Zużycie energii w sektorze budowlanym teraźniejszość i przyszłość

Transkrypt

1 Zużycie energii w sektorze budowlanym teraźniejszość i przyszłość Dr inż. Krzysztof Kasperkiewicz, ITB, Centrum Szkoleniowe Swisspor 1. Wprowadzenie Jednym z podstawowych wyzwań współczesnego świata jest ograniczanie zużycia energii. Wynika to z przyczyn ekonomicznych i ekologicznych. Im wyższe zużycie, tym wyższa emisja zanieczyszczeń do atmosfery. Zmniejszenie zużycia ma także wpływ na zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego świata. Potwierdzeniem tej tezy są powtarzające się zagrożenia wstrzymania dostaw gazu do krajów UE, w tym przede wszystkim do Polski, z Federacji Rosyjskiej oraz kolejne podwyżki ceny tego nośnika energii. Musimy więc zmniejszać popyt na energię poprzez racjonalizację jej zużycia. Istotnym elementem takiego programu powinno być ograniczenie eksploatacyjnej energochłonności budynków. Mówi o tym Dyrektywa 2002/91/WE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [1]. Według prognozy podanej w Green Paper Towards a European Strategy for the security of energy supply [2], przy zachowaniu efektywności wykorzystania energii na dotychczasowym poziomie, tzn. bez wdrożenia programu oszczędnościowego, w 2030 roku aż 70% energii i surowców energetycznych musiałoby być importowane spoza obszaru UE. Ograniczenie zużycia energii jest także jednym z elementów wdrażania w budownictwie koncepcji zrównoważonego rozwoju, polegającej na oszczędnym wykorzystaniu surowców energetycznych oraz na ochronie środowiska w celu Tabela 1. Struktura zużycia energii w budynkach w krajach EU 15 [3] Rodzaj zużycia Budynki mieszkalne Udział % Budynki użyteczności publicznej Ogrzewanie i wentylacja Podgrzewanie wody 25 9 Gotowanie 7 5 Urządzenia elektryczne 11 Oświetlenie 14 Chłodzenie 4 Pozostałe urządzenia 16 zachowania tych dóbr dla przyszłych pokoleń. 2. Struktura bilansu zużycia energii w budynkach Tabela 2. Struktura zużycia energii w budynkach mieszkalnych w Polsce [4] Rodzaj zużycia Udział % Ogrzewanie i wentylacja 71,5 Podgrzewanie wody 15,1 Gotowanie 6,6 Oświetlenie 2,3 Urządzenia elektryczne 4,5 Według różnych szacunków w budynkach zużywane jest od 33 do ponad 40 % całkowitej ilości wytwarzanej energii. W krajach UE w 1997 roku, a więc jeszcze przed jej ostatnim rozszerzeniem, nazywanymi UE 15, udział ten wynosił aż 40,7% [3]. W tabelach 1 i 2 pokazano strukturę bilansu energetycznego w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej w UE 15, a w tabeli 2 strukturę tego bilansu w Polsce. Z danych tych wynika, że podstawowym składnikiem bilansu energetycznego budynków jest ciepło do ogrzewania. W Polsce udział tego składnika jest większy od wartości średniej w wysoko rozwiniętych krajach europejskich, co wynika z surowszych warunków klimatycznych, a także z mniej efektywnych energetycznie rozwiązań technicznych. Ciepło do ogrzewania jest zatem podstawowym źródłem potencjalnych oszczędności energetycznych w procesie eksploatacji budynków. Zakres działań technicznych stosowanych w celu zmniejszenia zużycia ciepła do ogrzewania obejmuje: zwiększenie izolacyjności cieplnej elementów nieprzezroczystych i przezroczystych w obudowie budynku, użyteczne wykorzystanie ciepła promieniowania słonecznego i środowiska zewnętrznego, zmniejszenie strat powstających przy wytwarzaniu ciepła w źródłach i jego przesyle do strefy ogrzewanej budynku, automatyczną regulację dostawy ciepła do ogrzewanych pomieszczeń dostosowującą ją do chwilowych potrzeb, 15

