1. Charakterystyka modernizowanego budynku

   1. Charakterystyka ogólna budynku

Przedmiotem audytu energetycznego jest wielorodzinny budynek mieszkalny przy ul. Ogrodowej 5 w Lądku Zdroju.

Budynek został oddany do użytku w 1976 roku. Wykonany został w technologii uprzemysłowionej Wbl-co-14 wg projektu typowego. Układ konstrukcyjny budynku poprzeczny.

Opisywany budynek posiada 5 kondygnacji, 15 mieszkań (3 na każdej kondygnacji). Budynek stanowi segment środkowy istniejącego budynku wielorodzinnego. Obiekt zamieszkiwany jest przez 45 osób.

Administratorem obiektu jest S.K. INVESTDOM Sp. z o.o., ul. Wyszyńskiego 1,
57-300 Kłodzko.

Inwentaryzacja techniczno – budowlana budynku została sporządzona w oparciu o:

• oględziny budynku,

• pomiary z natury wykonane w miesiącu marcu 2008r,

• inwentaryzację uproszczoną kondygnacji powtarzalnych,

• informacje przekazane przez właściciela

1. Charakterystyka techniczna budynku

   1. Opis konstrukcji

Przedmiotowy budynek jest podpiwniczony, stropodach jednospadowy wentylowany pokryty papą. Podstawowe parametry techniczne analizowanego budynku mieszkalnego przedstawiono w tabeli 3.

Tabela 3. Parametry techniczne budynku

L.p.	Parametry	Obmiar
1.	Wysokość kondygnacji, m	2,51
2.	Wysokość piwnicy, m	2,2
3.	Zagłębienie piwnicy, m	1,25
4.	Powierzchnia użytkowa, m^2	659,79
5.	Kubatura ogrzewana, m^3	2111,63
6.	Współczynnik kształtu A/V	0,302

Ściany zewnętrzne: frontowa i tylna

Ściany zewnętrzne frontowa i tylna wykonane zostały jako ściany osłonowe trzywarstwowe z warstwą termoizolacyjną z płyt suprema. Układ warstw ściany, licząc od strony wewnętrznej, przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4. Układ warstw ścian frontowej i tylnej

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/(m^2K)
1.	Beton	5,0	1,7
2.	Płyta wiórkowo cementowa	5,0	0,15
3.	Beton	5,0	1,7

Ściany zewnętrzne boczne – ściany loggi

Ściany zewnętrzne loggi budynku, są wykonane jako prefabrykowane w systemie wieloblokowym o grubości 41cm. Układ warstw ściany, licząc od strony wewnętrznej, przedstawiono w tabeli 5.

Tabela 5. Układ warstw ścian szczytowych

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/(m^2K)
1.	Ściana kanałowa	26,0	1,30
2.	Gazobeton	12,0	0,35
3.	Tynk	3,0	0,82

Ściany piwnic

Ściany zewnętrzne piwnicy są wykonane jako monolityczne żelbetonowe o grubościach 40cm. Układ warstw ściany, licząc od strony wewnętrznej, przedstawiono w tabeli 6.

Tabela 6. Układ warstw ścian szczytowych piwnicy

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/(m^2K)
1.	Żelbet	40,0	1,70

Ekrany międzyokienne

W obrębie elewacji frontowej pomiędzy istniejącą stolarką okienną wykonane są ekrany międzyokienne z dociepleniem z wełny mineralnej o grubości 4cm. Układ warstw ekranów, licząc od strony wewnętrznej, przedstawiono w tabeli 7.

Tabela 7. Układ warstw ekranów międzyokiennych

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/(m^2K)
1.	Płyty pilśniowe twarde	1,25	0,18
2.	Wełna mineralna	4,0	0,052
3.	Szkło	0,4	0,80

$U = \frac{1}{R_{i} + R{+ R}_{e}};\lbrack W/m^{2}$

Przegrody poziome

Wszystkie stropy budynku wykonane są z płyt stropowych żelbetonowych o grubości 14cm pokrytych dodatkowo warstwami ocieplającymi i wykończeniowymi. Układ warstw stropu pomiędzy kondygnacjami powtarzalnymi, licząc od dołu do góry, przedstawiono w tabeli 8.

Tabela 8. Układ warstw stropu powtarzalnego

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/(m^2K)
1.	Płyta żelbetonowa	14,0	1,70
2.	Płyta pilśniowa porowata	1,25	0,05
3.	Papa smołowa na lepiku	0,25	0,18
4.	Jastrych cementowy	3,5	1,00

Układ warstw stropu nad piwnicą jest niemal identyczny. Występuje w nim dodatkowa warstwa płyty pilśniowej. Pokazuje to tabela 9.

Tabela 9. Układ warstw stropu nad piwnicą

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/(m^2K)
1.	Płyta żelbetonowa	14,0	1,70
2.	Płyta pilśniowa porowata	2,5	0,05
3.	Papa smołowa na lepiku	0,25	0,18
4.	Jastrych cementowy	4,0	1,00

Strop nad ostatnią kondygnacją składa się jedynie z dwóch warstw (tabela 9.1).

Tabela 9.1. Układ warstw stropu nad ostatnią kondygnacją

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/m^2K
1.	Płyta żelbetonowa	14,0	1,70
2.	Wełna mineralna	4,0	0,052

Ściany wewnętrzne

W audycie energetycznym rozpatrywano jedynie ściany wewnętrzne oddzielające strefy o różnej temperaturze obliczeniowej, a więc mieszkania, klatką schodową, piwnice. Na podstawie dostępnej dokumentacji technicznej budynku określono jeden typ ścian wewnętrznych . Układ warstw ściany przedstawiono w tabeli 10.

Tabela 10. Układ warstw ścian piwnica – klatka schodowa

L.p.	Materiał	Grubość d	Współczynnik przewodzenia ciepła λ
		cm	W/(m^2K)
1.	Żelbet	24,0	1,70
2.	Tynk	1,0	0,82

Okna i drzwi

W budynku znajduję się typowa drewniana i PCV (wymieniona przez lokatorów) stolarka okienna. W mieszkaniach: okna i drzwi balkonowe drewniane lub PCV dwuszybowe. Na klatce schodowej stolarka okienna drewniana dwuszybowa zespolona. Zestawienie wszystkich rozmiarów stolarki okiennej wraz z ilością oraz wartościami współczynnika przenikania ciepła znajduję się w tabeli 11.

Tabela 11. Stolarka okienna

L.p.	Stolarka	Miejsce posadowienia	Powierzchnia	Ilość	U^1)	a^2)
			m^2	szt.	W/(m^2K)	m^3/(mhdaPa^2/3)
1.	205x140	ściana frontowa	2,87	10	3,0	3,5
2.	235x140	ściana frontowa	3,29	5	3,0	3,5
3.	265x140	ściana frontowa	3,71	5	3,0	3,5
4.	175x140	ściana tylna	2,45	5	3,0	3,5
5.	145x140	ściana tylna	2,03	5	3,0	3,5
6.	115x140	ściana tylna	1,61	15	3,0	3,5
7.	85x140	ściana tylna	1,19	15	3,0	3,5
8.	80x240	ściana tylna	1,92	15	3,0	3,5
9.	240x140	ściana klatki schodowej	3,36	4	3,0	3,5
10.	205x225	ściana klatki schodowej – drzwi aluminiowe	4,61	1	1,6	0,5

1) współczynnik przenikania ciepła
2) współczynnik przepływu

Drzwi zewnętrzne, wejściowe do klatek schodowych aluminiowe (wymienione w ostatnich latach przez wspólnotę) o wymiarach 205x225. Współczynnik przenikania ciepła

dla drzwi założono na poziomie U = 1,60 W/(m²K). Drzwi wejściowe do mieszkań drewniane typowe, a założony dla nich współczynnik przenikania ciepła wynosi U = 5,10 W/m²K.

W załączniku I zamieszczono rzuty poziome kondygnacji parteru, kondygnacji powtarzalnej i elewacje pochodzące z uproszczonej inwentaryzacji budowlanej opracowanej przez Pracownię Projektową „KONSTRUKTOR” w Świebodzicach.

W tabeli 12 zestawiono powierzchnie całkowite ścian i stropów (nie odliczano powierzchni okien i drzwi) oraz współczynnik przenikania przegród budowlanych opisanych powyżej.

