artykułu dr inż. Andrzeja Wiszniewskiego

artykułu dr inż. Andrzeja Wiszniewskiego

ARTYKUŁY I INFORMACJE TECHNICZNE
LUTY 2014
ANALIZA ALTERNATYWNYCH SYSTEMÓW
ZAOPATRZENIA W ENERGIĘ BUDYNKÓW
NA ETAPIE PRZYGOTOWANIA INWESTYCJI ZGODNIE
Z WYMAGANIAMI ART. 6 DYREKTYWY 2010/31/EU
1
Andrzej WISZNIEWSKI
Wstęp
Wybór systemu zasilania w energię budynku
ma decydujący wpływ na komfort użytkowania oraz
koszty eksploatacji budynku w całym okresie jego
istnienia. Właściwa konfiguracja systemu oraz
staranny dobór nośników energii może w istotny
sposób przyczynić się do ograniczenia zużycia
zasobów energii nieodnawialnej oraz ograniczenia
emisji do atmosfery zanieczyszczeń związanych
z produkcją energii.
Mając to na uwadze Komisja Europejska w Artykule
6 przekształconej Dyrektywy 2010/31/EU (RECAST)
o charakterystyce energetycznej budynków utrzymuje
i rozszerza obowiązek promowania przez kraje
członkowskie rozwiązań technicznych zmierzających
do poszanowania zasobów, w tym skojarzonego
wytwarzania energii elektrycznej i ciepła oraz
wykorzystania
odnawialnych
źródeł
energii.
Obowiązek ten ma być realizowany poprzez
włączenie do procesu przygotowania inwestycji
analizy techniczno – ekonomicznej zastosowania
wyżej wymienionych rozwiązań.
Artykuł 6 (dawniej 5)
1. Kraje Członkowskie powinny podjąć niezbędne
kroki w celu zapewnienia, aby wszystkie nowo
wznoszone budynki spełniały minimalne wymagania dotyczące charakterystyki energetycznej,
określonej zgodnie z wymaganiami podanymi
w Artykule 4. Dla budynków nowo wznoszonych
Kraje Członkowskie powinny zapewnić, przed
rozpoczęciem budowy, opracowanie technicznej,
środowiskowej
i
ekonomicznej
analizy
wykonalności zastosowania alternatywnych
systemów zaopatrzenia w energię wymienionych
poniżej, o ile są dostępne:
a. indywidualne
systemy
zaopatrzenia
w energię wykorzystujące odnawialne nośniki
energii;
b. źródła produkujące ciepło i energię
elektryczną w skojarzeniu;
1
Andrzej WISZNIEWSKI Narodowa Agencja
Poszanowania Energii S.A.
c. scentralizowane bądź lokalne systemy
ciepłownicze, szczególnie, gdy są zasilane
w całości lub częściowo odnawialnymi
źródłami energii;
d. pompy ciepła.
2. Kraje
Członkowskie
powinny
zapewnić
odpowiednie środki aby fakt przeprowadzenia
analizy, o której mowa w paragrafie 1 był
udokumentowany, zaś dokumentacja dostępna
w celu weryfikacji.
3. Analiza zasadności zastosowania alternatywnych
systemów zaopatrzenia w energię może być
przeprowadzona indywidualnie dla każdego
budynku lub dla grupy budynków tego samego
typu położonych blisko siebie. W przypadku,
gdy rozpatrywany jest scentralizowany system
zaopatrzenia w ciepło lub chłód, analiza może
być wykonana dla wszystkich budynków danej
lokalizacji, przyłączonych do systemu.
Polska transpozycja tego artykułu Dyrektywy została
wprowadzona w życie 3 października 2013
rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa
i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r.
zmieniającym rozporządzenie w sprawie szczegółowego
zakresu i formy projektu budowlanego.