2 A R T Y KU Ł S P O N S O R O WA N Y 16 wprowadzenie systemu indywidualnego rozliczania za ciepło w przypadku wielu użytkowników budynku, Ponieważ zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania odgrywa największą rolę w bilansie energetycznym budynku, więc skoncentruję się na tym elemencie. 3. Ewolucja wymagań ochrony cieplnej budynków Najprostszym sposobem stawiania wymagań ochrony cieplnej budynków jest zapewnienie odpowiedniej izolacyjności cieplnej elementów obudowy budynku osiągane dzięki limitowaniu wartości współczynnika przenikania ciepła: U U max Tabela 3. Zestawienie maksymalnych wartości współczynnika przenikania ciepła przegród obudowy ogrzewanych pomieszczeń budynku Dokument odniesienia Ściana zewnętrzna Stropodach U max W/(m 2. K) Strop nad nieogrzewaną piwnicą Strop pod poddaszem Okna i drzwi balkonowe PN-57/B ,16 1,42 3 0,87 1,16 1,04 1, PN-64/B ,16 0,87 1,16 1,04 1, PN-74/B ,16 0,70 1,16 0,93 - PN-82/B ,75 0,45 1,16 0,40 2,0 2,6 3 PN-91/B ,55 0,70 4 0,30 0,60 0,30 2,0 2,6 3 Warunki techniczne 2 0,30 0,65 5 0,30 0,60 0,30 2,0 2,6 3 1) θ i = 18 C 2) θ i = 20 C 3) w zależności od strefy klimatycznej 4) w zależności od rodzaju ściany (z otworami lub bez) 5) w zależności od rodzaju i konstrukcji ściany Tabela 4. Porównanie wymagań dotyczących izolacyjności przegród obudowy budynku w wybranych krajach europejskich [8] Współczynnik przenikania ciepła U, W/(m 2 K) Kraj Ściana Dach zewnętrzna Podłoga Okna Austria 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 1, 0 1,5 Belgia (Flamandzka) 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 1,5 2,5 Dania 0,1 0,2 0,2 0,3 0,1 0,2 1,5 2,5 Finlandia 0,1 0,2 0,2 0,3 0,2 0,3 1,5 2,0 Francja 0,2 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 1,5 2,5 Niemcy 0,2 0,3 0,5 0,6 0,4 0,5 1,0 1,5 Irlandia 0,1 0,2 0,2 0,3 0,2 0,3 1,5 2,5 Włochy 0,3 0,4 0,4 0,5 0,4 0,5 2,5 3,5 Litwa 0,1 0,2 0,2 0,3 0,2 0,3 1,5 2,5 Norwegia 0,1 0,2 0,2 0,3 0,1 0,2 1,0 1,5 Portugalia 0,6 0,6 0,6 2,0 3,0 Federacja Rosyjska 0,1 0,4 0,1 0,2 0,1 0,4 1,5 2,5 Hiszpania 0,6 0,6 0,6 2,5 3,5 Szwecja 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 1,0 1,5 Szwajcaria 0,3 0,4 0,3 0,4 0,6 1,5 1,5 UK 0,1 0,2 0,3 0,4 0,2 0,3 1,5 2,5 Holandia 0,2 0,3 0,2 0,4 0,2 0,3 1,5 2,5 Polska 0,30 0,30 0,65 0,60 2,0 2,6 0,25* 0,30 0,55* 0,60* 1,7 2,1* *) Proponowana nowelizacja wymagań gdzie: U współczynnik przenikania ciepła przegrody, W/(m 2 K), U max graniczna wartość tego współczynnika podawana początkowo w normach, a następnie po wprowadzeniu norm europejskich EN w krajowych przepisach budowlanych, W/(m 2 K). Do pierwszego kryzysu energetycznego w 1973 roku, rozwój gospodarczy odbywał się w sposób energochłonny, a aspekty energetyczne nie miały istotnego wpływu na sposób wznoszenia budynków. Wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej przegród były formułowane z uwagi na zabezpieczenie przegród zewnętrznych budynku przed kondensacją powierzchniową i podtapianiem śniegu na dachach. Podwyższenie tych wymagań było reakcją krajów wysoko rozwiniętych, pozbawionych własnych zasobów surowców energetycznych, na gwałtowny wzrost cen gazu i oleju opałowego, podstawowych paliw stosowanych w tych krajach do ogrzewania budynków. W Polsce, gdzie ciepło do ogrzewania uzyskiwano głównie ze spalania węgla, potrzeba ograniczenia zużycia energii na ogrzewanie