wyk5Wat, Budownictwo 2, Budownictwo, Fizyka budowli


Stefan Owczarek

5. OBLICZENIE ZAPOTRZEBOWANIA CIEPŁA W BUDYNKU. CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKU

5.1. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie wg PN-EN ISO 13789.

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie jest definio­wany jako strumień cieplny przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej do środowiska zewnętrznego, podzielony przez różnicę temperatury pomiędzy środowiskami: zewnętrznym i wewnętrznym. Zgodnie z PN-EN ISO 13789 współczynnik strat ciepła przez przenikanie HT oblicza się z wzoru:

0x01 graphic
(1)

gdzie:

LD - bezpośredni współczynnik sprzężenia między przestrze­nią ogrzewaną i otoczeniem zewnętrznym przez obudo­wę budynku, zdefiniowany w równaniu na HT [W/ oK];

LS -stacjonarny współczynnik sprzężenia cieplnego przez grunt, zdefiniowany w PN-EN ISO 13370 [W/K];

HU -współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez prze­strzenie nieogrzewane, w dalszym tekście pominięty.

W rzeczywistości różnica temperatury pomiędzy środowi­skami wewnętrznym i zewnętrznym jest różna w przypadku przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym i prze­gród stykających się z gruntem. O ile więc można sumować strumień ciepła, przepływający przez różne przegrody, to współczynnik strat ciepła przez przenikanie trzeba rozpatry­wać oddzielnie w odniesieniu do przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym i do przegród stykających się z gruntem.

Do obliczeń współczynnika strat ciepła przez przenika­nie należy wyraźnie zdefiniować przestrzeń ogrzewaną bu­dynku (elementy budynku rozpatrywane w obliczeniach są granicami przestrzeni ogrzewanej). Granice pomiędzy czę­ścią podziemną, włącznie z przenikaniem ciepła przez grunt, a częścią budynku „powyżej gruntu", mającą bezpo­średnie straty do środowiska zewnętrznego lub do prze­strzeni nieogrzewanych. W przypadku budynków z podłogami na gruncie tą granicą jest poziom wewnętrznej po­wierzchni podłogi. W przypadku budynków z ogrzewanymi podziemiami tą granicą jest zewnętrzny poziom gruntu.

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez ele­menty budynku oddzielające przestrzeń ogrzewaną od po­wietrza zewnętrznego oblicza się z równania na HT

w dwóch wariantach w zależności od tego, czy korzystamy z obliczeń dwuwymiarowego czy trójwymiarowego przewo­dzenia ciepła:

0x01 graphic
(1)

lub

0x01 graphic
(2)

gdzie:

Ai - powierzchnia elementu obudowy budynku, wymiany okien i drzwi przyjęto jako wymiary otworów w ścianie [m2];

Ui -współczynnik przenikania ciepła elementu obudowy budynku, obliczony wg PN-EN ISO 6946 dla elemen­tów nieprzezroczystych lub wg PN-EN ISO 10077-1 dla elementów przezroczystych [W/(m2•K)];

Ik - długość liniowego mostka cieplnego k [m];

Ψk- liniowy współczynnik przenikania ciepła k-tego most­ka cieplnego, przyjęty z PN-EN ISO 14683 lub obli­czony zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/(m•K)];

Χj - punktowy współczynnik przenikania ciepła punkto­wego j- tego mostka cieplnego obliczony zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/K] (dotyczy konstrukcyjnych mostków cieplnych, innych niż kotwie w murach szczelinowych);

Lk2D - współczynnik sprzężenia cieplnego, otrzymany z dwuwymiarowego obliczenia zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/(m•K)];

Lk2D - współczynnik sprzężenia cieplnego, otrzymany z trójwy­miarowego obliczenia zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/K].

Sumowanie we wzorze powinno objąć wszystkie elemen­ty budynku oddzielające środowiska wewnętrzne i zewnętrz­ne. Zauważmy, że w tym wzorze mostki cieplne ujmuje się we współczynniku strat ciepła przez przenikanie, a nie współczynniku przenikania ciepła. Upraszcza to obliczenia.

Wymiary elementu budowlanego określa się zazwyczaj zgodnie z jednym z trzech systemów: wewnętrznym, całko­witym wewnętrznym oraz zewnętrznym. Różnią się one między sobą w sposobie włączania płaskich powierzchni złączy pomiędzy elementami w powierzchnie tych elemen­tów. Zatem wyrażenie 0x01 graphic
, w równaniu jest większe z za­stosowaniem wymiarów zewnętrznych niż wewnętrznych. W rezultacie wartości Ψk są mniejsze w przypadku wymia­rów zewnętrznych i w niektórych przypadkach, takich jak narożniki zewnętrzne, mogą być nawet ujemne.

Gdy główna warstwa izolacyjna jest ciągła i ma jednolitą grubość, to liniowy i punktowy współczynnik przenikania ciepła przy stosowaniu wymiarów zewnętrznych można pominąć. Jeśli współczynnik przenikania ciepła kompo­nentu zmienia się w czasie (np. okna z żaluzjami zamknię­tymi w nocy), należy obliczyć obydwie wartości, maksymal­ną i minimalną.

Przykład. Obliczyć współczynnik strat ciepła przez prze­nikanie przez nadziemną obudowę budynku parterowego o następujących wymiarach rzutu: pole powierzchni podło­gi A = 100 m2, obwód podłogi P = 40 m, stosując wariant dwuwymiarowych obliczeń.