Tabela 12. Współczynnik przenikania przegród budowlanych (nie odliczono powierzchni okien)

L.p.	Rodzaj przegrody	Powierzchnia	Współczynnik przenikania
		m^2	W/(m^2K)
1.	Ściana zewnętrzna frontowa i tylna	161,71	1,723
2.	Ściana zewnętrzna boczna (loggi)	163,85	1,333
3.	Strop nad piwnicą	188,80	1,005
4.	Stropodach	164,76	0,960
5.	Ściany wewnętrzne	157,47	2,350
6.	Ekrany międzyokienne	42,89	0,987

1. System grzewczy

Badany budynek zasilany jest w energię cieplną na potrzeby c.o. z miejskiej sieci ciepłowniczej. W analizowanym budynku zainstalowany jest przestarzały węzeł hydroelewatorowy.

Parametr pracy węzła cieplnego wynoszą T_Z/T_P = 130/70 ºC. Węzeł wyposażony jest w licznik ciepła.

Budynek jest wyposażony w tradycyjny typ instalacji c.o. tzn. dwururową z rozdziałem dolnym. Parametr pracy instalacji wynosi T_Z/T_P = 95/70ºC. W mieszkaniach lokatorskich znajdują się żeliwne grzejniki. Na grzejnikach brak jest zaworów termostatycznych oraz brak podzielników kosztów. Brak jest również zamontowanych na pionach instalacji c.o. zaworów automatycznej regulacji podpionowej.

Składowe sprawności systemu grzewczego oszacowano (zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej) na poziomach przedstawionych w tabeli 13.

Tabela 13. Składowe sprawności systemu grzewczego

L.p.	Sprawność składowa	Oznaczenie	Wartość
1.	Sprawność wytwarzania ciepła	ηw	1,00
2.	Sprawność przesyłania ciepła	ηp	0,92
3.	Sprawność regulacji systemu ogrzewania (GLR = 0,435702, ηco=0,90)	ηr	0,87
4.	Sprawność wykorzystania ciepła	ηc	0,94
5.	Wprowadzenie przerw na ogrzewanie	wt	1,00
6.	Wprowadzenie przerw w okresie doby	Wd	0,95
7.	Sprawność całkowita sytemu	η	0,75238

Zapotrzebowanie na ciepło i taryfy

Opłaty za kupowaną energię pokazuje tabela 14.

Tabela 14. Taryfa opłat za energię cieplną z VAT

Składniki taryfy	Jednostka	Cena z VAT
Moc zamówiona	zł/(MW/m-c)	9134,68
Cena ciepła	zł/GJ	42,54

W tabeli 14.1 i 14.2 zamieszczono wielkość aktualnej mocy zamówionej oraz zużycie energii cieplnej z sezonów grzewczych 2005/2006 i 2006/2007.

Tabela 14.1 Zużycie energii budynku w sezonie grzewczym 2005/2006

	Jednostkowe	Suma
Energia pobrana	GJ	405,85
Moc zamówiona	MW/m-c	0,06

Tabela 14.2 Zużycie energii analizowanego budynku w sezonie grzewczym 2006/2007

	Jednostkowe	Suma
Energia pobrana	GJ	373,94
Moc zamówiona	MW/m-c	0,06

Na wykresie 1 i tabeli 15 przedstawiono bilans energii cieplnej w standardowym sezonie grzewczym.

Rys. 12. Bilans energii cieplnej w standardowym sezonie grzewczym (Audytor OZC)

Tabela 15. Bilans energii cieplnej w standardowym sezonie grzewczym (Audytor OZC)

Miesiąc	Nd	Tem,m	Qz	Qw	Qg	Qa	η	Qsw	Qi	Qh
		˚C	GJ/rok	GJ/rok	GJ/rok	GJ/rok		GJ/rok	GJ/rok	GJ/rok
Wrzesień	5	12,70	4,83	0,90	0,00	1,93	0,71	2,69	3,55	3,25
Październik	31	8,10	48,83	8,25	0,00	19,55	0,90	11,71	21,99	46,40
Listopad	30	1,70	72,67	11,58	0,00	29,10	0,98	6,66	21,28	85,90
Grudzień	31	-1,40	87,81	13,77	0,00	35,16	0,99	6,09	21,99	108,88
Styczeń	31	-0,60	84,53	13,30	0,00	33,85	0,99	7,67	21,99	102,38
Luty	28	-1,60	80,06	12,54	0,00	32,06	0,99	8,56	19,86	96,59
Marzec	31	4,50	63,60	10,34	0,00	25,47	0,93	15,01	21,99	64,93
Kwiecień	30	7,30	50,43	8,43	0,00	20,19	0,85	20,47	21,28	43,59
Maj	5	13,80	4,10	0,80	0,00	1,64	0,59	3,89	3,55	2,19
W sezonie	222	3,10	496,86	79,91	0,00	198,95	0,92	82,74	157,47	554,10

gdzie:

N_d – Liczba dni w miesiącu sezonu grzewczego;

T_em,m – Średnia temperatura zewnętrzna w miesiącu sezonu grzewczego, ˚C;

Q_z – Straty energii cieplnej przez przegrody zewnętrzne (ściany, dachy, stropodachy, okna, drzwi), GJ/rok;

Q_w – Straty energii cieplnej przez przegrody wewnętrzne (ściany, stropy, okna, drzwi), GJ/rok;

Q_g – Straty energii cieplnej przez przegrody przyległe do gruntu (ściany, podłogi), GJ/rok;

η – Współczynnik wykorzystania zysków ciepła;

Q_sw – Zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez zewnętrzne przegrody przezroczyste (okna, świetliki, przeszklone drzwi), GJ/rok;

Q_i – Bytowe zyski ciepła (ludzie, ciepła woda, oświetlenie, gotowanie, urządzenia elektryczne, GJ/rok;

Q_h – Łączne zużycie energii z uwzględnieniem zysków ciepła i sprawności ich wykorzystania, GJ/rok.

Obliczeniowe zapotrzebowanie ciepła analizowanego budynku zostało wyznaczone dla standardowego sezonu grzewczego w sposób określony w PN-B-02025.

Obliczenia wykonano za pomocą programu „Audytor OZC”. Roczne zapotrzebowanie na ciepło badanego obiektu wynosi 554,10 GJ/rok.

Zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania c.w.u.

Budynek posiada samodzielny system zaopatrzenia w c.w.u. tzn., że zimna woda wodociągowa jest podgrzewana przez przepływowe podgrzewacze gazowe w zależności od indywidualnych potrzeb mieszkańców.

Do obliczenia zapotrzebowania ciepła na cele c.w.u. przyjęto:

(zużycie ciepłej wody założono w wielkości 40% całkowitego zużycia wody):

• zużycie ciepłej wody – 50 dm³/(osobę/dzień),

• rozbiór ciepłej wody 20h/dobę,

• średnie dobowe zużycie ciepłej wody – q_dśr = 1,35 m³/dobę,

• średnie godzinowe zużycie ciepłej wody – q_hśr = 0,112 m³/h.

Obliczeniowa moc cieplna na przygotowanie ciepłej wody – 24 kW

Obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło dla c.w.u. – 200,0 GJ

Na podstawie danych dotyczących zużycia gazu dla celów c.w.u. i związanych z tym opłat przyjęto do dalszych obliczeń:

• opłata za podgrzanie 1m³ c.w.u. – 15,0 zł

• opłata za 1 MW mocy zamówionej na podgrzanie c.w.u. – 1600,0 zł

Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzania powietrza wentylacyjnego

W budynku występuje grawitacyjny system wentylacji poprzez kratki wentylacyjne znajdujące się w kuchniach i łazienkach. Do obliczenia start ciepła przyjęto normowe ilości wymian w pomieszczeniach określone zgodni z PN – 83/B-03430. Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Obliczenia strumienia powietrza wentylacyjnego wykonano przy następujących założeniach:

• dla kuchni z oknem zewn. wyposażoną w kuchenkę gazową – 70 m³/h – 15 szt.

• dla kuchni bez okna zewn. wyposażoną w kuchenkę gazową – 70 m³/h

• dla łazienki z ustępem lub bez - 50 m³/h – 15 szt.

• dla oddzielnego ustępu – 30 m³/h

• klatka schodowa – 15 m³/h

  1. Ocena stanu technicznego budynku

     1. Przegrody budowlane

Analizowany budynek eksploatowany jest od blisko 30 lat. Stwierdzono w nim występowanie licznych spękań okładziny wewnętrznej a nawet niekiedy jej ubytki. Nie stwierdzono spękań zagrażających konstrukcji. Pod względem konstrukcyjnym stan techniczny budynku jest zadowalający. Stwierdzono również niską izolacyjność cieplną ścian i stropodachu wentylowanego.

