Ograniczanie zużycia energii jest dziś działaniem społecznie pożądanym, wręcz obowiązkowym, i dotyczy wszystkich dziedzin życia. Budownictwo, wg danych Unii Europejskiej, jest najbardziej energochłonną częścią gospodarki. Według danych europejskich odpowiada za 41% całkowitego zużycie energii. Z tego powodu branża ta powinna prowadzić działania mające na celu poprawę efektywności energetycznej z uwzględnieniem zasad zrównoważonego rozwoju na każdym etapie „życia budynku”. Poszukiwanie rozwiązań efektywnych energetycznie, ekologicznych i ekonomicznie (ocena LCA) jest dążeniem społecznie pożądanym, zgodnym z zasadami zrównoważonego rozwoju. Jak pokazuje praktyka nie jest to zadaniem łatwym.
Cechy budynków energooszczędnych
Radykalne ograniczanie zużycia energii cieplnej często prowadzi do wzrostu energii potrzebnej do zapewnienia temperatury komfortu. Liczne przykłady pokazują, że ograniczanie zużycia energii na ogrzewanie nie może doprowadzić do trudności eksploatacyjnych w okresie letnim. Nadrzędnym celem nie jest zapewnienie niskiego zużycia energii a zapewnienie odpowiednich warunków użytkowych przy racjonalnie niskim poziomie zużycia energii.
Można wyszczególnić co najmniej piętnaście cech mających wpływ na jakość energetyczną budynku.
Należą do nich między innymi:
1. architektura budynku,
2. izolacyjność termiczna przegród nieprzeźroczystych,
3. parametry techniczne przegród przeźroczystych w tym szyby,
4. osłony przeciwsłoneczne,
5. system grzewczy,
6. system chłodniczy,
7. OZE,
8. pojemność cieplna,
9. system sterowania i zarządzania energią,
10. oświetlenie,
11. urządzenia pomocnicze,
12. lokalizacja na działce i otoczenie,
13. zieleń w architekturze,
14. szczelność budynku,
15. mostki termiczne.
Osiągnięcie warunków komfortu przy zadowalającej efektywności energetycznej wymaga indywidualnego modelowania parametrów, tak aby ostatecznie osiągnąć optymalną charakterystykę energetyczną budynku. Celem jest budynek energooszczędny, który powinien charakteryzować się niskim zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej – EP, będący sumą nieodnawialnej energii pierwotnej na: ogrzewanie, wentylację, chłodzenie, ciepłą wodę, urządzenia pomocnicze i oświetlenie. Nieodnawialna energia pierwotna uwzględnia energię chemiczną związaną z paliwem, energię niezbędną do wydobycia, wytworzenia i transportu do miejsca wykorzystania. Osiągnięcie wymagań prawnych w zakresie EP jest zadaniem pozornie prostym. Nie wystarczy zaprojektować najlepszą izolacyjność przegród i efektywny energetycznie system grzewczy. Budynek można porównać do systemu naczyń połączonych. Zwiększając izolację termiczną przegród budowlanych zmniejszamy zużycie energii na ogrzewanie jednak możemy pogarszać warunki użytkowania budynku latem. Przykładem potwierdzającym przedstawione zależności była pierwsza szkoła pasywna zrealizowana w Budzowie gdzie zapotrzebowanie na chłód jest 8 razy większe niż zapotrzebowanie na ciepło, co było powodem trudności zapewnienia warunków komfortu podczas użytkowania pomieszczeń edukacyjnych.
Nadrzędnym cele jest zapewnienie odpowiednich warunków użytkowania, dlatego poszukiwane są różnego rodzaju rozwiązania mające na celu ograniczenie zużycia energii na ogrzewanie i chłodzenie. Jednym z takich rozwiązań są osłony przeciwsłoneczne.
Podstawowe wymagania prawne
Projektowanie i budowa budynków wymaga spełnienia wymagań podstawowych. Artykuł 5 Prawa budowlanego [1] precyzuje sześć warunków podstawowych, gdzie celem nadrzędnym jest zapewnienie bezpieczeństwa użytkowania oraz odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych. Głównym celem jest stworzenie odpowiedniego środowiska wewnątrz w pomieszczeniach budynku, zgodnie z ich przeznaczeniem. Zagadnienia środowiska wewnętrznego opisane zostały w normie PN-EN 15251:2007 Kryteria środowiska wewnętrznego, obejmujące warunki cieplne, jakość powietrza wewnętrznego, oświetlenie i hałas. Komfort definiowany jest jako stan umysłu, w którym człowiek odczuwa równowagę pomiędzy środowiskiem otaczającym a wrażeniami psychofizycznym. Na odczucie komfortu wpływa zbiorcza kombinacja wrażeń wizualnych, słuchowych, namacalnych, wilgotnościowych i cieplnych, jakie pojawiają się w danym środowisku i które wynikają ze zmian w zakresie następujących warunków:
- temperatura otaczającego powietrza,
- temperatura promieniowania otaczających powierzchni,
- wilgotność powietrza
- ruch powietrza,
- zapachy,
- zawartość CO2 oraz innych substancji,
- ilość kurzu,
- walory estetyczne,
- natężenie hałasu,
- oświetlenie,
- olśnienie.
(...)
W pierwszej kolejności o poczuciu komfortu decyduje temperatura powietrza, temperatura promieniowania otaczających powierzchni oraz wilgotność powietrza. W tabelach poniżej zmieszczono przykładowe zalecane wartości wg PN-EN 15251:2007 oraz wg PN 78/B-03421.
