Energetyczne i ekonomiczne efekty wznoszenia budynków energooszczędnych

Potrzeba ochrony środowiska naturalnego jest oprócz wzrostu cen paliw i energii następnym elementem wskazującym na potrzebę oszczędzania energii. Ważnym elementem oszczędnego gospodarowania energią w budownictwie jest wiedza o energetycznych cechach budynku. Jest ona szczególnie istotna z punktu widzenia indywidualnych dysponentów budynków już eksploatowanych. Dlatego tak ważna i trudna do przecenienia jest rola świadectw energetycznych dla budynków. Zadaniem wprowadzanych właśnie dokumentów (świadectw energetycznych) jest pokazanie, jaki jest pod względem energetycznym dany budynek (określenie jego klasy energetycznej) oraz pokazanie, co można zrobić, aby jego jakość energetyczną (klasę) podnieść.

Wbrew różnym obiegowym opiniom zadaniem świadectwa energetycznego nie jest egzekwowanie zmian, a jedynie informowanie o jakości energetycznej budynku i możliwościach poprawy istniejącego stanu.

Standard energetyczny budynków projektowanych i istniejących
Wszystkie istniejące i projektowane budynki można przydzielić do jednej z grup charakteryzujących je pod względem energetycznym (tab. 1).



Tab.1. Standard energetyczny budynków wznoszonych w różnych latach oraz obecnie projektowanych

Wznoszone w różnych latach budynki mają różny standard energetyczny, co pociąga za sobą duże zróżnicowanie ilość energii niezbędnej do ich ogrzewania. Budynki projektowane powinny spełniać standard obecnie obowiązujący, więc z natury rzeczy będą w większości przypadków zużywały mniej energii od istniejących. Podział na obiekty istniejące i projektowane ma uzasadnienie, ponieważ różne będą metody prowadzące do osiągnięcia możliwie najniższego poziomu zużycia ciepła na potrzeby ogrzewania.

W przypadku obiektów nowych można mówić o osiągnięciu standardu „budynek energooszczędny”, co w przypadku obiektów kilkunasto- lub kilkudziesięcioletnich jest dosyć trudne i kosztowne. W budynkach modernizowanych zapewnienie dobrego standardu w ramach aktualnych wymagań wydaje się być dobrze sformułowanym celem. Dla obiektów poddawanych termomodernizacji osiągnięcie statusu budynku energooszczędnego jest praktycznie bardzo trudne. Dowodem na to są wyniki kilkuset audytów energetycznych różnych budynków wykonanych przy udziale autorów. Inna jest sytuacja z budynkami projektowanymi, gdzie coraz częściej zdarzają się realizacje charakteryzujące się wskaźnikiem zapotrzebowania na ciepło w sezonie ogrzewczym na poziomie E = 50–80 [kWh/m²a].

Istotną rolę w podejmowaniu decyzji odnośnie standardu energetycznego projektowanego budynku odgrywa zazwyczaj czynnik ekonomiczny. To „zazwyczaj” oznacza, iż z punktu widzenia inwestora ma on decydujące znaczenie, natomiast państwo ma prawo i obowiązek brać pod uwagę inne istotne dla swojego rozwoju elementy. Mogą to być wymagania odnośnie redukcji emisji CO2, wymagania ochrony środowiska w ogóle czy też modne ostatnio wymagania rozwoju zrównoważonego. Umiejętnie zastosowane instrumenty polityki gospodarczej (kształtowanie cen poszczególnych nośników energii poprzez opłaty ekologiczne, dopłaty do wybranych technologii, ulgi inwestycyjne) mogą doprowadzić do sytuacji, w której inwestor w oparciu o przesłanki wyłącznie ekonomiczne będzie podejmował decyzje pożądane z punktu widzenia państwa.

Taki nieskomplikowany i wydawałoby się, nietrudny do wdrożenia model niestety jeszcze u nas nie obowiązuje. Pamiętać należy też, że nie wszystkie rozwiązania powszechnie stosowane w innych krajach należy stosować u nas - chociażby ze względu na ich opłacalność lub raczej tej opłacalności brak.

