Głęboka termomodernizacja budynku z funkcją biurowo-warsztatową – studium przypadku

Osiągnięcie neutralności klimatycznej wymaga przeprowadzenia szeregu działań w energetyce, transporcie oraz budownictwie. Znaczna część istniejących budynków jest niewydajna energetycznie. Efektywna technologicznie i ekonomicznie termomodernizacja budynków nie może się ograniczać do wymiany pojedynczych elementów wyposażenia budynków. Wymaga całościowego podejścia do kwestii remontów, uwzględniającego charakterystykę zużycia energii w zróżnicowanych obiektach, a także do kwestii jej wytwarzania wraz z uwzględnieniem wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Tak pojmowana termomodernizacja przynosi korzyści środowiskowe, społeczne i ekonomiczne. Te pierwsze to redukcja lokalnych zanieczyszczeń powietrza (pyły, związki kancerogenne) i emisji dwutlenku węgla prowadzących do zmian klimatycznych. Drugie – to oszczędności w zużyciu energii oraz rozwój aktywności gospodarczej i nowe miejsca pracy w sektorach związanych z termomodernizacją i OZE, a trzecie – to zmniejszanie zjawiska ubóstwa energetycznego i wykluczenia społecznego.

Realizacja tych celów wymaga m.in. głębokiej termomodernizacji znacznej części budynków, czyli zespołu działań remontowych i modernizacyjnych. Bez głębokiej termomodernizacji i wsparcia publicznego dla takich działań wiele budynków ulegnie stopniowej degradacji, co nasili negatywne zjawiska ekonomiczne w społeczeństwie (ubóstwo energetyczne) oraz środowiskowe (niska emisja i emisja CO₂) [9].

Z kolei na osiągnięcie wysokich standardów efektywności energetycznej budynków wpływają nie tylko działania projektowe i techniczno-montażowe, ale też prawne, organizacyjne i ekonomiczne. Z inżynierskiego punktu widzenia szczególnie istotne są zagadnienia techniczne powiązane z ekonomicznymi [10].

W Polsce nie funkcjonuje mechanizm wspierania głębokiej termomodernizacji, ale istnieje kilka programów wsparcia klasycznej termomodernizacji i wymiany źródeł ciepła. Głęboka termomodernizacja znaczącej części budynków w naszym kraju to cel konieczny do wsparcia środkami publicznymi ze strony administracji centralnej i samorządów [9, 10, 11].

Eksperci z Krajowej Agencji Poszanowania Energii i Narodowej Agencji Poszanowania Energii szacują koszty modernizacji połowy wszystkich domów jednorodzinnych i wielorodzinnych oraz budynków niemieszkalnych na blisko 500 mld zł. Ale eksperci z Building Perfomance Institute Europe całkowite korzyści społeczne netto wynikające z wdrożenia programu kompleksowej termomodernizacji do roku 2045 oszacowali na ok. 700 mld zł. To wspomniane powyżej trzy grupy korzyści.
W artykule zaprezentowano przykład głębokiej termomodernizacji budynku użyteczności publicznej z uwzględnieniem aspektów ekonomicznych i energetycznych oraz środowiskowych.

Materiały i metoda

Opis analizowanego obiektu i zakres modernizacji

Termomodernizacji poddany został budynek użyteczności publicznej z funkcją biurowo-warsztatową będący w złym stanie technicznym i wymagający przeprowadzenia gruntownego remontu. Obiekt położony jest w województwie podlaskim.
Budynek główny składa się z części biurowej oraz warsztatowej (fot. 1). Jest to wolnostojący budynek dwukondygnacyjny wybudowany w 1969 roku, murowany i niepodpiwniczony. Obok niego w latach późniejszych dobudowana została jednokondygnacyjna stacja diagnostyczna (fot. 2). Stropodach pełny nad budynkiem głównym wykonany ze stropu żelbetowego przykryto blachą płaską ocynkowaną o współczynniku przenikania ciepła U = 3,304 W/m²K. Dach nad stacją diagnostyczną izolowany jest twardymi płytami styropianowymi grubości 10 cm o współczynniku przenikania ciepła U = 0,38 W/m²K.

