Standardy energetyczne budynków - co to takiego?

Poziom efektywności energetycznej budynków jest zazwyczaj opisywany przez ich standard energetyczny, który z kolei określa maksymalną dopuszczalną wielkość zużycia przez budynek energii pierwotnej, końcowej albo użytkowej, wyrażoną najczęściej w kWh/(m2·rok).

Standard energetyczny może być narzucony przez przepisy prawne (np. Rozporządzenie Ministra właściwego ds. budownictwa w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i usytuowanie) lub zdefiniowany przez twórców danej technologii (np. standard budynku pasywnego).

Zbliża się nieuchronnie termin (1 stycznia 2021 r.) kolejnego zaostrzenia prawnych wymogów standardów energetycznych budynków - WT 2021 r.

Standard WT 2021

Można przyjąć, że domy wybudowane już obecnie według przepisów obowiązujących od 2021 r. będą na pewno domami energooszczędnymi. Jakie więc wymagania zawiera standard energetyczny WT 2021?

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra właściwego do spraw budownictwa w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, standard WT 2021 został określony przez wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej przegród budowlanych oraz przez wymagania dotyczące maksymalnego wskaźnika zużycia energii pierwotnej (EP) przez budynki na m2 powierzchni użytkowej. Odnośnie domów jednorodzinnych, współczynnik EP może wynosić maksymalnie 70 kWh/(m2·rok), licząc zużycie na ogrzewanie, podgrzewanie powierza wentylacyjnego i przygotowywanie ciepłej wody użytkowej.

Natomiast współczynniki przenikania ciepła przegród nie mogą być wyższe niż:

• 0,2 W/(m2·K) - ściany zewnętrzne;
• 0,15 - dachy lub stropodachy;
• 0,3 - podłogi na gruncie;
• 0,9 - okna pionowe.

Zanim dowiemy się , jak zbudować dom według standardu WT 2021, przyjrzyjmy się jeszcze innym standardom budynków energooszczędnych.

Domy w Polsce, także te energooszczędne, najczęściej mają murowane ściany dwuwarstwowe.

Czy budować dom pasywny?

Dom pasywny może być tylko niewiele droższy od domu energooszczędnego. Budować pod warunkiem dokładnego wyliczenia kosztów i realizacji budowy w najwyższych standardach.

Standardy domów energooszczędnych

• Dom pasywny

Dom pasywny to taki budynek, w którym zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania wynosi do 15 kWh/m2 rocznie. Budynek pasywny jest obiektem bardzo dobrze izolowanym (U < 0,15 W/(m²·K) odnośnie wszystkich nieprzezroczystych przegród zewnętrznych oraz U < 0,80 okien i drzwi), szczelnym i z wentylacją z odzyskiem ciepła. Poza tym wolnym od mostków termicznych i w którym maksymalnie wykorzystuje się zyski słoneczne oraz ciepło powstające przy okazji działania oświetlenia, gotowania, pracy urządzeń elektrycznych i wydzielane przez mieszkańców (tzw. ciepło bytowe).

W domu wybudowanym w technologii pasywnej można praktycznie całkowicie zrezygnować z systemu centralnego ogrzewania. Grzejniki mogą pojawić się jedynie w pomieszczeniach, w których wymagana jest wyższa o kilka stopni temperatura, czyli np. w łazienkach. W pozostałych wnętrzach wystarczy dogrzewanie powietrza wentylacyjnego.

Z uwagi na wymóg, że w budynkach pasywnych wskaźnik zapotrzebowania na energię pierwotną na wszystkie potrzeby nie powinien przekraczać 120 kWh/m2 rocznie zaleca się stosowanie w tych obiektach efektywnego energetycznie oświetlenia oraz sprzętu AGD, RTV, IT najlepszych klas energetycznych (A+++).

Dom pasywny w praktyce

Trzy lata temu zamieszkali w domu pasywnym, który z wielką starannością zbudowali. Pytamy, jak się mieszka w takim domu?

