Na wstępie warto sobie uświadomić, że budynki zeroenergetyczne to nie budynki o zerowym zużyciu energii, tylko budynki o około zerowym bilansie energii. Oznacza to, że budynki te mniej więcej tyle samo produkują, co zużywają, najczęściej z przesunięciem między nadmiarem produkcji energii w okresie letnim do nadmiaru konsumpcji w okresie zimowym. Odpowiadając na pytanie o opłacalność budynków zeroenergetycznych należy wcześniej zastanowić się nad przyjętym kryterium oceny opłacalności i nad głównymi interesariuszami, związanymi z realizacją tego typu obiektów. Budynki te, by stały się powszechne, powinny się opłacać wszystkim. Społeczeństwo, gdy będzie świadome szeregu korzyści wynikających z użytkowania budynków zeroenergetycznych, będzie stymulować ich powstawanie.

Gdy bierzemy pod uwagę wyłącznie rachunek efektywności finansowej i tylko jednego interesariusza, jakim jest inwestor, okazuje się, że nie wszystkie projekty wykazują zadowalającą stopę zwrotu w stosunku do budynków referencyjnych (czyli takich, które spełniają przepisy techniczno-budowlane). Inwestorzy, podejmujący się realizacji inwestycji wyłącznie na podstawie rachunku finansowego, oczekują pewnych ulg lub dofinansowań, które zrekompensują im wyższe wydatki lub decydują się odrzucić projekt zeroenergetyczny, realizując taki, który wykaże lepsze wskaźniki finansowe. Rozszerzając jednak zakres analizy opłacalności i oczekiwania na innych interesariuszy: użytkowników, bezpośredniego otoczenia, czy całego społeczeństwa i szacując łączne koszty i korzyści projektu uwzględniające kwestie wpływu budynków na środowisko, kwestie bezpieczeństwa energetycznego można wykazać, że zero energii, nawet przy obecnych cenach energii, jest w takiej globalnej analizie opłacalne.

1. Budynek o zerowym bilansie energetycznym – teoria, projekt, praktyka.

Nasze doświadczenie z budynkami o zerowym bilansie energetycznym potwierdza, że budynki nie zużywają energii, a robią to ludzie. O finalnym zużyciu energii decydują ostatecznie użytkownicy obiektu. Energooszczędne mogą być ich zachowania, natomiast budynki mogą tylko charakteryzować się niskim zapotrzebowaniem na energię. Wykonany przez nas monitoring kilku budynków o podwyższonym standardzie energooszczędności wykazał, że tylko w części z nich rzeczywiście zużywano niewielką ilość energii, a niektóre pod względem zużytej energii niczym nie różniły się od budynków konwencjonalnych (Wykres 1). Niestety w obiektach tych starania projektantów i wykonawców nie spowodują, że budynek będzie energooszczędny, jeżeli tacy nie są jego użytkownicy. Jeżeli myślimy więc o budynkach o zerowym bilansie energetycznym, powinniśmy zwrócić uwagę na obiekt w każdej fazie jego eksploatacji, nie zapominając o monitorowaniu zużywanej energii, ciągłym doskonaleniu i promocji dobrych praktyk oraz energooszczędnych zachowań. Podobnie jak w wielu innych przypadkach o końcowym sukcesie decyduje tzw. „czynnik ludzki”.


2. Co zrobić, aby obiekt był bardziej wydajny energetycznie – na etapie projektowania i modernizacji.

Na etapie projektowania dysponujemy największymi możliwościami zmiany standardu w stosunku do wymagań i najniższym kosztem ich wprowadzenia. Przed podjęciem decyzji o wyborze konkretnych rozwiązań instalacyjnych czy materiałowych należy określić ich wpływ na koszt cyklu życia obiektu, jeżeli takiego kryterium chcemy używać. W tym celu warto wykonać analizy wariantowe rozważanych standardów energetycznych wykonania obiektu oraz ocenić przez pryzmat kryteriów ekologicznych i ekonomicznych. Warto również zwrócić uwagę na obliczenia energetyczne, na podstawie których podejmowane są decyzje. W Polsce powszechnie stosuje się metodę stanu quasi-ustalonego obliczeń zapotrzebowania na ciepło i chłód budynku, która znalazła zastosowanie w metodyce wyznaczania charakterystyki energetycznej budynków. Metoda ta jest właściwa, by oszacować roczne zapotrzebowanie na energię budynków w celach porównawczych, lecz w przypadku oceny rzeczywistego zużycia energii dla budynku zeroenergetycznego może okazać się niewystarczająca. W budynkach tych istotna jest niemal każda kilowatogodzina, a użycie metod miesięcznych wydaje się zbyt dużym uproszczeniem. To tak, jakby spoglądać na niewielkie organizmy przez lupę zamiast użyć mikroskopu. Dostrzeżenie efektów, o które tak walczymy, zmusza coraz częściej do użycia metod godzinowych. Dla polskich warunków klimatycznych analizy najczęściej pokazują, że najistotniejszy jest standard ochrony cieplnej (izolacyjność cieplna przegród) i dobre rozwiązania w zakresie wentylacji. Powinny być jak najwyższe, tak, żeby mało istotną kwestią stał się sposób ogrzewania budynku z uwagi na niewielkie zapotrzebowanie na ciepło. Wtedy możemy stosować tańsze systemy grzewcze w postaci lokalnych źródeł ciepła i OZE na potrzeby ogrzewania.