Clo – określa izolację termiczną odzieży niezbędną do utrzymania równowagi termicznej pomiędzy organizmem człowieka, przebywającym w pozycji siedzącej, a otoczeniem o następujących parametrach: prędkość powietrza – 0,1 m/s, temperatura powietrza i ścian 21ºC oraz wilgotność względna mniejsza niż 50%. Dla tych warunków 1 clo zestawu odzieży jest równy 0,155 m²K/W. Metody określania izolacji termicznej odzieży oraz wartości przykładowych zestawów są przedmiotem normy PN-EN 9920 Ergonomia środowiska termicznego. Ocena izolacyjności cieplnej i oporu parowania zestawu odzieżowego oraz PN-EN ISO 15831.
Odzież – Właściwości fizjologiczne – Pomiar izolacyjności cieplnej z zastosowaniem manekina termicznego.
Kategoria I oznacza wysoki poziom oczekiwań dla pomieszczeń użytkowanych przez osoby bardzo wrażliwe o specjalnych wymaganiach: np. osoby niepełnosprawne, chorzy, bardzo małe dzieci i osoby starsze.
Kategoria II oznacza normalny poziom oczekiwań zalecany w przypadku nowych i modernizowanych budynków.
Kategoria III oznacza dopuszczalny, umiarkowany poziom oczekiwań, który może być stosowany w wyjątkowym przypadku.
Zapewnienie odpowiednich warunków użytkowania pomieszczeń wymaga spełnienia wielu warunków i decyduje o kategorii pomieszczeń. W połączeniu z racjonalizacją zużycia energii w budynku zadanie to jest inżyniersko złożone.
Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki…[2]
Oprócz wymagań użytkowych budynek i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne, ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynku użyteczności publicznej, zamieszkania zbiorowego, produkcyjnych, gospodarczych i magazynowych – również oświetlenia wbudowanego, powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób zapewniający spełnienie następujących wymagań minimalnych:
- wartość wskaźnika EP [kWh/(m2rok)] określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną jest mniejsza od wartości EP;
- przegrody oraz wyposażenie techniczne budynku odpowiadają przynajmniej wymaganiom izolacyjności cieplnej określonym w załączniku nr 2 do rozporządzenia oraz powierzchnia okien odpowiada wymaganiom określonym w pkt. 2.1. załącznika nr 2 do rozporządzenia.
Maksymalną wartość wskaźnika EP określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie budynku na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia oblicza się zgodnie z poniższym wzorem:
EP = EPH+W + ΔEPC + ΔEPL; [kWh/(m2· rok)]
gdzie:
EPH+W – cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej,
ΔEPC – cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby chłodzenia,
ΔEPL – cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby oświetlenia.
Ponadto budynek powinien być zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby ograniczyć ryzyko przegrzewania budynku w okresie letnim. Ochronę przed przegrzewaniem budynku można realizować np. przez zastosowanie urządzeń przeciwsłonecznych.
Urządzenia przeciwsłoneczne – wymagania prawne
Zgodnie z obowiązującym prawem obowiązkowe jest stosowanie osłon przeciwsłonecznych, które ograniczą zyski słoneczne ciepła w budynku latem. Okna wszystkich rodzajów budynków muszą charakteryzować się odpowiednim współczynnikiem przepuszczalności energii całkowitej promieniowania słonecznego oraz przegród szklanych i przezroczystych, oznaczonym jako g. Wartość g liczona według wzoru g = gn · fC musi być mniejsza od 0,35, gdzie: gn – współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla typu oszklenia, którego przykładowe wartości zamieszczono w tabeli 4 i 5 , fC – współczynnik redukcji promieniowania ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne, w okresie letnim (tab. 6). Wartości współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego dla typu oszklenia gn należy przyjmować na podstawie deklaracji właściwości użytkowych okna. W przypadku braku danych wartość gn określa tabela 4.
Przyjmowanie wartości gn wg Warunków technicznych [2] prowadzi do błędnych wyników. Powszechnie stosowane szyby podwójne z powłoką selektywną legitymują się wartościami gn=0,47 do 0,63 [6]. Przy projektowaniu przegród przeźroczystych oraz charakterystyki energetycznej budynku należy stosować wartości projektowane gn odpowiadające stosowanym szybom. W tabeli 5 zamieszczono wartości gn dla różnych kombinacji zestawów szybowych wg danych producenta.
Wartości współczynnika redukcji promieniowania ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne fC określa poniższa tabela 6.
Wymagań tych nie stosuje się w odniesieniu do powierzchni pionowych oraz powierzchni nachylonych więcej niż 60 stopni do poziomu, skierowanych w kierunkach od północno-zachodniego do północno-wschodniego (kierunek północny +/- 45 stopni), okien chronionych przed promieniowaniem słonecznym elementem zacieniającym, spełniającym wymagania oraz do okien o powierzchni mniejszej niż 0,5 m2. Aktualne wymagania prawne narzucają obowiązek stosowania osłon przeciwsłonecznych.
Jerzy Żurawski
Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska
Literatura:
[1] Prawo budowlane
[2] Warunki techniczne
[3] PN-78/B-03421 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczonych do stałego przebywania ludzi.
[4] PN-EN 15251:2007
[5] PN-EN 12216:2004 Żaluzje, zasłony zewnętrzne, zasłony wewnętrzne – Terminologia, słownik i definicje.
[6] Geryło R.
[7] Tymkiewicz Joanna: Funkcje ścian zewnętrznych w aspekcie badań jakościowych. Wpływ rozwiązań architektonicznych na kształtowanie jakości budynku. Monografia.
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacji: Świat Szkła 09/2015