Ściany zewnętrzne konstrukcyjne budynku dwukondygnacyjnego są murowane z cegły silikatowej o grubości 12 cm i z pustaków gazobetonowych o grubości 24 cm, obustronnie otynkowane tynkiem cementowo-wapiennym. Współczynnik przenikania ciepła tych ścian wynosi U = 0,986 W/m²K, przy czym ściany części biurowej zostały wcześniej docieplone styropianem o grubości 12 cm i ich współczynnik przenikania ciepła wynosi U = 0,249 W/m²K. Ściany zewnętrzne stacji diagnostycznej wykonano z pustaków gazobetonowych i nie docieplono, U = 0,813 W/m²K.

Ściany zewnętrzne konstrukcyjne budynku dwukondygnacyjnego są murowane z cegły silikatowej o grubości 12 cm i z pustaków gazobetonowych o grubości 24 cm, obustronnie otynkowane tynkiem cementowo-wapiennym. Współczynnik przenikania ciepła tych ścian wynosi U = 0,986 W/m²K, przy czym ściany części biurowej zostały wcześniej docieplone styropianem o grubości 12 cm i ich współczynnik przenikania ciepła wynosi U = 0,249 W/m²K. Ściany zewnętrzne stacji diagnostycznej wykonano z pustaków gazobetonowych i nie docieplono, U = 0,813 W/m²K.

Stolarka okienna w budynku głównym została wcześniej częściowo wymieniona na okna o współczynniku U = 1,60 W/m²K. Pozostałe okna są stare i w bardzo złym stanie technicznym, U = 3,12 i 5,60 W/m²K. Drzwi zewnętrzne i wrota garażowe są również w złym stanie technicznym, o niskim współczynniku U = 5,10–5,60 W/m²K.

W tabeli 1 zestawiono podstawowe parametry techniczne i cieplne analizowanego budynku [1], a na rys. 1 przedstawiono strukturę jego strat ciepła przed termomodernizacją.

Zapotrzebowanie na moc cieplną (q_c.o.0) i na energię cieplną użytkową na cele c.o. (Q_co,0) analizowanego budynku, biorąc pod uwagę standardowy sezon grzewczy, wyliczono za pomocą programu Audytor OZC 6.7 Pro. Obciążenie cieplne budynku wynosi q_c.o.0 = 134,97 kW, a energia cieplna użytkowa Q_co,0 = 804,12 GJ/rok. Zapotrzebowanie na energię końcową (Q_Hco,0) do ogrzewania budynku uwzględniające sprawność całkowitą systemu grzewczego (η_H,0) przed termomodernizacją wyliczono [3] z zależności:

gdzie:
Q_co,0 – zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzania budynku, GJ/rok;
η_H,0 – sprawność całkowita systemu grzewczego przed modernizacją, %;
w_t,0 – współczynnik uwzględniający tygodniowe przerwy w ogrzewaniu, -, w_t,0 = 1,0;
w_d,0 – współczynnik uwzględniający dobowe przerwy w ogrzewaniu, -, w_d,0 = 0,95.

Obliczeniowe roczne zapotrzebowanie na energię końcową na cele grzewcze przed termomodernizacją wynosi Q_Hco,0 = 1768,32 GJ/rok. Zapotrzebowanie na energię cieplną potrzebną do podgrzania ciepłej wody z uwzględnieniem sprawności podgrzewaczy elektrycznych wynosi 11,84 GJ/rok = 3288,70 kWh/rok.

Koszt produkcji 1 GJ energii cieplnej wytwarzanej w źródle ciepła przed termomodernizacją z uwzględnieniem sprawności tego źródła wynosi 47,44 zł/GJ, (przy cenie zakupu węgla kamiennego 720 zł/t i wartości opałowej 23 MJ/kg). Koszt wytworzenia 1 GJ energii cieplnej bez uwzględnienia sprawności kotła węglowego wynosi 31,31 zł/GJ. Roczny koszt jego obsługi podany przez inwestora budynku to 4200 zł [1].

Opis źródła ciepła, instalacji c.o. i sposobu przygotowania c.w.u.

Źródłem ciepła na cele centralnego ogrzewania jest kocioł węglowy (fot. 3). Kocioł oraz urządzenia technologiczne są wyeksploatowane i charakteryzują się niską sprawnością eksploatacyjną.

