Kryterium czynników energetycznych

Kryterium czynników energetycznych jest kluczowe dla projektowania budynków o dodatnim bilansie energetycznym. Zgodnie z wcześniej przedstawionymi zasadami projektowania obiekty tego typu powinny charakteryzować się: po pierwsze graniczną wartością zapotrzebowania na energię użytkową do celów ogrzewania i wentylacji wynoszącą nie więcej niż 15 kWh/m²rok, po drugie minimalnym zapotrzebowaniem na energię pierwotną, w tym tę pozyskiwaną ze źródeł odnawialnych, a po trzecie wyróżniać się ilością

„wygenerowanej” energii z zasobów odnawialnych, przewyższającą jego zapotrzebowanie, w granicy obszaru odniesienia/bilansowania. Kompleksowa ocena energetyczna budynku o dodatnim bilansie energetycznym stanowi podstawę przy wyborze najbardziej kompromisowych rozwiązań technicznych oraz instalacyjnych.

4.2.1. Sprawnoś ć en ergetyczn a systemu

Sprawność energetyczna systemu jest to stosunek strumienia energii użytecznej opuszczającej osłonę kontrolną układu termodynamicznie otwartego do strumienia energii napędowej doprowadzanej do osłony kontrolnej. Wyznaczyć ją można za pomocą poniższej zależności [52, 53]:

η_𝑒 = ^{𝐸𝑜𝑢𝑡𝑢𝑠𝑒}

𝐸_𝑖𝑛^𝑑𝑟𝑣 (4.2.1)

gdzie:

– η_𝑒 – sprawność energetyczna systemu, % lub -,

– 𝐸_𝑜𝑢𝑡^𝑢𝑠𝑒 – strumień energii użytecznej opuszczającej osłonę kontrolną, W, – 𝐸_𝑖𝑛^𝑑𝑟𝑣 – strumień energii napędowej doprowadzonej do osłony kontrolnej, W.

Reasmując, im wyższa wartość sprawności energetycznej systemu, tym lepsza jest jego ocena. Kryterium charakteryzuje się preferencją rosnącą. Wskaźnik nie zostaje brany pod uwagę w niniejszej pracy, pozostawia się go jednak w otwartym zbiorze kryteriów decyzyjnych.

4.2.2. Całkowi ty w skaźnik zu życia en ergii pierwotn ej (𝒌𝑬𝑵𝑬𝑷𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳,𝒊)

W literaturze [34–38], przepisach [138–140, 141] oraz w praktyce projektowej [34] jako główne kryterium oceny energetycznej budynków najczęściej przedstawia się wskaźnik zużycia energii pierwotnej (EP) wyrażony w kWh na m² powierzchni użytkowej na rok (kWh/m²rok). Wykorzystywany jest on jako kryterium przy projektowaniu budynków [34], w ich ocenie porównawczej [38], a także w pomiarach zużycia energii [35, 36, 37]. Warto podkreślić, że energię pierwotną dla każdego budynku mieszkalnego o dodatnim bilansie energetycznym powinno wyznaczać się dla wszystkich potrzeb energetycznych obiektu, zgodnie z poniższym wzorem.

EPTOTAL = EPH+W + ΔEPC + ΔEPL + ΔEPG (4.2.2)

________________________________________________________________________

mgr inż. Bartosz Radomski – Rozprawa doktorska IIŚ PP 2020 60

gdzie:

– EPH+W – cząstkowa wartość wskaźnika EP na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, kWh/(m²rok), – ΔEPC – cząstkowa wartość wskaźnika EP na potrzeby chłodzenia, kWh/(m²rok), – ΔEPL – cząstkowa wartość wskaźnika EP na potrzeby oświetlenia, kWh/(m²rok), – ΔEPG – cząstkowa wartość wskaźnika EP na potrzeby pozostałych urządzeń

gospodarstwa domowego, kWh/(m²rok).

Im niższa wartość całkowitego wskaźnika zużycia energii pierwotnej budynku i systemu zaopatrzenia w energię (EPTOTAL), tym lepsza jest ich efektywność energetyczna. Wskaźnik charakteryzuje się preferencją malejącą.

4.2.3. Całkowi ty wskaźnik zu życia en ergii użytkowej (𝒌𝑬𝑵𝑬𝑼𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳,𝒊)

Całkowitą energię użytkową dla budynków mieszkalnych o dodatnim bilansie energetycznym powinno wyznaczać się dla wszystkich potrzeb energetycznych obiektu, wyrażoną w [kWh/m²rok] zgodnie z poniższym wzorem (4.2.3).

