"Poprawa efektywności energetycznej budynku Urzędu Miasta i Gminy w Szczytnej"
Oś priorytetowa 3 Gospodarka niskoemisyjna
Działanie 3.3 Efektywność energetyczna w budynkach użyteczności publicznej i sektorze mieszkaniowym
Poddziałanie 3.3.1 „Efektywność energetyczna w budynkach użyteczności publicznej i sektorze mieszkaniowym – konkursy horyzontalne”
Typ 3.3. A Projekty związane z kompleksową modernizacją energetyczną budynków użyteczności publicznej
W oparciu o inwentaryzację obiektu oraz zaktualizowany audyt energetyczny, w którym dokonano analizy różnych wariantów inwestycji projektuje się wykonanie robót budowlanych w budynku o powierzchni 729 m2 w następującym zakresie:
1. Modernizacja inst. c.o. - wymiana kotła węglowego na kocioł na biomasę oraz modernizacja pomieszczenia kotłowni, w tym wykonanie instalacji kotłowni – orurowanie wraz z izolacją, montaż systemu odprowadzania spalin, wykonanie wentylacji pomieszczenia kotła i składu opału (powierzchnia 65 m2) - koszt modernizacji 74 666,61 zł
2. Modernizacja instalacji cwu - zastosowanie nowego źródła ciepła - powietrznej pompy ciepła - 15 000,39 zł
3. Ocieplenie dachu/stropodachu budynku (na istniejącej konstrukcji):
- nowa część - styropapa λ=0,034 W/(mK), grub. 20cm
- stara część - wełna mineralna λ=0,036 W/(mK), grub. 20cm + λ=0,038 W/(mK), grub. 4cm
4. Ocieplenie ścian zewnętrznych nowej części budynku (metoda bezspoinowa, wykończenie tynkiem):
- styropian λ=0,032W(mK), grub. 15cm + wełna mineralna λ=0,035W(mK), grub. 16cm
5. Wymiana okien na nowe, materiał PCV, powierzchnia 124m2:
- 74 szt. o współczynniku przenikania ciepła U<0,9 W/m2K
- 2 szt. o współczynniku przenikania ciepła U=0,97 W/m2K
6. Wymiana drzwi zewnętrznych, materiał PCV (3 szt. = 8,96m2) na nowe o współczynniku przenikania ciepła:
- boczne 2 szt. U=1,1 W/m2K
- główne 1 szt. U=0,67 W/m2K
7. Zastosowanie energooszczędnych opraw i żarówek LED na potrzeby oświetlenia wbudowanego - częściowo (17 opraw, w cenie 173,65 zł/szt.) oraz montaż instalacji ogniw fotowoltaicznych o mocy 9,99 kWp (37 paneli o mocy 280 Wp każdy) z regulatorem mocy i systemem zarządzania energią w budynku (cena 84 132 zł)
Parametry minimum dla kotła:
Kocioł będzie posiadać certyfikat zgodności z normą PN-EN 303-5 „Kotły grzewcze. Część 5: Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 500 kW - Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie” lub równoważną, wydany przez właściwą jednostkę certyfikującą.
- kocioł na pellet o mocy modulowanej 30-100 kW
- kocioł 5 generacji,
- kocioł na paliwo biomasa typu pellet 6-8mm,
- sprawność nominalna nie mniejsza niż 88%,
- kocioł będzie podłączony przez zespoloną armaturę hydrauliczną (wykonaną z korpusu np. żeliwnego z wbudowanym zaworem termoregulacyjnym, pompą obiegową, zaworem zwrotnym, kulowych zaworów odcinających oraz tarczowych termometrów).
- maksymalne ciśnienie robocze kotła wynosi 0,2 MPa,
- maksymalna temperatura robocza 85°C
- zastosowanie zaworu termoregulacyjnego typu ESBE.
- zakres pracy temperatury na sterowniku 55-85 °C
- pojemność zasobnika dobrana w ten sposób, aby zapewnić możliwość co najmniej 3 dniowej pracy kotła bez konieczności załadunku paliwa 200/400 dm3
- zasobnik wykonany z blachy malowanej proszkowo,
- wbudowane zabezpieczenia przed przegrzaniem i cofnięciem płomienia do zbiornika paliwa – zabezpieczenie STB,
- palnik przystosowany do spalania tylko biomasy,
- palnik przystosowany do spalania biomasy o wilgotności do 10%,
- kocioł malowany proszkowo,
- funkcja automatycznego zapłonu paliwa,
- automatyczny ślimakowy podajnik paliwa,
- palnik z modulowaną mocą oraz automatyczne rozpalanie i wygaszanie,
- palnik ze stali nierdzewnej z automatycznym czyszczeniem,
- palnik wrzutkowy,
- obudowa zewnętrzna kotła oraz korpus kotła zaizolowane wełną mineralną,
- ciepłomierz.
