Ocena przewidywanego okresu zwrotu inwestycji na ocieplenie elewacji budynków mieszkalnych

Od 2000 r. wraz z wprowadzeniem zmian do norm rosyjskich SNiP II-3-79 [1] z kolejną aktualizacją norm SNiP 23-02-2003 [2] wymagania co do poziomu ochrony cieplnej budynków znacząco wzrosły. Oznacza to, że wszystkie budynki wybudowane przed 2000 r. wymagają bardziej efektywnej ochrony cieplnej.

Im mniejsze straty ciepła w budynku, tym mniejsze zapotrzebowanie na energię cieplną przy jednoczesnym zapewnieniu normowych wskaźników mikroklimatu w pomieszczeniach.

Docieplenie redukuje zużycie energii w budynku, a tym samym zmniejsza opłaty za ogrzewanie. Efektywność docieplenia można oszacować poprzez wyznaczenie okresu jego zwrotu, określanego algorytmem opisanym w pracy "Metodyka oszacowania prognozowanego okresu zwrotu kosztów inwestycji przy dociepleniu budynków" [3].

W niniejszym artykule ocenę zwrotu inwestycji wykonano dla przypadku docieplenia ścian z wykorzystaniem styropianu. Jako przedmiot analizy wybrano typowe budynki mieszkalne wybudowane w Moskwie i Petersburgu w latach 50–80. XX w. W okresie wznoszenia przedmiotowych budynków w tych latach opór cieplny przegród zewnętrznych nie powinien był być mniejszy od wymaganej wartości R_0req określanej wzorem:

(1)

gdzie:

t_int – temperatura normowa powietrza w pomieszczeniach równa 18°C,
t_ext – temperatura normowa zewnętrzna, przyjmowana dla warunków klimatycznych Moskwy jako –26°C, a dla warunków klimatycznych Petersburga –24°C,
n = 1 – współczynnik dla ścian zewnętrznych,
b = 1 – współczynnik jakości izolacji termicznej,
a_int = 7,5 W/(m·°C) – współczynnik pochłaniania ciepła ścian zewnętrznych budynków mieszkalnych,
D_text = 6°C – różnica między temperaturą wewnętrzną i temperaturą na wewnętrznej powierzchni ściany.

Na podstawie tych danych wymagany opór cieplny ze wzoru (1) dla ścian zewnętrznych budynków w Moskwie:

w Petersburgu:

Uzyskane wartości przyjęto jako dane wyjściowe oporu cieplnego ścian zewnętrznych istniejącego budynku do prac termorenowacyjnych. Zgodnie z wymogami współczesnych norm rosyjskich SP 50.13330 [4] wartość podstawowa wymaganego oporu cieplnego określa się ze wzoru:

(2)

gdzie:

a = 0,00035, b = 1,4 – w odniesieniu do ścian budynków mieszkalnych,

HDD – stopień–doby okresu grzewczego:

(3)

gdzie:

t_int – średnia temperatura normowa powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych przyjmowana według standardu rosyjskiego GOST 30494 [5] równa 20°C,

t_h – wartość średnia temperatury zewnętrznej w okresie grzewczym według TABELI,

z_h – czas trwania okresu grzewczego według TABELI.

Na podstawie danych z TABELI obliczono według wzoru (2) opór cieplny ścian zewnętrznych budynków mieszkalnych w Moskwie:

w Petersburgu:

Tak więc w celu spełnienia współczesnych wymagań w zakresie ochrony cieplnej istniejących budynków z lat 50–80. ubiegłego wieku w Moskwie i Petersburgu wartość oporu cieplnego ścian zewnętrznych musi być doprowadzona do 2,99 (m2∙°C)/W.

Wymaganą grubość warstwy izolacyjnej d_req określono według wzoru:

(4)

gdzie:

R₀^req(new) – wymagana wartość normowa oporu cieplnego ścian zewnętrznych budynku [(m2·°C)/W],

R₀^req(init) – rzeczywista wartość oporu cieplnego ścian zewnętrznych przed ich dociepleniem [(m2·°C)/W],

l_ins – współczynnik przewodzenia ciepła warstwy termoizolacji W/(m∙°C),

r_t.b. – współczynnik jednorodności warstwy termoizolacyjnej.

Przyjęto wartość współczynnika przewodzenia ciepła styropianu 0,040 W/(m∙°C).

Przewodność cieplna materiałów izolacyjnych wykonanych z wełny mineralnej przyjmuje się 0,042 W/(m∙°C).

Wartości oporu cieplnego dla warunków klimatycznych Petersburga w latach 50–80. XX w. R₀^req(init)= 0,94 (m2∙°C)/W, natomiast obecne wymagania R₀^req(new) = 2,99 (m2∙°C)/W.

