BUDOWNICTWO PASYWNE nowy standard w budownictwie. Konferencja Energia, Ekologia, Ekonomia. Dębica

Transkrypt

1 BUDOWNICTWO PASYWNE nowy standard w budownictwie Konferencja Energia, Ekologia, Ekonomia. Dębica

2 PROJEKTOWANIE BUDYNKÓW PASYWNYCH 1. Idea budownictwa pasywnego. 2. Cechy budynku pasywnego. 3. Technologia i efektywność przegród zewnętrznych. 4. Ochrona cieplna kluczem do budynku pasywnego. 5. Konstruowanie bez mostków termicznych. 6. Szczelna obudowa budynku. 7. Wykorzystanie energii słonecznej systemy bierne. 8. Wentylacja budynku pasywnego. 9. Ogrzewanie budynku. 10. Ciepła woda użytkowa. 11. Zużycie energii elektrycznej na potrzeby bytowe.

3 Idea budownictwa pasywnego Budownictwo energooszczędne wykorzystuje inteligentne technologie, umożliwia uzyskanie wysokiego komfortu cieplnego i niskie zużycie energii a zatem niskie koszty eksploatacji. Efekt taki można osiągnąć poprzez ograniczenie zużycia energii na cele ogrzewania, do podgrzewania ciepłej wody użytkowej oraz zużycia energii elektrycznej.

4 Idea budownictwa pasywnego (2) W naszym klimacie najważniejszym zadaniem jest ograniczanie strat ciepła. W porównaniu z tradycyjnym budynkiem, w domu pasywnym straty ciepła są radykalnie zredukowane. Budownictwo pasywne oznacza ogromne oszczędności w wydatkach na energię i zmniejszenie obciążenia środowiska naturalnego.

5 Idea budownictwa pasywnego charakterystyka budynków Budynki tradycyjne b.energochłonne (budowane do 1966 r.) zużywają kwh/(m 2 a) na ogrzewanie. Budynki tradycyjne energochłonne (powstały w latach ) zużywają kwh/(m 2 a). Budynki tradycyjne o ulepszonych rozwiązaniach - charakteryzuje je zapotrzebowanie na energię cieplną wynoszące do 120 kwh/(m 2 a), czyli ok. 12 litrów oleju opałowego lekkiego (zamiennie ok. 12 m 3 gazu ziemnego GZ-50) na m 2 powierzchni ogrzewanej w skali roku

6 Idea budownictwa pasywnego charakterystyka budynków (2) Budynki energooszczędne bez wentylacji mechanicznej - zapotrzebowanie na energię cieplną do 80 kwh/(m 2 a), czyli ok. 8 litrów oleju opałowego Budynki niskoenergetyczne - cechuje je zapotrzebowanie na energię cieplną do 40 kwh/(m 2 a), w którym na pokrycie strat cieplnych zużywa się 4 litry oleju opałowego Budynki pasywne - cechuje je zapotrzebowanie na energię cieplną do 15 kwh/(m 2 a), zużywają 1,5 litra oleju opałowego

7 Idea budownictwa pasywnego definicja Dom pasywny jest budynkiem o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania wnętrza poniżej 15 kwh/(m 2 rok), w którym komfort termiczny zapewniony jest przez pasywne źródła ciepła (mieszkańcy, urządzenia elektryczne, ciepło słoneczne, ciepło odzyskane z wentylacji), tak że budynek nie potrzebuje autonomicznego, aktywnego systemu ogrzewania. Potrzeby cieplne realizowane są przez odzysk ciepła i dogrzewanie powietrza wentylującego budynek. (wg. dr W. Feista)

8 Idea budownictwa pasywnego definicja(2) Budynek pasywny to obiekt z tak niskim zapotrzebowaniem na energię cieplną, że zbędny jest oddzielny system ogrzewania. Ciepło może być dostarczane przez i tak już istniejący system wentylacji. Z higienicznych względów, potrzebna jest kontrolowana wentylacja. Nawiew dla potrzeb higienicznych: V=1m 3 /(h*m 2 pow.mieszkalnej) Maksymalne obciążenie cieplne: P = 1m 3 /(h*m 2 ) * 0,33 Wh/(K*m 3 )*30K = 10 W/m 2 Z tego wynika maksymalna dozwolona wartość rocznego zapotrzebowania na energię cieplną (przy sprawności rekuperatoraη>70%) wynoszącą 15 kwh/(m 2 *a)

