1

Wydział Mechaniczno-Energetyczny
kierunek studiów: energetyka

specjalność: energetyka komunalna

AUDYT ENERGETYCZNY

Michał Górak

196372

Prowadzący: Mgr inż. Agnieszka Żuraw

2

Wrocław 2014

1.

Opis techniczny ocenianego obiektu

Audyt

przeprowadzony

został

dla

budynku

jednorodzinnego,

dwukondygnacyjnego, niepodpiwniczonego o wysokości stropu 2,7 m. Ściany
zewnętrzne wykonane zostały z bloczków silikatowych oraz ocieplone są styropianem.
Strop pod dachem ocieplony jest wełną mineralną. Dach płaski, jedno okno dachowe o
powierzchni 1 m

2

. Okna jednoramowe, oszklone szybą zespoloną jednokomorową.

Zadaszenie wykonane z dachówki ceramicznej. Budynek ocieplany jest piecem na węgiel
kamienny. Powierzchnia ogrzewana to 196,9 m

2

(93,9 m

2

parter, 100 m

2

piętro).

Szczegółowy rysunek obiektu znajduje się w załączniku do projektu.

Obiekt znajduje się w miejscowości Michałowice (Opolskie). Jest to III strefa

klimatyczna [1].

2.

Bilans cieplny budynku

Tab. 2.1 Współczynniki ciepła i grubości materiałów zastosowanych materiałów

Podłoże

Materiał

Grubość δ,

Współczynnik przewodzenia

ciepła λ,

Beton zbrojony

0,050

2,30

Styropian

0,030

0,04

Papa asfaltowa (x2)

0,002

0,18

Panele podłogowe (dąb)

0,040

0,19

Ściany boczne

Tynk zewnętrzny

0,050

0,760

Styropian

0,100

0,040

Bloczek silikatowy

0,250

0,095

Tynk wewnętrzny

0,030

0,700

Dach

Folia paraizolacyjna

0,001

0,050

Wełna mineralna

0,100

0,045

Dachówka ceramiczna

0,050

1,000

Płyta regipsowa

0,050

0,090

Współczynniki wnikania ciepła α przyjęto (uwzględniając działanie wiatru od strony

zewnętrznej budynku):

•

od strony zewnętrznej budynku:

= 22

•

od strony wewnętrznej budynku:

= 7

Poniżej znajduje się zestawienie obliczonych oporów cieplnych budynku oraz

współczynniki przenikania ciepła dla każdej przegrody

Tab. 2.2 Opór wnikania ciepła dla poszczególnych przegród

Ściany zewnętrzne

Dach

Podłoże

Opór wnikania ciepła

R,

5,43

3,04

1,14

Współczynnik

przenikania

ciepła U,

0,33

0,38

0,88

3

3.

Projektowe obciążenie cieplne budynku

Tab. 3.1 Obciążenie cieplne budynku dla średniej temperatury zewnętrznej oraz projektowej

temperatury zewnętrznej

Strumień ciepła, W

Ściany boczne

Podłoże

Dach

Okna

Drzwi

Ś

rednia

Projektowa

Ś

rednia

Projektowa

Ś

rednia

Projektowa

Ś

rednia

Projektowa

Ś

rednia

Projektowa

833,65

2689,19

523,96

1690,20

568,86

1835,02

1098,52

3543,60

75,86

244,72

W powyższej tabeli zestawiono wartości obciążenia cieplnego budynku dla dwóch
temperatur: średniej zewnętrznej temperatury wynoszącej 280,6 K oraz projektowej
temperatury zewnętrznej wynoszącej 253 K [1]. Różnica wynikająca z zastosowania do
obliczeń tych dwóch temperatur jest znacząca. Dalsze obliczenia prowadzone są dla
temperatury projektowej. Wykorzystanie jej pozwala przewidzieć zapotrzebowanie na ciepło
podczas panowania temperatury zewnętrznej znacznie poniżej średnich temperatur
występujących w danych strefach klimatycznych. Na tej podstawie dobiera się do obiektów
m. in. system ogrzewania (kocioł) pozwalający zrekompensować występujące straty ciepła.

4.

