Niemal zeroenergetyczne budynki wielorodzinne

W strukturze finalnego zużycia energii w Polsce gospodarstwa domowe mają ponad 25-proc. udział, czyli są równie energochłonne jak cały przemysł, a niewiele mniej niż transport. Aż 80% energii zużywanej przez gospodarstwa domowe przeznaczane jest na ogrzewanie pomieszczeń i podgrzewanie wody użytkowej (dane GUS). Kluczowym aspektem jest więc wspólne działanie branży budowalnej i projektantów w celu zmniejszenia zapotrzebowania budynków mieszkalnych na energię do celów grzewczych.

Dlaczego zatem wielorodzinne budynki mieszkalne projektuje się od dekad w niezmieniony sposób? Stosowane są wprawdzie materiały budowlane o większej izolacyjności, co przekłada się na zmniejszenie strat ciepła przez przegrody, ale w zakresie instalacyjnym – ogrzewania, wentylacji i chłodzenia – zmienia się niewiele. Typowe rozwiązania wykorzystywane w ogromnej większości nowo powstałych budynków mieszkalnych obejmują wentylację naturalną bez odzysku ciepła, czyli niekontrolowaną wentylację grawitacyjną albo wspomaganą nasadami hybrydowymi z napływem powietrza przez nawiewniki okienne. Z kolei typowym rozwiązaniem grzewczym są wysokoparametrowe grzejniki z głowicami na zaworach termostatycznych do regulacji ręcznej.

Określony w Warunkach Technicznych dla budynków wielorodzinnych maksymalny wskaźniki EP_H+W (zapotrzebowania na energię pierwotną na potrzeby ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody) wynosił do 31 grudnia 2020 r. 85 W/(m² · rok) i zastosowanie „typowego” rozwiązania instalacyjnego pozwalało spełnić to wymaganie. Od początku 2021 r. maksymalna wartość tego wskaźnika wynosi 65 W/(m² · rok). Ale czy wiemy, w jaki sposób obniżyć energochłonność budynku o ponad 20%? Budując wciąż w ten sam sposób i stosując te same rozwiązania instalacyjne, nie możemy oczekiwać osiągnięcia wymaganych efektów – konieczne jest zaciśnięcie energetycznego pasa. Strata ciepła na potrzeby wentylacji wynikająca z braku odzysku energii jest na obecnym poziomie rozwoju technologii wentylacyjnych nie do zaakceptowania. Należy minimalizować straty ciepła na przesyle oraz maksymalizować sprawność wytwarzania ciepła. Możliwych rozwiązań jest bardzo dużo, konieczne jest jednak wyjście ze strefy komfortu, czyli rutyny i powielania sprawdzonych, ale przestarzałych i nieefektywnych rozwiązań.

Zaplecze inżynierskie jest w Polsce wystarczające. Jako branża potrafimy projektować energooszczędne budynki – dowodem są liczne budynki zeroenergetyczne czy pasywne powstające w ostatnich latach. Problemem jest jednak koszt inwestycyjny. W przypadku budynków biurowych czy przemysłowych zwiększone koszty inwestycyjne i zastosowanie rozwiązań oszczędzających zużycie mediów zwracają się inwestorowi w postaci niższych kosztów eksploatacyjnych. Jednak deweloperskie budownictwo mieszkaniowe rządzi się innymi prawami. Dla inwestora najważniejsza jest najczęściej minimalizacja kosztów inwestycyjnych, ponieważ przekłada się to na koszt 1 m² powierzchni użytkowej mieszkalnej [zł/(m² · PUM)]. Koszty eksploatacyjne ponosić będą wszak w tym wypadku docelowi użytkownicy, a nie deweloper. Na szczęście rośnie zarówno świadomość ekologiczna, jak i oczekiwania przyszłych właścicieli mieszkań. Powoduje to zwiększenie zainteresowania inwestorów projektowaniem i budowaniem wielorodzinnych budynków mieszkalnych w wyższym standardzie energetycznym.

Dobrym przykładem wykorzystania nieszablonowych rozwiązań grzewczo-wentylacyjnych jest wyróżniony w konkursie Pascal (organizowanym przez Stowarzyszenie Polska Wentylacja) budynek wielorodzinny w Katowicach, który firma MBC miała przyjemność projektować i wykonywać. W realizacji udało się pogodzić oczekiwania różnych uczestników procesu budowlanego, znacznie zwiększyć komfort użytkowania obiektu i jednocześnie osiągnąć bardzo dobry wynik energetyczny.

