Głęboka termomodernizacja budynków w Polsce

Osiągnięcie wysokich standardów efektywności energetycznej budynków wymaga rozwiązania szeregu problemów prawnych, organizacyjnych, ekonomicznych i technologicznych oraz zastosowania nowych metod projektowania.

Z inżynierskiego punktu widzenia szczególnie istotne są zagadnienia techniczno-technologiczne, uwarunkowane względami ekonomicznymi.

W przypadku nowo projektowanych budynków liczba możliwych rozwiązań prowadzących do powstania budynków o wysokich standardach efektywności energetycznej i uzasadnionych ekonomicznie jest bardzo duża. Inwestor i projektant mogą więc wybrać rozwiązanie ich satysfakcjonujące.

Gorzej sytuacja wygląda w przypadku budynków istniejących. Tu osiągnięcie standardów domu pasywnego lub zero­energetycznego wymaga rozwiązania wielu problemów technicznych, czasami dużych nakładów finansowych, a wybór technologii remontowych oraz instalacyjnych jest często zdeterminowany przez istniejące już w budynku rozwiązania konstrukcyjne. Dlatego zagadnienia remontów i termomodernizacji (w tym tak zwanej głębokiej termomodernizacji) wymagają szczegółowego omówienia.

W artykule, rozpoczynającym cykl publikacji na temat termomodernizacji budynków, zdefiniowano problemy dotyczące zagadnień technicznych kompleksowej poprawy efektywności w istniejących budynkach (w tym głębokiej termomodernizacji). Zacznijmy od wyjaśnienia, czym jest głęboka termomodernizacja.

Definicja głębokiej termomodernizacji

Według „Strategii modernizacji budownictwa: mapa drogowa 2050” [1] głęboka termomodernizacja to zestaw działań remontowych i modernizacyjnych prowadzących do zmniejszenia zużycia energii w budynkach.

Zakres działań wykonanych w ramach głębokiej termomodernizacji określony jest na poziomie optymalnym z punktu widzenia ekonomicznego. Do określania optymalnego zestawu działań modernizacyjnych wykorzystuje się metodę kosztu optymalnego.

Efektywna technologicznie i ekonomicznie termomodernizacja budynków wymaga całościowego podejścia do kwestii remontów, uwzględniającego charakterystykę zużycia energii w zróżnicowanych budynkach, a także jej wytwarzanie wraz z uwzględnieniem wykorzystania odnawialnych źródeł energii.

Zgodnie z szacunkami ekspertów z Building Perfomance Institute Europe (BPIE [1]) całkowite korzyści społeczne netto wynikające z wdrożenia programu kompleksowej termomodernizacji do roku 2045 mogą sięgnąć ok. 700 mld zł. Są to:

• korzyści ekonomiczne wynikające z oszczędności w zużyciu energii, a także rozwoju aktywności gospodarczej i wzrostu liczby nowych miejsc pracy w sektorach związanych z termomodernizacją;

• korzyści społeczne wynikające przede wszystkim z ograniczenia zjawisk ubóstwa energetycznego i wykluczenia społecznego;

• korzyści środowiskowe wynikające z ograniczenia lokalnych zanieczyszczeń powietrza (pyły, benzo(a)piren, NOx) i emisji dwutlenku węgla (CO₂) prowadzących do zmian klimatu.

Według szacunków specjalistów z Krajowej Agencji Poszanowania Energii (KAPE) i Narodowej Agencji Poszanowania Energii (NAPE), które przeprowadzono na potrzeby opracowania [1], koszt modernizacji połowy wszystkich domów jednorodzinnych i wielorodzinnych, a także budynków niemieszkalnych będzie, w zależności od przyjętego wariantu, wynosił od 270 do 470 mld zł.

Wynikiem tych działań modernizacyjnych będą średnie jednostkowe oszczędności energii pierwotnej sięgające, w zależności od wariantu termomodernizacji, od 60 do 109 kWh/(m² rok). W przypadku energii końcowej, w zależności od wariantu termomodernizacji, łączne oszczędności powstałe w wyniku realizacji programu sięgną 3,8–6,8 Mtoe/rok.