W budynku znajduje się instalacja c.o. dwururowa, pompowa. Instalacja jest w złym stanie technicznym w ok. 60%, kwalifikującym ją do wymiany. Występują duże ubytki w izolacji cieplnej. Fragmentarycznie w ok. 40% instalacja wraz z grzejnikami została kilka lat temu wymieniona. Obecna instalacja jest niewyregulowana hydraulicznie, brakuje zaworów termostatycznych z nastawami wstępnymi na zaworach przygrzejnikowych z głowicami termostatycznymi, co uniemożliwia regulację wydajności grzejników i wykorzystywanie zysków ciepła m.in. od nasłonecznienia.

Całkowitą sprawność systemu grzewczego (η_H,0) przed wykonaniem usprawnień modernizacyjnych wyliczono [3, 4] ze wzoru:

gdzie:
η_Hg,0 – średnia sezonowa sprawność wytwarzania ciepła przed modernizacją, %;
η_Hs,0 – średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepła przed modernizacją, %;
η_Hd,0 – średnia sezonowa sprawność przesyłu ciepła przed modernizacją, %;
η_He,0 – średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania ciepła przed modernizacją, %.

Sprawność całkowita istniejącej instalacji grzewczej ze źródłem ciepła wynosi η_H,0 = 43,2%. W tabeli 2 zestawiono wartości poszczególnych współczynników, za pomocą których scharakteryzowano system grzewczy i wyliczono sezonową sprawność całkowitą systemu grzewczego w stanie istniejącym.

Ciepła woda podgrzewana jest za pomocą podgrzewaczy elektrycznych przepływowych. Średnią roczną sprawność całkowitą systemu przygotowania c.w.u. (η_W,0) przed modernizacją [3] obliczono ze wzoru:

gdzie:
η_wg,0 – średnia roczna sprawność wytwarzania ciepła przed modernizacją, %;
η_ws,0 – średnia roczna sprawność akumulacji ciepła przed modernizacją, %;
η_wd,0 – średnia roczna sprawność przesyłu ciepła ze źródła ciepła do zaworów czerpalnych przed modernizacją, %;
η_we,0 – średnia roczna sprawność wykorzystania ciepła przed modernizacją, %.

Sprawność całkowita istniejącej instalacji c.w.u. uwzględniająca sposób jej podgrzewu wynosi η_W,0 = 89,1%. W tabeli 3 zestawiono wartości poszczególnych współczynników, za pomocą których scharakteryzowano system przygotowania c.w.u. i obliczono roczną sprawność całkowitą przed wprowadzeniem usprawnień modernizacyjnych w budynku.

Modernizacja źródła ciepła, instalacji c.o. i c.w.u.

Modernizacja systemu grzewczego obejmowała usunięcie starej kotłowni węglowej i wykonanie nowej na pelety, o wyższej sprawności eksploatacyjnej (fot. 4). Wykonano nową instalację c.o. wraz z grzejnikami oraz zaworami termostatycznymi na każdym grzejniku w miejsce starej części instalacji c.o. (udział 60%). Uzupełniono brakujące zawory termostatyczne na istniejących grzejnikach płytowych, które nie podlegają wymianie na nowe (udział 40%). Wykonano izolację termiczną i regulację hydrauliczną instalacji c.o., która umożliwiła prawidłowy rozkład przepływu nośnika ciepła do grzejników.

Nakłady inwestycyjne na prace związane z wymianą instalacji c.o. wraz z niezbędną dokumentacją (projekt budowlany, kosztorys) w budynku wyniosły 32 900 zł brutto, a montaż kotłowni z kotłem na pelety i wykonaniem wszystkich niezbędnych prac budowlano-demontażowo-wykończeniowych wraz z dokumentacją kosztował 52 690 zł brutto. Łączne nakłady na modernizację systemu grzewczego w budynku wyniosły 85 570 zł brutto.

Średnia eksploatacyjna sprawność systemu grzewczego po modernizacji przedstawia się następująco: wytwarzanie ciepła η_Hg,1= 0,85 (kocioł na pelety spełniający wymagania klasy 5 wg normy PN-EN 303-5:2012), przesyłanie ciepła η_Hd,1 = 0,94 (wymiana instalacji c.o. w 60%, izolacja cieplna przewodów), sprawność regulacji i wykorzystania systemu grzewczego η_He,1 = 0,88 (nowe grzejniki płytowe wyposażone w zawory z głowicami termostatycznymi /udział 60%/, wyregulowanie hydrauliczne przepływów), sprawność akumulacji ciepła η_Hs,1 = 1,00. Średnia eksploatacyjna sprawność całkowita instalacji c.o. z kotłownią na pelety po modernizacji wynosi η_H,1 = 70,31%.