Budynek ze względu na okres kiedy został wybudowany, nie spełnia obowiązujących obecnie wymagań dotyczących izolacyjności cieplnej przegród budowlanych określonych w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 marca 2009r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakimi powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

Stolarka okienna mieszkań (z wyjątkiem wymienionej przez lokatorów) znajduje się w złym stanie technicznym i należało by dokonać jej wymiany. Stolarka okienna drewniana w obrębie klatek schodowych charakteryzuje się niską izolacyjnością cieplną (wypatrzone skrzydła, znaczne nieszczelności). Szczególnie złym stanem technicznym charakteryzują się ekrany międzyokienne. Są one powodem licznych zacieków oraz stanowią przegrodę o niskiej izolacyjności cieplnej.

Rys. 15. Zestawienie strat energii cieplnej (Audytor OZC)

Tabela 15. Zestawienie strat energii cieplnej (Audytor OZC)

Opis	GJ/rok	kWh/rok	%
Drzwi wewnętrzne	11,01	3060	1,7
Okno (świetlik) zewnętrzne	150,61	41837	23,8
Strop ciepło do dołu	35,60	9889	5,6
Stropodach wentylowany	39,72	11032	6,3
Ściana wewnętrzna	33,30	9250	5,3
Ściana zewnętrzna	164,18	45605	25,9
Ciepło na wentylację	198,95	55265	31,4
Razem	633,38	175938	100,0

Zestawienie pokazuję, że najwięcej energii cieplnej tracone jest przez wentylacje 198,95 GJ, ściany zewnętrzne 164,18 GJ i okna 150,61 GJ.

W związku z powyższym rozważa się następujące przedsięwzięcia termomodernizacyjne zmierzające do poprawienia izolacyjności cieplnej przegród budowlanych analizowanego budynku:

• docieplenie ścian zewnętrznych frontowej i tylnej budynku,

• docieplenie ścian zewnętrznych bocznych,

• ocieplenie stropodachu wentylowanego z wykonaniem nowego pokrycia dachowego,

• ocieplenie stropu nad piwnicą,

• wymianę stolarki okiennej w mieszkania na okna o lepszej izolacyjności termicznej (z wyłączeniem okien na klatkach schodowych i w piwnicy),

• wymianę stolarki okiennej klatek schodowych na stolarkę o lepszej izolacyjności cieplnej,

• docieplenie ekranów miedzyokiennych z jednoczesnym wykonaniem docieplenia ścian zewnętrznych.

  1. System grzewczy

Węzeł cieplny, zbudowany w 1978 roku pomimo przeprowadzonego remontu (montaż licznika ciepła i automatyki pogodowej) jest węzłem zdecydowanie przestarzałym i wymaga przebudowy bądź wymiany na nowocześniejszy o większej sprawności. Istniejący węzeł obsługuje cały budynek pięcioklatkowy.

Stan techniczny instalacji c.o. jest zły.

W związku z powyższym usprawnieniami związanymi z poprawieniem sprawności i komfortu użytkowania systemu grzewczego, które rozważa się są:

• montaż zaworów termostatycznych na grzejnikach,

• regulacja węzła w celu dostosowania do potrzeb ocieplonego budynku,

• montaż zaworów automatycznej regulacji podpionowej dla potrzeb c.o.

  1. System c.w.u. i wentylacji

Zaopatrzenie mieszkańców w ciepłą wodę użytkową zachodzi poprawnie. Podobnie jest z systemem wentylacji grawitacyjnej.

Do przedsięwzięć termomodernizacyjnych, które mogą zostać podjęte w systemie c.w.u. i wentylacji należy zaliczyć przede wszystkim:

• przebudowę systemu c.w.u. z zasilania indywidualnego na zasilanie centralne, z zastosowaniem systemów solarnych,

• przebudowę systemu wentylacji grawitacyjnej na system mechaniczny.

Wydaję się, że koszt przeprowadzenia przebudowy systemu wentylacyjnego byłby nie współmiernie duży do uzyskanych dzięki nim oszczędności energii. Postanowiono więc już na tym etapie pracy odrzucić owe usprawnienie.

1. Usprawnienia termomodernizacyjne budynku

   1. Wykaz przedsięwzięć wybranych do optymalizacji

W tabeli 16 zestawiono wszystkie możliwe do zrealizowania w analizowanym budynku mieszkalnym usprawnienia o charakterze termomodernizacyjnym.

Tabela 16. Wykaz przedsięwzięć termomodernizacyjnych

Lp.	Opis
1.	Docieplenie ścian zewnętrznych frontowej i tylnej styropianem w systemie BSO (metoda lekka-mokra)
2.	Docieplenie ściany zewnętrznej bocznej (loggi) styropianem w systemie BSO (metoda lekka-mokra)
3.	Docieplenie stropodachu wentylowanego granulatem z wełny mineralnej z wykonaniem nowego pokrycia dachowego
4.	Docieplenie stropu nad piwnicą styropianem w systemie BSO (metoda lekka-mokra)
5.	Wymiana stolarki okiennej mieszkań z wyłączeniem okien na klatce schodowej
6.	Wymiana stolarki okiennej drewnianej klatek schodowych na nową wykonaną z PCV
7.	Docieplenie ekranów międzyokiennych z jednoczesnym wykonaniem docieplenia ścian zewnętrznych
8.	Regulacja węzła cieplnego po termomodernizacji przegród budowlanych, montaż zaworów automatycznej regulacji podpionowej,
9.	Przebudowa systemu c.w.u. z zasilania indywidualnego na zasilanie centralne, z zastosowaniem systemów solarnych

1. Optymalizacja przedsięwzięć termomodernizacyjnych

   1. Zmniejszenie strat przenikania przegrody

Dobranie optymalnych grubości dodatkowej izolacji przegrody budowlanej dokonuje się w oparciu o poniższe formuły obliczeniowe. Za optymalną grubość docieplenia uważa się grubość dla której prosty czas zwrotu nakładów SPBT, wynikający z poniesionych kosztów i uzyskanych oszczędności, przyjmuje wartość minimalną. Procedura ta wynika z zaleceń zawartych w załączniku nr 1 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, a także wzorów kart audytu energetycznego.

SPBT = N_u/∑O_rU;        [lata] (6)

gdzie:

N_u – planowane koszty robót związanych ze zmniejszeniem strat ciepła przez przenikanie dla wybranej przegrody, zł;

ΔO_rU – roczna oszczędność kosztów energii wynikająca z zastosowania usprawnienia termomodernizacyjnego, zł/rok.

O_rU = (x₀•Q_0u•O_0z−x₁•Q_1u•O_1z) + 12 • (y₀•q_0m•O_0m−y₁•q_1m•O_1m) + 12 • (Ab₀−Ab₁);       [zl/rok] (7)

gdzie:

x₀,x₁ – udział n-tego źródła w zapotrzebowaniu na ciepło przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego;

Q_0u,Q_1u – roczne zapotrzebowanie na ciepło na pokrycie strat przez przenikanie przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego, GJ/rok;

O_0z,O_1z – opłata zmienna związana z dystrybucją i przesyłem jednostki energii wykorzystywanej do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia (tu opłata za ciepło i zmienna opłata za usługi przesyłowe), zł/GJ;

y₀,y₁ – udział n-tego źródła w zapotrzebowaniu na moc cieplną przed i po wykonaniu usprawnienia termo modernizacyjnego;

q_0m,q_1m – roczne zapotrzebowanie na moc cieplną na pokrycie strat przez przenikanie przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego, MW;

O_0m,O_1m – stała opłata miesięczna związana z dystrybucją i przesyłem energii wykorzystywanej do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia (tu opłata za zamówioną moc cieplną i stała opłata za usługi przesyłowe), zł/(MW·miesiąc);

Ab₀,Ab₁ – miesięczna opłata abonamentowa przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego, zł.

