plik

Spis treści

Streszczenie 6
Summary 8

Podstawowe oznaczenia

Wstęp 13

1.1. Wprowadzenie
1.2. Właściwości użytkowe i wymagania proekologiczne dla

obiektów budowlanych 14

1.3. Gospodarowanie w zamkniętym systemie przemysłowym
1.4. Cel i zakres pracy

2. Stan rozwoju metod analiz energetycznych i ekologicznych

2.1. Wprowadzenie
2.2. Podstawowe określenia dotyczące analiz LCA 23
2.3. Przegląd literatury z zakresu metod analiz LCA

i ich zastosowań 23

2.4. Obiekty budowlane o niskim zapotrzebowaniu

na energię

2.5. Przegląd literatury z zakresu optymalizacji obiektów

budowlanych 30

2.6. Podsumowanie

3. Skumulowana emisja zanieczyszczeń przy wytwarzaniu materiałów

i wyrobów budowlanych 33

3.1. Ogólne informacje o materiałach i wyrobach budowlanych 33
3.2. Skumulowana emisja zanieczyszczeń 35
3.3. Równoważna emisja zanieczyszczeń
3.4. Metody określania wskaźników skumulowanej emisji

zanieczyszczeń materiałów i wyrobów budowlanych 45

3.5. Metoda układu równań bilansowych do określania

skumulowanego zużycia wody 54

3.6. Zależności pomiędzy wskaźnikami skumulowanej

emisji zanieczyszczeń przy wytwarzaniu materiałów
budowlanych 57

3.7. Podsumowanie 59

4. Obiekt budowlany w cyklu istnienia jako system ekologiczno-przemysłowy 60

4.1. Systemowe podejście w analizie energetyczno-ekologicznej 60
4.2. Ogólne sformułowanie problemu 65
4.3. Zakres analizy i podstawowe założenia 70

4.4. Możliwości wpływu na oddziaływanie systemu

słowego na środowisko

Metoda określania skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu istnienia

obiektu 85

Obiekt budowlany jako podsystem w systemie ekologiczno-

przemysłowym 85

5.2. Składniki skumulowanego zużycia energii 87
5.3. Skumulowane zużycie energii w fazie wznoszenia 90
5.4. Skumulowane zużycie energii podczas użytkowania obiektu 93

5.5. Skumulowane zużycie energii na wykonanie zabiegów

eksploatacyjnych

9 7

5.6. Skumulowane zużycie energii w fazie likwidacji obiektu 98
5.7. Skumulowane zużycie energii w pełnym cyklu istnienia obiektu 99
5.8. Analiza skumulowanego zużycia energii

6. Metoda określania skumulowanego zużycia zasobów nieenergetycznych

w pełnym cyklu istnienia obiektu

6.1. Wprowadzenie
6.2. Składniki skumulowanego zużycia zasobów nieenergetycznych
6.3. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych w fazie

wznoszenia 108

6.4. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych podczas

użytkowania obiektu

6.5. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych na wykonanie

zabiegów eksploatacyjnych

6.6. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych w fazie

likwidacji obiektu

6.7. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych w pełnym

cyklu istnienia obiektu

7. Metoda określania skumulowanego zużycia wody w pełnym cyklu istnienia

obiektu

7.1. Wprowadzenie
7.2. Składniki skumulowanego zużycia wody
7.3. Skumulowane zużycie wody w fazie wznoszenia

7.4. Skumulowane zużycie wody podczas użytkowania nośników

energii bezpośredniej 121

7.5. Skumulowane zużycie wody na wykonanie zabiegów

eksploatacyjnych 123

7.6. Skumulowane zużycie wody związane z likwidacją obiektu
7.7. Skumulowane zużycie wody w pełnym cyklu istnienia obiektu

8. Metoda określania skumulowanej emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu

istnienia obiektu budowlanego

Składniki skumulowanej emisji zanieczyszczeń do atmosfery

8.2. Skumulowana emisja zanieczyszczeń w fazie wznoszenia 130

8.3. Skumulowana emisja zanieczyszczeń wynikająca z użytkowania

nośników energii bezpośredniej w obiekcie

8.4. Skumulowana emisja zanieczyszczeń związana z wykonaniem

zabiegów eksploatacyjnych

emisja zanieczyszczeń powstających podczas

i obiektu

8.6. Skumulowana emisja zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia

obiektu 137

8.7. Skumulowana ilość generowanych odpadów stałych w pełnym

cyklu istnienia obiektu

9. Analiza energetyczno-ekologiczna modernizacji obiektów budowlanych

Uwagi o modernizacji obiektów budowlanych

9.2. Analiza

przegrody zewnętrznej obiektu

budowlanego 140

9.3. Metodyka obliczania sumarycznych energetycznych efektów

w przedsięwzięciach modernizacyjnych

9.4. Poszukiwanie ekonomicznie uzasadnionej grubości izolacji

cieplnej w istniejących przegrodach budowlanych

10. Podsumowanie 177

10.1. Wnioski 177
10.2. Możliwości zastosowania metody analiz

energetyczno-ekologicznych 179

Literatura 180

PODSTAWY METODYCZNE ANALIZY ENERGETYCZNO-EKOLOGICZNEJ

OBIEKTU BUDOWLANEGO W PEŁNYM CYKLU ISTNIENIA

Streszczenie

Potrzeba spełnienia wymagań podstawowych obiektu budowlanego i ko

nieczność ukształtowania jego właściwości użytkowych j u ż na etapie pro

jektowania uzasadnia celowość prowadzenia wielokryterialnej analizy z

punktu widzenia zużycia energii i emisji zanieczyszczeń. W tym celu zdefi
niowano pojęcie systemu ekologiczno-przemysłowego, który obejmuje
obiekt budowlany we wszystkich fazach cyklu jego istnienia. Analiza ener-
getyczno-ekologiczna polega na badaniu oddziaływania systemu ekologicz
no-przemysłowego na środowisko, rozpatrując wykorzystanie zasobów na
turalnych i powstawanie zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia. Oma

wiany system znajduje się w określonym otoczeniu, które oddziałuje na ten

system przez wiele ograniczeń (ekonomicznych, prawnych, środowisko

wych, technicznych, fizycznych).

Opracowano metodyki określania następujących wielkości:

- zużycia zasobów surowców energetycznych,
- zużycia zasobów surowców nieenergetycznych,
- zużycia zasobów wody,
- obciążenia zanieczyszczeniami powietrza atmosferycznego,
- obciążenia środowiska odpadami stałymi.
Podano ogólne zależności dające możliwość określenia skumulowanych

wartości zużycia energii i ilości generowanych zanieczyszczeń na podstawie
danych charakteryzujących konstrukcję budynku oraz wskaźników sku

mulowanego zużycia energii i emisji zanieczyszczeń odnoszących się do
materiałów, budowy i rozbiórki obiektu, transportu i nośników energii.
Przedstawiona metodyka może być wykorzystana w wielokryterialnej anali

zie do poszukiwania optymalnego rozwiązania obiektu nowego lub moder
nizacji obiektu istniejącego. Metodyka może być wykorzystana do wspoma
gania projektowania budynku. Podano przykład zastosowania metody do
określenia wyników termomodernizacji przegrody zewnętrznej obiektu ist
niejącego.

Opracowana metodyka wykonywania analiz energetyczno-ekologicznych

w pełnym cyklu istnienia mieści się w ramach ogólnej metodologii wyko-

nywania analiz dla wyrobów i obiektów znanej w publikacjach pod nazwą

Assessment (LCA) [19, 79]. Zasady wykonywania analiz w pełnym

cyklu istnienia obejmują określenie skutków środowiskowych powstają
cych w wyniku realizacji działalności gospodarczej, wytworzenia wyrobu
lub wzniesienia budynku, poczynając od pozyskania surowców aż do chwi
li, kiedy wszystkie pozostałości powrócą do środowiska.

W zastosowaniach analizy do określania skumulowanej emisji zanie

czyszczeń w pełnym cyklu istnienia zdefiniowano równoważną emisję za
nieczyszczeń. Zaproponowana definicja równoważnej emisjii zanieczyszczeń
uwzględnia udziały emisji różnych substancji w jednym zintegrowanym

wskaźniku. Zdefiniowano wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji
zanieczyszczeń,

emisje powstające w wyniku przetwarzania

paliw łącznie z emisją podczas pozyskania i transportu paliw kopalnych.
Podano metodę układu równań bilansowych określania skumulowanej
emisji zanieczyszczeń i skumulowanego zużycia wody dla procesu wytwa
rzania pojedynczego wyrobu.

W pracy omówiono również wybrane problemy z zakresu analizy ener-

getyczno-ekologicznej, występujące przy rozpatrywaniu modernizacji ist
niejących obiektów budowlanych: metodykę określania energetycznych
efektów modernizacji przy realizacji przedsięwzięcia składającego się ze

zbioru zabiegów oraz metodę poszukiwania ekonomicznie uzasadnionej
grubości izolacji cieplnej przegrody zewnętrznej.

W dziedzinie inżynierii środowiska obiektów budowlanych

pra

ca wnosi następujące nowe elementy:

- podejście systemowe w analizach energetyczno-ekologicznych obiek

tów,

- metodykę określania skumulowanego zużycia zasobów energetycznych

i nieenergetycznych oraz wody i emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu ist
nienia obiektów budowlanych,

- wkład do rozwoju metodologii analiz w pełnym cyklu istnienia,
- metodykę obliczania efektów energetycznych występujących przy reali

zacji zbioru zabiegów w przesięwzięciach modernizacyjnych,

- metodykę układu równań bilansowych określania wskaźników sku

mulowanej emisji zanieczyszczeń i skumulowanego zużycia wody dla poje
dynczych wyrobów.

Praca może również wpłynąć na ukierunkowanie i rozwój dalszych prac

z zakresu analiz energetyczno-ekologicznych obiektów budowlanych obej
mujących pełny cykl istnienia.

Podstawowe oznaczenia

- mnożnik wskaźnika emisji

substancji szkodliwej bezpośrednio

dla środowiska

- mnożnik wskaźnika emisji i-tego gazu cieplarnianego wyrażający

względną zdolność pochłaniania promieniowania podczerwonego

A - emisja zanieczyszczeń bezpośrednio szkodliwych

- emisja gazów cieplarnianych
- potencjał destrukcyjny warstwy ozonowej i-tej substancji
- eksploatacyjny wskaźnik zużycia energii bezpośredniej w budynku

odniesiony do jednostki powierzchni użytkowej

- eksploatacyjny wskaźnik skumulowanego zużycia energii w budyn

ku odniesiony do jednostki powierzchni użytkowej

E - zużycie energii

- zużycie ciepła na ogrzewanie i

w ciągu roku

- zużycie ciepła na przygotowanie ciepłej wody użytkowej w ciągu

roku

- zużycie energii elektrycznej w ciągu roku

E - zużycie energii chemicznej dostarczanej w gazie ziemnym w ciągu

roku

- jednostkowe skumulowane zużycie energii w pełnym cyklu istnienia

obiektu

- zmniejszenie zużycia energii w ciągu roku

F - pole powierzchni przepływu ciepła

- pole powierzchni użytkowej obiektu

G - ilość materiałów lub wyrobów transportowanych lub zużywanych

na wzniesienie obiektu; ilości materiałów są określone z uwzględ
nieniem strat ponoszonych podczas budowy

g - grubość warstwy izolacji cieplnej

- roczne zużycie wody w obiekcie

k -

współczynnik przenikania ciepła

wskaźnik toksyczności substancji

środowisko

wskaźnik toksyczności dwutlenku siarki

- opłata za emisję do atmosfery jednostki ilości substancji zanie

- opłata za odprowadzenie do atmosfery jednostki ilości dwutlenku

siarki SO2

- liczba zabiegów w przedsięwzięciu usprawniającym użytkowanie

energii

M - zużycie surowców nieenergetycznych

n - liczba użytkowanych nośników energii bezpośredniej

L - odległość transportu danego materiału lub wyrobu

p - wskaźnik skumulowanego zużycia energii charakteryzujący prace

podczas wznoszenia

- ilość prac wykonywanych podczas wznoszenia obiektu

- opór cieplny przegrody

- wskaźnik szkodliwości danej substancji zanieczyszczającej

- wskaźnik szkodliwości dwutlenku siarki

- ilość generowanych odpadów stałych

t. - temperatura powietrza w pomieszczeniach obiektu
t - temperatura powietrza otoczenia

V - kubatura obiektu

- kubatura ogrzewanej części obiektu

- wskaźnik skumulowanego zużycia energii niezbędnej na transport

materiałów i wyrobów

- wskaźnik skumulowanego zużycia energii niezbędnej do wytworze

nia i dostarczenia wody do budynku i odprowadzenia ścieków

W - zużycie wody

x - wskaźnik skumulowanej emisji zanieczyszczeń

X - wskaźnik skumulowanego zużycia energii

e - wskaźnik emisji substancji szkodliwych lokalnie

- wskaźnik emisji

substancji zanieczyszczającej środowisko

- wskaźnik emisji równoważnej substancji szkodliwych

- wskaźnik emisji

gazu cieplarnianego

- równoważny wskaźnik emisji gazów cieplarnianych, charakteryzu

jący energię zużytą podczas spalania danego paliwa

- wskaźnik skumulowanego zużycia wody charakteryzującej prace

przy wznoszeniu

8 - wskaźnik skumulowanej emisji zanieczyszczeń prac przy wznosze

niu

- wskaźnik emisji zanieczyszczeń

substancji dla wyrobu bu

dowlanego

energetyczna przemiany p-tego nośnika energii

X - współczynnik przewodzenia ciepła materiału izolacyjnego

- wskaźnik skumulowanego zużycia wody niezbędnej do wytwarzania

materiałów

p - gęstość materiału izolacyjnego

- czas użytkowania instalacji grzewczej w ciągu roku w obiekcie

okres eksploatacji obiektu

- względne zmniejszenie zużycia nośnika energii w i-tym zabiegu,

odniesione do wartości przed usprawnieniem

co - względne zmniejszenie (oszczędność) zużycia nośnika energii w za

biegu lub przedsięwzięciu

- względne zmniejszenie (oszczędność) zużycia

nośnika energii

bezpośredniej w budynku

- względne zmniejszenie (oszczędność) zużycia energii w złożonym

przedsięwzięciu

Indeksy

a - płyn w przewodzie, co - ogrzewanie,

- ciepła woda użytkowa, e -

otoczenie,

- energia elektryczna, g - gaz ziemny,

- numer kolejnego

zabiegu lub przedsięwzięcia, j - numer kolejnego nośnika energii, k - klima
tyzacja, r - emisja równoważna, t - transport, m - materiał,

- woda, pra

ca lub materiały pomocnicze wykorzystywane podczas zabiegów eksploata
cyjnych, C - emisja całkowita, całkowite zużycie energii, D - symbol opera
cji tworzenia macierzy diagonalnej z wektora kolumnowego, E -

eks

ploatacji - zużycie nośników energii bezpośredniej, F - wartość odniesiona
do jednostki powierzchni użytkowej, N - faza eksploatacji - zabiegi eksplo
atacyjne, P - faza wznoszenia (początkowa), R- faza likwidacji (rozbiórki),
T - symbol operacji tworzenia macierzy transponowanej, u - uzbrojenie
terenu,

- wartość umowna, 0 - stan początkowy lub stan przed moderni

zacją, 1 - stan po modernizacji, BaP - benzo(a)piren, P - pył,

- węglo

wodory, CO - tlenek węgla,

- metan,

- tlenki azotu,

- dwutlenek

siarki, NMVOC - niemetanowe lotne węglowodory.

Strumień odniesiony do jednostki czasu oznaczono kropką nad symbo

lem. Drukiem półgrubym oznaczono symbole macierzy. Gwiazdką oznaczo
no skumulowane wartości zużycia energii, emisji zanieczyszczeń i spraw
ności.

Stosowane skróty

ODP - potencjał destrukcyjny stratosferycznej warstwy ozonowej

mosfery

- niemetanowe lotne związki organiczne (Non Methane Volatile

LCA - analiza prowadzona w pełnym cyklu istnienia

Asses-

LCC - analiza ekonomiczna prowadzona w pełnym cyklu istnienia (Li

fe-cycle

GWP - globalny potencjał cieplarniany (Global Warming

1. WSTĘP

1.1. Wprowadzenie

Wszelkie działania człowieka oddziałują na świat biofizyczny i na odwrót

- pozostają pod jego wpływem. Zdolność do sterowania tą wzajemną zależ

nością warunkuje zachowanie ciągłości różnych form działalności oraz
możliwość rozwoju gospodarczego i społecznego. Osiągnięcie pożądanej
równowagi pomiędzy działaniem człowieka i rozwojem a ochroną środowi
ska wymaga uwzględnienia ochrony środowiska w formułowaniu i wpro

wadzaniu w życie polityki gospodarczej oraz w prowadzeniu działalności
gospodarczej i rozwijaniu procesów produkcyjnych.

Dotychczasowa działalność człowieka z reguły traktująca środowisko ja

ko źródło niezbędnych surowców prowadzi do wyczerpywania się natural
nych zasobów Ziemi oraz do zanieczyszczenia środowiska w skali lokalnej,
regionalnej i globalnej, a nawet do zmian klimatycznych. W ostatnim dzie
sięcioleciu notuje się intensywne działania wielu państw i organizacji mię
dzynarodowych zmierzające do złagodzenia negatywnych skutków oddzia

ływania na środowisko naturalne i postępującej jego degradacji. Działania
te są prowadzone w

ogólniej sformułowanej polityki rozwoju go

spodarczego, znanej pod nazwą - zrównoważonego rozwoju. Zrównoważony
rozwój oznacza ciągły rozwój gospodarczy i społeczny bez szkody dla śro
dowiska i j e g o zasobów naturalnych, od jakości których zależy kontynu
owanie działalności człowieka i możliwości dalszego rozwoju.

Według [30] najlepszą dotychczas definicją zrównoważonego rozwoju

jest sformułowanie podane w raporcie komisji kierowanej przez panią

Brandtland, opublikowanym w 1987 r. „Our

Zrównowa

żony rozwój oznacza taką eksploatację zasobów naturalnych przez obecne
pokolenia, która zapewniłaby również przyszłym pokoleniom możliwość
korzystania z tych zasobów w sposób zaspokajający ich potrzeby. Czyli
zrównoważony rozwój oznacza dążenie do zaspokojenia potrzeb obecnych
pokoleń bez pogarszania możliwości zaspokojenia potrzeb przyszłych po
koleń. Natomiast, mimo wielu

zdefiniowania zasad zrównoważonego

budownictwa nie udało się dotychczas sformułować odpowiedniej definicji
w sposób satysfakcjonujący wszystkich zajmujących się tą problematyką

[30]. Zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju istotne jest więc dążenie

do minimalizacji wykorzystania zasobów naturalnych przyrody, aby za
chować je dla przyszłych pokoleń.

Obiekty budowlane należą do głównych odbiorców energii i dlatego

zwiększenie efektywności wykorzystania zasobów energetycznych, prowa
dzące do minimalizacji zużycia energii w obiektach, stanowi jeden z głów
nych kierunków działań w obszarze zrównoważonego rozwoju. Obiekt bu
dowlany jest złożonym wytworem produkcji przemysłowej i budownictwa
zużywającym energię i materiały we wszystkich fazach cyklu istnienia, po
cząwszy od pozyskania surowców, a kończąc na likwidacji obiektu i skła
dowaniu odpadów. Użytkowanie energii i materiałów w obiektach budow
lanych jest nieodłącznie związane z powstawaniem

i ich

negatywnym oddziaływaniem na środowisko naturalne. Istotnym zagad
nieniem w budownictwie jest więc ograniczenie ilości zużywanych natural
nych zasobów energetycznych i nieenergetycznych.

Ważnym surowcem

jest również woda, której zasoby

w przyrodzie są wprawdzie ogromne, ale dostępność wody o odpowiedniej

jakości dla roślin, zwierząt i ludzi staje się coraz bardziej ograniczona.

1.2. Właściwości użytkowe i wymagania proekologiczne

dla obiektów budowlanych

W publikacjach szczególną uwagę poświęca się zużyciu energii i związa

nym z tym zużyciem emisji zanieczyszczeń przy wytwarzaniu materiałów i
przy wznoszeniu obiektu, a także

jego użytkowania i rozbiórki po

zakończeniu użytkowania. Prowadzone są prace, których celem jest opra
cowanie metod pozwalających na wskazanie najkorzystniejszych materia
łów z punktu widzenia zużycia energii i zmniejszenia uciążliwości środowi

skowej obiektu budowlanego [28].

Obiekt budowlany powinien charakteryzować się określonymi właściwo

ściami użytkowymi, spełniając określone wymagania użytkowników, nie

zależnie od zmiennych czynników wewnętrznych i zewnętrznych. Koncep
cja właściwości użytkowych wynika z faktu, że każdy element składowy
obiektu i każdy zastosowany w nich produkt pełnią pewne funkcje, wyni
kające z potrzeby zapewnienia użytkownikom obiektu dogodnego dla nich
środowiska [102]. W tym celu wyroby powinny charakteryzować się odpo
wiednim zespołem cech, zapewniających możliwość prawidłowego pełnienia
tych funkcji, czyli posiadać określone właściwości użytkowe. Podstawą do
ustalenia tych właściwości jest znajomość [102]:

- wymagań użytkowników obiektu,
- czynników oddziałujących na obiekt, których wpływ musi być brany pod

uwagę ze względu na wymagania użytkowników.

Spełnienie wymagań podstawowych zapewniają powiązane ze sobą

działania w zakresie:

- projektowania, wykonania i niezbędnej konserwacji obiektu,
- stosowania wyrobów budowlanych o odpowiednich właściwościach

użytkowych.

Według definicji podanych w Dokumentach interpretacyjnych do Dyrek

tywy

właściwość użytkowa wyraża w sposób ilościowy

zachowanie się całego obiektu, jego części lub wyrobu na skutek oddziały
wania, któremu on podlega lub które wywołuje w warunkach przewidywa
nego użytkowania (w przypadku obiektów lub części obiektów), ewentual
nie w warunkach zamierzonego stosowania (w przypadku wyrobów).

Według [27] do podstawowych wymagań (cech) użytkowych charaktery

zujących obiekty budowlane należą:

• nośność i stateczność,
• bezpieczeństwo pożarowe,
• higiena, zdrowie i środowisko,
• bezpieczeństwo użytkowania,
• higiena - jakość powietrza wewnętrznego,
• ochrona przed hałasem,

• oszczędność energii i izolacyjność termiczna.
Podstawowe właściwości użytkowe obiektów budowlanych określają od

powiednie regulacje prawne [133,134,135]. Sprawdzanie czy wymaganie
podstawowe jest spełnione odbywa się przez wiarygodność danych wej
ściowych do projektowania i założeń dotyczących eksploatacji obiektu.

W Dyrektywie... [27] jednym z podstawowych wymagań jest „Oszczęd

ność energii i ochrona cieplna", które zapisano następująco:

dowlane i ich instalacje grzewcze, chłodzące i wentylacyjne muszą być za
projektowane i wykonane w taki sposób, aby utrzymać na niskim poziomie
ilość energii wymaganej do ich użytkowania, przy uwzględnieniu miejsco
wych warunków klimatycznych i potrzeb użytkowników". W Dokumencie
interpretacyjnym nr 4

zdrowie i środowisko" [27] natomiast sfor

mułowano wymagania, z których wynika, że obiekty budowlane muszą być
zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby nie stanowiły zagrożenia
dla higieny lub zdrowia mieszkańców lub sąsiadów, w szczególności w wy
niku:

- wydzielania się gazów toksycznych,
- obecności szkodliwych cząstek lub gazów w powietrzu,
- obecności niebezpiecznego promieniowania,
- zanieczyszczenia lub zatrucia wody gleby,
- nieprawidłowego usuwania ścieków, dymu lub odpadów w postaci

stałej lub ciekłej,

- obecności wilgoci w częściach obiektów lub na powierzchniach we

wnętrznych obiektów.

W dokumencie [27] wymaganie podstawowe „Higiena, zdrowie i środowi

sko" rozpatruje się dzieląc je na: środowisko wewnętrzne, odprowadzenie
ścieków, usuwanie odpadów stałych, środowisko zewnętrzne.

Wyroby budowlane nie powinny wydzielać zanieczyszczeń gazowych i

nie powinny być źródłem odpadów stałych, które mogą zaśmiecać środowi
sko i wpływać na j e g o jakość, powodując zagrożenie dla zdrowia ludzi,

zwierząt i roślin oraz

równowagę ekosystemu. Oddziaływanie na

środowisko powinno być uwzględniane we wszystkich etapach istnienia
materiału budowlanego i powinno obejmować: wydobycie, produkcję i pro

ces budowlany, użytkowanie obiektów oraz rozbiórkę, wywóz na składowi

sko, spalanie lub ponowną utylizację odpadów.

W celu zapobieżenia ewentualnej degradacji środowiska, w dokumencie

interpretacyjnym [27] zaleca się wprowadzić ocenę wyrobów budowlanych
obejmującą wszystkie etapy ich istnienia. Zgodnie z zakresem dyrektywy,
niniejszy dokument ogranicza się jedynie do okresu użytkowania obiektów.

Jednakże do czasu ustanowienia odpowiednich przepisów Unii Europej

skiej, ustalanie wymagań dotyczących wyrobów, w pozostałych wymienio
nych etapach (w tym również w zakresie środowiska zewnętrznego) zależy
od inicjatywy państw członkowskich i może znaleźć się w przepisach tych

państw.

W publikacjach wielu autorów można znaleźć wyniki badań studialnych

poświęconych emisji zanieczyszczeń powstających podczas produkcji mate
riałów i elementów budowlanych [28]. Prowadzi się również prace nad
określeniem charakterystyk materiałów budowlanych dopuszczonych do
stosowania ze względu na emisję zanieczyszczeń podczas ich wytwarzania i
użytkowania. Obserwowana intensyfikacja badań w tym obszarze w wielu
krajach (Kanada, Norwegia, Dania, Wielka Brytania, Szwecja) [28, 29,

świadczy o znaczeniu jakie kraje te przywiązują do problematyki

oddziaływania na środowisko zewnętrzne.

Przykładem znaczącego wysiłku w zakresie formułowania wymagań pro

ekologicznych dla budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej jest
międzynarodowy konkurs na ekologicznie przyjazny obiekt budowlany
Green Building Challange G B C 9 8 [15,16], którego pierwszy etap zakończył
się w październiku 1998 r. Celem konkursu jest próba sformułowania wy
magań określających budynek przyjazny dla środowiska, m. in. przy dąże
niu do minimalizacji zużycia energii i emisji zanieczyszczeń, a także

zmniejszenia uciążliwości środowiskowej obiektu w sensie bardzo wszech

stronnym zarówno w zakresie środowiska wewnętrznego, jak i oddziaływa

nia na środowisko zewnętrzne. W sformułowanych wymaganiach w ramach
konkursu

uwzględniono m. in. kategorie [15]: zużycie energii, za

potrzebowanie na teren, zużycie materiałów, zużycie wody, emisje do atmo
sfery, zanieczyszczenia ciekłe, odpady stałe, projekt i wyposażenie, jakość
powietrza wewnętrznego, komfort wizualny i akustyczny wnętrz, możli

wość modyfikacji obiektu przy zmianie przeznaczenia. Przewidziano podję
cie prób sformułowania międzynarodowych wymagań dla obiektu przyjaz
nego dla środowiska. Wprowadzono kilka kryteriów opartych na skumulo
wanym zużyciu energii i emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia
obiektu. Pozostaje jednak problem szczegółowego zdefiniowania wielkości
kryterialnych, jak również opracowania metodyki obliczania tych wielkości

oraz potrzeba wyznaczania charakterystyk energetycznych i ekologicznych
materiałów budowlanych i prac budowlanych.

Potrzeba dokonywania oceny uciążliwości ekologicznej wyrobów prze

mysłowych wynika m. in. z dokumentów Unii Europejskiej [144], które
formułują wymagania niezbędne do określenia przy ubieganiu się o przy
znanie oznakowania ekologicznego wyrobu. Określają one rodzaje i ilość
zanieczyszczeń powstających w poszczególnych fazach istnienia wyrobu.

1.3. Gospodarowanie w zamkniętym systemie przemysłowym

Dotychczasowy otwarty sposób gospodarowania wytworami produkcji

charakteryzuje się wykorzystaniem jedynie w niewielkim stopniu powstają
cych w procesach wytwórczych substancji odpadowych i niedostatecznym
wykorzystaniem produktów po zakończeniu ich użytkowania [145]. Istotną
poprawę efektywności wykorzystania zasobów w procesach wytwarzania,
przy zmniejszeniu oddziaływania na środowisko, może przynieść zmiana w
sposobie podejścia do przepływu materiałów w gospodarce. Ten nowy spo
sób podejścia nazwano gospodarowaniem w zamkniętym cyklu przepływu
materiałów

economy) lub w systemie

Frosch

[38] mówi nawet o ekologii przemysłowej

ecology), chcąc podkre

ślić w ten sposób

do naśladowania przyrody w minimalizowaniu

ilości substancji odpadowych i zanieczyszczeń.

Idea gospodarowania w systemie bezodpadowym wynika z dążenia do

minimalizowania wpływu wykorzystania zasobów przyrody i procesów wy
twarzania oraz ich produktów odpadowych na środowisko. W ogólnym za
rysie gospodarowanie w systemie bezodpadowym zmierza do naśladowania
procesów występujących w przyrodzie oraz zdolności świata przyrody do
wielokrotnego powtórnego wykorzystania wszystkich materiałów odpado
wych - aż do ich ostatecznej degradacji. Oznacza to postrzeganie systemów

wytwarzania w sposób zbliżony do naturalnych ekosystemów, w których

każdy materiał lub energia są wielokrotnie użytkowane wewnątrz ekosys
temu. Efektem takiego przebiegu procesów powinna być minimalizacja
zużycia zasobów naturalnych przyrody, w tym surowców energetycznych i
nieenergetycznych oraz ilości generowanych odpadów i w konsekwencji
rozwój produkcji przyjaznej ekologicznie i efektywnej w użytkowaniu ener
gii. Jednym ze sposobów zbliżenia systemu przemysłowego do naturalnego
ekosystemu, przez uczynienie go w większym stopniu samowystarczalnym
i zamkniętym, jest upowszechnienie bardziej racjonalnych metod wykorzy
stania materiałów. Obserwuje się odchodzenie od dotychczasowych sposo
bów przetwarzania materiałów, które wiążą się z powstawaniem zanie
czyszczeń atmosfery i odpadów przemysłowych na rzecz niedopuszczania
do ich powstawania. W ten sposób zmierza się do uniknięcia narastania
ilości odpadów w środowisku i konieczności likwidowania ich w przyszłości

proponując, aby produkty odpadowe były uznane jako materiały nadające
się do powtórnego wykorzystania produkcyjnego.

W przyszłości wytwórcy powinni zmienić procesy wytwarzania w taki

sposób, aby zminimalizować zarówno ilość powstających odpadów, j a k i
koszty związane z ich składowaniem. Zwiększenie kosztów wytwarzania

wynikające z bardziej złożonego w takich przypadkach procesu produkcyj
nego może być kompensowane zmniejszeniem kosztów utylizacji i składo
wania odpadów [38,39], co może mieć w przyszłości bardzo istotny wpływ
na zmniejszenie kosztów wytwarzania.

Zapewne producenci będą zobowiązani do projektowania i produkcji wy

robów w taki sposób, aby oddziaływać na zmniejszenie ilości powstających
odpadów. Oddziaływanie to powinno stać się elementem składowym sys
temu sterowania procesami. Niezbędne będzie projektowanie całego cyklu
produkcyjnego wyrobu i jego wykorzystania przez użytkowników łącznie z
dalszym przetwarzaniem i wykorzystaniem po zakończeniu użytkowania,
traktując wyrób j u ż wykorzystany j a k o źródło surowców [59].

1.4. Cel i zakres pracy

W pracy rozpatruje się obiekt budowlany lub grupę obiektów wraz z ich

oddziaływaniem na środowisko naturalne.

Celem pracy jest opracowanie podstaw metodycznych analizy energe-

tyczno-ekologicznej obiektu budowlanego w pełnym cyklu j e g o istnienia.

Potrzeba spełnienia wymagań podstawowych obiektu budowlanego i ko

nieczność ukształtowania j e g o właściwości użytkowych j u ż na etapie pro

jektowania uzasadnia celowość prowadzenia wielokryterialnej analizy ener-

W tym celu zdefiniowano pojęcie systemu ekologicz-

no-przemysłowego, który obejmuje obiekt budowlany we wszystkich fazach
cyklu istnienia. Analiza energetyczno-ekologiczna polega na badaniu od
działywania systemu ekologiczno-przemysłowego na środowisko, rozpa
trując wykorzystanie zasobów naturalnych i powstawanie zanieczyszczeń.
Rozpatrywany system znajduje się w określonym otoczeniu, którego od

działywanie wynika z wielu ograniczeń (ekonomicznych, prawnych, środo
wiskowych, technicznych, fizycznych).

Bardziej szczegółowo rozpatrzono następujące elementy oddziaływania

systemu

na środowisko:

- zużycie zasobów surowców energetycznych,
- zużycie zasobów surowców nieenergetycznych,
- zużycie zasobów wody,
- obciążenie zanieczyszczeniami powietrza atmosferycznego,
- obciążenie środowiska odpadami stałymi,
- wybrane problemy analizy energetyczno-ekologicznej z zakresu mo

dernizacji obiektów budowlanych.

W rozdziale pracy omawiającym obciążenie środowiska zdefiniowano

równoważną emisję zanieczyszczeń i wskaźnik emisji równoważnej. Podano
również metodę układu równań bilansowych określania wskaźnika sku
mulowanej emisji zanieczyszczeń i skumulowanego zużycia wody dla poje
dynczego wyrobu.

Praca składająca się z 10 rozdziałów została sformułowana na podsta

wie publikacji autora zamieszczonych w czasopismach i referatach wygło

szonych na konferencjach. Wykorzystano również materiały zamieszczone

w trzech pozycjach książkowych opublikowanych przez autora Audyting

energetyczny obiektów przemysłowych

Przemysłowe izolacje cieplne

[53] i Audyting energetyczny

W rozdziale 1 sformułowano cel i zakres pracy na tle związku przedsta

wionego zagadnienia z potrzebą spełnienia właściwości użytkowych i for
mułowania wymagań proekologicznych dla obiektów budowlanych oraz
możliwością gospodarowania w systemie bezodpadowym.

W rozdziale 2 zamieszczono objaśnienie pojęć dotyczących obszaru ana

liz LCA oraz dokonano przeglądu publikacji z zakresu wiedzy omawianej w
pracy, ze szczególnym uwzględnieniem podstaw metodycznych analiz w
pełnym cyklu istnienia obiektów budowlanych. Uwzględniono również pu
blikacje z dziedziny wielokryterialnej analizy energetycznej obiektów. Do
konano przeglądu publikacji poświęconych wykorzystaniu analiz w pełnym
cyklu istnienia dla materiałów budowlanych i obiektów.

W rozdziale 3 omówiono problem skumulowanej emisji zanieczyszczeń.

Zdefiniowano pojęcie skumulowanego wskaźnika emisji zanieczyszczeń
oraz wskaźnika równoważnej emisji zanieczyszczeń, który był publikowany
na konferencji

w Wiedniu [62] oraz na konferencji w Bielsku-Białej

[56]. W szczególności zdefiniowano emisję równoważną oraz wskaźniki

emisji równoważnej dla substancji szkodliwych lokalnie. Omówiono rów
nież definicję wskaźników emisji równoważnej dla gazów cieplarnianych i
dla substancji oddziałujących negatywnie na stratosferyczną warstwę ozo
nową. Opracowano zależności niezbędne do obliczenia równoważnych emi

sji zanieczyszczeń charakteryzujących poszczególne wyroby i cały obiekt

budowlany. Zdefiniowano wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji,
podano metodę układu równań bilansowych określania wskaźnika sku
mulowanej emisji zanieczyszczeń i skumulowanego zużycia wody.

W rozdziale 4 uzasadniono potrzebę stosowania systemowego podejścia

w analizach energetyczno-ekologicznych obiektów budowlanych oraz

niowano system

w powiązaniu z obiektem bu

dowlanym rozpatrywanym w ramach tego systemu. W sposób ogólny sfor
mułowano zagadnienie wielokryterialnej optymalizacji obiektu budowlane
go rozpatrywanego j a k o system ekologiczno-przemysłowy, oddziałujący z
podsystemami otoczenia. Omówiono istniejące możliwości zmniejszenia

skumulowanego zużycia energii i wody oraz skumulowanej emisji zanie

czyszczeń.

Bardzo istotną część pracy stanowią rozdziały 5, 6, 7 i 8, omawiające

metodyki określania skumulowanego zużycia energii, surowców nieener
getycznych, wody i emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia obiektu.
Metodyki te były publikowane w Archiwum Energetyki [66] oraz prezento

wane na Konferencji Green

Challange w Vancouver w 1998 r.

[65], a także częściowo w Pracach

[54,55,56]. Ponadto w rozdziale 5 do

konano

analizy zależności skumulowanego zużycia energii w peł

nym cyklu istnienia obiektu budowlanego. Opracowano zależność empirycz
ną wyrażającą jednostkowe skumulowane zużycie energii w pełnym cyklu
istnienia obiektu budowlanego w funkcji eksploatacyjnego wskaźnika zużycia
nośników energii bezpośredniej. Treść tego rozdziału była przedmiotem refe
ratu wygłoszonego na konferencji

PAN oraz

w Krynicy w 1999

r. [70]. Rozdział 7 traktuje o skumulowanym zużyciu wody w pełnym cyklu
istnienia obiektu. Opracowana metodyka określania skumulowanego zuży
cia wody była przedmiotem referatu wygłoszonego na Ogólnopolskiej Inter
dyscyplinarnej Konferencji Naukowo-Technicznej „Ekologia a Budownic
two" w Bielsku Białej w

r. [74].

Rozdział 9 poświęcono omówieniu wybranych problemów analizy ener-

getyczno-ekologicznej występujących przy modernizacji obiektów budowla
nych. Jako przykład zastosowania zależności skumulowanego zużycia
energii i skumulowanej emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia
obiektu przeprowadzono analizę termomodernizacji przegrody zewnętrznej
obiektu budowlanego [63]. Opracowano metodykę obliczania sumarycz
nych efektów modernizacji w przedsięwzięciach usprawniających użytko

wanie energii, ze szczególnym uwzględnieniem złożonych przedsięwzięć

modernizacyjnych [45,56,69]. Analizowana jest również opłacalność zasto
sowania dodatkowej warstwy izolacji cieplnej w istniejącej przegrodzie ze

wnętrznej obiektu. Wprowadzono rozróżnienie trzech przypadków zastoso
wania izolacji cieplnej, dla których mogą występować różne efekty energe

tyczne modernizacji [53].

Na końcu opracowania (rozdział 10) zamieszczono podsumowanie wyni

ków pracy.

Opracowana metodyka wykonywania analiz energetyczno-ekologicznych

w pełnym cyklu istnienia mieści się w ramach ogólnej metodologii wyko
nywania analiz dla wyrobów i obiektów znanej w publikacjach pod nazwą

Assessment (LCA) [19,79]. Dotychczasowe prace z tego zakresu

były wykonywane w oparciu o sformułowany ogólny opis metodologii LCA,
bez szczegółowego zdefiniowania poszczególnych składników. Zatem prace
przedstawione w publikacjach były wykonywane w oparciu o indywidualnie
określony szczegółowy zakres pracy obowiązujący jedynie w danym przy
padku zastosowania. Podane w tej pracy metody umożliwiają sformułowa
nie badanego zakresu dla danego obiektu w sposób bardziej szczegółowy,

zapewniający możliwość porównywania wyników prac wykonanych przy jej
zastosowaniu oraz wykonanie obliczeń w oparciu o opracowane zależności.

2. STAN ROZWOJU METOD ANALIZ ENERGETYCZNYCH

I EKOLOGICZNYCH

2.1. Wprowadzenie

Powszechnie uznaną metodą badania wpływu wyrobów przemysłowych

na środowisko zewnętrzne jest analiza wykonywana w pełnym cyklu ist
nienia (Life-cycle Assessment - LCA) prowadzona dla wyrobu, którego od
działywanie na środowisko jest przedmiotem zainteresowania. Obiekt bu
dowlany można rozpatrywać jako wyrób złożony z wielu wyrobów prost
szych. Metoda analiz pełnego cyklu istnienia proponuje systemowe podej
ście do problemu przez analizę całego okresu istnienia wyrobu lub obiektu.
Pojęcie analizy w pełnym cyklu istnienia oznacza opis zachowania się sys
temów, w których do systemu wprowadza się surowce zaczerpnięte ze śro
dowiska, wyprowadza zaś zanieczyszczenia i odpady, które pozostają w
środowisku, wpływając na zachodzące w nim zmiany.

Stosowany w publikacjach termin analiza w pełnym cyklu istnienia (Li

fe-cycle Assessment) został po raz pierwszy wprowadzony na konferencji
amerykańskiego stowarzyszenia Society

Toxicology and

Chemistry (SETAC) w Vermont w 1990 r. [8]. Ideę powstania analizy LCA

zwykle wiąże się z wcześniej wprowadzoną metodą w armii amerykańskiej i
znaną również obecnie jako Life-cycle Costing (LCC). Była stosowana jako
obowiązująca procedura wykorzystywana przy zakupach wyposażenia
technicznego. Treścią LCC jest podejmowanie decyzji na podstawie łącznej
analizy kosztów zakupu, użytkowania i zastąpienia elementów wyposaże
nia w całym okresie ich użytkowania, a nie jedynie na podstawie kosztów

zakupu. Podobna zasada przyświeca analizom LCA wykonywanym w od
niesieniu do emisji zanieczyszczeń.

Metodologia LCA daje możliwość oszacowania wszystkich oddziaływań

bezpośrednich i pośrednich spowodowanych danym wyrobem, technologią
wytwarzania wyrobu, określonym systemem, gałęzią przemysłu lub sektora
gospodarki na środowisko naturalne oraz na wykorzystanie jego zasobów.
Można również rozpatrywać oddziaływanie na grupy ludności w sensie
zmian warunków życia lub na całe społeczeństwa zamieszkujące większe
obszary oraz na rozwój gospodarczy regionu lub kraju.

W ramach analizy LCA efekty oddziaływania na środowisko (wyrobu,

technologii, systemu, obiektu lub grupy obiektów technicznych) mogą być
rozpatrywane z uwzględnieniem następujących grup czynników [148]:

- oddziaływania ekonomicznego na daną dziedzinę, gospodarkę narodo

wą, bilans wymiany handlowej, zatrudnienie,

- oddziaływania na środowisko: wykorzystanie zasobów, hałas, zmiany

krajobrazu, lokalne zanieczyszczenie gleby, wody, powietrza, zanieczysz
czenie regionalne

globalne,

- oddziaływania na społeczeństwo: zaspokojenie potrzeb, wpływ na za

trudnienie, występowanie ryzyka, skutki wielkich katastrof,

- wpływ na bezpieczeństwo: pewność zasilania w energię, możliwość

niewłaściwego wykorzystania obiektów energetycznych, terroryzm,

- wrażliwość na występowanie awarii systemu zasilania w energię, nie

pewność planowania i niepewność zachowania kryteriów oceny z punktu

widzenia oddziaływania,

- wpływ na rozwój przez zgodność wyrobu lub technologii z celami spo

łecznymi,

- wpływ na politykę przez oddziaływanie na poziom importu nośników

energii, zaspokojenie potrzeb społeczeństw.

Zgodnie z [100] metodologia analiz LCA w zastosowaniu do obiektów

budowlanych rozwinęła się i rozwija nadal w dwóch

- badania oddziaływania wyrobów, procesów i usług na środowisko na

turalne,

- badania kosztów obiektów charakteryzujących się znacznymi kosztami

eksploatacji i długim okresem użytkowania.

W każdym z kierunków badań dąży

do opracowania jednej spójnej

metodyki wykonywania analiz LCA.

Metodologia LCA w zastosowaniu do obiektów budowlanych powinna

uwzględniać specyficzne cechy obiektów, które można krótko ująć nastę
pująco [100]:

- obiekt budowlany jest wyrobem przemysłowym o długim okresie eks

ploatacji,

- bieżące koszty i zużycie energii podczas użytkowania są znacznie

większe niż nakłady finansowe i energetyczne poniesione na wytworzenie i
wzniesienie obiektu,

- istnieją bardzo złożone zależności pomiędzy nakładami na wzniesienie

a kosztami bieżącymi,

- specyficzny

charakter obiektu budowlanego utrudnia

porównywanie wyników uzyskanych dla różnych obiektów,

- proces projektowania obiektu budowlanego nie jest liniowy i zawiera

wiele sprzężeń zwrotnych.

Zabiegi eksploatacyjne są nieodłącznym składnikiem cyklu istnienia

obiektu budowlanego. Dlatego analiza LCA może dotyczyć zarówno obiektu
nowego, jak i wykonywanych w nim zabiegów eksploatacyjnych służących
przywróceniu wymaganych cech użytkowych.

2.2. Podstawowe określenia dotyczące analiz LCA

Analizę energetyczno-ekologiczną obiektu budowlanego dogodnie jest

prowadzić w dających się wyróżnić fazach cyklu istnienia. Są to: faza

wznoszenia, faza eksploatacji, w której odbywa się użytkowanie i wykony
wanie zabiegów eksploatacyjnych oraz faza likwidacji obiektu. Zgodnie z

[19,79,165] cykl istnienia wyrobu zaczyna się z chwilą rozpoczęcia pozy

skiwania surowców i jest kontynuowany w procesach ich uszlachetniania,

wytwarzania wyrobów, następnie przez cały okres użytkowania, a kończy

się odprowadzeniem odpadów na składowisko lub na zorganizowanym go
spodarowaniu odpadami.

Faza wznoszenia obejmuje projektowanie, procesy pozyskiwania surow

ców i wytwarzania materiałów wykorzystywanych w obiekcie, czynności
transportowe oraz wszystkie prace wykonywane podczas wznoszenia, aż do

j e g o zakończenia uwieńczonego końcowym odbiorem. Zakłada się, że pod

czas projektowania jest prowadzona analiza
obiektu w celu uzyskania rozwiązań uzasadnionych względami energetycz
nymi i ekologicznymi.

Faza eksploatacji obiektu jest definiowana jako przedział czasu pomiędzy

zakończeniem wznoszenia obiektu a rozpoczęciem realizacji decyzji o likwi
dacji. Obejmuje użytkowanie obiektu oraz wykonywanie zabiegów eksplo- .
atacyjnych.

Faza likwidacji obiektu obejmuje działania

się w chwili

podjęcia decyzji o likwidacji obiektu wraz z rozbiórką, usunięciem, wyko
rzystaniem i składowaniem odpadów.

Cykl istnienia (Life-cycle) obiektu budowlanego w analizie wykonywanej

w tej pracy obejmuje wszystkie fazy: wznoszenia, eksploatacji oraz likwida
cji. Zużycie zasobów podczas projektowania jest nieznaczne, ale decyzje
wtedy podejmowane mają zasadniczy wpływ na zużycie nośników energii i
emisje zanieczyszczeń w pełnym cyklu.

2.3. Przegląd literatury z zakresu metod analiz LCA

i ich zastosowań

Najbardziej wszechstronny i przydatny w praktyce opis podstaw wyko

nywania analizy w pełnym cyklu istnienia daje przewodnik opracowany
przez amerykańskie stowarzyszenie SETAC [76]. Istnieją również inne
opracowania, np. materiały wydane przez

Environmental Protection

Agency [19,97], które także dają opis podstaw i zasad metodologii wykony
wania analiz LCA.

Zgodnie z ogólną metodologią [19,79,97,165] analiza pełnego cyklu ist

nienia jest prowadzona w czterech niżej omówionych etapach.

• Zdefiniowanie celów i określenie zakresu pracy

W tym etapie definiuje się przeznaczenie analizy i jej zakres, granice

systemu poddawanego analizie oraz granice ewentualnych podsystemów.

To ostatnie ma szczególne znaczenie wtedy, gdy poszczególne fragmenty

analizy są wykonywane przez różne zespoły badawcze.

• Inwentaryzacja - identyfikacja i kwantyfikacja dopływów do systemu

i wypływów z systemu

W tym etapie pracy odbywa się gromadzenie danych, począwszy od po

zyskania surowców energetycznych i nieenergetycznych, strumieni zanie
czyszczeń (gazowych, ciekłych i stałych) odprowadzanych do wszystkich
ośrodków tworzących środowisko w pełnym cyklu istnienia budynku. W y
konuje się to na podstawie pomiarów lub obliczeń przepływów wszystkich
materiałów, nośników energii i emisji zanieczyszczeń związanych z wytwa
rzaniem wszystkich zastosowanych materiałów i prac budowlanych.

Wszystkie dopływy i wypływy są określane we wszystkich fazach cyklu ist

nienia. Zwykle inwentaryzacja stanowi podstawową i najbardziej obszerną
część analizy. Jednoznaczne określenie granic systemu w poprzednim eta
pie stanowi podstawę prawidłowego wykonania etapu inwentaryzacji.

• Analiza oddziaływania zanieczyszczeń na środowisko

Analiza wpływu na środowisko polega na ocenie ilościowej i jakościowej

negatywnego oddziaływania zanieczyszczeń odprowadzanych do środowi
ska w związku z wytwarzaniem danego materiału lub produktu. Zwykle ten
etap pracy jest realizowany w trzech następujących kolejno wykonywanych
zadaniach: klasyfikacja skutków oddziaływania, charakterystyka tych
skutków oraz oszacowania ilościowe. Niezbędne jest wcześniejsze jedno
znaczne określenie podstawowego celu i przeznaczenia analizy łącznie, z

jednoznaczną definicją każdego elementu obiektu, uwzględniającą czas
jego użytkowania.

• Analiza możliwości zmniejszenia uciążliwości ekologicznej

W tym etapie prowadzi się analizę wielu możliwych rozwiązań, które

mogłyby wpłynąć na zmniejszenie uciążliwości środowiskowej rozpatrywa
nego obiektu. Ponadto dokonuje się klasyfikacji wyników inwentaryzacji w
odniesieniu do kategorii określających wpływ na środowisko oraz identyfi
kację wpływu na środowisko poszczególnych zanieczyszczeń. Między inny
mi mogą być brane pod uwagę następujące rodzaje skutków oddziaływania
[19,97,165]:

- ubytek naturalnych zasobów Ziemi,
- zwiększenie zachorowań na choroby, np. nowotworowe,
- globalne ocieplenie atmosfery powodowane emisją

i in

nych gazów,

- zakwaszenie gleby i wód powierzchniowych powodowane emisją

NO ,

- fotochemiczny rozkład węglowodorów przy udziale

emitowanych

przez środki transportu i źródła ciepła,

- wykorzystanie terenu i j e g o degradacja,
- zanieczyszczenie wód spowodowane odprowadzaniem ścieków.