budynków wystąpiła dopiero po drugim kryzysie energetycznym, który miał miejsce w 1979 roku. W 1982 roku ustanowiona została PN-82/B Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia [5], w której rozszerzono zakres wymagań dotyczących izolacyjności cieplnej na okna i drzwi oraz zwiększono wymagania dotyczące współczynnika przenikania ciepła przegród nieprzezroczystych. Dalsze ich zaostrzenie nastąpiło w drugiej edycji przedmiotowej normy w 1992 roku [6] i związane było z rozpoczęciem procesu urynkowienia cen ciepła i surowców energetycznych. Ewolucję wymagań dotyczących izolacyjności cieplnej przegród w Polsce w okresie ostatnich 50 lat pokazano w tabeli 3, a w tabeli 4 porównano aktualne wymagania w tym zakresie w krajach europejskich. Wymaganie podstawowe nr 6 dotyczące oszczędności energii i ochrony cieplnej, podane w dokumencie interpretacyjnym do dyrektywy 89/106/EWG [7], w którym zaleca się, żeby budynek i jego instalacje grzewcze, chłodzące i wentylacyjne były projektowane i wykonywane w sposób pozwalający na utrzymanie na niskim poziomie ilości energii, wymaganej do jego użytkowania, stało się podstawą do nowego sposobu formułowania wymagań ochrony cieplnej budynków.

3 Wdrożenie tego zalecenia do praktyki projektowania budynków polegało na limitowaniu zapotrzebowania na energię budynku w okresie roku, obliczanego w standardowych warunkach jego użytkowania, a przedmiotowe wymaganie sprawdzane było w sposób następujący: E E 0 gdzie: E wskaźnik określający jednostkowe zapotrzebowanie budynku na ciepło lub energię, E 0 graniczna wartość współczynnika E. Taki sposób oceny energetycznej budynku można zastosować w odniesieniu do zapotrzebowania budynku netto, na energię dostarczaną do budynku nie tylko do ogrzewania, lecz także do podgrzewania wody, albo na energię pierwotną. W tym ostatnim przypadku w bilansie energetycznym można uwzględnić także energię elektryczną niezbędną do napędu pomp i wentylatorów w instalacjach oraz zapotrzebowanie energii do oświetlenia. W Polsce wprowadzonymi w 1998 roku wymaganiami wyrażonymi w postaci wskaźnika E, odnoszącego się do zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania netto, objęto tylko budynki mieszkalne i zamieszkania zbiorowego [9]. Sposób obliczania tego zapotrzebowania, w którym uwzględniane są straty ciepła do otoczenia przez przenikanie i na podgrzanie powietrza wentylacyjnego oraz zyski ciepła bytowe i promieniowania słonecznego przenikającego przez przegrody przezroczyste, podany został w normie krajowej PN-B [10]. Pierwsza edycja tej normy pojawiła się w 1998 r., czyli w tym samym czasie, co norma międzynarodowa EN 823 [11] dotycząca obliczeń sezonowego zapotrzebowania na energię dostarczoną do ogrzewania budynków mieszkalnych. W polskich wymaganiach graniczną wartość wskaźnika E 0 uzależniono od współczynnika kształtu budynku A/V, określającego stosunek pola powierzchni obudowy ogrzewanej części budynku do jej kubatury: E 0 = 29 kwh/(m 3 rok) przy A/V 0,20, E 0 = 26, A/V kwh/(m 3 rok) przy 0,20 < A/V < 0,90, E 0 = 37,4 kwh/(m 3 rok) przy A/V 0,90. Według aktualnie obowiązujących przepisów budowlanych, w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych i zamieszkania zbiorowego powinny być spełnione zarówno wymagania dotyczące granicznej wartości współczynnika E 0 i współczynnika U max. Na rysunku 1 porównano wymagania dotyczące zużycia energii w budynkach w krajach UE w okresie