2009-03-28
1
Metoda oceny opłacalności i wyboru usprawnień
termomodernizacyjnych polegających na wymianie okien
lub drzwi oraz poprawie wentylacji
(naturalnej lub mechanicznej wywiewnej)
Termomodernizacja
i audyt energetyczny
dr inŜ. Małgorzata Szulgowska-Zgrzywa
budynek C-6, pokój 343
tel: 320–31-09
e-mail: malgorzata.szulgowska@pwr.wroc.pl
Wybór wariantu termomodernizacji
•
Optymalny wariant przedsięwzięcia termomodernizacyjnego, polegający na
wymianie okien lub drzwi oraz na poprawie systemu wentylacji, jest to taki
wariant, dla którego prosty czas zwrotu nakładów SPBT przyjmuje wartość
minimalną.
•
Do wyznaczania optymalnego wariantu przedsięwzięcia naleŜy korzystać z
zaleŜności określonej wzorem:
gdzie:
•
N
Ok
- planowane koszty robót związane z wymianą okien lub drzwi, zł,
•
N
w
- planowane koszty związane z modernizacją wentylacji, zł,
•
∆O
rOk
- roczna oszczędność kosztów energii wynikająca z wymiany okien lub drzwi,
przypadająca na poszczególne z n wykorzystanych źródeł energii, zł/rok,
•
∆O
rW
- roczna oszczędność kosztów energii wynikająca z modernizacji wentylacji,
przypadająca na poszczególne z n wykorzystanych źródeł energii, zł/rok.
(
)
(
)
∑
∆
+
∆
+
=
n
rW
rOk
W
OK
O
O
N
N
SPBT
2009-03-28
2
Roczna oszczędność kosztów energii
•
Wartość łącznej rocznej oszczędności kosztów energii (∆O
rOk
+ ∆O
rW
) dla n-tego źródła
oblicza się z wzoru:
gdzie:
•
x
0
, x
1
- udział n-tego źródła w zapotrzebowaniu na ciepło przed i po wykonaniu wariantu
termomodernizacyjnego,
•
Q
0
, Q
1
- roczne zapotrzebowanie na ciepło na pokrycie strat przez przenikanie (oraz
infiltrację lub ogrzanie powietrza wentylacyjnego) przed i po wykonaniu wariantu
przedsięwzięcia termomodernizacyjnego GJ/rok,
•
O
0z
, O
1z
- suma opłat za zuŜycie ciepła,
•
y
0
, y
1
- udział n-tego źródła w zapotrzebowaniu na moc cieplną przed i po wykonaniu wariantu
przedsięwzięcia termomodernizacyjnego,
•
q
0
, q
1
- zapotrzebowanie na moc cieplną odpowiednio na pokrycie strat przez
przenikanie oraz infiltrację lub na pokrycie strat przez przenikanie i ogrzanie
powietrza wentylacyjnego, przed i po wykonaniu wariantu przedsięwzięcia
termomodernizacyjnego, MW,
•
O
0m
, O
1m
- suma opłat za moc zamówioną,
•
A
b0
, A
b1
- opłata abonamentowa.
(
)
(
)
(
)
rok
zł
A
A
O
q
y
O
q
y
O
Q
x
O
Q
x
O
O
b
b
m
m
z
z
rW
rOk
,
12
12
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
−
⋅
+
⋅
⋅
−
⋅
⋅
⋅
+
+
⋅
⋅
−
⋅
⋅
=
∆
+
∆
Roczne zapotrzebowanie na ciepło
•
Wartości rocznego zapotrzebowania na ciepło Q
0
, Q
1
,
w przypadku gdy
doprowadzanie powietrza wentylacyjnego nie odbywa się przez
nawiewniki okienne lub ścienne, okna lub drzwi, oblicza się z wzoru:
gdzie:
•
Sd – liczba stopniodni,
•
U - współczynnik przenikania ciepła okna lub drzwi przewidzianych do wymiany,
W/(m
2
*K);
Przy czym dla pomieszczeń ogrzewanych, maksymalna wartość współczynnika przenikania
ciepła okien po wymianie nie moŜe być większa niŜ:
1) w I, II, III strefie klimatycznej:
a) 1,9 W/(m
2
*K) - dla okien w ścianach,
b) 1,8 W/(m
2
*K) - dla okien w dachu,
2) w IV, V strefie klimatycznej: 1,7 W/(m
2
*K) - dla wszystkich typów okien,
•
A
Ok
- powierzchnia całkowita okien (drzwi) przed i po termomodernizacji, m
2
,
•
Q
inf
- roczne zapotrzebowanie na ciepło na ogrzanie niepoŜądanego strumienia
powietrza napływającego przez nieszczelności okien (drzwi), GJ/rok.
