Poniżej tłumaczenie artykułu Dr. Wolfganga Feist'a, założyciela Instytutu Domu Pasywnego w Darmstadt.

Standardowym systemem ogrzewania w środkowej europie jest centralne ogrzewanie wodne z radiatorami, instalacjami, centralnymi piecami olejowymi, gazowymi, lub węglowymi. Zwykle, istniejące budynki mają zapotrzebowanie na ciepło kształtujące się w granicach 100W/m2 (tzn. 10kw na każde 100 m2-mieszkania). Główne założenia Domów Pasywnych są bardzo jasne: straty ciepła są tak zredukowane, że oddzielny system grzewczy nie jest potrzebny! Zapotrzebowanie na ciepło jest zaspokojone przez wstępne podgrzanie powietrza jakim wentylowany jest dom. Kiedy potrzeba na ten cel 10W/m2 mieszkania rocznie, DOM MOŻEMY NAZWAĆ PASYWNYM - ponieważ nie potrzebuje on żadnego dodatkowego aktywnego systemu grzewczego i wykorzystuje on PASYWNIE energię cieplną zawartą w powietrzu, ziemi,energii słonecznej i użytkownikach mieszkania. Dowód znajdziecie Państwo w dalszej części.

Rys.1 Odpowiedni komfort cieplny bez oddzielnego systemu grzewczego, zapewniony przez nowoczesną wentylację

CZYM JEST DOM PASYWNY?

Dom Pasywny jest budynkiem, którego minimalne zapotrzebowanie na ciepło zaspokajane jest przez podgrzewanie powietrza wentylującego dom, przez zyski ciepła z urządzeń i mieszkańców domu. Ciepło nie jest doprowadzane oddzielnym, specjalnym systemem.

ZAŁOŻENIA OBSŁUGI DOMU PASYWNEGO

Z powodów higienicznych i energetycznych jest wymagana kontrolowana wentylacja mieszkania.
wymagania higieniczne wentylacji: 30m3/(h i osobę)

Kontrolowana wentylacja mieszkania jest niezbędna do utrzymania dobrych warunków komfortu przestrzeni. Wyciąg mechaniczny nie jest jednak zalecany. Napływ świeżego powietrza może być jednak wykorzystany do dostarczenia ciepła (zimna w lecie). Wg DIN 1946 potrzeba 30m3/h i osobę, maksymalna temperatura powietrza przy urządzeniu grzejnym nie powinna jednak przekraczać 50℃, aby ograniczyć powstawanie kurzu. (Staubverschwelung).

Domy z lat 80 potrzebowały około 220 kWh/m2 a energii do ogrzania domu, po 95 roku zgodnie z nowymi regulacjami dotyczącymi ochrony cieplnej wartość ta została obniżona o połowę. Obecnie wystarcza około 28kwh/m2 do przygotowania ciepłej wody i 32kwh/m2 na potrzeby elektrycznych urządzeń domowych (wyłączając energię potrzebną do ogrzewania). W budynkach nisko-energetyczbych które w Niemczech powstają od lat 80, spada zapotrzebowanie na energię ogrzewania o 25-30%; do wartości 30-70 kWh/(m2a). W DOMU PASYWNYM roczne zapotrzebowanie na ogrzanie przestrzeni użytkowej jest mniejsze od 15kWh/(m2a) co stanowi mniej niż 7% energii pobieranej przez budynki tradycyjne! Zapotrzebowanie na energię do wszystkich potrzeb mieszkania (urządzenia AGD, ciepła woda) jest mniejsze o około 75% w stosunku do budownictwa tradycyjnego!

PRYNCYPIA DOMU PASYWNEGO: NAJWYŻSZA EFEKTYWNOŚĆ SKORUPY BUDYNKU.

Rys.2 Przekrój przez Dom Pasywny: Szczelna izolacja termiczna, super-okna, wymiennik ciepła.

10W/m2 jest nadzwyczajnym, maksymalnie małym zapotrzebowaniem na ciepło; jak spełnić ten wymóg w klimacie środkowej europy gdzie temperatury zewnętrzne często osiągają -15℃. Przekrój przez pierwszy, prototypowy DOM PASYWNY w Darmstadt pokazuje najważniejsze możliwości. (?)