Parametry minimum dla instalacji PV:
Założenia ogólne planowanych instalacji fotowoltaicznych:
- Moc całkowita instalacji 9,99 kWp = 0,0099 MWe
- Liczba paneli – 37 (przyjęto moduły o mocy 280 Wp i wymiarach 992 ±2 mm na 1650± 2 mm)
- Przewidywana wielkość produkcji energii w roku 9 009 MWh/rok
- Urządzenia wchodzące w skład instalacji będą fabrycznie nowe
- Urządzenia wchodzące w skład instalacji będą odporne na amoniak i korozję zgodnie z PN-EN 62716:2014-02 - wersja angielska.
Moduły fotowoltaiczne będą montowane na konstrukcji aluminiowej dedykowanej do tego typu rozwiązań. Moduły będą mocowane do uprzednio wykonanej konstrukcji za pomocą klem mocujących o odpowiedniej wysokości równej grubości ramki modułu. Zaprojektowane moduły będą połączone ze sobą szeregowo. Mocowanie paneli fotowoltaicznych wykonane będzie kompletnym systemem i rozwiązaniami firm spełniających kryteria jakościowe oraz wytrzymałościowe takie jak obciążenie śniegiem i wiatrem.
Wśród najważniejszych parametrów określających efektywność energ. przyjętych parametrów dla paneli fotowoltaicznych jest budowa generatora PV, które przewidują zastosowanie optymalizatorów mocy lub modułów smart. Optymalizatory mocy to urządzenia elektroniczne montowane przy modułach fotowoltaicznych lub w puszkach połączeniowych modułów, których zadaniem jest wymuszanie pracy w punkcie mocy maksymalnej na poziomie pojedynczego modułu. Moduły ze zintegrowanymi optymalizatorami mocy nazywane są modułami smart.
Zastosowanie optymalizatorów mocy pozwala osiągnąć wyższe uzyski energii z instalacji – od kilku do nawet kilkudziesięciu procent. Szczególnie duże korzyści z zastosowania tego typu urządzeń pojawiają się w przypadku niedopasowania prądowo-napięciowego na modułach. Takie niedopasowanie pojawia się z uwagi na m.in:
- tolerancję parametrów prądowo-napięciowych,
- nierównomierne starzenie się poszczególnych ogniw P,
- punktowe zabrudzenia ogniw,
- nierównomierne nagrzewanie się modułów i ogniw w module,
- refleksy świetlne.
Przy nieuwzględnieniu zacienienia, typowy poziom niedopasowania elektrycznego modułów na nowych instalacjach sięga 3-7% z tendencją wzrostową w kolejnych latach. Z tego powodu nawet w przypadku niezacienionych instalacji PV zastosowanie optymalizatorów energii pozwala na wzrost uzysków na poziomie 2-5%. W przypadku zacienionych, mikroinstalacji dodatkowy uzysk energii może przekraczać nawet 20% - zazwyczaj mieści się w zakresie 10-15%.
Panele będą posiadać certyfikat wydany przez uprawnioną jednostkę certyfikującą w zakresie zgodności z normą: PN-EN 61215, lub PN-EN 61646 lub normami równoważnymi. Certyfikat będzie wydany po 2012 r.
Zastosowano rozwiązania ICT dotyczące zarządzania energią w budynku.
W przypadku instalacji PV takie rozwiązanie będzie gwarantowane dzięki zamontowanym inwerterom. Inwerter będzie umożliwiał:
- gromadzenie i lokalną prezentację danych o ilości energii elektrycznej wytworzonej w instalacji,
- podłączenie modułu komunikacyjnego do przesyłania danych,
- kontrolowanie procesu przekazywania energii,
- archiwizację danych pomiarowych.
Inwerter umożliwia podgląd danych, dotyczących pracy całego systemu oraz sygnalizuje ewentualne błędy.
Inwerter posiada wbudowaną funkcję licznika energii wytworzonej przez instalację fotowoltaiczną oraz możliwość połączenia do Internetu i podgląd pracy systemu poprzez stronę internetową.
