Zarządzanie energią w budynkach – czy to tylko obowiązek prawny?

Dążenie do dekarbonizacji budynków, które staje się wymogiem na terenie Unii Europejskiej, nakłada na projektantów, architektów, inżynierów oraz zarządców coraz większą odpowiedzialność w zakresie optymalnego zarządzania energią budynku. Wykorzystanie centralnych systemów zarządzania oraz monitorowania budynku umożliwia wieloczynnikową optymalizację zużycia energii – zarówno w budynkach nowych, modernizowanych, jak i zespołach budynków.

Energy management in buildings – is it a legal obligation only?

The pursuit of decarbonisation of buildings, which is becoming a requirement in the European Union, imposes on designers, architects, engineers and managers more and more responsibility in the field of optimal energy management of the building. The use of central building management and monitoring systems enables multi-factor optimization of energy consumption – both in new buildings, modernized buildings and complexes of buildings.

***

Inteligentny budynek (ang. Smart Building) działa najczęściej na podstawie systemu zarządzania budynkiem BMS (ang. Building Management System). System inteligentnego domu to, najprościej ujmując, sieć czujników rozmieszczonych w całym domu, które podpięte są do centralnego systemu zarządzania. System ten samodzielnie podejmuje różnego rodzaju decyzje, np. o uchyleniu okien, opuszczeniu rolet, zacienieniu, uruchomieniu refleksoli, nawadnianiu trawnika przed domem, uruchomieniu urządzeń chłodniczych, korekcie natężenia światła czy włączeniu zabezpieczeń przeciwpożarowych. System reaguje na określone sygnały, stanowiące zbiory informacji, na podstawie których realizowane są zaprogramowane reakcje systemu. O tym, jak bardzo zaawansowany jest to system, decydują:

• liczba czynników (parametrów) branych pod uwagę,
• możliwości przygotowania prawidłowej reakcji,
• stopniowanie intensywności, monitoring efektów oraz ewentualna korekta.

Inteligentny system umożliwia rozpoznawanie podobnych sytuacji i podejmowanie adekwatnego działania w oparciu o dane historyczne gromadzone w ramach systemu.

Poznaj raport: Transformacja sektora energetycznego Polski i pozostałych krajów UE do 2050 r.

Digitalizacja naszej rzeczywistości w coraz większym stopniu dotyczy stale rosnącej grupy wyrobów, w tym przeznaczonych do budownictwa, oraz całych obiektów budowlanych. Wyroby budowlane związane z produkcją lub zużyciem energii, takie jak: pompy ciepła, kotły, klimatyzatory, zasobniki ciepła, okna czy centrale wentylacyjne powinny posiadać etykiety energetyczne i w większości mają producencką automatykę sterującą. Pojawia się zatem pytanie: po co stosować scentralizowane systemy integrujące BMS, skoro mamy automatykę produktową? Czy jest taka potrzeba?

Systemy zarządzania energią i ich wpływ na budynek aktualnie nie są uwzględnione w polskich aktach wykonawczych, co utrudnia szacowanie korzyści, jakie mogą być osiągnięte przez integrowanie i inteligentne zarządzanie procesami energetycznymi. Z drugiej strony na podstawie doświadczeń autorów, wykorzystanie nowoczesnych systemów zarządzania energią pozwala zmniejszyć zużycie energii o 5–25%.

Zintegrowanie i centralne zarządzanie produkcją, dystrybucją oraz magazynowaniem i wykorzystaniem energii pozwala optymalizować, tak aby zmniejszyć zużycie energii końcowej przy minimalnych kosztach eksploatacyjnych. Należy też zapewnić jak najmniejsze oddziaływanie budynków na środowisko naturalne. Miarą może być wartość EP – nieodnawialnej energii pierwotnej oraz emisja CO₂.

Pojawia się zatem pytanie, czy w dobie unijnego priorytetu dotyczącego poprawy efektywności energii wprowadzenie zarządzania energią stanie się obowiązkiem prawnym, czy koniecznością wynikającą ze stale rosnących potrzeb i możliwości?

Idea budynku inteligentnego

Ideę inteligentnego budynku zapoczątkowano już w latach 70. XX wieku [1]. Skupiano się wtedy na automatyzacji procesów produkcyjnych i optymalizacji wydajności ekonomicznej firm. W latach 80. ideę zaadaptowano na potrzeby budownictwa użyteczności publicznej oraz poprawy bezpieczeństwa energetycznego w budynkach mieszkalnych [2].

Szybki rozwój technologii i dynamicznie zmieniające się oczekiwania użytkowników spowodowały, że znaczenie pojęcia „inteligentny budynek” w dużej mierze ewoluowało. Obecnie przez inteligentny rozumie się budynek wyposażony w urządzenia techniczne, ale przede wszystkim taki, w którym zachodzi możliwość efektywnego współkorzystania z tych urządzeń. Jest to zatem cały budynek (lub mieszkanie), w którym zintegrowany system sterowania funkcjami technicznymi, tzw. BMS lub HEMS, zarządza wszystkimi sterowalnymi czynnościami, takimi jak oświetlenie, ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja, kontrola dostępu, monitorowanie stanu instalacji elektrycznej, ostrzeganie w przypadku pojawienia się dymu, gaszenie pożarów czy też kontrola z użyciem systemów wizyjnych (kamery, fotokomórki itp.) oraz steruje sprzętami domowymi AGD i RTV [3].