Przyjęto dach stromy nad płaskim izolowanym stropem o oporze cieplnym 4,00 m2•K/W, z pokryciem dachówką bi­tumiczną na deskowaniu. Zgodnie z PN-EN ISO 6946 przestrzeń poddasza można uznać za jednorodną termicz­nie warstwę o oporze cieplnym 0,3 m2•K/W. Całkowity opór cieplny stropu poddasza wynosi więc

RT = 0,13 + 4,00 + 0,30 + 0,04 = 4,47 m2 •K/W

a stąd współczynnik przenikania ciepła - 0,22 W/(m2•K).

Pole powierzchni stropu poddasza wynosi 100 m2, a po­le powierzchni okien w świetle ościeży przyjęto:

w ścianie o orientacji S - 10,2 m2 (4 okna 1,5 x 1,7 m);

w ścianach o orientacji W i E po 3,6 m2 (2 okna 1,2 x 1,5 m),

w ścianie o orientacji N - 1,2 m2 (1 okno 0,8 x 1,5 m).

Współczynnik przenikania ciepła okien przyjęto jako

2,0 W/( m2•K), a wysokość ścian parteru (w świetle prze­gród prostopadłych) wynosi 2,80 m.

Pola powierzchni ścian zewnętrznych (bez pola po­wierzchni okien) wynoszą odpowiednio: o orientacji S ­-17,8 m2, o orientacji W i E po 24,4 m2, o orientacji N - 26,8 m2.

Przyjęto, że dla ściany zewnętrznej z cegły, z izolacją ze­wnętrzną ze styropianu, współczynnik przenikania ciepła Uc = U wynosi 0,232 W/( m2•K), a wartości liniowego współ­czynnika przenikania ciepła Ψk na obwodzie okien dla:

ościeży bocznych - 0,05 W/(m•K);

nadproży - 0,06 W/(m•K);

podokiennika - 0,07 W/(m•K).

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez ele­menty budynku oddzielające przestrzeń ogrzewaną od po­wietrza zewnętrznego obliczony z wzoru na HT.

Lp = 100 x 0,22 + 93,4 x 0,232 + 18,6 x 2,0 + 22,6 x x 0,05 + 9,2 x 0,06 + 9,2 x 0,07 = 22,00 + 21,67 + + 37,20 + 1,13 + 0,55 + 0,64 = 83,19 W/K.

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie może być wykorzystywany do dalszych obliczeń:

- mocy szczytowej systemu ogrzewania;

-sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, jak również do stawiania wymagań ochrony cieplnej budynków. Gęstość strumienia cieplnego płynącego przez przegro­dę określamy wzorem:

0x01 graphic
(3)

ti -temperatura powietrza (ściślej środowiska) wewnętrznego;

to -temperatura powietrza (ściślej środowiska) zewnętrznego. Strumień cieplny płynący przez przegrodę o współ­czynniku przenikania ciepła U i polu powierzchni A, roz­dzielającą środowiska o temperaturze odpowiednio ti . i te , określony jest wzorem:

0x01 graphic
(4)

W przypadku większej liczby przegród zewnętrznych obudowy budynku, przy tej samej różnicy temperatury we­wnętrznej i zewnętrznej, strumień cieplny wyraża wzór:

0x01 graphic
(5)

Można go stosować nie tylko w przypadku przegród sty­kających się z powietrzem zewnętrznym, a więc o innej (z reguły wyższej) temperaturze środowiska zewnętrzne­go. W przypadku różnych wartości obliczeniowej różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej dla różnych prze­gród (przykładowo przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym i stropów poddasza) strumień ciepła można wyrazić jak w aktualnych przepisach niemieckich wzorem:

0x01 graphic
(6)

w którym wprowadzamy nową wielkość czynnik korek­ty temperaturowej.

Czynnik Fxj dla danej przegrody to stosunek obliczenio­wej różnicy temperatury środowiska wewnętrznego i ze­wnętrznego tej przegrody i obliczeniowej różnicy tempera­tury powietrza dla przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym. Wartości Fxj wg niemieckich przepisów poda­no w tabeli.

Wartości czynnika korekty temperaturowej Fxj


Strumień cieplny na zewnątrz przez element i

Czynnik korekty temperaturowej

Sciany zewnętrzne. Okna

1

Dach

1

Strop poddasza

0,8

Ściana przygórka na poddaszu

0,8

Ściany i stropy przestrzeni nieogrzewanych

0,5

Dolne ograniczenie budynku:

-stropy nad piwnicami i ściany piwnic nieogrzewanych

  • podłogi na gruncie,

- powierzchnie ogrzewanych piwnic w styku

z gruntem

0,6

Z uwzględnieniem czynnika korekty temperaturowej Fxj współczynnik strat ciepła przez przenikanie określa wzór:

0x01 graphic
(7)

Wpływ mostków cieplnych w ścianach można określić do­kładnymi obliczeniami jak we wzorze na HT lub „ryczałto­wym" dodatkiem podanym (z pewnym zapasem) w przepi­sach.

Do obliczeń sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania należy przekształcić wzór na gęstość stru­mienia cieplnego płynącego przez przegrodę q do postaci:

0x01 graphic
(8)

gdzie: z- czas, a więc temperaturę zewnętrzną traktujemy jako funkcję czasu.

