Domy energooszczędne

W związku ze stale rosnącymi kosztami energii i świadomością ekologiczną społeczeństwa, z każdym rokiem wzrasta popularność budownictwa energooszczędnego. Coraz więcej osób zainteresowanych budowaniem własnego domu zastanawia się nad rozwiązaniami powodującymi, iż dom będzie tani w późniejszym użytkowaniu, a przy tym przyjazny dla środowiska.

Budownictwo energooszczędne sprowadza się do trzech podstawowych pojęć: oszczędzanie, odzysk i pobór energii z otoczenia. Do zmniejszenia zużycia energii przez budynek stosowane są dwa rodzaje systemów: pasywne i aktywne. Różnią się rodzajem wykorzystywanych technologii odzyskiwania i oszczędzania energii. Jednak już w trakcie budowy domu można poprzez wykonanie prostych operacji zaoszczędzić wiele energii. Ważnym krokiem jest odpowiednia izolacja ścian, izolacja pionowa fundamentów a także ograniczenie możliwości wychładzania się gruntu wokół budynku poprzez ułożenie poziomej izolacji przygruntowej. Nie bez znaczenia jest tutaj kwestia montowania energooszczędnych okien, bądź odpowiednie ocieplenie dachu, w szczególności styku muru z konstrukcją więźby.
By dodatkowo zmniejszyć energochłonność budynku dobrze jest zainstalować najnowsze rozwiązania technologiczne i urządzenia pozwalające zwiększyć efektywność wykorzystania energii takie jak kotły kondensacyjne lub pompy ciepła z jednoczesnym wspomaganiem systemów ogrzewania energią słoneczną za pomocą kolektorów słonecznych i ogniw fotowoltaicznych.

Systemy pasywne

Ze względu na systematycznie drożejące nośniki energii zarówno producenci energii jak i odbiorcy indywidualni dążą do wprowadzania technologii energooszczędnych zarówno w procesie pozyskiwania i przetwarzania energii, jak również jej przesyłania i wykorzystywania. W dużej mierze działania te mają na celu zmniejszenie energochłonności domów jednorodzinnych oraz dążeniu by były one bardziej przyjazne środowisku, a więc i nam samym. Dotyczy to również sposobów projektowania, wznoszenia nowych budynków, modernizacji już istniejących przy wykorzystaniu najnowszych osiągnięć inżynieryjnych i konstrukcyjnych tak, aby magazynowały one jak najwięcej ciepła. Budynek powinien być skonstruowany w taki sposób, aby do jego wnętrza dostawało się maksymalnie dużo ciepła, które jest absorbowane przez ściany wewnętrzne, stropy, posadzki i jest zatrzymywane przez odpowiednią izolację termiczną. Nie oznacza to jednak, według opinii niektórych ludzi, mieszkania w “termosie”, gdyż zmagazynowane ciepłe powietrze podlega kontrolowanej wymianie np. przez zainstalowanie wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła (tzw. rekuperator).

Na to jak duże są straty ciepła domu wpływa kilka czynników. Jednym z nich jest sama wielkość budynku. Im dom jest mniejszy, tym mniejsze są straty ciepła. Wiąże się to z powierzchnią przegród przez które ciepło przenika. Jednak nie bez znaczenia jest również usytuowanie, kształt oraz to, czy budynek jest piętrowy czy parterowy. Do ogrzania 1m² powierzchni domu zużywamy mniej energii jeżeli ma on zwartą bryłę, jest wielokondygnacyjny (z poddaszem użytkowym), a także jeśli większość otworów okiennych skierowana jest na południe, niż w przypadku gdy jest to dom parterowy o takiej samej powierzchni zakładając, że domy te mają zastosowany taki sam rodzaj izolacji termicznej i parametry przenikania ciepła. Jest to spowodowane kilkoma czynnikami wynikającymi z samych różnic konstrukcyjnych, gdyż w domu z poddaszem większość ciepła samoczynnie przenika do góry ogrzewając wyższe kondygnacje, a bryła budynku jest bardziej zwarta, w domu parterowym większa jest odległość ogrzewanych pomieszczeń od pieca centralnego ogrzewania, tym samym wyższa musi być temperatura cieczy i większe mogą być straty ciepła, powodowane także rozległą powierzchnią zabudowy.