W nowelizacji tej zmieniony został § 11 ust. 2 pkt. 12
rozporządzenia dotyczący zakresu opisu technicznego
projektu budowlanego. Dotychczas obowiązek
rozpatrzenia wykorzystania wysokoefektywnych
systemów alternatywnych dotyczył nowoprojektowanych budynków o powierzchni użytkowej powyżej
1000 m2, a jego zakres nie był szczegółowo
zdefiniowany. Zmienione przepisy obejmują analizą
wszystkie nowoprojektowane budynki. Analiza
ma być sporządzona przez projektanta na etapie
opracowania projektu budowlanego, jako element
opisu technicznego, aby wskazać inwestorowi
możliwości zastosowania różnych rozwiązań
zaopatrzenia budynku w energię. Wynik analizy
nie jest obligatoryjny dla wyboru przez inwestora
systemu zasilania w energię budynku, natomiast
powinien
zawierać
informacje
pozwalające
na porównanie analizowanych systemów pod
względem ekonomicznym, technicznym i środowiskowym. Rozporządzenie wymaga porównania
przynajmniej dwóch systemów, z których jeden
to system konwencjonalny zaś drugi powinien
zawierać odnawialne lub "alternatywne" źródło
energii (alternatywny lub hybrydowy).
str. 6
Do spisu treści
ARTYKUŁY I INFORMACJE TECHNICZNE
LUTY 2014
Powyższe rozwiązanie ma służyć wskazaniu
optymalnych rozwiązań w zakresie zaopatrzenia
budynków w energię oraz uczulić inwestorów
i projektantów na zagadnienia związane z wyborem
właściwego systemu technicznego, co często jest
pomijane na etapie projektowania budynku. Niestety
nie określa kryteriów wyboru wariantu ani metodyki
analizy.
Próba zdefiniowania takiej metodyki została podjęta
przy okazji wdrażania pierwszej wersji Dyrektywy
w roku 2008. Polskie Towarzystwo Elektrociepłowni
Zawodowych zleciło NAPE przygotowanie metodyki
analizy oraz projektu załącznika do Rozporządzenia
o zakresie i formie projektu budowlanego, który
określałby formę raportu z analizy zasadności
zastosowania alternatywnych źródeł energii.
Dokument
został
przedłożony
ówczesnemu
Ministrowi Infrastruktury, lecz nie został zauważony
i wdrożenie Artykułu 5 ograniczyło się do zapisu
w nowelizacji Prawa Budowlanego, że taka analiza
powinna być przeprowadzona dla nowo wznoszonych budynków o powierzchni powyżej 1000m2
bez żadnych zapisów co jej do zakresu i formy. Takie
rozwiązanie prawne sprawiło, że zapis o konieczności
przeprowadzenia analizy zasadności zastosowania
alternatywnych źródeł energii pozostał martwy,
gdyż projektant załączał do projektu uniwersalny
tekst, który brzmiał mniej więcej: "stosowanie odnawialnych lub alternatywnych źródeł energii jest
nieuzasadnione ekonomicznie, gdyż są droższe",
nie przedstawiając na dowód żadnych obliczeń.
Taka "analiza" była i jest nadal akceptowana
przez instytucje wydające pozwolenia na budowę,
gdyż nie zdefiniowano standardu analizy.
Metodyka opracowana przez NAPE jest z powodzeniem wykorzystywana w analizach wykonywanych
na potrzeby systemu certyfikacji budynków BREEAM.
Była również podstawą do opracowania skoroszytu
obliczeniowego Excel służącego do analizy zasadności stosowania alternatywnych źródeł energii
w ramach zrealizowanego przez Fundację Poszanowania Energii projektu NOWY EKSPERT. Umiejętność
wykonywania takich analiz przekazano ponad 270
beneficjentom - uczestnikom projektu ze środowisk
projektantów, audytorów energetycznych oraz
zarządców nieruchomości.
Wspomniana wyżej metodyka obejmuje następujące
zagadnienia:
1. Listę technologii oraz nośników energii
możliwych do zastosowania w rozpatrywanym
budynku.
2. Zasady wyboru nośników energii oraz
stosowanych technologii obejmującą warunki
przyłączenia do sieci, niezawodność i warunki
dostaw poszczególnych nośników energii
w miejscu lokalizacji budynku.
3. Metodę porównania wybranych rozwiązań pod
względem wpływu na środowisko oraz
ekonomicznym.
4. Jednolitą formę raportu, który będzie wzorem
dla projektanta dla prezentacji wyników analizy.
