Nowe wymagania, jakim powinny odpowiadać budynki. Możliwość spełnienia wymagań EP
The new building standards – the ability to meet the EP factor requirements
Fot. ROCKWOOL
Nowelizacja warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], zmienia wymagania odnośnie do energooszczędności budynków. Zaplanowano stopniowe zaostrzanie wymagań dotyczących izolacyjności cieplnej przegród budowlanych i zapotrzebowania na nieodnawialną energią pierwotną (w 2014, 2017 i 2012 r.) [2] oraz energooszczędności wentylacji i klimatyzacji [3].
Zobacz także
Panasonic Marketing Europe GmbH Sp. z o.o. Energooszczędny i inteligentny system klimatyzacji w ratuszu Warszawa-Ursynów
Efektem rozbudowy i modernizacji ursynowskiego ratusza jest montaż nowoczesnego i efektywnego energetycznie systemu klimatyzacji, który zapewnia komfortową i cichą pracę. Zastosowany system VRF firmy Panasonic...
Efektem rozbudowy i modernizacji ursynowskiego ratusza jest montaż nowoczesnego i efektywnego energetycznie systemu klimatyzacji, który zapewnia komfortową i cichą pracę. Zastosowany system VRF firmy Panasonic spełnił wszystkie wymagania inwestora dotyczące energooszczędności, wysokiej wydajności, elastyczności działania i efektywności. Składająca się z 250 pomieszczeń siedziba Urzędu Dzielnicy Warszawa-Ursynów to obecnie największy budynek w Polsce, w którym zainstalowano nowoczesny system VRF.
FLOWAIR Sprawdź, jak prześcigniesz konkurencję dzięki SYSTEMOWI FLOWAIR
Jeżeli na co dzień zarządzasz zespołem, z pewnością wiesz, że warunki panujące w pomieszczeniach bezpośrednio przekładają się na jakość i wydajność pracy. To samo dotyczy logistyki i zarządzania towarami...
Jeżeli na co dzień zarządzasz zespołem, z pewnością wiesz, że warunki panujące w pomieszczeniach bezpośrednio przekładają się na jakość i wydajność pracy. To samo dotyczy logistyki i zarządzania towarami – musisz o nie zadbać, aby podczas składowania nie straciły swoich właściwości.
LG ELECTRONICS POLSKA SP. Z O.O Nowoczesne klimatyzatory pokojowe w ofercie LG Electronics na rok 2022
W roku 2022 firma LG Electronics przygotowała dla swoich Klientów wiele nowości w segmencie klimatyzatorów pokojowych typu RAC. Niemal wszystkie ich modele zostały odświeżone o dodatkowe funkcjonalności....
W roku 2022 firma LG Electronics przygotowała dla swoich Klientów wiele nowości w segmencie klimatyzatorów pokojowych typu RAC. Niemal wszystkie ich modele zostały odświeżone o dodatkowe funkcjonalności. Pojawiły się także nowe urządzenia, takie jak jednostka Artcool Beige – w stylowym, beżowym kolorze.
Według nowelizacji WT budynek spełnia wymagania dotyczące energooszczędności, gdy współczynniki przenikania ciepła wszystkich przegród budowlanych są mniejsze od wartości granicznych UC(max) (tabela 2) oraz wskaźnik rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia EP nie przekracza wartości granicznej podanej w WT (tabela 3).
Izolacyjność przegród budowlanych
Na przykładzie warstwowych ścian zewnętrznych o typowych konstrukcjach wyznaczono grubości izolacji cieplnej wymagane w celu spełnia wymagań Umax dotychczasowych WT (WT 2008) oraz UC(max) w nowelizacji WT (WT 2014, WT 2017 i WT 2021). Przewidziano izolację ze styropianu (l = 0,04) ułożonego szczelnie, bez nieszczelności i łączników mechanicznych przechodzących przez całą grubość izolacji.
Wymagane grubości izolacji określono z dokładnością do 1 cm, bez korekty do dostępnego asortymentu handlowego (tabela 1). Ściany są obustronnie otynkowane.
