Optymalizacja algorytmu postępowania przy doborze lub zmianie źródła ciepła dla budynków mieszkalnych w Polsce

Zmiany polegające na termo- i energomodernizacji (nazwanych tu procesami TEM) budynków w Polsce są od kilku lat szeroko dyskutowane, zarówno w prasie popularnej, jak i fachowej. Niestety nie wypracowano jak dotąd spójnej metodyki oceny energochłonności budynków, wspólnej dla ich wszystkich kategorii i typów. O ile w odniesieniu do budynków użyteczności publicznej oraz siedzib dużych firm obowiązują (wykonywane co cztery lata) audyty energetyczne lub audyty efektywności energetycznej, to w przypadku budownictwa indywidualnego problem oceny realnego zapotrzebowania na energię końcową nie został do dziś rozwiązany.

Wśród specjalistów panuje powszechny konsensus co do faktu, że świadectwa charakterystyki energetycznej (ŚChE) ze względu na przyjętą w nich uproszczoną metodykę obliczania zapotrzebowania na energię nie mogą stanowić podstawy do określania realnego zapotrzebowania na energię końcową budynku mieszkalnego. Nieporozumienia płynące ze stosowania tej metodyki (szczególnie w zakresie modernizacji z wykorzystaniem pomp ciepła) prowadzą wprost do sporów sądowych pomiędzy niezadowolonymi inwestorami a dostawcami technologii, którzy zastosowali metodykę ŚChE do oceny zapotrzebowania na energię budynku dla celów termomodernizacji.

Jedyną poprawną metodą obliczania zapotrzebowania budynku na energię jest wyliczenie obliczeniowego zapotrzebowania na energię końcową zgodnie z normą PN-EN 12831:2006, z uwzględnieniem wcześniejszej normy PN-B-03406:1994. Prawidłowe wykonanie obliczeń zgodnie z tą normą jest procesem bardzo żmudnym, ale w konsekwencji można oczekiwać, że będzie to ocena rzetelna i realistyczna. Niechęć do stosowania wspomnianej Polskiej Normy do oceny zapotrzebowania na energię jest uzasadniania z jednej strony koniecznością analizy właściwości materiałów i wyrobów zastosowanych do budowy budynku (co jest bardzo trudne, a czasem niemożliwe w przypadku budynków już istniejących), z drugiej jest to, obiektywnie patrząc, proces bardzo pracochłonny – a w efekcie długotrwały i drogi. Niemniej jednak jest to najlepsza jak dotąd metodyka określania zapotrzebowania na energię końcową z analizą strumieni strat.

Alternatywą jest zawsze uproszczona „metoda zużyciowa”. W porównaniu z PN-EN 12831:2006 metoda uproszczona, określająca zużycie energii na podstawie rachunków od jej dostawców, ma tę przewagę, że jest tania i szybka, niestety nie daje odpowiedzi na pytanie o przyczyny dużego zużycia energii, co może mieć zasadnicze znaczenie w procesie poprawnej TEM.

Pojawia się zatem pytanie, jakie działania i w jakiej kolejności powinny zostać wykonane w budynku, aby realnie zmniejszyć zapotrzebowanie na energię końcową na 1 m² powierzchni o regulowanej temperaturze przy jednoczesnej redukcji emisji gazów i pyłów. Doradztwo w tym zakresie powinno być domeną specjalistów w dziedzinie TEM, w szczególności osób z przygotowaniem w zakresie „green advisory”, czyli doradców patrzących szerzej niż tylko przez pryzmat strat energii, uwzględniających również zagadnienie gospodarki obiegu zamkniętego oraz inne aspekty środowiskowe. W niniejszym artykule autorzy przyjęli optymistyczne założenie, iż firmy przygotowujące oferty dla inwestorów zatrudniają specjalistów, którzy rozumieją, że problem doboru konkretnych typów i marek urządzeń jest mniej istotny od poprawnego schematu ich funkcjonowania w danym budynku. Sam konsument energii (inwestor prywatny), planując po raz pierwszy w życiu inwestycję TEM budynku, w którym mieszka, ma do czynienia z szeregiem problemów natury formalnej oraz działań koniecznych do wykonania, zanim przejdzie do właściwej inwestycji. Aby zoptymalizować proces oraz nie popełniać błędów formalnych, inwestor powinien przeprowadzić te działania w określonej kolejności. Autorzy analizują w artykule możliwe algorytmy postępowania w celu realizacji procesu TEM, proponując osobne podejścia do budynków wolnostojących oraz zabudowy łączonej (wielobudynkowej lub/i wielolokalowej).