Przyjęcie zakresu termomodernizacji na poziomie 50% wszystkich budynków jest oszacowaniem eksperckim powstałym na podstawie dotychczas przeprowadzonych termomodernizacji.

Z danych GUS wynika, że około połowa powierzchni budynków mieszkalnych jest ocieplona. Oceny eksperckie mówią o termomodernizacji na poziomie ok. 30% zasobów, głównie budynków wielorodzinnych. Wynika to również z ankiet przeprowadzonych przez KAPE SA.

Przyjmuje się, że podmioty, które już przeprowadziły termomodernizację, nie będą skłonne do nowych inwestycji w tym zakresie.

Problemy wynikające z modernizacji powłok zewnętrznych i konstrukcji budynków

Do kluczowych problemów modernizacji powłok zewnętrznych i konstrukcji budynków należy zaliczyć:

• zły stan przegród uniemożliwiający zastosowanie optymalnych grubości ocieplenia,

• wymagania konserwatorów zabytków wobec elewacji i stolarki okiennej,

• znaczne grubości docieplenia przegród klasycznymi materiałami (styropian, wełna mineralna), co powoduje problemy technologiczne i architektoniczne oraz

• niepożądane efekty estetyczne.

Przy rozwiązywaniu tych problemów opłacalne stanie się stosowanie nowoczesnych izolacji termicznych, takich jak izolacje transparentne i próżniowe, areożele, izolacje inteligentne oraz dynamiczne.

Niestety wszystkie te technologie są w warunkach polskich drogie, więc ich zastosowanie wymagać będzie w początkowej fazie finansowych mechanizmów wsparcia w ramach państwowych programów wdrażania innowacji w budownictwie.

Osiągnięcie w wyniku głębokiej termomodernizacji bardzo dobrych parametrów cieplno-wilgotnościowych dla ścian, dachów i podłóg na gruncie wymusi zastosowanie równie nowoczesnych rozwiązań dla okien i powierzchni przezroczystych.

Takim innowacyjnym rozwiązaniem mogą być np. inteligentne okna elektrochromowe (z zastosowaniem PV). Technologia ta umożliwia kontrolowanie ilości światła (ciepła) wpadającego do budynku przez okna poprzez ich przyciemnianie lub rozjaśnianie. W zimie okna te ulegają rozjaśnieniu, zwiększając ilość ciepła doprowadzanego do pomieszczenia i zmniejszając tym samym zapotrzebowanie na moc cieplną. W lecie z kolei ulegają zaciemnieniu i blokując światło, ograniczają ilość ciepła, a tym samym redukują zapotrzebowanie na chłodzenie pomieszczeń.

Rozjaśnianie lub zaciemnienie okien odbywa się na skutek reakcji chemicznych uruchomionych niskim napięciem. Zastosowana w oknach cienka warstwa ogniwa fotowoltaicznego wykonanego ze stopu niklowo-magnezowego ma możliwość wielokrotnego przełączania się ze stanu przezroczystego na odblaskowy.

Instalacje w termomodernizowanych budynkach

Główną rolę w modernizowanych budynkach odgrywać będą instalacje. Instalacje wewnętrzne powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób ograniczający zużycie energii ze źródeł pierwotnych nieodnawialnych, z naciskiem na wykorzystanie energii wtórnej. Ponadto budynek wraz z instalacjami powinien być zaprojektowany z uwzględnieniem ich wpływu wzajemnego oraz całościowego wpływu na klimat wewnętrzny panujący w obiekcie.

