Budynek o niemal zerowym zużyciu energii – czy warto go budować?

Jedną z propozycji wznoszenia budynków o niemal zerowym zużyciu energii jest alternatywny system niskonakładowego budownictwa pasywnego EKOBLOK z wykorzystaniem odpadów poprodukcyjnych  i wykonawczych z polistyrenu ekspandowanego (EPS), powstały we współpracy PPU Ekobud z Politechniką Bydgoską. Według założeń tego systemu w Maruszy koło Grudziądza powstaje 5 pierwszych zeroenergetycznych budynków jednorodzinnych. Są to budynki o powierzchni zabudowy 97,9 m² i kubaturze 572,9 m³. Powierzchnia użytkowa netto wynosi 156,4 m².

W technologii EKOBLOK zaprojektowano warstwowe elementy murowe z pionowymi złączami na pióro i wpust, wykonane z dwóch materiałów:

• płyty o grubości 50 mm ze styrobetonu o klasie gęstości 900 z 30-procentowym dodatkiem wypełniacza organicznego w formie regranulatu EPS, powstałego z przekruszenia odpadów,
• płyty o grubości 50 i 200 mm ze styropianu grafitowego EPS 70-031.

Poszczególne warstwy sklejone są jednoskładnikowym klejem poliuretanowym i dodatkowo skręcone wpuszczanymi, stalowymi ściągami o średnicy 6 mm, wyposażonymi w kołnierze z poliamidu. Ściągi zapewniają właściwy docisk w trakcie wiązania kleju oraz stanowią uchwyty montażowe i dodatkowe wzmocnienie elementu w fazie murowania. Po wmurowaniu elementu wystająca część trzpienia jest odcinana i montowana jest zatyczka styropianowa.

W skład systemu wchodzą: podstawowe elementy murowe o wymiarach 105 x 50 x 50 cm, uzupełniające elementy połówkowe (podłużne 105 x 25 x 50 cm  i poprzeczne 55 x 50 x 50 cm) oraz elementy ćwiartkowe. W elementach został zachowany tradycyjny podział funkcji:

• warstwa konstrukcyjna o grubości 25 cm,
• warstwa izolacji termicznej o grubości 20 cm,
• okładzina ze styrobetonu o grubości 5 cm stanowiąca stabilne podłoże pod tynk cienkowarstwowy, zbrojony siatką.

Współczynnik przenikania ciepła elementu murowego wynosi U=0,102 W/(m²·K). Wydzielenie w elemencie warstwy konstrukcyjnej zapewnia ciągłość izolacji termicznej w większości węzłów ścian. System jest przygotowany do stosowania modułowych szerokości otworów: 90 cm, 120 cm, 220 cm i 270 cm. Montaż elementów murowych EKOBLOK wykonuje się za pomocą żurawika. Codziennie brygada 3-osobowa montuje jedną warstwę EKOBLOKÓW, co w ciągu 5 dni daje całą kondygnację (0,30 r-g/m², 26,5 m²/zmianę).

Posadowienie budynku stanowi płyta fundamentowa żelbetowa z betonu C20/25 W8 ułożona na izolacji termicznej ze styropianu EPS 036 GEOFUNDAMENT UNIWERSALNY o grubości 20 cm. Zarówno pod styropianem jak i na styropianie ułożona jest w sposób szczelny folia hydroizolacyjna. Pod płytą fundamentową rozprowadzone zostały wszystkie niezbędne instalacje.

Bezpośrednio na płycie fundamentowej wylano z pianobetonu o gęstości 1 400 kg/m³ podłoże pod posadzki grubości 5 cm. Jest to warstwa akumulacyjna, która decyduje o wykorzystaniu wewnętrznych i solarnych zysków ciepła. Pojemność cieplna tej warstwy wynosi 8 650 kJ/K, natomiast współczynnik przenikania ciepła układu materiałowego podłogi na gruncie wynosi 0,17 W/m²*K.

