Ekologia w stylu high-tech

Współczesne domy ekologiczne nie przypominają już chat krytych słomą. W tej dziedzinie częściej mamy do czynienia z zaawansowaną technologią niż prostym powrotem do natury. Teraz króluje tak zwany zrównoważony rozwój. Co to jest?

Zobacz galerię 7 zdjęć

Autor: Jim Tetro, US DEPARTMENT OF ENERGY SOLAR DECATHLON

Dom podążajacy za słońcem. Hiszpański pomysł na dom, którego dach zabudowany ogniwami fotoelektrycznymi i panelami słonecznymi jest ruchomy i obraca się za przemieszczającym się poniebie słońcem

Zasady zrównoważonego rozwoju urosły do rangi podstawowych wytycznych współczesnej architektury – uważa Susan Draeger, niemiecka architekt, i zgadza się z nią coraz więcej architektów zainteresowanych budownictwem ekologicznym. Do niedawna określenie “dom ekologiczny ” kojarzyło się wyłączniez domami budowanymi z materiałów naturalnych. Budynki takie mają ściany gliniane lub drewniane, dach kryty strzechą lub gontami, naturalne materiały wykończeniowe wewnątrz, są ogrzewane piecem lub kominkiem i… mają ograniczony komfort sanitarny związany z koniecznością oszczędnego gospodarowania zasobami wody i energii. Ten typ budownictwa związany z powrotem do natury i rzemieślniczymi metodami budowania – siłą rzeczy – wciąż pozostaje niszowy. We współczesne potrzeby lepiej wpisuje się stosunkowo nowy nurt, który od pewnego czasu rozwija się w Europie, Stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Budynki wznoszone są zgodnie z zasadami wypracowanymi przez naukowców i ekspertów budownictwa zrównoważonego (sustainable building), potocznie nazywanego zielonym lub ekologicznym, i muszą uwzględniać trzy podstawowe wymagania:

• oszczędzać energię;
• chronić środowisko naturalne;
• stwarzać zdrowe warunki dla jego użytkowników.

Chociaż zasady te brzmią prosto, ich spełnienie będące pogodzeniem sprzecznych wymagań wcale proste nie jest. Projektowanie tego typu obiektów wymaga sporego doświadczenia i wiedzy inżynierskiej, a same budynki są często bardzo zaawansowane technicznie.

 Nie ma niestety jednej definicji domu ekologicznego, natomiast na świecie funkcjonują różne systemy oceny zgodności z zasadami zrównoważonego rozwoju pozwalające całościowo oceniać budynki pod kątem ich wpływu na środowisko. Systemy uwzględniają bardzo wiele różnych kryteriów. Jedne na pierwszym miejscu stawiają efektywność energetyczną lub wykorzystanie materiałów z odzysku, inne jakość środowiska wewnętrznego i miejsce lokalizacji budynku. Do tego mogą dochodzić bardzo szczegółowe kryteria ekonomiczne i społeczne (na przykład koszty użytkowania budynku, dostępność bez barier czy komfort akustyczny). Przyjrzyjmy się podstawowym rozwiązaniom stosowanym w nowoczesnych domach ekologicznych.

Energooszczędność

Jest ona jedną z najważniejszych cech domów ekologicznych. Tak ważną, że czasem zapomina sięo innych kryteriach i domy energooszczędne nazywa się ekologicznymi. Dzieje się tak z dwóch powodów. Pierwszy z nich to znaczący wpływ na środowisko. Już samo wyprodukowanie materiałów budowlanych jest bardzo energochłonne.Budownictwo zużywa 40% całej energii wykorzystywanej przez ludzi.

 To, ile energii zużywamy, mieszkając w już wybudowanym domu (chodzi zarówno o energię cieplną potrzebną do ogrzewania, jak i energię elektryczną do oświetlenia i zasilania urządzeń), także w najwyższym stopniu wpływa na atmosferę i zasoby naturalne. Wiąże się bowiem z wydobyciem i zużywaniem paliw, a podczas ich spalania powstają zanieczyszczające powietrze substancje i dwutlenek węgla, który ma istotnyych. wpływ na niekorzystne zmiany klimatyczne. Jeśli przełożymy to na kilkadziesiąt lat “życia” budynku, okazuje się, jak wiele można zyskać, budując roztropnie, czyli z myślą o przyszłości. Dlatego we wszystkich systemach ocen pod kątem ekologii energooszczędność jest jedną z najważniejszych cech.

