Wiesław Jędrzejczyk

Tomasz Kułakowski

Kompleksowa modernizacja wielorodzinnego budynku mieszkalnego

Wstęp

Przedmiotem artykułu jest opis działań podjętych w latach 2001-2017 w celu wykonania kompleksowej modernizacji budynku należącego do wspólnoty mieszkaniowej Bernardyńska 20, polegającej na termomodernizacji, wymianie energochłonnych odbiorników energii elektrycznej i wykonaniu instalacji OZE. Proces obejmował audyt energetyczny budynku, kompleksową termomodernizację (wraz z niezbędnymi opracowaniami projektowymi), wymianę energochłonnych odbiorów energii elektrycznej (oświetlenie, windy, pompy w węźle ciepłowniczym) oraz inwestycję w hybrydową instalację odnawialnych źródła energii poprzedzoną kompleksową analizą dostępnych technologii oraz wskazaniem optymalnego wariantu inwestycji. Z uwagi na duże skomplikowanie
i wielobranżowość działań, autorzy postanowili wskazać kluczowe elementy poszczególnych przedsięwzięć.

Wspólnota Mieszkaniowa Bernardyńska 20

Budynek Wspólnoty Mieszkaniowej Bernardyńska 20 został wybudowany w latach 70-tych ubiegłego wieku (inwestycja zakończona w 1977 r.) w technologii monolitycznej (system STOLICA). Obiekt posiada 15 kondygnacji, w tym jedną kondygnację podziemną, 13 kondygnacji nadziemnych oraz poddasze użytkowe. Ściany zewnętrzne wykonane zostały z żelbetu o grubości 15 cm i gazobetonu o grubości 24 cm. Pierwotnie były one częściowo obłożone płytami eternitowymi.

Instalacja CO i CWU od początku istnienia budynku zasilana jest z węzła cieplnego podłączonego do wysokoparametrowej sieci miejskiej.

Kompleksowa termomodernizacja

Pierwszym działaniem, rozpoczynającym wieloletnią współpracę między Wspólnotą Mieszkaniową Bernardyńska 20, a Narodową Agencją Poszanowania Energii S.A było wykonanie audytu energetycznego budynku, jako podstawy do wniosku o przyznanie premii termomodernizacyjnej. Warto dodać, że Bernardyńska 20, była jedną z pierwszych wspólnot mieszkaniowych, które ubiegały się o dofinansowanie na terenie Warszawy.

Przed przystąpieniem do działań modernizacyjnych mieszkańcy borykali się z charakterystycznymi dla tego typu obiektów problemami znacznie obniżającymi komfort cieplny:

• nieszczelną stolarką okienną (okna drewniane) prowadzącą do przemarzania ścian w obrysie okien i drzwi balkonowych,
• niską temperaturą powierzchni ścian i połączeń z podłogą, a co za tym idzie niższą temperaturą odczuwalną w pomieszczeniach,
• brakiem regulacji miejscowej instalacji CO,

Wszystkie wyżej opisane problemy zostały wychwycone na etapie opracowywania audytu energetycznego, a propozycje działań modernizacyjnych dobrano w taki sposób, aby poprawić komfort użytkowania obiektu, zmniejszyć koszty eksploatacyjne oraz przeprowadzić inwestycję związaną z termomodernizacją w sposób efektywny ekonomicznie. Dodatkowym walorem poprawiającym opłacalność działań, był fakt iż wspólnocie udało się pozyskać środki z Gminnego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej na eliminowanie szkodliwego oddziaływania eternitu na zdrowie mieszkańców.

