Kategorie budynków ze względu na zapotrzebowanie i zużycie energii Budynki można dzielić na różne kategorie. Jedną z nich jest zapotrzebowanie na energię. Zgodnie z klasyfikacją zaproponowaną przez Prof. L. Laskowskiego (podaną w publikacji pt. Ochrona cieplna i charakterystyka energetyczna budynku, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005) można wyróżnić się, z punktu widzenia zapotrzebowania na energię, następujące kategorie budynków:
Kategorie budynków ze względu na zapotrzebowanie i zużycie energii - budynek standardowy - obiekt charakteryzujący się sezonowym zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania na poziomie określonym w aktualnych przepisach budowlanych - budynek niskoenergochłonny - obiekt o względnie małych potrzebach energetycznych na wszystkich ww. etapach - budynek o racjonalnej charakterystyce termoenergetycznej - obiekt charakteryzujący się sezonowym zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania na poziomie niższym niż określony w aktualnych przepisach budowlanych, który osiąga się przy zwiększonych kosztach, lecz akceptowanych przez przeciętnie zamożnych inwestorów (z czasem budynki tej kategorii stają się budynkami standardowymi) - budynek o zminimalizowanych potrzebach cieplnych - obiekt charakteryzujący się możliwie niskim zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania, który osiąga się przy znacznych kosztach
Kategorie budynków ze względu na zużycie energii budynki superizolowane - obiekty charakteryzujące się możliwie dużą izolacyjnością cieplną i szczelnością obudowy ( bunkry cieplne ) - budynki helioaktywne - obiekty przystosowane do wykorzystywania docierającej do budynku energii słonecznej - budynki bez ogrzewania - obiekty, w których konwencjonalne ogrzewanie jest uruchamiane tylko w czasie występowania najniższych wartości temperatury na zewnątrz budynku - budynki autarkiczne - obiekty samowystarczalne w zakresie zaopatrzenia w ciepło, nie korzystające z konwencjonalnych nieodnawialnych źródeł energii - budynki substandardowe - obiekty charakteryzujące się sezonowym zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania na poziomie wyższym niż aktualnie przyjęty w przepisach budowlanych (potencjalnie wymagające termomodernizacji).
Kategorie budynków ze względu na zużycie energii Szczególną kategorię stanowią obiekty określane, mającą charakter handlowy, nazwą budynku pasywnego, od lat promowaną przez niemiecki Passivhaus Institut. Obiekty te charakteryzują się: - zminimalizowanymi potrzebami cieplnymi dzięki bardzo dużej izolacyjności cieplnej i szczelności obudowy, przystosowaniu do wykorzystywania docierającej do budynku energii słonecznej, energooszczędnym sposobom zapewnienia ogrzewania i wentylacji - racjonalnym kosztem wzniesienia, na poziomie dostępnym bardziej wymagającym inwestorom. Zgodnie z ww. klasyfikacją budynki pasywne mają cechy budynków superizolowanych, helioaktywnych i budynków bez ogrzewania.
Porównanie wskaźników energetycznych budynków WSchVO - niemieckie rozporządzenie w sprawie ochrony cieplnej SBN - szwedzka norma budowlana
Standardy i kategorie budynków energooszczędnych Zapotrzebowanie budynku na energię obejmuje: - ciepło do ogrzewania pomieszczeń i podgrzania wody, - energię elektryczną niezbędną do zapewnienia wentylacji, oświetlenia pomieszczeń oraz zużywaną przez instalację ogrzewania i ewentualnego chłodzenia. Wyróżnić można następujące kategorie budynków energooszczędnych : 1) charakteryzujące się bardzo niskim zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania, zużywającym energię elektryczną uzyskaną ze źródeł nieodnawialnych, 2) pokrywające ze źródeł odnawialnych zapotrzebowanie budynku, 3) produkujące energię ponad zapotrzebowanie budynku. Budynki określane mianem pasywnych można zaliczyć do pierwszej z ww kategorii. Kolejne wymagają określonej aktywności energetycznej. Ponieważ największym składnikiem charakterystyki energetycznej większości budynków w Polsce i w krajach o zbliżonych warunkach klimatycznych jest energia zużywana do ogrzewania pomieszczeń podstawowym parametrem energooszczędności jest wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło. W budynkach energooszczędnych udziały poszczególnych składników są bardziej wyrównane, w związku z czym bardziej miarodajnym jest wskaźnik całkowitego zapotrzebowanie na energię dostarczaną do budynku na ogrzewanie, ewentualne chłodzenie, wentylację i oświetlenie pomieszczeń. Budynki z tradycyjnymi rozwiązaniami technicznymi obudowy i instalacji, w przeciętnych polskich warunkach klimatycznych, mogą osiągać sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania około 40-50 kwh/(m2*rok). Budynki pasywne, wg kryterium Passivhaus Institut Darmstadt, nie mogą przekraczać granicznego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania równego 15 kwh/(m2*rok), przy całkowitym zapotrzebowaniu na energię około 120 kwh/(m2*rok).