Metodyka zawiera zatem wszystkie elementy
potrzebne do podjęcia decyzji, zaś proces wyboru
systemu zaopatrzenia w energię dla budynku
powinien przebiegać wg załączonego niżej schematu.
str. 7
Do spisu treści
ARTYKUŁY I INFORMACJE TECHNICZNE
LUTY 2014
CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKU
•
•
Wyznaczenie potrzeb energetycznych budynku
Wyznaczenie zapotrzebowania na ciepło, chłód i energię elektryczną –
profile zapotrzebowania.
USTALENIE DOSTĘPNYCH NOŚNIKÓW ENERGII
•
•
•
Sieciowe
sieć ciepłownicza
gaz ziemny
energia elektryczna
Indywidualne
Ustalenie dostępności
oraz lokalnych cen paliw
Zakład ciepłowniczy,
gazowniczy lub
energetyczny
WIZYTA W GMINIE
Sprawdzenie w planie
zagospodarowania i w planie
zaopatrzenia w ciepło, energię
elektryczną i gaz, czy istnieje
odpowiednia infrastruktura
Uzyskanie warunków
technicznych
przyłączenia i sprzedaży
1.
2.
TAK
NIE
PORÓWNANIE SYSTEMÓW SPOŚRÓD DOSTĘPNYCH
Ustalenie schematu technologicznego, zakresu inwestycji
oraz parametrów pracy dla różnych wariantów realizacji
Wyznaczenie wskaźników dla każdego ze schematów technologicznych:
a. zużycie poszczególnych nośników energii,
b. wyznaczenie emisji CO2,
c. koszt inwestycyjny i eksploatacji,
d. analiza LCC (koszty w cyklu życia).
Rys. 1 Schemat postępowania przy wyborze systemu zaopatrzenia w energię.
Charakterystyka energetyczna budynku
Zakres analizy powinien być dostosowany do stopnia
złożoności projektowanego budynku oraz rodzaju
możliwych do zastosowania technologii. Proponuje
się następujący zakres analizy:
•
•
Dla potrzeb analizy prostych budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej o niezbyt rozbudowanych funkcjach, charakterystykę energetyczną
budynku wystarczy wyznaczyć metodyką właściwą
dla przygotowania świadectw (zgodna z rozporządzeniem). Dla budynków bardziej skomplikowanych
o rozbudowanym kształcie oraz różnorodnych
funkcjach
oraz
potrzebach
energetycznych,
charakterystyka ta powinna być określana metodą
symulacji energetycznej.
•
dla budynków bez chłodzenia i gdy żaden
z rozpatrywanych wariantów nie przewiduje
skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej
i ciepła należy określić wyłącznie emisję i koszty
związane z zaopatrzeniem budynku w ciepło;
dla budynków z chłodzeniem i gdy żaden
z rozpatrywanych wariantów nie przewiduje
skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej
i ciepła, należy określić emisję i koszty związane
z zaopatrzeniem w energię cieplną i chłodniczą
na cele klimatyzacji;
gdy w co najmniej jednym rozpatrywanym
przypadku występuje skojarzone wytwarzanie
energii elektrycznej i cieplnej należy uwzględnić
również emisję i koszty związane z zaopatrzeniem budynku w energię elektryczną.
str. 8
Do spisu treści
ARTYKUŁY I INFORMACJE TECHNICZNE
LUTY 2014
Lista nośników energii oraz technologii
zaopatrzenia budynku w energię oraz przesłanki
wyboru
uzasadniony konkurencyjnością ekonomiczną i ekologiczną alternatywnego rozwiązania. W większości
przypadków uzasadnienie takiej tezy jest trudne,
a nawet niemożliwe.
Z przedstawionej poniżej listy źródeł energii należy
wybrać do dalszej analizy dostępne sposoby
zaopatrzenia w energię:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
kolektory słoneczne cieczowe i powietrzne,
gruntowe pompy ciepła,
gruntowe wymienniki ciepła,
blokowe urządzenia do produkcji ciepła
i energii elektrycznej oparte na silnikach
tłokowych i mikroturbinach,
silniki Stirlinga,
ogniwa paliwowe,
ogniwa fotowoltaiczne,
ciepło z miejskiej sieci ciepłowniczej,
ciepło z kotłowni lokalnej,
kombinacja ww. źródeł,
inne źródła.
