O EFEKTYWNOŚCI DZIAŁAŃ TERMOMODERNIZACYJNYCH NA PODSTAWIE WYBRANYCH AUDYTÓW ENERGETYCZNYCH

Konferencja naukowa "Building And Energy 3"  08÷09-09-1999 Herl'any - Czechy

Mgr inż. Małgorzata Fedorczak - Cisak, Politechnika Krakowska
Mgr inż. Maciej Konarski, " EGOTERM"

Racjonalizacja użytkowania energii w budynkach wymaga dokonania oceny aktualnego stanu obiektu i określania najbardziej efektywnych metod i środków jego poprawy.W referacie zawarto spostrzeżenia i wnioski wynikające z wykonanych audytów domków jednorodzinnych. Wnioski te dotyczą efektywnego przygotowania energooszczędnych inwestycji termomodernizacyjnych. Analiza efektywności inwestycji dokonana została na podstawie porównania korzyści (oszczędności eksploatacyjne) i kosztów (nakłady inwestycyjne, remonty, spłata kredytu inwestycyjnego) wynikających z realizacji projektu. Duży nacisk położono na zagadnienie interdyscyplinarności w podejmowanych działaniach modernizacji cieplnej budynku.

1. Wstęp

Świat u progu nowego tysiąclecia, dla utrzymania tempa swojego rozwoju, potrzebuje coraz więcej energii dostarczanej pod różnymi postaciami.
Pierwsze niepokojące informacje na temat wyczerpywania się zasobów energetycznych naszej planety pojawiły się na konferencji Komisji Gospodarczej, która odbyła się w Kanadzie w 1977 r. Przedstawiono na niej raport podający, że w ciągu 25 lat, globalne zużycie energii na świecie wzrosło trzykrotnie oraz , że w ciągu tego czasu zużyto tyle energii, ile zużyła cała ludzkość od początku swego istnienia. [1]
Obecne zużycie energii oraz sposoby jego zmniejszenia to zagadnienia, które interesują coraz większy krąg osób i instytucji. Najbardziej zainteresowaną grupą są konsumenci energii, dla których po zaistniałych podwyżkach opłaty za energię cieplną zaczęły być znacznym wydatkiem. Stosunek cen energii do cen materiałów budowlanych i robocizny zaczyna być korzystny pod kątem opłacalności inwestycji energooszczędnych. Także państwo, prowadząc aktywną politykę oszczędności i racjonalizacji zużycia energii w gospodarce narodowej wspomaga inwestycje zmierzające do zmniejszenia zużycia energii.

2. Zagadnienia związane z audytem energetycznym

Audyt energetyczny można określić jako szczególny rodzaj rzeczoznawstwa. Jego szczególny charakter polega na stałym celu, którym jest racjonalizacja użytkowania energii, stałym kryterium oceny, którym jest efektywność ekonomiczna, oraz interdyscyplinarności rozpatrywanych problemów, które dotyczą zarówno stanu obiektu, jak i procesu jego użytkowania w zakresie technicznym ( zagadnienia fizyki budowli, materiałów budowlanych, instalatorstwa, zagadnień wentylacji ), ekonomicznym, prawnym, organizacyjnym, uwzględniając także zachowania użytkowników. [2]
Ważnym elementem audytu jest wybór optymalnego wariantu przedsięwzięć termo modernizacyjnych, w którym decydującą rolę odgrywają kryteria efektywności ekonomicznej.
Biorąc pod uwagę kryteria z punktu widzenia interesów właściciela obiektu, zaleca się wybór wariantu charakteryzującego się najwyższą bieżącą wartością netto inwestycji : Net Present Value (NPV). Jednak z punktu widzenia Państwa, które prowadząc politykę oszczędności i racjonalizacji zużycia energii w gospodarce narodowej, przeznacza na ten cel ograniczone środki finansowe, powinno preferować się inwestycje dające jak największe oszczędności energii z każdej złotówki, a w analizie ekonomicznej wyrażone poprzez wysoki wskaźnik bieżącej wartości netto : Net Present Value Rate (NPVR) i wysoką wartość Internal Rate of Return (IRR). Wybór wariantu optymalnego w zależności od interesu różnych jednostek może być zależny od kilku, czasami sprzecznych kryteriów.