Budynek inteligentny: EMS, HEMS, BMS

W ogólnym ujęciu budynek inteligentny to taki, który wykazuje się elastycznością w korzystaniu z dostępnych źródeł energii oraz współpracy z inteligentnymi sieciami typu: inteligentne osiedla czy inteligentne miasta [18]. Aby to osiągnąć, oczekiwane efekty w postaci racjonalizacji energii oraz wykorzystania AZE (alternatywne źródła energii) przez własną konsumpcję, konieczna jest integracja poszczególnych branż oraz centralne zarządzanie.

Zarówno w dyrektywie europejskiej [4], jak i polskiej strategii DSRB [10] pojawiają się pojęcia, które pozwalają skategoryzować systemy zarządzania budynkiem (BMS, HMS, HEMS, EMS) oraz ocenić stopień inteligencji budynku (SRI – Smart Readiness Index) [7].

Zarządzanie energią – smart home

System zarządzania energią smart home to system automatyki domowej, dzięki któremu zadania wykonują się automatycznie lub zdalnie. Pozwala on zdalnie wyłączyć lub włączyć dowolne urządzenie podłączone do sieci w domu. Można też włączyć ogrzewanie, kiedy użytkownik wraca do domu. System ten pełni również funkcję zarządzania rozdziałem i zużyciem energii elektrycznej w całym domu.

System HEMS

System HEMS/SHEMS/HMS (ang. Home Energy Management System) to system będący odpowiednikiem systemu BMS w ujęciu domowym/mieszkalnym z większym naciskiem na ergonomię i funkcjonalność użytkowania. Wysoka ergonomia użytkowania obejmuje: gotowe scenariusze ogrzewania, wentylacji, ciepłej wody, chłodzenia, a nawet oświetlenia, wyposażone w tryby: wakacje, poza domem czy dostosowane do zwyczajów domowników. Systemy HEMS mają zintegrowany wieloobwodowy licznik energii elektrycznej, który pozwala na szybką ocenę i optymalizację oraz regulację poszczególnych układów lokali mieszkalnych.

HEMS jest to inteligentny system nadzoru i przepływu energii w domu. Jego celem jest osiągnięcie najwyższego poziomu efektywności energetycznej poprzez optymalizację zużycia energii. HEMS pozwala właścicielom domów sterować działaniem poszczególnych urządzeń energetycznych i wyrobów budowlanych, aby podwyższyć komfort użytkowania oraz zaoszczędzić na kosztach eksploatacji. System HEMS może sprawić, że gospodarstwa domowe można będzie uznać za budynki o wysokim komforcie oraz niskim poziomie karbonizacji.

W przypadku bardziej zaawansowanych rozwiązań (HEMS i BMS) system może wykorzystywać sztuczną inteligencję, ucząc się zachowań użytkowników, zajętości i reakcji na warunki pogodowe, aby efektywnie zarządzać zużyciem energii w domu. HEMS opiera się na magazynowaniu energii i zarządza jej wykorzystaniem, dostosowując do potrzeb użytkowników. Pozwala połączyć w jedną sieć wszystkie urządzenia, które produkują, wykorzystują i magazynują energię.

Sterowanie EMS

System zarządzania energią EMS (ang. Energy management system) jest przeznaczony do zakładów przemysłowych. Służy on do kontroli parametrów pracy elektrowni pracujących samodzielnie lub przy zakładzie przemysłowym. Dodatkowo system zapewnia algorytmy optymalizujące zużycie energii elektrycznej, np. kompensacji mocy biernej lub funkcja ZeroExport.

System można skonfigurować do sterowania hybrydowym układem zasilania o wielu źródłach, np. do współpracy z fotowoltaiką, magazynem energii, agregatem, biogazownią, elektrownią wiatrową, pompą ciepła lub stacją ładowania pojazdów. System ma funkcje sterowania magazynami energii w każdej technologii, z wodorową włącznie. Inteligentne sterowanie rozpływem energii w zakładzie przemysłowym zapewnia optymalne wykorzystanie wszystkich zasobów energetycznych.

EMS gromadzi dane na temat zużycia energii elektrycznej w poszczególnych obwodach związanych z procesami produkcji oraz z systemami technicznymi budynku (klimatyzacja, wentylacja, ciepłownictwo, chłodnictwo, c.w.u., c.o.) oraz czuwa nad wykrywaniem anomalii, awarii oraz przekroczeń (np. strażnik mocy). Wykorzystując funkcjonalności systemu BMS (harmonogramy, opóźnienia w inicjalizacji, kalendarze), jest w stanie zareagować na anomalie lub zbliżające się przekroczenie mocy, awarie oraz wprowadzić opóźnienia w uruchamianiu mechanizmów, np. sterowanie przesłonami słonecznymi, roletami z podziałem na strefy wraz z celowo oszacowanym opóźnieniem w celu uniknięcia przekroczenia mocy, przesunięcia we włączaniu oświetlenia w budynku, opóźnienia strefowe w uruchamianiu klimatyzatorów (chłodzenie, grzanie) itp.

