nZEB według Dyrektywy UE o charakterystyce energetycznej budynków – drogi do standardu w budownictwie lat 2020-tych.
Aby osiągnąć globalne cele klimatyczne, wewnątrz UE należy do roku 2050 zmniejszyć emisję CO2 o 80 do 95 procent. W sektorze budownictwa, w przeciwieństwie do innych dziedzin, możliwe jest, by przy pomocy rozsądnych środków i już dzisiaj dostępnych technologii, uzyskać 100 procentową redukcję. Jakie działania w odniesieniu do powłoki budynku i techniki, koncepcji urbanistycznych i planistycznych, zastosowania odnawialnych źródeł energii i systemów zaopatrywania w media oraz komunalnych i regionalnych koncepcji ochrony klimatu należy podjąć, by na bazie technologii domów pasywnych w przypadku nowego budownictwa i modernizacji wdrożyć ten cel i stworzyć struktury osadnictwa dla decentralnych dostawców energii?
Na drodze do tego celu w roku 2021 zgodnie z Dyrektywą UE o charakterystyce energetycznej budynków, budownictwo „nearly Zero Energy Building(nZEB)” (czyli prawie zeroenergetyczne) ma stać się w Europie standardem. Podczas tych kilku dzielących nas od tej daty latchodzi o to, by znaleźć możliwą przyszłościową definicję dla budynków lat 2020-tych, która równocześnie będzie mogła być realizowana przez budownictwo, a dla inwestorów stanowić będzie sensowne ekonomicznie rozwiązanie. W poniższym wykładzie przedstawione zostaną zasadnicze wymagania i szanse przyszłego standardu.
Na pytanie dotyczące standardu prawie zeroenergetycznego – nZEB - najlepiej odpowiedzieć przy pomocy wykresu dotyczącego uczenia się budownictwa efektywnego energetycznie.Zgodnie z tym jak zamanifestował się standard niskoenergetyczny, po fazie wstępnej wynoszącej piętnaście lat, w rozporządzeniu w sprawie oszczędzania energii z 2002, w roku 2020 budowanie przy użyciu komponentów domu pasywnego powinno być czymś oczywistym. Ostatnie przeszkody na drodze do niego wiodącej nie leżą w obszarze powłoki budynku.
Kto w roku 2020 będzie chciał postawić jakiś budynek, będzie musiał się zastanowić, jaki standard będzie przyszłościowy także za kolejnych dwadzieścia lat. Elementy powłoki budynku są wykonane sensownie z punktu widzenia ekonomii tylko wtedy, jeśli standard energetyczny zostanie osiągnięty na okres użytkowania wynoszący trzydzieści – a jeszcze lepiejna sześćdziesiąt lat - bez konieczności ponownego energetycznego dopasowywania. Na bazie tych rozważań wysoko wartościowa powłoka budynku powstaje sama z siebie. Dodatkowe inwestycje są przy zoptymalizowanym projektowaniu bardzo umiarkowane i umożliwiają, dzięki wysokiej efektywności energetycznej budynku, oszczędności w eksploatacji budynku.
Ponadto inwestor musi wziąć pod uwagę to, że cykl inwestycyjny w odniesieniu do powłoki budynku wynoszący 30 do 60 lat, w przypadku instalacji technicznych wynosi mniej więcej 20 lat. Im taniej i prościej zostaną one wykonane, tym mniejsze są koszty cykli remontów instalacji technicznych.
Komponenty domu pasywnego były ulepszane w ciągu ostatnich dwudziestu lat stale i z dużą dozą innowacyjności. Należy wyjść z założenia, że trend ten będzie kontynuowany, a techniki będą dostępne w coraz bardziej korzystnych cenach.
Skorupa budynku: wymogi domu pasywnego dotyczące skorupy budynku staną się w następnych latach powszechnym standardem. W odpowiednich badaniach dotyczących ekonomiczności zwiększona grubość izolacji nieprzezroczystych części konstrukcji powierzchni transmisji w długofalowym kontekście okazała się wysoko opłacalna. Z technicznego punktu widzenia jest prawie zawsze możliwe,by sensownie zmieścić większą warstwę izolacji w konstrukcji.
Największą przeszkodę długo stanowiły okna. Okna pasywne były początkowo dwa lub trzy razy droższe niż standardowe. W międzyczasie dodatkowa inwestycja z nimi związana wynosi tylko 10 do 15 procent. Zalecenie architekta dotyczące oszklenia podwójnego z dzisiejszej perspektywy stanowi zasadniczo błąd projektowy. Poniższa ilustracja pokazuje, jaki rozwój przeszły w ostatnich latach wysokoefektywne okna w porównaniu z oknami standardowymi. Dalsza poprawa jest już na horyzoncie: węższe ramy umożliwiają poprawę współczynnika Uw do poziomu 0,65 do 0,75 W/(m²K) przy jednocześnie lepszym pozyskaniu energii słonecznej.