[
]
rok
GJ
Q
U
A
Sd
Q
Q
Ok
,
10
64
,
8
,
.
inf
5
1
0
+
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
2009-03-28
3
Infiltracja
•
Wartości rocznego zapotrzebowania na ciepło, na ogrzanie niepoŜądanego
strumienia powietrza napływającego przez nieszczelności okien i drzwi
Q
0inf
, Q
1inf
, oblicza się z wzoru:
•
gdzie:
•
t
wo
- obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego, °C
•
t
e
(m) - średnia wieloletnia temperatura miesiąca m, °C,
•
L
d
(m) - liczba dni ogrzewania w miesiącu m,
•
L
g
- liczba miesięcy ogrzewania w sezonie grzewczym,
•
a - współczynnik przepływu powietrza przez szczeliny okien lub drzwi przed i po
termomodernizacji, m
3
/(m*h*daPa
2/3
),
•
l - długość zewnętrznych szczelin przylgowych okien lub drzwi, przed i po
termomodernizacji, m.
[
]
[
]
rok
GJ
m
Ld
m
t
t
l
a
Q
Q
Lg
m
e
wo
),
(
)
(
10
43
,
1
,
3
5
1
6
.
inf
1
.
inf
0
⋅
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
∑
=
−
Roczne zapotrzebowanie na ciepło
•
Wartości rocznego zapotrzebowania na ciepło Q
0
, Q
1
,
w przypadku gdy
doprowadzanie powietrza wentylacyjnego odbywa się przez nawiewniki
okienne lub ścienne, okna lub drzwi, oblicza się z wzoru:
gdzie:
•
Sd – liczba stopniodni
•
Vnom - strumień powietrza wentylacyjnego odniesiony do warunków projektowych dla
wentylacji naturalnej, w przypadku braku danych, naleŜy przyjąć minimalny strumień
powietrza wentylacyjnego obliczony wg zasad podanych w Polskiej Normie dotyczącej
wentylacji w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i uŜyteczności
publicznej, m
3
/h,
•
cr - współczynnik korekcyjny (szczelność okien i drzwi) wg tabeli nr 2,
•
cw - współczynnik korekcyjny (wpływ wiatru) wg tabeli nr 2.
(
)
[
]
rok
GJ
Sd
Vnom
cw
cr
U
A
Sd
Q
Q
Ok
,
10
94
,
2
64
,
8
,
5
1
0
−
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
+
⋅
⋅
⋅
=
2009-03-28
4
Zapotrzebowanie na moc cieplną
•
Wartości zapotrzebowania na moc cieplną q
0
, q
1
,
w przypadku gdy
doprowadzanie powietrza wentylacyjnego nie odbywa się przez nawiewniki
okienne lub ścienne, okna lub drzwi, oblicza się z wzoru:
gdzie:
•
a - współczynnik przepływu powietrza przez szczeliny okien lub drzwi przed i po
termomodernizacji, m
3
/(m*h*daPa
2/3
),
•
l - długość zewnętrznych szczelin przylgowych okien lub drzwi, przed i po
termomodernizacji, m,
•
t
wo
– wewnętrzna temperatura obliczeniowa,
o
C
•
t
zo
– zewnętrzna temperatura obliczeniowa,
o
C
(
)
(
)
[
]
MW
t
t
l
a
U
t
t
A
q
q
wo
zo
wo
zo
Ok
,
10
65
,
1
10
,
3
5
8
6
1
0
−
⋅
⋅
⋅
⋅
+
⋅
−
⋅
⋅
=
−
−
Zapotrzebowanie na moc cieplną
•
Wartości zapotrzebowania na moc cieplną q
0
, q
1
,
w przypadku gdy
doprowadzanie powietrza wentylacyjnego odbywa się przez nawiewniki
okienne lub ścienne, okien lub drzwi, oblicza się z wzoru:
gdzie:
•
Vobl - strumień powietrza wentylacyjnego odniesiony do warunków obliczeniowych dla
instalacji ogrzewczych; w przypadku braku danych naleŜy przyjąć minimalny strumień
powietrza wentylacyjnego obliczony wg zasad podanych w Polskiej Normie dotyczącej
wentylacji w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i uŜyteczności
publicznej pomnoŜony przez współczynnik c
m
(szczelność okien i drzwi), m
3
/h.