Projektanci powinni [2] przestrzegać następujących zasad:

• odpowiednie umiejscowienie instalacji – żeby wyeliminować kolizje i konieczność częstego krzyżowania się rur i kanałów,
• odpowiednie umiejscowienie elementów grzewczych i nawiewno-wywiewnych z rekuperacji i klimatyzacji – tak aby współgrały, a nie kolidowały ze sobą,
• odpowiednie obliczenie wzajemnie powiązanych instalacji – np. obliczając zapotrzebowanie na ciepło/chłód i dobierając moc urządzenia i instalacji grzewczej, należy wziąć pod uwagę zastosowanie rekuperacji, która obniża zapotrzebowanie na ciepło/chłód nawet o kilkadziesiąt procent,
• odpowiednia lokalizacja samych urządzeń zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynku – np. umieszczenie wymiennika powietrznej pompy ciepła i zewnętrznej jednostki klimatyzatorów z jednej, najmniej używanej strony budynku, najlepiej od północy,
• eliminacja zbędnych elementów budynku w przypadku zastosowania nowoczesnych rozwiązań – np. większości kominów wentylacyjnych, bo zastąpi je instalacja wentylacji mechanicznej,
• uwzględnienie możliwości centralnego sterowania wszystkimi instalacjami.

W modernizowanych budynkach możliwe jest wykorzystanie nowoczesnych technologii i urządzeń, takich jak np.:

• kotły kondensacyjne,
• gazowe kotły pulsacyjne (kondensacja z pulsacyjnym systemem spalania),
• pompy ciepła do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, w tym rewersyjne pompy ciepła typu powietrze/powietrze (utrzymanie stałej temperatury powietrza w pomieszczeniach i kontrola wilgotności) oraz
• sprężarkowe gazowe pompy ciepła (mniejsze zużycie energii elektrycznej w sezonie letnim na chłodzenie i zimowym na ogrzewanie),
• nowoczesne dwufunkcyjne węzły ciepłownicze,
• ogrzewanie promiennikowe,
• niskotemperaturowe ogrzewanie płaszczyznowe (ścienne, podłogowe i sufitowe – elektryczne i wodne),
• ogrzewanie nadmuchowe (kominek, piece nadmuchowe zasilane gazem, olejem opałowym, nagrzewnicą elektryczną lub wodną zasilaną kotłem kondensacyjnym lub biomasowym czy pompą ciepła).

Duży potencjał ma też mikro- i minigeneracja, czyli skojarzona produkcja energii cieplnej i elektrycznej, gdyż średnia sprawność urządzeń mikrokogeneracyjnych wynosi ok. 85%.

Ponadto w modernizowanych budynkach można wykorzystać energię odnawialną za pomocą kolektorów słonecznych oraz hybrydowych kolektorów słonecznych, które wykorzystują ciepło z paneli fotowoltaicznych – w miarę jak ogniwo fotowoltaiczne nagrzewa się i wzrasta jego temperatura, maleje produkcja energii elektrycznej, zatem odbiór ciepła zwiększa sprawność układu.

Takie konstrukcje mają sprawność ok. 15% produkcji prądu elektrycznego i aż 80% produkcji ciepła, gdy zwykły kolektor słoneczny tylko ok. 70%. Łącznie są w stanie spożytkować ponad 60% energii promieniowania słonecznego docierającego do urządzenia. Kolejne źródło energii odnawialnej dla modernizowanych budynków, zwłaszcza jednorodzinnych, to biomasa – pelety, brykiety i zrębki drzewne oraz brykiety ze słomy.

Przygotowanie c.w.u. w budynku energooszczędnym

W budynkach energooszczędnych do przygotowania ciepłej wody użytkowej najczęściej stosuje się następujące systemy:

• indywidualny elektryczny z zasobnikiem,
• indywidualny elektryczny przepływowy,
• indywidualny gazowy z zasobnikiem,
• indywidualny gazowy przepływowy,
• zasilanie z sieci zdalaczynnej oraz
• system oparty na kolektorach słonecznych wspomaganych pompą ciepła.

