Efektywność energetyczna budynków historycznych – studium przypadku

*****
W artykule szczegółowo omówiono termomodernizację zabytkowego pałacu w Bukowcu. Przedstawiono parametry budynku przed i po modernizacji. Opisano poszczególne etapy inwestycji. Zaproponowano konkretne rozwiązania wpływające na obniżenie kosztów eksploatacyjnych.

Energy efficiency of historic buildings – a case study

The article discusses in detail the thermal modernization of the historic palace in Bukowiec. The parameters of the building before and after modernization are presented together with the description of individual stages of the investment. Specific solutions were proposed in order to reduce building operating costs.
*****

Termomodernizacja budynków pierwszego dziesięciolecia XXI w. przekształcała się, zaczynając od płytkiej lub etapowej termomodernizacji, ostatecznie kończąc na głębokiej. W ostatnich latach zaczęto używać jeszcze szerszego ujęcia zagadnienia, tzn. renowacji. Dziś renowacja budynku oznacza wszelkie działania modernizacyjne poprawiające wartość użytkową budynku. Dotyczy to w szczególności poprawy efektywności energetycznej budynku i ograniczenia emisyjności, działań prowadzących do poprawy jakości życia, ochrony zdrowia, adaptacji do zmian klimatu, zastosowania inteligentnych technologii lub innych aspektów wpływających na wartość użytkową budynku.

Wszystkie działania mają na celu ograniczenie negatywnego wpływu budynków na środowisko naturalne, zwłaszcza na jakość powietrza. Dyrektywa EPBD z 2018 r. [1] oddziałuje na polskie Prawo budowlane [2] oraz powiązane rozporządzenia [3–5]. W 2022 r. rząd RP opracował Narodową Strategię Renowacji Budynków, która obejmuje również termomodernizację, a raczej renowację budynków historycznych. W ostatnich dwóch latach wystąpił znaczący wzrost cen nośników energii, który przyczynił się do zwiększonego zainteresowania ograniczaniem kosztów eksploatacji.

Jednym ze sposobów poprawy efektywności energetycznej i ekonomicznej jest termomodernizacja. Dotyczy to przede wszystkim budynków historycznych, charakteryzujących się dużą energochłonnością (RYS. 1-2).

Wysokie koszty eksploatacyjne sygnalizują użytkownikom o konieczności wprowadzenia zmian w zakresie efektywności energetycznej. Zadanie konserwatora zabytków polega na zabezpieczeniu obiektu przed wykonaniem prac, które mogłyby uszkodzić lub zmienić charakter takiego budynku. W zależności od tego, czy mamy do czynienia z obiektem wpisanym do rejestru zabytków, czy gminnej ewidencji zabytków albo z obszarem wpisanym do rejestru zabytków lub objętym ochroną konserwatorską, zastosowanie mają różne przepisy Prawa ochrony zabytków oraz Prawa budowlanego.

Według ustawy Prawo budowlane ochrona konserwatorska budynku polega na zabezpieczeniu budynku przed wykonaniem prac budowlanych, remontowych i konserwatorskich mogących uszkodzić lub zmienić charakter takiego budynku. Dotyczy to także wykonywania robót budowlanych w otoczeniu zabytku, dokonywania w nim podziałów, zmiany przeznaczenia lub sposobu korzystania zabytku wpisanego do rejestru.

Poszukiwanie działań mających na celu poprawę charakterystyki energetycznej zabytku każdorazowo należy uzgodnić z właściwym urzędem ochrony zabytków, który może nałożyć wiele ograniczeń i ingeruje w sposób istotny w zamierzenie inwestycyjne. Zalecenia artykułowane przez konserwatora zabytków (KZ) teoretycznie powinny mieć skutek pozytywny. Czasami jednak stają się utrudnieniem tak dużym, że niemożliwym do realizacji. Obserwowany jest proces degradacji budynków podlegających ochronie konserwatorskiej, które z powodu wysokich kosztów eksploatacji oraz renowacji są opuszczane przez użytkowników, którzy wolą mieszkać w nowych i tanich w eksploatacji budynkach.

Czy budynki historyczne muszą sprawiać tyle trudności, a efekty będą niezadowalające? Omówimy przykład renowacji Pałacu w Bukowcu.