Wymagane grubości izolacji cieplnej zwiększają się wraz ze spadkiem wartości granicznej UC(max) wymaganej w kolejnych standardach WT. W porównaniu do dotychczasowych wymagań WT z 2008 roku „przyrosty grubości” izolacji wynoszą 2–3 cm dla WT 2014, 4 cm dla WT 2017 i 6–7 cm dla WT 2021 (tabela 1).
Tabela 1. Grubości izolacji ze styropianu dla warstwowych ścian zewnętrznych spełniające wymagania dotychczasowych i znowelizowanych WT
Nie są to wartości astronomiczne – warstwa izolacji do 18 cm styropianu. Warstwy tej grubości były stosowane już wcześniej przez świadomych projektantów i inwestorów. Analogiczne analizy można wykonać dla każdej przegrody i okaże się, że zmiany UC(max) w nowelizacji WT są możliwe do spełnienia przy zastosowaniu dotychczasowych materiałów i rozwiązań.
Zestawienie granicznych UC(max) dla charakterystycznych przegród budowlanych wyraźnie uwidacznia trend zwiększania wymagań odnośnie do izolacyjności cieplnej (tabela 2). Szczególny nacisk ustawodawca położył na zwiększenie izolacyjności cieplnej dachów i stropodachów (z 0,25 do 0,15 W/m2 K, redukcja o 40%), ścian zewnętrznych (z 0,30 do 0,20 W/m2 K, redukcja o 33%) i stolarki okiennej (np. okna z 1,7 do 0,9 W/m2 K, redukcja o 47%).
Tabela 2. Graniczne maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła U wybranych przegród budowlanych budynku jednorodzinnego
Spełnienie wymagań EP
Wskaźnik EP jest obok UC(max) drugim kryterium spełniania wymagań WT przez budynek. Jest on wartością złożoną i zależną od dużej liczby czynników. Wyrażony w kWh/m2 rok związany jest nie tylko z warunkami projektowymi, ale również, a raczej przede wszystkim, z zaopatrzeniem w energię i eksploatacją budynku w skali całego roku.
Wskaźnik EP obejmuje potrzeby energetyczne budynków związane z zapotrzebowaniem na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia. Wszystkie one podlegają kompleksowej ocenie i analizie w procesie projektowania budynku lub np. jego przebudowy, wpływając na wynik końcowy w postaci wskaźnika EP.
Nowelizacja WT wprowadza, podobnie jak w wypadku UC(max), etapowe zaostrzanie wymagań odnośnie dorocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną. Np. w wypadku budynków jednorodzinnych w ciągu 7 najbliższych lat wskaźnik graniczny EP zostanie obniżony do 70 kWh/m2 rok (tabela 3).
Tabela 3. Graniczny wskaźnik rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia dla domów jednorodzinnych EP, kWh/m2 rok
Uogólniając, istnieją trzy drogi obniżania wskaźnika EP budynku w celu spełnienia wymagań WT:
-
zwiększenie izolacyjności cieplnej przegród i szczelności powietrznej budynku w celu obniżenia rocznego zapotrzebowania na energię użytkową (wskaźnik EU, kWh/m2 rok), a tym samym nieodnawialną pierwotną,
-
stosowanie urządzeń i systemów cieplno‑wentylacyjnych o wysokiej sprawności w celu obniżenia rocznego zapotrzebowania na energię końcową (wskaźnik EK, kWh/m2 rok), a tym samym nieodnawialną pierwotną,
-
zastosowanie źródeł energii o niskim współczynniku nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej wi na wytworzenie i dostarczenie nośnika energii lub energii do budynku w celu obniżenia rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię końcową (wskaźnik EP, kWh/m2 rok).
Wybór oraz właściwe zastosowanie rozwiązań obniżających wskaźnik EP budynku wymaga rzetelnej wiedzy inżynierskiej popartej znajomością stosowanych materiałów i technologii.
Należy pamiętać, że określone rozwiązania ograniczające zapotrzebowanie na energię użytkową wymagają np. zasilania energią pomocniczą, co w niekorzystnych warunkach może zerować wynik energetyczny zastosowania danego urządzenia lub instalacji. Konieczne jest każdorazowe wykonywanie rachunku opłacalności ekonomicznej analizowanego rozwiązania.