przygotowywania Dyrektywy 2002/91/WE (koniec 2001 roku). Wymagania te są surowsze niż obowiązujące aktualnie w Polsce. Obecnie w związku z wdrażaniem tej dyrektywy następują zmiany zarówno sposobu ich formułowania, jak i wartości granicznych wskaźników. Na przykład w nowych wymaganiach, wprowadzonych w 2006 roku w Danii [12], wskaźnik zapotrzebowania na energię do ogrzewania, wentylacji, podgrzewania wody i chłodzenia, przeliczona na energię pierwotną, w budynkach mieszkalnych nie powinien przekroczyć wartości granicznej określanej z zależności: 2200 EC max 70 kwh/(m 2 = +. rok) A gdzie: A powierzchnia ogrzewana w budynku, m 2. W Polsce, w związku z wdrożeniem postanowień Dyrektywy 2002/91/ WE, prowadzone są prace nad zmianą sposobu wymagań dotyczących ochrony cieplnej budynków. 4. Zużycie ciepła do ogrzewania w budynkach istniejących w Polsce 4.1. Struktura wiekowa budynków w Polsce Dane statystyczne dotyczące struktury wiekowej budynków dostępne są jedynie w odniesieniu do najliczniejszej ich grupy, tzn. do budynków mieszkalnych (tab. 5). Jest ona dość zbliżona do struktury wiekowej budynków w krajach EU 15, w których (wg stanu na rok 1995) około 32% budynków zostało wzniesionych przed 1945 roku, około 40% w latach od 1945 do , a 28% w latach Z danych statystycznych wynika, że jedynie około 15% budynków wybudowanych było w okresie, kiedy obowiązywały surowsze wymagania dotyczące ochrony cieplnej. Rys. 1. Porównanie wymagań wyrażonych za pomocą wskaźnika zapotrzebowania w krajach UE 15 (stan na koniec 2001 r.) 4.2. Ocena zużycia ciepła do ogrzewania w budynkach istniejących Według danych publikowanych w literaturze technicznej przeciętne roczne zużycie energii na ogrzewanie w budynkach mieszkalnych zbudowanych w Polsce do 1985 roku wynosi od 240 do 380 kwh/(m 2 rok). Dla porównania we Francji, mimo łagodniejszego klimatu, w starych budynkach na ogrzewanie zużywa się aż 420 kwh/(m 2 rok). Różnicę tę można wytłumaczyć znacznie mniejszą izolacyjnością obudowy budynków we Francji, przejawiającą się np. tym, że w budynkach tych 17

4 A R T Y KU Ł S P O N S O R O WA N Y 18 powszechnie stosowane było pojedyncze oszklenie okien w końcu XX wieku tylko 52% okien we Francji miało podwójne oszklenie. W ciągu ostatnich 15 lat w znacznej część budynków mieszkalnych, szczególnie tych, które były wybudowane w latach w technologiach wielkopłytowych, przeprowadzone zostały działania termomodernizacyjne, których celem było zmniejszenie zużycia energii do ich ogrzewania. W ramach tych działań przeprowadzane są następujące prace: docieplanie przegród obudowy budynków głównie ścian zewnętrznych, wymiana okien, wyposażenie węzłów ciepłowniczych w regulatory pogodowe, a instalacji c.o. w grzejnikowe zawory termostatyczne oraz naprawa i poprawa izolacji cieplnych rurociągów, urządzeń i armatury zlokalizowanych w pomieszczeniach nieogrzewanych. Średnie zapotrzebowanie na ciepło budynków poddanych termomodernizacji jest trudne do oszacowania, ponieważ w większości przypadków przeprowadzone zostały tylko niektóre, z wyżej wymienionych działań, np. wykonano tylko docieplenie ściany, lub jedynie wymieniono okna. W tabeli 5 pokazano wyniki analizy efektów energetycznych wariantowych rozwiązań termomodernizacji wielorodzinnego budynku mieszkalnego wykonanego w technologii wielkiej płyty na początku lat 80. ubiegłego wieku. Współczynnik kształtu analizowanego budynku jest równy A/V = 0,34, a odpowiadająca mu graniczna wartość E 0 = 30,7 kwh/(m 3 rok). Zatem doprowadzenie budynku do stanu, w którym spełnione są aktualne wymagania ochrony cieplnej budynków, wymaga przeprowadzenia kompleksowej jego termomodernizacji obejmującej wszystkie elementy jego obudowy. 