Charakterystyka energetyczna budynków użyteczności publicznej w perspektywie wymagań 2017–2021

Od czasu wcześniejszej analizy charakterystyki energetycznej budynku biurowego wykonanej przez autorkę w początkach certyfikacji energetycznej w Polsce [14] nastąpiło wiele istotnych zmian, w tym w zakresie metodologii obliczeń [11] oraz standardów ochrony cieplnej [4]. Sformułowane w poprzedniej pracy wnioski ogólne pozostają słuszne, jednak aktualne wymagania w zakresie maksymalnego oczekiwanego zużycia nieodnawialnej energii pierwotnej są bardziej rygorystyczne.

Wprowadzone od początku 2017 r. wymagania są przejściowym etapem na drodze do osiągnięcia charakterystyki „budynku o niskim zużyciu energii” [13], zdefiniowanego standardem obowiązującym od 2021.

Założenia i metodyka obliczeń

W budynkach użyteczności publicznej wartość wskaźnika EP [kWh/(m²rok)] określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie budynku na nieodnawialną energię pierwotną stanowi sumę cząstkowych wartości maksymalnych na potrzeby ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej (EP_H+W), chłodzenia (DEP_C) oraz oświetlenia wbudowanego (DEP_L).

W tab. 1 podano maksymalne wartości składowych wskaźnika EP wymagane przepisami techniczno-budowlanymi [4] dla budynków użyteczności publicznej innych niż budynki opieki zdrowotnej. W dyskusji wyników oznaczono je odpowiednio: EP_H+W,max, EP_C,max, EP_L,max.

Wśród wartości wymienionych w tab. 1 zwraca uwagę istotne zaostrzenie wymagań obowiązujących w 2021 r. względem wymagań dla roku 2017: o 25% dla wskaźnika EP_H+W oraz o 50% dla wskaźnika DE_PL.

Wymagania w zakresie instalacji chłodzenia pozostają na niezmienionym poziomie od 2014 r.

Standardom ochrony cieplnej wprowadzanym w kolejnych latach i oznaczonym odpowiednio WT2014, WT2017, WT2021 odpowiadają przyjęte do obliczeń maksymalne wartości współczynników przenikania ciepła przezroczystych i nieprzezroczystych przegród budowlanych określone w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4].

Podstawowe założenia metodyki obliczeń zgodne z rozporządzeniem w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku omówiono w pierwszej części cyklu artykułów [15].

Przedmiotem obecnych rozważań jest budynek biurowy o architekturze i charakterystyce budowlanej analogicznej do analizowanego uprzednio budynku mieszkalnego wielorodzinnego [15] oraz hotelowego [16].

Ogólną charakterystykę budynku podano w tab. 2.

Przyjęta do obliczeń w wariancie podstawowym temperatura 24°C mieści się w zakresie optymalnych wartości temperatury obliczeniowej w strefie chłodzonej, wynoszącym latem 23–26°C przy małej aktywności fizycznej według PN-B-03421 [6].

Maksymalna wartość z podanego przedziału jest również rekomendowana normą PN-EN 15251 w budynkach o wymaganiach standardowych [9].

Liczba użytkowników budynku biurowego wynosi 85, co odpowiada jednostkowej powierzchni użytkowej ok. 15 m² na osobę. Profil użytkowania obiektu określa 10 godzin na dobę przez 250 dni roboczych w ciągu roku.

Według rozporządzenia [11] podstawowy strumień wentylacji w okresie użytkowania budynku wynosi 0,56 × 10–3 m³/(s m2). Zakładając, że strumień ten odnosi się do pomieszczeń o funkcji biurowej, zapewnia on 85 użytkownikom minimalny normatywny strumień powietrza świeżego wynoszący 30 m³/h na osobę w pomieszczeniach klimatyzowanych o nieotwieranych oknach i przy zakazie palenia [7].