3. Działania termomodernizacyjne w budynkach istniejących

3.1 Kompleksowość prac

Oszczędności energii w budynkach poddawanych termomodernizacji możliwe są do uzyskania tylko wówczas, gdy wszelkie działania zmierzające z jednej strony do ograniczenia energii traconej przez budynek, a z drugiej strony do ograniczenia ilości energii dostarczanej do budynku będą skoordynowane. Równocześnie muszą zapewnić właściwe warunki komfortu cieplnego w pomieszczeniach oraz uwzględniać aspekt ekologiczny.
Zabiegi termomodernizacyjne prowadzone są zarówno w celu usunięcia wad dotychczasowego budownictwa (np. usuwanie wad technologicznych i nieszczelności przegród budowlanych, regulacja hydrauliczna instalacji grzewczych, wyposażenie instalacji w urządzenia regulacyjne i pomiarowe ), jak i w celu uzyskania wysokich parametrów izolacyjności przegród budowlanych oraz zmiany dotychczasowych układów instalacji grzewczych i wentylacyjnych w celu poprawy ich sprawności
Częściowe zabiegi termomodernizacyjne, tzn. przykładowo docieplnie budynków bez równoczesnej modernizacji systemów grzewczych często nie dają zamierzonych korzyści ekonomicznych. Co więcej, zdarza się, że w pierwszej kolejności prowadzi się bardziej spektakularne docieplanie budynków, natomiast przystosowanie instalacji wewnętrznej do nowych potrzeb, a także opomiarowanie jej i wyposażenie źródeł ciepła czy węzłów w automatykę realizowane jest tylko w niewielu obiektach. Tymczasem podstawowym wymaganiem efektywności termorenowacji jest jej kompleksowość obejmująca nie tylko budynek, ale także wyposażające go instalacje, źródła ciepła i całe systemy zaopatrzenia budynku w ciepło. Niestety problematyki tej zdają się nie dostrzegać inwestorzy i wykonawcy termorenowacji budynków ograniczając zakres robót. W ten sposób efekty ich działań są połowiczne, gdyż nie powodują obniżenia wskaźnika zapotrzebowania energii cieplnej do ogrzania 1 m2 powierzchni użytkowej budynku, a jedynie poprawiają warunki temperaturowe w pomieszczeniach i likwidują ewentualne efekty przemarzania ścian.

3.2 Działania związane z modernizacją instalacji c.o.

Wyniki analiz kompleksowych działań energooszczędnościowych wykazały, że największą efektywnością charakteryzują się prace w zakresie modernizacji instalacji wewnętrznych.

Efekty w postaci zmniejszenia zużycia energii lub kosztów ogrzewania są mniej zależne od standardu termoizolacyjnego przegród, bardziej natomiast od stopnia zmodernizowania instalacji. Kolejność prowadzonych prac nie powinna być więc przypadkowa, a poszczególne elementy przeprowadzanych działań winny być uszeregowane według efektywności ekonomicznej.

Bardzo często spotykana jest instalacja charakteryzująca się znacznym stopniem rozregulowania cieplnego i hydraulicznego spowodowana zarośnięciem osadami stałymi wewnętrznych przekrojów rur i grzejników. Ogólny jednak stan techniczny instalacji centralnego ogrzewania nie kwalifikuje jej do wymiany.