5. Perspektywy ograniczenia zapotrzebowania budynków Tabela 5. Struktura wiekowa zasobów mieszkaniowych w Polsce wg danych ze spisu powszechnego w 2002 r. [13] Lp. Okres wybudowania budynku Budynki Mieszkania tys. % mln % 1 przed ,3 8,7 1,21 9, ,2 17,4 1,54 12, ,5 28,8 3,71 30, ,5 14,2 2,16 17, ,5 16,1 2,20 17, ,4 14,7 1,52 12,3 Razem 4747,4 100,0 12,34 100,0 Tabela 6. Porównanie efektów wariantowych rozwiązań termomodernizacji budynku mieszkalnego wielorodzinnego Wariant Opis działań termomodernizacyjnych E kwh/(m 3. rok) Oszczędność ciepła do ogrzewania % stan wyjściowy 56,8 A docieplenie ścian zewnętrznych λ = 0,04 W/(m. K), d = 8 cm 41,5 27 B j.w. d = 14 cm 39,8 30 C j.w. oraz docieplenie stropodachu i stropu nad piwnicą 39,4 31 D j.w. oraz ograniczenie średniej wymiany powietrza w budynku do 0,5 h -1 31,2 45 E j.w. oraz wymiana okien w budynku U o = 1,3 W/(m 2. K) 21, Budynki energooszczędne i pasywne Pojęcie budynek energooszczędny lub budynek o niskim zużyciu energii do ogrzewania nie zostało zdefiniowane w polskich przepisach budowlanych, wskutek czego nie jest jednoznaczne. W Danii, do budynków energooszczędnych klasy 2 zalicza się budynki, w których zużycie energii jest mniejsze niż 75% dopuszczalnego zużycia energii wg obowiązujących wymagań, a do budynków energooszczędnych klasy 1, jeśli to zużycie nie przekracza 50% wartości dopuszczalnej. W Polsce jako energooszczędne, budowane są przeważnie budynki mieszkalne jednorodzinne, w odniesieniu do których przepisy budowlane nie wymagają obliczania wskaźnika zapotrzebowania na ciepło. W związku z tym, zwyczajowo jako energooszczędny określa się taki budynek, w którym zastosowano rozwiązania techniczne pozwalające w większym stopniu zmniejszyć zużycie ciepła niż w budynkach typowych, takie jak: ściany i okna charakteryzujące się niskimi wartościami współczynnika przenikania ciepła, rekuperatory ciepła z usuwanego powietrza wentylacyjnego, wysokosprawne kotły, urządzenia do automatycznej regulacji działania instalacji ogrzewczych itp. Taki sposób definiowania budynku energooszczędnego dopuszcza subiektywną interpretację tego pojęcia, np. niektórzy projektanci budynków jednorodzinnych określają je jako energooszczędne tylko na podstawie niskiej wartości współczynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych, obliczanego bez uwzględnienia mostków cieplnych. Kryterium oparte na granicznym wskaźniku zapotrzebowania na ciepło lub energię również nie jest całkowicie jednoznaczne, ponieważ wartość takiego wskaźnika obliczana dla konkretnego budynku zależy nie tylko od zastosowanych w nim rozwiązań technicznych pozwalających zmniejszyć zapotrzebowanie, ale również od jego lokalizacji w określonej stre-