Zalecany przez inną normę [1, 9] minimalny strumień zapewniający wysoki standard jakości powietrza w budynkach o wysokich wymaganiach wynosi 36 m³/h na osobę. Wówczas przywołany wskaźnik byłby właściwy przy zatrudnieniu nie więcej niż 70 pracowników.

Z uwagi na przerwy w użytkowaniu uwzględniono dodatkową pracę wentylacji w normalnym trybie przez jedną godzinę przed i po użytkowaniu [4].

Czytaj też: Charakterystyka energetyczna budynków mieszkalnych wielorodzinnych w perspektywie wymagań 2017-2021 (cz.1) >>>

W obliczeniach wyznaczono odrębnie strumienie powietrza wentylacyjnego dla pomieszczeń higieniczno-sanitarnych.

Budynek został wyposażony w 10 misek ustępowych oraz 5 pisuarów, dla których minimalne wymagane strumienie powietrza wentylacyjnego określono na podstawie przepisów bhp [3]. Wynoszą one odpowiednio:

• 50 m³/h na miskę ustępową

• oraz 25 m³/h na pisuar.

Założono ponadto, że w budynku nie przeprowadzono próby szczelności. W takim przypadku krotność wymiany powietrza w budynku przy różnicy ciśnienia 50 Pa wynosi n₅₀ = 4 h^–1 [11]. Średnia roczna sprawność odzysku ciepła w systemie wentylacji nawiewno-wywiewnej wynosi η_OC = 0,5.

Zyski ciepła obejmują zyski od nasłonecznienia i zyski wewnętrzne.

• Dla wymagań WT2014 i WT2017 przyjęto okna podwójnie szklone o współczynniku przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g_n = 0,75 wraz z białymi żaluzjami nastawnymi o współczynniku redukcji f_C = 0,46.

• W przypadku WT2021 zastosowano okna potrójnie szklone o współczynniku g_n = 0,7 wraz z białymi żaluzjami lub kolorowymi zasłonami o współczynniku f_C = 0,5 [4, 10].

Zapewnienie maksymalnego wymaganego przepisami [4] współczynnika przepuszczalności energii całkowitej promieniowania słonecznego w okresie letnim (0,35) można także osiągnąć przez zastosowanie oszklenia z powłoką selektywną w połączeniu z odpowiednio dobranymi ruchomymi zasłonami. Przyjęto, że okna w okresie zimowym są odsłonięte, a latem zasłonięte. Obciążenie cieplne pomieszczeń wewnętrznymi zyskami ciepła wynosi 5,7 W/m² [11]. Uwzględniono je jedynie w części biurowej, która stanowi 60% całkowitej powierzchni użytkowej budynku.

Zgodnie z metodologią wyznaczania charakterystyki energetycznej [11] jednostkowe dobowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę w budynku biurowym wynosi 0,35 dm³/(m² d), a współczynnik korekcyjny uwzględniający przerwy w użytkowaniu wynosi 0,7. W rozważanym budynku odpowiada to średniemu zużyciu przez każdego użytkownika 5,3 dm³/d wody o temperaturze 55°C.

Analizie poddano sześć prostych systemów technicznych oraz dwa złożone, analogiczne do rozwiązań rozważanych w pierwszej [15] i drugiej części [16] cyklu artykułów. Wyszczególnienie przyjętych wariantów źródeł ciepła podano w tab. 3.

Poszczególne źródła są zasilane:

• nieodnawialnymi paliwami kopalnymi (węgiel, gaz ziemny),

• ciepłem sieciowym z kogeneracji,

• paliwami odnawialnymi (biomasa, biogaz),

• energią słoneczną lub energią elektryczną z sieci elektroenergetycznej systemowej w przypadku sprężarkowej pompy ciepła.

Rozwiązania w zakresie wyposażenia instalacji ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej odpowiadają systemom zastosowanym w budynku mieszkalnym wielorodzinnym i opisanym w opracowaniu [15].

