Dom w standardzie energooszczędnym – studium przypadku

W Polsce rośnie zainteresowanie budownictwem energooszczędnym, to zasługa większej świadomości ekologicznej wśród inwestorów oraz taniejących materiałów budowlanych i instalacyjnych. Po części jest to również wynik zaostrzających się warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Do takich inwestycji możemy zaliczyć budynek mieszkalny w Zakopanem budowany w standardzie energooszczędnym. W tym wpisie opowiem, jak wyglądał proces projektowania budynku pod względem rozwiązań architektonicznych i instalacyjnych. Omawiam również nakłady inwestycyjne i eksploatacyjne proponowanych wariantów grzewczych.

Dom energooszczędny – koncepcja projektowa

Budynki energooszczędne z uwagi na podwyższoną izolacyjność cieplną powinny być wyposażone w rozwiązania instalacyjne, sprzyjające oszczędzaniu energii. W naszej strefie klimatycznej największy udział w rocznych kosztach eksploatacyjnych budynku mają koszty ogrzewania. Aby je obniżyć, na etapie projektowania budynku możemy zastosować takie rozwiązania jak:

  • stosowanie materiałów izolacyjnych o możliwie dużym współczynniku oporu cieplnego,
  • ograniczenie strat ciepła występujących na drodze wentylacji za pośrednictwem wykorzystania wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła,
  • pozyskiwanie energii grzewczej w maksymalnym stopniu ze źródeł odnawialnych,
  • wykorzystanie niskotemperaturowych systemów grzewczych w postaci ogrzewania płaszczyznowego lub powietrznego,
  • stosowanie automatyki grzewczej, reagującej na wewnętrzne i zewnętrzne wahania temperatury np. termostaty pokojowe, regulatory pogodowe itd.

Połączenie powyższych rozwiązań daje możliwość zaprojektowania budynku o zadowalającym niskoenergetycznym standardzie i obniżonych kosztach eksploatacyjnych. W oparciu o powyższe założenia zaprojektowano i wykonano budynek mieszkalny w standardzie energooszczędnym o pow. użytkowej 70 m2, zlokalizowany w Zakopanem. Koncepcja projektowa zakładała opracowanie budynku parterowego z poddaszem użytkowym, przeznaczony pod wynajem dla turystów w okresie całorocznym. Budynek zgodnie z przepisami prawa polskiego nie wymaga pozwolenia na budowę, wystarczy jedynie dokonanie zgłoszenia do organu administracji architektoniczno – budowlanej.

Rozwiązania architektoniczne

Zaprojektowany budynek nawiązuje do tradycyjnej architektury Podhala. Budynek posiada jedną kondygnację nadziemną oraz jedną w kubaturze dachu. Wykonany został w konstrukcji szkieletowej drewnianej, zastosowane rozwiązania izolacyjne pozwoliły spełnić wymogi WT 2021 [1]. Do izolacji przegród zewnętrznych przyjęto styropian grafitowy układany w dwóch warstwach po 15 cm o współczynniku przenikania ciepła 0,031 W/(m·K). Więźba dachowa drewniana została dodatkowo zaizolowana od strony wewnętrznej płytami ze skalnej wełny mineralnej o współczynniku przenikania ciepła 0,035 W/(m·K). Stolarkę okienną wykonano z podwójnych szyb zespolonych wypełnionych argonem o współczynniku przewodzenia ciepła 0,50 W/(m2·K). Mocowania futryn drzwiowych i ram okiennych, złącza ścienne i dachowe dodatkowo zabezpieczono poliuretanową pianką montażową. Pełne zestawienie współczynników przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych umieszczono w tab. 1.

Rys. 1. Wizualizacja budynku – strona wschodnia [2]

Rys. 2. Wizualizacja budynku – strona południowa [2]

Tab. 1. Zestawienie współczynników przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych

Rozwiązania instalacyjne

Przedmiotowy budynek mieszkalny jednorodzinny z uwagi na bardzo dobrą izolację przegród zewnętrznych oraz niski współczynnik projektowego obciążenia cieplnego wymaga szczególnego podejścia do kwestii systemu grzewczego. W sąsiedztwie budynku nie stwierdzono istnienia sieci ciepłowniczej oraz sieci gazowej. Budynek posada niewielką powierzchnię użytkową, ok. 70 m2. Na tak niewielkiej powierzchni zaprojektowano dwie sypialne, salon z aneksem kuchennym, łazienkę i pomieszczenie techniczne – w którym znajdzie się źródło ciepła, zasobnik wody użytkowej oraz infrastruktura instalacyjna. Decydując się na ogrzewanie budynku paliwem stałym, należy wygospodarować odpowiednią przestrzeń na skład paliwa. Dodatkowo rynek kotłów opalanych paliwem stałym nie dysponuje urządzeniami o tak niskiej mocy, odpowiadającym potrzebom cieplnym budynku (potrzeby grzewcze dla V strefy klimatycznej wynoszą 2,5 kW). Minimalna moc kotła na paliwa stałe dostępna w ofercie rynkowej producentów zaczyna się od 8-10 kW, tego typu instalacja musi pracować z buforem grzewczym w celu przejmowania nadwyżek ciepła. Aby zachować energooszczędny charakter budynku, zdecydowano o wyborze pompy ciepła. Do dalszej analizy przejęto trzy koncepcie grzewcze:

  • Wariant I – pompa ciepła typu solanka/woda z pionowym wymiennikiem gruntowym pracująca w trybie c.o. i c.w.u. Górne źródło ciepła w postaci ogrzewania podłogowego.
  • Wariant II – pompa ciepła typu powietrze/woda w wersji split, pracująca w trybie c.o. i c.w.u. Górne źródło ciepła w postaci ogrzewania podłogowego
  • Wariant III – pompa ciepła typu powietrze/powietrze (klimatyzator kanałowy), wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, elektryczne grzejniki panelowe. Do przygotowania wody użytkowej przyjęto zintegrowany zasobnik z pompa ciepła.

Nakłady inwestycyjnie i eksploatacyjnych

Dla przyjętych koncepcji grzewczych oszacowano nakłady inwestycyjne, obejmują one koszt wykonania dolnego i górnego źródła ciepła z podstawowym osprzętem hydraulicznym i elektrycznym na cele c.o. i c.w.u. Porównanie nakładów inwestycyjnych zawarto na rys. 3

Rys. 3. Zestawienie nakładów inwestycyjnych wariantów grzewczych

Najniższe nakłady inwestycyjne zostaną poniesione przy zastosowaniu wariantu III – pompa ciepła powietrze/powietrze (klimatyzator kanałowy), wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła i elektryczne grzejniki panelowe i pompa ciepła do c.w.u. Najwyższe koszty inwestycyjne zostaną poniesione przy wyborze systemu grzewczego opartego na pompie ciepła z wymiennikiem gruntowym pionowym – wariant I. W tym wariancie należy liczyć się z kosztem wykonana dwóch sond gruntowych (ok. 18 000 zł brutto). Koszty eksploatacyjne w poszczególnych wariantach stanową:

  • W wariancie I i II koszty zużycia energii elektrycznej pobieraną przez pompę ciepła w trybie c.o. i c.w.u.
  • W wariancie III koszty zużycia energii elektrycznej na cele grzewcze pobieraną przez klimatyzator kanałowy, wentylatory w centrali wentylacyjnej, elektryczne grzejniki panelowe i pompę ciepła do c.w.u.

Rys. 4. Zestawienie nakładów eksploatacyjnych wariantów grzewczych (c.o. i c.w.u.)

Z zestawienia wynika, że najniższe roczne koszty eksploatacyjne uzyskamy w wariancie I – pompa ciepła solanka/woda. Jednak pozostałe warianty grzewcze w kosztach eksploatacyjnych różnią się niewiele od wariantu z gruntową pompą ciepła. Koszty eksploatacyjne wariantu II wynoszą 950 zł, natomiast wariantu III – 850 zł. Należy dodać, że w wariancie trzecim grzejniki elektryczne pracują poniżej oszacowanej w dokumentacji projektowej temperatury punktu biwalencyjnego, czyli -18°C. Aby podjąć finalną decyzje o wyborze najlepszego rozwiązania grzewczego – decydującym kryterium w tym przypadku jest kryterium inwestycyjne. W tym przypadku zdecydowano o wyborze wariantu trzeciego.

Podsumowanie

W projektowanym budynku mieszkalnym w standardzie energooszczędnym zdecydowano się wykonać rozwiązanie grzewcze, bazujące na pompie ciepła powietrze/powietrze (klimatyzator kanałowy), wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, elektrycznych grzejnikach panelowych i pompie ciepła do c.w.u. Budynek będzie przeznaczony pod wynajem dla turystów w okresie całorocznym. Wentylacja mechaniczna będzie wykonana z przewodów elastycznych PE. Ogrzewanie z klimatyzatora będzie również rozprowadzone w budynki przewodami elastycznymi – przyjęto przewody odporne na wysoką temperaturę, z powłoką jonów srebra. W rozpatrywanym budynku do celów grzewczych brano również pod uwagę wykonanie gruntowej lub powietrznej pompy ciepła. W budynku zaprojektowano również wentylację fotowoltaiczną, złożoną z 12 paneli polikrystalicznych 290 W o łącznej mocy 3,5 kW. Wytworzona energia elektryczna będzie zużywana na potrzeby własne budynku, a jej chwilowy nadmiar będzie wprowadzany do sieci energetycznych lub zmagazynowany w banku akumulatorowym. Dzięki produkcji energii elektrycznej z instalacji PV, możliwe jest obniżenie standardu budynku do poziomu pasywnego.

