Kompleksowa termomodernizacja budynku WBiIŚ Cz. 1. Stan istniejący na podstawie dokumentacji archiwalnej i pomiarów

Termomodernizacja z założenia powinna być działaniem kompleksowym, obejmującym zarówno przedsięwzięcia ingerujące w bryłę budynku, jak i jego instalacje wewnętrzne, tj. system wentylacji i ogrzewania oraz instalację ciepłej wody użytkowej. Tylko takie podejście gwarantuje osiągnięcie maksimum oczekiwanych efektów.

W celu określenia uzasadnionych ekonomicznie parametrów technicznych proponowanego zakresu prac termomodernizacyjnych wykonuje się audyt energetyczny. Jest to opracowanie, którego jednym z głównych celów jest określenie możliwych do realizacji elementów składających się na tzw. wariant optymalny, charakteryzujący się najkorzystniejszą relacją poniesionych nakładów do osiąganych efektów.

Kryterium decyzyjnym przy wyborze optymalnego wariantu jest zazwyczaj opłacalność ekonomiczna, choć o zakresie działań termomodernizacyjnych mogą decydować inne czynniki, np. oszczędność energii, komfort eksploatacji czy względy ekologiczne.

Celem audytu jest też wskazanie możliwych źródeł finansowania inwestycji termomodernizacyjnej. W przypadku budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego oraz stanowiących własność jednostek samorządu terytorialnego, służących wykonywaniu przez nie zadań publicznych, inwestor ma możliwość skorzystania z ustawy o wspieraniu termomodernizacji i remontów [6].

Inwestycje realizowane w ramach tej ustawy i spełniające pewne dodatkowe warunki mogą liczyć na środki z funduszu termomodernizacji sięgające 16% wartości inwestycji (spłata części kredytu zaciągniętego na termomodernizację). Z tej formy pomocy wykluczona jest jednak dość liczna grupa budynków niemieszkalnych będących własnością jednostek budżetowych.

W odniesieniu do tych obiektów, dofinansowania szuka się więc w innych programach wspierających inwestycje w oszczędność energii, tj. w funduszach pomocowych, programach infrastrukturalnych, dotacjach celowych itd. Politechnika Białostocka, jako instytucja budżetowa, pozbawiona jest możliwości wsparcia finansowego w ramach ustawy termomodernizacyjnej, dlatego skorzystała z pomocy Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podlaskiego we wdrożeniu projektu poprawy efektywności energetycznej infrastruktury Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska.

Charakterystyka budynku WBiIŚ

Budynek Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Białostockiej wchodzi w skład głównego kampusu akademickiego usytuowanego w obrębie ulic Wiejskiej, Zwierzynieckiej i Świerkowej. Powierzchnia zabudowy budynku WBiIŚ wynosi 6421 m2.

Zintegrowany budynek WBiIŚ składa się z części wysokiej (A i A1 – fot. 1) o trzech kondygnacjach nadziemnych oraz jedno- i dwukondygnacyjnej części niskiej (B i B1 – fot. 2). Część wysoka jest całkowicie podpiwniczona, a niska częściowo. Obie części połączone są dwoma łącznikami – parterowymi podpiwniczonymi (fot. 3). Łączna kubatura ogrzewanej części budynku części A i B wynosi 63 024 m3, a powierzchnia użytkowa 12 278,50 m2.

Część A (A i A1) budynku została oddana do użytku w 1988 r., a B (B i B1) w latach 90. ubiegłego wieku. Budynek wykonano w systemie żelbetowej konstrukcji szkieletowej z wypełnieniem. Ściany zewnętrzne piwnic części A (gr. 30 cm) poprzeczne wykonane są z betonu, natomiast podłużne dodatkowo z cegły dziurawki grubości 12 cm.

Ściany zewnętrzne piwnic części B i B1 są żelbetowe, z warstwą styropianu grubości 8 cm, obłożone klinkierową cegłą licówką. Należy zaznaczyć, że od momentu wzniesienia zewnętrzne przegrody pełne obiektu nie były poddawane istotnym pracom renowacyjnym, a jedynie doraźnym naprawom elewacji. Nie dziwi więc występowanie uszkodzeń tynków i miejscowych ubytków klinkierowej warstwy fakturowej (fot. 4).

Ściany zewnętrzne podłużne kondygnacji nadziemnych części A składają się z gazobetonu o grubości 36 cm, cegły ceramicznej o grubości 6,5 cm, ceramicznych płytek elewacyjnych (od strony zewnętrznej). Ściany zewnętrzne poprzeczne kondygnacji nadziemnych części A wykonane są z: gazobetonu grubości 36 cm i ceramicznych płytek elewacyjnych (od strony zewnętrznej). Natomiast ściany zewnętrzne parteru części B i B1 wykonano z: cegły ceramicznej o grubości 25 cm (miejscami z gazobetonu o grubości 24 cm), warstwy wełny mineralnej o grubości 8 cm, a częściowo od zewnątrz z klinkierowej licówki.