9 Idea budownictwa pasywnego przykłady Pierwszy budynek pasywny został wzniesiony w Darmstadt Kranichstein w 1991r.. Elewacja południowa. Źródło: Niedrig Energie Institut

10 Idea budownictwa pasywnego przykłady Etapy powstawania budynku pasywnego, od prawej budynek 7-litrowy, dwa budynki 3-litrowe oraz budynek pasywny - kompleks Gdańsk-Homera

11 Cechy budynku pasywnego zwarta, nie rozczłonkowana bryła; budynki są wykonywane jako niepodpiwniczone; orientacja większości okien od strony południowej, zyski słoneczne pokrywają ok. 40% zapotrzebowania na ciepło; wentylacja mechaniczna, z odzyskiem ciepła (rekuperator); brak konwencjonalnego oddzielnego systemu ogrzewania, (ogrzewanie realizowane przez nadmuch ciepłego powietrza połączony z wentylacją mechaniczną).

12 Cechy budynku pasywnego (2) przegrody zewnętrzne szczelne i o dobrych parametrach ciepłochronnych; opcjonalnie pozyskiwanie ciepła z gruntu, powietrze zewnętrzne nawiewane do budynku ogrzewane jest wstępnie w gruntowym wymienniku ciepła; opcjonalnie pozyskiwanie i magazynowanie ciepła z promieniowania słonecznego (kolektory słoneczne); opcjonalnie pozyskiwanie ciepła utajonego z powietrza wentylacyjnego (pompa ciepła powietrze-powietrze).

13 Technologia i efektywność przegród zewnętrznych Dobór technologii do budynku pasywnego Ograniczenie strat ciepła Optymalizacja zysków z energii słonecznej

14 Technologia i efektywność przegród zewnętrznych (1) Lp Akt Prawny Rozporządzenie MI z 6 listopada r. (Dz.U. Nr 75 z 2002r poz. 690, z póź. zmianami) Obowiązujące od 1 stycznia 2009 r Nowelizacja w r. (Dz.U. Nr 75 z 2002r poz. 690, z póź. zmianami) * Ściana zewn. Stropodach U max [W/m 2 K] Strop nad piwnicą Strop pod poddasz 0,30 0,25 0,45 0,25 0,2 * 0,2 * 0,15 * 0,15 * Okna i drzwi balkon. 1,7 4) 1,8 2) 1,2 4) * 1,4 2) * 3 Budynki od 2020r (pasywne) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,8 2) W pozostałych strefach klimatycznych 4) W IV i V strefie klimatycznej * - przypuszczalne wartości

15 Technologia i efektywność przegród zewnętrznych (2) Dobór technologii do budynku pasywnego Ściany zewnętrzne wykonane są jako dwuwarstwowe (masowa warstwa konstrukcyjna + izolacja termiczna grubości ok. 30 cm) Budynek posadowiony jest na fundamencie płytowym z izolacją termiczną na gruncie o grubości 20-25cm Stolarka okienna i drzwiowa wykonywana ze specjalnych profili Balkony w budynkach stanowią oddzielną konstrukcję

16 Technologia i efektywność przegród zewnętrznych (3) Ograniczenie strat ciepła termoizolacja standardowych przegród budowlanych wynosi od cm ograniczanie mostków cieplnych uszczelnienie powłoki budynku termoizolacyjne okna do budynków pasywnych odzysk zużytego powietrza wentylacyjnego

17 Technologia i efektywność przegród zewnętrznych (4) Optymalizacja zysków z energii słonecznej okna lokalizowane są głownie na elewacji południowej współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej przez przeszklenie większy od 50% większość okien wykonywanych jest jako konstrukcja stała stosuje się stolarkę okienną o najwyższych wartościach współczynnika zaszklenia, C g ;

18 Ochrona cieplna kluczem do budynku pasywnego Możliwie zwarta bryła o dobrym stosunku A/V (powierzchnia zewnętrzna bryły budynku w stosunku do jej kubatury) Zwarta zabudowa zamiast wolnostojących budynków Unikanie skomplikowanych form powłoki termicznej

19 Ochrona cieplna kluczem do budynku pasywnego (2) Musi być określona zamknięta powłoka termiczna, obejmująca całą przestrzeń komfortu cieplnego. Wszystkie pomieszczenia, których temperatura w zimie ma wynosić ponad 15 o C znajdują się wewnątrz tej powłoki. Powłoka termiczna musi wszędzie wykazywać bardzo wysoką izolacyjność cieplną może być jedynie przerwana przez dobrze powiązane z nią okna. Minimalna grubość izolacji termicznej w każdym miejscu powłoki wynosi 25 cm (o współczynniku przewodzenia ciepła maksimum 0,04 W/mK);

