Budownictwo pasywne i plusenergetyczne

Zgodnie z danymi podanymi przez Europejski Urząd Statystyczny, sytuacja mieszkaniowa w  Polsce nie prezentuje się najlepiej. Prawie połowa Polaków mieszka w przeludnionych lokalach, za które dodatkowo płacą zbyt dużo. Nawet 25% najemców i 18% właścicieli wydaje ponad 40% swojego miesięcznego dochodu na samo utrzymanie mieszkania1. Znaczna część tych wydatków dotyczy zapotrzebowania na energię elektryczną i ciepło. Aby mitygować te koszty, wiele spółdzielni mieszkaniowych decyduje się na termomodernizację bloków i domów wolnostojących. Niestety, ocieplanie budynków bez modernizacji systemów wentylacyjnych przyczynia się do osłabienia przepływu powietrza w mieszkaniu. Suche, nagrzane i zakurzone powietrze wpływa negatywnie na zdrowie i samopoczucie mieszkańców. Coraz częściej spotyka się przypadki występowania Syndromu Chorego Budynku (ang. Sick Building Syndrome, SBS). Dotknięci nim ludzie uskarżają się na podrażnienie oczu, nosa i gardła, problemy z koncentracją i nadmierne zmęczenie wywołane samym przebywaniem w pomieszczeniu2. Kłopoty ze zdrowiem i wysokie koszty życia przekładają się na niezadowolenie mieszkańców i spadek produktywności pracowników.

 

Czym jest budownictwo pasywne i plusenergetyczne?

Rozpatrując powyższe problemy nie można się dziwić szybkiemu rozwojowi technologii mających na celu zmniejszenie kosztów mieszkania przy jednoczesnej maksymalizacji komfortu życia i korzyści dla środowiska. Koncepcja budownictwa pasywnego i plusenergetycznego stanowi odpowiedź na rosnące potrzeby rynku mieszkaniowego. Dom pasywny to taki, który nie wymaga poboru energii z sieci lub pobiera jej śladową ilość. Energię elektryczną i ciepło wytwarza za pomocą małych instalacji korzystających z odnawialnych źródeł energii, takich jak panele fotowoltaiczne. Wszelkie straty minimalizowane są przez rozwiązania projektowe, wykorzystanie wysokowydajnych materiałów izolacyjnych oraz urządzenia aktywnie odzyskujące ciepło z wentylacji. Jeśli budynek produkuje więcej energii niż pobiera z sieci, określa się go mianem plusenergetycznego. Nadwyżki produkowanej energii są magazynowane lub dystrybuowane do sieci przesyłowej i mogą również zostać sprzedane.

Zgodnie z Dyrektywą 2010/31/WE, państwa członkowskie do dnia 31 grudnia 2020 r. mają obowiązek zapewnić, żeby wszystkie nowe budynki były budynkami o niemal zerowym zużyciu energii.  Jednocześnie kraje Unii są wyłącznie odpowiedzialne za określenie minimalnych wymagań dotyczących charakterystyki energetycznej budynków i poszczególnych elementów konstrukcyjnych, zaś wybór technologii i sposobu budowy zależy od właściciela gruntu lub inwestora3. W oparciu o prawo unijne, Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz  Krajowa Agencja Poszanowania Energii opracowały minimalne wymagania dla dwóch rodzajów domów energooszczędnych. Wymagania te określone są nazwami NF15 i NF40 i dotyczą budynków o docelowym zapotrzebowaniu na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji (EUco) nie większym niż 15 kWh/(m2*rok). Główna różnica pomiędzy standardami to wymagana sprawność systemów energooszczędnych. W budynkach NF15, domach pasywnych, dąży się do uzyskania sprawności na poziomie 80-93% w zależności od typu budynku. Standard NF40 dotyczy budynków o podwyższonym standardzie energetycznym a wartości docelowe sprawności kształtują się w granicach 70-85%4. Należy zauważyć, że zarówno budynki projektowane pod normy NF15 jak i NF40 mogą finalnie charakteryzować się wyższą oszczędnością energii niż zakładają wytyczne, a nawet osiągnąć status budynku plusenergetycznego.

