Dom na miarę – tematyka badań pracy doktorskiej

Inspiracją do stworzenia 'domu na miarę’ stał się mój doktorat, w którym skupiam się na analizie wpływu etapowania budowy na komfort, koszty oraz zużycie energii w cyklu życia obiektu mieszkalnego (LCC)

Czym się zajmuję w mojej pracy naukowej?

Choć z wykształcenia jestem konstruktorem, to moją uwagę jeszcze w trakcie trwania studiów przykuło budownictwo zrównoważone. Dzięki przychylności uczelni udało mi się wyjechać na uniwersytet w Lulea w Szwecji gdzie pogłębiłem tę tematykę.

Czym jest budownictwo zrównoważone?

W skrócie można by powiedzieć, iż jest to znalezienie zdrowej równowagi między trzema aspektami CZŁOWIEK – EKONOMIA – ŚRODOWISKO. Każdy z trzech czynników jest tak samo ważny. Budownictwo zrównoważone nie jest równoznaczne ani z budynkiem ekologicznym ani budynkiem pasywnym ani też z budynkiem tanim lub też drogim. Nie polega również na stawianiu na piedestale żadnego z aspektów. Dom zrównoważony to taki, w którym człowiek czuje się dobrze, nie myśli tylko o spłacie ciążącego na nim przez dekady kredytu, a także dom, który korzysta z potencjału środowiska i nie marnuje niepotrzebnie energii. Brzmi to dość bajkowo i rzeczywiście jest to aspekt wielowątkowy analizowany przez szerokie grono naukowców do którego i ja przed kilku laty dołączyłem.

Idea zrównoważonego rozwoju

Branża budowlana, analiza cyklu życia obiektu?

Branża budowlana jest odpowiedzialna w Polsce i Europie za około 40% konsumpcji energii, to duże obciążenie zarówno finansowe jak i środowiskowe. Każdy produkt, w tym także budynki, przechodzi przez kilka faz w ciągu cyklu swojego życia, mianowicie: projekt, konstrukcja (produkcja), eksploatacja i likwidacja. Analiza tych faz nosi nazwę analizy cyklu życia LCA (Life Cycle Analysis) i posiada w sobie wiele mniejszych analiz np. kosztów cyklu życia (LCC Life Cycle Analysis). Udział kosztów w przypadku domów jednorodzinnych można przedstawić za pomocą wykresu:

Podział kosztów w cyklu życia obiektu
Schade J., Life CycleCostcalculationmodels for buildings, inpro-project.eu ,LTU Luleå, Sweden

Powyższy wykres wskazuje, iż największe koszty skumulowane w fazie eksploatacji i związane są głównie z ogrzewaniem budynku oraz zapewnieniem ciepłej wody użytkowej. Dlatego należy dołożyć wszelkich starań aby koszty te zostały zmniejszone. Należy jednak pamiętać, iż wiąże się to ze zwiększonymi kosztami początkowymi. Znalezienie balansu wymaga indywidualnej analizy przypadku. Na podstawie wiedzy i badań proponuje się rozwiązania pozwalające na oszczędność energii na etapie eksploatacji, dla których czas zwrotu jest relatywnie krótki a więc taki aby korzyści finansowe były odczuwalne dla użytkownika jak najszybciej. Innymi słowy nie jest sztuką zbudować dom tani w budowie i drogi w eksploatacji ale też na tyle drogi w budowie, że nigdy zainwestowane pieniądze nie zwrócą się. Istnieje jednak szereg rozwiązań pozwalających na oszczędność na etapie użytkowania, przy rozsądnych nakładach początkowych. O tym w kolejnym punkcie.

Jakie rozwiązania są efektywne ekonomicznie i energetycznie – czyli takie które pozwalają oszczędzić?

Po wstępnym zapoznaniu się z rozkładem kosztów w cyklu życia obiektu należałoby przedstawić fundamentalne zasady, którymi należy się kierować budując optymalny dom. Do głównych czynników zużycia energii należy zaliczyć:

• usytuowanie domu
• powierzchnię domu
• kształt budynku
• izolacyjność przegród zewnętrznych
• mostki cieplne
• system wentylacji
• systemy ogrzewania i wspomagania ogrzewania

Postaram się choć pokrótce objaśnić każdy wymienionych punków. Więcej szczegółów mogę objaśnić zainteresowanym na spotkaniu osobistym.

Usytuowanie domu

Czynnik ten odgrywa olbrzymią rolę i jest doceniany w krajach zachodnich gdzie ok. 95% domów projektowanych jest indywidualnie, w Polsce ok. 5% (sic!). Na etapie sytuowania budynku chodzi głównie o uwzględnienie warunków naturalnych takich jak wiatr czy słońce. Podstawową zasadą jest osłonięcie domu od strony północnej, przed zimnymi wiatrami wychładzającymi dom, najczęściej za pomocą drzew iglastych lub też budynków gospodarczych, oraz zapewnieniem jak największych zysków ciepła ze słońca przez lokalizowanie szkleń na elewacjach południowo – zachodnich oraz ich redukcji ze strony północnej. Należy też chronić dom przed nadmiernym przegrzewaniem przez okna w okresie letnim wykorzystując zmienną w ciągu roku wysokość słońca na widnokręgu.