Sprawność przesyłu ciepła do punktów czerpalnych w systemie ciepłej wody użytkowej wynosi w rozważanym budynku biurowym 80% [11]. Sprawności całkowite podano w tab. 4 wraz ze wskaźnikami nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w_i.

Wyposażenie instalacji chłodzenia budynku jest zróżnicowane i dostosowane do rodzaju systemu wentylacji mechanicznej.

W budynku z wentylacją mechaniczną wywiewną przewidziano system chłodzenia zdecentralizowanego z klimatyzatorami w układzie multisplit ze zmiennym przepływem czynnika o średnim współczynniku efektywności energetycznej wytwarzania chłodu SEER_ref = 4,1 [11].

W przypadku mechanicznej wentylacji nawiewno-wywiewnej zastosowano agregat do chłodzenia cieczy ze skraplaczem chłodzonym powietrzem, dla którego średni współczynnik SEER_ref = 3,8 [11]. Odbiorniki końcowe stanowią belki chłodzące. Całkowita sprawność systemu chłodzenia centralnego wynosi 3,308.

Zapotrzebowanie na energię pierwotną dla oświetlenia wbudowanego określono w oparciu o metodykę rozporządzenia [11] oraz normy [8].

Przy założonym profilu użytkowania budynku liczba godzin użytkowania oświetlenia w dzień wynosi 2500, a w nocy 250. Przy braku możliwości regulacji automatycznej jednostkowa moc oświetlenia nie może przekraczać 11,5 W/m², jeżeli mają być spełnione wymagania WT2014 i WT2017 [ΔEP_L = 100 kWh/(m² rok)].

Odpowiadające przyjętym założeniom zapotrzebowanie na energię końcową wyrażone liczbowym wskaźnikiem energii oświetlenia LENI wynosi 33,3 kWh/(m² rok).

Równoważne warunki zapewnia układ sterowania ze względu na nieobecność użytkowników, wykorzystanie światła dziennego oraz obniżenie natężenia oświetlenia (współczynniki redukcyjne równe 0,9 każdy) przy maksymalnej mocy jednostkowej ok. 15 W/m².

W odniesieniu do wymagań wprowadzanych w 2019/2021 konieczne będzie zastosowanie istotnych działań energooszczędnych. Szczegóły tych rozwiązań nie były w artykule rozpatrywane; w wariancie WT2021 przyjęto maksymalną wymaganą wartość wskaźnika ΔEP_L = 50 kWh/(m² rok).

Dla każdego standardu ochrony cieplnej, wariantu źródła ciepła wymienionego w tab. 4, przyjętego systemu chłodzenia i oświetlenia rozważano wyszczególnione w tab. 5 warianty w zakresie wentylacji, chłodzenia i lokalizacji budynku.

Czytaj też: Charakterystyka energetyczna budynków zamieszkania zbiorowego w perspektywie wymagań 2017–2021 (cz. 2) >>>

Dyskusja wyników

Wartość całkowitego wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/ (m² rok)] pozwala na ogólną ocenę budynku. Obliczeniowe i maksymalne wartości EP wyznaczone dla przykładowego budynku biurowego pokazano na rys. 1a i rys. 1b.

Wybrane do rozważań źródła ciepła (oznaczenia wg tab. 3) zostały uszeregowane malejąco, odrębnie dla każdego standardu ochrony cieplnej: WT2014, WT2017, WT2021.

Różnica między aktualnym a ustępującym standardem jest niewielka; dopiero rok 2021 przynosi wyraźną zmianę wartości EP.

Zarówno wyposażenie budynku w instalację wentylacji grawitacyjnej, bez chłodzenia (rys. 1a), jak i mechaniczną wentylację nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła o średniorocznej skuteczności 50%, w opcji z chłodzeniem (rys. 1b) zapewniło dostosowanie do wymagań przepisów techniczno-budowlanych [4] niezależnie od zastosowanego źródła ciepła.

