Projekty typowe budynków a energooszczędność

W ostatnich latach w polskim budownictwie można zaobserwować nowy trend – architekturę energooszczędną. Jej coraz większa popularność to wynik dużych akcji społecznych, edukacji, a także wzrastającej świadomości ekologicznej zarówno użytkowników, jak i inwestorów.

Ta świadomość może być również w dużym stopniu kształtowana przez rosnące koszty utrzymania obiektów budowlanych, co w dobie kryzysu finansowego staje się ważnym kryterium przy doborze mieszkań czy domów. Również zarówno obecne, jak i wkrótce obowiązujące przepisy zachęcają, a już niedługo będą wymagać stosowania rozwiązań proekologicznych i obniżających konsumpcję energii w budownictwie.

Budynkami energooszczędnymi przyjęło się nazywać obiekty, których roczny bilans energetyczny jest niższy niż budynków tradycyjnych i według różnych źródeł kształtuje się na poziomie ok. 80 kWh/(m² · rok). W ramach budownictwa energooszczędnego można wyróżnić jeszcze dwa typy:

• budynki niskoenergetyczne – z zapotrzebowaniem na energię na poziomie ok. 40 kWh/(m² · rok) lub niższym
• budynki pasywne – roczne zużycie energii na poziomie ok. 15 kWh/(m² · rok) i niższym.

W praktyce energooszczędność takiego budynku powinna obejmować również ograniczenie zużycia energii już na etapie wytwarzania materiałów budowlanych oraz podczas budowy, a także pozyskiwanie jej ze źródeł odnawialnych w sposób aktywny i pasywny.

Zgodnie z zapisami dyrektywy 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej od początku 2021 r. wszystkie nowopowstające budynki powinny być obiektami „o niemal zerowym zużyciu energii” [7]. W tym celu za pośrednictwem Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej uruchomiony został na lata 2013–18 program dopłat do budynków niskoenergetycznych, skierowany „do osób fizycznych budujących dom jednorodzinny lub kupujących dom/mieszkanie od dewelopera (…)” [4].

Ma on być zachętą i impulsem dla polskiego budownictwa do wdrażania rozwiązań niskoenergetycznych jeszcze przed zmianą obowiązujących przepisów. Częściowe spłaty kapitału kredytu będą wypłacane po zakończeniu procesu budowy lub po zakupie gotowego domu bądź mieszkania i zweryfikowaniu, czy obiekt odpowiada stawianym mu przez NFOŚiGW wymaganiom.

Fundusz w Załączniku nr 3 do Programu Priorytetowego [6] ściśle określa wytyczne, które są „niezbędne do osiągnięcia oczekiwanych standardów energetycznych dla budynków mieszkalnych oraz sposób weryfikacji projektów i sprawdzenia wykonanych domów energooszczędnych” [5]. Wymagania te znacząco się różnią od stawianych obecnie [8] i są zapowiedzią zmian, które nastąpią w niedalekiej przyszłości. Wprowadzenie tak ostrych kryteriów w programie dopłat ma na celu stopniowe przygotowanie rynku budowlanego na nadchodzące zmiany.

Przypomnijmy, że NFOŚiGW podzielił energooszczędne budownictwo jednorodzinne na dwie kategorie:

• standard NF15
• standard NF40.

Wymagania, a co za tym idzie również wysokość dopłat, zostały podzielone według tych dwóch standardów, które odpowiadają uzyskanym wskaźnikom rocznego jednostkowego zapotrzebowania na energię użytkową do celów ogrzewania i wentylacji (EUco).

Standard NF15 zakłada wskaźnik EUco na poziomie mniejszym lub równym 15 kWh/(m² · rok) i dopłatę w wysokości 50 tys. zł brutto. W przypadku standardu NF40 jest to EUco na poziomie mniejszym lub równym 40 kWh/(m² · rok) i dopłata w wysokości 30 tys. zł brutto [7].

Żeby można było sprostać założonemu zapotrzebowaniu, NFOŚiGW precyzyjnie wyznaczył wymagania stawiane zarówno budynkowi, jak i jego konstrukcji i wyposażeniu. Wymagania te znacząco różnią się od stawianych w warunkach technicznych, m.in. graniczne wartości współczynników przenikania ciepła przegród w standardzie NF40 są średnio dwa razy, a dla standardu NF15 trzy razy niższe.

