Wpływ OZE na wskaźnik energii pierwotnej w budynkach mieszkalnych

Nieodłącznym składnikiem obliczeń zapotrzebowania budynku na energię pierwotną jest energia elektryczna pomocnicza niezbędna do zasilania urządzeń technicznych stanowiących wyposażenie systemów: ogrzewania, przygotowania ciepłej wody i chłodzenia (jeżeli występuje) [3]. Obliczenia zawsze rozpoczyna się od określenia zapotrzebowania na energię użytkową wg [2] i [4], którego wartość nie zależy od rodzaju systemu technicznego stanowiącego wyposażenie budynku ani od wykorzystywanego źródła energii.

Te dwa wymienione elementy są w pewien sposób powiązane, gdyż planując w budynku rozwiązanie techniczne zaspokajające potrzeby związane z ogrzewaniem, chłodzeniem, przygotowaniem ciepłej wody czy oświetleniem, już na etapie projektowania należy rozpatrzyć możliwości techniczne i ekonomiczne zastosowania odnawialnych źródeł energii (OZE), na co wskazuje ustawa [8] i rozporządzenie [5].

Rodzaj i parametry źródła energii oraz instalacji stanowiących wyposażenie techniczne budynku decydują o wartościach wskaźników zapotrzebowania na energię końcową (EK) i nieodnawialną pierwotną (EP), mają też bardzo duży wpływ na charakterystykę energetyczną.

Przeliczenie energii użytkowej na końcową dokonywane jest poprzez uwzględnienie sprawności poszczególnych systemów technicznych. Natomiast przeliczenia energii końcowej na pierwotną dokonuje się poprzez zastosowanie tzw. współczynnika nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej (w_i), którego wartość jest narzucona i podana w [4]. W przypadku zasilania z sieci ciepłowniczych, w zależności od sposobu produkcji ciepła, wartości w_i są zróżnicowane [1].

Znaczący wpływ na wartość EP ma m.in.:

• zasilanie instalacji ze źródeł energii pracujących w kogeneracji,
• zastosowanie pomp ciepła o różnych rodzajach dolnych źródeł energii,
• wykorzystywanie energii promieniowania słonecznego (np. kolektory słoneczne, ogniwa fotowoltaiczne) i wiatru,
• spalanie biomasy lub biogazu.

Ostatecznie o zastosowaniu OZE decydują [6]:

• dostępność tych zasobów energii,
• techniczne możliwości ich wykorzystania
• uwarunkowania i regulacje prawne,
• mechanizmy wsparcia finansowego.

Zgodnie z wymaganiami [4] graniczna wartość EP zależy od rodzaju oraz funkcji budynku i do 1 stycznia 2017 r. wynosi:

• bez chłodzenia dla budynku jednorodzinnego – 120 kWh/(m²rok),
• wielorodzinnego – 105 kWh/(m²rok)
• i odpowiednio dla budynków z chłodzeniem całej powierzchni użytkowej budynku – 130 kWh/(m²rok) i 115 kWh/(m²rok) bez względu na rodzaj źródła energii.

Opis budynków

Do analizy wybrano trzy budynki (tabela 1). Dla każdego z nich przyjęto po sześć wariantów rozwiązań technicznych umożliwiających pokrycie zapotrzebowania na energię na cele ogrzewania i przygotowania ciepłej wody.

Opis wariantów

W tabeli 2 zamieszczono dla każdego budynku opis wariantów analizowanych przy określeniu jednostkowych wskaźników zapotrzebowania na energię. W każdym przypadku założono, że układy ogrzewania i przygotowania ciepłej wody są wyposażone w elementy automatycznej regulacji ilościowej i jakościowej.

Metodyka obliczeń

Obliczenia zapotrzebowania na energię użytkową na cele ogrzewania i wentylacji dla każdego budynku wykonano zgodnie z normą [2] i rozporządzeniem [4], natomiast energii na cele ciepłej wody zgodnie z [4].

W celu wyznaczenia energii końcowej i pierwotnej (zależności od (1) do (3)) dla ogrzewania i wentylacji oraz ciepłej wody posłużono się zależnościami zgodnie z rozporządzeniem [4].

Wartości współczynników nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej zostały przyjęte zgodnie z [4].