Obliczenia sezonowego zapotrzebowania na ciepło

Tab. 4.1 Wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło

Miesiąc

Średnia

temperatura

miesięczna [2]

Miesięczne

straty ciepła

przez

przegrody

Miesięczne straty

ciepła przez

wentylację

Zyski ciepła z

nasłonecznienia

Wewnętrzne

zyski ciepła

ℎ

ℎ

ℎ

ℎ

Wrzesień

287

1254,8

615,2

2050,1

488,7

Październik

282

2377,1

1165,5

1146,7

504,9

Listopad

276

3555,2

1743,1

794,2

488,7

Grudzień

274

4105,9

2013,1

627,8

504,9

Styczeń

272

4538,1

2225,0

769,1

504,9

Luty

273

3903,7

1914,0

969,1

456,1

Marzec

276

3673,7

1801,2

1786,1

504,9

Kwiecień

281

2509,5

1230,4

2222,9

488,7

Maj

287

1296,6

635,7

2879,8

504,9

SUMA

27214,4

13343,0

13245,8

4446,7

Poszczególne straty oraz zyski ciepła policzone zostały według poniższych

wzorów:

•

Miesięczne straty ciepła przez przegrody:

= ∙ ∙ ∆ ∙ ℎ ∙ 10 ,

ℎ

(4.1)

Gdzie:
A – powierzchnia przegrody, m

2

U – współczynnik przenikania ciepła dla danej przegrody, W/m

2

K

∆

T – różnica pomiędzy temp. wewnętrzną [3] a średnią temp. miesięczną, K

h – liczba godzin w danym miesiącu, h

4

•

Miesięczne straty ciepła przez wentylację:

= 0,34 ∙ "

#$%

∙ ∆ ∙ ℎ ∙ 10 ,

ℎ

(4.2)

Gdzie:
V

inf

– strumień powietrza infiltrującego (0,8 x kubatura ogrzewana),

•

Zyski ciepła z nasłonecznienia:

&'(

=

')

∙ * ∙ + ∙ ∙ ,,

ℎ

(4.3)

Gdzie:
A

ok

– powierzchnia okien

I – wartość promieniowania słonecznego na płaszczyznę pionową [4]
g – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego przez
oszklenie [3]
k – współczynnik wartości korekcyjnej ze względu na nachylenie płaszczyzny
okna do poziomu (dla pł. Pionowej k=1), [3]
Z – współczynnik zacienienia budynku

•

Wewnętrzne zyski ciepła:

-

= .

#$/

∙

01

∙ ℎ ∙ 10 ,

ℎ

(4.4)

Gdzie:
q

int

– obciążenie cieplne pomieszczeń zyskami wewnętrznymi [3]

A

grz

– powierzchnia ogrzewana

Całkowite zyski ciepła w sezonie grzewczym dla tego budynku wynoszą:

2&

= 17692,5

ℎ

Całkowite straty ciepła w sezonie grzewczym wynoszą:

&/1

= 40557,5

ℎ

Następnie obliczono współczynnik efektywności wykorzystania ciepła η

zys

:

6

2&

= 1 − 8

9

:

;

<

= 0,9 = 90%

(4.5)

Gdzie:

> =

?

@AB

?

BCD

= 0,4

(4.6)

Wynika z tego, że sezonowe zapotrzebowanie na ciepło dla omawianego budynku

wynosi:

E

=

&/1

− 6

2&

∙

2&

= 24652,4

ℎ

(4.7)

5

5.

Termomodernizacja

5.1.

Wymiana okien

Dotychczasowe okna wymieniono na okna Winergetic Premium Passive firmy

Oknoplast. Wykonane są one w pakiecie trójkomorowym. Przestrzeń między szybami
wypełniona jest kryptonem co pozwala obniżyć współczynnik przenikania ciepła całego
okna do poziomu 0,6 W/m

2

K [5]

Wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło Q

I

po wymianie okien w

budynku oraz szacunkowy czas zwrotu kosztów termomodernizacji wynikający ze
zmniejszenia strat ciepła przedstawia tabela poniżej.

