Nowoczesne budownictwo na miarę wymagań transformacji energetycznej – trendy, przykłady rozwiązań

Budownictwo zeroemisyjne – nowy standard wznoszenia budynków

Energooszczędność jako główny trend w budownictwie

Już dzisiaj jednym z najbardziej odczuwalnych efektów realizacji polityki UE w krajowych warunkach są wzrastające ceny energii, a prognozy w tym zakresie na kolejne lata nie wskazują na odwrócenie tego trendu. W świadomości inwestorów zainteresowanych budową lub zakupem domu coraz większej wagi nabiera (i będzie nabierała) zatem kwestia oszczędności energii w okresie eksploatacji budynku. Wielkość tych oszczędności w znaczącym stopniu wynika natomiast z technologii, w jakiej budynek ma zostać wzniesiony. Stąd aktualnie rosnącą popularnością cieszą się systemy umożliwiające budowę domów w standardzie energooszczędnym, a nawet domów plusenergetycznych, pozwalających na relatywnie szybki zwrot z poniesionych nakładów inwestycyjnych.

Standardy energetyczne i emisyjne nowych budynków a wymagania prawne

Wzrost zainteresowania tymi systemami wynika jednak również z narzuconej na inwestorów konieczności dostosowania się do wymogów prawnych, regulujących kwestię energooszczędności, ujętych w krajowych przepisach techniczno-budowlanych. Jak dotąd kwestia standardu energetycznego nowo wznoszonych budynków regulowana jest przez Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. W tym zakresie wskazane zostały graniczne wartości współczynnika zużycia energii (EP) dla budynku oraz współczynnika przenikania ciepła (U), m.in. dla przegród budowlanych. Zasadniczą zmianą w zakresie regulacji prawnych odnoszących się do budynków będzie jednak wdrożenie zapisów, znowelizowanej w grudniu 2023 r., Dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD). Dyrektywa ta wprowadza bowiem (nowy) standard budynków bezemisyjnych i narzuca wymóg wznoszenia nowych budynków wyłącznie w tym standardzie, począwszy od 2030 r.

Budownictwo zeroemisyjne – czyli jakie?

W dyrektywie EPBD zdefiniowano pojęcie budynku bezemisyjnego jako budynku o bardzo wysokiej charakterystyce energetycznej, wymagającego zerowej lub bardzo małej ilości energii, niewytwarzającego na miejscu emisji dwutlenku węgla z paliw kopalnych i wytwarzającego zerowe lub bardzo małe ilości operacyjnych emisji gazów cieplarnianych, przy czym energia zużywana w budynku ma pochodzić ze źródeł odnawialnych.

Przewidywany wpływ polityki klimatycznej na trendy w budownictwie

Zapisy dyrektywy EPBD, wprowadzające budownictwo zeroemisyjne jako standard wznoszenia budynków, można uznać za drugi etap realizacji polityki klimatycznej UE, w ramach którego po wcześniejszych działaniach zmierzających do poprawienia efektywności energetycznej budynków nastąpić ma stopniowe eliminowanie paliw kopalnych jako źródeł pozyskiwania energii. Nie można jednak przy tym wykluczyć dalszego zaostrzenia kryteriów w zakresie energooszczędności budynków w europejskiej i krajowej legislacji. Stąd wśród producentów materiałów i wyrobów budowlanych oraz systemów wznoszenia budynków obserwuje się działania zmierzające nie tylko do spełnienia aktualnych wymogów budownictwa energooszczędnego, ale również do wyprzedzania tych wymogów i wyznaczania nowych, jeszcze wyższych standardów.