Do największych strat ciepła dochodzi w narożnikach i złamaniach przegród, dlatego im mniej przegród , tym mniejsze będą ubytki ciepła, ale od każdej zasady mamy wyjątki. Przy zakupie okien powinniśmy zwracać uwagę nie tylko na wybór materiałów, z którego wykonane są ramy, lecz też na parametry izolacyjności cieplnej i akustycznej takie, jak ilość komór, rodzaj wypełnienia pomiędzy szybami, czy wielkość i rozmieszczenie okien.
W polskich warunkach klimatycznych bilans energetyczny występowania okien jest ujemny, tzn. więcej energii przenika na zewnątrz domu przez okna, niż dostaje się jej do wewnątrz w postaci światła i ciepła. Dlatego też warto zwrócić na to uwagę na etapie adaptacji projektu, aby największe powierzchnie przeszklone znajdowały się od strony południowej, by zmaksymalizować dostawanie się energii do budynku oraz by jak najbardziej ograniczyć występowanie okien po północnej stronie domu. Pamiętajmy, iż nawet słabo zaizolowana ściana przepuszcza mniej ciepła niż okno.
Straty ciepła zostaną spotęgowane jeśli okna będą zacienione np. drzewami, sąsiednimi budynkami, okapem dachu itp. Należy wziąć pod uwagę to, iż lepszym rozwiązaniem są okna szerokie, niż te, które sięgają ziemi. Takie rozwiązanie jest korzystne jedynie wtedy, gdy dotyczy południowej strony budynku.
Możemy ograniczyć straty ciepła kupując okna z większą ilością komór, posiadające wkładki termoizolacyjne, w których przegrody wypełnione będą gazem lub będzie pomiędzy nimi próżnia ograniczająca promieniowanie ciepła na zewnątrz. Na rynku jest dostępna gama okien o liczbie komór od dwóch do sześciu-im większa liczba komór, tym lepsza izolacja pomieszczeń. Ponadto duże znaczenie ma również liczba szyb, dostępne są okna z dwoma lub trzema warstwami szyb.

Niewątpliwie czynnikami wpływającymi na wielkość strat ciepła są materiały zastosowane do wykonania ścian, dachu, podłogi, a także grubość izolacji termicznej. Najwięcej ciepła przenika przez ściany i dach domu. O tym, że dom jest energooszczędny nie powiemy zatem, gdy dom będzie miał jednowarstwowe zewnętrzne ściany, chyba że ściany będą wykonane np. ze styropianowych bloczków, które są wypełnione zbrojonym betonem. Standardowo mury ocieplane są styropianem lub wełną mineralną o grubości 12 cm, jednak coraz częściej stosowana jest nawet 20 cm i większa warstwa izolacji. W związku z tym, iż ogrzane wewnątrz domu powietrze unosi się, jeszcze większe znaczenie ma odpowiednia izolacja dachu. W tym przypadku 20 cm izolacja to minimum. Zatem za mniej energochłonny dom uznajemy ten z poddaszem użytkowym, niż parterowy.

Systemy Aktywne

Kolektory słoneczne. Są jednymi z najpopularniejszych wymienników ciepła wybieranych przez inwestorów w Polsce. Wyróżniamy głównie kolektory płaskie i skupiające, które różnią się między sobą użytą do budowy technologią, wydajnością energetyczną i ceną. Droższy jest kolektor skupiający, lecz jest także bardziej wydajny, a jego konstrukcja pozwala na korzystanie z niego przez cały rok. W kolektorze płaskim zazwyczaj izolację sanowi wełna mineralna, a materiałem przewodzącym ciepło może być woda, powietrze lub glikol. W przypadku, gdy zdecydujemy się na wodę jako przewodnik ciepła, może to spowodować konieczność zaprzestania użytkowania kolektora w zimie, ponieważ istnieje duże ryzyko jej zamarznięcia w rurach, nawet dobrze izolowanych.