20 Ochrona cieplna kluczem do budynku pasywnego (3) Budynki niskoenergetyczne - zapotrzebowanie na energię cieplną do 40 kwh/(m 2 a). Aby osiągnąć ten poziom energetyczny budynku należy zastosować zalecane rozwiązania oraz izolacje przegród budowlanych o grubości nie mniejszej niż: - ściana zewnętrzna: cegła silikatowa gr. 18 cm, izolacja gr. 25 cm (styropian - ściana zewnętrzna: cegła silikatowa gr. 18 cm, izolacja gr. 25 cm (styropian lub wełna mineralna), - dach: izolacja gr. 25 cm (wełna mineralna), - - posadzka na gruncie: izolacja gr. 16 cm (styropian), - - okna: rama o współczynniku przenikania ciepła U f = 1,1 W/(m 2 K), szyba o U g = 0,6 W/m 2 K (zaszklenie trzyszybowe, gaz wypełniający - krypton), - wentylacja: mechaniczna z odzyskiem ciepła o sprawności powyżej 75%, - zapewnienie szczelności powłoki zewnętrznej budynku, - przemyślany program użytkowy, np. nieogrzewanie piwnicy, gdy jest ona wykorzystywana jedynie do celów magazynowych.

21 Ochrona cieplna kluczem do budynku pasywnego (4) Budynki pasywne - zapotrzebowanie na energię cieplną do 15 kwh/(m 2 a). Aby osiągnąć ten poziom energetyczny budynku należy zastosować zalecane rozwiązania oraz izolacje przegród budowlanych o grubości nie mniejszej niż: - ściana zewnętrzna: cegła silikatowa gr. 18 cm, izolacja gr. 34 cm (styropian), - ściana zewnętrzna: cegła silikatowa gr. 18 cm, izolacja gr. 34 cm (styropian), λ= 0,035 W/(mK) - dach: izolacja gr. 40 cm (wełna mineralna), - - posadzka na gruncie: izolacja gr. 25 cm (styropian), - - okna: rama o współczynniku przenikania ciepła U f = 0,8 W/(m 2 K), szyba o U g =0,6 W/(m 2 K) (zaszklenie trzyszybowe, gaz wypełniający - krypton), - wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła o sprawności przynajmniej 80%, - zapewnienie szczelności powłoki zewnętrznej budynku, - pasywne wykorzystanie energii słonecznej poprzez okna o współczynniku przenikania ciepła U w < 0,8 W/(m 2 K) i dużej przepuszczalności energii słonecznej g > 50%.

22 Konstruowanie bez mostków termicznych Reguła unikania: w miarę możliwości nie przerywać izolacji termicznej (brak klasycznej płyty balkonowej) Reguła przenikania: nieuniknione przerwy w warstwie izolacyjnej, zastępować materiałem o możliwie dużym oporze cieplnym (np.gazobeton, drewno) Reguła połączenia: warstwy izolacji łączyć ze sobą w sposób ciągły, pełną powierzchnią przekroju Reguła geometryczna: połączenia przegród o kątach możliwie rozwartych

23 Konstruowanie bez mostków termicznych (2) Galeria i klatka schodowa wsparta na niezależnej konstrukcji i fundamentach w celu uniknięcia połączeń stanowiących mostki termiczne. Freiburg dzielnica Vauban. Źródło:

24 Konstruowanie bez mostków termicznych (3) Mostki termiczne w miejscu połączenia stropu piwnicy i ściany zewnętrznej

25 Szczelna obudowa budynku Szczelność można łatwo osiągnąć, gdy: Wszystkie detale są zaprojektowane w sposób gwarantujący proste wykonanie; Występują możliwie duże, zamknięte powierzchnie wykonane w sprawdzonej i trwałej technologii Połączenia realizowane są z zachowaniem opisywanych zasad Konsekwentnie ograniczono przebicia powłoki

26 Szczelna obudowa budynku (2) Na etapie budowy, przeprowadza się tzw. próbę ciśnieniową. W jej trakcie określany jest współczynnik n 50, mówiący o ilości wymian powietrza w kubaturze budynku w ciągu godziny przy różnicy ciśnień na zewnątrz i wewnątrz budynku wynoszącej 50 Pa. Maksymalna wartość współczynnika n 50 0,6..

