3.1. Opis aktualnych wymagań w zakresie ochrony cieplnej budynków
Zasady projektowania budynków w Polsce są określone Polskim prawem budowlanym, a w szczególności zostały zawarte w Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [7]. Rozporządzenie to jest zbiorem wytycznych dotyczących wszelkich aspektów związanych z projektowaniem, budową oraz eksploatacją budynku i systemów technicznych w nim zawartych. Przepisy te nie są jedynym dokumentem, do którego powinni odwoływać się projektanci, ale na pewno pierwszym. W kolejnych paragrafach omówiono najważniejsze elementy tego rozporządzenia dotyczące ochrony cieplnej budynków.
str. 9
W tzw. Warunkach Technicznych znajduje się cały rozdział poświęcony wytycznym dotyczącym ograniczania zapotrzebowania na energię w budynkach – Dział X – Oszczędność energii i izolacyjność cieplna. Należy jednak zauważyć, że przepisy odwołują się nie tylko do zmniejszenia zapotrzebowania na energię ale także do utrzymania komfortu cieplnego (ograniczanie ryzyka przegrzewania pomieszczeń) czy komfortu wizualnego (dostęp do światła dziennego).
Spełnienie wymagań w zakresie ochrony cieplnej budynku sprowadza się głównie do zapewnienia odpowiedniej izolacyjności cieplnej przegród U oraz spełnienia warunku nieprzekroczenia maksymalnej wartości wskaźnika zapotrzebowania nieodnawialnej energii pierwotnej EP.
Maksymalne wartości współczynników U poszczególnych przegród podane są w załączniku nr 2 do rozporządzenia. W tabeli 3 podano wartości dla przykładowych przegród zewnętrznych obowiązujące od 31 grudnia 2020 roku.
Tabela 3. Wartości maksymalnych współczynników przenikania ciepła przykładowych przegród zewnętrznych [7].
Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu Współczynnik przenikania ciepła UC(max) [W/(m2K)]
Ściany zewnętrzne (ti≥16°C) 0,20
Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi
poddaszami lub nad przejazdami (ti≥16°C) 0,15
Podłogi na gruncie (ti≥16°C) 0,30
Okna (z wyjątkiem okien połaciowych), drzwi balkonowe i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne (ti≥16°C)
0,9
Okna połaciowe (ti≥16°C) 1,1
Maksymalna wartość wskaźnika EP jest sumą wartości cząstkowych na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz chłodzenia (jeśli jest instalacja chłodzenia w budynku) i oświetlenia (w budynkach innych niż mieszkalne). Wartości te różnią się w zależności od rodzaju budynku a przykładowe wartości obowiązujące od 31 grudnia 2020 roku podano w tabeli 4.
Tabela 4. Wartości cząstkowych wskaźników EP przykładowych rodzajów budynków [7].
Wartość cząstkowego wskaźnika EP [kWh/(m2rok)]
Rodzaj budynku Użyteczności
publicznej - inny
Zamieszkania zbiorowego
Mieszkalny wielorodzinny Ogrzewanie, wentylacja i ciepła woda
użytkowa 45 75 65
Chłodzenie 25·Af,C/Af*) 5·Af,C/Af*)
str. 10
Oświetlenie, zależnie od czasu działania oświetlenia
25 dla t0 < 2500 h/rok
50 dla t0 ≥ 2500 h/rok 0
*) Af,C – powierzchnia chłodzona, Af – całkowita powierzchnia o regulowanej temperaturze.
Maksymalne wartości U oraz EP podane w rozporządzeniu określone były dla kilku okresów aż do roku 2021, kiedy to zgodnie z wdrożonymi dyrektywami europejskimi wszystkie nowopowstające budynki będą musiały być obiektami o niemal zerowym zużyciu energii.
Wraz z coraz niższymi współczynnikami przenikania ciepła pojawia się problem rozpraszania ciepła, a tym samym ryzyko przegrzewania pomieszczeń. Postawiono zatem wymagania dotyczące ograniczenia zysków słonecznych przez przegrody przezroczyste. Określono, że w okresie letnim iloczyn współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego oszklenia – gn oraz współczynnika redukcji promieniowania, ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne – fC, nie może być wyższy niż 0,35. Efekt ten można uzyskać stosując odpowiednie zestawy szybowe z powłokami selektywnymi, bądź stosując stałe lub ruchome elementy zacieniające. Spektrum możliwości jest szerokie i powinno być dobrane indywidualnie w każdym przypadku.
Kolejnym parametrem, na który trzeba zwrócić uwagę projektując budynek jest jego szczelność powietrzna. To ona wpływa na niepożądany oraz niekontrolowany napływ powietrza zewnętrznego do budynku. Zjawisko to może doprowadzić do wyższego zapotrzebowania na energię. W przepisach zaleca się nie przekraczać wartości szczelności powietrznej budynku n50
równej 3,0 1/h w budynkach z wentylacją grawitacyjną lub wentylacją hybrydową oraz 1,5 1/h w budynkach z wentylacją mechaniczną lub klimatyzacją. Zaleca się także przeprowadzenie próby szczelności po wybudowaniu budynku.