W nowoczesnych systemach przygotowania c.w.u. w celu ograniczenia strat wprowadza się automatyczną regulację temperatury wody oraz pracy pomp cyrkulacyjnych, regulator ciśnienia na przyłączu wodociągowym, a także szczelną armaturę.

Wentylacja w termomodernizowanych budynkach

Prawidłowo działająca wentylacja w budynkach i pomieszczeniach to wymóg podstawowy do zapewnienia wysokiego komfortu użytkowania pomieszczeń oraz dobrego samopoczucia mieszkańców.

W budynkach o dużej izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych wentylacja ma największy udział w bilansie zapotrzebowania na ciepło – nawet ponad 50%.

Kolejny problem to wysoka szczelność prawidłowo ocieplonych i wyposażonych w nowoczesne okna modernizowanych budynków. Dlatego ciężko sobie wyobrazić proces głębokiej termomodernizacji bez zastosowania wentylacji z odzyskiem ciepła lub zaawansowanych rozwiązań wentylacji hybrydowej.

Wentylacją hybrydową najczęściej określa się układ, w którym wentylacja naturalna (grawitacyjna) wspomagana jest urządzeniami mechanicznymi w celu zapewnienia jej wydajności na wymaganym poziomie niezależnie od warunków atmosferycznych, jak również w pewnej mierze sterowania jej wydajnością w zależności od potrzeb. Walory takiej wentylacji to możliwość kontroli wielkości strumienia powietrza wentylacyjnego, w tym np. jego ograniczanie w okresie, kiedy pomieszczenia nie są użytkowane.

Zarządzanie energią w budynkach energooszczędnych – obiekty inteligentne

Prawidłowo wykonana głęboka termomodernizacja może w praktyce nie przynieść planowanych efektów, jeśli zainstalowane urządzenia nie będą prawidłowo eksploatowane, dlatego konieczne jest wprowadzenie systemu zarządzania energią w zmodernizowanych budynkach.

Istnieje wiele sposobów zarządzania energią w budynkach, a najskuteczniejszymi są systemy BMS (Building Management Systems), czyli zaawansowane rozwiązana techniczne, których celem jest efektywne sterowanie instalacjami znajdującymi się w budynku, takimi jak: instalacje elektryczne, wentylacyjne, grzewcze i chłodnicze oraz dostosowanie ich pracy do zmieniających się warunków [3].

Głównym zadaniem systemu jest minimalizacja kosztów eksploatacji budynku przy jednoczesnym zwiększeniu jego funkcjonalności i bezpieczeństwa oraz zapewnieniu optymalnego komfortu jego użytkownikom. Systemy BMS na bieżąco gromadzą, archiwizują i przetwarzają dane związane ze stanem konkretnych instalacji, a także sterują nimi w sposób automatyczny lub półautomatyczny. Najbardziej zaawansowane systemy automatyki budynkowej realizują ideę inteligentnych budynków.

Zastosowanie inteligentnych systemów instalacji budynkowej pozwala na uzyskanie większej kontroli nad zużyciem energii. Technologia ta umożliwia też zdalne sterowanie urządzeniami elektronicznymi. Inteligentny budynek sam reaguje również na określone sytuacje, na przykład gasi światło w pokoju, w którym nikogo nie ma, czy wyłącza klimatyzację po otwarciu okien. Można w ten sposób zaoszczędzić nawet 30% energii elektrycznej i do 20% energii cieplnej.

Problemy z jakością realizacji robót remontowych i termomodernizacji

W warunkach polskich o powodzeniu programu głębokiej termomodernizacji może decydować jakość robót budowlanych. Wśród inżynierów (budowlanych i instalacyjnych) daje o sobie znać przede wszystkim brak doświadczenia w stosowaniu najnowocześniejszych materiałów i technologii, w tym wykorzystujących odnawialne źródła energii, oraz brak zintegrowanego podejścia do efektywności budynku. Również doświadczenie średniej kadry technicznej w zakresie stosowania najnowocześniejszych technologii i materiałów budowlanych jest niewielkie.