Krótki rys historyczny pałacu

Pałac w Bukowcu został wzniesiony w drugiej połowie XVI w. jako obronny dwór otoczony fosą. Został wzniesiony na planie nieregularnego czworoboku, w stylu śląskich pałaców renesansowych XVI w. Obiekt na przestrzeni lat uległ wielu przebudowom i modernizacjom. Największa miała miejsce w latach 1790–1810, gdy właścicielem posiadłości był hrabia von Reden, który przekształcił dwór w neoklasycystyczny pałac (RYS. 3–4).

Pomimo przebudowy, budynek zachował swoją charakterystyczną bryłę. W południowo-zachodnim narożniku zachowano dwa ryzality wieżowe, których wygląd również zmieniono podczas przebudowy w XVIII w. Całość przykrywa czterospadowy dach mansardowy. Rodzina von Reden była właścicielem posiadłości do 1945 r. Po II wojnie światowej do pałacu dobudowano dwukondygnacyjną przybudówkę. W latach 70. XX w. w budynku mieściła się szkoła rolnicza. Obecnie pałac jest siedzibą Związku Gmin Karkonoskich (FOT. 1-–2).

Możliwości i potrzeby termomodernizacyjne

Budynek pałacu wraz z przybudówką generuje wysokie koszty utrzymania, wynoszące ok. 250 tys. zł za rok. Aby je zmniejszyć, ogrzewane są tylko wybrane pomieszczenia stanowiące ok. 45% całkowitej powierzchni, co pozwoliło zmniejszyć rachunki za energię elektryczną do ok. 115–120 tys. za rok. Przyczyną tak dużych kosztów za ciepło (ok. 18 zł/m²/m-c) jest niezadowalająca izolacja termiczna przegród oraz nieefektywny system energetyczny, oparty o elektryczne grzejniki na c.o. oraz elektryczne podgrzewacze przepływowe i pojemnościowe na c.w.u. Uzyskiwane w ten sposób oszczędności realizowane przez wyłączanie ogrzewania części pomieszczeń miały destrukcyjny wpływ na elementy konstrukcyjne budynku (TABELE 1-4).

Nieużytkowane pomieszczenia były całkowicie wychładzane, co doprowadzało do występowania miejsc kondensacji pary wodnej i powolnej destrukcji niektórych elementów konstrukcyjnych.

Charakterystyka geometryczna i energetyczna budynku

Powierzchnia użytkowa pałacu wynosi 1227,5 m², kubatura 4072 m², a współczynnik kształtu A/Ve = 0,48 1/m, co oznacza, że budynek posiada zwartą bryłę. Fundamenty są kamienne i kamienno-ceglane, stropy piwnicy odcinkowe, stropy nad parterem odcinkowe, a stropy nad pierwszym piętrem drewniane izolowane polepą. Ściany i mury wykonane są z cegły oraz w części przyziemnej z kamienia oraz ceglano-kamienne o grubości od 80 cm do 170 cm obustronnie otynkowane. Mury w przyziemiu zawilgocone do 3 m nad poziomem terenu. Wszystkie przegrody: ściany, dachy, stropy oraz stolarka okienna i drzwiowa nie spełniają aktualnych wymagań prawnych (RYS. 5-8).

Budynek pałacowy charakteryzuje się dużą energochłonnością. Obiekt nie ma w stanie istniejącym izolacji termicznych. System grzewczy opierał się na ogrzewaniu grzejnikami elektrycznymi w użytkowanych aktualnie pomieszczeniach. Zapotrzebowanie na moc grzewczą wynosi 150 kW. W pomieszczeniach pałacowych występuje wentylacja naturalna, grawitacyjna, realizowana przez nieszczelności okienne oraz przewietrzanie pomieszczeń.

Ciepła woda dostarczana jest za pomocą pojemnościowych podgrzewaczy elektrycznych o łącznej mocy 18 kW. Oświetlenie pomieszczeń realizowane jest poprzez nieefektywne oświetlenie żarowe i świetlówki liniowe, których sprawność jest niezadowalająca. Całość instalacji oświetlenia oraz opraw wymaga wymiany. Roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną końcową do celów oświetlenia wewnętrznego wynosi 51 250 kWh/rok.