Oszklenia próżniowe w Japonii i Chinach produkowane są już w skali przemysłowej i zasadniczo charakteryzują się oszczędnościowym potencjałem. Najważniejszym wynikiem tego rozwoju jest fakt, że w omawianym okresie czasu na rynku pojawiały się jako standard coraz to lepsze okna przy kosztach, które mniej więcej pozostały na stałym poziomie.
Rysunek 1: Rozwój cen okien (€ na m² powierzchni okna), bez uwzględnienia wzrostu cen wg indeksu cen budowlanych (2014=100)
Instalacje techniczne budynku – ogrzewanie, woda ciepła i ciepło procesowe: w następnych latach nastąpi zmiana paradygmatu w zakresie instalacji grzewczych.
Budowa w szerokim zakresie obiektów z wysokowartościową powłoką budynku doprowadzi do wycofania się z dotychczasowych zasad konstrukcjisystemów grzewczych. W przypadku tej koncepcji należy pamiętać o następujących aspektach:
- obciążenie cieplne wynoszące 10 W/m² umożliwia zastosowanie najprostszych systemów grzewczych, które mogą wykorzystać synergię z techniką wentylacyjną i przygotowywaniem wody ciepłej. Zwiększona inwestycja w powłokę budynku stanowi więc w swej istocie redukcję wobec „klasycznej” instalacji technicznej. A na marginesie – cały pakiet instalacji technicznych budynku w postaci instalacji wentylacyjnej i zastosowania energii odnawialnych będzie coraz szerzej stosowany.
- przygotowywanie wody ciepłej przekracza coraz częściej w zakresie zapotrzebowania energetycznego ogrzewanie i wymusza tworzenie bardziej efektywnych systemów. Zwłaszcza w tym zakresie konieczne są intensywne prace, by z jednej strony tworzyć rozwiązania w celu zmniejszenia ilości wody ciepłej przy tym samym komforcie, a z drugiej strony doprowadzić do wyraźnego zmniejszenia skomplikowania instalacji poprzez konfiguracje systemowe bądź techniki odzyskiwania ciepła.
- drogie techniki regulacji ogrzewania, jego monitoringu i rozliczania staną się w przyszłości niepotrzebne i będą w przypadku integralnej techniki komunikacji tylko niewielkimi dodatkowymi modułami, które wraz z innymi elektronicznymi „zabawkami” będą mogły zmieścić się w urządzeniu o formacie telefonu komórkowego.
- przepływy energii i ciepła w części mieszkalnej łączą integralnie urządzenia AGD i instalacje techniczne budynku. Zamiast pojedynczo dodawanych komponentów można tworzyć łączone w sieć struktury lub integralne systemy przy wykorzystaniu efektu synergii.
- Budynki wysokoefektywne zmieniają struktury zaopatrywania na płaszczyźnie miejskiej. Na przykład zaopatrywanie w gaz na terenach niezbyt gęsto zamieszkałych nie jest specjalnie opłacane i odchodzi się od niego. Monowalentne zaopatrywanie w prąd staje się standardem w dzielnicach domów jednorodzinnych, a więc należy do tego dopasować instalacje techniczne w budynkach, na przykład poprzez wysokoefektywne pompy ciepła.
Prąd: prąd dla gospodarstwa domowego, na potrzeby eksploatacji i prąd pomocniczy, muszą być osobno potraktowane przy projektowaniu i zoptymalizowane. Oszczędności przy zakupach na dany okres są z reguły łatwe do osiągnięcia. Przy tym powstają dodatkowe zalety w odniesieniu wewnętrznego obciążenia ciepłem i letniej ochrony przed ciepłem.
