1. 1 - 12 |
2. 13 - 24 |
3. 25 - 36 |

Budownictwo energooszczędne – aspekty prawne i technologie

Aurorzy:

dr inż. Arkadiusz Węglarz, Politechnika Warszawska, KAPE, Warszawa
Jerzy Żurawski, Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska DAEŚ

(„Czysta Energia” – 3/2015)

Rok 2014 obfitował w wiele zmian prawnych, które mają wpływ na rozwój budownictwa energooszczędnego.
Od 1 stycznia 2014 r. zaczęło obowiązywać nowe Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. (wraz z późniejszymi zmianami) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie1. W lipcu 2014 r. opublikowano nowelizację rozporządzenia w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku2. We wrześniu 2014 r. prezydent podpisał ustawę o charakterystyce energetycznej budynków, która wejdzie w życie 9 marca 2015 r. W grudniu nastąpiła zmiana ustawy Prawo budowlane. Sejm uchwalił ustawę o odnawialnych źródłach energii OZE. Trwają pracę nad nowelizacją ustawy o efektywności energetycznej. Realizacja zapisów tych wszystkich dokumentów powinna wpłynąć na rozwój nowych technologii w budownictwie energooszczędnym.

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury

W Rozporządzeniu wprowadzono nowe wymagania w zakresie izolacyjności termicznej przegród budowlanych, tzn. wymogi szczegółowe (głównie – UMAX) oraz ogólne (EP), dotyczące nieodnawialnej energii pierwotnej. Połączenie wymagań ogólnych i szczegółowych to dobry krok w kierunku uporządkowania aktualnie obowiązującego prawa. Natomiast przyjęcie wymagań dotyczących nieodnawialnej energii pierwotnej powoduje, że zaprojektowanie budynków spełniających wymagania WT2013 w wielu wypadkach będzie niemożliwe bez zastosowania OZE. Ponadto, zgodnie z rozporządzeniem, budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania się go w okresie letnim oraz, co istotne dla rozwoju nowych technologii w instalacjach wentylacji mechanicznej ogólnej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji komfortowej o wydajności 500 m3/h i więcej, należy stosować urządzenia do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego o sprawności temperaturowej co najmniej 50% lub recyrkulację, gdy jest to dopuszczalne.

Rozporządzenia w sprawie metodologii

W znowelizowanym rozporządzeniu2 w stosunku do uprzednio obowiązujących przepisów3 jest bardzo dużo istotnych zmian i zasad związanych z projektowaniem charakterystyki energetycznej budynków. Wprowadzenie nowych reguł oceny energetycznej sprzyja
budynkom mieszkaniowym o niedużych powierzchniach. Przy tak przyjętych wskaźnikach stosowanie wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej nie będzie miało uzasadnienia energetycznego i ekonomicznego. Niektóre zapisy nie są spójne z całym procesem projektowym, a nawet okazują się sprzeczne z aktualnie obowiązującymi innymi aktami prawnymi, normami oraz ogólnie przyjętymi zasadami. Ponadto duże wątpliwości budzą:

• definicja podziału na strefy ogrzewane i chłodzone,
• definicja powierzchni występujących w budynku i ich wpływ na końcową ocenę budynku,
• brak działu poświęconego wyznaczaniu sprawności instalacji chłodniczych,
• pominięcie wpływu automatyki na zużycie energii na ogrzewanie i chłodzenie,
• przyjęcie zaniżonych lub zawyżonych wskaźników zużycia ciepłej wody,
• przyjęcie zaniżonych, tj. znacznie poniżej minimalnych dopuszczalnych prawem, wymagań higienicznych wymiany powierza w pomieszczeniach.

Ustawa o charakterystyce energetycznej budynków

Ustawa określa:

• zasady sporządzania świadectw charakterystyki energetycznej,
• zasady kontroli systemu ogrzewania i systemu klimatyzacji w budynkach,
• zasady prowadzenia centralnego rejestru charakterystyki energetycznej budynków,
• sposób opracowania krajowego planu działań, mającego na celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii.