Odpowiednio ilość ciepła, która przepłynie przez jed­nostkę powierzchni przegrody w sezonie ogrzewczym τh, można wyrazić wzorem:

0x01 graphic
(9)

Całkę po prawej stronie lego wzoru, przy założonej tem­peraturze wewnętrznej t~, oblicza się na podstawie danych klimatycznych konkretnej miejscowości lub regionu i wyra­ża jako tzw. sumę stopniodni okresu ogrzewania, ozna­czaną z angielskiego DD (degree days). Ilość ciepła, która przepłynie przez całą powierzchnię obudowy budynku w sezonie ogrzewczym, z wykorzystaniem dotychczaso­wych oznaczeń można wyrazić wzorem:

0x01 graphic
(10)

Jak widać, współczynnik strat ciepła przez przenikanie dobrze nadaje się do obliczeń właściwości cieplnych całej obudowy budynku.

Wzór (10) wyrażony watogodzinach ma postać:

0x01 graphic
(10a)

Analogicznie kilowatogodzinach:

0x01 graphic
(10b)

5.2. Geneza obliczeń cieplnych, uproszczone metody określania zapotrzebowania ciepła

Regulacje ochro­ny cieplnej budynków mają już ponad 100-letnią historię. Pierwsze pojawiły się w Niemczech na przełomie XIX i XX w. Były to lokalne przepisy wyda­wane w poszczególnych miastach, ustalające minimalną grubość muru ceglanego ścian zewnętrznych (naj­częściej poczynając od 1/2 cegły na najwyższej kondygnacji mieszkalnej). Wymagania te płynęły tylko z do­świadczenia; przy projektowaniu bu­dynków i lokalnych urządzeń ogrzew­czych nie wykonywano wtedy żadnych obliczeń cieplnych.

Hencky w 1919 (Niemcy) sfor­mułował kryterium, wg którego na we­wnętrznej powierzchni zewnętrznej prze­grody pełnej nie powinna występować kondensacja pary wodnej. Kryterium to warunkowało maksymalną wartość współczynnika przenikania ciepła U.

Po drugiej wojnie światowej rozpo­wszechniło się stawianie wymagań ochrony cieplnej budynków przez poda­wanie maksymalnej wartości współ­czynnika przenikania ciepła różnych przegród zewnętrznych (ścian, dachów, okien).

Polskie regulacje prawne od 1968 r.

W Polsce wymagania ochrony ciepl­nej budynków po raz pierwszy wprowa­dzono w PN-64/B-03404 w 1968 r.. Wynikały one z przesłanek technicznych i miały na celu:

uniknięcie kondensacji pary wodnej na wewnętrznych powierzchniach prze­gród pełnych,

uniknięcie topnienia śniegu na gór­nej powierzchni stropodachów (pod po­krywą śnieżną) i przeciekania wody przez pokrycie papowe.

Wymagania te postawiono w postaci ograniczenia współczynnika przeni­kania ciepła przegrodom peł­nym: ścianom zewnętrznym i stropoda­chom. Poziom wymagań przyjęto, wyko­rzystując doświadczenia budownictwa tradycyjnego i uznając za wzór izolacyj­ności cieplnej na przeważającym obsza­rze Polski ścianę o współczynniku prze­nikania ciepła ok. 1,00 kcal/(m2 • h • °C), tj. 1,16 W/(m2 • K); w odniesieniu do stropodachów maksymalny współ­czynnik przenikania ciepła wynosił 0,75 kcal/(m2 • h • °C), tj. 0,87 W/(m2 • K).

Wymagania te, przetrwały w PN do początku lat osiemdziesiątych.

Na świecie zmiany w sposobie podej­ścia do ochrony cieplnej budynków na­stąpiły po 1973 r., gdy kraje arabskie zrzeszone w OPEC (Organization of Pe­trol Exporting Countries) obniżyły kwoty wydobycia i podniosły ceny ropy nafto­wej. W połowie lat siedemdziesiątych XX w. w wielu krajach, oprócz poszuki­wań nowych złóż ropy naftowej i nowych źródeł energii, podjęto prace i urucho­miono programy gospodarcze zmierza­jące do projektowania nowych budyn­ków o niskim zużyciu energii oraz mo­dernizacji istniejących zasobów budow­lanych. Początkowo, dla celów porów­nawczych, zaczęto podawać zużycie energii końcowej (ciepła) w sezonie ogrzewczym, odniesione do powierzch­ni użytkowej budynku. Jako cel w Euro­pie Zachodniej już w latach siedemdzie­siątych XX w. zaczęto stawiać wartość docelową 120 kWh/(m3 • a) i budować osiedla budynków niskoenergetycznych. Obecnie w niektórych wymaganiach war­tość ta wynosi 40 lub 60 kWh/(m3 • a).

W załączniku do dyrektywy Rady Wspólnot Europejskich 89/106/EEC z 21 grudnia 1988 r. w sprawie wyrobów budowlanych sformułowano sześć wyma­gań podstawowych stawianych budyn­kom. Jednym z nich jest oszczędność energii i ochrona cieplna:

„Budynek i jego instalacje grzewcze, chłodzące i wentylacyjne należy projekto­wać i wykonywać w taki sposób, aby utrzymać na niskim poziomie ilość energii wymagani do użytkowania, z uwzględnieniem warunków klimatycz­nych, lokalizacji i potrzeb użytkowników."

W komentarzu do tego wymagania podstawowego (nr 6) przedstawiono różne sposoby wyrażania wymagań ochrony cieplnej budynków lub ich kombinacje, stosowane w państwach członkowskich UE.