Ochrona przed ciepłem latem i chłodzenie: wysokowartościowa powłoka budynku kryje w sobie zalety w odniesieniu do ochrony przed ciepłem w okresie letnim, jeśli dobrze zostaną zaprojektowane powierzchnie przezroczyste i ich zacienianie. Przy zastosowaniu odpowiedniej ilości aktywowanej masy budynku można utrzymać letnie temperatury w komfortowym zakresie w rytmie dziennym poprzez wykorzystanie nocnego chłodu tylko poprzez działania pasywne. W razie potrzeby mogą ze sobą współdziałać instalacje techniczne przeznaczone do ogrzewania i chłodzenia w prostej formie i przy niewielkich kosztach inwestycyjnych. Aktywne systemy chłodzenia o niewielkiej mocy mogą średnioterminowo być możliwe w szczególnych przypadkach,ze względu na efekty klimatyczne. Nie stanowią wielkiego problemu ze względu na odnawialną i solarną strukturę zaopatrywania, ponieważ przy silniejszym nasłonecznieniu oferta energii odnawialnych bez problemu umożliwia zastosowanie techniki klimatyzacyjnej.
Energie odnawialne: zastosowanie energii odnawialnych na potrzeby instalacji technicznych budynku i zaopatrzenia w prąd staje się centralnym zadaniem projektowania obiektów i zabudowy. Celem powinno tutaj być zapewnienie jak największego stopnia produkcji wewnątrz struktur osiedla, aby do minimum zredukować import energii oraz centralne techniki produkcji, jak też wykorzystanie wolnych powierzchni na potrzeby regeneratywnej produkcji prądu. Należy wyjść z założenia, że struktury urbanistyczne będą musiały zostać dopasowane do tych wymogów.
W ramach przeprowadzonych badań [Ecofys, Schulze Darup 2014] obliczono koszty inwestycyjne dla połówki bliźniaka o powierzchni mieszkalnej wynoszącej 146 m² i 70 m² piwnicy dla różnych standardów i roku budowy. Budynek o standardzie energetycznym z roku 1990 osiąga mimo gorszego standardu te same koszty, co standard aktualny (2014). Wobec standardu Rozporządzenia z 2014 komponenty domu pasywnego powłoki budynku czynią budynek droższym o ok. 9.000 €, instalacja wentylacyjna jest droższa o kolejne 6.500 €, bez uwzględnienia wzrostu cen. Tutaj zgodnie ze standardem RozporządzeniaEnEV, według obowiązującej normy DIN 1946-6, zastosowano wyciąg. W zakresie instalacji technicznych budynku, ze względu na niewielkie wymogi dotyczące mocy, przy wysoko efektywnych standardach, istnieje potencjał dla oszczędności. W szczególności koncepcje plusenergetyczne zawierają w dużym stopniu efekty synergii. Należy do nich np. rezygnacja z ciepła słonecznego, jeśli już i tak zainstalowano fotowoltaikę i system pompy ciepła.
W efekcie mamy do czynienia z różnicami pomiędzy kosztami inwestycyjnymi badanych standardów budynków,bez uwzględnienia wzrostu cen, do poziomu 10%, przy jednocześnie wyraźnie wyższej jakości nowych standardów. Tak więc niedoinwestowanie standardu w roku 1990 zgodnie z 2 Rozporządzeniem w sprawie ciepłochronności budynków wobec standardu Rozporządzenia EnEV2014 jest mniejsze niż 2% (bez uwzględniania wzrostu cen), EnEV 2002 vs. EnEV 2014 mniej niż 1%. Dodatkowa inwestycja dla osiągnięcia standardu banku KfWdla domu efektywnego klasy 40 i domu pasywnego leży przy zoptymalizowanych instalacjach technicznych budynku tylko ok. 10% powyżej EnEV 2014.
Rysunek 2: Koszty inwestycyjne dla połówki bliźniaka w cenach dla roku budowy 2014 (indeks cen budowy dla budynku mieszkalnego w roku budowy 2014 = 100% [€, z VAT])
Jako ważne kryterium dla standardu budynków traktowane jest miesięczne obciążenie budżetu właściciela. Zawiera ono obok finansowania kosztów inwestycji także bieżące koszty i przychody związane z utrzymaniem budynku. Do tego należą koszty finansowania (2 % odsetki, 3 % spłata), koszty eksploatacji, konserwacja i przychód z dostarczonego do sieci prądu przy budynkach plusenergetycznych. Zasadniczo obliczenia dla wszystkich lat wyrywkowych dokonano na warunkach ramowych (wsparcie banku KfW, odsetki, koszty energii) roku bazowego 2014.
Rysunek 3: Zestawienie miesięcznego obciążenia budżetu właściciela podpiwniczonej połówki bliźniaka o powierzchni mieszkalnej 140 m². Budynki plusenergetyczne są od pierwszego miesiąca najbardziej korzystne (domy pasywne trochę bardziej korzystne niż domy efektywne 40 plus standardu KfW).
