Kiedy energooszczędność jest opłacalna?
cz. 9
Dom helioaktywny samowystarczalny
Viessmann
Modnym tematem stało się ostatnio budownictwo energooszczędne, a zwłaszcza pasywne. Trudno się temu dziwić przy wciąż rosnących cenach energii, skoro potocznie uznaje się, że budownictwo pasywne nie wymaga ogrzewania. Ponieważ jednak koszt budowy takich budynków jest wyższy niż domów tradycyjnych, pojawia się pytanie: czy warto budować domy pasywne?
Zobacz także
Ultrapur Sp. z o.o. Izolacja z piany poliuretanowej – skuteczne ocieplenie poddasza
Jak uniknąć wysokich kosztów ogrzewania, przeciągów oraz efektu zimnych ścian? Poznaj zalety izolacji z piany poliuretanowej Ultrapur – laureata wyróżnienia „Perły Jakości QI 2023”.
Jak uniknąć wysokich kosztów ogrzewania, przeciągów oraz efektu zimnych ścian? Poznaj zalety izolacji z piany poliuretanowej Ultrapur – laureata wyróżnienia „Perły Jakości QI 2023”.
mgr inż. Damian Czernik Energooszczędne i ekologiczne rozwiązania instalacyjne do budynków hotelarskich
Na etapie projektowania budynku usług hotelarskich architekci oraz projektanci branżowi poruszają wiele kwestii związanych z racjonalnym zużyciem energii. Dlatego z jednej strony wykorzystują rozwiązania...
Na etapie projektowania budynku usług hotelarskich architekci oraz projektanci branżowi poruszają wiele kwestii związanych z racjonalnym zużyciem energii. Dlatego z jednej strony wykorzystują rozwiązania architektoniczno-budowlane, które zmniejszają potrzeby cieplne budynku oraz likwidują mostki termiczne. Z drugiej, stosowane są systemy instalacyjne, które zapewniają odpowiedni komfort cieplny, przyczyniają się do obniżenia kosztów eksploatacyjnych budynku oraz podnoszą prestiż ekologiczny obiektu....
Czy w najbliższym czasie planujesz modernizację domu lub mieszkania?
W ramach badań naukowych powstały różne koncepcje budynków energooszczędnych: pasywne, zeroenergetyczne, samowystarczalne. Do dziś ze względu na dynamicznie rozwijającą się sytuację na rynku energii i ekologii definicja budynku energooszczędnego stale ulega zmianie.
Co to znaczy „budynek energooszczędny”?
Z zapisów prawnych wynika, choć nie wprost, że budynek energooszczędny to taki, który spełnia warunki dotyczące oszczędności energii i izolacyjności cieplnej określone w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Zgodnie z jego zapisami nowo projektowany budynek powinien zużywać energię na racjonalnie niskim poziomie. Wymaganie to uznaje się za spełnione, gdy przegrody zachowują minimalną wartość współczynnika przenikania ciepła U lub gdy budynek nie przekracza granicznej wartości wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło E0. Do oceny energochłonności budynku eksperci stosują wskaźniki sezonowego zapotrzebowania na ciepło – powierzchniowy EA [kWh/(m²·rok)] lub kubaturowy EV [kWh/(m³·rok)].
Wartości wskaźnika kubaturowego EV określone są w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych [1]. Najczęściej ze względów praktycznych do obliczeń zapotrzebowania budynku na ciepło korzysta się ze wskaźnika powierzchniowego EA. W tabeli 1 zaprezentowano przykładowy podział budynków ze względu na zapotrzebowanie na ciepło EA, opracowany przez Stowarzyszenie na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju. Przedstawiony podział jest, oczywiście, umowny i nieprecyzyjny – nie obejmuje zagadnień związanych ze sprawnością systemu grzewczego, nie odnosi się do energii pierwotnej oraz nie uwzględnia udziału ciepłej wody w całkowitym zużyciu energii (który wynosi od 15% do 50%).