• Dom zeroenergetyczny

Dom zeroenergetyczny to budynek samowystarczalny pod względem energetycznym, dzięki doskonałej izolacyjności przegród zewnętrznych, odzyskowi ciepła z wentylacji i maksymalnemu wykorzystaniu zysków ciepła. Nie wymaga on dostarczania energii ze źródeł konwencjonalnych - ani do ogrzewania, ani do oświetlenia, ani do zasilania sprzętu AGD.

W przypadku takiego obiektu, całkowicie rezygnuje się z zewnętrznych źródeł energii, takich jak energia elektryczna z sieci, urządzenia opalane gazem lub olejem opałowym. Zastosowane rozwiązania techniczne umożliwiają znaczne ograniczenie zużycia energii w porównaniu z budynkiem typowym, zaś zintegrowane z jego konstrukcją odnawialne źródła energii (moduły fotowoltaiczne, kolektory słoneczne, gruntowa pompa ciepła) są w stanie pokryć niemal całkowicie zapotrzebowanie budynku na energię na cele grzewcze i bytowe.

Taki dom teoretycznie nie wymaga dostarczenia energii elektrycznej ze źródeł konwencjonalnych. Ciągłość zaopatrzenia w energię powinny zapewnić systemy magazynujące ciepło lub energię elektryczną, produkowaną z energii promieniowania słonecznego lub energii wiatru.

• Dom netto zeroenergetyczny (nZEB)

Dom netto zeroenergetyczny (nZEB) - to budynek, w którym zużycie energii pierwotnej budynku wynosi 0 kWh/(m2·rok). Koncepcja ta polega na tym, że projektujemy budynek o ekstremalnie niskim zapotrzebowaniu na energię użytkową, które to przez większość roku pokrywamy z OZE, a nadwyżki energii (szczególnie elektrycznej) w pewnych okresach oddajemy do sieci dystrybucyjnej. Wtedy, gdy produkcja własna energii jest niewystarczająca na zaspokojenie potrzeb energetycznych domu (w sezonie zimowym albo godzinach nocnych), deficyt pokrywany jest z sieci dystrybucyjnej.

Jeżeli w danym okresie rozliczeniowym (6 miesięcy lub rok), sprzedaż energii do sieci dystrybucyjnej pokrywa się z jej zakupem, to mówimy, że budynek jest zeroenergetyczny netto, jeśli w okresie bilansowym budynek generuje więcej energii niż zużywa, to mówimy o domu plusenergetycznym.

Obecnie możliwa jest budowa nie tylko energooszczędnego, ale nawet samowystarczalnego energetycznie domu. Jednak koszty inwestycyjne zniechęcają do takiego rozwiązania. (fot. Immergas)

Na jaki dom się zdecydować?

Dom energooszczędny to dziś standard. Pod jakim warunkiem możesz zdecydować się na budowę droższego domu pasywnego? Pod warunkiem, że poznasz dokładną kwotę kosztów ogrzewania domu pasywnego.

Ściany zewnętrzne a standardy energetyczne

Ściany, ze względu na sporą powierzchnię w stosunku do innych przegród zewnętrznych, mają istotne znaczenie przy uzyskaniu określonego standardu energetycznego. Aby spełnić wymagania stawiane w standardzie WT 2021, współczynnik przenikania ciepła U nie może przekraczać 0,20. Grubość izolacji, jaką musimy zastosować, żeby to osiągnąć, zależy od jej rodzaju. Przewodność cieplną każdego materiału budowlanego można opisać podając jego współczynnik przewodzenia ciepła λ (lambda). Jest to co innego, niż współczynnik przenikania ciepła U i nie należy ich mylić.

Wartość współczynnika przewodności cieplnej λ jest charakterystyczna dla danego materiału, niemal niezależnie od jego grubości. Podawana jest w W/(m·K). Im mniejsza jest wartość λ, tym materiał słabiej przewodzi ciepło, zatem użyty na przegrodę w budynku lepiej zapobiega jego stratom. I tak np. współczynnik przewodzenia ciepła drewna sosnowego wynosi 0,16, a wełny mineralnej poniżej 0,04 W/(m·K).