Średni współczynnik przenikania dla przegród nieprzeźroczystych 0,686 W/(m²·K), a średni współczynnik przenikania dla stolarki okiennej i drzwiowej 3,34 W/(m²·K).
Obliczony wskaźnik EP dla budynku sprzed termomodernizacji wynosił 649,65 kWh/(m²·rok). Budynek w stanie początkowym został uznany za energetycznie krytyczny. Budynków o podobnej charakterystyce energetycznej mamy wiele.

Ingerencja konserwatora zabytków

Na etapie przygotowania inwestycji i sporządzania dokumentacji inwestor zwrócił się do Dolnośląskiego Wojewódzkiego Konserwatora Zabytków (DWKZ) z wnioskiem o wydanie zaleceń konserwatorskich, który:

a) zezwolił wymianę stolarki okiennej na nową, pod warunkiem zachowania historycznych podziałów zewnętrznych (FOT. 3),

b) dopuścił wymianę drzwi zewnętrznych, pod warunkiem ich odtworzenia zgodnie z zachowaną ikonografią,

c) pozytywnie zaopiniował możliwość ocieplenia połaci dachowej oraz stropu, pomiędzy pierwszym piętrem a poddaszem nieużytkowym (FOT. 4),

d) dopuścił możliwość zainstalowania paneli fotowoltaicznych w górnych częściach dachu mansardowego oraz na dachu budynku wozowni,

e) pozytywnie zaopiniował możliwość wykorzystania tynku termoizolacyjnego do izolacji ścian zewnętrznych pałacu,

f) dopuścił możliwość zastosowania ogrzewania podłogowego w pomieszczeniach, w których nie zachowały się zabytkowe podłogi drewniane,

g) pozytywnie ocenił możliwość wymiany źródła ciepła na gruntową pompę ciepła z wykorzystaniem sond pionowych, zlokalizowanych na terenie parku przypałacowego.

Ostatecznie Inwestor, w ramach poprawy efektywności energetycznej, zaplanował przeprowadzenie renowacji obejmujących grupę podstawowych, niebudzących sprzeciwu ulepszeń:

• ocieplenie połaci dachu, stropu poddasza nieużytkowym oraz stropodachu przybudówki,
• wymiana instalacji centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej wraz z wymianą źródła ciepła na gruntową pompę ciepła,
• wymiana instalacji elektrycznej oraz oświetlenia wraz z montażem LED-owych źródeł światła,
• wykonanie instalacji BMS, monitorującej i zarządzającej pracą poszczególnych systemów.

Ulepszenia z grupy ryzyka obejmowały:

• wykonanie instalacji PV wraz z magazynem energii,
• wykonanie wentylacji mechanicznej w części pomieszczeń,
• wymianę stolarki okiennej i drzwiowej,
• ocieplenie posadzek na gruncie, ścian fundamentowych, stropów nad piwnicą,
• ocieplenie ścian zewnętrznych lub od wewnątrz specjalnymi tynkami termoizolacyjnymi.

Najczęściej spory i negocjacje inwestorów z KZ dotyczą docieplenia ścian zewnętrznych, które wymagają również remontu: wymiany zmurszałych tynków, osuszenia i zabezpieczenia przed wysoleniami. Ocieplanie od zewnątrz jest bardziej korzystne, dlatego w pierwszej kolejności rozważane były tynki renowacyjno-termomodernizacyjne oraz doskonałe pod względem izolacji termicznej tynki krzemowo-wapienne zewnętrzne (aerożelowe).

Izolacje termiczne ścian w budynkach historycznych zarówno od zewnątrz, jak i od wewnątrz wymagają przeanalizowania następujących zagadnień:

• efektywności energetycznej materiału termoizolacyjnego i jego wpływu na geometrię budynku i dynamikę elewacji,
• skuteczności wpływu na mostki cieplne,
• rozwiązania ozdobnych elementów elewacyjnych.

Przeanalizowanie ww. zagadnień wymaga większej ilości czasu.

Warto zaznaczyć, że termoizolacja ścian fundamentowych narzuciła konieczność nadzoru archeologicznego.