Najważniejsze zmiany wprowadzone w ustawie o charakterystyce energetycznej budynków, mające wpływ na rozwój nowoczesnych technologii w budownictwie, to:

• bezwzględny obowiązek posiadania przez właściciela budynku świadectwa charakterystyki energetycznej przy zawarciu umowy sprzedaży albo najmu, przy czym nabywca albo najemca nie mogą zrzec się prawa do dostarczenia świadectwa charakterystyki energetycznej,
• prowadzenie centralnego rejestru świadectw charakterystyki energetycznej budynków z wykorzystaniem systemu teleinformatycznego, który umożliwi kontrole poprawności wykonania tych dokumentów,
• obowiązek opracowania przez rząd krajowego planu działań, mającego na celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii.
• Krajowy plan działań zakładający zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii zawiera w szczególności:
• definicję budynków o niskim zużyciu energii oraz ich szczegółowe cechy,
• działania administracji rządowej podejmowane w celu promowania budynków o niskim zużyciu energii, w tym w zakresie projektowania, budowy i przebudowy
• budynków w sposób zapewniający ich energooszczędność, oraz zwiększenia pozyskania energii ze źródeł odnawialnych w nowych oraz istniejących budynkach,
• harmonogram osiągania celów.

Ustawa o OZE

Nowa ustawa o odnawialnych źródłach energii została przyjęta przez Sejm 20 lutego 2015 r. Wprowadza ona nowy, aukcyjny system wsparcia dla instalacji OZE o mocy zainstalowanej powyżej 1 MW, który ma wejść w życie w 2016 r. Dla małych instalacji prosumenckich do 10 kW będzie obowiązywała taryfa gwarantowana. System ten zapewni możliwość rozwoju rozproszonej energetyki obywatelskiej i wpłynie na rozwój nowych technologii w budownictwie.
Istotne z punktu widzenia zastosowania nowych technologii w budownictwie jest również Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 25 kwietnia 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego, które obliguje projektantów do tego, aby dla budynku o powierzchni użytkowej większej niż 1000 m2 analizę możliwości racjonalnego wykorzystania pod względem technicznym, ekonomicznym i środowiskowym odnawialnych źródeł energii, takich jak: energia geotermalna, energia promieniowania słonecznego, energia wiatru, a także możliwości zastosowania skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła oraz zdecentralizowanego systemu zaopatrzenia w energię w postaci bezpośredniego lub blokowego ogrzewania.
Przyjrzyjmy się więc nowoczesnym technologiom, które mają wpływ na zrównoważone gospodarowanie energią.

Minimalizacja strat energii w budynkach

Kwestia minimalizacji strat energii wiąże się też z ograniczeniem zużycia energii konwencjonalnej na potrzeby oświetlenia, ogrzewania, przygotowania c.w.u. i chłodzenia budynku. Minimalizacja strat energii cieplnej to głównie ograniczenie ucieczki ciepła przez zewnętrzne przegrody. Przemysł budowlany wprowadza coraz bardziej wyszukane produkty. W artykule zaprezentowano opisy nowoczesnych izolacji termicznych, które będą mogły zastąpić takie materiały jak styropian i wełna mineralna.

