dr in¿. Tomasz SZUL
Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Ko³³¹taja w Krakowie, Katedra Energetyki i Automatyzacji Procesów Rolniczych e-mail: T.Szul@ur.krakow.pl
Streszczenie
Dla przyk³adowego budynku mieszkalnego, który zosta³ poddany termomodernizacji wyznaczono charakterystykê techniczno-ekonomiczn¹, zgodnie z zapisami rozporz¹dzenia ministra gospodarki dotycz¹cego audytu efektywnoœci energetycznej. Obliczeniami objêto wszystkie przegrody budynku, które zosta³y poddane dzia³aniom termomodernizacyjnym. Na podstawie obliczeñ oszacowano, ¿e na skutek podjêtych zabiegów modernizacyjnych sezonowa oszczêdnoœæ energii cieplnej mo¿e wynieœæ ok. 48% w stosunku do stanu, jaki by³ przed termomodernizacj¹. Przeprowadzona analiza ekonomiczna wykaza³a, ¿e poniesione nak³ady inwestycyjne na termomodernizacjê obiektu zwróc¹ siê po 15 latach eksploatacji, a zatem podjête dzia³ania s¹ ekonomicznie uzasadnione.
budynek mieszkalny, termomodernizacja, audyt efektywnoœci energetycznej
S³owa kluczowe:
AUDYT EFEKTYWNOŒCI ENERGETYCZNEJ
TERMOMODERNIZACJI BUDYNKU
MIESZKALNEGO JEDNORODZINNEGO
Wprowadzenie
Zgodnie z ustaw¹ z dnia 15 kwietnia 2011 r. o efektywnoœci energetycznej [10], okreœlenie efektywnoœæ energetyczna oznacza stosunek uzyskanej wielkoœci efektu u¿ytkowego danego obiektu, urz¹dzenia technicznego lub instalacji, w typo-wych warunkach ich u¿ytkowania lub eksploatacji, do iloœci zu¿ycia energii przez ten obiekt, urz¹dzenie techniczne lub instalacjê, niezbêdnej do uzyskania tego efektu.
Na podstawie art. 28 ust. 6 ww. ustawy w dniu 10 sierpnia 2012 r. wesz³o w ¿ycie rozporz¹dzenie ministra gospodarki w sprawie szczegó³owego zakresu i sposobu sporz¹dzania audytu efektywnoœci energetycznej, wzoru karty audytu efek-tywnoœci energetycznej oraz metod obliczania oszczêdnoœci energii [5].
W myœl rozporz¹dzenia sporz¹dzony audyt przedsiêwziê-cia s³u¿¹cego poprawie efektywnoœci energetycznej, obejmuje: 1. Wskazanie dopuszczalnych, ze wzglêdów technicznych i ekonomicznie uzasadnionych rodzajów i wariantów realizacji przedsiêwziêcia s³u¿¹cego poprawie efekty-wnoœci energetycznej, z uwzglêdnieniem zastosowania ró¿nych technologii.