Koszt produkcji 1 GJ energii cieplnej wytwarzanej w nowej kotłowni na pelety po modernizacji z uwzględnieniem sprawności wynosi 55,55 zł/GJ (przy cenie zakupu peletów średnio 850 zł/t i wartości opałowej 18 MJ/kg). Koszt wytworzenia 1 GJ energii bez uwzględnienia sprawności kotła wynosi 47,22 zł/GJ. Roczny koszt obsługi to ok. 2950 zł, jest on o 30% niższy niż przed modernizacją.

Na rys. 2 przedstawiono średnie eksploatacyjne sprawności systemu grzewczego przed modernizacją i po niej.

Modernizacja systemu podgrzewu c.w.u. polegała na wymianie ulegających awariom i wyeksploatowanych elektrycznych podgrzewaczy przepływowych, a następnie montażu nowych pojemnościowych oraz przepływowych podgrzewaczy elektrycznych o wyższej sprawności eksploatacyjnej. Zaproponowano także zmniejszenie zużycia energii elektrycznej z sieci energetycznej poprzez montaż instalacji fotowoltaicznej produkującej energię elektryczną z OZE.

Na dachu budynku zainstalowano instalację PV o mocy 3,24 kWp, składającą się z 12 modułów o mocy nominalnej 270 Wp każdy, ustawionych pod kątem 30° w dwóch rzędach po 6 szt. w każdym polu, zlokalizowanych w kierunku południowym. Instalacja PV ma za zadanie wspomagać podgrzew c.w.u. w podgrzewaczach elektrycznych. Powierzchnia brutto paneli fotowoltaicznych wynosi 19,62 m². W tabeli 4 podano ilość energii pozyskiwanej przez instalację PV w poszczególnych miesiącach roku i rocznie, a wykonaną instalację fotowoltaiczną pokazano na fot. 5.

Uzysk z instalacji PV o mocy 3,24 kWp wynosi (z uwzględnieniem strat na poziomie 5%) 2720,4 kWh/rok (9,79 GJ/rok). Ilość energii elektrycznej pozyskiwanej z modułów o mocy 1 kWp wynosi 839,6 kWh/rok. Montaż instalacji PV w budynku pozwala na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej pobieranej z sieci energetycznej, a tym samym obniżenie kosztów podgrzewu c.w.u. za pomocą elektrycznych podgrzewaczy.

Zapotrzebowanie na energię cieplną do podgrzewu c.w.u. po modernizacji z uwzględnieniem sprawności instalacji c.w.u. wynosi 3285,75 kWh/rok = 11,83 GJ/rok. Po uwzględnieniu uzysku z instalacji PV średnie zapotrzebowanie na energię elektryczną z sieci energetycznej wynosi ok. 565,35 kWh = 2,04 GJ. Nakłady inwestycyjne na prace związane z wymianą instalacji c.w.u. wraz z montażem i dostarczeniem instalacji fotowoltaicznej o mocy 3,24 kWp wyniosły 71 330 zł brutto (tabela 6).

Średnia sezonowa sprawność systemu przygotowania ciepłej wody po modernizacji przedstawia się następująco: wytwarzanie ciepła η_wg,1 śr = 0,98 (nowe podgrzewacze elektryczne), akumulacja ciepła (podgrzewacze pojemnościowe i podgrzewacz przepływowy) η_ws,1 śr = 0,91, przesył ciepła η_wd,1 = 1,00 (bezpośrednio przy punktach poboru wody) i wykorzystanie ciepła η_we,1 = 1,00 [2, 3]. Całkowita sprawność systemu przygotowania ciepłej wody po wykonaniu modernizacji wynosi η_W,1 = 89,18%. Na rys. 3 przedstawiono zestawienie średnich rocznych sprawności systemu przygotowania c.w.u. przed modernizacją i po niej.