Dzięki kompleksowym pracom obejmującym modernizację instalacji CO, wymianę okien na klatce schodowej oraz dociepleniom (ściany zewnętrzne, stropodach, strop nad piwnicą) udało się osiągnąć oszczędności oszacowane w audycie, a co za tym idzie inwestycja „spłacała się sama” (w myśl założeń premii termomodernizacyjnej). Jest to o tyle istotny aspekt, iż wielu zarządców decyduje się na przystąpienie do inwestycji etapami licząc na to, że oszczędności pozwolą na finansowanie kolejnych działań zaczynając np. od docieplenia ścian. Jest to zupełnie nieuzasadnione technicznie oraz ekonomicznie, gdyż jakiekolwiek działania zmniejszające straty ciepła przez obudowę budynku, nie wsparte modernizacją instalacji, zwykle prowadzą do zwiększenia zużycia energii cieplnej, czyli zwiększenia kosztów eksploatacyjnych. Dzieje się tak dlatego, że instalacja wyregulowana na pierwotne zapotrzebowanie cieplne budynku, po dociepleniu zaczyna obiekt „przegrzewać”, wówczas użytkownicy regulują temperaturę otwierając okna, co zwiększa zużycie energii, a w konsekwencji rachunki. Prowadzenie inwestycji w odwrotnej kolejności, gdzie pierwszym etapem będzie modernizacja instalacji, a następnie prace dociepleniowe, musi wygenerować dodatkowe koszty związane z kolejną regulacją instalacji mającą na celu dostosowanie parametrów budynku do potrzeb grzewczych po dociepleniu. Dopiero kompleksowe działanie termomodernizacyjne pozwala na stworzenie komfortowych warunków użytkowych od razu po zakończeniu inwestycji w sposób uzasadniony ekonomicznie. Poniżej zaprezentowano podstawowe dane dotyczące efektu energetycznego i ekonomicznego kompleksowej termomodernizacji budynku należącego do wspólnoty mieszkaniowej Bernardyńska 20.

Tabela 1. Podsumowanie efektu ekonomicznego i energetycznego kompleksowej termomodernizacji

Zdjęcie 1. Widok budynku Bernardyńska 20 przed i po termomodernizacji

Wymiana energochłonnych odbiorników energii elektrycznej w części wspólnej budynku.

Konsekwentną wymianę odbiorników charakteryzujących się zawyżonym, w stosunku do nowoczesnych standardów, zużyciem energii elektrycznej zarządca Wspólnoty rozpoczął od modernizacji oświetlenia w częściach wspólnych.

Jak w większości obiektów z lat 70-tych oświetlenie na klatkach schodowych zapewnione było przez źródła żarowe o mocach od 40 do 60 W. Co więcej włączniki pracowały w taki sposób, że wciśnięcie włącznika na danym poziomie powodowało włączenie światła na czterech kondygnacjach. Co więcej mieszkańcy celowo blokowali włączniki w taki sposób, aby oświetlenie pracowało w trybie ciągły.

W ramach modernizacji zaproponowano oprawy świetlówkowe sterowane czujnikami ruchu, podczerwieni oraz natężenia światła dziennego. Dodatkowo zredukowano moc zainstalowaną poprzez likwidację jednostek, które oświetlały miejsca użytkowane sporadycznie. Całe przedsięwzięcie usprawniło sterowanie instalacją co pozwoliło na osiągnięcie oszczędności wynikających nie tylko ze zmniejszenia mocy zainstalowanej ale również podwyższenie klasy sterowania (zgodnie z klasyfikacją normy PN-EN 15 232 w sytuacji pierwotnej funkcjonowało sterowanie oświetleniem klasy D – nie efektywne, a po modernizacji można je przypisać od klasy A - najwyższej).

Inwestycja poprzedzona była analizą ekonomiczną według której nakłady powinny zwrócić się po ok. 5 latach, co znalazło odzwierciedlenie w rzeczywistości. Oszczędności niemal dokładnie pokryły się z szacunkami, co więcej dzięki zastosowaniu komponentów wysokiej jakości instalacja nie generowała niemal żadnych kosztów eksploatacyjnych (po 10 latach funkcjonowania większość źródeł zainstalowanych w oprawach nie wymagało wymiany).

Tabela 2. Obliczenia efektu ekonomicznego obejmującego modernizację oświetlenia

Kolejnym etapem procesu modernizacji była wymiana wind. Pierwotnie silniki dźwigowe zlokalizowane były w maszynowni na najwyższej kondygnacji. W ramach modernizacji zarządca wspólnoty zdecydował się na zastosowanie dźwigu bez maszynowni z napędem energooszczędnym. Nowe jednostki oprócz poprawy wyniku energetycznego wspólnoty przyniosły dodatkowe korzyści wynikające z poprawy komfortu użytkowania dźwigów, jak również wniosły znaczący walor estetyczny.

Logiczną kontynuacją przyjętej przez zarząd wspólnoty polityki mającej na celu obniżenie kosztów eksploatacyjnych związanych ze zużyciem energii elektrycznej we wspólnocie była wymiana pomp obiegowych w instalacji węzła cieplnego. Poprzednia modernizacja węzła odbyła się w roku 1993. Od tego czasu wszystkie podzespoły pracowały bez większych modernizacji i napraw a co za tym idzie z pogarszającą się sprawnością. Dużą zaletą przeprowadzonych działań był fakt, iż modernizacja węzła odbyła się na koszt dostawcy energii cieplnej, a efekt ekonomiczny był możliwy do zauważenia już na pierwszych fakturach.