Q_0u, Q₀₁ = 8, 64 • 10⁻⁵ • Sd • A/R;        [GJ/rok] (8)

A – powierzchnia całkowita izolowanej przegrody przed i po modernizacji, m²

R – całkowity opór cieplny ocenianej przegrody budowlanej przed i po termomodernizacji, m²K/W

S_d - liczba stopniodni obliczona wg wzoru (9), dzień x K/rok

$S_{d} = \sum_{m = 1}^{\text{Lz}}{(t_{\text{wo}}} - t_{c}\left( m \right)\text{xL}_{d}\left( m \right);\ \ \ \ \ \ \lbrack dzien\ K/rok)$ (9)

gdzie:

t_wo – obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego, określona zgodnie z PN-82/B-02402: Temperatura ogrzewanych pomieszczeń w budynkach, ˚C

t_e (m) – średnia wieloletnia temperatura miesiąca m., określona zgodnie z PN-B-02025: Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych, ˚C

L_d (m) – liczba dni ogrzewania w ciągu miesiąca m., określona zgodnie z Polską Normą powołaną powyżej,

L_g – liczba miesięcy ogrzewana w sezonie grzewczym, określona zgodnie z Polską Normą powołaną powyżej.

q_0u, q_1u = 10⁻⁶A • (t_wo − t_zo)/R;        [GJ/rok] (10)

gdzie:

t_zo – obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego określona zgodnie z PN-82/B-02403: Temperatury obliczeniowe zewnętrzne, ˚C

R – całkowity opór cieplny przegrody przed i po termomodernizacji.

Docieplenie ścian zewnętrznych budynku – frontowej i tylnej

Proponuje się wykonanie ocieplenia ścian zewnętrznych budynku: frontowej, w tym ścian klatki schodowej i tylnej styropianem metodą lekką-mokrą.

W tabeli 17 zestawiono dane i wyniki obliczeń pozwalające na wyznaczenie optymalnej grubości docieplenia ścian.

Koszt wykonania poszczególnych grubości docieplenia określono na podstawie rzeczywistych cen robót dociepleniowych.

Tabela 17. Wybór optymalnej grubości docieplenia ścian zewnętrznych

Grubość dociepl.	Sd	Aok	Qou	Q1u	qou	q1u	Nok	R	SPBT
cm	dzień K/rok	m^2	GJ/rok	GJ/rok	MW	MW	zł	m^2K/W	lata
istniejąca	3900	161,71	81,09		0,0108			0,58
10				17,16		0,0023	40673,3	2,742	11,1
12				14,52		0,0019	41655,8	3,242	10,9
14				12,58		0,0017	42834,7	3,742	10,9
15				11,79		0,0016	43620,6	3,992	11,0
16				11,1		0,0015	44210,1	4,242	11,1
18				9,93		0,0013	45389,1	4,742	11,2

Optymalną warstwą docieplenia ścian zewnętrznych, spełniającą wymagania minimalnej wartości oporu cieplnego dla ścian zewnętrznych – 4,0 m²K/W, będzie warstwa styropianu o grubości xx cm i taką przyjęto do dalszych obliczeń.

Docieplenie ścian zewnętrznych bocznych budynku (loggie)

Proponuje się wykonanie ocieplenia ściany zewnętrznej bocznej – ściany loggie styropianem metodą lekką-mokrą.

W tabeli 18 zestawiono dane i wyniki obliczeń pozwalające na wyznaczenie optymalnej grubości docieplenia ściany szczytowej.

Koszt wykonania poszczególnych grubości docieplenia określono na podstawie rzeczywistych cen robót dociepleniowych.

Tabela 18. Wybór optymalnej grubości docieplenia ściany bocznej loggi

Grubość dociepl.	Sd	A	Qou	Q1u	qou	q1u	Nu	R	SPBT
cm	dzień k/rok	m^2	GJ/rok	GJ/rok	MW	MW	zł	m^2K/W	lata
istniejąca	3900	165,78	71,85		0,0089			0,75
10				18,42		0,0023	38568,2	2,92	12,2
12				15,73		0,0019	39547,3	3,42	12,1
14				13,72		0,0017	40721,6	3,92	12,3
15				12,90		0,0016	41505,1	4,17	12,4
16				12,17		0,0015	42092,5	4,42	12,4

Optymalną warstwą docieplenia ścian zewnętrznych bocznych loggi, spełniającą wymagania minimalnej wartości oporu cieplnego dla ścian zewnętrznych - 4,0 m²K/W, będzie warstwa styropianu o grubości 15 cm i taką przyjęto do dalszych obliczeń.

Docieplenie ekranów międzyokiennych

Proponuje się wykonanie ocieplenia ekranów miedzyokiennych ściany zewnętrznej frontowej budynku styropianem metodą lekką-mokrą.

W tabeli 19 zestawiono dane i wyniki obliczeń pozwalające na wyznaczenie optymalnej grubości docieplenia.

Koszt wykonania poszczególnych grubości docieplenia określono na podstawie rzeczywistych cen robót dociepleniowych.

Tabela 19. Wybór optymalnej grubości docieplenia ekranów międzyokiennych

Grubość dociepl.	Sd	A	Qou	Q1u	qou	q1u	Nu	R	SPBT
cm	dzień k/rok	m^2	GJ/rok	GJ/rok	MW	MW	zł	m^2K/W	lata
istniejąca	3900	42,99	12,3		0,0015			1,133
10				5,09		0,0006	6083,75	2,742	15,0
12				4,30		0,0005	6245,93	3,242	13,9
14				3,73		0,0005	6489,34	3,742	13,6
15				3,49		0,0004	6610,90	3,992	13,4
16				3,29		0,0004	6732,74	4,242	13,4
17				3,10		0,0004	6840,92	4,492	13,3

Optymalną warstwą docieplenia ekranów, spełniającą wymagania minimalnej wartości oporu cieplnego dla ścian zewnętrznych - 4,0 m²K/W, będzie warstwa styropianu o grubości 16 cm i taką przyjęto do dalszych obliczeń.

Docieplenie stropodachu wentylowanego

Proponuje się wykonanie docieplenia stropodachu wentylowanego (pustka powietrzna od ok. 30 do 70 cm) przy użyciu technologii wdmuchiwania granulatu z wełny mineralnej z jednoczesnym wykonaniem nowego pokrycia dachowego z papy termozgrzewalnej.

W tabeli 20 zestawiono dane i wyniki obliczeń pozwalające na wyznaczenie optymalnej grubości warstwy granulatu z wełny mineralnej.

Tabela 20. Wybór optymalnej grubości docieplenia stropodachu

Grubość dociepl.	Sd	A	Qou	Q1u	qou	q1u	Nu	R	SPBT
cm	dzień k/rok	m^2	GJ/rok	GJ/rok	MW	MW	zł	m^2K/W	lata
istniejąca	3900	166,21	40,07		0,0053			1,225
18				14,89		0,0020	24565	3,297	17,1
20				13,52		0,0018	25347,3	3,63	16,7
22				12,38		0,0016	26129,7	3,963	16,5
24				11,42		0,0015	27694,3	4,297	16,9
25				11,00		0,0015	28476,6	4,463	17,2
26				10,60		0,0014	29259,0	4,63	17,4
27				10,23		0,0014	30041,3	4,797	17,7

Optymalną warstwą docieplenia stropodachu wentylowanego, spełniającą wymagania minimalnej wartości oporu cieplnego dla stropodachów - 4,5 m²K/W, będzie warstwa styropianu o grubości 26 cm i taką przyjęto do dalszych obliczeń.

Docieplenie stropu nad piwnicą

Ze względu na wysokie koszty oraz problemy z wykonaniem docieplenia stropu piwnic – kilkunastocentymetrowe obniżenie wysokości ciągów komunikacyjnych piwnic (obecna wysokość 220cm), duża ilość prowadzonych przewodów instalacji c.o., wodno-kanalizacyjnych oraz gazowych kolidujących z ewentualnym dociepleniem a także problemami z obniżeniem wysokości boksów piwnicznych lokatorów budynku już na obecnym etapie zrezygnowano z powyższego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego.

1. Zmniejszenie strat przenikania przez stolarkę okienną

Wybranie optymalnego usprawnienia termomodernizacyjnego polegającego na wymianie okien (optymalny współczynnik przenikania ciepła) odbywa się w oparciu o poniższe formuły obliczeniowe. Za optymalne usprawnienie uważa się takie usprawnienie dla którego prosty czas nakładów SPBT przyjmuje wartość minimalną. Procedura ta wynika z zaleceń zawartych w załączniku nr 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, a także wzorów kart audytu energetycznego.

SPBT = N_Ok/∑O_rOk;        [lata] (11)

gdzie:

N_Ok – planowane koszty robót związane z wymianą okien lub drzwi, zł;

ΔO_rOk – roczna oszczędność kosztów energii wynikająca z wymiany okien lub drzwi, zł/rok.

