Jednym z najważniejszych sposobów ochrony środowiska naturalnego jest rozpowszechnianie nowych, wysokoefektywnych technologii użytkowania energii – w tym przede wszystkim dla celów grzewczych. Dziś nie ma bowiem ważniejszych zadań w ochronie środowiska od znacznej redukcji emisji gazów cieplarnianych, a temu sprzyja przede wszystkim system grzewczy w domu pasywnym. W dodatku bardzo niskie koszta eksploatacyjne motywują do jego rozpropagowania.

Dom pasywny
Charakterystyczny dla tzw. domu pasywnego jest system ogrzewania, uwzględniający w swoim bilansie wykorzystanie ciepła powietrza wentylacyjnego przy użyciu wysokosprawnego, płytowego wymiennika oraz niewielkiej pompy ciepła. Dodatkowo oszczędza się ciepło dzięki temu, że świeże powietrze dopływa zimą przez gruntowy podgrzewacz. Woda dla celów gospodarczych oraz sanitarnych podgrzewana jest przede wszystkim w kolektorze słonecznym, zainstalowanym na dachu, a w części również przez pompę ciepła, przy czym niedobory ciepła z tych źródeł pokrywa niewielkiej mocy podgrzewacz elektryczny.
Dla domku jednorodzinnego o powierzchni użytkowej 120 m kw. dla czterech mieszkańców, wystarczy kolektor słoneczny o powierzchni 5 m kw., i temperaturze podgrzewania wody do 45-55 st. C z pojemnikiem o objętości 400 litrów, co ilustruje rys. 1.
Dom pasywny budowany jest ze ścian z wysokoefektywną izolacją. Okna są wykonane z potrójnych szyb, które wraz z ramami i ich izolacją obmurza charakteryzują się współczynnikiem przenikania ciepła k o wartości poniżej 0,8 W/(m kw. K). Dzięki temu możliwy jest odzysk ciepła z odprowadzonego powietrza wentylacyjnego na poziomie 75-80%. Tę wielkość można zwiększyć przez włączenie podziemnego podgrzewania powietrza wlotowego. Dzięki tego typu pasywnym przedsięwzięciom istnieje o każdej porze roku wysoka sprawność systemu termicznego zaspokajania zapotrzebowania domu w ciepło, praktycznie bez aktywnego systemu grzewczego - i stąd nazwa dom pasywny.
Przez duży udział pasywnego uzysku ciepła, domy osiągają specyficzne zapotrzebowanie na energię grzewczą wynoszącą poniżej 15 kWh/m kw. rok. Roczne zapotrzebowanie na ciepłą wodę w ilościach ok. 140 l/dobę o temperaturze 45 st. C dla celów gospodarczych i sanitarnych jest porównywalne z zapotrzebowaniem ciepła na ogrzewanie budynku. Z reguły to pierwsze stanowi 60% globalnego zapotrzebowania na ciepło.
Aż 2/3 zapotrzebowania na ciepło związanego z wykorzystaniem wody ciepłej użytkowej można pokryć kolektorem słonecznym. Stanowi to 40% jego globalnego, rocznego zapotrzebowania. Szczytowe zapotrzebowanie na ciepło w okresie zimowym, pokrywane grzejnikiem elektrycznym jest niewielkie i nie przekracza 10% globalnych potrzeb, przy przeciętnej wymianie powietrza budynku w wysokości 0,2-0,5 globalnej kubatury w przeliczeniu godzinowym.
W pasywnych domach szeregowych roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną związane z wentylacją; ciepłą wodą i ogrzewaniem wynosi łącznie ok. 10 kWh/m kw. rok.
Roczne koszta ogrzewania domku jednorodzinnego w wersji szeregowej nie przekraczają w wieloletnim horyzoncie czasowym 275 euro i ten fakt wystarczająco motywuje do wykorzystania tej technologii jak najszybciej w polskim budownictwie.
Zaprezentowany system pokrywania zapotrzebowania na ciepło w budownictwie mieszkaniowym świadczy o rozmiarach wielkości rezerw, czekających na wyzwolenie. Tak znaczne rezerwy energetyczne są praktycznie w każdej dziedzinie światowej gospodarki. Jeśli odniesiemy sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do warunków ogrzewania olejem opałowym, to energia w ilości 10 kWh/m kw. rok oznacza zużycie 1 l oleju - w domu o powierzchni użytkowej 200 m kw. zużyjemy rocznie 200 1 oleju opałowego. W miarę szybko rosnących opłat za poszczególne nośniki energii, ich racjonalne stosowanie będzie automatycznie wymuszało potrzebę używania nowoczesnych, wysokoefektywnych technik i technologii, tak w obszarze przetwarzania, jak ich stosowania we wszystkich dziedzinach życia człowieka oraz w przemyśle światowym. Równolegle z zabiegami zmierzającymi do zmniejszenia zużycia energii w mieszkaniu, prowadzone są prace nad zastąpieniem paliw konwencjonalnych odnawialnymi, jak i termiczną utylizacją odpadów komunalnych oraz rolno-spożywczych.
Biurowiec pasywny
W końcowej fazie budowy jest biurowiec (rys. 2), którego roczne zapotrzebowanie na ciepło nie przewyższa 15 kWh/m kw. Tą budowę na terenie Eselberg w Ulm, RFN finansują: Deutsche Bundesstiftung „UMWELT”, Bundesministerium für Wirschaft und Technologie oraz władze miasta Ulm. Termin zasiedlenia tego obiektu wyznaczono na grudzień br.
Znaczącymi pozycjami w bilansach ogrzewania zimą, jak i chłodzenia latem tego wielkiego biurowca jest 40 sond, wkopanych na głębokość 100 metrów - dla powietrza wentylacyjnego. Dodatkowe wodne elementy grzewcze są wmontowane w podłogi, co ilustruje rys. 3.
Bryła budynku, przypominająca silnik Wankla, jest w maksymalnie możliwym zakresie przysposobiona do wykorzystywania energii słonecznej. Budynek będzie podłączony do miejskiej sieci grzewczej dla pokrycia minimalnych niedoborów ciepła w zimie. Na ten cel postanowiono wykorzystać rezerwy miejskiej elektrociepłowni, opalanej odpadami komunalnymi, co jest normalnością w miastach na terenie Niemiec.
Roczne koszta ogrzewania, chłodzenia oraz wentylacji tego budynku o powierzchni użytkowej 7000 m kw., z 420 zatrudnionymi wyceniono na 16,80 euro/pracownika, co jest równorzędne z 1 euro/m kw.
Obecnie mija 10 lat od wybudowania pierwszego domu pasywnego w Darmstadt. W międzyczasie na terenie miasta Ulm zbudowano prawie 2000 domów jednorodzinnych wg tej technologii na bazie projektów architektów Oehler + arch-kom. Brettena. Zdobyte doświadczenie wykorzystali oni w jednym z największych w świecie biurowców, budowanym w standardzie budynku pasywnego, zilustrowanego na rys. 2.
Niezwykle niskie zużycie ciepła, poniżej 15 kWh/m kw., stało się możliwe – między innymi – dlatego, że fasada obiektu wykorzystuje energię słoneczną, a na dachu zainstalowano oczywiście baterie elektrowoltaiczne.
W systemie wentylacyjnym – zimą oraz latem – ogrzewa lub chłodzi się powietrze na pokaźnej powierzchni rur, zakopanych na głębokość do 100 m (rys. 4).
Dla tego – w znacznym stopniu samoogrzewającego się, pięciokondygnacyjnego budynku poświęcono sporo wielowariantowych studiów nad racjonalnym pokryciem potrzeb energii elektrycznej dla techniki biurowej, jak i dla pomp oraz wentylatorów. W stosunku do obecnych standardów podobnej wielkości biurowców, uzyskano w tym obiekcie ponad 50-procentową obniżkę zapotrzebowania na energię.
Projekty energetyczne oraz instalacji klimatycznych uwzględniają:

• Pobór mocy z kogeneracyjnego zakładu miejskiego do 120 kW.
• Zaopatrzenie w zimno latem z podziemnych wymienników ciepła na głębokości do 100 metrów, o mocy do 125 kW. Na identycznej zasadzie przebiega ogrzewanie powietrza zimą (rys. 4).
• Zainstalowano w budynku płytowe wymienniki ciepła między świeżym, a zużytym powietrzem wentylacyjnym, pracujące ze sprawnością aż 75%.
• Żaluzje okienne zostały tak zaprojektowane, że nie tylko chronią przed nadmiernym światłem słonecznym, ale minimalizują również nagrzewanie pomieszczeń latem.