W kolektorze skupiającym izolacją jest próżnia, chroniąca ciepło promieniowania słonecznego nagromadzone w kolektorze przed rozproszeniem. Cecha pozwalająca na pełniejsze wykorzystanie rozproszonego ciepła powoduje, iż w większym zakresie możemy używać kolektora próżniowego do wspomagania systemu podgrzewającego wodę użytkową nawet w pochmurne dni i zimą, a średnioroczny uzysk ciepła jest o około 30% większy niż dla kolektorów płaskich. Kolektory charakteryzują się znaczną wydajnością lecz najlepiej sprawdzają się przy wysokich temperaturach, tak więc w polskich warunkach klimatycznych ich sprawność jest najwyższa pomiędzy kwietniem, a wrześniem. Należy się również liczyć z wymianą glikolu nie rzadziej niż co 5 lat.

Jeżeli wybierzemy kolektor jako dodatkowe źródło ciepła, trzeba pamiętać iż do jego sprawnego działania nie wystarczą jedynie panele, w których następuje ogrzanie wody. Na ten system ogrzewania składają się ponadto zbiornik przelewowy, zwór regulacyjny, glikol, pompa obiegowa wymuszająca przepływ przewodnika ciepła oraz zbiornik na wodę z dwiema wężownicami. Zbiornik ten musi posiadać dwie wężownice, ponieważ kolektory stanowią oddzielną instalację grzewczą dla domu i jedna wężownica podłączona do pieca centralnego ogrzewania zawiera zazwyczaj wodę jako substancję ogrzewającą wodę użytkową, natomiast druga wężownica podłączona do systemu kolektorów zawiera niezamarzający glikol. Przy wyborze zbiornika należy się zastanowić ilu użytkowników będzie z niego korzystało. Średnio jeden domownik zużywa 50 litrów wody dziennie, tak więc jeśli mamy rodzinę 3-4 osobową powinien wystarczyć nam zbiornik o pojemności 250 litrów, tym bardziej, że każde zwiększenie pojemności także podnosi znacząco jego cenę. Jest to najmniejsza dostępna pojemność zbiornika na wodę użytkową ogrzewaną kolektorami, raczej nie stosuje się mniejszych zbiorników z powodów technicznych, ekonomicznych i ze względu na wydajność kolektorów. Do kosztów zakupu kolektora doliczamy również montaż i instalację rur od paneli kolektora do zbiornika na wodę, których nie otrzymamy w zestawie, a ich koszt jest znaczny.
Montując kolektory na budynku całorocznym, najlepszą wydajność uzyskamy gdy ustawimy je pod kątem 45º w kierunku południowym, gdyż na naszej szerokości geograficznej najkorzystniejszy kąt padania promieni słonecznych pod względem absorpcji ciepła w zimie wynosi 60-70º, natomiast latem 30º.
Koszt zainstalowania kolektorów słonecznych wynosi od 10 000 zł wzwyż, jednak zmieniając sposób ogrzewania wody użytkowej w domu z elektrycznego na słoneczny (poza sezonem grzewczym), czas zwrotu inwestycji będzie wynosił od kilku do kilkunastu lat. Warto więc rozważyć zakup kolektorów korzystając z zewnętrznych źródeł finansowania w postaci kredytów preferencyjnych wspieranych za pomocą dopłat lub premii. Więcej na ten temat piszemy w zakładce Finansowanie budowy/Zbuduj dom z dopłatą