Bodźcem do takiego sposobu działania, pomimo związanych z tym zazwyczaj dużych nakładów finansowych, jest dążenie do wypracowania przewagi konkurencyjnej, wynikającej przede wszystkim z zakotwiczenia w świadomości potencjalnego nabywcy/inwestora dużej korzyści wiążącej się z wykorzystaniem opracowanego rozwiązania. Wydaje się, że przynajmniej w okresie transformacji (a najprawdopodobniej i dłużej) taką korzyścią będzie zredukowanie do możliwego minimum wspomnianych już wcześniej kosztów związanych z zużyciem energii. Można przy tym również przewidywać, że w niedalekiej przyszłości w świadomości społecznej za równie ważne uznawane będą również kwestie środowiskowe związane m.in. z wykorzystaniem do budowy materiałów odnawialnych czy nurtem budownictwa cyrkularnego.

Przykładowa technologia wznoszenia budynków zgodna z trendami prośrodowiskowymi

Zastosowanie polistyrenu EPS jako elementu konstrukcyjnego i izolacyjnego

Ciekawym rozwiązaniem technicznym, wyprzedającym obowiązujące aktualnie wymogi budownictwa energooszczędnego, jest system wznoszenia budynków mieszkalnych w technologii samonośnej przegrody kompozytowej, pełniącej jednocześnie rolę ustroju nośnego budynku oraz izolacji termicznej. Tym, co wyróżnia tę technologię w grupie innych oferowanych na rynku rozwiązań dedykowanych do wznoszenia przegród ściennych i dachowych, jest zastosowanie polistyrenu ekspandowanego EPS w roli materiału konstrukcyjnego do budowy ustroju nośnego budynku. Główna idea stojąca za opracowaniem takiego rozwiązania zakładała bowiem (przy stale zwiększających się grubościach przegród, z uwagi na coraz większe wymagania przepisów techniczno-budowlanych w zakresie izolacyjności termicznej) budowanie z polistyrenu EPS, zamiast stosowania go jedynie do ocieplania przegród. Polistyren EPS, szerzej znany jako „styropian”, stosowano bowiem dotychczas niemal wyłącznie jako materiał poprawiający izolacyjność termiczną przegród budynków nowych, jak i poddawanych termomodernizacji.

Technologia przegrody kompozytowej z rdzeniem styropianowym EPS

Zestawiając ze sobą parametry mechaniczne styropianu oraz stosowanych powszechnie w budownictwie materiałów i wyrobów, takich jak beton czy np. ceramika poryzowana, trudno jednak doszukać się argumentów przemawiających za możliwością zastosowania tego pierwszego do budowy ustroju nośnego budynku. Przykładowo, moduł sprężystości przy ściskaniu dla polistyrenu EPS100 (stosowanego do budowy przegrody kompozytowej) stanowi ok. 0,02% modułu dla betonu. Podobnie wytrzymałość na ściskanie rozważanego styropianu to ok. 0,67% wytrzymałości pustaka ceramicznego w klasie 15. Tym, co umożliwia zastosowanie styropianu w roli materiału konstrukcyjnego, jest jednak umiejętne zapewnienie jego współpracy z innymi komponentami przegrody tak, aby zwiększyć przy tym efektywność tych komponentów w przenoszeniu obciążeń. Wówczas styropian pracuje w optymalny dla siebie sposób pod kątem posiadanych zdolności do przenoszenia obciążeń, zapewniając przy tym bardzo wysoki poziom izolacyjności termicznej przegrody.

Dobrze znanym przykładem podobnego wykorzystania właściwości izolacyjnych i mechanicznych styropianu są płyty warstwowe z rdzeniem styropianowym oraz zewnętrznymi okładzinami wykonanymi z cienkich blach stalowych lub aluminiowych. Skonstruowany w ten sposób element kompozytowy jest zdolny do przenoszenia obciążeń, z którymi poszczególne komponenty płyty z osobna by sobie nie poradziły. W podobny sposób styropian pracuje w przegrodzie kompozytowej budynku, pokazanej na powyższym rysunku. Zadaniem styropianowego rdzenia takiej przegrody jest przede wszystkim przeniesienie sił poprzecznych będących efektem obciążenia budynku, m.in. śniegiem i wiatrem. Pojawiające się wówczas w przegrodzie siły podłużne ściskające i rozciągające przenoszone są natomiast przez kilkumilimetrowe warstwy zewnętrzne, wykonane z zaprawy klejowej zbrojonej zarówno włóknami szklanymi, jak i siatką zbrojącą wykonaną z włókna szklanego.

Tym, co sprawia, że każdy z komponentów takiej przegrody pracuje w optymalny dla siebie sposób, jest również odpowiednie ukształtowanie samej przegrody. Wewnętrznej powierzchni przegrody nadano bowiem w przekroju poprzecznym kształt łuku półkolistego, z niewielkimi prostymi (pionowymi) odcinkami w strefach przypodporowych. Zredukowano przez to do minimum ujemny wpływ efektów oddziaływań będących rezultatem zginania przegrody, na poszczególne komponenty tej przegrody.

Izolacyjność termiczna przegrody z wykorzystaniem polistyrenu EPS

Parametry geometryczne takiej przegrody wpływają na jej bardzo wysoką izolacyjność termiczną – współczynnik przenikania ciepła U przegrody waha się bowiem w granicach od 0,05 do 0,08 W/(m²K), w zależności od grubości rdzenia styropianowego. Stąd wynika bardzo małe zapotrzebowanie budynków na energię do ogrzewania i chłodzenia – zwykle na poziomie 15 kWh/m². Przekłada się to na niskie rachunki za energię w okresie użytkowania budynków oraz oszczędności na etapie zakupu instalacji (np. fotowoltaicznej) i urządzeń (np. pompy ciepła) wynikające z redukcji ich potrzebnej mocy. Ukształtowanie przegrody pozwala również na uzyskanie efektu oryginalnego, a przy tym funkcjonalnego wnętrza.

Mogłoby się wydawać, że takie oszczędności będą miały „swoją cenę” na etapie budowy budynku, jak to zazwyczaj ma miejsce w przypadku budynków pasywnych. Okazuje się jednak, że wykorzystanie do budowy powszechnie dostępnych i stosunkowo tanich materiałów, jak również odpowiednio opracowana technologia budowy pozwala na wzniesienie budynku w standardzie domu pasywnego poniżej kosztów budowy domu w technologii tradycyjnej. Zysk dla inwestora w postaci wspomnianych wyżej oszczędności nie jest tutaj zatem okupiony żadnymi dodatkowymi nakładami inwestycyjnymi, których zwrotu należałoby oczekiwać dopiero po kilku latach użytkowania budynku. Wydaje się, że to ostatnie jest aktualnie ewenementem zarówno na rynku zarówno krajowym, jak i światowym. Dodatkowym atutem omawianej technologii jest wyjątkowo krótki czas budowy do standardu „pod klucz”, który zwykle nie przekracza dwunastu tygodni.

Budownictwo zeroemisyjne – rewolucja w materiałach i technologiach budowy?

Budownictwo zeroemisyjne to nowy standard, łączący w sobie ideę budownictwa energooszczędnego z wyłączeniem paliw kopalnych jako źródeł pozyskiwania tej energii, który najprawdopodobniej stanie się bodźcem do rozwoju nowych, przyjaznych środowisku technologii budowlanych. W trakcie tej swoistej rewolucji można oczekiwać zarówno dalszego rozwoju znanych już i mających ugruntowaną pozycję na rynku materiałów, wyrobów i technologii budowlanych, jak również pojawienia się rozwiązań zupełnie nowych, prekursorskich. Do tych ostatnich zdecydowanie można zaliczyć opisany w artykule system wznoszenia budynków w technologii przegrody kompozytowej z rdzeniem styropianowym w roli elementu konstrukcyjnego i izolacyjnego. Wydaje się, że to co do tej pory uchodziło za niekonwencjonalne lub nietypowe, jak np. wykorzystanie materiału izolacyjnego do budowy ustroju nośnego, może stać się normą w okresie transformacji energetycznej.