Wynik na ilustracji pokazuje, że przy porównywalnych poza tym warunkach brzegowych koszty łączne standardów w ostatnich 25 latach i tych tutaj badanych nie różnią się od siebie w sposób znaczący. Różnica w miesięcznym obciążeniu pomiędzy najdroższym a najbardziej korzystnym standardem wynosi ok. 10%. Absolutne miesięczne obciążenie wynosi mimo tych wysokich 3% spłaty maksymalnie niecałe 1500 €/miesiąc. Dla nowej połówki bliźniaka o powierzchni mieszkalnej 146 m²i 70 m² powierzchni użytkowej piwnicy jest to umiarkowane.
Najważniejszym wynikiem jest fakt, że zarówno dzisiejszy standard dla nowego budownictwa oparty na Rozporządzeniu EnEV 2014, jak też wszystkie standardy w przyszłości dla opisywanej połówki bliźniaka, prowadzić będą do niższego miesięcznego obciążenia, niż wszystkie badane standardy z przeszłości. Należy przy tym wziąć pod uwagę fakt, że dla komponentów standardów przyszłościowych będzie istniał jeszcze jeden dalszy potencjał zmniejszenia kosztów, który będzie możliwy do zrealizowania przy kontynuacji dotychczasowych doświadczeń. W trakcie rozwoju przyszłych standardów możemy m. in. oczekiwać wyraźnych obniżek cen dla małych pomp ciepła i urządzeń wentylacyjnych.
Na podstawie licznych przeprowadzonych projektów można udowodnić, że opisane techniki wraz z dostępnymi na rynku komponentami są możliwe do zrealizowania i jednocześnie, przy optymalnym zaprojektowaniu, dają większą opłacalność.
Domy jednorodzinne, bliźniaki i szeregowce: najwięcej zrealizowanych przykładów mamy właśnie w zakresie tych budynków. Ze strony autora zostanie przedstawiony np. dom jednorodzinny w Erlangen, który w bilansie rocznym produkuje dwa razy więcej energii, niż zużywa, przy kosztach w ramach ekspertyzy (rozdz. 3).
Rysunek 4: Dom plusenergetyczny w Erlangen-Büchenbach: ten dom jednorodzinny o powierzchni mieszkalnej 140 m² wytwarza w bilansie rocznym dwa razy tyle energii pierwotnej, co sam zużywa. Wimmer/Schulze Darup)
Dom wielorodzinny – nowe budownictwo: osiągnięcie pozytywnego wyniku bilansu energetycznego jest w tym wypadku trudniejsze, ponieważ stosunek powierzchni dachu do powierzchni mieszkalnej jest bardziej niekorzystny. Poniższa ilustracja pokazuje komponenty pięciopiętrowego domu wielorodzinnego jako domu plusenergetycznego w konstrukcji drewnianej.
Rysunek 5: Komponentypięciopiętrowegodomuwielorodzinnego z dodatnimbilansemenergetycznym(Arch. Schankula / Schulze Darup)
Dom wielorodzinny – modernizacja: modernizacja domów wielorodzinnych powstałych w latach od 1930 dolat 1970-tych prowadzi, przy zastosowaniu komponentów domu pasywnego, do osiągnięcia zapotrzebowania na ciepło wynoszącego od 20 do 30 kWh/(m²a). Są to charakterystyczne wartości zapotrzebowania, osiągnięte w ostatnich latach przy współczynniku 10 dla modernizacji [gdw 2010].
Rysunek 6: Termomodernizacja budynku w Norymberdze przy zastosowaniu komponentów domu pasywnego. Zapotrzebowanie na ciepło po modernizacji wynosiło ok. 26 kWh/(m²a).
Budynki komercyjne: na przykładzie budynków komercyjnych, dla których przeprowadzono koncepcje zarówno modernizacji, jak też nowej budowy, można było w następujących przypadkach osiągnąć dodatnie wartości bilansów energetycznych:
- Ratusz w Herzogenaurach - 5981 m² ogrzewanej powierzchni
- Szkoław Feuchtwangen- 5283 m² ogrzewanej powierzchni
- Klasztor wPlankstetten.
Wyniki dla poszczególnych budynków można przenieść na dzielnice i stamtąd przełożyć na przyszłe koncepcje kształtowania miast i regionów. Na poniżej podanych przykładachpokażemy krótko przeprowadzone badania i ich wyniki.