3. Izolacja, stolarka okienna, technologie budowlane i instalacje OZE – na czym można, a na czym nie warto oszczędzać?

W przypadku izolacyjności cieplnej czy stolarki okiennej dostępnych jest wiele opracowań, prezentujących wyniki analizy doboru grubości materiału termoizolacyjnego lub współczynnika przenikania ciepła, określone za pomocą marginalnego kosztu inwestycji i ogrzewania [1,2]. Przedsięwzięcia termomodernizacyjne lub wznoszenie nowych obiektów traktujemy jako projekty, a zatem przyjmujemy pewne indywidualne, właściwe wyłącznie dla danego obiektu cechy i na ich podstawie potrafimy dobrać optymalne parametry (np. izolacyjności cieplnej czy wielkości instalacji OZE). Jak wspomniano, optymalizacja taka wskazuje często, że korzystne jest wykonanie większych grubości ociepleń niż wymagają przepisy prawne w budownictwie.

Jeżeli na czymś nie warto oszczędzać w przypadku większych i bardziej skomplikowanych obiektów są to na pewno układy automatyki i systemy sterowania (BMS). Dotyczy to przede wszystkim odbiorów tych systemów i przeszkolenia kadr je obsługujących. Na budowie automatyka instalowana jest zawsze na końcu, często po czasie planowanego  zakończenia prac i oddania obiektu, przez co wykonywana jest w pośpiechu. Po prostu ma być, aby udało potwierdzić się efekt rzeczowy i uzyskać pozwolenie na użytkowanie. Prawidłowe funkcjonowanie budynku i jego energooszczędna eksploatacja wymaga, by system automatyki prawidłowo sterował pracą instalacji. W praktyce spotykamy się często z wieloma błędami, które dla nas nie są trudne do rozpoznania, jednak obsługa budynku ma z tym większy kłopot. Często nie ma ustawionych prawidłowo harmonogramów pracy urządzeń, występują błędy na czujnikach czy prezentacji trybów pracy urządzeń. Zdarza się również antagonistyczna praca systemu ogrzewania i chłodzenia, która jest identyfikowalna z systemu BMS, a jest dowodem niewłaściwej automatyki.

Nie warto oszczędzać również na wiedzy, czyli szkoleniach użytkowników i obsługi technicznej budynku, która będzie ostatecznie odpowiedzialna za ilość wykorzystywanej w budynku energii.

KAPE S.A. na podstawie swoich doświadczeń opracowało system KAPE monitoring, który służy do agregacji, monitorowania i analizy danych o zużyciu energii w budynkach.  Właściciel czy zarządca budynków korzystając ze standardowej przeglądarki internetowej ma stały dostęp do informacji o monitorowanych mediach. Jednocześnie usługa przewiduje pomoc doradców energetycznych, którzy na bieżąco monitorują i analizują dane o zużyciu mediów i warunkach środowiskowych panujących w budynku, czego wynikiem są propozycje działań zmierzające do poprawy. Wszystkie dane z budynku gromadzone są przez lokalny rejestrator i sukcesywnie przesyłane do bezpiecznej chmury obliczeniowej.

System może być wdrażany zarówno w nowych, jak i istniejących budynkach. Po konsultacji z klientem wspólnie ustalany jest zakres wdrożenia systemu i typ urządzeń pomiarowych, które można wykorzystać do zbierania danych.  