Dodatkowo instalacja PV będzie objęta systemem monitorowania. System rozumiany jest, jako osobne urządzenie lub fabryczne oprogramowanie falownika służące do rejestracji danych oraz ich przekazywania dla potrzeb strony www Gminy. Dzięki niemu na stronę internetową wskazaną przez Wnioskodawcę zostaną przekazane informacje:
- bieżąca produkcja energii (dzienna, miesięczna, roczna),
- ograniczenie emisji CO2 (dzienne, miesięczne, roczne).
Opisany zakres prac został wybrany przez audytora jako najbardziej optymalny czyli uzyskujący najlepsze efekty oszczędności zużycia energii cieplnej i elektrycznej w stosunku do nakładów. Ponadto wybrane rozwiązania spełniają wytyczne regulaminu konkursu odnośnie wymiany źródeł ciepła na kocioł na biomasę.
Uzasadnienie wyboru wariantu. Wybrane rozwiązanie charakteryzuje się następującymi kryteriami:
- jest wykonalne pod względem technicznym, zastosowane rozwiązania techniczne/technologiczne są zgodne z najlepszą praktyką w danej dziedzinie,
- spełnia warunki ustawowe – oszczędność zapotrzebowania ciepła wyniesie powyżej 25%,
- jest zgodne z obowiązującymi normami prawnymi
- jest optymalne pod względem zaspokojenia potrzeb jego użytkowników oraz nakładów do efektów (tych środowiskowych i finansowych),
- po przeprowadzonej inwestycji ulegnie poprawie jakość środowiska naturalnego (powietrza), co najbardziej odczują lokalni mieszkańcy oraz użytkownicy obiektu,
- poprawie ulegnie ogólny stan techniczny budynku, co wpłynie pozytywnie na jego funkcjonalność, a także na obniżenie kosztów jego eksploatacji,
- ma optymalny stosunek jakości do ceny - dzięki zastosowanej procedurze zamówień publicznych będzie możliwe efektywne wykorzystanie środków. Spośród ofert spełniających wymagania Wnioskodawcy zostaną wybrane te najbardziej efektywne ekonomicznie,
- zaproponowane rozwiązania są efektywne pod kątem energetycznym, wpływają na zwiększenie sprawności systemów grzewczych, ograniczenie strat ciepła, zmniejszenie zużycia energii elektrycznej i cieplnej z konwencjonalnych źródeł.
Wskaźniki dotyczące projektu po realizacji inwestycji:
Zapotrzebowanie na energię cieplną (c.o.+went + c.w.u.) = 639 GJ/rok
Zapotrzebowanie na energię elektryczną = 116 GJ/rok
Roczne zużycie energii pierwotnej = 495 GJ/rok
Roczna emisji gazów cieplarnianych = 26,2 ton CO2/rok
Roczna emisja pyłów PM10 = 21,49 kg/rok
Roczna emisja pyłów PM2,5 = 20,86 kg/rok
Roczne zapotrzebowania na energię końcową: 167 798 kWh/rok
W fazie przedinwestycyjnej przeanalizowano możliwe warianty rozwiązania określonych problemów grup interesariuszy. Rozważając różne opcje planowanego przedsięwzięcia wzięto pod uwagę te, które pozwolą na spełnienie wszystkich celów projektu oraz doprowadzą do osiągnięcia takich samych zakładanych rezultatów. Analizie poddano również opcję uwzględniającą zaniechanie inwestycji.
Dla potrzeb niniejszego opracowania przyjęto trzy warianty realizacji projektu: bezinwestycyjny oraz dwa warianty inwestycyjne możliwe do zastosowania, które możne uznać za wykonalne pod względem technicznym, ekonomicznym, środowiskowym i instytucjonalnym.
Warianty realizacji projektu:
1. Bezinwestycyjny - zaniechanie realizacji inwestycji.
2. Modernizacja źródła ciepła, wymiana okien, drzwi, termomodernizacja.
3. Modernizacja źródła ciepła, wymiana okien, drzwi, termomodernizacja oraz zastosowanie pompy ciepła a także montaż instalacji fotowoltaicznej i wymiana oświetlenia na ledowe.
