20/09/2022 | Inne | Ogrzewanie i chłodzenie podłogowe
Andrea Bighinzoli - Giacomini S.p.A., Stefano P. Corgnati, Carola Lingua, Maria Ferrara - Dipartimento di Energia, Politecnico di Torino
Obecnie ambitne cele wyznaczone przez Komisję Europejską w zakresie dekarbonizacji sektora budowlanego można osiągnąć dzięki wdrożeniu na dużą skalę budynków o niemal zerowym zużyciu energii (NZEB). w budynkach NZEB cel zmniejszenia zużycia energii i związanej z tym emisji CO2 można łatwo osiągnąć już na etapie projektowania koncepcyjnego, poprzez połączenie przegród budynków o odpowiedniej wydajności i wydajnych systemów HVAC (ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji) zintegrowanych z technologiami wytwarzania energii odnawialnej. Koncepcje te stanowią podstawę dyrektywy 2010/31 / UE [1], znanej również jako przekształcona dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków, która po raz pierwszy wprowadziła nie tylko koncepcję NZEB, ale także ramy metodologii porównawczej, które mają pomóc państwom członkowskim w określaniu minimalnej charakterystyki energetycznej NZEB w celu osiągnięcia poziomów optymalnych pod względem kosztów. Metodologia ta pozwala na ocenę różnych rozwiązań w zakresie efektywności energetycznej, biorąc pod uwagę nie tylko zmienne techniczne (z punktu widzenia architektury i energetyki), ale także ekonomiczno-finansowe pod względem kosztów inwestycji, utrzymania, zarządzania i utylizacji.
W tym artykule przeanalizowano wpływ stosowania różnych alternatyw systemu HVAC w połączeniu z różnym poziomem izolacji termicznej na wydajność domu jednorodzinnego. Wybrany budynek jest reprezentatywnym studium przypadku przedstawionym już w literaturze [2], dla którego zbadano 9 wariantów projektowych określonych przez połączenie 3 rosnących poziomów izolacji zewnętrznej budynku i 3 różnych architektur systemu energetycznego.
W szczególności 9 alternatywnych pakietów „izolacja + system”, które są generowane, charakteryzuje się wartością charakterystyki energetycznej (wyrażoną jako zapotrzebowanie na energię pierwotną [kWh/m2] po odliczeniu udziału odnawialnych źródeł energii) oraz odpowiadającą jej wartością kosztu całkowitego, wyrażoną w EUR/m2, ustaloną przy użyciu metodologii przedstawionej w następnym rozdziale.
Celem badania jest zatem wdrożenie „optymalnej pod względem kosztów” metodologii oceny i porównania alternatyw dla modernizacji energetycznej w celu zidentyfikowania alternatyw prowadzących do obniżenia kosztów cyklu życia budynku przy jednoczesnym osiągnięciu dobrego poziomu charakterystyki energetycznej.
Metodologia optymalna pod względem kosztów została opracowana w celu określenia konfiguracji projektu energetycznego w celu osiągnięcia „optymalnego pod względem kosztów” NZEB. w rzeczywistości metodologię można ogólnie przyjąć jako narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji, które jest w stanie kierować wyborami zespołu projektowego i/lub klienta w całym procesie projektowania. Analiza kosztów optymalnych pozwala na porównanie wydajności energetycznej (kWh/m2) i ekonomicznej (€/m2) różnych konfiguracji projektowych oraz identyfikację jednego lub zestawu rozwiązań, które mieszczą się w tzw. obszarze optymalizacji kosztów. Obszar ten jest zatem zaludniony przez konfiguracje projektowe charakteryzujące się „poziomem charakterystyki energetycznej prowadzącym do najniższych kosztów w szacowanym ekonomicznym cyklu życia budynku”, zgodnie z definicją podaną przez Komisję Europejską.
W niniejszym badaniu ocenę charakterystyki energetycznej przeprowadzono za pomocą oprogramowania do symulacji dynamicznej Energy Plus [3], natomiast ocenę kosztów przeprowadzono zgodnie z metodą kosztów ogólnych określoną w normie EN 15459: 2007 [4].
