Budynki blisko zeroenergetyczne w Polsce

Po zmianie warunków technicznych w 2014 r. w sektorze budowlano-instalacyjnym podjęto wiele działań na rzecz poprawy efektywności energetycznej i wyeliminowania niskiej emisji. Zarówno dynamika przemian, jak i wdrażanie innowacyjnych rozwiązań w sektorze budowlano-instalacyjnym są szansą na rozwój nowej i poprawę istniejącej infrastruktury budowlanej, która z upływem lat zaczyna być problemem ogólnospołecznym (osiedla z wielkiej płyty, zdegradowane budynki zabytkowe, smog). Każdy kraj członkowski UE może – zgodnie z wymogami dyrektywy 2010/31/UE z 2010 r. – opracować własne standardy budynku zero- energetycznego (ZEB) z uwzględnieniem warunków klimatycznych zewnętrznych i wewnętrznych oraz opłacalności ekonomicznej. Nowe podejście do utworzenia standardów budynków zeroenergetycznych i plusenergetycznych jest pilnie potrzebne ze względu na perspektywę budżetową UE na lata 2021-2027, która wymaga, aby realizować projekty z zachowaniem standardów budynków ekoenergetycznych (zero- i plusenergetycznych) z ukierunkowaniem na budynki niezależne lub samowystarczalne energetycznie. W Polsce nie stworzono do tej pory własnej definicji budynku ZEB.

Tab. 1. Szacunkowa ocena energochłonności polskich zasobów mieszkaniowych [1]

Budynki zeroenergetyczne – definicja i podstawy

Zgodnie z dyrektywą UE budynek o niemal zerowym zużyciu energii oznacza budynek o bardzo wysokiej charakterystyce energetycznej (istotny jest wskaźnik zużycia energii pierwotnej wyrażony w kWh/m²). Niemal zerowa lub bardzo niska ilość wymaganej energii powinna pochodzić w bardzo wysokim stopniu z energii ze źródeł odnawialnych, w tym energii ze źródeł odnawialnych wytwarzanej na miejscu lub w pobliżu. Definicja ta nie precyzuje, czy budynek powinien być samowystarczalny energetycznie, co oznacza, że dopuszczone jest bilansowanie energii produkowanej na miejscu i wyeksportowanej do sieci elektroenergetycznej oraz dostarczonej z sieci. Pojawia się nowa definicja – budynek netto zeroenergetyczny (nZEB), którego bilans energii produkowanej na miejscu i/lub w pobliżu i energii pobieranej z sieci w odniesieniu do energii pierwotnej będzie min. 0 kWH/m²∙rok.

Budynki zeroenergetyczne zgodnie z definicją nie zużywają w ogóle tzw. energii pierwotnej. Jest to energia „u źródła”, czyli – w przypadku dostarczonej energii elektrycznej – wytwarzana i przesyłana z elektrowni bezpośrednio do budynku. W warunkach polskich na każdą 1 kWh energii elektrycznej wytworzonej i dostarczanej do budynku (energia końcowa mierzona na liczniku energii) trzeba zużyć 3 kWh energii pierwotnej (węgiel). Uwzględnia się tu sprawność elektrowni, a także straty przesyłu energii.

Osiągnięcie standardu budynku zeroenergetycznego jest więc praktycznie niemożliwe. A jak uzyskać standard budynku blisko zeroenergetycznego? Jedynymi źródłami energii i transformatorami przetwarzania czystej energii, które są w stanie zrekompensować braki energii elektrycznej pochodzącej z sieci i pokazać realne oszczędności, są instalacje fotowoltaiczne w różnych konfiguracjach oraz pompy ciepła typu powietrze-woda, woda-woda, solanka-woda. Nadwyżka energii produkowana przez instalację PV oddawana jest (przez prosumenta) do sieci, co rekompensuje energię pierwotną, zużywaną w okresach poboru przez budynek energii z sieci. Idealnym rozwiązaniem byłoby gromadzenie energii w obrębie budynku przez magazyny energii umieszczone w budynku i wykorzystanie nagromadzonej energii, w okresach gdy mamy jej niedobór i nie produkujemy bezpośrednio ze słońca.