• Izolacje transparentne

Izolacje transparentne łączą w sobie cechy materiałów o dobrej transmisyjności optycznej (przepuszczalności dla światła) i izolacyjności cieplnej zarazem. Polega to na tym, iż wykorzystywany jest efekt szklarniowy (jak w typowych osłonach szklanych) przy pozyskiwaniu energii promieniowania słonecznego, a jednocześnie znacznie ograniczone są straty cieplne z powrotem do otoczenia zewnętrznego, tak jak w tradycyjnych izolacjach nieprzezroczystych. Światło przechodzi przez izolację transparentną i jest pochłaniane przez
powierzchnię ściany znajdującą się pod tą izolacją. Część pochłoniętej energii jest wypromieniowywana ze ściany w postaci promieniowania cieplnego o dłuższej fali niż w przypadku promieniowania padającego. Promieniowanie cieplne nie może się już wydostać na zewnątrz, ponieważ izolacja transparentna jest materiałem „nieprzezroczystym” dla tej długości fali promieniowania. Aby uniknąć strat ciepła na drodze przewodzenia, przestrzeń w materiale transparentnym wypełniona jest swoistego rodzaju izolatorem, tj. powietrzem lub gazem szlachetnym (np. argonem).

• Aerożele

Aerożele to substancje, których ponad 90% masy stanowi powietrze. Reszta to materiał tworzący strukturę aerożelu, zbudowany z krzemionki. Aerożele to obecnie najlżejsze substancje stałe, niewiele gęstsze od powietrza. Materiały izolacyjne powstałe na ich bazie charakteryzują się tym, że posiadają bardzo niski współczynnik przewodnictwa ciepła równy 0,014 W/(m.K). Główną zaletą, która wyróżnia aerożele od innych materiałów izolacyjnych, jest ich wysoka odporność na rozciąganie i ściskanie. Współczesne aerożele to produkty izolacyjne produkowane w procesie nanotechnologicznym. Są stosowane wszędzie tam, gdzie potrzebna jest bardzo dobra izolacja o najmniejszej grubości, zapewniająca oszczędność czasu i powierzchni. Aerożele są do ośmiu razy bardziej skuteczne przy tej samej grubości niż tradycyjne izolacje i już znalazły zastosowanie w budownictwie światowym. Niebawem zostaną spopularyzowane również w Polsce.

• Izolacje inteligentne

Przewodność cieplna izolacji inteligentnych jest zmienna w zależności od warunków zewnętrznych. Są one oparte przede wszystkim na wykorzystaniu próżniowych izolacji panelowych, które zawierają wypełnienia z włókna szklanego lub proszków umożliwiających przenoszenie obciążeń mechanicznych działających na izolację. Poprzez zmianę ciśnienia gazu w porach uzyskuje się dostosowane do warunków zewnętrznych współczynniki przewodzenia ciepła.

• Przeszklone fasady budynków

Fasady współczesnych budynków6 ewoluują z pasywnych konstrukcji rozdzielających i izolujących wnętrze do aktywnych, kompleksowych struktur. Nową generację tworzą zaawansowane technologicznie powłoki – wielofunkcyjne, elastyczne, zdolne do fluktuacji i adaptacji. Ujmując to w inny sposób, zewnętrzna przegroda budynku jako granica nie jest już tylko fizyczną, materialną powierzchnią, ale systemem o charakterze dynamicznym, w którym zachodzą zmiany6.
W tej sytuacji logiczny wydaje się rozwój technologii materiałowych w kierunku bardziej selektywnych i wyspecjalizowanych produktów. Takich, których właściwości można dostosować do projektu, zamiast dopasowywać projekt do statycznych cech materiału. Rozwiązania tego typu nazwano inteligentnymi6. Materiały „inteligentne” pod wpływem bodźca zewnętrznego, w sposób bezpośredni i odwracalny mogą zmieniać jedną lub kilka
właściwości (np. szkło fotochromowe, termochromowe, elektrochromowe). W grupie nowoczesnych produktów znajdują się również takie, które potrafią przekształcić energię z jednej formy w drugą. Należą do nich m.in. materiały fotowoltaiczne (PV). W zastosowaniach architektonicznych szczególnie interesująca jest technologia BiPV (ang. Building Integrated Photovoltaics), umożliwiająca trwałe połączenie zaawansowanego materiału solarnego z konwencjonalnym tworzywem budowlanym. W rezultacie powstaje innowacyjny, wielofunkcyjny produkt, np. szkło fotowoltaiczne. Odpowiednio zaprojektowana przegroda BiPV reguluje przepływ energii pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a wewnętrznym, efektywnie wspomagając całościowy system energetyczny budynku.
Innym rozwiązaniem, jeszcze słabo rozpowszechnionym w Polsce, są moduły PV/T (ang. hotovoltaic/Thermal), będące kombinacją modułu fotowoltaicznego z kolektorem słonecznym. Ogniwa fotowoltaiczne wklejane do typowych, płaskich kolektorów (powietrznych lub cieczowych) funkcjonują w nich jako absorber. Główną ich zaletą jest redukcja kosztów i powierzchni instalacji dzięki połączeniu różnych procesów w jednym, zintegrowanym systemie6.