Modernizacja bryły budynku

W zakresie modernizacji wzięto pod uwagę przede wszystkim stan techniczny budynku oraz jego właściwości termiczne. Zaproponowano i wykonano docieplenie ścian niedocieplonych w części budynku głównego oraz ścian zewnętrznych dobudowanej stacji diagnostycznej metodą bezspoinową (BSO), styropianem o grubości 12 cm i współczynniku przewodzenia ciepła η = 0,040 W/m · K, wraz z dociepleniem ścian fundamentowych styropianem ekstrudowanym o tej samej grubości i η = 0,036 W/m · K. Wykonano również nową izolację przeciwwilgotnościową wokół budynku. Na fot. 6 pokazano budynek po termomodernizacji.

Stropodach pełny o powierzchni 341,14 m² docieplono styropapą o grubości 12 cm i λ = 0,038 W/m · K. Wymieniono całą starą stolarkę okienną na nową o współczynniku U = 1,10 W/m² · K, dodatkowo powierzchnia okien w warsztacie została zmniejszona o 30%. Na fot. 7 pokazano okna warsztatu przed i po modernizacji.

Zniszczone zewnętrzne drzwi wejściowe wymieniono na aluminiowe o współczynniku przenikania ciepła U = 1,30 W/m²K, a wrota garażowe w warsztacie i stacji diagnostycznej na nowe o U = 1,0 W/m²K. Na fot. 8 pokazano wygląd wrót w warsztacie i stacji przed termomodernizacją i po niej.

W tabeli 5 zestawiono współczynniki przenikania ciepła przegród budowlanych przed termomodernizacją i po niej wraz z rodzajem i grubością zastosowanego materiału dociepleniowego.

Nakłady całkowite, jakie trzeba ponieść na termomodernizacyjne roboty budowlane wykazane w tabeli 5, wynoszą 464 460 zł brutto.

Modernizacja instalacji oświetlenia

Modernizacja oświetlenia nie wpłynie na zużycie energii cieplnej na potrzeby ogrzewania i podgrzewu ciepłej wody użytkowej, ma natomiast bezpośredni wpływ na zużycie energii elektrycznej. W analizowanym obiekcie przewidziano zmniejszenie zużycia energii elektrycznej z polepszeniem komfortu świetlnego oraz bezpieczeństwa i higieny pracy poprzez wymianę świetlówek liniowych i żarówek na nowoczesne i trwałe lampy LED. W celu zapewnienia komfortu świetlnego i stałych warunków oświetlenia założono zastosowanie układów regulacji natężenia oświetlenia i racjonalny podział na sekcje – biurową, warsztatową i stacji diagnostycznej. Układy automatyki zastosowano w pomieszczeniach o największej zmienności występowania światła naturalnego. Zastosowanie układów regulacji natężenia oświetlenia miało za zadanie utrzymanie stałych warunków w ramach normy PN-EN 12464-1:2012 [6].

Moc zainstalowanego oświetlenia przed modernizacją wynosiła 4930 W. Roczne jednostkowe zużycie energii do oświetlenia to 24,3 kWh/m² rok, a roczne zapotrzebowanie na energię końcową dostarczaną do budynku dla systemu wbudowanej instalacji oświetlenia wynosiło 12 327 kWh/rok. Natomiast po modernizacji moc zainstalowanego oświetlenia wynosi 2333 W, roczne jednostkowe zużycie energii do oświetlenia to 10,3 kWh/m² rok, a roczne zapotrzebowanie na energię końcową instalacji oświetlenia wynosi 5244 kWh/rok.

Koszt wymiany istniejącego oświetlenia żarowego i jarzeniowego na oświetlenie typu LED wyniósł 23 090 zł (tabela 6). Po przeprowadzonych pracach modernizacyjnych oszczędności energii elektrycznej wyniosły 7083 kWh/rok, co przy kosztach energii elektrycznej 0,6116 zł/kWh przyniosło oszczędności w kwocie 4332 zł/rok. Modernizacja instalacji oświetleniowej zwróci się w ciągu 5,33 lat bez uwzględnienia dofinansowania. Przy uwzględnieniu dofinansowania w wysokości 85% kosztów całkowitych przedsięwzięcie zwróci się w ciągu 8 miesięcy [2].

Nakłady inwestycyjne na wykonanie przedsięwzięć termomodernizacyjnych

Nakłady inwestycyjne na poszczególne przedsięwzięcia termomodernizacyjne wykonane w budynku biurowo-warsztatowym wyniosły 656 750 zł brutto, w tym koszt modernizacji oświetlenia 23 090 zł. Koszty zestawiono w tabeli 6.