Współczynnik przenikania ciepła U podaje izolacyjność termiczną przegrody o określonej budowie i grubości (d) - ściany, dachu, podłogi i posadzki. Jego jednostką jest W/(m2·K). W odniesieniu do przegrody jednorodnej zależność między U i λ to w przybliżeniu:

U= λ/d

Podsumowując, współczynnik λ informuje nas, jaką ochronę cieplną zapewnia dany materiał, a współczynnik U charakteryzuje izolacyjność całej przegrody. Dwie ściany wykonane z tego samego materiału, o identycznym współczynniku λ, będą miały inny współczynnik U, jeśli będą różnej grubości. Im niższe wartości obu współczynników, tym łatwiej możemy uzyskać komfort cieplny, zaoszczędzić energię i pieniądze.

Niestety, rzeczywisty efekt zależeć będzie od jakości robót budowlanych, wilgotności materiałów wchodzących w skład przegrody i projektu architektonicznego minimalizującego zagrożenie pojawienia się mostków termicznych (czyli miejsc w przegrodzie, w których występują znacznie większe straty ciepła, niż na pozostałej jej powierzchni). Należy zadbać o staranne zaprojektowanie i wykonanie ściany, aby nie dopuścić do powstania mostków termicznych.

Tabelka: Zmiany wymagań współczynnika U

Analizując wprost zależność między współczynnikami λ i U, można wysnuć wniosek, że im warstwa materiału izolacyjnego jest grubsza, tym lepiej. Ale w przypadku każdej inwestycji powinno się dokładnie przeanalizować jej opłacalność i czas zwrotu poniesionych nakładów. Wprawdzie koszt klasycznego materiału izolacyjnego wynosi około 20% kosztów całkowitych ocieplenia ściany i zwiększanie jego grubości tylko nieznacznie podniesie wydatki na inwestycje, lecz przy dużej grubości materiałów izolacyjnych (ponad 20 cm), pojawią się problemy technologiczne.

W przypadku metody lekkiej mokrej - oznacza to możliwość występowania pęknięć tynku, natomiast w wypadku metody lekkiej suchej - komplikacji związanych z zamocowaniem rusztu konstrukcyjnego. Aby wypełnić wymagania WT 2021, grubość standardowego materiału izolacyjnego do ocieplenia ścian zewnętrznych będzie oscylować wokół 18 cm. W domach pasywnych potrzebna będzie izolacja o grubości ponad 20 cm. Oczywiście, grubość izolacji można znacząco zmniejszyć, stosując specjalne materiały, ale są one bardzo drogie.

Biorąc to pod uwagę trwałość materiałów izolacyjnych (około 25 lat), można przyjąć, że optymalnym rozwiązaniem będzie zwrot kosztu inwestycji związanej z dociepleniem domu po około 10 latach.

Dachy i stropodachy a standardy energetyczne

W zależności od stosunku powierzchni dachu lub stropodachu do łącznej powierzchni przegród zewnętrznych, straty przez te przegrody mogą stanowić od 15 do 30% ogólnych strat ciepła.

W przypadku dachów skośnych o konstrukcji drewnianej, do wyboru są trzy sposoby ocieplania. Materiał izolacyjny można układać na krokwiach, pod krokwiami albo wypełniać przestrzenie pomiędzy nimi. Żeby uniknąć mostków termicznych i zapewnić skuteczną izolację dachu, powinno się stosować ocieplenie na krokwiach lub pod oraz między nimi. Grubość izolacji termicznej zaś - dobrać do grubości elementów konstrukcyjnych dachu i wykonać ocieplenie w układzie dwuwarstwowym. Współczynnik przenikania ciepła U oblicza się, biorąc jako średnią ważoną poszczególnych elementów przegród, np. krokwi i izolacji między krokwiami.