System BMS

Systemy BMS charakteryzują się wysokim stopniem zaawansowania algorytmicznego, niezawodnością, stabilnością działania, możliwością wprowadzania nowych danych, zmiany ustawień, generowania raportów zestawień oraz wykresów. Szeroki zakres możliwości magazynowania danych historycznych (ilość danych, zakres czasowy, próbkowanie) pozwala na wprowadzanie zmian w zarządzaniu budynkiem na podstawie zagregowanych danych całego budynku

BMS jest aktualnie stosowanym systemem zarządzania dużymi obiektami o skomplikowanej strukturze i przeznaczeniu, np. budynki zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej, biurowe, przemysłowe lub o specjalnym zastosowaniu, dla których oprócz zarządzania energią realizowane jest zarządzanie budynkiem, mikroklimatem. Bywa, że BMS zarządza procesami produkcyjnymi. Może być używany w dowolnych obiektach, zwłaszcza tych, w których występują szczególnie wymagające warunki użytkowe, takie jak laboratoria czy wylęgarnie.

Z uwagi na dużą skalę rozwiązania (monitorowanie i zarządzanie dużą ilością zmiennych nawet w systemach o bardzo restrykcyjnych reżimach produkcyjnych) może doprowadzić do ogromnych strat. Przedstawiony na RYS. 3 schemat BMS w ideowy sposób prezentuje, że jest systemem nadrzędnym nad systemem EMS, który jest jednym z jego elementów.

Swoboda i otwartość programistyczna pozwala w dowolny sposób kreować np. system kontroli dostępu, dotrzymanie zadanych parametrów powietrza: temperatury, wilgotności, poziomu natężenia światła, prognozowanie pogody i odpowiednie planowanie produkcji ciepła i chłodu, z wyprzedzeniem uwzględniając pojemność cieplną budynku. Współpraca ze stacją meteorologiczną oraz prognozami pogody opartymi o modele matematyczne pozwala na tworzenie systemu proaktywnego, a nie reaktywnego sposobu działania.

Zestawienie redukcji zużycia nieodnawialnej energii elektrycznej w odniesieniu do poszczególnych kombinacji elementów systemów budynku o różnym stopniu zintegrowania przedstawiono w TABELI 1. Wartości oszacowano na podstawie budynku dużej stacji paliw. Ilość zaoszczędzonej energii elektrycznej jest zależna od ilości zintegrowanych systemów automatyki w systemie centralnym oraz optymalnego sposobu ich zarządzania.

Możliwe do uzyskania korzyści ze stosowania BMS (HEMS):

• poprawa efektywności energetycznej domu,
• oszczędności kosztów energii,
• efektywne wykorzystanie energii z fotowoltaiki oraz innych źródeł OZE,
• zmniejszenie śladu węglowego gospodarstwa domowego,
• kontrola działania urządzeń domowych,
• obniżenie kosztów obsługi serwisowej poprzez predykcję usterek,
• system powiadamiania (SMS, e-mail),
• system priorytetyzacji alarmów, alertów,
• system wizualizacji danych wspomagających zrozumienie skumulowanych danych oraz tendencji użytkowników systemu,
• system harmonogramów (załączanie się obwodów oświetleniowych w zależności od pory dnia, dnia tygodnia, pory roku, lokalizacji),
• centralna synchronizacja czasu urządzeń,
• zwiększenie bezpieczeństwa użytkowania systemu (czujniki czadu, zalania etc.),
• dostęp do narzędzi wizualizacji wewnątrz systemu BMS z możliwością eksportu wykresów, tabel, zestawień, statystyk.

Wysoka ergonomia użytkowania systemu obejmuje: gotowe scenariusze ogrzewania, wentylacji, ciepłej wody, chłodzenia, a nawet oświetlenia. Wyposażony jest w tryby: wakacje, poza domem, dostosowanie do zwyczajów domowników. Optymalizacja pod kątem priorytetów, na podstawie danych historycznych dostępnych z chmury z wielu urządzeń (LAN, WAN). Z założenia system powinien być dostosowany do szybkiej rozbudowy – bez konieczności utylizowania urządzeń, które są zaimplementowane na początku użytkowania (szybko zmieniające się potrzeby, zmiana najemców, sprzedaż mieszkania etc.).

Sterowanie lokalne, centralne

Najstarszą metodą zarządzania produkcją energii była metoda ręcznej regulacji centralnej. Wraz z rozwojem technologii i systemów informatycznych zaczęto stosować coraz nowsze systemy regulacji centralnej oraz miejscowej (zawory termostatyczne), strefowanie instalacji c.o., tryby pracy, osłabienia weekendowe jako element instalacji c.o. oraz np. czujniki ruchu jako element systemów oświetlenia.

Regulacja centralna realizowana może być przy udziale automatyki poszczególnych urządzeń energetycznych, np. automatyki kotła: sterowanie w oparciu o:

• zadaną temperaturę powrotu,
• temperaturę wewnętrzną w referencyjnym pomieszczeniu strefy,
• krzywą grzania,
• z wykorzystaniem złożonych systemów informatycznych.