Dodatkowe dosyć surowe wymagania stawiane układom wentylacji oraz instalacjom grzewczym i sanitarnym znacząco zwiększają koszty budowy. Według szacunkowych kosztorysów przeprowadzonych przez Centrum Technologii Energetycznych w Świdnicy koszt wzniesienia przeciętnego budynku jednorodzinnego w standardzie NF40 do tzw. stanu deweloperskiego (bez instalacji sanitarnych i elektrycznych) jest o ok. 60 tys. wyższy [8] niż w przypadku wznoszenia tego budynku wg obecnych wymagań w warunkach technicznych.

O ile nie każdy decyduje się na udział w programie dopłat z powodu wyższych kosztów budowy i skomplikowanych procedur, o tyle rośnie zainteresowanie jednorodzinnymi domami niskoenergetycznymi w standardzie zapotrzebowania na energię użytkową maks. 40 kWh/(m² · rok) [3].

Optymalnym trybem projektowym dla budownictwa energooszczędnego są tzw. projekty indywidualne wykonywane dla określonych wymagań inwestora oraz warunków lokalizacji. Niestety nie każdy, kto chce wybudować dom jednorodzinny, decyduje się na tego typu usługę. Część, jeśli nie większość inwestorów prywatnych wybiera projekty typowe. 

Dzieje się tak nie tylko z powodu niższej ceny, ale również z obawy przed ostatecznym wyglądem projektu. Wychodząc naprzeciw nowym oczekiwaniom inwestorów, wiele biur projektowych postanowiło stworzyć katalogi typowych projektów domów jednorodzinnych w standardach niskoenergetycznych, również dostosowanych do programu dopłat NFOŚiGW.

Przedstawiony poniżej proces opracowania takiego katalogu został oparty na doświadczeniach zdobytych podczas współpracy autora przy przygotowywaniu projektu Domy Czystej Energii dla Centrum Technologii Energetycznych w Świdnicy, który obejmował stworzenie katalogu 50 projektów typowych domów jednorodzinnych w standardzie niskoenergetycznym. 

Projektowanie niskoenergetycznych budynków typowych

Na pierwszych etapach tworzenia katalogu projektów powtarzalnych domów jednorodzinnych musi zapaść wiele kluczowych decyzji, które będą miały bezpośredni wpływ na wygląd późniejszych projektów. W przypadku domów energooszczędnych pierwszą z nich jest ustalenie profilu niskoenergetyczności planowanych projektów.

W obliczu uruchomionego programu dopłat NFOŚiGW oczywiste wydaje się, że głównymi profilami powinny być standardy NF15 i NF40. Ponieważ spełnienie wszystkich kryteriów programu jest czasochłonne i kosztowne, warto również zadbać o projekty budynków osiągających współczynnik zapotrzebowania na energię użytkową na poziomie 40 kWh/(m² · rok), jednak niekoniecznie spełniających wszystkie punkty programu. 

Rozsądne wydaje się przygotowanie projektów wg standardów NF40 z możliwością rezygnacji z niektórych elementów wymaganych przez NFOŚiGW, tak by obniżyć koszt budowy przy jednoczesnym utrzymaniu niskiego zapotrzebowania na energię użytkową. 

W kolejnym kroku należy określić profil odbiorcy, biorąc pod uwagę wielkość projektowanych domów i ich styl. W przypadku katalogów zawierających projekty konwencjonalnych domów ich asortyment jest bardzo szeroki, by zaspokoić oczekiwania jak największej grupy inwestorów. Projektuje się zatem zarówno domy małe o ograniczonym budżecie na budowę, jak i domy duże wymagające większych nakładów finansowych. 

To samo dotyczy stylistyki – są domy o elewacjach klasycznych oraz bardzo nowoczesnych. W przypadku tworzenia katalogu typowych projektów niskoenergetycznych sytuacja jest podobna. 

Domy energooszczędne są droższe od konwencjonalnych, dlatego ważne jest, by proponowane projekty dotyczyły budynków o różnych kubaturach. Przykładem są dwa domy z katalogu projektów Domy Czystej Energii. Dom „Zielony” (arch. Dorota Palmączyńska, rys. 1) udowadnia, że nawet duże domy o powierzchniach użytkowych ok. 200 m² mogą mieć zapotrzebowanie na energię użytkową mniejsze niż 20 kWh/(m² · rok) bez dużo większych nakładów finansowych. 

W przypadku mocno ograniczonego budżetu i konieczności budowy domu niedużego, o powierzchni użytkowej nieprzekraczającej 90 m², warto rozważyć wzniesienie budynku, który pozwoli w znaczący sposób zredukować wydatki na energię użytkową. Przykładem jest projekt „Kopertowy” (arch. Anna Bać, rys. 2), którego zapotrzebowanie energetyczne kształtuje się na poziomie ok. 34 kWh/(m² · rok) przy powierzchni użytkowej 89 m².

