Zużycie ciepła w budownictwie europejskim

Efektywność energetyczna i izolacyjność cieplna

W Europie odpowiednie normy dotyczące efektywności energetycznej, a w tym izolacyjności przegród budowlanych, zostały wprowadzone w okresie kilku ostatnich dekad. Jako pierwsze wprowadziły je Niemcy i kraje skandynawskie (Dania, Szwecja, Norwegia) w latach 50. XX wieku. Określono maksymalne wielkości współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych, tj. ścian zewnętrznych, dachów nad użytkowanymi poddaszami, stropodachów, stropów pod użytkowymi poddaszami, podłóg nad przestrzeniami nieogrzewanymi i okien, a także maksymalne wartości jednostkowego zużycia ciepła względem jednostkowej powierzchni – kWh/(m² · a) lub kubatury – kWh/(m³ · a).

W Danii pierwsze regulacje prawne, związane z energią wykorzystywaną w budynkach, wprowadzono w 1961 r. Zostało to podyktowane koniecznością zmniejszenia zużycia energii wykorzystywanej do celów grzewczych [2]. Według Narodowego Centrum Informacji Energetycznej (ang. the National Danish Energy Information Centre) zużycie energii cieplnej w gospodarstwach domowych zmniejszyło się o ok. 25% w latach 1972÷1999.

Stosowanie okien podwójnie szklonych o niskim współczynniku przenikania ciepła jest obecnie powszechnym standardem w tym kraju. We Francji pierwsze regulacje prawne dotyczące zużycia energii w budynkach wprowadzono w 1975 r. Średnie zużycie energii cieplnej wynosiło 325 kWh/(m² · a) w 1973 r. i zmniejszyło się do ok. 181 kWh/(m² · a) w 1998 r. Zmniejszenie zużycia ciepła osiągnięto dzięki wprowadzeniu programu termomodernizacji starych budynków i dzięki odpowiednim regulacjom prawnym w odniesieniu do budynków nowych [15].

Obecnie wszystkie nowe budynki we Francji muszą być wyposażone w okna podwójnie szklone. W Grecji pierwsze regulacje prawne dotyczące izolacji budynków wprowadzono w życie w 1979 r. Kierowano się przy tym odpowiednimi przepisami niemieckimi. Ograniczono maksymalne wartości współczynników przenikania ciepła przegród zewnętrznych budynków. W czasie pierwszej dekady stosowania tych przepisów większość budynków nie była odpowiednio izolowana, a tylko budynki realizowane w ostatnich latach charakteryzują się lepszą izolacją.

Okna z podwójnymi szybami stosuje się we wszystkich nowych budynkach, a także w budynkach starszych, które poddaje się termomodernizacji. Średnie zużycie ciepła na potrzeby grzewcze w budynkach mieszkalnych, które zostały zbudowane przed 1980 r., wynosiło ok. 140 kWh/(m² · a) w domach jednorodzinnych i 96 kWh/(m² · a) w budynkach wielorodzinnych.

Aktualnie zużycie w domach jednorodzinnych szacuje się w granicach 92÷123 kWh/(m² · a) i 75÷94 kWh/(m² · a) w budynkach wielorodzinnych [1, 2]. W Szwajcarii obowiązuje 26 różnych regulacji prawnych dotyczących budynków. Szwajcarskie Stowarzyszenie Inżynierów i Architektów (ang. The Swiss Association of Engineers and Architects – SIA 380/1) wprowadziło odpowiednie regulacje prawne dotyczące budynków w latach 70. XX wieku, a następnie w latach 1988 i 2001 [18].

Normy wydawane przez władze poszczególnych kantonów obowiązywały od lat 80. XX wieku, a następnie zharmonizowano je w latach 90. Typowe całkowite zużycie ciepła w budynkach mieszkalnych przed wprowadzeniem norm wynosiło 220 kWh/(m² · a), a w czasie ich obowiązywania zmniejszyło się do 120 kWh/(m² a) [2]. Stosowanie okien z szybami podwójnie szklonymi o niskim współczynniku przenikania ciepła jest powszechną praktyką w budynkach nowych.

Zużycie energii... ...w Polsce

W Polsce odpowiednie regulacje prawne dotyczące izolacji przegród budowlanych wprowadzono po raz pierwszy w 1953 r. (PN-53/B-02405). Była to norma, która ustalała maksymalne dopuszczalne wartości współczynników przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych, stropodachów i stropów nad nieogrzewanymi pomieszczeniami oraz okien. Od tego czasu zmieniano te przepisy wielokrotnie, obniżając maksymalne wartości współczynników przenikania ciepła dla przegród zewnętrznych.

Istotne regulacje prawne w tym zakresie zostały ustanowione w styczniu 1999 r., gdy wprowadzono w życie ustawę o wspieraniu przedsięwzięć termomodernizacyjnych, zwaną ustawą termomodernizacyjną [26]. Ten akt prawny określił nową formę pomocy państwa w procesie zmniejszania zużycia ciepła w budynkach. Z banków pozyskać można specjalne kredyty na termomodernizację i możliwe jest umorzenie 25% kredytu, gdy zrealizowane zostaną zalecenia audytu energetycznego.

Istotą ustawy [26] jest, aby spłata kredytu nie obciążała inwestora, a spłaty rat kredytowych miały pokrycie w kwocie oszczędności powstałych w wyniku realizacji przedsięwzięcia termomodernizacyjnego. Warunkiem uzyskania kredytu jest przedstawienie przez inwestora audytu energetycznego, w którym wykazane będą oszczędności kosztów energii i kosztów ogrzewania, wynikające z planowanego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, dla którego kredyt nie powinien przekraczać 80% kosztów inwestycji, a okres spłaty kredytu – 10 lat.