Opisywany budynek wielorodzinny zlokalizowany jest w Katowicach przy zbiegu ulic: Brata Alberta, św. Jacka i Przemysłowej. W budynku o pięciu kondygnacjach znajduje się 111 mieszkań o łącznej powierzchni 53 00 m². Zespół inżynierski firmy MBC projektował i wykonywał w tym obiekcie instalacje HVAC oraz automatyki budynkowej. Prace trwały od grudnia 2019 (koncepcja) do września 2021 roku (pozwolenie na użytkowanie). W obiekcie nadal świadczymy usługi serwisowe i „opieki” nad wynikiem energetycznym.

Osiągnięty efekt potwierdzony został wynikami świadectwa charakterystyki energetycznej: EP_H+W = 48 kW/(m² · rok), co jest wartością niższą o 27% od referencyjnej, czyli zgodnej z WT 2021, i o 40% niższą od „standardowej mieszkaniówki”, czyli 80 kW/(m² · rok). Tym samym budynek osiąga standard nZEB – budynku niemal zeroenergetycznego, a zastosowany w nim system BMS, czyli zarządzania budynkiem, plasuje go w kategorii obiektów inteligentnych.

Wynik ten jest imponujący nie tyle z uwagi na osiągniętą wartość EP, ale na potencjalny wkład w zmianę podejścia inwestorów do projektowania budynków wielorodzinnych o niewygórowanym budżecie. Projektowaliśmy i wykonywaliśmy już bowiem obiekty o niższym zapotrzebowaniu energetycznym, jak np. budynek w standardzie pasywnym Politechniki Łódzkiej, o zapotrzebowaniu na energię pierwotną zredukowanym o 99%, czyli z EP jedynie 1,5 kWh/(m² · rok). Był to jednak swoisty „eksperyment”, budynek powstał jako obiekt badawczy dla studentów i był w znacznym stopniu dofinansowany ze środków UE. Rozwiązań przyjętych w Łodzi nie można zaimplementować na masową skalę w wielorodzinnym budownictwie mieszkaniowym z uwagi na ich wysoki koszt inwestycyjny. Wymagana wielkość instalacji fotowoltaicznej i magazynu energii, pomimo znacząco obniżonego zapotrzebowania na energię użytkową dzięki standardom pasywnym, to koszt dyskwalifikujący to rozwiązanie jako remedium na problemy energetyczne i środowiskowe (przynajmniej na razie).

Opisywany budynek wielorodzinny w Katowicach realizowany był w formule „zaprojektuj i wybuduj”. Oznacza to, że wszystkie przyjęte rozwiązania musiały zostać uzasadnione ekonomicznie i uwzględniać uzgodnioną wysokość kosztów realizacji. Jednocześnie inwestor oczekiwał, że obiekt będzie się wyróżniał na mapie mieszkaniowej Katowic pod względem komfortu, oferując warunki zbliżone bardziej do standardu hotelowego niż typowego budownictwa mieszkaniowego.

Zobacz także: Domy bez rachunków – nagrodzone realizacje

Do niestandardowych rozwiązań zastosowanych w tym budynku mieszkalnym należą m.in.:

1. wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła,

2. podwyższona filtracja powietrza,

3. kompaktowe urządzenia wewnętrzne,

4. całoroczny komfort użytkowania, m.in. dzięki chłodzeniu,

5. rozwinięta automatyka instalacji,

6. mikrokogeneracja na potrzeby przygotowania c.w.u.,

7. instalacja fotowoltaiczna.

Zastosowanie wentylacji mechanicznej pozwoliło zapewnić skuteczną wymianę powietrza bez względu na warunki zewnętrzne czy wysokość kondygnacji. Powietrze nie jest nawiewane przez nawiewniki okienne czy ścienne, ale przez kratkę nawiewną w systemie wentylacji mechanicznej zlokalizowaną pod stropem pomieszczenia i zanim trafi do pomieszczeń, jest wstępnie podgrzewane lub schładzane (w zależności od potrzeb) i poddawane filtracji. Z uwagi na lokalizację budynku w centrum miasta centrale wyposażone są dodatkowo w moduł antysmogowy. Ciepło z powietrza wywiewanego z pomieszczeń odzyskiwane jest w wymienniku obrotowym centrali i służy do wstępnego podgrzewu nawiewanego powietrza zewnętrznego.