 

Gdzie tkwią oszczędności?

Aby uzyskać doskonałe standardy energetyczne, domy pasywne i plusenergetyczne wyposażone są w szereg technologii pozwalających na minimalizację strat ciepła. Systemy oszczędzania energii najprościej podzielić na bierne i czynne; celem tych pierwszych jest zapobieganie utracie energii, zaś te drugie aktywnie wychwytują uciekające ciepło z powietrza wentylacyjnego. Rozwiązania bierne nie wymagają nakładu energii elektrycznej, zaś urządzenia czynne wykorzystują energię wyprodukowaną przez współpracujące z nimi mikroinstalacje OZE5.  Obydwa systemy współpracują ze sobą w zakresie balansowania bilansu energetycznego w pomieszczeniach.

Systemy pasywne przyjmują najczęściej formę rozwiązań technicznych. Konwencjonalne materiały budowlane takie jak styropian czy stalowe pręty zbrojeniowe przyczyniają się do utraty ciepła i zwiększania się wydatków na energię. W domach pasywnych stosuje się materiały uszczelniające o wysokiej sprawności, na przykład szkło spienione, nazywane również szkłem piankowym. Jest to materiał przyjazny dla środowiska, wytwarzany z rozpuszczonej stłuczki szklanej i domieszek pianotwórczych i popielnych6. Bryłki szkła spienionego mogą być następnie stapiane w większe kostki i wykorzystywane do ocieplania i izolacji akustycznej budynków. Jako materiał nieorganiczny, szkło piankowe jest oporne na działanie pleśni i wpływ niekorzystnych warunków środowiskowych. Ze względu na swoją wodoodporność może być stosowane również do hydroizolacji ścian i podłóg.

Jedną z najczęstszych przyczyn występowania strat ciepła jest obecność tzw. mostków termicznych w konstrukcji budynków. Jest to zjawisko fizyczne polegające na zmniejszeniu oporu cieplnego, powstałe w wyniku zastosowania materiału budowlanego odmiennego rodzaju czy o różnej grubości. Ciepło „ucieka” przez spojenia pomiędzy płytami i przez przewodzące ciepło pręty zbrojeniowe7. Klaster Green Energy proponuje zastosowanie w budownictwie pasywnym i plusenergetycznym prętów kompozytowych. Są one wykonane z niejednolitych mieszanek różnych komponentów budowlanych. Materiały kompozytowe charakteryzują się doskonałą odpornością na rozciąganie, korozję oraz działanie silnie kwasowych i zasadowych substancji chemicznych. Są one ponadto izolatorem ciepła, co zmniejsza straty występujące przy zastosowaniu prętów stalowych. Płyty elewacyjne, z których konstruowany jest dom pasywny, nie powinny być wykonywane z popularnego betonu żwirowego – lepiej do tego celu nadaje się lekki beton keramzytowy, który dodatkowo nie chłonie wilgoci. Zapobiega to namoknięciu materiału i ewentualnym stratom ciepła na odparowanie wody.

Urządzeniem aktywnym wspierającym systemy pasywne jest rekuperator. Sercem rekuperatora jest wymiennik ciepła, w którym zimne powietrze nawiewane mija się z ciepłym powietrzem wentylacyjnym bez zmieszania. Do pomieszczenia trafia powietrze wstępnie nagrzane. Docelową sprawność rekuperatora określa norma PN-EN 308. W przypadku najbardziej zaawansowanych urządzeń wartość ta może kształtować się w granicach nawet 95%, jak w przypadku serii urządzeń MISTRAL PRO polskiej firmy ProVent8.  

Należy zauważyć, że rola systemów grzewczych jest ograniczona w budownictwie pasywnym i plusenergetycznym do minimum. Ciepło jest wychwytywane z zewnątrz lub jest produktem ubocznym aktywności mieszkańców domu i działania urządzeń elektrycznych. Korzyści zdrowotne zmniejszenia „grzania” są ogromne: suche powietrze może powodować podrażnienie oczu i błon śluzowych nosa a także wywoływać zmęczenie i złe samopoczucie. Korzystanie z alternatywnych metod grzewczych przynieść również ulgę alergikom i osobom cierpiącym na choroby skóry.