Miesięczne spłaty kredytu wraz z odsetkami nie powinny być mniejsze od raty kapitałowej powiększonej o należne odsetki i nie większe od równowartości 1/12 kwoty rocznych oszczędności kosztów energii, uzyskanych w wyniku realizacji przedsięwzięcia termomodernizacyjnego [26].

Zgodnie z rozporządzeniem ministra infrastruktury [22] budynek i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby ilość energii cieplnej, potrzebnej do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem, można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie.

Dla budynku mieszkalnego wielorodzinnego i zamieszkania zbiorowego wymaganie powyższe uznaje się za spełnione, jeżeli wartość wskaźnika E, określającego obliczeniowe zapotrzebowanie na energię końcową (ciepło) do ogrzewania budynku w sezonie grzewczym, wyrażone ilością energii przypadającej w ciągu roku (sezonu grzewczego) na 1 m³ kubatury ogrzewanej części budynku, jest mniejsza od wartości granicznej E₀, a także – jeżeli przegrody budowlane odpowiadają wymaganiom izolacyjności cieplnej, które w odniesieniu do budynków mieszkalnych wielorodzinnych i zamieszkania zbiorowego – dotyczą tylko ścian wewnętrznych pomiędzy pomieszczeniami ogrzewanymi a klatkami schodowymi i korytarzami oraz ścian przyległych do szczelin dylatacyjnych.

Przy braku przedsionka przy drzwiach wejściowych wartość współczynnika Uk ściany wewnętrznej przy klatce schodowej na parterze nie powinna być większa niż 1,0 W/(m² · K) [22]. Dla budynku jednorodzinnego wymagania określone w rozporządzeniu [22] uznaje się za spełnione, jeżeli wartość wskaźnika E jest mniejsza od wartości granicznej E₀ lub jeżeli przegrody budowlane odpowiadają wymaganiom izolacyjności cieplnej, które zostały szczegółowo określone w załączniku do rozporządzenia [22].

Wymagania te dotyczą przede wszystkim ścian zewnętrznych i stropodachów oraz stropów pod  nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami, dla których maksymalna wartość współczynnika przenikania ciepła została ustalona jako U_k(max) = 0,30 W/(m² · K) przy t_i > 16°C.

Dla budynku użyteczności publicznej i budynku produkcyjnego wymagania określone w rozporządzeniu [22] uznaje się za spełnione, jeżeli przegrody budowlane odpowiadają wymaganiom izolacyjności cieplnej oraz innym wymaganiom określonym w załączniku do rozporządzenia [22]. Wymagania w odniesieniu do ścian zewnętrznych dla budynków użyteczności publicznej przy t_i > 16°C są różne w zależności od tego, czy jest to ściana pełna (U_k = 0,45 W/m² · K), z otworami okiennymi i drzwiowymi (U_k = 0,55 W/m² · K) i ze wspornikami balkonu przenikającymi ścianę (U_k = 0,65 W/m² · K).

Dopuszczalna wartość współczynnika przenikania ciepła dla stropodachów i stropów pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami to U_k = 0,30 W/(m² · K). Natomiast dla budynków produkcyjnych przy t_i > 16°C, U_k = 0,45 W/(m² · K) dla ścian pełnych i U_k = 0,55 W/(m² · K) dla ścian z otworami okiennymi i drzwiowymi.

W odpowiednich załącznikach określono także maksymalne wartości współczynników przenikania ciepła U_k(max) dla okien, drzwi balkonowych i drzwi zewnętrznych. Dla budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego wartości maksymalne współczynnika przenikania ciepła dla okien i drzwi balkonowych zależą od strefy klimatycznej i wynoszą 2,6 W/(m² · K) w I, II i III strefie klimatycznej oraz 2,0 W/(m² · K) w IV i V strefie klimatycznej przy t_i > 16°C. Wartość U_k(max) dla drzwi zewnętrznych wejściowych wynosi 2,6 W/(m² · K) dla każdej ze stref klimatycznych.

W budynkach użyteczności publicznej okna (z wyjątkiem połaciowych), drzwi balkonowe i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne przy t_i > 16°C powinny mieć współczynnik przenikania ciepła U_k(max) = 2,3 W/(m²K). W budynkach produkcyjnych przy t_i > 16°C, U_k(max) = 2,6 W/(m² · K) dla okien i świetlików w przegrodach zewnętrznych oraz U_k(max) = 1,4 W/(m² · K) dla drzwi i wrot w przegrodach zewnętrznych przy t_i > 16°C.

Wartości graniczne wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, w zależności od tzw. współczynnika kształtu budynku A/V, dla budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego wynoszą:

• E₀ = 29 kWh/(m³ · rok) przy A/V ≤ 0,20,
• E₀ = 26,6 + 12A/V kWh/(m³ · rok) przy 0,20 ≤ A/V< 0,90,
• E₀ = 37,4 kWh/(m³ · rok) przy A/V ≥ 0,90,

gdzie:
A – suma pól powierzchni wszystkich przegród zewnętrznych [m²],
V – kubatura netto ogrzewanej części budynku [m³].

Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku mieszkalnego i zamieszkania zbiorowego oblicza się zgodnie z PN-B-02025:2001 [21].