Jedynie dwa przypadki zasilania systemów technicznych z kotłowni na paliwa konwencjonalne (KW, KGK) są niezgodne ze znacząco zaostrzonymi wymaganiami WT2021 (rys. 1a). Jest to sytuacja, która już na pierwszy rzut oka odróżnia budynki użyteczności publicznej od mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego o jednakowej, tradycyjnej konstrukcji (porównaj: [15, 16]). Ostateczną ocenę trafności przyjętych rozwiązań technicznych można jednak podać po sprawdzeniu składowych wskaźnika EP.

Strukturę globalnego wskaźnika EP budują wskaźniki cząstkowe uwzględniające zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania i wentylacji EP_H, przygotowania ciepłej wody użytkowej EP_W, chłodzenia EP_C oraz oświetlenia EP_L.

Pokazane na rys. 2a i rys. 2b udziały poszczególnych składowych w obliczeniowych wartościach EP odpowiadają wartościom przedstawionym na rys. 1a i rys. 1b dla standardu ochrony cieplnej WT2017.

W każdym rozważanym wariancie dominującą rolę odgrywa oświetlenie wbudowane, z udziałem 63–87%.

W budynku z wentylacją grawitacyjną, w którym nie przewidziano chłodzenia, drugie miejsce zajęły ogrzewanie i wentylacja z udziałem 11–30% (rys. 2a). W przypadku budynku z wentylacją mechaniczną nawiewno-wywiewną oraz instalacją chłodzenia potrzeby ogrzewania i wentylacji oraz chłodzenia wynoszą odpowiednio 8–16 oraz 15–17% (rys. 2b).

Potrzeby energetyczne związane z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej są w budynku biurowym drugorzędne i tylko w 2–6% kształtują całkowity wskaźnik EP. Jest to kolejna zasadnicza różnica między budynkami użyteczności publicznej a budynkami mieszkalnymi wielorodzinnymi i zamieszkania zbiorowego. Z uwagi na radykalne obniżenie maksymalnej wartości EP_L w 2021 r. udział oświetlenia w EP zmniejszy się o kilkanaście procent.

Czytaj też: Nowa charakterystyka energetyczna – przewodnik po normach Cz. 1. Straty ciepła przez przenikanie i wentylację >>>

Wpływ systemu wentylacji oraz standardu ochrony cieplnej na zapotrzebowanie na energię pierwotną do ogrzewania i wentylacji EPH pokazano na rys. 3a i rys. 3b.

Zróżnicowanie między wartościami EP_H przy wentylacji grawitacyjnej (WGr), mechanicznej wywiewnej (WW) i mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła (WNWOC) zależy od zastosowanego źródła ciepła (rys. 3a).

Przy wymaganiach WT2017 zmiana wentylacji grawitacyjnej na mechaniczną wywiewną spowodowała w rozważanym budynku zmniejszenie wskaźnika EP_H o 2–21%.

Kolejna zmiana z wentylacji mechanicznej wywiewnej na nawiewno-wywiewną przyniosła redukcję o 6–34%.

Największa poprawa widoczna jest w przypadku źródeł zasilanych paliwami kopalnymi.

Rozważając wpływ standardu ochrony cieplnej, ustalono, że największe zmiany są widoczne w przypadku wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła (rys. 3b). Przy takim systemie wskaźnik EP_H obniżył się o 6–13% przy zmianie wymagań z WT2014 na WT2017.

Porównywalna redukcja (9–15%) towarzyszyła zmianie standardu WT2017 na WT2021.

Ze względu na mało istotny udział przygotowania ciepłej wody użytkowej w kształtowaniu charakterystyki energetycznej budynku biurowego można oczekiwać, że wpływ systemu wentylacji na skumulowany wskaźnik EP_H+W będzie na podobnym poziomie jak wskaźnik EP_H.

Poprawa wskaźnika EP_H+W towarzysząca zmianie wentylacji grawitacyjnej (WGr) na mechaniczną wywiewną (WW) sięgnęła 19% w standardzie WT2017 i 20% w standardzie WT2021.