Jak wspomniano, stylistyka tych budynków musi zaspokajać różne oczekiwania inwestorów. Część z nich szuka domów bardzo nowoczesnych, w estetykę których łatwo wpiszą się np. instalacje kolektorów słonecznych czy paneli fotowoltaicznych. Jednak instalacje takie można też łatwo zaadaptować do domów o klasycznym wyglądzie. Oferowane są m.in. panele fotowoltaiczne w kolorze dachówki ceramicznej czy też systemy montażowe pozwalające na zintegrowanie kolektorów solarnych z płaszczyzną dachówki.

Podczas powstawania projektu Domy Czystej Energii kwestia stylistyki budynków została rozwiązana w inny sposób. Każdy z proponowanych domów ma trzy warianty wykończeniowe, co pokazano na przykładzie domu „Twin” (arch. Piotr Michalski) –nowoczesny (rys. 3), tradycyjny (rys. 4) i ekonomiczny (rys. 5). 

Forma, lokalizacja i orientacja budynku

Jak wspomniano, projektowanie architektury niskoenergetycznej to proces o wiele bardziej złożony, składający się z większej liczby etapów pracy, niż ma to miejsce w przypadku projektowania konwencjonalnego. 

Podczas tworzenia takiego projektu należy uwzględnić znacznie więcej czynników wpływających nie tylko na funkcjonalność czy wygląd budynku, ale przede wszystkim na jego parametry energetyczne. Parametry te zależą w bardzo dużej mierze od lokalizacji projektowanego budynku. 

Projekt typowy jest z założenia projektem powtarzalnym, możliwym do zrealizowania w wielu miejscach, co jest niemożliwe w przypadku budynków niskoenergetycznych, które w przeważającej większości projektowane są obecnie na zlecenia indywidualne. Umożliwia to gruntowne zapoznanie się z czynnikami, które są niezbędne do prawidłowego zaprojektowania budynku niskoenergetycznego, czyli warunkami panującymi na działce i wokół niej, warunkami zabudowy oraz oczekiwaniami klienta. 

W przypadku budynku typowego niskoenergetycznego nie wiadomo, gdzie zostanie on zbudowany i nie można uwzględnić wszystkich uwarunkowań lokalnych. Dlatego ważne jest, by w projekcie określić warunki, jakie dana lokalizacja musi spełnić, by osiągnąć projektowany profil energetyczny.

Dla typowych projektów niskoenergetycznych bardzo ważny jest zatem proces ich adaptacji – osoba adaptująca musi wziąć pod uwagę wszelkie wytyczne dotyczące precyzyjnego orientowania takiego obiektu, a w razie odstępstw przeprowadzić ponownie wszelkie analizy energetyczne i wprowadzić zmiany pozwalająca na utrzymanie zaprojektowanego profilu energetycznego. 

Budynki niskoenergetyczne mają możliwie zwartą i prostą formę. Do jej weryfikacji można zastosować współczynnik kształtu A/V, gdzie A to suma pól powierzchni wszystkich przegród budynku oddzielających część ogrzewaną od powietrza zewnętrznego, a V jest kubaturą ogrzewanej części budynku. Im wynik niższy, tym teoretycznie budynek ma mniejsze zapotrzebowanie na energię użytkową – nie może być on jednak jedynym wyznacznikiem tego, czy dana bryła jest energooszczędna. Budynek o tych samych proporcjach, ale większych gabarytach będzie mieć współczynnik kształtu niższy za sprawą większego przyrostu kubatury niż pól powierzchni przegród zewnętrznych. 

W kwestii skomplikowanych brył zalecany jest umiar. Z jednej strony urozmaicona rzeźba budynku daje znacznie większe powierzchnie, przez które może przenikać ciepło, a z drugiej są to dodatkowe newralgiczne miejsca, w których łatwo o niezapewnienie odpowiedniej szczelności. Jedną z dobrych praktyk projektowych jest podzielenie domu jednorodzinnego na dwie lub więcej brył. 

Pierwsza, zasadnicza, to część mieszkalna, w której znajdują się pomieszczenia ogrzewane. Kolejnymi mogą być pomieszczenia nieogrzewane, takie jak wiatrołapy, garaże, warsztaty. Przykładem takiego rozwiązania projektowego jest dom „Frontowy” (arch. Dorota Palmączyńska, rys. 6). Na załączonej ilustracji zaznaczono kolorem pomarańczowym część ogrzewaną budynku, a kolorem zielonym nieogrzewaną. 

