Îmbunătățirea eficienței energetice a clădirilor este o problemă prioritară în Uniunea Europeană, deoarece sectorul construcțiilor reprezintă până la 40% din consumul total de energie primară. O sarcină cheie în reducerea intensității energetice este renovarea clădirilor rezidențiale existente, care este una dintre cele mai importante soluții în ceea ce privește economiile de energie.
Prezentul studiu se ocupă cu evaluarea unei clădiri de apartamente de referință selectate din punct de vedere al eficienței energetice și economice și a costurilor necesare renovării sale. Măsurile individuale de economisire a energiei propuse sunt evaluate prin metoda de evaluare a costurilor pe parcursul ciclului de viață al clădirii.
Renovarea semnificativă a clădirilor existente face posibilă realizarea unor economii semnificative în consumul total de energie, precum și în emisiile de gaze cu efect de seră. Prin urmare, este una dintre principalele modalități de creștere a durabilității în zonele construite. Deși există o gamă largă de opțiuni de renovare, metodele pentru a ajuta la identificarea celor mai eficiente măsuri economice și energetice pentru proiecte individuale sunt încă în curs de dezvoltare și cercetare.
Deciziile corecte în toate etapele vieții unei clădiri (aprovizionare, exploatare, întreținere, reparații, eliminare) au consecințe economice. Renovarea corespunzătoare va asigura îmbunătățirea nivelului general al locuințelor, menținând în același timp o calitate acceptabilă a mediului interior, cu restricții de funcționare diferite ale clădirilor diferite.
Metoda evaluării ciclului de viață (ACV) a fost utilizată în construcții din 1990 și este un instrument important pentru evaluarea clădirilor. Metodologia LCA se bazează pe standardele internaționale din seria ISO 14040 și constă din patru etape analitice separate: definirea obiectivului și domeniului de aplicare, stocarea, evaluarea impactului și interpretarea rezultatelor [1, 7]. Reprezintă secvența fazelor în desfășurare ale proiectului de la ideea de proiect până la pregătirea până la crearea produsului final (lucrări de construcție), utilizarea acestuia și finalizarea proiectului (lichidare) [2, 6].
Costurile ciclului de viață al construcțiilor (LCC)
Pentru o evaluare cuprinzătoare a economiei unei clădiri de apartamente, este întotdeauna necesar să o evaluați în termeni de costuri totale pe parcursul întregului ciclu de viață. Perioada ciclului de viață al unei clădiri este legată de durata de viață tehnică a materialelor de construcție, deci în majoritatea cazurilor este de așteptat o perioadă de 20 sau 30 de ani.
Managementul valorii unei clădiri de apartamente
Managementul valorii clădirii este unul dintre instrumentele pentru pregătirea și implementarea construcțiilor. Obiectivul său de bază este îmbunătățirea continuă a raportului dintre valoarea clădirii și costurile de funcționare pe tot parcursul ciclului de viață, adică nu numai cu costurile investiției. Gestionarea valorii unei clădiri de apartamente reprezintă astfel un proces complex de optimizare a costurilor, fiabilității și performanței unei clădiri în toate fazele vieții sale [3].
Costurile totale ale ciclului de viață ale unei clădiri de apartamente
Analiza LCC a unei clădiri de apartamente se concentrează pe optimizarea costurilor pe durata vieții sale, care este limitată nu numai de viața sa tehnică, ci și economică.
Costurile asociate ciclului de viață al unei clădiri sunt împărțite în trei grupe principale, și anume costurile legate de parametrii tehnici ai clădirii (cheltuieli bruște de fonduri), costurile asociate funcționării clădirii și costurile administrative (gestionarea clădirii ...).
Calculul costurilor ciclului de viață al unei clădiri de apartamente este suma costurilor legate de achiziționarea clădirii, costurile de investiții pentru reînnoirea CO, costurile pentru întreținere și reparații MaR, costurile pentru exploatarea clădirii O și costurile pentru lichidarea clădirii CL în toate fazele ciclului de viață [3]:
La calcularea elementelor de cost individuale, este necesar să se definească valoarea tuturor costurilor viitoare în raport cu valoarea lor actuală la stabilirea ratei de actualizare corespunzătoare.
