Modelowanie energetyczne. Jak osiągnąć neutralność klimatyczną budynków?

Wiele wskazuje na to, że w niedalekiej przyszłości tradycyjne kalkulacje i świadectwa charakterystyki energetycznej mogą zostać zastąpione przez modelowanie energetyczne, czyli precyzyjną symulację cechującą się dużo większą precyzją pomiaru i efektywnością pod względem realności oczekiwanych efektów, tak jak to ma miejsce w krajach zachodnich.

Spis treści

1. Kalkulacje i świadectwa energetyczne
2. Dekarbonizacja czyli zmniejszenie śladu węglowego
3. Model energetyczny
4. Certyfikacje LEED i BREEAM

Kalkulacje i świadectwa energetyczne

Proces obliczania rzeczywistego zużycia energii w budynkach jest bardzo złożony, ponieważ ma na niego wpływ wiele zmiennych czynników - temperatura zewnętrzna i wewnętrzna, sposób użytkowania samego budynku jak i urządzeń w nim się znajdujących. Dokonywanie obliczeń wykorzystujących tradycyjne arkusze kalkulacyjne lub metodologię świadectw charakterystyki energetycznej są wprawdzie rozwiązaniami najszybszymi, ale jednocześnie - mało precyzyjnymi, ponieważ zużycie obliczone w ten sposób może bardzo różnić się od realnego, gdyż wspomniane metodologie nie biorą pod uwagę całkowitej energii zużywanej w budynku. 

Kolejną wadą tych rozwiązań jest fakt, że nie pozwalają one z dostateczną dokładnością obliczyć tego, jaką ilość energii będziemy mogli zaoszczędzić poprzez np. wdrożenie inwestycji poprawiających efektywność energetyczną, a przecież inwestując znaczne kwoty w procesy modernizacyjne, warto jest wiedzieć, jaki wpływ będą one miały na realne oszczędności.

Modelowanie jest rozwiązaniem, które pomaga w podejmowaniu kluczowych decyzji odnośnie inwestycji. Każdy, kto chce z góry wiedzieć jak planowane rozwiązania wpłyną na koszty funkcjonowania budynku, poziom emisji i poziom certyfikacji ekologicznych oraz efekty w postaci polityki ESG, powinien przemyśleć zastosowanie modelowania. Bez niego planowanie jest znacznie bardziej hipotetyczne i poniesione nakłady wcale nie muszą przynieść zakładanych efektów.

• Przeczytaj także: Certyfikat LEED - cel, wymagania, punktacja w certyfikacji budynków

Dekarbonizacja czyli zmniejszenie śladu węglowego

Jednym z kluczowych kroków na drodze do neutralności klimatycznej budynku jest jego dekarbonizacja. Emisyjne źródła energii można zastąpić źródłami, które mogą być w całości zdekarbonizowane. Takim źródłem jest prąd, który obecnie wpływa na środowisko bardziej niekorzystnie niż gaz, ale wyprodukowany lokalnie poprzez instalację fotowoltaiczną może być uznany za zieloną energię. Przewiduje się, że w przyszłości, gdy Polska przestanie wykorzystywać węgiel, źródło to będzie znacznie bardziej zielone niż gaz.

• Zobacz również: Warszawska siedziba Arup projektowana z uwzględnieniem redukcji śladu węglowego

Model energetyczny

Zasadniczą zaletą modelowania energetycznego jest jego precyzja. Sam model, rozumiany jako narzędzie, nie powoduje oszczędności ani usprawnień w budynku. Proces modelowania energetycznego rozpoczyna się od cyfrowego odwzorowania rzeczywistego budynku w 3D. Następnie uwzględnia się materiały z jakich został wykonany, konstrukcję ścian oraz przegród. Kolejnym krokiem jest wprowadzenie do modelu wszelkich systemów energochłonnych znajdujących się w budynku – systemów klimatyzacyjnych, wentylacyjnych, grzewczych, oświetleniowych wraz z określeniem harmonogramu ich pracy godzina po godzinie. Przykładem może tu być obiekt halowy, w którym praca odbywa się w systemie dwuzmianowym, więc większość urządzeń pracuje 16 godzin na dobę, a w danym czasie mogą one pracować ze zmienną wydajnością, co również jest uwzględniane. 

Ostatnim etapem modelowania jest uwzględnienie pliku pogodowego, zawierającego dane meteorologiczne (temperaturę powietrza, prędkość wiatru, nasłonecznienie) z dokładnością co do godziny. Na ich podstawie analizowana jest odpowiedź systemów na warunki zewnętrzne, niezbędna do tego, aby utrzymać określone warunki we wnętrzu budynku np. odpowiednią temperaturę. W ten sposób powstaje kompletna symulacja, dzięki której można precyzyjnie odwzorować realne zużycie energii w obiekcie i tak zaprogramować systemy, aby jak najbardziej efektywnie spełniały swoje funkcje, a przez to umożliwić prognozowanie przyszłych kosztów mediów w budynku. W przypadku budynków już istniejących, ostatnim etapem jest kalibracja modelu. Proces ten polega dostosowaniu jego parametrów i odwzorowaniu zachodzących w budynku zjawisk w taki sposób, aby wynik symulacji był zbieżny z rzeczywistymi historycznymi zużyciami. W celu założenia poprawnych parametrów w modelu warto jest wykonać pomiary parametrów fizycznych systemów HVAC w istniejącym obiekcie.

Certyfikacje LEED i BREEAM

Obecnie w ramach polskiego prawa nie ma obowiązku stosowania modelu energetycznego, aczkolwiek często stosowany jest pomocniczo lub w celu uzyskania różnych certyfikacji np. BREEAM czy LEED. W wypadku tego pierwszego, wykorzystanie modelu może się przyczynić do uzyskania większej ilości punktów certyfikacji, w przypadku LEED – wykonanie modelu jest konieczne, aby w ogóle móc się starać o certyfikację na dobrym poziomie. Dla dużych biur projektowych z krajów zachodnich wykorzystanie modelu energetycznego już we wstępnych fazach projektu jest standardem. Projektant, decydując się na implementację danego systemu, natychmiast otrzymuje informację zwrotną o ilości zużycia energii, dzięki czemu cały proces decyzyjny jest bardziej świadomy, ponieważ bazuje na precyzyjnym wyniku pomiaru dokonanego w formie cyfrowej symulacji.