Wartości oporu cieplnego dla warunków klimatycznych Moskwy w latach 50–80. XX w. wynosiły R₀^req(init) = 0,98 (m2∙°C)/W, natomiast obecnie wymagania wynoszą R₀^req(new) = 2,99 (m2∙°C)/W.

Współczynnik jednorodności r_t.b.= 0,75.

Według wzoru (4) wymagana grubość styropianu ścian w budynkach Petersburga:

ścian w budynkach Moskwy:

Do dalszych obliczeń, niezależnie od lokalizacji budynku, przyjęto wymaganą grubość termoizolacji jednakowej, która wynosi 110 mm.

Powierzchnię ścian zewnętrznych budynków mieszkalnych wielorodzinnych, niezależnie od ich lokalizacji, przyjęto średnio 3000 m².

Koszty prac instalacyjnych, montażowych i materiałów wykończeniowych przyjęto takie same dla Moskwy, jak i dla Petersburga.

Koszt inwestycyjny docieplenia 3000 m² elewacji budynku styropianem (z przegrodami ogniowymi z wełny mineralnej) gr. 110 mm, a następnie nałożenie cienkiej warstwy tynku według kosztorysu (DK), wynosi 5,9 mln rubli, w tym 3,75 mln rubli koszt robocizny i 2,15 mln rubli koszt materiałów budowlanych.

Natomiast koszt samych materiałów termoizolacyjnych wynosi 1,0 mln rubli, czyli stanowi mniej niż 20% całkowitych kosztów.

Rozważono przypadek izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynku wznoszonego w Petersburgu do 2000 r.

Założono, że opór cieplny ściany zewnętrznej spełnia wymagania brane pod uwagę do 2000 r. – R₀^init = 0,94 (m2·°C)/W.

Dla takich założeń wyjściowa wartość współczynnika przenikania ciepła U_init = 1/0,94 = 1,064 W/(m2·°C).

Liczba stopni–doby według TABELI wynosi 4537°C∙doby.

Koszt energii centralnego ogrzewania razem z VAT dla mieszkańców Petersburga wynosi c_en = 1408,01 RUB/Gkal.

Wymagany opór przenikania ciepła ścian zewnętrznych budynków mieszkalnych w Petersburgu (HDD = 4537°C ∙ doba) R₀^req(new) = 2,99 (m2·°C)/W.

Wartości oporu cieplnego 2,99 (m2·°C)/W odpowiada współczynnik przenikania ciepła U_new = 0,335 W/(m2·°C).

Wartość redukcji kosztów eksploatacyjnych w pierwszym okresie grzewczym w wyniku docieplenia wynosi [3]:

Średnioroczny wzrost taryfy energii cieplnej przyjęto 15%, stąd parametr charakteryzujący średni roczny wzrost taryfy energii cieplnej r = 0,15. Zdyskontowania przyszłych przepływów pieniężnych (i) dokonano z uwzględnieniem średniej wartości inflacji w Rosji, która w ciągu ostatnich 10 lat wynosiła mniej niż 10% (stąd i = 0,1). Na podstawie tych danych obliczono przewidywany okres zwrotu inwestycji na docieplenie [3]:

Różnica zużycia energii cieplnej przed dociepleniem i po dociepleniu wynosi:

Na podstawie podobnych obliczeń otrzymano następujące wartości dla Moskwy (przy koszcie energii cieplnej na ogrzewania z VAT dla mieszkańców Moskwy c_T = 1720,9 rubli/Gkal):

• wartość redukcji kosztów eksploatacyjnych w pierwszym okresie grzewczym DE = 332 613 (rubli/rok),
• przewidywany okres zwrotu inwestycji T = 13,3 lat,
• różnica zużycia energii cieplnej przed dociepleniem i po dociepleniu DQ = 193 (Gkal/rok)

Warto nadmienić, że w obliczeniach uwzględniano obecność w budynku zautomatyzowanego węzła cieplnego z regulacją parametrów nośnika ciepła.

Literatura

1. SNiP II-3-79, "Ciepłownictwo budowlane".
2. SNiP 23-02-2003, "Termiczna ochrona budynków".
3. A. Gorszkov, R. Orłowicz, "Metodyka oszacowania prognozowanego okresu zwrotu kosztów inwestycji przy dociepleniu budynków", "IZOLACJE" nr 4/2016, s. 71–74.
4. SP 50.13330, "Termiczna ochrona budynków".
5. GOST 30494, "Budynki mieszkalne i użyteczności publicznej. Parametry mikroklimatu pomieszczeń wewnętrznych".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!