...w Niemczech

W Niemczech pierwsza norma dotycząca izolacji przegród zewnętrznych w budynkach została wprowadzona w 1952 r. (DIN 4108). Podano dopuszczalne wartości współczynników przenikania ciepła w odniesieniu do ścian zewnętrznych, dachów i stropodachów oraz okien [23]. Kolejne zmiany wartości maksymalnych miały miejsce w latach: 1982, 1984 i 1995.

Nowe rozporządzenie dotyczące oszczędzania energii w budynkach zostało wprowadzone w 2002 r. Oczekuje się, że doprowadzi ono do redukcji zużycia energii w nowych budynkach o 25÷30%, wprowadzając pojęcie tzw. budynku energooszczędnego, który będzie charakteryzował się zużyciem ciepła nieprzekraczającym 70 kWh/(m² · a) [2]. Przepisy dotyczą także budynków istniejących i zaostrzają wymagania, narzucając potrzebę ich termomodernizacji, przy uwzględnieniu analizy ekonomicznej. Okna podwójnie szklone, z wypełnieniem pomiędzy szybami argonem, są obecnie standardem stosowanym w praktyce i są obligatoryjne, jeżeli wymienia się powyżej 20% okien w budynku.

Niemieckie prawodawstwo składa się z prawodawstwa federalnego, które dotyczy całej Republiki Federalnej Niemiec, oraz prawodawstwa o charakterze lokalnym, które ustalają poszczególne landy. Do tego ostatniego należą także przepisy Prawa budowlanego i związane z tymi przepisami normy. Ustawy muszą być przyjęte przez obie izby parlamentu, tj. Bundestag i Bundesrat.

Pierwsza ustawa dotycząca oszczędzania energii (niem. Energieeinsparungsgesetz) została uchwalona po drugim kryzysie energetycznym w 1976 r. W oparciu o nią wydano w 1977 r. odpowiednie rozporządzenie dotyczące izolacji cieplnej budynków (niem. Wärmeschutzverordnung), które zostało potem 2-krotnie zmienione w 1984 i 1995 r. W 1978 r. ukazało się także rozporządzenie dotyczące źródeł ciepła (niem. Heizungsbetriebsverordnung), które nie obowiązuje już od 1989 r. Wreszcie w 1981 r. ukazało się rozporządzenie na temat kosztów ogrzewania (niem. Heizkostenverordnung), które zmieniano 2-krotnie, tj. w 1984 i 1989 r. [23, 30].

Nowa norma dotycząca izolacji cieplnych przegród budowlanych została wprowadzona 1 stycznia 1995 r. Uwzględniono w niej budynki nowo budowane z tzw. normalną wewnętrzną temperaturą obliczeniową, budynki nowo budowane z obniżoną temperaturą wewnętrzną i budynki istniejące, które poddaje się renowacji.

Dla budynków nowych o temperaturze obliczeniowej wewnętrznej ≥ +19°C (budynki prywatne, publiczne, usługowe i handlowe) oraz budynków przeznaczonych na cele sportowe i budynków użyteczności publicznej o wewnętrznej temperaturze obliczeniowej ≥ 15°C, roczne zapotrzebowanie energii cieplnej na ogrzewanie QH, które jest funkcją współczynnika kształtu budynku (A/V), przedstawiono w tab. 1. [27, 30].

Zapotrzebowanie energii cieplnej QH należy obliczać według następującego wzoru [27]:

Q_H = 0,9 · (Q_T + Q_L) - (Q_I + Q_S) 

gdzie:
Q_T – straty ciepła przez przenikanie,
Q_L – straty ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego,
Q_I – wewnętrzne zyski ciepła,
Q_S – zyski ciepła od słońca.

Dla domów jednorodzinnych o wys. ≤ 2 kondygnacji i liczbie mieszkań ≤ 3 wymagania dotyczące izolacyjności przegród są spełnione, jeżeli nie zostaną przekroczone maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła U przegród zewnętrznych budynku, np. ściany zewnętrzne, okna, stropy, dachy itp. W odniesieniu do tych budynków nie obowiązują więc wymagania dotyczące maksymalnej wartości wskaźnika sezonowego zapotrzebowania ciepła, QH, które przedstawiono w tab. 1.

Unia Europejska

Komisja Europejska opublikowała w grudniu 2002 r. dyrektywę 2002/91/EC Parlamentu Europejskiego i Rady Europy dotyczącą jakości energetycznej budynków [6]. Dyrektywa ta ustanowiła wymagania w zakresie:

• ram ogólnych dla metodologii obliczeń zintegrowanej charakterystyki energetycznej budynków,
• zastosowania minimalnych wymagań dotyczących charakterystyki energetycznej nowych budynków,
• zastosowania minimalnych wymagań dotyczących charakterystyki energetycznej dużych budynków istniejących, podlegających renowacji,
• certyfikacji energetycznej budynków,
• regularnej kontroli kotłów i systemów klimatyzacji w budynkach oraz dodatkowo oceny instalacji grzewczych, w których kotły mają więcej niż 15 lat.

Dla budynków nowych o łącznej powierzchni użytkowej powyżej 1000 m² państwa członkowskie UE powinny zapewnić możliwości techniczne i ekonomiczne do stosowania odnawialnych źródeł energii z pompami ciepła włącznie. Natomiast w odniesieniu do budynków istniejących o powierzchni użytkowej powyżej 1000 m² należy poprawić ich charakterystykę energetyczną, aby spełniała wymagania określone przez poszczególne kraje członkowskie.