Aby spełnić wymagania, które będą obowiązywały od 2021 r., za minimum należy uznać ocieplenie wełną mineralną (lub innym materiałem o λ = 0,039 W/(m·K)) o grubości 30 cm. Taka warstwa zapewnia uzyskanie współczynnika U ≤ 0,15 W/(m²·K). Podobną grubość izolacji powinno się wykonać w domach pasywnych i zeroenergetycznych. Natomiast zastępując materiał izolacyjny o λ = 0,039 takim o λ = 0,024 (izolacje piankowe), wystarczy 20-25 cm. W domach o wysokim standardzie ochrony cieplnej przegród trzeba zwrócić uwagę na potencjalne mostki termiczne.

Dwuwarstwowe ocieplenie dachu to już standard. Izolacja ułożona tylko pomiędzy krokwiami jest zbyt cienka i pozostawia duże mostki termiczne. (fot. Isover)

Podłoga na gruncie - wymagania dla domów energooszczędnych

Żeby osiągnąć wymagania warunków technicznych obowiązujących od 2021 roku dla podłogi na gruncie, należy zastosować ocieplenie o grubości około 12 cm materiału izolacyjnego o λ = 0,037 W/(m·K). Może to być np. twardy styropian typu dach/podłoga. Do zapewnienia ustalonej w przypadku domów pasywnych wartości współczynnika U ścian fundamentowych i podłogi na gruncie U = 0,15, wystarczą płyty z polistyrenu ekstrudowanego grubości 14 cm lub ze styropianu grubości 20 cm.

W przypadku podłogi, zmiana materiału izolacyjnego na cieńszy, ale za to droższy - bardzo często nie ma jednak sensu. Przestrzeń pod podłogą musimy przecież czymś wypełnić, żeby posadzka znalazła się na odpowiednio dużej wysokości ponad poziomem terenu.

Przygotowanie płyty zamiast tradycyjnego fundamentu pozwala zminimalizować ucieczkę ciepła do gruntu. Izolacja podłogi i ścian jest tu ciągła. Koszty wykonania są podobne, jak w przypadku ław i ścian fundamentowych.

Wentylacja - ważny element domów energooszczędnych

Trudno sobie wyobrazić uzyskanie wartości EP = 70 kWh/(m2·rok) na potrzeby wentylacji, ogrzewania i przygotowywania ciepłej wody użytkowej bez wentylacji z odzyskiem ciepła. A taka wartość EP będzie graniczną dla domów projektowanych od stycznia 2021 r.

Niestety, wokół wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacji) urosło szereg mitów i przekłamań. Po pierwsze, wielu producentów oraz firm montażowych podaje zawyżone dane odnośnie sprawności wentylacji z rekuperacją. Niekiedy dochodzące do 90-95%, w czasie gdy faktyczna średnioroczna sprawność instalacji wentylacyjnej z rekuperacją na poziomie 70% to duże osiągnięcie. Po drugie, większość właścicieli domów jednorodzinnych wyposażonych w rekuperatory liczy na duże oszczędności w kosztach ogrzewania budynku.

Tymczasem efekt ograniczenia kosztów zależy w praktyce od standardu energetycznego budynku, jego szczelności, zużycia energii elektrycznej przez wentylatory rekuperatora, ceny nośnika energii używanego do ogrzewania (najdroższe to prąd, gaz płynny i olej opałowy), a także sposobu eksploatacji domu. Na przykład u mnie korzyści płynące z zastosowania rekuperacji zakłóca pies, który nauczył się otwierania drzwi zewnętrznych i, oczywiście, nie potrafi ich zamknąć! Tak oto budynek w zimie się wychładza, a moja rodzina musi kontrolować zachowanie psa lub płacić więcej za ogrzewanie, bo efekt rekuperacji zostaje zniwelowany.