EUTOTAL = EUW + EUW + ΔEUC + ΔEUL + ΔEUG (4.2.3) gdzie:

– EUH – cząstkowa wartość na potrzeby ogrzewania i wentylacji, kWh/(m²rok), – EUW – cząstkowa wartość na potrzeby przygotowania c.w.u., kWh/(m²rok), – ΔEUC – cząstkowa wartość na potrzeby chłodzenia, kWh/(m²rok),

– ΔEUL – cząstkowa wartość na potrzeby oświetlenia, kWh/(m²rok),

– ΔEUG – cząstkowa wartość na potrzeby pozostałych urządzeń gospodarstwa domowego, kWh/(m²rok).

UWAGA: maksymalna wartość EUH+W dla budynków o dodatnim bilansie energetycznym powinna wynosić 15 kWh/m²rok.

Im niższa wartość całkowitego wskaźnika zużycia energii użytkowej budynku (EUTOTAL), tym lepsza będzie jego efektywność energetyczna. Wskaźnik charakteryzuje się preferencją malejącą i określa miarę efektywności energetycznej budynku.

4.2.4. Całkowi ty wskaźnik zu życia en ergii koń cowej (𝒌𝑬𝑵𝑬𝑲𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳,𝒊)

Całkowitą energię końcową dostarczaną do budynków mieszkalnych o dodatnim bilansie energetycznym powinno wyznaczać się dla wszystkich potrzeb energetycznych obiektu, zgodnie z poniższym wzorem, wyrażoną w [kWh/m²rok].

EKTOTAL = EKH+W + ΔEKC + ΔEKL + ΔEKG (4.2.4) gdzie:

– EKH+W – cząstkowa wartość wskaźnika EK na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, kWh/(m²rok),

– ΔEKC – cząstkowa wartość wskaźnika EK na potrzeby chłodzenia, kWh/(m²rok), – ΔEKL – cząstkowa wartość wskaźnika EK na potrzeby oświetlenia, kWh/(m²rok), – ΔEKG – cząstkowa wartość wskaźnika EK na potrzeby pozostałych urządzeń

gospodarstwa domowego, kWh/(m²rok).

Im niższa wartość całkowitego wskaźnika zużycia energii końcowej budynku i jego techniki instalacyjnej (EKTOTAL), tym lepsza jest ich efektywność energetyczna. Wskaźnik charakteryzuje się preferencją malejącą i określa miarę efektywności energetycznej budynku i jego instalacji technicznych.

________________________________________________________________________

mgr inż. Bartosz Radomski – Rozprawa doktorska IIŚ PP 2020 61

4.2.5. Całkowi ty wskaźnik iloś ci p ozyskan ej energi i u żytkowej odnawi alnej (𝒌_{𝑬𝑵𝑬𝑼,𝑶𝒁𝑬,𝒊})

Całkowity wskaźnik ilości pozyskanej energii użytkowej odnawialnej zgodnie z nowymi kryteriami stworzonymi dla budynków pasywnych (zob. pkt. 2.1.3) odnosi się do powierzchni zabudowy budynku (AZABUD), czyli jego rzutu na płaszczyznę gruntu, a nie do powierzchni ogrzewanej. Jest on – co zostało uzasadnione – wskaźnikiem bardziej adekwatnym, ponieważ przestrzeń zabudowy budynku nie może zostać wykorzystana do innego celu. Co istotne wskaźnik ten powinno wyznaczać się dla sumy wszystkich pozyskiwanych form energii użytkowej, zgodnie z poniższym wzorem, wyrażonym w [kWh/(m²ZABUDrok)].

𝐸𝑈_{𝑂𝑍𝐸,𝑖} = ∑𝑛 (𝐸𝑈𝑂𝑍𝐸,𝐸𝐿𝐸𝐾𝑇𝑅,𝑖

𝑙=1 + 𝐸𝑈𝑂𝑍𝐸,𝐶𝐼𝐸𝑃Ł𝑂,𝑖 + 𝐸𝑈𝑂𝑍𝐸,𝐶𝐻ŁÓ𝐷,𝑖) (4.2.5)

gdzie:

– EUOZE,i – całkowity wskaźnik ilości pozyskanej energii użytkowej odnawialnej dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok),

– EUOZE,ELEKTR,i – wskaźnik ilości pozyskanej energii elektrycznej użytkowej odnawialnej dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok),

– EUOZE,CIEPŁO,i – wskaźnik ilości pozyskanego ciepła użytkowego odnawialnego dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok),

- EUOZE,CHŁÓD,i – wskaźnik ilości pozyskanego chłodu użytkowego odnawialnego dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok) lub ilość zdyssypowanego ciepła z budynku na zewnątrz w sposób naturalny/odnawialny, wyrażony w kWh/(m²ZABUDrok).

Podsumowując, im wyższa wartość całkowitego wskaźnika ilości pozyskanej energii użytkowej odnawialnej (EUOZE), tym lepsza jest jego ocena. Wskaźnik charakteryzuje się preferencją rosnącą.

