Techniczne aspekty związane z nowelizacją przepisów dotyczących ochrony cieplnej budynków wielorodzinnych

Zaostrzenie wymagań dotyczących ochrony cieplnej budynków zawartych w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (dalej: WT) [1], stawia przed projektantami szereg wyzwań. Wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej przegród zostały sformułowane na osiągalnym technicznie poziomie. Natomiast obowiązująca metodyka przedstawiona w rozporządzeniu w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2] opiera się na uproszczonej metodzie miesięcznego obliczania zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia. Metoda obliczeń opisana w rozporządzeniu uprościła metodę miesięczną z wycofanej w 2017 r. normy PN-EN ISO 13790 [3]. Obowiązująca metodyka ma pewne ograniczenia i uniemożliwia np. wyznaczanie sprawności instalacji zgodnie z nową normą PN-EN 15316-3:2017-06 Charakterystyka energetyczna budynków. Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło przez instalację i sprawności układu. Część 3: Instalacje rozprowadzenia (c.w.u., ogrzewanie i chłodzenie), Moduł M3-6, M4-6, M8-6 [4]. Na chwilę obecną nie znowelizowano obowiązującego rozporządzenia w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej, w związku z powyższym przy ocenie jakości energetycznej budynku należy stosować obowiązującą uproszczoną metodykę.

W celu identyfikacji możliwych problemów związanych ze spełnieniem zaostrzonych od 30 grudnia 2020 r. wymagań w zakresie ochrony cieplnej budynków oraz osiągnięciem granicznej wartości wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną wykonano obliczenia charakterystyki energetycznej budynku mieszkalnego wielorodzinnego zgodnie z metodyką przedstawioną w rozporządzeniu z 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku [2].

Obliczenia przeprowadzono dla dwunastu wariantów różniących się izolacyjnością cieplną przegród zewnętrznych, rodzajem systemu wentylacji oraz przyjętą sprawnością systemów ogrzewania i przygotowania c.w.u. Charakterystykę izolacyjności cieplnej budynku przedstawiono w tabeli 1. Do obliczeń przyjęto izolacyjność cieplną przegród zewnętrznych zgodną z WT oraz nieznacznie lepszą, zgodną z wymaganiami NFOŚiGW – programem priorytetowych dopłat do kredytów na budowę domów energooszczędnych dla budynków wielorodzinnych w standardzie NF15 [5]. Obliczenia uwzględniają trzy rodzaje systemu wentylacji: wentylację wywiewną, wywiewną higrosterowalną typu DCV oraz nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła.

Obliczenia przeprowadzono dla budynku referencyjnego wielorodzinnego NAPE [6] o ośmiu kondygnacjach nadziemnych, na których znajdują się lokale mieszkalne. Rzut parteru oraz piętra powtarzalnego pokazany został na rys. 1 i 2.

Na parterze budynku znajdują się: wiatrołap, wózkownia oraz dwa mieszkania – M2 i M3. Na każdej kolejnej kondygnacji są po trzy mieszkania – M1, M2 i M3. W sumie w budynku są 23 mieszkania, w których mieszka 47 osób. Wejście do budynku znajduje się od strony północno-wschodniej. Okna mieszkań M1 także znajdują się od strony północno-wschodniej, natomiast mieszkań M2 – od strony południowo-wschodniej i południowo-zachodniej, a mieszkań M3 – od strony północno-wschodniej, północno-zachodniej i południowo-zachodniej. Na rys. 3 przedstawiono widok południowo-zachodniej fasady analizowanego budynku wielorodzinnego. W sezonie grzewczym w mieszkaniach utrzymywana jest temperatura 20°C, a na klatce schodowej 12°C. Nie ma natomiast regulacji temperatury w sezonie chłodniczym.

We wszystkich analizowanych wariantach obliczeń przyjęto następujące warianty instalacji c.o. i przygotowania c.w.u. w budynku:

• centralne ogrzewanie – instalacja wodna grzejnikowa z regulacją centralną oraz miejscową zasilana z dostępnego źródła ciepła;
• przygotowanie ciepłej wody użytkowej – instalacja z obiegami cyrkulacyjnymi zasilana z dostępnego źródła ciepła.