- Domy Pasywne są Super-izolowane; współczynnik przewodzenia ciepła dla wszystkich przegród zewnętrznych (ściany, dach, podłoga na gruncie, piwnica) nie przekracza 0,15W/m2 K. Oznacza to zastosowanie izolacji o grubości od 25 do 40cm. oraz zastosowanie konstrukcji bez mostków termicznych!
- Potrójne szyby, z dwoma komorami izolacyjnymi i specjalnymi ramami dostarczają zyski z energii słonecznej, które w miesiącach zimowych przekraczają straty spowodowane przenikaniem ciepła przez okna (U=0,7 W/(m2 K; g ~ 50-60%)
- Kontrolowana wentylacja, przy wysokiej szczelności przegród zewnętrznych, dostarcza odpowiednie ilości świeżego powietrza jednocześnie pozwalając na odzyskanie ciepła z zużytego powietrza.

Zaskakujące może być to, że spełnienie tych trzech warunków pozwala osiągnąć standard domu pasywnego w nowo powstającej budowli, podczas gdy wszystkie trzy technologie są znane z domów nisko-energetycznych i były już używane osobno, jako nie zintegrowane! Tylko ich konsekwentne i równoczesne zastosowanie pozwala na osiągnięcie nowoczesnych standardów.

W ostatnich 5 latach powstał rząd produktów przeznaczonych na ściany zewnętrzne domów pasywnych. Rys. 3.

DOMY PASYWNE muszą być bardzo szczelne, wręcz hermetyczne, wszystkie połączenia pomiędzy częściami budowli (okno/ ściana; ściana/strop itd.) powinny być bardzo dobrze uszczelnione. Co z kolei wymaga zaprojektowania świetnie działającego systemu wentylacji nawiewno- wywiewnej.

Rys 4. Konstrukcja bez mostków termicznych.

Interesującym wynikiem naszych badań jest, że super-izolowane konstrukcje mogą być całkowicie pozbawione mostków termicznych. Konstrukcja jest wolna od mostków termicznych wtedy gdy straty ciepła przez powierzchnie zewnętrzne (ściany, dach, piwnica; bez okien drzwi itd.) nie przerastają pozostałych strat ciepła. W pierwszym demonstracyjnym dla tych technologii budynku połączenia elementów budowlanych zostały zoptymalizowane według termicznych obliczeń dwuwymiarowych przekrojów, udało się osiągnąć standard budowli pozbawiony mostków termicznych; jednocześnie został certyfikowany, jako przeznaczony dla Domów Pasywnych, system budowlany "isorast".

Rys.5 Rozwój techniki przeszkleń: Cicha rewolucja wydajności.

W ostatnich 30 latach dokonano znaczących odkryć w technice przeszkleń.

- Do lat 80 w znacznej części europy środkowej używano tylko pojedynczego przeszklenia. Często skutkowało to wykwitami lodowych kwiatów zimą na szybach.

- Od 1984 do 1995 pojawiły się ogólnie dostępne podwójne przeszklenia z U= 3W/(m2 K), obniżyło to straty ciepła przez przeszklenia o blisko połowę, wciąż jednak występowało zjawisko roszenia na wewnętrznych powierzchniach.

- Od 1990 obserwuje się rosnący rynek na przeszklenia izolacyjne (2-szybowe, z wewnętrznym wypełnieniem Argonem) z U=1,5W/(m2 K). Te przeszklenia są jednak wciąż niewystarczające dla standardów DOMÓW PASYWNYCH: temperatura wewnętrznych powierzchni może spaść poniżej 14,5℃.

- przeszklenia w domach pasywnych są potrójne z podwójnym wypełnieniem gazem szlachetnym, osiągają współczynniki przenikalności cieplnej na poziomie U=0,7 do 0,8 w/(m2 K), dzięki temu temperatura wewnętrznych powierzchni przeszkleń jest zbliżona do temperatury pokojowej. W europie środkowej zyski cieplne przez takie przeszklenia są większe do strat ciepła w okresach zimowych (dotyczy to okien skierowanych na południe i nie ocienionych).

Rys.6 Ramy okienne dedykowane dla domów pasywnych, wysoce efektywna technika budowlana

Niestety wszystkie zyski solarne mogą być utracone przez duże straty ciepła poprzez ramy okienne, czy też mostki termiczne wynikające ze złego posadowienia okna w ścianie. Współczesne ramy okienne mają współczynnik U pomiędzy 1,6 a 2,2 W/(m2 K), strata ciepła przez m2 ramy jest zatem prawie dwa razy większa niż przez super-przeszklenie. Znaczące mostki termiczne powodują profile zespalające na rantach szyby zespolonej, które zwykle wytłaczane są z aluminium. Dla domów pasywnych zostały wynalezione szczególnie dobrze izolujące termicznie ramy okienne, które "otulają" głębiej rant szyby. Rysunek 6. pokazuje przekroje przez konstrukcje trzech przykładowych systemów. (alu, pcv, drewno)

Rys 7.Wysoko wydajny rekuperator cieplny.