Odniesienie obliczonych wielkości energii do powierzchni użytkowej ogrzewanej pozwoliło na wyznaczenie odpowiednio wartości wskaźników EU, EK i EP (zależności od (4) do (7)) dla poszczególnych budynków i porównanie tego ostatniego wskaźnika z wartościami maksymalnymi zawartymi w [3].

gdzie:

Q_u – energia użytkowa łącznie na cele ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody, kWh/rok;

Q_k – energia końcowa dostarczona do budynku, kWh/rok;

Q_p – energia pierwotna dla systemów technicznych, kWh/rok;

A_f – powierzchnia użytkowa o regulowanej temperaturze, m²;

Q_k,H, Q_k,W – roczne zapotrzebowanie na energię końcową dostarczoną do budynku, odpowiednio dla systemu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody, kWh/rok;

Q_p,H, Q_p,W – roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną, odpowiednio dla systemów technicznych ogrzewania i przygotowania ciepłej wody, kWh/rok;

w_H, w_W – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie i dostarczenie nośnika energii lub energii, odpowiednio dla systemu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody;

E_el,pom,H, E_el,pom,W – roczne zapotrzebowanie na energię pomocniczą końcową, odpowiednio dla systemu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody, kWh/rok;

w_el – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie i dostarczenie energii elektrycznej.

Analiza uzyskanych wyników

Stosując powyższą metodykę obliczeń oraz rozpatrując przyjęte warianty opisane w tabeli 2, dla poszczególnych budynków uzyskano różne wartości wskaźników EU, EK i EP i porównano je z wartościami maksymalnymi (pogrubiona linia pozioma na wykresie), dopuszczalnymi według wymagań warunków technicznych. Wyniki obliczeń dla budynków jednorodzinnych B1 i B2 przedstawiono odpowiednio na rys. 1 i rys. 2, natomiast dla budynku wielorodzinnego B3 na rys. 3.

Podsumowanie

Na podstawie przeprowadzonej analizy można sformułować następujące wnioski:

• wskaźnikiem obrazującym standard struktury budowlanej pod względem kształtu bryły, jakości przegród budowlanych oraz sposobu wentylacji pomieszczeń jest EU, dlatego np. budynek jednorodzinny B2 charakteryzuje się mniejszą wartością tego wskaźnika niż budynek jednorodzinny B1, ponieważ ma niższą wartość współczynnika kształtu i niższe wartości współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych,
• niska wartość EU nie gwarantuje podobnych relacji pomiędzy wskaźnikiem EK dla różnych przypadków, ponieważ zależna jest od parametrów technicznych instalacji ogrzewczej i przygotowania ciepłej wody,
• wielkość energii końcowej oraz ceny nośników energii wykorzystywanych do pokrycia zapotrzebowania na tę energię decydują o kosztach eksploatacyjnych związanych ze zużyciem energii w budynku, dlatego w każdym przypadku przy wyborze źródła energii należy dokonać analizy ekonomicznej, np. w przypadku pomp ciepła przy małych wartościach energii końcowej, ale bardzo wysokich kosztach energii elektrycznej pobieranej z sieci elektroenergetycznej odpowiedź co do opłacalności zastosowania takiego rozwiązania nie jest jednoznaczna,
• w przypadkach gdy energia elektryczna ma znaczny udział w zapotrzebowaniu budynku na energię i pobierana jest z sieci elektroenergetycznej, wskaźnik EP przekracza wartość dopuszczalną,
• spełnienie warunków technicznych w zakresie EP, nawet przy zachowaniu wymagań izolacyjności cieplnej przegród budowlanych oraz zastosowaniu typowych, zgodnych z warunkami technicznymi rozwiązań wyposażenia technicznego budynku, jest w kilku przypadkach niemożliwe, a jedynym sposobem na obniżenie wartości EP jest zastosowanie rozwiązań technicznych wykorzystujących energię odnawialną,
• stosowanie ogniw fotowoltaicznych w celu pozyskania niezbędnej energii elektrycznej na potrzeby własne pracy urządzeń technicznych ma uzasadnienie w odniesieniu do spełnienia wymagań w zakresie EP,
• budynki opalane biomasą pomimo wysokiej wartości EK wypadają korzystniej w świetle spełnienia wymagań warunków technicznych w zakresie EP niż te wykonane w wysokim standardzie energetycznym, ale zasilane nośnikami energii nieodnawialnej.

Literatura

1. Kubski P., Znaczenie współczynnika nakładu energii pierwotnej na wytwarzanie ciepła sieciowego, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” nr 8/2014, s. 291–295.
2. PN-EN ISO 13790:2009 Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia.
3. 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 z 2013 r. poz. 926).
4. 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 z 2015 r., poz. 376).
5. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 21 czerwca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego (DzU z 2013 r., poz. 762).
6. Szulc R., Łaska B., Obecny stan możliwości wykorzystania energii odnawialnej i dalsze perspektywy jej rozwoju w Polsce, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” nr 2/2015, s. 58–62.
7. Ustawa z dnia 29 sierpnia 2014 r. o charakterystyce energetycznej budynków (DzU z 2014 r., poz. 1200).
8. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (DzU z 2013 r., poz. 1409, z późn. zm.).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!