Sprawność instalacji oraz wytwarzania dla różnych wariantów obliczeń przedstawiono w tabeli 2. Wariant podstawowy zawiera wartości przyjęte zgodnie z obowiązującym rozporządzeniem w sprawie metodologii sporządzania charakterystyki energetycznej budynku [2], a w wariancie obliczeniowym przyjęto sprawność przesyłu wyznaczoną zgodnie z normą PN-EN 15316-3:2017-06 [4]. Budynek podłączony jest do miejskiej sieci ciepłowniczej.

W obliczeniach uwzględniono trzy opisane poniżej systemy wentylacji pomieszczeń ogrzewanych. Pierwszy system to wentylacja mechaniczna wywiewna, w której napływ powietrza odbywa się przez nawiewniki okienne sterowane ręcznie, a wywiew przez kratki wentylacyjne w kuchni oraz w łazience. W budynku znajduje się w sumie siedem pionów wentylacyjnych. Wywiew z każdego pionu wymuszany jest przez wentylatory zlokalizowane na dachu budynku. Strumienie powietrza przyjęte zostały zgodnie z rozporządzeniem w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku [2]: mieszkania 0,00032 m³/s·m²; klatka schodowa oraz korytarze 0,00022 m³/s·m².

Drugim analizowanym systemem jest wentylacja mechaniczna wywiewna higrosterowalna typu DCV, gdzie napływ powietrza do pomieszczeń odbywa się przez okienne nawiewniki higrosterowalne, a wywiew przez kratki wentylacyjne w kuchni oraz w łazience. Wywiew powietrza z każdego pionu wymuszany jest przez wentylatory zlokalizowane na dachu budynku. Zastosowano wentylatory płynnie dostosowujące się do wymaganego strumienia. Strumienie powietrza przyjęte zostały na podstawie wyników obliczeń systemów wentylacji mechanicznej wywiewnej higrosterowalnej typu DCV wykonywanych przez Narodową Agencją Poszanowania Energii w ramach opracowywanych rekomendacji takich systemów: dla mieszkań 0,000197 m³/s·m², a dla klatek schodowych oraz korytarzy 0,00022 m³/s·m².

Ostatnim analizowanym systemem jest wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła, gdzie napływ powietrza odbywa się centralnie do pomieszczeń mieszkalnych, a wywiew przez kratki wentylacyjne w kuchni oraz w łazience. W budynku znajduje się w sumie siedem pionów wentylacyjnych. Nawiew i wywiew powietrza wymuszony jest przez wentylatory centrali wentylacyjnej zlokalizowanej na dachu budynku. Strumienie powietrza przyjęte zostały zgodnie z rozporządzeniem w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku [2]: mieszkania 0,00032 m3/s·m2; klatka schodowa oraz korytarze 0,00022 m3/s·m2. Maksymalna sprawność temperaturowa odzysku ciepła w budynku w standardzie WT 2021 wynosi 73%, a w standardzie NF15 80%.

Zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową i przez urządzenia pomocnicze dla budynku policzono zgodnie z metodyką przedstawioną w rozporządzeniu w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku [2]. Wyjątek stanowią wentylatory w systemach z wentylacją higrosterowalną typu DCV, w przypadku których zapotrzebowanie na energię pomocniczą określono na podstawie rekomendacji takich systemów opracowywanych przez NAPE.

Charakterystykę analizowanych wariantów przedstawiono w tabeli 3, a wyniki wszystkich obliczeń w tabeli 4.

Zastosowane oznaczenia:

• Q_H,nd – roczne zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji,
• Q_k,H – roczne zapotrzebowanie na energię końcową dostarczaną do budynku lub części budynku dla systemu ogrzewania,
• E_el,pom,H – roczne zapotrzebowanie na energię pomocniczą końcową dostarczaną do budynku lub części budynku dla systemu ogrzewania,
• Q_p,H – roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną dla systemu ogrzewania,
• Q_W,nd – roczne zapotrzebowanie na energię użytkową do przygotowania ciepłej wody użytkowej,
• Q_k,W – roczne zapotrzebowanie na energię końcową dostarczaną do budynku lub części budynku dla systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej,
• E_el,pom,W – roczne zapotrzebowanie na energię pomocniczą końcową dostarczaną do budynku lub części budynku dla systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej,
• Q_p,W – roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną dla systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej,
• EU – wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię użytkową,
• EK – wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię końcową,
• EP – wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną,
• EP_gr. – graniczny wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną.