Budynki pasywne Dom pasywny to budynek, w którym komfortowy mikroklimat może być utrzymywany bez oddzielnego aktywnego systemu ogrzewania, czy też klimatyzacji (Adamson 1987 i Feist 1988). Dom sam się ogrzewa i chłodzi, stąd nazwa "pasywny". W przypadku budynków pasywnych w strefie klimatu umiarkowanego, wstępnym warunkiem uzyskania takiego stanu jest to, by roczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania wynoszące mniej niż 15 kwh/(m 2 a), nie było osiągnięte kosztem wzrostu zużycia energii dla innych celów (np. elektryczności). Poza tym, w przypadku europejskiego domu pasywnego, wskaźnik zapotrzebowania energii pierwotnej dla sumy wszystkich celów bytowych (ogrzewanie, przygotowywanie c.w.u., energia elektryczna w gospodarstwie domowym) nie może przekraczać 120 kwh/(m 2 a). Traktując to jako punkt wyjścia, dodatkowe zapotrzebowanie energetyczne może być pokryte całkowicie przy wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii.
Budynki pasywne Budynki pasywne są najnowszą generacją budynków energooszczędnych. To obiekty o najwyższym komforcie cieplnym i ekstremalnie niskim zapotrzebowaniu na energię cieplną wynoszącą maksimum 15 kwh/m 2 /rok), czyli mniej niż 1,5 litra oleju opałowego lub 1,5 m 3 gazu ziemnego na m 2 na rok. Przykładowo - ogrzewanie w ciągu całego roku takiego budynku o powierzchni mieszkalnej 150m 2 kosztuje mniej niż 300 zł. za cały rok (dane 2006 rok) Co więcej budynki pasywne są najtańszym rozwiązaniem jeżeli policzy się łącznie miesięczne koszty spłaty inwestycji, koszty eksploatacyjne i koszty utrzymania budynku jako jedno obciążenie miesięczne
Obliczeniowy bilans energii straty (po lewej) muszą być pokryte zyskami (po prawej). Jeżeli energia słoneczna (żółty słupek) i wewnętrzne źródła ciepła bytowego (pomarańczowy słupek) nie wystarczają, musi je wesprzeć ogrzewanie (czerwony słupek). W rezultacie obliczeń dla domów szeregowych w Hanowerze Kronsbergu otrzymuje się wartość 13,5 kwh/(m2a).
Aspekty techniczne instalacji bazujących na energii odnawialnej Sercem każdej instalacji ogrzewania jest źródło ciepła. O jego wyborze na ogół przesądza dostęp na danym terenie do konkretnego paliwa lub źródła energii. W odniesieniu do energii odnawialnej istotne znaczenia mają: - odpowiednie nasłonecznienie (kolektory słoneczne, ogniwa fotowoltaiczne), - właściwości i warunki temperaturowe gruntu, wód gruntowych, temperatury powietrza (w przypadku pomp ciepła) - częstości występowania wiatrów o określonej prędkości (w przypadku siłowni wiatrowych). Dla inwestora ważne są również stopień zautomatyzowania, potrzeba i częstość regulacji, serwisowania, uzupełniania paliwa, usuwania popiołu w przypadku paliw stałych (biopaliwa).
Potencjał oszczędności energetycznych
Podstawowe cechy charakteryzujące standard budynków pasywnych Zwarta bryła budynku i dobra izolacja cieplna: Wszystkie elementy zewnętrznych przegród budynku są izolowane termicznie w takim stopniu, aby współczynnik U nie przekraczał 0,15 W/(m 2. K). Południowa orientacja i uwzględnienie problematyki zacieniania: Pasywne wykorzystanie energii słonecznej jest znaczącym czynnikiem przy projektowaniu budynku pasywnego. Energooszczędne oszklenie i ramy okienne: Okna (oszklenie i ramy) powinny mieć współczynniki U nieprzekraczające 0,80 W/(m 2. K), przy czym współczynniki g okien powinny wynosić około 50%. Szczelność powietrzna przegród zewnętrznych budynku: Przeciek powietrza przez nieszczelności połączeń musi być mniejszy od 0,6 objętości budynku na godzinę.
Podstawowe cechy charakteryzujące standard budynków pasywnych Pasywne podgrzewanie wstępne powietrza świeżego: Wysoce efektywny odzysk ciepła z powietrza usuwanego przy wykorzystaniu wymiennika ciepła powietrze-powietrze: Zaopatrzenie w ciepłą wodę użytkową wykorzystujące odnawialne źródła energii: Energooszczędny sprzęt gospodarstwa domowego: Świeże powietrze może być doprowadzane do budynku przez podziemne kanały, w których dochodzi do wymiany ciepła z gruntem. Powoduje to wstępne podgrzanie powietrza świeżego do temperatury powyżej 5 C, nawet w trakcie zimnych dni sezonu zimowego. Większość ciepła obecnego w powietrzu usuwanym jest przekazywana do napływającego powietrza świeżego (sprawność odzysku ciepła powyżej 80%). Energię do przygotowania ciepłej wody użytkowej dostarczają kolektory słoneczne lub pompy ciepła. W domu pasywnym nieodzowne są urządzenia o niskim zużyciu energii (lodówki, kuchenki, zamrażarki, lampy, pralki, suszarki itd.).
Schemat obiegu powietrza w budynku pasywnym