Dla budynków nowych oraz budynków podlegających sprzedaży lub wynajmowaniu wprowadza się świadectwa charakterystyki energetycznej. Ważność świadectwa nie przekracza 10 lat. Powinny one zawierać aktualne normy prawne i odniesienia do wartości normatywnych, które pozwolą zainteresowanym dokonać porównania i oceny charakterystyki energetycznej danego budynku. Ponadto powinny być zawarte zalecenia służące poprawie danej charakterystyki energetycznej z punktu widzenia opłacalności.

Dyrektywa [6] narzuca także obowiązek regularnej kontroli kotłów opalanych olejem opałowym lub węglem kamiennym o nominalnej mocy 20÷100 kW. Kotły o mocy nominalnej powyżej 100 kW powinny być sprawdzane co 2 lata, a dla kotłów gazowych okres ten może być wydłużony do 4 lat. Dla instalacji grzewczych z kotłami o mocy nominalnej powyżej 20 kW i starszych niż 15 lat powinna być przeprowadzona jednorazowa kontrola całej instalacji grzewczej. Wynikiem tej kontroli może być zalecenie dla użytkownika dotyczące wymiany kotła, względnie modernizacji systemu grzewczego.

Okresowej kontroli powinny także podlegać urządzenia i instalacje klimatyzacyjne o mocy nominalnej większej od 12 kW. Kontrola taka ma obejmować ocenę sprawności urządzeń klimatyzacyjnych, a użytkownicy muszą otrzymać odpowiednie informacje w zakresie poprawy efektywności użytkowania tych instalacji. Kontrola pracy różnych urządzeń i instalacji grzewczych i klimatyzacyjnych powinna być wykonywana przez wykwalifikowanych ekspertów.

Państwa członkowskie powinny wprowadzić w życie przepisy ustawowe, wykonawcze i administracyjne, niezbędne do wykonania dyrektywy najpóźniej do 4 stycznia 2006 r. Polska wynegocjowała przedłużenie tego okresu o 3 lata, tj. do 4 stycznia 2009 r.

W Unii Europejskiej istnieje silna tendencja do ujednolicenia norm budowlanych, które będą obowiązywały nie tylko w krajach członkowskich UE, ale także w innych krajach, np. w USA, Australii, Kanadzie i Nowej Zelandii. Doprowadzi to do integracji wielu krajów w odniesieniu do ważnych problemów, jakimi są izolacja budynków, instalacje ogrzewcze, instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne, instalacje elektryczne, wykorzystanie ciepła odpadowego, wykorzystanie energii odnawialnej.

Wspólna metodologia podejścia do tych problemów może być podstawą do opracowania zintegrowanych norm dotyczących efektywności energetycznej budynków o różnym przeznaczeniu, które zostaną przyjęte w różnych krajach członkowskich UE, z uwzględnieniem różnic klimatycznych. Obecnie różnice te są dość znaczne i dotyczą takich problemów, jak np. zasady obliczeń zapotrzebowania mocy cieplnej i jednostkowego zużycia energii na cele grzewcze, liczby stopniodni okresu ogrzewania itp. Wszystkie te działania powinny doprowadzić do zmniejszenia zużycia energii, którą wykorzystuje się na cele ogrzewcze.

Emisja zanieczyszczeń

Budynki są, jak wiadomo, ważnym źródłem zanieczyszczenia środowiska. Ich udział w emisji dwutlenku siarki (SO₂) wynosi ok. 50%, tlenków azotu (NO_x) – 22%, dwutlenku węgla – 35% i pyłów – ok. 10% [30]. Pierwszym krokiem w kierunku ograniczenia emisji zanieczyszczeń był protokół z Kioto z 1997 r. Wymieniono w nim 6 podstawowych gazów cieplarnianych, tj. CO₂, CH₄, N₂O, HFCs, PFCs i SF6.

Całkowita emisja gazów cieplarnianych w krajach rozwiniętych w czasie pierwszego okresu zobowiązania, tj. w latach 2008÷2012, musi zostać zredukowana co najmniej o 5% poniżej poziomu z roku 1990, natomiast Unia Europejska wyraziła zgodę na 8-proc. redukcję. W 2000 r. całkowita emisja gazów cieplarnianych w Unii Europejskiej (wyłączając wpływ użytkowania gruntów i lasów) wyniosła 4,1 Gt równoważnika CO₂, co oznacza ponad 82% redukcję emisji gazów cieplarnianych. Ok. 17% całkowitej emisji CO₂ pochodziło z sektora budownictwa, wyłączając emisję CO₂ związaną z zużyciem energii elektrycznej w budynkach [2].

Paliwami, których spalanie związane jest z największą emisją zanieczyszczeń w postaci CO₂, SO₂ i NO_x, są węgiel kamienny i olej opałowy. Gaz ziemny należy do mniej uciążliwych paliw i może być wykorzystywany bardziej efektywnie, ponieważ emisja CO₂ stanowi tylko 60% w porównaniu ze spalaniem węgla kamiennego. Gaz ziemny, olej opałowy i energia elektryczna są najważniejszymi paliwami, które wykorzystuje się do produkcji energii [2].

Gaz ziemny ma przy tym największy udział na lokalnym rynku energii w takich krajach, jak: Holandia (82%), Wielka Brytania (66%), Włochy (60%), Niemcy (35%) i Francja (34%). Olej opałowy jest powszechnie używanym paliwem do produkcji energii w budynkach mieszkalnych w Grecji (59%), Luksemburgu (54%), Belgii (42%), Hiszpanii (39%), Irlandii (31%), Finlandii (28%) i Austrii (25%). Energia elektryczna jest głównym źródłem energii w Szwecji (43%) i Finlandii (28%) [2].