• Inteligentne okna i okiennice

Technologia elektrochromowa okna umożliwia kontrolowanie ilości światła (ciepła) wpadającego do budynku przez okna poprzez ich przyciemnianie lub rozjaśnianie. W zimie okna te ulęgają rozjaśnieniu, zwiększając ilość ciepła doprowadzanego do pomieszczenia i redukując tym samym zapotrzebowanie na moc cieplną. W lecie z kolei ulegają zaciemnieniu i blokują światło, ograniczając ilość ciepła i wspomagając chłodzenie pomieszczeń. Rozjaśnianie lub zaciemnienie okien odbywa się na skutek reakcji chemicznych uruchomionych niskim napięciem. Zastosowana w oknach cienka warstwa ogniwa PV wykonanego ze stopu niklowo-magnezowego ma możliwość wielokrotnego przełączania się ze stanu przezroczystego na odblaskowy. Przełącznik może być zasilany technologią gazowo-chromową (wodór lub tlen). Badany materiał odznacza się znacznym potencjałem oszczędności energii. Prototypy okien są już w produkcji i trwa testowanie ich właściwości.
W ramach zmniejszenia strat ciepła przez całe okno godne polecenia są okiennice z materiałem zmiennofazowym. Koncepcja ta zakłada wykorzystanie materiałów zmiennofazowych jako komponentów okiennic i żaluzji montowanych na zewnątrz okien. W ciągu dnia osłony zawierające materiał zmiennofazowy wystawione są na zewnątrz, aby wykorzystać promieniowanie słoneczne, którego absorpcja powoduje topnienie składników zmiennofazowych i zmagazynowanie ciepła. W nocy okiennice są zamykane, a ciepło jest uwalniane do pomieszczenia.
Materiały zmiennofazowe wykorzystują znane zjawisko pochłaniania i oddawania ciepła w trakcie przemiany fazowej. Najczęściej przejście między stanem ciekły a stałym. Charakteryzują się dobrym współczynnikiem przewodzenia ciepła na poziomie A = 0,05 W/mK oraz ciekawą własnością pochłaniania i oddawania ciepła z i do otoczenia
(pomieszczenia). Znaczna pojemność cieplna tych materiałów jest wynikiem przemiany fazowej (topnienie-zestalanie), zachodzącej w zakresie zmian temperatury w pomieszczeniu. Wkomponowane w różny sposób w strukturę budynku zwiększają jego pojemność (bezwładność) cieplną. Duża zdolność do akumulacji ciepła przyczynia się do poprawy jego efektywności energetycznej, co przejawia się zmniejszeniem zużycia energii niezbędnej do utrzymania warunków komfortu cieplnego.