Efekty energetyczne, ekonomiczne i ekologiczne przeprowadzenia termomodernizacji

Przewidywane efekty energetyczne

Łączną procentową oszczędność zapotrzebowania na energię cieplną po wykonaniu wszystkich wykazanych prac termomodernizacyjnych w budynku (bez uwzględnienia modernizacji oświetlenia) wyliczono z zależności:

gdzie:
O% – procentowa oszczędność zapotrzebowania na energię cieplną na cele c.o. i c.w.u., %;
Q_Hco,0 – zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania budynku z uwzględnieniem sprawności całkowitej systemu grzewczego przed modernizacją, GJ/rok;
Q_Hco,1 – zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania budynku z uwzględnieniem sprawności całkowitej systemu grzewczego po modernizacji, GJ/rok;
Q_Wcwu,0 – zapotrzebowanie na energię końcową do podgrzewu c.w.u. z uwzględnieniem sprawności całkowitej systemu c.w.u. przed modernizacją, GJ/rok;
Q_Wcwu,1 – zapotrzebowanie na energię końcową do podgrzewu c.w.u. z uwzględnieniem sprawności całkowitej systemu c.w.u. po modernizacji, GJ/rok.

Przeprowadzając zaproponowaną termomodernizację w całym zakresie, uzyskamy łączne zmniejszenie rocznego zapotrzebowania na energię cieplną w budynku o 74,40%. Zapotrzebowanie na energię końcową na cele centralnego ogrzewania wynosi Q_Hco,1 = 448,42 GJ/rok, a na cele c.w.u. Q_Wcwu,1 = 11,83 GJ/rok = 3287,75 kWh/rok, z czego prognozowo produkcja energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej wynosi 2720,4 kWh/rok, co pomniejszy zużycie prądu z sieci PGE zużywanego do podgrzewu c.w.u. Obciążenie cieplne budynku po dociepleniu wyniesie qc.o.1 = 56,48 kW [2]. W tabeli 7 zestawione zostały podstawowe parametry techniczne i cieplne budynku po wykonaniu wszystkich prac termomodernizacyjnych.

Przewidywane efekty ekonomiczne

Przed wykonaniem prac termomodernizacyjnych roczne opłaty za ogrzewanie budynku w przeliczeniu na standardowy sezon grzewczy wynosiły 59 566 zł, a koszt podgrzewu c.w.u. 2057 zł. Po zrealizowaniu zaleconych w audycie energetycznym prac termomodernizacyjnych dotyczących bryły budynku, wymiany źródła ciepła oraz modernizacji instalacji c.o. i c.w.u. wspomaganej instalacją fotowoltaiczną koszt ogrzewania budynku w przeliczeniu na standardowy sezon grzewczy wynosi ok. 24 125 zł, a koszt podgrzewu c.w.u. 391 zł/rok.

Montaż instalacji fotowoltaicznej o mocy 3,24 kWp wspomagającej podgrzew c.w.u. w podgrzewaczach elektrycznych umożliwił obniżenie kosztu podgrzewu c.w.u. z 36,67 zł/m³ przed modernizacją do 6,98 zł/m³ po modernizacji. Oszczędności kosztów ogrzewania uzyskane w wyniku realizacji prac termomodernizacyjnych wynoszą 35 441 zł/rok, a kosztów podgrzewu c.w.u. 1666 zł/rok.

W ramach poprawy efektywności energetycznej budynków użyteczności publicznej gminy, które nie dysponują środkami w pełnej wysokości, mogą się ubiegać o dofinansowanie z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnych Programów Operacyjnych. W tym przypadku gmina wystąpiła z wnioskiem o dofinansowanie realizacji projektu w ramach RPO WP na lata 2014–2020, uzyskując dofinansowanie w wysokości 85% kosztów kwalifikowalnych. Jeżeli w budynku użyteczności publicznej nie jest prowadzona działalność gospodarcza, kosztami kwalifikowalnymi są wszystkie koszty wynikające z audytu energetycznego budynku. W analizowanym budynku w części warsztatowej znajdowała się stacja diagnostyki pojazdów samochodowych służąca działalności gospodarczej, dlatego powierzchnia ta została wyłączona z kosztów kwalifikowalnych projektu, a koszty kwalifikowalne wynosiły 73%.