Baterie słoneczne. W publikacjach naukowych zwykle wymieniane jako jedno ze źródeł energii, które w przyszłości może zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne ludzkości poprzez pozyskiwanie taniej, ogólnodostępnej energii elektrycznej ze słońca. Baterie słoneczne, nazywane również ogniwami fotoelektrycznymi, są wymieniane jako alternatywne źródło energii dla paliw kopalnych, gdyż możliwości rozwoju tej technologii, jak i zasoby energii możliwej do wykorzystania są ogromne. Dodatkowymi zaletami przemawiającymi na korzyść wykorzystywania tych urządzeń jest brak emisji jakichkolwiek substancji szkodliwych podczas wytwarzania prądu, a także rodzaj materiału wykorzystywanego do ich wytworzenia, którym w głównej mierze jest krzem, jeden z najczęściej występujących pierwiastków na ziemi.
Baterie słoneczne przetwarzają promieniowanie słońca (fotony) na energię elektryczną (elektrony) w wyniku zjawiska fotowoltaicznego. Składają się z pojedynczych ogniw fotowoltaicznych połączonych ze sobą szeregowo lub równolegle w moduły (panele) wytwarzające prąd stały. Ich największą zaletą jest wykorzystywanie jedynie promieniowania słonecznego do wytworzenia prądu, a nie tak jak w przypadku kolektorów słonecznych, ciepła płynącego z najbliższej nam gwiazdy, mogą więc być używane również przy niskich temperaturach.
Jeżeli zdecydujemy się na zakup baterii słonecznych musimy liczyć się z kosztami nie tylko samych paneli, należy również dodać to tego zakup akumulatorów magazynujących uzyskaną w słoneczny dzień energię, do wykorzystywania w nocy lub bardziej pochmurne dni, a także przetwornicę prądu stałego na zmienny i regulator ładowania. Zwykle w sklepach dostępne są gotowe zestawy tych urządzeń przystosowane do wytwarzania i magazynowania określonej ilości energii.
Mimo swoich zalet, ogniwa fotoelektryczne pozostają mało popularną formą pozyskiwania prądu przez inwestorów indywidualnych, głównie za sprawą wysokich cen ich produkcji. Wszystko wskazuje jednak na to, iż postęp w dziedzinie wytwarzania ogniw fotowoltaicznych, drożejące surowce naturalne oraz uruchomienie produkcji na masową skalę pozwolą poważnie myśleć o zakupie baterii słonecznych do każdego nowo budowanego domu, tak jak to obecnie jest w przypadku wyboru rodzaju ocieplenia lub stolarki okiennej.

Pompa cieplna. Jest to urządzenie wykorzystujące niskotemperaturowe ciepło (0-50°C) z najbliższego otoczenia tj. spod ziemi, z powietrza lub wody, ciepło trudne do zagospodarowania w inny sposób. Działanie pomp ciepła, w dużym uproszczeniu, jest podobne do odwróconego działania lodówki. Ciepło o niskiej temperaturze pobierane z zewnątrz (tzw. dolne źródło ciepła) jest kumulowane przez sprężarkę i wprowadzane do obiegu wewnątrz domu, wspomagając lub zastępując tradycyjne rodzaje ogrzewania (górne źródło ciepła). Wybierając ten sposób ogrzewania pomieszczeń, najlepiej od razu zaplanować ogrzewanie podłogowe, gdyż nie wymaga ono wysokiej temperatury cieczy, a pompa ciepła zapewnia jej maksymalną wysokość na poziomie 55°C. Wystarcza to natomiast w zupełności do zapewnienia odpowiedniej temperatury wody użytkowej. Pompy ciepła odznaczają się wysoką wydajnością i efektywnością, która zależy od różnicy temperatur pomiędzy dolnym, a górnym źródłem ciepła. Jej zainstalowanie nie wymaga budowy komina, system ten zapewnia uzyskiwanie takiej samej wydajności przez cały okres użytkowania i nie wymaga konserwacji w trakcie. Mankamentem jest konieczność stałego źródła zasilania elektrycznego pompy, bez którego system przestaje spełniać swoją funkcję.