5 Tabela 7. Struktura bilansu energetycznego sporządzonego w odniesieniu do energii pierwotnej dla jednorodzinnego energooszczędnego budynku mieszkalnego klasy 1 Rodzaj zużycia Udział % Ogrzewanie i wentylacja 27,1 Podgrzewanie wody 51,1 Napęd pompy w instalacji ogrzewczej i wentylatora w wentylacyjnej 21,8 fie klimatycznej taki sam budynek zlokalizowany np. w południowych Niemczech będzie charakteryzował się mniejszą wartością E n niż w północno-wschodniej Polsce. W związku z tym w 1985 roku w Swedish Council for Building Research zaproponowano przyjęcie jako wielkości kryterialnej wskaźnik zapotrzebowania wynoszący 0,02 kwh/(m 2 Kd). Reprezentatywną wartością dla Polski jest 4000 stopniodni w roku, w związku z tym graniczna wartość wskaźnika zapotrzebowania dla budynków energooszczędnych jest równa 80 kwh/(m 2 rok). Z badań wykonanych w Zakładzie Fizyki Cieplnej ITB wynika, że zapotrzebowanie na poziomie nie przekraczającym 80 kwh/(m 2 rok) można zapewnić w budynku jednorodzinnym dzięki dobrej izolacyjności cieplnej przegród obudowy budynku stosując jedynie przegrody zewnętrzne charakteryzujące się dobrą izolacyjnością cieplną, np. współczynnik przenikania ciepła ścian na poziomie 0,2 W/(m 2 K). Koncepcja budynków pasywnych (passive houses PH) powstała w drugiej połowie lat 80. ubiegłego wieku w Niemczech. Budynki takie, charakteryzujące się zapotrzebowaniem energii netto do ogrzewania na poziomie 15 kwh/(m 2 a), stanowią bardzo interesującą propozycję dla inwestorów, nie tylko ze względów energetycznych, lecz także ze względu na koszt inwestycyjny ich wykonania, porównywalny z kosztem wykonania budynku o wskaźnikowym zapotrzebowaniu na energię 60 kwh/(m 2 a) (rys. 2). Tak korzystną charakterystykę energetyczną osiąga się dzięki maksymalnemu wykorzystaniu pasywnych zysków ciepła. Zyski te stanowią około 40% strat ciepła budynku. Stosując takie rozwiązania techniczne jak: energooszczędne okna z szybą dwukomorową z powłokami niskoemisyjnymi, dobre ocieplenie mostków cieplnych, odzysk ciepła z usuwanego powietrza i wstępne podgrzewanie powietrza wentylacyjnego w wymienniku gruntowym, w budynku pasywnym zapotrzebowanie jest na tyle niskie, że komfort cieplny w pomieszczeniach można zapewnić bez zastosowania klasycznej instalacji ogrzewczej. Tym należy tłumaczyć fakt, że koszty inwestycyjne w budynkach pasywnych są mniejsze niż w bardziej energochłonnych ultra budynkach. Należy jednak zaznaczyć, że budynki pasywne wybudowane w ramach programu CEPHEUS w pięciu krajach: Niemczech, Austrii, Szwecji i Szwajcarii zlokalizowane zostały w miejscowościach o dość łagodnym klimacie, nawet w Szwecji (Goeteborg) [15]. W budynkach energooszczędnych i pasywnych podstawową pozycją bilansu energetycznego staje się zapotrzebowanie ciepła na podgrzewanie wody. Tabela 8. Zestawienie wariantów obliczeniowych zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania modelowego budynku jednorodzinnego Wariant obliczeniowy Izolacja przegród Posadowienie budynku Wentylacja pomieszczeń Temperatura wewnętrzna Źródło ciepła A dobra piwnica wg PN wymagana Kocioł gazowy B j.w. j.w. obniżona j.w. j.w. C j.w. podłoga na gruncie wg PN j.w. j.w. D j.w. j.w. obniżona j.w. j.w. E bardzo dobra piwnica j.w. j.w. j.w. F j.w. j.w. obniżona j.w. j.w. G j.w. j.w. j.w. obniżona j.w. H j.w. j.w. wg PN + rekuperator wymagana I j.w. j.w. wg PN j.w. j.w. Kocioł gazowy + pompa ciepła (układ biwalentny) J j.w. j.w. wg PN j.w. pompa ciepła K j.w. j.w. W tabeli 7 pokazano strukturę takiego bilansu, ograniczonego zgodnie z wymaganiami dyrektywy 2002/91/ WE do energii zużywanej w instalacjach ogrzewczej, wentylacyjnej i podgrzewania wody, w budynku zaliczanym do budynków energooszczędnych klasy 1. Wskaźnik zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania tego budynku wynosi 8,6 kwh/(m 2 rok), a wskaźnik zapotrzebowania na energię pierwotną do