Ocenę zrealizowanego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego i uzyskane w wyniku prac oszczędności podano w tabeli 8. Przedstawiono także całkowity koszt robót, prosty okres zwrotu nakładów (SPBT) i wartość bieżącą netto inwestycji (NPV) w trzech wariantach: bez uzyskania i z uzyskaniem dofinansowania w wysokości 85% kosztów kwalifikowalnych, wariantowo przy założeniu, że 100% kosztów inwestycji to koszty kwalifikowalne oraz, że koszty kwalifikowalne wynoszą 73% wszystkich kosztów.

Uzyskane oszczędności pozwalają na zwrot poniesionych nakładów na inwestycję po ponad 17 latach w przypadku braku dofinansowania, przy uzyskaniu dofinansowania w 85% kosztów kwalifikowalnych wynoszących 100% inwestycji – w niecałe 3 lata, a w przypadku wariantu trzeciego, gdzie koszty kwalifikowalne stanowią 73% wszystkich kosztów, w niecałe 7 lat.

W wariancie 1, w którym mamy dofinansowania inwestycji, wartość NPV jest ujemna. Oznacza to, że realnie poniesione nakłady na inwestycję nie zwrócą się inwestorowi, dlatego jej realizacja jest w tym przypadku nieopłacalna z punktu widzenia interesów ekonomicznych. Jedynie w razie dofinansowania inwestycji można liczyć na szybki zwrot przedsięwzięcia i dodatni wskaźnik NPV oznaczający, że projekt oferuje wzrost kapitału szybszy niż dyskontująca stopa procentowa. Należy pamiętać, że wskaźnik NPV opiera się tylko na prognozie przepływów pieniężnych z nowego przedsięwzięcia w okresie kilkunastu lat i bardzo ważna jest wartość użytej do obliczeń stopy dyskontowej.

Przewidywane efekty ekologiczne

Redukcja emisji zanieczyszczeń do powietrza atmosferycznego jest rezultatem przeprowadzenia termomodernizacji budynku, modernizacji kotłowni węglowej na kotłownię na pelety, zamiany starych elektrycznych podgrzewaczy c.w.u. na nowe wspomagane pracą instalacji fotowoltaicznej oraz modernizacji instalacji oświetlenia.

Do wyliczenia rocznych redukcji emisji zanieczyszczeń w wyniku zużycia paliwa niezbędnego do ogrzania budynku i zużycia energii elektrycznej do podgrzewu c.w.u. i celów oświetleniowych w budynku przed termomodernizacją i po niej przyjęto następujące wskaźniki emisji:

• dla dwutlenku węgla w0 węgiel = 94,05 kgCO₂/GJ; w0,1 prąd = 778 kgCO₂/MWh; w1 pelety = 0 kgCO₂/GJ;
• dla dwutlenku siarki w0 węgiel = 900 gSO₂/GJ; w0,1 prąd = 0,729 kg/MWh; w1 pelety = 11 gSO₂/GJ;
• dla dwutlenku azotu w0 węgiel = 160 gNO₂/GJ; w0,1 prąd = 0,741 kg/MWh; w1 pelety = 91 gNO₂/GJ;
• dla pyłu PM10 w0 węgiel = 190 g/GJ; w0,1 prąd = 0,044 kg/MWh; w1 pelety = 34 g/GJ;
• dla benzo(a)pirenu w0 węgiel = 100 mg/GJ; w0,1 prąd = 0,047 kg/MWh; w1 pelety = 10 mg/GJ [7],[8]

Wyniki obliczeń emisji zanieczyszczeń w stanie istniejącym i po termomodernizacji przedstawiono w tabeli 9 oraz na rys. 4 i 5.

Uzyskano redukcję zanieczyszczeń w zakresie od 84,7% przy dwutlenku azotu do 99,4% dla dwutlenku siarki. Redukcja dwutlenku węgla wynosiła 97,5%, przy czym została całkowicie zredukowana przy ogrzewaniu budynku dzięki zamianie kotłowni węglowej na kotłownię na pelety.