Ostatnio poświęca się coraz więcej uwagi energii zużytej do produkcji materiałów budowlanych i komponentów, które mają wpływ na zanieczyszczenie środowiska. Początkowa energia wbudowanych materiałów i komponentów budynku zawiera energię potrzebną do pozyskania surowców, z których produkuje się materiały, przetwórstwo tych surowców, np. ruda żelaza, skała w postaci bazaltu, wyrób materiałów budowlanych i transport do miejsca budowy.

Początkowa energia wbudowana składa się z dwóch podstawowych składników, tj. z energii bezpośredniej zużytej do wytworzenia i transportu materiałów budowlanych oraz energii zużytej na wyposażenie budynku w niezbędne instalacje. Energia pośrednia jest energią związaną z przetwarzaniem, transportem i dostarczaniem paliw i energii do miejsca ich zużycia. Wbudowana energia budynku może stanowić 15% energii zużywanej w czasie całego okresu eksploatacji tego budynku [14]. W Niemczech dla przykładu budynki nowe zawierają ok. 30% energii wbudowanej i udział ten może wzrosnąć do 50% przy następnej generacji budynków [10, 30].

Wskaźniki jednostkowego zużycia ciepła

Dane na temat zużycia energii cieplnej na potrzeby grzewcze pochodzą ze 193 budynków budynków mieszkalnych w 5 krajach europejskich, tj. Danii (DK), Francji (F), Grecji (EL), Polski (PL) i Szwajcarii (CH). 29% z nich miało instalacje wykorzystywane tylko do celów grzewczych, a 71% było wyposażone w instalacje c.o. i c.w.u. [2]. Spośród badanych budynków 38% miało instalacje centralnego ogrzewania zasilane z sieci cieplnej, 29% – instalacje c.o. zasilane ze źródeł lokalnych, 26% – instalacje c.o. i c.w.u. i 7% – indywidualne instalacje c.o.

Rzeczywiste całkowite zużycie energii cieplnej, odniesione na jednostkę powierzchni, dla wszystkich 193 budynków poddanych audytowi energetycznemu zawierało się w granicach od 30,6 kWh/(m² · a) (Grecja i kraje Europy Południowej) do 763,3 kWh/(m² · a) (Polska i kraje Europy Północnej), przy średniej 174,3 kWh/(m² · a). W wybranych krajach średnie zużycie ciepła na cele grzewcze wynosiło: Dania – 144,1 kWh/(m² · a), Grecja – 108,4 kWh/(m² · a), Polska – 261,1 kWh/(m² · a) i Szwajcaria – 172,0 kWh/(m² · a) [2].

Biorąc pod uwagę budynki, które wykorzystują ciepło tylko do celów grzewczych (56 budynków na 193), rzeczywiste zużycie ciepła wahało się od 30,6 kWh/(m² · a) w Grecji do 621,4 kWh/(m² · a) w Polsce, a wartość średnia rzeczywistego zużycia ciepła na cele grzewcze w badanych krajach wynosiła 129,0 kWh/(m² · a). Jeżeli natomiast uwzględnimy całkowite zużycie energii cieplnej na potrzeby c.o. i przygotowania c.w.u (135 budynków na ogólną liczbę 193), to zużycie jednostkowe wahało się pomiędzy 37,6 kWh/(m² · a) we Francji do 763,3 kWh/(m² · a) w Polsce. Średnie jednostkowe zużycie ciepła na potrzeby c.o. i c.w.u. wynosiło 193,1 kWh/(m² · a) [2].

Izolacja cieplna budynków jest najważniejszym czynnikiem, który wpływa na straty ciepła i zużycie energii cieplnej na cele grzewcze. Spośród wszystkich budynków, które analizowano, 42% było izolowane, 36% tylko częściowo izolowane i 22% nie miało żadnej izolacji. Z budynków częściowo izolowanych 33% miało izolację dachu/ stropodachu i podłogi, 23% – izolację dachu, 17% – izolację ścian, 14% – izolację ścian i dachu, 8% – izolację podłogi i 6% – izolację ścian i podłogi. Spośród badanych budynków największe zużycie energii na cele grzewcze było w Polsce [2].

Na wielkość jednostkowego wskaźnika zużycia ciepła miał także wpływ wiek budynków oraz stan instalacji grzewczych. Średnie zużycie energii cieplnej było obliczane dla różnych przedziałów wiekowych, tj. 0÷15 lat, 16÷30 lat, 31÷45 lat, 46÷60 lat 61÷75 lat i powyżej 75 lat. Wyniki analizy pokazały, że bardzo duży wpływ na zużycie ciepła ma wiek instalacji centralnego ogrzewania, z czego najmniejszy wpływ na to zużycie w poszczególnych budynkach miał rodzaj grzejników. W budynkach, które zostały poddane audytowi energetycznemu, podstawowym paliwem wykorzystywanym do celów grzewczych był olej opałowy, który stanowił 47% wszystkich paliw; na drugim miejscu – węgiel kamienny (42%), a na trzecim – gaz ziemny (9%) i pozostałe nośniki (2%).

Izolacja przegród zewnętrznych a straty ciepła

Izolacja budynków mieszkalnych i budynków użyteczności publicznej ulega wyraźnej poprawie zarówno w krajach Europy Zachodniej, jak i Europy Środkowej. Jak wynika z rys. 1., największe grubości izolacji ścian zewnętrznych stosuje się w krajach skandynawskich. W Szwecji grubości te dochodzą nawet do 220 mm, a w Danii, Norwegii i w Finlandii – do 200 mm.

