Подобряването на енергийната ефективност на сградите е приоритетен въпрос в Европейския съюз, тъй като строителният сектор представлява до 40% от общото потребление на първична енергия. Ключова задача за намаляване на енергийната интензивност е обновяването на съществуващи жилищни сгради, което е едно от най-важните решения по отношение на икономиите на енергия.
Настоящото проучване се занимава с оценка на избрана еталонна жилищна сграда по отношение на енергийната и икономическата ефективност и разходите, необходими за нейното обновяване. Отделните предложени мерки за енергоспестяване се оценяват по метода на оценка на разходите през жизнения цикъл на сградата.
Значителното обновяване на съществуващи сгради дава възможност да се постигнат значителни икономии в общото потребление на енергия, както и при емисиите на парникови газове. По този начин това е един от основните начини за увеличаване на устойчивостта в застроените райони. Въпреки че има широка гама от възможности за обновяване, методи за подпомагане на идентифицирането на икономически и енергийно ефективни мерки за отделни проекти все още са в процес на разработване и проучване.
Правилните решения на всички етапи от живота на сградата (поръчка, експлоатация, поддръжка, ремонт, обезвреждане) имат икономически последици. Правилното обновяване ще осигури подобряването на цялостното ниво на жилище, като същевременно се поддържа приемливо качество на вътрешната среда с различни експлоатационни ограничения на различните сгради.
Методът за оценка на жизнения цикъл (LCA) се използва в строителството от 1990 г. и е важен инструмент за оценка на сградите. Методологията LCA се основава на международните стандарти от серията ISO 14040 и се състои от четири отделни аналитични стъпки: определяне на целта и обхвата, складиране, оценка на въздействието и интерпретация на резултатите [1, 7]. Представлява последователността на текущите фази на проекта от идеята за проекта през подготовката до създаването на крайния продукт (строителни работи), използването и завършването на проекта (ликвидация) [2, 6].
Разходи за жизнения цикъл на строителството (LCC)
За цялостна оценка на икономичността на жилищната сграда винаги е необходимо тя да бъде оценена по отношение на общите разходи през целия жизнен цикъл. Периодът на жизнения цикъл на сградата е обвързан с техническия експлоатационен живот на строителните материали, така че в повечето случаи се очаква период от 20 или 30 години.
Управление на стойността на жилищна сграда
Управлението на стойността на сградата е един от инструментите за подготовка и изпълнение на конструкции. Основната му цел е непрекъснато да подобрява съотношението на стойността на сградата към разходите за нейната експлоатация през целия жизнен цикъл, т.е. не само към инвестиционните разходи. По този начин управлението на стойността на жилищната сграда представлява сложен процес за оптимизиране на разходите, надеждността и производителността на сградата във всички фази от нейния живот [3].
Общи разходи за жизнения цикъл на жилищна сграда
LCC анализът на жилищна сграда се фокусира върху оптимизиране на разходите през живота си, който е ограничен не само от техническия, но и от икономическия живот.
Разходите, свързани с жизнения цикъл на сградата, са разделени на три основни групи, а именно разходи, свързани с техническите параметри на сградата (внезапно изразходване на средства), разходи, свързани с експлоатацията на сградата и административни разходи (управление на сградата ...).
Изчисляването на разходите за жизнения цикъл на жилищна сграда е сумата от разходите, свързани с придобиването на сградата, инвестиционни разходи за нейното обновяване CO, разходи за поддръжка и ремонти MaR, разходи за експлоатация на сграда O и разходи за ликвидация на сградата CL във всички фази на жизнения цикъл [3]:
При изчисляване на отделни разходни артикули е необходимо да се определи стойността на всички бъдещи разходи спрямо текущата им стойност при определяне на подходящия дисконтов процент.
