Ustanowione wówczas, docelowe wymagania efektywności energetycznej budynków wydawały się być bardzo ambitne, jednak ich wprowadzenie było konieczne dla wdrożenia dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD) [1], która określiła w 2010 nowy standard budownictwa o niemal zerowym zapotrzebowaniu na energię, wymagany dla wszystkich wznoszonych budynków w Unii po 2020 roku. Argumentowano także, że poziom wymagań został ustalony w sposób optymalny pod względem kosztów, zapewniający równowagę między wymaganymi nakładami i kosztami energii zaoszczędzonymi w czasie eksploatacji budynku, a także że oczekuje się w kolejnych latach rozwoju technologii budowlanych, umożliwiających wznoszenie budynków o niskim zapotrzebowaniu na energię pierwotną. Po upływie 7 lat od ogłoszenia przepisów WT stwierdzić można, że bariera technologiczna realizacji budynków o niskim zużyciu energii jest niewielka. Materiały, urządzenia i sposoby wznoszeniu budynków, dzięki którym potrzebuje on niewielkiej ilości energii do jego prawidłowego funkcjonowania są znane i dostępne rynkowo. W artykule przedstawiono przegląd rozwiązań, których konfiguracja umożliwia spełnienie wymagań wchodzących w życie od 1 stycznia 2021 r. (WT2021) na przykładzie referencyjnego budynku mieszkalnego wielorodzinnego. Do analizy wybrano ten rodzaj budynku, ponieważ ich realizacja wg nowych wymagań wzbudza największe emocje i krytykę, szczególnie w odniesieniu do wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej (EP_H+W).

Rynek budownictwa mieszkaniowego

Ostatnie lata były okresem wysokiej aktywności budownictwa mieszkaniowego. W kolejnych kwartałach bito kolejne rekordy pod względem ilości oddawanych mieszkań, wydanych pozwoleń na budowę, rozpoczętych robót budowlanych czy ostatecznie wzrostu cen nieruchomości, które jeszcze bardziej rozgrzewały rynek. W 2020 roku spodziewano się kontynuacji tego trendu, aż do pojawienia się w marcu czarnego łabędzia[1], jakim okazał się być koronawirus, i który zatrzymał na pewien czas wiele obszarów działalności społeczno-gospodarczej. Wydawało się także, że nie ominie on również budownictwa, co jest doskonale widoczne na wykresie 1. Kwiecień i maj 2020 r. były miesiącami, podczas których dynamika ilości wydanych pozwoleń na budowę i zgłoszeń z projektem budowlanym nowych mieszkań była o ponad 25% niższa niż w odpowiednich miesiącach roku 2019. Ograniczenia działalności gospodarczej, przemieszania się i niepewność dotycząca przyszłości były nie bez znaczenia dla tego zjawiska. Niska elastyczność cenowa budownictwa ukazuje jednak, że kryzys jaki wystąpił w marcu nie zatrzymał sektora, co potwierdza czerwiec, w którym wydawano prawdopodobnie odroczone postępowania administracyjne. Miesiąc ten był jak dotąd rekordowy w 2020 r., z największą liczbą wydanych pozwoleń na budowę i zgłoszeń budowy, i charakteryzował się istotnym wzrostem względem czerwca 2019 r (o 19,1%).  Trzeci kwartał 2020 ukazuje zaś ciekawy kierunek jaki obierają inwestorzy. Dynamika ilości wydawanych pozwoleń i zgłoszeń budowy wskazuje na hamowanie działalności deweloperskiej, ale wzrost zainteresowania budową wśród inwestorów indywidualnych (wykres 2).