Podsumowanie

W artykule przeanalizowano możliwość spełnienia warunku nieprzekroczenia maksymalnego współczynnika EP przez przykładowy budynek mieszkalny wielorodzinny przy zastosowaniu różnych rozwiązań technicznych: izolacyjności cieplnej, systemów wentylacji oraz sposobu określania sprawności systemu ogrzewania i przygotowania c.w.u. Obliczenia przeprowadzono w dwunastu wariantach i w każdym z nich wartość wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP jest mniejsza od wartości granicznej zawartej w WT 2021. Zwiększenie izolacyjności cieplnej powoduje zmniejszenie wskaźnika zapotrzebowania na energię pierwotną w zależności od zastosowanego systemu wentylacji o od 7,4 do 7,9%.

Zmiana systemu wentylacji wywiewnej na wywiewną higrosterowalną skutkuje zmniejszeniem wskaźnika EP budynku o ok. 15%, natomiast zmiana systemu wentylacji wywiewnej na nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła powoduje wzrost wskaźnika EP o ok. 1% – jest to spowodowane zwiększonym zapotrzebowaniem na energię elektryczną do napędu wentylatorów. Zastosowanie obliczeniowych wartości sprawności przesyłu ciepła w instalacjach w porównaniu do wartości tabelarycznych z rozporządzenia w sprawie metodologii sporządzania charakterystyki energetycznej pozwoliło na zmniejszenie wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP o ok. 8–10%.

Zaostrzone od 30 grudnia 2020 r. wymagania w zakresie dopuszczalnej wartości wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP wymagają od projektantów analizy różnych rozwiązań technicznych i technologicznych.

W artykule pokazano, jaki wpływ na końcowy wskaźnik EP będzie miała zmiana izolacyjności cieplnej przegród, systemu wentylacji oraz sposobu obliczenia sprawności systemu. Spełnienie wymagań WT 2021 w budynkach wielorodzinnych jest możliwe przy zastosowaniu dostępnych rozwiązań materiałowych i technicznych, zastosowanie lepszej izolacyjności cieplnej nie spowoduje jednak znaczącego obniżenia wskaźnika EP budynku. Istotniejszą kwestią jest analiza możliwych do zastopowania systemów wentylacji z uwzględnieniem potrzebnej energii pomocniczej. Nowelizacja rozporządzenia w sprawie sporządzania charakterystyki energetycznej powinna umożliwić stosowanie norm, do których kieruje obowiązująca norma PN-EN ISO 52016-1:2017-09 [7]. Dzięki wykorzystaniu metod z tych norm można w sposób obliczeniowy uwzględnić stosowane technologie wpływające pozytywnie na charakterystykę energetyczną budynku.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002, nr 75, poz. 690, z późn. zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (DzU 2015, poz. 376).
3. PN-EN ISO 13790:2006 (wersja polska) Cieplne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii do ogrzewania; norma wycofana i zastąpiona przez PN-EN ISO 13790:2008 (wersja angielska).
4. PN-EN 15316-3:2017-06 (wersja angielska) Charakterystyka energetyczna budynków. Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło przez instalację i sprawności układu. Część 3: Instalacje rozprowadzenia (c.w.u., ogrzewanie i chłodzenie), Moduł M3-6, M4-6, M8-6.
5. Program Priorytetowy „Efektywne wykorzystanie energii”. Część 3: Dopłaty do kredytów na budowę domów energooszczędnych,
6. www.nfosigw.gov.pl
7. www.nape.pl/rekomendacje/
8. PN-EN ISO 52016-1:2017-09 (wersja polska) Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Zapotrzebowanie na energię do ogrzewania i chłodzenia, wewnętrzne temperatury oraz jawne i utajone obciążenia cieplne. Część 1: Procedury obliczania.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!