Tajemnica samowystarczalności

Same rozwiązania budowlane nie stanowią jednak jedynych innowacyjnych cech budownictwa pasywnego i plusenergetycznego. Równie istotne są zintegrowane z siecią domową mikroinstalacje produkujące energię ze źródeł odnawialnych. W przypadku budownictwa pasywnego w standardzie NF15, systemy OZE powinny ograniczyć zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji do maksimum 15 kWh/(m2*rok); domy plusenergetyczne mają docelowo produkować więcej energii niż wymagane jest do ich funkcjonowania. Wytyczne opracowane przez NFOŚiGW oraz KAPE wymieniają następujące źródła energii odnawialnej:

  • energia promieniowania słonecznego do wykorzystania w instalacjach fotowoltaicznych i aktywnych systemach grzewczych;
  • energia otoczenia budynku, zawartą w jego naturalnym środowisku (np. grunt, powietrze, wody gruntowe lub powierzchniowe) poprzez zastosowanie pomp ciepła;
  • energia biomasy wykorzystywana w instalacjach z nowoczesnymi kotłami spalającymi paliwa drzewne;
  • energia wiatru wykorzystywana za pomocą turbin wiatrowych,
  • energia odpadowa odzyskiwana poprzez rekuperację ciepła z układów wentylacyjnych, ścieków i innych4.

Polska charakteryzuje się bardzo wysokim potencjałem jeżeli chodzi o pozyskiwanie odnawialnych źródeł energii. Najczęściej stosowane inwestycje małoskalowe to panele fotowoltaiczne. W teorii możliwy do wykorzystania potencjał promieniowania słonecznego w Polsce wynosi ok. 1340 PJ rocznie. Znacząca większość tej energii przypada na miesiące wiosenne i letnie. Do roku 2020 możliwości technologiczne i finansowe powinny pozwolić na zagospodarowanie ok. 20 PJ, co stanowi 2% rocznego zapotrzebowania krajowego9. Panele fotowoltaiczne to instalacje ciche, nieinwazyjne i estetyczne – dlatego tak często są one wybierane do współpracy z systemami domów pasywnych i plusenergetycznych. Najczęściej spotykane problemy związane z wykorzystaniem paneli – niewystarczające nasłonecznienie i rozpraszanie się światła – mogą być łatwo mitygowane za pomocą rozwiązań projektowych uwzględniających kierunek padania promieni słonecznych i ekspozycję panelu.

Nie wszystkie obszary Polski charakteryzują się korzystnym nasłonecznieniem. Na obszarach o stosunkowo niskim nasłonecznieniu rocznym (np. na Mazurach) istnieje możliwość skorzystania z innej technologii. Jednym z możliwych źródeł energii jest wiatr. Można wyróżnić dwa główne czynniki wpływające na możliwość wykorzystania go do celów energetycznych –  prędkość i powtarzalność. W oparciu o analizę tych dwóch właściwości opracowano analizy zasobów energii wiatru dla Polski. Ok. 85% powierzchni kraju charakteryzuje się korzystnymi lub bardzo korzystnymi warunkami do produkcji energii wiatrowej. Konwencjonalne turbiny mogą jednak niekorzystnie wpływać na komfort mieszkańców i walory estetyczne regionu.

Szczególnie ciekawie prezentuje się technologia zaproponowana przez firmę Green Vertical Turbine Sp. z o.o. Firma ta zajmuje się produkcją turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu. W przeciwieństwie do obecnych w krajobrazie wielu miast i wsi „wiatraków”, turbiny pionowe złożone są z samodzielnie pracujących segmentów, które można łączyć w moduły. Segmentowa budowa ułatwia transport siłowni, co pozwala na ich instalacje nie tylko na otwartym terenie, ale również na dachach budynków i w innych miejscach niedostępnych dla tradycyjnych turbin. Turbiny pionowe są ciche i nie stanowią zagrożenia dla ptaków i nietoperzy. Stanowią zatem doskonałe rozwiązanie, które sprawdzi się na osiedlach budynków pasywnych i plusenergetycznych.