Jeżeli zatem zastosowanie rekuperacji w obliczeniach teoretycznych przyczyni się do osiągnięcia odpowiednich wymagań w określonych warunkach technicznych, to niekoniecznie musi się to przełożyć na duże oszczędności kosztów. Dlatego często wskazuje się inne aspekty zastosowania rekuperacji, takie jak:

• znacznie wyższy komfort wewnętrzny, świeże przefiltrowane powietrze, w efekcie lepsze samopoczucie mieszkańców;
• zapobieganie rozwojowi pleśni (grzybów) na ścianach, ze względu na obniżenie zawartości wilgoci w powietrzu wewnętrznym;
• brak przeciągów i i konieczności wietrzenia;
• możliwość ograniczenia rozmiarów grzejników i mocy systemu grzewczego (nawet o 45% mniejsze zapotrzebowanie budynku na ciepło);
• brak konieczności stawiania kominów wentylacyjnych i zakupu nawiewników okiennych;
• niższa emisja CO2 do atmosfery (ochrona środowiska);
• możliwość montażu gruntowego wymiennika ciepła (GWC), pozwalającego na efektywne chłodzenie domu latem i większą sprawność odzysku ciepła zimą;
• brak konieczności otwierania okien, co daje możliwość odcięcia się od hałasu panującego na zewnątrz budynku i podnosi jego bezpieczeństwo zarówno podczas obecności, jak i nieobecności mieszkańców.
• mniej kurzu w domu i brak owadów (takich jak muchy i komary), w wyniku zastosowania filtrów na systemie wentylacji i braku konieczności otwierania okien;
• ciągły dostęp do świeżego powietrza bez wychładzania lub przegrzewania domu oraz szybkie usuwanie zapachów, powstałych w czasie przygotowania posiłków.

Dobrze założona rekuperacja zapewni każdy z powyższych efektów. Warto więc wybrać firmę instalacyjną gwarantującą najwyższą jakość wykonawstwa.

Praktycznie wszystkie domy energooszczędne mają centrale wentylacyjne z rekuperatorem. Bez tego bardzo trudno spełnić nawet wymogi WT 2021. (fot. Pro-Vent)

Instalacje w domu energooszczędnym

Jeżeli już określimy optymalne grubości ocieplenia przegród zewnętrznych, spełniające wymagania danego standardu energetycznego okna i rodzaj wentylacji, możemy przystąpić do wyboru instalacji grzewczych i instalacji zaopatrzenia budynku w ciepłą wodę.

Wybór systemu grzewczego zdeterminowany jest przez kilka czynników. Po pierwsze, dostępność i koszt paliw. Najdroższa energia elektryczna jest dostępna praktycznie dla wszystkich. To samo dotyczy równie kosztownych paliw: oleju opałowego, gazu płynnego. Paliwa stałe, takie jak węgiel i biomasę, można kupić tanio na terenie całego kraju, ale ich spalanie w domowych instalacjach znacząco wpływa na zanieczyszczenie powietrza i zjawisko smogu, więc instalacje oparte o te paliwa będą sukcesywnie wycofywane z eksploatacji.

Drugi czynnik, mający wpływ na wybór systemu grzewczego, to standard budynku. W przypadku budynków o EU (energii użytkowej) mniejszym od 15 kWh/(m2·rok) i zapotrzebowaniu na moc cieplną równą 10 W/m2 (co odpowiada domom pasywnym), nie opłaca się zakładać klasycznej wodnej instalacji z grzejnikami i źródłem ciepła. Wystarczy dogrzewanie powietrza wentylacyjnego. Przyszłość niewątpliwie należy do instalacji grzewczych opartych o odnawialne źródła energii.

Można zastosować relatywnie tanią powietrzną pompę ciepła, która - oprócz ciepła do systemu grzewczego - będzie produkować ciepło na potrzeby przygotowywania ciepłej wody użytkowej i ewentualnie chłód w ciągu lata. Pompa ciepła może być zasilana energią elektryczną z instalacji fotowoltaicznej. Można również z instalacji fotowoltaicznej bezpośrednio zasilać grzałkę elektryczną ogrzewającą powietrze wentylacyjne, a ciepłą wodę użytkową przygotowywać w systemie kolektorów słonecznych lub kolektorów hybrydowych.