Analiza obliczeniowa
W celu sprawdzenia możliwości spełnienia wymagań nowych WT i trudności temu towarzyszących dokonano wariantowej analizy na przykładzie trzech rodzajów budynków jednorodzinnych (tabela 5):
-
parterowy budynek wolnostojący o powierzchni 86 m2 z nieużytkowym poddaszem (ozn. Bud 1),
-
dwukondygnacyjny budynek wolnostojący o powierzchni 172 m2 z nieużytkowym poddaszem (Bud 2),
-
dwukondygnacyjny budynek w zabudowie szeregowej o powierzchni 172 m2 i z nieużytkowym poddaszem (Bud 3).
Tabela 5. Współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej wi na wytworzenie i dostarczenie nośnika energii lub energii do budynku [4]
Wszystkie budynki zlokalizowane są w II strefie klimatycznej, w rejonie stacji meteorologicznej Wrocław. Rozwiązania konstrukcyjne zapewniają wymagane wskaźniki izolacyjności cieplnej przegród budowlanych U (według tabeli 2) oraz szczelność powietrzną n50 = 2,0 1/h w wypadku wentylacji naturalnej i n50 = 0,6 1/h w wypadku wentylacji mechanicznej z rekuperacją.
Dla każdego rodzaju budynku wyznaczono wskaźnik EP w pięciu następujących wariantach wyposażenia instalacyjnego:
-
źródło ciepła w postaci gazowego dwufunkcyjnego kotła kondensacyjnego, wentylacja naturalna,
-
źródło ciepła w postaci pompy ciepła glikol/woda, zasobnikowy system c.w.u., wentylacja naturalna,
-
źródło ciepła w postaci pompy ciepła glikol/woda, zasobnikowy system c.w.u., wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła,
-
źródło ciepła w postaci gazowego dwufunkcyjnego kotła kondensacyjnego, zasobnikowy system c.w.u. wspomagany kolektorami słonecznymi (60% energii w skali roku), wentylacja naturalna,
-
źródło ciepła w postaci nowoczesnego kotła na biomasę, zasobnikowy system c.w.u., wentylacja naturalna.
Wariant 1 to rozwiązanie bazowe w analizie, które jest bardzo często wybierane przez projektantów i inwestorów. Budynek ocieplony jest zgodnie ze standardami WT, ogrzewanie zapewnia instalacja wodna zasilana gazowym kotłem kondensacyjnym dwufunkcyjnym z przepływowym przygotowaniem c.w.u., w budynku występuje wentylacja grawitacyjna. Nośnikiem energii jest gaz ziemny (współczynnik nakładu wi = 1,1).
W wariancie 2 zastąpiono kocioł pompą ciepła typu glikol/woda z gruntowym wymiennikiem ciepła. Zwiększono przez to sprawność systemu i udział energii odnawialnej. Zmiana źródła ciepła wymaga wprowadzenia zasobnikowego systemu przygotowania c.w.u., tym samym dodatkowej pompy ładującej zasobnik, a nośnikiem energii staje się energia elektryczna (współczynnik nakładu wi = 3,0).
Wariant 3 jest próbą obniżenia zapotrzebowania na energię użytkową przez zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła przy zachowaniu wyposażenia instalacyjnego z wariantu 2. Wentylacja mechaniczna odzyskuje energię z powietrza wywiewanego, wymagając zasilania energią elektryczną (współczynnik nakładu wi = 3,0) – jednak bilans energetyczny tej zmiany jest dodatni. Zwiększono również szczelność powietrzną budynku n50 z dotychczasowego poziomu 2,0 do 0,6 1/h.
Wariant 4 jest próbą zwiększenia udziału energii odnawialnej przez zastosowanie w budynku z wariantu 1 układu solarnego wspomagającego przygotowanie c.w.u. Kolektory słoneczne pokrywają 60% rocznego zapotrzebowania na ciepło (współczynnik nakładu wi = 0), wymagają wprowadzenia zasobnika c.w.u. i zużycia dodatkowej energii elektrycznej (współczynnik nakładu wi = 3,0) do zasilania układu automatycznej regulacji, pompy solarnej i pompy ładującej zasobnik z kotła gazowego.
