegrody, tylko 1g wody na dzień (aż 360-krotnie mniej!). Łatwo wywnioskować, zatem, że odpowiednia szczelność pozwala na wyeliminowanie prawdopodobieństwa powstawania szkód budowlanych w postaci grzybów i pleśni, które doprowadzają obiekt do tzw.“syndromu chorego budynku“. Ma to przede wszystkim swoje bezpośrednie odzwierciedlenie w trwałości tych obiektów. Należy pamiętać, iż są to budynki mające funkcjonować przez wiele lata, a co jest z tym również powiązane, musimy być świadomi kosztów ich utrzymania. W procesie projektowym budynku pasywnego zawsze zwraca się szczególną uwagę czy warstwa szczelna powietrznie powłoki budynku, przebiega w sposób ciągły, że możliwe jest prześledzić ją flamastrem bez odrywania go od kartki papieru.

W każdym budynku pasywnym wysokoefektywna wentylacja nawiewno-wywiewna  z rekuperacją gwarantuje zarówno wysoce wymierne korzyści pod względem komfortu powietrza, jak i energetycznym. Pozwala odzyskać ciepło z powietrza wywiewanego, które w tradycyjnych obiektach z wentylacją grawitacyjną lub wywiewną jest niewykorzystywane i usuwane bezpośrednio na zewnątrz, w sposób pod względem energetycznym głęboko nieuzasadniony.

3. Bardzo dobra izolacja cieplna wszystkich przegród budynku w tym także okien i eliminacja mostków cieplnych

Odpowiednio ukształtowana bryła i rozwiązane detale eliminują lub w znacznym stopniu ograniczają występowanie, powszechnych w obecnie obowiązujących standardach projektowania i wykonawstwie mostków termicznych. Stosuje się nieprzerwaną i wysokoefektywną termoizolację wszystkich przegród budynku: ścian, dachu oraz płyty na gruncie. Przy odpowiednich grubościach tych materiałów uzyskujemy współczynniki przenikania ciepła dla poszczególnych przegród na poziomie zalecanym dla klimatu panującego w Polsce. Z drugiej jednak strony należy mieć na uwadze ekonomiczność poszczególnych rozwiązań i dokonywanie odpowiednich ich optymalizacji już w pierwszych etapach procesu projektowego.

W budynkach pasywnych olbrzymi nacisk kładziony jest na rozmieszczone względem stron świata i o wysokiej, jakości przeszklenia z ciepłym montażem, których wartość współczynnika przenikania ciepła dla okna wbudowanego jest na poziomie mniejszym od 0,85 W/(m²K). Wbudowanie okien we właściwym miejscu w ociepleniu – przed konstrukcją oraz odpowiednie ocieplenie ramy okiennej pozwoli na znaczną redukcję mostków cieplnych, powstałych w procesie montażu. Okno to także przegroda budynku, tylko przezierna. Pełni w budynku pasywnym zasadniczą rolę, oprócz dostarczania odpowiedniej ilości naturalnego światła, umożliwia m.in. bierne zyski słoneczne. Właściwie dobrane okno pasywne, pozwala w zimie na pozyskanie więcej energii z promieniowania słonecznego, niż tracona jest przez nie w wyniku przenikania ciepła z wnętrza powierzchni ogrzewanej na zewnątrz budynku. Jak duże są zyski z promieniowania słonecznego zależy przede wszystkim od usytuowania budowy, wielkości, rozłożenia i orientacji oszklenia.

Dla zapewnienia szczelnej powietrznie powłoki budynku, mostków cieplnych. podczas projektowania budynku oraz poszczególnych detali konstrukcyjnych, należy tak planować przebieg warstwy ocieplenia, aby nie była ona w żadnym miejscu znacząco osłabiona. Niezbędne jest uwzględnienie powyższych, powstałych w projekcie mostków cieplnych, w całkowitym bilansie energetycznym budynku. To pozwala na 100% odzwierciedlenie dokonanych obliczeń już podczas użytkowania danego obiektu i daje najlepszy możliwy dowód na to, że obiekty w standardzie pasywnym funkcjonują nie tylko na papierze.