Przykładowe sprawności regulacji centralnej oraz miejscowej zamieszczono w TABELACH 2–9.

Sprawność regulacji i wykorzystania ma znaczący wpływ na zużycie energii. Wprowadzanie coraz bardziej zaawansowanych systemów zarządzania energią ma za zadanie obniżenie zużycia energii przy zachowaniu komfortu cieplnego użytkowania pomieszczeń.

Zintegrowanie i opomiarowanie procesów energetycznych budynku pozwala optymalizować zużycie energii i ograniczać oddziaływanie budynku na środowisko. Złożona automatyka oświetlenia pozwala zmniejszyć zużycie o 50%. Sterowanie kotłem i wspomaganie regulacją w pomieszczeniu pozwala zmniejszyć zużycie energii o 10–15%. Wprowadzenie programów czasowych produkcji np. ciepłej wody może obniżyć straty magazynowania oraz transportu. Zmniejszenie intensywności cyrkulacji c.w.u. w nocy pozwala zmniejszyć straty transportu. Podobnie się ma optymalizacja wentylacji pomieszczeń wg profilu użytkowania.

Zarządzanie energią a zapisy prawne

Idea i rozwój inteligentnych budynków wpisuje się w unijne cele dotyczące poprawy efektywności energetycznej, poprawy jakości powietrza, zmniejszenia emisji CO₂ i poprawy komfortu życia mieszkańców.

Znowelizowana w 2018 r. dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD) [4] nakłada na państwa członkowskie UE obowiązek ustanowienia długoterminowej strategii wspierania renowacji istniejących zasobów mieszkalnych i niemieszkalnych, w tym zarówno publicznych, jak i prywatnych, tak aby do 2050 r. osiągnąć ich efektywność energetyczną, odpowiadającą standardowi budynków o niemal zerowym zużyciu energii [5].

W lutym 2022 r. Rada Ministrów przyjęła dokument „Długoterminowa Strategia Renowacji Budynków (DSRB)” [10], w którym jednym z celów jest wsparcie wdrożenia systemów inteligentnego zarządzania energią na poziomie budynków i miast w celu optymalizacji wykorzystania energii, m.in. przez wprowadzenie wskaźnika gotowości budynków do obsługi inteligentnych sieci SRI (ang. Smart Readiness Indicator) [20] w celu podniesienia świadomości o korzyściach płynących z inteligentnych technologii i technologii informacyjno-komunikacyjnych w budynkach.

Nowelizacja dyrektywy „The Energy Performance of Building Directive” (Dyrektywa o Efektywności Energetycznej Budynków) z 2018 r. [4] przełożyła się na opracowanie polskich strategii modernizacji budynków – DSRB [10]. Możliwości automatyzacji procesów energetycznych i infrastruktura inteligentnego domu pozwalają zarządzać budynkiem i klimatem wewnętrznym oraz zwiększyć możliwości wykorzystania funkcjonalności pomieszczeń. Umożliwiają także poprawę bezpieczeństwa użytkowników oraz mienia. Zazwyczaj pozwalają optymalizować zużycie energii oraz koszty użytkowania.

Istotą smart building jest wysoki stopień zintegrowania wyspecjalizowanych systemów poszczególnych urządzeń oraz programowania sterującego wykorzystującego sztuczną inteligencję. Budynki typu smart różnią się od budynków wyposażonych w niezależne systemy sterowania tym, że procesy energetyczne są zintegrowane wokół jednostki nadrzędnej realizującej zadane cele. Jednym z zadań może być monitorowanie budynku pod względem zużycia energii. Celem może być też zapewnianie komfortu użytkowania. W tradycyjnym budynku każda funkcjonalność działa autonomicznie, co uniemożliwia wykorzystanie potencjału poprawy efektywności energetycznej synergii [3].

Po kilkudziesięciu latach obserwacji żaden z nowo instalowanych systemów w budynkach nie powinien działać niezależnie. Zastosowanie sterowania opartego o zespół zależności i algorytmów sterowania zapewnia efektywne zarządzanie klimatem wewnętrznym, energią cieplną, chłodniczą i elektryczną. Budynek jest bowiem swego rodzaju ekosystemem, który pozostaje w silnej zależności od warunków pogodowych mających wpływ na zanieczyszczenie powietrza [11].

Metodyka powinna również uwzględniać interoperacyjność między systemami technicznymi budynków oraz pozytywny wpływ istniejących sieci łączności, zgodnie z odpowiednimi unijnymi przepisami dotyczącymi ochrony danych i prywatności oraz najlepszymi dostępnymi technikami bezpieczeństwa cybernetycznego. Ponadto, zgodnie z wersją przekształconą dyrektywy EPBD, SRI powinny być identyfikowane w prosty i przejrzysty sposób, aby były łatwo zrozumiałe dla konsumentów, użytkowników i inwestorów [19].

Interoperacyjność wymusza korzystanie z rozwiązań umożliwiających komunikację i niezawodną współpracę pomiędzy automatyką produktową a nadrzędnym systemem zarządzania energią.