Drugi powód to opłacalność. Ze względu na rosnące ceny nośników energii pieniądze zainwestowane w lepsze ocieplenie i instalacje zwracają się w sensownym okresie 10-15 lat. Z tego powodu dążenie do energooszczędności jest jak najbardziej racjonalne i uzasadnione ekonomicznie.

Energooszczędność może mieć różne stopnie zaawansowania. Jej poziom określa się, podając liczbę kilowatogodzin niezbędnych do ogrzania 1 m2 w ciągu roku. Zgodnie z zasadami przyjętymi do sporządzania świadectw energetycznych w Polsce przyjmuje się, że standardowy dom nie powinien zużywać do celów grzewczych więcej niż 100-148 kWh/(m2.rok) w zależności od kształtu domu – im jest bardziej rozczłonkowany, tym przepisy pozwalają na większą rozrzutność, zakładając, że trudniej spełnić, te wymagania. Za dom energooszczędny uznaje się budynek, który potrzebuje przynajmniej o 1/3 mniej energii niż standardowy. Spełnienie tylko podstawowych wymagań budownictwa energooszczędnego pozwala zmniejszyć zapotrzebowanie na energię do celów grzewczych (a także emisję C02) o 30-50% w stosunku do domu standardowego spełniającego przepisy. W praktyce oznacza to zupełnie niezły wynik 50-70 kWh/m2 rocznie. Co ciekawe, poziom ten może uzyskać każdy nowo budowany dom, nawet o tradycyjnej architekturze i w miarę zwartej bryle. Warto podkreślić, że warunkiem niezbędnym i koniecznym jest odzyskiwanie ciepła z powietrza wentylacyjnego, czyli stosowanie wentylacji wymuszonej (mechanicznej). Straty ciepła przez pogrubianie izolacji można zmniejszać tylko do pewnego poziomu, a ilość ciepła potrzebnego do ogrzewania świeżego powietrza jest zbyt duża, żeby można ją było zignorować. Energooszczędność w wersji podstawowej jest już dostępna technicznie i finansowo (szacuje się, że w wypadku domu o powierzchni 150 m2 koszt budowy zwiększa się zaledwie o około 30 tys. zł). Jeśli jednak dom ma być bardziej energooszczędny, jego projektowanie staje się trudniejsze i wymaga specjalnego podejścia. Uzyskanie zapotrzebowania na poziomie 15 kWh lub niższego wiąże się z umiejętnym wykorzystaniem energii odnawialnej, głównie słonecznej. W domach zeroenergetycznych dom musi nawet produkować energię, żeby uzyskać zerowy lub dodatni bilans. Zaostrzają się też wszystkie parametry techniczne: sprawność odzysku ciepła, szczelność budynku, izolacyjność ścian, dachów, podłóg i okien. Tendencje w projektowaniu tego typu domów są różne – w niektórych dąży się przede wszystkim do ograniczenia strat i zachowania szczelności budynku (tak zwane domy pasywne), inne skupiają się bardziej na pozyskiwaniu i produkcji energii (domy solarne).

Wykorzystanie energii słonecznej

Dążenie do znacznego zmniejszenia zużycia ciepła sprawia, że architektura domu zostaje podporządkowana celom energetycznym. Istotne jest uzyskaniekorzystnego stosunku powierzchni przegród zewnętrznych do kubatury. Żeby ograniczyć utratę ciepła, zmniejsza się powierzchnie od strony północnej i osłania specjalnie zaprojektowaną roślinnością lub obsypuje się je ziemią. Rozbudowuje się natomiast elewacjępołudniową. Pojawiają się tam duże przeszklenia, przez które pozyskiwanajest energia słoneczna. Temu samemu celowi służą przeszklone werandy, które pełnią funkcje łapaczy ciepła zimą i w okresach przejściowych. Jednocześnie wraz z pozyskiwaniem ciepła pojawiają się rozwiązania służące jego akumulacji – masywne ściany i podłogi, które pochłaniają energię w dzień i oddają ją nocą. Niezbędne wówczas stają się osłony przeciwsłoneczne, bo chociaż pozyskiwanie energii słonecznej jest opłacalne, to duże przeszklenia mogą pogarszać komfort cieplny – latem prowadzić do przegrzewania, a zimą do wychłodzenia.