Zdrowy klimat w pomieszczeniach jest wyznaczany poprzez zrównoważone prowadzenie świeżego powietrza i wilgotności, jaki i poprzez zrównoważoną wilgotność w samych pomieszczeniach oraz temperaturę znajdujących się w nim poszczególnych powierzchni.  Oprócz omówionej już temperatury, wilgotność spełnia tutaj również szczególną rolę. Pomieszczenia ze zbyt dużą wilgotnością stanowią idealne środowisko do powstawania grzybów czy pleśni. Pomieszczenia o zbyt suchym powietrzu powodują, przez podwyższoną skłonność do powstawania kurzu, alergie, podrażnienie błon śluzowych i trudności w oddychaniu. Optymalna wilgotność względna powietrza jest na poziomie pomiędzy 40% a 60%. Najbardziej komfortowo czuję się jednak człowiek przy wilgotności na poziomie 50%.

Wysoka wilgotność powietrza w przestrzeni mieszkalnej oraz biurowej sama w sobie nie stanowi jeszcze problemu. Dopiero, kiedy zawarta w powietrze wilgotność wkropli się na ścianach, jako kondensat, może pojawić się pleśń. Przyczynę stanowi różnica temperatur na powierzchni ścian zewnętrznych wewnątrz pomieszczenia, gdy jest ona z powodu niewystarczającej ilość izolacji termicznej znacznie zimniejsza od temperatury powietrza. Częściowym rozwiązaniem powyższego problemu jest zastosowanie odpowiedniego materiału konstrukcyjnego, z którego jest wykonany dany obiekt. Bloczki silikatowe mają, bowiem doskonałe właściwości fizyczne do regulacji temperatury i wilgotności, przede wszystkim we wnętrzach powierzchni ogrzewanych, a przy tym niską gęstość. Duży opór cieplny i możliwości akumulacyjne pozwalają na powolne oddawanie zakumulowanego ciepła oraz powolne nagrzewanie się materiału. Dzięki temu, takie budynki są bardziej odporne na zmiany temperatur. Swobodne pochłanianie nadmiaru wilgoci i oddawanie je w przypadku przesuszania się powietrza gwarantuje doskonały komfort we wnętrzu.  Dużą zaletę stanowi również wysoki komfort akustyczny, jaki zapewniają bloczki silikatowe. Jest to również materiał bardzo ekologicznym, gdyż w ich skład wchodzi wyłącznie piasek oraz woda. Niska temperatura konieczna do jego wypalania w procesie produkcji jest jednoznaczna z mniejsza energia wbudowana w porównaniu do innych materiałów konstrukcyjnych.

4. Obliczenia w programie do projektowania budynków PHPP

Rozwiązania w budownictwie pasywnym dobierane są bardzo starannie i odpowiadają szczegółowym uwarunkowaniom klimatycznym terenu, na którym ten obiekt będzie realizowany. W praktyce oznacza to również, iż wszystkie rozwiązania, poczynając od bryły obiektu, usytuowania, ilości przeszkleń, detale konstrukcyjne, elementy budowlane i zastosowane materiały, poszczególne instalacje projektowanego obiektów, poparte są licznymi kalkulacjami w specjalistycznych programach do projektowania budynków pasywnych, w tym m.in. PHPP. Dlaczego jest tak istotne narzędzie w projektowaniu obiektów w tym standardzie?  Wykonane w nim symulacje, prowadzone równolegle z pracami projektowymi, pozwalają wybrać wyłącznie te najlepsze i najbardziej ekonomicznie uzasadnione. Żadne z nich nie są przypadkowe, a wszystkie tworzą wzajemnie powiązaną i współgrającą całość. Proces dokonywania obliczeń i symulacji w programie PHPP przebiega zawsze równolegle do procesu projektowego i wykonawczego i jest, jak pokazują przeprowadzone regularne badania gotowych obiektów pasywnych, rzeczywistym odzwierciedleniem tych wartości już w fazie użytkowania danego obiektu. Jest to narzędzie bardzo precyzyjne i przy umiejętnym jego wykorzystaniu gwarantuje uzyskanie projektowanych wartości. To oznacza, że właściwe wykonawstwo i odpowiedni jego nadzór, potwierdzony próbą szczelności będzie ostatnim etapem tego obiektu w drodze do sukcesu, jakim jest certyfikacja, potwierdzająca standard budownictwa pasywnego.