Prace [19,

podają metodologię analiz LCA, w formie zbioru zasad po

stępowania, w odniesieniu do systemu związanego z danym wyrobem. Taki
system obejmuje następujące składniki: pozyskanie surowców oraz wytwa
rzanie materiałów i końcowego wyrobu, dystrybucję i użytkowanie wraz

zabiegami eksploatacyjnymi i na końcu przekazaniem wykorzystanego wy
robu na składowisko odpadów i gospodarkę odpadami. W pracy [19] za
mieszczono metodologię wykonywania analiz LCA w odniesieniu do wyro
bu, ale jedynie w zakresie dotyczącym zasad wykonywania pierwszego eta
pu analizy, czyli inwentaryzacji. Natomiast w pracy [93] zamieszczono me
todologię wykonywania dalszych etapów analizy LCA. Jest to zbiór zasad i

sposobów postępowania niezbędnych przy wykonywaniu analiz.

W pracy [84] omówiono zastosowanie analizy LCA w odniesieniu do wy

robów ceramicznych i z tworzyw sztucznych. Według autora pracy [84] w
zakres metod termo-ekonomicznych powinna być włączona analiza egzer-
getyczna procesu wytwórczego w zakresie niektórych faz wykonywanej
analizy przez określenie egzergii inwestycji i egzergii odpadów powstałych
po rozbiórce. W pracy [17] natomiast wprowadzono i analizowano pojęcie
egzergetycznego cyklu istnienia (Egzergetic Life

Assessment - ELCA).

Wykazano, że pojęcie ELCA jest narzędziem bardziej przydatnym do

kwantyfikacji oddziaływania na środowisko spowodowane wykorzystaniem
zasobów naturalnych.

Większość dotychczasowych prac dla obiektów budowlanych wykorzy

stujących zasady wykonywania analiz LCA ogranicza się do etapu inwenta
ryzacji. Wynika to głównie z braku podstaw do ilościowego określenia
skutków zużycia zasobów naturalnych i oddziaływania zanieczyszczeń na
środowisko [8]. Jak się wydaje, najlepiej rozpoznanym oddziaływaniem do
chwili obecnej jest powiązanie emisji gazów cieplarnianych z ociepleniem
klimatu Ziemi. Jednakże i tu dokładniejszych

można zapewne

oczekiwać dopiero w przyszłości.

W zastosowaniu do obiektów budowlanych analiza LCA jest bardziej zło

żona niż dla wyrobów z tego powodu, że wymaga uwzględnienia zagrego
wanych efektów wielu wyrobów składowych charakteryzujących się różną
trwałością, najczęściej inną dla każdego z tworzących go wyrobów.

Analiza skumulowanego zużycia energii i emisji zanieczyszczeń w peł

nym cyklu istnienia obiektów budowlanych jest obecnie przedmiotem ba
dań prowadzonych w wielu ośrodkach badawczych. Na przykład prace
prowadzone w Kanadzie i Danii w tym obszarze są bardzo zaawansowane

[13,30]. W Danii trwają prace badawcze zmierzające do wprowadzenia wy

magań dotyczących wyznaczania wskaźników skumulowanego zużycia
energii i emisji zanieczyszczeń przez producentów wyrobów budowlanych w
celu wdrożenia analizy, w pełnym cyklu istnienia, do praktyki projektowej.

Do wykonania analizy niezbędne są wartości wskaźników skumulowa

nego zużycia energii

materiały zastosowane w obiektach.

Istnieje stosunkowo dużo danych charakteryzujących skumulowane zuży
cie energii do wytwarzania wielu materiałów budowlanych związanych z
przygotowaniem terenu, konstrukcją obiektu, obudową i systemami wy
kończeniowymi, wykorzystywanych we wszystkich fazach istnienia budyn
ku

Zwykle jednak te dane zostały wyznaczone 15-20 lat temu

i ich aktualność budzi wątpliwości.

W literaturze rzadko spotyka się dane liczbowe dotyczące wskaźników

skumulowanej emisji zanieczyszczeń charakteryzujących materiały bu

dowlane. Na przykład w [29] można znaleźć niewielką liczbę aktualnych
danych z tego zakresu. Dostępne są natomiast informacje (zebrane na
przykład w [5]) o wskaźnikach emisji zanieczyszczeń charakteryzujących
procesy spalania paliw kopalnych.

Istnieje już znaczna liczba publikacji poświęconych wykorzystaniu me

todologii pełnego cyklu istnienia w analizach materiałów budowlanych i
obiektów
W pracy [75] wykonanej w

w 1997 r. dokonano przeglądu publikacji z

tej dziedziny oraz przytoczono ważniejsze wyniki z zakresu skumulowanego
zużycia energii i emisji zanieczyszczeń, istotnych z punktu widzenia analizy
omawianej w tej pracy. Najbardziej wszechstronny przykład zastosowania
analizy zużycia energii w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego
podano w pracy [14], na podstawie której w tablicy 1 zamieszczono niektó
re dane liczbowe charakteryzujące skumulowane zużycie energii dla

obiektów, w których część konstrukcyjną każdego z nich wykonano z inne
go materiału.

Tablica 1. Przykład skumulowanego

energii w pełnym cyklu istnienia

obiektu przy różnych rozwiązaniach materiałowych części konstrukcyjnej [14]:
wartości odniesiono do 1 m

powierzchni użytkowej

Zużycie energii

Konstrukcja

z drewna

Konstrukcja stalowa

Konstrukcja z betonu

Zużycie energii

G J / m

W fazie

wznoszenia

4,4

5,5

4,9

Podczas

użytkowania

52,5

Na zabiegi
eksploatacyjne

6,6

6,7

6,5

Całkowite zużycie
energii

63,5

100

64,5

100

63,9

100

W pracach [85,103,151] analizuje się emisję gazów cieplarnianych w

pełnym cyklu istnienia obiektu. Najbardziej wszechstronnym badaniem
byłoby określenie wszystkich wielkości wprowadzanych do systemu, jak i z
niego wyprowadzanych. Jedne i drugie oddziałują na środowisko powodu

jąc w nim trwałe zmiany naruszające równowagę ekologiczną. Wynikiem

analizy byłby pełny zestaw ubytku zasobów i substancji wyprowadzanych
do środowiska.

omówiono zastosowanie analizy LCA do porównania różnych te

chnik energetycznych, przyjmując emisję gazów cieplarnianych jako kryte
rium oceny. Analizę zakończono omówieniem przykładu analizy LCA wyko
nanej dla produkcji metanolu jako paliwa do napędu środków transportu.
W pracach Komisji Europejskiej wykonano wiele analiz LCA w obszarze
energetyki wykorzystującej następujące nośniki energii

węgiel

kamienny i brunatny, energię wodną, energię wiatru, energię atomową.

Transport związany z produkcją materiałów i wyrobów budowlanych ma

znaczy udział w emisji zanieczyszczeń, nawet wtedy, gdy wytwarzanie ma
teriałów odbywa się w pobliżu wznoszonego obiektu

Przy większych

odległościach od miejsca produkcji do placu budowy, transport materiałów
może mieć wpływ bardzo znaczący. Większość emisji lotnych węglowodo
rów

jest powodowana środkami transportu, również około 10% emi

sji

jest wynikiem transportu wyrobów budowlanych

W pracy

analizowano przykład zastosowania analizy skumulowa

nego zużycia energii niezbędnej na wykonanie elementów obiektów z zasto
sowaniem urządzeń fotowoltaicznych. Wykazano, że w warunkach klima
tycznych Wielkiej Brytanii skumulowane zużycie energii na wytworzenie
urządzeń fotowoltaicznych jest bardzo znaczne i nie uzasadnia szerokiego
stosowania tej techniki w obiektach budowlanych

Według [28] jedną z głównych trudności w oszacowaniu wpływu na śro

dowisko jest brak danych charakteryzujących uciążliwość ekologiczną pro
cesów wytwarzania materiałów i elementów budowlanych. Dlatego badania
mające na celu określenie tych danych są prowadzone w wielu krajach. W
Danii realizowany jest

projekt, którego celem jest określenie charak

terystyk materiałów budowlanych z punktu widzenia wpływu na środowi
sko. Istotne są informacje o wszystkich materiałach i wyrobach. Jako pod
stawowe oddziaływania materiałów budowlanych na środowisko uznano:
zużycie zasobów naturalnych Ziemi, wpływ na zdrowie ludzi, wpływ na
środowisko przyrodnicze. W tym celu w omawianych badaniach zastoso
wano ograniczoną liczbę wielkości ściśle związanych z powyższymi katego
riami oddziaływań.

Uzyskano charakterystyki ekologiczne takich materiałów, jak: beton,

gips, tynk, metale, drewno, wełna mineralna, tworzywa sztuczne [28].
Wiele z uzyskanych wartości już zostało zaakceptowane do stosowania
przez odpowiednie instytucje. Przewiduje się, że w przyszłości dane cha
rakteryzujące wpływ materiałów i elementów na środowisko będą deklaro-

bezpośrednio przez wytwórców. Dlatego uznano potrzebę wprowa

dzenia normalizacji w zakresie definicji i metodologii określania żądanych

wielkości w celu zapewnienia porównywalności wyników badań.

2.4. Obiekty budowlane

o niskim zapotrzebowaniu na energię

W [32] zamieszczono porównanie skumulowanego zużycia energii w peł

nym cyklu istnienia dla obiektów budowlanych w Niemczech wykonanych

według różnych technik budowlanych. Dla obiektu wykonanego zgodnie z
wymaganiami z 1984

zużycie energii niezbędnej do wykonania materia

łów i wzniesienia budynku, przy założeniu

okresu użytkowania,

stanowi około 5% całkowitego skumulowanego zużycia energii. W standar
dowym obiekcie energooszczędnym udział skumulowanego zużycia energii
chemicznej gazu stanowi 45%, taki sam jest udział energii elektrycznej,
natomiast około 10% zużycia stanowi energia na zabiegi eksploatacyjne.
Oceniono, że w takim obiekcie możliwe jest znaczne zmniejszenie zużycia
energii elektrycznej, szczególnie przez zastosowanie energooszczędnego

wyposażenia obiektu w sprzęt gospodarstwa domowego. W obiekcie z pa

sywnym wykorzystaniem energii słonecznej uzyskuje się dalsze zmniejsze
nie zużycia energii na ogrzewanie. Szczególnie znaczące dalsze zmniejsze
nie zużycia energii zapewniają nowe rozwiązania wykorzystujące energię
słoneczną, które są aktualnie testowane

Obiekt budowlany „zero-

natomiast, w którym nie zużywa się nośników energii po

chodzących z paliw, charakteryzuje się znacznie wyższym skumulowanym
zużyciem energii w pełnym cyklu istnienia niż obiekt z pasywnym wykorzy
staniem energii słonecznej.

Według [12] udział początkowego skumulowanego zużycia energii w

skumulowanym zużyciu energii w pełnym cyklu, przy

okresie

eksploatacji obiektu budowlanego wynosi: dla obiektów wznoszonych tra
dycyjnie - 4%, dla energooszczędnych - 15%. Natomiast dla obiektów o
bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię ten udział może znacznie prze
kraczać 20%. Dla obiektu zeroenergetycznego udział ten wynosi 100%.

Kierunki rozwoju budownictwa o niskim zapotrzebowaniu na energię są

obszernie omawiane w pracy [12]. Wyrażono pogląd, że upowszechnienie
budownictwa niskoenergetycznego nastąpi dopiero w przyszłości. Przed
stawione porównanie skumulowanego zużycia energii obiektów w pełnym
cyklu istnienia uzasadnia potrzebę stosowania analizy LCA,

w celu

określenia rzeczywistej energochłonności charakteryzującej nowe techniki

w budownictwie.

Obiekt budowlany o zerowym zapotrzebowaniu na energię zewnętrzną,

którego podstawowe zasady projektowania sformułowano w [20] jest obec
nie przedmiotem doświadczalnych realizacji

Według informacji

zamieszczonych w [98] w ramach programu badawczego nr 13 Międzynaro-

dowej Agencji Energetycznej w wielu krajach zrealizowano

doświadczal

nych obiektów budowlanych o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię
doprowadzaną z zewnątrz

średnio 15

dynki te charakteryzują się bardzo niskimi stratami ciepła, a więc wysoką
izolacyjnością cieplną przegród zewnętrznych oraz wykorzystują energię
słoneczną [98]. Zdaniem niektórych autorów w wyniku dążenia do mini
malizacji zużycia energii w obiektach budowlanych [98] izolacja cieplna o
grubości 30-40 cm będzie stosowana j u ż w niedalekiej przyszłości. Realiza
cja dwóch obiektów o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię (w Darm
stadt i w Płocku) jest również omawiana w [25].

opisano realizację obiektu z pasywnym wykorzystaniem energii

słonecznej. Obiektami budowlanymi pasywnymi

houses) nazywa

się obiekty z pasywnym wykorzystaniem energii słonecznej w taki sposób,

że wskaźnik zużycia energii (na ogrzewanie, ciepłą wodę użytkową i energii
elektrycznej) nie przekracza 30

Artykuł omawia możliwość

realizacji takiego obiektu w warunkach klimatycznych centralnej Europy.

Wykonano to przez symulację zachowania cieplnego budynków. W celu
ograniczenia strat ciepła odprowadzanego z powietrzem wentylacyjnym
założono 80% odzysku ciepła, wstępne podgrzewanie powietrza w wymien

nikach gruntowych oraz kontrolę poziomu CO2 oraz bardzo wysoką szczel
ność obudowy. Zastosowano bardzo wysoką izolacyjność cieplną ścian ze

wnętrznych, zwracając szczególną uwagę na eliminację mostków cieplnych.
Bardziej istotne jest zastosowanie okien o bardzo wysokiej izolacyjności
cieplnej (potrójnie szklone z wypełnieniem kryptonem) niż zmniejszanie
wymiarów. Bardzo duży wpływ ma zachowanie użytkowników, dlatego
przewidziano zastosowanie energooszczędnego sprzętu gospodarstwa do
mowego i RTV. Wykazano, że taki pasywny obiekt mieszkalny można wy
konać stosując znane i użytkowane techniki w budownictwie. Pierwszy
prototyp takiego obiektu wzniesiono w Darmstadt w latach
Cztery rodziny zamieszkują w tym obiekcie od

r. W okresie dwóch lat

od października

r. do końca września 1993 r. średni wskaźnik zuży

cia energii wyniósł 32

Według danych pochodzących z pracy [36] w analizowanych obiektach

średni wskaźnik skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu wynosił

152-176

przy eksploatacyjnym wskaźniku zużycia ciepła

grzewczego wynoszącym 64—83

Dążenie do realizacji obiektu o j a k najniższym zużyciu energii wymaga

zastosowania materiałów i elementów spełniających określone wymagania

[32]:

- obudowa budynku powinna charakteryzować się wysoką izolacyjnością

cieplną, eliminacją mostków cieplnych; wymagany jest współczynnik
przejmowania ciepła poniżej 0,15

- okna powinny charakteryzować się bardzo niską wartością współ

czynnika przenikania ciepła zarówno samych zestawów szybowych, jak i ram,

istotna jest

promieniowania szyb; ponadto szyby powinny

charakteryzować się wysokim współczynnikiem przepuszczania energii pro
mieniowania słonecznego,

instalacje wykorzystujące energię powinny charakteryzować się wysoką

sprawnością energetyczną,

- wentylacja mechaniczna powinna być wyposażona w system automaty

cznego sterowania i odzysk ciepła odpadowego,

Obiekt powinien być wyposażony w urządzenia sprzętu gospodarstwa

domowego o niskim zużyciu energii i o wysokiej sprawności energetycznej.

2.5. Przegląd literatury

z zakresu optymalizacji obiektów budowlanych

W pracy

dokonano przeglądu publikacji z zakresu optymalizacji

jedno- i wielokryterialnej obiektów budowlanych. Prace zapoczątkowane

przez Fokina [34] oraz następne [140] można zaliczyć do zagadnień z za
kresu jednokryterialnej analizy energetycznej. Do prac z zakresu wielokry
terialnej analizy

można zaliczyć prace [86, 87,

w których przedstawiono wyniki badań nad zagad

nieniem optymalizacji wielokryterialnej energooszczędnych obiektów bu
dowlanych. Szczególną pozycję może tu stanowić monografia

w któ

rej podsumowano wyniki wieloletnich prac nad zagadnieniem optymalizacji

wielokryterialnej obiektów budowlanych.

rozpatruje się możliwość optymalizacji, biorąc pod uwagę na

stępujące kryteria oceny:

- koszty budowy, obejmujące koszty materiałów i wzniesienia,
- sezonowe zapotrzebowanie na energię do ogrzewania,
- emisję zanieczyszczeń stałych i gazowych powstających w procesach

wytwarzania ciepła na ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody użytkowej.

W optymalizacji poszukiwano optimum warunkowego dla rozpatrywa

nych funkcji celu, ponieważ występuje wiele ograniczeń określających ob

szar rozwiązań dopuszczalnych. Ograniczenia formułowano w postaci rów

ności i nierówności, które wyrażają równania wiążące obciążenia z siłami

wewnętrznymi w konstrukcji, równania opisujące przepływ ciepła przez

przegrody, ograniczenia dotyczące wielkości przemieszczeń, temperatury,

wilgotności, ograniczenia wymiarów obiektu i jego elementów, wynikające z
wymagań użytkowych, konstrukcyjnych, technologicznych i in. Ponieważ
najczęściej rozwiązania występują na granicy rozwiązań dopuszczalnych,
dlatego ważna jest rola ograniczeń w formułowaniu zagadnień optymaliza
cji wielokryterialnej.

W monografii

wprowadzono dwie grupy zmiennych decyzyjnych:

- zmienne określające kształt oraz wymiary obiektu i przegród zewnęt

rznych (długość ścian, liczbę kondygnacji, kąt ustawienia ścian w stosun-

ku do kierunku północ-południe, opór cieplny ścian, okien, stropodachu,
podłogi, stosunku powierzchni okien do powierzchni ścian),

- zmienne określające urządzenia grzewcze, liczbę i moc urządzeń

grzewczych, sposób wykorzystania.

Ważną częścią pracy jest opracowanie modelu matematycznego układu

obiekt budowlany-otoczenie, w którym sformułowano funkcję celu i ogra
niczenia. Przedstawiono w nim sposób obliczania strat ciepła przez prze
grody zewnętrzne i wentylację, sposób określania zysków energii promie
niowania słonecznego, a także metodę określania zanieczyszczeń stałych i
gazowych oraz sposób określania kosztu wznoszenia obiektu i kosztu in
stalacji i urządzeń grzewczych.

W rozwiązaniu zagadnienia optymalizacji kształtu i struktury obiektów

oraz wykorzystania źródeł ciepła w urządzeniach ogrzewania i przygotowa
nia ciepłej wody użytkowej wykorzystano koncepcję dekompozycji zadania
na podzadania obejmujące

optymalizację przegród zewnętrznych,

kształtu obiektów oraz optymalizację wykorzystania źródeł ciepła w urzą
dzeniach grzewczych.

Rozpatrywane w pracach [1.10] zagadnienia optymalizacji wielokryterial

nej nie mogą być zaliczone do problematyki analiz w pełnym cyklu istnie
nia, ponieważ odnoszą się one jedynie do wybranych faz tego cyklu. Na
przykład koszt materiałów i wzniesienia obiektu rozpatruje się jedynie w
fazie wznoszenia, natomiast pozostałe funkcje celu tylko w fazie eksploata
cji.

W pracy [10] omawiane są koncepcje obiektów oparte na jednokryterial-

nej optymalizacji obudowy i wyposażenia technicznego i instalacji zmie
rzającej do osiągnięcia minimalnego zużycia energii na ogrzewanie. Ograni
czenie zużycia energii osiąga się przez zastosowanie przegród zewnętrznych
o wysokiej izolacyjności cieplnej oraz systemy wentylacyjne o zmiennej wy
dajności. Pozwala to zapewnić bardzo niskie zużycie energii i wymagane

warunki komfortu. Uzyskano praktyczne rozwiązania obiektu mieszkalne
go charakteryzującego się zużyciem energii 49

Podobnie pra

ce omawiane w

należą do zagadnień z obszaru jednokryterialnej anali

zy energetycznej.

2.6. Podsumowanie

W kraju j a k dotychczas, poza pracami autora, zanotowano nieliczne pu

blikacje z zakresu analiz opisujących oddziaływanie obiektów budowlanych
na środowisko w pełnym cyklu j e g o istnienia. Z różnych wypowiedzi wia
domo, że badania z tej dziedziny są w kraju prowadzone (prace doktorskie).
Zbliżone metodycznie badania były prowadzone w latach 70. w odniesieniu
do energii w celu ustalenia wskaźników jej skumulowanego zużycia [5].
Zgodnie z aktualnie posiadanym rozpoznaniem - badania o takim zakresie
nie są prowadzone w żadnym z krajowych ośrodków badawczych.

Zastosowanie analizy w pełnym cyklu istnienia w budownictwie daje

możliwość badania wpływu na środowisko, wspomagając podjęcie decyzji w
wielu praktycznych problemach. Metodologia pełnego cyklu istnienia jest

nie tylko w analizach uciążliwości ekologicznej, lecz również

może być zastosowana do badania, m.in.:

- wpływu materiałów budowlanych na środowisko i wspomagania pro

cedury wyboru materiałów zapewniających minimalizację tego oddziaływa
nia,

- skumulowanego zużycia energii, emisji zanieczyszczeń, skumulowane

go zużycia wody,

- efektywności ekologicznej wynikającej z realizacji różnych przedsię

wzięć modernizacyjnych budynku,

- efektywności ekologicznej różnych przedsięwzięć proponowanych w

budownictwie i mających na celu zmniejszenie ich uciążliwości środowi
skowej.

Dokonany przez autora obszerny przegląd literatury [75] wskazuje, że

brak jest publikacji prezentujących szczegółowy opis metod obliczania
ubytku zasobów naturalnych (w tym skumulowanego zużycia energii i emi

sji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego) z poda

niem niezbędnych algorytmów obliczania. W pracach

meto

dyka jest prezentowana w sposób opisowy, jak to omówiono wcześniej.
Wyjątek może stanowić praca [2], w której rozpatrując zużycie energii
sformułowano niektóre zależności wykorzystywane następnie w oblicze
niach. W publikacjach prezentujących zastosowanie analiz w pełnym cyklu
istnienia najczęściej autorzy powołują się na metodyki opisane w pracach

[19,79]. Podawane są natomiast wyniki prac j u ż wykonanych - dla okre
ślonych przypadków zastosowania, bez ujawniania szczegółów metodycz

nych zastosowanych przez autorów. Metodyka wykonywania analizy ener-
getyczno-ekologicznej opisywana w tej pracy mieści się w ramach ogólnej
metodologii analiz pełnego cyklu istnienia obiektu [15,19,79,97], a propo
nowane zależności umożliwiające obliczanie skumulowanego zużycia ener
gii podano w postaci macierzowej z podziałem na cztery podstawowe
składniki odnoszące się do kolejnych faz cyklu istnienia obiektu.

3. SKUMULOWANA EMISJA ZANIECZYSZCZEŃ

PRZY WYTWARZANIU MATERIAŁÓW I WYROBÓW

BUDOWLANYCH

3.1. Ogólne informacje o materiałach i

budowlanych

Materiały i

budowlane są wytwarzane z surowców pobieranych

ze środowiska, które są pozyskiwane przy zastosowaniu nośników energii,
następnie są transportowane do zakładów wytwarzających materiały, pół
wyroby i wyroby finalne. Wytwarzanie określonego materiału lub wyrobu
odbywa się zwykle w wielu zakładach w procesach produkcyjnych, w któ
rych zużywa się również wielu innych materiałów i surowców oraz wodę i
nośniki energii. Emisja zanieczyszczeń uciążliwych dla środowiska po
wstaje więc nie tylko jako efekt zużywanej energii, lecz również w wielu
innych procesach produkcyjnych, z których szkodliwe substancje gazowe,
ciekłe oraz odpady stałe są usuwane do otoczenia.

Każdy wyrób można scharakteryzować pewnym nakładem energetycznym

poniesionym we wszystkich procesach, począwszy od pozyskania surowców
do chwili zakończenia produkcji wyrobu końcowego. Do oceny wielkości tego
nakładu energetycznego stosuje się pojęcie - energochłonności skumulowa
nej wyrobu - lub - wskaźnika skumulowanego zużycia energii. Problematyka

z tego zakresu była publikowana

w [5,7,111,152,154], dlatego w tej

pracy nie jest omawiana. Stosując pojęcie skumulowanej emisji zanieczysz
czeń można scharakteryzować wyroby przemysłowe z punktu widzenia
uciążliwości ekologicznej wynikającej z emisji zanieczyszczeń związanej z ich
wytwarzaniem [66,76], podobnie jak w przypadku skumulowanego zużycia
energii. Skumulowana emisja zanieczyszczeń jest bardzo często wykorzy

stywana w ocenach uciążliwości ekologicznej wyrobów przemysłowych i
obiektów budowlanych analizowanych w pełnym cyklu istnienia [65,66]. W
pracach wielu ośrodków badawczych [28], wskaźniki skumulowanej emisji

zanieczyszczeń przyjmowane są jako ważny składnik analizy prowadzonej w
punktu widzenia zrównoważonego rozwoju. Ocena uciążliwości ekologicznej
poszczególnych wyrobów - przy zastosowaniu wskaźnika skumulowanej
emisji zanieczyszczeń - jest tu podstawą umożliwiającą ocenę materiałów,
wyrobów prostych i złożonych oraz całych obiektów. W wielu pracach
proponowane jest stosowanie równoważnej emisji zanieczyszczeń, która

pozwala na zmniejszenie liczby rozpatrywanych kryteriów badania
uciążliwości ekologicznej wyrobów [62,130].

Wykorzystując dotychczasowe prace, głównie z dziedziny skumulowane

go zużycia energii wyrobów przemysłowych [5,152,154] oraz analiz w peł
nym cyklu istnienia wyrobów i obiektów [62,63], omówiono podstawowe
pojęcia z zakresu skumulowanej emisji zanieczyszczeń, metodykę wyzna
czania wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń oraz możliwości
ich zastosowania w ocenach uciążliwości ekologicznej wyrobów. Zdefinio

wano wskaźnik równoważnej emisji zanieczyszczeń, który umożliwia łączne
rozpatrywanie emisji substancji zanieczyszczających o zbliżonym charakte
rze oddziaływania na środowisko, np.: dla substancji szkodliwych lokalnie.

Podano również odpowiednie definicje dla gazów cieplarnianych i dla sub
stancji działających destrukcyjnie na stratosferyczną warstwę ozonową

Ziemi. Wskaźnik emisji równoważnej wykorzystano w proponowanej meto
dyce określania emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia obiektu
budowlanego [65,66].

Pojęcie - materiały budowlane - dotyczy wszystkich tworzyw wykorzy

stywanych w budownictwie zarówno stosowanych w stanie naturalnym,

jak i przetworzonych lub wytworzonych w procesach przemysłowych. Na

placu budowy stosowane są zarówno same materiały, jak i gotowe wyroby.
Niektóre z nich są przygotowywane bezpośrednio na placu budowy (zapra
wy, betony, farby, mieszane spoiwa,

Zgodnie z [96] można wyróżnić kilkanaście grup materiałów i wyrobów

budowlanych. Materiały te są produkowane w wielu procesach przemysło

wych, według których odbywa się wytwarzanie:

- tradycyjnych materiałów budowlanych,
- materiałów i wyrobów typu chemicznego,
- materiałów i wyrobów metalowych.

Procesy technologiczne wytwarzania tradycyjnych materiałów budowla

nych charakteryzują się wieloma cechami wspólnymi. Ich przebieg odbywa
się według zbliżonego następującego uproszczonego schematu [95]: wydo
bycie surowców mineralnych, transport surowców, rozdrabnianie surow

ców, suszenie rozdrobnionych surowców, mielenie surowców,
prażenie, topienie surowców, mielenie i mieszanie półproduktów, składo
wanie wyrobów końcowych, transport i dystrybucja.

Z podanego przebiegu procesów technologicznych wynika, że przemysł

tradycyjnych materiałów budowlanych jest głównie pyłotwórczy. Wszystkie
procesy kruszenia, mielenia, transportu i spustu surowców są zasadniczo

źródłem zapylenia tylko

produkcyjnych. W przypadku stoso

wania urządzeń wentylacyjno-wyciągowych, emisja pyłów z wyrzutni wen
tylacyjnych ma bardzo ograniczony zasięg oddziaływania, nie przekraczają
cy zwykle zakresu strefy ochronnej [95]. Większy zasięg mają pyły emito
wane przez kominy w procesach suszenia, prażenia i wypalania surowców.
Zanieczyszczenia gazowe (CO2, CO,

SO2) powstają w zasadzie jedynie

w procesach suszenia, wypalania, prażenia i topienia surowców i są głów

nie wynikiem spalania paliw kopalnych. Niekiedy powstają jako wynik wy
stępowania procesów chemicznych, np. podczas procesu

piecach cementowych.

Wśród paliw kopalnych stosowanych w przemyśle krajowym dominuje

węgiel kamienny. Rzadziej stosowany jest olej opałowy i gaz ziemny. Prze
mysł budowlany zużywa również nośniki energii bezpośredniej, które są
wytwarzane na bazie tradycyjnych paliw kopalnych. Procesy technologicz
ne materiałów i wyrobów chemicznych (farby, kleje, pianki) są wytwarzane
w procesach, w których odbywają się reakcje chemiczne, a powstające za
nieczyszczenia mogą być bardziej złożone. Wytwarzanie materiałów i wyro
bów metalowych głównie stalowych i z metali kolorowych, odbywa się we
dług procesów charakterystycznych dla poszczególnych metali: stal, żeliwo,
aluminium, miedź, cynk i in.

Emisje zanieczyszczeń powstające w procesach technologicznych i ener

getycznych można wyznaczyć na podstawie pełnej analizy procesów

uwzględniającej wszystkie dostarczane surowce energetyczne i nieenerge-
tyczne oraz wszystkie substancje odprowadzane do środowiska.

3.2. Skumulowana emisja zanieczyszczeń

3.2.1. Pojęcie skumulowanej emisji zanieczyszczeń

Procesy wytwarzania produktów użytecznych, w tym również materiałów

i wyrobów budowlanych, w różnych gałęziach gospodarki są wzajemnie
powiązane przez sieci powiązań technologicznych i energetycznych. Zapo
trzebowanie na zwiększoną ilość wyrobów danego rodzaju wpływa na

zwiększone zużycie surowców energetycznych i nieenergetycznych we
wszystkich procesach związanych z produkcją tych wyrobów oraz na
zwiększoną emisję zanieczyszczeń do środowiska, która jest pochodną

przebiegu większości procesów przemysłowych.

Emisja zanieczyszczeń generowanych w procesie bezpośredniego wytwa

rzania danego wyrobu nie obejmuje całkowitej emisji wszystkich zanie
czyszczeń, które powstają także w procesach powiązanych z wytwarzaniem
tego wyrobu. Bowiem surowce niezbędne do wytworzenia danego produktu
użytecznego oraz materiały, półwyroby i nośniki energii również powsta

wały w procesach, w których generowane były zanieczyszczenia środowi

ska. Odbywało się to w procesach

- pozyskania surowców energetycznych i nieenergetycznych,
- wytwarzania materiałów i półwyrobów,
- przetwarzania surowców energetycznych,
- transportu surowców, materiałów, półwyrobów i nośników energii,
- budowy obiektów i urządzeń, w których jest wytwarzany dany wyrób

oraz zużywane materiały i półwyroby.

W efekcie emisja zanieczyszczeń

dany materiał lub

wyrób powstaje nie tylko w bezpośrednim procesie wytwórczym, lecz rów
nież w wielu procesach wcześniejszych, stanowiących ogniwa sieci techno
logicznej prowadzącej do wytworzenia wyrobu.

Sumaryczna emisja zanieczyszczeń generowana we wszystkich etapach

procesów wytwórczych i transportowych, prowadzących do wytworzenia
rozpatrywanego wyrobu, nazywa się skumulowaną emisją zanieczyszczeń.
Skumulowana emisja zanieczyszczeń może dotyczyć zarówno nośników

energii, surowców, materiałów, półwyrobów, wyrobów finalnych, j a k i ca
łych obiektów oraz transportu. Analogicznie j a k to funkcjonuje w analizach
skumulowanego zużycia energii [152], sumaryczną emisję zanieczyszczeń
związaną z przepływem nośników energii oraz surowców i materiałów moż
na nazwać eksploatacyjną skumulowaną emisją zanieczyszczeń. Skumu
lowaną emisję zanieczyszczeń pochodzącą od procesów wytwarzania urzą
dzeń i obiektów wytwórczych można natomiast nazwać skumulowaną in
westycyjną emisją zanieczyszczeń [145].

3.2.2. Definicja wskaźnika skumulowanej emisji zanieczyszczeń

Emisję substancji zanieczyszczających środowisko charakteryzuje się za

pomocą wskaźników emisji poszczególnych substancji wchodzących w
skład odprowadzanych zanieczyszczeń. Przykłady wskaźników emisji dla

wybranych paliw można znaleźć w stosunkowo nielicznych publikacjach,

w [29,85].

W [154] zdefiniowano wskaźnik skumulowanego zużycia energii cha

rakteryzujący wyroby przemysłowe. Podobnie wskaźnik skumulowanej
emisji fc-tej substancji zanieczyszczającej środowisko na jednostkę

wyrobu można zdefiniować wzorem:

A..

(1)

AP '

gdzie:

- sumaryczna emisja fc-tej substancji zanieczyszczającej, powstają

cej w sieci procesów wytwórczych i transportowych, związana

wytworzeniem

wyrobu, w rozpatrywanym przedziale czasu,

- produkcja netto

wyrobu (z odliczeniem zużycia na potrzeby

własne),

- przyrost emisji fc-tej substancji zanieczyszczającej, wywołany

zwiększeniem o

produkcji końcowej

wyrobu,

- przyrost produkcji końcowej

wyrobu.

Jak wykazano w [152] obie definicje w odniesieniu do skumulowanego

zużycia energii wyrażone wzorem (1) są równoważne, co również uzasadnia

ich równoważność w przypadku emisji zanieczyszczeń. Najczęściej są wy-

znaczane średnie (na przykład roczne) wartości wskaźników skumulowanej
emisji zanieczyszczeń.

Emisja k-tej substancji może wynikać zarówno z zastosowania różnych

nośników energii pierwotnej, j a k również może pochodzić z innych źródeł.
Może na przykład powstawać w wyniku odbywających się w procesach re
akcji chemicznych lub też może być wywołana innymi przyczynami wystę
pującymi w procesach (pylenie, odgazowanie, reakcje chemiczne) oraz pod
czas transportu przenośnikami taśmowymi, pneumatycznymi.

Jeżeli znane są udziały emisji pochodzącej z użytkowania energii oraz

udziały emisji z innych źródeł, wówczas obliczenie sumarycznego wskaźni
ka skumulowanej emisji zanieczyszczeń y (kg z a n . / k g wyrobu) może być
obliczone za pomocą wzoru:

r = x +

(2)

gdzie:

x - wskaźnik skumulowanej emisji zanieczyszczeń pochodzących z

innych źródeł niż zużycie energii, kg z a n . / k g wyrobu,

- w s k a ź n i k emisji zanieczyszczeń, charakteryzujący dany nośnik

energii pierwotnej, kg z a n . / M J (w odniesieniu do energii che
micznej paliwa na poziomie urządzeń wytwórczych nośnika ener
gii bezpośredniej),

X - wskaźnik skumulowanego zużycia energii charakteryzujący dany

wyrób,

wyrobu,

- skumulowana sprawność pozyskania i dostawy paliwa pierwot

nego do

wytwórczych danego nośnika energii bezpo

średniej.

Wówczas, gdy emisje zanieczyszczeń są wyłącznie wynikiem zużycia

energii, x = 0, wskaźnik skumulowanej emisji zanieczyszczeń jest określony

wzorem:

Konieczność uwzględnienia we wzorach (2) i (3) sprawności pozyskania i

dostarczania paliwa w celu wytworzenia ciepła wynika z różnych poziomów
odniesienia wskaźników X i

Gdy emisja zanieczyszczeń odnosząca się do danego wyrobu wynika z

użytkowania różnych nośników energii

się odmiennymi

charakterystykami ekologicznymi, wówczas sumaryczny wskaźnik emisji
danej substancji zanieczyszczającej może być obliczony jako suma:

gdzie:

- wskaźnik skumulowanej emisji zanieczyszczeń spowodowanych

zużyciem

nośnika energii podczas wytwarzania /-tego wy

robu,

n - liczba użytkowanych w procesach różnych nośników energii

pierwotnej.

3.3. Równoważna emisja zanieczyszczeń

62] zdefiniowano wskaźnik równoważnej emisji zanieczyszczeń,

który umożliwia łączne rozpatrywanie emisji substancji zanieczyszczają
cych o zbliżonym charakterze oddziaływania na środowisko, np.: substan
cje szkodliwe lokalnie, gazy cieplarniane, substancje niszczące stratosfery
czną warstwę ozonową Ziemi. Wskaźnik emisji równoważnej wykorzystano

w proponowanej metodyce określania emisji zanieczyszczeń w pełnym cy

klu istnienia obiektu [65,66]. Obecnie można znaleźć j u ż wiele publikacji,
w których proponuje się stosowanie równoważnej emisji zanieczyszczeń.

W pracy [62] zastosowano definicję równoważnej emisji zanieczyszczeń

substancji szkodliwych bezpośrednio dla środowiska, wyrażoną w kg
SO2/GJ lub w kg

wykorzystującą mnożniki wagowe ustalone na

podstawie poziomu toksyczności lub opłat za gospodarcze wykorzystanie

środowiska. Dla gazów cieplarnianych natomiast obowiązują zasady zgod
nie z metodologią

[86, 87]. W [13] proponuje się stosowanie maksy

malnych wartości dopuszczalnych stężeń w powietrzu atmosferycznym
substancji zanieczyszczających jako mnożników wagowych do obliczania
emisji równoważnej.

W pracy

do oceny wyrobów przemysłowych dla budownictwa pro

ponuje się

stosowanie kilku różnych równoważnych wskaźników

emisji zanieczyszczeń dotyczących:

- efektu cieplarnianego (Global

- potencjał GWP 100

wyrażony w kg CO2,

- efektu zakwaszenia Acidification Potential - potencjał AP wyrażony w

- efektu fotochemicznego utleniania z

(Photochemical Ozone Cre-

ation Potential) - potencjał POCP wyrażony w kg etylenu,

- efektu nitrifikacji

Potential) - potencjał nitryfikacyjny NP,

wyrażony w kg PO4.

3.3.1. Wskaźnik równoważnej emisji substancji szkodliwych

Wskaźnik emisji równoważnej,

(kg SO2/GJ), dla zanieczyszczeń po

chodzących ze spalin generowanych podczas spalania paliw kopalnych,
można zdefiniować następująco

£r =

(5)

gdzie:

wskaźniki emisji poszczególnych

składników zanieczyszczających śro

dowisko, odniesione do energii che
micznej paliwa,

mnożniki wagowe emisji poszczegól

nych zanieczyszczeń

W najprostszym przypadku podstawą do wyznaczenia mnożników wa

gowych umożliwiających określenie udziału szkodliwości poszczególnych
substancji może być system opłat za gospodarcze wykorzystanie środowi
ska

Podstawą do ustalenia mnożników a może być określona szkodli

wość substancji uwzględnianych w obliczeniach emisji równoważnej

[51,122,138].

Według

wskaźnik toksyczności (szkodliwości)

danej substancji

definiuje się jako:

(6)

gdzie:

- dopuszczalna wartość średniorocznego stężenia zanieczyszczenia

gazowego lub pyłowego zawieszonego w powietrzu atmosferycz
nym, m g / m

- dopuszczalna wartość średniorocznego stężenia dwutlenku siarki

w powietrzu atmosferycznym, m g / m

Podobnie zdefiniowane jest średnioroczne równoważne stężenie zanie

czyszczeń stosowane do określania sumarycznego zagrożenia terenu przez
różne rodzaje substancji zanieczyszczających

Istnieje również możliwość określenia mnożników wagowych określo

nych substancji zanieczyszczających emitowanych do atmosfery w sposób
pośredni - przez zróżnicowanie stawek opłat za gospodarcze korzystanie
ze środowiska, których wielkość jest ustalana rozporządzeniem Rady Mini
strów [138]. W tym przypadku mnożnik wagowy byłby określony następu

jąco:

(7)

gdzie:

- opłata za odprowadzenie do atmosfery 1 kg SO2, P L N / k g ,

K. - opłata za odprowadzenie do atmosfery 1 kg i-tej substancji,

P L N / k g .

W tablicy 2 zamieszczono wskaźniki szkodliwości substancji najbardziej

uciążliwych dla środowiska

, których emisja do atmosfery przez jed

nostki prowadzące działalność gospodarczą podlega opłacie ekologicznej

zgodnie z odpowiednim rozporządzeniem

Zakłada się, że

lub

Wzór (5) można zapisać w sposób bardziej ogólny w postaci macierzowej,

wygodniejszej do wykorzystania w obliczeniach numerycznych, dla

nośników energii pierwotnej [62] wektor kolumnowy

wskaźników emisji

równoważnej substancji szkodliwych dla poszczególnych nośników energii

wynosi:

(8)

gdzie:

a - wektor kolumnowy mnożników emisji,

- macierz prostokątna współczynników emisji substancji szkod

liwych,

- współczynnik emisji

substancji dla

nośnika energii,

element macierzy E,

- mnożnik emisji

substancji, element wektora a,

Tablica 2. Wskaźniki szkodliwości substancji zanieczyszczających i dane do ich

określenia

Nazwa substancji

Według

Według [174]

Nazwa substancji

P L N / k g

m g / m

P L N / k g

Dwutlenek siarki,

1,0

1,0

Dwutlenek węgla, CO2

0,0005

0,00015

0,0005

Tlenki azotu,

1,0

0,26

0,64

0,30

1,0

Tlenek węgla, CO

0,26

2,6

120

0,27

0,08

0,267

Węglowodory aromatyczne

2,6

2,5

12,8

0,08

0,267

Węglowodory alifatyczne

2,6

650,5

2,5

12,8

0,2675

Benzo(a)piren, BaP

650,5

1,0

210,0

700,0

105,0

350,0

Fluor

2,6

1,6

680

Rtęć

325,3

800

0,04

2,6

105,0

350,0

Kadm

325,3

0,01

3200

105,0

350,0

Ołów

325,3

160

105,0

350,0

Pył z

brunatnego

0,30

1,0

Pył ze spalania, P

0,0005

0,20

0,667

4 0

Macierz wskaźników emisji e obejmuje wszystkie nośniki energii wyko

rzystywane w budynku, j =

n, oraz wszystkie substancje zanieczysz

czające uwzględniane w obliczeniach i = 1-

(9)

gdzie:

- liczba substancji uwzględnianych w obliczeniach,

n - liczba rozpatrywanych nośników energii
Sumowanie iloczynów

i jest wykonywane dla wszystkich

sub

stancji zanieczyszczających atmosferę i uwzględnianych w obliczeniach.

Mnożniki

emisji zanieczyszczeń można określić uwzględniając szko

dliwość (toksyczność) poszczególnych zanieczyszczeń dla środowiska lub
opłaty ponoszone za ich emisje do atmosfery. Wartości liczbowe mnożni
ków

charakteryzują jedynie określone substancje zanieczyszczające, nie

zależą natomiast od rodzaju nośników energii [62].

3.3.2. Wskaźniki równoważnej emisji gazów cieplarnianych

Wektor kolumnowy wskaźników emisji równoważnej gazów cieplarnia

nych

- wyrażający równoważną zdolność pochłaniania promieniowania

podczerwonego

nośnik energii w kg CO2/GJ, może

być określony wzorem [63]:

(10)

gdzie:

- wektor kolumnowy równoważnych współczynników emisji

dla j=

nośników energii,

- macierz prostokątna wskaźników emisji gazów cieplarnianych,

- mnożnik wyrażający względną zdolność pochłaniania promienio

wania podczerwonego przez i-tą substancję,

b - wektor kolumnowy mnożników emisji dla gazów cieplarnianych,

Wartość mnożnika

zależy tylko od rodzaju emitowanej substancji za

nie zależy natomiast od rodzaju nośnika energii.

Macierz wskaźników

emisji gazów cieplarnianych ma postać:

,11,

ml' ml

Dla substancji najczęściej uwzględnianych w obliczeniach potencjału

cieplarnianego, tzn. zgodnie z [54,65] dla

N M V O C ,

równoważny współczynnik emisji dla

nośnika energii może być zapi

sany jako:

(12)

Mnożniki

określa się w stosunku do potencjału cieplarnianego CO2,

który uznano jako substancję wpływającą w sposób decydujący na efekt
cieplarniany ze względu na powszechność powstawania w procesach
przetwarzania paliw [86,87]. Dla najbardziej znanych gazów cieplarnianych
według [86,87] mnożnik b, wyrażony potencjałem cieplarnianym CO2, wy
nosi:

1,00,

= 24,50,

= 320,00.

3.3.3. Emisja substancji niszczących stratosferyczną

warstwę ozonową

Emisja substancji mających wpływ na stratosferyczną warstwę ozonową

nie jest

z określonym nośnikiem energii lub materiałów, lecz z

rodzajem występujących instalacji i urządzeń (klimatyzacja, układy chłod
nicze). Dlatego w tym przypadku nie istnieje potrzeba określenia równo
ważnego wskaźnika emisji odniesionego do zużywanej energii, lecz oblicza
się potencjał ODP (Ozone Depletion Potential) wszystkich substancji cha
rakteryzujących się wpływem na warstwę ozonową.

3.3.4. Równoważna emisja zanieczyszczeń

Równoważną emisję substancji szkodliwych, w kg

charaktery

zującą dany wyrób lub obiekt, uwzględniającą wszystkie zużywane w ciągu
roku nośniki energii można zdefiniować następująco [76]:

gdzie:

- wektor kolumnowy wskaźników równoważnej emisji substancji

zanieczyszczających,

E* - wektor kolumnowy ilości skumulowanego zużycia nośników ener

gii.

- równoważny wskaźnik emisji zanieczyszczeń charakteryzujący j-

ten nośnik energii, g SO2/GJ.

Wówczas, gdy znane są wskaźniki skumulowanej emisji zanieczyszczeń

charakteryzujące poszczególne materiały, półwyroby i wyroby, emisja za
nieczyszczeń całego wyrobu może być określona wzorem:

A =

(14)

gdzie:

y - wektor kolumnowy współczynników emisji równoważnej wszyst

kich materiałów lub półwyrobów tworzących wyrób,

G - wektor kolumnowy mas materiałów i półwyrobów tworzących da

ny wyrób.

Równoważną emisję gazów cieplarnianych (CO2, CH4, N2O,), którą moż

na nazwać potencjałem cieplarnianym energii zużywanej w procesach pro
dukcyjnych lub przy wznoszeniu obiektów budowlanych i
wszystkie stosowane w nim nośniki energii, określa wzór:

(15)

p - wektor kolumnowy równoważnych wskaźników emisji gazów cie

plarnianych,

- równoważny wskaźnik emisji gazów cieplarnianych (zdolność po

chłaniania promieniowania podczerwonego) charakteryzujący j-
ten nośnik energii, kg

Gdy znane są natomiast wskaźniki emisji równoważnej gazów cieplar

nianych charakteryzujące poszczególne półwyroby, wówczas sumaryczną
emisję zanieczyszczeń dla danego wyrobu określa wzór:

B =

(16)

Definicja emisji

za pomocą wzoru (16) jest zgodna z definicją stosowa

ną w pracach

[86] zawierających wytyczne do określenia potencjału

zagrożenia efektem cieplarnianym.

Równoważny potencjał destrukcji stratosferycznej warstwy ozonowej

ODP (Ozone Depletion Potential) związany z danym wyrobem, można okre
ślić następująco:

(17)

gdzie:

c - wektor kolumnowy mnożników wagowych charakteryzujących

potencjały ODP rozpatrywanych substancji,

M - wektor kolumnowy ilości zużywanych substancji

cych się potencjałem ODP.

Mnożniki wagowe

dla różnych substancji mających wpływ na poten

cjał ODP zestawiono w

Przyjmuje się, że potencjał ODP różnych sub

stancji jest odnoszony do potencjału charakteryzującego

dla której

mnożnik wagowy c = 1. Związek

uznano jako

charakteryzujący się największym potencjałem ODP i ten potencjał stanowi
wartość odniesienia dla pozostałych substancji wpływających na poziom
ODP. Oznacza to, że potencjał ODP określony wartością C wyraża równo

ważną emisję wszystkich substancji wpływających destrukcyjnie na ozon

stratosferyczny wyrażony masą

Wskaźniki skumulowanej równoważnej emisji zanieczyszczeń

Często wygodniej jest posługiwać się skumulowanymi

emisji równoważnej

[66, 76], które uwzględniają emisję zanieczyszczeń

generowaną w procesach przetwarzania danego nośnika energii. Definicję

wskaźnika skumulowanej emisji równoważnej przedstawiono w wywodzie
zamieszczonym niżej.

Skumulowane zużycie energii dostarczanej do rozpatrywanego procesu

przemiany można zapisać w postaci sumy:

(18)

gdzie:

- bezpośrednie zużycie energii w rozpatrywanym procesie przemia

ny,

AE - zużycie energii na pozyskanie energii

i jej transport do miejsca

przemiany.

Równanie definiujące wskaźnik £*. skumulowanej emisji można zapisać

jako [73]:

* =

(19)

gdzie wskaźnik równoważnej emisji zanieczyszczeń:

- charakteryzujący energię chemiczną zużytą podczas spalania

paliwa niezbędnego do wytworzenia

nośnika energii,

- podczas spalania paliw wykorzystanych na pozyskanie i dostar

czenie paliwa do źródła ciepła,

s". - podczas wydobycia, transportu i składowania paliwa niezbędne

go do wytworzenia

nośnika energii oraz paliw wykorzysta

nych na pozyskanie i dostarczenie j - t e g o nośnika energii, np.:
odmetanowanie kopalń, pylenie i odgazowanie podczas składo

wania i transportu, straty gazu ziemnego podczas wydobycia i
transportu.

Wykorzystując zależność (19) oraz następującą definicję skumulowanej

sprawności pozyskania i dostarczania energii do procesu przemiany:

wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji dla

nośnika energii

odniesiony do ilości energii

w procesie przemiany można przedsta

wić wzorem [66,76]:

1 * "

gdzie:

- skumulowana sprawność energetyczna pozyskania i dostarczania

paliwa niezbędnego do wytworzenia

nośnika energii na po

ziom urządzeń wytwórczych nośnika energii bezpośredniej, obej
mująca wszystkie nakłady i straty energetyczne od złoża do
urządzeń wytwórczych.

Wskaźniki emisji

charakteryzujące

nośnik energii mogą mieć

jednakowe wartości, jeżeli na wytworzenie

nośnika energii zużyto

paliwo tego samego rodzaju co i do wytworzenia nośników energii niezbęd
nych do j e g o pozyskania i transportu. Gdy

wówczas wzór

upraszcza się do postaci:

Często wskutek braku danych dotyczących wskaźnika

pomija się

również jego wartość w obliczeniach wskaźnika

Wskaźnik skumulowanej emisji wykorzystano w opracowanej metodzie

określania skumulowanej emisji zanieczyszczeń.