Изчисляване на разходите на жилищна сграда в жизнения цикъл
Целта на изследването е да се определи въздействието на предложените мерки (в строителни конструкции) върху разходите за жизнения цикъл на сградата и да се провери дали предложените мерки представляват рентабилно подобрение на енергийната ефективност на сградата. Оценената панелна жилищна сграда се намира в Братислава и е изградена в сградната система P 1.14 BA. Планът на типичен етаж на жилищен блок (2-ри - 13-ти етаж) е показан на фиг. 1.
| Фиг. 1 План на типичен етаж |
Предложени варианти на подновяване
Предложените мерки за обновяване на жилищна сграда с цел повишаване на енергийната ефективност се основават на действащия в момента стандарт STN 730540-2/Z1 [5], който определя коефициентите на топлопреминаване (U стойност) за отделни конструкции. Въз основа на тези изисквания е изчислена дебелината на топлоизолацията, която отговаря на нивото на стойностите на U за два периода, от 2016 г. и 2021 г.
Следователно сравнените варианти се различават един от друг по нивото на термична защита на строителните конструкции. Предложените комбинации от отделни мерки са изброени в табл. 2, който посочва какви мерки са взети предвид в дадения вариант и какъв е дизайнът на вида и дебелината на използвания изолационен материал, или конструкция на прозорци.
Най-често използваните материали в изследването са топлоизолационният материал, т.е. експандиран полистирол (EPS) и минерална вата (MW).
Нуждата от енергия на жилищна сграда в първоначалното й състояние
Потребността от енергия на жилищната сграда в първоначалното й състояние е изчислена въз основа на симулация от софтуера EnergyPlus. Симулационното моделиране на потреблението на енергия продължи една година. Резултатът показа, че най-много енергия се използва за отопление, това е около 60% от общите енергийни нужди на жилищната сграда.
След това следва нуждата от енергия за приготвяне на топла вода на ниво 20% от общата енергия, след това е осветлението и нуждата от енергия за работата на електрическите уреди. Разпределението на потреблението на енергия в жилищна сграда може да се види на фиг. 2.
Фиг. 2 Разпределение на потреблението на енергия за жилищна сграда в първоначалното й състояние
Енергийна и икономическа оценка на възможностите за обновяване
Енергийната и икономическа ефективност на предложените мерки за обновяване на жилищна сграда беше оценена на базата на енергийните нужди и разходи по време на жизнения цикъл на сградата. Фокусирахме се върху периода от 30 години от изпълнението на ремонта, който е очакваният икономически живот на мерките за подобряване на термичната защита на сградата [4]. Впоследствие се изчислява потреблението на първична енергия за отделни варианти за възстановяване чрез симулации в софтуера EnergyPlus (фиг. 3).
Фиг. 3 Потребление на енергия за отделни варианти за обновяване
Резултатите от симулациите показаха, че чрез правилната комбинация от дебелината на изолацията на отделните конструкции и подмяната на отворните конструкции можем да спестим значително количество енергия. По отношение на нуждата от първична енергия могат да се спестят до 32% от енергията, което означава нуждата от енергия за отопление и топла вода на ниво 52,9 kWh/(m 2 години) (W2BR1BG2).
Изчисляването на разходите за сградата през 30-годишния жизнен цикъл взе предвид инвестиционните разходи за мерки за спестяване на енергия, оперативни разходи за отопление и разходи за ремонт и поддръжка на жилищната сграда. Индивидуалните варианти с разходи са изброени в таб. 3.
Резултатите от изчислението на сградата LCC са показани на ФИГ. 4. Докато първоначалните разходи са най-високи за вариантите с най-високо ниво на изолация, особено при използването на минерална вата (W2BR1BG), в края на жизнения цикъл сградите показват значителни икономии на разходи.
Фиг. 4 Курсът на общите разходи над 30 години за жилищна сграда в първоначалното й състояние и за варианти на обновяване
Най-високите разходи след 30 години са в първоначалното състояние, главно поради високите оперативни разходи и разходи за ремонт. Най-икономически ефективният вариант за възстановяване е W1AR1AG2. Отговаря на изискванията за U-стойности, които са в сила в момента, с изключение на прозорци, които отговарят на най-строгите изисквания в сила след 2021 г.