2. Szczegó³owy opis planowanych usprawnieñ w ramach poszczególnych rodzajów i wariantów realizacji przedsiê-wziêcia s³u¿¹cego poprawie efektywnoœci energetycznej. 3. Wskazanie mo¿liwej do uzyskania oszczêdnoœci energii,
wraz z ocen¹ op³acalnoœci ekonomicznej ka¿dego z mo¿li-wych do zrealizowania przedsiêwziêæ s³u¿¹cych poprawie efekty-wnoœci energetycznej, w szczególnoœci:
- przyjête za³o¿enia i Ÿród³a danych zastosowanych do obliczeñ oszczêdnoœci energii,
- sposób wykonania analiz danych, metod obliczenio-wych i zastosowanych modeli matematycznych oraz szczegó³owy opis wzorów, wskaŸników i wspó³czynników u¿ytych w tych obliczeniach,
- ocenê op³acalnoœci ekonomicznej poszczególnych rodzajów i wariantów realizacji przedsiêwziêæ s³u¿¹cych poprawie efektywnoœci energetycznej, zawieraj¹c¹ w szczególnoœci: rodzaje kosztów inwestycyjnych, przyjêtych aktualnych i prognozowanych cen paliw lub energii oraz przewidywany okres zwrotu inwestycji. W za³¹czniku do rozporz¹dzenia wskazano
przedsiê-wziêcia s³u¿¹ce poprawie efektywnoœci energetycznej, dla których mo¿e byæ sporz¹dzany audyt efektywnoœci energe-tycznej w sposób uproszczony - s¹ nimi m.in.: dzia³ania termo-modernizacyjne budynków mieszkalnych (jedno- i wielo-rodzinnych) oraz u¿ytecznoœci publicznej. W za³¹czniku zamieszczono formu³y umo¿liwiaj¹ce obliczenie oszczêdnoœci energii dla modernizacji przegród budowlanych takich jak: ocieplenie œciany zewnêtrznej, dachu lub stropodachu, ocieplenie stropu pod nieogrzewanym poddaszem, ocieplenie stropu nad piwnic¹ oraz modernizacji lub wymiany stolarki okiennej. Obliczenia cieplne wykonane na podstawie tych formu³ pozwol¹ okreœliæ potencja³ oszczêdnoœci energii oraz stanowi¹ podstawê do analizy op³acalnoœci ekonomicznej przedsiêwziêcia termomodernizacyjnego. Dlatego celem pracy by³o sporz¹dzenie audytu efektywnoœci energetycznej termomodernizacji dla przyk³adowego budynku jedno-rodzinnego zlokalizowanego na obszarach wiejskich, zgodnie z wytycznymi zawartymi w rozporz¹dzeniu oraz wykonanie analizy ekonomicznej op³acalnoœci zastosowania poszcze-gólnych wariantów ocieplenia, takich jak modernizacja przegród zewnêtrznych, stropu pod poddaszem, stropu nad piwnicami oraz wymiana okien.
Przedmiotem badañ by³ wolnostoj¹cy jednorodzinny budy-nek mieszkalny (rys. 1) oddany do u¿ytkowania w 1973 roku, który zlokalizowany jest w Ma³opolsce na terenie powiatu krakowskiego (III strefa klimatyczna). Budynek posiada wentylacjê naturaln¹ i ogrzewany jest systemem centralnego ogrzewania (obieg grawitacyjny) z kot³em komorowym -rusztowym (z nadmuchem) na paliwo sta³e. Ciep³o do pomieszczeñ jest przekazywane za poœrednictwem grzejników ogniwowych ¿eliwnych (z regulacj¹ rêczn¹), a przewody roz-prowadzaj¹ce s¹ dobrze izolowane. Sezonowe zu¿ycie opa³u (wêgiel orzech II) wynosi³o œrednio ok. 8,5 Mg ± 0,5 Mg oraz ok. 0,5 m drewna. Na tej podstawie obliczono zu¿ycie energii (przyjmuj¹c wartoœæ opa³ow¹ wêgla Wu = 25 GJ/Mg oraz dla drewna Wu = 15 GJ/Mg), które wynosi³o ok. 216 GJ/rok. Obliczone sezonowe zu¿ycie energii zgodnie z [2] dla warunków sezonu standardowego (stacja klimatyczna Kraków Balice) wynosi 232 GJ/rok. Podstawowe dane obiektu zamieszczono w tab. 1.