Zachowanie inwestorów indywidualnych prowadzi do wniosku, że kryzys gospodarczy w jakim się znaleźliśmy od marca nie jest dla nich destymulatywny względem zamierzeń inwestycyjnych i są oni zmobilizowani do wznoszenia nowych budynków. Czynnikiem pobudzającym do uzyskania pozwolenia na budowę lub jej zgłoszenia mogą być nowe przypisy WT, które postrzegane sią jako powodujące wzrost kosztów budowy budynków wznoszonych jako obiekty o niskim zapotrzebowaniu na energię. Chęć pozyskania pozwolenia na budowę lub zgłoszenia budowy jeszcze przed końcem 2020 r. blokowało jednak bardzo późne wprowadzenie odpowiednich przepisów przejściowych, dzięki którym o poziomie wymagań dotyczących energooszczędności nie będzie decydowała data wydania decyzji o pozwolenia na budowę, ale data złożenia wniosku. Rozporządzenie zmieniające WT (ogłoszone zostało dopiero 25.12.2020. przez Ministerstwo Rozwoju, Pracy i Technologii) i brzmi: „Do spraw wszczętych i niezakończonych decyzją ostateczną przed dniem 31 grudnia 2020 r., w których (…) został złożony wniosek o pozwolenie na budowę, (…) wymagania określone w § 328 ust. 1 stosuje się zgodnie z wymaganiami określonymi w § 329 ust. 2 oraz w załączniku nr 2 do rozporządzenia, obowiązującymi od dnia 1 stycznia 2017 r. do dnia 30 grudnia 2020 r”. Niemniej jednak wskaźnik korelacji zupełniej między wydawanymi pozwoleniami na budowę oraz zgłoszeniami budowy do września 2020 r., a ilością dni pozostałych do 1 stycznia 2021 wynosi -0,604, co oznacza silną współzależność o ujemnym charakterze. Oznacza to, że im mniej dni pozostaje do wejścia w życie przepisów WT2021, tym więcej wydawanych jest pozwoleń na budowę i zgłoszeń budowy.

Wykres 1. Ilość i dynamika wydanych pozwoleń na budowę i dokonanych zgłoszeń budowy mieszkań w 2020 roku

Źródło: opracowanie własne na podstawie GUS [1]

Wykres 2. Dynamika wydanych pozwoleń na budowę i dokonanych zgłoszeń budowy mieszkań w 2020 roku w ujęciu podmiotowym

Źródło: opracowanie własne na podstawie GUS [1]

Charakterystyka budynku referencyjnego

Do analizy przyjęto budynek mieszkalny wielorodzinny składający się z czterdziestu lokali mieszkalnych zlokalizowanych na pięciu kondygnacjach nadziemnych i garażu podziemnego, gdzie znajdują się także komórki lokatorskie. Budynek jest o prostej bryle na planie prostokąta. Powierzchnia użytkowa budynku wynosi 1 900,20 m². Garaż i klatki schodowe są ogrzewane do temperatury projektowanej 8°C. Łączna powierzchnia ogrzewana netto wynosi 2 668,9 m². Każdy lokal mieszkalny wyposażony jest w balkon, dla którego liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka cieplnego Ψ określono jako równy 0,7. Wszystkie przegrody budynku spełniają wymagania dotyczące współczynnika przenikania ciepła U, obowiązujące od 1 stycznia 2021 r. Założono, że budynek zlokalizowany jest w Warszawie, w III strefie klimatycznej.

Analizie poddano warianty konfiguracji rozwiązań instalacyjnych, opisane w tabeli 1. Wpływ poszczególnych wariantów dla kolejnych nośników energii wykorzystywanych w budynku (opcji) oceniono poprzez pryzmat wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP, którego maksymalny poziom dla budynków mieszkalnych wielorodzinnych przepisy WT2021 określają na 65 kWh/(m²·rok).