Polskie wymagania prawne

Zarządzanie energią w obiektach budowlanych w Polsce ma już stosunkowo długą historię. Pierwsze udane realizacje sięgają połowy lat 90. ubiegłego wieku. Wszystkie zrealizowane projekty zainicjowane były doświadczeniami zagranicznymi i w wielu wypadkach nie były prawidłowo eksploatowane. Zamiast korzyści przynosiły zarządcom raczej kłopoty. Stosowanie mechanizmów zarządzania energią bez świadomości celu, możliwości i wreszcie efektów stwarzało więcej kłopotów użytkowych niż korzyści.

Z czasem świadomość rosła, tak jak rosły możliwości teleinformatyczne. Rozwój systemów zarządzania, aspekty środowiskowe, efektywność energetyczna, certyfikacja budynków, zmniejszenie kosztów, wygoda i moda wpłynęły na coraz częstsze stosowanie zarządzania energetycznego budynków – ZEB. Efekty są bardzo zachęcające, a opłacalność radykalnie wzrosła w ostatnich latach ze względu na wzrost cen nośników energii.

Czy wymagania prawne narzucają konieczność stosowania ZEB? Czy są już sprecyzowane wymagania prawne opisane w Prawie budowlanym lub w Warunkach Technicznych?

Długoterminowa Strategia Renowacji Budynków

Długoterminowa Strategia Renowacji Budynków [10] przyjęta przez rząd RP w lutym 2022 r. zawiera zalecenia w zakresie zarządzania energią. Wspomniana strategia określa kierunek długofalowej renowacji (głębokiej termomodernizacji) i modernizacji budynków, poprzez realizację kolejnych celów dostosowanych do specyfiki i charakterystyki użytkowej obiektu:

1. Konieczne jest zintegrowane podejście do systemów zarządzania budynkiem. Może być ono realizowane poprzez uwzględnienie i zarządzanie wszystkimi systemami budynkowymi z jednego panelu operatorskiego (systemy klimatyzacji i wentylacji, ciepła woda użytkowa, chłodnictwo, ciepłownictwo, urządzenia pomocnicze, oświetlenie).
2. Rozliczanie systemów znajdujących się w budynku na podstawie zużycia energii elektrycznej (podział zużyć w celu oceny poprawności działania systemów oraz łatwość optymalizacji zużycia energii elektrycznej w całym budynku).
3. Tworzenie technologii i systemów integrujących zespoły inteligentnych budynków i infrastruktury inteligentnych miast.
4. Implementacja systemów pozwalających na łatwe i pełniejsze wykorzystanie funkcji i budynków inteligentnych (np. System Zarządzania Budynkiem BMS), w tym ułatwienia dostępu i sterowania (sterowanie gestem i mową).
5. Systemy dystrybucji energii w budynku w zależności od dostępności i chwilowych potrzeb, poprzedzone opracowaniem systemu priorytetyzacji wykorzystania różnych źródeł energii w zintegrowanym systemie energetycznym budynku.
6. Projektowanie, budowa i testowanie modułów komunikacyjnych zapewniających wymianę danych i zarządzanie aktywnymi elementami inteligentnych budynków.
7. Projektowanie, budowa i testowanie zintegrowanych systemów zarządzania energią dla autonomicznych systemów lokalnych (zarządzanie systemem budynków rozproszonych, np. ELPCLOUD, chmurowe systemy BMS).

Siedem zaleceń jest jakby pełnią oczekiwań od zintegrowanych systemów zarządzania energią w budynkach, które będą rozwijane i wdrażane przez najbliższe lata. Wytyczne siódemki (7×BMS) na pewno będą w najbliższych latach rozwijane, wdrażane i monitorowane. Celem jest „inteligentne” użytkowanie budynków neutralnych klimatycznie.

Prawo budowlane i zarządzanie energią

O systemach zarządzania energią w Prawie budowlanym [14] nie ma wzmianek bezpośrednich. W art. 5 zamieszczono podstawowe wymagania, których brzmienie można powiązać ze stosowaniem zarządzeniem energią.

W artykule 5.1. zapisano: „Obiekt budowlany jako całość oraz jego poszczególne części, wraz ze związanymi z nim urządzeniami budowlanymi należy, biorąc pod uwagę przewidywany okres użytkowania, projektować i budować w sposób określony w przepisach, w tym techniczno-budowlanych, oraz zgodnie z zasadami wiedzy technicznej, zapewniając:

1) spełnienie podstawowych wymagań dotyczących obiektów budowlanych (...) dotyczących (f) oszczędności energii i izolacyjności cieplnej.

Obiekty budowlane jako całość oraz ich poszczególne części muszą nadawać się do użycia zgodnie z ich zamierzonym zastosowaniem, przy czym należy w szczególności wziąć pod uwagę zdrowie i bezpieczeństwo osób mających z nimi kontakt przez cały cykl życia tych obiektów. Przy normalnej konserwacji obiekty budowlane muszą spełniać następujące podstawowe wymagania.