Podsumowanie

Po wykonaniu termomodernizacji w analizowanym budynku biurowo-warsztatowym można spodziewać się wymiernych efektów energetycznych, ekologicznych i ekonomicznych:

• zmniejszenia zapotrzebowania na ciepło na cele c.o. z 1768,32 GJ/rok do 448,42 GJ/rok,
• zmniejszenia zużycia energii elektrycznej z sieci na cele podgrzewu c.w.u. z 3288,70 kWh/rok do 565,35 kWh/rok, po uwzględnieniu uzysku z instalacji PV,
• zmniejszenia zużycia energii elektrycznej na cele oświetleniowe z 12 327 kWh/rok do 5244 kWh/rok wraz ze zmniejszeniem zainstalowanej mocy z 4,93 kW do 2,33 kW,
• redukcji zużycia energii cieplnej o 74,7% w stosunku do stanu wyjściowego,
• zmniejszenia zapotrzebowania na moc cieplną na cele grzewcze z 134,97 kW do 56,48 kW,
• poprawy sprawności systemu grzewczego z 43,2% na 70,31%,
• poprawy sprawności systemu przygotowania c.w.u. z 89,10% na 89,18%.

Wyniki analizy ekologicznej przedstawione w tabeli 9 wykazują zasadność przeprowadzenia termomodernizacji budynku i zamiany kotłowni węglowej na kotłownię na pelety. W wyniku przeprowadzonych prac możemy uzyskać redukcję wszystkich analizowanych emisji zanieczyszczeń, m.in.: SOx o ok. 99,4%; NOx o ok. 84,7% czy CO₂ o ok. 97,5%.

Projekt realizuje wprost politykę horyzontalną przeciwdziałania zmianom klimatu. Rezultatem jest obniżenie emisji gazów cieplarnianych oraz produkcja energii elektrycznej na własne potrzeby z odnawialnego źródła energii – instalacji fotowoltaicznej o mocy 3,24 kWp, w ilości 2720,4 kWh/rok. Wykorzystanie instalacji fotowoltaicznej na potrzeby własne budynku umożliwia zmniejszenie zapotrzebowania na energię elektryczną pobieraną z sieci i tym samym spadek emisji CO2 i innych zanieczyszczeń do atmosfery oraz obniżenie opłat za energię elektryczną w przyszłych latach.

Pomocą w realizacji tego typu inwestycji mogą być zewnętrzne środki finansowania, m.in. unijne. Gminy mogą się stać beneficjentami unijnej pomocy w zakresie przeprowadzenia głębokiej termomodernizacji budynków użyteczności publicznej. Poziom dofinansowania inwestycji wynosi do 85% kosztów kwalifikowanych.

Przeprowadzenie termomodernizacji budynku miało na celu wspieranie efektywności energetycznej, promowanie inteligentnego zarządzania energią oraz wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w infrastrukturze publicznej i cel ten został osiągnięty.

Badania zostały zrealizowane w ramach pracy nr WZ/WB-IIŚ/4/2020 i sfinansowane ze środków na naukę MNiSW.

Literatura

1. Piotrowska-Woroniak Joanna, Sarosiek Wiesław, Audyt energetyczny budynku użyteczności publicznej z funkcją biurowo-warsztatową, Narodowa Agencja Poszanowania Energii S.A., Białystok 2018.
2. Piotrowska-Woroniak Joanna, Sarosiek Wiesław, Audyt ex post budynku użyteczności publicznej z funkcją biurowo-warsztatową, Narodowa Agencja Poszanowania Energii S.A., Białystok 2020.
3. 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).
4. Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 18 maja 2020 r. w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz części audytu remontowego, wzorów kart audytów, a także algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego (DzU 2020, poz. 879).
5. PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
6. PN-EN 12464-1: 2012 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach.
7. Materiały informacyjno-instruktażowe Ministerstwa Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa, seria 1/96, Wskaźniki emisji substancji zanieczyszczających wprowadzanych do powietrza z procesów energetycznego spalania paliw, Warszawa, kwiecień 1996.
8. Wskaźniki opałowe (WO) i wskaźniki emisji CO2 (WE) w roku 2015 do raportowania w ramach Systemu Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok 2018, Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE), Warszawa, grudzień 2017.
9. 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, http://renowacja2050.pl/files/raport.pdf (dostęp: 2.10.2020).
10. Węglarz Arkadiusz, Głęboka termomodernizacja budynków w Polsce, „Rynek Instalacyjny” 9/2015, rynekinstalacyjny.pl.
11. Żurawski Jerzy, Głęboka termomodernizacja. Definicja głębokiej termomodernizacji, „Izolacje” 5/2018.
12. Głęboka Termomodernizacja, http://renowacja2050.pl (dostęp: 2.10.2020).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!