3.4. Metody określania wskaźników skumulowanej emisji

zanieczyszczeń materiałów i wyrobów budowlanych

3.4.2. Wprowadzenie

Emisje zanieczyszczeń powstających w procesach technologicznych

wytwarzania wyrobów przemysłowych wyznacza się na podstawie pełnej
analizy procesów,

wszystkie dostarczane surowce energe

tyczne i nieenergetyczne oraz wszystkie substancje zanieczyszczające po

wstające w tych procesach i odprowadzane do środowiska [66,76]. W

praktyce emisja zanieczyszczeń powstających w procesach przemysłowych

jest określana na podstawie wskaźników skumulowanej emisji charaktery

zujących poszczególne substancje zanieczyszczające. Do wyznaczania

wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń można stosować metody
analogiczne do stosowanych w obliczeniach wskaźników skumulowanego
zużycia energii [15,152,154]. Możliwe jest zastosowanie następujących
metod określania wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń:

- analizy procesów zwanej metodą sekwencyjną,
- bilansu skumulowanej emisji zanieczyszczeń dla pojedynczego wyrobu,
- bilansu skumulowanej emisji zanieczyszczeń dla wielu wyrobów.

Gdy emisja zanieczyszczeń pochodzi wyłącznie z wykorzystania energii i

znane są wskaźniki skumulowanego jej zużycia, wówczas na podstawie
tych wskaźników i energochłonności wyrobów oraz wskaźników skumulo
wanej emisji zanieczyszczeń charakteryzujących nośniki energii możliwe

jest określenie wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń dla roz

patrywanych wyrobów [60].

Opis metody analizy procesów w zastosowaniu do określania wskaźni

ków skumulowanej emisji zanieczyszczeń wraz z przykładem obliczenio
wym zamieszczono w [57]. W tej pracy omówiono metodę układu równań
bilansowych dla pojedynczego procesu [76].

3.4.2. Metoda układu równań bilansowych dla pojedynczego wyrobu

W większości zakładów wytwarza się określoną liczbę wyrobów, których

procesy wytwarzania nie są wzajemnie powiązane. W takich przypadkach
zastosowanie teorii grafów, omówione szczegółowo w [66], pozwala na
sformułowanie układu równań bilansowych dla poszczególnych operacji
procesu i na tej podstawie określenie skumulowanej emisji zanieczyszczeń
występujących w procesie wytwarzania dowolnego wyrobu w danym ciągu
technologicznym przedsiębiorstwa. W przypadku jednoczesnego określania
skumulowanej emisji zanieczyszczeń dla wielu wyrobów lub dla wyrobów

wytwarzanych w całej gospodarce narodowej można zastosować metodę
układu równań bilansowych opartą na wykorzystaniu teorii przepływów
międzygałęziowych. Metody układu równań bilansowych były wielokrotnie
wykorzystywane do poszukiwania wskaźników skumulowanego zużycia
energii i są szczegółowo omówione w

Zastosowanie metody układu równań bilansowych do określania

wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń dla pojedynczych wyro
bów przemysłowych wymaga znajomości kilku podstawowych pojęć z teorii
grafów. Niezbędne pojęcia z tego zakresu zaczerpnięte z [23] zestawiono i
omówiono w [78,145].

W celu obliczenia wskaźnika skumulowanej emisji zanieczyszczeń cha

rakteryzującego dowolny wyrób w rozpatrywanym przedsiębiorstwie pro
dukcyjnym, należy najpierw opracować uogólniony schemat procesu pro
dukcyjnego z uwzględnieniem wszystkich występujących w nim operacji
technologicznych. Prosty przykład takiego schematu pokazano na rysun
ku 1. Produktowi wytworzonemu w każdej operacji procesu technologicz
nego przyporządkowuje się wierzchołek grafu, opatrzony etykietą oznacza-

jącą zmienną

wyrażającą skumulowaną emisję zanieczyszczeń charakte

ryzującą dany produkt. Do poszczególnych wierzchołków (operacji techno
logicznych) doprowadza się: półwyrób końcowy z wcześniejszych wierzchoł
ków, surowce i materiały technologiczne oraz nośniki energii w ilościach
niezbędnych do wytworzenia określonej ilości półwyrobu reprezentowanego
przez dany wierzchołek. Ponadto w poszczególnych operacjach technolo
gicznych mogą powstawać zanieczyszczenia, które również powinny być
uwzględniane w przepływach emisji.

Rys.

Przykład grafu

emisji danej substancji zanieczyszczającej w procesie

wytwarzania wyrobu

Jeżeli w danym przedsiębiorstwie, w różnych jego procesach technolo

gicznych, ma zastosowanie m różnych surowców i materiałów technolo
gicznych oraz nośników energii (pierwotnych i wtórnych), to uogólniony
graf przepływu emisji związanej z danym procesem produkcyjnym będzie
zawierał m+n wierzchołków (n jest liczbą operacji technologicznych procesu

wytwarzania wyrobu). W przypadku uogólnionego grafu procesu produk
cyjnego pokazanego na rysunku 1 liczba operacji cząstkowych procesu

wynosi n =

a liczba dostarczanych z zewnątrz surowców, materiałów i

nośników energii wynosi m = 6. Dlatego liczba wszystkich wierzchołków
grafu wynosi m + n = 16. Każda krawędź reprezentująca nośnik energii,
materiał technologiczny, wprowadzana do procesu produkcyjnego z ze

wnątrz z wierzchołka oznaczonego do wierzchołka opatrzonego etykietą
zmiennej niezależnej o wartości równej skumulowanej emisji zanieczysz

czeń posiada mnożnik wagowy krawędzi wynoszący

Uogólniony graf

przepływu skumulowanej emisji

z procesem produkcyjnym, w

rozpatrywanym przypadku, składa się z

+ n wierzchołków. W tym

wierzchołków

z etykietą zmiennej

oraz m wierzchołków z etykietą

zmiennej niezależnej (wchodzące z zewnątrz) zwanych również wierz
chołkami źródłowymi [78]. Posługując się przedstawioną konstrukcją grafu
można go opisać za pomocą macierzy mnożników wagowych [78].

Tak więc w grafie przepływu emitowanych zanieczyszczeń każdy wierz

chołek reprezentuje określony półwyrób, który jest wyróżniony etykietą
zawierającą zarówno nazwę półwyrobu, j a k i charakteryzującą go skumu
lowaną emisję zanieczyszczeń. Etykieta ta może występować na rysunku
danego grafu w postaci liczby kodowej (rys. 1) [78]. Krawędź skierowana z
wierzchołka y. do wierzchołka

oznacza, że zmienny przepływ emisji y. za

leży od zmiennej

a nie odwrotnie. Każdej krawędzi

się licz

bę określającą krotność emisji zanieczyszczeń przenoszonej z wierzchołka
do

Czyli emisja przenoszona z wierzchołka

do wierzchołka y. wyrazi się

iloczynem

Wierzchołek odpowiadający zmiennej niezależnej nie ma

krawędzi dochodzących, lecz tylko wychodzące. Wierzchołki określają

wszystkie emisje zanieczyszczeń wprowadzane z zewnątrz do poszczegól

nych ogniw procesu. Ponadto do każdego wierzchołka dopływa emisja w e
wnętrzna

substancji zanieczyszczającej generowanej w procesie bezpo

średniego wytwarzania półwyrobu j .

Każdy wierzchołek grafu oznaczony symbolem y. reprezentuje j e d n o

równanie układu przepływu emisji zanieczyszczeń, w którym wartość y. jest
równa sumie iloczynów mnożników wagowych wszystkich krawędzi wcho
dzących i etykiet wierzchołków początkowych

tych krawędzi, powiększo

nej o emisję pochodzącą z procesu j. Na przykład dla wierzchołka

rów

nanie bilansu strumieni zanieczyszczeń ma postać:

7,3/7

• (23)

Podobnie dla

reprezentującego półwyrób zasilany bezpo

średnio w nośniki energii lub półwyroby dostarczane z zewnątrz, repre

zentowane przez wierzchołek

, otrzymuje się równanie:

(24)

4 8

W ten sposób dla sieci operacji reprezentowanych grafem pokazanym na

rysunku 1 można napisać dziesięć równań typu (23) lub (24).

Biorąc pod uwagę równości (23) i (24) równanie bilansu strumieni emisji

zanieczyszczeń dla

półwyrobu można zapisać w postaci:

(25)

gdzie:

- mnożniki wagowe przepływu emisji z półwyrobu i do półwyrobu j,

- emisje zanieczyszczeń powstających bezpośrednio w

ogni

wie sieci operacji,

- skumulowane emisje zanieczyszczeń charakteryzujące półwyroby

powstające w procesach i

j = 1 - n,

- skumulowana emisja zanieczyszczeń przenoszona w doprowa

dzanych z zewnątrz nośnikach energii, materiałach i półwyrobach.

W równaniu (25) sumowanie dotyczy wszystkich krawędzi reprezentują

cych dopływy strumienia emisji odpowiednio do danego wierzchołka.

Równanie (25) można zapisać zarówno dla pojedynczej substancji zanie

czyszczającej środowisko (np. dla CO2, SO2,

dla odpadów stałych), jak

i dla emisji równoważnej reprezentującej emisję wielu różnych substancji o
zbliżonym sposobie oddziaływania na środowisko.

Mnożniki wagowe

poza całkowitym zużyciem materiałów i półwyrobów

powinny również uwzględniać częściowe zużycie maszyn i urządzeń oraz
straty w operacjach przeróbki i transportu półwyrobów poprzedzających
rozpatrywane ogniwo sieci operacji. Sposób uwzględniania zużycia maszyn
i urządzeń omówiono w

Równanie bilansu skumulowanej emisji danej substancji zanieczyszcza

jącej można wykorzystać do obliczania wskaźników skumulowanej emisji

półwyrobów we wszystkich ogniwach procesu oraz emisji powstającej bez
pośrednio w każdym z ogniw procesu. Układ równań bilansowych emisji
danej substancji zanieczyszczającej zapisany wzorem (25) dla określonej

sieci operacji w procesie wytwarzania danego wyrobu końcowego ma postać:

0 +

+ . . . +

(26)

n - liczba ogniw - równa liczbie wierzchołków grafu - uwzględnianych

w rozpatrywanym procesie.

Niewiadomymi w otrzymanym układzie równań (26) są skumulowane

emisje danej substancji zanieczyszczającej, charakteryzujące poszczególne
półwyroby wytwarzane w ogniwach sieci procesu reprezentowanych przez

wierzchołki y.

Element

macierzy mnożników wagowych grafu większy od zera ozna

cza, że wytworzenie jednostki wyrobu ogniwa cząstkowego, nośników ener
gii, materiałów technologicznych opisanych zmienną

jest związane z

przenoszeniem emisji zanieczyszczeń. Elementy

równe zeru oznaczają

natomiast, że wytworzenie produktu

nie wymaga zużycia ani półwyrobu

y., ani nośnika energii, ani materiału technologicznego.

W zapisie macierzowym układ równań (26) przyjmuje postać:

+ u

(27)

lub

= + (28)

gdzie:

I - jednostkowa macierz diagonalna,

- macierz mnożników wagowych

przepływu emisji zanieczyszczeń,

(29)

- wektor wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń charakte

ryzujących wszystkie półwyroby:

Y =

(30)

- wektor skumulowanej emisji zanieczyszczeń doprowadzanych

z zewnątrz w postaci nośników energii, materiałów i półwyrobów:

ą =

- wektor bezpośredniej emisji zanieczyszczeń powstającej w po

szczególnych operacjach procesu wytwarzania danego wyrobu:

(32)

Mnożąc lewostronnie równanie (28) przez macierz odwrotną

przy

założeniu że macierz

jest nieosobliwa, otrzymuje się:

(33)

Równanie (33) formułuje się dla półwyrobów, tzn. dla tych produktów,

które są zużywane częściowo lub całkowicie w innych ogniwach procesu
wytwarzania danego wyrobu oraz dla wyrobu końcowego tego procesu. Do
półwyrobów zalicza się również nośniki energii. Macierz

powinna

obejmować wszystkie ogniwa procesu wytwarzania półwyrobów w całej sieci
operacji prowadzących do wytworzenia danego produktu końcowego.

Aby znaleźć skumulowaną emisję zanieczyszczeń dla określonego wyro

bu produkowanego w danym przedsiębiorstwie, należy rozwiązać układ
równań (33) uwzględniając, że przepływ wszystkich dóbr (półwyrobów) od
nosi się na przykład do określonej masy lub jednej sztuki wyrobu. Przy
obliczaniu skumulowanej emisji zanieczyszczeń wyrobu najpierw wydziela
się wszystkie te półwyroby (nośniki energii pierwotne i wtórne oraz mate
riały, a także typowe części, podzespoły i zespoły), które uzyskuje się z ze
wnątrz i które tworzą wyrób końcowy. Dzięki określeniu ilości półwyrobów
wchodzących do procesu technologicznego z zewnątrz, można wyznaczyć
macierz kolumnową

skumulowanej emisji zanieczyszczeń wnoszonych

przez nie do procesu. Jednocześnie określa się elementy macierzy mnożni
ków wagowych A uogólnionego grafu przepływu emisji opisującego anali
zowany proces produkcyjny.

Rozwiązując układ równań algebraicznych liniowych (33), otrzymuje się

skumulowaną emisję zanieczyszczeń charakteryzującą wyrób końcowy oraz

wszystkie półwyroby powstające w ogniwach pośrednich (cząstkowych)
procesu, które wpływają na poziom skumulowanej emisji zanieczyszczeń
wyrobu końcowego. Jednocześnie uzyskuje się informacje, jakie czynniki
mają największy wpływ na skumulowaną emisję zanieczyszczeń danego

wyrobu końcowego.

3.4.3. Obliczanie wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń
na podstawie wskaźników skumulowanego

energii

Gdy znany jest wskaźnik emisji równoważnej

energię

wykorzystaną do wytworzenia materiału oraz odpowiedni wskaźnik sku
mulowanego zużycia energii, wówczas wskaźnik emisji równoważnej cha
rakteryzującej

materiał można określić za pomocą wzoru (3).

Natomiast wektor kolumnowy

emisji równoważnej dla

danego wyrobu lub obiektu złożonego z określonej liczby materiałów można
określić według wzoru:

(34)

gdzie:

X -

wektor kolumnowy wskaźników skumulowanego

zużycia energii charakteryzujących materiały wykorzystane do
wytworzenia danego wyrobu lub obiektu,

X. -

wskaźnik skumulowanego zużycia energii charakteryzujący i-ty

materiał w danym wyrobie,

wektor kolumnowy wskaźników emisji równoważnej

charakteryzujących nośniki energii wykorzystane do wytworzenia
materiałów tworzących dany wyrób lub obiekt,

8 - wskaźnik emisji równoważnej dla nośnika energii wykorzystanego

do wytworzenia i-tego materiału,

D - symbol tworzenia macierzy diagonalnej z wektora kolumnowego.

skumulowanego zużycia energii

charakteryzujące materiały

są wyrażone w jednostkach energii chemicznej paliw pierwotnych, nato
miast wskaźniki skumulowanej emisji

są odniesione do energii chemicz

nej paliw na poziomie urządzeń wytwórczych ciepła lub energii elektrycz
nej. Dlatego wartości wskaźników emisji

występujące we wzorze (34) po

winny być podawane po przeliczeniu, z uwzględnieniem odpowiedniej sku
mulowanej sprawności pozyskania i dostarczania paliw.

W przypadku, gdy emisje zanieczyszczeń są jedynie wynikiem zużywanej

energii, wtedy można je w przybliżeniu określić, wykorzystując średnie
ogólnokrajowe wartości wskaźników skumulowanego zużycia energii cha
rakteryzujące poszczególne materiały lub półwyroby.

3.4.4. Przykład zastosowania metody układu równań bilansowych

Na podstawie danych zawartych w [78], dotyczących obliczania skumu

lowanego zużycia energii dla procesu wytwarzania odlewu z żeliwa szarego
o masie 5,5 kg, obliczono wskaźnik skumulowanej emisji dwutlenku węgla.

W procesie wytwarzania odlewu wyróżniono 18 następujących operacji

technologicznych: 1 - obróbka cieplna odlewu, 2 - usuwanie układu wle
wowego, 3 - oczyszczanie odlewu, 4 - wybijanie odlewu, 5 - zalewanie for
my, 6 - zabiegi metalurgiczne, 7 - wytapianie metalu, 8 - przetop złomu
obiegowego, 9 - składanie formy, 10 - umocnienie rdzenia,

- wykonanie

rdzenia, 12 - wykonanie rdzennicy, 13 - przerób masy rdzeniowej, 14 -
umocnienie półform, 15 - wykonanie półform, 16 - wykonanie modelu, 17

- przerób masy formierskiej, 18 - regeneracja masy formierskiej.

Układ równań do obliczenia skumulowanej emisji zanieczyszczeń gene

rowanych w rozpatrywanym procesie wytwarzania odlewu żeliwnego, zapi
sany w postaci ogólnej wzorem (33) podano dalej. Zgodnie z [78] założono,
że skumulowane emisje zanieczyszczeń półwyrobów w operacjach

są pomijalnie małe, dlatego otrzymano układ 15 równań.

Układ równań bilansu skumulowanej emisji zanieczyszczeń:

=0 2.

= 0

0 6.

(35)

10.

Xi =

Układ równań (35) rozwiązano w celu znalezienia wskaźnika skumulo

wanej emisji CO2 dla wyrobu końcowego. Emisje CO2 wprowadzane za po

średnictwem materiałów technologicznych, półwyrobów i nośników energii

występują w większości operacji technologicznych. Niżej podano obliczone

sumaryczne wartości emisji

dla odpowiednich operacji:

= 0,1490 kg

= 1,2675 kg

= 0,04254 kg

= 1,4495

k g CO2,

= 0,6448 k g

= 0,1955 k g

= 0,4524 k g

= 7,136 k g

= 0,00866 k g

= 0,001062 k g

Mnożniki wagowe

oraz wartości emisji zewnętrznych określono na

podstawie danych zaczerpniętych z [78].

= 1,111,

= 1,0,

= 3,122,

= 1,0,

= 1,08,

= 1,0,

= 1,077,

= 1,08,

= 1,0,

1,12,

= 0,946.

Emisje bezpośrednie

występują jedynie w procesach 1 i 7 podczas

spalania oleju opałowego i koksu w procesie wytopu oraz podczas spalania
gazu ziemnego w procesie wyżarzania odlewu. Na podstawie obliczeń otrzy

mano:

0,1522 kg

= 0,3528 kg

Emisje powstające bezpośrednio w operacjach określono na podstawie

wskaźników skumulowanego zużycia energii, charakteryzujących nośniki
energii

wskaźników emisji charakteryzujących poszczególne paliwa

pierwotne.

Po uwzględnieniu powyższych wartości

i po rozwiązaniu ukła

du równań (35) otrzymuje się wskaźnik skumulowanej emisji dwutlenku
węgla generowanego w procesie wytwarzania odlewu żeliwnego, wynoszący

= 3,308 kg

3 . 5 . Metoda układu równań bilansowych

do określania skumulowanego zużycia wody

Metodę obliczania skumulowanej emisji zanieczyszczeń omówioną w

rozdziale 3 można również zastosować do określania skumulowanego zuży
cia wody. Stosując oznaczenia użyte na rysunku 2 równanie bilansu sku
mulowanego zużycia wody dla

półwyrobu można zapisać w ogólnej

postaci:

gdzie:

- mnożniki wagowe przepływu skumulowanego zużycia wody

z pół wyrobem i do półwyrobu j,

g. - bezpośrednie zużycie wody w

ogniwie sieci operacji,

- skumulowane zużycie wody

półwyroby

po wstające w procesach i i j,

X. - skumulowane zużycie wody związane z dostarczanymi

z zewnątrz nośnikami energii, materiałami i półwyrobami.

W równaniu (36) sumowanie dotyczy wszystkich krawędzi reprezentują

cych dopływy skumulowanego zużycia wody do danego wierzchołka.

Mnożniki wagowe

poza całkowitym zużyciem materiałów i półwyro

bów powinny również uwzględniać częściowe zużycie maszyn i urządzeń
oraz straty w operacjach przeróbki i transportu półwyrobów poprzedzają
cych rozpatrywane ogniwo sieci operacji. Sposób uwzględniania zużycia
maszyn i urządzeń omówiono w

w - wektor wskaźników skumulowanego zużycia wody charakteryzu

jących wszystkie półwyroby:

(40)

n _

- wektor skumulowanego zużycia wody związanego z doprowadza

nymi z zewnątrz nośnikami energii, materiałami i półwyrobami:

X =

(41)

g - wektor kolumnowy bezpośredniego zużycia wody w

operacji

procesu wytwarzania danego wyrobu:

• (42)

Równanie (38), podobnie j a k (36), formułuje się dla półwyrobów, tzn. dla

tych produktów, które są zużywane częściowo lub całkowicie w innych
ogniwach procesu wytwarzania danego wyrobu oraz dla wyrobu końcowego
tego procesu.

W celu określenia skumulowanego zużycia wody dla określonego wyro

bu produkowanego w danym przedsiębiorstwie, należy rozwiązać układ

równań (38) uwzględniając, że przepływ wszystkich dóbr (półwyrobów) od
nosi się na przykład do określonej masy lub jednej sztuki wyrobu.

3.6. Zależności pomiędzy wskaźnikami skumulowanej emisji

zanieczyszczeń przy wytwarzaniu materiałów budowlanych

Skumulowane wskaźniki emisji substancji szkodliwych charakteryzują

ce materiały budowlane są określane w stosunku do jednostki masy mate
riału. W przypadku, gdy wykonywana jest analiza obiektu, wówczas często
dogodniej jest odnieść te wskaźniki do jednostki powierzchni użytkowej
budynku. Można ustalić związki, które umożliwiają przeliczanie odpowied
nich wskaźników na inną podstawę odniesienia. Na przykład przy rozpa
trywaniu

budynku można zapisać zależność [76]:

gdzie:

- skumulowany wskaźnik emisji

substancji charakteryzujący j-

ty materiał wyrażony w kg substancji

wierzchni użytkowej (lub na 1

powierzchni przegrody),

- skumulowany wskaźnik emisji i-tej substancji

materiał wyrażony w kg substancji

materiału,

r. - masa

materiału przewidzianego do wykonania 1 m

izolacji

cieplnej, kg

powierzchni użytkowej (lub na 1 m

pola powierzchni przegrody),

i =

n - liczba materiałów budowlanych uwzględniana w obliczeniach,

- liczba emitowanych substancji szkodliwych.

Wielkość

we wzorze (40) zdefiniowano następująco:

gdzie:

- pole powierzchni użytkowej

Przy nakładaniu warstwy izolacyjnej na powierzchnie przegród ze

wnętrznych wskaźniki emisji można odnieść do jednostki pól ich po
wierzchni. Można również wyznaczyć (przeliczyć) wskaźniki emisji charak

teryzujące cały budynek, na przykład odniesione do jednostki powierzchni

użytkowej budynku. W celu scharakteryzowania udziału
substancji można określić wskaźnik skumulowanej emisji [76]:

gdzie:

- wektor kolumnowy jednostkowych mas materiałów przewidzia

nych w danej konstrukcji,

lub uwzględniając

gdzie:

- wektor kolumnowy wskaźników emisji i-tej substancji dla róż

nych materiałów,

materiału,

G - wektor wierszowy mas zastosowanych materiałów, kg,

- pole powierzchni użytkowej budynku,

y. - wskaźnik emisji i-tej substancji charakteryzujący budynek (od

niesiony do 1 m

powierzchni użytkowej), k g / m

Równoważna emisja zanieczyszczeń

wyrób bu

dowlany e złożony z materiałów o łącznej masie

może być obliczona na

podstawie znanej masy każdego materiału i znanych wskaźników emisji
dla poszczególnych materiałów, tzn.:

(47)

gdzie:

wektor kolumnowy wskaźników emisji równoważnej dla poszcze

gólnych materiałów w

elemencie,

G - wektor kolumnowy ilości materiałów wchodzących w skład e-tego

wyrobu.

Gdy znane są udziały masowe poszczególnych materiałów w danym wy

robie, wówczas wskaźnik emisji równoważnej

dla elementu

może być

zapisany

(48)

gdzie:

u = G/G - wektor wierszowy udziałów masowych poszczególnych

ma teriałów w

wyrobie,

- łączna masa materiałów e-tego wyrobu.

Gdy znane są wskaźniki emisji równoważnej wszystkich wyodrębnio

nych materiałów lub wyrobów obiektu budowlanego, wówczas całkowita
równoważna emisja charakteryzująca obiekt jest sumą emisji powodowanej
przez wszystkie wyroby lub materiały:

(49)

k -

liczba wyodrębnionych wyrobów lub materiałów tworzących

obiekt (e =

Jeżeli znane są ilości wszystkich materiałów, półwyrobów i wyrobów

oraz odpowiednie wskaźniki emisji równoważnej

całkowita równoważna

emisja zanieczyszczeń związanych z danym obiektem może być określona

wzorem:

A =

(50)

gdzie:

- wektor kolumnowy ilości materiałów, półwyrobów i wyrobów wy

korzystanych do wykonania budynku.

3.7. Podsumowanie

Zdefiniowano wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji zanieczysz

czeń, umożliwiający łączne rozpatrywanie uciążliwości ekologicznej sub
stancji zanieczyszczających o zbliżonym charakterze oddziaływania na śro
dowisko, np. dla substancji szkodliwych lokalnie.

Do wyznaczania wskaźnika skumulowanej emisji zanieczyszczeń można

wykorzystać odpowiednio zmodyfikowane metody stosowane w oblicze
niach skumulowanego zużycia energii. Przedstawiono przykład zastosowa
nia sekwencyjnej metody obliczania eksploatacyjnego wskaźnika skumu
lowanej emisji zanieczyszczeń dla cementu wytwarzanego według metody
mokrej.

Wykorzystując elementy teorii grafów, wyprowadzono układ równań bi

lansu skumulowanej emisji zanieczyszczeń, który wykorzystano do okre
ślenia wskaźników skumulowanej emisji dla pojedynczych wyrobów prze
mysłowych. Otrzymany układ równań zastosowano do określania wskaźni
ka skumulowanej emisji zanieczyszczeń dla cementu wytwarzanego według
metody mokrej.

W celu ułatwienia stosowania wskaźników skumulowanej emisji zanie

czyszczeń podano zależności umożliwiające przeliczanie wskaźników emisji
określonych według różnych poziomów odniesienia.

4. OBIEKT BUDOWLANY W CYKLU ISTNIENIA

JAKO SYSTEM

4.1. Systemowe podejście w analizie energetyczno-ekologicznej

Złożoność i różnorodność problemów występujących w obiektach bu

dowlanych rozpatrywanych w pełnym cyklu istnienia wymaga zdefiniowa
nia systemu, w ramach którego jest prowadzona analiza energetyczno-
ekologiczna. Pojęcie - system - stosowane w literaturze przedmiotu jest
pojęciem wieloznacznym. Niekiedy pojęcie to oznacza zespół sposobów
działania, zbiór reguł i zasad obowiązujących w danej dziedzinie, innym
razem przybiera znaczenie specyficzne, np. system energetyczny, biologicz
ny, filozoficzny.

W omawianej w tej pracy analizie energetyczno-ekologicznej pojęcia

systemu użyto w znaczeniu wiążącym się z nasileniem w nauce, technice i

polityce społecznej zapotrzebowania na pewne centralne pojęcie, które
umożliwiałoby uporządkowanie rozważań nad problemami widzianymi co
raz szerzej i o coraz większej złożoności [128,173]. W odniesieniu do sys
temów eksploatacji obiektów budowlanych natomiast pojęcie systemu wią
że się z rozwojem nauki o działaniu i sterowaniu (cybernetyki).

System stanowi pewną konstrukcję myślową opisującą rozpatrywany

problem rzeczywisty. Zakłada się sposób widzenia rzeczywistości przez
sformułowany problem, co wymaga zdefiniowania systemu odpowiedniego
do danego problemu.

System oznacza pewną całość, utworzoną z części mniejszych, wzajem

nie powiązanych w sposób nadający tej całości pewną strukturę, wyodręb
nioną z rzeczywistości ze względu na realizowane funkcje. Wyodrębnienie
systemu polega na uwzględnieniu tych powiązań, które uznaje się za istot
ne ze względu na cel j e g o definiowania. Zdefiniowanie danego systemu po
winno ułatwiać wyodrębnienie ze złożonej rzeczywistości tych elementów,
które należą do systemu i pominięcie tego co do systemu nie należy

4.1.1. Definicja systemu

Rozpatrując obiekt budowlany w pełnym cyklu istnienia, można go po

strzegać jako system wykorzystujący pobierane ze środowiska zasoby na
turalne, które w procesach odbywających się wewnątrz systemu są prze
twarzane. Procesy są źródłem powstawania odprowadzanych do środowi-

ska odpadów stałych, ciekłych i gazowych, przy czym zarówno pobieranie

zasobów z otoczenia, jak i odprowadzanie substancji odpadowych i efektów
ubocznych odbywa się podczas pełnego cyklu istnienia obiektu.

Procesy przebiegające wewnątrz systemu odbywają się przy wykorzysta

niu terenu i prowadzą do jego degradacji. Zdefiniowany w ten sposób sys
tem nazwano systemem ekologiczno-przemysłowym. Jego ilustrację gra
ficzną i oddziaływanie z otoczeniem pokazano na rysunku 3.

Zatem analiza

obiektu budowlanego w pełnym

cyklu istnienia obejmuje oddziaływanie systemu ekologiczno-przemysło-
wego na środowisko przez określone wejścia i wyjścia. Zarówno wejścia, jak
i wyjścia oddziałują na środowisko powodując określone szkody ekologicz
ne.

Wejścia do systemu stanowią:
- zużycie zasobów surowców energetycznych,
- zużycie zasobów surowców nieenergetycznych,
- zużycie zasobów wody,
- wykorzystanie terenu.

z systemu natomiast stanowią:

- ilość zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego,
- ilość generowanych odpadów stałych,
- ilość zanieczyszczeń wód i gruntów,
- ilość wykorzystanego terenu i stopień jego degradacji,
- emisje hałasu, wibracji i ciepła.

System ekologiczno-przemysłowy składa się z wielu powiązanych ze so

bą podsystemów. Można wśród nich wyróżnić podsystemy: przygotowania
nośników energii, przygotowania wody, pozyskania surowców, wytwarzania
materiałów i wyrobów budowlanych, realizacji budowy, eksploatacji obiek
tów, zagospodarowania odpadów, uzdatniania ścieków.

Oddziaływanie systemu na otoczenie odbywa się zarówno na wejściu

przez pobór surowców energetycznych, nieenergetycznych, wody i przez
wykorzystanie terenu, jak i na wyjściu z systemu przez odprowadzanie do
otoczenia określonych substancji odpadowych (stałych, ciekłych i gazo
wych), degradację gruntów i in. Oddziaływanie na

energii, wo

dy, materiałów w podsystemach powoduje natomiast zmiany w procesach
odbywających się wewnątrz podsystemów, co z kolei powoduje zwiększone
lub zmniejszone oddziaływanie zarówno na wejściu, jak i na wyjściu sys
temu. Szczególne znaczenie ma usprawnienie procesów odbywających się

wewnątrz rozpatrywanego systemu, ponieważ może wpływać zarówno na
zmniejszanie ilości wykorzystanych zasobów przyrody, j a k i na zmniejsza

nie odpływów uciążliwych dla środowiska.

Rys. 3. Schemat systemu

i ważniejsze jego podsystemy

oraz oddziaływanie z otoczeniem

W tej pracy oddziaływanie systemu ekologiczno-przemysłowego na śro

dowisko jest określane w sposób pośredni przez wyznaczenie ilości zuży
wanych zasobów naturalnych oraz ilości zanieczyszczeń wyprowadzanych
do otoczenia. Przy aktualnym stanie wiedzy nie ma możliwości bezpośred
niego ilościowego określenia skutków ekologicznych oddziaływania danych
ilości substancji zanieczyszczających. Jedynie emisja gazów cieplarnianych
może być wyrażona głębiej w postaci przyrostu potencjału zagrożenia
efektem cieplarnianym w skali całego globu [80,86,87]. Aczkolwiek i w tym
przypadku jest jeszcze wiele niepewności. W przypadku emisji substancji
szkodliwych lokalnie, ich ilość emitowana do otoczenia nie może być wyra

żona w postaci bezpośrednich skutków mogących powstać w środowisku,
wynikających ze zwiększenia ich ilości w otoczeniu. Oszacowania ilościowe
szkód ekologicznych zamieszczone w [43] wynikają z prostego założenia, że
strata w środowisku stanowi

dochodu narodowego. Jak się więc wy

daje wiedza na ten temat jest jeszcze w stadium studiów wstępnych [172].

4.1.2. Granice systemu

Granice systemu ekologiczno-przemysłowego (rys. 3) istnieją zarówno w

czasie, jak i w przestrzeni. Granice czasowe formułuje się definiując fazy
cyklu istnienia obiektu, granice przestrzenne natomiast wiążą się z po
szczególnymi procesami (z początkiem i końcem procesów) i z bryłą obiektu
[100].

Fazy istnienia obiektu definiuje się w porządku chronologicznym i każda

z faz ma ściśle określone granice czasowe:

- faza wznoszenia - od rozpoczęcia projektowania do zakończenia odbio

ru gotowego obiektu,

- faza użytkowania - od rozpoczęcia zasiedlania przez użytkowników do

podjęcia decyzji o likwidacji,

- faza likwidacji - od rozpoczęcia rozbiórki do przekazania powstałych

odpadów do innego systemu lub ich składowania.

Procesy odbywające się wewnątrz systemu następują po sobie w odpo

wiedniej logicznej kolejności w określonej przestrzeni. Sposób ich definio
wania można pokazać na kilku przykładach [100].

Procesy przetwarzania energii: wejścia stanowią miejsca pozyskania su

rowców, wyjścia zaś miejsca dostarczania nośników energii bezpośredniej.

Procesy wytwarzania materiałów: granice systemu wyznacza pozyskanie

surowców lub materiałów z innych zakładów oraz zakład wytwórczy lub
miejsca sprzedaży jako wyjścia.

Procesy wznoszenia: granice wyznaczają wszystkie procesy w miejscu

budowy oraz procesy transportu z miejsca sprzedaży do miejsca budowy
oraz z miejsca redystrybucji.

Procesy użytkowania obejmują wszystkie działania, które odbywają się

w obiekcie. Granice systemu są wyznaczane przez granice prywatnej lub

publicznej własności odnoszącej się do obiektu.

Procesy składowania: przekształcanie wykorzystanych elementów

obiektu w inne wyroby, energię lub deponowanie ich w środowisku. Miej

sca składowania odpadów stanowią wejścia, natomiast środowisko - wyj
ścia.

4.1.3. Otoczenie systemu

Systemy opisujące rzeczywistość zawsze istnieją w pewnym otoczeniu,

którego składnikami są wszystkie elementy znajdujące się poza wyodręb
nionym systemem. Elementy otoczenia nie są sprzężone ze strukturą sys
temu, ale oddziałują na system i mogą powodować zmianę jego stanów
przez zmiany swoich oddziaływań. Istnieje więc odrębność celów systemu

w stosunku do otoczenia - przy równoczesnym powiązaniu z otoczeniem.

Możliwość oddziaływania wyodrębnionego systemu na systemy znajdujące
się w jego otoczeniu oraz oddziaływania systemów otoczenia na wyodręb
niony system jest jedną z podstawowych właściwości systemów [128, 173].

Otoczenie systemu ekologiczno-przemysłowego stanowi środowisko

przyrodnicze wraz z zasobami naturalnymi i warunkami klimatycznymi
oraz system gospodarczy wraz z polityką gospodarczą i regulacjami praw
nymi. Istotnym elementem otoczenia jest przemysł dysponujący określo
nymi możliwościami wytwarzania wyrobów budowlanych i wznoszenia
obiektów. Otoczenie wpływa na zachowanie się systemu ekologiczno-prze
mysłowego i na uzyskiwane wyniki, które zależą od parametrów charakte-

ryzujących oddziaływanie podsystemów otoczenia. Oddziaływania podsys
temów otoczenia na system

pogrupować

na niezależne i zależne od człowieka.

Oddziaływania podsystemów otoczenia są niezależne od człowieka, jeżeli

nie zapewniają możliwości aktywnego wpływu na rozpatrywany system.
Stanowią w większości przypadków elementy wymuszania systemowego, do
których można zaliczyć: warunki klimatu zewnętrznego, zbiór wymagań
określony regulacjami prawnymi (w tym szczególnie jakość środowiska

wewnętrznego i wymagania ochrony cieplnej), lokalizacja obiektu, infra
struktura komunalna, warunki geologiczne, ograniczenia architektoniczne,
parametry oddziaływania warunków gospodarczych (polityka kredytowa,
subwencje państwa, ceny nośników energii, materiałów i wyrobów budow
lanych), dostępność materiałów i wyrobów oraz ich koszty, dostępność te
renu i jego koszty, dostępność nośników energii, dostępność środków
transportu, ograniczenia w stosowaniu materiałów, ograniczenia w gospo
darowaniu odpadami (gospodarka bezodpadowa), właściwości fizyczne wy
robów, jakość środowiska zewnętrznego, opłaty za gospodarcze wykorzy
stanie środowiska, wycena kosztów szkód ekologicznych i

Wśród oddziaływań podsystemów otoczenia na rozpatrywany system, na

które aktywny wpływ może mieć człowiek, należy wymienić następujące:
możliwości wyboru wyrobów, rozwiązań projektowych i systemów wyposa

żenia obiektu, systemu eksploatacji, w tym systemu sterowania, wymaga
nia specyficzne wynikające z funkcji obiektu, wybór nośników energii spo

śród dostępnych, wybór technik realizacji budowy, wpływ na technologicz-
ność rozwiązań budowlanych, sterowanie procesami realizacji budowy,
sterowanie procesami eksploatacji, podejmowanie decyzji o potrzebie wy

konywania zabiegów eksploatacyjnych i ich zakresu, wybór wykonawców
zabiegów eksploatacyjnych, wybór izolacyjności cieplnej przegród ze
wnętrznych, możliwość kształtowania bryły obiektu, proporcji pomiędzy
powierzchniami elementów przegród.

Wpływ niektórych oddziaływań podsystemów otoczenia może być pomi

nięty, jeżeli przeprowadzona analiza wrażliwości wpływu tych oddziaływań
na zachowanie systemu mierzone określonymi wielkościami, wskazuje na
taką możliwość.

Problem wyceny środowiska jest czynnikiem istotnym, który, jako pa

rametr otoczenia, mógłby wpłynąć bardzo znacząco na zachowanie rozpa
trywanego systemu. Uwzględnienie kosztów środowiska prowadziłoby za
równo do zwiększenia kosztów zasobów surowców, jak i kosztów szkód
ekologicznych spowodowanych emisją zanieczyszczeń do środowiska.
Uwzględnienie kosztów szkód ekologicznych, wynikających z obciążenia
środowiska zanieczyszczeniami powodowanymi użytkowaniem paliw, pro

wadzi do zwiększenia izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych. Pro

blem ten był analizowany w pracy [46]. Obowiązujące regulacje prawne są
również elementem otoczenia systemu

Szcze-

znaczenie w tej analizie mogą mieć wymagania w zakresie komfortu

cieplnego i jakości środowiska wewnętrznego pomieszczeń.

4.1.4. Uwagi do opisu obiektu budowlanego

Obiekt budowlany powinien być opisany stosownie do zakresu wykony

wanej analizy energetyczno-ekologicznej. Rozpatruje się obiekt, dla którego
znane są przewidywane funkcje użytkowe oraz określono podstawowe zało
żenia wymiarowe i powierzchnię użytkową. Wymagana jest znajomość ilo
ści materiałów, nośników energii i innych czynników zużywanych w obiek
cie w pełnym cyklu j e g o istnienia.

Określenie poszukiwanych wielkości F charakteryzujących obiekt wyko

rzystuje szczegółową specyfikację elementów, która powinna zawierać ro
dzaje materiałów, ich masę oraz niezbędne wskaźniki charakteryzujące

właściwości fizyczne, nośników energii, wody, surowców, w tym wskaźniki

skumulowanej emisji zanieczyszczeń. Specyfikacja powinna opisywać
szczegółowo w jaki sposób obiekt będzie wznoszony, wymieniając elementy

i niezbędne działania w poszczególnych operacjach, jak również działania
poprzedzające daną operację. W przypadku remontu obiektu istniejącego
niezbędna jest szczegółowa specyfikacja elementów przewidzianych do wy
miany, prace niezbędne do ich demontażu, ocena czy nadają się do napra
wy i powtórnego wykorzystania. Również powinna być wykonana specyfi
kacja elementów nowych

Najczęściej w opisie obiektów stosuje się model hierarchiczny, który

rozpoczyna opis - począwszy od samej bryły obiektu, a kończąc na poje
dynczych elementach lub surowcach pobranych z przyrody [100]. Duże
elementy

mogą być rozpatrywane jako złożone z pojedyn

czych ściśle określonych elementów mniejszych. Pozwala to na określenie i

wyodrębnienie takich powtarzalnych makroelementów, jak: klatka scho
dowa, kuchnia, W C , co ułatwia prowadzenie analizy.

Każdy element ma określoną formę geometryczną i pełni w obiekcie bu

dowlanym określone funkcje. Wszystkie elementy powinny być opisane za
pomocą szczegółowej specyfikacji, w której poszczególnym elementom po

winno przypisać się charakteryzujące je właściwości fizyczne niezbędne w

analizie. Istotny jest opis przebiegu przewidywanej transformacji obiektu w
czasie w celu umożliwienia dokonania oceny energetyczno-ekologicznej w
pełnym cyklu istnienia.

4.2. Ogólne sformułowanie problemu

Z zasady gospodarności wynika dążenie do minimalizacji ilości zasobów

naturalnych wykorzystywanych przez system ekologiczno-przemysłowy
oraz minimalizacji obciążenia środowiska spowodowanego emisją zanie
czyszczeń przez ten system. W rozpatrywanym systemie można tego doko
nać

przez realizację działań w podsystemach, takich jak:

dążenie do zmniejszania ilości pobieranych surowców, wody i ich ra

cjonalne wykorzystanie,

- racjonalne wykorzystanie terenu,
- doskonalenie procesów przetwarzania i transportu nośników energii,
- doskonalenie procesów uzdatniania wody i ścieków,
- doskonalenie procesów wytwarzania materiałów i wyrobów oraz wzno

szenia obiektów,

- doskonalenie systemów sterowania procesami użytkowania nośników

energii i wody,

- doskonalenie wykonywania zabiegów eksploatacyjnych,
- doskonalenie metod zmniejszających negatywne oddziaływanie zanie

czyszczeń na środowisko.

W rozpatrywanej w tej pracy analizie energetyczno-ekologicznej obiekt

budowlany w pełnym cyklu istnienia traktuje się j a k o system

przemysłowy. Podstawą analizy obiektu budowlanego jest sformułowanie
zagadnienia j e g o optymalizacji określającej cele wykonywanej analizy. Jako
zagadnienia optymalizacji obiektów budowlanych mogą być rozpatrywane
poszukiwania:

- optymalnej bryły obiektu przy zadanej powierzchni użytkowej

[107,110,123],

- optymalnego rozwiązania obiektu o zadanej kubaturze,
- optymalnego rozwiązania modernizacji obiektu istniejącego,
- optymalnej eksploatacji obiektu
Rozwiązanie każdego z tych zagadnień wymaga zdefiniowania odpo

wiednich funkcji celu. Funkcją celu w podejmowaniu decyzji (np. w poszu
kiwaniu optymalnego rozwiązania obiektu) jest wyrażenie matematyczne,

opisujące pewną własność obiektu stanowiącą podstawę oceny, czy kryte
rium oceny. Rozpatrywana własność może być opisana w postaci funkcji
lub funkcjonału w zależności od sposobu formułowania zagadnienia opty
malizacji. Każda funkcja celu umożliwia optymalny wybór rozwiązania z
określonego punktu widzenia przyjętego w realizacji założonego celu.

Nadrzędną funkcję celu w realizacji obiektów budowlanych stanowią

wymagane właściwości użytkowe obiektów, które należy osiągnąć,

jące się warunkami niezbędnymi do przebywania ludzi, prowadzenia pro

cesów produkcyjnych, działalności usługowej. Uzyskanie określonych wy
magań podstawowych (właściwości użytkowych) obiektu może odbywać się
różnymi sposobami,

porzez minimalizację zużycia zasobów energe

tycznych, nieenergetycznych, wody, ilości substancji zanieczyszczających

odprowadzanych do atmosfery i in.

W analizach energetyczno-ekologicznych obiektów budowlanych wystę

pują zwykle problemy, w których poszukiwane rozwiązanie powinno speł
niać kilka kryteriów równocześnie. Takie problemy należą do wielokryte-
rialnych problemów decyzyjnych, w których optymalna decyzja stanowi

wybór rozwiązania uzależniony od wielu funkcji celu.

Formalne ujęcie zagadnienia wielokryterialnej analizy energetyczno-

ekologicznej obiektu budowlanego prowadzi się rozpoczynając od zbudo

wania odpowiedniego modelu, który jest symbolicznym przedstawieniem

ilościowym wielkości zmiennych występujących w obiektach fizycznych.
Głównym zastosowaniem takiego modelu jest przewidywanie zachowania
się rzeczywistego obiektu badań przez badanie przebiegu wielkości (funkcji
celu) charakteryzujących obiekt z określonego punktu widzenia. W tej pra
cy opis zagadnienia optymalizacji obiektu budowlanego podano jedynie w
postaci ogólnej. Jeden z modeli możliwych do wykorzystania, przy zastoso
waniu funkcji celu sformułowanych w tej pracy, jest omawiany w
Należałoby jednak go rozszerzyć na pełny cykl istnienia obiektu zamiast
dla pojedynczej fazy.

Zakłada się, że obiekt budowlany podczas projektowania jest kształto

wany w taki sposób, że będzie spełniał niezbędne wymagania użytkowe.
Taki obiekt można scharakteryzować zbiorem wielkości F rozpatrywanych
w pełnym cyklu j e g o istnienia. Każda z wielkości tego zbioru może być wy

korzystana j a k o wielkość kryterialna - w celu poszukiwania rozwiązania
optymalnego z określonego punktu widzenia. W zagadnieniach optymaliza
cji obiektów budowlanych rozpatrywanych w

jako funkcje

celu przyjmowano wielkości: koszt wzniesienia obiektu, sezonowe zużycie
energii na ogrzewanie i wentylację, emisje zanieczyszczeń do otoczenia w
sezonie grzewczym. W tej pracy jako funkcje celu proponuje się stosowanie
zbiorów wielkości określających:

• zużycie zasobów surowców energetycznych,
• zużycie zasobów surowców nieenergetycznych,
• zużycie zasobów wody,
• wykorzystanie zasobów terenu,
• obciążenie zanieczyszczeniami powietrza atmosferycznego,
• obciążenie zanieczyszczeniami wód powierzchniowych i podziemnych,
• powstawanie odpadów stałych (nieprzerabialnych, podlegających recy

klingowi, palnych),

• określenie wielkości i stopnia degradacji terenu,
• określenie obciążenia hałasem, wibracjami i ciepłem.
Gdyby znane były metody wyceny szkód wynikających z ubytku zaso

bów naturalnych i zanieczyszczenia środowiska, bardziej uniwersalną
funkcją celu do poszukiwania optymalnego rozwiązania obiektu budowla
nego mógłby być zastosowany koszt ekologiczny wynikający z ubytku tych
zasobów naturalnych i z oddziaływania zanieczyszczeń.

Zagadnienie optymalizacji wielokryterialnej polega na poszukiwaniu N-

wektora zmiennych decyzyjnych

który minimalizuje

wektorową funkcję celu F(x) w sensie częściowego uporządkowania

czyli pozwala znaleźć:

gdzie:
F:

jest wektorową funkcją celu i ma postać:

(52)

a obszar

X =

I h(x) = 0, g(x) < 0 } jest obszarem rozwiązań dopuszczal

nych.

Wielokryterialność problemu znacznie komplikuje jego rozwiązanie, po

nieważ rzadko występują problemy, dla których rozwiązania są zgodne z
punktu widzenia optymalności wszystkich funkcji celu w

samym zbio

rze rozwiązań dopuszczalnych. Dlatego zagadnienie optymalizacji wielokry
terialnej rozwiązuje się najczęściej w dwóch etapach. Najpierw poszukuje
się zbioru kompromisów, a następnie ze zbioru kompromisów wybiera się
rozwiązanie preferowane. Sposoby poszukiwania zbioru kompromisów
omówiono szczegółowo w

Postęp w metodach wyceny środowiska mo

że w przyszłości doprowadzić do istotnego ograniczenia liczby funkcji celu.

Wektorowa funkcja celu F(x), charakteryzująca oddziaływanie obiektu

budowlanego na środowisko w pełnym cyklu istnienia, może być zapisana
w postaci ogólnej:

(53)

gdzie poszczególne skumulowane wielkości charakteryzujące obiekt:

- zużycie (ubytek) zasobów surowców energetycznych,

- zbiór wielkości charakteryzujących obciążenie powietrza atmosfe

rycznego,

- zbiór wielkości

zużycie (ubytek) zasobów nie

energetycznych,

- zużycie zasobów wody,

- zbiór wielkości charakteryzujących emisje substancji stałych,

- zbiór wielkości charakteryzujących zużycie i degradację terenu,

- zbiór wielkości charakteryzujących zanieczyszczenie wód,

- zbiór wielkości charakteryzujących obciążenie hałasem.

Zmienne decyzyjne opisują rozpatrywany obiekt, podlegając wariacjom

w procesie optymalizacji. Zbiór zmiennych decyzyjnych jest określony przez

sformułowane zagadnienie optymalizacji wraz z odpowiednim modelem

matematycznym. W zagadnieniach optymalizacji obiektów budowlanych

jako zmienne decyzyjne mogą występować

rozmiary obiektów, ro

dzaje przegród zewnętrznych, opory cieplne przegród, rodzaje okien i ich
rozmiary, stosunki wymiarów i stosunki pól powierzchni. Zmienne te mogą
być określone w sposób ciągły (np. rozmiary obiektu, grubość warstw

teriałów izolacyjnych) oraz w sposób dyskretny (np. rodzaje okien, przegród
i charakteryzujące je wielkości).

Zmienne decyzyjne mają postać wektora

w przestrzeni

zwanej przestrzenią zmiennych decyzyjnych. Każdemu pun

ktowi tej przestrzeni odpowiada obiekt o N zmiennych decyzyjnych.

W zagadnieniach optymalizacji obiektów budowlanych rozpatrywanych

w ramach analizy energetyczno-ekologicznej nie poszukuje się ekstremów
bezwarunkowych, ponieważ występuje wiele ograniczeń, które wyznaczają
obszar rozwiązań dopuszczalnych. Taki obszar rozwiązań dopuszczalnych

stanowi część

przestrzeni zmiennych decyzyjnych. Granice

obszaru natomiast wyznaczają ograniczenia nałożone na zmienne decyzyj
ne.