Zastosowanie OZE

            W sytuacji gdy większość obszarów znaczącego zużycia energii została objęta modernizacją, jedyną drogą poprawy wyniku energetycznego wspólnoty było zastosowanie własnych źródeł energii. W przypadku wspólnot i spółdzielni mieszkaniowych stosowanie OZE bez wsparcia (dofinansowania, dotacji, itp.) jest zwykle nieopłacalne. Inicjatywa związana z budową elektrowni fotowoltaicznej dla wspólnoty Bernardyńska 20 nabrała tempa wraz z pojawieniem się możliwości uzyskania dotacji z m.st. Warszawy na budowę instalacji OZE.

W ramach przygotowań do analizy, zespół elektryków przeprowadził na terenie wspólnoty pomiary mające na celu wyznaczenie dobowego profilu poborów mocy elektrycznej z sieci dystrybucyjnej (por. wyk. 1).

Wykres 1. Dobowy profil poborów mocy przed przystąpieniem do inwestycji

Analizę rozpoczęto w okresie wdrażania ustawy o odnawialnych źródłach energii co wiązało się z wieloma niejasnościami dotyczącymi sytuacji prawnej. Nie było oczywiste w jaki sposób wspólnota będzie mogła się rozliczać z wyprodukowanej energii i czy będzie mogła korzystać z bilansowania długookresowego (tzw. net-meteringu). W związku z tym zaproponowano instalację pracującą w trybie semi off-grid z magazynami energii w postaci akumulatorów. Rozwiązanie polega na tym, że budynek jest zaopatrywany w energię jednocześnie z dwóch źródeł – sieci elektroenergetycznej oraz instalacji OZE. Gdy produkcja energii przekracza zapotrzebowanie, energia magazynowana jest w akumulatorach, a następnie wykorzystywana w okresie, gdy produkcja energii jest niewielka. Jest to sytuacja najprostsza z punktu widzenia rozliczeń z dystrybutorem energii, gdyż zmniejsza ona jedynie ilość energii kupowanej, a nie powoduje oddawania nadwyżek do sieci energetycznej. Przeprowadzona dla tego wariantu analiza ekonomiczna wykazała, że jest to wariant nieopłacalny gdyż okres zwrotu znacząco przewyższał żywotność instalacji jednocześnie generując wysokie koszty eksploatacyjne związane z cykliczną wymianą akumulatorów.

Drugim z rozpatrywanych wariantów była instalacja pracująca w trybie on-grid. Wariant ten okazał się opłacalny, tym bardziej gdy dystrybutor energii oficjalnie zgodził się na zastosowanie net-meteringu (bilansowania długookresowego) na warunkach określonych w Ustawie o OZE dla prosumentów – wcześniej za energię oddaną do sieci w bilansie chwilowym prosument dostawał równowartość ceny energii na rynku konkurencyjnym za rok ubiegły co stanowiło ok. 30% kosztów energii kupowanej przez wspólnotę, a możliwość zastosowania net-meteringu dla spółdzielni i wspólnot mieszkaniowych nie wynikała wprost z zapisów ustawy. Dzięki danym uzyskanym z pomiarów dobowych (por. wyk. 1) ekstrapolowanych na cały rok z uwzględnieniem miesięcznych trendów w zużyciu energii oraz wykonanym symulacjom przeprowadzono obliczenia produktywności z krokiem godzinowym dla kilku mocy instalacji (por. wyk. 2).

Wykres 2. Godzinowy bilans produkcji i zapotrzebowania na energię elektryczną dla najbardziej produktywnego okresu
w typowym roku meteorologicznym

Symulacje wskazały wariant optymalny – instalację o mocy 5,5 kWp, która w ujęciu godzinowym niemal nie generowałaby nadwyżek energii (przekroczenia były mniejsze niż 1% rocznej produkcji) jednocześnie w sposób optymalny wykorzystując dostępne dofinansowanie (w regulaminie programu określona była maksymalna kwota dofinansowania). Dobre dopasowanie profilu produkcji z profilem zapotrzebowania jest o tyle istotne, że nawet przy korzystaniu z bilansowania długookresowego nadwyżki energii nie są rozliczane w stosunku 1:1. Prosumenci korzystający z instalacji o mocach poniżej 10 kWp energię wprowadzoną do sieci będą mogli wykorzystać w ciągu roku od daty wprowadzenia w stosunku 8/10.

