Jak izolować ściany zewnętrzne budynków?

Z reguły wyższy stopień ochrony cieplnej, czyli lepsze izolowanie przegród budowlanych, związany jest z wyższymi nakładami inwestycyjnymi, natomiast umożliwia obniżenie wieloletnich kosztów ogrzewania budynku. By więc ocenić efektywność ekonomiczną planowanego rozwiązania w dziedzinie ochrony cieplnej budynków, należy zbadać relację pomiędzy nakładami i efektami możliwych wariantowych rozwiązań.

Opłacalność rozwiązania – metody rachunku ekonomicznego

By dokonać właściwego wyboru spośród możliwych rozwiązań, należy porównać możliwe wariantowe rozwiązania z rozwiązaniem bazowym lub porównać rozwiązania wariantowe między sobą. Rozwiązaniem bazowym może być rozwiązanie projektowe o najniższych nakładach inwestycyjnych, w którym sezonowe zapotrzebowanie na ciepło lub współczynniki przenikania ciepła przegród budowlanych ściśle odpowiadają wymaganiom zawartym w przepisach.

W przypadku planowanej modernizacji rozwiązaniem bazowym jest stan istniejący budynku. W odniesieniu do wariantu bazowego należy określić teoretyczne roczne koszty ogrzewania, a następnie sprawdzić, czy inne rozwiązania są bardziej efektywne od bazowego.

Oceny efektywności poszczególnych wariantów dokonuje się przez porównanie dodatkowych nakładów i przewidywanych oszczędności w rocznych kosztach ogrzewania. To porównanie sprowadza się do obliczenia czasu zwrotu nakładów lub wartości inwestycji netto.

Prosty czas zwrotu nakładów jest to okres, w którym wpływy (oszczędności) zrównoważą poniesione nakłady inwestycyjne. Inwestycja będzie tym korzystniejsza, im krótszy będzie czas zwrotu nakładów. Na ogół jako opłacalne ocenia się inwestycje, których czas zwrotu nie przekracza 7 lat.

Obliczanie nakładów inwestycyjnych odbywa się według powszechnie stosowanych metod kosztorysowania. Pewne trudności natomiast może sprawiać obliczanie przewidywanych przyszłych kosztów ogrzewania budynku, które wykonuje się na podstawie przewidywanego sezonowego zapotrzebowania na energię do ogrzewania w standardowym sezonie grzewczym i przy zachowaniu normowych temperatur w pomieszczeniach, a także niezbędnej mocy szczytowej systemu grzewczego oraz na podstawie cen dostawy lub wytworzenia ciepła.

Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynku w standardowym sezonie grzewczym oblicza się z uwzględnieniem: strat ciepła przez przenikanie przez przegrody zewnętrzne, czyli ściany zewnętrzne, okna, stropodach, strop nad piwnicą, oraz strat ciepła do gruntu; strat ciepła na podgrzanie ciepła wentylacyjnego; zysków ciepła od promieniowania słonecznego; wewnętrznych zysków ciepła (znajdujący się w mieszkaniu ludzie i urządzenia).

W obliczeniach tych bierze się pod uwagę średnie wieloletnie temperatury powietrza zewnętrznego w poszczególnych miesiącach w miejscu usytuowania budynku. Wielkość sezonowego zapotrzebowania na ciepło zależy od cech architektonicznych budynku, od konstrukcji przegród budowlanych oraz od systemu wentylacji. Jest to więc dla danego budynku wartość niezmienna, o ile nie ulegają zmianie te cechy budynku. Nie ma na nią wpływu rodzaj i sprawność systemu grzewczego.

Obliczenia sezonowego zapotrzebowania ciepła wykonuje się według normy PN/B-02025 (analogicznej do instrukcji nr 330 Instytutu Techniki Budowlanej) z wykorzystaniem programów komputerowych.

Znając zapotrzebowanie na energię, przelicza się je na ilość opału (gazu, oleju grzewczego, koksu), z uwzględnieniem wartości opałowej, a następnie oblicza roczne koszty ogrzewania. Jeżeli budynek korzysta z ciepła dostarczanego z sieci cieplnej, to zwykle podstawą rozliczeń jest taryfa dwuczłonowa obejmująca opłatę za dostarczoną energię i opłatę za zamówioną moc.