Ograniczenia można rozpatrywać jako brzegowe i zachowawcze. Ograni

czenia brzegowe występują w postaci jawnej i są nakładane na poszczegól
ne zmienne decyzyjne, w formie nierówności:

—

Ograniczenia zachowawcze występują w postaci uwikłanej, tzn. w po

staci ograniczeń nałożonych na pewne zależności pomiędzy zmiennymi
decyzyjnymi. Ograniczenia te mają postać równości i nierówności:

i =

. ( x

) < 0 ,

j = \X

...,s.

przestrzeni zmiennych decyzyjnych ograniczenia

przedstawiają hiperpowierzchnię zawierającą punkty spełniające te ograni
czenia w postaci równości.

W ogólnym przypadku liczba warunków ograniczających nałożonych na

zmienne decyzyjne zależy od stopnia złożoności modelu matematycznego
opisującego obiekt budowlany. W rozpatrywanych zagadnieniach mogą
zaistnieć ograniczenia wynikające

- warunku stałej kubatury, powierzchni użytkowej, powierzchni zabu

dowy,

- wymiarów liniowych i kątów wynikające z wymagań użytkowych,
- izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych,
- wielkości i rozmiarów okien,
- typów urządzeń i instalacji oraz ich mocy,
- liczby urządzeń o danej mocy,
- całkowitej mocy obliczeniowej wszystkich urządzeń,
- udziałów w wytwarzaniu ciepła przez poszczególne urządzenia,
- strumienia powietrza wentylacyjnego,
- emisji zanieczyszczeń z materiałów budowlanych do pomieszczeń

obiektu,

- specyficznych wymagań sformułowanych dla obiektu.

4.3. Zakres analizy i podstawowe założenia

Metoda analizy energetyczno-ekologicznej omawiana w tej pracy może

mieć zastosowanie do:

1) wykonania wielokryterialnej optymalizacji obiektu budowlanego w

pełnym cyklu istnienia,

2) badania wpływu założonych zmiennych na przebieg wybranych wiel

kości

obiekt,

3) oszacowania obciążenia środowiska wynikającego z budowy obiektu.
Zagadnienia 2) i 3) stanowią w zasadzie jedynie pewien fragment wcho

dzący w zakres wielokryterialnej optymalizacji obiektu, dlatego nie wyma
gają oddzielnego omawiania.

Obiektem analizy energetyczno-ekologicznej rozpatrywanej w ramach

systemu ekologiczno-przemysłowego może być

- pojedynczy materiał, wyrób lub grupa wyrobów,
- pojedynczy obiekt budowlany,
- grupa obiektów na danym obszarze,
- obiekty budowlane na obszarze całego kraju,
- określone sektory gospodarki kraju,
- cała gospodarka kraju.

Sformułowanie zagadnienia optymalizacji obiektu budowlanego wymaga

opracowania zależności określających poszczególne wielkości zbioru funk
cji celu F, które umożliwią poszukiwanie rozwiązania spełniającego sfor
mułowane warunki zbioru ograniczeń. W analizie energetyczno-ekolo
gicznej obiektu budowlanego omawianej w tej pracy opracowano zależności
mogące służyć j a k o funkcje celu:

- zużycie zasobów surowców energetycznych,
- zużycie zasobów surowców nieenergetycznych,
- zużycie zasobów wody,
- obciążenie powietrza atmosferycznego zanieczyszczeniami,
- obciążenie środowiska odpadami stałymi.
Analiza może zakładać optymalizację

widzenia jednej funkcji,

np. poszukiwanie minimalnej emisji

do atmosfery.

Podana metodyka odnosząca się do skumulowanej emisji zanieczysz

czeń może być stosowana do każdej substancji zanieczyszczającej. W pracy
natomiast nie omawia się szczegółowo problemów wykorzystania zasobów
terenu. Również nie są szczegółowo omawiane zanieczyszczenia wód po

wierzchniowych i gruntowych oraz obciążenia środowiska hałasem i wibra
cjami.

W pracy nie rozpatruje się szczegółowo skutków w ekosystemach wyni

kających z oddziaływania obiektu budowlanego na środowisko. Uciążliwość
środowiskową obiektu określa się w sposób pośredni - przez wyznaczenie
ilości zużywanych zasobów naturalnych i ilości odprowadzanych do środo

wiska zanieczyszczeń.

Analiza

obiektu budowlanego może być pro

wadzona w ocenach dotyczących:

a) eksploatacji obiektu istniejącego,
b) modernizacji obiektu istniejącego,
c) budowy obiektu nowego.

W zastosowaniach do obiektów budowlanych analiza energetyczno-

wykonywana w celu poszukiwania rozwiązania optymalnego

powinna być prowadzona w zasadzie w dwóch fazach:

- podczas projektowania obiektu, kiedy są ustalane ilości i właściwości

fizyczne materiałów i wyrobów, rodzaje nośników energii, systemy zasilania

w nośniki energii, systemy eksploatacji,

- w fazie eksploatacji obiektu, kiedy są ustalane wielkości wykorzysty

wane przez system eksploatacji w formie informacji wejścia w celu zapew

nienia odpowiedniego prowadzenia tego systemu.

W pewnym zakresie optymalizacja może odbywać się również w proce

sach wznoszenia obiektu, np. przez oddziaływanie na system realizacji bu

dowy, prowadzące do zmniejszenia zużycia materiałów i minimalizacji ilości
powstających odpadów.

Wiele działań odbywających się w fazie likwidacji może być również od

powiednio uwzględniona j u ż w fazie projektowania, przez oddziaływanie na
technologiczność zastosowanych wyrobów budowlanych, np.: sposób mo
cowania i demontażu elementów, sposób ich naprawy, w szczególności w
odniesieniu do elementów systemów wykończeniowych obiektu.

4.4. Możliwości wpływu na oddziaływanie systemu

ekologiczno-przemysłowego na środowisko

Podczas projektowania istnieje wiele możliwości kształtowania obiektu

wraz z systemami wyposażenia w taki sposób, aby wyrażało się to zmniej

szeniem zużycia zasobów naturalnych i zmniejszeniem obciążenia środowi
ska. Zwrócono uwagę na wiele z tych możliwości, głównie z punktu widze
nia zużycia naturalnych zasobów energetycznych i wody.

Należy w tym miejscu podkreślić, że oddziaływania na zmniejszenie

zużycia zasobów naturalnych wyrażają się również zmniejszeniem ilości

substancji zanieczyszczających odprowadzanych do środowiska. Dlatego
każdorazowo nie podkreślano, że uwagi dotyczące zmniejszenia zużycia

zasobów w tym samym stopniu zachowują swą aktualność w odniesieniu do
zmniejszenia obciążenia środowiska.

4.4.1. Przekształcanie obiektu budowlanego w cyklu istnienia

Obiekty budowlane są wznoszone w określonym czasie, w którym wy

stępują pewne uwarunkowania mające wpływ na zastosowane rozwiązania.
Mogą się one znacznie zmieniać w ciągu kilku dziesięcioleci ich użytkowa
nia. Analiza w pełnym cyklu istnienia dla obiektu projektowanego odnosi

się do czasu przyszłego w sensie oddziaływania na środowisko zarówno w

fazie wznoszenia, jak i w fazie eksploatacji obiektu oraz w fazie jego likwi
dacji. Wszystkie dane odnoszące się do przyszłości mogą być w znacznym
stopniu niepewne, na przykład w miejsce wyrobów przewidzianych w pro

jekcie mogą być zastosowane inne wyroby charakteryzujące się innymi

wskaźnikami energetycznymi i eksploatacyjnymi.

Procedura postępowania przewidziana w projekcie w odniesieniu do wy

konywania zabiegów eksploatacyjnych po upływie pewnego czasu może być
zmodyfikowana przez uwzględnienie wielu czynników dodatkowych, takich

jak [100]:

- wykorzystanie najlepszych dostępnych w tym czasie technik budowla

nych,

- usprawniony system recyklingu materiałów,
- zmiany warunków gospodarczych (np. kosztów terenu, dostępność wy

robów, uwzględnianie kosztów szkód ekologicznych),

- zmiany regulacji prawnych (np. w zakresie: środowiska wewnętrznego,

komfortu cieplnego, gospodarki odpadami).

4.4.2. Możliwości istniejące w fazie projektowania

4.4.2.1. Wybór rodzaju nośników energii bezpośredniej

Wybór odpowiednich nośników energii bezpośredniej niezbędnych pod

czas użytkowania obiektu, wynika głównie z ich dostępności w warunkach
rozpatrywanej lokalizacji. W Polsce nośnikami energii są najczęściej: ciepło,
energia elektryczna, gaz ziemny, węgiel kamienny, gaz płynny, koks, drew
no. Jeżeli analizuje się różne nośniki energii, dostępne bez ograniczeń, to
podstawowymi kryteriami wyboru powinno być: zapewnienie wysokiej
sprawności energetycznej urządzeń wytwórczych nośników energii bezpo
średniej oraz urządzeń i instalacji stanowiących odbiorniki, a także mini
malizacja oddziaływania na środowisko naturalne. Analiza związana z wy
borem nośników energii bezpośredniej powinna również uwzględniać ro
dzaje paliw pierwotnych, które posłużyły do ich wytworzenia. Wybór nośni
ków energii poza względami ekologicznymi ma decydujący wpływ na sku
mulowane sprawności wytwarzania i dostarczania nośników energii pier

wotnej i tym samym ma wpływ na skumulowane zużycie energii w pełnym
cyklu istnienia obiektu.

4.4.2.2. Maksymalne zapotrzebowanie na nośniki energii bezpośredniej

Podczas projektowania obiektu ustala się zapotrzebowanie na moce zu

żywanych nośników energii bezpośredniej. Jest to niezbędne ze względu na
wpływ mocy na rozmiary systemów zasilania i możliwość poprawnego za
projektowania instalacji zasilających w nośniki energii.

Maksymalne zapotrzebowanie na nośniki energii bezpośredniej pośred

nio, lecz w istotny sposób, wpływa na wykorzystanie zasobów naturalnych.
Zapewnienie niezbędnej mocy zasilania wymaga nie tylko odpowiedniego

systemów zasilania w nośniki energii, lecz również odpo

wiedniego przystosowania (powiększenia lub zmniejszenia) infrastruktury
komunalnej i uzbrojenia terenu, z czym wiąże się zwiększenie lub zmniej

szenie zużycia materiałów, wody i energii. Maksymalne zapotrzebowanie na
energię zależy od zapotrzebowania na moc zasilania energią elektryczną,
ciepłem, gazem ziemnym.

Na przykład przy stosowaniu paliw stałych lub ciekłych, należy w

obiektach przewidzieć odpowiednie zaplecze do magazynowania tych paliw,
powiększone lub zmniejszone stosownie do poziomu zapotrzebowania.
Zwiększone zapotrzebowanie wymaga przygotowania pomieszczeń o odpo

wiednio powiększonej kubaturze do składowania paliw stałych lub zbiorni

ka o większych wymiarach do magazynowania paliw ciekłych. Wzrasta

wtedy zużycie materiałów i skumulowane zużycie energii, co może istotnie
wpływać na zwiększenie wykorzystania zasobów naturalnych.

4.4.2.3. Zużycie energii na wytworzenie i dostarczenie nośników energii
podczas użytkowania

Na zużycie energii wpływają zarówno sposób eksploatacji całego obiektu

wraz z j e g o instalacjami i urządzeniami zapewniającymi dostarczanie no

śników energii, jak i zachowanie użytkowników. Systemy sterujące eksplo
atacją obiektu i realizujące określone funkcje użytkowe powinny zapewnić
możliwość minimalizacji zużycia nośników energii, szczególnie w zakresie

zależnym od poprawności eksploatacji podsystemów. W tablicy 3 pokazano
przykład zestawienia nośników energii bezpośredniej zużywanych podczas
użytkowania obiektu. Podobną tablicę można opracować dla zużycia wody i
dla emisji zanieczyszczeń podczas użytkowania obiektu.

Zużycie

nośnika energii

może być obliczone j a k o suma zużycia

danego nośnika w poszczególnych instalacjach i urządzeniach, tzn.:

(56)

gdzie:

zużycie

nośnika energii bezpośredniej w

urządzeniu

lub instalacji.

Skumulowane zużycie

nośnika energii określa suma:

(=1

gdzie:

- skumulowane zużycie

nośnika energii w i-tym urządzeniu

lub instalacji.

Skumulowane zużycie wszystkich nośników energii zużywanych pod

czas użytkowania obiektu wyraża suma:

n n m

Tablica 3. Przykład zestawienia nośników energii bezpośredniej zużywanych
podczas użytkowania obiektu

W fazie projektowania obiektu każdy z nośników energii bezpośredniej

uwidoczniony w tablicy 3 może być poddany analizie z punktu widzenia

możliwości minimalizacji jego zużycia. Analiza możliwości minimalizacji
skumulowanego zużycia energii jest szczególnie pożądana przy rozpatry

waniu ciepła na ogrzewanie i wentylację, ciepłej wody użytkowej, energii
zużywanej przez system klimatyzacji. Ważna jest również analiza systemu

oświetlenia wewnętrznego, prowadząca do wyboru odpowiedniego systemu
oświetlenia przy minimalnym zużyciu energii elektrycznej. W przypadku,
gdy występuje wiele urządzeń dźwigowych (hotele, biurowce), w celu

zużycia energii bardzo istotnym problemem jest optymalizacja

pracy dźwigów. W większości przypadków urządzenia zużywające dany
nośnik energii w obiekcie budowlanym wybiera się spośród kilku wersji
urządzeń lub instalacji charakteryzujących się niekiedy bardzo różnym
poziomem zużycia energii i różnymi wskaźnikami skumulowanego jej zuży
cia.

W obiektach istniejących i obecnie projektowanych istnieją stosunkowo

słabe powiązania pomiędzy poszczególnymi nośnikami energii, dlatego po
szukiwanie minimalnego zużycia może odbywać się niezależnie przez mi
nimalizację zużycia każdego z nośników energii. W obiektach o bardzo ni
skim zapotrzebowaniu na energię natomiast, na przykład w obiektach z
pasywnym wykorzystaniem energii słonecznej lub z uwzględnieniem odzy
sku energii odpadowej, powiązania te mogą być silne, a model obliczeniowy

wymaga uwzględnienia odpowiednich powiązań pomiędzy strumieniami
energii. Przy istnieniu urządzeń technologicznych wykorzystujących nośni
ki energii możliwe jest powiązanie zużycia energii na eksploatację z zuży
ciem energii w odbywających się procesach (kuchnia, pralnia,

Szczególnej uwagi wymaga analiza możliwości minimalizacji zużycia

energii na ogrzewanie i wentylację obiektu budowlanego, klimatyzację i
przygotowanie ciepłej wody użytkowej.

W systemach grzewczych funkcją użytkową pomieszczeń jest tempera

tura w pomieszczeniach rozumiana jako temperatura powietrza albo jako
funkcja złożona, określająca wskaźnik komfortu cieplnego, np. temperatu
ra odczuwalna. Zarówno ludzie, jak i procesy przemysłowe są bardzo wraż
liwe na zmiany temperatury, dlatego ten parametr jest zwykle podstawowy.
Oszczędna eksploatacja obiektów wymaga ścisłego dostosowania zmian
temperatury w pomieszczeniach do sposobu użytkowania danego typu po
mieszczeń. Dlatego funkcje użytkowe pomieszczeń są inne dla obiektów
mieszkalnych, hotelowych, biurowych, przemysłowych. Różnią się również
odpowiednim przebiegiem temperatury w pomieszczeniach tych obiektów.
Ocena efektywności różnych sposobów i systemów służących do utrzyma
nia komfortu cieplnego w obiektach budowlanych może być dokonana
przez określenie sprawności użytkowej (ruchowej) całego systemu

[157,159]. Sprawność użytkowa systemu, wyznaczona dla całego okresu

użytkowania urządzeń (np. dla sezonu grzewczego) jest miarą efektywności
wykorzystania energii pierwotnej dostarczonej do systemu.

Przykład przebiegu temperatury dla pomieszczeń mieszkalnych i hote

lowych pokazano na rysunkach 4 i 5. Przebieg temperatury w ciągu doby i

w ciągu sezonu grzewczego stanowi punkt wyjścia do obliczeń zużycia

energii i stanowi podstawę oceny jakości ich realizacji i może być wykorzy
stany do określenia sprawności użytkowej

(59)

gdzie:

- sezonowe zapotrzebowanie ciepła na ogrzewanie i wentylację po

mieszczeń obiektu,

moc zasilania pomieszczeń obiektu w ciepło na ogrzewanie i

wentylację jako funkcja czasu,

- czas użytkowania systemu ogrzewania i wentylacji w ciągu roku,

- sprawność energetyczna systemu dostarczania ciepła do po

mieszczeń obiektu, odniesiona do energii bezpośredniej

starczanej do obiektu w ciągu roku, można ją określić znając bu

dowę systemu regulacji funkcji użytkowej pomieszczeń

Całka w liczniku wzoru (59) wyraża zapotrzebowanie ciepła na ogrzewa

nie i wentylację pomieszczeń obiektu w sezonie grzewczym. Dla projekto
wanego obiektu ciepło

można wyznaczyć na podstawie obliczeń wyko

nanych w oparciu o istniejące regulacje prawne i przewidywany przebieg
temperatury

w czasie, np. [159]. Uwzględniając powyższe, energia

dostarczana do obiektu może być określona jako funkcja wielu zmiennych:

(60)

gdzie:

- wektor temperatury powietrza zewnętrznego,

t. - wektor

powietrza w pomieszczeniach,

V - wektor natężeń przepływu powietrza wentylacyjnego dostarczane

go do pomieszczeń,

k - wektor współczynników przenikania ciepła

przegrody zewnętrzne

F - w e k t o r powierzchni przepływu ciepła przegród zewnętrznych, ,
S - wektor wielkości

usytuowanie budynku w

stosunku do stron świata,

I - wektor wartości natężenia promieniowania słonecznego,

- wektor współczynników charakteryzujących emisyjność

i absorpcyjność przegród zewnętrznych,

- wektor wewnętrznych zysków ciepła.

Wielkość

zużycie energii dostarczanej w ciągu roku do

obiektu na ogrzewanie i wentylację. Inaczej, jest to ciepło pobierane przez
system ogrzewania i wentylacji obiektu. Jest ona efektem działania syste
mu ogrzewania powiązanego z systemem sterowania ciepła do pomiesz
czeń, zapewniającego wymaganą funkcję użytkową dla każdego pomiesz
czenia. System sterowania procesami ogrzewania i wentylacji obiektu za
pewnia minimalizację zużycia ciepła w celu realizacji określonych funkcji

użytkowych pomieszczeń. Zużycie energii dostarczanej do obiektu na kli
matyzację w ciągu roku może być również wyrażone j a k o funkcja wielu
zmiennych:

gdzie:

t - wektor temperatury słonecznej dla danej lokalizacji,

- wektor względnych wilgotności powietrza,

x - wektor wewnętrznych zysków wilgoci,

- sprawność energetyczna systemu dostarczania energii do po

mieszczeń obiektu odniesiona do energii bezpośredniej

dostar

czanej do obiektu w ciągu roku, można ją określić znając budowę
systemu regulacji funkcji użytkowej pomieszczeń.

Zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową, określone wielkością

ustala się na podstawie wytycznych w zależności od liczby użytkowników
obiektu i obowiązujących norm zużycia z uwzględnieniem ewentualnych
potrzeb specyficznych obiektu. Projektant może mieć wpływ na wybór roz
wiązania projektowego systemu wytwarzania i zasilania zapewniającego
wysoką sprawność energetyczną systemu. Zużycie energii na przygotowa
nie ciepłej wody użytkowej w ciągu roku można wyrazić ogólną zależnością:

gdzie:

norma zużycia ciepłej wody na osobę w ciągu doby

- temperatura ciepłej wody,

- liczba użytkowników obiektu,

- czas użytkowania ciepłej wody w ciągu roku,

- sprawność energetyczna systemu dostarczania ciepła do po

mieszczeń obiektu, odniesiona do energii bezpośredniej E do
starczanej do obiektu w ciągu roku; można ją określić znając
przebieg zapotrzebowania ciepłej wody oraz system dostarczania i
regulacji.

Według [159] uzyskanie przez system grzewczy możliwie wysokiej

sprawności użytkowej w obiektach istniejących wymaga zmniejszenia zu

życia energii przez wprowadzanie technik energooszczędnych, takich jak:

- wysoka izolacyjność cieplna i szczelność przegród zewnętrznych,
- normowana wentylacja pomieszczeń z odzyskiem ciepła,
- nowoczesne energooszczędne systemy oświetlenia,
- pasywne systemy słoneczne i systemy ochrony przed nadmiernym pro

mieniowaniem słonecznym,

- nowe systemy grzewczo-wentylacyjne i klimatyzacyjne z odzyskiem

ciepła, układy ze zmienną ilością powietrza ( W S ) , doskonalsze układy re
gulacyjne,

- systemy zarządzania rozdziałem energii z wykorzystaniem techniki

Ocena działania systemu

lub klimatyzacyjnego

z punktu widzenia optymalnej realizacji zadanej funkcji użytkowej sprowa
dza się do analizy dwóch grup zagadnień

- utrzymania zadanych parametrów komfortu cieplnego w pomieszcze

niach w funkcji czasu,

- utrzymania zadanych parametrów higienicznych powietrza (jakości

powietrza wewnętrznego).

Stosowane w obiektach istniejących układy grzewcze statyczne z regula

cją jakościową i o dużej bezwładności cieplnej nie nadają się do wykorzy
stania przy nowych koncepcjach aktywnej realizacji funkcji celu w obiek
tach budowlanych. Lepiej spełniają tę rolę układy o małej pojemności wod
nej. Systemy grzewczo-wentylacyjne z uwagi na określone właściwości dy
namiczne oraz fakt współpracy z obiektami o dużej masie i kubaturze (du

ża pojemność i bezwładność cieplna), nadają się do współpracy z adapta
cyjnymi układami sterowania, co w pewnych warunkach umożliwia znacz
ne zmniejszenie zużycia energii oraz poprawę komfortu cieplnego [159].
Nadrzędny układ sterujący umożliwia dokonanie wyboru strategii sterowa
nia i wielkości nastawnych dla obwodów regulacyjnych. Podstawą jest pre
dykcja zmian parametrów klimatu zewnętrznego oraz towarzyszących im
odpowiedzi układu: obiekt budowlany - system grzewczo-wentylacyjny.

4.4.2.4. Projektowanie realizacji budowy

Projektowanie realizacji budowy jest ważnym składnikiem przygotowa

nia dokumentacji projektowej. Od niego zależy sprawność wykonania pro
cesów technologicznych, czas realizacji budowy oraz koszty realizacji. Pro
blem dobrego pod względem jakościowym projektowania realizacji budowy,
uwzględniającego optymalne rozwiązania techniczno-organizacyjne oraz
metodycznie stosowane elementy nowoczesnych systemów zarządzania jest
szczegółowo rozpatrywany w [89]. Poszukuje się optymalnych rozwiązań
technologiczno-organizacyjnych realizacji budowy.

4.4.3. Wpływ trwałości wyrobów budowlanych

Z punktu widzenia zużycia zasobów i ochrony środowiska, trwałość

obiektu budowlanego stanowi jedną z podstawowych kategorii analizowa
nych podczas projektowania. Ponieważ w wyniku oddziaływania otaczają
cego środowiska obiekty budowlane ulegają nieprzerwanej degradacji, zbyt
niska trwałość materiałów i elementów może doprowadzić do przedwcze
snej wymiany lub demontażu uszkodzonych elementów. Prowadziłoby to
do zwiększenia zużycia materiałów i ilości generowanych odpadów, a w
konsekwencji do zwiększenia zużycia zasobów naturalnych i

zanie

czyszczeń.

Pod pojęciem trwałości obiektu budowlanego rozumie się j e g o zdolność

do spełnienia przez określony okres wymagań użytkowników w warunkach
oddziaływania określonych czynników, bez wyraźnego obniżenia właściwo

ści użytkowych lub wystąpienia nadmiernych kosztów użytkowania

Trwałość obiektu jest funkcją właściwości zastosowanych mate

riałów, projektu i wykonawstwa oraz oddziaływań, jak również sposobu
użytkowania i poziomu zabiegów eksploatacyjnych.

W programie użytkowania obiektu powinny być ujęte wszystkie zabiegi

w stosunku do elementów, które muszą podlegać konserwacji lub renowa
cji

Dotyczy to na przykład wszelkiego rodzaju wymalowań, izolacji

wodochronnych,

chemoodpornych, których czas życia jest zawsze

znacznie krótszy od okresu użytkowania obiektu. Część napraw wynika
również z warunków użytkowania obiektu, a ich zakres może być ustalany
na podstawie przeprowadzonej kontroli i badań diagnostycznych [162].

Odpowiednie utrzymanie obiektu budowlanego wpływa na zużycie zaso

bów naturalnych w pełnym cyklu istnienia. Pominięcie niezbędnych zabie
gów konserwacyjnych lub spóźnione ich wykonanie spowoduje obniżenie
trwałości obiektu, prowadząc do przyspieszonego jego zużycia i do zwięk

szonego zużycia zasobów niezbędnych do przywrócenia wymaganego stanu

technicznego. Poprawa trwałości obiektu oznacza dłuższe okresy
remontowe i mniejszą liczbę elementów poddawanych zabiegom konserwa
cyjnym lub renowacji, co w dodatku ogranicza ich zakres, powodując

ilości niezbędnych materiałów i wyrobów w pełnym cyklu ist

nienia obiektu. Zatem obiekt budowlany o większej trwałości może być
eksploatowany dłużej, bez konieczności wykonywania znaczących zabiegów
eksploatacyjnych, co wpływa na zmniejszenie zużycia zasobów i obciążenia
środowiska.

Istotny wpływ na zużycie zasobów energetycznych ma trwałość wyrobów

wpływających na izolacyjność cieplną obiektu. Ich degradacja, szczególnie
w początkowym okresie eksploatacji, może zwiększyć zużycie ciepła na

ogrzewanie przez wiele lat użytkowania obiektu.

4.4.4. Rola systemu eksploatacji w zużyciu zasobów i oddziaływaniu
na środowisko

Podczas projektowania obiektu budowlanego powstaje również projekt

systemu jego eksploatacji, służący

minimalizacji zużycia zasobów w

fazie eksploatacji przez minimalizację zużycia materiałów i nośników ener
gii. Zadaniem systemu eksploatacji obiektu budowlanego jest utrzymanie
obiektu w odpowiednim stanie technicznym w celu zapewnienia zachowa
nia projektowanych funkcji oraz właściwości użytkowych zgodnie z obowią

zującymi wymaganiami.

W procesie eksploatacji obiektu można wyróżnić zbiory procesów:

- sterowanych, do których należą: przygotowanie do użytkowania, użyt

kowanie, zapewnienie zdatności

procesy logistyczne,

wspomaganie sterowania,

- niesterowanych, którymi są wszelkie procesy destrukcyjne będące wy

nikiem oddziaływań i wymuszeń czynników zewnętrznych oraz błędów,
powodujące zużywanie się i starzenie elementów obiektu.

Zakres realizacji zadań związanych z zapewnieniem zdatności eksplo

atacyjnej obiektów jest uzależniony od ich stanu technicznego, prawidło
wości realizacji poszczególnych procesów eksploatacyjnych, intensywności
oddziaływania procesów destrukcyjnych, możliwości realizacji czynności
obsługowo-naprawczych itd. W zbiorze procesów zapewniania zdatności
obiektu wyróżnia się dwa podstawowe podzbiory procesów z zakresu zabie
gów eksploatacyjnych [173]:

- obsługi (profilaktyczno-zapobiegawcze) - służące zachowaniu właści

wości użytkowych obiektu,

- odnowy - służące okresowemu odtwarzaniu wymaganego poziomu

właściwości użytkowych obiektu.

Działanie systemów eksploatacji jest związane z przepływem materiałów,

energii i informacji, które do systemu są dostarczane z otoczenia.

Rys. 6. Schemat strukturalny systemu eksploatacji obiektu powiązanego z otoczeniem

zasileniami informacyjnymi, energetycznymi i materiałowymi

Schemat strukturalny systemu eksploatacji obiektu (rys. 6) powiązane

go z otoczeniem zasileniami informacyjnymi, energetycznymi i materiało
wymi, powinien przewidywać takie ich przetwarzanie, aby przy optymal
nym wykorzystaniu osiągać założone cele. Z punktu widzenia zużycia za
sobów naturalnych istotnym efektem działania systemu eksploatacji jest

zapewnienie wymaganych właściwości użytkowych obiektu w fazie eksplo
atacji, przy minimalnym zużyciu zasobów naturalnych i minimalnym od
działywaniu na środowisko.

4.4.5. Możliwości oddziaływania na zużycie materiałów i wyrobów

W miarę zmniejszania energochłonności użytkowania obiektu - skumu

lowane zużycie energii w fazie wznoszenia staje się istotnym składnikiem
całkowitego zużycia energii w pełnym cyklu istnienia obiektu. Zmniejszenie

zużycia materiałów i wyrobów pociąga za sobą odpowiednie zmniejszenie
potrzeb energetycznych i transportowych na ich wytwarzanie i dostarczanie
na plac budowy oraz na wznoszenie obiektu.

Ilość materiałów i wymiary wielu elementów obiektu są podczas projek

towania określane z pewnym zapasem, stosownie do ich przeznaczenia i

spełnianych funkcji. W wielu przypadkach zwiększenie wymiarów jest uza
sadnione bezpieczeństwem użytkowników. Często jednak powiększanie

wymiarów elementów służy zapewnieniu odpowiedniego wystroju lub speł
nieniu mniej istotnych wymagań, co jest przeciwstawne dążeniu do mini
malizacji zużycia materiałów. Przeznaczeniem wielu wyrobów wykończe
niowych w budynku mieszkalnym jest zasłonięcie miejsc, przez które bie
gną systemy instalacji i wyposażenia obiektu lub też zasłonięcie nieeste
tycznych powierzchni lub przestrzeni. Korzystanie z wykończeń typowych
ułatwia przeprowadzanie przeglądów oraz późniejszą wymianę i montaż
elementów ulegających przyspieszonemu zużyciu.

Technologiczność rozwiązań budowlanych i instalacyjnych jest to zespół

cech określających możliwości sprawnego oraz efektywnego wykonania
obiektu, bez szkody dla rozwiązań konstrukcji, cech użytkowych i este
tycznych z uwzględnieniem wymagań wynikających z danego poziomu
technologiczno-organizacyjnego realizacji procesów budowlanych.

Kryteria technologiczności: przystosowanie elementów do montażu w

różnych warunkach atmosferycznych, prostota połączeń, elementów
obiektu, osadzanie elementów, gotowość pomontażowa, stateczność i pew
ność w czasie montażu.

Wykorzystanie materiałów pochodzących z odzysku

ogólną

odpadów i w konsekwencji ogranicza negatywne skutki ekologiczne wytwa
rzania nowych materiałów i wyrobów. Stosowanie wyrobów o wyższym
poziomie technologiczności upraszcza montaż i demontaż elementów

wyposażenia i ułatwia późniejsze uzyskanie produktów wtórnych o wyższej

jakości. Stosowane już obecnie praktyki budowlane umożliwiają znaczny

stopień odzysku i powtórnego wykorzystania materiałów i wyrobów

Procesom wznoszenia obiektu towarzyszy pojawianie się dużej ilości od

padów budowlanych, które następnie są usuwane z terenu budowy. Dąże
nie do minimalizacji powstawania ilości odpadów generowanych podczas
wznoszenia oraz odpowiedni sposób - z uwagi na ochronę środowiska -

postępowania z nimi, mogą być istotnymi czynnikami sprzyjającymi

zasobów w pełnym cyklu istnienia obiektu.

W fazie wznoszenia obiektu istotne może być również zużycie zasobów w

pracach nad przygotowaniem terenu pod budowę oraz wszystkie pomocni
cze procesy technologiczne wznoszenia obiektu.

Zachowanie podstawowych wymagań użytkowych obiektu wymaga wy

konywania regularnych zabiegów eksploatacyjnych podczas użytkowania.

Jest to warunek utrzymania poprawności funkcjonowania podstawowego
wyposażenia technicznego. Podczas wykonywania zabiegów eksploatacyj
nych powstaje duża ilość materiałów odpadowych, które mogą być powtór
nie wykorzystane po odpowiedniej regeneracji. Jako typowe przykłady ma

teriałów z odzysku można wymienić elementy oświetlenia, elementy insta
lacji mechanicznych. Również wyroby stalowe, drzwi, metale architekto
niczne, cegła i wiele innych, mogą być powtórnie wykorzystane po odpo

wiedniej regeneracji przywracającej pożądane właściwości użytkowe.

Po likwidacji obiektu wraz z wyposażeniem może nastąpić całkowita lub

częściowa sprzedaż albo całkowity lub też częściowy demontaż oraz weryfi
kacja elementów i materiałów z punktu widzenia ich przydatności do po

wtórnego wykorzystania lub przetworzenia. Zbiór wszystkich elementów i
materiałów obiektu jest dzielony na podzbiory elementów przeznaczonych
do recyrkulacji (powtórnego ich wykorzystania albo wykorzystania mate
riału, z którego elementy zostały wytworzone) i elementów przeznaczonych
do złomowania oraz składowania jako odpady nieprzerabialne lub odpady
palne.

Zużycie materiałów można zmniejszyć

przez takie działania, jak:

- racjonalne projektowanie wykorzystania materiałów,
- wykorzystanie materiałów pochodzących z odzysku,
- stosowanie elementów typowych i systemów budowlanych,
- racjonalne wykorzystanie materiałów i minimalizacja ilości odpadów

generowanych podczas wznoszenia, realizacji procesów odnowy i likwidacji,

- prawidłowa organizacja procesu wznoszenia obiektu, eksploatacji i li

kwidacji.

4.4.6. Możliwości oddziaływania na zużycie wody w pełnym cyklu
istnienia obiektu

W obiektach budowlanych może być zużywana zarówno woda pitna, jak

i woda o mniejszym stopniu czystości.

zużyciu wody pitnej decyduje bezpośrednie jej zużycie przez użytkow

ników obiektu budowlanego. Mieszkanie w nowoczesnym budynku jest
zwykle wyposażone w toaletę, umywalkę, wannę lub kabinę prysznicową.
W kuchniach woda jest zażywana głównie do płukania pożywienia oraz
mycia naczyń w zlewach lub w zmywarkach. Zmywarki wpływają na
znaczne zwiększenie zużycia wody. Ponadto w większości budynków są
instalowane pralki automatyczne zużywające znaczne ilości wody pitnej.

Ważne są zachowania użytkowników obiektu. Zmniejszenie zużycia w o

dy przez użytkowników obiektów zależy od wielu czynników, j a k np.
sprawna armatura przy zlewach i umywalkach. Instalowane są urządzenia

ograniczające strumień wypływającej wody. Znacznie rzadziej instaluje się
zespolone urządzenia, które zapewniają możliwość powtórnego użycia w o
dy, np. zastosowanie do spłukiwania muszli klozetowej wody wykorzysta
nej uprzednio do mycia. Istotne jest instalowanie mierników zużycia wody
pitnej.

Znaczna ilość wody może być zużywana do utrzymania terenów zielonych

wokół obiektów, szczególnie w przypadkach ich lokalizacji na glebach
suchych. Istnieje wiele możliwości wpływu na zmniejszenie zużycia wody:

- zastosowanie bardziej efektywnych systemów nawadniania (np. z wy

korzystaniem wtórnego obiegu wody),

- zastosowanie techniki nawodnień miejscowych zamiast nawodnień ca

łego obszaru,

- dokładniejsza kontrola wilgotności gruntu,
- wykorzystanie wód opadowych do nawodnień terenów zielonych,
- kształtowanie terenów zielonych przez uprawianie roślin o

zapo

trzebowaniu na wodę,

- tworzenie stref zieleni o zbliżonym zapotrzebowaniu na wodę, ogra

niczenie powierzchni terenów zielonych,

- dobór gatunków roślin odpornych na niskią wilgotność gruntu.

Maksymalne zapotrzebowanie na wodę pośrednio wpływa na wykorzy

stanie zasobów naturalnych. Dostarczanie wody i zapewnienie niezbędnej
mocy zasilania wymaga wcześniejszego odpowiedniego zaprojektowania
systemów zasilania w wodę i odpowiedniego przystosowania rozmiarów

infrastruktury komunalnej. Modyfikacja systemu zasilania w celu powięk
szenia lub zmniejszenia j e g o elementów wiąże się z odpowiednim zwiększe
niem lub zmniejszeniem zużycia zasobów.

Przy użytkowaniu ciepłej wody w obiekcie występuje konieczność przy

gotowania odpowiednich wymiarów zbiornika do jej magazynowania sto
sownie do poziomu zapotrzebowania. Przy większym zapotrzebowaniu nie
zbędne może być przygotowanie pomieszczeń o odpowiednio
kubaturze. Powiększenie zbiornika do magazynowania ciepłej wody jest

związane ze zwiększonym zużyciem wody, energii i materiałów, czyli rów
nież wpływa na zwiększenie wykorzystania zasobów naturalnych.

5. METODA OKREŚLANIA SKUMULOWANEGO ZUŻYCIA ENERGII

W PEŁNYM CYKLU ISTNIENIA OBIEKTU

Jedną z funkcji celu w omawianej analizie energetyczno-ekologicznej

obiektu budowlanego jest zmniejszenie (ubytek) zasobów surowców ener
getycznych związany z obiektem budowlanym w pełnym cyklu jego istnie

To zmniejszenie zasobów surowców energetycznych można obliczyć

j a k o skumulowane zużycie energii.

Omówiono sekwencyjną metodę określania skumulowanego zużycia

energii w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego. Zastosowanie opra
cowanych zależności może wymagać ewentualnej korekty w celu dostoso

wania podanych zależności do specyfiki danego obiektu analizowanego w
pełnym cyklu istnienia.

5.1. Obiekt budowlany jako podsystem w systemie

ekologiczno-przemysłowym

Metoda określania skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu ist

nienia obiektu budowlanego opiera się na znanych ilościach: zużytych
materiałów, prac budowlanych i transportowych i nośników energii, oraz
na znajomości wskaźników skumulowanego zużycia energii charakteryzu

jących odpowiednie materiały, prace budowlane i transportowe i nośniki

energii zużywane w fazie wznoszenia, eksploatacji i likwidacji. Poziom za

sobów naturalnych określa się na podstawie powyższych ilości oraz śred

nich krajowych wskaźników efektywności wykorzystania materiałów i śre
dnich sprawności energetycznych wytwarzania i dostarczania nośników
energii.

W celu określenia skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu ist

nienia, obiekt budowlany rozpatruje się j a k o podsystem w systemie ekolo
giczno-przemysłowym, co ilustruje schemat pokazany na rysunku 7. Gra
nice podsystemu podczas użytkowania określają przegrody zewnętrzne
obiektu, a w procesach wznoszenia i podczas zabiegów eksploatacyjnych
określa przestrzeń obejmowana

plac budowy. Wejście do tego pod

systemu stanowi zużycie odpowiednio przygotowanych czynników w innych

podsystemach systemu

nośników energii,

materiałów i wyrobów, wody, sprzętu technicznego wraz z pomocniczymi
materiałami i wyrobami. Czynniki te są zużywane w procesach wznoszenia
oraz w fazie eksploatacji i likwidacji obiektu.

Rys. 7. Obiekt budowlany jako podsystem w systemie ekologiczno-przemysłowym

Wyjście z podsystemu określanego jako obiekt budowlany stanowią: ge

nerowane bezpośrednio w obiekcie emisje zanieczyszczeń powietrza at
mosferycznego, odpady stałe, odpady ciekłe (ścieki) oraz straty ciepła, wi
bracje i hałas.

Podstawą do określenia zużycia zasobów energetycznych przez system

są ilości wszystkich czynników pobieranych bez

pośrednio przez obiekt budowlany. Przeliczenia z ilości czynników bezpo
średnich na zużycie zasobów dokonano przez zastosowanie skumulowanej
sprawności wytwarzania i dostarczania poszczególnych nośników energii,

wody, materiałów i wyrobów. Skumulowane zużycie energii wnoszone przez
granicę systemu ze sprzętem technicznym, pomocniczymi materiałami i
wyrobami wykorzystywanymi w procesach wznoszenia oraz podczas wyko
nywania zabiegów eksploatacyjnych i podczas likwidacji obiektu może być
uwzględniane przez zastosowanie odpowiedniego współczynnika wykorzy
stania sprzętu, który zdefiniowano w [152].

Założenia poczynione w przedstawionej metodzie określania skumulo

wanego zużycia energii:

- znana jest ilość materiałów i wyrobów budowlanych i odpowiadające

im wskaźniki skumulowanego zużycia energii,

- ilość materiałów określono z uwzględnieniem typowych strat wystę

pujących w transporcie i podczas procesów wznoszenia obiektu,

- energia elektryczna jest dostarczana z systemu

- ciepło na ogrzewanie i

oraz ciepła woda użytkowa są do

starczane ze

zewnętrznych lub są przygotowywane bezpośrednio w

obiektach na bazie paliw stałych, ciekłych lub gazowych,

- gaz ziemny jest dostarczany z systemu gazoenergetycznego,

- stosuje się średnie krajowe wskaźniki skumulowanego zużycia energii

na wytworzenie i dostarczenie energii elektrycznej do obiektu,

- stosuje się średnie krajowe wskaźniki skumulowanego zużycia energii

na wytworzenie i dostarczenie gazu ziemnego do obiektu,

- stosuje się średnie skumulowane sprawności dostarczania nośników

energii do

przemiany energetycznej.

Prawdziwość założeń w odniesieniu do rozpatrywanego obiektu budow

lanego powinna być każdorazowo zweryfikowana w celu uwzględnienia
specyficznych cech rozpatrywanego obiektu oraz j e g o wyposażenia i sposo
bu eksploatacji.

5.2. Składniki skumulowanego zużycia energii

Zmniejszenie zasobów surowców energetycznych można określić poszu

kując skumulowanego zużycia energii w poszczególnych fazach cyklu ist
nienia obiektu: wznoszenia, eksploatacji, likwidacji. Przy czym w fazie eks
ploatacji rozpatruje się oddzielnie:

- zużycie nośników energii bezpośredniej wykorzystywanych podczas

użytkowania (przez użytkowników i na wykonanie czynności obsługowych
obiektu),

- zużycie nośników energii bezpośredniej wykorzystywanych podczas

użytkowania (przez użytkowników obiektu i na wykonanie czynności ob

sługowych obiektu),

- zużycie energii na wykonywanie zabiegów eksploatacyjnych w celu od

nowy obiektu.

Całkowite skumulowane zużycie energii chemicznej paliw w pełnym cy

klu istnienia obiektu budowlanego jest sumą [66]:

gdzie:

- skumulowane zużycie energii w fazie wznoszenia,

skumulowane zużycie nośników energii bezpośredniej podczas

użytkowania (przez użytkowników i na wykonanie czynności ob-

sługowych obiektu),

- skumulowane zużycie energii niezbędnej do wykonania zabiegów

eksploatacyjnych podczas odnowy obiektu,

- skumulowane zużycie energii niezbędnej na likwidację obiektu -

rozbiórka po zakończeniu użytkowania obiektu, transport odpa-

dów na składowisko oraz gospodarka odpadami pochodzącymi z
rozbiórki.

Całkowite skumulowane zużycie energii chemicznej paliw pierwotnych

określone wzorem (63) jest miarą zużycia (ubytku) naturalnych zasobów

surowców energetycznych. Ubytek zasobów

powinien również uwz

ględniać część zasobów pozostawioną w złożu ze względu na brak tech
nicznych możliwości jej wydobycia. Założono, że ta część zasobów będzie
mogła być wykorzystana w przyszłości po udoskonaleniu technik wydo
bywczych i dlatego nie została uwzględniona w określaniu

Podobne

założenia poczyniono w [152] w metodach określania skumulowanego zu
życia energii.

Ze względu na różnice w sposobie eksploatacji obiektów składniki wzoru

(63) mogą wymagać weryfikacji w niektórych przypadkach zastosowania.

Przebieg skumulowanego zużycia energii w funkcji czasu w fazie eksplo
atacji można określić znając to zużycie w poszczególnych fazach, obliczone
na podstawie programu eksploatacji obiektu w pełnym cyklu j e g o istnienia,

w którym powinien być przewidziany szczegółowy zakres wszystkich zabie

gów eksploatacyjnych i odpowiadające im zużycie materiałów i wyrobów
oraz nośników energii bezpośredniej. Przykład przebiegu skumulowanego
zużycia energii przedstawiono schematycznie na rysunku 8.

Rys. 8. Poglądowy przebieg skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu

istnienia obiektu budowlanego

Jak pokazano na rysunku 8, w chwili z = 0 rozpoczyna się faza eksplo

atacji obiektu. W chwili rozpoczęcia tej fazy, to znaczy przy r = 0, obiekt
charakteryzuje się skumulowanym zużyciem energii

pobranej w fazie

wznoszenia. W okresie r = 0 -

następuje liniowy przyrost skumulowanego

zużycia energii, co wynika z założenia niezmiennego w stosunku rocznym
zużycia nośników energii bezpośredniej przez użytkowników oraz zużycia
energii na wykonywanie czynności obsługowych obiektu. W rzeczywistości
przyrost ten jest różny w każdym sezonie grzewczym,

na skutek

zmian warunków pogodowych. W chwili r =

ma miejsce przyrost sku

mulowanego zużycia energii

w wyniku wykonania zabiegów eksploata

cyjnych (na wytworzenie materiałów i wykonanie niezbędnych prac bu
dowlanych). Ponieważ przeprowadzone zabiegi eksploatacyjne doprowadziły
do poprawy izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych i poprawy spraw
ności użytkowania energii na potrzeby ogrzewania i wentylacji, w prze
dziale czasowym t =

skumulowane zużycie energii uległo

niu w stosunku do wartości tego zużycia, która wystąpiłaby bez poprawy
izolacyjności cieplnej. Zmniejszeniu mogło również ulec zapotrzebowanie
na inne nośniki energii bezpośredniej na skutek wymiany urządzeń i

sprzętu użytkowanego w pomieszczeniach na jednostki usprawnione, zu

żywające mniejsze ilości nośników energii. Po podjęciu decyzji o likwidacji
obiektu, czyli w chwili

zwiększa się skumulowane zużycie energii o war

tość

, osiągając po zakończeniu procesów likwidacji wartość

ozna

czającą całkowite skumulowane zużycie energii w pełnym cyklu istnienia
obiektu budowlanego.

Zgodnie z powyższym skumulowane zużycie nośników energii bezpo

średniej w fazie eksploatacji obiektu może być wyrażone sumą:

i=l

gdzie:

- skumulowane zużycie energii bezpośredniej w fazie eksploatacji

w okresie

(rys. 7),

czas eksploatacji pomiędzy kolejnymi zabiegami odnowy obiektu,

k - liczba zabiegów odnowy w fazie eksploatacji

Skumulowane zużycie energii na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych

można również obliczać jako sumę wielu składników:

gdzie:

- skumulowane zużycie energii na wykonanie i-tego zabiegu odno

wy w fazie eksploatacji,

s - liczba wyodrębnionych zabiegów odnowy w fazie eksploatacji.

5.3. Skumulowane zużycie energii w

wznoszenia

Skumulowane zużycie energii w fazie wznoszenia obejmuje zużycie na

pozyskanie surowców, wytworzenie materiałów i wyrobów, ich transport na
miejsce budowy oraz na wzniesienie obiektu. Jest to więc cały nakład
energii chemicznej paliw pierwotnych poniesiony w fazie wznoszenia
obiektu - do chwili zakończenia procesów j e g o wznoszenia.

Skumulowane zużycie energii w fazie wznoszenia,

określa suma

[66]:

(66)

gdzie kolejne pozycje oznaczają skumulowane zużycie energii:

- niezbędnej na przygotowanie terenu (wytworzenie materiałów,

wykonanie robót, opracowanie projektu i

- niezbędnej na wytworzenie materiałów i wyrobów wykorzysta

nych podczas realizacji obiektu,

wykorzystanej na transport materiałów i wyrobów z

tworzenia do miejsca budowy,

- wykorzystanej podczas realizacji procesów wznoszenia obiektu.

Wielkość

obejmuje skumulowane zużycie energii, które może uwzglę

dniać wiele składników najczęściej pomijanych w obliczeniach. Składniki te
mogą w szczególnych przypadkach mieć istotny udział w skumulowanym
zużyciu energii w fazie wznoszenia. Wśród tych składników można wyróż
nić zużycie energii na: wykonanie projektu, przygotowanie i uzbrojenie te
renu, składowanie materiałów i wyrobów, ogrzewanie terenu i przygotowa
nie ciepłej wody użytkowej, przygotowanie i dostarczenie wody, dowożenie
pracowników na plac budowy, prace przygotowawcze poza placem budowy,
napęd pomp i sprężarek, oświetlenie terenu i miejsc pracy, uporządkowa
nie terenu i założenie zieleni w otaczającym terenie.

Realizacja każdej budowy składa się z wykonywania poszczególnych

procesów budowlanych w kolejności odpowiadającej przyjętej technologii i
organizacji robót. Proces budowlany jest zespołem technologicznie ze
powiązanych procesów produkcyjnych wykonywanych na placu budowy
lub na jego zapleczu, których celem jest wykonanie określonej produkcji
związanej z wykonaniem danego elementu obiektu [89]. Procesy takie moż
na podzielić na zasadnicze i pomocnicze. Procesy zasadnicze są realizowa
ne bezpośrednio na wznoszonym obiekcie, dotyczą wykonania wykopów
fundamentowych, elementów konstrukcji nośnej, obudowy, wykończenia,

wykonania wnętrza. Procesy pomocnicze nie dotyczą wbudowania mate
riałów lub wyrobów w obiekcie, jednak są niezbędne do wykonania prac
zasadniczych. Mogą być wykonywane na placu budowy lub na j e g o zaple
czu.

Podobny podział można zastosować w odniesieniu do zużywanych mate

riałów wykorzystywanych w fazie wznoszenia: materiały zasadnicze i po
mocnicze.

Skumulowane zużycie energii niezbędnej na wytwarzanie zasadniczych

materiałów i wyrobów budowlanych wyraża iloczyn:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia energii niezbędnej na

wytworzenie materiałów i wyrobów, k ,

- ilości materiałów i wyrobów zużytych na wzniesienie obiektu.

Skumulowane zużycie energii w procesach wznoszenia obiektu jest su

mą dwóch składników: energii wnoszonej w pomocniczych materiałach i
wyrobach zużytych bezpośrednio w procesach wznoszenia oraz zużycia
energii podczas wykonywania prac zasadniczych i pomocniczych:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia energii niezbędnej na wy

tworzenie pomocniczych materiałów i wyrobów wykorzystywa
nych podczas wznoszenia,

- zużycia materiałów pomocniczych podczas wznoszenia,

wskaźników skumulowanego zużycia energii

prace wykonywane podczas wznoszenia,

- ilości robót wykonywanych podczas wznoszenia obiektu.

