Category Archives: kogeneracja

Jak spełnić WT 2021 czyli wymagania oszczędności energii i izolacyjności cieplnej budynków po 31 grudnia 2020 r.?

Od 1 stycznia 2021 roku wszedł w życie kolejny zestaw przepisów związanych z oszczędnością energii i izolacyjnością cieplną budynków, zamieszczonych w warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (WT). Wymagania te ustalono już 2013 roku, wskazując na ich progresywny charakter, wyznaczający drogę dla budownictwa o niskim zapotrzebowaniu na energię. Ustanowione wówczas, docelowe wymagania efektywności energetycznej budynków wydawały się być bardzo ambitne, jednak ich wprowadzenie było konieczne dla wdrożenia dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD), która określiła w 2010 nowy standard budownictwa o niemal zerowym zapotrzebowaniu na energię, wymagany dla wszystkich wznoszonych budynków w Unii Europejskiej po 2020 roku. Poziom wymagań został ustalony w sposób optymalny pod względem kosztów, zapewniający równowagę między wymaganymi nakładami i kosztami energii zaoszczędzonymi w czasie eksploatacji budynku, a także że oczekuje się w kolejnych latach rozwoju technologii budowlanych, umożliwiających wznoszenie budynków o niskim zapotrzebowaniu na energię pierwotną. Po upływie 7 lat od ogłoszenia przepisów WT stwierdzić można, że bariera technologiczna realizacji budynków o niskim zużyciu energii nie jest duża. Materiały, urządzenia i sposoby wznoszeniu budynków, dzięki którym potrzebują one niewielkiej ilości energii do prawidłowego funkcjonowania są dostępne na rynku i powszechnie stosowane. Poniżej przedstawiono przegląd rozwiązań, których konfiguracja umożliwia spełnienie wymagań wchodzących w życie od 1 stycznia 2021 r. (WT2021). Do analizy wybrano budynek mieszkalny wielorodzinny, ponieważ ich realizacja wg nowych wymagań wzbudza największe emocje i krytykę, szczególnie w odniesieniu do wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej (EPH+W).

Charakterystyka budynku referencyjnego mieszkalnego wielorodzinnego
Analizie poddano warianty konfiguracji rozwiązań instalacyjnych, opisane w tabeli 1. Wpływ poszczególnych wariantów dla kolejnych nośników energii wykorzystywanych w budynku (opcji) oceniono poprzez pryzmat wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP, którego maksymalny poziom dla budynków mieszkalnych jednorodzinnych przepisy WT2021 określają na 70 kWh/(m²rok).

Tabela 1. Warianty wykonania budynku poddane analizie

Wariant	Opis
grawitacyjna	wentylacja grawitacyjna, źródło ciepła i c.w.u. wg nośnika energii
grawit+kol	wentylacja grawitacyjna, kolektory słoneczne o powierzchni 129 m² i średnim rocznym uzysku energii równym 450 kWh/m², źródło ciepła i uzupełniające c.w.u. wg nośnika energii
wyw	wentylacja mechaniczna wywiewna z osłabieniem nocnym strumienia powietrza, źródło ciepła i c.w.u. wg nośnika energii
mech	wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła o sprawności 75%, źródło ciepła i c.w.u. wg nośnika energii
mech+kol	wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła o sprawności 75%, kolektory słoneczne o powierzchni 129 m² i średnim rocznym uzysku energii równym 450 kWh/m², źródło ciepła i uzupełniające c.w.u. wg nośnika energii
mech+PV	wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła o sprawności 75%, instalacja fotowoltaiczna o mocy 20 kW funkcjonująca w systemie prosumenckim, źródło ciepła i c.w.u. wg. nośnika energii