Zobacz:

• Zeroenergetyczny obiekt Politechniki Poznańskiej
• Audyt energetyczny – rozporządzenie
• Produkty budowlane

Rys. 1. Wpływ rozwoju technologii na zmiany efektywnych ekonomicznie standardów energetycznych w budynkach – trend, szacunek własny [kWh/m2·rok]. Praktycznie budownictwo zero- i plusenergetyczne nie istnieje bez nowoczesnych systemów magazynowania energii i układów do jej transformowania – pomp ciepła [3]

Plan wdrożenia dyrektywy 2010/31/ UE pokazuje, że budynki użyteczności publicznej nowo budowane powinny być od blisko dwóch lat budynkami o niemal zerowym zużyciu energii. Niestety rzeczywistość jest całkowicie inna. Istotnym elementem wdrożenia dyrektywy 2010/31/ UE jest modernizacja sektora publicznego pod względem ograniczenia energochłonności stosowanych rozwiązań budowlano-instalacyjnych. Proces ten zaczął się wprowadzeniem funduszy przedakcesyjnych mających wypromować rozwiązania energooszczędne, niestety w Polsce opóźniało się wprowadzanie odpowiednich aktów prawnych. Dopiero widoczny efekt zanieczyszczenia środowiska naturalnego oraz dynamicznie zmieniający się klimat powoli prowadzą do coraz szybszej dekarbonizacji energetyki zawodowej i sektora budowlanego na rzecz OZE oraz systemów hybrydowych.

Niestety w Polsce jeszcze nie można wydać dokumentu charakterystyki energetycznej budynku, projektując budynek plusenergetyczny, ponieważ nie mamy skali, żeby zaznaczyć i wykazać większą produkcję energii w budynku niż jego straty. Ustawodawstwo nie nadąża za wdrożonymi technologiami w budownictwie i przemyśle. Budynki zero- i plusenergetyczne to jest już rzeczywistość.

Tabela 2 przedstawia wykaz zmian do 2021 r. w systemach budowlanych, które mają wpłynąć na poprawę efektywności energetycznej budynków.

Tab. 2. Warunki techniczne dla poszczególnych przegród budowlanych WT 2014–2021

Przeanalizujemy możliwość wybudowania w warunkach polskich budynku jednorodzinnego parterowego o powierzchni 110 m², który ma być w swoim założeniu budynkiem zeroenergetycznym.

Założony poziom energii pierwotnej E_p wynosi 20-40 kWh/m²/rok przy założeniu, że budynek będzie budynkiem energooszczędnym. Obniżanie wartości E_p poniżej wartości 15 czy nawet 10 kWh/m²/rok jest dziś nieuzasadnione pod względem technicznym, a szczególnie ekonomicznym. Świadczy o tym chociażby fakt, że innowacyjne budownictwo pasywne, którego współczynnik E_p kreowany na poziomie poniżej 15 kWh/m²rok, nie wzbudziło zainteresowania na polskim rynku.

Budynki zeroenergetyczne lub plusenergetyczne przy obecnie komercyjnie dostępnych technologiach budowlano-instalacyjnych są możliwe do realizacji pod pewnymi warunkami. Istotnym elementem w warunkach polskich jest aspekt finansowy, czyli koszty budowy budynku od fazy koncepcyjnej przez projekty budowlano-wykonawcze aż do oddania budynku do użytkowania. Kolejnym elementem istotnym z punktu widzenia trwałości systemów budowlano-instalacyjnych jest zachowanie odpowiedniej jakości materiałów, co w późniejszym okresie zmniejsza koszty eksploatacji budynku i serwisowania instalacji.

Przedstawiony na zdjęciu budynek zeroenergetyczny ma podłączenie do systemu elektroenergetycznego, ma również własny system zasilania w energię elektryczną z możliwością częściowego jej magazynowania, dodatkowo niezależność energetyczną zapewnia agregat biodiesel.

Fot. Typowy budynek jednorodzinny zeroenergetyczny

Istotnym elementem w procesie inwestycyjnym związanym z budową zero- lub plusenergetycznych budynków jest znajomość bilansowania budynków pod względem kosztów materiałów i przyszłych kosztów eksploatacyjnych. Każda złotówka wydana na zwiększenie izolacyjności budynku, a tym samym poprawienie efektywności energetycznej zwraca się już po 3-4 latach. Zmniejszając straty energetyczne budynków i instalacji przez stosowanie optymalnych grubości izolacji, „kupujemy” na początku procesu inwestycyjnego ,,koszty paliwa” w formie struktury izolacyjnej budynku.

Czytaj:

• Energooszczędna szkoła z rozwiązaniami smart home
• Systemy techniczne a efektywność energetyczna budynków

Kolejnym elementem jest symulacja zysków i strat w budynku. W celu uzyskania parametru zeroenergetyczności musimy spełnić kilka warunków.