Budynki energooszczędne – efekty możliwe do osiągnięcia
Budynek energooszczędny powinien spełniać kryterium sezonowego zapotrzebowania na ciepło na poziomie E < 80 [kWh/m2a]. Nie ma natomiast bliżej określonych wymagań co do elementów, które należy zastosować, aby osiągnąć tak niskie zużycie energii. Na podstawie danych literaturowych oraz doświadczeń własnych budynek energooszczędny można opisać jako obiekt spełniający poniższe wymagania szczegółowe:

• ściany – izolacja termiczna (na przykład wełna lub styropian) 18 cm,
• dachy i stropodachy – izolacja termiczna z wełny mineralnej lub szklanej 20 cm;
• podłoga na gruncie – styropian 10 cm;
• okna – szczelne o współczynniku U ≤ 1,7W/m²K;
• znaczna powierzchnia okien od strony południowej (południowo-zachodniej) przy jednoczesnym ograniczeniu od strony północnej;
• przegrody wewnętrzne ciężkie z możliwością akumulownia ciepła;
• wyeliminowanie tak zwanych mostków termicznych;
• wentylacja mechaniczna nawiewno–wywiewna z możliwością odzyskiwania ciepła z powietrza usuwanego (rekuperator),
• wymiennik gruntowy wstępnie podgrzewający napływające do budynku świeże powietrze;
• sprawny system ogrzewania z możliwością reagowania na zmiany temperatury wewnętrznej i zewnętrznej.

Zgodnie z powyższymi wymaganiami wzniesiony został budynek eksperymentalny, w którym praktycznie nie występują mostki termiczne (okna i drzwi montowane były w warstwie izolacji termicznej, wieńce zostały wykonane jako dzielone, natomiast balkony ocieplono dookoła styropianem). Zostało to potwierdzone przeprowadzonymi badaniami z użyciem kamery termowizyjnej – nie wykryto żadnych wad termicznych w przegrodach zewnętrznych. Tradycyjnie „słabe miejsca”, takie jak nadproża, wieńce, miejsca montażu okien połączenia ścian z balkonami na zdjęciach termowizyjnych nie były widoczne.

Dom wyposażony został w wentylację mechaniczną nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła (wymiennik krzyżowy). Pozwala to na doprowadzenie tylko takiej ilości powietrza, która jest niezbędna ze względów higienicznych przy jednoczesnym zminimalizowaniu energii wydatkowanej na ogrzanie poprzez odzyskiwanie części energii z usuwanego z budynku ciepłego powietrza (wymiennik krzyżowy). W okresie zimowym i letnim powietrze zewnętrzne jest doprowadzane do rekuperatora poprzez czerpnię w ogrodzie i wymiennik gruntowy, w którym następuje wstępne ogrzanie powietrza wentylacyjnego doprowadzanego do wnętrza. W sezonie letnim po wymianie wkładu w rekuperatorze wymiennik gruntowy służy do schładzania powietrza nawiewanego do budynku.

Zasadniczym źródłem ciepła w opisywanym domu jest piec gazowy posiadający zamkniętą komorę spalania „turbo” z automatyką sterującą. Wszystkie grzejniki wyposażone są w zawory z głowicami termostatycznymi.

Prowadzone przez kilka poprzednich lat badania opisywanego powyżej budynku energooszczędnego eksploatowanego w północno-wschodniej Polsce pozwoliły na określenie efektów energetycznych i ekonomicznych, na jakie można liczyć wznosząc takie budynki w naszych warunkach klimatycznych.

Na rys. 1 zestawiono wskaźniki sezonowego zapotrzebowania na ciepło dla opisywanego budynku (eksploatacyjny i graniczny wymagany) ze średnimi wskaźnikami wyznaczonymi dla grupy kilkudziesięciu budynków jednorodzinnych. Dane pochodzą z audytów energetycznych wykonywanych przy udziale autora w białostockim Oddziale NAPE SA. Z rys. 1 wynika, iż średnie wartości wskaźników E dla budynków poddawanych termomodernizacji są bardzo wysokie. Po termomodernizacji stan termiczny budynków jednorodzinnych zbliża się do wartości granicznej wymaganej rozporządzeniem dla budynków nowych. Z zestawienia widać, jak bardzo badany budynek energooszczędny różni się zarówno od stanu średniego, jak i wypełniającego aktualne wymagania stawiane nowo wznoszonym budynkom mieszkalnym.


Rys. 1. Zestawienie wskaźników sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków

W warunkach klimatu panującego w północno-wschodniej Polsce sezon ogrzewczy dla przeciętnych budynków trwa normatywnie około 7,7 miesiąca. Dla rozpatrywanego budynku energooszczędnego okres ogrzewczy uległ skróceniu ze standardowych 232 dni do 158 dni.

„Nakłady dodatkowe” na wzniesienie budynku energooszczędnego podniosły koszt inwestycji o ok. 4,5%. Biorąc pod uwagę różnice w zapotrzebowaniu na energię cieplną na cele ogrzewcze, pomiędzy opisywanym budynkiem a takim samym obiektem zbudowanym zgodnie z obowiązującymi wymaganiami odniesionymi do wartości wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło E, okres zwrotu dodatkowo poniesionych nakładów SPBT wyniesie (przy założeniu ogrzewania budynku z kotłowni gazowej) ok. 4 lat.