Calculul costurilor unei clădiri de apartamente în ciclul de viață
Scopul studiului este de a determina impactul măsurilor propuse (în structurile clădirii) asupra costurilor ciclului de viață al clădirii și de a verifica dacă măsurile propuse sunt o îmbunătățire rentabilă a eficienței energetice a clădirii. Clădirea de apartamente evaluată se află în Bratislava și este construită în sistemul de clădiri P 1.14 BA. Planul de etaj al unui etaj tipic al unei clădiri de apartamente (etajele 2 - 13) este prezentat în Fig. 1.
| FIG. 1 Planul unui etaj tipic |
Variante propuse de reînnoire
Măsurile propuse pentru renovarea unei clădiri de apartamente în scopul creșterii eficienței energetice se bazează pe standardul valabil în prezent STN 730540-2/Z1 [5], care determină coeficienții de transfer de căldură (valoarea U) pentru structurile individuale. Pe baza acestor cerințe, a fost calculată grosimea izolației termice, care îndeplinește nivelul valorilor U în două perioade, din 2016 și 2021.
Variantele comparate diferă deci unele de altele în ceea ce privește nivelul de protecție termică a structurilor de construcție. Combinațiile propuse de măsuri individuale sunt listate în Tab. 2, care specifică ce măsuri au fost luate în considerare în varianta dată și care este proiectarea tipului și grosimii materialului de izolare utilizat sau construcția ferestrelor.
Cele mai utilizate materiale în studiu sunt materialele termoizolante, adică polistirenul expandat (EPS) și vata minerală (MW).
Cererea de energie a unui bloc de apartamente în starea sa inițială
Cererea de energie a clădirii de apartamente în starea inițială a fost calculată pe baza unei simulări din software-ul EnergyPlus. Simularea care modelează cererea de energie a durat un an. Rezultatul a arătat că cea mai mare energie este utilizată pentru încălzire, este de aproximativ 60% din necesarul total de energie al clădirii de apartamente.
Urmează apoi nevoia de energie pentru prepararea apei calde la nivelul de 20% din energia totală, apoi este iluminatul și nevoia de energie pentru funcționarea aparatelor electrice. Distribuția cererii de energie într-o clădire de apartamente poate fi văzută în fig. 2.
FIG. 2 Distribuirea cererii de energie pentru o clădire de apartamente în starea inițială
Evaluarea energetică și economică a opțiunilor de reînnoire
Eficiența energetică și economică a măsurilor propuse de renovare a clădirilor de apartamente a fost evaluată pe baza necesităților și costurilor energetice pe parcursul ciclului de viață al clădirii. Ne-am concentrat pe perioada de 30 de ani de la implementarea renovării, care este durata de viață economică preconizată a măsurilor de îmbunătățire a protecției termice a clădirii [4]. Calculul cererii de energie primară a fost efectuat ulterior pentru variantele individuale de recuperare prin simulări în software-ul EnergyPlus (Fig. 3).
FIG. 3 Cererea de energie pentru variante individuale de reînnoire
Rezultatele simulărilor au arătat că, prin combinația corectă a grosimii izolației structurilor individuale și înlocuirea structurilor orificiului, putem economisi o cantitate considerabilă de energie. În ceea ce privește cererea de energie primară, se poate economisi până la 32% din energie, ceea ce înseamnă o cerere de energie pentru încălzire și apă caldă la nivelul de 52,9 kWh/(m 2 ani) (W2BR1BG2).
Calculul costului clădirii pe parcursul ciclului de viață de 30 de ani a luat în considerare costurile de investiții pentru măsurile de economisire a energiei, costurile de funcționare pentru încălzire și costurile pentru reparațiile și întreținerea clădirii de apartamente. Variantele individuale cu costuri sunt listate în fila. 3.
Rezultatele calculului clădirii LCC sunt prezentate în FIG. 4. În timp ce costurile inițiale sunt mai mari pentru variantele cu cel mai ridicat nivel de izolație, în special cu utilizarea vatei minerale (W2BR1BG), la sfârșitul ciclului de viață, clădirile prezintă economii semnificative de costuri.
FIG. 4 Cursul costurilor totale de peste 30 de ani pentru o clădire de apartamente în starea inițială și pentru variantele de renovare
Cele mai mari costuri după 30 de ani se află în starea inițială, în principal datorită costurilor mari de funcționare și a costurilor de reparații. Cea mai eficientă opțiune de recuperare economică este W1AR1AG2. Îndeplinește cerințele pentru valorile U care sunt în vigoare în prezent, cu excepția ferestrelor care îndeplinesc cele mai stricte cerințe în vigoare după 2021.