Stosowanie energochłonnej klimatyzacji (warto wiedzieć, że na schłodzenie budynku potrzeba więcej energii niż na jego ogrzanie), gdy oszczędza się każdy kilowat energii, nie jest dobrym pomysłem. Dlatego trzeba wprowadzać inne rozwiązania, najlepiej proste i tanie. Mogą to być odpowiednio zaprojektowane okapy, które chronią przed nadmiernym nasłonecznieniem latem, a zimą, gdy słońce jest nisko, wpuszczają promienie do wnętrza. Stosuje się też różnego rodzaju żaluzje, okiennice, markizy, często sterowane automatycznie. Rolety chronią nie tylko przed przegrzaniem, lecz także przed utratą ciepła zimą (pod warunkiem że ich montaż nie spowoduje powstania mostków cieplnych). Ważny jest sam dobór oszklenia – okna powinny izolować termicznie i jednocześnie zapewniać penetrację promieni słonecznych.

Otwarta przestrzeń, brak ścian działowych ułatwiają przepływ ciepła, sprzyjają oszczędności energii i zmniejszają ryzyko przegrzewania. Pomieszczenia rozmieszcza się zgodnie z wymogami temperaturowymi: od południa pokoje wymagające najlepszego nasłonecznienia, łazienki (wymagają najwyższej temperatury) sytuuje się w środku domu. Pomieszczenia niewymagające ogrzewania(garaż, schowki, pomieszczenia używane okresowo) od północy; tworzą one strefę buforową o niższej temperaturze. Trzeba pamiętać, że ich ściany graniczące z ogrzewaną częścią domu także powinny być izolowane.

Instalacje

Obiegowe opinie klasyfikują dom jako ekologiczny, jeśli ma kolektor słoneczny lub pompę ciepła. Jest to stwierdzenie jednocześnie słuszne i niepoprawne. Słuszne, ponieważ wykorzystanie energii odnawialnej jest ważną cechą domów ekologicznych. Niepoprawne w sytuacji, gdy dom, który jest pożeraczem energii, zaczniemy ogrzewać pompą ciepła, bo tak jest najtaniej. Samo wykorzystanie bezpłatnej energii odnawialnej nie czyni domu oszczędnym i ekologicznym. Zresztą okazuje się, że nie jest ona wcale taka tania, bo urządzenia o dużej mocy są drogie, a ich produkcja też nie jest obojętna dla środowiska.

Szczególnie ważny jest dobór urządzeń i systemów o wysokiej sprawności, które pozwolą “wycisnąć” z paliwa jak najwięcej energii. Dobrze pomyślana automatyka pozwoli uniknąć niepotrzebnych strat. Przez nieekonomicznie zaprojektowaną instalację można stracić wszystkie zyski uzyskane na etapie architektoniczno- budowlanym. Na przykład ostateczna sprawność pompy ciepła w największym stopniu zależy od tego, jak zostanie zaprojektowana cała instalacja, a zwłaszcza kolektor gruntowy. Warto pamiętać, że do paliw odnawialnych zalicza się drewno w każdej postaci, także palety i biomasę. Urządzenia grzewcze wykorzystujące te paliwa osiągają coraz większą sprawność.

Powietrze i światło

W idei domu ekologicznego dużą wagę przywiązuje się do wykorzystania światła naturalnego i jakości powietrza w pomieszczeniach, uznając je za ważny składnik komfortu mieszkania. Gdyby kierować się tylko energooszczędnością, okna powinny być jak najmniejsze, a wentylacja oszczędna, tak żeby nie tracić niepotrzebnie ciepła na ciągłe wymienianie zużytego i podgrzewanie świeżego powietrza. Zapewnienie komfortu wewnątrz domu kosztuje i generalnie jest sprzeczne z dążeniem do ograniczenia zużycia energii. Trzeba zatem znaleźć złoty środek między potrzebami użytkowników, kosztami i przyjaznością dla środowiska naturalnego.