Заключение
На инвеститора се препоръчва да търси оптималното решение в дългосрочен план при оценка на инвестиционните проекти. Освен важно техническо решение трябва да се вземат предвид и икономическата рентабилност и ефективността на направените инвестиции, които влияят върху дългосрочната стойност на оперативните разходи. Целта на ремонта на жилищна сграда е да се премахнат съществуващите недостатъци, да се намали енергийната интензивност и да се повиши цялостното качество на жилищата.
Въз основа на оценката на потреблението на първична енергия, най-ефективната комбинация се оказа изолацията на периметровата облицовка съгласно най-строгите изисквания след 2021 г., която отговаря на изискванията за термична защита на сгради с почти нулево потребление на енергия. Този вариант на реставрацията представлява изолация на периметровата стена и покрива с минерална вата с дебелина 20 см и подмяната на оригиналните прозорци с високоефективни четири-остъклени прозорци с Uw = 0,6.
Това обаче е стойността на текущото търсене на енергия, без да се вземат предвид факторите на инфлацията, дисконтният фактор и бъдещите увеличения на цената на енергията. Въз основа на по-изчерпателна оценка по отношение на изчисляването на общите разходи за период от 30 години, стигнахме до извода, че най-изгодният вариант на изолация е W1AR1AG2, където периметровата облицовка и покривът отговарят на изискванията за термична защита на сградата понастоящем в сила и прозорците отговарят на изискванията в сила от 2021 г.
Дебелината на топлоизолацията на периметровата облицовка при този вариант е 14 см (EPS), покривната конструкция е 18 см (EPS) и прозорците се заменят с ефективно стъклопакети с Uw = 0,6. Използването на правилно дефинирани енергоспестяващи мерки ще доведе до възможно най-ниското потребление на енергия през целия жизнен цикъл на сградата и до минимизиране на оперативните разходи.
Литература
1. Eichhammer, W. - Fleiter, T. - Schlomann, B. - Faberi, S. - Fioretto, M. - Piccioni, N. - Lechtenböhmer, S. - Schüring, A. - Resch, G.: Проучване върху Потенциали за енергоспестяване в държавите-членки на ЕС, страните кандидатки и страните от ЕИП. Окончателен доклад за Генерална дирекция „Енергетика и транспорт“ на Европейската комисия, 2009 г.
2. Miške, R.: Прилагане на управление на съоръженията в подготвителния етап на инвестиционния процес. Недвижими имоти и жилища.
3 Petráková, Z. et al.: Използване на управление на проекти в строителството и инвестиционното строителство. Братислава: Строителен факултет STU, 2003.
4. Bartošová Kmeťková, J. - Petráš, D.: Оценка на обновяването на съществуващи жилищни сгради по отношение на жизнения цикъл. В: CLIMA 2016: сборник от 12-ия световен конгрес REHVA. Олборг, Дания, 22 - 25 май 2016 г. Олборг: Университет в Олборг, Департамент по строителство, 2016 г., онлайн, 10 s.
5. STN 73 0540-2/Z1 Топлинна защита на сградите. Топлотехнически свойства на строителните конструкции и сгради. Част 2: Функционални изисквания. 2016 г.
6 Директива №. 2010/31/ЕС на Европейския парламент и на Съвета от 19 май 2010 г. относно енергийните характеристики на сградите (преработена). Официален вестник на Европейския съюз.
7. Международна организация по стандартизация (ISO). Управление на околната среда - оценка на жизнения цикъл - принципи и рамка, 2006. ISO 14040.
Писане. Яна Бартошова Кменькова
Авторът работи в катедрата на HVAC SvF STU в Братислава.
Рецензиран от: проф. Ing. Д-р Душан Петрас.
Снимки: автор
Снимка на илюстрацията: Дано Веселски
Статията е публикувана в списание TZB Haustechnik 1/2017.