Підвищення енергоефективності будівель є пріоритетним питанням у Європейському Союзі, оскільки на будівельний сектор припадає до 40% загального споживання первинної енергії. Ключовим завданням зменшення енергоємності є оновлення існуючих житлових будинків, що є одним з найважливіших рішень з точки зору економії енергії.
Дане дослідження стосується оцінки вибраного еталонного багатоквартирного будинку з точки зору енергетичної та економічної ефективності та витрат, необхідних для його реконструкції. Окремі запропоновані заходи енергозбереження оцінюються методом оцінки витрат протягом життєвого циклу будівлі.
Значне оновлення існуючих будівель дозволяє досягти значної економії загального споживання енергії, а також викидів парникових газів. Таким чином, це один з основних способів підвищення стійкості в забудованих районах. Хоча існує широкий спектр варіантів реконструкції, методи, що допомагають визначити найбільш економічно та енергоефективні заходи для окремих проектів, все ще розробляються та досліджуються.
Правильні рішення на всіх етапах життя будівлі (закупівля, експлуатація, обслуговування, ремонт, утилізація) мають економічні наслідки. Правильний ремонт забезпечить поліпшення загального рівня житла при збереженні прийнятної якості внутрішнього середовища з різними експлуатаційними обмеженнями різних будівель.
Метод оцінки життєвого циклу (LCA) застосовується в будівництві з 1990 року і є важливим інструментом оцінки будівель. Методологія ДМС базується на міжнародних стандартах серії ISO 14040 і складається з чотирьох окремих аналітичних етапів: визначення мети та обсягу, накопичення запасів, оцінка впливу та інтерпретація результатів [1, 7]. Він представляє послідовність поточних фаз проекту від проектної ідеї через підготовку до створення кінцевого продукту (будівельні роботи), його використання та завершення проекту (ліквідація) [2, 6].
Витрати життєвого циклу будівництва (LCC)
Для комплексної оцінки економічності багатоквартирного будинку завжди необхідно оцінювати її з точки зору загальних витрат протягом усього життєвого циклу. Період життєвого циклу будівлі прив'язаний до технічного терміну служби будівельних матеріалів, тому в більшості випадків очікується період 20 або 30 років.
Управління вартістю багатоквартирного будинку
Управління цінністю будівель є одним із інструментів підготовки та реалізації конструкцій. Його основною метою є постійне поліпшення відношення вартості будівлі до витрат на її експлуатацію протягом усього життєвого циклу, тобто не лише до інвестиційних витрат. Таким чином, управління вартістю багатоквартирного будинку являє собою складний процес оптимізації витрат, надійності та експлуатаційних якостей будинку на всіх етапах його життєдіяльності [3].
Загальні витрати життєвого циклу багатоквартирного будинку
LCC-аналіз багатоквартирного будинку фокусується на оптимізації витрат протягом його життя, яка обмежена не тільки його технічним, але й економічним життям.
Витрати, пов'язані з життєвим циклом будівлі, поділяються на три основні групи, а саме витрати, пов'язані з технічними параметрами будівлі (раптові витрати коштів), витрати, пов'язані з експлуатацією будівлі та адміністративні витрати (управління будівлею ...).
Розрахунок витрат життєвого циклу багатоквартирного будинку - це сума витрат, пов’язаних із придбанням будівлі, інвестиційними витратами на її оновлення СО, витратами на технічне обслуговування та ремонт MaR, витратами на експлуатацію будинку O та витратами на ліквідацію будинку ХЛ у всіх фазах життєвого циклу [3]:
При розрахунку окремих статей витрат при встановленні відповідної норми дисконтування необхідно визначити величину всіх майбутніх витрат щодо їх поточної вартості.