Za energooszczędne można uznać budynki, które charakteryzują się powierzchniowym wskaźnikiem sezonowego zapotrzebowania na ciepło EA < 60–80 [kWh/(m²·rok)]. W tej grupie znajdują się budynki: energooszczędne, nisko energetyczne, pasywne oraz zeroenergetyczne. Za budynki pasywne początkowo uznawano te, w których straty ciepła można zrównoważyć przez zyski cieplne. Z czasem jednak definicja ta okazała się za mało precyzyjna, ponieważ praktyka pokazała, że są okresy, kiedy zyski ciepła w tych budynkach są niewielkie, a nawet zerowe. Dochodzi wówczas do wychłodzenia budynku, a nie można go ogrzać bez zaprojektowanego ogrzewania. Obecnie budynek uznaje się więc za pasywny, gdy wskaźnik EA ≤ 15 kWh/(m²·rok) oraz gdy zużycie energii pierwotnej (ilość energii zawartej w paliwie dostarczonym do źródła) EAS ≤ 120 kWh/(m²·rok).
Zapotrzebowanie na moc cieplną w budynku, który spełnia te wymagania, jest bardzo małe – wynosi qA ≤ 10 W/m². Zwolennicy budynków pasywnych są przekonani, że rozwój budownictwa pasywnego jest kierunkiem najbliższej przyszłości. Z tą koncepcją nie zgadzają się architekci, którym nie podoba się pomysł projektowania budynków o minimalnym stosunku powierzchni do kubatury (A/V), czyli zbliżonych do sześcianu. Podobne zdanie mają inwestorzy, którzy oczekują, że ich budynki będą miały reprezentacyjny wygląd. Czy można zatem wykonać budynki pasywne, tak aby zadowoliły najbardziej wybredne oko? Myślę, że tak. Należy jednak liczyć się z tym, że koszty takiej inwestycji będą znacznie wyższe. Na rys. 1 i 2 oraz w tabeli 2 zaprezentowano różnice architektoniczne między budynkiem tradycyjnym oraz energooszczędnym i pasywnym.
Czy warto budować domy pasywne?
Na potrzeby artykułu przeanalizowano opłacalność budowy budynku pasywnego w porównaniu z dwoma innymi budynkami. Założono, że wszystkie obiekty mają tę samą powierzchnię i kubaturę ogrzewaną wynoszącą 120 m² i 324 m³. Pierwszy z nich wykonany został według aktualnych wymagań prawnych i charakteryzuje się wskaźnikiem EA = 135 kWh/(m²·rok), drugi to budynek energooszczędny o EA = 60 kWh/(m²·rok), trzeci natomiast jest budynkiem pasywnym o EA = 15 kWh/(m²·rok).
Ogrzewanie dwóch pierwszych budynków realizowane jest za pomocą kotła kondensacyjnego gazowego. Jednostkowa cena ciepła wynosi 1,6 zł/m³, co daje ok. 0,18 zł/kWh. W budynku pasywnym źródłem ciepła jest pompa ciepła zasilana energią elektryczną. Cena jednostkowa ciepła z energii elektrycznej uzyskiwanej za pomocą pompy ciepła wynosi 0,1 zł/kWh. Przyjęto wysoką średnioroczną efektywność pompy ciepła wynoszącą 3,5 (na podstawie rozporządzenia ministra infrastruktury zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [2]).
Koszty budowy stanu surowego otwartego przyjęto na podstawie informacji uzyskanych od wykonawców i deweloperów – średnia cena za m² wyniosła 2416 zł/m². Koszty stolarki, izolacji termicznej, instalacji założono na podstawie ofert wykonawców oraz informacji o cenach jednostkowych uzyskanych w hurtowniach i u producentów (tabela 3). Przy wykonywaniu analizy nie uwzględniono kosztów remontów budynku, które można uznać w przybliżeniu za jednakowe. Ponadto nie wzięto pod uwagę wzrostu cen nośników energii, który mógłby wpłynąć nieznacznie na poprawę oceny opłacalności budowy domu pasywnego – przyjęto, że do ogrzewania będą wykorzystywane przez 30 lat te same nośniki energii.