Stropy w budynku są żelbetowe, wykonane z płyt kanałowych bądź płytowe. W części A stropodachy pełne kryte papą docieplone są wełną mineralną: nad aulą grubości 4 cm, w pozostałych miejscach 8 cm. W części B i B1 stropodachy docieplone są wełną mineralną grubości 16 cm i pokryte papą [1].

Do części A opisywanego budynku wchodzi się przez wiatrołapy. Drzwi wejściowe na elewacji frontowej zostały wymienione na nowe, z PVC. Pozostałe drzwi w budynku są drewniane. W części A cała stolarka okienna została wymieniona na nową, szczelną, z PVC (niestety bez nawiewników).

Nad aulą i klatkami schodowymi znajdują się świetliki dachowe z poliwęglanu wielokanałowego (zostały wymienione na nowe). W części B budynku znajduje się stolarka okienna charakterystyczna dla IV strefy klimatycznej w okresie wznoszenia budynku (drewniana, jednoramowa, trójszybowa). Jest ona w znacznym stopniu wyeksploatowana.

Współczynniki przenikania ciepła poszczególnych przegród budynku na ogół odpowiadają wymaganiom obwiązującym w czasie projektowania (lata 80. – budynek A i początek lat 90. – budynek B). Na podstawie projektów archiwalnych zgodnie z normą PN-EN ISO 6946 [2] wyznaczono m.in. następujące wartości:

• ściany zewnętrzne piwnic części A – 0,97 i 1,43 W/m²  K;
• ściany zewnętrzne piwnic części B – 0,41 W/m²  K;
• ściany zewnętrzne klatek schodowych – 1,14 W/m²  K;
• ściany zewnętrzne kondygnacji nadziemnych części A – 0,76 i 0,84 W/m²  K;
• ściany zewnętrzne parteru części B – 0,36 i 0,37 W/m²  K;
• dach nad aulą w części A – 0,50 W/m²  K;
• stropodach części A – 0,31 W/m²  K;
• dach części B – 0,23 W/m²  K;
• okna w części A – 1,70 W/m²  K;
• okna w części B – 2,60 W/m²  K.

Takie wartości obliczeniowe współczynników przenikania ciepła przegród w znacznym stopniu odbiegają od standardów określonych przez obecnie obowiązujące wymagania dotyczące ochrony cieplnej. Są to jednak wartości charakterystyczne dla poziomu izolacyjności wyznaczonego przepisami obowiązującymi w czasie kolejnych etapów wznoszenia ­obiektu.

Ocena jakości energetycznej budynku WBiIŚ w stanie istniejącym

Kolejnym etapem przygotowania programu termomodernizacji analizowanego budynku było wyznaczenie jego charakterystyki energetycznej wyrażonej zapotrzebowaniem na ciepło Qh do ogrzewania i wentylacji grawitacyjnej, zapotrzebowaniem na moc cieplną q oraz pochodnym wskaźnikiem jednostkowego zapotrzebowania na energię użytkową EUco (przy założeniu obliczeniowych wartości U przegród zewnętrznych).

Obliczenia sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku wykonano zgodnie z normą PN-EN ISO 13790 [4], a szczytowej mocy grzewczej na podstawie PN-EN ISO 12831 [5].

Projektowe obciążenie cieplne budynku w stanie istniejącym wyniosło 620,24 kW, zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania i wentylacji grawitacyjnej w sezonie standardowym (bez uwzględnienia sprawności systemu grzewczego) 2919,0 GJ/rok [5], co dało wartość wskaźnika EUco = 54,5 kWh/m2 a. Po uwzględnieniu ilości ciepła na cele wentylacji mechanicznej [1], wynoszącej 2486 GJ/rok, całkowity wskaźnik EUco analizowanego budynku w stanie istniejącym wynosi 101,0 kWh/m2 rok.

W ramach oceny stanu technicznego budynku WBiIŚ przed termomodernizacją przeprowadzono wyrywkowe badania sprawdzające mające na celu określenie faktycznej jakości termicznej ścian zewnętrznych w chwili obecnej. Najpierw zmierzono gęstość strumienia cieplnego w punktach pomiarowych zlokalizowanych na reprezentatywnych fragmentach ścian zewnętrznych budynku. 

Do pomiarów strumienia ciepła wykorzystano mobilny zestaw diagnostyki cieplnej składający się z rejestratora, płyty do pomiaru przepływu ciepła o wymiarach 12×12 cm oraz czujników temperatury powietrza wewnętrznego i zewnętrznego.

Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów obliczono rzeczywiste współczynniki przenikania ciepła U w poszczególnych punktach pomiarowych: 

• ściany zewnętrzne części nadziemnej budynku A – 0,55 − 0,75 W/m2  K;
• ściany zewnętrzne klatek schodowych budynku A – 1,39 W/m2  K; 
• ściany zewnętrzne części nadziemnej budynku B – 0,67 W/m2  K; 
• ściany zewnętrzne piwnic budynku B – 0,48 oraz 1,55 W/m2  K;
• stare okna w części B – 2,10 W/m2 dla szkła, co daje wartość współczynnika przenikania ciepła U dla całego okna 2,6 W/m2  K [3].