Tabela 1. Warianty wykonania budynku poddane analizie

Wpływ rozwiązań instalacyjnych na wskaźnik EP

• Ciepło z miejskiej sieci ciepłowniczej

W opcji tej założono, że budynek będzie ogrzewany ciepłem pochodzącym z miejskiej sieci ciepłowniczej, za pośrednictwem centralnego węzła cieplnego o sprawności przetwarzania ciepła w źródle η_H,g równym 0,98 dla ogrzewania oraz  η_W,g równym 0,97 dla przygotowania c.w.u. Z uwagi na wysoką wrażliwość otrzymanych wyników EP na wartość współczynnika nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w_i, który charakteryzuje efektywność ekologiczną ciepłowni i elektrociepłowni będących źródłem ciepła dla miejskich sieci ciepłowniczych, porównano dwa przypadki: zasilanie budynku ciepłem sieciowym z kogeneracji (w_i=0,8) i z ciepłowni na węgiel kamienny (w_i=1,3). Otrzymane wyniki zaprezentowano na wykresie 3.

Wykres 3. Ciepło sieciowe jako nośnik energii dla źródło ciepła i c.w.u.

W przypadku zastosowania ciepła sieciowego z ciepłowni węglowej w żadnym z zaproponowanych wariantów nie udało się osiągnąć wymagań WT2021. Najniższe zapotrzebowanie na energię pierwotną wystąpiło w wariancie z wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła i wykorzystaniem kolektorów słonecznych do przygotowania c.w.u. W przypadku zastosowania lepszej izolacji przegród, wymiennika do odzysku ciepła o wyższej sprawności lub instalacji PV (której zastosowanie ogranicza ilość miejsca na dachu, zajęta już kolektorami słonecznymi) wymagania mogłyby zostać osiągnięte. Dla opcji zasilenia budynku z sieci ciepłowniczej, zasilanej ciepłem ze źródła i niskim współczynniku w_i (np. z kogeneracji) wymagania WT jest o wiele łatwiej spełnić. W przypadku, gdy nieruchomość na której będzie wniesiony budynek ma dostęp do sieci ciepłowniczej zasilanej niskoemisyjnym źródłem, spełnienie wymagań WT2021 nie będzie wyzwaniem i nie będzie powodowało wysokich dodatkowych nakładów inwestycyjnych. Dostępne źródło ciepła dla budynku i jego emisyjność może być zatem od 2021 r. jednym z kryteriów wyboru nieruchomości przeznaczonej pod inwestycję deweloperską. Niestety, 80% systemów ciepłowniczych w Polsce należy do grupy systemów nieefektywnych[2] [8], a podłączenie odbiory końcowego do takiego systemu przenosi na niego ciężar redukcji oddziaływania ogrzewnictwa na środowisko.

• Gaz ziemny

Źródłem ciepła i przygotowania c.w.u. jest w tej opcji kocioł kondensacyjny gazowy o sprawności wytwarzania ciepła η_H,g równym 0,95 dla ogrzewania oraz  η_W,g równym 0,88 dla przygotowania c.w.u.

Ogrzewanie i przygotowanie budynku gazem ziemnym w każdym z zaproponowanych wariantów oznacza przekroczenie wymagań WT2021 w odniesieniu do wskaźnika EP. Redukcja EP do poziomu poniżej 65 kWh/(m²·rok) będzie najłatwiejsza w konfiguracji instalacyjnej budynku z wykorzystaniem kolektorów słonecznych służących do przygotowania c.w.u. oraz wentylacji z odzyskiem ciepła i paneli fotowoltaicznych. Wymagać to będzie jednak zwiększenia mocy instalacji OZE (a nie zawsze jest na to miejsce na dachu obiektu), zwiększenia izolacyjności cieplnej i poprawy szczelności powietrznej budynku, do poziomu wymagań budownictwa pasywnego.

Wykorzystanie gazu ziemnego jako źródła ciepła i c.w.u. może okazać się opcją droższą inwestycyjnie w stosunku do ciepła miejskiego, pod warunkiem dostępności niskoemisyjnej ciepłowni lub elektrociepłowni. Powodem jest koniczność zastosowania w tym przypadku większej mocy OZE i lepszej izolacji cieplnej obudowy budynku. Podkreśla się jednak, że większa moc źródeł OZE i wyższa izolacyjność cieplna przegród to nie tylko dodatkowe koszty inwestycyjne, ale także niższe koszty eksploatacyjne w trakcie wieloletniego użytkowania obiektu.

Wykres 4. Gaz ziemny jako nośnik energii dla źródła ciepła i c.w.u.

• Biomasa

Do ogrzewania i przygotowania c.w.u. wykorzystany jest w tym wariancie kocioł na biomasę o sprawności wytwarzania ciepła η_H,g równym 0,85 dla ogrzewania oraz  η_W,g równym 0,65 dla przygotowania c.w.u.

Wykres 5. Biomasa jako nośnik energii dla źródła ciepła i c.w.u.

Biomasa jest jednym z dostępnych odnawialnych nośników energii, które mogą być wykorzystanie na cele grzewcze budynków. Charakteryzuje się ona niskim współczynnikiem nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w_i równym 0,20. Oznacza to, że na każdą 1 kWh energii wytworzonej w źródle zasilanym biomasą, zużywane jest 0,20 kWh nieodnawialnej energii pierwotnej, która jest przedmiotem wymagań określonych w WT. W każdej konfiguracji zaproponowanych rozwiązań instalacyjnych budynku, spełni on wymagania WT2021 jeżeli będzie ogrzewany źródłem wykorzystującym biomasę. Co więcej, otrzymane wyniki zapotrzebowania na EP są o wiele niższe niż maksymalny poziom wymagań równy 65 kWh/(m²·rok).

Z wykorzystaniem biomasy jako podstawowego nośnika energii związane jest jednak kilka wad i niedogodności, które należy podkreślić:

• Konieczność obsługi źródła ciepła. Kotły na biomasę posiadają automatyczne podajniki paliwa i jego zasobniki, pozwalające na ciągłą pracę przez kilka dni bez uzupełnienia, jednak stan zasobnika należy kontrolować i co pewien czas uzupełniać paliwo.
• Należy pamiętać o regularnym czyszczeniu kominów, wykonywanym nie rzadziej niż cztery razy w roku [6].
• Podajniki paliwa są elementami mechanicznymi, dlatego ulegają awariom częściej, niż kotły na paliwo ciekłe.
• Konieczność przeznaczenia pomieszczenia na skład paliwa.
• Biomasa, mimo iż jest zaliczana do odnawialnych źródeł energii, jest źródłem wysokiej emisji pyłów i dwutlenku węgla, wyższej nawet niż węgiel kamienny czy brunatny. Jeżeli jest ona spalana w miejscowych źródłach ciepła powoduje powstawanie smogu. Nie jest to zatem czyste źródło ciepła dla budynków mieszkalnych.

• Powietrzna pompa ciepła

Ostatnim analizowanym źródłem ciepła do ogrzewania i przygotowania c.w.u. jest pompa ciepła typu powietrze/woda. Urządzenia te zasługują na dużą uwagę ze względu na fakt, że mogą być niemal bezemisyjnym źródeł energii w połączeniu z panelami fotowoltaicznymi. Wpływ pomp ciepła na wskaźnik EP zależy w dużym stopniu od wartości współczynnika sezonowej efektywności energetycznej wytwarzania ciepła SCOP urządzenia. Do analizy przyjęto wartość referencyjną, określoną w rozporządzeniu w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [4], przez co uzyskano grosze wyniki, niż w przypadku zastosowania dostępnych na rynku urządzeń, charakteryzujących się wysoką efektywnością energetyczną. Przyjęto sprawność wytwarzania ciepła η_H,g równą 2,70 dla ogrzewania oraz  η_W,g równą 2,60 dla przygotowania c.w.u.

Wykres 6. Powietrzna pompa ciepła jako źródło ciepła i c.w.u.

Wykorzystanie powietrznej pomy ciepła, wbrew oczekiwaniom, nie umożliwiło spełnienia wymagań WT2021 w żadnym z analizowanych, podstawowych wariantów. Główną przyczyną jest przyjęcie dość niskiego współczynnika sezonowej efektywności energetycznej wytwarzania ciepła SCOP, który jest rekomendowany przez przepisy. Dopuszczają one jednak stosowanie współczynników podawanych przez producentów urządzeń, dlatego powinny być one szczegółowo analizowane pod względem kryterium SCOP. Wymagania WT2021 dla powietrznej pompy ciepła zostały spełnione wyłącznie w wariancie z wentylacją z odzyskiem ciepła i instalacją paneli fotowoltaicznych o maksymalnej dopuszczalnej dla mikroinstalacji mocy 50 kWp. Tak duża instalacja fotowoltaiczna wymaga jednak co najmniej około 700 m² powierzchni o odpowiednim nasłonecznieniu, niedostępnej w przypadku analizowanego obiektu. Charakteryzując pompę ciepła jako źródło energii do ogrzewania i przygotowania c.w.u. należy wspomnieć o:

• konieczności zastosowania instalacji niskotemperaturowej systemu centralnego ogrzewania, z uwagi na wysoką wrażliwość współczynnika SCOP na temperaturę czynnika grzewczego. Instalacja niskotemperaturowa oznacza większe średnice przewodów rozprowadzających ciepło, większą powierzchnię grzejników konwektorowych lub konieczność wykorzystania ogrzewania płaszczyznowego;
• wykorzystywanych czynnikach roboczych w urządzeniu, których rodzaj i ilość determinować będzie częstotliwość i koszt przeglądów;
• minimalnej temperaturze pracy dla dolnego źródła i sprawności COP urządzenia w tych warunkach. W wielu przypadkach może okazać się, że niezbędne będzie wykorzystanie dodatkowego, szczytowego źródła ciepła;
• jeżeli udział paneli PV w stosunku do zapotrzebowania na energię elektryczną do napędu pompy ciepła będzie niewielki, może być ona droższym eksploatacyjnie źródłem energii dla budynku w porównaniu do np. gazu ziemnego. Wynika to z wysokich cen energii elektrycznej, które będą rosnąć w kolejnych latach z uwagi na stan i emisyjność elektroenergetyki w Polsce.

Podsumowanie

Przepisy dotyczące oszczędności energii i izolacyjności cieplnej budynków jakie weszły w życie od 1 stycznia 2021 r. są ewolucją sektora w kierunku budownictwa o niemal zerowym zużyciu energii. Kierunek ten został wskazany już w 2010 r. dlatego nie powinien być szokiem dla inwestorów i branży. Spełnienie wymagań WT 2021 wymagało będzie stosowania odnawialnych źródeł energii w każdej inwestycji budowlanej, optymalizacji stosowanych rozwiązań materiałowych i technicznych, a także zwrócenia szczególnej uwagi na dostępne dla danej lokalizacji nośniki energii. Ciężar związany ze spełnieniem nowych przepisów spada szczególnie na te lokalizacje nieruchomości, które nie mają dostępu do niskoemisyjnych źródeł ciepła sieciowego lub odpowiedniego napromieniowaniu energią słoneczną.

Piotr Krysik, Dział Budownictwa KAPE

Bibliografia

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (L 153/13 z 18.06.2010).
2. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. w sprawie efektywności energetycznej (L 315/1 z 14.11.2012).
3. Budownictwo mieszkaniowe w okresie styczeń-wrzesień 2020 roku, Główny Urząd Statystyczny, https://stat.gov.pl/wyszukiwarka/?query=tag:pozwolenie+na+budow%C4%99#!/strona-1 (dostęp: 23.12.2020).
4. Projekt rozporządzenia Ministra Rozwoju, Pracy i Technologii zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Rządowe Centrum Legislacji, https://legislacja.rcl.gov.pl/projekt/12340250/katalog/12737139#12737139 (dostęp: 23.12.2020).
5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (Dz.U. 2015 poz. 376 z późn. zm.)
6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2019 poz. 1065 z późn. zm.).
7. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. 2010 nr 109 poz. 719 z późn. zm.).
8. Rubczyński A., Czas na ciepłownictwa, Polski Instytut Ekonomiczny, Warszawa 2019.