W toku prac przygotowawczych do wykonania instalacji PV przedstawiciele wykonawcy zwrócili uwagę na wyjątkowo trudne warunki wietrzne w okolicy lokalizacji wynikające z charakterystycznej rzeźby terenu. Bernardyńska 20 to budynek o wysokości ponad 45 m.p.p.t leżący w dolinie Wisły nieopodal Jeziora Czerniakowskiego. Bliska odległość od skarpy warszawskiej oraz otwarta przestrzeń od strony rzeki powodują, że niezależnie od warunków pogodowych panujących w pozostałych częściach miasta w obszarze obiektu nieustannie występują silne wiatry. W oczywisty sposób ograniczało to możliwości rozlokowania instalacji jak również utrudniało prace montażowe. Zdaniem projektanta, ze względu na konstrukcję dachu w postaci płyt korytkowych jak również z powodu silnych wiatrów, niewystarczający był montaż polegający na obciążeniu stelażu. Zdecydowano się na zastosowanie mocowania bezpośredniego do stropu gęstożebrowego maszynowni oraz zainstalowanie monitoringu dzięki któremu zarządca może poprzez przeglądarkę internetową obserwować instalację oraz reagować w przypadku awarii.

Częste występowanie silnych wiatrów podsunęło pomysł o zastosowaniu turbin wiatrowych. W typowych warunkach meteorologicznych występujących na terenie Polski instalacja wiatrowa nie jest opłacalna, gdyż okres zwrotu przekracza zwykle jej żywotność.
W celu oszacowania produktywności instalacji przeprowadzono pomiary prędkości wiatru, a następnie dokonano wyboru turbin. Ważnym aspektem w przypadku instalacji wiatrowych montowanych na budynkach mieszkalnych (jak również użyteczności publicznej) jest dbanie o zachowanie odpowiednich norm związanych z poziomem hałasu generowanym przez urządzenia. Znacznie większe wibracje i hałas pojawiają się w przypadku turbin wiatrowych o osi poziomej niż w przypadku osi pionowych. Wiatraki pionowe wprawdzie charakteryzują się niższą sprawnością, ale w przypadku wspólnoty mieszkaniowej nie można było pozwolić na obniżenie komfortu życia mieszkańców dlatego zdecydowano się na zastosowanie turbin z pionową osia obrotu.

Wykres 3. Wykres prędkości wiatru z okresu czerwiec - lipiec  na terenie wspólnoty Bernardyńska 20

Prace związane z realizacją hybrydowej instalacji OZE rozpoczęto od

• badania termowizyjnego tablicy rozdzielczej oraz  instalacji  administracyjnej
• pomiarów strat energii na trasach kablowych i osprzęcie elektrycznym,
• zlokalizowania odbiorników zużywających ponadstandardowa ilość energii.

Przeprowadzone badania wskazały szereg nieprawidłowości w działaniu instalacji elektrycznej. Podjęto działania mające na celu wyeliminowanie strat związanych
z przegrzewaniem się styków, przełączono odbiorniki w sposób symetryczny oraz  uporządkowano instalację w tablicy rozdzielczej. Efekty można było obserwować na fakturach, według których miesięczne oszczędności związane z wdrożeniem ww. działań wynosiły ok. 650 kWh/miesiąc. Na wykresie 4 przedstawiono sumaryczne oszczędności wynikające z modernizacji instalacji  elektrycznej części wspólnej i zastosowania OZE,
650  kWh/miesiąc to wielkość oszacowana na podstawie różnicy na fakturach i obliczeniowej produktywności instalacji OZE w tym okresie.

Wykres 4. Wysokość faktur za poszczególne miesiące w roku 2016. Błękitną strzałką oznaczono okres, w którym pojawiły się oszczędności częściowo wynikające z modernizacji instalacji elektrycznej

Uzyskane oszczędności pokazują, jak ważne są regularne przeglądy instalacji elektrycznej, która zwykle funkcjonuje na bazie rozwiązań stosowanych w okresie budowy obiektu (w tym wypadku lat 70-tych) ulegając stopniowej degradacji przez co wymaga stałej konserwacji oraz okresowej modernizacji w celu dostosowania do ciągle zmieniających się potrzeb.