Rozbicie funkcjonalne daje możliwość uzyskania bryły, która wizualnie jest skomplikowana, atrakcyjna dla potencjalnego inwestora, a jednak z energetycznego punktu widzenia prosta, o niskim współczynniku kształtu. Dodatkowo rozbicie budynku na odrębne, odizolowane od siebie części pozwala uzyskać mniejszą kubaturę wentylowaną, co bezpośrednio przekłada się na niższe zapotrzebowanie na energię użytkową, gdyż pomieszczenia nieogrzewane znajdują się poza ogrzewaną bryłą budynku. 

Kolejnym zagadnieniem dotyczącym formy projektów typowych są odbicia lustrzane. Jest to praktyka szeroko stosowana w projektach konwencjonalnych, jednak w przypadku budynków niskoenergetycznych nie jest zalecana. Należy pamiętać, że odpowiednia orientacja ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia współczynnika zapotrzebowania na energię użytkową i jej zmiana, również poprzez odbicie lustrzane budynku, może ten współczynnik drastycznie zmienić.

O ile odbicie lustrzane wzdłuż osi wschód–zachód jest absolutnie niedopuszczalne, w niektórych przypadkach akceptowane mogę być odbicia północ–południe. Ze względu na zyski solarne kluczowe dla budynku niskoenergetycznego są elewacje północna i południowa, a wschodnia i zachodnia to elewacje pośrednie – występują na nich co prawda zyski słoneczne, jednak zależą one w dużym stopniu od lokalizacji projektu. 

W niektórych przypadkach lepsze nasłonecznienie występuje od strony wschodniej, w innych od zachodniej. W takiej sytuacji warto rozważyć odbicie lustrzane względem osi północ–południe, zwracając przy tym uwagę na wnętrze projektowanego domu, by zachować odpowiedni rozkład funkcji, m.in. w kuchni.

Przy projektowaniu budynku niskoenergetycznego należy uwzględnić szereg czynników wpływających na jego parametry, takich jak: położenie geograficzne, orientacja, średnie nasłonecznienie, spadki terenu, zacienianie. Dodatkowo musi on współgrać z otoczeniem i odpowiadać miejscowym planom zagospodarowania przestrzennego czy warunkom zabudowy. 

Projekt typowy musi zatem zawierać dokładne wyznaczniki, które należy spełnić, by osiągnąć dany profil energetyczny – jest to m.in. położenie geograficzne, orientacja względem północy czy zacienianie budynku przez otoczenie.

Do przeprowadzenia analiz i obliczeń energetycznych należy dysponować informacjami o realnej lokalizacji budynku, żeby obliczyć choćby współczynniki przenikania ciepła przez przegrody czy zyski solarne. W wypadku projektów typowych niezbędne jest zatem określenie jednej wspólnej i uniwersalnej dla wszystkich projektów lokalizacji.

Ważne jest uświadomienie inwestorowi, że obliczenia zostały wykonane dla ściśle określonego obszaru i umiejscowienie projektu w innej części kraju może znacząco wpłynąć na osiągane współczynniki zapotrzebowania na energię użytkową.

Według obliczeń [9] wykonanych przy tworzeniu projektu Domy Czystej Energii przykładowy dom zlokalizowany w Legnicy ma zapotrzebowanie na energię użytkową na poziomie 33,6 kWh/(m² · rok), a budynek wybudowany w tej samej technologii i zorientowany względem północy w ten sam sposób, jednak stojący na działce w Suwałkach, ma zapotrzebowanie na energię użytkową na poziomie 50,9 kWh/(m² · rok), czyli o 55,5% więcej. Z kolei wybudowanie go w Świnoujściu skutkuje zapotrzebowaniem niższym o 14,6%, czyli 28,7 kWh/(m² · rok). 

Równie ważna co lokalizacja jest orientacja obiektów względem północy. Projektowane budynki mają ściśle określone wielkości przeszkleń na poszczególnych elewacjach. Są one dobierane dokładnie, by bilans strat ciepła do zysków solarnych był możliwie jak najlepszy – przeważnie duże są przeszklenia na elewacji południowej, a jak najmniejsze na północnej.

Dodatkowo budynki niskoenergetyczne często są projektowane tak, by uzyskać jak największe powierzchnie połaci dachowych zorientowane na południe, daje to możliwość najefektywniejszego wykorzystania systemów kolektorów słonecznych i/lub paneli fotowoltaicznych.

Według analiz [9] przeprowadzonych na potrzeby projektu Domy Czystej Energii dla przykładowego projektu o zapotrzebowaniu na energię użytkową w wysokości 33,6 kWh/(m² · rok) odchylenie jego orientacji do 30° na wschód bądź do 20° na zachód powoduje wzrost tego zapotrzebowania o 10,4%. Dlatego tak ważne jest wyraźne zaznaczenie w projekcie orientacji budynku, dla której zostały wykonane obliczenia energetyczne. 