O_rOk = (x₀•Q_0u•O_0z−x₁•Q_1u•O_1z) + 12 • (y₀•q_0m•O_0m−y₁•q_1m•O_1m) + 12 • (Ab₀−Ab₁);       [zl/rok] (12)

gdzie:

x₀,x₁ – udział n-tego źródła w zapotrzebowaniu na ciepło przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego;

Q_0u,Q_1u – roczne zapotrzebowanie na pokrycie strat przez przenikanie i ogrzanie powietrza wentylacyjnego, GJ/rok;

O_0z,O_1z – opłata zmienna związana z dystrybucją i przesyłem jednostki energii wykorzystywanej do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia (tu opłata za ciepło i zmienna opłata za usługi przesyłowe), zł/GJ;

y₀,y₁ – udział n-tego źródła w zapotrzebowaniu na moc cieplną przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego;

q_0m,q_1m – roczne zapotrzebowanie na moc cieplną na pokrycie strat przez przenikanie i ogrzanie powietrza wentylacyjnego, MW;

O_0m,O_1m – stała opłata miesięczna związana z dystrybucją i przesyłem energii wykorzystywanej do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia (tu opłata za zamówioną moc cieplną i stała opłata za usługi przesyłowe), zł/(MW·miesiąc);

Ab₀,Ab₁ – miesięczna opłata abonamentowa przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego, zł.

Q_0u, Q₀₁ = (8, 64 • Sd • A_Ok • U + 2, 94 • c_r • c_w • V_nom, • Sd)•10;        [GJ/rok] (13)

gdzie:

A_Ok – powierzchnia całkowita okien przed i po modernizacji, m²;

U – współczynnik przenikania ciepła przewidzianego do wymiany, W/(m²K);

R – całkowity opór cieplny ocenianej przegrody budowlanej przed i po termo-modernizacji, m²K/W;

S_d - liczba stopniodni obliczona wg wzoru (9), dzień·K/rok;

V_nom- strumień powietrza wentylacyjnego – 1815,0 m³/h;

c_r - współczynnik korekcyjny; tu przed i po c_r=1,0;

c_w - współczynnik korekcyjny; tu przed i po c_w=1,0.

q_0u, q₀₁ = 10⁻⁶A_Ok • (t_wo − t_zo)+3, 4 • 10⁻⁷ • V_obl, • (t_wo − t_zo);       [MW] (14)

gdzie:

t_zo - obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego określona zgodnie z PN-82/B-02403: Temperatury obliczeniowe zewnętrzne, ˚C;

t_wo – obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego określona zgodnie z PN-82/B-02403: Temperatury ogrzewanych pomieszczeń w budynkach, ˚C;

V_obl - strumień powietrza wentylacyjnego odniesiony do warunków obliczeniowych dla instalacji grzewczych, m³/h.

Wymiana stolarki okiennej mieszkań i klatek schodowych

Proponuję się wymianę istniejących okien drewnianych i drzwi zewnętrznych klatki schodowej na okna z wysokoudarowego PVC i drzwi z aluminium.

W rozważaniach brano pod uwagę dwa typy okien:

• o współczynniku przenikania ciepła okien U =1,6 W/m²·K,

• o współczynniku przenikania ciepła okien U =1,1 W/m²·K.

Tabela 21. Wybór optymalnej przewodności cieplnej okien.

Okno PVC	Sd	Aok	Qou	Q1u	qou	q1u	Nok	SPBT
W/m^2K	dzień k/rok	m^2	GJ/rok	GJ/rok	MW	MW	zł	lata
ist. 3,0	2970	172	150,61		0,0200
1,6				80,33		0,0107	62816,0	15,66
1,1				55,23		0,0074	62816,0	11,55

Optymalnym rodzajem stolarki okiennej jest stolarka z wysokoudarowego PVC, a drzwiowej z aluminium o współczynniku przenikania ciepła okna U=1,1 W/m²·K.

1. Poprawa sprawności systemu ciepłej wody użytkowej

Proponuje się zastąpienie działających term gazowych, centralnym system do podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Układ składał by się z kotła gazowego, systemu solarnego i zasobników c.w.u. Optymalna ilości kolektorów słonecznych została wybrana poprzez symulację w programie TSOL. Badano różne warianty systemów solarnych.

Optymalny wariant przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, związanego ze zmniejszeniem zapotrzebowania na ciepło na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej, jest to wariant, dla którego prosty czas zwrotu nakładów SPBT przyjmuję wartość minimalną, przy czym porównuje się warianty o tym samym zakresie ulepszeń.

Dla wyznaczenia optymalnego wariantu przedsięwzięcia termomodernizacyjnego należy korzystać z zależności określonej wzorem:

SPBT = N_CW/∑O_rCW;        [lata] (15)

gdzie:

N_CW – planowane koszty robót związanych z modernizacją instalacji ciepłej wody użytkowej, zł;

ΔO_rCW – roczna oszczędność kosztów energii, zł/rok.

Wartości rocznej oszczędności kosztów energii ΔO_rCW źródła oblicza się ze wzoru:

O_rCW = (Q_0CW/W_E•O_z+O_m) − (Q_1CW/W_E•O_z+O_m);       [zl/rok] (16)

gdzie:

Q_0CW,Q_1CW – zapotrzebowanie na ciepło przed i po wykonaniu wariantu przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, określone przez audytora na podstawie analizy i prognozy zużycia ciepła, GJ/rok

W_E - wartość opałowa gazu ziemnego wysokometanowego grupy E, GJ/m³

O_z – opłata zmienna związana z dystrybucją i przesyłem gazu wykorzystywanego do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia (tu opłata za gaz i zmienna opłata za usługi przesyłowe), zł/m³

O_m – stała opłata miesięczna związana z dystrybucją i przesyłem energii wykorzystywanej do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia (tu opłata za zamówioną moc cieplną i stała opłata za usługi przesyłowe), zł/rok.

Tabela 22. Poprawa sprawności systemu c.w.u. (przebudowa całego systemu).

Rodzaj usprawnienia	η	Q0CW	Q1CW	WE	NCW	ΔOrCW	SPBT
		GJ/rok	GJ/rok	GJ/m^3	zł	zł/rok	lata
istniejąca	85%	200
kocioł+12 płyt solarnych	92%		124	0,038	100000	2690,2	37,2
kocioł+14 płyt solarnych	92%		129	0,038	105000	2512,647	41,8
kocioł+16 płyt solarnych	92%		130	0,038	120000	2477,674	48,4

Okres zwrotu inwestycji jest znaczący. Spowodowane jest to znaczącymi kosztami inwestycyjnymi związanymi z całkowitą przebudową systemu c.w.u. W opracowaniu warto również przedstawić i porównać wariant w którym nie wymagana jest przebudowa systemu c.w.u. Sytuacja taka ma miejsce gdy przed modernizacją istnieje już centralny system podgrzewu c.w.u. Nakład finansowy znacząco by się zmniejszył i ograniczył do kosztów zakupu i montażu systemu solarnego.

Tabela 23. Poprawa sprawności systemu c.w.u. (bez przebudowy całego systemu).

Rodzaj usprawnienia	η	Q0CW	Q1CW	WE	NCW	ΔOrCW	SPBT
		GJ/rok	GJ/rok	GJ/m^3	zł	zł/rok	lata
istniejąca	85%	200
kocioł+12 płyt solarnych	92%		124	0,038	60000	2690,2	22,3
kocioł+14 płyt solarnych	92%		129	0,038	65000	2512,647	25,9
kocioł+16 płyt solarnych	92%		130	0,038	80000	2477,674	32,3

Rys. 16. Przykład proponowanej instalacji (TSOL)

Najbardziej efektywnym okazał się wariant dwunastu płaskich kolektorów słonecznych pracujących na potrzeby dwóch pojemnościowych podgrzewaczy, każdy o pojemności 750l. Sugerowany układ wspomagany będzie gazowym kotłem atmosferycznym o mocy 24 kW. Dzięki instalacji solarnej w ciągu roku możemy zaoszczędzić 32,9 % energii.

