STUDIUM WYKONALNOŚCI DLA ALTERNATYWNYCH SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH (ASE)

KWIECIEŃ 2008

SENTRO

Zrównoważone systemy energetyczne w nowych budynkach - wprowadzenie na rynek studiów wykonalności w ramach dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków Report no.: SENTRO/D4/2008/WP4 EC-contract: EIE/06/102/SI2.445679 www.sentro.eu

1

Autor: Åsa Wahlström, SP, Sweden, Asa.wahlstrom@sp.se Współautorzy: Suzanne Joosen and Fieke Geurts, Ecofys, Utrecht, The Netherlands; Onno Kleefkens, SenterNovem, The Netherlands; Marjana Sijanec Zavrl, BCEI ZRMK, Ljubljana, Slovenia; Klaus Hansen, SBi, Denmark; Egidijus Norvaisa, LEI, Lithuania; Natalia Makowska, Ecofys, Poland; Hubert Despretz, Ademe, France, Åsa Wahlström and Svein Ruud, SP, Sweden;

Zastrzeżenia prawne

Projekt lub publikacja odzwierciedlają jedynie stanowisko ich autora i Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialności za umieszczoną w nich zawartość merytoryczną.

Ten projekt jest realizowany przy wsparciu finansowym Komisji Europejskiej.

Data:April 2008 Raport nr: SENTRO/D4/2008/WP4 EC kontrakt: EIE/06/102/SI2.445679

Koordynator projektuEcofys Netherlands BV Utrecht, The Netherlands Suzanne Joosen S.Joosen@ecofys.nl

2

1 Studium wykonalności dla alternatywnych systemów energetycznych (ASE)

1.1 Powłoka budynku oraz jego instalacje funkcjonują, jako jeden system energetyczny

Efektywność energetyczna budynku zależy od wzajemnych powiązań różnych jego

elementów, np. powłoki budynku i instalacji (np. HVAC). Zaprojektowanie

energooszczędnego budynku z jednoczesną poprawą współczynników sprawności

poszczególnych jego elementów – takich jak: izolacja budynku wraz ze ścianami, stropy,

dach, rozmieszczenie okien – wiąże się z poprawą efektywności instalacji wewnętrznych, tj.:

ogrzewanie, wentylacje, klimatyzacje i oświetlenie. Zatem wprowadzenie alternatywnych

systemów energetycznych często wymagać będzie zdefiniowania nowej koncepcji

energetycznej budynku.

Przykładowo poprawa charakterystyki termicznej struktury budynku, zwiększenie grubości

izolacji lub nieprzepuszczalności powietrza, spowoduje zmniejszenie zapotrzebowanie na

energię i tym samym stworzy nowe możliwości rozwoju dla alternatywnych systemów

energetycznych (AES). Projekt alternatywnego systemu energetycznego powinien, zatem

łączyć się z projektem skorupy/powłoki budynku, po to, by móc określić optymalne

zapotrzebowanie energii na cele ogrzewania i chłodzenia zanim zostaną podjęte decyzje, jak

te potrzeby zaspokoić.

W Artykule 5 Dyrektywy EPBD (EU Directive on Energy Performance of Buildings -

Dyrektywa UE o Wydajności energetycznej budynków), zawarto wymagania dla studium

wykonalności mające na celu przede wszystkim promocję oszczędności energii. Realizacja

tego celu może odbywać poprzez stosowanie wysokowydajnych systemów zasilających

oraz odnawialnych źródeł energii,. Działania zmniejszające zapotrzebowanie budynku na

energię (np. izolowane) zostały szeroko opisane w innych artykułach wspomnianej dyrektywy.

Podejście prezentowane w projekcie SENTRO kładzie nacisk na alternatywne systemy

energetyczne, ponieważ stanowią one bardzo perspektywiczne źródła energii, których

możliwości stosowania nie zostały jeszcze całkowicie zbadane. W prezentowanym podejściu

nie zapomniano jednak, że wszelkie działania budowlane w zakresie izolacji, wentylacji,

3

wykorzystania światła słonecznego muszą zawsze być zintegrowane z ogólną koncepcją

energetyczną budynku.

Wymagania studium wykonalności Artykułu 5 Dyrektywy EPBD zawarto w szczególności po

to, by: promować:

• oszczędność energii w budynkach,

• wysokowydajne systemy zasilające,

• odnawialne źródła energii.

Potencjał poprawy parametrów obiektu charakterze budowlanym takiech jak izolacja,

wentylacja czy wykorzystanie światła dziennego powinen zostać maksymalnie wykorzystany

przed przed rozważeniem zastosowania AES.

Kraje członkowskie mają swobodę wyboru, co do sposobu wprowadzenia do

krajowego ustawodawstwa obowiązkowego studium wykonalności. Może to być wykonane

jednorazowo przez Państwo Członkowskie w drodze opracowania zawierającego wykaz

środków oszczędzania energii dla przeciętnych, lokalnych warunków rynkowych, które

spełniają kryteria opłacalności.

Niektóre państwa członkowskie przeprowadziły już analizę uśrednionych warunków

krajowych. W Portugalii i Hiszpanii doprowadziło to do obowiązkowego stosowania

systemów słoneczno-termicznych. W Holandii podobna analiza dała podstawy do stworzenia

Standardu Charakterystyki Energetycznej. Bazując na doświadczeniach krajów przodujących

(np. Danii, Szwecji, Holandii (Beerepoot, 2007) stwierdzono, że do stworzenia optymalnej

koncepcji energetycznej, konieczne jest jednoczesne wzięcie pod uwagę warunków lokalnych

i charakterystyki budynku. Oznacza to, że istnieje potrzeba analizy szans na zastosowanie

AES indywidualnie dla każdego budynku lub dla każdego nowego obszaru budowlanego.