5. W jakiej technologii realizować budynki pasywne

Najważniejszą informacją jest, iż nie ma jednej technologii, która jest dedykowana, aby osiągnąć standard pasywny. Każdą technologię można zaprojektować i zrealizować spełniając kryteria budynków pasywnych. Powyższa informacja powinna zachęcić do tego sposobu najpierw myślenia, później projektowania i wykonawstwa każdego projektanta oraz inwestora. Przy doborze odpowiednich materiałów należy jednak pamiętać o ekonomicznych aspektach podjętych rozwiązań, oprócz ich właściwości fizycznych. Zaleca się także, aby do równolegle przeprowadzanej, rzetelnej oceny kosztów danego kroku, dokonywać zawsze jego analizy w programie do projektowania budynków pasywnych PHPP, zarówno pod względem korzyści wpływających w sposób bezpośredni, jak i pośredni w ograniczaniu zapotrzebowania na energię grzewczą projektowanego budynku. Takie działanie pozwoli na świadomy wybór wyłącznie najlepszych i najbardziej ekonomicznie uzasadnionych rozwiązań, z pośród wielu dostępnych już w Polsce i dedykowanych dla budownictwa pasywnego.

Technologia wykonania ścian zewnętrznych w budynkach o tym standardzie zawsze podlega licznym analizom, zarówno pod względem kosztów, jak i korzyści dla zmniejszenia zapotrzebowania na energie grzewcza, a także wpływu na poprawę mikroklimatu, zdolności akumulacyjnych oraz ochrony przed hałasem.

Omówione powyżej przykłady stanowią tylko podstawę, do dalszego ich modyfikowania i tworzenia kolejnych rozwiązań. Wybór technologii pozostaje tak na prawdę w kwestii architekta oraz inwestora, którzy muszą w swoich działaniach i doborze technologii ściśle przestrzegać zasad projektowania budynków pasywnych.

Jest również wiele produktów bardzo innowacyjnych (jak np. panele próżniowe czy nanogele), dających podstawę do dalszych poszukiwań wydajniejszych materiałów izolacyjnych, które jednocześnie charakteryzują się niewielkim przekrojem i małym ciężarem własnym.

Dzięki zastosowanym w budynkach pasywnych prostych rozwiązań, podpartych wiedzą z zakresu fizyki budowli i stosownymi obliczeniami, możliwe jest około dziesięciokrotne zmniejszenie energii na ogrzewanie do poziomu maksymalnie 15 kWh/(m²rok). Budynek pasywny jest bez wątpienia obecnie najtańszym rozwiązaniem, jeżeli policzymy miesięczne koszty spłaty inwestycji (traktując koszty dodatkowe w porównaniu z tradycyjnym budownictwem, jako inwestycje), koszty eksploatacyjne i koszty utrzymania budynku, jako jedno miesięczne obciążenie.

Z uwagi na zredukowane do minimum zapotrzebowanie na energię grzewczą,  systemy konieczne do zapewnienia komfortu temperaturowego mogą być dowolne i dostosowane przede wszystkim do funkcji obiektu oraz w konfrontacji z ogólną wartością planowanej czy modernizowanej inwestycji. Ogólna dostępność takich rozwiązań, również w aspekcie cenowym pozwala na korzystanie z systemów odnawialnych źródeł energii, umożliwiając dalszą redukcję emisji CO₂.

Należy pamiętać, iż budynki w standardzie pasywnym mają szansę powstawać wyłącznie przy zintegrowanej pracy wyspecjalizowanych projektantów z wysokiej jakości wykonawstwem. Potrzebujemy wyspecjalizowanych Wykonawców, Nadzór Budowlany, Producentów, aby móc skutecznie sprostać obecnemu popytowi na obiekty w standardzie niskoenergetycznym i pasywnym. Zostań jedną z takich firm! Wyspecjalizuj się w usłudze dedykowanej dla budynków w standardzie niskoenergetycznym i pasywnym.  Skorzystaj z moich profesjonalnych szkoleń, które dadzą Ci wiedzę i narzędzia by zostać Ekspertem. Bądź kilka kroków przed konkurencją: www.greencherry.eu/szkolenie-mistrz-budownictwa-pasywnego/ Pamiętaj – w 2021 roku zaczyna obowiązywać w Polsce standard niemal zeroenergetyczmy, a pod tym standardem zarówno w obiektach nowych jak i modernizowanych kryje się budownictwo pasywne. Przygotuj swoją firmę do ogromnych zmian w 2021 roku.

arch. Kamil Wiśniewski – akredytowany trener i ekspert budownictwa pasywnego