Przy zmianie wentylacji mechanicznej wywiewnej na nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła (WNWOC) wyniosła maksymalnie odpowiednio 28 i 31% (rys. 4a i rys. 4b).

Wymagania WT2017 zostały spełnione przy każdym przyjętym wariancie źródła ciepła i wentylacji (rys. 4a). Zainteresowani inwestorzy mogliby przyjąć inne kryteria oceny i wyboru rozwiązań technicznych – ekonomiczne lub ekologiczne.

Przy standardzie WT2021 tylko kotłownie opalane paliwami konwencjonalnymi (KW, KGK) w budynku wyposażonym w wentylację grawitacyjną nie mogłyby być zastosowane (rys. 4b).

Czytaj też: Nowa charakterystyka energetyczna – przewodnik po normach Cz. 2. Obliczenia słonecznych zysków ciepła >>>

Wymagania względem budynków biurowych o tradycyjnej konstrukcji i typowym profilu użytkowania są mniej rygorystyczne w porównaniu z wymaganiami, którym muszą sprostać budynki użytkowane całodobowo, charakteryzujące się dużym zużyciem ciepłej wody użytkowej, takie jak mieszkalne wielorodzinne i zamieszkania zbiorowego (porównaj: [15, 16]).

Należy jednocześnie zaznaczyć, że przyjęty do obliczeń podstawowy strumień powietrza wentylacyjnego w okresie użytkowania budynku biurowego zapewnia jedynie minimalny strumień normatywny wymagany ze względów higieniczno-sanitarnych. W praktyce projektowej strumienie powietrza wentylacyjnego są zwykle większe, tak aby zapewnić komfort cieplny i jakość powietrza przy stosunkowo niskim odsetku potencjalnie niezadowolonych użytkowników. Oszczędności uzyskiwane kosztem pogorszenia warunków środowiska wewnętrznego mogą prowadzić do problemów zdrowotnych oraz uszkodzenia konstrukcji i wyposażenia budynku [2].

Instalację wody chłodzącej rozpatrywano jedynie w budynku wyposażonym w wentylację mechaniczną. Zgodnie z założeniami przewidziano system zdecentralizowany z klimatyzatorami przy wentylacji wywiewnej (SEER = 4,1) oraz centralny agregat sprężarkowy ze skraplaczem chłodzonym powietrzem zasilający belki chłodzące przy wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła (SEER = 3,3).

W pierwszym przypadku uzyskano zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do chłodzenia EP_C dużo niższe niż wymagane: 9–10 kWh/(m² rok) przy różnych standardach ochrony cieplnej.

W drugim przypadku wartości te mieściły się w przedziale 20–26 kWh/(m² rok), przekraczając wartość maksymalną w standardzie WT2021.

Wyższe wartości uzyskane przy wentylacji nawiewno-wywiewnej w porównaniu z wentylacją wywiewną wynikają nie tylko z niższego wskaźnika efektywności wytworzenia chłodu SEER w przyjętych systemach chłodzenia.

Wzrost wartości obliczeniowych EP_C towarzyszył także wzrostowi wymagań w zakresie ochrony cieplnej budynku. Prawidłowość ta jest związana z mniejszymi stratami ciepła (odpowiednio wentylacyjnymi lub przenikania przez przegrody), wyższym zapotrzebowaniem na chłód użytkowy, wydłużeniem sezonu chłodniczego i w konsekwencji wyższym zapotrzebowaniem na energię końcową do chłodzenia.

Zapotrzebowanie na energię użytkową EU_C, energię końcową EK_C i energię pierwotną EP_C do chłodzenia analizowanego budynku z wentylacją nawiewno-wywiewną, przy różnych temperaturach w strefie chłodzenia i standardzie WT2021, pokazano na rys. 5.