W pkt 5.6. zamieszczono zapisy: „Obiekty budowlane i ich instalacje grzewcze, chłodzące, oświetleniowe i wentylacyjne muszą być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby utrzymać na niskim poziomie ilość energii wymaganej do ich użytkowania, przy uwzględnieniu potrzeb zajmujących je osób i miejscowych warunków klimatycznych. Obiekty budowlane muszą być również energooszczędne i zużywać jak najmniej energii podczas ich budowy i rozbiórki” [14]. Zapis jest bardzo ogólny, wymaga jednak, aby zużycie energii było na racjonalnie niskim poziomie w cyklu „życia” budynku.

Charakterystyka energetyczna

W rozporządzeniu [17] precyzującym sposoby wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku zamieszczono metodologię wyznaczania sprawności systemów grzewczych, chłodniczych, ciepłej wody oraz oświetlenia. Nie ma jednak odniesienia do centralnych systemów zajmujących się integracją energetyczną budynku i optymalizacją zużycia energii. Nie jest wiadome, w jaki sposób należy szacować poprawę sprawności regulacji, wykorzystania w przypadku, gdy stosowany jest jeden z modeli zarządzania energią: BMS, EMS, HMS. Samo hasło „zarządzanie energią” nie wiadomo co dokładnie ma znaczyć i jaki będzie miało wpływ na zużycie energii.

Zgodnie z obowiązującym rozporządzeniem [17] charakterystykę energetyczną budynku określa się na podstawie obliczonej lub faktycznie zużytej ilości energii. Na podstawie doświadczeń autorów zastosowanie BMS-u lub EMS-u pozwoliło zaoszczędzić 5–20% energii.

Warunki Techniczne (WT2021)

Stosowanie automatycznych systemów sterowania automatyki produktowej jest narzucone w rozdziałach dotyczących źródeł ciepła, chłodu wentylacji mechanicznej [15]. Zgodnie z wymaganiami (WT2021): „instalacje ogrzewcze powinny być zaopatrzone w urządzenia, które automatycznie regulują temperaturę oddzielnie w poszczególnych pomieszczeniach, a w przypadku braku możliwości montażu urządzeń automatycznie regulujących temperaturę oddzielnie w poszczególnych pomieszczeniach dopuszcza się stosowanie regulacji w strefie ogrzewanej. Wymaganie to stosuje się tylko w przypadku:

• gdy możliwości realizacji z technicznego punktu widzenia, w oparciu o opinię sporządzoną przez osobę posiadającą uprawnienia do projektowania w odpowiedniej specjalności, oraz
• gdy możliwości realizacji z ekonomicznego punktu widzenia, na podstawie porównania początkowych kosztów instalacji urządzenia, które automatycznie reguluje temperaturę, ze spodziewanymi oszczędnościami kosztów energii, wynikającymi z instalacji tych urządzeń, gdzie okres zwrotu z inwestycji jest nie dłuższy niż 5 lat,
• wymiany źródła ciepła w budynkach użytkowanych.

W przypadku instalacji układów klimatyzacji powinny być one zaopatrzone w urządzenia, które automatycznie regulują temperaturę oddzielnie w poszczególnych pomieszczeniach. Odstępstwa możliwe są tylko w przypadku:

1) braku możliwości realizacji z technicznego punktu widzenia, w oparciu o opinię sporządzoną przez osobę posiadającą uprawnienia do projektowania w odpowiedniej specjalności,

oraz

2) braku możliwości realizacji z ekonomicznego punktu widzenia, na podstawie porównania początkowych kosztów instalacji urządzenia, które automatycznie reguluje temperaturę, ze spodziewanymi oszczędnościami kosztów energii, wynikającymi z instalacji tych urządzeń, gdzie okres zwrotu z inwestycji jest nie dłuższy niż 5 lat

lub

3) w przypadku braku możliwości montażu urządzeń automatycznie regulujących temperaturę oddzielnie w poszczególnych pomieszczeniach (dopuszcza się stosowanie regulacji w strefie chłodzącej) [15].

Rozporządzenie w sprawie zakresu i formy projektu budowlanego

Z uwagi na rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego [16] projektant jest zobligowany do wykonania analiz i przedstawienia wyników w zakresie wyboru systemu automatycznej regulacji. Projektant musi zamieścić wyniki analizy technicznych i ekonomicznych możliwości wykorzystania urządzeń, które automatycznie regulują temperaturę oddzielnie w poszczególnych pomieszczeniach lub w wyznaczonej strefie ogrzewanej, zgodnie z § 135 ust. 7–10 i § 147 ust. 5–7 rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

Poniżej przedstawiono przykładową analizę systemu automatycznej regulacji.

Opis systemu grzewczego: W pomieszczeniach ogrzewanie będzie realizowane z pompy ciepła (chłodnicy/nagrzewnicy freonowej) zainstalowanej w centrali wentylacyjnej zasilanej z agregatów skraplających. Dodatkowym źródłem ciepła jest nagrzewnica elektryczna zainstalowana w centrali wentylacyjnej. W sali konsumpcji ogrzewanie realizowane będzie za pomocą pompy ciepła zasilającej jednostki wewnętrzne klimatyzatorów kasetonowych. W szatniach oraz WC ogrzewanie realizowane za pomocą grzejników elektrycznych konwekcyjnych.