4

1.2 Wyjaśnienie pojęć: podejście, karta kontrolna, studium wykonalności

W projekcie SENTRO podejście zostało opracowane i skutecznie przetestowane by

wprowadzić studium wykonalności dla alternatywnych systemów energetycznych do

powszechnej praktyki budowlanej.

Pojęcie Studium wykonalności używane jest w odniesieniu do szczegółowego

ustalenia możliwości zastosowania AES. Jego celem jest pokazanie czy alternatywny system

energetyczny jest technicznie i/lub ekonomicznie wykonalny. Studium zawiera także

informacje o oddziaływaniu AES na środowisko.

Podejście rozważa sposób przeprowadzania studium wykonalności, nie udziela jednak

żadnych odpowiedzi na temat tego, co jest wykonalne. Oznacza to, że w ramach owego

podejścia może zaistnieć potrzeba przeanalizowania innych alternatywnych systemów.

Podejście wyjaśnione w tym podręczniku ma ogólny format i może być odpowiednio

stosowane przez większość krajów europejskich. Jednakże krajowe przepisy mogły zostać

ustanowione w taki sposób, iż podejście to nie może zostać użyte bezpośrednio tak, jak

opisano w tym podręczniku. Z tego powodu w projekcie SENTRO opracowane zostaną

podręczniki specyficzne dla każdego kraju.

Opracowane podejście (szczegółowo wyjaśnione w części 2.3) zawiera 2 narzędzia

wspierające:

Kartę kontrolną służącą do przeprowadzenia wstępnego studium wykonalności,

to znaczy odrzucenia projektów AES niemożliwych do wykonania w świetle

warunków lokalnych i charakterystyki budynku.

Podręcznik szczegółowo określający wykonalność AES. Obejmuje on aspekty

techniczne, ekonomiczne, i środowiskowe. Pojęcia podejście i karta kontrolna

zostały także wyjaśnione w podręczniku.

Należy pamiętać, że ocena wykonalności alternatywnego systemu energetycznego jest

w dużej mierze oceną subiektywną. Jest ona postrzegana różnie przez każdego uczestnika

(władze lokalne, inwestora budowlanego, instalatora, itp.), na których punkty widzenia wpływ

mają np. warunki ekonomiczne czy ambicje środowiskowe.

5

1.3 Podejście integrujące studium wykonalności dla ASE z powszechną praktyką budowlaną

Projekt SENTRO rozpoczęto od dokonania przeglądu sposobów, w jakie Kraje

Członkowskie dostosowały się do wymogu przeprowadzania studium wykonalności dla AES,

oraz zidentyfikowania przeszkód i możliwych rozwiązań dla wdrożenia AES w siedmiu

krajach SENTRO. Opierając się na rezultatach tych przeglądów wypracowano najlepszy

sposób integracji badania wykonalności AES z praktyka budowlaną. Podejście ilustrują

Tabela 1.1 i Rysunek 1.1.

Zakres zaprezentowanego podejścia

W realizacji alternatywnych systemów energetycznych w budynkach można rozróżnić

trzy główne sytuacje:

pojedyncze, nowe, duże budynki użyteczności publicznej lub mieszkalne

nowe dzielnice mieszkalne

remonty istniejących budynków.

Możliwa jest kombinacja tych trzech podstawowych sytuacji. Ponieważ Artykuł 5 Dyrektywy

EPBD skupia się na nowych budynkach, w podejściu uwzględniono dwie pierwsze sytuacje.

Trzecia możliwość leży poza zakresem zainteresowania chyba, że budynek poddany zostanie

całkowitej rozbiórce. W tym przypadku może on być traktowany, jako nowy budynek.

W pierwszych dwóch sytuacjach podejście jest w zasadzie takie samo. W niniejszym

podręczniku wyjaśniono podejście oraz narzędzia dla przypadku nowego pojedynczego

budynku. Proces tworzenie nowej dzielnicy mieszkalnej różni się od procesu budowy nowego

pojedynczego budynku w związku z większymi szansami dla sieciowych systemów

energetycznych i większą wolnością wyboru infrastruktury energetycznej. W konsekwencji

studium wykonalności AES w tym przypadku jest bardziej skomplikowane i musi mieć

miejsce na samym początku procesu budowlanego.

6

1.3.1 Realizacja inwestycji oraz moment przeprowadzenia działań, mających na celu określenie wykonalności AES

Ogólnie, proces budowy składa się z sześciu etapów:

- etap planowania

- etap programowania/obliczania

- etap składania wniosków i zbierania ofert

- etap projektowy

- etap fizycznej budowy

- etap eksploatacji

Etapy schematycznie przedstawiono w Tabeli 1.1. Rysunek zawiera także rezultaty

badań, przeprowadzonych w ramach projektu SENTRO, dotyczące działań z zakresu praktyki

budowlanej niezbędnych dla implementacji studium wykonalności i zapewnienia

alternatywnych systemów energetycznych w budynkach (Hansen, 2007). Zawiera on także

opis, kiedy używać części tego podręcznika.

Warto zauważyć, że proces budowlany w rożnych krajach UE przebiega różnie. Jednakże, ogólnie

rzecz biorąc, możliwe jest rozróżnienie sześciu różnych etapów, jak opisano w Tabeli.

Rezultaty przeglądu przeprowadzonego w ramach projektu SENTRO (Hansen, 2007)

pokazują, że jeśli chodzi o wybór systemów energetycznych, najważniejszymi etapami są

planowanie, oferta i projekt. Istotny jest także etap programowy ponieważ zawiera on opcję

wprowadzenia alternatywnych systemów energetycznych do koncepcji projektowej zarówno

powłoki budynku jak i instalacji wewnętrznych. Wskazano także, że analiza wykonalności dla

AES powinna zostać rozpoczęta na wczesnym etapie procesu, najlepiej podczas planowania,

ponieważ decyzje dotyczące niektórych opcji alternatywnych systemów mogą być podjęte w

trakcie analizy urbanistycznej lub też opcje te mogą zostać przez nią wykluczone. Zgodnie z

tym, analiza wykonalności powinna zostać przeprowadzona podczas jednego lub wielu z tych

etapów, uszczegóławiając się i zawężając w miarę postępu procesu.