Ciepło z miejskiej sieci ciepłowniczej

W przypadku zastosowania ciepła sieciowego z ciepłowni węglowej w żadnym z zaproponowanych wariantów nie udało się osiągnąć wymagań WT2021. Najniższe zapotrzebowanie na energię pierwotną wystąpiło w wariancie z wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła i wykorzystaniem kolektorów słonecznych do przygotowania c.w.u. W przypadku zastosowania lepszej izolacji przegród, wymiennika do odzysku ciepła o wyższej sprawności lub instalacji PV (której zastosowanie ogranicza ilość miejsca na dachu, zajęta już kolektorami słonecznymi) wymagania mogłyby zostać osiągnięte. Dla opcji zasilenia budynku z sieci ciepłowniczej, zasilanej ciepłem ze źródła i niskim współczynniku wi (np. z kogeneracji) wymagania WT jest o wiele łatwiej spełnić. W przypadku, gdy nieruchomość na której będzie wniesiony budynek ma dostęp do sieci ciepłowniczej które posiada niskoemisyjne źródło zasilania, spełnienie wymagań WT2021 nie będzie wyzwaniem i nie będzie powodowało wysokich dodatkowych nakładów inwestycyjnych. Dostępny efektywny system ciepłowniczy i chłodniczy dla budynku i jego emisyjność może być zatem od 2021 r. jednym z kryteriów wyboru nieruchomości przeznaczonej pod inwestycję deweloperską. Niestety, 80% systemów ciepłowniczych w Polsce należy do grupy systemów nieefektywnych, a podłączenie odbiory końcowego do takiego systemu przenosi na niego ciężar redukcji oddziaływania ogrzewnictwa na środowisko.

Gaz ziemny

Ogrzewanie i przygotowanie budynku gazem ziemnym w każdym z zaproponowanych wariantów oznacza przekroczenie wymagań WT2021 w odniesieniu do wskaźnika EP. Redukcja EP do poziomu poniżej 70 kWh/(m²rok) będzie najłatwiejsza w konfiguracji instalacyjnej budynku z wykorzystaniem kolektorów słonecznych służących do przygotowania c.w.u. oraz wentylacji z odzyskiem ciepła i paneli fotowoltaicznych. Wymagać to będzie jednak zwiększenia mocy instalacji OZE (a nie zawsze jest na to miejsce na dachu obiektu), zwiększenia izolacyjności cieplnej i poprawy szczelności powietrznej budynku, do poziomu wymagań budownictwa pasywnego. Wykorzystanie gazu ziemnego jako źródła ciepła i c.w.u. może okazać się opcją droższą inwestycyjnie w stosunku do ciepła miejskiego, pod warunkiem dostępności niskoemisyjnej ciepłowni lub elektrociepłowni. Powodem jest koniczność zastosowania w tym przypadku większej mocy OZE i lepszej izolacji cieplnej obudowy budynku. Z drugiej strony większa moc źródeł OZE i wyższa izolacyjność cieplna przegród to niższe koszty eksploatacyjne w trakcie wieloletniego użytkowania obiektu.

Biomasa

Biomasa jest jednym z powszechnie dostępnych odnawialnych nośników energii, które mogą być wykorzystanie na cele grzewcze budynków. Charakteryzuje się ona niskim współczynnikiem nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej wi równym 0,20. Oznacza to, że na każdą 1 kWh energii wytworzonej w źródle zasilanym biomasą, zużywane jest 0,20 kWh nieodnawialnej energii pierwotnej, która jest przedmiotem wymagań określonych w WT. W każdej konfiguracji zaproponowanych rozwiązań instalacyjnych budynku, spełni on wymagania WT2021 jeżeli będzie ogrzewany źródłem wykorzystującym biomasę. Co więcej, otrzymane wyniki zapotrzebowania na EP są o wiele niższe niż maksymalny poziom wymagań równy 70 kWh/(m2·rok).
Z wykorzystaniem biomasy jako podstawowego nośnika energii związane jest jednak kilka wad i niedogodności, które należy podkreślić:

1. Konieczność obsługi źródła ciepła. Kotły na biomasę posiadają automatyczne podajniki paliwa i jego zasobniki, pozwalające na ciągłą pracę przez kilka dni bez uzupełnienia, jednak stan zasobnika należy kontrolować i co pewien czas uzupełniać paliwo
2. Należy pamiętać że czyszczenie kominów, jest wymagane nie rzadziej niż cztery razy w roku.
3. Podajniki paliwa są elementami mechanicznymi, dlatego ulegają awariom częściej, niż kotły na paliwo ciekłe.
4. Konieczność przeznaczenia pomieszczenia na skład paliwa.
5. Biomasa, mimo iż jest zaliczana do odnawialnych źródeł energii, jest źródłem emisji pyłów natomiast emisja dwutlenku węgla CO2 z biomasy ma bilans zerowy. Nie jest to zatem idealnie czyste źródło ciepła dla budynków mieszkalnych ale w miarę rozwoju technologi kotły i kominki/kozy spalają już biomasę z bardzo dużą sprawnością przez to eliminując w dużym stopniu emisję pyłów.

