Wpływ przyjętych założeń wyjściowych na ocenę wielorodzinnego budynku mieszkalnego metodą kosztów globalnych

Założenia początkowe

Obliczenia energii użytkowej i końcowej na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody przeprowadzono w oparciu o algorytm zawarty w rozporządzeniu dotyczącym charakterystyki energetycznej budynku [4] przy założeniu danych klimatycznych dostępnych na stronie Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju dla lokalizacji budynku w Poznaniu.

Zakres obliczeń charakterystyki obejmował zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania, wentylacji Q_H,nd i przygotowania ciepłej wody użytkowej Q_W,nd oraz energię końcową dostarczaną do systemów technicznych budynku: ogrzewania i wentylacji Q_k,H, ciepłej wody użytkowej Q_k,W.

Energię użytkową na cele ogrzewania i wentylacji Q_H,nd obliczono, zakładając:

• temperaturę wewnętrzną eksploatacyjną na poziomie 20°C,
• pojemność cieplną budynku na poziomie 370 000 J/(K · m²),
• brak zacienienia budynku,
• powierzchnie przeszklone z orientacją wg tabeli 1.

Wyniki obliczeń charakterystyki energetycznej wyznaczono dla 1 m² powierzchni użytkowej o regulowanej temperaturze. Analizy przeprowadzono, zakładając jako źródło ciepła kocioł gazowy współpracujący z zasobnikiem ciepłej wody użytkowej o pojemności 500 dm³.

Energię użytkową na cele przygotowania ciepłej wody użytkowej Q_W,nd obliczono, zakładając:

• liczbę osób zamieszkujących budynek L = 32,
• jednostkowe zużycie c.w.u. jak dla budynku wielorodzinnego V = 38 dm³/j.o./dobę,
• temperaturę c.w.u. θ_cwu = 55°C,
• temperaturę zimnej wody θ_zw = 10°C,
• czas użytkowania ciepłej wody t_cw = 328,5 dnia.

Budynek i analizowaną w nim instalację techniczną oceniono również, stosując metodykę kosztów globalnych zawartą w PN-EN 15459. Koszty globalne budynków i ich elementów, w tym instalacji, obliczono, sumując początkowe koszty inwestycyjne oraz zdyskontowane roczne koszty eksploatacyjne (obejmujące koszty energii, utrzymania, operacyjne i ewentualne dodatkowe) w okresie obliczeniowym.

Obowiązujący wzór na koszty globalne:

gdzie:

C_G(τ) – koszty globalne odniesione do roku początkowego to,

C_i – początkowe koszty inwestycyjne,

C_a,i – roczne koszty eksploatacyjne w i-tym roku dla komponentów j (uwzględniające koszty bieżące i periodyczne koszty likwidacji),

R_d(i) – stopa dyskontowa dla roku i-tego,

V_f,t(j) – wartość komponentu j na końcu okresu obliczeniowego (w odniesieniu do roku początkowego to).

Koszt globalny obliczono przy założeniu:

• kosztów początkowych inwestycji (w roku zerowym) według stanu na I kwartał 2012 r. Pominięto koszt działki oraz koszty przyłączy do lokalnych systemów infrastruktury technicznej,
• kosztów eksploatacyjnych będących sumą kosztów utrzymania i operacyjnych (ustalonych kwotowo), kosztów energii według aktualnych taryf z uwzględnieniem opłat stałych oraz opłat zmiennych, a także periodycznych kosztów likwidacji według stanu na 1.01.2014 r.,
• czasu życia oraz ewentualnego kosztu utylizacji poszczególnych elementów budynków i systemów technicznych według Aneksu A do normy PN-EN 15459,
• wartości pieniądza w czasie: inflacja 2,0%, WIBOR 5,91%,
• współczynnika wzrostu cen: dla gazu 4,8%, dla energii elektrycznej 3,8%,
• wskaźnika emisji CO₂ zgodnie z tabelą 2.

Opis analizowanego budynku

Przeprowadzono analizę dla budynku czterokondygnacyjnego z piwnicą nieogrzewaną, zbudowanego na planie prostokąta o wymiarach 16,6 i 14,8 m i wysokości kondygnacji 2,8 m, o współczynniku zwartości A/V_e = 0,37 m^–1. W części ogrzewanej budynku o regulowanej temperaturze A_f = 833 m² znajduje się 16 mieszkań wyposażonych w kuchnię i węzeł sanitarny.

Opis analizowanych wariantów

Analizę wpływu założeń początkowych na wartość energii końcowej dostarczanej do budynku na cele ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz na koszt globalny przeprowadzono przy założeniu wariantowo zmiennej:Jakość systemów różnicowano pod względem standardu energetycznego przez podanie współczynników sprawności regulacji i emisji, dystrybucji oraz akumulacji (tabela 3).

Strumień powietrza wentylacyjnego wymagany ze względów higienicznych wyznaczono zgodnie z normą PN-B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej [5] na poziomie 1707 m³/h dla całego budynku (50 m³/h na mieszkanie oraz 0,5 h^–1 dla korytarza).