Powierzchnia domu

W tym przypadku sprawa jest oczywista im większy dom o tych samych parametrach, tym więcej zużyje energii. Charakterystyczną cechą dla Polskich rodzin jest budowanie domów dużych „na zapas”. Wg danych GUS najczęściej budowane domy mają powierzchnię między 120 a 140m2. Jak wynika z rozmów z właścicielami jest to często powierzchnia zbyt duża. Duży dom to duże koszty budowy oraz utrzymania. Często w celu redukcji kosztów oszczędza się na materiale lub też wykonawstwie co jest pozorną oszczędnością. Dlatego też zająłem się analizą domów o małej powierzchni użytkowej pozwalającej na ewentualną rozbudowę w przyszłości. W tak zaprojektowanym domu mamy do czynienia z mniejszą przypadkowością przestrzeni. Dom wybudowany w ten sposób wprawdzie nie imponuje rozmiarami lecz doceniany jest za jakość oraz rozwiązania w nim zastosowane.

Kształt budynku

Im większy stosunek objętości budynku do powierzchni ścian zewnętrznych tym budynek jest mniej narażony na straty ciepła. Zasada ta polega głównie na upraszczaniu bryły budynku przez redukowanie elementów „wystających” z głównej bryły obiektu.

Izolacyjność przegród zewnętrznych

Przegrody zewnętrzne tj.: płyta podłogowa, ściany oraz dach należy zaprojektować w taki sposób by przepuszczały jak najmniej ciepła, dlatego Polsce mamy sporządzone odpowiednie przepisy prawne dotyczące współczynnika przenikania ciepła U (aktualnie U= 0,25 W/(m2 K) w 2021r – 0,20 W/(m2 K) ściany z betonu komórkowego wymagają docieplenia wełną mineralną lub też styropianem o grubości od 10 do 15cm. W przypadku zastosowania izolacji o grubości 18cm uzyskujemy współczynnik U lepszy niż wymagany w domach pasywnych. Zwiększanie grubości izolacji budynku nie po osiągnięciu tej grubości nie ma uzasadnienia ekonomicznego, bowiem różnica w izolacyjności z dodatkowym centymetrem jest coraz mniejsza, natomiast koszty montażu wyższe.

Fot.1. Grubość izolacji a współczynnik przenikania ciepła U. Źródło: www.izolacje.com.pl

Mostki cieplne

Mostek cieplny to obszar w przegrodzie charakteryzujący się znacznie gorszymi parametrami izolacyjnymi niż pozostała część przegrody. Mostki cieplne występują wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z nieciągłością izolacji termicznej. Najczęstszymi miejscami występowania jest połączenie ściany z fundamentem, okolice stolarki, oraz połączenie dachu ze ścianą zewnętrzną budynku. Mostki między ścianą a dachem, jak również w okolicach stolarki mogą zostać w prosty sposób zniwelowane. Najtrudniejszym rozwiązaniem jest zachowanie ciągłości izolacji w przypadku ław fundamentowych. Można powiedzieć, iż nie znaleziono rozwiązania, które w pełni rozwiązywało by ten problem. Natomiast można zastosować zamiast ław fundamentowych płytę fundamentową, która ten problem eliminuje. Koszty tego rozwiązania są porównywalne z tradycyjnymi ławami fundamentowymi, co więcej dają większe możliwości w zakresie nośności obiektu oraz mniejszą podatność na osiadanie. Dlatego w domu energooszczędnym jest to element wręcz niezbędny. Jest także bardzo opłacalny ze względów ekonomicznych.

System wentylacji

Aspekt ten został opisany w zakładce doradztwo energetyczne.

Systemy ogrzewania i wspomagania ogrzewania

Przy doborze ogrzewania należy brać pod uwagę wiele czynników, lecz przede wszystkim: rozmiar budynku, jego zapotrzebowanie na energię, komfort użytkowania, koszty początkowe i eksploatacyjne, jak również czas eksploatacji danego systemu. Należy jeszcze wspomnieć o wskaźniku zapotrzebowania energii obrazującego ile energii potrzeba na ogrzanie 1 m2 domu w ciągu roku. Poniżej przedstawiłem jak zmieniał się wskaźnik przez lata:

200-300 kWh/(m2 rok) lata 80’-90’
150-200 kWh/(m2 rok) lata 00’
120 kWh/(m2 rok) obecnie wg przepisów
<40 kWh/(m2 rok) dom energooszczędny
<15 kWh/(m2 rok) dom pasywny

Przy uwzględnieniu wszystkich tych czynników, można dokonać próby porównania kilku rozwiązań. Chciałbym tutaj jeszcze wspomnieć o systemach hybrydowych (biwalentnych), czyli połączenia dwóch lub więcej systemów. Rozwiązanie to pozwala zwiększyć komfort i obniżyć koszty. Przykładem może być połączenie ogrzewania elektrycznego, wspomaganego kominkiem, z automatycznym podajnikiem pelletu w czasie większych mrozów.

Człowiek w domu – użytkownik

W mojej pracy badawczej tworzę algorytmy pozwalające na ocenę wszystkich kosztów związanych z domem dla różnych scenariuszy ekonomicznych i technologicznych. Istotnym aspektem jest również czynnik ludzki. Szukam rozwiązań obniżających koszty przy równoczesnym podniesieniu standardu, lub też przy zachowaniu go na niezmienionym poziomie. Do najistotniejszych można zaliczyć: komfort cieplny, poczucie bezpieczeństwa (finansowego i socjologicznego), funkcjonalność oraz elastyczność rozwiązań.

Swoją wiedzę staram się przekazywać klientom i stosować w projektowanych obiektach. Zapraszam do kontaktu osobistego, w trakcie którego mogę szerzej omówić interesujące Państwa zagadnienie, oraz pomóc dobrać najbardziej odpowiednie rozwiązania do indywidualnych potrzeb klienta, na podstawie analizy konkretnej działki.