W kilku krajach europejskich, takich jak: Holandia, Irlandia, Niemcy, Polska i Wielka Brytania, obecnie stosowana grubość izolacji ścian zewnętrznych wynosi 100 mm. Najmniejsze grubości izolacji ścian zewnętrznych (w wys. 50 mm) stosowane są w krajach Europy Południowej, jak: Grecja, Hiszpania, Portugalia i Włochy.

Z grubością izolacji ścian zewnętrznych związane są jednostkowe straty ciepła przez te ściany, które przedstawiono dla wybranych krajów europejskich na rys. 2. Jak widać, najmniejsze straty energii cieplnej przez ściany zewnętrzne, odniesione do jednostkowej powierzchni ściany w ciągu roku (sezonu grzewczego), są w Szwecji i wynoszą 52 MJ/(m² · a).

Straty te nie zawsze odpowiadają grubości izolacji, ponieważ na wielkość strat mają także wpływ warunki klimatyczne, a dokładnie mówiąc – średnia temperatura zewnętrzna okresu ogrzewania. Jednostkowe straty energii cieplnej przez ściany zewnętrzne w Polsce wynoszą ok. 88 MJ/(m² · a), natomiast dość duże straty ciepła obserwuje się we Finlandii – 121 MJ/(m² · a), w Belgii – 130 MJ/(m² · a), w Austrii – 133 MJ/(m² · a) i w Hiszpanii – 180 MJ/(m² · a).

W normach budowlanych ustalono dość restrykcyjne wymagania nie tylko w odniesieniu do ścian zewnętrznych, ale także do dachów i stropodachów. W niektórych krajach skandynawskich, np. w Szwecji, maksymalna dopuszczalna wartość współczynnika przenikania ciepła dla tych przegród wynosi nawet U_max = 0,10 W/(m² · K). Aby uzyskać tak małą wartość współczynnika przenikania ciepła, należy stosować bardzo grube warstwy izolacji w postaci wełny mineralnej lub styropianu, które dochodzą do 400 mm. Kolejne miejsca pod względem grubości izolacji stropodachów zajmuje Finlandia (320 mm) i Norwegia (300 mm). W Danii, Irlandii i Wielkiej Brytanii stosuje się izolacje stropów grubości 250 mm, a najmniejsze grubości w krajach Europy Południowej i wynoszą 50 mm (rys. 3.).

Jednostkowe straty ciepła przez dachy i stropodachy są mniejsze od strat ciepła przez ściany zewnętrzne, co jest spowodowane relatywnie mniejszą ich powierzchnią i są najmniejsze w Irlandii – 27 MJ/(m² · a) i stosunkowo niskie – w Szwecji, Niemczech i Wielkiej Brytanii – poniżej 40 MJ/(m² · a). Natomiast wartości maksymalne występują w Hiszpanii – 124 MJ/(m² · a), Belgii – 130 MJ/(m² · a) i we Włoszech – 156 MJ/(m² · a). Jednostkowe straty energii cieplnej przez dachy i stropodachy w Polsce wynoszą średnio 88 M/(m² · a) i należą do wartości średniowysokich (rys. 4.).

Wnioski końcowe

• Całkowite zapotrzebowanie na nośniki energii pierwotnej w 25 krajach Unii Europejskiej w 2005 r. wyniosło 1725 Mtoe (mln ton oleju równoważego); przewiduje się, że w 2020 r. wzrośnie do 1895 Mtoe (ok. 10%) i do 1970 Mtoe w 2030 r. (wzrost o ponad 14%).
• W 25 krajach Unii Europejskiej (UE-25) znajduje się ok. 193 mln budynków, które zużywają ok. 40% całkowitego końcowego zaopatrzenia w energię i odpowiadają za emisję ponad 30% zanieczyszczeń powietrza. W 2000 r. w budynkach mieszkalnych wykorzystano ok. 26% końcowego zapotrzebowania energii w UE-25. Energia zużyta w budynkach mieszkalnych w 2000 r. stanowiła 65% całkowitego końcowego zapotrzebowania energii w sektorze budownictwa, uwzględniającym wszystkie rodzaje budynków. Zużycie energii w gospodarstwach domowych wyniosło ok. 279 Mtoe w UE-25.
• W artykule przedstawiono wyniki audytów energetycznych 193 budynków mieszkalnych w pięciu krajach europejskich (Dania, Francja, Grecja, Polska i Szwajcaria) [2] wykonywanych w ramach programu INVESTIMO. Były to typowe dla poszczególnych krajów budynki pod względem architektonicznym, wielkości, konstrukcji i rodzaju instalacji. Najczęściej używanym paliwem w badanych budynkach był olej opałowy i węgiel kamienny. 38% budynków miało roczne jednostkowe zużycie energii większe od średniej europejskiej (174,3 kWh/m²), 11,5% budynków zużywało więcej niż 261,5 kWh/m² (50% ponad średnią europejską) i 15,7% budynków zużywało mniej niż 87,2 kWh/m² (50% poniżej średniej europejskiej) [2].
• W wielu krajach europejskich wprowadzono w ostatnich latach odpowiednie normy dotyczące efektywności energetycznej budynków, a w tym – izolacyjności przegród budowlanych, które zwiększyły znacznie wymagania dotyczące dopuszczalnych maksymalnych wartości współczynnika przenikania ciepła. Wprowadzono także ograniczenia maksymalnych wartości jednostkowego zużycia energii, odniesione względem jednostkowej powierzchni – kWh/(m² · a) lub kubatury – kWh/(m³ · a).
• Rzeczywiste całkowite zużycie energii cieplnej, odniesione na jednostkę powierzchni, dla wybranych 193 budynków poddanych audytowi energetycznemu, zawierało się w granicach od 30,6 kWh/(m² · a) (Grecja i kraje Europy Południowej) do 763,3 kWh/(m² · a) (Polska i kraje Europy Północnej), przy średniej wynoszącej 174,3 kWh/(m² · a).
• W budynkach wykorzystujących ciepło tylko do celów grzewczych (56 budynków na 193) rzeczywiste zużycie energii wahało się od 30,6 kWh/(m² · a) w Grecji do 621,4 kWh/(m² · a) w Polsce, a średnie rzeczywiste zużycie ciepła na cele grzewcze wynosiło 129,0 kWh/(m² · a). Po uwzględnieniu całkowitego zużycie energii na potrzeby c.o. i przygotowania c.w.u (135 budynków na ogólną liczbę 193) zużycie jednostkowe wahało się pomiędzy 37,6 kWh/(m² · a) (Francja) do 763,3 kWh/(m² · a) (Polska). Średnie jednostkowe zużycie energii na potrzeby c.o. i c.w.u. wynosiło ok. 193 kWh/(m² · a).