 Ciągła wymiana powietrza zapewnia nie tylko dopływ tlenu, usuwanie dwutlenku węgla i wilgoci, ale także chemicznych substancji emitowanych przez materiały, meble, sprzęt elektroniczny. Wentylacja naturalna jest zbyt energochłonna, dlatego z reguły w domach energooszczędnych wykorzystuje się wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. We Francji stosuje się wentylację higrosterowalną (uruchamia się w razie potrzeby, a wskaźnikiem jest wilgotność). Wentylacja powinna być zaprojektowana tak, żeby zapewniała naprawdę świeże powietrze o odpowiedniej temperaturze i wilgotności.Oszczędne projektowanie (minimalne wydajności) jest tańsze, ale kończy się złym samopoczuciem, o czym mogązaświadczyć użytkownicy biurowców. W domu, który pozyskuje energię słoneczną, trzeba przewidzieć możliwość przewietrzania i ruchu powietrza na przykład przez naturalny ciąg kominowy z parteru przez okna dachowe. Oświetlenie światłem dziennym poza tym, że jest istotnym elementem komfortu w pomieszczeniach zamkniętych, ma też wymierną rolę – ogranicza zużycie energii elektrycznej. Dlatego należy dążyć do zapewnienia odpowiedniego światła dziennego we wszystkich pomieszczeniach, także z powodów czysto ekonomicznych.

Materiały

Podstawowe materiały naturalne, odnawialne i niskoenergetyczne to: drewno, kamień, glina. Ale to przecież nie wystarczy, żeby zbudować współczesny dom. W krajach, których budownictwo ekologiczne jest rozwinięte, istnieją bazy produktów zalecane do stosowania. W Polsce nie bada się powszechnie materiałów pod kątem wpływu na środowisko w całym cyklu ich życia (od produkcji po utylizację), dlatego weryfikacja, które materiały są bardziej przyjazne dla środowiska, a które mniej, jest niezwykle trudna. Ogólnie można powiedzieć, że powinno się stosować materiały:

• naturalne, mało przetworzone, ławo poddające się przeróbce;
• rozbiórkowe, z recyklingu, zawierające surowce wtórne (ciekawe, że producenciw Polsce raczej się tym nie chwalą, uważając zapewne, że obniża to wartość produktu);
• wytwarzane lokalnie, w najbliższej okolicy (chodzi o ograniczanie emisji CO2 podczas transportu);
• o niskiej emisyjności związków chemicznych. Najlepiej w tej dziedzinie zbadane są materiały wykończeniowe,istnieje wiele znaków, certyfikatów potwierdzających ich nieszkodliwość.

Ważnym elementem idei projektowania domu ekologicznego jest stosowanie prefabrykacji, która zapewnia mniej odpadów w podczas budowy i efektywne wykorzystanie surowców. Liczy się też dokładne i oszczędne projektowanie oraz szczegółowe wykazy materiałów umożliwiające precyzyjne zakupy i unikanie strat. Odpady z budowy należy sortować i jak największą ilość poddać recyklingowi.

Woda

Jej oszczędzanie jest stosunkowo proste. Bez zmiany jakości życia możliwe jest ograniczenie dobowego zużycia wody z 200 l na osobę do 100-140 l. Wiele urządzeń i rozwiązań sprzyjających mniejszemu zużyciu wody stosuje się już standardowo. Dobre efekty można też osiągnąć bez żadnych nakładów, pielęgnując jedynie dobre nawyki. Wybierając na przykład krótki prysznic zamiast półgodzinnego stania pod deszczownicą. Racjonalnemu zużywaniu wody służą:

• baterie oszczędzające wodę;
• spłuczki dwudzielne do WC;
• stosowanie cyrkulacji ciepłej wody i sterowanie jej podgrzewaniem;
• ograniczenie podlewania ogrodu.