Etap planowania

Na etapie planowania, podejmowane są decyzje odnośnie infrastruktury energetycznej i

obszaru budowy. Zakres działania miejskiego systemu ciepłowniczego w zakresie CO mogą

mieć znaczny wpływ na faktyczne możliwości zastosowania alternatywnych systemów

7

energetycznych. Jeśli na przykład, władze lokalne podejmą decyzję, o rozszerzeniu lokalnego

systemu ciepłowniczego na nowe obszary, wówczas mogą ulec zmianie warunki dla

wykorzystania alternatywnych źródeł energii takich jak ogrzewanie z wykorzystaniem

odpadów, biomasy (włącznie ze spalaniem odpadów), pomp ciepła czy energii geotermalnej.

Z tego względu władze lokalne odgrywają znaczącą rolę w oddziaływaniu na możliwości

wykorzystania alternatywnych źródeł energii. Plan zagospodarowania przestrzennego jest

ustalany przez władze i może precyzować wymagania odnośnie powłok budynków,

wykluczając możliwość zastosowania niektórych AES. Dlatego też, etap planowania

powinien zawierać studium wykonalności ewentualnych alternatywnych systemów

energetycznych na poziomie lokalnym lub na poziomie budynku.

Jednakże, inwestor czy wykonawca projektu zwykle w tym etapie nie biorą udziału. Dlatego

też, rozpoczynanie przez klienta czy jego konsultantów szczegółowej analizy wykonalności

na tym etapie budowy jest zwykle niemożliwe.

Etap programowy

W fazie programowej, klient czy inwestor określa potrzeby i wymagania właściciela i

przyszłych mieszkańców. Właściwe jest, na tym etapie, rozpoczęcie prac nad analizą

wykonalności, takich jak zbieranie informacji dotyczących dostępnych alternatywnych

systemów energetycznych, które mogą stanowić opcję przy dalszych badaniach podczas

nadchodzącego etapu ofertowego i projektowego. W fazie programowej, zaangażowani

partnerzy projektu mogą użyć karty kontrolnej dla znalezienia najbardziej obiecujących opcji,

które powinny zostać przeanalizowane w bardziej szczegółowy sposób na etapie ofertowym.

Karta kontrolna powinna doprowadzić do wyboru conajmniej dwóch alternatywnych

systemów energetycznych.

Etap ofertowy

Na etapie ofertowym klienci decydują o estetycznych, funkcjonalnych, technicznych i

finansowych cechach projektowanego budynku, wraz z zasadami eksploatacji, utrzymania

oraz finansowania. To tutaj powinno zoptymalizować się zapotrzebowanie na energię i jej

produkcję. Alternatywne koncepcje dla budynku, włączając systemy energetyczne, powinny

zostać przeanalizowane i ocenione przy użyciu podręcznika i innych narzędzi dostępnych na

rynku. Roczne zużycie energii przez budynek powinno zostać obliczone po to, by stworzyć

optymalny projekt pokrycia zapotrzebowania budynku. Dwie do trzech koncepcji

8

energetycznych (włączając alternatywne systemy energetyczne, które uznano za najbardziej

odpowiednie) powinny zostać ocenione pod względem aspektów technicznych,

ekonomicznych, organizacyjnych i środowiskowych.

Etap projektowy

Na etapie projektowym procesu budowlanego systemy energetyczne powinny zostać

porównane, decyzje odnośnie wyboru system podjęte oraz przygotowane ostateczne wersje

studium wykonalności wraz z pozostałymi dokumentami projektowymi niezbędnymi do

złożenia wniosku o wydanie pozwolenia na budowę.

Rysunek 1.1 dodano, by podkreślić znaczenie rozpatrzenia koncepcji energetycznych od

samego początku procesu budowlanego. Obszar odpowiednich rozwiązań służących realizacji

optymalnej koncepcji energetycznej dla budynku ma kształt lejka (zaznaczony na niebiesko).

Ilustruje to sytuację kiedy system rozważany jest tylko fazie projektowej, istnieje mniej szans

realizacji dobrej koncepcji AES w porównaniu z rozpatrzeniem AES rozpoczętym już w fazie

planowania. Oczywiście, dostępny obszar rozwiązań dla realizacji wysokiej jakości budynku,

włączając jego koncepcję energetyczną, jest także ściśle związany z wymaganym kosztem.

Mały obszar rozwiązań wskazuje wyższe koszy, a duży obszar rozwiązań wskazuje mniejsze

koszy. (Prins, 2006; WBCSD, 2007)

9

Tabela 1.1 Schemat przepływu etapów biorących udział w analizie wykonalności1. Główni

uczestniczący Etap budowy Istota Działania związane z analizą wykonalności

Władze lokalne

Dostawcy

energii

Przedsiębiorcy

budowlani

Planowanie

Planowanie przestrzenne włącznie

z infrastrukturą energetyczną i

grzewczą, ograniczenia w liczbie,

wielkości i użytkowaniu budynków

w okolicy

Etap planowania powinien zawierać analizę

wykonalności ewentualnego zastosowania

alternatywnych systemów energetycznych na

poziomie lokalnym lub poziomie budynku.

Oznacza to rozpoczęcie procesu identyfikacji

najbardziej wykonalnych opcji przy użyciu karty

kontrolnej

↓

Klienci i

konsultanci

Przedsiębiorcy

budowlani

Program

Określa potrzeby mieszkańców i

wymagania w programie

budowlanym

Początek analizy wykonalności.

1. Identyfikacja najbardziej wykonalnych

systemów energetycznych. Zastosowanie karty kontrolnej do znalezienia conajmniej dwóch opcji

alternatywnych systemów energetycznych.