4.2.6. Całkowi ty wskaźnik iloś ci wyp rowad zonej en ergii koń c owej odnawi alnej (𝒌_{𝑬𝑵𝑬𝑲,𝑶𝒁𝑬,𝒊})

Całkowity wskaźnik ilości wyprowadzonej energii końcowej odnawialnej zgodnie z nowymi kryteriami stworzonymi dla budynków pasywnych (zob. pkt. 2.1.3), podobnie jak całkowity wskaźnik ilości pozyskanej energii użytkowej odnawialnej odnosi się do powierzchni zabudowy budynku (AZABUD), czyli jego rzutu na płaszczyznę gruntu, a nie do powierzchni ogrzewanej, co uzasadnione zostało jako wskaźnik bardziej adekwatny, ponieważ przestrzeń zabudowy budynku nie może zostać wykorzystana na inny cel. Wskaźnik ten powinno wyznaczać się dla sumy wszystkich pozyskiwanych i wyprowadzanych form energii końcowej, zgodnie z poniższym wzorem, wyrażonym w [kWh/(m²ZABUDrok)].

𝐸𝐾_{𝑂𝑍𝐸,𝑖} = ∑𝑛 (𝐸𝐾𝑂𝑍𝐸,𝐸𝐿𝐸𝐾𝑇𝑅,𝑖

𝑙=1 + 𝐸𝐾𝑂𝑍𝐸,𝐶𝐼𝐸𝑃Ł𝑂,𝑖+ 𝐸𝐾𝑂𝑍𝐸,𝐶𝐻ŁÓ𝐷,𝑖) (4.2.6)

gdzie:

– EKOZE,i – całkowity wskaźnik ilości wyprowadzonej energii końcowej odnawialnej dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok),

________________________________________________________________________

mgr inż. Bartosz Radomski – Rozprawa doktorska IIŚ PP 2020 62

– EKOZE,ELEKTR,i – wskaźnik ilości wyprowadzonej energii elektrycznej końcowej odnawialnej dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok),

– EKOZE,CIEPŁO,i – wskaźnik ilości wyprowadzonego ciepła końcowego odnawialnego dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok),

– EKOZE,CHŁÓD,i – wskaźnik ilości wyprowadzonego chłodu końcowego odnawialnego dla i-tego budynku wyposażanego w instalacje pozyskujące energię odnawialną, kWh/(m²ZABUDrok).

A zatem im wyższa wartość całkowitego wskaźnika ilości wyprowadzonej energii końcowej odnawialnej (EUKOZE), tym lepsza jest jego ocena. Wskaźnik charakteryzuje się preferencją rosnącą.

4.2.7. Energetyczna sprawność kształtu bryły budynku (ηS)

Energetyczna sprawność kształtu bryły budynku wyrażona bezwymiarowo (ηS ≤ 1) określa odwrotność wartości parametru względnej wartości strat ciepła S (S ≥ 1). Definiuje je stosunek wielkości strat ciepła, odpowiadających rzeczywistemu kształtowi budynku do wielkości strat ciepła, otrzymanych dla bryły idealnej pod względem minimalizacji wielkości strat ciepła.

Energetyczna sprawność kształtu staje się szczególnie przydatna jako kryterium praktyczne dla wyboru realnych kształtów budynków, prowadzących do minimalizacji ilości ciepła, niezbędnego do prawidłowego użytkowania. Aspekt ten jest niezwykle ważny dla budynków mieszkalnych o dodatnim bilansie energetycznym. Pojęcie energetycznej sprawności kształtu opisał Mirosław Dytczak w Wybranych metodach rozwiązywania wielokryterialnego problemów decyzyjnych w budownictwie [95].

Im wyższa wartość energetycznej sprawności kształtu budynku, tym lepsza jest jego ocena.

Kryterium charakteryzuje się preferencją rosnącą. Z uwagi na złożoność obliczeń, to jest – w pierwszej kolejności – wyznaczenie idealnego kształtu bryły budynku, w warunkach sprecyzowanych wcześniej wymagań (walory użytkowe, funkcjonalne itd.) oraz wskazanie energetycznej sprawności kształtu dla proponowanych akceptowalnych rozwiązań (wariantów) zdecydowano, że kryterium opisującym oczekiwany kształt bryły budynku będzie współczynnik kształtu budynku (A/V) wyrażony w [m²/m³] określający stosunek przegród zewnętrznych budynku do jego kubatury.

Trzeba jednak wyraźnie podkreślić, że przedstawione kryterium nie zostaje brane w niniejszej pracy pod uwagę, pozostawia się je jednak w otwartym zbiorze kryteriów decyzyjnych.