Wariant 1
Wariant zakłada niepodejmowanie żadnych działań i zaniechanie inwestycji. Nie pozwoli tym samym na realizację celów projektu oraz nie przyczyni się do zwiększenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii w produkcji energii ogółem w Gminie. Wariant oznacza rezygnację z przedmiotowej inwestycji i pozostawienie wszystkich elementów środowiska przyrodniczego oraz infrastruktury budynku bez zmian. Dla środowiska rozumianego w szerszym kontekście rezygnacja z inwestycji jest niekorzystna. Planowane zamierzenie inwestycyjne jest przedsięwzięciem proekologicznym, zwłaszcza w zakresie ograniczania emisji gazów cieplarnianych i pyłów. Rezygnacja z planowanej inwestycji jest także bardzo niekorzystna dla Gminy. Oznacza, w praktyce brak możliwości wykorzystania energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej a także wysokie koszty zakupu energii cieplnej i elektrycznej. Brak realizacji inwestycji w kolejnych latach pogłębi problemy opisane we wcześniejszych częściach studium.
Wariant 2
Wariant II polega na modernizacji źródła ciepła, wymianie okien, drzwi, termomodernizacji. Dotyczy zatem wyłącznie obszaru cieplnego bez OZE.
Biorąc pod uwagę określone w projekcie cele wariant ten nie spełnia wszystkich celów projektu – w tym zwiększenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii w produkcji energii ogółem w Gminie. Jest to jednak wariant jak najbardziej wykonalny, pod względem technicznym oraz prawnym.
Wariant ten uzyska mniejsze zmniejszenie ograniczenie emisji CO2 niż wariant wybrany oraz brak oszczędności przy zużyciu energii elektrycznej.
Pod względem technicznym nie ma żadnych ograniczeń w realizacji tego rodzaju wariantu. Zakres jest również możliwy w zakładanym harmonogramie realizacji projektu – w 2018 roku. Korzyści wynikające z redukcji emisji odczuwane są zarówno przez mieszkańców, użytkowników obiektów jak również Gminę. Zdefiniowane korzyści dotyczące oszczędności środków finansowych za energię cieplną dotyczą Gminy, brak jest jednak oszczędności wynikających z energii elektrycznej. Zatem wariant ten realizuje w sposób ograniczony cele projektu, ale wszystkie korzyści dotyczą zdefiniowanych grup docelowych. Ryzyko w porównaniu do wariantu III jest podobne. Pod względem ekonomicznym projekt jest realny do realizacji w zakładanym zakresie, gdyż będzie założone w WPF Gminy. Podmiotem odpowiedzialnym za projekt w wariancie II jest Gmina Szczytna, a pracownicy Urzędu w odpowiedniej strukturze są skierowani do zarządzania projektem.
Zakres przedsięwzięcia nie wymaga pozwolenia na budowę, ani zgłoszenia budowlanego.
Wariant 3
Wariant III polega na modernizacji źródła ciepła, wymianie okien, drzwi, termomodernizacji oraz zastosowaniu pompy ciepła a także montażu instalacji fotowoltaicznej i wymianie oświetlenia na ledowe.
Biorąc pod uwagę określone w projekcie cele wariant ten spełnia wszystkich celów projektu – w tym zwiększenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii w produkcji energii ogółem w Gminie. Jest to wariant jak najbardziej wykonalny, pod względem technicznym oraz prawnym.
Wariant ten uzyska znacznie większe ograniczenie emisji CO2 niż wariant II oraz znacznie większe oszczędności przy zużyciu energii elektrycznej i cieplnej, dzięki zastosowaniu OZE.
Pod względem technicznym nie ma żadnych ograniczeń w realizacji tego rodzaju wariantu. Zakres jest również możliwy w zakładanym harmonogramie realizacji projektu – w 2018 roku. Korzyści wynikające z redukcji emisji odczuwane są zarówno przez mieszkańców, użytkowników obiektów jak również Gminę. Zdefiniowane korzyści dotyczące oszczędności środków finansowych za energię elektryczną oraz cieplną dotyczą Gminy. Zatem wariant ten realizuje w pełni cele projektu, a wszystkie korzyści dotyczą zdefiniowanych grup docelowych. Ryzyko w porównaniu do wariantu II jest podobne. Pod względem ekonomicznym projekt jest realny do realizacji w zakładanym zakresie, gdyż będzie założony w WPF Gminy. Podmiotem odpowiedzialnym za projekt w wariancie III jest Gmina Szczytna, a pracownicy Urzędu w odpowiedniej strukturze są skierowani do zarządzania projektem.
Zakres przedsięwzięcia nie wymaga pozwolenia na budowę, ani zgłoszenia budowlanego.
Do realizacji wybrano zatem wariant III. Właściwy wybór wariantu potwierdzają wyliczenia przedstawione w audycie energetycznym.