Wyniki symulacji całorocznej

Zainstalowana moc kolektorów: 21,07 kW

Napromieniowanie na powierzchnię kolektorów: 30,85 MWh 1 108,26 kWh/m²

Energia uzyskana z kolektorów: 11,35 MWh 407,60 kWh/m²

Energia uzyskana z obiegu kolektorów: 10,24 MWh 367,77 kWh/m²

Zapotrzebowanie energii do podgrzewu c.w.u.: 20,09 MWh

Energia z instalacji solarnej w c.w.u.: 10,16 MWh

Doprowadzona dodatkowa energia: 14,29 MWh

Oszczędność paliwa (gazu ziemnego) 1 478,5 m³

Zmniejszenie emisji CO₂ 3 126,55 kg

Stopień pokrycia potrzeb energii dla c.w.u.: 41,5 %

Sprawność systemu: 32,9 %

Miejsce inwestycji: Kłodzko

Suma rocznego całkowitego napromieniowania: 1011,81 kWh

Szerokość geograficzna: 50,43˚

Długość geograficzna: -16,65˚

Temperatura żądana: 45 ˚C

Temperatura wody zimnej: styczeń:8 ˚C / sierpień:12 ˚C

Producent kolektorów słonecznych: Viessmann Werke GmbH & Co

Typ kolektorów słonecznych: Vitosol 100-F

Liczba: 12,00

Łączna powierzchnie brutto kolektorów: 30,096 m²

Łączna powierzchnia czynna absorberów: 27,84 m²

Kąt nachylenia do poziomu: 40 ˚

Azymut: 0 ˚

Podgrzewacz ciepłej wody użytkowej: Viessmann Vitocell 100-V

Pojemność podgrzewacza: 750 l

Ilość podgrzewaczy: 2 szt.

Dodatkowy podgrzew / kocioł: Viessmann Vitogas 100-F

Moc kotła: 24 kW

Rys. 17. Udział energii solarnej w zapotrzebowaniu energii (TSOL)

Rys. 18. Dzienne maksymalne temperatury w kolektorach (TSOL)

1. Poprawa sprawności cieplnej systemu grzewczego

Wybranie optymalnego usprawnienia termomodernizacyjnego dotyczącego poprawy sprawności cieplnej systemu grzewczego odbywa się w oparciu o poniższe formuły obliczeniowe. Za optymalne usprawnienie uważa się takie usprawnienie dla którego prosty czas zwrotu SPBT przyjmuje wartość minimalną. Procedura ta wynika z zaleceń zawartych w załączniku nr 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, a także wzorów kart audytu energetycznego.

SPBT = N_CO/∑O_rCO;        [lata] (17)

gdzie:

N_CO – planowane koszty robót wynikające z zastosowania wariantu przedsięwzięcia dotyczącego sprawności systemu grzewczego, zł

ΔO_rCO – roczna oszczędność kosztów energii, zł/rok

Wartości rocznej oszczędności kosztów energii ΔO_rCO źródła oblicza się ze wzoru:

O_rCO = (x₀•w_to•w_do•Q_oCO•Q_oZ/η_o−x₁•w_t1•w_d1•Q_oCO•Q_tZ/η₁) + 12 • (y₀•q_0m•O_0m−y₁•q_1m•O_tm) + 12 • (Ab₀−Ab₁);       [zl/rok] (18)

gdzie:

Q_oCO – sezonowe zapotrzebowanie budynku na ciepło przed termomodernizacją określone zgodnie z PN-B-02025: Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych, GJ/rok

η₀,η₁ – całkowita sprawność systemu ogrzewania przed i po termomodernizacji obliczana ze wzoru (19),

w_t0,w_t1 – współczynniki uwzględniające przerwy w ogrzewaniu w okresie tygodnia określone na podstawie tabeli 6 części 3 załącznika nr 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego,

w_d0,w_d1 – współczynniki uwzględniające przerwy w ogrzewaniu w okresie dnia określone na podstawie tabeli 6 części załącznika nr 1 do w/w Rozporządzenia,

q₀,q₁ – zapotrzebowanie budynku na moc cieplną przed i po zastosowaniu przedsięwzięcia termomodernizacyjnego poprawiającego sprawność całkowitą systemu ogrzewania budynku określone zgodnie z
PN-B-03406: Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze, MW

η = η_wη_pη_rη_c;         (19)

gdzie:

η_w – sprawność wytwarzania ciepła określona z dokumentacji technicznej lub z tabeli 3 części 3 załącznika nr 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego,

η_p – sprawność regulacji systemu ogrzewania określona zgodnie ze wzorem (20) części 3 załącznika nr 1 do w/w Rozporządzenia,

η_r – sprawność przesyłania ciepła określona zgodnie z tabelą 4 części 3 załącznika nr 1 do w/w Rozporządzenia,

η_c – sprawność wykorzystania ciepła przejmowania z tabeli 5 części 3 załącznika nr 1 do w/w Rozporządzenia.

W niniejszym opracowaniu zaproponowano poprawę sprawności systemu grzewczego, polegającą na:

• regulacji węzła cieplnego w celu jego przystosowania do potrzeb docieplonego budynku,

• montażu zaworów automatycznej regulacji podpionowe.

W poniższej tabeli zestawiono dane i wyniki obliczeń pozwalające na określenie poprawy sprawności systemu grzewczego.

Koszt wykonania regulacji węzła cieplnego określono na podstawie rzeczywistych cen robót instalacyjnych dla budynków sąsiednich:

• koszt regulacji systemu grzewczego – 1 500,00 zł,

• montażu zaworów automatycznej regulacji podpionowej – 7 000,00 zł.

Tabela 24. Poprawa sprawności systemu grzewczego

Rodzaj usprawnienia	ηw	ηp	ηr	ηc	η	Q0CO	q0	q1	NCO	ΔOrCO	SPBT
						GJ/rok	MW	MW	zł	zł/rok	lata
regulacja+zawory	1	0,9	0,9	0,9	0,796	554,1	0,095	0,09	8500	2165,61	3,9

1. Usprawnienia

W tabelach 25 i 27 zestawiono wyłonione powyżej zoptymalizowane usprawnienia termomodernizacyjne zmierzające do zmniejszenia zapotrzebowania analizowanego budynku na ciepło w wyniku zmniejszenia strat przez przegrody oraz poprawy sprawności systemu grzewczego.

Tabela 25. Zoptymalizowanie usprawnienia zmniejszającego straty ciepła przez przegrody

Lp.	Rodzaj usprawnienia	Planowane koszty	SPBT
		zł	lata
1.	Docieplenie ściany zewnętrznej frontowej i tylnej 16 cm warstwą styropianu metodą lekką-mokrą	44 210,1	11,1
2.	Docieplenie ściany zewnętrznej bocznej loggi 15 cm warstwą styropianu metodą lekką-mokrą	41 505,1	12,4
3.	Docieplenie ekranów międzyokiennych 16 cm warstwą styropianu	6 732,7	13,4
4.	Docieplenie stropodachu wentylowanego warstwą granulatu z wełny mineralnej gr.26 wraz z wykonaniem nowego pokrycia dachowego z papy termozgrzewalnej	29 259,0	17,4
5.	Wymiana stolarki okiennej drewnianej mieszkań i klatek schodowych na stolarkę z wysokoudarowego PVC o U=1,1 W/m^2K	62 816,0	11,5
6.1.	Przebudowa systemu c.w.u. z zasilania indywidualnego na zasilanie centralne, z zastosowaniem systemów solarnych	100 000,0	37,2
6.2.	Zastosowanie systemów solarnych do podgrzewu c.w.u.	60 000,0	22,3
7.	Montaż zaworów podpionowych, regulacja systemu grzewczego	8 500,0	3,9

Na rysunku 19 i tabeli 26 przedstawiono bilans energii cieplnej w standardowym sezonie grzewczym po przeprowadzeniu zaproponowanych usprawnień.