W celu uzdatnienia powietrza, czyli wychwycenia i eliminacji cząstek stałych w zakresie PM2,5 oraz PM1, stanowiących główny składnik smogu, zamontowano filtr antysmogowy. Oczyszcza on powietrze zewnętrzne czerpane przez centrale wentylacyjne. Filtr zatrzymuje 85% cząstek PM1 – przy założeniu, że stan powietrza zewnętrznego jest okresowo bardzo zły, na poziomie 100 µg/m³, po filtracji uzyskujemy 15 µg/m³, czyli stan klasyfikowany jako dobry/bardzo dobry.

Ogrzewanie i chłodzenie mieszkań realizowane jest przez indukcyjne moduły sufitowe grzewczo-chłodzące, o wysokich parametrach temperatury czynnika w zakresie chłodzenia i niskich parametrach zasilania w funkcji ogrzewania. Są to urządzenia wizualnie podobne do klimakonwektorów stosowanych np. w hotelach, nie mamy tu jednak do czynienia z wentylatorami, żadnymi częściami mechanicznymi, źródłami hałasu, instalacją skroplin, zapewniają więc wysoki komfort akustyczny – maksymalny poziom dźwięku od instalacji wynosi 25 dB(A) bez względu na porę dnia i nocy. Zastosowanie jednego urządzenia umieszczonego pod stropem do realizacji wentylacji, ogrzewania i chłodzenia umożliwia oszczędność miejsca. Taki moduł sufitowy przewidziany jest osobno dla salonu z aneksem oraz dla sypialni, żeby w pomieszczeniach tych można było utrzymywać różne temperatury. Zatem w pokojach nie ma osobnych grzejników naściennych czy klimatyzatorów freonowych. Jedynie w łazienkach zamontowano wodne grzejniki drabinkowe, które zapewniają wysoki komfort temperaturowy i suszenie przy niskich parametrach czynnika, na jakich pracują moduły indukcyjne.

W budynku przewidziano także chłodzenie. Dzięki sufitowym modułom indukcyjnym warunki komfortu w mieszkaniach zapewnione są także podczas upałów. Nie zastosowano pełnej klimatyzacji, tylko częściowe schłodzenie pomieszczeń. Nominalna temperatura dla okresu zimowego wynosi 21–23°C, a dla okresu letniego 24–26°C. Ilość powietrza wentylacyjnego dostarczanego do mieszkania to średnio 120–150 m³/h, co zapewnia podwyższony komfort użytkowania łazienek. Temperatura nawiewanego powietrza nie powoduje nieprzyjemnego odczucia przeciągu dzięki indukcji i niskiej prędkości wypływu, wynoszącej < 0,2 m/s. Z kolei dopływ świeżego powietrza i kontrola wilgotności zapobiegają uczuciu duszności, ponieważ powietrze jest osuszane centralnie.

Instalacje HVAC zaprojektowano jako zmiennoprzepływowe i zmiennoparametrowe. Zarówno ilość, jak i temperatura mediów (powietrze, woda grzewcza i chłodnicza) regulowane są online w zależności od bieżących potrzeb. Umożliwia to minimalizowanie strat energii. Dzięki regulacji VAV i systemowi automatyki powietrze dostarczane jest w ilości zależnej od bieżącej zajętości mieszkań. Pomiar temperatury w pomieszczeniu wpływa na ilość czynnika dostarczanego do belki. System BMS łączy potrzeby obiektu z pracą źródeł energii, tak aby zapewnić komfort przy minimalnych kosztach eksploatacji. Dzięki systemowi monitoringu zajętości możliwe jest właściwe zarządzanie zapotrzebowaniem na energię. Wydajność zastosowanych dwóch central dachowych oraz moc i parametry pracy źródeł ciepła i chłodu są zmienne i nadążają za zmieniającymi się potrzebami wewnętrznymi. Zmienne parametry pracy instalacji wpływają na zwiększenie sprawności działania źródeł i zmniejszenie strat ciepła na przesyle. W obrębie instalacji wentylacyjnych wydzielono m.in. odrębne instalacje wentylacyjne dla kuchni i łazienek.

W obiekcie zastosowano urządzenie mikrokogeneracyjne zasilane gazem, produkujące w skojarzeniu energię elektryczną i ciepło. Jego wielkość dobrano tak, że większość potrzeb energetycznych w celu przygotowania ciepłej wody użytkowej jest pokrywana ciepłem odpadowym z chłodzenia silnika tego urządzenia. Jest też szczytowe źródło ciepła – gazowy kocioł kondensacyjny, a chłód dostarcza agregat wody lodowej.