Kolejny problem to częsta rotacja pracowników bezpośrednio wykonujących prace termomodernizacyjne, co powoduje, że zanim nowi nabędą doświadczenie w stosowaniu danej technologii, zmieniają pracę i kolejne osoby trzeba uczyć od nowa. Żeby rozwiązać problem jakości robót budowlanych w obszarze głębokiej termomodernizacji, konieczne wydaje się przygotowanie na poziomie państwowym systemu szkoleń i doskonalenia zawodowego dla specjalistów, instalatorów i wykonawców robót budowlanych.

Finansowanie remontów i termomodernizacji

Obecnie w Polsce nie istnieje system wspierania głębokiej termomodernizacji. Mamy natomiast kilka mechanizmów finansowych wspierających klasyczną termomodernizację. Budynki użyteczności publicznej termomodernizowane są ze środków finansowych z Unii Europejskiej, programów Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz Wojewódzkich Funduszy Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Finansowanie to ma formę dotacji i preferencyjnych pożyczek. W przypadku inwestycji termomodernizacyjnych budynków instytucji państwowych dotacja może wynieść nawet 100% kosztów kwalifikowanych.

Kolejny funkcjonujący od 1999 r. mechanizm finansowy wspierający termomodernizację to ulokowany w Banku Gospodarstwa Krajowego fundusz termomodernizacyjny działający w oparciu o przepisy ustawy o wspieraniu termomodernizacji i remontów. Z mechanizmu tego, opartego na komercyjnym kredycie i około 15-proc. premii termomodernizacyjnej, korzystają głównie spółdzielnie i wspólnoty mieszkaniowe. Natomiast przedsiębiorstwa produkcyjne i usługowe mogą uzyskać wsparcie procesu termomodernizacji swoich budynków w ramach systemu białych certyfikatów.

Największy problem ze znalezieniem dofinasowania termomodernizacji budynków mają właściciele domów jednorodzinnych. Teoretycznie mogą skorzystać z Funduszu Termomodernizacji oraz wsparcia WFOŚiGW, ale skomplikowany i mało opłacalny ze względów podatkowych proces uzyskiwania tych środków sprawia, że niewielu właścicieli domów jednorodzinnych po nie sięga, dlatego też z zadowoleniem należy przyjąć inicjatywę NFOŚiGW uruchomienia jeszcze w tym roku programu wsparcia termomodernizacji domów jednorodzinnych – o nazwie Ryś [4].

Ów program będzie skierowany do osób fizycznych i innych podmiotów mających prawo własności (w tym współwłasności) jednorodzinnego budynku mieszkalnego dopuszczonego do użytkowania. Proponowany budżet na lata 2015–2023 wynosi 300 mln zł.

Program w założeniach będzie obejmować przede wszystkim prace ociepleniowe budynków, ale przewidziano też dofinansowanie instalacji wewnętrznych oraz źródeł ciepła. Beneficjent będzie miał możliwość podejmowania indywidualnych decyzji co do zakresu wykonywanych prac modernizacyjnych, polegających na realizacji jednego lub kilku elementów, przy zachowaniu właściwej kolejności prac.

Połączenie kilku elementów z grupy Prace termomodernizacyjne będzie dodatkowo premiowane dotacją. NFOŚiGW założył udzielanie dofinansowania w formie dotacji na koszty oceny energetycznej budynku przed i po realizacji przedsięwzięcia oraz niezbędnej dokumentacji projektowej. Planuje się, że koszty inwestycji będą dofinansowywane w formie kredytu wraz z dotacją łącznie do 100% kosztów kwalifikowanych – dotacja będzie dotyczyła jedynie przedsięwzięć termomodernizacyjnych złożonych z kilku elementów oraz montażu wentylacji mechanicznej. Przewidywana wysokość dotacji: 10–30%. Wymiana źródeł ciepła oraz zastosowanie odnawialnych źródeł energii będzie dofinansowywane wyłącznie w postaci preferencyjnego kredytu.