Rys. 19. Bilans energii cieplnej w standardowym sezonie grzewczym po modernizacji (Audytor OZC)

Tabela 26. Bilans energii cieplnej w standardowym sezonie grzewczym po modernizacji (Audytor OZC)

Miesiąc	Nd	Tem,m	Qz	Qw	Qg	Qa	η	Qsw	Qi	Qh
		˚C	GJ/rok	GJ/rok	GJ/rok	GJ/rok		GJ/rok	GJ/rok	GJ/rok
Wrzesień	5	12,70	2,29	0,79	0,00	1,93	0,55	2,69	3,55	1,57
Październik	31	8,10	23,18	7,13	0,00	19,55	0,77	11,71	21,99	23,84
Listopad	30	1,70	34,50	9,90	0,00	29,10	0,93	6,66	21,28	47,58
Grudzień	31	-1,40	41,69	11,74	0,00	35,16	0,96	6,09	21,99	61,71
Styczeń	31	-0,60	40,13	11,35	0,00	33,85	0,94	7,67	21,99	57,34
Luty	28	-1,60	38,01	10,69	0,00	32,06	0,94	8,56	19,86	53,99
Marzec	31	4,50	30,20	8,87	0,00	25,47	0,83	15,01	21,99	34,01
Kwiecień	30	7,30	23,94	7,27	0,00	20,19	0,71	20,47	21,28	21,85
Maj	5	13,80	1,95	0,70	0,00	1,64	0,44	3,89	3,55	1,03
W sezonie	222	3,10	235,91	68,45	0,00	198,95	0,83	82,74	157,47	302,92

gdzie:

N_d – Liczba dni w miesiącu sezonu grzewczego;

T_em,m – Średnia temperatura zewnętrzna w miesiącu sezonu grzewczego, ˚C;

Q_z – Straty energii cieplnej przez przegrody zewnętrzne (ściany, dachy stropodachy, okna, drzwi), GJ/rok;

Q_w – Straty energii cieplnej przez przegrody wewnętrzne (ściany, stropy, okna drzwi), GJ/rok;

Q_g – Straty energii cieplnej przez przegrody przyległe do gruntu (ściany, podłogi), GJ/rok;

η – Współczynnik wykorzystania zysków ciepła;

Q_sw – Zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez zewnętrzne przegrody przezroczyste (okna, świetliki, przeszklone drzwi), GJ/rok;

Q_i – Bytowe zyski ciepła (ludzie, ciepła woda, oświetlenie, gotowanie, urządzenia elektryczne, GJ/rok;

Q_h – Łączne zużycie energii z uwzględnieniem zysków ciepła i sprawności ich wykorzystania, GJ/rok.

Obliczeniowe zapotrzebowanie ciepła analizowanego budynku zostało wyznaczone dla standardowego sezonu grzewczego w sposób określony w PN-B-02025.

Obliczenia wykonano za pomocą programu „Audytor OZC”. Roczne zapotrzebowanie na ciepło badanego obiektu po przeprowadzeniu usprawnień modernizacyjnych wynosi 302,92 GJ/rok.

Tabela 27. Zoptymalizowanie usprawnienia poprawiającego sprawność systemu grzewczego

Rodzaje usprawnień termomodernizacyjnych		Współczynnik sprawności
Wytwarzanie ciepła – brak usprawnień	ηw	1,00
Przesyłanie ciepła – brak usprawnień	ηp	0,92
Regulacji systemu grzewczego – montaż zaworów automatycznej egulacji podpionowej, regulacja hydrauliczna węzła cieplnego (GLR = 0,435702, ηCO = 0,94)	ηr	0,92
Wykorzystanie ciepła - brak usprawnień	ηc	0,94
Przerwy na ogrzewanie w okresie tygodnia – brak usprawnień	wt	1,00
Przerwy na ogrzewanie w okresie dnia – brak usprawnień	wd	0,95
Sprawność całkowita systemu	η	0,79562

1. Wybór optymalnego wariantu termomodernizacji

W celu wyznaczenia optymalnego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, o którym mowa w Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, dla poszczególnych wariantów przedsięwzięcia termomodernizacyjnego składających się z zestawu usprawnień termomodernizacyjnych dotyczących zmniejszenia strat ciepła przez przegrody budowlane, uzupełnionych o optymalny wariant przedsięwzięcia poprawiającego sprawność całkowitą systemu grzewczego oblicza się kolejno:

• planowane koszty całkowite N (w tym koszty opracowania audyt energetycznego i dokumentacji projektowej oraz koszty związane ze spełnieniem obowiązujących przepisów techniczno-budowlanych, również w przypadku gdy działanie to nie przynosi oszczędności energii),

• kwotę rocznych oszczędności ΔO_r przewidzianą do uzyskania w wyniku realizacji przedsięwzięcia.

O_rCO = (w_to•w_do•Q_oCO/η_o+Q_oCW)•O_oZ−(w_t1•w_d1•Q_1CO/η₁+Q_1CW) • O_oZ + 12 • [(q_0m+q_0CW) • Q_om − (q_1m+q_1CW) • Q_1m]+12 • (Ab₀−Ab₁);       [zl/rok] (20)

gdzie:

Q_oCO – sezonowe zapotrzebowanie budynku na ciepło przed termomodernizacją określone zgodnie z PN-B-02025: Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych, GJ/rok;

Q_1CO – sezonowe zapotrzebowanie budynku na ciepło po termomodernizacji określone zgodnie z PN-B-02025: Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych, GJ/rok;

Q_0CW – tu = 200,0, GJ/rok;

Q_1CW – tu = 124,0, GJ/rok;

η₀,η₁ – całkowita sprawność systemu ogrzewania przed i po termomodernizacji obliczana ze wzoru (19);

w_t0,w_t1 – współczynniki uwzględniające przerwy w ogrzewaniu w okresie tygodnia określone na podstawie tabeli 6 części 3 załącznika nr 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego;

w_d0,w_d1 – współczynniki uwzględniające przerwy w ogrzewaniu w okresie dnia określone na podstawie tabeli 6 części załącznika nr 1 do w/w rozporządzenia;

q₀,q₁ – zapotrzebowanie budynku na moc cieplną przed i po zastosowaniu przedsięwzięcia termomodernizacyjnego poprawiającego sprawność całkowitą systemu ogrzewania budynku określone zgodnie z
PN-B-03406: Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze, MW;

q_0CW, q_1CW – tu = 0,024 MW;

O_0Z, O_1Z – opłata zmienna związana z dystrybucją i przesyłem jednostki energii wykorzystywanej do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia, zł/GJ

q_0U,q_1U – roczne zapotrzebowanie na moc cieplną na pokrycie strat przez przenikanie i ogrzanie powietrza wentylacyjnego, MW;

O_0m, O_1m – stała opłata miesięczna związana z dystrybucją i przesyłem energii wykorzystywanej do ogrzewania przed i po wykonaniu usprawnienia, zł/(MW·miesiąc);

Ab₀,Ab₁ – miesięczna opłata abonamentowa przed i po wykonaniu usprawnienia termomodernizacyjnego, zł

• zmniejszenie (w %) zapotrzebowania na ciepło w stosunku do stanu wyjściowego przed termomodernizacją z uwzględnieniem sprawności całkowitej,

$Q = \frac{\left( w_{\text{to}} \bullet w_{\text{do}} \bullet Q_{\text{oCO}}/\eta_{o} + Q_{\text{oCW}}) - (w_{t1} \bullet w_{d1} \bullet Q_{1CO}/\eta_{1} + Q_{1CW} \right)}{(w_{\text{to}} \bullet w_{\text{do}} \bullet Q_{\text{oCO}}/\eta_{o} + Q_{\text{oCW}})} \bullet 100;\ \ \ \lbrack\%\rbrack$ (21)

• kwotę środków własnych i kwotę kredytu, przy której miesięczna rata kapitałowa wraz z odsetkami A dla 10-letniego (120-miesięcznego) okresu kredytowania nie będzie większa od równowartości 1/12 kwoty rocznych oszczędności uzyskanych w wyniku realizacji przedsięwzięcia; przy czym miesięczną ratę kapitałową wraz z odsetkami oblicza się ze wzoru (22)

$A = 0,75 \bullet S \bullet \frac{q^{m} \bullet (q - 1)}{q^{1} - 1};\ \ \ \ \ \lbrack zl/miesiac\rbrack$ (22)

gdzie:

q – tu = (1+r/12) – gdzie r oznacza roczną stopę oprocentowania kredytu, %

m – maksymalny okres spłaty kredytu; -120 m-ce

S – kwota kredytu nie większa niż 80% planowanych kosztów

Za optymalną kombinację przedsięwzięć termomodernizacyjnych uznaje się taką kombinację, która spełnia wymagania Ustawy z dnia 21 listopada 2008 roku o wspieraniu przedsięwzięć termomodernizacyjnych:

• zmniejszenie rocznego zapotrzebowania na energię uzyskane w wyniku realizacji wybranego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego wynosi co najmniej 10 % - gdy modernizuje się jedynie system grzewczy,

• zmniejszenie rocznego zapotrzebowania na energię uzyskane w wyniku realizacji wybranego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego wynosi co najmniej 15 % - w budynkach, w których modernizację systemu grzewczego przeprowadzono w latach 1985-2001,

• zmniejszenie rocznego zapotrzebowania na energię uzyskane w wyniku realizacji wybranej kombinacji przedsięwzięć termomodernizacyjnych wynosi co najmniej 25 % - dla pozostałych budynków,

• kredyt udzielony na realizację wybranej kombinacji przedsięwzięć termomodernizacyjnych nie przekroczy 80 % jej kosztów, a okres spłaty nie przekroczy 10 lat,

• miesięczne spłaty kredytu wraz z odsetkami nie są większe od obliczonej 1/12 kwoty rocznych oszczędności energii wybranej kombinacji przedsięwzięć termomodernizacyjnych.