Już w pierwszym demonstracyjnym budynku w Darmstadt-Kranichstein został zamontowany powietrzny rekuperator cieplny, gdzie roczne zapotrzebowanie na prąd leży pomiędzy 200 i 300 KWh/mieszkanie. odzyskane powtórnie ciepło stanowi ok 3000- 4000 kWh/a (a-okres cieplny) na mieszkanie, znaczy to że wartość energetyczne, sprawność, tego urządzenia wynosi więcej niż 10! (odzyskane ciepło w stosunku do zapotrzebowania na prąd wentylatorów).

Budowa pierwszego budynku demonstracyjnego była wspierana przez heskie ministerstwo środowiska. (Architekci prof. Bott/Ridder/Westermeyer). Czterorodzinny dom powstał i został zamieszkany 1991. Koncept polegał na najwyższej izolacyjności cieplnej, optymalnym pasywnym pozyskaniu energii słonecznej i wykorzystaniu wysoko-efektywnego rekuperatora cieplnego.

W domach pasywnych pobór energii zależy znów od aktywności mieszkańców.

Domy Pasywne: perspektywa niskich kosztów użytkowania.

Rys 8. Pobór ciepła w domach w Darmstadt Kranichstein.

Każdy symbol na tablicy 8 "Pobór ciepła Darmstadt Kranichstein" reprezentuje średnią wartość dziennego zapotrzebowania na energię cieplną. W czasie od końca Października do końca lutego w tym domu nie palono: Zapotrzebowanie na ciepło skoncentrowało się na okresie od grudnia do stycznia. Zmierzone maksymalne obciążenie ciepłem było nie wyższe od 7 W/m2, co jest ekstremalnie niską wartością. Średnia wartość dla całego mieszkania wynosi 1,1 kW.
Rozpatrując jeden pokój o powierzchni 20 m2, można wykazać że maksymalne zapotrzebowanie wynosi 140 Watt. Taką ilość ciepła może dostarczyć jeden dorosły i jedno dziecko, ewentualnie praca dwóch typowych żarówek. W domu Pasywnym pozyskuje się wymaganą ilość energii znowu w naturalny sposób.

Rys.9 Skapitalizowane całościowe koszty jako funkcja rocznego zapotrzebowania na energię cieplną.

Skoro tylko "efektywność" budynku poprawia się przez grubą izolację, super-okna, rekuperator ciepła, spada jego roczne zapotrzebowanie na energię, jednocześnie rosną jednak jednorazowe koszty wybudowania. (niebieska krzywa na rys 10.) Na pierwszy rzut oka wydaje się niemożliwe aby przy rozsądnych kosztach obniżyć roczne zapotrzebowanie na energię cieplną do poziomu poniżej 30 kWh/(m2 a), ale okazuje się, że kiedy obniżymy zapotrzebowanie budynku na ciepło do 15 kWh/(m2 a) możemy zrezygnować z konwencjonalnego systemu ogrzewania! A zaoszczędzone w ten sposób środki przeznaczyć na nowoczesny system wentylacji, okna z super-przeszkleniami i dodatkową izolację. Sumując skapitalizowane koszty energii w cyklu życia budynku, dom pasywny może być wybudowany po kosztach domu konwencjonalnego. A można przypuszczać ze w następstwie większej dostępności na rynku elementów dedykowanych do Domów Pasywnych cena dobrze zaprojektowanego budynku w tej technologii jeszcze spadnie.

Wysoce efektywne wykorzystanie prądu (w urządzeniach domowych) prowadzi do niskich zysków ciepła nawet w miesiącach letnich, co ułatwia utrzymanie odpowiedniej temperatury. (powiodło się w domach w Darmstadt Kranichstein).

Średnio w niemieckich gospodarstwach zużywa się około 32 kWh/(m2 a) (nie wliczając wydatków energetycznych na ogrzewanie), W Domach Pasywnych w Darmstadt połowa tej wielkości zapewnia także utrzymanie wentylacji i ogrzewania.

Rys.10 Pomierzone zapotrzebowanie na ciepło w Domach Pasywnych.

Na Rys.10 zostały pokazane wyniki całościowego zapotrzebowania na energię dla czterech domów szeregowych w Darmstadt.