ogrzewania i podgrzewania wody 31,6 kwh/(m 2 rok) Ocena możliwości budowy budynków o niskim zużyciu energii do ogrzewania w Polsce Jako budynek modelowy do analizy wpływu rozwiązań materiałowo- -instalacyjnych na eksploatacyjne zużycie ciepła do ogrzewania wybrano wolno stojący parterowy budynek jednorodzinny. Założono, że budynek wykonany jest w technologii tradycyjnej z przegrodami zewnętrznymi ocieplonymi od zewnątrz. Obliczenia wykonano w odniesieniu do zestawionych w tabeli 8, wariantowych rozwiązań ocieplenia obudowy budynku i instalacji ogrzewczo-wentylacyjnej, wykorzystujących stosowane w Polsce technologie, materiały i wyroby budowlane. Dobra izolacja oznacza, że grubość wg PN + rekuperator j.w. pompa ciepła 19

6 A R T Y KU Ł S P O N S O R O WA N Y 20 Rys. 2. Zależność między wskaźnikiem zapotrzebowania na energię netto do ogrzewania a kosztami inwestycyjnymi elementów energooszczędnego wyposażenia budynku [8] Wskaźnik zapotrzebowania na energię do ogrzewania kwh/(m 2 x a) Rys. 3. Wartości wskaźników zapotrzebowania na energię do ogrzewania E n, E d i E p w odniesieniu do rozpatrywanych wariantów obliczeniowych E n E d E p warstwy ocieplającej na ścianach zewnętrznych stropodachu i podłodze nad piwnicą jest równa odpowiednio: 15, 20 i 10 cm, w przypadku bardzo dobrej izolacji grubości te kształtują się w sposób następujący: 20, 25 i 15 cm. Założono dwa rodzaje wentylacji: grawitacyjną, najczęściej stosowaną w budynkach mieszkalnych w Polsce i energooszczędną wentylację nawiewno-wywiewną z rekuperatorem ciepła z powietrza usuwanego z budynku (warianty H i K). Przeanalizowano dwa przypadki działania wentylacji grawitacyjnej: zapewniającej strumienie powietrza odpowiadające wymaganiom PN-83/B03430 oraz strumienie obniżone o 60% w stosunku do wartości normowych, co oznacza, że w czasie obecności mieszkańców w budynku intensywność wentylacji jest wyższa odpowiadająca wymaganiom, a w czasie ich nieobecności niższa. Dalsze obniżenie intensywności wentylacji uznano za niemożliwe ze względu na konieczność zapewnienia na minimalnym poziomie warunków sanitarno-higienicznych w pomieszczeniach. Termin wymagane temperatury oznacza, że w pomieszczeniach mieszkania przyjęto wartości temperatury wewnętrznej podane w przepisach budowlanych, czyli 24 C, w przypadku łazienki i 20 C, w przypadku pozostałych pomieszczeń mieszkalnych. Obniżenie tych wartości oznacza przyjęcie w obliczeniach 20 C w łazience i 18 C w pozostałych pomieszczeniach. Są to zakładane wartości średnie miesięczne osiągane dzięki obniżaniu temperatury wewnętrznej w okresie nieobecności mieszkańców w budynku i w nocy. W analizie przyjęto następujące warianty instalacji centralnego ogrzewania: z kotłem gazowym i grzejnikami stalowymi płytowymi instalowanymi pod oknami, z pompą ciepła i kotłem gazowym szczytowym w układzie biwalentnym z grzejnikami j.w., z pompą ciepła i ogrzewaniem podłogowym. We wszystkich wariantach obliczeniowych przyjęto taką samą izolacyjność cieplną okien: U = 1,6 W/(m 2 K) i drzwi wejściowych do budynku: U = 2,6 W/(m 2 K), a wartości współczynników przenikania ciepła przegród pełnych zestawiono w tabeli 9. Z danych zamieszczonych w tabeli 9 wynika, że w obliczeniach cieplnych, przynajmniej w odniesieniu do ścian zewnętrznych, konieczne jest uwzględnianie wpływu mostków cieplnych na wartość współczynnika przenikania ciepła, a pomijanie tego wpływu, co jest często stosowanym uproszczeniem