Ograniczenia archeologiczne

Zgodnie z udzielonym przez Dolnośląskiego Wojewódzkiego Konserwatora Zabytków pozwoleniem na prowadzenie prac budowlanych przy zabytku, przy wykonywaniu robót budowlanych niezbędny jest stały nadzór archeologiczny. W przypadku prowadzenia prac polegających na wykonaniu izolacji przeciwwodnych i cieplnych istniejących fundamentów, konieczna była stała obecność archeologa. Nadzór archeologiczny nie wniósł istotnych wymagań czy ograniczeń w realizacji projektu.

Docieplenie stropu strychu oraz dachu

W analizowanym obiekcie występuje zabytkowa, drewniana konstrukcja dachu.

Wstępne założenia wskazywały na konieczność ocieplenia całej połaci dachowej wełną mineralną, zarówno międzykrokwiowo, jak i podkrokwiowo, a następnie wykonanie suchej zabudowy połaci i głównej konstrukcji nośnej dachu. Zaproponowane przez projektanta rozwiązanie polegało na ociepleniu połaci dachowej międzykrokwiowo i wykonanie obudowy połaci dachowej do odpowiedniej klasy odporności ogniowej, z pozostawieniem widocznych od spodu krokwi. Dodatkowo należało „brakujące” ocieplenie uzupełnić w stropie poddasza nieużytkowanego. Taka operacja wymagała jednak uzyskania odstępstwa od przepisów techniczno-budowlanych i zaproponowania dodatkowego rozwiązania, które w sposób alternatywny zapewni odpowiednie warunki ochrony przeciwpożarowej – o odporności ogniowej R30.

Izolację termiczną połaci dachowej wykonano w taki sposób, aby nie osłaniała całkowicie zabytkowych krokwi. Istniejące krokwie mają wysokość przekroju 14 cm. Wg obliczeń niezbędne było zastosowanie wełny mineralnej o grubości 18 cm przy współczynniku λ ≤ 0,034 W/(m·K).

Aby pogodzić wymagania termiczne oraz wymagania DWKZ, konieczne było zastosowanie nadbitek na krokwiach, które podnosiły połać dachową o ok. 8 cm. Możliwe stało się zastosowanie wełny mineralnej o grubości 18 cm i zabudowanie jej płytami gipsowo-kartonowymi, tak aby pozostawić częściowo widoczne krokwie.

Stosując powyższe rozwiązanie, powstały mostki termiczne liniowe – krokwie nie były ocieplone. W związku z powyższym konieczne było zastosowanie lepszej izolacji termicznej pomiędzy stropem oddzielającym ogrzewane pierwsze piętro od nieogrzewanego poddasza użytkowego. Zastosowano wełnę mineralną międzybelkowo o grubości 12 cm przy współczynniku λ ≤ 0,034 W/(m·K) – opór cieplny R = 3,53 m²·K/W. Dodatkowo na belkach drewnianych zaprojektowano ruszt i w jego przestrzeni zastosowano docieplenie wełną mineralną o grubości 6 cm przy λ ≤ 0,033 W/(m·K).

Na zasolenia tynk termorenowacyjny

Kondygnacja przyziemia budynku pałacu ma zawilgocone i zasolone mury. Po skuciu istniejących tynków elewacyjnych mury należy osuszyć i otynkować za pomocą tynków renowacyjno-termoizolacyjnych. Obciążenie solami klasyfikuje się według wytycznych. Tynki ciepłochronne z perlitem, charakteryzują się wysoką izolacyjnością termiczną – współczynnik przewodzenia ciepła λ = 0,064 W/(m·K). Możliwa zastosowana warstwa tynków w tym systemie posiada grubość 2–15 cm, więc pozwala to na termoizolację ścian obiektów zabytkowych bez utraty historycznego kształtu ich elewacji. Ponadto możliwe jest uzyskanie struktury i koloru tynku renowacyjnego zgodnego z wytycznymi konserwatora zabytków.

Tynk aerożelowy

W związku z umieszczeniem pałacu w rejestrze zabytków wszelkie planowane renowacje muszą być uzgadniane i na bieżąco konsultowane z konserwatorem zabytków. Według wytycznych DWKZ odnośnie do ocieplenia budynku nie można użyć tradycyjnych materiałów termoizolacyjnych takich jak styropian czy wełna mineralna. Sposób ocieplenia obiektu nie może wpłynąć na historyczny kształt elewacji budynku. Jednocześnie ocieplenie budynku od wewnątrz nie jest akceptowane przez użytkownika ze względu na ograniczenie powierzchni użytkowej oraz liczne mostki termiczne i płynące z tego powodu zagrożenia.