Ostateczne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania wnętrza leży średnio na wartości 10kWh/m2 a włączając straty ciepła systemu grzewczego,

1. •do tego przychodzi 7,3 kWh/m2 a energii z gazu zimnego na podgrzewanie wody we wspólnym układzie z kolektorem słonecznym,
   

2. •zapotrzebowanie trzonu gazowego (?) 2,7kW/(m2 a),
   

3. •prąd dla urządzeń AGD, wentylacji i wszystkich potrzeb włączając regulacje kolektorów słonecznych, pomp itd. stanowi około 14kWh/(m2 a)
   

4. •Do tego suma końcowego zapotrzebowania na energię wynosi dla wszystkich zastosowań w tym domu około 30-34 kWh/(m2 a); ta wartość jest stabilna dla wszystkich czterech mieszkań i utrzymuje się przez przeszło 6 lat! Porównując ją z typowym nowym budynkiem oszczędności energii sięgają 78%.
   

Rys.11 22 domy pasywne w nisko-kosztowych mieszkaniach w Wiesbaden.

Projekt budynku demonstracyjnego w Darmstadt był tak skuteczny dlatego, że w poprzedzających go latach powstała spora ilość projektów związanych z tą tematyką. Rys 12 pokazuje przykładowe osiedle z 22. domami pasywnymi, (proj. Rasch&Partner 1997) w Wiesebaden. Te domy zostały wykonane z standardzie budownictwa społecznego, z kosztami mniejszymi od 2100 DM/m2.

W roku 1998 powstał projekt CEPHEUS (Cost Efficient Passive Houses as European Standards) pod auspicjami "programu termicznego Unii Europejskiej". Założenia celów tego projektu są następujące:

1. •wybudowanie 258 mieszkań w nisko-kosztowych domach pasywnych w pięciu europejskich krajach, z pośród których kilka zostanie wybudowanych w Hannoverze, w bezpośredniej bliskość terenów wystawy EXPO 2000,
   

2. •specyficzne, roczne zapotrzebowanie na ciepło ogrzewania będzie w tych domach mniejsze niż 15kWh/(m2 a), tak aby konwencjonalny system ogrzewania nie był potrzebny. Pozostałe zapotrzebowanie może w zupełności być zapewnione przez podgrzewanie powietrza wentylującego mieszkanie,
   

3. •całkowite zapotrzebowanie na energię dla mieszkania powinno kształtować się poniżej 42kWh/(m2a) i być blisko 4 razy niższe od zapotrzebowania konwencjonalnych współczesnych domów. (Ogrzewanie przestrzeni -80%; przygotowanie ciepłej wody - 60%, prąd dla AGD -60% mniej),
   po szerokim wprowadzeniu na rynek domy pasywne powinny być także możliwe do przygotowania i opłacalne dla zakładów budowlanych, a koszty dodatkowych inwestycji w komponenty dla Domów Pasywnych nie powinny być wyższe od oszczędności uzyskanych z oszczędzania energii w cyklu życiowym domu,
   

4. •przy osiedlu w Hanowerze zapotrzebowanie na energię elektryczną powinno być pokryte przez elektrownie wiatrową,
   

5. •wszystkie projekty będą prezentowane na EXPO 2000. (oraz na stronie www.cepheus.com; przyp.TM)
   

Osiedle projektu CEPHEUS zostało w Hanowerze ukończone, powstały dwupiętrowe domy szeregowe w bezpośredniej bliskości centrum miasta. Ostatecznie powstanie 300 mieszkań, z których nie wszystkie osiągną standard Domów Pasywnych, ale wszystkie stworzą interesującą perspektywę.

W pobliżu osiedla jest miejsce dla trzech elektrowni wiatrowych, których zsumowana moc wynosi 1,8 Mio kWh/rok, co stanowi więcej niż zapotrzebowanie na energię pierwotną dla całego osiedla 300 domów pasywnych.

Przykład pokazuje, że możliwe jest zaopatrywanie Domów Pasywnych w energię w całości pozyskaną z odnawialnych źródeł.

Rys.13 Tanie Domy Pasywne w Hannowerze Kronsberg'u: Osiedle zero-energetyczne (Nullenergiesiedlung).

Cena zakupu domu szeregowego w tym regionie, bez ceny działki wynosiła 275 000 DM (za 117m2 mieszkanie). Te koszty zmienią się nieznacznie, kiedy weźmie się pod uwagę cenę zakupu domu nisko-energetycznego w tym rejonie. Bardzo interesujące jest, że cena zakupu Domu Pasywnego w tym samym miejscu nie jest wyższa (Rys.13).