2. Podjęcie wysiłku podniesienia świadomości

dotyczącej alternatywnych systemów

energetycznych (dobre przykłady z praktyki,

odpowiedzi na często zadawane pytania zawarte

są w podręczniku)

3. Planowanie kolejnych etapów w analizie

wykonalności

↓

Klienci lub

przedsiębiorcy

budowlani,

Architekci,

Konsultanci

Ofertowanie

Wnioskowanie

Określa podstawy, na których

bazuje Klient podejmując decyzje

dotyczące konkretnych parametrów

danego projektu

Etap ten może obejmować

rozważenie szeregu

alternatywnych koncepcji budynku

1. Optymalizacja zapotrzebowania na energię.

Zidentyfikowanie koncepcji budowlanych

włączając wybrane systemy energetyczne

2. Ocena conajmniej dwóch systemów

energetycznych opartych na podręczniku i użyciu

odpowiednich narzędzi symulacyjnych.

3. Uwzględnienie wyboru koncepcji budynku i

systemów energetycznych

↓

Klient lub

przedsiębiorca

budowlany,

Architekci,

Inżynierowie I

konsultanci

Projekt

Charakteryzuje projekt w sposób,

który stworzy podstawy do

ostatecznego zatwierdzenia przez

władze (wydania pozwolenia na

budowę) oraz będzie punktem

wyjścia do organizowania

przetargów, zawierania umów i

realizacji inwestycji

Decyzja odnośnie systemu energetycznego.

1. Dokończenie analizy wykonalności i dołączenie

do wniosku o wydanie pozwolenia na budowę.

2. Podjęcie decyzji odnośnie potrzeby dalszej

analizy wykonalności

Władze lokalne ↓ Decyzja odnośnie pozwolenia na

1 Warto zauważyć, że proces i terminologia różni się w zależności od kraju tak, więc opis na Rysunku 1.1 niekoniecznie odpowiada praktyce we wszystkich uczestniczących krajach.

10

budowę (tak/nie)

Wykonawcy

Instalatorzy Budowa

Budowa budynku wraz z systemem

energetycznym tak, by uzyskać

pozwolenie na użytkowanie

↓

Właściciele,

Mieszkańcy,

Instalatorzy

Eksploatacja Użytkowanie budynku

11

Obszar rozwiązań prowadzący do zrealizowania wysokiej jakości

budynku, z uwzględnieniem optymalnej koncepcji energetycznej przy

akceptowalnych kosztach

Rysunek 1.1 Obszar rozwiązań prowadzący do zrealizowania wysokiej jakości budynku,

obejmujacy optymalną koncepcję energetyczną i opracowane narzędzia wspierające uwzględnienie

AES

12

1.3.2 Przybliżenie podejście i wskazówki dotyczące podręcznika

Świadomość dotyczącą alternatywnych systemów energetycznych należy obudzić w

początkowych etapach planowania i programowania budynku. Można tego dokonać

poruszając temat na spotkaniach projektowych. By wspomóc rozszerzanie świadomości,

można zastosować opis zasad działania AES a także dobre przykłady z praktyki, opisane w

dodatku do podręcznika. Dodatek zawiera także odpowiedzi na często wyrażane w kierunku

AES zastrzeżenia.

W zależności od tego, w jaki sposób nałożono wymóg wykonalności, istnieje kilka ścieżek

dalszego postępowania dla rozszerzania świadomości.

1) Gdy istnieje bezpośredni obowiązek, główni uczestnicy muszą wypełnić zobowiązania

prawne.

2) Gdy zastosowanie odbywa się w sposób pośredni, główni uczestnicy muszą mieć

świadomość wartości AES przy obliczaniu sprawności energetycznej.

3) Gdy nie istnieje obowiązek (jeszcze), następny krok stanowi uzyskanie zobowiązania,

że wykonalność dla AES zostanie przebadana.

We wszystkich przypadkach, zaleca się, aby główni uczestnicy pytali i rozważali analizę

wykonalności we wczesnej fazie procesu.

Zaproponowane podejście ewentualnego wdrożenia studium dla alternatywnych systemów

energetycznych składa się z karty kontrolnej dla krótkiej, wstępnej analizy wykonalności i z

metody służącej bardziej szczegółowej analizie wykonalności AES, które wzbudziły

zainteresowanie.

Artykuł 5 Dyrektywy o Energetycznej Charakterystyce Budynków (2002/91/EC) nakłada

wymóg rozważenia technicznej, środowiskowej i ekonomicznej wykonalności AES. Z

technicznymi i ekonomicznymi warunkami wstępnymi blisko związane są kwestie

organizacyjne, które muszą być dodatkowo rozpatrzone. W konsekwencji, szczegółowa

analiza wykonalności podzielona jest na cztery części: techniczną, ekonomiczną,

organizacyjną i środowiskową.

Na początku dokonywana jest ocena techniczna, by zdecydować czy właściwe jest stosowanie

alternatywnych systemów energetycznych, mających mniejsze oddziaływanie środowiskowe

niż systemy konwencjonalne. Wymaga to określenia koniecznej zdolności alternatywnego

systemu energetycznego, a co za tym idzie wymaganej wielkości alternatywnego systemu

energetycznego, a tym samym potrzeb przestrzennych, konstrukcyjnych i instalacyjnych. By

13

obliczyć spodziewane roczne zużycie energii przez budynek w fazie eksploatacji (Rozdział 4)

wykorzystuje się wskaźniki sprawności systemu energetycznego. Rezultaty oceny technicznej

wykorzystywane są następnie do przeprowadzenia oceny ekonomicznej i środowiskowej. W

analizie ekonomicznej rozważa się różne scenariusze zmian cen energii i stóp procentowych.