Poprawę wskaźnika EP_C uzyskano przez podniesienie temperatury w strefie chłodzenia powyżej założonej wartości równej 24°C. Alternatywne zastosowanie opcji freecooling powodującej wzrost efektywności wytworzenia chłodu o ok. 4%, tj. do wartości 3,44, pozwoliło także na osiągnięcie wymaganego przepisami pułapu.

Bardziej niekorzystnych warunków można się spodziewać przy całkowicie przeszklonej konstrukcji budynku biurowego, wymagającej skuteczniejszej ochrony przed promieniowaniem słonecznym.

Dotychczasowe rozważania dotyczyły budynku położonego w Gdańsku.

Wpływ lokalizacji budynku rozpatrywano pod względem zróżnicowania warunków klimatycznych. Poza Gdańskiem do obliczeń wybrano Warszawę i Zakopane, czyli miasta położone odpowiednio w I, III i V strefie klimatycznej [5].

Każdemu wariantowi przyporządkowano właściwą stację meteorologiczną [12] wraz z odpowiadającymi jej wartościami średniej miesięcznej temperatury powietrza oraz sumy strumieni energii promieniowania słonecznego.

Ze względu na niższe temperatury powietrza zewnętrznego w okresie zimowym (sezonie ogrzewczym) straty ciepła budynku położonego w III i V strefie klimatycznej są coraz wyższe w porównaniu z budynkiem położonym w I strefie. Jednocześnie zyski ciepła wynikające z nasłonecznienia są wyższe w Zakopanem niż w Warszawie, a te z kolei wyższe niż w Gdańsku.

Bilans strat i zysków ciepła jest jednak niekorzystny w sezonie grzewczym, stąd zapotrzebowanie na energię użytkową EU_H do ogrzewania i wentylacji budynku jest wyższe w porównaniu z I strefą: o 13–28% dla strefy III i o 37–49% dla strefy V, w zależności od systemu wentylacji i standardu ochrony cieplnej.

Przy wyznaczaniu wskaźnika EP_H wartości EU_H zostały skorygowane odpowiednio do stosunku wskaźnika w_i do sprawności całkowitej systemu technicznego oraz energii pomocniczej.

Czytaj też: Nowa charakterystyka energetyczna - przewodnik. Część 3. Metoda zużyciowa określania charakterystyki energetycznej budynków - analiza przypadku >>>

Wartości EP_H wyznaczone przy wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła dla różnych lokalizacji analizowanego budynku i przy różnych źródłach ciepła pokazano na rys. 6a i rys. 6b: w standardzie WT2017 (a), WT2021 (b).

Zróżnicowanie położenia geograficznego spowodowało wzrost zapotrzebowania na energię pierwotną względem Gdańska o 3–16% w przypadku Warszawy oraz 21–35% w przypadku Zakopanego. Najmniejsze różnice występują dla kotłowni na biomasę, a największe dla kotłowni węglowej.

Na rys. 7a i rys. 7b pokazano obliczeniowe wartości wskaźnika EP_H+W budynku położonego w V strefie klimatycznej odpowiadające różnym sposobom wentylacji, przy różnych źródłach ciepła oraz przy standardzie ochrony ciepl­nej odpowiadającym wymaganiom WT2017 (rys. 7a) oraz WT2021 (rys. 7b). Sporządzono je przy założeniach analogicznych do przykładów pokazanych na rys. 4a i rys. 4b dla budynku z I strefy klimatycznej.

Wartości referencyjne zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną są niezależne od lokalizacji budynku. Niektóre rozwiązania instalacyjne, które sprawdziły się w Gdańsku, nie są odpowiednie dla Zakopanego. Na przykład w standardzie WT2017 (rys. 7a) wentylacja grawitacyjna nie mogłaby być zastosowana przy zasilaniu systemów technicznych z kotłowni na paliwa kopalne (KW, KGK). W standardzie WT2021 przy tych samych źródłach nieodpowiednia byłaby także wentylacja mechaniczna wywiewna (rys. 7b). Wentylacja grawitacyjna została zdyskwalifikowana przy większości źródeł ciepła, poza węzłem ciepłowniczym i kotłownią na bio­gaz/biomasę.