Najbardziej popularne nie tylko w kra­jach Unii Europejskiej, ale w skali świa­towej, są postanowienia dotyczące spodziewanego wydatku energii wyma­ganego od systemu wyposażenia tech­nicznego, oparte na umownych danych reprezentatywnych dla spodziewanego użytkowania i warunków klimatycznych otoczenia budowli (na przykład roczne zużycie energii w lokalu na ogrzewanie i/lub chłodzenie budynku do wymaganej temperatury wewnętrznej, z uwzględnie­niem zysków ciepła wewnętrznych i od słońca, w przeliczeniu na 1 m2 po­wierzchni użytkowej); w niektórych kra­jach uwzględnia się również ciepło na ogrzanie wody użytkowej i zyski energii ze źródeł odnawialnych. Odpowiednio wymagania wyraża się przez zużycie energii pierwotnej.

Od kilkunastu lat w skali światowej dostrzega się też zagrożenie środowi­ska naturalnego, głównie w wyniku spa­lania węgla i emisji do atmosfery dwu­tlenku węgla oraz niektórych innych ga­zów (tlenki azotu, freony, halony). Przy stawianiu wymagań budynkom uwzględ­nia się ograniczenie emisji gazów cie­plarnianych.

Pod koniec lat osiemdziesiątych XX w. w Instytucie Techniki Budowla­nej została opracowana koncepcja wymagań ochrony cieplnej budynków, wyrażonych przez ograniczenie ilości ciepła zużywanego w roku porów­nawczym na ogrzewanie i/lub chło­dzenie. W warunkach Polski (prak­tycznie brak klimatyzacji) dotyczyło to głównie ograniczenia zapotrzebowa­nia na ciepło na ogrzewanie i wentyla­cję budynków.

W celu określenia wymagań ochrony cieplnej budynków przez sezonowe za­potrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynków przeprowadzono wiele prac badawczych, prowadzących do stwo­rzenia odpowiednich narzędzi kompute­rowych i baz danych, w tym danych kli­matycznych. Komputerowe obliczenia sezonowego zapotrzebowania na cie­pło do ogrzewania weryfikowano już od 1990 r. badaniami i przez porównanie z kilkoma programami zachodnioeuro­pejskimi. Na początku lat dziewięćdzie­siątych zaczęto też formułować pierw­sze propozycje wymagań ochrony ciep­lnej budynków mieszkalnych z użyciem wskaźnika sezonowego zapotrzebowa­nia na ciepło E.

Założono że wymagania ochrony ciepl­nej budynków będą zawarte w przepi­sach państwowych (w rozporządze­niach w sprawie warunków technicz­nych), a nie w Polskich Normach. Takie rozwiązanie jest powszechne w skali światowej, w tym w krajach UE.

W okresie wprowadzania wymagań ochrony cieplnej budynków za pomocą wskaźnika sezonowego zapotrzebowa­nia na ciepło, jeszcze w pełni nie funk­cjonowały mechanizmy rynkowe. W związku z tym postanowiono nie wprowadzać zasadniczych zmian w po­ziomie wymagań i ustalić je na podsta­wie obliczeń wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło budynków spełniających postanowienia wcześ­niejszych norm.

W celu przygotowania wymagań do rozporządzenia z września 1997 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki, w 1995 r, wykonano obliczenia sezono­wego zapotrzebowania na ciepło dla 10 reprezentantów budynków.

Na podstawie obliczeń i analogicznie do wdrażanych w tym czasie nowych przepisów niemieckich (tzw. Dritte Warmeschutzverordnung, obowiązują­cej od 1 stycznia 1995 r.) wprowadzo­no zależność granicznej wartości wskaźnika sezonowego zapotrzebo­wania na ciepło Eo od geometrii budyn­ku, wyrażonej współczynnikiem kształ­tu (stosunkiem pola powierzchni A przegród chłodzących do kubatury ogrzewanej V).

Początkowo sezonowe zapotrzebo­wanie na ciepło do ogrzewania zamie­rzano odnosić do powierzchni użytko­wej budynków, jednak ostatecznie ze względu na różnice w wysokości

Tabela 1. Wartości graniczne wskaźni­ka sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania Eo

A/V

Eo [kWh/(m3 • a)]

<0,20

29,0

> 0,20, < 0,90

26,6 + 12 A/V

0,90

37,4

kondy­gnacji postanowiono przyjąć bardziej uniwersalne sformułowanie odniesione do kubatury i - przyjmując średnią wy­sokość kondygnacji budynków mie­szkalnych 3,1 m - ustalono wartości graniczne Eo, kWh/(m3 • a) w zależności od współczynnika kształtu budynku A/V (tabela 1).

Wartości graniczne Eo z tabeli przyję­to w odniesieniu do budynków mie­szkalnych i zamieszkania zbiorowego. Dopuszczono przy tym, w przypadku bu­dynków mieszkalnych w zabudowie jed­norodzinnej, alternatywne sprawdzanie spełniania wymagań z użyciem maksy­malnych wartości współczynnika przeni­kania ciepła przegród zewnętrznych, ze zróżnicowaną wartością Umax, w zależno­ści od rodzaju użytych materiałów.

Dla innych rodzajów budynków pozo­stawiono wymagania wyrażone z uży­ciem maksymalnych wartości współ­czynnika przenikania ciepła przegród zewnętrznych.

Założenia do nowelizacji wymagań

Doświadczenia z kilkuletniego obo­wiązywania nowych wymagań ochrony cieplnej budynków nie są optymistycz­ne.

Metody sprawdzania wymagań opartych na wskaźniku E za pomocą programów komputerowych opracowa­nych z wykorzystaniem PN-B-02025 nie przyjęły się powszechnie. Należy do­dać, że metody obliczania zapotrzebo­wania na energię wg aktualnych i przy­gotowywanych norm europejskich są je­szcze bardziej skomplikowane.