27 Szczelna obudowa budynku (3) Przeprowadzenie próby ciśnieniowej polega na wytworzeniu różnicy ciśnień w wysokości 50 Pa pomiędzy powietrzem wewnątrz i na zewnątrz budynku, które osiąga się poprzez szczelne zamknięcie wszystkich otworów i wtłaczanie bądź wyciąganie powietrza przy pomocy wentylatora oraz pomiar ilości powietrza. Badanie wykonuje się dwukrotnie, raz przy wytworzeniu wewnątrz budynku nadciśnienia, drugi raz przy wytworzeniu podciśnienia, w celu sprawdzenie szczelności przegród badanego obiektu na infiltrację powietrza w obu kierunkach.

28 Szczelna obudowa budynku (4) Szczelność budynku można w łatwy sposób zmierzyć: służy do tego tzw. test szczelności (Blower Door Test). Wentylator zamontowany jest w drzwiach lub w jednym z okien, utrzymuje w całym budynku określone pod- lub nad-ciśnienie (50 Pa). Pomiar ilości powietrza wysysanego z budynku celem utrzymania podciśnienia, a więc ilości powietrza napływającego poprzez nieszczelności określa stopień nieszczelności. Kontrola polega na poszukiwaniu słabych punktów sygnalizowanych przez napływające powietrze, co umożliwia zlokalizowanie nieszczelności.

29 Szczelna obudowa budynku Test szczelności w budynku pasywnym - Blower Door Test

30 Wykorzystanie energii słonecznej systemy bierne Okna przeznaczone dla budownictwa pasywnego dostarczają więcej energii słonecznej do pomieszczeń, niż wynoszą przez nie straty ciepła, w warunkach klimatu Polski. Kryterium przeszklenia: U g < 0,8 W/m 2 K Kryterium dla ram: U f 0,8 W/m 2 K, Dla całego okna współczynnik przenikania ciepła musi osiągnąć wartość U w < 0,8 W/m 2 K

31 Wykorzystanie energii słonecznej systemy bierne (2) Południowa ściana budynku powinna być wykonana jako przegroda kolektorowo-akumulacyjna (ściana słoneczna). Dostarcza ona w sezonie grzewczym w warunkach klimatu Polski więcej energii cieplnej do pomieszczeń niż wynoszą przez nią straty ciepła. Kryterium przeszklenia: U g 1,5 W/m 2 K Kryterium materiału dla ściany: gęstość materiału powyżej 1400 kg/m 3, Równoważny współczynnik przenikania ciepła ściany słonecznej musi posiadać wartość ujemną, U r < 0,0 W/m 2 K

32 Wentylacja budynku pasywnego Powietrze w budynku wymieniane jest przez wentylację mechaniczną (brak wentylacji grawitacyjnej); Odzysk ciepła ze zużytego powietrza wentylacyjnego realizowany jest przez rekuperator; Wstępne podgrzewanie powietrza świeżego odbywa się poprzez wymienniki gruntowe; Podwójna rola gruntowego wymiennika ciepła.

33 Wentylacja budynku pasywnego Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła

34 Ogrzewanie budynku Budynek pasywny zwykle nie posiada tradycyjnego c.o. Ogrzewanie pomieszczeń odbywa się poprzez system wentylacyjny Źródłem ciepła w budynkach pasywnych mogą więc być połączone systemy wykorzystujące kocioł kondensacyjny oraz pompę ciepła wspomagane kolektorami słonecznymi, służące jednocześnie do ogrzewania, wytwarzania c.w.u. oraz wentylacji.

35 Ciepła woda użytkowa Przygotowanie ciepłej wody użytkowej pochodzi głównie z kolektorów słonecznych. Wysokiej klasy zasobniki ciepła do jej magazynowania. Instalacja c.w.u. w budynku posiada izolację termiczną wysokiej klasy.

36 Zużycie energii elektrycznej na potrzeby bytowe W budynkach pasywnych stosowane jest energooszczędne oświetlenie, zalecane LED-owe. Wszelki sprzęt AGD minimum klasy A. Zalecany kasy A+ lub A++. Stosowanie zmywarek do naczyń oraz pralek na ciepłą i zimną wodę (oszczędność wody i energii)

37 Dziękuję za uwagę.