Ocena środowiskowa dokonywana jest z uwzględnieniem różnorakich kombinacji źródeł

energii elektrycznej, a także różnych scenariuszy dotyczących przyszłych źródeł energii, np.

w lokalnym systemie ogrzewania. Na studium wykonalności składa się także ocena

organizacyjna wiedzy pracowników, zarówno w trakcie przeprowadzania analizy, jak i

eksploatacji alternatywnych systemów energetycznych. Na optymalną analizę AES przy

podejmowaniu decyzji dotyczącej ostatecznego systemu energetycznego składają się

wszystkie zebrane i obliczone wyniki.

Alternatywny system 1 Alternatywny system 2

Ocena techniczna

Ocena ekonomiczna

Scenariusz 1

Scenariusz 2

Scenariusz 3

Ocena organizacyjna

Rezultaty

Ocena środowiskowa

Scenariusz 1

Scenariusz 2

Scenariusz 3

Wyniki podsumowujące

Rysunek 1.2. Schemat przepływu różnych ocen w analizie wykonalności.

14

1.4 Uczestnicy biorący udział w analizie wykonalności

W ramach projektu SENTRO przeprowadzono badanie, jak kraje członkowskie dostosowały

się do wymogu przeprowadzenia studium wykonalności alternatywnych systemów

energetycznych dla nowych budynków (Sijanec Zavrl, 2007). Zidentyfikowano głównych

uczestników procesu biorących udział w fazie wykonawczej implementacji Artykułu 5 EPBD,

rezultaty zilustrowano na Rysunku 1.2 Pod uwagę wzięto tych, którzy odgrywają istotną rolę

w integracji studium wykonalności z praktyką budowlaną, a także w ułatwianiu decyzji

związanych z inwestycjami w alternatywne systemy energetyczne.

Władze

Pozwolenie na budowę

Inwestor Kontrola budowy

Wykonawcy

Inżynierowie

Konsultanci energetyczni

Architekci

Dostawcy

Przepis budowlany EPBD zawierający stuium wykonalności z Art. 5

Istniejący lokalny plan przestrzenny i energetyczny

Projekt

Krajow

e cele O

ZEi R

UE

Rysunek 1.3 Główni uczestnicy wprowadzenia studium wykonalności dla alternatywnych

systemów energetycznych wraz z warunkami granicznymi, które należy rozważyć (przykład).

Architekci odgrywają istotną rolę w faktycznej implementacji studium wykonalności,

ponieważ do ich odpowiedzialności należy zbadanie różnych rozwiązań i stworzenie

optymalnego projektu budynku odpowiadającego potrzebom klientów oraz lokalnym i

krajowym wymogom i celom.

15

Do obszernej technicznej, środowiskowej i ekonomicznej analizy, która zostanie

przeprowadzona przez inżynierów i konsultantów energetycznych, potrzebna jest dostateczna

wiedza specjalistyczna i odpowiednie narzędzia. Dostawcy technologii uzupełnią metodologię

kalkulacyjną zawartą w Dyrektywie EPBD. Władze lokalne odpowiedzialne są za

sprawdzenie projektu budynku pod kątem alternatywnych systemów energetycznych.

Faza wykonawcza obejmuje wykonawców budowlanych, dostawców technologii i

inspektorów budowlanych. Ci uczestnicy odzwierciedlą odpowiedź rynku na wysiłki EPBD

skierowane ku zwiększonej implementacji niskoemisyjnych technologii energetycznych. W

związku z ogólnym problemem ekonomicznej wykonalności implementacji alternatywnych

systemów energetycznych, jasne jest, że krajowe i lokalne cele racjonalnego gospodarowania

energią i zwiększonego wykorzystania odnawialnych źródeł energii, wspierane przez

programy motywacyjne dla wybranych technologii energetycznych, odegrają kluczową rolę

przy wypełnieniu celów Artykułu 5 EPBD.

Zintegrowane procesy projektowe staja się coraz bardziej powszechne, zwłaszcza, gdy

konstruowane są energooszczędne budynki. W tym obszarze główni uczestnicy mogą ze sobą

współpracować, co oznacza, że konsultanci energetyczni odegrają większą rolę podczas

studium wykonalności niż pokazano na Rysunku 1.3.

1.5 Przedstawienie wybranych alternatywnych systemów energetycznych

Artykuł 5 Dyrektywy dotyczącej Charakterystyki Energetycznej Budynków (2002/91/EC)

nakazuje przeprowadzenie studium wykonalności dla następujących alternatywnych

systemów energetycznych:

zdecentralizowane systemy dostawy energii oparte na energii odnawialnej,

kogeneracja (CHP)

ogrzewanie lub chłodzenie lokalne i blokowe

pompy ciepła.

Warto zauważyć, że te systemy są często połączone ze sobą i innymi tradycyjnymi systemami

energetycznymi. Właściwe rozwiązania mogą stanowić inne alternatywy, które nie zostały

tutaj wymienione.

16

Zdecentralizowane systemy dostawy energii oparte na energii odnawialnej

Słoneczne systemy grzewcze

Energia pochodząca ze słońca zamieniana jest na ciepło w zamkniętym obiegu wodnym.

Uzyskane w ten sposób ciepło może zostać wykorzystane w instalacji ciepłej wody użytkowej

lub w połączonym systemie zarówno na cele CWU i CO. System słoneczno-termiczny składa

się z obiegu słonecznego, zasobnika ciepła i rezerwowego źródła ciepła (gazowego lub

elektrycznego). Istnieje wiele rodzajów kolektorów słonecznych, większość z nich to płaskie

płyty i rurowe, próżniowe kolektory słoneczne. Czynnik roboczy stanowi woda z dodatkiem

glikolu, który zabezpiecza instalacje przed zamarzaniem.

Jeśli chodzi o wykorzystanie ciepła w połączonym systemie, zasobnik jest stosowany

zarówno w instalacji centralnego ogrzewaniu budynku, jak i przy wytwarzaniu ciepłej wody

użytkowej. Zbiornik jest wówczas podłączony do instalacji centralnego ogrzewania.