Uproszczone wymagania w odnie­sieniu do budynków jednorodzinnych, ze zróżnicowaniem wartości Umax, bu­dzą emocje jednego z krajowych stowarzyszeń producentów wyrobów budowlanych, które domaga się zrów­nania maksymalnej wartości współ­czynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych jedno materiałowych i warstwowych.

Z tego względu przy przygotowywa­nej w roku 2007 we współpracy Minister­stwa Infrastruktury i ITB nowelizacji wy­magań proponowano:

wprowadzić jednolite wymagania dla wszystkich budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego, wyrażone przez wskaźnik rocznego zapotrzebo­wania na energię końcową (ciepło) [kWh/(a • m2)l;

określić wymagania dla wszystkich innych budynków (użyteczności pu­blicznej i przemysłowych) za pomocą współczynnika strat ciepła przez przeni­kanie.

Zapewni to stosowanie do oceny bu­dynków bardziej zagregowanych cha­rakterystyk cieplnych, niż współczynnik przenikania ciepła pojedynczych prze­gród.

Zróżnicowanie sposobu stawiania wymagań budynkom mieszkalnym i zamieszkania zbiorowego oraz wszystkim innym wynika z faktu, że w przypadku budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego dyspo­nujemy znajomością wewnętrznych zysków ciepła, które są istotne w bi­lansie cieplnym.

Niezależnie od odwołań w przepi­sach do norm europejskich, wzorem niemieckich sąsiadów, suge­rowano wprowadzenie bezpośrednio w rozporządzeniu uproszczonej meto­dy obliczania wskaźnika rocznego za­potrzebowania na energię końcową (ciepło) i współczynnika strat ciepła przez przenikanie.

Wymagania proponowano opracować na podstawie obliczeń rocznego zapotrze­bowania na ciepło dla wybranych budynków, zbliżonych do rozpatry­wanych w 1995 r. i spełniających wyma­gania w zakresie współczynnika przeni­kania ciepła przegród, pola powierzchni okien i strumienia powietrza wentylacyj­nego.

Istniała propozycja obliczana zapotrzebowania na ener­gię pierwotną poza projektem, przy obliczaniu charak­terystyki energetycznej przez eksper­tów energetycznych.

Propozycja nowych wymagań. Na podstawie obliczeń rocznego zapo­trzebowania na ciepło dla wybranych budyn­ków proponowano przyjąć wymagany wskaźnik rocznego zapo­trzebowania na ciepło w funkcji sto­sunku A/V.

Sprawdzanie, czy wymagania zostały spełnione, proponowano wykonywać metodą uproszczoną, tabelarycznie (tabela 2) lub prostym programem EXCEL, do­stępnym w instrukcji ITB.

Dla budynku mieszkalnego wielorodzinne­go i zamieszkania zbiorowego wymagania te uznaje się za spełnione, jeżeli wartość wskaź­nika E określającego obliczeniowe zapotrzebowanie na energię końcową (ciepło) do ogrzewania budynku w sezonie grzewczym, wyrażone ilością energii przypa­dającej w ciągu roku na 1 m3 kubatury ogrzewanej czę­ści budynku, jest mniejsza od wartości granicznej Eo, a także jeżeli przegrody budowlane odpowiadają wy­maganiom izolacyjności cieplnej oraz innym wymaga­niom określonym w załączniku do wymagań technicznych.

5.3. Metodą uproszczona obliczenia zapotrzebowania ciepła w budynku

Tabela 2. Metoda uproszczona, umożliwiająca sprawdzanie spełniania wyma­gań dotyczących ochrony cieplnej w przypadku budynków mieszkalnych

Metoda uproszczona sprawdzania spełniania wymagań Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z.........dla budynków mieszkalnych

Obiekt:

1

1.Dane budynku

2

Kubatura (wymiary zewnętrzne), m' Ve = 10590.8

Powierzchnia użytkowa, m2 Au =0,345 Vb = 0,345 ` 10590.8 = 3653.83

Stosunek Az/Vb , A/Ve= 3332.4 / 10590.8 = 0.31

3

2. Straty ciepła

4

2.1 Współczynniki strat ciepła przez przenikanie, W/K

5

Element budynku

Skrótowe

Oznaczenie

Pole

powierzchni

A m2

Współczynnik

przenikania

ciepła U,

W/(mzK)

Ui• Ai

W/K

Czynnik korekty

Temperaturowej

Fxi

U;`A,'F„

W/K

6

Ściana zewnętrzna

SZ 1

497.6

0.3

149.28

1

149.28

SZ 2

374.5

0.3

112.35

.1

112.35.

SZ 3

493.6

0.3

148.08

1

148 08.

SZ 4

374.5

0.3

112.35

1

112.35.

10

Okno

01

140.4

2

280.80

1

280.80

02

05.9

2

211.80

1

211.80

03

140.4

2

280.80

1

280.80

04

105.9

2

211.80

1

211.80

14

Drzwi wejściowe

D 1

4

2.3

9.20

1

9 20

15

16

17

Polać

Dachowa

P1

365.2

0.3

.

109.56

1

109,56

P2

0.00

1

0,00

P3

0.00

1

0,00

18

Strop poddasza

S 1

0.00

0.8

0.00

5 2

0.00

0.8

0 00

20

Ściana od przygórka

AbW 1

0.00

0.8

0.00

21

AbW 2

0.00.

