Naukowcy z Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT zaproponowali uniwersalną metodę, która pozwala na jednoznaczny wybór optymalnej kombinacji komponentów determinujących efektywność energetyczną budynków. Pomoże w tym opracowany przez nich globalny wskaźnik zużycia energii w budynkach. Wyniki badań opublikowali w czasopiśmie „Energies”.
„U podstaw budownictwa energooszczędnego leży racjonalne wykorzystanie energii, ograniczanie strat ciepła i zagospodarowanie naturalnych zysków słonecznych w budynku oraz źródeł energii odnawialnych. Bezpośrednim celem naszych badań było określenie globalnego wskaźnika energochłonności budynków, który pomoże osiągnąć te cele” – wyjaśniają autorzy artykułu.
Według statystyk GUS w 2021 roku tylko gospodarstwa domowe wykorzystały 25,8 % całkowitego zużycia energii w Polsce. Efektywność energetyczna sprzyja niezależności energetycznej i ogranicza możliwość wystąpienia niedoborów energii. Mniejsze zużycie to zarówno mniejsze koszty ponoszone przez indywidualnych użytkowników budynków oraz mniejsze zużycie surowców w skali kraju.
Potrzeby budynku o niskim zużyciu energii mogą być łatwiej zaspokojone ze źródeł odnawialnych w obrębie budynku w trybie tak zwanej prosumpcji, czyli równoczesnej produkcji i konsumpcji energii. Pozwala to na ograniczenie emisji dwutlenku węgla a tym samym zmniejszenie efektu cieplarnianego oraz śladu węglowego.
Co wpływa na energooszczędność budynku?
Elementy które wpływają na energooszczędność budynku wynikają z podstawowych koncepcji budownictwa energooszczędnego. Najczęściej wymienianym w zasadach modernizacji jest odpowiednia izolacja przegród budynku. Podstawowymi materiałami izolacyjnymi są styropian i wełna mineralna, są dostępne na rynku inne materiały jak izolacje w formie granulatu, pianki i aerożele.
„Ważnym elementem jest odpowiednie zaprojektowanie wentylacji. Z punktu widzenia oszczędności energii korzystnie byłoby maksymalnie ograniczać strumień wentylacji, ale oczywiście jest to bardzo niekorzystne ze względów sanitarnych. Rozwiązaniem jest rekuperacja, czyli zastosowanie wymiennika ciepła, który zapobiega oddawaniu ciepła z wentylacji, ale nie blokuje wymiany powietrza. Do zastosowania tego systemu konieczne jest jednak zainstalowanie wentylacji mechanicznej” – mówią autorzy badań.
Kolejnym elementem, który pomoże w oszczędności energii jest takie zaprojektowanie bryły budynku, aby umożliwić zyski z promieniowania słonecznego. Aby spełnić ten warunek budynek powinien mieć odpowiednią powierzchnię okien. Z drugiej strony zaprojektowanie zbyt dużej powierzchni oszklonych może grozić przegrzewaniem budynku w okresie letnim. Dlatego, aby zapewnić regulację zysków energii można zamontować w oknach przesłony, najlepiej zewnętrzne. Korzystnie jest również wyposażyć budynek w źródła energii o mniejszym wpływie na środowisko, w tym odnawialne.
Globalny wskaźnik energochłonności budynków
Przy opracowaniu metody, która poprawia efektywność energetyczną budynków naukowcy z WAT uwzględnili wpływ składników należących do różnych grup takich jak lokalizacja, materiały konstrukcyjne i izolacyjne, instalacje ocenianych w aspekcie czterech kryteriów: energii końcowej, kosztu, trwałości oraz czasu zwrotu nakładów inwestycyjnych.
„Tylko opracowana przez nas metoda umożliwia analizę pojedynczych składników materiałowo-konstrukcyjno-instalacyjnych, pozwalając uzyskać wszystkie możliwe ich kombinacje. Jednocześnie pozwala ona na weryfikację uzyskanych kombinacji w aspekcie zgodności z wymaganiami technicznymi, użytkowymi i prawnymi. Inne metody analizy umożliwiają jedynie arbitralne wyspecyfikowanie kombinacji rozwiązań materiałowo-konstrukcyjno-instalacyjnych, a wynik pokazywany jest w formie rankingu kombinacji bez określenia dokładnej wartości liczbowej przypisanej do kombinacji” – stwierdzają autorzy artykułu.
Metoda ma charakter uniwersalny, ponieważ nie zakłada żadnych ograniczeń co do typu budynku i możliwości jego zastosowania w różnych strefach klimatycznych. Jest to metoda otwarta, w której możliwe jest uwzględnienie specyficznych wymagań dotyczących lokalizacji budynku. Ponadto metoda umożliwia analizę z punktu widzenia dodatkowych kryteriów, na przykład kryterium komfortu termicznego, akustycznego, elektromagnetycznego, emisyjności gazów z materiałów budowlanych, podłoża gruntowego i innych.
To się opłaca!
Opracowana metoda analizy może zostać zastosowana do oceny energochłonności nowych budynków jak również do modernizacji już istniejących. Proponowana metoda pozwala na weryfikację przyjętych koncepcji projektowych, a także na dokonanie wyboru najbardziej korzystnych wariantów rozwiązań prowadzących do minimalizacji energochłonności budynku.
„Rozwiązania energooszczędne są zwykle droższe inwestycyjnie i bardziej złożone technicznie niż rozwiązania klasyczne. Na przykład instalacja pompy ciepła wspomaganej ogniwami słonecznymi będzie droższa niż kocioł gazowy o tej samej mocy. Jednak koszty ogrzewania dla instalacji z pompą ciepła będą niższe a poza tym zyskujemy pewną niezależność od zewnętrznych dostaw energii. Korzystne w tym względnie jest wsparcie kosztów inwestycyjnych ułatwiające podjęcie decyzji o instalacji bardziej energooszczędnego i ekologicznego źródła” – tłumaczą naukowcy.
Metoda opracowana przez naukowców WAT może być rozwijana poprzez uwzględnienie kolejnych składników oraz zwiększenie liczby kryteriów. W planach jest również opracowanie odpowiedniego oprogramowania, aby eksperci i mieszkańcy mogli ją wykorzystać do zwiększenia efektywności energetycznej budynków.
Wyniki badań ukazały się w czasopiśmie „Energies” pod tytułem: „A Method of Multi-Criteria Assessment of the Building Energy Consumption”. W badaniach udział wzięli: prof. dr hab. inż. Adam Stolarski, dr inż. Mariusz Owczarek, mgr inż. Aleksandra Stachera z Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT oraz dr inż. Marek Telejko z Wydziału Budownictwa i Architektury Politechniki Świętokrzyskiej.
Artykuł otrzymał 140 punktów, wskaźnik cytowań dla czasopisma (IF) to 3,2.
Marcin Wrzos
Grafika: autorzy artykułu