Ostatni wariant 5 jest kopią wariantu 1 z zastąpieniem kotła kondensacyjnego nowoczesnym kotłem na biomasę (współczynnik nakładu wi = 0,2), np. kocioł na pelety z automatycznym podajnikiem paliwa. Kocioł zasila centralne ogrzewanie i zasobnik c.w.u. z dodatkową pompą ładującą.
Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 6. Poszczególnym wariantom obliczeniowym nadano oznaczenia łączące rodzaj budynku i wariant instalacyjny, np. Bud 1.2 oznacza budynek 1. rodzaju (parterowy) w wariancie 2 (pompa ciepła, zasobnik c.w.u., wentylacja naturalna).
Tabela 6. Wskaźniki określające zapotrzebowanie budynku na energię użytkową EU, końcową EK oraz nieodnawialną pierwotną EP do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej, kWh/m2 rok
Dla każdego wariantu wyznaczono wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię użytkową EU, końcową EK, nieodnawialną pierwotną EP oraz wartość graniczną EPWT określoną standardem warunków technicznych z lat 2008, 2014, 2017 i 2021.
W tabeli kolorem zielonym zaznaczono warianty spełniające wymagania WT, a żółtym bliskie wartościom granicznym, gdzie możliwe są korekty ulepszające.
Mały dom z poddaszem nieużytkowym
Analizie energetycznej poddano mały, a przez to tani w budowie czy zakupie, parterowy dom wolnostojący o powierzchni 86 m2 z nieużytkowym poddaszem (współczynnik kształtu A/Ve = 0,76). Budynki takie cieszą się sporym zainteresowaniem inwestorów, stanowiąc bezpośrednią alternatywę dla mieszkania w mieście. Budynek ten z zasady nie należy do energooszczędnych (bryła i A/Ve), co widać w wynikach obliczeń.
W podstawowym wariancie (Bud 1.1) budynek nigdy nie spełnia wymagań WT, mimo że jego przegrody budowlane spełniają wymóg UC(max). Pierwsze spełnienie warunku EPWT występuje po zastosowaniu pompy ciepła i wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, ale tylko dla WT 2008 i 2014.
Zobacz zestawienie wymaganych i osiągniętych wskaźników EP budynku 1 (piętrowy szeregowy) w standardzie WT 2008, 2014, 2017 i 2021 na rys. 1.
Rys. 1. Zestawienie wymaganych i osiągniętych wskaźników EP budynku 1 (parterowy) w standardzie WT 2008, 2014, 2017 i 2021
Źródło: Autor
Wynika to z dość wysokiego poziomu EPWT granicznego (120 kWh/m2 rok), który łatwo osiągnąć. Ten sam wariant, mimo zwiększania izolacyjności cieplnej przegród, nie spełnia już ostrzejszych wymagań EPWT wg WT 2017 i 2021.
Spełnienie warunku EPWT, niezależnie od standardu WT, osiągnięto po zastosowaniu kotła na biomasę. Niski współczynnik nakładu energii nieodnawialnej (wi = 0,2) przy całkowitym pokryciu potrzeb cieplnych z biomasy pozwala osiągnąć wskaźnik EP dużo niższy niż wymagany warunkami technicznymi. Zastosowanie kotła na biomasę w świetle metodologii wyznaczania EP jest lepsze niż zastosowanie pomp ciepła czy kolektorów słonecznych.
Duży dom za miastem
Analogicznej analizie poddano duży budynek wolnostojący dwukondygnacyjny o powierzchni 172 m2 z nieużytkowym poddaszem (współczynnik kształtu A/Ve = 0,41). W porównaniu do poprzedniego budynku cechuje go większe zapotrzebowanie na energię, lecz zwarta bryła powoduje, że jednostkowe wskaźniki energochłonności (EU, EK i EP) są tu niższe niż poprzednio. Zobacz zestawienie wymaganych i osiągniętych wskaźników EP budynku 2 (piętrowy szeregowy) w standardzie WT 2008, 2014, 2017 i 2021 na rys. 2.