Racjonalne i ekonomiczne uzasadnione jest wtedy dostosowanie istniejącej instalacji do nowych warunków wynikających z ocieplenia budynku. Koszt tych działań kształtuje się w granicach 20 do 30 % kosztu całkowitej wymiany instalacji. [3]

Dostosowanie cieplne i hydrauliczne istniejącej instalacji wymaga opracowania projektów regulacji wstępnej. Regulacja wstępna centralnego ogrzewania polega na dopasowaniu mocy cieplnej poszczególnych grzejników do obliczeniowego zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń

3.3 Działania związane z termorenowacją przegród zewnetrznych

W budynkach nowych stosunkowo łatwo jest zmniejszyć zużycie energii, gdyż wystarczy wprowadzić odpowiednie udoskonalenia przegród zewnętrznych i zastosować potrzebne materiały. Nie zapewni to jednak uzyskania szybko oszczędności energii, gdyż nowe budynki jeszcze przez wiele lat będą stanowiły zdecydowaną mniejszość łącznej kubatury ogrzewanej. Do końca obecnego stulecia tylko około 30 % mieszkań będzie zbudowanych po 1975 roku.

Podstawowym zagadnieniem staje się zatem ograniczenie zużycia energii w budynkach już istniejących. Zwiększenie izolacyjności cieplnej i szczelności przegród zewnętrznych budynków stanowi jedynie część prac renowacyjnych. . Należy jednak pamiętać, że oprócz zmniejszenia zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, docieplenie ścian zewnętrznych przynosi również zyski w postaci likwidacji wad technologicznych występujących mostków cieplnych, zabezpiecza konstrukcję przed niszczeniem (korozją), a także likwiduje proces wykraplania pary wodnej w przegrodzie i proces przemarzania ścian.

3.4 Działania związane z termorenowacją okien i drzwi

Udział strat ciepła przez okna w ogólnym bilansie strat ciepła w budynkach można szacować na około 15 - 25 % w zależności od rozwiązań architektonicznych i materiałowych oraz strefy klimatycznej. Przez okna przenika jednak pewna ilość energii słonecznej. Przykładowo suma całkowitego promieniowania w miesiącu grudniu dla miasta Warszawy wynosi 19 kWh/m2 powierzchni zorientowanej na południe [4] , a zyski ciepła z tego promieniowania osiągają wartość ok. 9 % do ogólnych strat ciepła budynku.
Ogromny wpływ na wielkość strat ciepła, a tym samym na koszty ogrzewania pomieszczeń ma szczelność okien. Obecnie na polskim rynku pojawiło się wiele nowych konstrukcji okien, których zastosowanie pozwala na ograniczenie kosztów ponoszonych z tytułu traconej energii cieplnej o około 55% w stosunku do okien o współczynniku k=2,6 W/(m2*K) i o około 80 % w stosunku do okien o współczynniku k=5,1 W/(m2*K). [5]

4. Analiza wariantowa na przykładzie audytów pięciu domków jednorodzinnych.

Na przykładzie wyników pięciu audytów energetycznych jednorodzinnych budynków mieszkalnych, przeanalizowano wybór najkorzystniejszego wariantu termo modernizacji .
Zestawienie charakterystyk analizowanych obiektów przed i po termomodernizacji przedstawiono w tabeli T-1

Tabela T-1 Zestawienie charakterystyk budynków przed i po termorenowacji

Tabela T-1 Oszczednooci energii i mocy dla rozpatrywanych budynków.

5.1 Rozpatrywane warianty termomorenowacji

5.2 Szczegółowy opis najefektywniejszego wariantu

Budynek 1
Optymalnym wariantem jest w tym przypadku modernizacja instalacji c.o.(regulacja hydrauliczna instalacji, zamontowanie automatyki pogodowej i termostatów przygrzejnikowych ) oraz docieplenie stropodachu styropianem o grubości 20 cm.
Budynek 2
Analiza ekonomiczna wykazała, że najbardziej efektywnym wariantem będzie działanie kompleksowe: docieplenie ścian zewnętrznych styropianem gr. 12 cm, ocieplenie stropodachu (20 cm), ocieplenie stropu nad piwnicą (10 cm) i docieplenie połaci dachu (12 cm)
Budynek 3
Zalecono modernizację instalacji c.o.(regulacja hydrauliczna, płukanie instalacji), a z działań budowlanych docieplenie: ścian zewnętrznych (styropian 12 cm), stropodachu (25 cm) i stropu piwnic (10 cm).
Budynek 4
Najefektywniejszym wariantem modernizacji jest działanie kompleksowe : po stronie grzewczej wymiana kotła c.o,. montaż zaworów termostatycznych i regulatora pogodowego, natomiast po stronie budowlanej : kompleksowe docieplenie wszystkich przegród zewnętrznych warstwą 12 cm styropianu, a także docieplenie stropu piwnic styropianem o grubości 10 cm
Budynek 5
Optymalnym wariantem jest w tym przypadku docieplenie stropodachu styropianem o grubości 10 cm i dodatkowo docieplenie wszystkich ścian zewnętrznych styropianem grubości 12 cm