 

Korzyści dla wszystkich

Inwestycja w budownictwo pasywne i plusenergetyczne wiąże się z szeregiem korzyści zarówno dla lokatora, jak i dla właściciela działki budowlanej. Budownictwo mieszkaniowe stanowi bowiem nieodłączny element krajobrazu ekonomicznego i ekologicznego. Pozornie niewielkie elementy, takie jak dym unoszący się z kominów czy „migający” cień rzucany przez turbiny konwencjonalnych wiatraków mogą negatywnie wpływać na odbiór obszaru. Dlatego czyste, wydajne i niezawodne budownictwo o wysokim standardzie energetycznym jest optymalne z ekonomicznego, ekologicznego i społecznego punktu widzenia.

Mieszkaniec domu lub lokalu zbudowanego w technologii pasywnej lub plusenergetycznej bezpośrednio odczuje korzyści wynikające z mieszkania w takim obiekcie. Zmniejszone wydatki na energię elektryczną i ogrzewanie odciążą domowy budżet. Ograniczenie roli instalacji grzewczej oznacza, że w przypadku jej awarii temperatura w budynku nie będzie gwałtownie spadać. Jest to szczególnie istotne zimą, gdy awaria sieci ciepłowniczej może stać się przyczyną wielu utrudnień. Pozyskiwanie energii elektrycznej z niewielkich, przydomowych instalacji rozwiązuje problem transportu energii i ogranicza straty związane z możliwymi uszkodzeniami sieci przesyłowej. Ponadto mieszkanie w budynku przyjaznym dla środowiska spodoba się lokatorom, dla których ważna jest tematyka ochrony środowiska.

Korzyści dla samorządów wynikają nie tylko z wzrostu poziomu zadowolenia mieszkańców, chociaż to bardzo istotna kwestia. Równie ważna jest perspektywa zapewnienie niezależności energetycznej danego obszaru. Nie bez znaczenia jest również kwestia dbania o środowisko naturalne. Emisje z konwencjonalnych elektrowni przestaną szpecić krajobraz cennych przyrodniczo obszarów, co pozytywnie wpłynie na komfort życia w regionie. Inwestowanie w odnawialne źródła energii może być wykorzystane do budowania dobrego wizerunku gminy lub powiatu, zwiększania ruchu turystycznego i rozwoju ośrodków miejskich i wiejskich.

Rynek mieszkaniowy w Polsce rozwija się bardzo szybko. Znaczące zapotrzebowanie na nowe miejsca zamieszkania jest napędzane przez szybką dynamikę życia Polaków. Ponadto, zgodnie z zapisami Dyrektywy 2010/31/WE, Polska jest zobowiązana do wybudowania znaczącej ilości obiektów o niskim zużyciu energii. W odpowiedzi na te dwie kwestie, Krajowy Fundusz Mieszkaniowy opracował program dotacji „Mieszkanie +”. Jego główny cel to wybudowanie osiedli domów plusenergetycznych przeznaczonych dla Polaków żyjących na granicy ubóstwa. Docelowo ma powstać 500 tysięcy budynków o łącznej wartości 30 mld Euro.

Pomimo szybkiego rozwoju technologii pasywnych, koszt budowy obiektu o niskim zużyciu energii jest zdecydowanie wyższy niż porównywalnego obiektu zbudowanego konwencjonalnymi metodami.  Inwestycja w budownictwo pasywne i plusenergetyczne może liczyć na wsparcie z budżetu NFOŚiGW. Wysokość dofinansowania zależy od wielkości i charakteru lokalu:

  • domy w standardzie NF40 mogą liczyć na dotację 30 000 zł brutto;
  • domy standard NF15 - 50 000 zł brutto;
  • lokale mieszkalne standard NF40 - 11 000 zł brutto;
  • lokale mieszkalne standard NF15 - 16 000 zł brutto4.