Przedmiot badañ
3
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 4/2016 24
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 4/2016 25
Budynek zosta³ poddany kompleksowej termomodernizacji w roku 2015. Termomodernizacja polega³a na dociepleniu œcian zewnêtrznych metod¹ lekk¹ mokr¹ (styropian o gruboœci 10 cm, wspó³czynnik przewodnoœci cieplnej materia³u izola-cyjnego = 0,04 W/m·K), dociepleniu stropu pod poddaszem (we³na mineralna o gruboœci 20 cm, wspó³czynnik przewod-noœci cieplnej materia³u izolacyjnego = 0,042 W/m·K), docie-pleniu stropu nad piwnic¹ (styropian o gruboœci 5 cm, wspó³czynnik przewodnoœci cieplnej materia³u izolacyjnego = 0,038 W/m·K) oraz wymianie okien (okna PVC z szyb¹ zespolon¹ o ca³kowitym wspó³czynniku przenikania ciep³a U = 1,3 W/m ·K). Gruboœci warstw materia³ów izolacyjnych dobrano w ten sposób, aby wartoœci wspó³czynnika przenikania ciep³a dla przegród (oraz okien) spe³nia³y warunek U zgodnie z zapisami zawartymi w WT2014 [6]. Wyniki obliczeñ
ë
ë
ë
2
max
wspó³czynników przenikania ciep³a przed i po termo-modernizacji wyliczonego zgodnie z PN-EN ISO 6946 [4] zestawiono w tab.1 i 2.
Dane zawarte w tab. 1 i 2 pos³u¿y³y do oszacowania iloœci zaoszczêdzonej energii, któr¹ dla modernizacji œciany ze-wnêtrznej, stropu pod nieogrzewanym poddaszem oraz stropu nad nieogrzewan¹ piwnic¹ obliczono wg wzoru 1, natomiast w przypadku wymiany stolarki okiennej pos³u¿ono siê wzorem 2. Wspó³czynniki przeliczeniowe oraz korekcyjne przyjêto zgodnie z zapisami zawartymi w [5]. Wyniki obliczeñ iloœci zaoszczêdzonej energii finalnej dla poszczególnych przegród zestawiono w tab. 3.
Ocena potencja³u zaoszczêdzonej energii Rys. 1. Analizowany budynek mieszkalny jednorodzinny przed i po termomodernizacji
Fig. 1. Residential building before and after thermal modernization
Powierzchnia ogrzewana Af [m ]2 Kubatura ogrzewanej czêœci budynku V [m ]3 WskaŸnik zwartoœci budynku A/V [-] Powierzchnia œcian zewnêtrznych Ap [m ]sc 2 Powierzchnia stropu pod nieogrzewanym poddaszem Ap [m ]pod 2 Powierzchnia stropu nad piwnic¹ Ap [m ]piw 2 Powierzchnia okien A [m ]ok 2 150,4 391 1,1 238,02 60,8 110,41 18,87
Tab. 1. Wymiary charakterystyczne analizowanego obiektu Table 1. The characteristic dimensions of the analyzed object
Tab. 2. Wspó³czynniki przenikania ciep³a przed i po termomodernizacji budynku Table 2. Heat transfer coefficients before and after thermal modernization of the building
Wyszczególnienie
Wspó³czynnik przenikania ciep³a [W/m ·K]2
Œciana zewnêtrzna Strop pod nieogrzewanym poddaszem
Strop nad nieogrzewan¹
piwnic¹ Okna Stan przed termomodernizacj¹ U
Stan po termomodernizacji U 0 1 0,67 0,25 1,12 0,18 1,17 0,46 1,8 1,3 Wyszczególnienie
Œciana zewnêtrzna Strop pod nieogrzewanym poddaszem
Strop nad nieogrzewan¹ piwnic¹ Iloœæ zaoszczêdzonej energii finalnejÄQ0[GJ/rok]
Okna Razem Typ przegrody Udzia³ % 49,5 46 21,5 20 16,5 15 20,6 19 108,1 100
Tab. 3. Iloœæ zaoszczêdzonej energii finalnej Table 3. The amount of saved final energy
, (1)
Ocena konkretnego rozwi¹zania powinna opieraæ siê na obiektywnych kryteriach. Powszechnie uwa¿a siê, ¿e takim kryterium jest nadwy¿ka efektów nad nak³adami [7, 8]. Analizê ekonomiczn¹ wykonano w oparciu o z³o¿one metody oceny inwestycji rzeczowych, oparte na stopie procentowej (dyskon-towej), uwzglêdniaj¹ce zmianê wartoœci pieni¹dza w czasie. Metodami tymi s¹:
koszt zaoszczêdzonej energii CCE ( ).