Efekt ekonomiczny przedsięwzięcia polegającego na zastosowaniu hybrydowej instalacji OZE do produkcji energii elektrycznej z uwzględnieniem dofinansowania m.st. Warszawy przedstawiono w poniższej tabeli:

Tabela 3. Efekt ekonomiczny hybrydowej instalacji OZE

*       SPBT wynikające z instalacji OZE

**     SPBT wynikające z kompleksowej inwestycji w OZE i konserwację sieci

Jak widać w tabeli okres zwrotu instalacji z dofinansowaniem nie jest atrakcyjny, jednak wynika to z tzw. „kosztów pioniera” – w tym wypadku wysokich kosztów projektowania, robót budowlanych i nadzorów, które stanowią ponad 30% całkowitych nakładów, a które wspólnota mieszkaniowa zdecydowała się ponieść również z uwagi na duże zainteresowanie i aprobatę mieszkańców oraz zaangażowanie w promowanie rozwiązań efektywnych energetycznie.

Zdjęcie 2. Widok paneli PV i instalacji wiatrowej na dachu wspólnoty Bernardyńska 20

Podsumowanie

Z uwagi na fakt iż działania prowadzone były na przestrzeni kilkunastu lat ciężko porównywać nakłady inwestycyjne wynikające z prowadzenia poszczególnych modernizacji. Bazując na wielkościach zużycia energii cieplnej sprzed termomodernizacji oraz energii elektrycznej z okresu przed wymianą poszczególnych odbiorników, opraw oświetleniowych, przeprowadzeniem kompleksowej konserwacji systemu elektrycznego budynku oraz zastosowania OZE szacuje się, że kompleksowe działanie modernizacyjne pozwoliło zmniejszyć koszty związane ze zużyciem energii cieplnej i elektrycznej o 43%, a sumaryczny okres zwrotu wyniósłby ok. 8 lat. Jest to wynik bardzo zadowalający i jednocześnie dowód na to, że odważne działania, często wykraczające poza zakres obowiązków zarządcy wspólnoty mieszkaniowej, poparte wiedzą profesjonalnych firm doradczych pozwalają na prowadzenie modernizacji wspólnot mieszkaniowych w sposób nowoczesny i racjonalny ekonomicznie. Co więcej prowadzenie działań rozłożonych w czasie pozwala na finansowanie kolejnych inwestycji z uzyskanych oszczędności.

Wnioski

Przedstawiony w artykule proces inwestycyjny związany z kompleksową modernizacją wspólnoty mieszkaniowej skłania do następujących wniosków:

• termomodernizacja budynków mieszkalnych jest przedsięwzięciem, które powinno być poprzedzone profesjonalną analizą wskazującą wariant optymalny, co pozwoli na uniknięcie niepotrzebnych nakładów. Audytor energetyczny powinien zapoznać Zamawiającego z ryzykiem wynikającymi z prowadzenia inwestycji w sposób etapowy.
• Termomodernizacja nie jest jedynym działaniem, które pozwala na obniżanie kosztów eksploatacyjnych związanych z funkcjonowaniem obiektów mieszkalnych wielorodzinnych. Należy szukać możliwości modernizacji energochłonnych odbiorników energii elektrycznej oraz lokalizować obszary optymalizacji na podstawie profesjonalnych pomiarów prowadzonych przez wykwalifikowanych elektryków.
• Mając na uwadze charakterystyczne dla badanej lokalizacji warunki meteorologiczne należy rozważyć możliwości zastosowania instalacji hybrydowej  OZE, jednak wszelkie działania powinny być poparte rzetelną analizą wykonaną przez doświadczonych doradców.
• Warunkiem prawidłowego działania instalacji OZE jest dokonanie szczegółowego przeglądu instalacji elektrycznej budynku oraz wdrożenie niezbędnych działań konserwatorskich i modernizacyjnych, tak aby w pełni wykorzystać potencjał produkcyjny OZE oraz wyeliminować niepotrzebne straty energii. Wyeliminowanie strat wynikających z nieprawidłowej konserwacji instalacji może prowadzić do znaczącego obniżenia kosztów energii w części wspólnej budynku (porównywalne z korzyściami wynikającymi z zastosowania OZE), czego dobrym przykładem jest analizowany budynek.
• Prawidłowa konserwacja instalacji systemu elektrycznego powinna być prowadzona w sposób ciągły od momentu oddania budynku do eksploatacji, jednak zabudowa instalacji OZE czyni ten obowiązek szczególnie istotnym.
• Stosowanie odnawialnych źródeł energii może być inwestycją opłacalną, o ile przedsięwzięcie jest podstawą do uzyskania dofinansowania. Obecnie w większości rejonów w Polsce można uzyskać wsparcie dla inwestycji w OZE, a na mocy znowelizowanej ustawy o OZE wspólnoty i spółdzielnie mieszkaniowe zostały dopuszczone do pełnego wsparcia wynikającego z bilansowania długookresowego.