Zaprojektowana warstwa ocieplenia ścian zewnętrznych pałacu w postaci tynku ciepłochronnego o grubości 3 cm charakteryzuje się bardzo dobrym współczynnikiem przewodzenia ciepła λ = 0,027 W/(m·K). Jest to produkt o wysokiej izolacyjności termicznej (ściana z cegły pełnej 51 cm otynkowana o U = 1,115 W/(m²·K), po nałożeniu tynku aerożelowego U = 0,505 W/(m²·K)), paroprzepuszczalny oraz odporny na grzyby i glony, co jest istotne przy stosowaniu produktu na zabytkowej elewacji. Dodatkowo, dzięki możliwości dokładnego ułożenia tynku w węgarkach, przy nadprożach i podokiennikach, w dużym stopniu zostaje ograniczony wpływ mostków termicznych liniowych, które w stanie istniejącym występują licznie w strefach przyokiennych.

Ściana fundamentowa i gospodarka wodami opadowymi

Po przystąpieniu do odcinkowego odkopania fundamentów odkryto, że pałac nie ma fundamentów. Posadowiony jest ok. 30 cm poniżej poziomu gruntu na warstwie luźnych kamieni, układanych najprawdopodobniej w wykopie liniowym. Konstruktor zaprojektował sposób wzmocnienia fundamentów. Schemat rozwiązania przedstawiono na RYS. 9. Zakłada ono wykonanie ścianki żelbetowej wokół całego obiektu.

Posadowienie ścianki należy wykonać poniżej warstwy kamieni, które stanowią podbudowę pod ściany konstrukcyjne pałacu. Prace wykonywano odcinkowo, aby zapobiec utracie stateczności i osunięciu się ścian. Hydroizolację fundamentów wykonano na nowej ścianie żelbetowej. Następnie wykonano warstwę izolacji termicznej, osłoniętej folią kubełkową, ułożono drenaż opaskowy i zasypano przestrzenie fundamentowe. Pionowa hydroizolacja fundamentów stanowi ciągłość z przeciwwodną przeponą poziomą ścian pałacu, wykonaną w późniejszym etapie, poprzez iniekcyjne wtłoczenie preparatu tworzącego przeponę poziomą.

Przybudówka z lat 70.

Przy południowej ścianie pałacu w okresie po II wojnie światowej została dobudowana dwukondygnacyjna przybudówka, która znacząco odbiega stylem od historycznego wyglądu pałacu.

Termomodernizacja przewiduje izolację termiczną oraz miejscowo przeciwwodną ww. przegród. Elewacja zaprojektowana jest w systemie ETICS. Ze względu na współczesny charakter przybudówki nie ma konieczności stosowania rozwiązań zgodnych z WTA.

Ciekawym rozwiązaniem jest izolacja termiczna zaprojektowana na ścianach zewnętrznych i stropodachu, która posiada λ = 0,021 W/(m·K) przy grubości 10 cm. Wymagania te spełniają płyty rezolowe. Podobne parametry posiadają płyty PIR, których λ wynosi 0,022 W/(m·K).

Stolarka drzwiowa stara i nowa

Ważnym elementem z punktu widzenia konserwatorskiego, ale także termomodernizacyjnego, jest renowacja wraz z ociepleniem zewnętrznych drzwi głównych do pałacu, tak aby parametr przenikania ciepła U < 1,3 W/(m²·K). Wiąże się to z koniecznością ocieplenia drzwi z zachowaniem ich historycznego charakteru. Pozostałe zewnętrzne drzwi do pomieszczeń przyziemia pochodzą z lat 70. i 80. XX w. Nie posiadają one jakiejkolwiek wartości historycznej, w związku z tym przeznaczone są do wymiany na nowe drzwi drewniane, które charakteryzować się mają współczynnikiem przenikania ciepła <1,3 W/(m²·K).