Technika instalacyjna

Nowoczesne technologie instalacyjne często wprowadzane są do budynków bez związku z projektem konstrukcji (fasady). Fasady projektowane są bez wystarczających powiązań z systemami instalacyjnymi. Przyszłość to zastosowanie techniki projektowania zintegrowanego przy użyciu BIM, dzięki czemu instalacje projektowane są w powiązaniu z konstrukcją (fasadą) i architekturą budynku. Inne kierunki rozwoju techniki instalacyjnej to rozwiązania techniczne zmierzające w kierunku inteligentnego budynku.
Inteligentny budynek
Inteligentny budynek jest wysoko zaawansowanym technicznie obiektem z automatycznym, bardzo elastycznym systemem zarządzania jego użytkowaniem. Taki obiekt posiada czujniki i detektory oraz jeden zintegrowany podsystem zarządzania wszystkimi znajdującymi się w tym budynku instalacjami. Dzięki informacjom pochodzącym z różnych elementów systemu, możliwe są reagowanie na zmiany środowiska wewnątrz i na zewnątrz budynku, maksymalizacja funkcjonalności, komfortu i bezpieczeństwa oraz minimalizacja kosztów eksploatacji. Systemy inteligentnego budynku nie mogą wpływać negatywnie na ludzi znajdujących się w jego środowisku. Z punktu widzenia oszczędzania energii w budynkach inteligentnych najbardziej istotne jest sterowanie oświetleniem, ogrzewaniem oraz klimatyzacją i wentylacją.

Konkluzja

Według IEA (International Energy Agency)7, idealny budynek przyszłości będzie posiadał zaawansowaną, inteligentną powłokę, której komponenty, takie jak zintegrowane ogniwa fotowoltaiczne, materiały selektywnie transmitujące energię światła i ciepła, bazując na ultraefektywnych rozwiązaniach i nowoczesnych technologiach, pozwolą optymalizować konsumpcję energii i generować ją na miejscu.
Energooszczędność8 jest jednym z wymogów obowiązujących we współczesnej architekturze. Działania zmierzające do zmniejszenia zużycia konwencjonalnej energii w budynkach wynikają z rosnącej świadomości zagrożeń środowiska, a z punktu widzenia inwestora przekładają się bezpośrednio na obniżenie kosztów. Według IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), promowanie energooszczędności i użycie nowoczesnych technologii, a
także zmiana zachowań użytkowników budynku mogą przyczynić się do istotnej redukcji emisji gazów cieplarnianych. Rezultatem będzie nie tylko polepszenie warunków zewnętrznych, ale także zwiększony komfort oraz korzyści ekonomiczne.
Osiągnięcie niskiego zapotrzebowania na energię wiąże się z maksymalizacją zysków energii ze źródeł odnawialnych, minimalizacją strat energii oraz optymalizacją komfortu wewnętrznego6.
Powiązanie nowych technologii z konwencjonalnymi oraz aktywnych systemów słonecznych z pasywnymi pozwoliło na świecie zbudować budynki zeroemisyjne, zeroenergetyczne oraz energetycznie dodatnie. Niestety, w Polsce takie nowoczesne obiekty wciąż znajdują się w fazie eksperymentalnej. Czy wprowadzone właśnie nowe przepisy budowlane przyczynią się do rozwoju nowych technologii w naszym kraju? Zdaniem autorów, kierunek wprowadzonych zmian prawnych jest właściwy, lecz ich szczegółowa analiza nie napawa optymizmem, dającym nadzieję na rozwój nowoczesnych technologii w zakresie zrównoważonego gospodarowania energią w budownictwie.


Źródła
 

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. (z późn. zm.) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002 nr 75, poz.690)
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z 3 czerwca 2014 r. (opublikowane 2 lipca 2014 r.) w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej obowiązujące od 3 października 2014 r.(DzU 2014 nr 0, poz. 888)
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej (DzU 2008 nr 201, poz.1240)
4. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 25 kwietnia 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego (DzU 2012 nr 0, poz. 462)
5. Ustawa z 29 sierpnia 2014 r. o charakterystyce energetycznej budynków (DzU z 2014 r. poz. 1200).
6. Muszyńska-Łanowy M.: Szklane fasady fotowoltaiczne – energooszczędność i komfort Część I. „Świat Szkła” 11/2010.
7. www.iea.org
8. www.ipcc.ch