Bogactwo rozwiązań technologicznych oferowanych
na naszym rynku może sprawiać wrażenie, że stoimy
przed problemem nadmiaru możliwości – nic
bardziej zwodniczego. Owszem możemy wybierać,
lecz wybór ogranicza nam przede wszystkim
lokalizacja, czyli dostępne uzbrojenie terenu w tzw.
media energetyczne oraz ograniczenia wynikające
z prawa lokalnego, w tym: lokalnego planu
zagospodarowania oraz założeń i planu zaopatrzenia
w ciepło, energię elektryczną i gaz ziemny. Każda
gmina ma obowiązek opracowania takiego planu,
jednak Prawo Energetyczne nie precyzuje terminu
jego opracowania.
W pierwszym rzędzie należy sprawdzić czy plan
istnieje, jeżeli tak, to jakie są jego ustalenia odnośnie
preferowanych na terenie naszej lokalizacji nośników
ciepła. Plan zaopatrzenia w ciepło jest prawem
lokalnym i powinniśmy się stosować do jego ustaleń,
w przeciwnym przypadku nie możemy liczyć
na jakąkolwiek pomoc ze środków publicznych przy
realizacji naszej inwestycji modernizacyjnej,
a w skrajnych przypadkach nie uzyskamy wymaganych pozwoleń.
Plan zaopatrzenia w ciepło definiuje obszary, które
powinny być zasilane ze scentralizowanych
systemów ciepłowniczych. Jeżeli nasz obiekt
znajduje się na takim obszarze, to wybór innego
źródła niż system ciepłowniczy powinien być
Jeżeli obiekt jest aktualnie zasilany z sieci
ciepłowniczej, a chcemy ten stan zmienić, to nie
można liczyć na żadną pomoc ze środków
publicznych, chyba że system ciepłowniczy przeznaczony jest do likwidacji.
Przy planowaniu przyłączenia naszego źródła ciepła
do systemu sieciowego, czyli sieci ciepłowniczej,
gazowej lub elektrycznej należy wystąpić do właściwego zakładu ciepłowniczego, gazowniczego lub
energetycznego o określenie warunków technicznych przyłączenia. Dopiero pisemna odpowiedź
zakładu określi czy jest to możliwe, zaś podane
warunki pozwolą na oszacowanie kosztów takiego
przyłączenia. Teoretycznie zakład nie może odmówić
przyłączenia do sieci, jednak może narzucić
niekorzystne warunki techniczne, czyniąc całe
przedsięwzięcie nieefektywnym.
W przypadku wyboru rozwiązań indywidualnych
takich jak kotły na paliwa stałe, płynne, pompy ciepła
czy kolektory słoneczne ważne jest zapewnienie
stałych i pewnych dostaw paliwa oraz odpowiedniej
przestrzeni na zamontowanie wybranych urządzeń.
Najmodniejszym i preferowanym obecnie paliwem
dla produkcji ciepła jest biomasa. W przypadku tego
paliwa najistotniejszym problemem będzie zapewnienie pewnego źródła pozyskania biomasy
o odpowiedniej jakości oraz jej magazynowanie.
Monopolistą na rynku drewna kawałkowego są Lasy
Państwowe. Kupienie drewna opałowego bezpośrednio w leśnictwie nie jest wcale łatwe, ze względu
na konkurencję dużo atrakcyjniejszych klientów
hurtowych. Obserwuje się systematyczny wzrost cen
rynkowych drewna opałowego ze względu
na wzrastający popyt na to paliwo ze strony
energetyki zawodowej. Brykiety i pellety z biomasy
są łatwiejsze do pozyskania, jednak ich cena jest
dzisiaj dość wysoka. Drugi problem to przechowywanie – drewno wymaga kilkukrotnie większej
powierzchni magazynowej niż węgiel. Warto
zaopatrzyć się w drewno z rocznym wyprzedzeniem
– sezonowanie w dobrych warunkach pozwoli
mu wyschnąć, przez co podniesie się jego wartość
opałowa. Przechowywać można jedynie drewno
kawałkowe, brykiety lub pellety – drewno
str. 9
Do spisu treści
ARTYKUŁY I INFORMACJE TECHNICZNE
LUTY 2014
rozdrobnione, wióry lub trociny, jeżeli nie są suche
ulegną gniciu i ich własności energetyczne pogorszą się.