Je¿eli koszt zaoszczêdzonej energii jest mniejszy lub równy cenie p³aconej za energiê, istniej¹ przes³anki, ¿e inwestycja jest op³acalna.
dyskontowany okres zwrotu nak³adów ( ). , (2) gdzie: -, A A -ÄQ ,-ÄQ ë -ç 0 ok 3 p ok 0 0ok 1ok t
iloœæ zaoszczêdzonej energii finalnej, [GJ/rok],
W - wspó³czynnik przeliczeniowy [5]: 0,3356 - ocieplenie œciany zewnêtrznej, dachu lub stropodachu, 0,2517 - ocieplenie stropu pod nieogrzewanym poddaszem, 0,1426 - ocieplenie stropu nad piwnic¹,
- wspó³czynnik ostroœci klimatu, =0,97 [5],
- wspó³czynnik korekcyjny w zale¿noœci od wielkoœci œredniej temperatury pomieszczenia ogrzewanego, =0,1 [5]
wspó³czynnik zmniejszaj¹cy ze wzglêdu na korektê rzeczywistych warunków klimatycznych, = 0,90 [5],
powierzchnia ocieplonej przegrody (œciany zewnêtrznej) przed wykonaniem ocieplenia, [m ],
powierzchnia okien poddawanych termomodernizacji, [m ], wspó³czynnik przenikania ciep³a w stanie istniej¹cym, [W/m ·K] wg [4],
wspó³czynnik przenikania ciep³a okna zewnêtrznego w stanie istniej¹cym, [W/m ·K],
wspó³czynnik przenikania ciep³a okna zewnêtrznego po modernizacji, [W/m ·K],
gruboϾ dodatkowej warstwy ocieplenia, [m],
wspó³czynnik przewodnoœci cieplnej materia³u izolacyjnego, [W/m·K] wg [3],
ca³kowita sprawnoœæ systemu grzewczego (kot³ownia z kot³em na paliwo sta³e = 0,59) [5]. i 1 1 2 2 3 t k k k k k k U U U d 2 2 2 2 2 ç
WskaŸniki efektywnoœci ekonomicznej przedsiêwziêcia termomodernizacyjnego · · Cost of Conserved Energy PBP pay-back period
Wyszczególnienie Œciana zewnêtrzna Strop pod nieogrzewanym poddaszem
Strop nad nieogrzewan¹
piwnic¹ Okna Razem
20,2 1,51 4,4 0,65 69 0,51 7,8 0,62 39,3 3,29 Jednostkowy koszt wykonania
termomodernizacji (brutto) [z³/m ]2 NI WRK [tys. z³] [tys. z³] 85 72 63 418
-Tab. 4. Zestawienie danych wejœciowych do obliczeñ ekonomicznych Table 4. Specification of the input data to economic calculations
t 0 0 p 3 2 i 0 1 1 A W h ÷ ÷ ÷ ÷ ø ö ç ç ç ç è æ l + -× × × × = D d U U k k Q
(
)
[
]
t ok 1 ok 0 ok 3 2 1 k 0 57 0 336 0 A h + -× × × × × = DQ k k k , U U , 0 1 1 Q i i NI CCE n D + -× = ( )- [z³/GJ], (3)Okres czasu, w którym dyskontowane przep³ywy pieniê¿ne pokrywaj¹ poniesione nak³ady inwestycyjne. Dyskontowany okres zwrotu nak³adów uwzglêdnia zmienn¹ wartoœæ zainwestowanej kwoty w czasie:
Wielkoœæ nak³adów inwestycyjnych ( ) zosta³a osza-cowana na podstawie faktur VAT za wykonane prace, które zosta³y udostêpnione przez inwestora. Na tej podstawie okre-œlono koszty jednostkowe termomodernizacji poszczególnych elementów budynku. Wartoœæ rocznych korzyœci ( ) obliczono jako iloczyn kosztu jednostki energii wykorzystanej do ogrzewania (30,5 z³/GJ [1]) i rocznej oszczêdnoœci energii (obliczonej wg wzorów 1 i 2). Otrzymane wartoœci zesta-wiono w tab. 4. Ca³kowite nak³ady inwestycyjne na termo-modernizacjê analizowanego budynku wynios³y ok. 39 tys. z³, a wartoœæ rocznych korzyœci zwi¹zanych z ograniczeniem zu¿ycia energii na ogrzewanie mog¹ wynieœæ ok. 3,3 tys. z³ rocznie.