Szczegółowo określono globalny wskaźnik kosztów dla każdej konfiguracji energetycznej. Taki całkowity koszt wynika z oszacowania wartości bieżącej netto wszystkich kosztów poniesionych w określonym okresie obliczeniowym, z uwzględnieniem wartości rezydualnych składników charakteryzujących się okresem użytkowania dłuższym niż określony okres obliczeniowy. Całkowity koszt określa się zatem poprzez zsumowanie wszystkich zdyskontowanych kosztów, biorąc pod uwagę odpowiednią stopę dyskontową w zależności od czasu poniesienia kosztów, w tym początkowych kosztów inwestycji, okresowych kosztów wymiany, rocznych kosztów utrzymania i rocznych kosztów energii, i odejmując je od wartości końcowej, jak przedstawiono w poniższym równaniu (1):
gdzie Cg(τ) oznacza całkowity koszt, o którym mowa w roku początkowym τ0, CI oznacza początkowy koszt inwestycji, Ca, i (j) oznacza roczny koszt składnika j w roku i (z uwzględnieniem kosztów zarządzania, kosztów okresowych i kosztów odtworzenia), Rd (i) oznacza stopę dyskontową dla roku i, Vf,τ (j) oznacza ostateczną wartość składnika j na koniec okresu obliczeniowego (w odniesieniu do roku początkowego τ).
Budynek wykorzystany jako punkt odniesienia dla opracowania analiz stanowi studium przypadku NZEB, który został już przeanalizowany w literaturze pod względem projektu i wykonania i można go uznać za reprezentatywny dla budynków NZEB w regionie Piemontu we Włoszech [5,6]. Jest to dom jednorodzinny o powierzchni użytkowej ok. 140 m2, położony w strefie klimatycznej E (według klasyfikacji włoskiej strefy klimatycznej).
Zamiast tego, w odniesieniu do konfiguracji systemu energetycznego, zdefiniowano trzy alternatywy w następujący sposób:
Analizując dane, okazuje się, że konfiguracje, w których stosowany jest system typu C (odwracalna pompa ciepła z podłogą promiennikową) to te, które leżą na krzywej optymalności kosztowej z wyższymi wartościami wydajności energetycznej. Ponadto, optymalny punkt 2C charakteryzuje się pośrednim poziomem izolacji termicznej i wykazano, że dalszy wzrost poziomu izolacji, patrz przypadek 3C, prowadzi do wyjścia z obszaru optymalizacji kosztowej ze wzrostem kosztów całkowitych, który jest nawet wyższy niż w przypadku 1C (podstawowy poziom izolacji).
Tendencje w zakresie krzywej „optymalnej kosztowo” można uzyskać również poprzez analizę różnych rozwiązań paneli promiennikowych, z uwzględnieniem również sufitów podwieszanych: zastosowanie tego rozwiązania pokazuje rosnące zainteresowanie rynku, nie tylko sektora usług, ale również sektora mieszkaniowego. Oczywiście para wartości (wydajność energetyczna; koszt globalny) charakteryzująca poszczególne rozwiązania zależy od strefy klimatycznej budynku, a odpowiednie zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie musi być dopasowane do oczekiwań użytkowników: rozwiązania mogą się wahać od „całkowitego radiatora” do ogrzewania/chłodzenia z osuszaniem, do konfiguracji „hybrydowych” z promiennikiem podłogowym do ogrzewania i wentylatorami do chłodzenia, w ciężkich sezonach letnich.
Przeprowadzona analiza wykazała, że analiza optymalna pod względem kosztów jest skutecznym narzędziem do porównywania różnych opcji projektowania energetycznego budynków, oceniając zarówno energię (w kategoriach energii pierwotnej), jak i wskaźnik ekonomiczno-finansowy (koszt globalny).
Ponadto badania przeprowadzone na reprezentatywnym studium przypadku dla domu jednorodzinnego wykazały, że alternatywy projektowe, w których typem systemu jest "pompa ciepła i podłoga promienna" są rozwiązaniami "optymalnymi pod względem kosztów" i że optymalna konfiguracja projektowa charakteryzuje się odpowiednią i zrównoważoną wartością izolacji termicznej, co kontrastuje z tendencją do nadizolacji.
Podobne wyniki można uzyskać analizując różne konfiguracje paneli promiennikowych, stosując zarówno rozwiązania podłogowe, jak i sufitowe.
References