Stolarka okienna

Zakres robót termoizolacyjnych zakładał wymianę stolarki okiennej na nową, spełniającą konkretne wymagania w zakresie właściwości termicznych okien, estetycznych oraz wymagania KZ. Historyczne okno w oryginalnym stanie zachowane w elewacji wschodniej posłużyło projektantowi, w porozumieniu z DWKZ, jako wzór do zaprojektowania okna wzorcowego do akceptacji nadzorowi konserwatorskiemu.
Zastosowano też specjalne szyby, które w niewielkim stopniu zmieniają barwę.

Wymagania dla pakietu szybowego:

• współczynnik g ≥ 0,5,
• LT przepuszczalność światła ≥ 74,
• współczynnik oddawania barwy RA ≥ 95,
• współczynnik przenikania ciepła dla szyby U_g ≤ 0,5 W/(m²·K),
• współczynnik przewodzenia ciepła dla ramki dystansowej ≤ 0,030 m·K/W.

Połączenie musi spełniać różne wymagania, w tym szczelności powietrznej, dyfuzyjnej i termicznej, aby spełnić wymagania w zakresie energooszczędności, trwałości i optymalnego klimatu w pomieszczeniu.

Połączenie:

• od wewnątrz: ogranicza przepływ powietrza i pary wodnej,
• w środku: tworzy izolację cieplną i akustyczną,
• na zewnątrz: jest odporne na oddziaływanie zacinającego deszczu oraz umożliwia wyprowadzanie pary wodnej ze złącza drogą dyfuzji, osuszając spoinę.

Węgarki i nadproża od zewnątrz pokryte zostaną tynkiem termoizolacyjnym, eliminując w ten sposób mostki termiczne. Zapewnienie szczelności powietrznej połączenia zagwarantowano przez zastosowanie taśmy rozprężnej.

System grzewczy

W budynku została zaprojektowana niskotemperaturowa instalacja grzewcza, której źródłem ciepła będzie pompa cieplna z sondami gruntowymi. Z uwagi na niskie parametry czynnika grzewczego na poziomie 35–40°C, jako elementy grzewcze przewidziano ogrzewanie podłogowe.

W części pałacu, w której będą sale wystawiennicze, a charakter istniejącej posadzki nie pozwala na zastosowanie ogrzewania podłogowego, przewidziano grzejniki ścienne. Każde pomieszczenie będzie posiadało regulator sterujący ogrzewaniem podłogowym, a grzejniki zostaną wyposażone w głowice termostatyczne.

Wentylacja i chłodzenie

W pałacu przewidziano kilka układów wentylacyjnych. Część z nich będzie wykonana jako mechaniczna nawiewno-wywiewna, oparta na centralach z odzyskiem ciepła, a część jako mechaniczna podciśnieniowa, oparta na wentylatorach wywiewnych oraz nawiewie przez nawiewniki okienne.

Wentylacja nawiewno-wywiewna obsługuje salę konferencyjną oraz zespoły łazienek na poziomie przyziemia oraz pierwszego piętra. Centrale wentylacyjne wyposażone w wysokosprawne wymienniki przeciwprądowe będą umiejscowione na strychu oraz w pomieszczeniach technicznych. Pozostałe pomieszczenia pałacu będą wentylowane podciśnieniowo. Powietrze będzie nawiewane do pomieszczeń poprzez ciśnieniowe nawiewniki okienne, natomiast wywiew będzie realizowany poprzez zbiorcze układy kanałowe zakończone wentylatorami.

Zarówno centrale wentylacyjne, jak i wentylatory wyciągowe, będą pracowały w oparciu o harmonogram czasowy. W okresie, gdy pomieszczenia wentylowane nie będą eksploatowane, urządzenia będą pracowały z minimalną wydajnością.

Oświetlenie

Zaplanowano wymianę istniejącego oświetlenia wewnętrznego (w tym niezbędną w niektórych pomieszczeniach zmianę rozmieszczenia i ilości punktów świetlnych oraz wymianę przewodów elektrycznych, które podczas użytkowania) i instalacji elektrycznej w celu zmniejszenia zużycia energii elektrycznej i mocy opraw oświetleniowych wraz z dostosowaniem ich parametrów do osiągnięcia normatywnego poziomu natężenia oraz równomierności oświetlenia. Przeprowadzona zostanie wymiana wszystkich źródeł świetlnych oświetlenia podstawowego oraz awaryjnego na nowe oprawy oparte o źródła energooszczędne LED.