Współczynnik wykorzystania sprzętu technicznego wynika z jego trwało

ści i rocznego czasu eksploatacji. Przez analogię do metodyki zastosowanej

w [152] współczynnik wykorzystania sprzętu może być zdefiniowany na

stępująco:

(69)

gdzie:

- liczba jednostek sprzętu technicznego i-tego typu zastosowana

przy wykonywaniu

działania,

roczny czas pracy i-tej jednostki sprzętu przy wykonywaniu j-tego

działania,

liczba godzin pracy (trwałość) i-tej jednostki sprzętu.

Skumulowane zużycie energii podczas transportu materiałów i wyrobów

budowlanych wynosi [66]:

(70)

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

- określający ilość materiałów i wyrobów transportowanych na

miejsce budowy,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii niezbędnej do

transportu materiałów i wyrobów

- odległości transportu materiałów i wyrobów,

oraz symbole operacji:

D - tworzenia macierzy diagonalnej z wektora kolumnowego,

T - tworzenia macierzy
Wzór (67) można stosować, jeżeli znane są wskaźniki skumulowanego

zużycia energii na procesy transportowe wyrażone w M J / ( M g k m ) . W ó w
czas, gdy prace transportowe są scharakteryzowane wskaźnikiem
do określenia energii

należy zastosować wzór:

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

- określający liczbę cykli transportu materiałów i wyrobów na miej

sce budowy,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii niezbędnej do trans

portu materiałów i wyrobów

Wartość

może być obliczona za pomocą wzorów (65)-(70). Według

[13] wartość

jest zwykle pomijalnie mała w stosunku do wartości

jednak może zależeć bardzo znacznie od miejsca lokalizacji budowy i dlate

go każdorazowo założenie, że

0 powinno być poprzedzone odpowied

nią analizą.

Uwzględniając wzory (64)-(70) początkowe skumulowane zużycie energii

można wyrazić wzorem [66]:

Ku +

(72)

Z zależności (72) wynika, że projektant obiektu ma możliwość wpływu

na zmniejszenie skumulowanego zużycia energii w fazie wznoszenia przez:

- wybór materiałów i wyrobów charakteryzujących się niską energo

chłonnością skumulowaną,

- wybór materiałów i wyrobów produkowanych j a k najbliżej miejsca bu

dowy,

- zmniejszenie mas materiałów i wyrobów zastosowanych do budowy,
- zastosowanie środków transportu o niskiej energochłonności skumu

lowanej,

- przygotowanie projektu realizacji budowy uwzględniającego racjonalne

wykorzystanie materiałów, nośników energii i sprzętu.

5.4. Skumulowane zużycie energii podczas użytkowania obiektu

Nośniki energii bezpośredniej wykorzystywane podczas użytkowania

obiektu (na potrzeby użytkowników i na czynności obsługowe obiektu) są
zwykle następujące: ciepło na ogrzewanie i wentylację, energia elektryczna
na chłodzenie, ciepła woda użytkowa, energia elektryczna na oświetlenie i
napęd sprzętu elektrotechnicznego, napędy elektryczne stanowiące ele
menty systemów wyposażenia obiektu, gaz ziemny lub inne paliwo płynne
lub stałe, woda pitna i woda o mniejszym stopniu przygotowania. Na ry
sunku 9 pokazano przykład uproszczonego schematu strumieni energii
(nośników energii bezpośredniej) doprowadzanych i wyprowadzanych z

obiektu w ciągu roku. Zakłada się, że zużycie nośników energii bezpośred
niej jest określane na wejściu do obiektu, jak to pokazano na rysunku 9.

Rys. 9. Schemat zasilania obiektu w nośniki energii bezpośredniej w fazie

eksploatacji oraz straty energii

- energia na ogrzewanie i wentylację, Bk - energia na chłodzenie,

- energia na przygo

towanie ciepłej wody użytkowej,

- energia elektryczna, Ep - energia paliw (gaz, olej, paliwa

stałe), Ew - woda,

- straty ciepła przez przegrody,

- straty ciepła w powietrzu wentyla

- straty ciepła w zimnej i ciepłej wodzie,

- straty ciepła w urządzeniach w

urządzeniach klimatyzacyjnych

Przebieg zużycia ciepła na ogrzewanie i wentylację może być określony

za pomocą wykresu uporządkowanego dla danej temperatury powietrza
wewnętrznego jako funkcja temperatury zewnętrznej. Zużycie energii na
chłodzenie również charakteryzuje się zmiennością w funkcji temperatury i
wilgotności powietrza zewnętrznego. Pozostałe nośniki energii bezpośred
niej są wykorzystywane nie tylko w sezonie grzewczym, lecz znacznie bar-

dziej równomiernie w ciągu roku, aczkolwiek ich zużycie może charaktery
zować się dużą dobową lub tygodniową zmiennością przebiegu.

Skumulowane zużycie energii chemicznej paliw niezbędnych do przygo

towania i dostarczenia nośników energii bezpośredniej zużywanych w ciągu
roku w fazie eksploatacji można zapisać jako sumę [64, 66]:

gdzie kolejne pozycje oznaczają skumulowane zużycie energii:

- na ogrzewanie i wentylację obiektu,

- na chłodzenie pomieszczeń,

- na przygotowanie i dostarczenie ciepłej wody użytkowej,

- na wytworzenie i dostarczenie zużywanej energii elektrycznej,

- na pozyskanie i dostarczenie nośników energii zużywanych

w obiekcie w postaci paliw, np. węgiel, koks, gaz ziemny, bio

masa,

- na przygotowanie i dostarczenie zużywanej wody pitnej.

oznaczenia:

p - numer kolejnego nośnika energii,

- l i c z b a nośników energii przetwarzanych i użytkowanych bezpo

średnio w obiekcie (gaz ziemny, węgiel kamienny, brykiety węgla
kamiennego, drewno, koks).

Rozpatrywany obiekt lub grupa obiektów może być zasilana w ciepło z

określonego źródła, którym może być lokalny system gospodarki skojarzo
nej (elektrociepłownia) lub rozdzielonej (ciepłownia). Należy również brać
pod uwagę zasilanie z kotła zainstalowanego bezpośrednio w rozpatrywa
nym obiekcie lub w lokalnej kotłowni osiedlowej. Paliwa mogą być wyko
rzystywane w obiekcie w różnych urządzeniach i przetwarzane w źródłach o
różnej sprawności. Węgiel, koks lub drewno mogą być na przykład spalane

w piecach, kotłach lub w trzonach kuchennych.

Skumulowane zużycie energii chemicznej p-tego nośnika energii dostar

czanego do procesu przemiany można zapisać w postaci sumy:

(74)

gdzie:

- bezpośrednie zużycie energii chemicznej dostarczanej w ciągu ro

ku w

nośniku energii do procesu przemiany,

- zużycie energii na pozyskanie energii

i jej transport do miejsca

przemiany.

Skumulowana sprawność energetyczna pozyskania i dostarczania p-te-

go nośnika energii do procesu przemiany można określić wzorem:

Zakłada się, że procesy przemiany

nośnika energii odbywają się

w rozpatrywanym obiekcie, wówczas skumulowane zużycie p-tego nośnika
energii wykorzystywanego w ciągu roku można określić wzorem:

W.G E

gdzie:

- wartość opałowa nośnika energii,

- zużycie nośnika energii w ciągu roku.

Skumulowane zużycie energii niezbędnej do przygotowania i dostarcze

nia ciepła na ogrzewanie i wentylację obiektu wynosi:

'co

gdzie:

- zużycie ciepła n a ogrzewanie i wentylację,

- skumulowana sprawność energetyczna wytwarzania i dostarcza

nia ciepła na ogrzewanie i wentylację obiektu.

Wielkość

obejmuje cały nakład energetyczny ponoszony na wytwo

rzenie i dostarczenie ciepła z miejsca pozyskania paliw pierwotnych do
miejsca doprowadzenia (pomiaru) ciepła zużywanego w obiekcie. Istnieje
następujący związek pomiędzy wartościami sprawności

gdzie:

- sprawność energetyczna przesyłania ciepła od miejsca procesu

przemiany do

pomiaru w rozpatrywanym obiekcie.

Skumulowane zużycie energii paliw pierwotnych niezbędnych na wytwo

rzenie i dostarczenie energii elektrycznej do chłodzenia obiektu:

(79)

gdzie:

zużycie energii bezpośredniej w dostarczanej energii elektrycznej

na chłodzenie,

- skumulowana sprawność energetyczna wytwarzania i

ciepła energii elektrycznej.

Skumulowane zużycie energii paliw pierwotnych niezbędnych na przy

gotowanie i dostarczenie ciepłej wody użytkowej wynosi:

gdzie:

- zużycie energii bezpośredniej w dostarczanej ciepłej wodzie użyt

kowej na wejściu do obiektu,

- skumulowana sprawność energetyczna wytwarzania i dostarcza

nia do obiektu ciepła w ciepłej wodzie użytkowej.

Wówczas, gdy ciepła woda użytkowa i ciepło na ogrzewanie i wentylację

są dostarczane do obiektu z tych samych urządzeń wytwórczych i tym sa
mym transportem rurociągowym

Skumulowane zużycie energii paliw pierwotnych niezbędnych na wytwo

rzenie i dostarczenie energii elektrycznej w ciągu roku wynosi:

gdzie:

- energia elektryczna dostarczana do obiektu na potrzeby użytkow

ników, z wyjątkiem energii zużywanej na klimatyzację.

Woda jest zużywana we wszystkich etapach cyklu istnienia obiektu,

dlatego powinna być odpowiednio uwzględniona w skumulowanym zużyciu
energii w rozpatrywanym obiekcie. Skumulowane zużycie energii niezbędne
na przygotowanie i dostarczenie wody do obiektu oraz na odprowadzenie i uz
datnienie ścieków można wyrazić wzorem:

(82)

gdzie wektor kolumnowy:

- ilości wody o różnej jakości zużywanej w obiekcie w ciągu roku,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii dla wody dostarcza

nej do obiektu.

Po wykorzystaniu wzorów (78)-(86) skumulowana energia chemiczna

paliw, niezbędnych do przygotowania nośników energii bezpośredniej zu

żywanych w obiekcie w ciągu roku, może być wyrażona wzorem [46,53,57]:

E E E E

(83)

5 . 5 . Skumulowane zużycie energii

na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych

Wiele elementów obiektu budowlanego, jak: drzwi, materiały i elementy

wykończenia, elementy instalacji są naprawiane i wymieniane znacznie
częściej niż elementy obudowy lub części konstrukcyjnej. Analiza skumu

lowanego zużycia energii w pełnym cyklu istnienia obiektu powinna
uwzględniać przyszłe zmiany w zużyciu, wynikające z wykonywania zabie
gów obsługi i odnowy. Istnieje różnica pomiędzy regularnie wykonywanymi
działaniami obsługowymi, jak: uzupełnienie ubytków materiałów wykoń
czeniowych, malowanie, zmiana wykładziny podłogowej a zabiegami odno

wy (remontami), obejmującymi generalne zmiany wynikające z konieczno

ści wykonania remontu lub spowodowane koniecznością dostosowania
obiektu do nowych wymagań zdefiniowanych potrzebą zmiany spełnianych
funkcji. Naprawy odbywają się regularnie przez cały okres użytkowania
obiektu i polegają zwykle na niepełnej wymianie elementów wykończenio

wych.

Skumulowane zużycie energii pierwotnej niezbędnej na wykonanie za

biegów eksploatacyjnych obiektu w fazie eksploatacji może być zapisane

j a k o suma:

gdzie skumulowane zużycie energii niezbędnej na:

- wykonanie zabiegów eksploatacyjnych,

wytworzenie materiałów i wyrobów,

- transport materiałów i wyrobów.

Skumulowane zużycie energii niezbędnej na wytworzenie materiałów i

wyrobów zużywanych na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia energii pierwotnej charak

teryzujących zużywane materiały,

- ilości materiałów zużywanych na zabiegi eksploatacyjne.

Uwzględniając wzór (64) skumulowane zużycie energii niezbędnej na

przygotowanie i dostarczenie nośników energii bezpośredniej w fazie eks
ploatacji wyraża się wzorem:

Składniki

występujące we wzorze (86) mogą być obliczone za

pomocą wzorów analogicznych do (67) i (69).

Energia zużywana podczas wykonywania zabiegów eksploatacyjnych

obiektu jest sumą składników: zużycia energii wykorzystanej do wytworze
nia materiałów i wyrobów pomocniczych zużytych przy wykonywaniu za
biegów eksploatacyjnych i podczas wykonywania prac pomocniczych oraz
zużycia energii niezbędnej do wykonania pojedynczych prac:

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

~ wskaźników skumulowanego zużycia energii pierwotnej charakte

ryzujących materiały pomocnicze,

- zużycia poszczególnych materiałów i wyrobów pomocniczych,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii przy wykonywaniu

prac naprawczych i remontowych,

- ilości wykonywanych prac.

Skumulowane zużycie energii podczas transportu materiałów i wyrobów

budowlanych:

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

- ilości materiałów i wyrobów transportowanych, na miejsce bu

dowy,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii niezbędnej do

transportu materiałów i wyrobów,

- odległości transportowania danego materiału lub wyrobu.

Wykorzystując wzór (65) można skumulowane zużycie energii na wyko

nanie zabiegów eksploatacyjnych wyrazić wzorem:

(89)

5.6. Skumulowane zużycie energii w fazie likwidacji obiektu

Skumulowane zużycie energii w fazie likwidacji obiektu budowlanego

jest sumą:

gdzie poszczególne składniki oznaczają skumulowane zużycie energii:

niezbędnej do rozbiórki obiektu po zakończeniu użytkowania,

- niezbędnej do transportu odpadów na składowisko,

- związanej z utylizacją odpadów lub odzysk energii podczas utyli

zacji odpadów lub jedno i drugie; w przypadku gdy występuje j e

dynie odzyskiwanie energii (np. spalanie odpadów drewna) we

wzorze (90) przed symbolem

może wystąpić znak minus.

Skumulowane zużycie energii w fazie likwidacji, wzór (90), może być za

pisane wzorem [66]:

gdzie oznaczono wektory kolumnowe:

wskaźników skumulowanego zużycia energii charakteryzujących

prace wykonywane w fazie likwidacji,

- ilości prac wykonywanych w fazie likwidacji,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii na transport odpa

dów po rozbiórce,

odległości transportu odpadów,

- ilości odpadów transportowanych na składowisko.

W publikacjach brak jest informacji liczbowych z zakresu zużycia ener

gii niezbędnej na przeprowadzenie rozbiórki obiektu i transportu odpadów.

W [13] autor powołuje się na źródła amerykańskie (US Advisory Council on

Preservation), gdzie przewiduje się następujące zużycie energii na

rozbiórkę obiektu o powierzchni użytkowej 5000

: 27,1 M J / m

- dla

obiektu o konstrukcji drewnianej, 81,7 M J / m

dla obiektu o konstrukcji

stalowej i 136,2 M J / m

dla obiektu o konstrukcji betonowej. Brak jest jed

nak w tych danych informacji, jakie składniki zawierają te liczby. W przy
bliżeniu szacuje się [13], że zużycie energii na rozbiórkę może być rzędu 1-
3% skumulowanego zużycia energii w fazie wznoszenia. Powyższe liczby
mogą skłaniać do pominięcia energii niezbędnej do rozbiórki, ponieważ jej

wartość nie przekracza 1% całkowitego skumulowanego zużycia energii w

pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego

Jednakże założenie takie

każdorazowo wymaga przeprowadzenia odpowiedniego oszacowania, szcze
gólnie wtedy, gdy uzyskuje się dużo odpadów palnych.

5.7. Skumulowane zużycie energii w pełnym cyklu istnienia obiektu

Po uwzględnieniu wzorów

skumulowane zużycie energii w peł

nym cyklu istnienia obiektu budowlanego określa zależność [66]:

Skumulowane zużycie energii

obejmuje całkowity nakład energe

tyczny ponoszony na poziomie gospodarki kraju i jest równe zużyciu natu
ralnych zasobów energetycznych w pełnym cyklu istnienia obiektu budo

wlanego. Wielkości występujące we wzorze (92) są określane podczas proje
ktowania obiektu i charakteryzują jego rozwiązanie konstrukcyjne.

Skumulowane zużycie energii wyrażone wzorem (92) można wykorzystać

do porównania energii zużywanej na poziomie gospodarki kraju, przy

rozpatrywaniu różnych wariantów projektowanej termomodernizacji poje
dynczego obiektu lub zbioru obiektów. W ramach danego wariantu nato
miast można analizować wpływ pojedynczych elementarnych zabiegów, j a k
również przedsięwzięć złożonych z dużej liczby zabiegów różnych konstruk
cyjnie i funkcjonalnie na zużycie energii w pełnym cyklu istnienia obiektu.

Przy obecnych tendencjach w rozwoju budownictwa energooszczędnego,

wynikających z wielu uwarunkowań, obserwuje się dążenie do zmniejsze
nia zużycia energii bezpośredniej podczas użytkowania obiektów budowla
nych [32]. Dlatego udział skumulowanego zużycia energii w fazie wznosze
nia w skumulowanym zużyciu tej energii w pełnym cyklu istnienia obiektu
zwiększa się w miarę

się zużycia nośników energii bezpośred

niej podczas użytkowania. Określenie skumulowanego zużycia energii w
fazie wznoszenia wymaga szczegółowych informacji ilościowych o zastoso

wanych materiałach i wyrobach oraz o wskaźnikach skumulowanego zuży

cia energii niezbędnej do ich wytworzenia [66].

Analiza skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu istnienia

obiektu może być przydatna w wielu zastosowaniach, m.in. w analizach:

- obiektów wnoszonych przy zastosowaniu różnych rozwiązań konstruk

cyjnych obiektów i różnych rozwiązań materiałowych,

- różnych technik poprawy izolacyjności cieplnej przegród zewnętrz

nych,

- zmian izolacyjności przegród zewnętrznych dla danego sposobu ter

momodernizacji.

5.8. Analiza skumulowanego zużycia energii

Wzór (92) pozwala na obliczenie skumulowanego zużycia energii w peł

nym cyklu istnienia obiektu w przypadku, gdy znane są niezbędne infor
macje o tym obiekcie. Na przykład, wykonano projekt techniczny obiektu

100

wraz z instalacjami, projekt zagospodarowania terenu oraz przygotowano
dokumentację określającą sposób utrzymania obiektu umożliwiającą orga
nizację i realizację przyszłej j e g o eksploatacji. Wzór ten umożliwia również
badanie przebiegu skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu istnienia
obiektu w funkcji wielu zmiennych niezależnych. Może być również wykorzy

stany do analiz wielu wariantów rozwiązań projektowanego obiektu. Analiza

różnych rozwiązań części konstrukcyjnej, obudowy i wyposażenia obiektu
może uwzględniać zastosowanie różnych materiałów, wyrobów i systemów
budowlanych w celu poszukiwania możliwości zmniejszenia skumulowane
go zużycia energii. Poszukiwania powinny uwzględniać następujące możli

wości:

- zmniejszenie zużycia materiałów do wykonania poszczególnych ele

mentów i systemów,

- zastosowanie materiałów charakteryzujących się niskim współczynni

kiem energochłonności,

- wykorzystanie mniej energochłonnych technik wznoszenia,
- wykorzystanie materiałów i elementów budowlanych wytwarzanych w

pobliżu budowy,

- racjonalny przebieg transportu materiałów i wyrobów na miejsce bu

dowy.

Bardzo istotna jest analiza możliwości zmniejszenia zużycia energii bez

pośredniej w fazie eksploatacji obiektu. Wzór (92) może być wykorzystany
do porównania skumulowanego zużycia energii obiektów budowlanych

wnoszonych według różnych standardów w zakresie ochrony cieplnej.

Niżej zdefiniowano wielkość

wyrażającą jednostkowe skumulowane

zużycie energii w pełnym cyklu istnienia, odniesione do 1

powierzchni

użytkowej obiektu:

gdzie:

- pole powierzchni użytkowej obiektu.

Wykorzystując wzory (63) i (92) jednostkowe skumulowane zużycie

energii w pełnym cyklu można przedstawić wzorem:

El =

+ —

( 9 4 )

F N F

P W W N

gdzie:

- eksploatacyjny wskaźnik skumulowanego zużycia nośników

energii bezpośredniej zdefiniowany wzorem:

. \(E E E.

+ -

f .

u 'co

'g J

101

gdzie:

energii chemicznej w gazie ziemnym na przygotowanie

posiłków,

- skumulowana sprawność energetyczna pozyskania i dostarczenia

gazu ziemnego do obiektu.

Z zapisu wynika, że człon wyrażający skumulowane zużycie energii na

przygotowanie i dostarczenie wody pitnej nie wchodzi w skład wskaźnika

, ponieważ to zużycie energii odbywa się głównie poza obiektem, tzn. w

zakładach przygotowania i przesyłania wody. Sposób użytkowania obiektu
nie ma wpływu na zużycie energii niezbędnej na przygotowanie i przesyła
nie wody, lecz jedynie na poziom zużycia wody, co jedynie pośrednio wpły
wa na zmniejszenie zużycia energii. Wzór (95) nie zawiera również energii
dostarczanej na klimatyzację obiektu, ponieważ analiza i porównanie doty
czy jedynie obiektów nie wyposażonych w systemy klimatyzacji.

W istniejących obiektach mieszkalnych wznoszonych zgodnie z obowią

zującymi w poprzednich latach wymaganiami z zakresu ochrony cieplnej,
zużycie energii na ogrzewanie decyduje o poziomie wskaźnika skumulowa
nego zużycia nośników energii bezpośredniej

W obiektach o niskim

zużyciu energii wznoszonych według obecnych wymagań natomiast, udział
zużycia energii na przygotowanie ciepłej wody użytkowej i na wytworzenie
energii elektrycznej zwiększa się i staje się porównywalny z energią zuży
waną na ogrzewanie [32]. Udział energii chemicznej dostarczanej w gazie
ziemnym na przygotowanie posiłków jest niewielki, aczkolwiek staje się
również znaczący przy bardzo niskim zużyciu nośników energii na ogrze
wanie i wentylację.

Na rysunku 10 pokazano przebieg jednostkowego skumulowanego zuży

cia energii w pełnym cyklu istnienia obiektu w zależności od eksploatacyj
nego wskaźnika skumulowanego zużycia energii. Krzywa powstała na pod
stawie danych uzyskanych z kilku publikacji [5, 13, 32, 122] dla obiektów
mieszkalnych wzniesionych według różnych standardów ochrony cieplnej i
przy różnych wymaganiach użytkowników.

Przy dużych wartościach wskaźnika

> 200

punkty

na krzywej charakteryzują w zasadzie obiekty istniejące. Otrzymane wyniki

wskazują na istnienie zależności

tzn.:

(96)

gdzie:

- wielkość

zależna od skumulowanego zużycia energii w fezie

na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych oraz w fazie rozbiórki.

Przebieg krzywej wskazuje na zwiększający się udział drugiego składni

ka we wzorach (94) i (96), przy zmniejszaniu wskaźnika

co wynika z

obecnych tendencji w budownictwie, zmierzających do zmniejszenia zuży
cia energii bezpośredniej. To sprawia, że zwiększa się udział

nego zużycia energii w fazie wznoszenia obiektu. Przy małych wartościach
wskaźnika

(poniżej 100

udział nośników energii bezpo

średniej zmniejsza się, a w zakresie wskaźników 0-50

udział

energii skumulowanej w materiałach i na wzniesienie obiektu staje się

składnikiem decydującym o wartości skumulowanego zużycia energii w

pełnym cyklu istnienia.

Obiekty scharakteryzowane wysokimi wartościami skumulowanego zu

życia energii w pełnym cyklu na krzywej pokazanej na rysunku

były

wzniesione w stosunkowo odległej przeszłości (kilkadziesiąt, a niekiedy
kilkanaście lat temu), tzn. wtedy, gdy wymagania z zakresu ochrony ciepl
nej były bardzo liberalne w stosunku do obecnych.

Obecnie wznoszone obiekty mieszkalne o niskim zużyciu energii bezpo

średniej, tzn. charakteryzujące się wskaźnikiem

reprezentują punkty położone w środkowej części krzywej. Zakres dotyczą
cy w przybliżeniu obszaru poniżej 70 k W h / ( m

a) odnosi się w zasadzie do

prac badawczych i do pojedynczych przypadków realizacji budowy, aczkol

wiek znane są publikacje informujące o dostępności komercyjnej obiektów
mieszkalnych charakteryzujących się wskaźnikiem poniżej 70 k W h / ( m

[32]. Budynki z pasywnym wykorzystaniem energii promieniowania sło

necznego znajdują się w stadium intensywnych prac badawczych, nato
miast budynek określany j a k o energetycznie samowystarczalny

= 0 )

dotyczy przypadku rozpatrywanego w pracy o charakterze studialnym [32,

134], dokumentują- cej raczej możliwości techniczne istniejące przy obec

nym poziomie techniki.

Krzywa

charakteryzuje się minimalną wartością skumulo

wanego zużycia energii w pełnym cyklu istnienia, uzyskiwaną przy zużyciu
nośników energii bezpośredniej określonej pewną wartością wskaźnika

Dążenie do eliminacji zużycia energii paliw kopalnych przetworzonych na
nośniki energii bezpośredniej prowadzi do zwiększenia zużycia materiałów,

których wytworzenie wymaga poniesienia dodatkowego nakładu energe
tycznego, co z kolei prowadzi do zwiększenia zużycia paliw kopalnych i
zwiększenia zużycia energii w pełnym cyklu istnienia w innym

Wynika stąd, że poszukiwanie obiektu mieszkalnego samowystarczalne

go w zakresie nośników energii bezpośredniej, tzn. dążenie do osiągnięcia

wskaźnika

= 0, prowadzi do zwiększenia skumulowanego zużycia ener

gii w pełnym cyklu. Przy wskaźniku

mniejszym od około 30-40

[32] energia paliw kopalnych niezbędna do wytworzenia nośni

ków energii bezpośredniej jest w decydującym stopniu zastępowana ener
gią słoneczną i energią wiatru, co wymaga budowy odpowiednich urządzeń,
których wytworzenie jest związane z zużyciem energii paliw kopalnych nie

zbędnej na ich wytworzenie i zainstalowanie. Czyli zwiększeniu ulega sku
mulowane zużycie energii

które jest tym większe im niższa jest war

tość wskaźnika

103

Rys.

Jednostkowe skumulowane zużycie energii w

cyklu istnienia obiektu miesz

kalnego w funkcji eksploatacyjnego wskaźnika

energii bezpośredniej dla obiektów

wzniesionych według różnych standardów w zakresie ochrony cieplnej

x-Feist

[5],

- według

• - Cole [14J,

•

-Japan [122]

Przebieg skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu istnienia

(rys. 10) otrzymano na podstawie wartości skumulowanego zużycia energii

w pełnym cyklu oraz przy założeniu, że energię

otrzymano na bazie

węgla kamiennego. Ze względu na niewielki udział gazu ziemnego zużywa

nego w rozpatrywanych obiektach mieszkalnych w całkowitym zużyciu
energii w pełnym cyklu istnienia, pominięto jego wpływ na przebieg zależ
ności

Przedstawiona charakterystyka energetyczna obiektów mieszkalnych

wzniesionych według różnych standardów ochrony cieplnej może stać się
przydatna w analizach obiektów budowlanych, w szczególności obiektów o
niskim eksploatacyjnym wskaźniku zużycia energii. Przy zmniejszającym

się zużyciu nośników energii bezpośredniej wykorzystywanych w obiek
tach, analiza skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu staje się

istotnym składnikiem ich oceny energetyczno-ekologicznej.

104

6. METODA OKREŚLANIA SKUMULOWANEGO ZUŻYCIA

ZASOBÓW NIEENERGETYCZNYCH W PEŁNYM CYKLU

ISTNIENIA OBIEKTU

6.1. Wprowadzenie

Jedną z funkcji celu w proponowanej analizie energetyczno-ekologicznej

obiektu budowlanego jest zmniejszenie (ubytek) zasobów surowców nie
energetycznych związany z obiektem budowlanym w pełnym cyklu istnie
nia. To

zasobów surowców nieenergetycznych można obliczyć

oddzielnie dla każdego surowca j a k o skumulowane j e g o zużycie

Omówiono sekwencyjną metodę określania skumulowanego zużycia su

rowców nieenergetycznych w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego.
Wynikiem obliczeń dla całego obiektu budowlanego będzie zbiór liczb okre

ślający zużycie wszystkich surowców wykorzystanych do wzniesienia

obiektu.

Metoda określania skumulowanego zużycia surowców nieenergetycz

nych w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego opiera się na znanych
ilościach zużytych materiałów, prac budowlanych i transportowych i no
śników energii oraz na znajomości wskaźników skumulowanego zużycia
danego surowca na wytworzenie materiałów, prac budowlanych i trans
portowych i nośników energii zużywanych w fazie wznoszenia, eksploatacji
i likwidacji. Do poziomu zasobów naturalnych dochodzi się na podstawie
powyższych ilości oraz średnich krajowych wskaźników efektywności wyko
rzystania materiałów i średnich sprawności energetycznych wytwarzania i
dostarczania nośników energii.

W celu określenia skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu ist

nienia obiekt budowlany rozpatruje się jako podsystem w systemie

Podsystem ten pokazany na rysunku 7 opisano

bliżej w rozdziale 5.

Podstawą do określenia zużycia zasobów nieenergetycznych przez sys

tem ekologiczno-przemysłowy są ilości wszystkich czynników pobieranych
bezpośrednio przez obiekt budowlany. Przeliczenia z ilości czynników bez
pośrednich na zużycie zasobów można dokonać przez zastosowanie sku
mulowanych sprawności wytwarzania i dostarczania poszczególnych no

śników energii, wody, materiałów i wyrobów. Skumulowane zużycie energii

wnoszone ze sprzętem technicznym, pomocniczymi materiałami i wyrobami

105

wykorzystywanymi podczas wznoszenia oraz podczas wykonywania zabie
gów eksploatacyjnych i podczas likwidacji obiektu może być uwzględniane

zastosowanie współczynnika wykorzystania sprzętu, zdefiniowanego

w rozdziale 5.

Założenia poczynione w przedstawionej metodzie określania skumulo

wanego zużycia zasobów surowców są takie same, jak w obliczeniach sku
mulowanego zużycia energii omówione w rozdziale 5.

Prawdziwość założeń w odniesieniu do rozpatrywanego obiektu budow

lanego powinna być każdorazowo zweryfikowana w celu uwzględnienia
specyficznych cech rozpatrywanego obiektu oraz jego wyposażenia i sposo
bu eksploatacji.

6.2. Składniki skumulowanego zużycia

zasobów nieenergetycznych

Zmniejszenie zasobów surowców nieenergetycznych można określić po

szukując skumulowanego zużycia danego surowca w poszczególnych fa

zach cyklu istnienia obiektu. Rozpatruje się skumulowane zużycie danego

surowca w pełnym cyklu jako sumę zużycia w poszczególnych fazach cyklu
istnienia: wznoszenia, eksploatacji i likwidacji. Zużycie danego surowca w

fazie eksploatacji rozpatruje się w formie dwóch składników:

- zużycia surowca przez zużycie nośników energii bezpośredniej podczas

użytkowania (przez użytkowników obiektu i na wykonanie czynności ob

sługowych obiektu),

- zużycia surowca na wykonywanie zabiegów eksploatacyjnych w celu

odnowy obiektu.

Całkowite skumulowane zużycie danego surowca w pełnym cyklu ist

nienia obiektu budowlanego jest sumą [66]:

(97)

gdzie:

- skumulowane zużycie surowca w fazie wznoszenia,

- skumulowane zużycie surowca podczas użytkowania (przez użyt

kowników i na wykonanie czynności obsługowych obiektu),

- skumulowane zużycie surowca na wykonanie zabiegów eksplo

atacyjnych w zakresie odnowy obiektu,

- skumulowane zużycie energii niezbędnej na likwidację obiektu -

rozbiórka po zakończeniu użytkowania obiektu, transport odpa
dów na składowisko oraz gospodarka odpadami pochodzącymi z
rozbiórki.

Całkowite skumulowane zużycie danego surowca określone wzorem (97)

jest miarą zużycia (ubytku) naturalnych zasobów tego surowca.

106

Przebieg zużycia zasobów danego surowca w funkcji czasu w fazie eks

ploatacji można określić znając przewidywane zużycie w poszczególnych
fazach, obliczone w oparciu o program eksploatacji obiektu w pełnym cy
klu j e g o istnienia, w którym powinien być przewidziany szczegółowy zakres
wszystkich zabiegów eksploatacyjnych i odpowiadające im zużycie mate
riałów i wyrobów oraz nośników energii bezpośredniej. Przykład przebiegu
skumulowanego zużycia danego surowca przedstawiono schematycznie na
rysunku

Rys.

Poglądowy przebieg skumulowanego zużycia danego surowca w pełnym

cyklu istnienia obiektu budowlanego

Jak pokazano na rysunku

w chwili t = 0 rozpoczyna się faza eksplo

atacji obiektu. W chwili rozpoczęcia tej fazy, tzn. przy r = 0, obiekt charak
teryzuje się skumulowanym zużyciem surowca

wykorzystanym w fazie

wznoszenia. W okresie z = 0 -

następuje niewielki liniowy przyrost sku

mulowanego zużycia rozpatrywanego surowca, co wynika z założenia nie
zmiennego w stosunku rocznym zużycia nośników energii bezpośredniej
przez użytkowników oraz zużycia materiałów i energii na wykonywanie
czynności obsługowych obiektu. W chwili

ma miejsce przyrost sku

mulowanego

surowca w wyniku wykonania zabiegów eksploatacyj

nych (na wytworzenie materiałów i wykonanie niezbędnych prac budowla
nych). Ponieważ przeprowadzone zabiegi eksploatacyjne doprowadziły do
poprawy izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych i poprawy sprawno
ści użytkowania energii na potrzeby ogrzewania i wentylacji, w przedziale

107

gdzie kolejne pozycje oznaczają skumulowane zużycie danego surowca:

- na przygotowanie terenu (wytworzenie materiałów, wykonanie ro

bót, opracowanie projektu i in.),

- na wytworzenie materiałów i wyrobów wykorzystanych podczas

realizacji obiektu,

- na transport materiałów i wyrobów z

wytworzenia do

miejsca budowy,

- na realizację procesów wznoszenia obiektu.

Wielkość

obejmuje skumulowane zużycie danego surowca, które

może uwzględniać wiele składników najczęściej pomijanych w obliczeniach.
Składniki te mogą w szczególnych przypadkach mieć istotny udział w
skumulowanym zużyciu surowca w fazie wznoszenia. Wśród tych składni
ków można wyróżnić zużycie surowca na: przygotowanie i uzbrojenie tere
nu, składowanie materiałów i wyrobów, ogrzewanie, prace przygotowawcze

poza placem budowy, uporządkowanie terenu.

Skumulowane zużycie surowca niezbędnego na wytwarzanie materiałów

i wyrobów budowlanych wyraża iloczyn:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia danego surowca niezbędne

go na wytworzenie materiałów i wyrobów,

- ilość materiałów i wyrobów zużytych na wzniesienie obiektu.

Skumulowane zużycie surowca w procesach wznoszenia obiektu jest

sumą dwóch składników: surowca wykorzystanego w postaci pomocni

czych materiałów, wyrobów i sprzętu technicznego zużytych bezpośrednio
w procesach wznoszenia i podczas wykonywania prac przygotowawczych
oraz zużycia surowca niezbędnego na wykonanie pojedynczych prac:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia energii niezbędnej

na wytworzenie pomocniczych materiałów i wyrobów wykorzy
stywanych podczas wznoszenia,

- zużycia materiałów pomocniczych podczas wznoszenia,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii charakteryzujących

prace wykonywane podczas wznoszenia,

- ilości robót wykonywanych podczas wznoszenia obiektu.

Skumulowane zużycie surowca na transport materiałów i wyrobów bu

dowlanych wynosi

109

czasowym z =

skumulowane zużycie surowców uległo zmniejszeniu w

stosunku do wartości tego zużycia, które wystąpiłoby bez poprawy izola
cyjności cieplnej. Zmniejszeniu mogło ulec również zapotrzebowanie na

inne nośniki energii bezpośredniej na skutek wymiany urządzeń i sprzętu
użytkowanego w pomieszczeniach. Dla zakresu

opis przebiegu sku

mulowanego zużycia zasobów nieenergetycznych jest podobny jak dla za
kresu

Po podjęciu decyzji o likwidacji obiektu, czyli w chwili

zwięk

sza się skumulowane zużycie surowca o wartość

osiągając po zakoń

czeniu procesów likwidacji wartość

, oznaczającą całkowite skumulo

wane zużycie danego surowca w pełnym cyklu istnienia obiektu budowla
nego.

Zgodnie z powyższym skumulowane zużycie danego surowca podczas

użytkowania w fazie eksploatacji obiektu może być wyrażone sumą:

= 1

gdzie:

- skumulowane zużycie danego surowca w fazie eksploatacji w

okresie

(rys.

- czas eksploatacji pomiędzy kolejnymi zabiegami odnowy obiektu,

k -

liczba zabiegów odnowy w fazie eksploatacji.

Również skumulowane zużycie danego surowca na wykonanie zabiegów

można obliczać jako sumę wielu składników:

gdzie:

skumulowane zużycie danego surowca na wykonanie i-tego za

biegu odnowy w fazie eksploatacji,

s - liczba wyodrębnionych zabiegów odnowy w fazie eksploatacji.

6.3. Skumulowane zużycie

surowców nieenergetycznych w fazie wznoszenia

Skumulowane zużycie energii w fazie wznoszenia obejmuje zużycie na

pozyskanie surowców, wytworzenie materiałów i wyrobów, ich transport na
miejsce budowy oraz na wzniesienie obiektu. Jest to więc cały nakład
energii chemicznej paliw pierwotnych, poniesiony w fazie wznoszenia
obiektu do chwili zakończenia procesów jego wznoszenia.

Skumulowane zużycie energii w fazie wznoszenia,

określa suma:

(100)

108

gdzie kolejne pozycje oznaczają skumulowane zużycie danego surowca:

- na przygotowanie terenu (wytworzenie materiałów, wykonanie ro

bót, opracowanie projektu i

- na wytworzenie materiałów i wyrobów wykorzystanych podczas

realizacji obiektu,

- na transport materiałów i wyrobów z miejsca wytworzenia do

miejsca budowy,

- na realizację procesów wznoszenia obiektu.

Wielkość

obejmuje skumulowane zużycie danego surowca, które

Skumulowane zużycie surowca niezbędnego na wytwarzanie materiałów

i wyrobów budowlanych wyraża iloczyn:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia danego surowca niezbędne

go na wytworzenie materiałów i wyrobów,

- ilość materiałów i wyrobów zużytych na wzniesienie obiektu.

Skumulowane zużycie surowca w procesach wznoszenia obiektu jest

sumą dwóch składników: surowca wykorzystanego w postaci pomocni
czych materiałów, wyrobów i sprzętu technicznego zużytych bezpośrednio

w procesach wznoszenia i podczas wykonywania prac przygotowawczych
oraz zużycia surowca niezbędnego na wykonanie pojedynczych prac:

(102)

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia energii niezbędnej

na wytworzenie pomocniczych materiałów i wyrobów wykorzy
stywanych podczas wznoszenia,

- zużycia materiałów pomocniczych podczas wznoszenia,

- wskaźników skumulowanego zużycia energii charakteryzujących

prace wykonywane podczas wznoszenia,

- ilości robót wykonywanych podczas wznoszenia obiektu.

Skumulowane zużycie surowca na transport materiałów i wyrobów bu

dowlanych wynosi [66]:

109

(103)

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

- określający ilości materiałów i wyrobów transportowanych na

miejsce budowy,

wskaźników skumulowanego zużycia surowca niezbędnego na

transport

wyrobów i sprzętu technicznego,

odległości transportu materiałów i wyrobów,

oraz symbole operacji:

D - tworzenia macierzy diagonalnej z wektora kolumnowego,
T - tworzenia macierzy transponowanej.

Wartość

może być obliczona przy zastosowaniu wzorów ( 9 9 ) -

Uwzględniając wzory

początkowe skumulowane zużycie da

nego surowca można wyrazić wzorem:

Z zależności (104) wynika, że projektant obiektu ma możliwość wpływu

na zmniejszenie skumulowanego zużycia surowców w fazie wznoszenia
przez:

- wybór materiałów i wyrobów

się niskim zużyciem

danego surowca,

- wybór materiałów i wyrobów produkowanych j a k najbliżej miejsca bu

dowy,

- zmniejszenie mas materiałów i wyrobów zastosowanych do budowy,
- przygotowanie projektu realizacji budowy uwzględniającego racjonalne

wykorzystanie materiałów, nośników energii i sprzętu.

6.4. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych

podczas użytkowania obiektu

Nośniki energii bezpośredniej wykorzystywane podczas użytkowania

obiektu (na potrzeby użytkowników i na czynności obsługowe obiektu) są
zwykle następujące: ciepło na ogrzewanie i wentylację, energia elektryczna
na klimatyzację, ciepła woda użytkowa, energia elektryczna na oświetlenie
i napęd sprzętu użytkowane przez użytkowników, napędy elektryczne sta
nowiące elementy systemów wyposażenia obiektu, gaz ziemny lub inne
paliwo płynne lub stałe, woda pitna i woda o mniejszym stopniu przygoto

wania.

Jeżeli procesy przemiany p-tego nośnika energii odbywają się w rozpa

trywanym obiekcie, wówczas skumulowane zużycie danego surowca na
wytworzenie

nośnika energii wykorzystywanego w ciągu roku można

określić wzorem:

110

( 1 °

)

gdzie:

wartość opałowa nośnika energii,

zużycie nośnika energii w ciągu roku,

- wskaźnik skumulowanego zużycia danego surowca charakteryzu

jący p-ty nośnik energii.

Skumulowane zużycie surowca na przygotowanie i dostarczenie ciepła

na ogrzewanie i wentylację obiektu wynosi:

gdzie:

- zużycie energii bezpośredniej w dostarczanym cieple na ogrzewa

nie i wentylację,

- sprawność energetyczna dostarczania ciepła na ogrzewanie i

wentylację z urządzeń wytwórczych do obiektu,

- w s k a ź n i k skumulowanego zużycia danego surowca charaktery

zujący ciepło na ogrzewanie i chłodzenie.

Skumulowane zużycie danego surowca na wytworzenie i dostarczenie

energii elektrycznej na klimatyzację obiektu:

gdzie:

- zużycie energii bezpośredniej w dostarczanej energii elektrycznej

na klimatyzację,

- sprawność energetyczna dostarczania energii elektrycznej,
- w s k a ź n i k skumulowanego zużycia danego surowca charaktery

zujący ciepło na ogrzewanie i wentylację na poziomie urządzeń
wytwórczych ciepła.

Skumulowane zużycie energii paliw pierwotnych niezbędnych na przy

gotowania i dostarczenie ciepłej wody użytkowej wynosi:

gdzie:

- zużycie energii bezpośredniej w dostarczanej ciepłej wodzie użyt

kowej na wejściu do obiektu,

skumulowana sprawność energetyczna dostarczania do obiektu

ciepła w ciepłej wodzie użytkowej,

- wskaźnik skumulowanego zużycia danego surowca charaktery-

111

ciepłą wodę użytkową na poziomie urządzeń

ciepła.

Wówczas, gdy ciepła woda użytkowa i ciepło na ogrzewanie i wentylację

są dostarczane do obiektu z tych samych urządzeń wytwórczych i tym sa
mym transportem rurociągowym

Skumulowane zużycie danego surowca na wytworzenie i dostarczenie

energii elektrycznej w ciągu roku wynosi:

gdzie:

- energia elektryczna dostarczana do obiektu na potrzeby użytkow

ników, z wyjątkiem energii zużywanej na klimatyzację,

skumulowanego zużycia danego surowca charaktery

zujący energię elektryczną na poziomie urządzeń wytwórczych
energii elektrycznej.

Woda jest zużywana we wszystkich etapach cyklu istnienia obiektu,

dlatego powinna być odpowiednio uwzględniona w skumulowanym zużyciu
energii w rozpatrywanym obiekcie. Skumulowane zużycie danego surowca,
przygotowanie i dostarczenie wody do obiektu oraz na odprowadzenie i
uzdatnienie ścieków można wyrazić wzorem:

, (110)

gdzie wektor kolumnowy:

- ilości wody o różnej jakości zużywanej w obiekcie w ciągu roku,

- wskaźników skumulowanego zużycia danego surowca dla wody

dostarczanej do obiektu.

Po wykorzystaniu wzorów

skumulowane zużycie danego su

rowca niezbędnego na przygotowanie nośników energii bezpośredniej zu
żywanych w obiekcie w ciągu roku, może być wyrażona wzorem [46, 53,57]:

E E E E

. (111)

, 7 7

Uwzględniając wzór (98) skumulowane zużycie danego surowca nie

zbędnego na przygotowanie nośników energii bezpośredniej podczas użyt
kowania obiektu wyraża wzór:

E E E

M l

. +

(112)

E,n

co k

p w w

112

6.5. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych

na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych

Wiele elementów obiektu budowlanego jest naprawiana i wymieniana w

cyklu istnienia obiektu. Jest to związane z zużyciem surowców nieenerge
tycznych. Skumulowane zużycie danego surowca na wykonanie zabiegów
eksploatacyjnych obiektu w fazie eksploatacji może być zapisane jako suma:

gdzie skumulowane zużycie danego surowca niezbędne:

- na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych,

- na wytworzenie materiałów i wyrobów,

- na transport materiałów i wyrobów.

Skumulowane zużycie danego surowca na wytworzenie materiałów i wy

robów zużywanych na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych:

gdzie wektor kolumnowy:

- w s k a ź n i k ó w skumulowanego zużycia energii pierwotnej charak

teryzujących zużywane materiały,

- ilości materiałów zużywanych na zabiegi eksploatacyjne.

Składniki

występujące we wzorze

mogą być obliczone

przy zastosowaniu wzorów analogicznych do (100) i

Skumulowane zużycie surowca danego rodzaju na wykonanie zabiegów

eksploatacyjnych obiektu jest sumą składników: zużycia surowca na wy
tworzenie materiałów i wyrobów pomocniczych oraz sprzętu na wykonanie
zabiegów eksploatacyjnych i na wykonanie prac pomocniczych oraz zużycia
surowca na wykonania pojedynczych prac:

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

skumulowanego zużycia energii pierwotnej charak

teryzujących materiały pomocnicze,

- zużycia poszczególnych materiałów i wyrobów pomocniczych,

~ wskaźników skumulowanego zużycia energii przy wykonywaniu

prac naprawczych i remontowych,

- ilości wykonywanych prac.

Skumulowane zużycie danego surowca na transport materiałów i wyro

bów budowlanych oraz sprzętu technicznego:

113

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

- ilości materiałów i wyrobów transportowanych na miejsce budo

wy,

- wskaźników skumulowanego zużycia danego surowca na trans

port materiałów i wyrobów oraz sprzętu technicznego,

- odległości transportowania danego materiału lub wyrobu.

Uwzględniając wzór (99) skumulowane zużycie energii na zabiegi eks

ploatacyjne wyraża wzór:

(117) j

6.6. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych

w fazie likwidacji obiektu

Skumulowane zużycie surowca w fazie likwidacji obiektu budowlanego j

jest sumą: ;

(118)

gdzie poszczególne składniki oznaczają skumulowane zużycie danego su

rowca:

- na rozbiórkę obiektu po zakończeniu użytkowania,

- na transport odpadów na składowisko,

- związane z gospodarką odpadami.

Skumulowane zużycie danego surowca w fazie likwidacji, wzór

może być zapisane wzorem:

gdzie oznaczono wektory kolumnowe:

- wskaźników skumulowanego zużycia surowców charakteryzują

cych prace wykonywane w fazie likwidacji,

- ilości prac wykonywanych w fazie likwidacji,

wskaźników skumulowanego zużycia surowców na transport od

padów po rozbiórce,

- odległości transportu odpadów,

- ilości odpadów transportowanych na składowisko.

114

6.7. Skumulowane zużycie surowców nieenergetycznych

w pełnym cyklu istnienia obiektu

Po uwzględnieniu wzorów

skumulowane zużycie danego su

rowca w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego określa zależność:

Skumulowane zużycie surowca wyrażone wzorem

można wykorzy

stać m.in. do porównania zużycia na poziomie gospodarki kraju przy roz
patrywaniu różnych wariantów projektowanej modernizacji pojedynczego
obiektu lub zbioru obiektów. W ramach danego wariantu natomiast można
analizować wpływ pojedynczych elementarnych zabiegów, jak również
przedsięwzięć złożonych z dużej liczby zabiegów różnych konstrukcyjnie i
funkcjonalnie na zużycie danego surowca w pełnym cyklu istnienia obiektu.

Udział skumulowanego zużycia danego surowca w fazie wznoszenia w

skumulowanym zużyciu tego surowca w pełnym cyklu istnienia obiektu

jest bardzo znaczący. Zwiększa się w miarę skracania okresu eksploatacji

obiektu. Udział zużycia surowców w fazie eksploatacji zwiększa się przy
wydłużaniu okresu eksploatacji. Według szacunkowych obliczeń podsta
wowe znaczenie w zużyciu surowców ma faza wznoszenia, następnie faza
eksploatacji w części dotyczącej zabiegów eksploatacyjnych. Wpływ zużycia
nośników energii bezpośredniej podczas użytkowania może być całkowicie
pominięty.

Określenie skumulowanego zużycia danego surowca wymaga szczegó

łowych informacji ilościowych o zastosowanych materiałach i wyrobach
oraz o wskaźnikach skumulowanego zużycia tego surowca.

sposób postępowania zastosowano przy określaniu zużycia za

sobów wody i zasobów nieenergetycznych (np. określonych minerałów).

Zatem zużycie zasobów mineralnych określono na podstawie bezpośrednie
go zużycia poszczególnych czynników i wskaźników zużycia tego minerału
na ich przygotowanie i dostarczenie. Zużycie innych zasobów przyrody, np.
drewna j a k o materiału budowlanego, można również ustalić na tej samej
zasadzie. Zużycie drewna może także występować w postaci biomasy trak
towanej j a k o nośnik energii zużywany w procesach wytwarzania lub bezpo
średnio w obiekcie. Oblicza się wówczas skumulowane zużycie energii, po
dobnie

dla surowców energetycznych.

115

7 . M E T O D A O K R E Ś L A N I A S K U M U L O W A N E G O

Z U Ż Y C I A W O D Y W P E Ł N Y M C Y K L U I S T N I E N I A O B I E K T U

7 . 1 . Wprowadzenie

W tym rozdziale podano sekwencyjną metodę określania skumulowa

nego zużycia wody w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego [64,74].

Woda jako surowiec pochodzący z przyrody nie stanowiła do niedawna zna

czącej pozycji w kosztach i dlatego nie była przedmiotem badań w zakresie
skumulowanego jej zużycia. Traktowana była raczej jako dobro występują
ce w przyrodzie i dostępne w nieograniczonych ilościach. Obecnie istnieje
wiele przyczyn, które wskazują na konieczność uwzględnienia w analizach
energetyczno-ekologicznych również zużycia wody. Autorowi nie są znane
publikacje innych autorów z zakresu skumulowanego zużycia wody zarów
no w odniesieniu do podstaw metodycznych, jak i praktycznego stosowa
nia.

Metoda określania skumulowanego zużycia wody w pełnym cyklu ist

nienia obiektu budowlanego opiera się na znanych ilościach: zużywanej

wody i materiałów, prac budowlanych i transportowych, nośników energii
oraz na znajomości wskaźników skumulowanego zużycia danego surowca
na wytworzenie materiałów, prac budowlanych i transportowych i nośni
ków energii zużywanych w fazie wznoszenia, eksploatacji i likwidacji. Ilość
zużywanych zasobów naturalnych otrzymuje się na podstawie powyższych
wielkości oraz średnich lokalnych lub krajowych wskaźników efektywności
przygotowania i dostarczenia materiałów i wyrobów oraz średnich spraw
ności energetycznych wytwarzania i dostarczania nośników energii.

W celu określenia skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu ist

nienia, obiekt budowlany rozpatruje się j a k o podsystem w systemie
giczno-przemysłowym. Podsystem ten pokazany na schemacie na rysunku
7 opisano w rozdziale 5.

Podstawą do określenia zużycia zasobów wody przez system ekologiczno-

przemysłowy są ilości wszystkich czynników pobieranych bezpośrednio
przez obiekt budowlany. Zużycie zasobów określa się przez zastosowanie
skumulowanych sprawności wytwarzania i dostarczania poszczególnych
nośników energii, wody, materiałów i wyrobów. Skumulowane zużycie wody

116

wnoszone ze sprzętem technicznym, pomocniczymi materiałami i wyrobami
wykorzystywanymi podczas wznoszenia oraz podczas wykonywania zabie
gów eksploatacyjnych i podczas likwidacji obiektu może być uwzględniane
przez zastosowanie współczynników wykorzystania sprzętu (wzór (69)).

Założenia poczynione w przedstawionej metodzie określania skumulo

wanego zużycia energii podane w rozdziale 5 nie ulegają zmianie. Założenia
te powinny być uzupełnione o dodatkowe, odnoszące się do wskaźników
skumulowanego zużycia wody, które można wyznaczyć jako średnie lokal
ne.

Prawdziwość założeń w odniesieniu do rozpatrywanego obiektu budow

lanego powinna być każdorazowo zweryfikowana w celu uwzględnienia spe
cyficznych cech rozpatrywanego obiektu oraz jego wyposażenia i sposobu
eksploatacji.

7.2. Składniki skumulowanego zużycia wody

Zmniejszenie zasobów wody można określić poszukując skumulowanego

zużycia danego surowca w poszczególnych fazach cyklu istnienia obiektu

[19,79]. Rozpatruje się skumulowane zużycie wody w pełnym cyklu jako
sumę zużycia w poszczególnych fazach cyklu istnienia: wznoszenia, eksplo

atacji i likwidacji. Natomiast skumulowane zużycie wody w fazie eksploata
cji rozpatruje się w formie dwóch składników:

- zużycia wody na przygotowanie i dostarczenie nośników energii bezpo

średniej podczas użytkowania (przez użytkowników obiektu i na wykonanie
czynności obsługowych obiektu),

- zużycia wody na wykonywanie zabiegów eksploatacyjnych w celu od

nowy obiektu.

Skumulowane zużycie wody w pełnym cyklu istnienia obiektu można

wyrazić sumą:

gdzie skumulowane zużycie wody:

- w fazie wznoszenia obiektu - do chwili zakończenia procesu

budowy,

podczas użytkowania obiektu w czasie

lat użytkowania, obej

mujące zużycie przez użytkowników oraz na czynności obsługowe
obiektu i jego otoczenia,

- jako wynik wykonania zabiegów eksploatacyjnych,

- wiązane z likwidacją obiektu.

Całkowite skumulowane zużycie wody określone wzorem

jest mia

rą zużycia (ubytku) naturalnych zasobów wody.

117

Przebieg zużycia zasobów wody w

czasu w fazie eksploatacji

można określić znając przewidywane zużycie w poszczególnych fazach, ob
liczone na podstawie programu eksploatacji obiektu w pełnym cyklu j e g o
istnienia, w którym powinien być przewidziany szczegółowy zakres wszyst
kich zabiegów eksploatacyjnych i odpowiadające im zużycie nośników ener
gii bezpośredniej. Przykład przebiegu skumulowanego zużycia wody przed
stawiono schematycznie na rysunku 12.

Rys. 12. Poglądowy przebieg

skumulowanego zużycia wody w pełnym cyklu

istnienia obiektu budowlanego

Jak pokazano na rysunku 12 w chwili r = 0 rozpoczyna się faza eksplo

atacji obiektu. W chwili rozpoczęcia tej fazy, tzn. przy r = 0, obiekt charak
teryzuje się skumulowanym zużyciem wody Wp wykorzystanym w fazie
wznoszenia. W okresie r =

następuje niewielki liniowy przyrost sku

mulowanego zużycia wody, wynikający z zużycia nośników energii bezpo
średniej przez użytkowników oraz zużycia materiałów i energii na wykony
wanie czynności obsługowych obiektu. W chwili

m a miejsce przyrost

skumulowanego zużycia wody w wyniku wykonania zabiegów
nych (na wytworzenie materiałów i wykonanie niezbędnych prac budowla

nych). Ponieważ przeprowadzone zabiegi eksploatacyjne doprowadziły do
poprawy izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych i poprawy sprawno
ści użytkowania energii na potrzeby ogrzewania i wentylacji, w przedziale

118

czasowym z =

skumulowane zużycie wody uległo zmniejszeniu w sto

sunku do wartości tego zużycia, które wystąpiłoby bez poprawy izolacyjno
ści cieplnej. Zmniejszeniu mogło również ulec zapotrzebowanie na inne
nośniki energii bezpośredniej na skutek wymiany urządzeń i sprzętu użyt
kowanego w pomieszczeniach na jednostki usprawnione, zużywające mniej
sze ilości nośników energii. Przebieg skumulowanego zużycia wody w za

kresie

jest podobny jak w zakresie

Po podjęciu decyzji o likwida

cji obiektu, czyli w chwili

zwiększa się skumulowane zużycie surowca o

wartość

osiągając po zakończeniu procesów likwidacji wartość

W*, oznaczającą całkowite skumulowane zużycie wody w pełnym cyklu

istnienia obiektu budowlanego.

Zgodnie z powyższym, skumulowanie wody podczas użytkowania w fazie

eksploatacji obiektu może być wyrażone sumą:

gdzie:

- skumulowane zużycie wody w fazie eksploatacji w okresie r.

(rys. 12),

T. -

czas eksploatacji pomiędzy kolejnymi zabiegami odnowy obiektu,

k -

liczba zabiegów odnowy w fazie eksploatacji.

Również skumulowane zużycie wody na wykonanie zabiegów eksploata

cyjnych można obliczyć jako sumę wielu składników:

gdzie:

- skumulowane zużycie wody na wykonanie

zabiegu odnowy

w fazie eksploatacji,

s -

liczba wyodrębnionych zabiegów odnowy w fazie eksploatacji.

7.3. Skumulowane zużycie wody w fazie wznoszenia

Skumulowane zużycie wody w fazie wznoszenia obiektu budowlanego

jest sumą zużycia wody niezbędnej do wytworzenia materiałów i wyrobów i

ich transportu oraz podczas realizacji procesów wznoszenia obiektu, liczone
do chwili zakończenia tych procesów. Może być określone jako suma:

gdzie poszczególne składniki oznaczają skumulowane zużycie wody:

119

związane z przygotowaniem terenu (wytworzeniem materiałów i

ich transportem oraz wykonaniem robót, wykonaniem projektu),

- podczas wytwarzania materiałów wykorzystanych na wzniesienie

obiektu,

- związane z transportem materiałów na miejsce budowy,

podczas procesów wznoszenia.

Skumulowane zużycie wody w fazie wznoszenia można obliczyć, gdy

znane są ilości materiałów i wyrobów budowlanych oraz ich transportu
wraz z charakteryzującymi je wskaźnikami skumulowanego zużycia wody.

Skumulowane zużycie wody

wytwarzania materiałów budowla

nych można wyrazić iloczynem:

(125)

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia wody charakteryzujących

materiały,

- ilości materiałów zastosowanych do wzniesienia obiektu.

Skumulowane zużycie wody podczas procesów wznoszenia budynku jest

sumą dwóch składników: zużycia wody podczas wytwarzania materiałów

zużytych przy wznoszeniu i podczas wykonywania prac przygotowawczych
oraz zużycia wody wynikającego z użytkowania energii niezbędnej do wyko
nania pojedynczych prac:

(126)

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników skumulowanego zużycia wody

materiały budowlane,

- zużycia poszczególnych materiałów podczas wznoszenia,

~ wskaźników skumulowanego zużycia wody charakteryzujących

wykonywanie poszczególnych robót podczas wznoszenia obiektu,

- ilości robót wykonywanych w procesach wznoszenia obiektu.

Skumulowane zużycie wody podczas transportu materiałów i wyrobów

budowlanych na plac budowy:

(127)

gdzie wektor kolumnowy:

- określający ilości materiałów i wyrobów transportowanych na

miejsce budowy,

120

- wskaźników skumulowanego zużycia wody podczas transportu

materiałów i elementów,

- odległości transportu materiałów lub wyrobów.

zależności

skumulowane zużycie wody w fazie

wznoszenia można obiektu wyrazić wzorem:

(128)

7.4. Skumulowane zużycie wody podczas użytkowania

nośników energii bezpośredniej

Skumulowane zużycie wody związane z wykorzystaniem nośników ener

gii bezpośredniej w ciągu roku może być zapisane jako suma:

I M

E co k

p w'

gdzie oznaczono skumulowane zużycie wody związane z:

- ogrzewaniem i wentylacją obiektu,

- klimatyzacją obiektu,

- zużyciem paliw na przygotowanie ciepłej wody użytkowej,

- zużyciem paliw na wytworzenie energii elektrycznej,

- zużyciem nośnika energii

nośnika energii (paliwa),

* - zużyciem wody.

We wzorze (129) mogą również występować składniki zużycia wody wy

nikające z zastosowania innych nośników energii w obiekcie, np: węgla,
koksu, propanu lub biomasy, które są stosowane w bardzo wielu budyn
kach w kraju. W określonych przypadkach wzór

może wymagać uzu

pełnienia o dodatkowe składniki lub usunięcia składników, których
uwzględnienie powinno być w danym obiekcie pominięte.

Skumulowane zużycie wody wynikające z użytkowania nośników energii

spalanych w obiekcie można określić wzorem:

p=l

gdzie:

E - energia chemiczna dostarczana p-tym nośnikiem energii,

- wskaźnik skumulowanego zużycia wody odniesiony do energii

chemicznej spalanego

nośnika energii.

121

Skumulowane zużycie wody

można zapisać jako sumę:

+ A G . (131)

gdzie:

- zużycie wody w ciągu roku,

- zużycie wody w procesach pozyskania, przygotowania i trans

portu wody do obiektu oraz niezbędnej do odprowadzania i uzdat
niania wody zanieczyszczonej w obiekcie.

Skumulowane zużycie wody pitnej można również określić znając zuży

cie dostarczanej wody pitnej G ustalone na podstawie wytycznych projek
towych lub pomiarów w obiekcie istniejącym:

(132)

gdzie:

77* - skumulowana sprawność pozyskania, przygotowania i transportu

wody pitnej do obiektu z uwzględnieniem odprowadzania i uzdat
niania ścieków.

We wzorze (132) skumulowaną sprawność

zdefiniowano następująco:

. (133)

G +AG

w w

Skumulowane zużycie wody na przygotowanie i dostarczenie ciepła

grzewczego:

, E

, (134)

\ I

gdzie:

- wskaźnik skumulowanego zużycia wody na wytworzenie ciepła

zużywanego w obiekcie, odniesiony do energii chemicznej
spalanego w elektrociepłowni lub ciepłowni,

- zużycie energii bezpośredniej w dostarczanym cieple grzewczym,

77 - sprawność energetyczna wytwarzania i dostarczania ciepła

grzewczego z urządzeń wytwórczych do obiektu.

Skumulowane zużycie wody na przygotowanie dostarczanego do obiektu

ciepła w ciepłej wodzie użytkowej

, E

(135)

122

123

gdzie:

- wskaźnik skumulowanego zużycia wody na wytworzenie ciepła w

zużywanej ciepłej wodzie użytkowej odniesiony do energii che
micznej paliwa spalanego w elektrociepłowni lub ciepłowni,

energii bezpośredniej w dostarczanej ciepłej wodzie użyt

kowej,

sprawność energetyczna wytwarzania i dostarczania ciepła w cie

płej wodzie użytkowej z urządzeń wytwórczych do obiektu.

Skumulowane zużycie wody niezbędnej na wytworzenie zużywanej ener

gii elektrycznej:

Vel

gdzie:

- wskaźnik skumulowanego zużycia wody na wytworzenie energii

elektrycznej zużywanej w obiekcie, odniesiony do energii che
micznej paliwa spalanego w elektrowni,

- zużycie energii elektrycznej w obiekcie,

- sprawność energetyczna wytwarzania i dostarczania energii

elektrycznej do obiektu.

Po wykorzystaniu wzorów

skumulowane zużycie wody zwią

zane z przygotowaniem nośników energii bezpośredniej zużywanych w
obiekcie w ciągu roku może być wyrażone wzorem:

E E E E

( 1 3 7 )

Uwzględniając wzór (122), skumulowane zużycie wody podczas użytko

wania w fazie eksploatacji wyrazi się wzorem:

E E E

7.5. Skumulowane zużycie wody

na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych

Skumulowane zużycie wody związane z wykonywaniem zabiegów eks

ploatacyjnych w całym okresie użytkowania może być zapisane jako suma:

124

gdzie poszczególne składniki oznaczają skumulowane zużycie wody związa
ne z:

wytwarzaniem materiałów i wyrobów zużywanych na wykonanie

zabiegów eksploatacyjnych,

wykonywaniem zabiegów eksploatacyjnych,

transportem materiałów i wyrobów.

Skumulowane zużycie wody związane z wytworzeniem materiałów zuży

wanych na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych:

(140)

gdzie wektor kolumnowy:

wskaźników skumulowanego zużycia wody charakteryzujących

materiały zużywane na zabiegi eksploatacyjne,

- ilości materiałów zużywanych podczas eksploatacji.

Składniki

mogą być obliczone za pomocą wzorów o budowie

podobnej do

i (128).

Skumulowane zużycie wody związane z wykonaniem zabiegów eksplo

atacyjnych:

(141)

gdzie oznaczono wektor kolumnowy:

wskaźników

zużycia wody przy wykonywaniu

prac remontowych,

- ilości prac wykonywanych podczas wykonywania zabiegów eks

ploatacyjnych,

- wskaźników skumulowanego zużycia wody charakteryzujących

pomocnicze materiały na wykonanie zabiegów eksploatacyjnych,

- ilości materiałów pomocniczych zużywanych podczas wykonywa

nia zabiegów eksploatacyjnych budynku.

- wskaźników skumulowanego zużycia wody na transport mate

riałów i elementów,

- odległości transportu danego wyrobu,

- określający ilości materiałów i wyrobów budowlanych transporto

wanych na miejsce

Po wykorzystaniu wzoru skumulowane zużycie wody na zabiegi eksplo

atacyjne w całej fazie eksploatacji wyniesie:

(142)

125

7.6. Skumulowane zużycie wody związane z likwidacją obiektu

Skumulowane zużycie wody związane z likwidacją

po zakończe

niu użytkowania oraz z transportem odpadów na składowisko:

gdzie poszczególne składniki oznaczają skumulowane zużycie wody:

podczas rozbiórki obiektu po zakończeniu użytkowania,

związane z transportem odpadów na składowisko,

z utylizacją odpadów.

Skumulowane zużycie wody związane z rozbiórką obiektu określone

wzorem (143) może być zapisane w postaci:

gdzie wektory kolumnowe:

- wskaźników skumulowanego zużycia wody przy wykonywaniu

prac podczas rozbiórki,

- ilości prac wykonywanych podczas rozbiórki,

- wskaźników równoważnej emisji substancji szkodliwych pod

czas produkcji materiałów i elementów podczas transportu,

- odległości transportu odpadów,

- określające ilości transportowanych odpadów.

7.7. Skumulowane zużycie wody w pełnym cyklu istnienia obiektu

Biorąc pod uwagę wzory

(128), (138), (142) i (144) całkowite sku

mulowane zużycie wody w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego
może być przedstawione w postaci zależności [64,74]:

E E

G .

—

+ (145)

p *

Zależność (145) wskazuje na możliwości wpływu na skumulowane zuży

cie wody w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego. Projektant

obiektu ma wiele możliwości oddziaływania na skumulowane zużycie wody
w pełnym cyklu istnienia obiektu,

przez:

- wybór materiałów o niskich wartościach wskaźników skumulowanego

zużycia wody,

- wybór materiałów, których produkcja odbywa się jak najbliżej miejsca

budowy,

- zmniejszenie mas materiałów zastosowanych do budowy i wyposażenia

obiektu,

- instalowanie urządzeń zapewniających niskie zużycie wody podczas

eksploatacji.

Z szacunkowych obliczeń wynika, że o zużyciu wody pitnej w pełnym

cyklu decyduje bezpośrednie jej zużycie przez użytkowników obiektu bu
dowlanego.

Wpływ na zmniejszenie zużycia wody przez użytkowników ma wiele

czynników, takich jak: sprawna armatura w instalacjach, instalowanie
urządzeń ograniczających strumień wypływającej wody. Mieszkania w no
woczesnych budynkach są często wyposażane w zmywarki i pralki auto
matyczne zużywające znaczne ilości wody pitnej.

Znacznie rzadziej instaluje się zespolone urządzenia, które zapewniają

możliwość powtórnego użycia wody. Istotne jest instalowanie liczników w o
dy pitnej.

Znaczna ilość wody pitnej może być zużywana do utrzymania terenów

zielonych w pobliżu budynków, szczególnie w przypadkach lokalizacji tych
obiektów na glebach suchych.

Opracowano ogólną zależność wyrażającą skumulowane zużycie wody w

pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego. Zależność ta daje możliwość
powiązania konstrukcji obiektu i sposobu jego eksploatacji w celu prowa
dzenia analizy, np. polegającej na poszukiwaniu rozwiązania obiektu za
pewniającego minimalne zużycie wody w pełnym cyklu istnienia obiektów.

Obliczenie skumulowanego zużycia wody w pełnym cyklu obiektu bu

dowlanego wymaga znajomości wskaźników skumulowanego zużycia wody

wyroby, prace budowlane i transportowe. Autorowi nie

są znane publikacje z tej dziedziny. Istnieje potrzeba podjęcia prac badaw
czych w tym zakresie zarówno w celu opracowania podstaw metodycznych,

jak i wyznaczenia wartości liczbowych wskaźników skumulowanego zużycia

wody.

126

8 . M E T O D A O K R E Ś L A N I A S K U M U L O W A N E J E M I S J I

Z A N I E C Z Y S Z C Z E Ń W P E Ł N Y M C Y K L U ISTNIENIA O B I E K T U

B U D O W L A N E G O

Przedstawiono sekwencyjną metodę określania skumulowanej emisji za

nieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego.

Metoda określania skumulowanej emisji zanieczyszczeń opiera się na

znanej ilości czynników dostarczanych bezpośrednio do obiektu budowla
nego w procesach wznoszenia oraz w fazie eksploatacji i likwidacji, pokaza
nych na rysunku 7. Natomiast określenie ilości emitowanych zanieczysz

czeń wymaga znajomości wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń
dla poszczególnych substancji zanieczyszczających lub wskaźników emisji

równoważnej, obejmujących pewną liczbę substancji zanieczyszczających o
zbliżonym charakterze oddziaływania na środowisko. Również określenie

skumulowanych ilości generowanych

stałych opiera się na po

dobnej metodzie postępowania, przy czym wymagana jest znajomość
wskaźników skumulowanych ilości generowanych substancji stałych dla
poszczególnych czynników dostarczanych do obiektu. Identyczne postępo

wanie może być zastosowane do określania skumulowanych ilości innych
zanieczyszczeń.

Przebieg skumulowanej emisji zanieczyszczeń w czasie eksploatacji

obiektu ma charakter podobny jak przebieg skumulowanego zużycia energii
pokazany na rysunku 7.

Emisje zanieczyszczeń wiążą się ściśle z rodzajem nośników energii

pierwotnej oraz ze sposobem przetwarzania tych nośników energii.

Podstawowe założenia poczynione w metodzie określania skumulowanej

emisji zanieczyszczeń są identyczne jak w przypadku skumulowanego zu

życia energii.

8.1. Składniki skumulowanej emisji zanieczyszczeń do atmosfery

Całkowita skumulowana emisja zanieczyszczeń danego rodzaju w peł

nym cyklu istnienia obiektu, podobnie jak w przypadku skumulowanego
zużycia energii może być przedstawiona jako suma [62]:

127

gdzie skumulowana emisja zanieczyszczeń:

- generowana w fazie wznoszenia obiektu, czyli od rozpoczęcia

pozyskania surowców do chwili

procesów wzno

szenia,

- określona skumulowanym zużyciem energii niezbędnej do przy

gotowania nośników energii bezpośredniej,

- powstająca jako wynik wykonania zabiegów eksploatacyjnych.

- powstająca w wyniku likwidacji obiektu.

W celu ustalenia zależności umożliwiających określenie skumulowanej

emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego pro
wadzi się postępowanie analogiczne j a k w przypadku skumulowanego zu
życia energii [55, 65, 66].

Rys. 13. Poglądowy przebieg narastania skumulowanej emisji zanieczyszczeń

w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego

Ze względu na różnice w sposobie eksploatacji obiektów składniki wzoru

(146) mogą wymagać weryfikacji w niektórych przypadkach zastosowania.
Przebieg skumulowanej emisji zanieczyszczeń w funkcji czasu w fazie eks

ploatacji można określić znając emisję w poszczególnych fazach, obliczoną
za pomocą programu eksploatacji obiektu w pełnym cyklu j e g o istnienia, w
którym powinien być przewidziany szczegółowy zakres wszystkich zabiegów

128

eksploatacyjnych i odpowiadające im zużycie nośników energii bezpośred
niej. Przykład przebiegu skumulowanej emisji zanieczyszczeń energii
przedstawiono schematycznie na rysunku

Jak pokazano na rysunku 13 w chwili r = 0 rozpoczyna się faza eksplo

atacji obiektu. W chwili rozpoczęcia tej fazy, tzn. przy z = 0, obiekt charak
teryzuje się skumulowaną emisją zanieczyszczeń

w fazie wznoszenia. W

okresie

następuje liniowy przyrost skumulowanej emisji zanie

czyszczeń, co wynika z założenia stałego - w stosunku rocznym - zużycia
nośników energii bezpośredniej przez użytkowników oraz zużycia energii na

wykonywanie czynności obsługowych obiektu. W rzeczywistości przyrost

ten jest różny w każdym sezonie grzewczym,

na skutek zmian wa

runków pogodowych. W chwili r =

ma miejsce przyrost skumulowanej

emisji w wyniku wykonania zabiegów

(na wytworzenie

materiałów i wykonanie niezbędnych prac budowlanych). Ponieważ prze
prowadzone zabiegi eksploatacyjne doprowadziły do poprawy izolacyjności
cieplnej przegród zewnętrznych i poprawy sprawności użytkowania energii
na potrzeby ogrzewania i wentylacji, w przedziale czasowym r =

sku

mulowana emisja zanieczyszczeń uległa zmniejszeniu w stosunku do war
tości, która wystąpiłaby bez poprawy izolacyjności cieplnej. Zmniejszeniu
mogło ulec również zapotrzebowanie na inne nośniki energii bezpośredniej
na skutek wymiany urządzeń i sprzętu użytkowanego w pomieszczeniach.
W zakresie

przebieg krzywej jest podobny jak w zakresie

podjęciu decyzji o

obiektu, czyli w chwili

zwiększa się skumu

lowana emisja zanieczyszczeń o wartość

osiągając po zakończeniu pro

cesów likwidacji wartość

oznaczającą całkowitą skumulowaną emisję

zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia obiektu budowlanego.

Zgodnie z powyższym skumulowana emisja zanieczyszczeń w fazie eks

ploatacji obiektu może być wyrażona sumą:

(147)

gdzie:

- skumulowana emisja zanieczyszczeń w fazie eksploatacji w

(rys. 13),

- czas eksploatacji pomiędzy kolejnymi zabiegami odnowy

obiektu,

k -

liczba zabiegów odnowy w fazie eksploatacji.

Również skumulowaną emisję zanieczyszczeń wynikającą z wykonania

zabiegów eksploatacyjnych można obliczać jako sumę wielu składników:

129

gdzie:

skumulowana emisja zanieczyszczeń przypadająca na wykonanie

i-tego zabiegu odnowy w fazie eksploatacji,

s - liczba wyodrębnionych zabiegów odnowy w fazie eksploatacji.

8.2. Skumulowana emisja zanieczyszczeń w fazie wznoszenia

Skumulowana emisja zanieczyszczeń w fazie wznoszenia obiektu bu

dowlanego obejmuje emisje powstające podczas pozyskania surowców i
produkcji materiałów i wyrobów, ich transportu na miejsce budowy oraz
podczas procesów wznoszenia obiektu. Jest to suma emisji generowanych

w fazie wznoszenia obiektu, liczona do chwili zakończenia procesu wzno

szenia.

Skumulowana emisja zanieczyszczeń w fazie wznoszenia,

, może być

określona jako suma [65]:

gdzie poszczególne składniki

skumulowaną emisję zanieczysz

czeń:

z wykonaniem przygotowań terenu, określoną

materiałów i ich transportem oraz wykonaniem robót,

- powstającą podczas transportu materiałów i wyrobów na

sce budowy,

- powstającą w procesach wytwarzania materiałów wykorzysta-

nych do realizacji obiektu,

- powstającą w procesach wznoszenia obiektu.

Skumulowaną emisję zanieczyszczeń w fazie wznoszenia można obliczyć,

gdy znane są ilości materiałów i elementów oraz charakteryzujące je

wskaźniki skumulowanej emisji. Obliczenia emisji dla materiałów mogą być
wykonane dla pojedynczej substancji, np. dla SO2 lub też z uwzględnieniem
wszystkich substancji przez zastosowanie skumulowanych równoważnych
wskaźników emisji

materiały budowlane. Pożądana

znajomość wskaźników emisji równoważnej, zdefiniowanych np. w [50,62]
dla stosowanych materiałów budowlanych.

Skumulowaną emisję zanieczyszczeń powstającą podczas wytwarzania

materiałów budowlanych można wyrazić iloczynem:

gdzie wektor kolumnowy:

- współczynników emisji równoważnej zanieczyszczeń charakte

ryzujących materiały,

- ilości materiałów zastosowanych do wzniesienia obiektu.

130

Zgodnie z [60] wektor emisji równoważnej

poszczególnych materiałów

określa wzór:

gdzie:

y - macierz prostokątna wskaźników emisji poszczególnych substancji,

a - wektor kolumnowy mnożników emisji poszczególnych substancji.

Emisja zanieczyszczeń odbywająca się podczas wznoszenia obiektu jest

sumą dwóch składników: emisji podczas wytwarzania materiałów zużytych

przy wznoszeniu i podczas wykonywania prac przygotowawczych oraz emi

sji powstającej przy użytkowaniu energii niezbędnej do wykonania pojedyn

czych prac:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników równoważnej emisji zanieczyszczeń charakteryzują

cych całkowite lub częściowe zużycie materiałów i wyrobów oraz
sprzętu technicznego,

- całkowitego lub częściowego zużycia poszczególnych materiałów i

wyrobów oraz sprzętu technicznego w procesach wznoszenia,

- wskaźników równoważnej emisji przy wykonywaniu poszczegól

nych robót podczas wznoszenia,

- ilości robót wykonywanych podczas wznoszenia.

Energia zużywana podczas transportu materiałów i elementów budow

lanych:

(153)

gdzie wektor kolumnowy:

- odległości transportu materiałów i wyrobów,

- wskaźników równoważnej emisji podczas transportu materiałów

i wyrobów,

- mas transportowanych materiałów i wyrobów.

Emisja zanieczyszczeń powstająca podczas wykonywania prac nad uz

brojeniem terenu, na którym wzniesiono obiekt może być obliczona, jeżeli
znane są ilości zastosowanych materiałów i nośników energii zużytych pod
czas wykonywania robót. Wielkość emisji

może być obliczona przy zasto

sowaniu wzoru (150), (152) i (153). Analogicznie jak w przypadku skumu
lowanego zużycia energii można założyć, że emisja

jest zwykle po-

mijalnie mała w stosunku do wartości

. Założenie takie powinno być

jednak poprzedzone wstępnym oszacowaniem.

131

Uwzględniając wzory

skumulowaną emisję zanieczyszczeń w

fazie wznoszenia można wyrazić wzorem:

(154)

Projektant obiektu może mieć następujące możliwości wpływu na po

czątkową emisję

w fazie wznoszenia przez: wybór materia

łów o niskich wskaźnikach emisji, wybór materiałów, których produkcja
odbywa się jak najbliżej miejsca budowy, zmniejszenie mas materiałów
zastosowanych do budowy i wyposażenia obiektu.

8.3. Skumulowana emisja zanieczyszczeń wynikająca

z użytkowania nośników energii bezpośredniej w obiekcie

Skumulowana emisja zanieczyszczeń do atmosfery, wynikająca z użyt

kowania energii bezpośredniej w obiekcie, odbywa się głównie w procesach
przygotowania nośników energii poprzedzających ich dostarczenie do
obiektu. W pracy [66] proponuje się obliczanie emisji zanieczyszczeń jako
sumy następujących składników:

- powstających przy spalaniu paliw w scentralizowanych źródłach ciepła

i energii elektrycznej,

- powstających przy pozyskaniu i dostarczaniu paliwa do źródła ciepła i

źródła energii elektrycznej lub dostarczaniu bezpośrednio do obiektów,

- powstających przy wydobyciu i transporcie paliw (odmetanowanie ko

palń, odgazowanie paliwa),

- powstających przy spalaniu paliw w budynkach (gaz ziemny, węgiel,

koks, drewno, olej napędowy),

- wynikających z energii zużytej na pozyskanie i dostarczanie gazu

ziemnego bezpośrednio do obiektów,

- powstających przy transporcie gazu ziemnego w systemie gazoenerge-

tycznym (m.in. straty gazu),

- związanych z wykorzystaniem wody.

Nośnik energii pierwotnej może być wykorzystywany w obiekcie w róż

nych urządzeniach i przetwarzany w źródłach o różnej sprawności i róż
nych wskaźnikach emisji zanieczyszczeń. Na przykład węgiel, koks lub
drewno mogą być spalane w piecach, kotłach i w trzonach kuchennych.
Ponieważ emisje zanieczyszczeń wiążą się ściśle ze sposobem przetwarzania
energii paliw, dlatego przy ich rozpatrywaniu należy odpowiednio uwzględ
nić sprawność dostarczania każdego z nośników energii.

Przedmiotem zainteresowania są głównie emisje zanieczyszczeń związa

ne z użytkowaniem paliw niezbędnych do przygotowania nośników energii
bezpośredniej zużywanych w obiekcie w ciągu roku. Skumulowaną emisję
zanieczyszczeń wyraża wzór [66]:

132

gdzie oznaczono emisje zanieczyszczeń związaną:

- z ogrzewaniem i wentylacją obiektu,

- z chłodzeniem pomieszczeń obiektu,

- ze zużyciem paliw w ciągu roku do przygotowania ciepłej wody

użytkowej,

- ze zużyciem paliw w ciągu roku do wytworzenia zużywanej

energii elektrycznej,

- ze zużyciem paliw (węgiel, koks, gaz ziemny, biomasa),

- ze zużyciem wody pitnej.

Podanie bardziej szczegółowych zależności umożliwiających określenie

emisji

wymaga wprowadzenia wielu założeń dotyczących systemu za

silania w nośniki energii bezpośredniej. Dotyczy to szczególnie dostarczania
ciepła grzewczego, energii na klimatyzację, ciepłej wody użytkowej i energii
elektrycznej. Zmniejszenie skumulowanej emisji zanieczyszczeń wynikające

z przeprowadzonej modernizacji obiektu budowlanego należy rozpatrywać w
ramach analizy całego systemu zasilania obiektów w energię.

Gdy występuje bezpośrednie wykorzystanie energii paliw w obiekcie (wę

giel, koks, paliwa płynne, biomasa), emisje zanieczyszczeń można obliczyć
stosując wzór:

gdzie:

- wartość opałowa nośnika energii,

- ilość nośnika energii,

- wskaźnik równoważnej skumulowanej emisji substancji, cha

rakteryzujący dany nośnik ciepła.

Woda zużywana we wszystkich etapach cyklu istnienia obiektu wymaga

zużycia energii do jej pobierania, przygotowania i dostarczenia do mieszkań.
Również do odprowadzania i oczyszczenia wody zanieczyszczonej niezbędne

jest zużycie znacznych ilości energii. Emisję zanieczyszczeń, wynikającą z

użytkowania wody pitnej można obliczyć jako:

(157)

gdzie:

- wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji zanieczyszczeń, od

niesiony do energii bezpośredniej, niezbędnej do wytworzenia i
dostarczenia wody pitnej,

G - ilość wody pitnej zużywana w obiekcie w ciągu roku,

133

134

- średni lokalny wskaźnik zużycia energii na jednostkę masy wody

dostarczonej do obiektu,

- skumulowana sprawność przygotowania i dostarczenia wody pit

nej do obiektu.

Sformułowanie wzoru

jest poprawne pod warunkiem, że w łańcu

chu przemian energetycznych prowadzących od poziomu paliw pierwotnych
do etapu wytwarzania wody pitnej, uczestniczy ten sam nośnik energii
pierwotnej.

Skumulowana emisja zanieczyszczeń związana z przygotowaniem ciepła

grzewczego:

Vco

gdzie:

- wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji substancji szkodli

wych odniesiony do energii pierwotnej paliwa spalanego w elek
trociepłowni lub ciepłowni i niezbędnej do wytworzenia zużywa
nego ciepła,

E - zużycie energii bezpośredniej dostarczanej w cieple grzewczym,

- sprawność energetyczna wytwarzania i dostarczania ciepła z

wytwórczych ciepła do obiektu.

Skumulowana emisja zanieczyszczeń powstająca podczas przygotowania

ciepłej wody użytkowej:

gdzie:

- wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji substancji szkodli

wych odniesiony do energii pierwotnej paliwa spalanego w elek
trociepłowni lub ciepłowni i niezbędnej do wytworzenia zużywanej
ciepłej wody użytkowej,

- sprawność energetyczna wytwarzania i dostarczania ciepła w cie

płej wodzie użytkowej z urządzeń wytwórczych do obiektu,

E - zużycie energii bezpośredniej w dostarczanej ciepłej wodzie użyt

kowej w ciągu roku.

Skumulowana emisja zanieczyszczeń podczas wytwarzania energii elek

trycznej zużywanej w ciągu roku:

135

gdzie:

- wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji substancji szkodli

wych odniesiony do energii pierwotnej paliwa spalanego w elek

trowni niezbędnej do wytworzenia zużywanej energii elektrycznej,

- dostarczana energia elektryczna,

- średnia sprawność energetyczna wytwarzania i dostarczania

energii elektrycznej.

Po wykorzystaniu wzorów (155)-(160) skumulowana emisja zanieczysz

czeń generowanych podczas przygotowania i dostarczenia energii bezpo

średniej zużywanych w obiekcie w ciągu roku, może być wyrażona wzorem

E E E E

Uwzględniając wzór (147), skumulowana emisja zanieczyszczeń związa

na z przygotowaniem i dostarczeniem nośników energii bezpośredniej zu
żywanych podczas użytkowania w fazie eksploatacji wyraża się wzorem:

E E E

E r

G .£*

Vel

8.4. Skumulowana emisja zanieczyszczeń

związana z wykonaniem zabiegów eksploatacyjnych

Analiza emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia obiektu powinna

uwzględniać przyszłe zmiany w skumulowanym zużyciu energii i związaną
z tym emisją spowodowaną wykonywaniem regularnych napraw, remontów
i modernizacji.

Skumulowana emisja zanieczyszczeń związana z wykonywaniem zabie

gów eksploatacyjnych obiektu w pełnym cyklu istnienia może być zapisana

j a k o suma:

gdzie oznaczono skumulowaną emisję zanieczyszczeń:

- powstających podczas wytwarzania materiałów i wyrobów zuży

wanych przy eksploatacji obiektu na wykonanie zabiegów eksplo
atacyjnych:

- skumulowana emisja zanieczyszczeń powstających podczas wy

konywania zabiegów eksploatacyjnych,

- skumulowana emisja zanieczyszczeń powstających podczas

transportu materiałów i wyrobów,

gdzie:

- wektor kolumnowy wskaźników równoważnej skumulowanej

emisji zanieczyszczeń charakteryzujących materiały zużywane
podczas eksploatacji,

wektor kolumnowy mas materiałów zużywanych podczas eksplo

atacji.

Skumulowana emisja zanieczyszczeń związana z wykonaniem zabiegów

eksploatacyjnych:

(165)

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników równoważnej skumulowanej emisji zanieczyszczeń

przy wykonywaniu prac związanych z zabiegami
mi,

- prac wykonywanych podczas zabiegów eksploatacyjnych,

równoważnej emisji substancji szkodliwych podczas

produkcji materiałów i elementów podczas transportu,

- odległości transportu danego materiału lub wyrobów,

- mas transportowanych materiałów i wyrobów.

Uwzględniając wzór (148) skumulowana emisja zanieczyszczeń w peł

nym cyklu istnienia obiektu związanych z zabiegami eksploatacyjnymi:

(166)

8.5. Skumulowana emisja zanieczyszczeń

powstających podczas likwidacji obiektu

Skumulowana emisja zanieczyszczeń powstająca podczas likwidacji

obiektu po zakończeniu użytkowania:

(167)

gdzie poszczególne składniki sumy oznaczają skumulowaną emisję zanie

czyszczeń:

- podczas rozbiórki obiektu po zakończeniu użytkowania,

- podczas transportu odpadów na składowisko.

- związaną z utylizacją odpadów.

Wzór (167), wyrażający skumulowaną emisję zanieczyszczeń związaną z

likwidacją obiektu, może być zapisany w postaci:

gdzie wektor kolumnowy:

- wskaźników równoważnej emisji przy wykonywaniu prac podczas

likwidacji,

- prac wykonywanych podczas likwidacji,

wskaźników równoważnej emisji zanieczyszczeń podczas trans

portu,

- odległości transportu danego materiału lub wyrobu,

- mas transportowanych materiałów i wyrobów.

8.6. Skumulowana emisja zanieczyszczeń

w pełnym cyklu istnienia obiektu

Po uwzględnieniu wzorów (146)-(168) skumulowaną emisję zanieczysz

czeń określonego rodzaju generowaną w ciągu całego okresu istnienia
obiektu określa zależność [64, 66]:

E E E

E w G

(169)

Na podstawie zależności

można wyróżnić następujące podstawowe

wielkości wpływające na skumulowaną emisję zanieczyszczeń w pełnym
cyklu istnienia obiektu:

- ilość wykorzystanych materiałów i wyrobów oraz charakteryzujące je

wskaźniki skumulowanej emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia,

- zużycie nośników energii bezpośredniej wykorzystywanych w obiekcie

w ciągu całego okresu użytkowania,

- ilość wykorzystanych materiałów i wyrobów oraz charakteryzujących je

wskaźników skumulowanej

zanieczyszczeń,

- wskaźniki emisji zanieczyszczeń charakteryzujące materiały i wyroby,

prace budowlane oraz transport.

Udział skumulowanej emisji w fazie wznoszenia w emisji całkowitej nie

zwiększa się w miarę zmniejszania się zużycia nośników energii bezpośred
niej podczas użytkowania, co wynika z istniejących tendencji w rozwoju
konstrukcji i wyposażenia obiektów budowlanych.

138

8.7. Skumulowana ilość generowanych odpadów stałych

w pełnym cyklu istnienia obiektu

Wzory

mogą posłużyć do określania skumulowanych ilości

generowanych odpadów stałych w pełnym cyklu istnienia obiektu budow
lanego. Po zastąpieniu wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń
odpowiednimi wskaźnikami skumulowanej ilości generowanych odpadów
stałych otrzymuje się zależność:

E. E

. + Y r .

+ (170)

gdzie wektory kolumnowe wskaźników skumulowanej ilości generowanych

odpadów stałych dla odpowiednich nośników energii, materiałów, prac bu

dowlanych i transportowych:

s - dla nośników energii,

g - dla materiałów budowlanych i transportu,
f - dla prac budowlanych.

- skumulowana ilość odpadów generowanych w związku z uzbroje

niem terenu i innymi pracami wyszczególnionymi wcześniej,

- skumulowana ilość odpadów generowanych w związku z utyliza

cją odpadów.

Pozostałe oznaczenia jak we wzorze (169).
Na podstawie zależności (170) można wyróżnić podstawowe wielkości

wpływające na skumulowane ilości generowanych odpadów stałych w peł

nym cyklu istnienia obiektu, takie jak:

- ilość wykorzystanych materiałów i wyrobów oraz charakteryzujące je

wskaźniki skumulowanej emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia,

- zużycie nośników energii bezpośredniej wykorzystywanych w obiekcie

w ciągu całego okresu użytkowania,

- ilość wykorzystanych materiałów i wyrobów oraz charakteryzujących je

wskaźników skumulowanej emisji zanieczyszczeń,

- wskaźniki emisji zanieczyszczeń

materiały i wyroby,

prace budowlane oraz transport.

9. ANALIZA

MODERNIZACJI OBIEKTÓW BUDOWLANYCH

W tym rozdziale omówiono wybrane problemy analizy energetycznej i

ekologicznej występujące przy projektowaniu modernizacji obiektów bu
dowlanych. Wykorzystując opracowane zależności ujmujące skumulowane
zużycie energii i skumulowaną emisję zanieczyszczeń w pełnym cyklu ist
nienia, analizowano możliwości optymalizacji grubości dodatkowej warstwy
izolacji cieplnej przegrody zewnętrznej obiektu. Metody zilustrowano przy
kładem obliczeniowym. Przedstawiono metodykę obliczania energetycznych
efektów modernizacji obiektu budowlanego dla przedsięwzięć złożonych ze

zbioru zabiegów, omawianej szczegółowo w pracach

Analizowa

no problem poszukiwania ekonomicznie uzasadnionej grubości warstwy
izolacji cieplnej przy modernizacji przegrody zewnętrznej obiektu, omawia
nej w pracach [53, 57].

9.1. Uwagi o modernizacji obiektów budowlanych

Realizacja procesów odnowy obiektów budowlanych jest związana z za

angażowaniem

środków finansowych, podstawowym celem

odnowy zaś jest zapewnienie przez obiekt wymaganych właściwości użyt
kowych i bezpieczeństwa użytkowania.

Do grupy procesów odnowy obiektów można również zaliczyć ich moder

nizację. Modernizacją nazywa się zespół działań, których celem jest przy

wrócenie pożądanego poziomu właściwości użytkowych obiektu wraz z in

stalacjami, z uwzględnieniem aktualnie obowiązujących standardów i re
gulacji prawnych. Warunkiem koniecznym prawidłowego dokonania kom
pleksowej modernizacji jest opracowanie projektu modernizacji obiektów,
przy uwzględnieniu informacji uzyskanych od użytkowników oraz wyników
zrealizowanych badań eksploatacyjnych. Uzyskanie jakościowo korzystniej
szych cech obiektów budowlanych w procesach ich modernizacji jest zwią
zane z

dokonaniem:

- identyfikacji potrzeb użytkowników obiektów,
- opracowania podstawowych założeń modernizacji uwzględniających

aktualne wymagania,

- uzasadnienia ekonomicznej opłacalności modernizacji,
- opracowania szczegółowego planu modernizacji,

139

- doboru i zakupu wyrobów, urządzeń, zespołów oraz nowych elemen

tów obiektów i elementów wyposażenia,

- realizacji modernizacji obiektu i wszystkich jego podsystemów.

Przy dążeniu do oszczędnego gospodarowania energią i środowiskiem,

modernizacja obiektu budowlanego powinna być wykonywana w taki spo

sób, aby poza wymaganiami poprawy jego cech użytkowych zapewnić wy
magany poziom izolacyjności cieplnej, zgodnie z aktualnie obowiązującymi

regulacjami prawnymi. Modernizacja obiektu powinna być zatem równo

ważna z jego termomodernizacją i służyć spełnieniu następujących celów

[55]:

- przywróceniu pożądanego poziomu właściwości użytkowych obiektu,
-

strat ciepła przez przegrody zewnętrzne,

- zmniejszeniu strat użytkowania energii.

Spełnienie pierwszego celu zapewnia jednocześnie poprawę jakości śro

dowiska wewnętrznego pomieszczeń, natomiast spełnienie celów pozosta
łych jest również podyktowane dążeniem do zmniejszenia zużycia energii
niezbędnej do ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji oraz do zmniejszenia

szkód ekologicznych powodowanych przez przemiany energetyczne.

Kompleksowa

obiektów budowlanych była omawiana

w wielu pracach [49,159]. Obejmuje ona zwykle następujące działania:

• zwiększenie izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych,
• zwiększenie szczelności przegród zewnętrznych,
• modernizację systemu grzewczego i wentylacyjnego, połączoną z dosto

sowaniem instalacji grzewczej do zmniejszonego zapotrzebowania na ciepło,

• modernizację systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej,
• usprawnienia w wykorzystaniu wody pitnej,
• modernizację systemów oświetlenia i innych urządzeń wykorzystują

cych energię elektryczną.

9.2. Analiza termomodernizacji

przegrody zewnętrznej obiektu budowlanego

9.2.1. Skumulowane zużycie energii

Energetyczna ocena poszczególnych elementów przegród zewnętrznych

obiektu budowlanego powinna być wykonana na podstawie analizy bilansu
cieplnego całego obiektu, w którym te elementy stanowią części składowe.

Analiza

elementu natomiast w oderwaniu od całego obiektu

może prowadzić do uzyskania błędnych wyników. Uzasadnienie takiego
podejścia podano w

na przykładzie analizy funkcji energetycznej okna

w obiekcie budowlanym, która wykazała konieczność uwzględnienia
wszystkich parametrów mających wpływ na składniki bilansu energii. W

skrócie, oznacza to konieczność uwzględnienia nie tylko temperatury po

140

obu stronach przegrody, lecz również promieniowania słonecznego oraz
wewnętrznych zysków ciepła.

W pracy [63] rozpatrzono w sposób przybliżony, tzn. z pominięciem po

wyższej uwagi, wpływ zwiększenia izolacyjności cieplnej przegrody ze
wnętrznej obiektu budowlanego (określonej grubością warstwy izolacji) na
przebieg skumulowanego zużycia energii. W analizie tej wykorzystano wzór

(92) W szczególnym przypadku, gdy analizowane jest jedynie zwiększenie

grubości dodatkowej warstwy izolacji cieplnej pojedynczej przegrody,

zmienną część skumulowanego zużycia energii można zapisać jako sumę
dwóch składników [63]: energii niezbędnej do wytworzenia izolacji cieplnej,
której ilość jest zależna od grubości jej warstwy oraz energii chemicznej

paliw pierwotnych niezbędnych do wytworzenia i dostarczenia ciepła
grzewczego w całym okresie użytkowania. Pozostałe składniki wzoru (92)
pozostają praktycznie niezmienne przy zmianie grubości warstwy izolacji

cieplnej i dlatego pominięto je w analizie. Zatem przy rozpatrywaniu poje
dynczej przegrody o powierzchni F, zmienną część energii w pełnym cyklu
istnienia określa przybliżona zależność:

'co

gdzie:

T -

roczny czas ogrzewania obiektu,

Q -

średni w sezonie grzewczym strumień ciepła przepływający przez

przegrodę.

Składnik

uwzględnia skumulowane zużycie energii niezbędne

do wytworzenia podstawowych materiałów zastosowanych do zwiększenia
izolacyjności cieplnej przegrody. Składnik ten można z kolei przedstawić w
postaci sumy dwóch składników [63]:

(172)

gdzie:

skumulowane zużycie energii w materiałach nie mających wpły

wu na izolacyjność cieplną przegrody (zamocowania, materiały,
elementy wykończeniowe),

skumulowanego zużycia energii materiału mającego

wpływ na izolacyjność cieplną przegrody,

F - pole powierzchni przepływu ciepła,
g - grubość warstwy materiału izolacyjnego zastosowanego do

modernizacji,

p - gęstość materiału izolacyjnego,

- stosunek pól powierzchni izolacji cieplnej i powierzchni przepły

wu ciepła przez przegrodę.

141

142

Średni w sezonie grzewczym strumień ciepła przepływający przez prze

grodę wyraża wzór:

(173)

+ —

gdzie:

- współczynnik przenikania ciepła

przegrodę

przed

- współczynnik przewodzenia ciepła materiału izolacyjnego,

- temperatura w pomieszczeniach obiektu,
- średnia temperatura zewnętrzna w sezonie grzewczym.

Po wprowadzeniu wyrażeń (172) i (173) do (171) skumulowane zużycie

energii przegrody można wyrazić wzorem [63]:

F(T -T

)TT

Przebieg skumulowanego zużycia energii przy

prze

grody zewnętrznej obiektu określone wzorem (174) pokazano na rysunku

Krzywa charakteryzuje się minimalną wartością skumulowanego zuży

cia energii

przy grubości izolacji płaskiej określonej wzorem:

\(T

(175)

Na rysunku 14 zamieszczono przebieg obu składników skumulowanego

zużycia energii niezbędnej do wytworzenia materiałów i do ogrzewania. Na
rysunku 15 natomiast zamieszczono porównanie przebiegu skumulowane
go zużycia energii (uwzględnianego w analizie energetycznej modernizacji)
w funkcji grubości warstwy izolacji cieplnej przy różnych okresach eksplo
atacji budynku

Wydłużenie okresu eksploatacji prowadzi do zwiększenia

grubości warstwy izolacji cieplnej przegrody

położeniu mi

nimum.

Wydłużenie okresu użytkowania obiektu wpływa na zwiększenie grubo

ści izolacji cieplnej.

wyniki badania przebiegu

można

uzyskać przez zastosowanie w obliczeniach programu obliczeniowego
wspomagającego obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do
ogrzewania.