(
)
(
)
[
]
MW
t
t
V
U
t
t
A
q
q
wo
zo
obl
wo
zo
Ok
,
10
4
,
3
10
,
7
6
1
0
−
⋅
⋅
⋅
+
⋅
−
⋅
⋅
=
−
−
2009-03-28
5
TABELA 1. Wartości współczynników
przepływu a
0
, a
1
Rodzaj przegrody
a
0
,a
1
[m
3
/(m*h*daPa
2/3
)]
1
2
OKNA STARE
Okna i drzwi balkonowe drewniane , bez uszczelek, z luzem wrębowym 5 mm
3,0-4,0 *)
Okna i drzwi balkonowe drewniane , bez uszczelek, z luzem wrębowym 3 mm
2,0
Okna i drzwi balkonowe drewniane , bez uszczelek, z luzem wrębowym 2 mm
1,5
Okna i drzwi balkonowe drewniane, z uszczelkami samoprzylepnymi z miękkiego PCW, z
luzem wrębowym do 5 mm
2,0
Okna i drzwi balkonowe drewniane, z uszczelkami samoprzylepnymi z EPDM, z luzem
wrębowym do 5 mm
1,2
Okna i drzwi balkonowe drewniane, z uszczelkami samoprzylepnymi z pianki PU, z luzem
wrębowym do 5 mm
0,8
Okna i drzwi balkonowe drewniane, z uszczelkami silikonowymi
0,5
OKNA AKTUALNIE PRODUKOWANE
Okna i drzwi balkonowe jednoramowe, drewniane i z PCW, trwale rozszczelnione lub z
mikro-uchyleniem
0,5-1,0
Okna i drzwi balkonowe jednoramowe, drewniane i z PCW, nierozszczelnione
<0,3
*) - Wartość współczynnika a przyjmuje się w zaleŜności od stanu technicznego okna.
TABELA 1. Wartości współczynników
korekcyjnych cr, cm, cw
Lp.
Wyszczególnienie przyczyn wpływających na zapotrzebowanie ciepła na cele wentylacji
Wartości współczynników
korekcyjnych *)
1
Wentylacja naturalna. Szczelność okien i drzwi, charakterystyka nawiewnika lub
obserwowany poziom wentylacji
współczynnik cr
współczynnik cm
a) okna bardzo nieszczelne (a ≥ 4) lub obserwowana nadmierna wentylacja powodująca
wyziębianie pomieszczeń
1,1-1,3
1,2-1,5
b) okna szczelne (0,5 < a < 1), okno ze skrzydłem rozwieralno-uchylnym lub opcją
rozszczelniania; warunki wentylacji normalne
1,0
1,0
c) okna bardzo szczelne (a<0,3) z nawiewnikami powietrza regulowanymi ręcznie
0,85
1,0
d) okna bardzo szczelne (a<0,3) z nawiewnikami powietrza regulowanymi automatycznie
0,70
1,0
e) okna szczelne, obserwowana niewystarczająca wentylacja **)
0,4-0,7
0,6-0,8
2
Wentylacja mechaniczna wywiewna. Szczelność okien i drzwi, charakterystyka nawiewnika
lub obserwowany poziom wentylacji
współczynnik cr
Współczynnik
cm
a) otwory nawiewne bez moŜliwości regulacji lub okna bardzo nieszczelne (a ≥4) oraz otwory
nawiewne z moŜliwością regulacji
1,1-1,3
1,2-1,5
b) okna bardzo szczelne (a<0,3) z nawiewnikami powietrza regulowanymi ręcznie lub
automatycznie
1,0
1,0
c) współczesne szczelne okna bez nawiewników powietrza, obserwowana niewystarczająca
wentylacja **)
0,4-0,7
0,6-0,8
3
Stopień wyeksponowania budynku na działanie wiatru
Współczynnik cw
a) budynek na otwartej przestrzeni lub budynki wysokie
1,2
b) inne budynki
1,0
*) - współczynniki korekcyjne odnoszą się wyłącznie do budynków, w których sposób odprowadzenia powietrza spełnia wymagania przepisów
techniczno-budowlanych i Polskich Norm,
**) - instalację wentylacji naleŜy poddać modernizacji.
2009-03-28
6
Przykład 1
Dane:
Strumień powietrza wentylującego odniesiony do
wartości projektowych dla wentylacji naturalnej
Vnom=
29219
m
3
/h
Współczynnik przepływu dla okien przed
termomodernizacją
a
0
=
3,0
m
3
/(m*h*daPa
2/3
)
Obliczeniowa temp. pow. wewn.
Two=
20
0
C
Obliczeniowa temp. powietrza zew.
Tzo=
-18
0
C
Liczba stopniodni dla przegrody
Sd=
3707
dzień*K/rok
Taryfa opłat za ciepło:
Opłaty stałe
Opłaty zmienne
Abonament
O
m0
=
3 979,50
zł/MW*m-c
O
z0
=
34,14
zł/GJ
A
b0
=
8,54
zł/m-c
O
m1
=
3 979,50
zł/MW*m-c
O
z1
=
34,14
zł/GJ
A
b1
=
8,54
zł/m-c
Warianty modernizacji:
Wymiana okien oraz wprowadzenie wentylacji regulowanej nawiewnikami (sterowanymi ciśnieniowo)
Wariant 1:
U
ok
=
1,9
W/m
2
K
Wariant 2:
U
ok
=
1,7
W/m
2
K
Wariant 3:
U
ok
=
1,5
W/m
2
K
Przykład 1 – c.d.