Optymalna grubość warstwy izolacyjnej

Grubość warstw izolacji cieplnej trzeba ustalać na podstawie analizy ekonomicznej, przy czym nie może być ona mniejsza, niż to wynika z wymagań dotyczących współczynnika przenikania ciepła przez przegrody budowlane.

Na ogół ekonomicznie uzasadnione są grubości, przy których wartość współczynnika przenikania ciepła będzie znacznie niższa od wartości granicznych wskazanych w przepisach.

W praktycznych poszukiwaniach optymalnego rozwiązania mamy do czynienia z ograniczonym zbiorem możliwych i realnych rozwiązań. Dlatego nie jest celowe tworzenie ogólnych formuł matematycznych opisujących problem, a znacznie prościej i szybciej prowadzi do celu porównanie i ocena kilku możliwych do zastosowania rozwiązań.

Wyznaczanie optymalnej grubości izolacji – obliczenia według różnych metod

Optymalną grubość warstwy izolacji termicznej wyznacza się na podstawie kryteriów maksymalnego efektu ekonomicznego lub minimalnych sumarycznych nakładów albo najkrótszego czasu zwrotu nakładów.

Maksymalny sumaryczny efekt ekonomiczny (zysk) w ciągu całego okresu eksploatacji

Optymalną grubość izolacji termicznej można wyznaczyć w oparciu o kryterium maksymalnego sumarycznego efektu ekonomicznego (zysku) uzyskanego w całym okresie eksploatacji. Polega to na wyliczeniu i porównaniu wskaźnika NPV – wartości zaktualizowanej inwestycji netto (ang. Net Present Value) obliczonej dla każdego wariantu. NPV wyraża sumaryczną korzyść z planowanej inwestycji. Najwyższa wartość NPV wyznacza wariant optymalny.

Oto przykład: poszukujemy optymalnej grubości termoizolacji stanowiącej ocieplenie ściany o k = 1,8. Rozpatrujemy warianty grubości ocieplenia od 2 do 14 cm. Dla każdej grubości wyznaczamy roczny koszt ogrzewania związany ze stratami ciepła przez 1 m2 ściany i oszczędność tych kosztów w porównaniu do stanu istniejącego.

Cenę energii przyjmujemy na poziomie 26,8 zł/GJ. Oszczędność wieloletnią w ciągu 20 lat obliczamy, mnożąc wartość oszczędności rocznej przez wartość At, która dla 20 lat i stopy dyskontowej rocznej 8% wynosi 9,82. W celu wyznaczenia NPV trzeba od tej wartości zdyskontowanych oszczędności odjąć sumę nakładów inwestycyjnych I (według oferty wykonawcy). Należy zwrócić uwagę, że dla mniejszych grubości (od 2 do 8 cm) różnice cen są bardzo niewielkie, natomiast większe różnice ceny następują przy powiększeniu grubości ponad 8 cm ze względu na konieczność zastosowania innego sposobu mocowania materiału izolacyjnego do podłoża (ściany).

Z obliczeń wynika (tabela 1), że optymalną grubością ocieplenia jest 12 cm. Bardzo zbliżona jest efektywność ekonomiczna warstwy o grubości 10 cm.

Minimum sumarycznych kosztów i nakładów inwestycyjnych

Te samą optymalną grubość izolacji można też wyznaczyć, przyjmując jako kryterium minimum kosztów poniesionych w ciągu całego okresu eksploatacji LCC – sumę wieloletnich kosztów i nakładów inwestycyjnych (ang. Life Cycle Cost). Dla każdego wariantu obliczamy sumę nakładów inwestycyjnych i wieloletnich (zdyskontowanych) kosztów ogrzewania. Optymalny jest wariant o najniższych sumarycznych kosztach.

Optymalna grubość ocieplenia to 12 cm (tabela 2), tak więc według tych obliczeń otrzymaliśmy ten sam wynik, co uzyskany w przykładzie poprzednim (w zasadzie jest to to samo obliczenie, tylko inaczej interpretowane).