0,8

0.00

22

Ściany i stropy

Pomieszczeń

nie ogrzewanych

Ab 1

0.00

0.5

0.00

23

Ab 2

0.00

0.5

0.00

24

Strop nad nieogrzewaną

Piwnicą

Podłoga na gruncie

Powierzchnie

Ogrzewanych piwnic w

styku z gruntem

G1

365.2

0.6

219.12

0.6

131.47

25

G2

3652

0.39

142.43

0.6

85.46

26

G3

0.00

0.6

0.00

27

G4

..

0.00

0.6

0.00

28

GS

0.00

0.6

0.00

29

Względny współczynnik strat cieple przez przenikanie 0x01 graphic

0x01 graphic

30

Współczynnik strat cieple przez przenikanie 0x01 graphic

31

2.2 Współczynnik strat ciepła przez wentylację, W/K

32

Współczynnik strat cieple przez wentylację

0x01 graphic

Tablica 3. ZYSKI CIEPLNE

3. Zyski cieplne

3.1. Słoneczne zyski cieplne

35

Orientacja

Promieniowanie

słoneczne Ij

kWh/(m2 .a)

Pole

powierzchni

okien Aoki

m2

Współczynnik

przepuszczal-

ności energii gi

0x01 graphic
kWh/a

36

S

350

105.9

0.7

14711.10

37

SW

310

..,..

.

0.00

38

W

220

140.4

0.7

12259.45

39

NW

160

0.00

40

N

145

105,9

0 7

6094.60

41

NE

165

0.00

42

E

235

140.4

0.7

13095.3

43

SE

320

0.00

44

Okno Dachowe

z pochylenim,<30''

225

0.00

45

Zyski cieple słonecznego 0x01 graphic

46160.46

46

3.2 Wewnętrzne zyski ciepła Qi kWh/a

47

Wewnętrzne zyski ciepła 0x01 graphic

48

4. Roczne zapotrzebowanie na ciepło kWh/a

49

50

Roczne zapotrzebowanie 0x01 graphic

51

Roczne zapotrzebowanie na ciepło odniesione do powierzchni użytkowej 0x01 graphic

52

5. Względny współczynnik strat cieple przez przenikanie odniesiony do pola powierzchni,

___ W(m2 K)

53

Uzyskany względny współczynnik strat ciepła przez

przenikanie odniesiony do pola powierzchni:

0x01 graphic

0,60

54

Dopuszczalny względny współczynnik strat ciepła przez przenikanie odniesiony do pola powierzchni

0x01 graphic

0,78

55

0x01 graphic

5.4. Struktura systemu oceny budynków wg. norm UE. (propozycja Autora)

Otrzymujemy macierz 5x7 wartości te przedstawiono w tablicy:

Tablica.1. System nośników energii w budynku

Nośnik energii

Cel użycia energii

Olej

Gaz

węgiel

sieć ciepl.

sieć nisko

tempe turow

Drew

No

Elektry-

Czność

Ogrzewanie

EP11

EP12

EP13

EP14

EP15

EP16

EP17

EP1

Wentylacja

EP21

EP22

EP23

EP24

EP25

EP26

EP27

EP2

Klimatyzacja

EP31

EP32

EP33

EP34

EP35

EP36

EP37

EP3

Cwu.

EP41

EP42

EP43

EP44

EP45

EP46

EP47

EP4

Oświetlenie

EP51

EP52

EP53

EP54

EP55

EP56

EP57

EP5

Suma

∑EP1

∑EP1

∑EP1

∑EP1

∑EP1

∑EP1

∑EP1

EP

Współczynnik

sprawności

η1

η2

η3

η4

η5

η6

η7

Energia dostarczona

DEP1

DEP2

DEP3

DEP4

DEP5

DEP6

DEP7

DEP

Współczynnikwagi(konwer)

W1

w2

w3

w4

w5

w6

w7

Enegia pierwotna

PEP1

PEP2

PEP3

PEP4

PEP5

PEP6

PEP7

PEP

Współczynnik

Emisji

e1

e2

e3

e4

e5

e6

e7

Emisja CO2

EEP1

EEP2

EEP3

EEP4

EEP5

EEP6

EEP7

EEP

Sumując energię w kategoriach nośników otrzymujemy energię zapotrzebowania EPi . i -1,..,7. i - rodzaj nośnika.

Dzieląc składniki ∑EPi przez sprawność sieci cieplnej otrzymujemy energię dostarczoną do pokrycia zapotrzebowania . DEPi . i - rodzaj nośnika.

0x01 graphic
(8)

Mnożąc składniki DEPi . przez współczynniki konwersji otrzymujemy energię pierwotną PEPi .w kategoriach nośników:

0x01 graphic
(9)

gdzie wi - współczynnik konwersji, waga danego nośnika energii,

Mnożąc składniki energii pierwotnej przez współczynniki emisji dwutlenku węgla, w kategoriach nośników:

0x01 graphic
(10)

Otrzymujemy wartości emisji CO2 do atmosfery.

Otrzymaliśmy system zużycia energii w danym budynku. Wszystkie składowe tego systemu zestawione są w tablicy 1. Liczba składowych jest równa iloczynowi wierszy i kolumn (9x8=72). Dla dowolnego budynku system energetyczny jest określony przez:

0x01 graphic
(11)

(Składowych, mamy 5+5x7+4x7+4=72).

Do wykonania oceny są tworzone oprócz systemu podstawowego budynku dwa systemy towarzyszące. Systemy towarzyszące są tworzone z obliczeń takich samych jak system podstawowy, tylko w obliczeniach są brane pod uwagę inne parametry budynku , parametry standartowe (R) i parametrów rynkowe (S). Otrzymujemy dwa dalsze systemy energetyczne.