Planując zastosowanie pompy ciepła, musimy
dysponować tzw. „dolnym źródłem ciepła”,
najczęściej jest to wymiennik gruntowy. Możliwe jest
wykorzystanie wód gruntowych lub zastosowanie
wymienników pionowych - są to rozwiązania dużo
kosztowniejsze i wymagają wykonania wstępnych
projektów geologicznych.
Rozważając zastosowanie kolektorów słonecznych,
powinniśmy dysponować wolną, dobrze zorientowaną i niezacienioną powierzchnią na ich zamontowanie. Przy wyborze lokalizacji powinniśmy
zapewnić łatwy dostęp do powierzchni absorberów
w celu okresowego czyszczenia ich powierzchni.
Wybór schematu zasilania w energię dla budynków
projektowanych
Pokrycie potrzeb zaopatrzenia w energię budynku
często wymaga zintegrowania pracy niezależnych
systemów: zaopatrzenia w ciepło, chłód i energię
elektryczną. Decydując się na wybór systemu,
powinniśmy wziąć pod uwagę możliwość
skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej
i ciepła lub układu trigeneracyjnego.
Wyboru należy dokonać pomiędzy schematem
podstawowym - tradycyjnym (Rys. 3) a najbardziej
zaawansowanym (Rys. 4), zazwyczaj będzie
to rozwiązanie pośrednie. Kombinacji różnych
technologii oraz nośników energii jest dużo,
a ostateczny kształt schematu zasilania zależy
wyłącznie od inwencji projektanta.
Rys. 4 Schemat zasilania budynku z kotłem szczytowym,
układem kogeneracyjnym oraz sprężarkowym i absorpcyjnym
urządzeniem chłodniczym.
Wyznaczenie kosztów zaopatrzenia w energię w
cyklu życia
Koszty zaopatrzenia w energię to nie tylko bieżące
koszty operacyjne, ale również koszt zaangażowanego kapitału. Koszty w cyklu życia instalacji
wyznacza się z zależności:
LCC = I + B·KE [zł]
gdzie:
I
- nakłady inwestycyjne na system zaopatrzenia
w energię (z uwzględnieniem robót towarzyszących) [zł/rok];
KE - roczny koszt bezpośredni eksploatacji
systemu zaopatrzenia w energię obejmujący
koszty nośnika energii lub paliwa wraz
z transportem oraz obowiązkowe opłaty związane
z eksploatacją (przeglądy, konserwacje itp.)
[zł/rok];
B - czynnik określający bieżącą wartość
kosztów eksploatacyjnych w cyklu życia opisany
zależnością:
(1 + r ) N − 1
B=
r (1 + r ) N
gdzie:
r
- zewnętrzna stopa dyskonta
N - okres życia inwestycji [lata].
Rys. 3 Schemat podstawowy zasilania budynku
str. 10
Do spisu treści
ARTYKUŁY I INFORMACJE TECHNICZNE
LUTY 2014
Raport z analizy
Racjonalnym rozwiązaniem legislacyjnym powinno
być opublikowanie jako załącznika do rozporządzenia w sprawie zakresu i formy projektu
budowlanego wzoru raportu lub przynajmniej jego
spisu treści. Niestety, zarówno przy okazji wdrażania
pierwotnej wersji Dyrektywy o charakterystyce
energetycznej budynku jak również Recastu,
instytucja odpowiedzialna nie uznała za stosowne
opracowanie takiego wzoru. Wspomniana wyżej
metodyka przedstawiła propozycje takiego raportu,
zawierającego podstawowe dane o budynku,
założenia do analizy (charakterystyka energetyczna
budynku), zestawienie oraz zużycie poszczególnych
nośników energii, opis konfiguracji systemu podstawowego i alternatywnego, zestawienie zużycia
energii, emisji oraz kosztów w cyklu życia dla
porównywanych systemów, rekomendację oraz opis
wybranego systemu. Taka zawartość raportu daje
komplet informacji pozwalających na ocenę
rzetelności przeprowadzonej analizy oraz trafności
wyboru systemu. W nieco udoskonalonej formie
został ten wzór wykorzystany w ramach projektu
"Nowy Ekspert" oraz w najnowszej już komercyjnej
aplikacji opracowanej przez NAPE S.A. a dostępnej
na stronie aoze.pl
Podsumowanie
Wdrożenie przedstawionej powyżej metodyki analizy
poprzez powszechne stosowanie wykorzystującego
ją profesjonalnego oprogramowania aoze.pl daje
możliwość rzetelnej oceny atrakcyjności ekonomicznej i ekologicznej najnowszych technologii wykorzystujących odnawialne i alternatywne źródła energii
do zaopatrzenia w energię budynków w porównaniu
z rozwiązaniami tradycyjnymi.