Przeprowadzone obliczenia w oparciu o wskaŸniki oceny ekonomicznej pozwoli³y okreœliæ op³acalnoœæ poszczególnych zabiegów termomodernizacyjnych s³u¿¹cych poprawie efektywnoœci energetycznej budynku. Wyniki przeprowa-dzonych analiz ekonomicznych dla poszczególnych przegród budynku, które zosta³y poddane termomodernizacji zesta-wiono w tab. 5.
Analizuj¹c otrzymane wyniki mo¿na stwierdziæ, ¿e podjête dzia³ania termomodernizacyjne s¹ uzasadnione ekonomicznie œwiadcz¹ o tym pozytywne wartoœci wskaŸników oceny. Naj-wiêksz¹ oszczêdnoœæ uzyskano w wyniku docieplenia stropu pod nieogrzewanym poddaszem - w tym przypadku koszt zaoszczêdzonej energii jest najni¿szy i wynosi ok. 12 z³/GJ, a nak³ady poniesione na modernizacjê stropu zwróc¹ siê po 8 latach. Nak³ady inwestycyjne poniesione na ocieplenie pozosta³ych przegród zwróc¹ siê w ci¹gu 16-18 lat. Analizuj¹c termomodernizacjê budynku jako dzia³anie kompleksowe mo¿na stwierdziæ, ¿e koszt poniesiony na zaoszczêdzenie energii ( ) wynosi ok. 21 z³/GJ, a poniesione nak³ady zwróc¹ siê ( ) ju¿ po 15 latach eksploatacji.
gdzie:
nak³ady inwestycyjne (koszt wykonania termomodernizacji materia³ plus robocizna) [tys. z³],
- kolejny rok u¿ytkowania, - stopa dyskonta 3% [9],
- 1..25 kolejny rok kosztów ( zak³adana iloœæ lat cyklu ¿ycia), - wartoœæ rocznych korzyœci [tys. z³],
roczna oszczêdnoœæ energii [GJ].
NI -t i n n=25 WRK ÄQ0 NI WRK c Q CCE PBP E 0 Ä
( )
i i WRK NI PBP + ú ú ú ú û ù ê ê ê ê ë é × ÷ ø ö ç è æ -= 1 1 1 ln ln [lata], (4)TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 4/2016 Wyszczególnienie Œciana zewnêtrzna Strop pod nieogrzewanym
poddaszem
Strop nad nieogrzewan¹
piwnic¹ Okna Budynek liczony jako ca³oœæ CCE PBP [z³/GJ] [lata] 23,47 17 11,69 8 24,21 18 21,99 16 20,88 15
Tab. 5. Wyniki analizy ekonomicznej Table 5. The results of the economic analysis
Podsumowanie
Bibliografia
Dla przyk³adowego budynku mieszkalnego jednoro-dzinnego wykonano audyt efektywnoœci energetycznej wykonanej termomodernizacji. Audyt obejmowa³ obliczenie iloœci zaoszczêdzonej energii, jak równie¿ analizê op³acalnoœci ekonomicznej podjêtych dzia³añ zgodnie z wytycznymi zawar-tymi w rozporz¹dzeniu ministra gospodarki o efektywnoœci energetycznej. Obliczeniami objêto poszczególne przegrody takie jak: œciany zewnêtrzne, stropy (pod poddaszem i nad piwnicami) oraz okna, które zosta³y poddane dzia³aniom termomodernizacyjnym. Szacuje siê, ¿e na skutek podjêtych zabiegów modernizacyjnych sezonowa oszczêdnoœæ energii mo¿e wynieœæ ok. 108 GJ (co daje oszczêdnoœæ ok. 48% w stosunku do stanu przed termomodernizacj¹). Przepro-wadzona analiza ekonomiczna wykaza³a, ¿e podjête dzia³ania s¹ op³acalne, o czym œwiadczy zarówno wartoœæ wskaŸnika - kosztu zaoszczêdzonej energii wynosz¹cego ok. 21 z³/GJ (a zatem ni¿szym od kosztu energii, który wynosi 30,5 z³/GJ), jak równie¿ wskaŸnika , który wykaza³, ¿e poniesione nak³ady inwestycyjne na termomodernizacjê obiektu zwróc¹ siê po 15 latach eksploatacji.