Przewidziano nowy system automatycznej regulacji oświetlenia wraz z montażem czujników obecności w toaletach i montażem czujników ruchu na korytarzach w zależności od wpływu natężenia światła dziennego na oświetlenie sztuczne, czego nie ujęto w pierwotnym audycie.

System regulacji oświetlenia umożliwia automatyczne załączania oświetlenia w miejscach ogólnodostępnych w zależności od natężenia oświetlenia naturalnego oraz obecności osób (korytarze, klatki schodowe, łazienki) z uwzględnieniem stałego oświetlenia dróg ewakuacyjnych.

Strefowość oświetlenia pozwoli na załączania i wyłączania ręcznego lub automatycznego (w zależności o obecności osób) oświetlenia w logicznie wydzielonych częściach pomieszczeń użytkowych lub stref ogólnodostępnych. System regulacji oświetlenia uwzględnia preferencje, zwyczajowe zasady użytkowania pomieszczeń.

Instalacja PV

Wykonana zostanie instalacja fotowoltaiczna PV o mocy 26,4 kWp, z magazynem energii 13,6 kWh, produkująca energię elektryczną na własne cele energetyczne budynku.

Planowana instalacja hybrydowa łączy w sobie zalety klasycznej fotowoltaiki on-grid oraz fotowoltaiki wyspowej. Cały system podłączony do sieci elektroenergetycznej. Prąd wyprodukowany przez mikroinstalację trafi do inwertera, by w pierwszej kolejności zasilić aktywne urządzenia. Nadwyżki niewykorzystanej na bieżąco energii trafią do magazynu – po zachodzie słońca i kiedy bieżąca produkcja będzie niższa niż zużycie, odebrać będzie można energię w pierwszej kolejności z magazynu. Z sieci operatora elektroenergatycznego będzie można odebrać pozostałą nadwyżkę energii, jeśli skończy się energia w magazynie, na warunkach aktualnie obowiązujących.

Wykorzystywanie energii z magazynu w nocy lub gdy zużycie jest większe niż produkcja oraz zastosowanie funkcji Backup Ready (ochrona przed przerwami w dostawie energii spowodowanych np. awarią sieci) pozwoli na maksymalne wykorzystanie wyprodukowanej energii elektrycznej. W efekcie będzie większa autokonsumpcja energii z PV.

Zastosowany magazyn energii umożliwi wykonanie kilku tysięcy cykli ładowania, przy zachowaniu min. 90% pierwotnej pojemności. Producent zapewnia również 10-letnią gwarancję. Akumulatory będą posiadały system zabezpieczający przed nadmiernym rozładowaniem, przeładowaniem oraz wysoką i za niską temperaturą. System magazynowania będzie wyposażony w system kontroli stanu rozładowania i będzie monitorowany przez nadrzędną instalację, tj. BMS.

Zastosowane blokady uniemożliwią współpracę źródła wytwórczego z siecią OSD w przypadku zaniku napięcia z tej sieci (instalacja źródła wytwórczego zostanie automatycznie odłączona od sieci OSD).

Zastosowane zostaną moduły fotowoltaiczne gwarantujący trwałość paneli PV wynoszącą 25 lat, sprawność po 10 latach eksploatacji nie mniej niż 90% mocy znamionowej, a po 25 latach eksploatacji nie mniej niż 80%. Roczną utratę sprawności instalacji PV przyjęto na poziomie nie większym niż 0,8%. Sprawność każdego z modułów to minimum 20%.

System kontroli i zarządzania energią wyprodukowaną za pomocą ogniw fotowoltaicznych będzie posiadał możliwość pomiaru aktualnych parametrów pracy systemu oraz ich archiwizację.

Pomiar parametrów pracy poszczególnych paneli będzie rejestrowany w odstępach czasowych nieprzekraczających 15 min, a odpowiednia archiwizacja zapewni dostęp do tych danych na przestrzeni co najmniej dwóch lat w celu umożliwienia analizy statystycznej.

Odwierty i pompa ciepła

Źródłem ciepła dla modernizowanego budynku będzie pompa ciepła typu solanka–woda o mocy 108 kW pracująca w oparciu o 14 sond gruntowych o długości 145 m każda. Odwierty pod dolne źródło ciepła wraz z rurociągami dobiegowymi będą znajdowały się na terenie wokół pałacu. Pomieszczenie techniczne z maszynownią znajdzie się na poziomie parteru. Tam też będą znajdowały się wszystkie urządzenia węzła oraz całość układu technologicznego.