Analiza techniczna możliwości wykorzystania urządzeń automatycznie regulujących temperaturę oddzielnie w poszczególnych pomieszczeniach lub w wyznaczonej strefie ogrzewanej: Istnieją techniczne możliwości zastosowania systemu EMS do automatycznej i zdalnej regulacji temperatury w pomieszczeniu.

W analizowanym przypadku zastosowanie systemu EMS do automatycznej i zdalnej regulacji temperatury jest ekonomicznie nieuzasadnione. Czas zwrotu poniesionych nakładów inwestycyjnych przekracza trwałość rozwiązania. Najprawdopodobniej zamieszczone w rozporządzeniu sprawności uniemożliwiają oszacowanie korzyści wynikających z zastosowania zintegrowanego systemu zarządzania energii.

Są też przykłady pomierzonych korzyści, w których czas zwrotu poniesionych nakładów nie przekracza 2–3 lata. Warto wówczas zastosować bardziej skomplikowane systemy zarządzania energią i optymalizacji kosztów eksploatacyjnych.

Systemy zarządzania energią

Szacuje się, że 25% zasobów budowlanych w Europie powstało przed 1950 r. W Polsce średnia jest nieco wyższa i wynosi około 29%. Z uwagi na konieczność zachowania wartości historycznych budynki te są wyłączone z obowiązku stosowania minimalnych wymogów prawnych. W zakresie EMS zostanie opracowany osobny sposób ewaluacji budynków przy użyciu wskaźnika SRI [13].

Systemy informatyczne umożliwiają zmniejszenie zużycia energii przez zarządzanie. Ze względu na największy udział budownictwa w zużyciu energii (41%) wszelkie działania ograniczające energochłonność są bardzo pożądane. Wśród użytkowników bardzo powoli wzrasta zainteresowanie certyfikacją energetyczną. Oczekiwania użytkowników koncentrują się głównie na minimalizacji kosztów eksploatacyjnych. Wymagania prawne doprowadzają do coraz częstszego stosowania systemów zarządzania i optymalizacji zużycia energii.

Podsumowanie

Nie ulega wątpliwości, że najbliższe lata w budownictwie podyktowane będą potrzebą zapewnienia komfortu użytkowania przy zachowaniu optymalnego zużycia energii przy minimalnych kosztach, w tym środowiskowych. Działania te wspierane przez najnowsze technologie umożliwią osiągnięcie neutralności klimatycznej. Bez wątpienia dążenie do zwiększenia wartości wskaźnika SRI (Smart Readiness Index) zarówno w nowych, jak i modernizowanych budynkach skutkować będzie obniżeniem śladu węglowego, zwiększeniem niezawodności, znaczącym obniżeniem kosztów eksploatacji, serwisowania, konserwacji oraz administracji.

Kluczowe jest również zapewnienie ciągłej informacji dotyczącej stanu poszczególnych urządzeń i układów, utrzymywanych warunków oraz system alertów o zróżnicowanych priorytetach (pilny, krytyczny, zagrożenia życia, informacyjny), który zwiększa bezpieczeństwo użytkowania budynku w wymiarze 24 h/7 dni w tygodniu.

W związku ze zwiększoną ilością czasu spędzanego wewnątrz budynków istotne staje się utrzymanie warunków powietrza zbliżonych do środowiska naturalnego, z uwzględnieniem zarządzania wilgotnością, temperaturą, CO₂, zanieczyszczeniami, jonizacji itp. Gwarantuje to polepszenie samopoczucia [29], lepszą ochronę układu oddechowego, odpowiednią ilość tlenu dostarczoną do układu nerwowego, zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia lub zaostrzenia alergii oraz dolegliwości związanych z układem pokarmowym, oddechowym i nerwowym.

Ograniczenie ilości patogenów, które dostają się do układu oddechowego, zmniejsza prawdopodobieństwo zachorowania na liczne choroby przenoszone drogą kropelkową (grypa, RSV, SARS-COV2 etc.) [28, 29].