Prosty czas zwrotu nakładów

W celu dokonania szybkiego, orientacyjnego porównania efektywności kilku wariantów grubości izolacji termicznej można się posłużyć uproszczoną metodą oceny, która polega na przyjęciu prostego czasu zwrotu nakładów. Czas zwrotu obliczamy jako iloraz wartości nakładów inwestycyjnych i wartości jednorocznych oszczędności (obniżenia rocznych kosztów eksploatacyjnych).

Wariant o najkrótszym czasie zwrotu jest wariantem najkorzystniejszym, czyli optymalnym. Przedstawione obliczenia dotyczą robót termomodernizacyjnych, w których dokonuje się poprawy niezadowalającego stanu obiektu.

Nieco inaczej trzeba postępować, poszukując najkorzystniejszej grubości warstw dla budynku projektowanego. Ponieważ budynek jeszcze nie istnieje i nie mamy rozwiązania bazowego, trzeba takie rozwiązanie przyjąć.

Można np. założyć, że ściana ma być wykonana z podstawowego przewidywanego materiału (np. z pustaków MAX), bez dodatkowej warstwy izolacyjnej i dla takiej przegrody wyznaczyć straty ciepła i roczne koszty eksploatacji. W nawiązaniu do tego wariantu bazowego poszukujemy wariantu optymalnego, obliczając dodatkowe nakłady inwestycyjne, oszczędności kosztów eksploatacji dla poszczególnych wariantów, w których przyjmujemy warstwy izolacyjne różnych grubości oraz okresy zwrotu nakładów.

Obliczenie optymalnej grubości warstwy izolacyjnej zostało przeprowadzone przy pewnych założeniach, a w szczególności przy konkretnych cenach robót związanych z izolacją termiczną oraz przy konkretnych cenach za dostawę jednostki energii cieplnej.

Zmiana założeń dotyczących cen zmienia rachunek i może zmienić wynik. Można przewidywać, że zmiany cen będą przebiegać w ten sposób, że szybciej będzie wzrastać cena energii niż cena robót termoizolacyjnych. W związku z tym będzie rosnąć wpływ kosztów eksploatacyjnych, a to oznacza, że w następnych latach optymalne będą coraz większe grubości warstw izolacji.

W obliczeniach, w których stosuje się metodą dyskonta, przyjmuje się pewną wartość stopy dyskontowej. Obecnie dla warunków polskich przyjmuje się na ogół stopę dyskontową na poziomie 8%. Stopa dyskontowa związana jest z ogólną kondycją gospodarki.

W krajach o gospodarce w pełni ustabilizowanej jest niższa, dlatego można przewidywać, że i w Polsce w następnych latach będzie obniżana. Przyjęcie określonej wartości stopy dyskontowej wpływa na wynik obliczenia optymalizacyjnego. Im niższa stopa dyskontowa, tym mniejsza jest różnica pomiędzy kosztami ponoszonymi w różnym czasie, a więc w obliczeniach coraz większe znaczenie mają wieloletnie koszty eksploatacyjne. W konsekwencji obniżania stopy dyskontowej opłacalne będą coraz większe grubości warstw izolacyjnych.

Na podstawie wielu wykonanych analiz można orientacyjnie wskazać grubości warstw izolacyjnych zbliżone do wartości ekonomicznie optymalnych (tabela 3). Grubości warstw izolacyjnych stosowane obecnie przy budowie i termorenowacji są najczęściej znacznie niższe od podanych w tabeli 3. Świadczy to o braku zrozumienia dla zależności ekonomicznych w tej dziedzinie, a także bezpośrednio wpływa na globalne niekorzystne zjawiska pogodowe, np. efekt cieplarniany.

Nieoptymalne i nieracjonalne, tzn. zbyt słabe izolowanie budynków, zarówno obecnie budowanych, jak i termomodernizowanych, w konsekwencji prowadzi do zwiększania kosztów utrzymania budynku.

Opracowano na podstawie materiałów Stowarzyszenia Producentów Wełny Mineralnej: Szklanej i Skalnej MIWO

MAJ 2008

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!