Wzrost zapotrzebowania na energię do ogrzewania i wentylacji budynku związany z mniej korzystnym położeniem geograficznym może w pewnych konfiguracjach systemów technicznych warunkować uzyskanie referencyjnego poziomu wskaźnika EP_H+W budynku.

W okresie chłodzenia (latem) występują inne relacje zysków i strat ciepła pomiędzy rozważanymi lokalizacjami budynku.

Warunki meteorologiczne w Zakopanem charakteryzują najniższe średnie miesięczne temperatury powietrza atmosferycznego, podczas gdy najwyższe występują w Warszawie.

Zyski ciepła od nasłonecznienia są najwyższe w Warszawie, a najniższe w Gdańsku. W efekcie zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do chłodzenia EP_C budynku położonego w Warszawie było w rozważanym obiekcie wyższe o 6–19% w porównaniu do Gdańska. Jednak dla Zakopanego wyniki były korzystniejsze niż dla Gdańska, a EP_C niższe o 25–46%. Niższe wartości z podanych przedziałów odnoszą się do mechanicznej wentylacji nawiewno-wywiewnej, a wyższe do mechanicznej wentylacji wywiewnej.

Czytaj też: Wpływ konfiguracji centrali wentylacyjnej i źródła ciepła na wskaźniki EU i EP domu jednorodzinnego >>>

Wnioski

Przedmiotem rozważań na temat charakterystyki energetycznej był przykładowy budynek użyteczności publicznej o funkcji biurowej, tradycyjnej konstrukcji i typowym profilu użytkowania.

• Przeprowadzona analiza wykazała szeroką rozpiętość uzyskiwanych wyników w zależności od przyjętych rozwiązań technicznych oraz założeń do obliczeń. Ogólne wnioski wypływające z tej analizy mają jednak charakter uniwersalny oraz pokazują generalne zależności i trendy.

• Aktualne wymagania dla budynków użyteczności publicznej tylko nieznacznie różnią się od wymagań obowiązujących w latach 2014–2016. Istotne zmiany w zakresie zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia wbudowanego dotyczą okresu od 2019/2021 r.

• W strukturze bilansu energii pierwotnej budynku biurowego dominuje zapotrzebowanie na energię do oświetlenia, a zaostrzone wymagania 2021 r. wymuszą wprowadzenie istotnych działań energooszczędnych. Udział zapotrzebowania na energię do ogrzewania i wentylacji oraz chłodzenia można uznać za porównywalny, a przygotowanie ciepłej wody użytkowej za mało znaczące w kształtowaniu wskaźnika EP budynku.

• Za istotny należy uznać wpływ systemu wentylacji budynku na wskaźnik EP_H+W, obejmujący ogrzewanie, wentylację i przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Zmiana wentylacji grawitacyjnej na mechaniczną wywiewną poprawiła ten wskaźnik maksymalnie o ok. 20%, natomiast zmiana mechanicznej wentylacji wywiewnej na nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła o kolejne ok. 30%.

• Bezdyskusyjny pozostaje wpływ rodzaju zastosowanego źródła ciepła. Najlepsze rezultaty (najniższe zapotrzebowanie) osiągnięto dzięki źródłom o wąskim zakresie zastosowań (kotłownie na biogaz/biomasę), jednak korzystne były również rozwiązania hybrydowe, łączące źródła konwencjonalne z odnawialnymi, lub kogeneracja (ciepło sieciowe).

• Dla rozważanego budynku położonego w Gdańsku uzyskano zgodność z wymaganiami standardu 2017 r. niezależnie od zastosowanego źródła ciepła i systemu wentylacji. W perspektywie wymagań 2021 r. wentylacja grawitacyjna nie sprawdziła się w konfiguracji z kotłowniami na paliwa konwencjonalne. Kolejne zmiany standardu ochrony cieplnej spowodowały redukcję wskaźnika EP_H+W o 8–12% w zależności od systemu wentylacji.