Trudno jest jednak przewidzieć wzrost cen energii w tym okresie. Można się liczyć z tym, że w ciągu 10–15 lat opracowane zostaną nowe technologie wytwarzania energii, pozwalające obniżyć koszty ogrzewania budynku. Wymiana systemu grzewczego spowodowałaby wtedy obniżenie kosztów ciepła i obniżyłaby korzyści ekonomiczne wynikające z budowy domu pasywnego. Na podstawie analizy ekonomicznej określono prosty czas zwrotu poniesionych nakładów SPBT. Wyniósł on dla budynku pasywnego 37,8 lat. W tym okresie należy się liczyć z co najmniej dwukrotną, a nawet trzykrotną wymianą źródła ciepła.
W celu dokładniejszego prześledzenia omawianych przykładów wykonano dodatkowe analizy na podstawie wskaźnika NPV oznaczającego wartość bieżącą netto (ang. Net Present Value). Jest to dynamiczna metoda oceny efektywności ekonomicznej inwestycji i stanowi różnicę pomiędzy zdyskontowanymi przepływami pieniężnymi a nakładami początkowymi. Jeżeli wartość NPVjest większa od zera, to inwestycja może być uznana za opłacalną. Obliczono również wartość IRR, tzn. wewnętrznej stopy zwrotu (ang. Internal Rate of Return). Uwzględnia ona zmiany wartości pieniądza w czasie i jest oparta na analizie zdyskontowanych przepływów pieniężnych. Jeżeli wartość IRR jest większa niż stopa dyskonta, to inwestycja może być uznana za korzystną.
W omawianym przykładzie przyjęto maksymalny okres, w odniesieniu do którego wyznaczono wartość NPV i IRR – L = 30 lat – oraz stopę dyskonta w okresie 30 lat – średnio 6%. Wyniki analiz przedstawiono w tabeli 3. Wyniki analiz dotyczących budynku pasywnego były następujące: wartość NPV30 = –65 839 zł oraz IRR30 = –2, co oznacza, że budowanie domów pasywnych z ekonomicznego punktu widzenia jest nieopłacalne.
Nowoczesne projektowanie – optymalizacja rozwiązań
Budowa domu jest inwestycją wymagającą dużych środków finansowych, dlatego warto się zastanowić, czy przyjęte w projekcie rozwiązania są optymalne. Podstawowym wymaganiem stawianym budynkom w Prawie budowlanym (art. 5) [3] jest bezpieczeństwo użytkowania, w ramach którego ujęte są zagadnienia oszczędności energii i odpowiedniej izolacyjności termicznej. Oszczędzanie energii powinno być natomiast poddane racjonalizacji zgodnie z zapisami rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1].
Jak spełnić to wymaganie? Można przyjąć, że minimalne wymagania stawiane w rozporządzeniu [1] są racjonalne, jak sugerują zapisy w nim zawarte, albo wykonać budynek o określonych standardach: energooszczędny, nisko energetyczny lub pasywny. Można też dokonać optymalizacji poszczególnych rozwiązań, uwzględniając: czas korzystania z efektów, trwałość rozwiązań, amortyzację, koszty remontów, przewidywaną stopę dyskonta, koszt całkowity energii oraz przewidywany wzrost cen energii w badanym okresie. Na potrzeby artykułu dokonano takich obliczeń dla budynku ze ścianami z pustaków MAX oraz stropem dachu typu Fert 45. Wartość współczynnika U okien przyjęto według aktualnych minimalnych wymagań prawnych na poziomie 2,6 W/(m²·K).