Wyniki te odbiegają w pewnym stopniu od wartości obliczeniowych. Powodów może być kilka: mogą to być różnice w użytych materiałach bądź ich charakterystykach, inna niż przewidziana w projekcie geometria przekrojów, wpływ wykonawstwa, zużycie eksploatacyjne i oddziaływanie czynników zewnętrznych (atmosferycznych) lub pomiar przeprowadzony w miejscu występowania mostka cieplnego itd.

Kolejnym badaniem była ocena termowizyjna obudowy budynku. Wykonano ją przy użyciu nowoczesnej kamery.

Na fot. 5 widoczny jest nierównomierny rozkład temperatury na powierzchni ściany szczytowej budynku A, świadczący o zróżnicowanych własnościach izolacyjnych (miejscowym pogorszeniu jakości termicznej fragmentów tej przegrody). W okolicy wieńców I piętra , parteru oraz osadzenia okien widoczne są najintensywniejsze straty ciepła.

Na fot. 6 można zauważyć znaczne straty ciepła w miejscu, gdzie od strony wewnętrznej znajdują się grzejniki zamontowane we wnękach, co powoduje, że ściana ma zmniejszoną izolacyjność cieplną – efekt takiego usytuowania grzejników widoczny jest na termogramie. Ściana klatki schodowej po prawej stronie także wykazuje znaczną nierównomierność izolacyjności cieplnej.

Na fot. 7 widoczna jest wada ocieplenia wykonanego metodą lekką mokrą – poniżej górnego fragmentu ściany wykończonego płytkami elewacyjnymi. Można zauważyć ponadto nierównomierny rozkład temperatury na powierzchni płytek elewacyjnych.

Obliczeniowa charakterystyka budynku po uwzględnieniu wyników badań

W związku z różnicami między obliczeniami wykonanymi na podstawie dostępnej, archiwalnej dokumentacji technicznej budynku a zmierzonymi izolacyjnościami cieplnymi przegród zewnętrznych postanowiono wykonać drugi wariant obliczeń zapotrzebowania na ciepło Qh do ogrzewania i wentylacji grawitacyjnej, zapotrzebowania na moc cieplną q oraz pochodnego wskaźnika jednostkowego zapotrzebowania na energię użytkową EUco przy założonej wartości U oraz wartości wyznaczonej na podstawie pomiarów (tabela 1).

Zaobserwowane rozbieżności w obliczeniowych i pomierzonych wartościach współczynnika przenikania ciepła niektórych przegród zewnętrznych odbijają się na wynikowej charakterystyce energetycznej budynku. 

W wariancie obliczeń przy założeniu obliczeniowych wartości U przegród zewnętrznych wyznaczonych z pomiarów zapotrzebowanie na ciepło oraz na moc cieplną jest o blisko 4% większe niż otrzymane z obliczeń przy założeniu obliczeniowych wartości U (przy uwzględnieniu jedynie bryły budynku).

Podsumowanie

Żeby ocenić stan budynku WBiIŚ PB, przeprowadzono: analizę projektów archiwalnych, wyrywkowe pomiary strumienia cieplnego (na podstawie których wyznaczono współczynniki przenikania ciepła w badanych miejscach), przegląd termowizyjny przegród zewnętrznych oraz obliczenia zapotrzebowania na ciepło budynku z zastosowaniem skorygowanych parametrów (uzyskanych z pomiarów).

Aktualny stan termiczny budynku znacząco odbiega od obecnych standardów, co pozwala założyć, że zabiegi poprawiające jego charakterystykę energetyczną przyniosą nie tylko efekty energetyczne i ekologiczne, ale będą również efektywne pod względem ekonomicznym.

Wykonano w ramach pracy statutowej KPBiFB PB oraz projektu „Badanie skuteczności aktywnych i pasywnych metod poprawy efektywności energetycznej infrastruktury z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii” w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podlaskiego na lata 2007–2013 Osi Priorytetowej I. Wzrost innowacyjności i wspierania przedsiębiorczości w regionie. Działania 1.1 Tworzenie warunków dla rozwoju innowacyjności B – DO-120.362/40/14

Literatura

1. Sadowska B., Piotrowska-Woroniak J., Sarosiek W., Audyt energetyczny budynku Wydziału Budownictwa Politechniki Białostockiej, NAPE S.A., Białystok 2012.
2. PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczeń.
3. Robakiewicz M., Ocena jakości energetycznej budynków. Wymagania, dane, obliczenia, Biblioteka Fundacji Poszanowania Energii, Zrzeszenie Audytorów Energetycznych, Warszawa 2004.
4. PN-EN ISO 13790:2009 Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia.
5. PN-EN ISO 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowanego obciążenia cieplnego.
6. Ustawa z dnia 21 listopada 2008 r. o wspieraniu termomodernizacji i remontów (DzU nr 223/2008, poz. 1459, z późn. zm.).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!