Ponieważ ciepło uzyskane z energii słonecznej nie wystarcza na pokrycie całkowitego

zapotrzebowania, konieczne jest zastosowanie rezerwowego źródła zasilania. Istnieją

możliwości połączenia systemu termiczno-słonecznego z innymi rodzajami energii, takimi jak

ogrzewanie lokalne, biopaliwa, pompy ciepła etc. Dostępne są także pakietowe kolektory

słoneczne w postaci modułów zintegrowanych z dachem budynku.

Rysunek 1.4 Kolektory słoneczne w budynku mieszkalnym wybudowanym w 2000 w

Szwecji. (Źródło: Aquasol).

17

Rysunek 1.5 Kolektory zintegrowane z fasadą w większym budynku mieszkalnym w Danii

(Źródło: Batec/ESTIF).

Elektryczne systemy słoneczne

W słonecznym systemie fotowoltaicznym energia pochodząca od słońca zamieniana jest na

energie elektryczną. Ogniwo słoneczne składa się z cienkiej warstwy materiału

półprzewodnikowego zawierającego elektrony swobodne produkujące prąd. Ogniwa

połączono szeregowo tworząc moduł. Zwykle moc wyjściowa jednego modułu wynosi 100 W,

co odpowiada powierzchni od 0.6 do 1.5 m2. Moduł produkuje prąd stały, a więc musi on

zostać zamieniony na zmienny. Około 10 do 15% energii słonecznej docierającej do ogniwa

słonecznego zamieniane jest na moc elektryczną. Większa część docierającej energii

zamieniana jest na ciepło, a wraz z nagrzewaniem się ogniwa słonecznego jego efektywność

maleje. W tej sytuacji sposobem na poprawę sprawności ogniw jest ich chłodzenie, które

pozwala na dodatkowy odzysk ciepła. Elektryczne systemy solarne znajdują szerokie

zastosowanie wszędzie tam gdzie nie ma dostępu do sieci elektrycznej, na przykład w

obszarach górskich, latarniach, żaglówkach etc.

18

Rysunek 1.6 Słoneczny system fotowoltaiczny na stadionie sportowym Ullevi w

Gothenburgu, w Szwecji. System dostarcza moc do systemu oświetleniowego

całego stadionu. (Źródło: Switchpower and GotEvent)

Systemy energetyczne oparte na biomasie

Energię z biomasy i odpadów można pozyskać na wiele sposobów. Przykłady biomasy

opałowej stanowią: opał drzewny (drewno, kora, trociny, a także odpady poprodukcyjne

przemysłu papierowego), biomasa opałowa z upraw (drzewa z upraw energetycznych, trawa,

słoma zbóż). Darń i niektóre odpady także uważane są za biomasę. Atrakcyjna alternatywę do

zastosowania stanowią drewniane wióry lub pelety, które można spalić wysoko wydajnych

palnikach. Tylko biomasa nie pochodząca z kopalin może być traktowana jako odnawialna i

wolna od CO2. Przy spalaniu odpadów, całkowity uzysk energetyczny musi zostać

skorygowany o część pochodzącą z kopalin, oraz o jakąkolwiek energię pochodzącą z kopalin

wykorzystaną w instalacji. W produkcji energii i spalarniach odpadów tylko część będąca

biomasą traktowana jest, jako odnawialna i przyczyniająca się redukcji dwutlenku węgla w

systemie w przypadku zastąpienia biomasą paliw kopalnych.

Paliwo spalane jest w kotle produkującym ciepłą wodę na cele ogrzewania i ciepłej wody

użytkowej. Kocioł na biomasę wymaga większego dozoru niż kocioł spalający olej. Potrzebne

jest także miejsce na magazynowanie biomasy. Na przykład 3.4m3 peletów z biomasy

odpowiada 1m3 oleju opałowego. Mimo neutralnego dla środowiska charakteru CO2,

pozostałe emisje pochodzące ze spalania drewna mogą stanowić problem, jeśli proces

spalania nie jest prowadzony w sposób prawidłowy.

19

Wewnętrzne systemy CHP

CHP (Combined Heat and Power) to skojarzone wytwarzanie ciepła i elektryczności, zwane

inaczej kogeneracją, czyli instalacja wytwarzająca ciepło i energię elektryczną jednocześnie.

Najpowszechniej stosowanym paliwem w małych instalacjach CHP jest naturalny gaz ziemny.

Energia elektryczna wytwarzana jest przy użyciu silnika gazowego, silnika Stirlinga, mikro

turbiny gazowej lub ogniwa paliwowego. Oszczędność energii i redukcja CO2 zależą w

dużym stopniu od sprawności wytwarzania elektrycznej, odpowiadających temu emisji, a

także możliwości optymalnego wykorzystania ciepła.

Instalacje CHP mogą być również zasilane przez bioenergię (gaz, drewniane pelety i

wióry).W tym przypadku uważa się, że technologia ta wytwarza odnawialne ciepło i energie

elektryczną. W instalacjach CHP na biomasę można stosować także inne paliwa, jeśli

technologia spalania przystosowana jest do paliwa lub paliwo przystosowane jest do kotła.

Szczególnie w dużych instalacjach dla bloków mieszkaniowych lub małych obiektów

handlowych z powodzeniem mogą być stosowane pelety drewniane.

Ogrzewanie lub chłodzenie lokalne i blokowe

Lokalne lub blokowe systemy grzewcze

Ciepło wytwarzane jest w lokalnej instalacji spalania, którą może stanowić ciepłownia,

elektrociepłownia (CHP) lub instalacja przetwarzająca ciepło odpadowe pochodzące np. z

przemysłu lub ścieków. Obiekty (osiedla mieszkalne, zakłady przemysłowe) zaopatrywane są

w ciepłą wodę za pośrednictwem podziemnych rur preizolowanych. Paliwem stosowanym w

ciepłowniach może być olej, gaz, biomasa, odpady domowe. W budynku/kompleksie

budowlanym umieszczony jest wymiennik ciepła na cele CO oraz wymiennik ciepła na

potrzeby CWU. Tak jak w przypadku CHP, oszczędność energii i redukcja dwutlenku węgla

zależą w dużym stopniu od możliwości optymalnego wykorzystania ciepła. niezwykle

istotnym zagadnieniem jest zmniejszenie strat na dystrybucji, szczególnie ciepła na potrzeby

wytwarzania ciepłej wody użytkowej. Redukcja CO2 w dużym stopniu zależy od stosowanego

paliwa .