W zależności od potrzeb i możliwości użytkownika system KAPE monitoring może zarządzać następującymi mediami:
•    energią elektryczną
•    energią cieplną/gazem
•    wodą

Konfiguracja systemu, uruchomienie i szkolenie z obsługi należy do zadań KAPE. Po wdrożeniu systemu klient może korzystać z doraźnej pomocy świadczonej przez doradców energetycznych KAPE lub zdecydować się na stałe doradztwo, z systematycznie przesyłanymi raportami i rekomendacjami działań.

Zarządzanie energią to proces ciągły. Nieustanna analiza danych, które pobierane są z urządzeń pomiarowych stanowi najważniejszy element, który pozwala na ciągłe utrzymanie zakładanego zużycia energii oraz ułatwia podejmowanie dalszych działań opartych o energooszczędne rozwiązania.

W zależności od aktualnego stanu budynku zainstalowanie systemu KAPE monitoring pozwala na uzyskanie oszczędności od 10% do nawet 30% zużywanych mediów. Pozostałe korzyści płynące z działania systemu to:
•    bieżąca kontrola działania instalacji;
•    możliwość wykrywania;
•    alarmowanie o przekroczeniu dopuszczalnych wartości;
•    identyfikacja obszarów do poprawy oraz zalecenia do modernizacji;
•    porównanie monitorowanego budynku do innych budynków;
•    gromadzenie danych o budynkach w jednym miejscu;
•    obniżenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery;
•    krótki okres zwrotu inwestycji i niski koszt utrzymania systemu.

4. Jak magazynować energię – we własnym zakresie czy w sieci? Kwestie bilansowania i rozliczeń z operatorem

Sezonowych i krótkookresowych magazynów ciepła raczej się nie stosuje. Są to drogie rozwiązania i łatwiej jest ciepło magazynować w nośniku. Lokalne wytwarzanie i magazynowanie energii elektrycznej staje się co raz częściej koniecznie w przypadku np. braku możliwości zwiększenia mocy istniejących przyłączy elektrycznych lub montażu nowych, a planuje się modernizację budynku w zakresie budowy wentylacji mechanicznej lub systemu klimatyzacji [1]. Magazyn energii, we współpracy z OZE, ma wtedy za zadanie być pewnym i bezpiecznym źródłem energii. Magazynowanie energii elektrycznej, w przypadku dużego udziału wytwarzania jej z OZE, staje się również konieczne z punktu widzenia operatorów systemów dystrybucyjnych. Magazyny pozwalają w pewnym, ciągle niewielkim stopniu, przesuwać zapasy energii z okresów szczytowego jej wytwarzania do szczytowego poboru. Bardziej istotne jest jednak w tym przypadku zapewnienie i stabilizacja jakości energii elektrycznej w sieci zasilającej.

W kwestii bilansowania, przyjęte w czerwcu 2018 r.  zmiany w dyrektywie w sprawie charakterystyki energetycznej budynków określają wizję, w której budynki staną się aktywnym elementem inteligentnych sieci, będąc stroną nie tylko popytową, ale również bilansującą i podażową [2]. W dyrektywie wprowadzono nowy wskaźnik gotowości budynku, który informuje o możliwości obsługi budynku przez inteligentne sieci. Ma on opisywać zdolność budynku do dostosowania jego funkcjonowania do potrzeb użytkownika, sieci oraz do poprawy jego efektywności energetycznej. Jedną z bardziej istotnych funkcji takiego budynku ma być również magazynowanie energii wytworzonej lokalnie z OZE. Zespół ekspercki pracujący nad metodologią określania tego wskaźnika wskazuje, że ważnym celem jego wprowadzenia jest integracja sektora budynków z przyszłymi systemami energetycznymi i rynkami [5].

Bibliografia

[1] Gorszkov A., Orłowicz R., Określenie optymalnej grubości warstwy termoizolacyjnej dla zewnętrznych ścian budynku mieszkalnego, Izolacje 1/2018.

[2] Górzyński J., Efektywność energetyczna w działalności gospodarczej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2017.

[3] Jarosiński M., Jóźwiak M., Systemy klimatyzacji w budynkach o niewystarczającej mocy przyłączeniowej, Rynek Instalacyjny 5/2019.

[4] Krysik P., Najważniejsze zmiany w dyrektywach EPBD oraz EED wprowadzone dyrektywą 2018/844/EU, Rynek Instalacyjny 10/2018.

[5] Bogdan A., Czy czeka nas rewolucja w warunkach technicznych? – zmiany w EPBD i ich konsekwencje w krajowej legislacji, Chłodnictwo i Klimatyzacja 7/2018.