Powietrzna pompa ciepła

Wykorzystanie powietrznej pomy ciepła, wbrew oczekiwaniom, nie umożliwiło spełnienia wymagań WT2021 w żadnym z analizowanych, podstawowych wariantów. Główną przyczyną jest przyjęcie dość niskiego współczynnika sezonowej efektywności energetycznej wytwarzania ciepła SCOP (2,70), który jest rekomendowany przez przepisy. Dopuszczają one jednak stosowanie współczynników podawanych przez producentów urządzeń, dlatego powinny być one szczegółowo analizowane pod względem kryterium SCOP. Wymagania WT2021 dla powietrznej pompy ciepła zostały spełnione wyłącznie w wariancie z wentylacją z odzyskiem ciepła i instalacją paneli fotowoltaicznych o maksymalnej dopuszczalnej dla mikroinstalacji mocy 50 kWp. Tak duża instalacja fotowoltaiczna wymaga jednak co najmniej około 700 m2 powierzchni o odpowiednim nasłonecznieniu, niedostępnej w przypadku analizowanego obiektu. Charakteryzując pompę ciepła jako źródło energii do ogrzewania i przygotowania c.w.u. należy wspomnieć o:

• konieczność zastosowania instalacji niskotemperaturowej systemu centralnego ogrzewania, z uwagi na wysoką wrażliwość współczynnika SCOP na temperaturę czynnika grzewczego. Instalacja niskotemperaturowa oznacza większe średnice przewodów rozprowadzających ciepło, większą powierzchnię grzejników konwektorowych lub konieczność wykorzystania ogrzewania płaszczyznowego;
• wykorzystywanych czynnikach roboczych w urządzeniu, których rodzaj i ilość determinować będzie częstotliwość i koszt przeglądów;
• minimalnej temperaturze pracy dla dolnego źródła i sprawności COP urządzenia w tych warunkach. W wielu przypadkach może okazać się, że niezbędne będzie wykorzystanie dodatkowego, szczytowego źródła ciepła (np. dpdatkowy kocioł gazowy przy zbyt niskich temperaturach zewnętrznych);

Podsumowanie

Przepisy dotyczące oszczędności energii i izolacyjności cieplnej budynków jakie weszły w życie od 1 stycznia 2021 r. są ewolucją sektora w kierunku budownictwa o niemal zerowym zużyciu energii. Kierunek ten został wskazany już w 2010 r. dlatego nie powinien być szokiem dla inwestorów. Spełnienie wymagań WT 2021 będzie wymagało stosowania odnawialnych źródeł energii w każdej inwestycji budowlanej, optymalizacji stosowanych rozwiązań materiałowych i technicznych, a także zwrócenia szczególnej uwagi na dostępne dla danej lokalizacji nośniki energii. Ciężar związany ze spełnieniem nowych przepisów spada szczególnie na te lokalizacje nieruchomości, które nie mają dostępu do niskoemisyjnych źródeł ciepła sieciowego lub odpowiedniego napromieniowaniu energią słoneczną. 

Autor: Piotr Krysik, Dział Budownictwa KAPE

Prezentacja Piotra Krysika Specjalisty ds. efektywności energetycznej z analizą różnych źródeł ciepła dla budynku referyncyjnego mieszkalnego wielorodzinnego w III strefie klimatycznej o Energi Użytkowej EU=47,4 kWh/m²rok

Żródło: https://www.kape.gov.pl/page/newsletter?utm_medium=Email&utm_source=Nowe+wymagania+wobec+budynk%C3%B3w+po+31.12.2020.&#N15-1