Tab. 5.1 Zestawienie wartości SZNC oraz czasu zwrotu inwestycji dla I wariantu

termomodernizacji

Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło po termomodernizacji Q

I

, kWh

18826,07

Wskaźnik efektywności ekonomicznej SPBT (Simple Pay Back Time), lata

50,70

Nakład inwestycyjny N, zł

16165,00

Roczna oszczędność kosztów ∆Q, zł

318,82

Wartości z powyższej tabeli obliczono na podstawie poniższych wzorów:

•

Nakład inwestycyjny N:

F =

')

∙ G

(5.1)

Gdzie:

')

= 32,33H

I

– powierzchnia wszystkich okien w budynku

G = 500

ł

– szacunkowa cena jednego metra kwadratowego okna [6]

•

Roczna oszczędność kosztów

∆

Q

:

∆ = K

E

−

L

M ∙ G, Nł

(5.2)

Gdzie:
Q

0

– sezonowe zapotrzebowanie na ciepło przed wymianą okien w MJ

Q

I

– sezonowe zapotrzebowanie na ciepło po wymianie okien w MJ

p – cena jednostkowa energii zależna od źródła ciepła

Wartość p została wyliczona z poniższego wzoru:

G = 6 ∙

O
2

= 0,02

ł

PQ

(5.3)

Gdzie:
R = 760

ł

/'$

= 0,76

ł

)0

– orientacyjna cena węgla do ogrzewania budynku

S = 30

PQ

)0

– wartość opałowa węgla [7]

6 = 60% - sprawność pieca ogrzewającego budynek

•

Wskaźnik efektywności ekonomicznej SPBT:

TUV =

W

∆?

(5.4)

6

5.2.

Ocieplenie budynku styropianem

Na całości ścian bocznych od strony zewnętrznej nałożona została dodatkowa

warstwa styropianu o grubości 5 cm.

Wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło Q

II

po termomodernizacji

przedstawione są poniżej.

Tab. 5.2 Zestawienie wartości SZNC oraz czasu zwrotu inwestycji dla II wariantu

termomodernizacji

Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło po termomodernizacji Q

II

, kWh

23671,69

Wskaźnik efektywności ekonomicznej SPBT (Simple Pay Back Time), lata

349,60

Nakład inwestycyjny N, zł

18759,60

Roczna oszczędność kosztów ∆Q, zł

53,66

Kwota nakładu inwestycyjnego zawiera cenę materiałów oraz robocizny – 90

zł/m

2

.

Wartości podane w tabeli obliczone zostały według schematu z punktu 4.1.

5.3.

Ocieplenie stropu pod dachem

Na całej powierzchni stropu dołożono warstwę wełny mineralnej o grubości 0,2 m

oraz płyty regipsowe o grubości 0,05 m.

Wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło Q

III

po termomodernizacji

przedstawiony jest poniżej.

Tab. 5.3 Zestawienie wartości SZNC oraz czasu zwrotu inwestycji dla III wariantu

termomodernizacji

Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło po termomodernizacji Q

III

, kWh

22581,11

Wskaźnik efektywności ekonomicznej SPBT (Simple Pay Back Time), lata

176,40

Nakład inwestycyjny N, zł

19989,28

Roczna oszczędność kosztów ∆Q, zł

113,34

Kwota nakładu inwestycyjnego obejmuje cenę materiałów oraz robocizny – 170

zł/m

2

.

Wartości podane w tabeli obliczone zostały według schematu z punktu 4.1.

5.4.

Zastosowanie trzech metod z punktów 4.1, 4.2 oraz 4.3

W ramach termomodernizacji wymieniono okna w budynku, ocieplono ściany

boczne styropianem oraz dołożono warstwę wełny mineralnej oraz regipsy pod dachem.

7

Wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło Q

IV

po termomodernizacji

przedstawione są poniżej.

Tab. 5.4 Zestawienie wartości SZNC oraz czasu zwrotu inwestycji dla IV wariantu

termomodernizacji

Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło po termomodernizacji Q

IV

, kWh

15963,56

Wskaźnik efektywności ekonomicznej SPBT (Simple Pay Back Time), lata

115,50

Nakład inwestycyjny N, zł

54913,88

Roczna oszczędność kosztów ∆Q, zł

475,45

Kwota nakładu inwestycyjnego jest sumą nakładów inwestycyjnych

z poszczególnych wariantów termomodernizacji.