Concluzie
Investitorului i se recomandă să caute soluția optimă pe termen lung atunci când evaluează proiectele de investiții. Pe lângă o soluție tehnică importantă, trebuie luate în considerare și rentabilitatea economică și eficiența investițiilor efectuate, care afectează valoarea pe termen lung a costurilor de exploatare. Scopul renovării unei clădiri de apartamente este de a elimina deficiențele existente, de a reduce intensitatea energetică și de a crește calitatea generală a locuințelor.
Pe baza evaluării cererii de energie primară, cea mai eficientă combinație s-a dovedit a fi izolarea placării perimetrale în conformitate cu cele mai stricte cerințe după 2021, care îndeplinește cerințele pentru protecția termică a clădirilor cu cerere de energie aproape nulă. Această variantă a restaurării reprezintă izolarea peretelui perimetral și a acoperișului cu vată minerală cu grosimea de 20 cm și înlocuirea ferestrelor originale cu ferestre cu patru geamuri extrem de eficiente cu Uw = 0,6.
Cu toate acestea, aceasta este valoarea cererii actuale de energie, fără a lua în considerare factorii de inflație, factorul de reducere și creșterea viitoare a prețului la energie. Pe baza unei evaluări mai cuprinzătoare în ceea ce privește calcularea costului total pentru o perioadă de 30 de ani, am ajuns la concluzia că cea mai avantajoasă variantă de izolație este W1AR1AG2, unde placarea perimetrală și acoperișul îndeplinesc cerințele pentru protecția termică a clădirii în vigoare în prezent și ferestrele îndeplinesc cerințele în vigoare din 2021.
Grosimea izolației termice a placării perimetrice în această variantă este de 14 cm (EPS), structura acoperișului este de 18 cm (EPS), iar ferestrele sunt înlocuite cu ferestre cu patru geamuri cu Uw = 0,6. Utilizarea unor măsuri de economisire a energiei definite în mod corespunzător va duce la consumul cel mai scăzut de energie posibil pe parcursul întregului ciclu de viață al clădirii și la minimizarea costurilor de exploatare.
Literatură
1. Eichhammer, W. - Fleiter, T. - Schlomann, B. - Faberi, S. - Fioretto, M. - Piccioni, N. - Lechtenböhmer, S. - Schüring, A. - Resch, G.: Study on the Potențial de economisire a energiei în statele membre ale UE, țările candidate și țările SEE. Raport final pentru Direcția Generală Energie și Transporturi a Comisiei Europene, 2009.
2. Miške, R.: Implementarea managementului facilității în etapa pregătitoare a procesului de investiții. Imobiliare și locuințe.
3 Petráková, Z. și colab.: Utilizarea managementului de proiect în construcții și investiții. Bratislava: Facultatea de Inginerie Civilă STU, 2003.
4. Bartošová Kmeťková, J. - Petráš, D.: O evaluare a renovării clădirilor rezidențiale existente în ceea ce privește ciclul de viață. În: CLIMA 2016: lucrările celui de-al 12-lea Congres Mondial REHVA. Aalborg, Danemarca, 22 - 25 mai 2016. Aalborg: Universitatea Aalborg, Departamentul de Inginerie Civilă, 2016, online, 10 s.
5. STN 73 0540-2/Z1 Protecție termică a clădirilor. Proprietățile tehnice termice ale structurilor și clădirilor clădirilor. Partea 2: Cerințe funcționale. 2016.
6 Directiva nr. 2010/31/UE a Parlamentului European și a Consiliului din 19 mai 2010 privind performanța energetică a clădirilor (reformare). Jurnalul Oficial al Uniunii Europene.
7. Organizația internațională de standardizare (ISO). Managementul mediului - evaluarea ciclului de viață - principii și cadru, 2006. ISO 14040.
Scriind. Jana Bartošová Kmeťková
Autorul lucrează la Departamentul HVAC SvF STU din Bratislava.
Recenzat de: prof. Ing. Dr. Dusan Petras.
Poze: autor
Fotografia ilustrativă: Dano Veselský
Articolul a fost publicat în revista TZB Haustechnik 1/2017.