• W ostatnich latach wyraźnej poprawie uległa izolacja budynków mieszkalnych i budynków użyteczności publicznej w krajach Europy Zachodniej, jak i Europy Środkowej.
• Całkowite zapotrzebowanie na różne nośniki energii pierwotnej w 25 krajach Unii Europejskiej (UE-25) w 2005 r. wyniosło 1725 Mtoe (mln ton oleju równoważego), w tym paliwa stałe stanowiły 260 mln toe (15%), ropa naftowa i produkty jej przeróbki – 645 mln toe (37%), gaz ziemny – 450 mln toe (26%), energia wodna – 30 mln toe (ok. 2%), energia odnawialna – 85 mln toe (ok. 5%) i energia jądrowa – 255 mln toe (15%). Przewiduje się, że całkowite zapotrzebowanie na nośniki energii pierwotnej w UE-25 wzrośnie do 1895 Mtoe w 2020 r. (wzrost o ok. 10%) i do 1970 Mtoe w 2030 r. (wzrost o ponad 14%). Obecnie kraje UE-25 uzależnione są w 50% od importu paliw i zależność ta wzrośnie do 65% w 2020 r. i do 70% w 2030 r. [28].
• Zaopatrzenie w energię elektryczną w UE-25 w 2005 r. wyniosło 3135 TWh i przewiduje się dalszy wzrost tego zaopatrzenia do 3990 TWh w 2020 r. (wzrost o 27%) i do 4480 TWh w 2030 r. (wzrost o ok. 42%). Udział paliw stałych w produkcji energii elektrycznej w roku 2005 wynosił 26%, ropy naftowej – 5%, gazu ziemnego – 21,5%, energii odnawialnej – 12,5%, energii jądrowej – 32% i pozostałych – 3% [28].
• W Unii Europejskiej (UE) bardzo ważną rolę odgrywa polityka energetyczna w odniesieniu do energii odnawialnej. W związku z tym UE postawiła sobie 3 główne cele, które dotyczą źródeł energii odnawialnej. Jednym z tych celów jest podwojenie udziału OZE w całkowitym zużyciu energii z 6% w 1995 r. do 12% w 2010 r. Zostało to przedstawione w tzw. Białej Księdze na temat źródeł energii odnawialnej [12]. Drugim celem jest zwiększenie udziału energii elektrycznej, produkowanej ze źródeł odnawialnych, w całkowitym zużyciu energii z 14% w 1997 r. do 22% w 2010 r. [5]. Dyrektywa podaje odpowiednie wskaźniki dla każdego z 25 krajów członkowskich UE. Trzecim celem jest zwiększenie udziału biopaliw w sektorze transportu do 5,75% w 2010 r. [7].
• W 25 krajach Unii Europejskiej (UE-25) znajduje się ok. 193 mln budynków. Zużywają one blisko 40% całkowitego końcowego zaopatrzenia w energię i odpowiadają za emisję ponad 30% zanieczyszczeń powietrza. Udział budynków mieszkalnych stanowi 2/3, a budynków użyteczności publicznej – 1/3. W 2000 r. w budynkach mieszkalnych wykorzystano 25,6% końcowego zapotrzebowania energii w UE-15 i 25,9% w UE-25. W latach 1990÷2000 liczba gospodarstw domowych wzrastała o 1,1%/rok w UE-15 i o 0,89%/rok w UE-25 [1, 2, 8].
• Energia zużyta w budynkach mieszkalnych w 2000 r. stanowiła 65% całkowitego końcowego zapotrzebowania energii w sektorze budownictwa, uwzględniającym wszystkie rodzaje budynków. Zużycie energii w gospodarstwach domowych wyniosło 244,7 Mtoe w UE-15 i 279,1 Mtoe w UE-25. Energia jest wykorzystywana głównie do celów grzewczych (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja), przygotowania ciepłej wody użytkowej, gotowania, oświetlenia i napędu urządzeń gospodarstwa domowego.
• Zużycie energii do produkcji chłodu (wody lodowej) znacznie wzrosło w latach 1990÷2000, osiągając tempo przyrostu w wysokości ok. 15%/rok. Zużycie energii wykorzystywanej do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego wzrastało o 1,9%/rok, co było spowodowane dość znacznym wzrostem liczby tych urządzeń w gospodarstwach domowych, których liczba była dość stabilna. Natomiast zużycie energii na cele grzewcze i przygotowanie ciepłej wody osiągnęło pewien stopień nasycenia, a przyrost tego zużycia wynosił 0,5%/rok [2, 8].
• W latach 2000÷2030 spodziewany jest wzrost zapotrzebowania na energię w wysokości 0,6%/rok. Biorąc pod uwagę ujemny przyrost liczby ludności, wzrost zużycia energii będzie spowodowany głównie wzrostem liczby mniejszych gospodarstw domowych (o ok. 40 mln w latach 2000÷2030, przy tempie wzrostu 0,75%/rok w UE-15 i 0,68%/rok w UE-25). Będzie to wynikało ze zmiany struktury wiekowej, zmiany stylu życia ludności i przede wszystkim zmniejszenia się pojedynczego gospodarstwa domowego. 