Przewidziano cztery obiegi grzewcze zasilające poszczególne części budynku, dzięki czemu będzie można ograniczyć podawanie ciepła na strefy pracujący w różnych przedziałach czasowych. W układzie technologicznym węzła będzie znajdował się także podgrzewacz ciepłej wody użytkowej zasilany w czynnik grzewczy poprzez wymiennik płytowy z pompy ciepła oraz układ chłodniczy pozyskujący chłód z sond pompy ciepła w systemie natural cooling.

Całość układu węzła będzie pracowała w oparciu o regulator pogodowy pompy ciepła. Ponadto nad regulacją czynnik i prawidłową pracą układu będzie czuwał system BMS budynku.

Automatyka sterowanie, opomiarowanie – BMS

Planowany jest zintegrowany system monitorowania i zarządzania wszystkimi urządzeniami i systemami (system BMS) znajdującymi się w budynku i jego otoczeniu, który będzie gromadził dane oraz informował o zużyciu energii cieplnej na ogrzewanie i wentylację, elektrycznej przez urządzenia pomocnicze i zużyciu całkowitym przez pompę ciepła.

Charakterystyka energetyczna po termomodernizacji

Budynek pałacu charakteryzuje się tak dużą energochłonnością, że każde najmniejsze działanie będące próbą poprawy warunków termicznych i energetycznych, w znacznym stopniu przyczyni się do poprawy jego charakterystyki energetycznej. Średni współczynnik przenikania dla przegród nieprzeźroczystych 0,299 W/(m²·K). Średni współczynnik przenikania dla stolarki okiennej i drzwiowej 0,977 W/(m²·K). Przy wykonaniu renowacji budynku tak, aby spełnić powietrzną szczelność n50 < 2,0, budynek spełniłby wymagania WT2021 (TABELE 5–6).

Koszty energii elektrycznej na cele eksploatacyjne budynku uległy zmniejszeniu z 25,98 zł/m²/miesiąc do 2,47 zł/m²/miesiąc, tj. przy powierzchni 1227 m² z 31 884 zł/miesiąc do 3039 zł/miesiąc.

Podsumowanie

Renowacja budynków zabytkowych jest zadaniem wymagającym technicznie i kosztowo, jednak przy współpracy i elastyczności konserwatora zabytków jest możliwe przy głębokiej termomodernizacji zbliżenie do spełnienia wymagań WT2021. Przy spełnieniu szczelności powietrznej n50 ≤ 2,0 możliwe jest osiągnięcie wartości EP zgodnie z aktualnymi wymaganiami prawnymi. Nie jest możliwe spełnienie wymagań w zakresie izolacji termicznej przegród zewnętrznych, głównie ścian.

Koszt renowacji jest bardzo wysoki i przekracza 24 mln zł. Koszt termomodernizacji budynku, pomimo wysokiej ceny za energię elektryczną i dużych oszczędnościach energii, jest tak duży, że czas zwrotu poniesionych nakładów przekracza 25 lat.

Istotną, nową technologią do stosowania na zabytkach są tynki termorenowacyjne i termomodernizacyjne, mające wpływ na efektywność termomodernizacji i włączenie ulepszenia do kosztów kwalifikowanych termomodernizacji ścian zewnętrznych. Parametry izolacyjne tynku są bardzo dobre i, co najważniejsze, wykonanie ocieplenia od zewnątrz pozwala w istotny sposób obniżyć wpływ mostków ciepła i wyeliminować zagrożenie rozwojem grzybów pleśniowych.

Literatura

1. Długoterminowa Strategia Renowacji Budynków, luty 2022.
2. Dokumentacja fotograficzna z realizacji procesów budowy, PRE-FABRYKAT Sp. z o.o.
3. Projekt budowlany i techniczny wykonany przez biuro projektowe: eMKa Biuro Projektowe Katarzyna Miśkiewicz, architekt: Katarzyna Miśkiewicz.
4. Historia pałacu w Bukowcu, www.fotopolska.eu/bukowiec