Istotnym zagadnieniem jest zatrzymywanie wody deszczowej w gruncie zamiast usuwania jej wprost z utwardzonych nawierzchni siecią kanalizacyjną do rzek. Ma to głęboki ekologiczny sens, ponieważ zapobiega zjawisku pustynnienia i wyjałowieniu gleby, a także ogranicza konieczność podlewania. Zamiast szczelnych nawierzchni stosuje się przepuszczalne, na stropach ostatniej kondygnacji buduje się zielone dachy, a wodę deszczową zaleca się wykorzystywać do podlewania i w gospodarstwie domowym (głównie WC) przede wszystkim po to, by ograniczyć zużycie wody pitnej. Z ograniczeniem zużycia wody idzie w parze ograniczenie ilości ścieków. Efekt taki daje też wykorzystanie tak zwanej szarej wody (z mycia, prania, zmywania). Wiąże się to jednak z koniecznością budowy osobnej instalacji kanalizacyjnej i zbiornika.

Niestety instalacje do ponownego wykorzystania wody wymagają nakładów, a często woda jest zbyt tania, by dało się to uzasadnić ekonomicznie.

Otoczenie

Zagospodarowanie działki i przydomowy ogród to elementy, do których przywiązuje się coraz większą wagę. Często właściciele chcą zrealizować swoje marzenia o idealnym pałacowym ogrodzie i angielskim trawniku wbrew naturalnym warunkom. Zaczyna się wymiana ziemi, potem zakłada się automatyczne podlewanie (najwyższej jakości wodą – do picia), instaluje się oświetlenie zewnętrzne. To wszystko jednak trzeba robić z umiarem, dostosowując się do warunków otoczenia.

Polecanym sposobem jest odtwarzanie naturalnych krajobrazów i wykorzystanie lokalnych roślin. One zniosą suszę i miejscowy klimat. Zapewne uda się też ograniczyć stosowanie chemicznych środków ochrony roślin i nawozów sztucznych. Ze szczególnym wyczuciem trzeba podejść do oświetlenia zewnętrznego. Intensywne oświetlenie nocą jest przyczyną tak zwanego zanieczyszczenia światłem. Każde sztuczne źródło światła umieszczone poza zamkniętym budynkiem jest zanieczyszczeniem świetlnym. Nadmierne oświetlenie nocne ma negatywny wpływ na rośliny i zwierzęta naturalnie przystosowane do życia nocnego. Ważny jest dobór opraw tak, żeby nie emitowały światła we wszystkich kierunkach, zwłaszcza w górę.

Rośliny mogą też chronić dom i nawierzchnie przed przegrzewaniem, zwłaszcza liściaste – latem zapewniają cień, a zimą nie zatrzymują promieni słonecznych.

Na zakończenie

Nowoczesne budownictwo ekologiczneprzebija się dopiero do świadomości polskich inwestorów. Najpierw musi przełamać krzywdzące stereotypy związane z samą ekologią jako zajęciem dla dziwaków i oszołomów (o nie zawsze czystych intencjach), dla których zwierzęta są ważniejsze niż ludzie. Musi też udowodnić, że nie jest marketingowym chwytem, których pełno na każdym kroku.Następnie przekonać, że idea zrównoważonego rozwoju to wiedza, która może dobrze służyć ludziom i środowisku. Potrzebni będą dobrze wykształceni inżynierowie, gdyż projektowanie wymaga umiejętności i współpracy specjalistów różnych branż. Niezbędna wydaje się też determinacja i wsparcie (a może przymus? W końcu gdy wprowadzono obowiązkowe katalizatory w samochodach, nikt nie pytał użytkowników o zgodę) ze strony władz, bo jak na razie takie budownictwo, przynajmniej w polskich warunkach, jest droższe od standardowego. W Polsce nie ma systemów certyfikacji budynków pod kątem ich wpływu na środowisko ani obowiązku spełnienia minimalnych standardów w tym zakresie. To wszystko trzeba będzie nadrobić. Przykład zmian w Wielkiej Brytanii opisany w “Muratorze” 12/2010 pokazuje, że jest to możliwe. Jednak dla rozwoju tego typu budownictwa najważniejszy wydaje się świadomy inwestor. Gdy patrzę na pokolenie dzisiejszych nastolatków, widzę, że traktuje ekologię o wiele poważniej niż pokolenie ich rodziców. To dobry znak i zachęta na przyszłość.

Zobacz galerię 6 zdjęć

Autor: Jim Tetro, US DEPARTMENT OF ENERGY SOLAR DECATHLON

Dom solarny z południa USA nie tylko wykorzystuje energię słoneczną, ale także jest odporny na częste w tym regionie huragany