20

Rysunek 1.7 Elektrociepłownia na biomasę w Szwecji (Źródło: Borås Energi & Miljö)

Rysunek 1.8 Przykład lokalnej sieci grzewczej z rurami dystrybuującymi ciepłą wodę.

Indywidualne lub lokalne systemy chłodzenia

Lokalny system chłodzenia opiera się na tych samych zasadach, co lokalny system grzewczy,

jednak na obszarze lokalnym dystrybuowana jest zimna woda. Chłodzenie lokalne

wytwarzane jest na wiele sposobów. Swobodne lub bierne chłodzenie wykorzystuje zimną

wodę z jezior, mórz, systemów magazynujących zimno z warstw wodonośnych lub innych

cieków wodnych oraz wykorzystuje śnieg zebrany podczas zimy. Chłodzenie absorpcyjne

wykorzystuje energię termiczną pochodzącą z wytwarzania lokalnego ogrzewania. Pompy

ciepła mają możliwość jednoczesnej produkcji ciepła toteż stanowią najpowszechniejszy

21

sposób wytwarzania lokalnego chłodzenia. Ochłodzona woda dystrybuowana jest w

budynkach przy użyciu wymiennika ciepła.

Pompy ciepła

Geotermalne pompy ciepła

Geotermalne pompy ciepła (pompy gruntowe) wykorzystują ciepło pochodzące z ziemi lub

płytkich źródeł geotermalnych. Ciepło z pompy może być wykorzystane do ogrzewania

pomieszczeń lub wytwarzania ciepłej wody użytkowej, a także na cele chłodnicze. O

efektywności pompy ciepła mówi współczynnik sprawności COP (Coefficient of

Performance), będący stosunkiem energii uzyskanej przez pompę ciepła do pobranej mocy

elektrycznej lub zużytego gazu. Na przykład pompa ciepła o współczynniku COP 4, w

pewnych warunkach pomiarowych, z 1 kW pobranej mocy elektrycznej może uzyskać 4 kW

energii termicznej. Bardziej dokładna miarą sprawności pompy ciepła jest Sezonowy

Współczynnik Sprawności SFP (Seasonal Performance Factor). Oblicza się go jako funkcję

klimatu dla całego roku, lokalizacji i rozmiaru budynku.

Istnieje wiele rodzajów geotermalnych/gruntowych pomp ciepła:

Skalne (ciepło geotermalne): Ciepło pobierane jest z wywierconego w skale

otworu. Zwykle głębokość otworu sięga od 100 do 200 metrów. Ten rodzaj

pompy ciepła przyłączony jest do solanki przy użyciu zgrzanych plastikowych rur

wydobywających ciepło ze skały. W budynkach handlowych niektóre systemy

sprzężone ze skałami używają skał do magazynowania ciepła i zimna.

Gruntowe pompy ciepła: Ciepło wydobywane jest z rur ułożonych poziomo lub

pionowo w ziemi.

Pompy ciepła wykorzystujące wody gruntowe: Ciepło pobierane jest z wody

gruntowej wydobywanej z otworu wywierconego w podziemnej warstwie

wodonośnej i skierowanej z powrotem do innego wywierconego otworu. Woda

gruntowa prawie nie zawiera zanieczyszczeń, dlatego musi być chroniona przed

zanieczyszczeniami z atmosfery (zgodnie z europejskimi przepisami). Wymaga to

innej konstrukcji pompy ciepła lub dodatkowej powierzchni wymiany ciepła.

Instalacje te znajdują zastosowanie w większych instalacjach np. blokach

mieszkalnych lub centrach handlowych.

22

Pompy ciepła wykorzystujące wodę morską/jezioro/rzekę: Ciepło pobierane jest z

morza lub jeziora. Rury cyrkulacyjne ułożone są na dnie morza lub jeziora.

Rysunek 1.9 Zasada działania pompy ciepła. W parowniku, ciecz robocza absorbuje ciepło

pochodzące ze źródła ciepła w warunkach niskiego ciśnienia. Następnie w

sprężarce ciecz robocza ulega kompresji. W kondensatorze w warunkach

wysokiego ciśnienia energia cieplna zamieniana jest na ciepło użyteczne.

Pompy ciepła wykorzystujące powietrze

Pompy ciepła wykorzystujące powietrze są już szeroko stosowane w budynkach handlowych

stanowiąc część klimatyzacji, zaprojektowanej dla zapewnienia odpowiedniego klimatu w

budynku. Pompy ciepła wykorzystujące powietrze na cele ogrzewania, mogą być stosowane

w budynkach mieszkalnych czy handlowych. W „standardowych” budynkach ze względu na

niską wydajność pomp ciepła wykorzystujących powietrze przy niskich temperaturach

zewnętrznych konieczne jest zastosowanie rezerwowego systemu grzewczego. W

krajach/obszarach o rozbudowanej sieci elektrycznej tym zapasowym system może być

bezpośrednio ogrzewanie elektryczne. Zaleca się jednak w tym celu szukać rozwiązań o

niskiej emisji CO2, takich jak wysokowydajne kotły gazowe albo odnawialne źródła energii.

Zastosowanie rezerwowego systemu grzewczego obniża ogólną sprawność SPF o 10-30% w

stosunku do pomp ciepła wykorzystujących wodę. W budynkach energooszczędnych i

23

pasywnych rezerwowy system może być zaprojektowany w postaci zbiornika

magazynującego ciepłą wodę.