144

Według przeprowadzonych oszacowań [46, 47,

grubość izolacji

cieplnej odpowiadająca optimum ekonomicznemu jest znacznie niższa niż
odpowiadająca minimum skumulowanego zużycia energii lub emisji zanie
czyszczeń w pełnym cyklu. Wynik ten stanowi wskazanie, które należy brać
pod uwagę przy podejmowaniu decyzji związanej z wyborem rozwiązania
konstrukcyjnego modernizacji obiektu. Uzasadnia potrzebę dążenia do wy
boru

cieplnych o większej grubości.

9.2.2. Równoważna emisja zanieczyszczeń

1) Emisja całkowita

Podobnie jak w przypadku skumulowanego zużycia energii, zmienna

część emisji zanieczyszczeń może być wyrażona zależnością:

(176)

'co

gdzie:

- wektor kolumnowy wskaźników emisji charakteryzujących mate

riały budowlane,

- wektor kolumnowy ilości materiałów budowlanych,

- wskaźnik emisji równoważnej, charakteryzujący nośnik energii

zastosowany do produkcji ciepła grzewczego.

Emisję równoważną wynikającą z wytworzenia materiałów można przed

stawić w postaci stałych elementów wektora wierszowego i jednego ele

mentu zmiennego:

(177)

lub w prostszej postaci:

(178)

gdzie:

145

Element zmienny reprezentujący tu materiał izolacyjny można wyrazić w

funkcji j e g o grubości i wówczas wzór na emisję równoważną przyjmie po
stać:

(180)

Z tabeli 4 wynika, że wielkość emisji powstającej przy wytwarzaniu ma

teriałów pomocniczych jest porównywalna z wielkością emisji pochodzącej z
produkcji materiału izolacyjnego. Uzasadnia to konieczność uwzględnienia

jej w obliczeniach emisji pochodzącej z wytworzenia materiałów i przypa

dająca na jednostkę powierzchni izolacji.

Równoważna emisja zanieczyszczeń

(wzór 176), charakteryzująca

rozwiązanie termomodernizacji przegrody zewnętrznej obiektu może być
wyrażona wzorem:

Wymaga podkreślenia, że zarówno w obliczeniach wielkości

jak i

należy uwzględnić te same substancje zanieczyszczające środowisko.

Przykładowe obliczenia wykonano dla skumulowanej emisji dwutlenku

węgla

Otrzymany przebieg krzywej

=f(g), (rys.

ma cha

rakter podobny do krzywej ilustrującej przebieg

zużycia

energii pokazany na rysunku 15. Przy pewnej grubości warstwy izolacji

występuje minimalna emisja substancji zanieczyszczających podczas całego
okresu istnienia izolacji. Grubość tę można wyznaczyć różniczkując
względem g. Po wykonaniu działań otrzymuje się:

\(T

(182)

Wzory

można zastosować również wtedy, gdy zanieczyszcze

niami atmosfery są gazy cieplarniane, należy jedynie zastąpić symbole od-

noszące się do substancji szkodliwych odpowiednimi symbolami stosowa
nymi w przypadku gazów cieplarnianych.

Rys.

Skumulowana emisja zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia w funkcji grubości

izolacji cieplnej zewnętrznej przegrody budynku przy liczbie lat eksploatacji

= 50 lat,

lat

Czas zrównoważenia emisji

W oszacowaniach zmian emisji zanieczyszczeń może być przydatny czas

zrównoważenia emisji

który można zdefiniować jako czas, po którym do

datkowa emisja danej substancji spowodowana produkcją wszystkich ma
teriałów zużytych do zwiększenia izolacyjności cieplnej przegrody zostanie
zrównoważona zmniejszeniem emisji tej substancji wywołanej oszczędno
ścią energii [60]:

-AA

gdzie:

- emisja równoważna uwzględniająca wszystkie substancje wytwo

rzone podczas produkcji materiałów oraz podczas wykonywania i
rozbiórki izolacji,

146

147

roczne zmniejszenie emisji równoważnej, wynikające z poprawy

izolacyjności cieplnej przegrody.

Zmniejszenie emisji równoważnej wynikającej ze zmniejszenia zużycia

ciepła grzewczego:

-AE

(184)

lub po uwzględnieniu oszczędności ciepła grzewczego

w wyniku reali

zacji przedsięwzięcia termomodernizacyjnego:

F(T-T)ET

Po podstawieniu wzorów (185) i (184) do wzoru (183) otrzymuje się czas

zrównoważenia emisji równoważnej:

(186)

F(T

—

Przebieg krzywej

= f(g) charakteryzuje się minimalną wartością

przy

pewnej grubości warstwy izolacji cieplnej.

Czas zrównoważenia emisji wyraża okres, po upływie którego zwiększe

nie emisji wynikające z produkcji materiałów, ich transportu, wykonania
izolacji i rozbiórki, zrówna się z ubytkiem emisji uzyskanym dzięki zmniej
szeniu emisji podczas użytkowania.

Przy wartości

występuje minimalny czas

zrównoważenia emisji

powstającej przy produkcji materiałów i wykonaniu izolacji przez zmniej
szenie emisji wynikającej z oszczędności energii. Dla różnych substancji
otrzymuje się różne wartości

Wartość

może być wykorzystana jako

charakteryzujący efektywność ekologiczną izolacji z punktu wi

dzenia emisji zanieczyszczeń:

3) Przykład obliczeniowy dla dodatkowej warstwy izolacji cieplnej wykonanej
z wełny mineralnej

W budynku scharakteryzowanym wielkościami zamieszczonymi w tabeli

4 wykonano prace termoizolacyjne przegród zewnętrznych o łącznej po

wierzchni

(przy powierzchni obliczeniowej dla przepływu cie

pła

= 1336

które doprowadziły do zmniejszenia współczynnika prze

nikania ciepła wynoszącego przed modernizacją

1,1

Do w y

konania prac izolacyjnych zastosowano następujące podstawowe materiały:
zaprawę tynkową, elementy stalowe, elementy z tworzyw sztucznych, wełnę
mineralną.

Przeprowadzona w

analiza LCA pozwoliła uzyskać współczynniki

emisji substancji szkodliwych i dwutlenku węgla, wynikające z produkcji
materiałów, których wartości zestawiono w tabeli 4.

Pozostałe dane charakteryzujące przedsięwzięcie i zastosowane mate

riały są następujące:

n = 50 lat, założona liczba lat eksploatacji przedsięwzięcia, = 10 lat,

r = 0,10 - stopa dyskontowa,

= 19 M s / r o k , czas trwania sezonu

grzewczego, Jo = 60 z ł / m

- stała określająca koszty inwestycyjne przy g =

0,1

[53], = 15,9

- stała we wzorze na nakład inwe

stycyjny [53], e = 23,6 z ł / G J - jednostkowy koszt ciepła,

=17,2 K -

średnia sezonowa różnica temperatury dla Warszawy, ę = 1754/1336 =

- współczynnik przewodzenia ciepła wełny mineralnej zgodnie z

= 0,94 skumulowana sprawność pozyskania i dostar

czenia paliwa do źródła ciepła,

= 0,6 - sprawność wytwarzania i prze

syłania ciepła do pomieszczeń,

= 23 M J / k g - wskaźnik skumulowanego

zużycia energii wytwarzania wełny mineralnej [5].

Wskaźnik emisji substancji szkodliwych lokalnie według [51]:

= 0,4

k g / G J ,

0,045 k g / G J ,

k g / G J ,

= 0,05 k g / G J ,

0,050 k g / G J .

Zadaniem jest obliczenie grubości izolacji cieplnej: odpowiadającej mi

nimalnej wartości skumulowanego zużycia energii i emisji zanieczyszczeń,
czasu zrównoważenia r oraz ekonomicznie uzasadnionej grubości warstwy
izolacji.

Stosując wzory podane w tym rozdziale, otrzymano następujące wyniki

obliczeń:

= 82,04 g / m

g / m

5,72 g / m

=81,20 g / m

Wskaźnik emisji równoważnej obliczony przy zastosowaniu wzoru:

wynosi:

kg/GJ.

148

Tablica 4. Zestawienie wskaźników emisji substancji szkodliwych przy grubości
izolacji g=

0,1

według [29]

Substancje emitowane

Wskaźniki emisji,

g/m

do atmosfery

Zaprawa

Stal

PVC

Wełna

mineralna

Pył

5,8

1,1

0,2

4,8

0,6

227

1,8

0,4

0,1

2,8

CmHn

3,2

0,8

NO*

42,2

1,5

1.0

105 530

1 356

863,8

Tablica 5. Mnożniki emisji

dla substancji szkodliwych według

Substancja

Pył

SO2

CmHn

NOx

Lp.

Mnożnik emisji

0,0005

1,0

2,6

Według [26] opłacalne jest zastosowanie izolacji cieplnej z wełny mine

ralnej o grubości w

100-170 mm, w którym uzyskane efekty

oszczędnościowe charakteryzują się w zasadzie wskaźnikami opłacalności o
bardzo zbliżonych wartościach. W pracy [46] podkreśla się znaczenie
zmniejszenia presji środowiskowej, które powinno zachęcać do stosowania

warstw izolacji cieplnej o większej grubości. Wniosek ten jest zbieżny z
konkluzją zawartą w pracy [47], w której analizowano wpływ kosztów szkód
ekologicznych. Uwzględnienie kosztów szkód ekologicznych prowadzi do
zwiększonych kosztów energii i w konsekwencji wpływa na poprawę opła

calności stosowania izolacji cieplnej o zwiększonej grubości [47].

W celu umożliwienia porównania obliczono również ekonomicznie uza

sadnioną grubość izolacji cieplnej. Do obliczeń zastosowano wzór zaczerp

nięty z

149

Grubość izolacji odpowiadająca minimalnej emisji przy

okresie

eksploatacji dodatkowej izolacji jest bardzo duża,

= 0,87 m, przy 25-

okresie eksploatacji - 0,60 m. Również grubość izolacji odpowiada

jąca minimalnemu skumulowanemu zużyciu energii na wytworzenie mate

riałów, wzniesienie obiektu i jego eksploatację jest znacznie większa od
stosowanych grubości materiałów izolacyjnych w obiektach mieszkalnych,
które wynoszą 0,05-0,20 m. Są to również wartości większe od wartości
uzasadnionych ekonomicznie, które według szacunkowych obliczeń wyko
nanych w tej pracy dla wełny mineralnej, przy aktualnych kosztach mate
riałów i kosztach energii wynoszą 0,12-0,16 m. Oznacza to, że stosowanie

cieplnej o większej grubości może być zawsze uzasadnione dąże

niem do minimalizacji emisji zanieczyszczeń i zużycia energii w całym okre
sie istnienia przedsięwzięcia. Bardziej wiarygodne wartości byłoby można
otrzymać, gdyby uwzględniono rzeczywiste koszty szkód ekologicznych, co

jak dotychczas nie jest możliwe z powodu braku szacunków takich kosz

tów.

Grubość izolacji cieplnej charakteryzująca minimalny czas zrównoważe

nia emisji i skumulowanego zużycia energii jest niewielka, poniżej wartości
optymalnych z punktu widzenia minimalnego zużycia energii i minimalnej
emisji. Im krótszy jest czas zrównoważenia, tym korzystniejsza jest izolacja
cieplna z punktu widzenia emisji i energii. Czas zrównoważenia emisji może
stanowić pomocnicze kryterium w analizach efektów ekologicznych i ener
getycznych przy

przegród zewnętrznych obiektów bu

dowlanych.

9.3. Metodyka obliczania sumarycznych energetycznych efektów

w przedsięwzięciach modernizacyjnych

9.3.1. Wprowadzenie

Przy wykonywaniu modernizacji obiektów budowlanych zwykle rozpa

truje się dużą liczbę przedsięwzięć usprawniających użytkowanie energii,
przy czym każde z przedsięwzięć w zakresie danego nośnika energii
składać się z wielu zabiegów elementarnych. W sumie przedsięwzięcie mo
dernizacyjne (np. kompleksowa termomodernizacja obiektu) składa się z
pewnej liczby zabiegów cząstkowych (elementarnych). Omówiono problem
obliczania sumarycznego zmniejszenia zużycia energii (oszczędności ener
gii), będącej efektem realizacji zbioru zabiegów elementarnych.

Obliczanie wartości bezwzględnych oszczędności energii, wykonywane

podczas prowadzenia analizy przedsięwzięcia, wymaga szczególnej uwagi,
ponieważ oszczędności te zależą od kolejności realizacji zabiegów cząstko
wych. Ponadto w wielu przypadkach istnieje możliwość oszacowania

względnej oszczędności energii w rozpatrywanych zabiegach, np. wtedy,
gdy znane są jedynie ich wartości empiryczne. Podstawowymi wielkościami

wykorzystywanymi w obliczeniach są wyniki analizy energetycznej dla
wielu procesów traktowanych jako elementarne zabiegi. Zakłada się, że nie
występują powiązania pomiędzy użytkowanymi nośnikami energii lub też
powiązania te są słabe. W przypadkach występowania silnych powiązań
pomiędzy nośnikami energii, uwzględnia się wzajemne powiązania, stosując
metodyki obliczeniowe oparte o teorię przepływów międzygałęziowych

[176,177].

W publikacjach spotyka się błędne obliczanie wynikowej względnej

oszczędności energii w złożonych przedsięwzięciach modernizacyjnych,
polegające

na dodawaniu względnych oszczędności w poszczególnych

zabiegach. Często również podawane przez autorów oszacowania wyniko
wych względnych oszczędności energii nie są wykonywane prawidłowo, co
łatwo ustalić na podstawie podawanych oszczędności cząstkowych. W celu
uniknięcia trudności w prowadzeniu obliczeń, opracowano metodykę po

stępowania [58, 71], w której jako podstawę obliczeń wybrano względne

oszczędności energii uzyskiwane w poszczególnych zabiegach.

Wyróżniono trzy rodzaje przedsięwzięć modernizacyjnych usprawniają

cych użytkowanie energii, które określono następująco:

- proste (elementarne) zabiegi oznaczają pojedyncze działania uspraw

niające użytkowanie energii,

- przedsięwzięcia pojedyncze tworzą działania złożone z pewnej liczby

elementarnych zabiegów,

- przedsięwzięcia złożone tworzą działania składające się z pewnej liczby

przedsięwzięć pojedynczych.

Można również analizować przedsięwzięcie składające się z pewnej liczby

przedsięwzięć złożonych.

Rys.

Pojedyncze przedsięwzięcie

zabiegów niezależnych

- kolejne zabiegi

Zarówno realizowane przedsięwzięcia, jak i zabiegi mogą być wzajemnie

zależne lub niezależne. Na rysunku 17 przedstawiono schematycznie poje
dyncze przedsięwzięcie złożone z

elementarnych zabiegów wzajemnie

zależnych oraz zamieszczono symbole stosowane w oznaczeniach ilości

energii związanych z przedsięwzięciem. Natomiast na rysunku

pokazano

schematycznie przedsięwzięcie złożone z zabiegów wzajemnie niezależnych.

Podstawowym założeniem opracowanej metodyki jest przyjęcie, że znane

są skutki przedsięwzięć określane jako względne lub bezwzględne

151

szenie (oszczędność)

energii, wynikające z realizacji zdefiniowanych

zabiegów. Wynika to z wcześniejszego założenia, że również rozwiązania
konstrukcyjne są ściśle określone, a zatem zapewniają określone względne

oszczędności zużycia energii. Zastosowanie rozwiązania danego zabiegu nie

wpływa na rozwiązania zastosowane w innych zabiegach.

Rys. 18. Pojedyncze przedsięwzięcie

złożone z m zabiegów niezależnych

1, 2,

zabiegi

9.3.2. Obliczanie oszczędności energii w pojedynczym

przedsięwzięciu

Zarówno względna, jak i bezwzględna oszczędność zużycia energii w ca

łym przedsięwzięciu złożonym z wielu zabiegów nie zależy od kolejności ich
realizacji. Jednakże bezwzględne oszczędności energii

wynikające z

poszczególnych zabiegów,

od tej kolejności, przy czym największe

zmniejszenie zużycia energii w liczbach bezwzględnych otrzymuje się z
przedsięwzięć realizowanych w pierwszej kolejności. Dokonanie porównania
efektywności poszczególnych zabiegów w przedsięwzięciu jest możliwe
przez:

- wprowadzenie założenia, że wszystkie zabiegi są realizowane w pierw

szej kolejności,

- zastosowanie metody obliczania uśrednionych wartości zmniejszenia

zużycia energii opracowanej w [69].

153

9.3.2.1. Przedsięwzięcia złożone z zabiegów wzajemnie zależnych

Jeżeli znane są wartości względne zmniejszenia zużycia

(oszczędności energii)

(np. ustalone według metodyki podanej

[58]), wynikające z realizacji każdego z zabiegów oddzielnie, można obliczyć

względne zmniejszenie zużycia energii uzyskiwane w wyniku realizacji całe

go zbioru zabiegów tworzących przedsięwzięcie [45, 58].

Zmniejszenie zużycia energii lub kosztów energii -AE wynikające z reali

zacji zbioru

zależnych zabiegów można zapisać jako różnicę:

-AE

(189)

gdzie zużycie energii:

- energii przed realizacją pierwszego zabiegu w całym przedsięwzię

ciu,

- energii po realizacji wszystkich m zabiegów w przedsięwzięciu.

Różnicę wyrażoną wzorem (189) można również zapisać jako sumę

zmniejszenia zużycia energii w poszczególnych zabiegach:

(190)

gdzie zmniejszenie

ZUŻYCIA

energii w

zabiegu:

(191)

gdzie zużycie energii:

- przed realizacją i-tego zabiegu,

po realizacji i-tego zabiegu.

Względne zmniejszenie zużycia energii w i-tym zabiegu określa wzór:

-AE;

(192)

W pracy [58] wyprowadzono zależność umożliwiającą obliczanie względ

nego zmniejszenia zużycia energii co, otrzymaną w wyniku realizacji przed

sięwzięcia złożonego z

wzajemnie zależnych zabiegów:

C V

i=2

Po przekształceniach wzór (193) przyjmuje prostszą postać:

154

(194)

Kolejność realizacji zabiegów wzajemnie zależnych nie ma wpływu na

końcową oszczędność energii wynikającą z realizacji całego przedsięwzięcia
złożonego z tych zabiegów. Bezwzględna oszczędność energii w i-tym zabie
gu może być określona z różnicy zużycia energii przed realizacją zabiegu i
po jego realizacji. W

otrzymano wzór:

(195)

9.3.2.2. Przedsięwzięcia złożone z zabiegów niezależnych

Przy rozpatrywaniu przedsięwzięć złożonych z zabiegów niezależnych,

(rys.

mogą wystąpić dwa przypadki:

- nieznana jest ilość energii związana z elementarnym zabiegiem, a za

biegi są opisane przy użyciu względnych

lub bezwzględnych

oszczęd

ności zużycia energii,

- znana jest energia związana z elementarnym zabiegiem.

1. W przypadku, gdy znane jest zużycie energii związanej z całym przed

sięwzięciem przed- i po jego realizacji, zużycie energii związane z elemen
tarnymi zabiegami natomiast nie jest

wówczas względne zmniejsze

nie zużycia energii w przedsięwzięciu określa suma:

fl>

(196)

2. W przypadku, gdy znana jest energia związana z przedsięwzięciem

oraz znane są składniki energii związanej z elementarnymi zabiegami,
wówczas można określić udziały

poszczególnych składników energii

związanej z zabiegami (rys. 18), a względne zmniejszenie zużycia energii w
przedsięwzięciu określa wzór:

i=l

gdzie udziały poszczególnych składników energii:

(198)

oraz względne zmniejszenie zużycia energii

elementarnymi za

biegami zdefiniowane jako:

(199)

9.3.3. Obliczanie uśrednionych efektów zmniejszenia zużycia energii
w przedsięwzięciu złożonym z zabiegów zależnych

Bezwzględne zmniejszenie zużycia energii, wynikające z realizacji danego

zabiegu, zależy od kolejności jego realizacji, więc obliczone na tej podstawie
wskaźniki

opłacalność poszczególnych zabiegów stają się

nieporównywalne. Dlatego przy równoczesnej realizacji wielu zabiegów za
leżnych celowe staje się określenie efektów uzyskiwanych z realizacji każ
dego z nich w taki sposób, aby umożliwić porównywalność obliczonych
oszczędności kosztów energii i wskaźników opłacalności. Jedna z możliwo
ści obliczania polega na odnoszeniu bezwzględnych wartości oszczędności
energii do wartości początkowego zużycia energii w przedsięwzięciu. Takie
postępowanie zapewnia wprawdzie możliwość porównania wyników analiz
opłacalności dla poszczególnych zabiegów, jednak sumowanie obliczonych

w ten sposób oszczędności energii prowadziłyby do zawyżonych wskaźni
ków

opłacalność.

W obliczeniach oszczędności zużycia energii w obiektach budowlanych

stosuje się również inną metodę. Polega ona na badaniu opłacalności ko

lejno: pierwszego zabiegu wybranego arbitralnie, następnie pierwszego za
biegu łącznie z drugim, pierwszego łącznie z drugim i trzecim itd. Zapewnia
to wprawdzie prawidłowy wynik końcowy zmniejszenia zużycia energii, lecz
również nie otrzymuje się porównywalnych wskaźników opłacalności cha
rakteryzujących poszczególne zabiegi.

Metoda podana w [69] polega na poszukiwaniu takiej umownej wartości

zużycia energii

która pozwoliłaby jednakowo traktować oszczędności

energii wynikające z realizacji różnych zabiegów

tzn. bez uprzy

wilejowania wynikającego z wcześniejszej ich realizacji. Taką umowną
wartość zużycia energii proponuje się zdefiniować, zapisując bezwzględne
zmniejszenie zużycia energii w całym przedsięwzięciu w postaci relacji:

-AE =

(200)

URN

;=1

gdzie:

- umowna wartość zużycia energii

dane przed

sięwzięcie,

- względne zmniejszenie zużycia energii w

zabiegu,

- liczba zabiegów w danym przedsięwzięciu.

Analiza przeprowadzona w [69] pozwoliła ustalić, że zmniejszenie zużycia

energii związane z i-tym zabiegiem określa wzór:

(201)

Wzór

daje możliwość obliczenia, zgodnie z metodą podaną w [69],

bezwzględnych wartości zużycia energii uzyskiwanych w wyniku realizacji
poszczególnych zabiegów tworzących dane przedsięwzięcie. Wartości te
mogą być wykorzystane do obliczenia oszczędności kosztów energii, a na
stępnie do określenia wskaźników opłacalności charakteryzujących po
szczególne zabiegi.

Opracowana metoda obliczania oszczędności zużycia energii w zbiorze

zabiegów wzajemnie zależnych, wchodzących w skład przedsięwzięcia mo
dernizacyjnego zapewnia niezależność wyznaczania efektów cząstkowych od
kolejności realizacji zabiegów. Opracowana zależność

umożliwia obli

czenie bezwzględnych oszczędności energii w poszczególnych zabiegach.

Wskaźniki opłacalności określone dla poszczególnych zabiegów na podsta
wie tak obliczonych oszczędności energii są w pełni porównywalne.

Proponowana metoda może być wykorzystana w obliczeniach wykony

wanych w analizach opłacalności zbioru zabiegów wchodzących w skład
przedsięwzięć modernizacyjnych usprawniających użytkowanie energii.

9.4. Poszukiwanie ekonomicznie uzasadnionej grubości

izolacji cieplnej w istniejących przegrodach budowlanych

9.4.2. Wprowadzenie

Różnorodność zastosowań izolacji cieplnych w obiektach budowlanych

sprawia, że ich rozmiary - szczególnie grubość warstwy izolacji - powinny
spełniać stawiane im wymagania techniczne. Istotne są również wymagania

ekonomicznej opłacalności izolacji cieplnych w określonych warunkach. W
celu ustalenia odpowiedniej grubości warstwy materiału izolacyjnego jest
niezbędne uwzględnienie wymagań i warunków omówionych szczegółowo w

[53].

Można wyróżnić kilka sposobów postępowania przy projektowaniu mo

dernizacji izolacji cieplnej w przegrodach budowlanych i instalacjach [53,
57]:

• nałożenie izolacji jedno- lub wielowarstwowej na rurociąg nowy lub

istniejący nie posiadający izolacji,

• demontaż istniejącej izolacji cieplnej znajdującej się w złym stanie

technicznym i zastąpienie jej przez całkowicie nową izolację,

• nałożenie warstwy nowej izolacji cieplnej na izolację istniejącą znajdu

jącą się w dobrym stanie technicznym.

Rys.

Przegroda po usunięciu istniejącej izolacji

nowej jej warstwy

1 - ściana bez izolacji, 2 - warstwa nowej izolacji

Pierwsza możliwość, która zachodzi przy projektowaniu izolacji nowej

lub przy jej braku w rozpatrywanej przegrodzie (rys. 19), jest najkorzyst
niejsza z punktu widzenia opłacalności, ponieważ obliczenia oszczędności
ciepła i kosztów ciepła są prowadzone w odniesieniu do rurociągu nie wy
posażonego w izolację. Druga możliwość, sprowadzająca się do usunięcia
resztek starej izolacji cieplnej i zastąpienie jej nową, wymaga oceny strat
ciepła przy izolacji istniejącej, co może wiązać się z koniecznością pomiarów

jej izolacyjności cieplnej. Również często są podejmowane decyzje o zwięk

szeniu izolacyjności cieplnej przegród w celu dostosowania jej do obecnych
bardziej rygorystycznych standardów (rys. 20). Trzecia możliwość, polegają
ca na wykorzystaniu istniejącej izolacji cieplnej przegród (rys.

ma miej

sce wtedy, gdy projektowane jest podwyższenie parametrów (temperatury)

przesyłanego nośnika ciepła, natomiast istniejąca izolacja cieplna jest w
dobrym stanie technicznym. Wykorzystanie istniejącej izolacji cieplnej rów
nież wymaga pomiarów strat ciepła przez przegrody lub wykonania sza
cunkowych obliczeń jej izolacyjności cieplnej. W przypadku drugim i trze
cim oszczędność ciepła i związana z tym oszczędność kosztów eksploatacji
powinna być obliczona z uwzględnieniem strat ciepła przez przegrodę przy
istniejącej izolacji cieplnej. W obliczeniach oszczędności kosztów energii
należy uwzględnić przewidywaną różnicę kosztów ciepła przed moderniza
cją, które były wynikiem skuteczności działania istniejącej izolacji, i po

wykonaniu modernizacji uwzględniającej izolacyjność cieplną izolacji pro

jektowanej.

9.4.2. Analiza ekonomiczna w projektowaniu modernizacji

izolacji cieplnej

Rozpatrywanie izolowania systemu cieplnego jako odrębnego zagadnie

nia obliczeniowego jest uzasadnione szczególnie wtedy, gdy projektuje się
modernizację instalacji w części dotyczącej wymiany izolacji cieplnej znisz
czonej wieloletnim użytkowaniem. Renowacja systemu może wówczas pole
gać głównie na wyposażeniu go w nową izolację wykonaną przy zastosowa
niu nowoczesnych technik izolacyjnych. Przedmiotem analizy jest w takim
przypadku jedynie izolacja cieplna i jej efektywność energetyczna.

Przy projektowaniu modernizacji izolacji cieplnych analiza opłacalności

ekonomicznej może być stosowana jako narzędzie do rozwiązywania nastę
pujących zadań:

- badania opłacalności przedsięwzięć usprawniających użytkowanie

energii związanych ze stosowaniem izolacji,

- porównania kilku wariantów usprawnienia w celu dokonania wyboru

najkorzystniejszego ekonomicznie rozwiązania,

- określenia ekonomicznie uzasadnionych rozmiarów izolacji.
W obiektach budowlanych izolacje cieplne są stosowane w wielu urzą

dzeniach, wymiennikach ciepła, przewodach i przegrodach budowlanych.
Zagadnienie wymiarowania izolacji cieplnej można rozpatrywać jako zagad
nienie optymalizacji, które uwzględniałoby izolowanie wszystkich elemen
tów systemu. Zgodnie z aktualnie obowiązującymi kryteriami oceny jako
funkcję celu można zastosować efekt finansowy osiągany w wyniku stoso

wania izolacji cieplnej mierzony wartością bieżącą netto NPV, zdefiniowaną
w [129,147]:

NPV

(202)

t=\

gdzie:

- mnożnik dyskontujący [129,147],

- przepływy pieniężne zdefiniowane według

- okres eksploatacji izolacji [53].

Podobnie j a k w analizie opłacalności przedsięwzięć inwestycyjnych,

wartość bieżąca netto NPV może stanowić najbardziej uniwersalną funkcję
celu, której maksymalizacja ma zastosowanie do określania wymiarów izo
lacji cieplnych. Warunek maksymalizacji NPV można sformułować nastę
pująco:

NPV

g =

(203)

Stosowanie wartości bieżącej netto

funkcji celu w obliczeniach

ekonomicznej opłacalności ma pewne ograniczenia [53, 147]. Na przykład,

wielkość ta nie może być stosowana do porównywania opłacalności wyni
kającej z zastosowania różnych konstrukcyjnie i materiałowo izolacji ciepl
nych. W takich przypadkach pewniejsze jest zastosowanie

war

tości bieżącej

zdefiniowanego w

147], wyrażającego wartość bie

żącą netto, uzyskiwaną z jednostki pieniężnej zainwestowanej w dane
przedsięwzięcie. Wskaźnik NPVR powinien być stosowany do wyboru
nomicznie uzasadnionego wariantu izolacji, np. przy różnych sposobach
prowadzenia przewodów. Do określenia optymalnych wymiarów izolacji
danego rodzaju natomiast bardziej przydatna jest wartość bieżąca netto
NPV.

Z rozpatrywanych wariantów rozwiązań konstrukcyjnych izolacji ciepl

nych należy wybrać to rozwiązanie, które charakteryzuje się wyższą warto
ścią wskaźnika NPVR. Warunek wyboru ekonomicznie uzasadnionego wa
riantu rozwiązania można zapisać w postaci:

NPVR

max

wariant optymalny. (204)

9.4.3. Ogólne sformułowanie problemu optymalizacji izolacji cieplnej
w instalacji

Ogólnie problem optymalizacji w rozpatrywanym przypadku sprowadza

się do zdeterminowanego zadania programowania nieliniowego, które mo
głoby być sformułowane jak niżej [175].

W obszarze dopuszczalnym F

przestrzeni E poszukuje się

maksimum

gdzie:

(205)

jest funkcją n-zmiennych

Zmienne x określające zagadnienie spełniają ograniczenia, których zbiór

może być zapisany jako:

i =

(206)

W rezultacie zadaniem projektanta instalacji jest wyznaczenie maksi

mum funkcji

na zbiorze określonym przez ograniczenia (207). Punkt

określony wektorem

e F, w którym funkcja celu

osiąga maksimum,

określa rozwiązanie optymalne (punkt optymalny).

Każdy punkt x spełniający wszystkie ograniczenia określone warunkami

(206) nazywa się punktem dopuszczalnym. Zbiór wszystkich punktów
spełniających warunki (206) nazywa się zbiorem rozwiązań dopuszczalnych

F. Przy czym zakłada się, że zbiór F nie jest pusty, tzn. F

0. Z matema

tycznego punktu widzenia optymalizacja wymiarów izolacji w instalacji

160

przemysłowej polega na znalezieniu warunkowego ekstremum funkcji celu

Rozwiązanie takiego zagadnienia, poza bardzo wyjątkowymi prostymi

przypadkami, nie daje się uzyskać metodą rachunku różniczkowego.

Jedną z efektywnych metod modelowania matematycznego jest metoda

dekompozycji, polegająca na podziale zadania optymalizacyjnego na podza-
dania rozwiązywane oddzielnie, a następnie podlegające koordynacji. Przy
dekompozycji istotny jest stopień spójności systemu, który ma znaczenie
przy definiowaniu zadania koordynacyjnego. Podstawową trudnością poja
wiającą się przy podziale globalnego zadania optymalizacyjnego na zadania
cząstkowe jest znalezienie kryterium optymalizacyjnego dla każdego pod

systemu. Trudność ta wynika zwykle z powiązań istniejących pomiędzy

podsystemami.

W rozpatrywanym systemie (instalacji) jesteśmy zainteresowani jedynie

optymalizacją izolacji cieplnej projektowanej dla całego systemu. Z punktu
widzenia poszukiwania optymalnego rozwiązania globalnego mogą mieć
znaczenie powiązania pomiędzy podsystemami, polegające na możliwości
uzyskiwania różnych oszczędności energii przez wynikające z zaangażowa
nia w poszczególnych podsystemach tych samych nakładów finansowych.
Może to wynikać z różnych parametrów nośnika ciepła w podsystemach lub
też konieczności zastosowania, ze względu na wymagania techniczne, róż
nych materiałów izolacyjnych o zróżnicowanych kosztach jednostkowych.

Jednakże również w przypadku istnienia wymienionych wyżej powiązań,

dekompozycja zadania globalnego na podzadania może stanowić efektywną
procedurę obliczeniową. Postępowanie polega na określeniu optimów cząst
kowych dla podzadań, a następnie wykorzystaniu zmiennych decyzyjnych
określających optima cząstkowe do rozpoczęcia poszukiwania optimum
globalnego.

Większość zadań optymalizacyjnych w projektowaniu izolacji cieplnej

systemów charakteryzuje się łatwością rozbicia na podzadania, co wynika z
addytywności wielkości decydujących o NPV. Jak wynika z definicji, war
tość NPV dla całego zadania może być określona jako suma składników
NPVj charakteryzujących poszczególne podsystemy, rta które podzielono
całe zadanie, biorąc pod uwagę:

- parametry nośnika ciepła,
- wymagania stawiane materiałom izolacyjnym w każdym z podsyste

mów,

- rodzaj, kształt i wymiary elementów podsystemów.

Formułując funkcję celu NPV można ją zbudować z sumy wielu składni

ków, w skład której wchodzą: zbiorniki, wymienniki ciepła, przewody.

9.4.4. Funkcja celu w projektowaniu izolacji cieplnej

Zwiększanie grubości izolacji cieplnej przyczynia się do zwiększenia

kosztu inwestycyjnego i równocześnie do zmniejszenia kosztu ciepła traco-

161

nego do otoczenia. Zmiana tych dwóch wielkości - przy zwiększaniu grubo
ści - daje podstawę do ustalenia ekonomicznej grubości izolacji, na przy
kład takiej, przy której wskaźnik zysku

wartość maksymalną.

Podstawowym kryterium ekonomicznym, stosowanym przy obliczaniu

grubości izolacji cieplnej był roczny koszt izolacji

lub efekt ekonomicz

ny uzyskiwany w ciągu całego okresu eksploatacji [154]. Roczny koszt izo
lacji uwzględnia z jednej strony odpowiednio zdyskontowany koszt inwesty
cyjny, z drugiej strony roczne koszty eksploatacji związane z zastosowa
niem izolacji, w tym koszt energii jako główny składnik kosztów eksploata
cyjnych. Poszukiwanie ekonomicznie uzasadnionej (optymalnej) grubości
izolacji cieplnej polega na wyborze takiej jej grubości, która spełnia waru
nek minimalizacji rocznych kosztów

lub maksymalizację efektu eko

nomicznego [154].

Przy rozpatrywaniu izolacji cieplnych rurociągów procedura obliczenio

wa jest bardziej

ponieważ nie jest możliwe otrzymanie bezpośred

niej zależności umożliwiającej określenie optymalnej grubości izolacji. Dla
tego powstało wiele szczegółowych procedur obliczeniowych, j a k np. meto
da de Wadin czy VDI [169], omawiane bliżej w [21]. Podstawową wielkością

stosowaną obecnie do oceny ekonomicznej opłacalności przedsięwzięć in

westycyjnych jest wartość bieżąca netto NPV. Określenie optymalnej grubo

ści izolacji cieplnej przy zastosowaniu

na maksymalizacji efektu

finansowego (którego miarą jest wartość NPV) Uzyskiwanego w ciągu całego
założonego okresu eksploatacji.

celu, niezbędna do opisu przed

sięwzięć usprawniających użytkowanie energii, w tym również do zagad
nień omawianych w tej pracy, może być zdefiniowana wzorem (202).

Wartość funkcji celu

zależy od parametrów konstrukcyjnych całego

systemu (wymiary geometryczne, liczba elementów składowych, rodzaj za
stosowanych materiałów, rodzaje i liczba różnych nośników energii oraz ich

parametry). Należy również wziąć pod uwagę zróżnicowanie izolacji wyni
kające z prowadzenia jej w różnych warunkach.

Jako zmienne decyzyjne (zmienne niezależne charakteryzujące izolację w

przemysłowym systemie cieplnym) mogą być wybrane następujące wielko
ści:

- grubość warstw izolacji cieplnej na przewodach transportujących no

śnik ciepła o danych parametrach,

- grubość warstw izolacji na urządzeniach technologicznych, wymienni

kach ciepła, aparatach,

- liczba warstw izolacji cieplnej na każdym z elementów składowych

systemu,

- rodzaj materiału termoizolacyjnego.
Wyboru wariantu projektowanej izolacji cieplnej danego systemu można

dokonać na podstawie wartości bieżącej netto NPV, obliczonej dla całego
okresu eksploatacji instalacji. Spośród możliwych wariantów realizacji wy-

162

biera się ten, który charakteryzuje się największą wartością wskaźnika
NPV, zgodnie z warunkiem (206).

Wartość bieżąca netto NPV proponowana jako funkcja celu składa się w

zasadzie z dwóch członów, wzór (202). Pierwszy z nich wyraża oszczędność
kosztów eksploatacji, których zasadniczą część stanowi oszczędność kosz
tów energii, drugi człon natomiast uwzględnia koszty realizacji inwestycji.

W rezultacie w przeciętnej instalacji przemysłowej pierwszy człon wzoru

(202) jest sumą oszczędności kosztów energii uzyskiwanych w wyniku izo

lowania poszczególnych elementów instalacji budynku, a drugi sumą kosz
tów związanych z wykonaniem izolacji dla tych samych elementów. W
związku z tym, jeżeli cały rozpatrywany system podzielimy na elementy, w
liczbie

wówczas wartość bieżąca netto dla całego systemu jest sumą:

NPV

(207)

7=1

W takim przypadku zagadnienie maksymalizacji funkcji celu NPV może

zastąpione przez maksymalizację wartości (NPV)j charakteryzujących

poszczególne elementy instalacji.

Powyższe rozumowanie jest możliwe do zastosowania jedynie wówczas,

gdy cechy systemu uzasadniają możliwość zastąpienia maksymalizacji ca
łego systemu poszukiwaniem optymalnych rozwiązań dla poszczególnych
elementów. W ogólnym przypadku może istnieć ekstremum globalne, w
którym suma maksymalnych zysków uzyskiwanych dla poszczególnych
elementów nie stanowi

NPV całego systemu. Może się bo

wiem bardziej opłacać zastosowanie izolacji o większej grubości w jednych
elementach, charakteryzujących się np. wyższą temperaturą nośników cie
pła, czy też mogą istnieć warunki umożliwiające zastosowanie tańszych
materiałów izolacyjnych. W takim przypadku poszukiwanie optymalnego
rozwiązania dla całego systemu może być wykonane przez rozwiązanie pro
blemu

określonej wzorem (205).

Należy jednak podkreślić, że przydatność praktyczna określonego w taki

sposób optimum globalnego dla rozpatrywanego systemu może być ograni
czona. Głównym powodem może tu być konieczność spełnienia wielu kryte
riów formułujących wymagania lokalne dotyczące dopuszczalnej tempera
tury powierzchni zewnętrznej przegród. Istotnym ograniczeniem może być
również niemożliwość dokonania wyceny zmiany kosztów eksploatacyjnych

wynikających z określonego sposobu prowadzenia przewodów dostarczają
cych ciepło.

Zbiór ograniczeń zdefiniowany ogólnie w formie warunków (206) powi

nien być podany dla całego systemu, a w przypadku podziału na niezależne
elementy, dla każdego z nich.

163

164

9.4.5. Oszczędność ciepła traconego przez przegrody w instalacji

Z punktu widzenia metodyki obliczania strat ciepła można rozpatrywać:
- płaskie przegrody budowlane,
- przewody transportujące nośniki ciepła,

- urządzenia, dla których obliczanie strat ciepła odbywa się podobnie

jak dla powierzchni płaskich.

Całkowite straty ciepła w systemie można obliczyć jako sumę strat cie

pła poszczególnych elementów, na które można podzielić każdy system.
Straty ciepła w systemie interesują nas nie tylko w celu znalezienia eko
nomicznie uzasadnionych wymiarów izolacji, lecz przede wszystkim w celu
dokonania oceny opłacalności całego przedsięwzięcia, polegającego na wy
mianie istniejącej izolacji na nową lub jej modernizacji (np. pogrubienia).
Dlatego łączne roczne straty ciepła w rozpatrywanym systemie można obli

czyć jako sumę strat ciepła w poszczególnych elementach

(208)

gdzie:

- pole powierzchni zewnętrznej urządzeń, przegród płaskich, wy

mienników ciepła w elemencie i,

- długość odcinków przewodów (cylindrycznych lub prostokątnych)

w elemencie j ,

- roczny czas pracy poszczególnych podsystemów,

- liczba odcinków przewodów o różnych średnicach lub pracują

cych przy różnych parametrach nośnika ciepła,

- liczba urządzeń pracujących w systemie.

Jeżeli rozpatrzymy dwa stany przed modernizacją i po modernizacji,

wówczas wzór (208) można zapisać:

- dla stanu przed modernizacją:

(209)

- podobnie dla stanu po modernizacji:

165

Zmniejszenie zużycia energii w ciągu roku wynikające z różnicy strat

ciepła przed modernizacją

i po modernizacji

może być określona

następująco:

(211)

7=1

Zmniejszenie gęstości strumienia ciepła, gdy element można traktować

j a k przegrodę płaską, można zapisać jako:

(212)

gdzie:

- liczba warstw izolacji cieplnej na powierzchni danego urządzenia,

Zmniejszenie gęstości strumienia ciepła traconego przez powierzchnię

zewnętrzną elementu j, którym może być przewód lub jego odcinek:

Z zapisanych wyżej relacji wynika, że podstawowymi parametrami, na

które może mieć wpływ projektant są następujące:

- grubość poszczególnych warstw izolacji,
- liczba warstw izolacji cieplnej wykonanej z różnych materiałów,
- rodzaj materiału z którego ma być wykonana izolacja.

Zatem łączna liczba zmiennych niezależnych, które należy wziąć pod

uwagę w rozpatrywanej instalacji przemysłowej jest co najmniej równa su
mie

co miałoby miejsce wtedy, gdyby wszystkie izolacje cieplne były

wykonane z pojedynczej warstwy materiału.

9.4.6.

JEDNOPARAMETROWA OPTYMALIZACJA GRUBOŚCI DODATKOWEJ

WARSTWY IZOLACJI CIEPLNEJ

Ograniczono się do analizy kosztów związanych z wykonaniem izolacji

cieplnej oraz zmniejszenia kosztów ciepła wynikającego z zastosowania
izolacji. W najprostszym przypadku, przy stałych rocznych oszczędnościach
kosztów ciepła, wartość bieżąca netto dla większości przegród budowlanych
może być przedstawiona w postaci zależności:

NPV =

(214)

gdzie:

e - koszt jednostki zaoszczędzonej energii,

- wielkość zależna od stopy dyskontowej zdefiniowana w [71],

- początkowy nakład inwestycyjny,

- założony okres eksploatacji izolacji cieplnej.

166

Uwzględniając wartość zmniejszenia zużycia energii

według [57]

otrzymuje się zależność opisującą wartość NPV dla wszystkich omawianych
na wstępie przypadków [57]:

(

NPV

F(T

r J

Zgodnie z wzorem (216) podstawowe zmienne wpływające na wartość

bieżącą netto

przypadku doboru izolacji cieplnej są następujące:

- grubość warstwy materiału izolacyjnego, g,
- czas pracy instalacji w ciągu roku,
- okres (liczba lat) eksploatacji instalacji,

Podstawowe znaczenie ma grubość warstwy izolacji cieplnej. Pozostałe

wielkości wynikają z warunków pracy instalacji i dlatego projektant nie
może mieć istotnego wpływu ani na długość okresu eksploatacji

ani na

czas eksploatacji przegrody w ciągu roku

Poszukiwanie optymalnej grubości dodatkowej izolacji cieplnej

prze

grody polega na poszukiwaniu maksymalnej wartości NPV, co prowadzi do
relacji [53]:

F(T -T Jem dR

(216)

Dalej omówiono przykłady zastosowania wartości bieżącej netto jako

funkcji celu do określania optymalnej, ze względów ekonomicznych, grubo
ści projektowanej izolacji cieplnej. Przedstawiono dwa zastosowania najczę
ściej spotykane w obiektach budowlanych: przegroda płaska i przewód cy
lindryczny

9.4.7. Analiza przebiegu wartości NPV w przypadku przegrody

Nakłady inwestycyjne na wykonanie izolacji cieplnej płaskiej przegrody

można określić wzorem [46]:

(217)

gdzie:

- koszt inwestycyjny jednostki pola powierzchni izolacji niezależny

jej grubości,

- względny przyrost kosztów zmiennych.

Jeżeli istniejąca izolacja mająca opór cieplny

jest zachowana, a na

niej przewidziano nałożenie izolacji dodatkowej o oporze R, wówczas war
tość bieżąca netto jest określona wzorem

Ekonomicznie uzasadniony

opór cieplny dodatkowej warstwy izolacji wynika z wzoru:

(218)

Na rysunku 22 zamieszczono przebieg zależności NPV = f(R). Krzywa cha

rakteryzuje się maksymalną wartością NPV odpowiadającą optymalnej

wartości oporu cieplnego dodatkowej warstwy izolacji R

określonej wzo

rem (218). W przedziale

wartość NPV jest większa od zera i w tym

zakresie należy poszukiwać ekonomicznie uzasadnionych wymiarów izola
cji.

Rys. 22. Wartość bieżąca netto w funkcji oporu cieplnego dodatkowej warstwy izolacji;

wartość NPVo jest ujemna

W przypadku, gdy istniejąca izolacja cieplna jest usuwana całkowicie,

oszczędność ciepła wynika z różnicy oporów cieplnych izolacji przed moder
nizacją i po jej wykonaniu, natomiast koszt inwestycyjny określony jest dla
całkowitego oporu cieplnego izolacji nowej. Inaczej, istniejąca izolacja ciepl
na, aczkolwiek nieprzydatna przy modernizacji izolacji cieplnej, jest
uwzględniana przy obliczaniu efektów oszczędnościowych, nie jest nato
miast uwzględniana przy obliczaniu oszczędności kosztów ciepła. Wynika
stąd, że opłacalność przedsięwzięcia w tym przypadku powinna być mniej

167

korzystna dla inwestora. Istniejąca izolacja cieplna mimo, że została zakwa
lifikowana do usunięcia ze względu na zły stan techniczny, miała swój
udział w zmniejszeniu strat ciepła i tym samym w zmniejszeniu przewidy

wanych oszczędności kosztów energii.

Na rysunku 23 zamieszczono porównanie przebiegu krzywych ilustrują

cych wartość bieżącą

funkcji dodatkowego oporu cieplnego R izolacji

dla rozpatrywanych wcześniej trzech przypadków modernizacji. Z przebiegu
krzywych wynika, że najkorzystniejszy jest przypadek 1, to znaczy nałoże
nie izolacji na przegrodę, która poprzednio nie była wyposażona w izolację.
Świadczą o tym uzyskiwane wyższe wartości

Przy nakładaniu war

stwy izolacji dodatkowej na izolację istniejącą (krzywa 2) wartość

jest mniejsza i jest uzyskiwana przy mniejszej grubości izolacji. Natomiast

w przypadku trzecim (krzywa 3), w którym izolacja istniejąca jest usuwana
i nakładana jest nowa warstwa izolacji, przedsięwzięcie jest najmniej ko
rzystne spośród trzech rozpatrywanych przypadków.

Opór cieplny warstwy izolacji

Rys. 23. Porównanie przebiegu krzywych NPV = f(R ) przy modernizacji przegrody w przypadku

nałożenie warstwy izolacji w przegrodzie nie mającej izolacji, 2 - nałożenie dodatkowej

warstwy izolacji na izolację istniejącą, 3 - usunięcie izolacji istniejącej i nałożenie nowej

Dla przegrody płaskiej pochodne w relacji

można przedstawić jako:

oraz

(219)

168

i po ich uwzględnieniu otrzymuje się optymalną grubość warstwy izolacji

wyrażoną wzorem:

(220)

Zgodnie z wzorem

optymalna grubość warstwy izolacji cieplnej za

leży od wielu czynników. Do podstawowych należą: temperatura nośnika
ciepła, współczynnik przewodzenia ciepła materiału izolacyjnego, jednost
kowy koszt ciepła, koszt wykonania izolacji cieplnej przegrody, okres eks
ploatacji instalacji w ciągu roku, przewidywany okres (liczba lat) eksploata
cji izolacji, kształtowanie się jednostkowych kosztów energii w stosunku do

kosztów innych towarów na rynku.

Rys. 24. Wartość bieżąca netto w funkcji grubości dodatkowej warstwy izolacji cieplnej

w przegrodzie płaskiej ;

T-

czas pracy instalacji w ciągu roku

Na rysunku 24 pokazano zależność wartości bieżącej netto NPV od gru

bości g dodatkowej

izolacji cieplnej. Krzywą NPV = f(g)

169

maksimum określające grubość izolacji cieplnej, przy której otrzymuje

się maksymalny zysk wynikający z zastosowania izolacji, mierzony odpo

wiadającą temu punktowi wartością NPV. Zwiększenie nakładów inwesty
cyjnych przy zwiększaniu grubości wpływa na zmniejszenie kosztów pono
szonych na energię (lub wzrost oszczędności kosztów energii). Należy pod
kreślić, że czas r pracy instalacji w ciągu roku wpływa bardzo istotnie na
położenie punktu maksymalnego na krzywej

(rys. 24). Im dłuższy

jest czas r, tym większa jest optymalna grubość warstwy izolacji cieplnej.

Zwiększeniu ulega również

osiągany podczas całego okresu eksploata

cji izolacji.

Krzywa 2 na rysunku 25 została wykonana przy uwzględnieniu obciąże

nia kosztów ciepła dodatkowymi kosztami ponoszonymi na opłatę za szko
dy ekologiczne wywołane spalaniem węgla (ciepło jest wytwarzane w cie
płowni węglowej). Uwzględnienie kosztów szkód ekologicznych wykonano

zgodnie z [46]. Krzywa 2 uzasadnia istniejące tendencje do stosowania izo
lacji cieplnych o większej grubości, co jest m.in. uzasadnione uwzględnie
niem dodatkowych kosztów wynikających ze szkód ekologicznych powodo
wanych użytkowaniem paliw kopalnych.

Rys. 25. Wartość bieżąca netto w funkcji oporu cieplnego dodatkowej warstwy izolacji cieplnej w

przegrodzie

przy różnych wartościach

170

9.4.8. Początkowa izolacyjność przegrody

Wprowadzono wielkość bezwymiarową

określającą początkowy stan

techniczny (izolacyjność cieplną) rozpatrywanej przegrody, zdefiniowaną
następująco

(221)

gdzie graniczny opór cieplny poszukiwanej izolacji:

Mnożnik

określa stan techniczny izolacji cieplnej istniejącej przegrody,

wyrażający jej izolacyjność cieplną. Uwzględnia on, np. zmniejszenie izola
cyjności przegrody na skutek częściowego zużycia lub występowania proce

sów starzenia zastosowanych materiałów izolacyjnych. Mnożnik ten może
również uwzględniać różnice standardów w izolowaniu instalacji cieplnych
obowiązujących obecnie i w przeszłości.

Na rysunku 25 pokazano wpływ początkowej izolacyjności

prze

grody na przebieg krzywej wyrażającej wartość bieżącą netto w funkcji opo
ru cieplnego dodatkowej warstwy izolacji Przy mniejszym początkowym
oporze cieplnym przegrody, wyrażonym mniejszą wartością mnożnika
zwiększa się maksymalna wartość NPV oraz rozszerza się obszar oporów

dodatkowej warstwy izolacji, w którym wartość NPV jest większa od zera.

Ze wzrostem izolacyjności początkowej, wyrażonej wartością mnożnika

się zakres opłacalności - wynikającej z zastosowania dodatkowej

izolacji - do przegród mających izolację o coraz gorszym stanie technicz
nym.

Jak wynika z rysunku 25 istnieje możliwość znalezienia przybliżonej

maksymalnej początkowej wartości oporu cieplnego izolacji istniejącej

(lub

powyżej której modernizacja nie jest opłacalna. W tym celu war

tość bieżącą netto NPV można wyrazić w funkcji Cl i żądać spełnienia wa
runku:

(223)

Na rysunku 25 zaznaczono punkt określający

(lub

spełniający

warunek (223).

W przypadku nakładania izolacji cieplnej na przegrodę nie mającą izola

cji wykorzystując wzór

po podstawieniu R =

Po wykorzystaniu

tego wzoru warunek (223) przyjmuje postać

171

j a k koszt stały /o odniesiony do jednostki powierzchni lub długości oraz

mnożnik kosztu zmiennego

Uwzględnia też oszczędność kosztów energii

możliwą do uzyskania przy danej izolacji, co wyraża różnica temperatur i
koszt jednostkowy energii.

Wartość

może służyć do wstępnej oceny opłacalności izolowania

przegrody o danej początkowej izolacyjności określonej wartością

Jeżeli

spełniony jest warunek:

(227)

wówczas uzasadnione jest przeprowadzenie szczegółowej analizy opłacalno

ści.

9.4.9. Analiza przebiegu NPV dla przewodu o przekroju

cylindrycznym

Wykorzystując wzór

można przeprowadzić analizę wpływu różnych

wielkości na grubość warstwy izolacji cieplnej przewodów transportujących
nośniki energetyczne. Dalej omówiono zastosowanie wartości bieżącej netto
do obliczania NPV jako funkcji celu do ustalenia optymalnej grubości war
stwy izolacji cieplnej. W tym wypadku nie jest możliwe bezpośrednie wy
znaczenie wartości

ponieważ pochodna

względem czasu jest bardziej

uwikłana niż miało to miejsce dla przegród płaskich.

Gdy warstwa izolacji cieplnej jest wykonana z mat wełny mineralnej lub

szklanej, wówczas nakład inwestycyjny można określić mając objętość mat

zużytej wełny mineralnej, która posłużyła do wykonania izolacji. W prakty
ce biur projektowych szerokość mat mierzy się obwodem zewnętrznej po
wierzchni rurociągu po nałożeniu izolacji cieplnej (a nie według średniej
średnicy izolacji). Uwzględniając powyższe, powierzchnia zużywanych mat
do wykonania izolacji rurociągu o długości L wynosi

)L, mierzona

według zewnętrznego obwodu po zaizolowaniu. Zatem nakład inwestycyjny
na wykonanie izolacji wyniesie:

J =

+ 2g)g], (228)

gdzie:

- średnica wewnętrzna warstwy izolacji cieplnej,

K - mnożnik charakteryzujący straty materiału izolacyjnego podczas

wykonania,

- koszt jednostki objętości warstwy materiału izolacyjnego wraz z

robocizną i materiałami pomocniczymi.

Na podstawie wzoru (228) i oporu cieplnego przegrody R można określić

pochodne:

173

dJ_

(229)

Wykorzystując relację

oraz wzory (229), otrzymuje się wyrażenie,

które umożliwia obliczenie optymalnej grubości warstwy izolacji cieplnej
przegrody metodą kolejnych przybliżeń:

(230)

Krzywą NPV =

(27), charakteryzuje maksimum odpowiadające okre

ślonej grubości warstwy izolacji. Można również mówić o istnieniu opty
malnej grubości izolacji dla każdej krzywej. Poszczególne krzywe otrzymano
przy różnym czasie eksploatacji r. Przy krótkim czasie eksploatacji r w cią
gu roku optymalna grubość

ma małe wartości i zwiększa się przy

wzroście czasu r. Najwyżej położona krzywa na rysunku 27
ciągłą pracę izolacji.

Rys. 27. Poszukiwanie optymalnej grubości warstwy

cieplnej rurociągu

T - czas pracy instalacji w ciągu roku, g' - grubość izolacji, przy której temperatura

po

wierzchni zewnętrznej osiąga wartość dopuszczalną

174

Linia przerywana na rysunku 27 pokazuje punkty na krzywych, odpo

wiadające najwyższej dopuszczalnej temperaturze powierzchni zewnętrznej
izolacji, której wartość nie powinna być przekroczona z uwagi na bezpie
czeństwo pracy. Oznacza to, że istnieje konieczność zastosowania izolacji o
takiej grubości warstwy, która pozwoli na uzyskanie odpowiednio niskiej
temperatury. Przy krótkim czasie wykorzystania instalacji w ciągu roku
grubość izolacji podyktowana koniecznością uzyskania niskiej temperatury
powierzchni zewnętrznej jest znacznie wyższa od jej wartości optymalnej.

To znaczy uzyskanie maksymalnego zysku wynikającego z oszczędności

kosztów energii nie jest wtedy możliwe, ponieważ w takim przypadku zasto
sowanie zbyt małej grubości warstwy izolacji

spowodowałoby wyż

szą, niż wymagana względami bezpieczeństwa, temperaturę powierzchni

zewnętrznej.

Rys. 28. Porównanie wartości bieżącej netto dla dwóch różnych materiałów izolacyjnych [47]

a - wełna mineralna, b -pianka poliuretanowa nakładana metodą bezpośredniego natrysku

Przy zwiększaniu temperatury nośnika ciepła zwiększa się grubość sto

sowanej izolacji, ale mimo to oszczędność kosztów energii jest tak duża, że
krzywa NPV = f(g) ma, w szerokim zakresie grubości izolacji g, przebieg

175

10. PODSUMOWANIE

10.1. Wnioski

W pracy przedstawiono metodykę wykonywania analiz energetyczno-

ekologicznych obiektów budowlanych w pełnym cyklu ich istnienia. Uza
sadniono konieczność systemowego

w wykonywaniu takich ana

liz, realizowanych głównie podczas projektowania, kiedy podejmuje się pod
stawowe decyzje odnoszące się do projektowanych obiektów. Zdefiniowano
pojęcie systemu ekologiczno-przemysłowego, który obejmuje obiekt bu
dowlany we wszystkich fazach jego cyklu istnienia oraz w sposób ogólny
sformułowano zagadnienie wielokryterialnej optymalizacji takiego systemu.

Analiza

bada oddziaływanie systemu ekologiczno-

przemysłowego na środowisko, rozpatrując wykorzystanie zasobów natural
nych i powstawanie zanieczyszczeń jako funkcje celu w zagadnieniu opty
malizacyjnym. Opracowano zależności umożliwiające określenie:

Opracowane zależności mogą być wykorzystane jako funkcje celu w wie

lokryterialnej analizie do poszukiwania optymalnego rozwiązania obiektu
nowego lub modernizacji obiektu istniejącego, wspomagając procesy pro

jektowania.

W zastosowaniach metodyki do określania skumulowanej emisji zanie

czyszczeń w pełnym cyklu istnienia zdefiniowano równoważną emisję za
nieczyszczeń. Zaproponowana definicja daje możliwość uwzględnienia
udziałów emisji różnych substancji (o zbliżonym charakterze oddziaływania
na środowisko) w jednym zintegrowanym wskaźniku. Zdefiniowano również

wskaźnik skumulowanej równoważnej emisji zanieczyszczeń, uwzględniają
cy emisje powstające w wyniku przetwarzania paliw, łącznie z emisją pod
czas pozyskania i transportu paliw kopalnych. Opracowano metodę układu
równań bilansowych do określania wskaźników skumulowanej emisji za
nieczyszczeń i skumulowanego zużycia wody dla pojedynczego wyrobu.

Praktyczną przydatność podanych w pracy zależności sprawdzono na

przykładzie obliczeniowym wykonanym dla obiektu mieszkalnego. Wyko-

177

rzystując wartości liczbowe podane w innych pracach opracowano zależ
ność

wyrażającą jednostkowe skumulowane zużycie energii w

pełnym cyklu istnienia obiektów w funkcji eksploatacyjnego wskaźnika
zużycia energii.

W pracy omówiono również wybrane problemy z zakresu analizy ener

getyczno-ekologicznej, występujące przy rozpatrywaniu modernizacji ist
niejących obiektów budowlanych. Zamieszczono prosty przykład wykorzy
stania skumulowanego zużycia energii i skumulowanej emisji zanieczysz
czeń w analizie

przegrody zewnętrznej obiektu. Rozpa

trzono zasadność zwiększania grubości dodatkowej warstwy izolacji cieplnej
przy termomodernizacji obiektu, poszukując ekonomicznie uzasadnionej
grubości izolacji cieplnej przegrody zewnętrznej.

Opracowano metodykę obliczania energetycznych efektów modernizacji

obiektu budowlanego uzyskiwanych w wyniku realizacji przedsięwzięcia
modernizacyjnego, składającego się ze zbioru zabiegów wzajemnie zależ
nych i niezależnych. Zastosowanie uzyskanych zależności w analizach
opłacalności przedsięwzięć modernizacyjnych zapewnia porównywalność
wskaźników opłacalności poszczególnych zabiegów. Opracowana metodyka
została wykorzystana przez innych autorów w analizach opłacalności mo
dernizacji oświetlenia budynków przemysłowych i w analizach zbiorów
usprawnień użytkowania energii w procesach przemysłowych.

W dziedzinie inżynierii środowiska obiektów budowlanych

pra

ca wnosi następujące nowe elementy:

- określenie zakresu analizy energetyczno-ekologicznej obiektu budow

lanego,

- podejście systemowe w analizach energetyczno-ekologicznych obiek

tów,

- metodykę określania skumulowanego zużycia zasobów energetycznych

i nieenergetycznych oraz wody i emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu ist
nienia obiektów budowlanych,

- wkład do rozwoju metodologii analiz w pełnym cyklu istnienia,
- metodykę obliczania efektów energetycznych występujących przy reali

zacji zbioru zabiegów w przedsięwzięciach modernizacyjnych,

- metodykę układu równań bilansowych określania wskaźników sku

mulowanej emisji zanieczyszczeń i skumulowanego zużycia wody dla poje
dynczych wyrobów.

Praca może również wpłynąć na ukierunkowanie dalszych prac w dzie

dzinie analiz energetyczno-ekologicznych obiektów budowlanych obejmują
cych pełny cykl istnienia.

178

10.2. Możliwości zastosowania metody

analiz energetyczno-ekologicznych

Przedstawiona metodyka może być wykorzystana do badania możliwości

zmniejszenia zużycia zasobów naturalnych energetycznych i nieenergetycz
nych oraz emisji zanieczyszczeń, w projektowaniu nowych obiektów bu

i w modernizacji obiektów istniejących. Poza pojedynczymi

obiektami i grupami obiektów, metodyka może być stosowana do ocen mo
gących mieć wpływ na kreowanie polityki energetycznej. W tym celu meto
dę można zastosować do grup obiektów budowlanych nowo wznoszonych
lub modernizowanych na terenie całego kraju.

W szczególności analiza może mieć zastosowanie tam, gdzie można

uwolnić się od presji

opłacalności ekonomicznej w skali makro

ekonomicznej przy występowaniu potrzeby dbałości o efekty ekologiczne.
Mogłoby to dotyczyć wykorzystania jej w badaniach wykonywanych w skali
makroekonomicznej w zakresie:

- skutków w dużej skali wynikających z określonych regulacji prawnych

w budownictwie,

przydatności wprowadzanych nowych systemów budowlanych,

- oceny planów budowy zbiorów obiektów w określonej lokalizacji.

Ułatwieniem w zastosowaniach metodyki do badań w skali makroeko

nomicznej mogą być decyzje podejmowane w tym zakresie na szczeblu
centralnym. W przypadku stosowania analizy do zagadnień w skali makro
ekonomicznej ujęcie przedstawione w pracy może stanowić punkt wyjścia
do opracowania bardziej złożonych modeli odnoszących się do wspomnia
nych zagadnień. Ułatwieniem mogą być decyzje podejmowane w tym zakre
sie na szczeblu centralnym.

Przydatne staje się wykorzystanie opracowanej metody analiz energe

tyczno-ekologicznych do określania charakterystyk energetycznych i ekolo
gicznych wyrobów i obiektów budowlanych. Może być również wykorzysta
na w analizach energetyczno-ekologicznych wyrobów przemysłowych roz
patrywanych w pełnym cyklu ich istnienia. Istotnym zastosowaniem meto
dyki może być jej wykorzystanie w analizach porównawczych wykonywa
nych dla różnych wyrobów spełniających te same funkcje w obiektach bu
dowlanych, urządzeniach i instalacjach w przemyśle i energetyce.

Szczególnym obszarem możliwości wykorzystania metodyki analiz ener

getyczno-ekologicznych w pełnym cyklu istnienia byłoby jej powiązanie z
gospodarowaniem w zamkniętym systemie przepływu materiałów. Sposób
podejścia stosowany przy rozpatrywaniu gospodarki w systemie zamknię
tym, czyli dążenie do minimalizacji wykorzystywanych zasobów środowiska
i minimalizacji ilości powstających odpadów, w dużym zakresie pokrywa się

z przedstawioną w tej pracy metodyką wykonywania

energetyczno-

ekologicznych obiektów w pełnym cyklu istnienia.

LITERATURA

[1] ADALBERTH K.: Energy demand during the Life Cycle of a Building.

"Energy and Mass Flow in Life Cycle of Buildings" International Sym

posium of CIB W 6 7 , Technical University, Vienna 4-10 August 1996

[2] ADALBERTH K.: Energy use during the Life-Cycle of Buildings: a Met

hod.

and Environment", vol. 32 No 4 1997 pp 317-320

[3] ADALBERTH K.: Energy use during the Life-Cycle of Single Unit Dwel

lings: Examples. "Building and Environment" vol. 32, No 4 1997 pp
321-329

[4] AMATRUDA J., BOBENHAUSEN W.: A Practical Assessment Procedure for

Specifying Environmentally-Sustainable Building Materials. Conferen
ce Proceedings "Green Building

vol. 1, p. 187, 26-28

October Vancouver Canada

[5] BIBROWSKI S. red.: Energochłonność skumulowana. Państwowe W y

dawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

[6]

P., GUSTAVSSON L.: Greennhouse Gas Emission from Bu

ilding Construction in a Life Cycle Perspective - Wood or Concrete Bu
ildings? Proceedings of the ACEE Summer Study on Eneregy Efficien
cy in a Competitive Environment. The American Council for an Energy
Efficient Economy, Washongton, DC and Berkelay, California 1998

[7] BOUSTEAD I., HANCOCK G.F.: Handbook of Industrial Energy Analysis.

Ellis Horwood Publishers, Chichester, West Sussex 1979

[8] BOUSTEAD I.: Life-Cycle Assessment: An Overview. "Energy World",

1995

[9] BUCHANAN H.A., HONEY G.B.: Energy and carbon dioxide implications

building construction. "Energy and Buildings", 1994 nr 20

[10] BRAUN W.: Energiesparen mit hochdammende Fassaden. "Bauphysik"

15 (1993)

3 , s.86-89

CHWIEDUK D.: Najnowsze tendencje w budownictwie energooszczęd

nym - Izolacje transparentne. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentyla
cja" 1995, nr 9

[12] CHWIEDUK D.: Kierunki rozwoju budownictwa niskoenergetycznego.

Konferencja Naukowo-Techniczna "Problemy Projektowania, Realizacji
i Eksploatacji Budynków o Niskim Zapotrzebowaniu na Energię"
ENERGODOM'98, Kraków 14-17 październik 1998

180

[13] COLE R., KERNAN P.C.: Life cycle Energy Use in Office Buildings. "Buil

ding and Environment", vol. 31 No 4 July 1996

[14] COLE R.: Using Life-Cycle Assessment as a Basis for Decision Making

in Building Design. Proceedings

TG-8 International Research

Workshop, Instytut Techniki Budowlanej Warszawa 7-8 October 1996

[15] COLE R., Larsson N . :

General Framework for Building Performance

G B C 9 8 . Opracowanie wykonane w ramach projektu Gre

en Building

University of British Columbia, Vancouver

Canada, March 1998

[16] COLE R., LARSSON N.:

Assessment Manual, Volume 2. Office

Buildings, vol 3 Schools, vol 4 Multi-Unit Residential Buildings.
Opracowanie wykonane w ramach projektu Green Building Challane-

University of British Columbia, Vancouver Canada, March 1998

[17] CORNELISSEN R., MARQUART N.M.,

The value of the exergetic

Life-cycle Assessment besides the LCA. Proceedings of International
Conference on Efficiency Optimisation Simulation and Environmental
Aspects of Energy and Process Systems

June 8-10, Tokyo.

[18] CORSON W.H.: The Global Ecology Handbook. Beacon Press, Boston

1990

[19] CURRAN M.A. et

Life-Cycle Assessment: Inventory Guidelines and

Principles. United States Environmental Protection Agency,
E P A / 6 0 0 / R - 9 2 / 2 4 5 , February 1993

[20] DALLAIRE G.: Zero-energy house: bold, low cost breakthrough that may

revolutionize housing. "Civil Engineering ASCE", May

[21] DANCKAERT

termique industrielle. Technique et Docu

mentation, Paris

[22] DAVIS LANGDON & EVERST - Energy and Environmental Group: Embo

died Energy and Cosequential

in Convection. "Energy and Mass

Flow in Life Cycle of Buildings" International Symposium of CIB W67,

Technical University, Vienna 4-10 August 1996

[23] DEO N.: Teoria grafów i jej zastosowanie w technice i informatyce. Pań

stwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa 1980

[24] DIRECTIVE 9 3 / 7 6 CEE du

Septembre 1993: Emissions de

Efficacite energetique. "Chauffage Vetilation Conditionnement" 1994

6 / 7

[25] DOBACZEWSKI S.: Wybrane

konstrukcyjno-materiałowe

budynków energooszczędnych zrealizowanych w Darmstadt i Płocku.
Konferencja Naukowo-Techniczna "Problemy Projektowania,
i Eksploatacji Budynków o Niskim Zapotrzebowaniu na Energię"

Kraków 14-17 październik 1998

[26] DYREKTYWA Rady wspólnot Europejskich w sprawie zbliżenia ustaw i

aktów wykonawczych Państw Członkowskich dotyczących wyrobów
budowlanych

Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa

1994

181

[27] DOKUMENT Interpretacyjny do Dyrektywy

dotyczącej

wyrobów budowlanych. Wymaganie podstawowe nr: 1 "Nośność i sta

teczność", nr 2 "Bezpieczeństwo pożarowe", nr 3 "Higiena, zdrowie i
środowisko", nr 4 "Bezpieczeństwo użytkowania", nr 5 "Ochrona przed
hałasem", nr 6 "Oszczędność energii i ochrona cieplna". Instytut

Techniki Budowlanej, Warszawa 1994-1996

[28]

Environmental data for selected building elements.

"Construction Technology in

Spring 98 issue 9

[29] ERLANDSON M., LEVIN P., MYHRE L.: Energy and Environmental Con-

of an Additional Wall Insulation of Dwelling. "Building and

Environment" vol. 32, No 2 1997

129-136

[30] EUROPEAN Council for Construction Research, Development and

novation Secretariat, Brussels Newsletter, June 1998 volume 1, Issue
5 "Environmentally Friendly Construction Technologies"

[31]

W.: Passivhauser in Mitteleuropa - Planungshinweise und

"Bauphysik" 16 (1994) Heft 4 s. 106- ...Heft 5

[32] FEIST W.: Life cycle energy balances compared:

house, pas-

sive-house,

house. "Energy and Mass

in Life Cycle

of Buildings" International Symposium of

W67, Technical Univer-

sity, Vienna 4-10 August 1996

[33] FISCHER S.K., FAIRCHILD P.D., HUGHES P.J.: GLOBAL Warming Implica-

tions of Replacing CFCs. "ASHRAE Journal",

1992

[34]

K.F.:

tiepłotechnika

czastiej zda-

nij. Moskwa 1934

[35]

H.:

niektórych właściwościach funkcji celu dla kompleksowej

optymalizacji źródeł ciepła oraz zapotrzebowania ciepła budynku
mieszkalnego. 6 Konferencja Naukowo-Techniczna "Fizyka Budowli w
Teorii i Praktyce", Łódź 1997, s. 57-68

[36] FOSSDAL S.: Energy Consumption and Environmental Impact of Buil

dings in Norway: Life Cycle Assessment.

Energy Conservation

News", issue 22 1995

[37] FROESCHLE L.M., FROESCHLE L.: Environmental Assessment and Spe-

cification of Green Building Materials. Conference Proceedings "Green
Building

vol. 2, p. 103, 26-29 October Vancouver Cana-

da 1998

[38] FROSCH R.A.: Industrial Ecology: Minimizing the Impact of Industrial

Waste.

Today", November 1994

[39] FROSCH R.A., GALLOPOULOS N.E.: Strategies for Manufacturing.

American",

1989

[40] GADOMSKI J.: Analiza wpływu rozwiązań architektonicznych na wiel

kość strat ciepła w budynkach i opracowanie zaleceń w tym zakresie.
Instytut Techniki Budowlanej 1987

182

P.:

pour un

„Revue de

Novembre 1995

[42] GAJ H.: Metodyka liczenia kosztów redukcji emisji gazów cieplarnia

nych. "Ekonomia i Środowisko" 1996, nr

[43] GAJ H.: Metodyka obliczania strat ekonomiczno-ekologicznych.

Paliwami i Energią" 1992 nr 5

[44] GERTIS K.: Verstarkter baulicher Warmeschutz - ein Weg

Verme-

idung der bevorstehenden Klimaveranderung. "Bauphysik", (13)
Heft 5

[45] GÓRZYŃSKI J.: Oszczędność energii w przedsięwzięciach wzajemnie

zależnych i niezależnych. "Gospodarka Paliwami i Energią" 1994 nr 8.

[46] GÓRZYŃSKI J.: Opłacalność termorenowacji budynków przemysłowych.

"Gospodarka Paliwami i Energią" 1992 nr 5

[47] GÓRZYŃSKI J.: Ocieplanie stropodachów budynków przemysłowych

przez natrysk pianką poliuretanową. "Gospodarka Paliwami i Energią"

1992, nr 9.

[48] GÓRZYŃSKI J.: Zanieczyszczenie powietrza wynikające z użytkowania

energii do ogrzewania obiektów budowlanych. XV Konferencja Nauko
wa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN i Komitetu Nauki
"Problemy Naukowo-Badawcze Budownictwa", Krynica 1994

[49] GÓRZYŃSKI J.: Audyting energetyczny obiektów przemysłowych. Fun

dacja Poszanowania Energii, Warszawa 1995

[50] GÓRZYŃSKI J.: Graniczny wskaźnik emisji zanieczyszczeń związanej z

ogrzewaniem budynku. VII Interdyscyplinarna Konferencja Naukowo-

Techniczna, "Ekologia a Budownictwo" Bielsko-Biała

paździer

nik 1995

[51] GÓRZYŃSKI J.: Ocena emisji zanieczyszczeń związanej z zaopatrzeniem

budynków w ciepło. "Prace Instytutu Techniki Budowlanej - Kwartal
nik", Warszawa 1996 z. nr 1

[52] GÓRZYŃSKI J.: Obliczanie oszczędności energii w przedsięwzięciach mo

dernizacyjnych budynków. "Prace Instytutu Techniki Budowlanej -
Kwartalnik", Warszawa 1996 z. nr 2 / 3

[53] GÓRZYŃSKI J.: Przemysłowe izolacje cieplne. Wydawnictwo "SORUS",

Poznań 1996

[54] GÓRZYŃSKI J.: Kryteria ekologicznej oceny budynku z punktu widzenia

zużywanej energii. "Prace Instytutu Techniki Budowlanej - Kwartal
nik", Warszawa 1996 nr 4

[55] GÓRZYŃSKI J.: Obliczanie skumulowanych energetycznych i ekologicz

nych efektów w przedsięwzięciach modernizacyjnych budynków.
"Prace Instytutu Techniki Budowlanej - Kwartalnik", Warszawa 1996
nr 4

[56] GÓRZYŃSKI J.: Obliczanie oszczędności energii w przedsięwzięciach mo

dernizacyjnych budynków. "Prace Instytutu Techniki Budowlanej -
Kwartalnik", Warszawa 1996 nr 2-3 (98)

183

[57] GÓRZYŃSKI J.: Optymalna grubość izolacji cieplnej w istniejących prze

grodach przemysłowych. "Gospodarka Paliwami i Energią" 1996 nr 6

[58] GÓRZYŃSKI J.: Obliczanie oszczędności energii w złożonych przedsię

wzięciach modernizacyjnych. "Gospodarka Paliwami i Energią" 1996,
nr 9

[59] GÓRZYŃSKI J.: Użytkowanie energii w przemyśle i ochrona

Paliwami i Energią" 1997 nr 3.

[60] GÓRZYŃSKI J.: Metodologia wykonywania analiz systemów przemysło

wych na środowisko. "Gospodarka Paliwami i Energią" 1997 nr 7

[61] GÓRZYŃSKI J.: Wpływ racjonalizacji użytkowania energii w budynkach

na zmniejszenie zanieczyszczenia pyłowego i gazowego środowiska.
Praca

nr 8 7 / 3 2 3 8 / N F - 2 0 / 9 5 , Instytut Techniki

Budowlanej, Warszawa 1995

[62] GÓRZYŃSKI J.: Ecological assessment of buildings relevant to building

heating. "Energy and Mass

in Life Cycle of Buildings" Internatio

nal Symposium of

W67, Technical University, Vienna 4-10 August

1996

[63] GÓRZYŃSKI J.: Ekologiczna ocena termomodernizacji przegrody ze

wnętrznej budynku. "Gospodarka Paliwami i Energią" 1997 nr 10.

[64] GÓRZYŃSKI J.: Analiza energetyczno-ekologiczna budynku w pełnym

cyklu. Praca

Warszawa

1998

[65] GÓRZYŃSKI J.: Analysis of Embodied Energy Use and Related Airborne

Emissions in Buildings on the

Basis. Conference Proce

edings "Green Building

vol 2, p. 205, 26- 28, October

Vancouver Canada

[66] GÓRZYŃSKI J.: Analiza skumulowanego zużycia energii i emisji zanie

czyszczeń w pełnym cyklu istnienia budynku. "Archiwum Energetyki",

1998 nr 1-2, s. 63-88

[67] GÓRZYŃSKI J.: Analiza emisji zanieczyszczeń w pełnym cyklu istnienia

budynku. X Ogólnopolska Interdyscyplinarna Konferencja Naukowo-

Techniczna "Ekologia a Budownictwo", Bielsko Biała 14-16 paździer

nik 1998

[68] GÓRZYŃSKI J., PANEK A.: Wymagania stawiane budownictwu przyjaz

nemu środowisku na przykładzie Green Building Challange. X Ogól
nopolska Interdyscyplinarna Konferencja Naukowo-Techniczna
"Ekologia a Budownictwo", Bielsko Biała 14-16 październik 1998

[69] GÓRZYŃSKI J.: Obliczanie uśrednionych efektów zmniejszenia zużycia

energii w przedsięwzięciu złożonym z zabiegów zależnych. "Gospodarka
Paliwami i Energią"

nr 6

[70] GÓRZYŃSKI J.: Analiza skumulowanego zużycia energii w pełnym cyklu

istnienia budynku. IVL Konferencja Komitetu Inżynierii Lądowej i
Wodnej PAN i Komitetu Nauki

Naukowo-Badawcze

Budownictwa", Krynica 1999

184

[71] GÓRZYŃSKI J.: Audyting energetyczny. Biblioteka Fundacji Poszanowa

nia Energii, Warszawa 2000

[72] GÓRZYŃSKI J., ŚWIĘTOCHOWSKI J.: Praktyczne aspekty obliczania

oszczędności energii przy realizacji przedsięwzięć wzajemnie zależnych.

Paliwami i Energią" 1997 nr 8

[73] GÓRZYŃSKI J. Analiza opłacalności ekonomicznej przedsięwzięć moder

nizacyjnych: Podstawowe definicje i przepływy pieniężne. "Gospodarka
Paliwami i Energią" 1998, nr 7

[74] GÓRZYŃSKI J.: Analiza skumulowanego zużycia wody w pełnym cyklu

istnienia obiektu budowlanego. XI Ogólnopolska Interdyscyplinarna
Konferencja Naukowo-Techniczna "Ekologia a Budownictwo", Bielsko
Biała 14-16 październik 1999

[75] GÓRZYŃSKI J.: Badanie wpływu energii zużywanej przy produkcji mate

riałów, wniesieniu i rozbiórce budynku na emisję zanieczyszczeń. Pra
ca Naukowo-Badawcza nr 5 5 / 3 2 3 8 / N F - 2 0 / 9 7 , Instytut Techniki Bu
dowlanej, Warszawa 1998

[76] GÓRZYŃSKI J.: Skumulowana emisja zanieczyszczeń przy wytwarzaniu

materiałów i wyrobów budowlanych. "Prace Instytutu Techniki Bu
dowlanej - Kwartalnik", Warszawa nr 4

1999

[77] GÓRZYŃSKI J.: Metody układu równań bilansowych określania wskaź

ników skumulowanej emisji zanieczyszczeń i skumulowanego zużycia

wody. "Prace Instytutu Techniki Budowlanej - Kwartalnik", Warszawa
nr 1

2000

[78] GRUSZKA P.: Metoda oceny energochłonności skumulowanej maszyno

wych odlewów

Praca doktorska, Politechnika Warszawska,

Wydział Mechaniczny Technologiczny, Warszawa 1984

[79] GUIDELINES for

Assessment: "A

of Practice". SETAC

(Society of Environmental Toxicology and Chemistry), Bus-

1993

[80] GUIDANCE for Mitigation Assessments: Version 2.0. Energy Analysis

Program Lawrence Berkeley Laboratory, Berkeley, California March

1995

[81]

K., PETERSEN E.H.: Inclusion of Life Cycle Assessment of Mate

rials in Green Building Performance. Conference Proceedings "Green
Building

vol. 2, p. 221, 59-28 October ,Vancouver Ca

nada

[82] HANSEN J.O., PEDERSEN P.V.: Life Cycle Optimised House. Conference

Proceedings "Green Building

vol. 2, p.

59-28 Octo

ber ,Vancouver Canada

[83] HAUSER G.: Die Warmetechnische Beurteilung von Fenstern unter

der Sonnerstrahlung wahrend der Heizperiode.

"Bauphysik" 5 (1979), 1

[84]

G.G: Thermodynamics Applied. Where and Why? Proceedings of

International Conference on Efficiency Optimisation Simulation and

185

Environmental Aspects of Energy and Process Systems

June

8-10, Tokyo

[85]

T.: Evaluation of Thermal Insulation of Residential Buildings in

Japan from the Viewpoint of Life Cycle

Emission. "Energy and

Mass Flow in Life Cycle of Buildings" International Symposium of

Technical University, Vienna 4-10 August 1996

[86]

Greenhouse Gas Inventory Reference Manual.

Draft

Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, v o l . 1 , 2,3.

[87] IPCC: Radiative forcing of climate change. Report of the Scientific A s

sessment Working Group of IPCC, 1994

[88] ISO 1997: Environmental Assessment - Life Cycle Assessment. Prici-

and Framework. ISO 14040: 1997 (E), ISO,

[89] JAWORSKI K. M.: Metodologia realizacji procesów budowy. Wydawnictwo

Naukowe P W N , Warszawa 1999

[90] JĘDRZEJUK H.: Multi-criteria optimization of heat source utilization in

dwelling-houses.

of Civil

XLII, nr 4 1996

[91] JĘDRZEJUK H.: Optymalizacja wielokryterialna wykorzystywania źródeł

ciepła w małych osiedlach mieszkaniowych. 6 Konferencja Naukowo-

Techniczna

Budowli w Teorii i Praktyce", Łódź 1997

[92] JOHANSSON A.: Czysta technologia. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, Warszawa 1997

[93] JÓNSSON A., TILLMAN A.M., SVENSSON T.: Life Cycle Assessment of Flo

oring Materials: Case Study.

and Environment" vol.32, No 3

1997 pp.245-255

[94] JÓNSSON A.: Review of Environmental Tools in Building Sector. Confe

rence Proceedings "Green Building

vol. 1, p. 299, 26-28

October Vancouver Canada

[95] JUDA J., CHRÓŚCIEL S.: Ochrona powietrza atmosferycznego. Wydaw

nictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1974

[96] KARCZEWSKI B.: Materiały budowlane. Politechnika Lubelska, Wydaw

nictwa Uczelniane, Lublin 1982

[97] KEOLEIAN

MENEREY D.: Life Cycle Design Guidance Manual. Envi

ronmental Requirements and the Product Systems. US
Protection Agency, E P A / 6 0 0 / R - 9 2 , Washington January 1993

[98] KISILEWICZ T.: Budynki o radykalnie obniżonym zapotrzebowaniu na

energię konwencjonalną. IV Konferencja Naukowo-Techniczna
"Problemy Projektowania, Realizacji i Eksploatacji Budynków o Niskim
Zapotrzebowaniu na Energię"

Kraków 14-17 paź

dziernik 1998

[99] KIRCHNER S.,

PH., COCHET CH.: Characterization of volatile or

coumpands emission from floor coverings. Proceedings of 6-th

International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Helsinki
July 4-8, 1993 vol 2, p.455-460

KOHLER N.: Life Cycle Analysis of Building Refurbishment.

Buildings Forum, Proceedings edited

Hans Erhorn, Frauhofer

stitute of Building Physics, Stuttgart 1997

[101]

J., YARBROUGH D.W.,

A.O.: Analysis of Energy and

Global Warming Impacts for Insulation Materials Used in North Ame
rican

Buildings. . Conference Proceedings

Building

vol. 1, p. 396, 26-28 October Vancouver Canada.

KUKULSKI W.: Właściwości użytkowe jako podstawa do formułowania

wymagań dla budynków. Prace Instytutu Techniki Budowlanej, War

szawa 1992, nr 1-2

[103] LANGDON D.: Embodied Energy and

in Convection.

"Energy and Mass

in Life Cycle of Buildings" International

of CIB W 6 7 , Technical University, Vienna 4-10 August 1996.

[104] LERSNER H.: Outline for Ecological Economy.

American",

September 1995

[105] MAŃKOWSKI S.: Warunki modernizacji źródeł ciepła. "Ciepłownictwo

Ogrzewnictwo

1995, nr 9

[106] MAŃKOWSKI S., WISZNIEWSKI A.: Aktualne problemy modernizacji

systemów ciepłowniczych w Polsce. Seminarium

Gospodarka

Energetyczna Przyjazna Środowisku", Jurata 4-6 grudzień 1995

[107] MARKS W.: Optymalizacja budynków wielofunkcyjnych, XLII Konferen

cja Naukowa

PAN i KN

Krynica 1996, t.V

119-126

[108] MARKS W.: Optymalizacja budynków wielorrrodzinnych, XLIII Konfe

rencja Naukowa KILW PAN i KN PZITB, Krynica 1997, t. V

183-190.

[109] MARKS W.: Multicriteria optimisation of shape of energy-saving buil

dings, "Building and Environement, vol. 32, 1997 nr 4, s.

[110] MARKS W., OWCZAREK S.: Optymalizacja wielokryterialna budynków

energooszczędnych. Studia z Zakresu Inżynierii nr 46, Instytut Pod

stawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa 1999

MARME W., SEEBERGER J.: Der Primarenenergieinhalt von Baustoffen.

"Bauphysik" 5 (1982) Heft 5,

155-160, Heft 6

MARSH G.:

of Energy Technologies and the Use of

Life-cycle Analysis. "Comparing Energy Technologies", International
Energy Agency,

Paris 1996

MAYO T.,

R.: R - 2000 and Advanced Houses: The Canadian

Experience. "Journal of Thermal Insulation and Building Envelopes",

vol. 2 1 ,

1997

MAZUR M.: Pojęcie systemu i rygory jego stosowania. "Postępy Cyber

netyki" 1987, z. 2

[115] MIKOS

Budownictwo ekologiczne. Wydawnictwa Politechniki Ślą

skiej, Gliwice 1996

Evaluation of Transportation Energy Embodied in Building

Materials. Proceedings CIB TG-8 International Research Workshop,
Instytut Techniki Budowlanej Warszawa 7-8 October 1996

187

MINISTERSTWO Administracji, Gospodarki Terenowej i Ochrony Śro

dowiska: Wytyczne obliczania stanu zanieczyszczenia powietrza at
mosferycznego. Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitar
nych, Warszawa 1983

MIZIELIŃSKA K., RUBIK M.: Ciepłownictwo - Poradnik. Źródła ciepła.

Fundacja Rozwoju Ciepłownictwa "Unia Ciepłownictwa", Warszawa

1995

[119] NARODOWA Fundacja Ochrony Środowiska, projekt nr

92037. Krajowe studium źródeł i wychwytu gazów cieplarnianych.

Warszawa, styczeń 1995

[120] NARODOWA Fundacja Ochrony Środowiska, projekt nr

92037. Krajowe studium zmian klimatu. Strategia redukcji i adaptacja
polskiej gospodarki do zmian klimatu. Raport końcowy. Warszawa,
grudzień 1995

NIESŁOCHOWSKI A.: Ocena emisji próbek z materiałów budowlanych

metodą małej kopmory laboratoryjnej. Prace Instytutu Techniki Bu
dowlanej - Kwartalnik" Warszawa 1995 nr 1

[122] OKA T., SUZUKI M., KONNYA T.: The

of energy

and

of pollutants due to the construction of buildings. "Ener

gy and Buildings"

[123] OWCZAREK S.: Optymalizacja kształtu budynków energooszczędnych o

podstawie wieloboku. Studia z Zakresu Inżynierii nr 32,

PAN,

Warszawa 1992

[124] PN-EN ISO 6946:1996 "Elementy budowlane i części budynku. Opór

cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Sposób obliczeń"

[125] PN-B-02025:1996 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do

ogrzewania budynków mieszkalnych

[126] PN-86/B-01806: Antykorozyjne zabezpieczenia w budownictwie. Ogólne

zasady użytkowania, konserwacji i napraw

[127] POGORZELSKI A.J., ZIELIŃSKA H. i in: Obliczanie sezonowego zapotrze

bowania ciepła do ogrzewania budynków mieszkalnych. Instytut Tech
niki Budowlanej, Warszawa

[128]

L.: Elementy inżynierii systemów. Oficyna Wydawnicza Po

litechniki Warszawskiej, Warszawa 1997

[129] PRACA ZBIOROWA: Finanse firmy. Wydawnictwo Międzynarodowej

Szkoły Zarządzania, Warszawa 1993

[130] PROJEKT

i KOBEK: Baustoffdaten -

Oekoinventare. ETH

HAB Weimar, TH Karsruhe, ESU, Institut

fur Bauproduktion, Institut fur Energetik, Dezember 1995

RABIASZ R.:

i jej wpływ na na projektowanie i eksplo

atację centralnego ogrzewania. Trzecia Konferencja "Racjonalizacja
Użytkowania Energii i Środowiska" Szczyrk 16-18 październik 1995

[132] RADIAN Corporation, Emissions and Costs Estimates for Globally Si-

gnificant Anthropogenic Combustion Sources of

N2O, CH4, CO

and CO2, prepared for The Office for Research and Development ,
EPA, Washington D.C., 1990

[133] RADWAŃSKI E., SKOWROŃSKI P., TWAROWSKI A.: Problemy modelowa

nia systemów energotechnologicznych. Politechnika Warszawska, In
stytut Techniki Cieplnej, Warszawa

[134] RASCH V.: WOHNEN MIT WEITBLIGK - Niedrigenergie - und

ser. Rasch & Partner, Darmstadt

[135]

Poradnik Ogrzewanie i

Klimatyzacja. EWFE Gdańsk

[136] ROWLAND F.S.: Chlorofluorocarbons and the Depletion of Stratosferic

Ozone.

Thermal Insulation", Technomic Publishing, Lanca

ster 1991

[137] ROZPORZĄDZENIE Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Natural

nych i Leśnictwa z dnia 12 lutego 1990 (Dz.U. nr

r.)

[138] ROZPORZĄDZENIE Rady Ministrów z dnia 28 grudnia 1994 r. zmie

niające rozporządzenie w sprawie opłat za gospodarcze korzystanie ze

środowiska i wprowadzanie w nim zmian. Dz.U. R.P. nr 140 z 31
grudnia 1994 r.

[139] ROZPORZĄDZENIE Rady Ministrów z dnia 28 grudnia 1998 r. zmie

niające rozporządzenie w sprawie opłat za gospodarcze korzystanie ze

środowiska i wprowadzanie w nim zmian. Dz.U. R.P. nr 140 z 31
grudnia 1999 r.

ROZPORZĄDZENIE Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa 4

kwietnia 1996 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie z dnia 14
grudnia 1994 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny od
powiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. z 1996 r. nr 45,

200.

ROZPORZĄDZENIE Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa

30 września 1997 r.

rozporządzenie w sprawie z 14 grudnia

1994 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać

budynki i ich usytuowanie. Dz.U. z 1997 r. nr

poz. 878

[142] ROZPORZĄDZENIE Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z

dnia 14 grudnia 1994 r. w sprawie warunków technicznych jakim po
winny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. nr 10, poz. 46. z
8 lutego 1995 r.

[144] ROZPORZĄDZENIE Rady

z dnia 23 marca 1992 r. w

sprawie systemu przyznawania oznakowań ekologicznych we Wspól
nocie. Prawo ochrony środowiska Wspólnoty Europejskiej, Suplement

1; Zagadnienia ogólne. Powietrze. Ministerstwo Ochrony Środowiska

Zasobów Naturalnych Leśnictwa, Warszawa 1997

[145] SALA A.: Zmniejszanie energochłonności. Międzyresortowe Centrum

Naukowe Eksploatacji Majątku Trwałego, Radom 1993

[146] SIECZKOWSKI J., NEJMAN T.: Ustroje budowlane. Wydawnictwa Poli

techniki Warszawskiej, Warszawa

[147]

M., JACHNA

Ocena przedsiębiorstwa według standar

dów światowych. Wydawnictwo Naukowe

1994

[148] SORENSEN B.:

Approach to Assessing Environmental and

Social Externity Costs.

Energy Technologies, International

Energy Agency,

Paris 1996

[149] STAWICKA-WAŁKOWSKA M.: "Ocena wpływu budownictwa i przemysłu

materiałów budowlanych na środowisko naturalne w świetle programu
"Zrównoważony rozwój". Prace Instytutu Techniki Budowlanej -
Kwartalnik, Warszawa 1998 nr 2-3 (106-107)

SUZUKI M., OKA T., OKADA K.: The

of energy consumption

and

emission due to housing construction in Japon. "Energy and

Buildings" nr 22 1995 s. 165-169

[151] SUZUKI M., OKA. T.: Estimation of Life Cycle

Emission of Office

Buildings in Japan. . Conference Proceedings

Building

v o l . l , p.379, 26-28 October Vancouver Canada

SZARGUT J.: Problemy obliczania i stosowania wskaźników ciągnione

go zużycia energii. "Archiwum Energetyki", 1979 nr 4, s. 167-180

SZARGUT

sprawność energetyczna dostawy ciepła z

elektrociepłowni. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Energetyka

19.. z. 106

SZARGUT J.: Analiza termodynamiczna i ekonomiczna w energetyce

przemysłowej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1983.

[155] SZARGUT J.: Depletion of unrestorable natural exergy resources.

"Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences", vol.
45 Nr 2, 1997.

SZARGUT J.: Wpływ sprawności przesyłania ciepła na efektywność

energetyczną elektrociepłowni. "Gospodarka Paliwami i Energią" 1992,
nr 4

[157] SZCZECHOWIAK E. (red.): Energooszczędne układy zaopatrzenia bu

dynków w ciepło, Budowa i Eksploatacja.
ENVIROMATIC, Poznań 1994

[158] SZCZECHOWIAK E., RITSCHEWALD W.H.M: Bilans cieplny okien w sezo

nie grzewczym. "Ogrzewnictwo Praktyczne" 1999, nr 1

SZCZECHOWIAK E.: Sprawność użytkowa układu grzewczego budynku.

"Ogrzewnictwo Praktyczne" 1996 nr 1

[160] ŚCIŚLEWSKI Z.: Zasady projektowania budynków i budowli z uwzględ

nieniem trwałości. Prace Naukowe Instytutu Techniki Budowlanej, Se
ria Studia, Wydawnictwa Instytutu Techniki Budowlanej Warszawa

1994

[161] ŚCIŚLEWSKI Z.: Trwałość konstrukcji żelbetowych. Prace Naukowe

Instytutu Techniki Budowlanej, Seria Monografie, Wydawnictwa In
stytutu Techniki Budowlanej Warszawa 1995

190

[162] ŚCIŚLEWSKI Z.: Utrzymanie konstrukcji żelbetowych. Prace Naukowe

Instytutu Techniki Budowlanej, Seria Monografie, Wydawnictwa In
stytutu Techniki Budowlanej Warszawa 1997

[163]

J.: Zmniejszenie mocy urządzeń oświetlenia elek

trycznego pomieszczeń przez wprowadzenie frakcyjnego czyszczenia
opraw oświetleniowych. "Gospodarka Paliwami i Energią" 1998 nr 7

[164] ŚWIĘTOCHOWSKI J.:

utrzymywanie natężenia oświe

tlenia elektrycznego w pomieszczeniach. "Gospodarka Paliwami i
Energią" 1999 nr 5

[165] UNITED State Environmental Protection Agency: Life Cycle Design

Guidance

EPA January 1993

[166] USTAWA z dnia 7 lipca 1994 r. "Prawo Budowlane"; Dziennik Ustaw nr

89 z dnia 25 sierpnia 1994 r.,

ze zmianami wprowadzonymi

ustawą z 22 sierpnia 1997 r o zmianie ustawy "Prawo Budowlane"

[167] USTAWA o odpadach z dnia 27 czerwca 1997 r. Dziennik Ustaw Nr 96

poz.592 z dnaia 13 sierpnia 1997 r.

[168]

W.: Valuation Principles in Environmental Assessment of Bu

ildings. Conference Proceedings "Green Building

vol. 2,

26-28 October Vancouver Canada

[169] VDI 2055:

und Kalteschutz fur betriebs- und haustechnische

Anlagen, 1994

[170] VOGT D.: Neue Wege in der Feuerungstechnik. HLK 1992 nr 1

WILSON R., YOUNG A.: The

Energy Payback Period of Pho-

tovoltaic Installations Applied to Buildings in U.K. "Building and Envi-
ronment"

No4

1996

[172] WINPENNY J.T.: Wartość środowiska. Metody wyceny ekonomicznej.

Państwowe Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa 1995

[173] WOROPAY M. (red.): Podstawy eksploatacji maszyn. Wydawnictwo In

stytutu Technologii Eksploatacji, Radom 1996

ZAKRZEWSKI S.F.: Podstawy toksykologii środowiska. Państwowe Wy

dawnictwo Naukowe, Warszawa 1995

[175] ZANGWILL W.I.: Programowanie nieliniowe. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, Warszawa 1974

[176] ZIĘBIK A.: Systemy energetyczne. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,

Gliwice

[177] ZIĘBIK A., SZARGUT J.: Podstawy gospodarki energetycznej. Wydaw

nictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1995

191

INSTYTUT TECHNIKI BUDOWLANEJ

W WARSZAWIE

Główny w Polsce państwowy ośrodek badań naukowych w budownictwie, dysponujący

akredytowanymi laboratoriami, zatrudnia około 400 osób, specjalistów o wysokich kwalifika
cjach naukowych (w tym profesorów i doktorów habilitowanych) i technicznych, z dużym
doświadczeniem praktycznym i uznanym autorytecie. Prowadzi działalność naukową, kody

fikacyjną (normalizacja, aprobacja, certyfikacja) i usługową (badania, ekspertyzy) oraz porad

nictwo techniczne w specjalnościach: wytrzymałość materiałów, mechanika budowli, geote-
chnika i posadowienie, bezpieczeństwo i niezawodność konstrukcji budowlanych, fizyka
budowli, technologia betonu, techniki wykończeniowe, zabezpieczenia antykorozyjne, ognio-

chronne, hydroizolacje i

akustyka i ochrona ekologiczna środowiska mieszkal

nego oraz diagnostyka obiektów

in situ,

w tym metodami nieniszczącymi. Śląski Oddział

zajmuje się: w Gliwicach - budownictwem na terenach eksploatacji górniczej i w Katowicach
- badaniem elementów konstrukcji budowlanych. Instytut jest uprawniony do nadawania
stopnia naukowego doktora nauk technicznych w dyscyplinie naukowej budownictwo. Orga

nizuje konferencje oraz sympozja krajowe i międzynarodowe. Prowadzi szkolenie podyplo
mowe inżynierów budowlanych. Dysponuje specjalistyczną biblioteką, ośrodkiem informacyj
nym, własnym wydawnictwem, gdzie ukazują się prace naukowe (w tym kwartalnik), doku
menty aprobacyjne oraz instrukcje i materiały szkoleniowe.

Adres: ul. Filtrowa

kod pocztowy

Warszawa, tel/fax: (0-22)

BUILDING RESEARCH INSTITUTE (ITB)

WARSAW

Building Research Institute is a

governmental building research center in Poland.

About 400 persons, high qualified specialists, scientific and technical staff
professors and doctors habilitated) of an acknowledged authority and with considerable
practical experience,

at its certified laboratories. Research works, codification

(standardization, approbation, certification), testing, expertises and technical consulting acti-
vities are carried on in such specialities as strength of

structural

geotechnics and foundations, safety and reliability of building structures, building physics,
concrete technology and finishing technology, corrosion and fire protection,
and

building acoustics, ecology and habitation environment protection, in

situ building structures diagnostics - including non-destructiv testing. Filial divisions of the
Building Research Institute are situated in Gliwice - building upon

exploitation areas,

and in Katowice - testing of joint elements. The Institute is authorized to

to the degree

of doctor of science in the field of building. organizes national and international conferences
and

post-graduate training for civil engineers, disposes a specialistic library,

building

center and a publishing division, editing scientific publications, the

ITB-Quarterly and instructions, attestation

and schooling

Address: ul. Filtrowa

Warsaw, tel/fax: (0-22)