W obliczeniach wentylacji hybrydowej przyjęto zmniejszenie strumienia powietrza wymaganego ze względów higienicznych z poziomu 1707 m³/h dla całego budynku do 80% wartości. Dla wentylacji mechanicznej przyjęto odzysk ciepła w centrali wentylacyjnej o efektywności średniorocznej na poziomie 70%.

Energię użytkową na cele ogrzewania i wentylacji dla każdego z trzech wariantów wyznaczono, przyjmując zmienne zyski wewnętrzne:

• Z_1 – q_int = 3,0 W/m²,
• Z_2 – q_int = 4,5 W/m²,
• Z_3 – q_int = 6,0 W/m².

W tabeli 4 przedstawiono analizowane warianty energii użytkowej wyznaczonej zgodnie z rozporządzeniem dotyczącym oceny energetycznej budynku i instalacji (wg stanu prawnego na wrzesień 2014 r., tj. DzU nr 201/2008, poz. 1240). Dodatkowo w tabeli podano obliczony czas trwania sezonu ogrzewczego.

W zależności od przyjętych wartości sprawności regulacji, dystrybucji, akumulacji i wytworzenia dla gazowego źródła ciepła anali­zowano zmienność energii końcowej potrzebnej na ogrzewanie, wentylację i przygotowanie ciepłej wody użytkowej. W tabe­li 5 zestawiono wyniki dla analizowanych wariantów.

Ocena budynku metodą kosztów globalnych

W obliczeniach założono zmienność składowych kosztów inwestycyjnych dla analizowanych wariantów z podziałem na:

• koszty elementów konstrukcyjnych mających wpływ na zużycie energii, do których zaliczono zastosowanie w budynku rolet zewnętrznych o cenie jednostkowej ok. 400 zł/m²,
• budowlane koszty inwestycyjne wpływające na zużycie energii, do których zaliczono dodatkowy koszt izolacji cieplnej i wzrost cen okien,
• koszty inwestycyjne zainstalowanych urządzeń związanych ze zużyciem energii.

Dla analizowanego budynku koszty inwestycyjne oszacowano w zależności od wariantu izolacyjności cieplnej budynku i potrzeb wentylacyjnych na poziomie przedstawionym w tabeli 6.

Wariant III jest wariantem pod względem inwestycyjnym najdroższym, jednak wzrost ceny w stosunku do wariantu I to jedynie 297 zł/m², co stanowi 14% kosztów inwestycji początkowej (wariant I). Zastosowanie polepszonej izolacyjności cieplnej budynku wraz z poprawą kontroli nawiewanego strumienia powietrza prowadzi do zmniejszenia energii końcowej dostarczanej do osłony bilansowej budynku.

Prowadzi to do zmniejszenia energii końcowej na ogrzewanie dla różnej wartości zysków wewnętrznych, co zaprezentowano w tabeli 7.

Przykładowo dla zmiennej obudowy i potrzeb wentylacyjnych oraz założenia zysków wewnętrznych na poziomie qint = 3,0 W/m² na rys. 1 przedstawiono koszt globalny z podziałem na poszczególne składowe, a na rys. 2 koszt zużytej energii. W prezentacji wyników pominięto budowlane koszty inwestycyjne.

Dla analizowanych wariantów budowlanych i instalacyjnych koszt globalny bez budowlanych kosztów inwestycyjnych w analizie makroekonomicznej uległ zmianie w stosunku do wariantu I:

• wariant II i Z_1 – o 2,5%; Z_2 – o 1,8%; Z_3 – o 2,3%;
• wariant III i Z_1 – o 2,9%; Z_2 – o 1,7%; Z_3 – o 0,2%.

Podsumowanie

Przy wyznaczaniu energii końcowej na potrzeby ogrzewania i wentylacji istotne jest prawidłowe oszacowanie zysków wewnętrznych, gdyż zmiana ich wartości o 100% (z 3,0 do 6,0 W/m²) powoduje obniżenie energii użytkowej dla wariantu I o 16,7%, a dla wariantu III o 69%. Wpływa to również na koszty globalne, ponieważ jednym z ich analizowanych składników jest koszt zużytej energii oraz emisji CO₂ (analiza makroekonomiczna, nieuwzględniająca podatku VAT).

Artykuł powstał na podstawie referatu przygotowanego na konferencję "Air&Heat 2014"

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (wersja przekształcona, DzU UE 2010, L 153/13).
2. Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) nr 244/2012 z dnia 16 stycznia 2012 r. uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i ustanawiające ramy metodologii porównawczej do celów obliczania optymalnego pod względem kosztów poziomu wymagań minimalnych dotyczących charakterystyki energetycznej budynków i elementów budynków (DzU UE 2012, C115/01).
3. PN-EN 15459 Charakterystyka energetyczna budynków. Ekonomiczna ocena instalacji energetycznych bu­dynków.
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkowa oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej (DzU nr 201/2008, poz. 1240).
5. PN-B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!