W zakresie oceny zasadności i możliwości dokonania energomodernizacji (być może poprzedzonej termomodernizacją, o ile nie została wcześniej wykonana) budynków zamieszkania zbiorowego proces wydaje się podobny, choć jego złożoność staje się znacznie większa. W tym zakresie autorzy również podejmują próbę zaproponowania algorytmu postępowania, co zostanie uwidocznione na wspólnym diagramie dla mieszkalnych budynków wielolokalowych. Warto zauważyć, że międzynarodowa literatura tematu skupia się bardziej na metodykach szacowania godzinowego zapotrzebowania na energię dla budynku niż na diagramach odpowiedniego postępowania przy termo- i energomodernizacji (por. Fig. 4 w [2]). Są to oczywiście diagramy komplementarne z zaprezentowanymi poniżej. Autorzy zastrzegają, że zaproponowane algorytmy nie są jedynymi poprawnymi w tym zakresie, niemniej dotyczą zasadniczej części (mainstreamu) spotykanych wyzwań i rozwiązań.

Dla porządku w artykule zawarto także krótką analizę dotyczącą nowych budynków jednorodzinnych.

Nowy budynek jednorodzinny

W przypadku projektowanego budynku jednorodzinnego zakłada się, że straty przez przegrody zostały ograniczone do minimum ze względu na obowiązujące (dość restrykcyjne – ale słuszne) wytyczne techniczne. Zatem drugim ważnym aspektem mającym wpływ na zużycie energii jest odpowiedni dobór systemów HVACR – a ten leży w gestii projektanta budynku (w uzgodnieniu z inwestorem). W praktyce to od projektanta branżowego zależy dziś, czy poprowadzi projekt jako zintegrowany (jak sugerują systemy oceny wielokryterialnej typu LEED czy BREAM) i powstanie spójne, kompleksowe rozwiązanie HVACR zawierające system sterujący i optymalizujący pracę wszystkich urządzeń energetycznych budynku (BMS/EMS), czy też pozostawi te kwestie wykonawcom i inwestorowi.

Ten drugi przypadek także może być dobrym rozwiązaniem, ale tylko w sytuacji, kiedy nad całością projektu czuwa wspomniany wcześniej „zielony doradca” (Green Advisor), czyli inżynier z dobrze ugruntowaną wiedzą w kwestiach prośrodowiskowych, który będzie pełnił funkcję koordynatora wszystkich rozwiązań branżowych HVACR+PV. W Polsce nie mamy jeszcze wykształconych „zielonych doradców” (pierwsza szkoła, w postaci studium podyplomowego, jest obecnie na etapie tworzenia), ich rolę odgrywają wykonawcy poszczególnych projektów branżowych wspomagani przez przedstawicieli dostawców urządzeń (PV, PC, wentylacji, automatyki BMS/EMS itp.). Niektóre firmy przygotowują dla projektantów branżowych gotowe rozwiązania techniczne w formie „cyfrowego gotowca” do wstawienia do projektu dla inwestora. Nie jest to rozwiązanie idealne, ponieważ często sprowadza się do zasugerowania konkretnego urządzenia z typoszeregu danego producenta – czyli w praktyce nie zawsze optymalnego. W niektórych krajach (np. w USA) rola „zielonego doradcy” jest bardzo ważna, ponieważ osoba taka, znając obowiązujące przepisy oraz niemal wszystkie rozwiązania techniczne funkcjonujące na danym rynku, jest w stanie zaproponować optymalny zestaw urządzeń, niekoniecznie wariant najbardziej popularny czy promowany, ale dopasowany do realnych potrzeb budynku i mieszkańców, pozwalający osiągnąć efekt nie tylko energetyczny, ale i ekonomiczny oraz środowiskowy.