CCE
PBP
[1] Dworecki Z., Adamski M., Pilarski K., Pilarska A., Rybacki P.: Koszty energii z ró¿nych Ÿróde³ wykorzystywanej do ogrzewania i napêdu pojazdów. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2015, 5, 3-5.
[2] PN-EN ISO 13790:2008 Energetyczne w³aœciwoœci u¿ytkowe budynków - Obliczanie zu¿ycia energii do ogrzewania i ch³odzenia.
[3] PN-EN ISO 10456:2009 Materia³y i wyroby budowlane. W³aœciwoœci cieplno-wilgotnoœciowe. Tabelaryczne wartoœci obliczeniowe i procedury okreœlania deklaro-wanych i obliczeniowych wartoœci cieplnych.
[4] PN-EN ISO 6946:2008. Komponenty budowlane i ele-menty budynku. Opór cieplny i wspó³czynnik przenikania ciep³a. Metoda obliczania.
[5] Rozporz¹dzenie Ministra Gospodarki z dnia 10 sierpnia 2012 r. w sprawie szczegó³owego zakresu i sposobu sporz¹dzania audytu efektywnoœci energetycznej, wzoru karty audytu efektywnoœci energetycznej oraz metod obliczania oszczêdnoœci energii. (Dz.U. z 2012 r. Poz. 962).
[6] Rozporz¹dzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. (z póŸn. zm.) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadaæ budynki i ich usytuowanie. WT 2014. (Dz.U. z 2013 r. poz. 926.
[7] Szul T.: Wyniki badañ eksploatacyjnych i ocena op³a-calnoœci ekonomicznej instalacji solarnej w gospodarstwie domowym. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2015, 5, 8-11.
[8] Szul. T.: Prosumer Energy - a Benefit or Loss for Beneficiaries in the Light of the Act on Renewable Sources of Energy. Barometr Regionalny. Analizy i Prognozy, 2015, 13, 101-106.
[9] UOKIK - Urz¹d Ochrony Konkurencji i Konsumentów. W y s o k o œ æ s t o p y d y s k o n t a w r o k u 2 0 1 5 . https://uokik.gov.pl/stopa_referencyjna_i_archiwum.php. [10]Ustawa z dnia 15 kwietnia 2011 r. o efektywnoœci energetycznej (Dz. U. Nr 94, poz. 551 oraz z 2012 r. poz. 951).
THE AUDIT OF ENERGY EFFICIENCY OF THERMAL MODERNIZATION
OF SINGLE-FAMILY RESIDENTIAL BUILDING
Summary
For the model residential building subjected to thermal modernization the technical and economical characteristics were determined, according to provisions of the regulation of the minister of the economy concerning the audit of the energy efficiency. Calculations included all the building envelope, which have undergone thermo-modernization. On the basis of calculations it was estimated that as a result of undertaken modernization seasonal thermal energy saving could amount to approx. 48% compared to the state before modernization. Conducted economic analysis showed that the amount of investment costs for thermal modernization of object will return after 15 years of operation and, therefore, the measures are economically justified.
residential building, thermal modernization, audit of energy efficiency
Key words:
