Energooszczędność
M a t e r i a ł y i te c h n o l o g i e
w budownictwie
cz. 2
Jerzy Żurawski*)
ENERGOCHA
ONNOŚĆ
budynków mieszkalnych
z 2002 r. nr 75, poz. 690 z póz
n. zm.). Dla
Obowiązujące w Polsce wymagania w zakresie zapotrzebowania budynku na
ciepło dotyczą jedynie izolacyjności cieplnej przegród budowlanych. Tymcza- budynków mieszkalnych wielorodzinnych
sem nie jest to jedyny element, który należy wziąć pod uwagę na etapie pro- wynoszą one:
E0 = 29 kWh/(m3�rok) przy A/V <
jektowania architektonicznego, wpływający na energochłonność budynku.
0,20,
becnie do oceny energochłonności bu- Wartości graniczne tego wskaz
nika E0 = 26,6 + 12 A/V kWh/(m3�rok)
Odynku stosowane są różne kryteria. określone są w rozporządzeniu MI w spra- przy 0,20 < A/V < 0,90,
wie warunków technicznych, jakim powinny E0 = 37,4 kWh/(m3�rok) przy A/V >
odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 0,90.
Jak OBLICZYĆ energochłonność
budynku
Tabela 1. Zestawienie kosztów ogrzewania budynku w zależności od roku budowy, obliczone za
pomocą powierzchniowego wskaz
nika sezonowego zapotrzebowania na ciepła EA
Do oceny energochłonności budynków
Rok budowy EA Jednostkowa Powierzchnia Miesięczne Roczne
mieszkalnych eksperci stosują wartości
[kWh/ cena ciepła mieszkania koszty koszty
wskaz
nika sezonowego zapotrzebowania
(m2�rok)] uzyskana [m2] ogrzewania ogrzewania
na ciepło EA, podawanego w kWh/(m2�rok) z kotłowni [zł/m2] [zł]
gazowej [zł/
i odnoszącego się do powierzchni ogrze-
kWh]
wanej. Zaletą tej metody jest łatwość wy-
Do 1966 350 0,16 47 4,7 2632
korzystania zawartej w nim informacji.
Znając bowiem jednostkową cenę energii Od 1967
260 0,16 47 3,5 1955,2
do 1985
i powierzchnię mieszkania, bez problemów
można określić średnie obliczeniowe kosz- Od 1986
200 0,16 47 2,7 1504
do 1992
ty ogrzewania w miesiącu i w całym roku.
Obliczenia wykonuje się, mnożąc jednost- Od 1993
160 0,16 47 2,1 1203,2
do 1997
kową cenę energii przez wartość wskaz
ni-
ka EA oraz przez powierzchnię mieszkania Od 1998
120 0,16 47 1,6 902,4
do 2007
(tabela 1). Tak więc roczne koszty ogrzewa-
nia oblicza się następująco: Rk=EA�Ce�Fm,
Energo-
80 0,16 47 1,1 601,6
gdzie Ce  cena energii z uwzględnieniem -oszczędny
sprawności systemu c.o. [zł/kWh], Fm  po-
Nisko-
45 0,16 47 0,6 338,4
wierzchnia mieszkania. Wadą tego sposobu
energetyczny
obliczeń jest to, iż wartości uzyskane za po-
Pasywny 15 0,16 47 0,2 112,8
mocą powierzchniowego wskaz
nika sezo-
nowego zapotrzebowania na ciepło EA mo-
Tabela 2. Porównanie wartości powierzchniowego wskaz
nika sezonowego zapotrzebowania na ciepło EA
gą być mylnie interpretowane w budynkach
z obliczeniowym zapotrzebowaniem na olej opałowy na 1 m2 powierzchni ogrzewanej
z dużą wysokością kondygnacji.
Rok budowy EA Ilość oleju opałowego
Do oceny energetycznej budynku sto-
[kWh/(m2�rok)] [l/(m2�rok)]
sowany jest również inny wskaz
nik, wy-
Do 1966 350 35
korzystywany przez specjalistów i wyma-
gany w polskim prawie budowlanym. Jest Od 1967 do 1985 260 26
to kubaturowy wskaz
nik sezonowego za-
Od 1986 do 1992 200 20
potrzebowania na ciepło EV, podawany
Od 1993 do 1997 160 16
w kWh/(m3�rok), który umożliwia dokony-
Od 1998 do 2007 120 12
wanie porównań budynków różniących się
w sposób znaczący wysokością kondygna- Energooszczędny 80 8
cji ogrzewanej.
Niskoenergetyczny 45 4,5
Pasywny 15 1,5
*) Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska
Partnerzy cyklu  Energooszczędność w budownictwie :
IZOLACJE II 2008
26
ność
M a t e r i a ł y i te c h n o l o g i e
Inną metodą określenia energochłonno- niejsza jest bardzo dobra izolacja termicz-
ści budynków, opracowaną na potrzeby mar- na, dlatego ocieplają budynki zaczną gru-
ketingu i stosowaną w publikacjach w pra- bością materiału termoizolacyjnego. Jesz-
5
sie niefachowej, jest podawanie obliczenio- cze inni łączą kilka sposobów działania: do-
6
wego zapotrzebowania na olej opałowy do brze ocieplają i stosują wysokosprawne sys-
2
ogrzania 1 m2 powierzchni budynku w cią- temy grzewcze, wykorzystujące odnawialne
gu roku (tabela 2). W Niemczech uznano za z
ródła energii.
4
energooszczędny budynek, który potrzebu- O tym, czy budynek można zaliczyć do
je tylko 3 l oleju na 1 m2 powierzchni ogrze- energooszczędnych, decydują następujące
3
wanej w ciągu roku. Nazwano go potocznie czynniki:
 budynkiem trzylitrowym . Obecnie w Pol- architektura budynku:
1
sce w nowych budynkach zużywa się ok. 15 l/  usytuowanie budynku względem stron
(m2�rok), a więc przy ogrzewanej powierzch- świata,
ni 130 m2 należy liczyć się z zakupem ok.  wielkość przegród przezroczystych; S L M K M C L S W P L G
Miesiąc
2000 l oleju na potrzeby c.o. w ciągu całego  rozmieszczenie pomieszczeń,
Rys. 2. Potrzeby energetyczne budynku na tle
sezonu grzewczego. Do tego należy jeszcze  geometria budynku,
rocznego rozkładu zysków energii słonecznej:
doliczyć olej na potrzeby c.w.u., co zwiększy rozwiązania konstrukcyjne przegród
1  ciepło uzyskane w małym kolektorze,
zużycie o 300 500 l/(m2�rok). budowlanych;
2  ciepło uzyskane w dużym kolektorze,
Ze względów praktycznych do obliczeń izolacyjność przegród budowlanych;
3  zapotrzebowanie na c.w.u., 4  c.o.
zapotrzebowania budynku na ciepło w bu- rodzaj wentylacji: czy jest natural- w domu energooszczędnym, 5  c.o. w domu
energochłonnym, 6  energia słoneczna
downictwie mieszkaniowym najczęściej ko- na, czy mechaniczna z możliwością odzysku
niewykorzystana
rzysta się z powierzchniowego wskaz
ni- energii z usuwanego powietrza;
ka sezonowego zapotrzebowania na ciepło. rodzaj i sprawność systemu grzewcze-
80
W dalszej części do prezentacji wyników bę- go na potrzeby c.o. i c.w.u.,
dę stosować zamiennie wartości EA lub EV. system zarządzania budynkiem, który
pozwala również sterować produkcją ener-
60
gii.
OD CZEGO zależy energochłonność
budynku
40
Energochłonność a rozwiązania
O tym, czy budynek jest energochłonny,
ARCHITEKTONICZNE
decyduje wiele czynników. Większość użyt-
kowników uważa, że energochłonność zale- Usytuowanie budynku względem stron 20
ży od systemu grzewczego, dlatego koncen- świata
trują się na poszukiwaniu supernowoczesne- W każdym budynku oprócz strat cie-
0
go i taniego w eksploatacji systemu produku- pła występują również różnego rodzaju zy-
Zachód  Wschód Południe  Północ
jącego ciepło na potrzeby c.o. i c.w.u. Za ta- ski cieplne (rys. 1, 2). W budynkach miesz-
Orientacja dzień względem stron świata
ki uważana jest np. pompa ciepła. Coraz czę- kalnych ich z
ródłem są głównie urządze-
ściej też pojawiają się na budynkach kolekto- nia elektryczne, czynności gotowania, pra-
ry słoneczne, które, zdaniem ich użytkowni- nia, a także ciepło mieszkańców. Znaczą-
ków, przynoszą ogromne oszczędności kosz- cy udział w zyskach ciepła stanowi również
XXXXXXXXXXXXX
tów ogrzewania. Inni uważają, że najważ- promieniowanie słoneczne, które dociera do
Wentylacja
Wentylacja
3300 kWh
5700 kWh
Dach
Energia
Dach
Energia
900 kWh
słoneczna
1200 kWh
słoneczna
4800kWh
5800kWh
Okna
Okna
5200 kWh
Rys. 3. Wpływ usytuowania budynku względem
6000 kWh
Sciana
stron świata na energochłonność budynku
Sciana
2000 kWh
5000 kWh
pomieszczeń przez przegrody przeszklone.
A zatem ważną rolę w bilansie cieplnym bu-
Podłoga 1000 kWh Podłoga 900 kWh
dynku, zwłaszcza w budynkach energoosz-
czędnych i pasywnych, odgrywa usytuowanie
1. Przykładowy rozkład strat i zysków energii w domu o średnim i niskim zapotrzebowaniu na energię budynku względem stron świata (rys. 3) oraz
IZOLACJE II 2008
27
Energia
Rysunek:
2
h
Q (kWh/(m �a)
Rysunek:
Rysunek:
Rysunki:
M a t e r i a ł y i te c h n o l o g i e
80 288
poprawne wyeksponowanie przegród prze- Bardzo często zdarzało się więc, że budynki
szklonych na działanie słońca (rys. 4, fot.). były bardzo  rozrzez
bione , tzn. miały du-
216
60
Pozwala to na znaczne zmniejszenie zapo- żą powierzchnię przegród budowlanych (A),
trzebowania na ciepło  w obecnie projekto- przez które dochodzi do strat ciepła, w sto-
144
40
wanych obiektach o 7%, a w budynkach pa- sunku do kubatury budynku (V) (stosunkowo
72
20
sywnych nawet o 30%. duża wartość A/V).
Jest to pasywny sposób odzysku energii W tabeli 3 zamieszczono wartości wskaz
-
0 0
słonecznej do celów grzewczych. Możliwość nika EA w zależności od współczynnika
XXXXXXXXXX XXXXXXXXXX
stosowania dodatkowych rozwiązań, takich kształtu budynku A/V przy tych samych pa-
Rys. 4. Wpływ promieniowania słonecznego na
jak okiennice lub rolety mogące działać okre- rametrach izolacyjnych przegród budowla-
bilans cieplny budynków
sowo (np. w nocy), dodatkowo może korzyst- nych (zależności te pokazano również na rys.
nie wpłynąć na bilans zysków i strat ciepła 6 8). Do obliczeń przyjęto przegrody wystę-
w budynku (rys. 5). pujących w domach z lat 70. (ściany z ce-
Przy projektowaniu na ogół nie uwzględ- gły pełnej 38 cm o wartości współczynnika
nia się wpływu wiatru na energochłonność przenikania ciepła U = 1,5 W/(m2�K), okna
budynku. Jest to jednak konieczne, ponie- drewniane dwuszybowe o U = 3,0 W/(m2�K),
waż udział strat ciepła w budynkach wyeks- dach o U = 0,85 W/(m2�K), strop nad piwni-
ponowanych na działanie wiatru może być cą o U = 0,9 W/(m2�K). Powierzchnię prze-
większy nawet o 10% w stosunku do takiego gród zewnętrznych oraz bilans ciepła obli-
Fot. Budynek wyeksponowany na południe
w celu maksymalnego wykorzystania energii
samego budynku osłoniętego od wiatru (np. czono dla każdego budynku osobno, zacho-
słonecznej do celów grzewczych i do produkcji
usytuowanego na terenie zabudowanym). wując ich odmienność geometryczną odpo-
energii elektrycznej
wiadającą budynkom wznoszonym w odpo-
Rozmieszczenie pomieszczeń wiednich okresach charakteryzujących się
Wykorzystanie energii słonecznej narzu- odmiennością bryły budynku.
ca konieczność odpowiedniej lokalizacji po-
mieszczeń, tak aby w sposób optymalny wy-
PODSUMOWANIE
korzystać energię słoneczną. Od strony po-
łudniowej należy lokalizować pomieszcze- Przyjęcie właściwych rozwiązań na etapie
nia pobytu dziennego, od strony północnej projektowania architektonicznego umożliwia
zaś te, które są eksploatowane w godzinach wzniesienie budynku o niskim zapotrzebowa-
nocnych, np. sypialnie lub inne pomieszcze- niu na energię, czyli budynku energooszczęd-
nia wymagające niższych temperatur we- nego. Jest to możliwe dzięki odpowiedniemu
wnętrznych. usytuowaniu budynku względem stron świata
oraz wyeksponowaniu go na działanie energii
Geometria budynku słonecznej (z zastosowaniem kolektorów sło-
Przez wiele lat wznoszono budynki, nie necznych), co pozwala wykorzystywać ener-
zwracając uwagi na koszty eksploatacyjne, gię słoneczną do celów grzewczych.
nie analizując specjalnie ich energochłonno- Na bilans ciepła pomieszczeń w archi-
ści. O wyborze rozwiązań architektonicznych tekturze energooszczędnej ma wpływ także
decydował głównie wygląd budynku, funkcje rozmieszczenie pomieszczeń. Należy jednak
pomieszczeń oraz możliwości urbanistyczne. pamiętać, że duże zyski ciepła od działania
Tabela 3. Zależność wskaz
nika sezonowego zapotrzebowania na ciepło EA od współczynnika kształtu
budynku A/V
Typ domu A [m2] V [m3] A/V EA Ev
jednorodzinnego [1/m] [kWh/ [kWh/
(m2�rok)] (m3�rok)]
Budowany przed 1945 r. 468 390 1,20 382 147
Budowany po 1945 r. 310 390 1,05 341 131
Z lat 70. 291 390 0,85 299 115
Typu  gierek 291 390 0,75 278 107
Nowoczesny, wybudowany
439 390 1,12 354 136
po 2000 r.
Rys. 5. Różne sposoby pasywnego pozyskiwania
Pasywny 285 390 0,73 268 103
energii słonecznej w budynku mieszkalnym
IZOLACJE II 2008
28
2
2
h
h
Q (MJh/(m �a)
Q (kWh/(m �a)
Rysunek:
Zdjęcie:
Rysunek:
M a t e r i a ł y i te c h n o l o g i e
450
400 382
354
341
350
300 279
257
250
200
150
100
50
0
Rys. 6. Zależność wskaz
nika sezonowego
zapotrzebowania na ciepło EA od charakterystyki
geometrycznej budynku
160%
148%
132% 137%
140%
116%
120%
108%
100%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Rys. 7. Procentowe zmiany wskaz
nika EA
w zależności od charakterystyki geometrycznej
budynku (100%  dom pasywny)
80 288
216
60
144
40
72
20
0 0
A/EBF=1,75 1,50 1,25 1,00
Rys. 8. Zależność wskaz
nika EA od
współczynnika kształtu budynku A/V dla
budynków spełniających aktualne wymagania
w zakresie izolacyjności termicznej przegród
budowlanych
słońca zimą wymagać będą specjalnych roz-
wiązań chroniących budynek latem.
Projektując domy, trzeba mieć świado-
mość, że na energochłonność ma wpływ rów-
nież wielkość powierzchni przegród budow-
lanych, przez które dochodzi do strat ciepła.
Nieprawidłowo przyjęta geometria budynku
jest przyczyną powstawania mostków ciepl-
nych, z powodu których budynek nie będzie
energooszczędny. Przekonali się już o tym
architekci projektujący budynki pasywne.
Błędnie przyjęta geometria budynku wyma-
ga zastosowania znacznie większej grubości
materiału termoizolacyjnego, to zaś stwarza
wiele innych problemów związanych z fizyką
budowli przegrody.
IZOLACJE II 2008
29
2
A
Wartość E [kWh/m rok]
Rysunek:
Rysunek:
2
2
h
h
Q (MJh/(m �a)
Q (kWh/(m �a)
Rysunek:
2
2
,
1,05
0,75
1,1
0,73
1
=
V
/
A/V=
A/V=
A/V=
A/V=
A
2
2
,
1,05
0,75
0,85
1,1
0,73
1
=
V
/
A/V=
A/V=
A/V=
A/V=
A/V=
A