Obiekt można zakwalifikować jako budynek inteligentny, posiada bowiem wysoce zautomatyzowany system ogrzewania, wentylacji i chłodzenia oraz instalacje zapewniające komfort i bezpieczeństwo. Mieszkańcy mają możliwość sterowania ogrzewaniem i chłodzeniem za pomocą zadajników naściennych oraz zdalnie poprzez aplikacje na smartfony. Nawiew chłodnego powietrza nie powoduje odczucia przeciągu, a dopływ świeżego powietrza z zewnątrz i kontrola wilgotności zapobiegają uczuciu duszności. W oknach zamontowano czujniki, które po otwarciu okien wysyłają sygnał do indukcyjnego modułu grzewczo-chłodzącego, a ten wyłącza napływ powietrza w funkcji ogrzewania czy chłodzenia, co służy oszczędzaniu energii i obniżaniu kosztów eksploatacji każdego z mieszkań. Mieszkania są opomiarowane i indywidualnie rozliczane ze zużycia energii elektrycznej, wody, ciepła i chłodu. Budynek ma dwukondygnacyjny parking z wentylacją bytową i oddymiającą. Klatki schodowe są wyposażone w systemy oddymiania. Systemy wykrywania i sygnalizacji pożaru zainstalowane są w obrębie klatek schodowych i garaży oraz pomieszczeń technicznych. System domofonów umożliwia dostęp do poszczególnych segmentów mieszkaniowych, śmietników oraz stref garażowych. W obiekcie zainstalowano system CCTV i ponad 40 kamer. Zastosowano także system monitorowania zajętości mieszkania z poziomu aplikacji w smartfonie, który umożliwia zdalne wyłączanie instalacji elektrycznej podczas nieobecności mieszkańca. Każde mieszkanie ma odrębny dostęp do Wi-Fi.

Podsumowanie

Najlepszą rekomendacją zastosowanego rozwiązania, znajdującą uznanie wśród inwestorów – deweloperów, są atrakcyjne w porównaniu do tradycyjnych, powszechnie stosowanych rozwiązań koszty inwestycyjne oraz niskie koszty eksploatacyjne. Jest to bowiem budynek przeznaczony na najem długoterminowy (czynszowy).

Dodatkowy koszt inwestycyjny rozwiązań zastosowanych w zakresie instalacji wentylacji, ogrzewania i chłodzenia wraz z kosztami własnych źródeł ciepła i chłodu oraz automatyką wyniósł ok. 1000 zł na 1 m² powierzchni użytkowej mieszkalnej – w odniesieniu do standardowego w budynkach wielorodzinnych rozwiązania z wentylacją hybrydową i ogrzewaniem grzejnikowym lub podłogowym zasilanym z węzła PEC (bez uwzględniania kosztu węzła), bez klimatyzacji i automatyki. Koszt zastosowanych rozwiązań grzewczych i wentylacyjnych z systemem automatyki zarządzającym zużyciem energii stanowi ok. 45% tej kwoty. Koszt inwestycji we własne źródło ciepła w stosunku do węzła PEC (gdzie koszt węzła „przerzucany” jest na właścicieli lub najemców mieszkań w opłacie stałej) stanowi ok. 25%. Natomiast koszt instalacji i źródła chłodzenia w porównaniu do budynku wykonywanego bez klimatyzacji to ok. 30%. Koszty te zależą od wielkości budynku, jego lokalizacji i wielu innych uwarunkowań – podano je orientacyjnie, aby pokazać proporcje dla poszczególnych składników instalacji.

Wybór rozwiązań zaimplementowanych w budynku wynikał z wielu uwarunkowań. W odniesieniu do każdego obiektu należy indywidualnie rozważyć możliwości techniczne, oczekiwania inwestora i dostępne środki finansowe. Ważne, żeby już na etapie koncepcji projektowej kalkulować koszty inwestycyjne, w przeciwnym wypadku projekt może zostać niezrealizowany lub zrealizowany niezgodnie z zamierzeniem projektowym. Jeśli inwestor pozna koszt realizacji po zakończeniu prac projektowych (poprzez kosztorys lub zebranie rynkowych ofert wykonawczych) i nie będzie on odpowiadał jego oczekiwaniom, proces „dochodzenia do budżetu” może znacząco wpłynąć na ostateczny kształt rozwiązań HVAC. Podobnie wartość wskaźnika EP – jeśli na etapie koncepcji i wyboru rozwiązań instalacyjnych nie sprawdzimy zapotrzebowania na energię, wynik energetyczny „wypłynie” dopiero po wykonaniu przez audytora świadectwa charakterystyki energetycznej, czyli już po wybudowaniu budynku.