W budynkach zastosowano strop gęstożebrowy na belkach strunobetonowych z wypełnieniem blokami styropianowymi, zgodnie z PN-EN 15037-4+A1:2013-10 (rys. 1). Ten wariant stropów jest lżejszy o 90 kg/m² i umożliwia montaż stropu o rozpiętości do 8,40 m. Ze względu na zastosowane bloki styropianowe zmniejsza się czas wykonania stropu o 50% w stosunku do stropu z pustakami tradycyjnymi. Strop zapewnia niezbędną izolację akustyczną między kondygnacjami, a w przypadku jego wykonania w wersji termicznej (ocieplenie żeber) również izolację termiczną nad kondygnacją nieogrzewaną.

Rys. 1. Gęstożebrowy strop międzykondygnacyjny z wypełnieniem blokami styropianowymi

Konstrukcja dachu jest drewniana, z krokwiami o przekroju 8 x 18 cm, z dociepleniem prefabrykowaną płytą dachową o specjalnej konstrukcji (płyta styropianowa EPS 036 grubości 18 cm klejona do płyty MFP o grubości 12 mm). Docieplenie międzykrokwiowe o grubości 18 cm wykonano z wełny mineralnej. Dach od spodu zamknięty jest płytą gipsowo-kartonową i szczelną izolacją z folii paroizolacyjnej, a od zewnątrz gontem bitumicznym na papie izolacyjnej do montażu mechanicznego. Całkowita grubość dachu wynosi 55 cm, a jego współczynnik przenikania ciepła U = 0,15 W/m²*K. Stan surowy budynku z widoczną konstrukcją przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2. Budynek wykonany z wielkowymiarowych elementów murowych EKOBLOK

Stolarka okienna i drzwiowa została zamontowana wg zasad ciepłego montażu, zapewniając szczelność na przenikanie powietrza. Współczynnik przenikania ciepła dla zaprojektowanej stolarki nie przekracza 0,80 W/m²*K.

Zgodnie z wytycznymi nZEB w budynku zaprojektowano instalacje:

1. Fotowoltaiczną – wyposażoną w 24 panele o mocy 375 We, co daje P_MAX= 9 000 We. Panele skierowane są na południowy- zachód pod kątem 35^◦, co pozwala na roczną produkcję energii elektrycznej w wysokości 7 290 kWh.
2. Wentylacji mechanicznej z rekuperacją. Duża sprawność rekuperacji powoduje, że roczne straty ciepła na wentylacji wynoszą 2 735 kWh/rok, co w przeliczeniu na m² p.u. wynosi 17,5 kWh/m²*rok.
3. Ogrzewania. Do ogrzewania domu zastosowano promiennikowe folie montowane w sufitach pomieszczeń. Promieniowanie podczerwone daje wysokie odczucie ciepła, ponieważ nagrzewa ludzi i wyposażenie, a w znacznie niższym stopniu powietrze, a więc temperatura 19^◦C jest odczuwalna jako 21^◦C. Folie o całkowitej mocy 2 066,25 W zapewniają ciepło dla całego budynku. Jedynie łazienki wyposażono w dodatkowe grzejniki do suszenia ręczników.
4. Ciepłej wody użytkowej. Instalacja została została zaprojektowana z pojemnościowego podgrzewacza elektrycznego o V=200 dm³. Instalacja ciepłej wody jest w izolacji termicznej o grubości 4 cm i ƛ= 0,036 W/m*K, a instalacja wody zimnej w izolacji grubości 2 cm. Ze względu na bardzo krótkie odcinki instalacji c.w.u. od podgrzewacza do odbiornika nie zastosowano recyrkulacji.

Uzyskane podstawowe parametry budynku nZEB:

• produkcja energii elektrycznej to 7 290 kWh/rok,
• zapotrzebowanie na energię użytkową to 14,70 kWh/m²*rok,
• w tym na ogrzewanie i wentylację – 9,48 kWh/m²*rok,
• na ciepłą wodę użytkową 5,21 kWh/m^2*rok,
• zapotrzebowanie na energię końcową to 25,70 kWh/m²*rok.