• Zastosować system pompy ciepła, która jako jedyne urządzenie na rynku jest w stanie efektywnie wyprodukować ciepłą wodę użytkową i ogrzać cały budynek.
• Zamontować system wentylacji z rekuperacją w celu ograniczenia strat powietrza wentylacyjnego usuwanego z budynku.
• Zamontować system ogniw fotowoltaicznych w układzie on-grid z magazynowaniem energii i możliwością sprzedaży do sieci.

Ostatnim elementem, niebranym do tej pory pod uwagę, jest montaż urządzeń energooszczędnych (osprzęt AGD, komputery, urządzenia domowe), energooszczędne systemy oświetlenia zewnętrznego i wewnętrznego. Wyliczenie zużycia energii i produkcja tej samej energii w bilansie rocznym przez układ ogniw fotowoltaicznych w systemie on-grid (przyłączenia do sieci energetycznej) z magazynem energii zamontowanym na budynku może doprowadzić do zerowego zbilansowania.

Budynki blisko zeroenergetyczne. Podsumowanie

W ciągu najbliższych lat w polskim sektorze budowlanym oraz instalacyjnym powinny się dokonać rewolucyjne zmiany zarówno w zakresie projektowania, jak i wykonawstwa. Zmierzamy w kierunku budynków i obiektów, które mają produkować więcej energii, niż same zużywać. Ciągły postęp technologiczny w dziedzinie energetyki prosumenckiej i zawodowej na przestrzeni kilku lat doprowadził do diametralnych zmian w myśleniu i postrzeganiu pojęcia energii, niezależności energetycznej czy w końcu samowystarczalności energetycznej. Polska na tle innych krajów ma jeszcze dużo do nadrobienia, jeżeli chodzi wprowadzenie na tak szeroką skalę jak w niektórych krajach UE rozwiązań proekologicznych i proenergetycznych. Problemami, nad którymi należy się pochylić, są m.in.:

• brak wiedzy technicznej i merytorycznej projektantów, inwestorów, wykonawców z zakresu OZE i efektywności energetycznej;
• odpowiednie kształcenie kadry technicznej (szkoła zawodowa, technikum, studia), już zaczyna brakować inżynierów i techników z branży OZE;
• słaby transfer wiedzy z nauki do biznesu – brak wdrażania innowacyjnych rozwiązań;
• brak fachowej kadry technicznej do realizacji inwestycji;
• niejasne i zawiłe przepisy utrudniające rozwój ekoenergetycznego budownictwa w Polsce;
• procedury zamówień publicznych niesprzyjające efektywności energetycznej i OZE;
• cena, która nie powinna być jedynym wyznacznikiem w zamówieniach publicznych;
• zwiększanie świadomości społecznej w sektorze publicznym i prywatnym;
• zwiększanie ingerencji państwa w promowanie OZE oraz efektywności energetyczne;
• konieczność zmian przepisów Prawa budowlanego w kierunku promocji OZE;
• pozorne początkowe oszczędności inwestycyjne w zakresie jakości oznaczają drastyczne zwiększenie corocznych kosztów eksploatacyjnych i zmniejszenie trwałości systemów budowlano-instalacyjnych;
• zachowanie optymalnej jakości budynków i instalacji;
• wprowadzenie odpowiednich aktów prawnych w celu przyspieszenia procesu

Bibliografia
1. http://www.cieplej.pl/imgturysta/file/artykuly/I_Czesc_J_Zurawski_Budownictwo_zeroenergetyczne.pdf
2. http://www.inzynierbudownictwa.pl/technika,materialy_i_technologie,artykul,droga_do_budynku_prawie_zeroenergetycznego_,4881
3. http://www.nfosigw.gov.pl/gfx/nfosigw/userfiles/files/aktualnosci/2011/11/5
4. http://www.muratorplus.pl/biznes/prawo/nowewarunki-techniczne-od-1-stycznia-2014-nowewymagania-dla-przegrod-i-zapotrzebowaniabudynkow-na_80873.html

mgr inż. MBA Tomasz Mania
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
Wydział Inżynierii Mechanicznej
Katedra Technik Wytwarzania
prezes Polskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła w Gdańsku
wiceprezes Ukraińskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła i Magazynowania Energii

tomasz-mania@wp.pl

Polskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła (www.pstp.pl www.pspc.pl) to organizacja non profit prowadząca działalność w zakresie propagowania, wykorzystywania i upowszechniania stosowania systemów pomp ciepła, magazynowania energii ciepła i chłodu, zagospodarowania energii odpadowej i budownictwa ekoenergetycznego.
Udziela porad i konsultacji w zakresie możliwości wykorzystania technologii opartych na systemach pomp ciepła oraz magazynowania energii ciepła i chłodu.