Розрахунок витрат багатоквартирного будинку за життєвий цикл
Метою дослідження є визначення впливу запропонованих заходів (у будівельних конструкціях) на витрати життєвого циклу будівлі та перевірка того, чи є запропоновані заходи економічно ефективним покращенням енергоефективності будівлі. Оцінений панельний багатоквартирний будинок розташований у Братиславі та побудований у системі будівель P 1.14 BA. План поверху типового поверху багатоквартирного будинку (2 - 13 поверх) показаний на рис. 1.
| Фіг. 1 План типового поверху |
Запропоновані варіанти оновлення
Заходи, запропоновані для ремонту багатоквартирного будинку з метою підвищення енергоефективності, базуються на чинному на даний час стандарті STN 730540-2/Z1 [5], який визначає коефіцієнти тепловіддачі (величина U) для окремих конструкцій. На основі цих вимог була розрахована товщина теплоізоляції, яка відповідає рівню значень U за два періоди, з 2016 та 2021 рр.
Тому порівняні варіанти відрізняються один від одного рівнем теплового захисту будівельних конструкцій. Запропоновані комбінації окремих заходів перелічені в табл. 2, де вказано, які заходи були враховані в даному варіанті та яка конструкція типу та товщини використовуваного ізоляційного матеріалу, або віконна конструкція.
Найчастіше використовувані матеріали для дослідження - теплоізоляційний матеріал, тобто пінополістирол (EPS) та мінеральна вата (МВт).
Потреба в енергії багатоквартирного будинку в первісному стані
Потреба в енергії багатоквартирного будинку в початковому стані була розрахована на основі моделювання за допомогою програмного забезпечення EnergyPlus. Імітаційне моделювання енергетичних потреб тривало один рік. Результат показав, що найбільше енергії використовується для опалення, це близько 60% від загальної потреби в енергії багатоквартирного будинку.
Далі випливає потреба в енергії для приготування гарячої води на рівні 20% від загальної енергії, далі це освітлення та потреба в енергії для роботи електричних приладів. Розподіл потреби в енергії в багатоквартирному будинку можна побачити на рис. 2.
Фіг. 2 Розподіл попиту на енергію для багатоквартирного будинку у початковому стані
Енергетична та економічна оцінка варіантів оновлення
Енергетичну та економічну ефективність пропонованих заходів з реконструкції багатоквартирного будинку оцінювали на основі енергетичних потреб та витрат протягом життєвого циклу будівлі. Ми зосередили увагу на періоді 30 років з моменту здійснення реконструкції, тобто очікуваного економічного життя заходів щодо поліпшення теплозахисту будівлі [4]. Потім розрахунок потреби в первинній енергії проводили для окремих варіантів відновлення шляхом моделювання в програмному забезпеченні EnergyPlus (рис. 3).
Фіг. 3 Потреба в енергії для окремих варіантів оновлення
Результати моделювання показали, що завдяки правильному поєднанню товщини ізоляції окремих конструкцій та заміни отвірних конструкцій ми можемо заощадити значну кількість енергії. З точки зору потреби в первинній енергії можна заощадити до 32% енергії, що означає потребу в енергії для опалення та гарячої води на рівні 52,9 кВт-год/(м 2 роки) (W2BR1BG2).
Розрахунок вартості будівлі протягом 30-річного життєвого циклу враховував інвестиційні витрати на енергозберігаючі заходи, експлуатаційні витрати на опалення та витрати на ремонт та обслуговування багатоквартирного будинку. Індивідуальні варіанти з витратами перераховані в табл. 3.
Результати розрахунку будівлі LCC показані на фіг. 4. Хоча початкові витрати є найвищими для варіантів з найвищим рівнем ізоляції, особливо з використанням мінеральної вати (W2BR1BG), наприкінці життєвого циклу будівлі демонструють значну економію коштів.
Фіг. 4 Курс загальних витрат протягом 30 років на багатоквартирний будинок у первісному стані та на варіанти реконструкції
Найвищі витрати через 30 років є у вихідному стані, головним чином через високі експлуатаційні витрати та витрати на ремонт. Економічно найефективнішим варіантом відновлення є W1AR1AG2. Відповідає вимогам до значень U, що діють на даний момент, за винятком вікон, які відповідають найсуворішим вимогам, чинним після 2021 року.