Średni koszt realizacji budynku jednorodzinnego wykonanego zgodnie z WT 2021 w stanie deweloperskim (EP ≤ 70,00 kWh/m²rok i EU ≤ 40,00 kWh/m²rok) na podstawie portalu otodom.pl wynosi 3 510 zł/m², natomiast średni koszt realizacji w technologii EKOBUD i standardzie domu nZEB wynosi 3 850 zł/m². Reasumując koszt wybudowania nZEB w porównaniu do domu referencyjnego jest wyższy o 340 zł/m², tj. prawie o 10%.

Zużycie roczne energii w domu zrealizowanym według powyższej technologii:

• oświetlenie i cele socjalne – 3 720 kWh/rok,
• ogrzewanie, wentylacja + c.w.u. – 1 500 kWh/rok,
• ładowanie samochodu dla 12 000 km przebiegu – 1 800 kWh/rok.

Łącznie: 7 020 kWh/rok.

Oszczędności eksploatacyjne w stosunku do budynku referencyjnego (WT 2021) w okresie jednego roku zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Oszczędności eksploatacyjne zaprojektowanego budynku nZEB

*ceny jednostkowe nośników energetycznych przyjęto na podstawie informacji publicznej na koniec 2021 r.

Razem oszczędności wynoszą 13 296,38 zł/rok. Przy założeniu 3-procentowego wzrostu cen i lokowaniu oszczędności na 3% w stosunku rocznym po 25 latach otrzymuje się kwotę 676 000 zł, a po 4 latach otrzymuje się kwotę 58 100 zł, czyli po 4 latach zwraca się różnica w cenie realizacji budynku WT 2021, a zeroenergetycznego, natomiast w ciągu 25 lat całkowity koszt realizacji budynku nZEB, który wynosi 602 294 zł.

Podsumowanie

W celu oceny kosztów budynku należy uwzględnić jego koszty budowy oraz koszty utrzymania i użytkowania w cyklu życia budynku w 30-letnim okresie jego życia (Rozporządzenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 11 lipca 2018r. w sprawie metod kalkulacji kosztów cyklu życia budynków oraz sposobu przedstawiania informacji o tych kosztach – Dz. U. z 2018r. poz. 1 357).

O ile koszty utrzymania budynków są do siebie bardzo zbliżone, niezależnie od technologii ich wykonania, to koszty użytkowania mogą się znacznie różnić.

W budynku zeroenergetycznym warto zwrócić uwagę na jego zdolność akumulacji ciepła oraz szczelność powietrzną. Prezentowane budynki posiadają wysoką pojemność cieplną o wartości 40 200 kJ/K (257kJ/m²K). Pozwala to znacznie skrócić okres grzewczy budynku. Szczelność powietrzna budynku przy różnicy ciśnień 50 Pa wynosi n₅₀≤ 0,5 1/h.

Ważnym argumentem za budową budynków nZEB jest zerowa emisja CO₂, co ma niebagatelny wpływ na środowisko. Na każdej działce, na której zlokalizowano tego typu budynki, są dwa drzewa OXYTREE, które redukują rocznie 111 kg CO_2. Taką ilość dwutlenku węgla redukuje ok. 20 drzew rodzimych.

dr hab. inż. Maria Wesołowska, prof. PBŚ, Politechnika Bydgoska im. J. J. Śniadeckich

mgr inż. Ewelina Karpińska, mgr inż. Jerzy Janicki, PPU Ekobud sp. z o.o.

Zobacz też:

Standard nZEB w polskich realiach

Termomodernizacja po polsku. Raport o niskoemisyjnych inwestycjach w sektorze budynków

Systemy techniczne a efektywność energetyczna budynków