Zdj. 1. Budynek energooszczędny – etap wykańczania elewacji

Zdj. 2. Budynek energooszczędny – etap wykańczania elewacji

Zdj. 3. Budynek energooszczędny – prowadzenie przewodów wentylacji mechanicznej i ogrzewania kanałowego

 

Zdj. 4. Budynek energooszczędny – przykładowe rozmieszczenie punktów nawiewnych wentylacji mechanicznej i ogrzewania kanałowego

Zdj. 5. Budynek energooszczędny – lokalizacja klimatyzatora kanałowego

Zdj. 6. Budynek energooszczędny – montaż paneli fotowoltaicznych

Zdj. 7. Budynek energooszczędny – lokalizacja falownika instalacji fotowoltaicznej


Powołania:

[1] ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie

[2] Pracownia projektowa Słowik, http://www.slowik-projekt.pl/

Zdjęcie główne: fotolia.pl

Zdjęcia w wpisie: opracowanie własne

Damian Czernik

Absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, projektant instalacji sanitarnych, autor bloga

5 komentarzy na temat “Dom w standardzie energooszczędnym – studium przypadku”

  1. Nie dajcie się złapać na tę propagandę ekooszołomską i energooszczędnych domów. Ja się złapałem 🙁 Zbudowałem dom szkieletowy, co okazało się skrajną głupotą. Ocieplenie ścian – 40cm (!), koszta olbrzymie, problemy techniczne na każdym kroku. I oczywiście – ZIMNY. Bo te wszystkie duperelkowe obliczenia na papierze możecie sobie wyrzucić do koszta. Dopiero teraz zauważam, co to znaczy dom pasywny, super zaizolowany i szkieletowy – zaduch (a więc musiałem zamontować centralną klimatyzację, drogą jak byk), wilgoć od środka i momentalnie, błyskawicznie wyziębiający się budynek! 🙁 To badziewie nie trzyma ciepła, nie dajcie się na to złapać, budujcie tak jak się zawsze w Polsce budowało – mur i rozsądne zewnętrzne ocieplenie. Tyle. Okna też żadne pasywne – zaparowane a od środka brud na wewnętrznej szybie pozostały po produkcji, trzeba było kilka razy wymieniać! (znana firma). Co do „paneli solarnych” to już zupełnie można popukać się w głowę. Na szczęście zamontowałem to sobie najpierw do ogrodu, więc miałem okazję przekonać się, że to nieskuteczne, głupie rozwiązanie. Bo też chciałem oszpecić sobie dach panelami i używać w domu „darmowej energii”. Dziś się śmieje, ja mogłem być taki naiwny :/

    1. Witaj Henioł, pozwolę się odnieść do Twojego komentarza, komfortowy i tani w utrzymaniu dom nie może funkcjonować bez centralnej wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. W uszczelnionym i bardzo dobrze ocieplonym domu intensywność wymiany powietrza jest niewielka – stąd problemy z wilgotnością, zaduchem i zaparowanymi oknami, dlaczego nie uwzględniono tego faktu na etapie projektowania budynku? Centrala klimatyzacja w domu – czemu ma służyć, obróbce powietrza w całym domu? Jeśli mówimy o schładzaniu powietrza w okresie letnim, wystarczy montaż klimatyzatora split. Projektowanie przegrody zewnętrznej z 40 cm izolacją moim zdaniem przekracza granicę opłacalności – w przypadku budynku o którym napisałem wpis, mamy ścianę szkieletową w dwóch rzędach 2×15 cm wypełnioną styropianem. Zgadam się, że inwestycja w panele PV nie należy do najtańszych, jednak w powyższym budynku uzyskano częściowe dofinansowanie na taka instalację, pozdrawiam!

  2. Co do pompy ciepła bał bym się. Bo to jednak urządzenie, które może zepsuć się a jak zepsuje się to taniej będzie zamontowanie nowej kotłowni np. opartej o gaz niż naprawa.

    Były już wątki na forach jak zepsuła się pompa i właściciele bladli na widok faktury za naprawę pompy. koszty masakryczne.

    W nowych domach na pewno opłaca się montować wentylacje mechaniczną aby uniknąć problemów domów termosów.

  3. Bardzo fajny, rzeczowy artykuł. W przeciwieństwie do Heniola, uważam, że domy energooszczędne mogą być naprawdę świetne, a wiele zależy przecież od konkretnego projektu

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *