WYMAGANIA W ZAKRESIE ENERGOOSZCZĘDNOŚCI W BUDOWNICTWIE

Transkrypt

1 WYMAGANIA W ZAKRESIE ENERGOOSZCZĘDNOŚCI W BUDOWNICTWIE Prof. Edward Szczechowiak Politechnika Poznańska Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Luty

2 Zakres Polityka energetyczna UE i Polski w zakresie budownictwa Budynki niemal zero-energetyczne Parametry oceny i wymagania wg warunków technicznych Podsumowanie 2

3 Kierunki zmian wynikające z prawodawstwa Dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków 2002/91/CE (nowelizacja ); Dyrektywa w sprawie efektywności końcowego wykorzystania energii i usług energetycznych 2006/32/EC. Ustawa prawo budowlane ( z późn. zm.) + rozporządzenia w sprawie warunków technicznych oraz Ustawa w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynków Ustawa o efektywności energetycznej (od ). Efekty działania dyrektyw i ustaw oszczędność energii w produkcji, oszczędność energii u odbiorcy końcowego, ograniczenie emisji, wzrost wykorzystania źródeł odnawialnych przez członków UE (realizacja pakietu 3x20) do roku 2020 oraz 9% do roku 2016 (białe certyfikaty) 3

4 Polityka energetyczna UE i Polski w zakresie budownictwa Dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków 2002/91/CE, Nowelizacja Dyrektywy (2010/31/EU) z 19 maja 2010 w sprawie charakterystyki energetycznej budynków wprowadza budynki o prawie zerowym zużyciu energii (very low and close to zero energy buildings), Po wszystkie nowe budynki o niemal zerowym zużyciu energii, Po budynki nowe zajmowane przez władze publiczne o niemal zerowym zużyciu energii, Po roku 2015 wymagania okresu przejściowego, Nowelizacja warunków technicznych (WT 13) w zakresie wprowadzenia budynków nzeb w Polsce (5. lipca 2013) 4

5 Polityka energetyczna UE i Polski w zakresie budownictwa Budynek o niemal zerowym zużyciu energii (close to zero energy buildings) oznacza budynek o bardzo wysokiej efektywności energetycznej określonej liczbowo wg jednolitej procedury (wspólne ramy do obliczania charakterystyki energetycznej wydane przez Komisje Europejską ), Niemal zerowa lub bardzo mała ilość wymaganej energii powinna pochodzić w bardzo wysokim procencie z energii ze źródeł odnawialnych (w tym ze źródeł odnawialnych wytwarzanej na miejscu lub w pobliżu lokalizacji budynku). 5

6 Standardy energetyczne budynków Pierwsze budynki energooszczędne (lata 70-te XX wieku): Jako efekt I kryzysu naftowego (1974); Wprowadzono maksymalne współczynniki przenikania ciepła przegród budynku; Określono maksymalne zużycie energii użytkowej dla ogrzewania i wentylacji mniej niż 70 kwh/(m 2 a). Pierwszy budynek pasywny (lata 80/90 XX wieku): Opracowanie podstaw B. Adamson Szwecja 1988, Realizacja W. Feist (Niemcy) 1991 (dom szeregowy 4 - segmentowy); Określono standard budynku pasywnego (szczelność powietrzna n 50 = 0,6 h -1, zużycie energii użytkowej dla ogrzewania i wentylacji 15 kwh/(m 2 a), zużycie energii pierwotnej dla wszystkich potrzeb 120 kwh/(m 2 a). Budynki nzeb (lata ): Opracowanie podstaw Dyrektywa UE 2010 (maj 2010), Wdrożenie: 2019/2021 6

7 Budynki nzeb i ich ocena Budynki niemal zero energetyczne (nzeb): nzeb (1) = LEB + Energia odnawialna, nzeb (2) = VLEB + Energia odnawialna. 7

8 Plany wdrażania budynków nzeb w wybranych krajach UE Wdrożenie Dyrektywy UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków 2002/91/CE (po roku 2003) 8

9 Budynki nzeb zasady projektowania zintegrowanego Zasady bilansowania budynku nzeb, ZEB 9

10 Budynki nzeb zasady projektowania zintegrowanego Architektura i konstrukcja budynku Fizyka budowli TWB (w tym klimatyzacja z ogrzewaniem, chłodzeniem, wentylacją) Funkcja celu: Budynek - Forma - Komfort klimatyczny - Komfort użytkowania - Niezawodność i bezpieczeństwo - Funkcjonalność - Ekonomia - Ekologia Zasady analizy uproszczonej budynku standardowego oraz nzeb, ZEB (również wg WT 13) 10

11 Budynki nzeb i ich ocena Poziomy bilansu energii: użytkowa (Qnd, End), końcowa (Q K, EK), pierwotna (EP) 11

12 Budynki nzeb i ich ocena 12

13 Moduły analizy energetycznej budynków nzeb 13

14 Moduły analizy energetycznej budynków nzeb 14

15 Moduły analizy energetycznej budynków nzeb 15

16 Moduły analizy energetycznej budynków nzeb 16

17 Moduły analizy energetycznej budynków nzeb 17

18 Kierunki zmian - warunki techniczne WT 08; WT 13 Dz.U. Nr 201 poz z 6 listopada 2008r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie Budynek i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne, ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynku użyteczności publicznej również oświetlenia wbudowanego, powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby ilość ciepła, chłodu i energii elektrycznej, potrzebnych do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem, można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie Budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania budynku w okresie letnim. 18

19 Budynki mieszkalne pasywne Parametry projektowe Warunek 1: Sezonowe zapotrzebowanie ciepła ogrzewanie i wentylacja 15 kwh/(m 2 a). Warunek 2: Moc cieplna grzewcza mniej niż 10 W/m 2. Warunek 3: Zużycie energii pierwotnej mniej niż 120 kwh/ (m 2 a). Warunek 4: Komfort cieplny w lecie. Przegrzanie powyżej 25 0 C mniej niż 10% roku. Warunek 5: Bardzo dobra szczelność powietrzna obudowy budynku. Test Blower Door n 50 0,6 h

20 Realizacja budynków nzeb - Polska Parametry projektowe EP 20

21 Realizacja budynków nzeb - Polska Parametry projektowe U 21

22 Zasady projektowania budynków nzeb Optymalna grubość izolacji termicznej Straty/zyski jednostkowe ciepła Htr = Htr,o + Htr,mc; [W/K] Izolacje termiczne: klasyczne próżniowe 22

23 Zasady projektowania budynków nzeb - przegrody okienne UF = 1,5... 0,5 W/(m 2 K), UFeq = 1, ,5 W/(m 2 K) Właściwości termiczne przeszklenia 23

24 Zasady projektowania budynków nzeb Mostki cieplne 24

25 Zasady projektowania budynków nzeb Mostki cieplne 25

26 Parametry techniczne przegród przeszklonych Warunki techniczne (WT 13) współczynnik przepuszczalności energii całkowitej promieniowania słonecznego okien i przegród przeszklonych g = f c g n 0,35 0,25; Niemcy 0,15 g n - współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla rodzaju oszklenia f c - współczynnik redukcji promieniowania ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne w lecie 26

27 Parametry techniczne przegród przeszklonych Współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego przez oszklenie - gn Współczynnik przepuszczalności energii całkowitej g n Przeszklenie pojedyncze 0,85 Przeszklenie podwójne ze szkła przezroczystego 0,65 0,80 Przeszklenie potrójne ze szkła przezroczystego 0,60 0,75 Pustaki szklane 0,60 Przeszklenie ze szkła przeciwsłonecznego 0,2 0,7 Szkło przeciwsłoneczne absorpcyjne 0,50 0,65 Szkło przeciwsłoneczne refleksyjne 0,30 0,60 Szkło absorpcyjne i przeciwsłoneczne 0,30 0,55 27

28 Parametry techniczne przegród przeszklonych Współczynnik korekcyjny redukcji promieniowania ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne - fc typ zasłon optyka f c A P IN OUT 0,05 0,25 0,10 białe żaluzje o 0,1 0,1 0,30 0,15 lamelach nastawnych 0,3 0,45 0,35 0,5 0,65 0,55 zasłony białe 0,1 0,7 0,80 0,75 0,9 0,95 0,95 0,1 0,42 0,17 tkaniny kolorowe 0,3 0,3 0,57 0,37 0,5 0,77 0,57 tkaniny z powłoką alu 0,2 0,05 0,20 0,08 współczynniki: A - absorpcji, P - przepuszczalności 28

29 Parametry techniczne fasad Współczynnik przepuszczalności energii całkowitej promieniowania słonecznego przez system g (bges) 29

30 Realizacja budynków nzeb - Polska Parametry projektowe - szczelność Szczelność powietrzna fasady W budynku niskich, średniowysokich i wysokich przepuszczalność powietrza dla otwieranych okien i drzwi balkonowych powinna wynosić nie więcej niż 2,25 m³/(h m) przy różnicy ciśnienia 100 Pa w odniesieniu do długości linii stykowej lub 9,0 m³/(h m 2 ) w odniesieniu do powierzchni. W budynkach wysokościowych odpowiednio: 0,75 m³/(h m) lub 3,0 m³/(h m 2 ). Zaleca się przeprowadzenie pomiaru szczelności powietrznej budynku. Wymagana szczelność wynosi: budynki z wentylacją grawitacyjną n 50 = 3,0 h -1 budynki z wentylacją mechaniczną n 50 = 1,5 h -1 Budynek pasywny (nzeb): n 50 = 0,6 h -1 30

31 Szczelność powietrzna budynku Według ISO EN 13829, B n 50 < 3,0 h -1 - w budynkach bez wentylacji mech. lub klimatyzacji n 50 < 1,5 (1,0) h -1 - w budynkach z wentylacją lub klimatyzacją n 50 < 0,6 h -1 - w budynkach efektywnych energetycznie (budynki pasywne) 31

32 Szczelność powietrzna budynku Pomiar ciśnieniowy Blower Door: 32

33 Szczelność powietrzna budynku Zmierzona szczelność wybranych budynków (wg A. Górka): 33

34 Szczelność powietrzna budynku Koszty Ocena kosztów zapewnienia szczelności budynku (wg A. Górka) 34

35 Zasady projektowania budynków nzeb Technika budynku Instalacje wentylacyjne Instalacje grzewcze/chłodnicze Źródła ciepła Źródła chłodu Wykorzystanie energii odnawialnej (analiza projekt budowlany) Sterowanie i zarządzanie budynkiem Wymagania WT 13 Izolacja termiczna komponentów układów instalacyjnych 35

36 Wentylacja/klimatyzacja budynku Parametry projektowe wentylacji wg ISO PN EN jakość powietrza wg kryterium CO 2 ; Dobór wielkości centrali wentylacyjnej i sposobu dystrybucji powietrza; Izolacja termiczna komponentów układu wentylacyjnego wg WT 13. Parametry operacyjne instalacji wentylacyjnej: Stały przepływ powietrza w czasie; Przepływ ograniczony w okresie nieużywania pomieszczeń (nawet do zera); Przepływ powietrza zmienny w czasie (wg kryterium obciążenia np. poprzez pomiar ditlenku węgla i kontrolę wartości dopuszczalnej VAV, DCV) Odzyskiwanie ciepła z powietrza wywiewanego (500 m 3 /h i min. 50% odzysk ciepła wg WT 13). 36

37 Wentylacja/klimatyzacja budynku Wymagania dla central wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (WT 13) Wskaźnik SFP (specific fan power) SFP [kw/(m 3 /s) SFP = (P sfm + P efm )/V max P sfm = (V sf p f )/η tot [W] V ef [m3/s]; η tot = η f η tr η m η c f wentylator; tr przekładnia; m silnik elektryczny; c - sterowanie Wentylator nawiewny: - Złożona instalacja klimatyzacji 1,60 kw/(m 3 /s) - Prosta instalacja wentylacji 1,20 Wentylator wywiewny: - Złożona instalacja klimatyzacji 1,00 - Prosta instalacja wentylacji 1,00 - Instalacja wywiewna 0,80 37

38 Wentylacja/klimatyzacja budynku Centrale wentylacyjne/klimatyzacyjne dyrektywa EcoDesign Strategia EUROPA 2020 Rozp. Komisji UE Nr 1253 i 1254/2014 Wymagania od : Wentylatory wielobiegunowe lub o działaniu płynnym; Odzysk ciepła; Przepustnica obejściowa wymiennika do odzysku ciepła; Odzysk 67% (z czynnikiem pośrednim 63%); SFPint określone wg rozporządzenia. Wymagania od : j.w.; Odzysk 73% (z czynnikiem pośrednim 68%); SFPint określone wg rozporządzenia. 38

39 Ogrzewanie/chłodzenie budynku Parametry projektowe ogrzewanie/chłodzenia temperatura operacyjna wg ISO EN 7730; Układy ogrzewania niskotemperaturowe o wysokiej efektywności Układy chłodzenia o wysokiej efektywności (w tym pasywne) Minimalizacja strat/zysków ciepła komponentów (WT 13) Parametry operacyjne instalacji ogrzewania/chłodzenia: Stała temperatura w czasie: zmiana zima/lato; Osłabienie ogrzewania w nocy; Regulacja pogodowa z korektą miejscową za pomocą termostatów; Chłodzenie wg potrzeb wg profilu użytkowania. 39

40 Ogrzewanie/chłodzenie budynku Wymagania wg WT 08; WT 13 Wymagania dla techniki instalacyjnej Izolacja termiczna przewodów i zbiorników akumulacyjnych układów grzewczych i ciepłej wody Izolacja termiczna przewodów wentylacyjnych i central wentylacyjnych Izolacja termiczna (zimnochronna) przewodów i zbiorników akumulacyjnych układów chłodzenia Transportowe straty ciepła prowadzenie przewodów w wewnątrz izolacji 40

41 Cechy systemów zaopatrzenia w energię lokalnych i zdalaczynnych Cechy nowoczesnych systemów zaopatrzenia w energię: Małe zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej na jednostkę energii końcowej (wskaźnik wep), Niska emisja ditlenku węgla i innych gazów na jednostkę energii końcowej Ograniczenie lub wyeliminowanie tzw. emisji niskiej (również ze źródeł ciepła gazowych i olejowych) Niezawodność i bezpieczeństwo dostawy ciepła Akceptowalna i konkurencyjna cena Analiza w projekcie budowlanym racjonalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (wymóg rozporządzenia) 41

42 Efektywne źródła ciepła Kotły na paliwa kopalne: Kotły kondensacyjne gazowe (sprawność %, wep = 1,1), Kotły kondensacyjne olejowe (wep = 1,1) Paliwa i energia odnawialna: Kotły na biomasę (wep = 0,2), Kotły na biogaz, Kogeneracja paliwo biogaz, Pompy ciepła o wysokim COP (powyżej 4,5), Kolektory słoneczne termiczne, Kolektory słoneczne PV. 42

43 Nowoczesne układy skojarzone technologie wielopaliwowe (1) CHP Horsens Dania 1992 Waste-fired CHP Plant Elektrociepłownia średniej mocy CHP Horsens/Dania: Moc nominalna 35 MW e i 45 MW th ; Paliwo odpady komunalne 2x 5 Mg/h oraz gaz ziemny 5500 m 3 /h. Produkcja w roku 2006: Ciepło MWh th ; Energia elektryczna MWh e ; Zużycie paliwa: odpady komunalne Mg, gaz ziemny 21 mln m 3. Wskaźnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej dla produkcji ciepła: w P = 0,43. Kocioł gazowy w p = 1,1. 43

44 Nowoczesne układy skojarzone technologie wielopaliwowe (2) CHP Odense Dania 2005 Waste-fired CHP Plant Elektrociepłownia średniej mocy CHP Odense/Dania: Moc nominalna 24 MW e i MW th ; Paliwo odpady komunalne 2x 8 Mg/h oraz 1x 16 Mg/h. Produkcja w roku 2005: Ciepło MWh; Energia elektryczna MWh; Zużycie paliwa: odpady komunalne Mg, olej opałowy 566 Nm 3. Wskaźnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej dla produkcji ciepła: w P = 0,12. 44

45 Nowoczesne układy skojarzone wskaźniki oceny DREWAG Dresden

46 Budynki przyszłości nzeb Uwagi końcowe (1) Przyszłość budownictwa: Coraz wyższe wymagania energetyczne i ekologiczne; Zrównoważenie ze środowiskiem; Aspekty społeczne i kulturowe, Minimalne koszty globalne (inwestycyjne i eksploatacyjne). Nowe wymagania w projektowaniu, wykonawstwie i eksploatacji: Niezbędne jest wdrożenie: Procesów Projektowania zintegrowanego iteracyjnego (Integral Design Process IDP), Zintegrowanego wykonawstwa, Profesjonalna eksploatacja (FM). 46

47 Budynki przyszłości nzeb Uwagi końcowe (2) Celowość wznoszenia budynków niemal zeroenergetycznych i modernizacja do poziomu nzeb: Niezbędne dla przyszłości budownictwa, Realizacja idei zrównoważonego rozwoju, Obniżenie zużycia nieodnawialnej energii pierwotnej, Obniżenie emisji CO 2 i innych zanieczyszczeń do środowiska, Poprawa komfortu cieplnego w pomieszczeniach, Obniżenie szkód substancji budowlanej i wzrost trwałości budynków, Niskie koszty eksploatacyjne. Aktualne przepisy budowlane nie precyzują wielu wymagań cząstkowych (szczególnie w zakresie techniki instalacyjnej budynku) 47

48 WYMAGANIA W ZAKRESIE ENERGOOSZCZĘDNOŚCI W BUDOWNICTWIE Dziękuję za uwagę 48