Poza aspektami konstrukcyjnymi na zapotrzebowanie na energię w budynku wpływ mają także systemy techniczne w nim zastosowane. W Warunkach Technicznych podano wymagania dotyczące:
• minimalnej grubości izolacji cieplnej przewodów rozdzielczych i komponentów w instalacjach centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej (w tym przewodów cyrkulacyjnych), instalacji chłodu i ogrzewania powietrznego;
• minimalnej sprawności odzysku ciepła w systemie wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła;
• maksymalnej mocy właściwych wentylatorów stosowanych w instalacji wentylacji i klimatyzacji;
• obowiązku stosowania wentylatorów z regulacją zapewniającą dostosowanie ich wydajności powietrznej do potrzeb użytkowych w przypadku wentylacji hybrydowej, wentylacji mechanicznej wywiewnej oraz nawiewno-wywiewnej.
Cześć wymagań zawartych w Warunkach Technicznych jest nawet łagodniejsza niż ograniczenia wymagające z przepisów prawa europejskiego – np. Dyrektywy w sprawie Ekoprojektu dla urządzeń wentylacyjnych, gdzie minimalna sprawność odzysku ciepła jest wyższa niż w
str. 11
Warunkach Technicznych. Stosując zatem odpowiednie certyfikowane urządzenia wentylacyjne spełnione zostaną zatem wymagania podstawowe polskich przepisów budowlanych.
Wszystkie przepisy określają wymagania minimalne i nic nie stoi na przeszkodzie, aby projektując budynek stosować ostrzejsze kryteria pozwalające na osiąganie lepszego wyniku energetycznego przy zachowaniu tego samego lub nawet lepszego komfortu wewnętrznego.
3.2. Zalecenia wynikające z przepisów prawa europejskiego - nZEB
Kraje członkowskie Unii Europejskiej mają obowiązek wdrażania w przepisach krajowych ogólnych wymagań zapisanych w dyrektywach europejskich. Dyrektywy nie zawierają zazwyczaj szczegółowej metodyki ale ogóle ramy i sformułowania. Najważniejsza dyrektywą dotyczącą budynków i ich projektowania jest Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD) [8] wraz z jej wersjami przekształconymi (Recast z 2010 [3] oraz 2018 roku [9]). To ona wprowadziła obowiązek stosowania świadectw charakterystyki energetycznej, kontroli kotłów, instalacji grzewczych i klimatyzacyjnych, wymagań dla budynków o niemal zerowym zużyci energii, oraz planów zwiększenia ilości takich budynków czy zastosowania w budynkach stacji ładowania pojazdów.
Dyrektywa EPBD z 2010 r. zobowiązuje państwa Unii, aby od 31.12.2020 r. wszystkie nowopowstające budynku były obiektami o niemal zerowym zużyciu energii. W Polsce zamiast pojęcia „budynek o niemal zerowym zużyciu energii” używa się w przepisach pojęcia „budynek o niskim zużyciu energii” i traktuje się je jako jednoznaczne z definicją zawartą w dyrektywie EPBD.
Zgodnie z wytycznymi w przepisach techniczno-budowlanych określono, że budynek o niskim zużyciu energii to budynek spełniający wymagania minimalne dotyczące wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotna EP oraz współczynników przenikania ciepła U przegród budynku. Wymagania te przedstawiono już w Tabeli 3 oraz Tabeli 4. O ile współczynniki przenikania ciepła zależą wprost od właściwości poszczególnych materiałów, z których złożona jest przegroda to wartość wskaźnika EP zależy od izolacyjności cieplnej obudowy budynku, profilu użytkowania, systemów technicznych w nim zawartych oraz zastosowania konwencjonalnych i odnawialnych źródeł energii. Można zatem zaprojektować budynek o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię ale dostarczaną ze źródeł konwencjonalnych lub o wyższym zapotrzebowaniu na energię ale zasilany ze źródeł odnawialnych, a wskaźnik EP będzie jednakowy w obu przypadkach.
Należy także zaznaczyć, że dążenia do ograniczenia np. strat ciepła w celu ograniczenia zapotrzebowania na energię do ogrzewania może przyczynić się do zwiększenia zapotrzebowania na energię do chłodzenia lub zwiększenia ryzyka przegrzewania w budynkach bez chłodzenia.
Budynek należy traktować całościowo, gdyż poszczególne elementy bezpośrednio lub pośrednio na siebie wpływają.