Szczegóły dotyczące poszczególnych wariantów optymalizacyjnych zostały opisane w audycie energetycznym.
Wszystkie powyżej wymienione warianty są możliwe do realizacji zarówno pod względem technicznym, środowiskowym jak i instytucjonalnym. Odrębną kwestią jest ich uzasadnienie ekonomiczne. Wybrano wariant, w którym nakłady inwestycyjne najlepiej przekładają się na uzyskiwaną efektywność energetyczną.
Po wyborze strategicznego wariantu realizacji inwestycji przystąpiono do analizy wariantów technologicznych. Szczegóły dotyczące obszaru energetyki cieplnej zawarte są w audycie energetycznym. W audycie przeanalizowano i wybrano ostateczne parametry techniczne dla termomodernizacji, okien, drzwi oraz źródeł ciepła. Szczegółowe parametry przedstawiono w audycie. W poniższej analizie dodatkowo przeanalizowano wybór wariantu dotyczącego instalacji fotowoltaicznej porównując panele mono- i polikrystaliczne.
Panele monokrystaliczne są ciemne i jednolite (jednobarwne), zbudowane są z monolitycznego kryształu krzemu, o kształcie walca i średnicy ok. 30cm, pociętego na płytki o grubości 2-3mm. Mają nieznacznie większą sprawność, niż panele polikrystaliczne, co przekłada się na mniejszą powierzchnię potrzebną do zainstalowania takiej samej mocy. Przykładowo panele polikrystaliczne mają sprawność rzędu 16%, a monokrystaliczne rzędu 18%. Dla standardowej powierzchni 1m x1,7m panel polikrystaliczny będzie miał moc 250 W, natomiast panel monokrystaliczny będzie miał moc 280 W.
Panele fotowoltaiczne polikrystaliczne wykonane są ze sprasowanego bloku wykrystalizowanego krzemu. Zazwyczaj mają jasnoniebieską barwę z widocznymi krawędziami kryształów. Ogniwa polikrystaliczne osiągają sprawności rzędu 15-18%. Są tańszą alternatywą w stosunku do paneli monokrystalicznych, przy nieznacznie mniejszej wydajności.
Jednorodność kryształu ogniw monokrystalicznych i ich uporządkowana struktura wewnętrzna pozwalają na osiąganie wyższych sprawności niż mniejszej czystości ogniw polikrystalicznych. Ośmiokątny kształt płytek monokrystalicznych determinuje natomiast większe przerwy między ogniwami w obrębie modułu niż w przypadku kwadratowych elementów polikrystalicznych – co odbija się na sprawności całego panelu i zmniejsza różnicę wynikającą z wyższej sprawności pojedynczych ogniw. Nieco wyższą moc z jednostki powierzchni możemy uzyskać z paneli monokrystalicznych, przez co panele polikrystaliczne tej samej mocy zajmują zazwyczaj większą powierzchnię. Różnicę w sprawności można również zauważyć przy różnych warunkach atmosferycznych – panele monokrystaliczne lepiej radzą sobie w dni słoneczne, podczas gdy polikrystaliczne mogą osiągać wyższą efektywność w warunkach zachmurzenia. Wysokie nakłady produkcyjne technologii monokrystalicznej przyczyniają się do dużo wyższych cen tego typu paneli. Należy wziąć również pod uwagę warunki miejsca montażowego, z ewentualnymi zacienieniami lepiej radzą sobie panele polikrystaliczne.
W polskich warunkach, gdzie występuje wiele promieniowania rozproszonego najlepiej sprawdzają się panele polikrystaliczne.
W przypadku paneli fotowoltaicznych, które wybrano do realizacji dodatkowo zastosowano optymalizatory mocy. Pozwalają one osiągnąć wyższe uzyski energii z instalacji – od kilku do nawet kilkudziesięciu procent.
W przypadku przedmiotowej inwestycji koszty instalacji fotowoltaicznych kształtowałyby się następująco:
• Cena za 1 kWp (netto) zainstalowanych paneli monokrystalicznych (wraz z montażem): 6 900,00 zł netto.
Łączna moc instalacji: 9,99 kWp; łączny koszt brutto: 84 785,13 zł
• Cena za 1 kWp (netto) zainstalowanych paneli polikrystalicznych z optymalizatorem mocy (wraz z montażem): 6 606,61 zł netto
Łączna moc instalacji: 9,99 kWp; łączny koszt brutto 81 180,00 zł
Wybrano zatem panele polikrystaliczne z optymalizatorem mocy.