0x01 graphic
(12)

(Składowych, 5+5x7+4x7+4=72).

Podobnie dla parametrów rynkowych mamy:

0x01 graphic
(13)

5.5 Rozporządzenia ministra infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r.

5.5.1.Oszczędność energii i izolacyjność cieplna.

a)Funkcje ogrzewania

Budynek i jego instalacje ogrzewcze, wenty­lacyjne i klimatyzacyjne powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby ilość energii cieplnej, potrzebne; do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem, można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie.

Jako cel użytkowania energii w budynku przyjęto określać zapotrzebowanie energii na:

  1. ogrzewanie i wentylacje,

  2. chłodzenie,

  3. przygotowanie ciepłej wody użytkowej

  4. oświetlenie wbudowane.

b)Wskaźniki oceny energetycznej

Wskaźnikami oceny energetycznej według zarządzenia są:

  1. wskaźnik EK - roczne zapotrzebowanie energii końcowej na jednostkę powierzchni pomieszczeń o regulowanej temperaturze powietrza w budynku, albo lokalu mieszkalnego wyrażone w kWh/(m2rok).

  2. wskaźnik EP - roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną na jednostkę powierzchni pomieszczeń regulowanej temperaturze powietrza w budynku, albo lokalu mieszkalnego wyrażone w kWh/(m2rok).

Klasy budynków

Wprowadzono odróżnienie budynków: budynku mieszkalnego, budynku użyteczności publicznej oraz budynku zamieszkania zbiorowego, lokalu mieszkalnego (mieszkanie), budynku magazynowego i budynku przemysłowego.

Dla budynku użyteczności publicznej i budynku produkcyjnego wymagania cieplne uznaje się za spełnione, jeżeli przegrody budowlane odpowia­dają wymaganiom izolacyjności cieplnej oraz innym wymaganiom określonym w załączniku do wymagań technicznych

Nowe wymagania. Maksymalne wartości EP rocznego wskaźnika obliczeniowego zapotrzebowania na energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz chłodzenia, w zależności od współczynnika kształtu budynku A/Ve, wynoszą :

  1. w budynkach mieszkalnych do ogrzewania i wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowe (EPH+W ) w ciągu roku:

  1. dla 0x01 graphic

  2. 0x01 graphic

  3. 0x01 graphic

Gdzie

0x01 graphic
- dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do przygotowania ciepłej wody użytkowej w ciągu roku.

0x01 graphic

A - jest sumą pól powierzchni wszystkich przegród budynku, oddzielających część ogrzewaną budynku od powietrza zewnętrznego, gruntu i przyległych pomieszczeń nieogrzewanych, liczoną po obrysie zewnętrznym,

Ve - jest kubaturą ogrzewanej części budynku, pomniejszoną o podcienia, balkony, loggie, galerie itp., liczoną po obrysie zewnętrznym,

Af - powierzchnia użytkowa ogrzewania budynku (lokalu).

  1. W budynkach mieszkalnych do ogrzewania, wentylacji i chłodzenia oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej (EPHC+W) w ciągu roku:

0x01 graphic

gdzie:

EPH+W - wartość według zależności podanej w pkt 1.

Aw,e - powierzchnia ścian zewnętrznych budynku, liczona po obrysie zewnętrznym,

Af,c - powierzchnia użytkowa chłodzona budynku (lokalu),

Af - powierzchnia użytkowa ogrzewania budynku (lokalu),

Ve - jest kubaturą ogrzewanej części budynku, pomniejszoną o podcienia, balkony, loggie, galerie itp., liczoną po obrysie zewnętrznym;

  1. w budynkach zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej i produkcyjnych do ogrzewania, wentylacji i chłodzenia oraz przygotowania cwu. i oświetlenia wbudowanego (EPHC+W+L) w ciągu roku:

0x01 graphic

Gdzie:

Aw,e - powierzchnia ścian zewnętrznych budynku, liczona po obrysie zewnętrznym,

Af,c - powierzchnia użytkowa chłodzona budynku (lokalu),

EPH+W - wartość według zależności podanej w pkt 1, przy czym 0x01 graphic

EPw - dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do przygotowania cwu. w ciągu roku; dla budynku z wydzielonymi częściami o różnych funkcjach użytkowych wyznacza się wartość średnią EPw dla całego budynku, przy czym:

0x01 graphic

Gdzie:

Vcw - jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody użytkowej 0x01 graphic
należy przyjmować z założeń projektowych,

ai - udział powierzchni Af na jednostkę odniesienia (j.o.) najczęściej na osobę 0x01 graphic
, należy przyjmować z założeń projektowych,

bt - bezwymiarowy czas użytkowania w ciągu roku systemu cwu. należy przyjmować z założeń projektowych.

EPL - dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do oświetlenia wbudowanego w ciągu roku (dotyczy budynków użyteczności publicznej); dla budynku z wydzielonymi częściami o różnych funkcjach użytkowych wyznacza się wartość średnią EPL dla całego budynku, przy czym:

0x01 graphic

gdzie:

PN - moc elektryczna referencyjną 0x01 graphic
należy przyjmować z założeń projektowych,

to - czas użytkowania oświetlenia 0x01 graphic
należy przyjmować z założeń projektowych.

Przepisy przejściowe i końcowe

Niniejsze przepisy stanowią treść rozporządzenie ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. Dziennik Ustaw Nr.75 poz609.