Pomimo minimalnych wymagań zawartych w przepisach techniczno-budowlanych, nadal to projektanci decydują, które elementy w projekcie poprawić tak, aby spełnić wymagania i zapewnić odpowiedni poziom komfortu wewnętrznego. Bazując na definicji budynku o niemal zerowym zużyciu energii z dyrektywy EPBD należy przeanalizować następujące aspekty:
str. 12
• podniesienie charakterystyki energetycznej budynku elementami konstrukcyjnymi (np. lepsza izolacyjność cieplna przegród, zastosowanie elementów pasywnych do ogrzewania i chłodzenia, wykorzystanie światła dziennego);
• podniesienie charakterystyki energetycznej budynku elementami instalacyjnymi (np. urządzenia o większej sprawności, możliwość regulacji temperatury czy wydatku powietrza wentylacyjnego, stosowanie odzysku energii);
• wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (stosowanych na miejscu oraz dostarczających energię sieciami zewnętrznymi);
• wykorzystanie czystych paliw kopalnych.
Wybór odpowiednich rozwiązań pozwoli na zoptymalizowanie projektu oraz spełnienie obecnych i przyszłych wymagań.
Budynek należy również rozpatrywać jako obiekt połączony z otoczeniem i sieciami zewnętrznymi, a nie jako niezależnie funkcjonujący byt. Do budynku dostarczane są strumienie energii i materii, ale równie dobrze budynek może być producentem i może dostarczać energię do sieci. Takie podejście nazywa się „Smart buildings”, gdzie budynki i sieci zewnętrzne, oddziałują na siebie wzajemnie starając się zoptymalizować lokalne i globalne zapotrzebowanie na energię i media. Aspekty takie zostały m.in. uwzględnione w przekształconej dyrektywie EPBD z 2018 roku.
Kolejnym elementem przekształconej dyrektywy EPBD jest zachęcanie do korzystania z technologii informacyjnych i komunikacyjnych (ICT) oraz inteligentnych technologii, aby zapewnić efektywne funkcjonowanie budynków, np. poprzez wprowadzanie automatyzacji i systemów kontroli. Zapisano, że państwa członkowskie wprowadzą wymagania by budynki niemieszkalne wyposażone w systemy ogrzewania lub połączone systemy ogrzewania pomieszczeń i wentylacji lub systemy klimatyzacji lub połączone systemy klimatyzacji pomieszczeń i wentylacji o znamionowej mocy użytecznej ponad 290 kW zostały wyposażone do 2025 r. w systemy automatyki i sterowania dla budynków. Podobne wymaganie dotyczyć może także budynków mieszkalnych. Powinny one być wyposażone w system z:
• funkcją obejmującą system ciągłego monitorowania elektronicznego dokonujący pomiarów sprawności systemów i informujący właścicieli lub zarządców budynków, gdy następuje jej znaczny spadek i gdy potrzebne jest serwisowanie systemu; oraz
• funkcją sterowania w celu zapewnienia optymalnego wytwarzania, dystrybucji, magazynowania i wykorzystywania energii.
W przypadku gdy budynek niemieszkalny lub mieszkalny będzie spełniał te wymagania, okresowa kontrola systemów grzewczych i klimatyzacyjnych nie będzie wymagana.
Ostatni element to wdrożenie i wspieranie rozwoju infrastruktury dla e-mobilności w budynkach, np. poprzez obowiązek instalowania określonej liczby stacji ładowania pojazdów elektrycznych na parkingach i w garażach nowoprojektowanych budynków oraz budynków podlegających gruntownej modernizacji.
Unia Europejska zwróciła także uwagę, że budynki i transport są połączone zatem Ostatni element to wdrożenie i wspieranie rozwoju infrastruktury dla e-mobilności w budynkach, np. poprzez
str. 13
obowiązek instalowania określonej liczby stacji ładowania pojazdów elektrycznych na parkingach i w garażach nowoprojektowanych budynków oraz budynków podlegających gruntownej modernizacji. W przypadku nowych budynków niemieszkalnych i budynków niemieszkalnych poddawanych ważniejszym renowacjom, mających więcej niż dziesięć miejsc parkingowych należy zapewnić instalację co najmniej jednego punktu ładowania wraz z infrastrukturą kanałową na co najmniej jednym na pięć miejsc parkingowych, aby umożliwić zainstalowanie na późniejszym etapie punktów ładowania przeznaczonych dla pojazdów elektrycznych. Wymaganie to dotyczy przypadku, gdy parking znajduje się wewnątrz budynku, a – w przypadku ważniejszych renowacji – działania renowacyjne obejmują parking lub infrastrukturę elektryczną budynku; lub gdy parking przylega fizycznie do budynku, a działania renowacyjne obejmują parking lub infrastrukturę elektryczną parkingu. W odniesieniu do nowych budynków mieszkalnych i budynków mieszkalnych poddawanych ważniejszym renowacjom, mających więcej niż dziesięć miejsc parkingowych, wymaganie to dotyczy zapewnienia tylko instalacji infrastruktury kanałowej, aby umożliwić zainstalowanie na późniejszym etapie punktów ładowania przeznaczonych dla pojazdów elektrycznych.
Wszystkie wymagania zapisane w dyrektywie z 2018 roku zmieniającej dyrektywę w sprawie charakterystyki energetycznej budynków mają zostać wprowadzone przez państwa członkowskie do przepisów krajowych do dnia 10 marca 2020 roku.