Gruntowy wymiennik ciepła. Możemy określić koncepcję jego działania jako układ częściowego ogrzewania ewentualnie układ częściowego chłodzenia budynku, w zależności od temperatury panującej na zewnątrz. Jest to system rur zakopywanych poniżej 1m pod powierzchnią ziemi (min. 20 cm poniżej warstwy przemarzania gruntu) odpowiednio zaizolowanych, wykorzystujących stałość temperatury panującej na tym poziomie, wynoszącej około 6-10°C. Jest on stosowany do termowentylacji pomieszczeń świeżym powietrzem o stałej temperaturze, dający komfort chłodzenia latem i dostęp cieplejszego powietrza zimą, wykluczając konieczność otwierania okien. Gruntowy wymiennik ciepła różni się od pompy ciepła tym, że powietrze jest bezpośrednio rozprowadzane po domu, bez uprzedniego skumulowania ciepła.
Szacuje się, że wydajność tego systemu pozwala na podwyższenie temperatury powietrza z zewnątrz domu o 10-20°C w zimie, w zależności od jego temperatury i schłodzenia go o około 10°C latem. Osiąga więc on największą wydajność przy skrajnych temperaturach powietrza. Pozwala także na uniknięcie uciążliwych skoków temperatury w domu wynikających ze zmiany pory dnia, czy zmian pogodowych na zewnątrz budynku.

Rekuperator. To urządzenie do odzyskiwania energii termicznej z domu, podłączone w systemie mechanicznej wentylacji nawiewno-wywiewnej. W rekuperatorze następuje nagrzanie powietrza nawiewanego do domu, przez powietrze wywiewane ze środka pomieszczeń za pomocą układu warstw z kanalikami. Warstwy są tak usytuowane względem siebie, by przenikało przez nie jedynie ciepło, a nie samo powietrze, dzięki czemu nieprzyjemny zapach nie przenika z powrotem do środka domu. Ponadto otwory wentylacyjne na zewnątrz domu muszą być tak umiejscowione względem siebie, by zużyte powietrze nie było zasysane z powrotem do wnętrza domu. Obecnie systemy wentylacji mechanicznej są wyposażone w filtry powietrza ograniczające przedostawanie się zanieczyszczeń do wnętrza, co korzystnie wpływa na układ oddechowy w szczególności osób cierpiących na alergie.
Należy zwrócić uwagę na fakt, że system wentylacji mechanicznej z rekuperatorem nie służy jako główne źródło ogrzewania domu, a jedynie jako sposób wentylacji pomieszczeń przy pomocy świeżego, ciepłego powietrza. Nie można więc rozpatrywać tego systemu w kategoriach opłacalności i wydajności grzewczej, tak jak ma to miejsce np. dla pomp ciepła. Kluczowe oszczędności biorą się z ograniczenia strat ciepła, wynikających zwykle z konieczności otwierania okien, które są zminimalizowane nawet o 50% w stosunku tradycyjnego sposobu wietrzenia pomieszczeń.
Koszty instalacji rekuperatorów są częściowo amortyzowane przez wykluczenie budowy murowanych szybów wentylacyjnych, które są droższe niż rozprowadzenie mechanicznej instalacji nawiewno-wywiewnej. Koszty użytkowania tego urządzenia ograniczają się jedynie do opłacenia energii elektrycznej potrzebnej do zasilenia wentylatorów oraz okresowej wymiany filtrów.

Przydomowe elektrownie wiatrowe. Są ekologiczną alternatywą dla konwencjonalnych źródeł energii w gospodarstwie domowym. Jednak, czy są opłacalne? Chcąc korzystać z dobrodziejstw „darmowej” energii wiatrowej musimy poczynić następujące starania:
1. Wybrać odpowiednią moc zainstalowanej elektrowni – im jest ona większa, tym inwestycja jest droższa, ale bardziej opłacalna. W przydomowych elektrowniach wiatrowych największym zainteresowaniem cieszą się wiatraki o mocy od 2 do 6 kW, które w dużym stopniu wspomagają lub zastępują dostawy prądu dla małego gospodarstwa domowego, kosztujące kilkanaście tysięcy złotych.