Kiedy się mieszka w energooszczędnym domu wyposażonym w odnawialne źródła energii, konieczna jest odpowiednia jego eksploatacja, aby osiągnąć zakładane oszczędności energii. Służą do tego systemy zarządzania energią, nierzadko rozbudowywane do poziomu tzw. instalacji inteligentnych, kontrolujących pracę wielu urządzeń i systemów. Koszt systemu zarządzania energią w domu jednorodzinnym waha się od kilku do kilkudziesięciu tysięcy złotych, ale pozwala zaoszczędzić nawet 30% energii końcowej.

Dom energooszczędny - analiza opłacalności: podsumowanie

Zadając sobie pytanie, ile kosztuje w praktyce i czy warto budować dom energooszczędny, nie możemy ograniczać się do standardowych kosztów inwestycyjnych. Należy przeanalizować również koszty eksploatacyjne i trwałość urządzeń technicznych w takim domu. Wydanie niewielkich kwot na zwiększenie grubości izolacji termicznej może przynieść znaczne obniżenie kosztów eksploatacyjnych. Stawianie domu energooszczędnego niesie za sobą konieczność zapewnienia dobrej jakości materiałów budowlanych i większej izolacyjności termicznej.

Domy energooszczędne powstają z rozmaitych materiałów o różnych cenach w poszczególnych częściach kraju. Rozbieżności w kosztach robocizny zależnie od regionu Polski sięgają nawet 50%. Jeśli inwestor zdecyduje się wykorzystać odnawialne źródła energii, to koszty realizacji jeszcze wzrosną. Wszystko to wpływa na końcowe koszty budowy domu. Czasami korzystnie jest wziąć większy kredyt w banku, a podwyższone raty kredytu pokryć z oszczędności kosztów zakupu energii.

Energooszczędne rozwiązania, choć nadal nie są tanie, warto zastosować z wielu powodów. Po pierwsze, cena tradycyjnych paliw (węgiel, gaz, ropa naftowa) będzie rosła, z uwagi na ich systematycznie wyczerpywanie. Natomiast będą spadać ceny urządzeń energetyki odnawialnej. Po drugie, wprowadza się na wielu obszarach zakaz używania kotłów na paliwa stałe, ze względu na zanieczyszczenie powietrza. Po trzecie, obowiązujące od 2021 r. wymagania prawne odnośnie standardów energetycznych nowych budynków są już bliskie pasywnym.

Jeszcze do niedawna koszty wykonania domów pasywnych były szacowane w Polsce na poziomie około 25% wyższym niż standardowego, wzniesionego według wówczas obowiązujących przepisów. Po wprowadzeniu od stycznia 2017 r. standardu WT 2017, różnice te znacznie się zmniejszyły i sięgają kilku procent. Można już spotkać kalkulacje i nawet oferty na domy energooszczędne (na przykład prefabrykowany pasywny dom szkieletowy) w cenie standardowych murowanych.

Standard WT 2021 można osiągnąć na dwa sposoby. Wznieść budynek o przegrodach spełniających minimalne wymagania, a pożądaną wartość EP uzyskać, stosując kocioł na biomasę lub zrealizować dom o jak najlepszych, uzasadnionych technologicznie i ekonomicznie przegrodach i ogrzewać go przy pomocy pompy ciepła, zasilanej energią elektryczną z instalacji fotowoltaicznej, przy okazji produkującej ciepłą wodę użytkową i chłód w ciągu lata.

Budynek nieco gorszy od opisanych wyżej standardów i tak będzie zdecydowanie lepszy od znakomitej większości istniejących w naszym kraju.

dr Arkadiusz Węglarz
fot. otwierająca: Rockwool