Certyfikacja energetyczna budynków
Od początku 2009 roku zacznie w Polsce obowiązywać tzw.  certyfikacja energetyczna budynków, wprowadzana jako wypełnienie obowiązku wynikającego z Dyrektywy Unii Europejskiej 2002/91/WE. Będące w fazie konsultacji rozporządzenia wykonawcze do rozwiązań przyjętych w nowelizacji ustawy Prawo budowlane przewidują zakwalifikowanie budynku do jednej z 9 klas energetycznych na podstawie wskaźnika zużycia energii Ep [kWh/m2rok] i wskaźnika zintegrowanej charakterystyki energetycznej WZE. Bezwymiarowy wskaźnik WZE jest ilorazem zużycia energii (na ogrzewanie, chłodzenie, wentylację, ciepłą wodę i oświetlenie) w sezonie grzewczym przez budynek oceniany i przez budynek referencyjny. Budynek referencyjny to obiekt taki sam jak oceniany, ale charakteryzujący się wszystkimi parametrami spełniającymi na minimalnym poziomie obowiązujące wymagania. Wskaźnik WZE pokazuje, ile energii zużywa oceniany budynek w stosunku do stanu spełniającego obecne wymagania. Z ustanowionych dziewięciu klas cztery reprezentują własności energetyczne lepsze od wymagań (A1, A2, B1, B2), cztery własności gorsze od wymagań (D, E, F, G) i jedną (C) tożsamą z wymaganymi własnościami energetycznymi budynku.

Świadectwa energetyczne będą informowały nabywcę, najemcę bądź użytkownika o jakości energetycznej budynku, zarówno nowego, jak i eksploatowanego. Bardzo ważna jest zawarta w świadectwie informacja o możliwym podwyższeniu klasy energetycznej, a także o możliwościach zmniejszenia zużycia energii poprzez zmianę sposobu eksploatacji. Dzięki takim informacjom nabywca budynku lub jego dzierżawca będzie mógł zorientować się w zakresie (kosztach) inwestycji niezbędnych w celu poprawienia jakości energetycznej budynku.

Podsumowanie
Badania przedstawionego eksperymentalnego budynku energooszczędnego świadczą zarówno o możliwościach wznoszenia, jak i oszczędnego eksploatowania w naszych warunkach klimatycznych budynków o niskim zapotrzebowaniu na energię cieplną. Niewielkie w stosunku do kosztów całkowitych budowy (ok. 4,5%) nakłady dodatkowe na uzyskanie standardu budynku energooszczędnego przy dużych oszczędnościach stosukowo drogiej energii powodują, iż okres zwrotu nakładów dla budynku o wskaźniku sezonowego zapotrzebowania na ciepło brutto poniżej 40 kWh/m² jest bardzo krótki (poniżej 4 lat).

Ocieplenie budynku na poziomie 18 cm wełny mineralnej w ścianach jest przy obecnym poziomie cen paliw (energii cieplnej) racjonalne i w pełni uzasadnione ekonomicznie.

Wskaźniki sezonowego zapotrzebowania na energię opisywanego budynku i wskaźniki istniejących budynków jednorodzinnych i wielorodzinnych świadczą o ogromnych rezerwach energetycznych (z punktu widzenia Państwa) i finansowych (z punktu widzenia właścicieli) tkwiących w modernizacji termicznej budynków.

Wprowadzenie świadectw energetycznych przyczyni się do zwiększenia wiedzy na temat jakości energetycznej budynków a tym samym z pewnością spowoduje w efekcie poprawę jakości energetycznej budynków legitymujących się niską klasą.

Literatura

1. Sarosiek W.: Eksploatacja budynku energooszczędnego - uwagi po trzech sezonach ogrzewczych, Materiały Budowlane 1/2004, s. 82-83, Warszawa, styczeń 2004.
2. Sarosiek W.; Sadowska B.: Kompleksowe badania energetyczne energooszczędnego budynku jednorodzinnego w warunkach klimatu północno-wschodniej Polski, praca W/IIB-12/03, Politechnika Białostocka, Białystok 2005.
3. Projekt rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki.

Wiesław Sarosiek
Politechnika Białostocka
Narodowa Agencja Poszanowania Energii SA

Tekst jest częścią społecznej akcji informacyjnej „w drodze do paszportu”, przygotowanej przez firmę Swisspor Polska



Informując w poprzednim wydaniu miesięcznika o Mistrzostwach Polski Młodych Dekarzy mylnie podaliśmy pochodzenie zwycięskiej ekipy konkurencji Dachy płaskie. Zwycięzcy pochodzą z Kujawsko-Pomorskiego Oddziału PSD.

Redakcja przeprasza wszystkich zainteresowanych.