Dodatkowo zalecono do realizacji prace o niskiej kapitałochłonności:

• · umieszczenie pomiędzy grzejnikiem, a ścianą zewnętrzną ekrany termiczne (styropian pokryty folią aluminiową), które zarówno odbijają promieniowanie cieplne jak i ograniczają straty ciepła przez przenikanie
• · uszczelnienie stolarki okiennej i drzwiowej przy pomocy uszczelek z tworzywa sztucznego.
• · należy zwrócić uwagę na odpowiednie nastawienie temperatur na przygrzejnikowych zaworach termostatycznych
• · w przypadku budynku nr.4 zaleca się staranne nastawienie programatora temperatur, zwłaszcza wykorzystania możliwości automatycznych obniżeń nocnych, lub podczas nieobecności domowników.

Wykres W-1. Porównanie nakładów inwestycyjnych, oszczędności i SPBT dla najkorzystniejszego wariantu termomodernizacji w poszczególnych budynkach

6. Podsumowanie

· W budownictwie jednorodzinnym istnieje duży potencjał możliwej do zaoszczędzenia energii ( w branych pod uwagę audytach oszczędność energii wynosi średnio 40 % )
· Zgodnie z powyższymi rozważaniami , najlepsze efekty ekonomiczne przynoszą rozwiązania kompleksowe.
· Zgodnie z przewidywaniami, nie jest opłacalna wymiana okien , nie brano jednak pod uwagę tańszych modernizacji stolarki okiennej t.j. folia, lub trzecia szyba.
· O efektywności prac termomodernizacyjnych decydują także takie czynniki jak : stan techniczny obiektu (np. przy remoncie elewacji można dodatkowo uwzględnić jej docieplenie ), izolacyjność termiczna ścian zewnętrznych ( im wyższy współczynnik U, tym bardziej opłacalne jest docieplenie ), dostosowanie instalacji grzewczej do zmniejszonego zapotrzebowania na ciepło po termorenowacji
· Inwestycje modernizacyjne w powyższych budynkach mogą być opłacalne nawet przy realizacji z kredytów komercyjnych do kilkudziesięciu procent ( IRR waha się od 20 % do 85 % )
· Duże znaczenie ma także właściwe postępowanie mieszkańców ( efekty ekonomiczne np. nie zasłanianie grzejników firankami, krótkie intensywne wietrzenie zamiast długotrwałego ochładzania pomieszczeń, skręcanie termostatów na czas nieobecności. )
· Powodzenie wszystkich działań termomodernizacyjnych w perspektywie kilkunastu lat doprowadzi nie tylko do osiągnięcia znacznych efektów energetyczno-ekonomicznych, ale także poprawy stanu środowiska naturalnego. Jest ono niezbędnym do spełnienia warunkiem do dalszego rozwoju gospodarczego kraju w obliczu zmniejszających się rezerw energetycznych.

7. Literatura

1. W. Płoński, L.Laskowski "Oszczędne gospodarowanie energią w budownictwie mieszkaniowym i towarzyszącym." Problematyka budownictwa - 193. W-wa 1984
2. M. Robakiewicz "Jak zmniejszyć koszty ogrzewania budynków" Fundacja Poszanowania Energii W-wa 1998.
3. R. Rabiasz "Cieplej i taniej" Tygodnik Budowlany 14/98
4. PN-B-02025 (zgodnie z CEN/TC 89 "Thermal behaviour of buildings and building components")
5. P. Lis "Ekonomiczne i ekologiczne efekty ograniczania strat ciepła przez okna" Przegląd Budowlany 10/94