Podsumowanie

Tworzenie katalogu składającego się z wielu projektów typowych wymaga pewnej standaryzacji. Jeżeli jest to katalog domów niskoenergetycznych, tym bardziej wymaga on szczegółowego przemyślenia procesu projektowego. Warto przeanalizować m.in. wybór systemu, w którym będą wznoszone budynki, tak by był on jednocześnie uniwersalny i spełniał dość rygorystyczne wymagania, dzięki czemu będzie go można zastosować w większości projektów. 

Ponieważ w w przypadku budynków niskoenergetycznych newralgiczna jest ich szczelność oraz izolacyjność, obowiązkowe wydaje się opracowanie uniwersalnych detali, które najczęściej pojawiają się w projektach. Dzięki temu inwestor może otrzymać gotowy przewodnik, jak należy wznosić budynek, który może znacząco ograniczyć liczbę potencjalnych błędów na budowie. 

Podjęcie próby stworzenia budynków niskoenergetycznych w wersji powtarzalnej wymaga określenia jednej lokalizacji, dla której przeprowadzane są analizy energetyczne. Należy zatem stworzyć projekt wraz z zestawem wytycznych dotyczących m.in. lokalizacji budynku, by osiągnąć planowany profil energetyczny. Wymaga to uwzględnienia wielu czynników, które mają wpływ na kształt ostatecznego projektu. 

W tym celu niezbędny jest zintegrowany proces projektowy, ponieważ liczba analiz podstawowych i ewentualnych wariantów projektu jest znaczna, a potencjalne niedające się przewidzieć zmiany mogą w bardzo negatywny sposób wpłynąć na energooszczędność budynku. 

Ponieważ projekty muszą być jak najbardziej uniwersalne, by sprostać zarówno wymaganiom inwestorów, jak i lokalizacji działki oraz ewentualnie standardom programu dofinansowań NFOŚiGW, proces projektowy wymaga nieustannego kontaktu pomiędzy projektantami – zarówno architektury, jak i konstrukcji oraz instalacji sanitarnych – a także z osobami odpowiedzialnymi za optymalizację energetyczną, by osiągnąć zakładaną niskoenergetyczność. 

Bardzo znaczącą funkcję mają tu osoby adaptujące projekt do konkretnej lokalizacji. W przypadku konwencjonalnych projektów typowych projektant adaptujący musi zadbać jedynie o poprawne umiejscowienie budynku na działce i zapewnienie przyłączy mediów. Natomiast w przypadku typowych projektów budynków niskoenergetycznych ich ulokowanie na działce i względem północy jest dużo ważniejsze, w dodatku należy przeanalizować m.in. zacienianie, by nie pogorszyć warunków działania ewentualnego systemów słonecznych.

Takie projekty wymagają znacznie większej liczby bardzo dokładnych wytycznych dla projektanta adaptującego, które określą dopuszczalne odchylenia od projektowanej orientacji czy wytyczne dotyczące zagospodarowania terenu, tak by otoczenie pomagało, a nie przeszkadzało w funkcjonowaniu budynku.

Literatura

1. Bać A., Podstawy projektowania zrównoważonego, w: „Habitaty – zrównoważony rozwój środowiska mieszkaniowego”, Bać Z. red., Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2011.
2. Domy Czystej Energii, opracowanie Centrum Technologii Energetycznych, Świdnica 2013.
3. Millward Brown SMG/KRC, Co Polacy wiedzą o energooszczędności, http://effectivepr.pl/a/1501/Co_Polacy_wiedza_o_energooszczednosci.html.
4. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Dopłaty do kredytów na domy energooszczędne – informacje o programie, http://www.nfosigw.gov.pl/srodki-krajowe/doplaty-do-kredytow/doplaty-do--kredytow-na-domy-energooszczedne/informacje-o-programie/.
5. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Program Priorytetowy, http://www.nfosigw.gov.pl/download/gfx/nfosigw/pl/nfoopisy/791/1/21/program_priorytetowy-domy.pdf.
6. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Załącznik nr 3 do Programu Priorytetowego, http://www.nfosigw.gov.pl/download/gfx/nfosigw/pl/nfoopisy/803/1/8/wytyczne_do_pp.pdf.
7. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (DzU UE z dnia 18 czerwca 2010 r.).
8. Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki oraz ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
9. Rybiański M., Domy, które oszczędzają i zarabiają – ekonomika energooszczędnych domów, wykład z 11.06.2013, Politechnika Wrocławska, Wydział Architektury i Urbanistyki.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!