Lp.
Opis /wyszczególnienie
jednostki
stan
istniejący
Warianty
1
2
3
1
2
3
4
5
6
7
1
Powierzchnia okien/drzwi
m
2
1687
2
Współczynnik przenikania
W/(m
2
*K)
3,0
1,9
1,7
1,5
3
Współczynniki
korekcyjne
Cr
-
1,1
1,0
1,0
1,0
Cm
-
1,2
1,0
1,0
1,0
Cw
-
1,0
1,0
1,0
1,0
4
8,64*10
-5
*Sd*A
ok
*U
GJ/a
1621,0
1026,6
918,5
810,5
5
2.94*10
-5
*c
r
*c
w
*Vnom*Sd
GJ/a
3502,9
3184,5
3184,5
3184,5
6
Q
0u
,Q
1u
= poz.4 + poz.5
GJ/a
5123,9
4211,1
4103,0
3994,9
7
10
-6
*A
ok
*(t
wo
-t
zo
)*U
MW
0,19232
0,12180
0,10898
0,09616
8
3,4*10
-7
*c
m
*V
nom
*(t
wo
-t
zo
)
MW
0,49298
0,41082
0,41082
0,41082
9
q
0
,q
1
= poz .7 + poz.8
MW
0,68530
0,53262
0,51980
0,50698
10
Roczna oszczędność kosztów energii ∆Q
rok
+ ∆Q
rw
zł/rok
-
38 454
42 756
47 057
11
Cena jednostkowa wym.okien
zł/m
2
-
390
420
450
12
Koszt wymiany okien Nok
zł
-
657 930
708 540
759 150
13
Koszt modernizacji wentylacji Nw
zł
-
84 300
84 300
84 300
14
SPBT=(Nok+Nw)/Σ(∆Qrok+ ∆Qrw)
-
-
19,3
18,5
17,9
ZałoŜenia odnośnie przyjęcia kosztów Nu:
a) Przyjęto ceny jednostkowe usprawnienia 1 m
2
na podstawie średnich cen rynkowych.
b) MontaŜ nawiewników okiennych :
562
szt. *
150
zł/szt.
=
84 300 zł
Wybrany wariant:
3
Koszt:
843 450 zł
SPBT:
17,9
Lat
2009-03-28
7
Podsumowanie
(
)
(
)
[ ]
MW
t
t
V
U
t
t
A
q
q
wo
zo
obl
wo
zo
Ok
,
10
4
,
3
10
,
7
6
1
0
−
⋅
⋅
⋅
+
⋅
−
⋅
⋅
=
−
−
(
)
(
)
[
]
MW
t
t
l
a
U
t
t
A
q
q
wo
zo
wo
zo
Ok
,
10
65
,
1
10
,
3
5
8
6
1
0
−
⋅
⋅
⋅
⋅
+
⋅
−
⋅
⋅
=
−
−
(
)
[
]
rok
GJ
Sd
Vnom
cw
cr
U
A
Sd
Q
Q
Ok
,
10
94
,
2
64
,
8
,
5
1
0
−
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
+
⋅
⋅
⋅
=
Określenie moŜliwych wariantów termomodernizacji
(uwaga na maksymalny dopuszczalny współczynnik U dla okien)
Określenie zapotrzebowania na moc
(przed i po wykonaniu danego wariantu termomodernizacji)
Określenie rocznego zapotrzebowania na ciepło
(przed i po wykonaniu danego wariantu termomodernizacji)
Doprowadzanie powietrza odbywa się przez
nawiewniki okienne, ścienne, okna i drzwi
Doprowadzanie powietrza nie odbywa się przez
nawiewniki okienne, ścienne okna i drzwi
[
]
rok
GJ
Q
U
A
Sd
Q
Q
Ok
,
10
64
,
8
,
.
inf
5
1
0
+
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
Podsumowanie
(
)
(
)
(
)
rok
zł
A
A
O
q
y
O
q
y
O
Q
x
O
Q
x
O
O
b
b
m
m
z
z
rW
rOk
,
12
12
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
−
⋅
+
⋅
⋅
−
⋅
⋅
⋅
+
+
⋅
⋅
−
⋅
⋅
=
∆
+
∆
W
OK
N
N
+
Określenie rocznej oszczędności kosztów energii
wynikającej z wykonania wariantu termomodernizacji
Określenie nakładów inwestycyjnych dla wariantu termomodernizacji
Określenie SPBT dla
poszczególnych wariantów
Wybór wariantu optymalnego wg
kryterium minimalnego wskaźnika SPBT
(
)
(
)
∑
∆
+
∆
+
=
n
rW
rOk
W
OK
O
O
N
N
SPBT
2009-03-28
8
Dziękuję za uwagę