Rys. 2. Zestawienie wymaganych i osiągniętych wskaźników EP budynku 2 (piętrowy) w standardzie WT 2008, 2014, 2017 i 2021
Źródło: Autor
Budynek dwukondygnacyjny spełnia wymagania EPWT w tych samych wariantach co budynek parterowy oraz dodatkowo w standardzie WT 2014 i 2017. Podobnie jak w wypadku poprzedniego budynku źródło ciepła na biomasę jest obliczeniowo najlepszym rozwiązaniem.
Dwukondygnacyjny budynek szeregowy
Trzecim analizowanym wariantem jest dwukondygnacyjny budynek w zabudowie szeregowej, analogiczny do poprzednio opisywanego budynku wolnostojącego. Zabudowa szeregowa zwiększa możliwość spełnienia EPWT, szczególnie gdy wskaźnik graniczny EPWT nie zależy już od współczynnika kształtu (WT 2014, 2017 i 2021). Mimo ograniczonych statycznych strat ciepła budynek w podstawowym wyposażeniu instalacyjnym spełni wymagania tylko według WT 2014.
Zastosowanie pompy ciepła, wentylacji mechanicznej, układu solarnego c.w.u. i kotła na biomasę daje analogiczne wyniki jak w wypadku dwóch poprzednich budynków.
Zestawienie wymaganych i osiągniętych wskaźników EP budynku 3 (piętrowy szeregowy) w standardzie WT 2008, 2014, 2017 i 2021 przedstawiono na rys. 3.
Rys. 3. Zestawienie wymaganych i osiągniętych wskaźników EP budynku 3 (piętrowy szeregowy) w standardzie WT 2008, 2014, 2017 i 2021
Źródło: Autor
Wnioski
Zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną jest podstawowym kryterium oceny energooszczędności budynku według wymagań WT.
Spełnienie części wymagań w postaci UC(max) nie gwarantuje osiągnięcia warunku EPWT. Osiągnięcie go zależy również od wyposażenia instalacyjnego budynku i sposobu jego eksploatacji.
Wymagania opisane w nowelizacji WT są możliwe do spełnienia przy użyciu stosowanych obecnie rozwiązań i technologii. Nie ma konieczności wyposażania budynku w złożone instalacje techniczne i systemy energetyczne – wystarczy poprawnie zaizolowany budynek z właściwie dobranymi rozwiązaniami instalacyjnymi, dopasowanymi do jego struktury i warunków energetycznych.
Podsumowanie
Przedstawiony w artykule rachunek jest przykładowy, poprawny dla trzech wybranych budynków. Zawsze konieczne jest indywidualne podejście obliczeniowe do każdego budynku, jednak zasady i tendencje kształtowania ich energochłonności są analogiczne.
Rachunkowo najatrakcyjniejsze są źródła ciepła o niskim współczynniku nakładu energii odnawialnej wi (biomasa, energia słoneczna, PV) oraz o wysokiej sprawności wytwarzania ciepła (pompy ciepła). Niestety ich zastosowanie nie zawsze idzie w parze z możliwościami finansowymi i wymaganiami inwestora.
W sprzyjających warunkach (budynek 3 wg WT 2014) możliwe jest spełnienie warunków WT odnośnie do EP przy zastosowaniu standardowych obecnie rozwiązań instalacyjnych.
Okazuje się, że graniczne wartości EP wyznaczone wg poprzednich WT 2008 w określonych warunkach mogą osiągać wartości niższe niż wymagane w nowelizacji WT. Wynika to z rezygnacji z uzależniania granicznych EP od współczynnika kształtu budynku.
Literatura
-
Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2013, poz. 926).
-
Jadwiszczak P., Nowe wymagania, jakim powinny odpowiadać budynki – oszczędność energii i izolacyjność cieplna, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2014.
-
Jadwiszczak P., Nowe wymagania, jakim powinny odpowiadać budynki – wentylacja i klimatyzacja, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2014.
-
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. 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 energetycznej (DzU nr 201/2008, poz. 1240).