Powinno to przyczynić się do rozpowszechnienia
stosowania efektywnych energetycznie i ekologicznie technologii jak mikro-kogeneracja, ogniwa
fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem, układy
hybrydowe pompa ciepła - cieczowy kolektor
słoneczny itd. gdyż w sposób obiektywny pozwoli
na zweryfikowanie powszechnie powtarzanej opinii,
że są to technologie droższe w budowie
i eksploatacji od rozwiązań tradycyjnych. Nie zawsze
tak jest, szczególnie w przypadku, gdy możliwe jest
skorzystanie z atrakcyjnego dofinansowania budowy
tego rodzaju źródeł.
PODSUMOWANIE TRENDÓW RYNKU BUDOWLANEGO
I INSTALACYJNO-GRZEWCZEGO W IV KWARTALE 2013 R.
I CAŁYM 2013 ROKU
Zdaniem praktycznie wszystkich rozmówców,
czwarty kwartał zakończył trudny rok zarówno
w branży instalacyjno – grzewczej, jak i całej branży
budowlanej. Rynek budowlany odnotował w 2013
roku spadek o 12%, co było pogłębieniem
negatywnego wyniku sprzed roku, gdy spadek
w branży budowlanej wyniósł 7 %. Na negatywny
wynik miała przede wszystkim pierwsza połowa 2013
roku, ponieważ do drugiej połowy kwietnia
panowała w Polsce zima, a pierwsze oznaki sezonu
budowlanego miały miejsce dopiero w drugiej
połowie czerwca. Odnotowywane spadki były
z miesiąca na miesiąc coraz mniejsze, a w grudniu
został odnotowany nawet 5,8% wzrost.
Można to zjawisko traktować jako przełamanie
negatywnych tendencji, ponieważ ostatni wzrost
odnotowany w budownictwie, miał miejsce w maju
2012 roku – bezpośrednio przed EURO 2012,
gdy kończone były inwestycje związane z tą imprezą.
Budownictwo mieszkaniowe odnotowało około 15%
spadek, a budownictwo niemieszkaniowe zmalało
o ok. 5%. Podsumowując 2013 rok, warto zwrócić
uwagę na kilka danych makroekonomicznych, które
z pewnością miały przełożenie na wyniki branży
instalacyjno-grzewczej, z uwagi na siłę nabywczą
inwestorów korzystających z usług tej branży.
Wartość dodana brutto w gospodarce narodowej
w 2013 roku wzrosła o 1,5% w porównaniu z 2012
rokiem, wobec wzrostu o 1,9% jaki miał miejsce
w 2012 roku. W tym wartość dodana brutto
w budownictwie w 2013 roku w porównaniu
do 2012 roku spadła o 9% wobec wzrostu o 0,3 %,
który miał miejsce w 2012 roku.
Jak widać, każdy wskaźnik ekonomiczny opisujący
budownictwo, wykazywał stosunkowo duże spadki.
Dla rynku urządzeń grzewczych, znaczenie mają takie
wskaźniki jak popyt krajowy, który zmniejszył się
realnie o 0,2% przy wzroście PKB o 1,6%.
Dla porównania, w 2012 roku popyt krajowy
się zmniejszył o 0,1% przy wzroście PKB o 1,9%.
W trzecim, a szczególnie czwartym kwartale 2013
roku dało się zauważyć, że gospodarstwa domowe
zaczęły ostrożnie zwiększać konsumpcję, a firmy
zaczęły odbudowywać zapasy i zwiększać inwestycje,
co dało się wyraźnie zauważyć w ilości
str. 11
Do spisu treści