Wykaz kombinacji zoptymalizowanych przedsięwzięć termomodernizacyjnych z wartościami obliczonych dla nich parametrów opisanych powyższymi formułami matematycznymi w tabeli 28.

Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło analizowanego budynku oraz maksymalne zapotrzebowanie mocy ciepło przed termomodernizacją i po realizacji każdej z zaproponowanych kombinacji zoptymalizowanych przedsięwzięć termomodernizacyjnych wykonano, jak już wcześniej wspomniano, zgodnie z zaleceniami PN-B-02025 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzania budynków mieszkalnych. W obliczeniach wykorzystano program Audytor OZC wersja 4,5 pro Firm Sankom. Wydruki danych i obliczeń programu znajdują się w załączniku I do pracy.

Tabela 28. Kombinację przedsięwzięć termomodernizacyjnych

L.p.	Kombinacja przedsięwzięć^1)	Planowane koszty całkowite	Roczna oszczędność kosztów energii	Procent oszczęd. kosztów energii	Minimalny kwota środków własnych (20 %)	Różnica pomiędzy 1/12 rocznej oszczędności kosztów energii a miesięczną ratą kapitałową	SPBT
		zł	zł/rok	%	zł	zł/m-c	lata
1	2	3	4	5	6	7	8
A	1+2+3+4+5+6.1+7	293 022	18 164,52	46,0%	58 604	2 041	16,1
B	1+2+3+4+5+6.2+7	253 022	18 164,52	46,0%	50 604	1 763	13,9
C	1+2+3+4+5+7	193 022	14 931,48	37,6%	38 605	1 345	12,9
D	1+2+3+4+7	130 207	10 321,05	25,5%	26 041	907	12,6
E	1+2+3+7	100 948	8 889,84	21,8%	20 190	703	11,4
F	1+2+7	94 215	8 466,92	20,7%	18 843	656	11,1
G	1+7	52 710	5 691,32	13,4%	10 542	367	9,3
H	7	8 500	2 179,05	4,3%	1 700	59	3,9

¹⁾ numery zoptymalizowanych przedsięwzięć termomodernizacyjnych pochodzą z tabeli

Zgodnie z dokonanymi obliczeniami wymagana wysokość środków własnych inwestora wynosi 50 604 zł co stanowi 20 % zadania.

Zgodnie z Ustawą z dnia 21 listopada 2008 o wspieraniu termomodernizacji i remontów zmniejszenie rocznego zapotrzebowania na energię uzyskane w wyniku realizacji wybranej kombinacji przedsięwzięć termomodernizacyjnych powinno wynosić co najmniej 25%. W przedmiotowym opracowaniu wyliczone oszczędności energii stanowią 46% - wymagania Ustawy są spełnione.

Z tabeli oraz wymagań ustawy wynika, że optymalną kombinacją przedsięwzięć termomodernizacyjnych jest kombinacja oznaczona literą A tzn. przewidującą wykonanie:

• docieplenie ściany zewnętrznej frontowej i tylnej 16 cm warstwą styropianu metodą lekką-mokrą (1),

• docieplenie ściany zewnętrznej bocznej loggi 15 cm warstwą styropianu metodą lekką-mokrą (2),

• docieplenie ekranów międzyokiennych 16 cm warstwą styropianu (3),

• docieplenie stropodachu wentylowanego warstwą granulatu z wełny mineralnej gr.26 wraz z wykonaniem nowego pokrycia dachowego z papy termozgrzewalnej (4),

• wymiana stolarki okiennej drewnianej mieszkań i klatek schodowych na stolarkę z wysokoudarowego PVC o U=1,1 W/m²K (5),

• przebudowa systemu c.w.u. z zasilania indywidualnego na zasilanie centralne, z zastosowaniem systemów solarnych (6.2),

• montaż zaworów podpionowych, regulacja systemu grzewczego (7).

  1. Wyliczenie rocznych oszczędności kosztów ogrzewania i oszczędności energii dla optymalnego wariantu modernizacji

Roczna oszczędność energii (wg obliczeń uzyskanych dla sezonu standardowego):

$Q = \frac{\left( w_{\text{to}} \bullet w_{\text{do}} \bullet Q_{\text{oCO}}/\eta_{o} + Q_{\text{oCW}}) - (w_{t1} \bullet w_{d1} \bullet Q_{1CO}/\eta_{1} + Q_{1CW} \right)}{(w_{\text{to}} \bullet w_{\text{do}} \bullet Q_{\text{oCO}}/\eta_{o} + Q_{\text{oCW}})} \bullet 100;\ \ \ \lbrack\%\rbrack$ (23)

Q_0CO = 554,1 GJ/rok,

Q_1CO = 302,92 GJ/rok,

η₀ = 0,75238,

η₁ = 0,79524,

w_d = 0,95,

w_t = 1,00,

Q_0CW = 200 GJ/rok,

Q_1CW = 124 GJ/rok.

$Q = \frac{\left( 1 \bullet 0,95 \bullet 554,1/0,75238 + 200) - (1 \bullet 0,95 \bullet 302,92/0,79524 + 124 \right)}{(1 \bullet 0,95 \bullet 554,1/0,75238 + 200)} \bullet 100 = \mathbf{46\ \ \ \lbrack\%\rbrack}$

Roczna oszczędność kosztów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody
(wg obliczeń uzyskanych dla sezonu standardowego z uwzględnieniem obecnej mocy):

Q_0CO = 554,1 GJ/rok,

Q_1CO = 302,92 GJ/rok,

q₀ = 95 kW – wartość uzyskana z obliczeń dla sezonu standardowego (przed termomodernizacją),

q₁ = 90 kW – wartość uzyskana z obliczeń dla sezonu standardowego (po termomodernizacji),

O_zCO = 42,54 zł/GJ

O_mCO = 9134,68 zł/(MW·m-c)

O_zCWU = 35,4 zł/GJ

O_mCWU = 595,2 zł/rok

Ab_CO = 0,00, zł/m-c

Ab_CWU = 0,80, zł/m-c

Koszt ogrzewania i c.w.u. – stan istniejący

$K_{0} = w_{\text{do}} \bullet w_{\text{to}} \bullet \frac{Q_{\text{oco}}}{\eta_{0}} \bullet O_{z} + 12 \bullet O_{m} \bullet q_{0m} + 12 \bullet \text{Ab}_{\text{co}} + Q_{\text{ocw}} \bullet O_{\text{zcwu}} + 12 \bullet O_{\text{mcwu}} \bullet q_{\text{ocw}} + 12 \bullet \text{Ab}_{\text{cwu}}$; [zł] (24)

$K_{0} = 1,00 \bullet 0,95 \bullet \frac{554,1}{0,75238} \bullet 42,54 + 12 \bullet 9134,68 \bullet 0,095 + 12 \bullet 0 + 200 \bullet 35,4 + 12 \bullet 49,6 \bullet 0,024 + 12 \bullet 0,80$ [zł]

K₀ = 47580, 1 zl

Koszt ogrzewania i c.w.u. – stan po termomodernizacji

$K_{1} = w_{\text{do}} \bullet w_{\text{to}} \bullet \frac{Q_{1co}}{\eta_{1}} \bullet O_{z} + 12 \bullet O_{m} \bullet q_{1m} + 12 \bullet \text{Ab}_{\text{co}} + Q_{\text{ocw}} \bullet O_{\text{zcwu}} + 12 \bullet O_{\text{mcwu}} \bullet q_{\text{ocw}} + 12 \bullet \text{Ab}_{\text{cwu}}$; [zł] (25)

$K_{1} = 1,00 \bullet 0,95 \bullet \frac{302,92}{0,79524} \bullet 42,54 + 12 \bullet 9134,68 \bullet 0,09 + 12 \bullet 0 + 124 \bullet 35,4 + 12 \bullet 49,6 \bullet 0,024 + 12 \bullet 0,80$ [zł]

K₁ = 29472, 9 zl

ΔK=K₀−K₁=47580, 1 − 29472, 9 = 18107, 2 zl