Budynek jako obiekt w obszarze oddziaływania człowieka można otoczyć osłoną bilansową wyszczególniając na jej zewnętrznej części czynniki i istotne parametry wejściowe układu bilansowanego (materiały budowlane, sprzęt techniczny, woda, teren, surowce energetyczne) oraz parametry wyjściowe z niego wyprowadzane (odpady stałe i ciekłe, zanieczyszczenia atmosfery, ciepło, hałas, wibracje, promieniowanie elektromagnetyczne). Bilans energii jest podstawą do analizy audytorskiej i optymalizacji konstrukcji ze względu na energochłonność budynku. Współczesne budownictwo zmierza w kierunku zmniejszania energochłonności budynku, przede wszystkim ograniczając zużycie energii na cele grzewcze oraz wentylacyjno-klimatyzacyjne przy zapewnieniu optymalnej jakości środowiska wewnętrznego. Do realizacji tych wymogów już na etapie projektu proponuje się takie rozwiązania techniczno-architektonicznych, jak:

 

• spójna forma budynku (gdzie współczynnik zwartości budynku wyrażany stosunkiem wszystkich zewnętrznych powierzchni przegród budowlanych do kubatury budynku będzie jak najmniejszy),

• usytuowanie pokoi tzw. dziennego pobytu od strony południowej, przy jednoczesnym zastosowaniu dużych powierzchni przeszklonych w celu maksymalizacji zysków energii promieniowania słonecznego i minimalizacji zużycia energii dla celów oświetleniowych,

• osłona budynku od północy np. przez wykorzystanie drzew,

• optymalna izolacyjność cieplna przegród zewnętrznych,

• zdolność przegród zewnętrznych do akumulacji ciepła,

• nowoczesne pasywne okna i drzwi,

• minimalizacja udziału mostków termicznych w konstrukcji,

• zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła,

• zastosowanie kolektorów słonecznych do podgrzania c.w.u.,

• zastosowanie pompy ciepła do celów grzewczych i chłodniczych;

• zastosowanie kotła c.o. o wysokiej sprawności energijnej,

• wykorzystanie innych pasywnych elementów akumulujących.

 

Budynek energooszczędny nie został jeszcze zdefiniowany w polskich przepisach budowlanych, jednak w środowisku związanym z propagowaniem oszczędności energii w budownictwie rozumie się go jako budynek o konstrukcji zapewniającej minimalne straty energii cieplnej do otoczenia i wyposażony w optymalnie dobrane, wysokosprawne instalacje wewnętrzne. Budynek pasywny zdefiniowano jako obiekt o racjonalnym kształcie, wysokim stopniu ochrony cieplnej pomieszczeń (straty ciepła prawie w całości kompensowane są przez zyski czerpane z otoczenia i przez ciepło odzyskiwane), przystosowany do pasywnego ogrzewania słonecznego i wyposażony w wysokosprawne urządzenia grzewcze i wentylacyjne (łączne jednostkowe zapotrzebowanie na energię 0.11–0.15 GJ/ m2*rok1), którego koszt inwestycyjny tylko nieznacz- nie różni się od przeciętnego [1].

 

klasyfikacja budynków energooszczędnych

 

Według dyrektywy Parlamentu Europejskiego dotyczącej jakości energijnej budynków (EPBD) budynek o niemal zerowym zużyciu energii cechuje się bardzo wysoką charakterystyką energijną, określoną zgodnie z załącznikiem I do powyższej dyrektywy [2], niemal zerową lub bardzo niską ilością wymaganej energii, która powinna pochodzić w bardzo dużym stopniu ze źródeł odnawialnych, w tym energii z OZE, wytwarzanej na miejscu lub w pobliżu. Przyjęcie optymalnej strategii użytkowania paliw i energii determinuje zmiany i wytycza trendy w budownictwie energooszczędnym, np. wymagania co do wartości oporu cieplnego przegród zewnętrznych w ostatnich sześćdziesięciu latach wzrosły ponad czterokrotnie, a w najbliższym okresie wzrosną nawet ośmiokrotnie (w 1950 roku dla budownictwa współczynniki przenikania ciepła wynosiły ok. 1.31 W/m2*K, natomiast obecnie wymagane są na poziomie 0.30 W/m2*K).

 

Klasyfikację energijną budynków opracowaną przez Stowarzyszenia na rzecz Zrównoważonego Rozwoju przedstawiono w tabeli 1. Z analizy zamieszczonych danych wynika trzynastokrotny wzrost wymagań co do konsumpcji energii budynku „wysokoenergochłonnego” (klasa energijna F) w porównaniu z budynkiem „niskoenergijnym” (klasa energijna A). Treść dyrektyw Unii Europejskiej oraz sposób ich wdrażania w krajach wspólnoty wskazuje na dążenie do obniżenia wskaźnika efektywności energijnej wraz z ochroną środowiska i zasadą zrównoważonego rozwoju jako zasadniczy kierunek działań.

 

zobacz także:

Badania wykorzystania energii odnawialnej w budynkach

 

Odpowiednie dyrektywy są wdrażane także w Polsce, czego wyrazem jest realizacja programu działań termomodernizacyjnych w masowej skali oraz certyfikacja energetyczna budynków. Zachodzące zmiany można prześledzić w tabeli 2 poprzez porównanie standardów ochrony cieplnej budynków za pomocą wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło w wybranych wysokorozwiniętych krajach UE. Struktura strat ciepła w budynkach, w skutek przenikania przez przegrody zewnętrzne i wentylację, wynosi ok. 25–35% przez ściany, 8–17% przez dach, 5–10% przez podłogę na gruncie lub strop nad piwnicą, 10–15% przez okna i drzwi, a ok. 30–40% przez wentylację. Przeprowadzenie termomodernizacji w budynkach istniejących pozwala na znaczne obniżenie zużycia ciepła w stosunku do stanu sprzed termomodernizacji:

 

• 15–25% – ocieplenie zewnętrznych przegród budowlanych,

• 10–15% – wymiana okien na okna o mniejszym współczynniku przenikania ciepła,

• 5–15% – wprowadzenie usprawnień w źródle ciepła, w tym automatyki pogodowej oraz urządzeń regulacyjnych,

• 10–25% – kompleksowa modernizacja wewnętrznej instalacji c.o. wraz z montażem zaworów termostatycznych we wszystkich pomieszczeniach [7].

 

Roczne koszty ogrzewania budynku o powierzchni użytkowej ok. 150 m2 w zależności od stopnia ocieplenia przedstawiono w tabeli 3. Obliczenia wykonano przyjmując ceny paliw z końca września 2010 roku. Koszt wytworzenia 1 MJ energii cieplnej z drewna wynosił 0.25 zł, węgla – 0.36 zł, gazu – 0.79 zł, oleju opałowego – 1.01 zł, elektryczności – 1.98 zł. W wyniku ocieplenia straty ciepła i koszty ogrzewania budynku redukują się dwukrotnie, ogrzewanie drewnem jest zaś około ośmiokrotnie tańsze niż elektrycznością. Dla takiego samego budynku, przyjmując średni wskaźnik zapotrzebowania na ciepło ok. 50 W/m2, można oszacować, że przy zastosowaniu pompy ciepła koszty ogrzewania są nieco niższe, niż dla węgla…

 

Stanisław Gil
Piotr Mocek
Wojciech Bialik
Maciej Rozpondek
Zespół Energetyki Procesowej,
Katedra Metalurgii,
Politechnika Śląska

Stanisław Grygierczyk
Euro-Centrum
Park Naukowo-Technologiczny

Czytaj całość w GlobEnergia 4/2011

okładka-globenergia-4-2011Image62