Ponadto istnieją fundusze dofinansowujące zakup urządzeń produkujących i wykorzystujących energię odnawialną oraz oszczędzających energię. W chwili obecnej trwają przygotowania do wdrożenia programu rządowego stanowiącego kontynuację aktywnego w latach 2015-2016 programu „Prosument”. Aby maksymalnie wykorzystać przyznane fundusze, warto skorzystać ze specjalistycznej pomocy. Przykładem platformy internetowej, na której można uzyskać pomoc w pozyskiwaniu dotacji na zakup mikroinstalacji OZE jest portal ProsumentPRO10. Portal umożliwia sprawne i szybkie przeprowadzenie zainteresowanych instalacją przez proces realizacji programu rządowego od momentu wypełniania deklaracji do odbioru gotowej instalacji. Platforma przeznaczona jest zarówno dla klientów indywidualnych jak i gmin lub powiatów.

O pomoc w pozyskaniu środków na budowę domu pasywnego lub plusenergetycznego można również zwrócić się do doradcy. W Polsce taką działalność prowadzi Centrum Obsługi Inwestycji. Świadczy ona kompleksowe usługi w zakresie projektowania domów pasywnych i plusenergetycznych, doradztwa, oceny ryzyka przedsięwzięcia i pozyskiwania dotacji na cele budowy.

Należy również zauważyć, że koszty budowy obiektu o niskim zużyciu energii zwracają się w ciągu kilkunastu lat. Wynika to z oszczędności  ponoszonych w trakcie użytkowania mieszkania a także możliwości sprzedaży nadwyżek energii do sieci. Sprzedaż ta może mieć charakter bezpośredni lub przyjmować formę preferencyjnych cen doboru energii z sieci. Zgodnie z nowelizacją ustawy o odnawialnych źródłach energii, prosument nie będzie ponosił za energię pobraną w wysokości 0,7-0,8 energii wprowadzonej żadnych opłat uzależnionych od wielkości poboru, czyli energii czynnej, opłaty dystrybucyjnej zmiennej i opłaty jakościowej11.

 

Ku nowej koncepcji mieszkania

W myśleniu o osiedlach ludzkich wciąż dominuje dualistyczna koncepcja „środowisko naturalne kontra obszar działań człowieka”. Domy pasywne i plusenergetyczne można uznać za próbę harmonijnego połączenia tych odmiennych środowisk – są one rozwiązaniem korzystnym zarówno dla mieszkańca domu jak i dla otaczającego go krajobrazu. Definicja zrównoważonego rozwoju wymienia konieczność świadomego kształtowania relacji pomiędzy wartościami ekonomicznymi, ekologicznymi i społecznymi. W tym ujęciu budownictwo pasywne i plusenergetyczne stanowi idealny przykład realizacji programu zrównoważonego rozwoju. 

Perowskity są świetnymi pochłaniaczami światła. Lepszymi nawet niż dotychczasowy champion arsenek galu, który z kolei jest znacznie lepszy od najbardziej popularnego dzisiaj krzemu. Dzięki temu są w stanie pochłonąć światło w ultracienkich warstwach. 

Zgodnie z prognozami Global Wind Energy Council rola energetyki wiatrowej na świecie w nadchodzących latach będzie stale rosła. We wszystkich analizowanych scenariuszach rozwoju tego rynku, łączna moc zainstalowanych na świecie elektrowni będzie coraz większa, by w 2030 roku osiągnąć poziom nawet ponad 2.500.000 MW.

Roczna produkcja energii elektrycznej może wówczas sięgać przeszło 6.600 TWh. Jednocześnie wraz ze wzrostem ogólnej mocy elektrowni, rosnąć będzie również udział energetyki wiatrowej w ogóle produkowanej energii elektrycznej. Do roku 2030 w najbardziej optymistycznym scenariuszu turbiny wiatrowe mogą odpowiadać za aż 25% generowanego prądu na całym świecie.

 
Przemieszczanie się stanowi odwieczna potrzebę człowieka, a czynnikiem, który jest w stanie ją zaspokoić, jest szeroko pojęty transport. Zdominowały go samochody osobowe i większość społeczeństwa uważa, że jest to najwygodniejsza z możliwości przemieszczania się.