W pierwszym przypadku założono, że koszt energii wynosi obecnie 50 zł/GJ, co odpowiada produkcji ciepła z kotłowni gazowej lub ciepłowni. W drugim przypadku założono produkcję tańszego ciepła z biomasy – peletu, którego koszt przyjęto na poziomie 800 zł/t, a wartość opałową – 19,6 GJ/t. Koszt produkcji ciepła wyniósł w tym wypadku 35 zł/GJ. Analizy wykonano w odniesieniu do okresów o długości L = 10 lat oraz L = 30 lat przy stopie dyskonta 6% oraz przy wzroście cen energii ponad inflację. Wyniki analiz ekonomiczno-technicznych zamieszczono w tabeli 4.
Dodatkowo wykonano optymalizację przegród przy zasilaniu budynku z kotłowni olejowej przy cenie oleju 2,7 zł/l, koszt produkcji ciepła – 78,8 zł/GJ. Z przeprowadzonej analizy wynika, że w różnych przypadkach racjonalna, optymalna izolacja termiczna przegród budowlanych może być zupełnie inna, ponieważ zależy od kilku czynników, w tym od ceny ciepła oraz długości analizowanego okresu. Przy wyższej cenie ciepła optymalna wartość współczynnika U jest znacznie niższa. Przy kosztownym cieple i przy wydłużaniu okresu korzystania z efektów energooszczędnych wartość współczynnika U izolacji termicznej maleje i zbliża się do minimalnych wymagań stawianych budownictwu pasywnemu. Przy cenie ciepła uzyskanej z oleju opałowego (Cp = 78,8 zł/GJ) współczynniki przenikania ciepła dla okresu L = 30 lat są poniżej minimalnych wymagań stawianych budownictwu pasywnemu. Pojawia się tylko pytanie, czy aktualnie proponowane rozwiązania są tak wytrzymałe i czy inwestor będzie chciał czekać na efekty zastosowania tych rozwiązań przez 30 lat.
Podsumowanie
Budownictwo mieszkaniowe ma znaczący udział w produkcji gazów cieplarnianych. Niezbędna jest redukcja emisji w tym sektorze, ale nie tylko przez zmniejszanie zużycia energii na etapie użytkowania budynku. Konieczna jest tu pełna analiza ekologiczna obejmująca cykl życia budynku, tzn. oddziaływanie na środowisko na etapie produkcji materiałów budowlanych, na etapie budowy, eksploatacji budynku oraz rozbiórki i utylizacji odpadów. Dopiero taka zrównoważona ocena cyklu życia budynku może dać odpowiedź, czy z ekologicznego punktu widzenia warto budować domy pasywne.
Ze względu na aspekt ekologiczny warto budować budynki, w których ciepło produkowane jest z odnawialnych źródeł energii. Z ekonomicznego punktu widzenia budowa domów pasywnych jest dziś nieopłacalna. Z przeprowadzonych analiz wynika, że obecnie należy budować domy energooszczędne, wykorzystujące odnawialne źródła energii o najkorzystniejszym wskaźniku efektywności przekształceń energetycznych PEF (energia słoneczna, biomasa). Zawsze jednak przed ostatecznym wyborem rozwiązania projektowego należy dokonać racjonalizacji – optymalizacji rozwiązań.
Literatura
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690, zm.: DzU z 2003 r. nr 33, poz. 270 oraz z 2004 r. nr 109, poz. 1156).
- Projekt rozporządzenia Ministra Infrastruktury z czerwca 2008 r. zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
- Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (DzU z 2006 r. nr 156, poz. 1118, nr 170, poz. 1217, z 2007 r. nr 88, poz. 587, nr 99, poz. 665, nr 127, poz. 880, nr 191, poz. 1373, nr 247, poz. 1844).
- J. Adamowski, „Czy warto budować budynki pasywne?”, Materiały konferencyjne V Dni Oszczędzania Energii, Instytut Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2006.
- Materiały archiwalne firmy Viessmann.
- L. Bondrea, A. Wiszniewski, „Wskaźnik energii pierwotnej do ogrzewania scentralizowanego”, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja”, 7–8/2008, s. 3–5.
PAŹDZIERNIK 2008