przyjmowanym w obliczeniach sezonowego zapotrzebowania na ciepło, skutkuje znacznym zaniżeniem wyników obliczeń. Wyniki obliczeń wskaźników sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania: netto, dostarczanego do budynku i wyrażonego w energii pierwotnej pokazano na rysunku 3. W Polsce obecnie projektowane są energooszczędne jednorodzinne budynki mieszkalne, w których wskaźnik zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania kształtuje się na poziomie kwh/(m 2 rok), a wskaźnik zapotrzebowania na energię pierwotną w granicach kwh/(m 2 rok). Zaprojektowanych zostało również kilka domów pasywnych, w których ww. wskaźniki kształtują się na poziomie kwh/(m 2 rok) oraz kwh/(m 2 rok). Z porównania tych wartości wynika, że w warunkach polskich obniżanie wskaźnika zapotrzebowania poniżej 20 kwh/(m 2 rok) nie jest opłacalne ani energetycznie, ani ekonomicznie, ponieważ osiągane jest przy większym zapotrzebowaniu na energię pierwotną. Dalsze zmniejszenie zapotrzebowania

7 Tabela 9. Zestawienie wartości współczynnika przenikania ciepła przegród budynku modelowego L.p. Nazwa przegrody 1 ściana zewnętrzna 2 stropodach 3 strop nad nieogrzewaną piwnicą Izolacyjność cieplna Współczynnik przenikania ciepła W/(m 2. K) U c * U k ** dobra 0,23 0,27 0,37 bardzo dobra 0,18 0,23 0,34 dobra 0,19 0,19 bardzo dobra 0,16 0,16 dobra 0,31 0,32 bardzo dobra 0,22 0,22 *) Bez uwzględnienia mostków cieplnych **) Z uwzględnieniem mostków cieplnych przy przyjęciu do obliczeń zewnętrznych wymiarów przegród na energię budynków, a nawet stworzenie budynków, będących źródłami energii wiąże się z wykorzystaniem ogniw fotowoltaicznych. Według prognoz francuskich budynki mieszkalne o zerowym zapotrzebowaniu na energię powstaną w połowie XXI wieku. BIBLIOGRAFIA [1] Dyrektywa Europejska 2002/91/WE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [2] Zielona Księga o efektywności energetycznej lub jak osiągnąć więcej zużywając mniej Bruksela, 22 czerwca 2005 r. [3] Proposals for a Directive of the European Parliament and of the Council on the energy performance of buildings. Brussels, COM(2001) 226 final [4] Pogorzelski J. A., Kasperkiewicz K., Geryło R., Budynki wielkopłytowe wymagania podstawowe. Zeszyt 11 Oszczędność energii i izolacyjność cieplna przegród. Stan istniejący budynków wielkopłytowych. ITB. Warszawa 2003 [5] PN-B/ Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia [6] PN-B/ Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia [7] Dokument interpretacyjny Wymaganie podstawowe no 6 Oszczędność energii i ochrona cieplna. Officiel Journal of the European Communities No C62/148 [8] Energy Performance of Buildings Calculation procedures used in European countries. ENPER - TEBUC. SAVE [9] Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie tekst jednolity Dz. U. nr 15/99, poz. 140 [10] PN-B Obliczanie sezonowego zapotrzebowania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego [11] PN-EN 832 Właściwości cieplne budynków. Obliczanie zapotrzebowania na energię do ogrzewania. budynki mieszkalne [12] Rose J., Svendsen S., Classification of Low Energy Houses in Danish Building Regulation [13] Narodowy Spis Powszechny Ludności i Mieszkań 2002 r. [14] Robakiewicz M., Termomodernizacja budynków i systemów grzewczych. Poradnik. Fundacja Poszanowania Energii. Warszawa 2002 [15] Krapmeier H., Drössler E., CEPHEUS Living comfort without heating. Springer. Wien New York 21