Zespół mieszkalny Nürnberg-West: dla osiedla obejmującego 1030 jednostek mieszkaniowych, położonego na południowym zachodzie pasa śródmieściaNorymbergii, stworzono w ramach konkursu energetycznie wysokowartościową koncepcję wraz z późniejszym zagęszczeniem o kolejne 150 jednostek w standardzie domu pasywnego w obrębie strychów. Bazując na przeprowadzonej na tym terenie modelowej modernizacji o współczynniku 10, w powiązaniu z dostarczanym na teren osiedla ciepłem (wysokowartościowa energia pierwotna) można było wypracować jeszcze lepszą koncepcję plusenergetyczną, niż na przykładzie modernizacji domu wielorodzinnego w rozdziale 3. [wbg Nürnberg 2009]
Ryzunek 7: Zespół mieszkalny Strubergasse Salzburg z 480 jednostkami mieszkaniowymi w Salzburgu
Zespół mieszkalny Strubergasse Salzburg: koncepcja modernizacji dla obszaru Salzburga z 480 jednostkami mieszkaniowymi przewiduje w trakcie modernizacji dodatkowe 70 jednostek mieszkaniowych i pokazuje, jak można uzyskać w kolejnych etapach budowy dodatni bilans energetyczny na tym terenie dla ogrzewania, wody ciepłej, wykorzystania prądu i transportu indywidualnego. Bilansowanie energetyczne dla ogrzewania, wody cieplej i prądu jako energii użytkowej daje zapotrzebowanie na energię pierwotną wynoszące 2.360 MWh/a. Po przeciwnej stronie mamy możliwy uzysk energii pierwotnej z fotowoltaiki w wysokości 3.284 MWh/a [Schulze Darup 2010].
Komunalne świadectwa klimatyczne: cel klimatyczny rządu federalnego zakłada redukcję emisji CO2o 80 procent do roku 2050. Na podstawie komunalnych świadectw klimatycznych gminy o rożnej wielkości pokazują, że cel ten jest możliwy do osiągnięcia. Chodzi tutaj o miasta Norymberga (500.000 mieszkańców) i Erlangen (100.000 RM)oraz o gminę wiejską Kulmain (2.600 RM).
Chodzi ponadto o to, by zaoszczędzić od 50 do 60 procent zapotrzebowania energetycznego. Do osiągnięcia tego celu wystarczy, by rocznie modernizować energetycznie 1,5 do 2,0 procent budynków. Jednakże trzeba się tutaj zdecydować na wysokowartościowe standardy.Pozostałe zapotrzebowanie energetyczne można w sposób komfortowy i korzystny cenowo pokryć ze źródeł odnawialnych. W takim rozwiązaniu tkwi duża szansa dla terenów wiejskich, ponieważ miasta mogą same wytworzyć tylko 15 do 30 procent swojego zapotrzebowania na energię ze źródeł odnawialnych. Reszta musi przyjść z regionu i – w niewielkim stopniu - ze źródeł ponadregionalnych, np. farm wiatrowych offshore.
Ambitna definicja standardu prawie zeroenergetycznego zgodna z Dyrektywą UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i adekwatne obchodzenie się z zasobami budowlanymi prowadzą sektor budownictwa do efektu win-win. Wbrew tradycyjnie raczej zachowawczej postawie sektora budowlanego ta gospodarcza wartość dodana może być realizowana przede wszystkim poprzez to, że wykorzystywane będą nagłe impulsy i istniejące już na rynku dojrzałe techniki i komponenty dla dobra ochrony klimatu i w szerokiej formie oddziaływania.
Tylko dzięki temu przemysł będzie mógł dalej i w sposób celowy się rozwijać. Szybkie przyszłościowe działanie, bez ociągania i odczekiwania, jest w równym stopniu zobowiązaniem co szansą - zarówno w aspekcie regionalnym, jak też ponadregionalnym. Regiony, którym uda się samodzielnie przejąć dużą część wytwarzania wartości w zakresie efektywności i odnawialnych energii zamiast importowania zasobów kopalnych staną się wkrótce bardzo konkurencyjne. Dodatkowo proces ten jest ogromną szansą dla podniesienia wartości wizualnych i urbanistycznych budynków i dzielnic, a tym samym stworzenia dla mieszkańców lepszego jakościowo otoczenia.
Dr Burkhard Schulze Darup
Źródła:
 |
Autor artykułu:
Planergia |
Planergia to zespół doświadczonych konsultantów i analityków posiadających duże doświadczenie w pozyskiwaniu finansowania ze środków pomocowych UE oraz opracowywaniu dokumentów strategicznych. Kilkaset projektów o wartości ponad 1,5 mld zł to nasza wizytówka.
Planergia to także dopracowane eko-kampanie, akcje edukacyjne i informacyjne, które planujemy, organizujemy, realizujemy i skutecznie promujemy.