Literatura

1. Balaras C.A., Droutsa K., Argiriou A.A., Asimakopoulos D.N., Potential for energy conservation in apartment buildings. Energy & Buildings 31, (2), 2000, pp. 143÷154.
2. Balaras C.A., Droutsa K., Dascalaki E., Kontoyiannidis S., Heating energy consumption and resulting environmental impact of European apartment buildings. Energy and Buildings vol. 37, 2005, pp. 429÷442.
3. Communication from the Commission to the Council and the European Parliament, The share of renewable energy in the EU. Commission of the European Communities, Brussels, 26.5.2004, Com(2004) 366 final.
4. Dicke N., Weber C., Kjellsson E., Despretz H., TEBUC – Towards an European Building Code. Final Report, Research funded by DG TREN of the European Commission in the framework of the SAVE Program 01/04/2001-30/09/2002, September 2003.
5. Directive 2001/77/EC of the European Parliament and of the Council of 27 September 2001 on the promotion of electricity produced from renewable energy sources in the internal electricity market. Official Journal of the European Communities, 27.10.2001, L 283/33.
6. Directive 2002/91/EC of the European Parliament and of the Council of 16 December 2002 on the energy performance of buildings. Official Journal of the European Communities, 4.1.2003, L1/65.
7. Directive 2003/30/EC of the European Parliament and of the Council of 8 May 2003 on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport. Official Journal of the European Union, 17.5.2003, L 123/42.
8. EC Green Paper – Towards a European Strategy for the Security of Energy Supply, Commission of the European Communities, COM 769, Brussels, November 2000.
9. Energy Efficiency Country Profiles, Newsletter ODYSEEMURE, December 2003. SAVE ODYSEE Project, European Commission (www.odysee-indicators.org).
10. Energy Efficiency Policies and Indicators, World Energy Council, London, UK, October 2001.
11. Energy & Transport in Figures, European Union, Directorate General for Energy & Transport, European Commission, Brussels, 2003, p. 198.
12. European Commission, Energy for the Future: Renewable Sources of Energy. White Paper for a Community Strategy and Action Plan. COM(97)599 final, 26 November 1997.
13. Haas R., Biermayr P., The rebound effect for space heating empirical evidence from Austria, Energy Policy 28 (6-7), 2000, pp. 403÷410.
14. Harris D.J., A quantitative approach to the assessment of the environmental impact of building materials, Building and Environment 34 (6), 1999, pp. 751÷758.
15. Herant P., Energy Situation and Energy Conservation Programme for Buildings in France, Energy Conservation in Buildings and Community Systems Programme, International Energy Agency, ECBCS News-Issue 34, October 2001, pp. 1÷6.
16. International Energy Outlook, DOE/EIA-0484, Energy Information Administration, Office of Integrated Analysis and Forecasting, U.S. Department of Energy, Washington, DC 20585, April 2004.
17. Janssen R., Efficient Buildings in Europe. Final Report, EuroACE, June 2004. 
18. Jegen M., Wustenhagen R., Modernise it, sustainabilise it! Swiss energy policy on the eve of electricity market liberalization. Energy Policy 29 (1), 2001, pp. 45÷54.
19. Lundin M., Andersson S., Östin R., Development and validation of a method aimed at estimating building performance parameters, Energy & Buildings 36, 2004, pp. 905÷914.
20. Mantzos L., Capros P., Kouvaritakis N., Zeka-Paschou M., European Energy & Transport – trends to 2030. Directorate General Energy & Transport, Brussels, January 2003, p. 220.
21. PN-B-02025:2001. Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego.
22. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 690 z późn. zm.).
23. Schuler A., Weber C., Fahl U., Energy consumption for space heating of West-German households: empirical evidence, scenario projections and policy implications, Energy Policy 28 (12), 2000, pp. 877÷894. 
24. The critical importance of building insulation for the environment. EURIMA, Insulation Manufacturers Association (www.eurima.org). 
25. The Share of Renewable Energy in the EU, Commission of the European Communities, COM 366 final, Brussels, may 2004.
26. Ustawa z dnia 18 grudnia 1998 r. o wspieraniu przedsięwzięć termomodernizacyjnych (DzU Nr 162, poz. 1121 z późn. zm.).
27. Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV), vom 16. November 2001. Verkündet im Bundesgesetzblatt (BGBI) Teil I Nr. 59 vom 21 November 2001, Seiten 3085 ff.
28. Vine E., Opportunities for promoting energy efficiency in buildings as an air quality compliance approach, Energy 28 (40), 2003, pp. 319÷341.
29. Waeterloos Ch., Nuclear energy and EU Energy Policy. A more proactive role in facilitating the use of nuclear energy in the EU. CIEP Future Fuels Seminar, Clingendael, 24 January 2006.
30. World Energy Council, Efficiency Policies and Indicators, Annex I – Case studies on energy efficiency policy measures. Germany (www.worldenergy.org).