Висновок
Інвестору рекомендується шукати оптимальне рішення в довгостроковій перспективі при оцінці інвестиційних проектів. Окрім важливого технічного рішення, також слід враховувати економічну прибутковість та ефективність вкладених інвестицій, які впливають на довгострокову вартість операційних витрат. Метою ремонту багатоквартирного будинку є усунення існуючих недоліків, зниження енергоємності та підвищення загальної якості житла.
На основі оцінки потреби в первинній енергії найбільш ефективною комбінацією виявилася ізоляція периметру облицювання згідно з найсуворішими вимогами після 2021 року, що відповідає вимогам щодо теплового захисту будівель з майже нульовим енергоспоживанням. Цей варіант реставрації являє собою утеплення периметральної стіни та покрівлі мінеральною ватою товщиною 20 см та заміну оригінальних вікон на високоефективні чотирискляні вікна з Uw = 0,6.
Однак це величина поточного попиту на енергію, без урахування факторів інфляції, коефіцієнта дисконтування та майбутнього зростання ціни на енергію. На основі більш комплексної оцінки з точки зору розрахунку загальної вартості за період 30 років, ми дійшли висновку, що найбільш вигідним варіантом утеплення є W1AR1AG2, де периметрова обшивка та покрівля відповідають вимогам щодо теплового захисту будівлі на сьогоднішній день, а Windows відповідає вимогам, чинним з 2021 року.
Товщина теплоізоляції периметральної облицювання в цьому варіанті становить 14 см (EPS), конструкція даху - 18 см (EPS), а вікна замінені на фактично чотирисклові вікна з Uw = 0,6. Використання правильно визначених енергозберігаючих заходів призведе до мінімального використання енергії протягом усього життєвого циклу будівлі та до мінімізації експлуатаційних витрат.
Література
1. Айххаммер, В. - Флейтер, Т. - Шломан, Б. - Фабері, С. - Фіоретто, М. - Піччоні, Н. - Лехтенбьомер, С. - Шюрінг, А. - Реш, Г.: Дослідження на Потенціал енергозбереження в країнах-членах ЄС, країнах-кандидатах та країнах ЄЕЗ. Заключний звіт Генерального директорату Європейської Комісії з енергетики та транспорту, 2009 рік.
2. Мішке, Р.: Впровадження управління об'єктами на підготовчому етапі інвестиційного процесу. Нерухомість та житло.
3 Петракова, З. та ін.: Використання управління проектами в будівництві та інвестиційному будівництві. Братислава: Будівельний факультет СТУ, 2003.
4. Бартошова Кменькова, Дж. - Петраш, Д.: Оцінка реконструкції існуючих житлових будинків щодо життєвого циклу. В: CLIMA 2016: матеріали 12-го Всесвітнього конгресу REHVA. Ольборг, Данія, 22-25 травня 2016 р. Ольборг: Ольборзький університет, Департамент будівництва, 2016 р., Інтернет, 10 с.
5. STN 73 0540-2/Z1 Тепловий захист будівель. Теплотехнічні властивості будівельних конструкцій та будівель. Частина 2: Функціональні вимоги. 2016 рік.
6 Директива No 2010/31/ЄС Європейського Парламенту та Ради від 19 травня 2010 року щодо енергетичних показників будівель (перероблено). Офіційний вісник Європейського Союзу.
7. Міжнародна організація зі стандартизації (ISO). Екологічний менеджмент - оцінка життєвого циклу - принципи та рамки, 2006. ISO 14040.
Текст: Ing. Яна Бартошова Кменькова
Автор працює в кафедрі HVAC SvF STU в Братиславі.
Рецензент: проф. Інж. Душан Петрас, доктор філософії.
Фотографії: авт
Фото ілюстрації: Дано Весельський
Стаття опублікована в журналі TZB Haustechnik 1/2017.