6.

Wybór optymalnego wariantu

Na

podstawie

otrzymanych

wyników

można

zdecydować,

który

wariant

termomodernizacji jest najbardziej odpowiedni. Po porównaniu poszczególnych opcji
wymiana okien jest najbardziej optymalnym wyborem. Przy stosunkowo niskim nakładzie
inwestycyjnym otrzymujemy bardzo dobre parametry izolacyjne. Pozwala to zaoszczędzić
prawie 6 kilowatogodzin podczas jednego sezonu grzewczego, co przekłada się na kwotę ok.
320 zł. Również czas po jakim inwestycja się zwróci jest w tym przypadku najmniejszy.
Jedynie w przypadku zastosowania wszystkich trzech wariantów można ograniczyć straty w
większym stopniu. Wiąże się to jednak z dużo większym nakładem inwestycyjnym – 3 kWh
mniejsze straty, prawie o 40 tysięcy wyższa wartość inwestycji. Oprócz tego czas zwrotu
kosztów inwestycji jest dwukrotnie większy. Na tej podstawie wariant pierwszy obejmujący
wymianę okien można przyjąć najbardziej optymalny.

7.

Wnioski

Analizowany obiekt wybudowany został niecałe 10 lat temu. Jest więc stosunkowo

nowoczesny. Do jego budowy używano nowych materiałów, charakteryzujących się dobrymi
właściwościami izolacyjnymi. Efektem tego są niskie wartości strat cieplnych przed
zastosowaniem termomodernizacji. Obliczenia pokazują, że poprawa właściwości
izolacyjnych budynku poprzez zastosowanie dodatkowej warstwy wełny izolacyjnej pod
stropem dachowym, dołożenie warstwy styropianu na bocznych ścianach budynku powoduje
stosunkowo niewielkie ograniczenie strat ciepła. Minimalizowanie tych strat wiąże się z
dużym nakładem finansowym. W przedstawionym audycie nie wzięto pod uwagę wymiany
systemu ogrzewania. Nie jest to inwestycja opłacalna, ponieważ zastosowany piec
charakteryzuje się zadowalającą sprawnością oraz ma możliwość palenia w nim drewnem, co
dodatkowo obniża koszty energii. Oprócz tego dom wyposażony jest w kominek opalany
drewnem, pozwalający na ogrzanie parteru przy niewielkich kosztach poniesionych. W
związku z tym, decydowanie się na pierwszy wariant termomodernizacji przedstawiony
powyżej nie jest dobrym rozwiązaniem. Inwestycję w zakresie ograniczania strat cieplnych
domu mieszkalnego można przyjąć za opłacalna jeśli zwraca się ona w przeciągu mniej
więcej 10 lat. W przedstawionym w punkcie 5.1 wariancie obejmującym wymianę okien
czas zwrotu inwestycji wynosi 50 lat a roczna oszczędność kosztów wynosi ok. 320 zł. Nie
są to więc wartości zadowalające. Można przypuszczać, że nowe domy, budowane po 2000
roku, posiadają dobre właściwości izolacyjne bez przeprowadzania modernizacji. W ich
przypadku ulepszanie cieplne nie wydaje się być konieczne.

8

8.

Literatura

[1]

Poradnik Purmo, „Nowa metoda obliczania projektowego obciążenia
cieplnego” na podstawie normy PN – EN 12831

[2]

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, http://www.imgw.pl/klimat/,
Październik 2014

[3]

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dn. 6 listopada 2008 r. w sprawie
metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu
mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno
– użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich
charakterystyki energetycznej

[4]

Ministerstwo Infrastruktury i Rozwoju, http://www.mir.gov.pl, Październik
2014

[5]

http://www.oknoplast.pl/, Listopad 2014

[6]

http://www.cozaile.pl, Listopad 2014

[7]

Katowicki Holding Węglowy S.A. Kopalnia Węgla Kamiennego „Wujek”,
http://www.wujek.pl, Listopad 2014

9.

Załączniki

•

Rysunek techniczny budynku