Literatura

 1. M. Dechnik, Sz. Moskwa, „Smart House – inteligentny budynek – idea przyszłości”, „Przegląd Elektrotechniczny” 9/2017, https://doi.org/10.15199/48.2017.09.01.
 2. E. Niezabitowska, J. Mikulik, „Budynek inteligentny”, t. II „Podstawowe systemy bezpieczeństwa w budynkach inteligentnych”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2014.
 3. A. Romańska-Zapała, „Zintegrowane systemy sterowania procesami w obiektach budowlanych”, „Materiały Budowlane” 5/2014, s. 115–116.
 4. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/844 z dnia 30 maja 2018 r. zmieniająca dyrektywę 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i dyrektywę 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej (Dz. Urz. UE L 156/75).
 5. Zalecenie Komisji (UE) 2019/786 z dnia 8 maja 2019 r. w sprawie renowacji budynków (notyfikowana jako dokument nr C(2019) 3352) (Dz. Urz. UE L 127/34).
 6. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (Dz. Urz. UE L 153/13).
 7. M. Kadela, F. Copiak, R. Geryło i in., „System oceny SMART Readiness budynków – bieżąca potrzeba czy wyzwania przyszłości?”, „Materiały Budowlane” 10/2022, s. 32–38, DOI:10.15199/33.2022.10.09.
 8. Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2020/2155 z dnia 14 października 2020 r. uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE poprzez ustanowienie opcjonalnego wspólnego systemu Unii Europejskiej w zakresie oceny gotowości budynków do obsługi inteligentnych sieci (Dz. Urz. UE L 431/9).
 9. Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) 2020/2156 z dnia 14 października 2020 r. określające warunki techniczne skutecznego wdrożenia opcjonalnego wspólnego systemu Unii Europejskiej w zakresie oceny gotowości budynków do obsługi inteligentnych sieci (Dz. Urz. UE L 431/25).
10. Załącznik do uchwały nr 23/2022 Rady Ministrów z dnia 9 lutego 2022 r.: „Długoterminowa strategia renowacji budynków. Wspieranie renowacji krajowego zasobu budowlanego”.
11. T. Godlewski, „Rola czynników klimatycznych w projektowaniu geotechnicznym i kształtowaniu konstrukcji”, XVI Konferencja Naukowo-Techniczna „Warsztat pracy rzeczoznawcy budowlanego”, Kielce–Cedzyna, 26–28 października 2020 r.
12. Komisja Europejska, „Impuls dla gospodarki neutralnej dla klimatu: strategia UE dotycząca integracji systemu energetycznego”, Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno­ Społecznego i Komitetu Regionów, COM(2020) 299 final, Bruksela, 8.07.2020.
13. A. Fokaides Paris, Ch. Panteli, A. Panayidou, „How Are the Smart Readiness Indicators Expected to Affect the Energy Performance of Buildings: First Evidence and Perspectives, „Sustainability” 2020, 12, 9496, https://doi.org/10.3390/su12229496.
14. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (DzU z 1994 r., nr 89, poz. 414, z późn. zm.).
15. 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, z późn. zm.).
16. Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 11 września 2020 r. w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego (DzU z 2020 r., poz. 1609).
17. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (DzU z 2015 r., poz. 376).
18. A. Pamuła, J. Papińska-Kacperek, „Inteligentne domy i inteligentne sieci energetyczne jako element infrastruktury Smart City”, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Szczecińskiego nr 721, Studia Informatica nr 29, 2012.
19. I. Vigna, R. Pernetti, W. Pasut, R. Lollini, „New domain for promoting energy efficiency: Energy Flexible Building Cluster”, „Sustainable Cities and Society”, 2018, Vol. 38, p. 526–533. 20. J. Marchwiński, K. Kurtz-Orecka, „Effect of photovoltaic installation power and façade glazing ratio on the energy performance of a nursery building”, „Engineering Construction & Architectural Management”, 2022, DOI:10.1108/ECAM-08-2021-0735.
20. K. Kurtz-Orecka, „Impact of technical systems efficiency and calculation method on evaluation of building energy performance and carbon emission”, „Ekonomia i Środowisko”, 4/2018, s. 176–188.
21. M. Klimczak, G. Bartnicki, „Possibility of reducing the costs of hot water distribution while maintaining the user’s comfort”, E3S Web of Conferences 44, 2018, 00067, DOI:10.1051/e3sconf/20184400067.
22. B. Bøhm, „Production and distribution of domestic hot water in selected Danish apartment buildings and institutions. Analysis of consumption, energy efficiency and the significance for energy design requirements of buildings”, „Energy Conversion and Management”, 67/2013, p. 152–159,
DOI:10.1016/j.enconman.2012.11.002.
23. D. Clements-Croome, „Intelligent buildings: design, management and operation”, Thomas Telford Publishing, London 2004.
24. J. Mikulik (red.), „Inteligentne budynki – informacja i bezpieczeństwo”, Wydawnictwo LIBRON, Kraków 2016.
25. E. Niezabitowska, „Budynek inteligentny”, t. I „Potrzeby użytkownika a standard budynku inteligentnego”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010.
26. A. Ożadowicz, „Analiza porównawcza dwóch systemów sterowania inteligentnym budynkiem: systemu europejskiego EIB/KNX oraz standardu amerykańskiego na bazie technologii Lon Works”, rozprawa doktorska, promotor: Z. Hanzelka, AGH, Kraków 2007.
27. F.Q. Molina, D.B. Yaguana, „Indoor Environmental Quality of Urban Residential Buildings in Cuenca – Ecuador: Comfort Standard”, „Buildings” 8/2018, p. 90, https://doi.org/10.3390/buildings8070090.
28. A. Mainka, E. Zajusz-Zubek, B. Kozielska, E. Brągoszewska, „Badanie zanieczyszczeń powietrza oddziałujących na dzieci w przedszkolu miejskim zlokalizowanym przy drodze o dużym natężeniu ruchu”, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, „Inżynieria i Ochrona Środowiska”, 2015, t. 18, nr 1, s. 119–133.
29. H. Takizawa, „Impact of air pollution on allergic diseases”, „Korean J Intern Med.”, 2011 Sep; 26(3), p. 262–273, DOI:10.3904/kjim.2011.26.3.262.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!