Załącznik do rozporządzenia zawiera

Wymagania izolacyjności cieplnej,

Minimalne wartości oporów cieplnych dla podłóg układanych na gruncie,

Przepis o wielkości okien

Przepis o punkcie rosy. Utrzymanie na wewnętrznych temperatury wyższej o 1oC na wewnętrznych ścianach od punktu rosy.

Szczelność na przenikanie powietrza. Napływ powietrza przez nawiewniki. Infiltracja nie większa niż 0,3 m3/m h daPa2/3.

Izolacyjność cieplna przegród

Załącznik 2 . Wymagania izolacyjności cieplnej

    1. Izolacyjność cieplna przegród i podłóg na gruncie

1.1. Wartość współczynnika przenikania ciepła U ścian, stropów i stropodachów, obliczone zgodnie z Polskimi Normami dotyczącymi obliczenia oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła, nie mogą być większe niż wartości U(max) określone w tabelach:

Budynek mieszkalny i zamieszkania zbiorowego

Lp.

Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu

Współczynnik

przenikania U(max)

[w/(m2·K)]

1

2

3

1

Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym

a) przy t1>16 oC

b) przy t1<16 oC

0,30

0,80

2

Ściany wewnętrzne pomiędzy pomieszczeniami ogrzewanymi a niedogrzanymi, klatkami schodowymi lub korytarzami

1,0

3

Ściany przyległe do szczelin dylatacyjnych o szerokości:

  1. do 5 cm, trwale zamkniętych i wypełnionych izolacją cieplną na głębokości co najmniej 20 cm.

  2. powyżej 5 cm,

1,0

0,7

4

Ściany nieogrzewanych kondygnacji

bez wymagań

5

Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi i poddaszami lub nad przejazdami;

a) przy t1>16 oC

b) przy 8 oC< t1<16 oC

0,25

0,50

6

Stropy nad piwnicami nieogrzewanymi zamkniętymi przestrzeniami podłogowymi, podłogi na gruncie

0,45

7

Stropy nad ogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi

bez wymagań

8

Ściany wewnętrzne oddzielające pomieszczenia ogrzewane od nieogrzewanych

1,0

Budynek produkcyjny, magazynowy i gospodarczy

Lp.

Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu

Współczynnik

przenikania U(max)

[w/(m2·K)]

1

2

3

1

Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym

a) przy t1>16 oC

b) przy 8 oC< t1<16 oC

c) przy t1<8 oC

0,30

0,65

0,90

2

Ściany wewnętrzne i stropy międzykondygnacyjne:

a) przy t1>16 oC

b) przy 8 oC< t1<16 oC

c) przy t1<8 oC

1,0

1,4

bez wymagań

3

Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi i poddaszami lub nad przejazdami;

a) przy t1>16 oC

b) przy 8 oC< t1<16 oC

c) przy t1<8 oC

0,25

0,50

0,7

4

Stropy nad nieogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi, posadzki na gruncie

a) przy t1>16 oC

b) przy 8 oC< t1<16 oC

c) przy t1<8 oC

0,80

1,20

1,50

5

Stropy nad piwnicami ogrzewanymi

bez wymagań

Wartości współczynnika przenikania ciepła U okien, drzwi balkonowych i drzwi zewnętrznych. (budynek mieszkaniowy okna 1,7, drzwi 2,6)

Budynek użyteczności (okna 1,8, drzwi 2,6)

Budynek produkcyjny, magazynowy i gospodarczy (1,8, 2,6)

Wymagania do powierzchni okien

W budynku mieszkalnym i zamieszkania zbiorowego pole powierzchni okien Ao wyrażona w m2 , okien oraz przegród szklanych i przezroczystych o współczynniku przenikania ciepła nie mniejszym niż 1,5 W/(m2·K) obliczone według ich wymiarów modularnych, nie może być większa niż wartość Aomax obliczone według wzoru:

0x01 graphic

Gdzie:

Az - jest sumą pól powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych (w zewnętrznym obrysie budynku) w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych.

Aw - jest sumą pól powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji po odjęciu Az.

14



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Tabela 2Metupr, Budownictwo 2, Budownictwo, Fizyka budowli
FB2, budownictwo, fizyka budowli
WYK4FXS, Budownictwo 2, Budownictwo, Fizyka budowli
Okna - Sprawozdanie Adrian, Prywatne, Budownictwo, Fizyka Budowli
test 2 fizbudst2, Budownictwo, Fizyka budowli, Projekt
FIZYKA BUDOWLI BARTEK2, Architektura i budownictwo, Budownictwo, Fizyka budowli
bilans, Prywatne, Budownictwo, Fizyka Budowli
fizyka bud, Budownictwo, Fizyka budowli, sem IV
poprawki, BUDOWNICTWO, Fizyka Budowli, projekty
Stropodach - Sprawozdanie, Prywatne, Budownictwo, Fizyka Budowli
Sprawko ściana, Prywatne, Budownictwo, Fizyka Budowli
Zal-lab-BP-zaoczne, politechnika lubelska, budownictwo, 3 rok, semestr 5, fizyka budowli, wykład
Fizyka proj 3, Budownictwo UTP, semestr 3, Fizyka Budowli
Dlugopis(1), Budownictwo PK, Fizyka budowli
test-B, politechnika lubelska, budownictwo, 3 rok, semestr 5, fizyka budowli, wykład
Izolacje i sciany zadanie, Fizyka Budowli - WSTiP, Budownictwo ogólne, Budownictwo Ogólne

więcej podobnych podstron