• Przy zastosowaniu typowych rozwiązań chłodzenia centralnego i zdecentralizowanego spełnione zostały wymagania przepisów w zakresie wskaźnika EP_C. Możliwości poprawy zapotrzebowania na energię do chłodzenia kryją się w wysokiej sprawności całkowitej systemu chłodzenia oraz dopasowaniu temperatury chłodzenia z zachowaniem wymagań komfortu cieplnego.

• Wartości referencyjne zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną są niezależne od położenia geograficznego budynku w przeciwieństwie do wartości obliczeniowych, które są związane z lokalnymi warunkami klimatycznymi.

• Położenie budynków może w pewnych konfiguracjach systemów technicznych (wentylacji i źródeł ciepła) warunkować osiągnięcie wymaganego poziomu zapotrzebowania na energię do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej.

• Niektóre rozwiązania, które sprawdziły się w budynku zlokalizowanym w I strefie klimatycznej, nie były odpowiednie dla budynku położonego w III lub V strefie klimatycznej.

• Uzyskiwane wyniki zależą od relacji strat i zysków ciepła, stąd w okresie chłodzenia sytuacja może się odwrócić i budynek ze strefy I będzie miał wyższe wymagania w zakresie chłodzenia w porównaniu z budynkiem z V strefy.

• Wymagania względem oczekiwanej charakterystyki energetycznej budynków użyteczności publicznej o funkcji biurowej, tradycyjnej konstrukcji i typowym profilu użytkowania są mniej rygorystyczne w porównaniu z wymaganiami, którym muszą sprostać budynki użytkowane całodobowo, charakteryzujące się znaczącym zużyciem ciepłej wody użytkowej, takie jak mieszkalne wielorodzinne i zamieszkania zbiorowego. W efekcie pojawia się większa swoboda wyboru rozwiązań technicznych i kryteriów ich oceny.

Literatura

1. Nowak B., Wentylacja w budynkach niemieszkalnych wg PN-EN 15251, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2008, s. 90.

2. Nowak B., Efektywność energetyczna a komfort wg PN-EN 15251, „Rynek Instalacyjny” nr 6/2008, s. 44.

3. Obwieszczenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 28 sierpnia 2003 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU nr 169/2003, poz. 1650).

4. Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2015, poz. 1422).

5. PN-B-02403:1982 Ogrzewnictwo. Temperatury obliczeniowe zewnętrzne.6. PN-B-03421:1978 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi.

6. PN-B-03430:1983/Az3:2000 Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.

7. PN-EN 15193:2010 Charakterystyka energetyczna budynków. Wymagania energetyczne dotyczące oświetlenia.

8. PN-EN 15251:2012 Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego dotyczące projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków, obejmujące jakość powietrza wewnętrznego, środowisko cieplne, oświetlenie i akustykę.

9. PN-EN ISO 13790:2009 Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia.

10. 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 2015, poz. 376).

11. Typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków, http://mib.gov.pl/2-Wskazniki_emisji_wartosci_opalowe_paliwa.html

12. Uchwała nr 91 Rady Ministrów z dnia 22 czerwca 2015 r. w sprawie przyjęcia „Krajowego planu mającego na celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii” (MP 2015, poz. 614).

13. Zaborowska E., Analiza zapotrzebowania na energię pierwotną budynków użyteczności publicznej i zamieszkania zbiorowego, „Instal” nr 2/2011, s. 52.

14. Zaborowska E. Charakterystyka energetyczna budynków mieszkalnych wielorodzinnych w perspektywie wymagań 2017–2021, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2017, s. 52.

15. Zaborowska E., Charakterystyka energetyczna budynków zamieszkania zbiorowego w perspektywie wymagań 2017–2021, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2017, s. 74.

Czytaj też: Określanie średniego strumienia powietrza wentylacyjnego na potrzeby obliczania wskaźnika EP(H+W) >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!