2. Wykonać analizę opłacalności inwestycji na etapie projektu. Firmy zajmujące się budową elektrowni wiatrowych często wykonują także badania w terenie stwierdzając, czy w danym miejscu są odpowiednie warunki do zamontowania siłowni wiatrowej. W sytuacji, gdy nasza działka położona jest w terenie pagórkowatym, zadrzewionym, mocniej zurbanizowanym, przesłoniętym budynkami lub takim, na którym występują zawirowania powietrza powodowane warunkami lokalnymi, często moc wybranego przez nas wiatraka może być dużo mniejsza niż przewidywana przez producenta.

Aby wydajność zainstalowanej siłowni wiatrowej odpowiadała naszym oczekiwaniom, musi ona być posadowiona w odległości przynajmniej 15 krotnie większej niż wysokość przeszkody ograniczająca przepływ wiatru lub znajdować się przed nią, nie może być narażona na zawirowania wiatru, gdyż najlepsze parametry osiągamy przy jednostajnym, umiarkowanie silnym wietrze. W polskich warunkach możemy oczekiwać, że im silniejszy będzie wiatr, tym lepsze osiągi będzie miała nasza elektrownia. Z reguły dlatego wiatraki instalowane są na dużych wysokościach, gdzie prędkość wiatru jest większa.

3. Zgodnie z rozporządzeniem ministra środowiska (z 2002 r. z późniejszymi zmianami) należy wybrać najkorzystniejsze położenie wiatraka oraz poziom emitowanego przez niego hałasu tak, by nie przekraczał dopuszczalnych norm hałasu, który może być uciążliwy dla sąsiadów.

4. Jeżeli zdecydujemy się na duży wiatrak, może on wymagać zainstalowania odciągów podtrzymujących lub posadowienia w fundamentach. W drugim przypadku jest on traktowany jako obiekt budowlany i podlega przepisom prawa budowlanego, musimy więc występować o pozwolenie na budowę.

5. Musimy zdecydować, czy rozprowadzić naszą ekologiczną instalację jako oddzielny obieg w domu, zasilający tylko wybrane urządzenia np. tylko oświetlenie, czy zainstalowana moc może posłużyć jako zastępcze źródło prądu w całym domu, zamiast podłączenia z sieci elektroenergetycznej.

Przydomowa elektrownia wiatrowa może stanowić dobrą inwestycję kapitału i przyczynić się do ograniczenia emisji szkodliwych substancji do atmosfery, a przez to podnieść nasz komfort życia.
Potwierdzeniem jest duże zainteresowanie firm krajowych i zagranicznych inwestujących w ostatnim czasie w elektrownie wiatrowe w Polsce. Sprzyjające warunki energetyczne wiatru występują na większym obszarze Polski, czyniąc inwestycje w wiatraki popularnymi i opłacalnymi. Jeśli nie dysponujemy wystarczającymi środkami by sfinansować tego typu inwestycję, możemy ubiegać się o nisko oprocentowaną pożyczkę z Banku Ochrony Środowiska, lub wystąpić o częściową refundację poniesionych nakładów (20%) przez Fundusz Termomodernizacyjny Banku Gospodarstwa Krajowego. Na temat finansowania ekobudowy więcej w zakładce Finansowanie budowy/Zbuduj dom z dopłatą.

W domu energooszczędnym istotne są również urządzenia, których używamy na co dzień. Stosując energooszczędne artykuły gospodarstwa domowego przynajmniej klasy A lub A+, świetlówki kompaktowe zamiast zwykłych żarówek, płyty indukcyjne zamiast grzewczych oraz zainstalowanie prysznica i zmywarki do naczyń pozwala na zmniejszenie zużycia prądu i wody nawet o kilkadziesiąt procent w skali roku.

Więcej na temat efektywnego oszczędzania energii pod zakładką Jak oszczędzić pieniądze? oraz w artykule Oszczędność energii.