Istnieje również możliwość skorzystania z usług firm typu ESCO, ale ta forma finansowania inwestycji termomodernizacyjnych jest w Polsce mało popularna.

Zakładając wielość źródeł finansowania termomodernizacji w przyszłości, systemem dystrybucji środków powinna kierować zasada, że maksymalne wsparcie uzyskane na jeden cel i jedną inwestycję nie może przekroczyć określonego w ramach systemu poziomu.

Oczywiście nie wyklucza to łączenia wsparcia – na przykład połączenia remontów, efektywności energetycznej oraz działań związanych z przeciwdziałaniem ubóstwu i dbaniem o ochronę powietrza. Wręcz przeciwnie, wsparcie powinno być rozsądnie łączone (co oznacza konieczność przygotowania stosownych procedur i zasad), tak aby maksymalnie wykorzystać potencjał społeczny i ekonomiczny danego przedsięwzięcia.

Podsumowanie i wnioski

Budynki poddawane termomodernizacji wymagają nowoczesnych systemów grzewczych dobranych do nowych warunków.

Szczególne znaczenie będą miały zintegrowane systemy grzewczo-wentylacyjne, m.in. system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła z pompami ciepła do podgrzewania c.w.u. korzystającymi z wyrzucanego powietrza wentylacyjnego, zasilany z lokalnych źródeł energii elektrycznej, np. ogniw fotowoltaicznych. Inny kierunek zmian to domowe skojarzone źródła energii cieplnej i elektrycznej – mikro- i minikogeneracja na poziomie osiedli i budynków.

Rynek technologii efektywnych energetycznie jest na tyle rozwinięty, by wykorzystać znaczny potencjał zmniejszenia zużycia energii w budynkach, a co za tym idzie redukcję emisji gazów cieplarnianych.

Zwiększenie popytu na technologie efektywne energetycznie (zarówno w Polsce, jak i na świecie) może prowadzić do takiego rozwoju produkcji, który spowoduje zmniejszenie cen urządzeń i materiałów.

Budynki, które zużywają mało energii – budynki energooszczędne – korzystnie wpływają na środowisko (mniejsze zanieczyszczenie) oraz gospodarkę (mniejsze uzależnienie od importu surowców energetycznych).

Nowe wymagania dla budynków powodują konieczność zastosowania nowych metod projektowania ich modernizacji, gdzie czołową rolę będzie odgrywać projektowanie zintegrowane, z wykorzystaniem techniki BIM (modelowania budynku) i zastosowaniem optymalizacji wielokryterialnej.

Znacząca poprawa efektywności energetycznej budynków w Polsce to bardzo ambitne przedsięwzięcie, które nie może się obejść bez wsparcia ze strony administracji centralnej i samorządów. Jest to równocześnie jeden z nielicznych przykładów działań, które niemal od razu przynoszą pozytywne i wymierne korzyści ekonomiczne, środowiskowe i społeczne. Skala tych korzyści zależy nie tylko od wielkości i tempa wydawania środków publicznych, ale także, a może przede wszystkim, od dobrze przemyślanej strategii i konsekwencji we wdrażaniu jej w życie.

Literatura

1.  Strategia modernizacji budownictwa: mapa drogowa 2050, praca zbiorowa zrealizowana przez pracowników: Instytutu Ekonomiki Środowiska (IEŚ), Buildings Performance Institute Europe (BPIE), Narodowej Agencji Poszanowania Energii SA (NAPE), Krajowej Agencji Poszanowania Energii SA (KAPE) oraz PwC.
2. Węglarz A., Zintegrowane projektowanie instalacji, „Polski Instalator” nr 4/2014.
3. Węglarz A., Systemy grzewcze również energooszczędne. Vademecum. Budownictwo energooszczędne, edycja 2014.
4. www.nfosigw.gov.pl/o-nfosigw/aktualnosci/art,704,zapraszamy-do-konsultacji-projektu-programu-rys.html.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!