Dwa główne rodzaje pomp ciepła wykorzystujących powietrze:

Pompy wykorzystujące powietrze z otoczenia: Ciepło pobierane jest z

otaczającego powietrza i wykorzystywane jest do wytwarzania ciepłej wody w

systemie centralnego ogrzewania, istnieje także możliwość wytwarzania ciepłej

wody użytkowej (pompa ciepła powietrze-woda). Innym typem pompy ciepła

wykorzystującej powietrze z otoczenia jest pompa ciepła powietrze-powietrze,

gdzie ciepło z otaczającego otoczenia jest przekazywane do urządzenia wewnątrz

budynku. Ten rodzaj standardowej klimatyzacji, często oferowanej w postaci

oddzielnych jednostek chłodzących sprzedawanych jako pompy ciepła, ma niski

współczynnik SPF.

Pompy ciepła wykorzystujące wydmuchiwane powietrze: Ciepło jest odzyskiwane

z powietrza wentylacyjnego zapewniając ogrzewanie pomieszczeń i/lub

wytwarzanie CWU.

Rysunek 1.10 Pompy ciepła odzyskujące ciepło z wydmuchiwanego powierza

wentylacyjnego zimą oraz używane, jako urządzenia chłodzące latem (Źródło:

IVT pompy ciepła dla większych budynków)

24

2 Karta kontrolna

2.1 Cel

Celem karty kontrolnej jest wykonanie wstępnego studium wykonalności ukazującego już na

wczesnym etapie procesu, alternatywne systemy energetyczne, które warto wziąć pod uwage

podczas prac projektowych i decyzyjnych (patrz Rysunek 2.1). Do dalszej analizy zaleca się

wybrać, co najmniej dwa najbardziej interesujące systemy energetyczne. Poza tym,

stosowanie karty kontrolnej identyfikuje elementy wymagające dalszych działań w następnym

etapie procesu, wynikających np. z braku wiedzy lub odpowiednich danych.

Karta kontrolna

AES 1 AES 2 AES 3 System konwencjonalny AES n

2 optymalne systemy

Rysunek 2.1 Schemat przepływu zastosowania karty kontrolnej.

2.2 Opis metody

Dla każdego alternatywnego systemu energetycznego stosowane są cztery kryteria oceny:

techniczny, finansowy, organizacyjny i środowiskowy. Każdemu parametrowi oceny

przyporządkowana jest waga, ustalona na pierwszej stronie arkusza kalkulacyjnego.

Domyślne wartości wag ustalono następująco:

- Techniczny: 0.3

25

- Finansowy: 0.2

- Organizacyjny: 0.1

- Środowiskowy: 0.4

Taki dobór domyślnych wagi ma na celu podkreślenie faktu, iż kwestie środowiskowe są

jednym z powodów określenia Dyrektywy EPBD. Po ustaleniu wag dla parametrów, te same

wagi zostaną użyte do oceny pozostałych systemów energetycznych. Jeśli wszystkim

parametrom przypisane są wagi wynoszące 0.25 oznacza to, że są one równoważne. W

następnej kolejności parametrom oceny przypisuje się wagi w zależności od oceny różnych

zagadnień, które należy rozwiązać podczas wdrażania poszczególnych, alternatywnych

rozwiązań. Każdy aspekt oceniany jest w skali od 1 do 3. Wartość 1 oznacza, iż potrzebny jest

duży wysiłek by osiągnąć sukces, podczas gdy 3 oznacza mały wysiłek.

Rysunek 2.2 Część karty kontrolnej ukazującej ocenę układów kogeneracji w skali 1-3

(podejście praktyczne).

Powyższe wyniki opracowano kierując się praktyką. W celu uwzględnienia lokalnych

warunków może zaistnieć potrzeba zmiany niektórych parametrów. Zakłada się, że

wypełnienie karty kontrolnej przez zespół projektantów nie powinno zająć więcej niż 1 do 2

godzin, a efektem końcowy będzie otrzymania relatywnie dobrego przeglądu systemów pod

26

kątem dalszych badań w szczegółowej analizie wykonalności. Wartości powinny, więc być

przypisane na podstawie wiedzy i doświadczenia, bez konieczności dokonywania bardziej

dogłębnych badań czy obliczeń. Może to jednak doprowadzić do stałego odrzucania pewnych

systemów, z którymi projektanci mieli w wcześniej złe doświadczenia. Z drugiej strony, nie

jest powiedziane, że tylko zasugerowane alternatywne systemy energetyczne mogą być

poddane dalszej analizie albo, że te nie zasugerowane przez studium wykonalności nie mogą

być dalej analizowane. Bardziej praktyczne, więc może być skoncentrowanie się na

systemach, z którymi projektanci czują się komfortowo, chyba że w projekcie mogą być

zaangażowani konsultanci zewnętrzni.

2.3 Jak korzystać z karty kontrolnej?

Po każdym kryterium następują aspekty, które należy ocenić w skali od 1 do 3. Osoba

oceniająca wpisuje wartości w białe pola, a łączny wynik zostanie obliczony automatycznie.

W przypadku braku danych dotyczących któregoś z parametrów należy wpisać 3 punkty w

celu uniknięcia nie docenienia możliwości systemu, a tym samym wykluczenia bardziej

szczegółowego studium wykonalności. Oznacza to, że projektanci przeanalizują systemy,

które nie są dobrze poznane, a tym samym powiększą swoją wiedzę na ich temat.

Dla aspektów technicznych, najniższy wynik powinien określać trudności w realizacji AES.

Jeśli realizacja konkretnego aspektu technicznego nie jest możliwa, całe rozwiązanie

dotyczące alternatywnego systemu traci sens i dalsza ocena powinna zostać przeprowadzona

dla pozostałych systemów. W ten sam sposób, techniczne aspekty, które nie spowodują

żadnych problemów przy implementacji nie są rozważane.

27