Wykonywanie
świadectw
charakterystyki
energetycznej –
materiały pomocnicze
Zbigniew Rymarczyk
czerwiec 2009
Spis treści
1.Założenia wstępne......................................................................................3
2.Obliczenie powierzchni i kubatury...............................................................4
3.Obliczenie wartości skrajnych EPH+W oraz EP’H+W na podstawie RMI......5
4.Obliczenie rocznego zapotrzebowania na energię końcową i pierwotną QK,W i QP,W.......................................................................................................6
5.Miesięczne straty ciepła przez przenikanie i wentylację w okresie miesięcznym QH,ht.............................................................................................8
6. Obliczenie miesięcznych zysków ciepła QH,gn.........................................10
7.Obliczenie współczynnika wykorzystania zysków ciepła...........................11
8.Obliczenie rocznego zapotrzebowania ciepła użytkowego do ogrzewania i wentylacji..........................................................................................................12
9.Obliczanie rocznego zapotrzebowania na energię końcową i pierwotną QK,H i QP,H......................................................................................................13
10. Obliczenie wskaźników EP i EK...............................................................14
1. Założenia wstępne
Celem niniejszej pracy jest opracowanie świadectwa charakterystyki energetycznej budynku mieszkalnego wielorodzinnego wyłącznie z lokalami mieszkalnymi. Budynek został oddany do eksploatacji…
a. L iczba mieszkańców
Liczba mieszkańców w przedmiotowym budynku wielorodzinnym wynosi … osób (liczbę mieszkańców w zależności od rodzaju budynku lub lokalu mieszkalnego należy przyjmować zgodnie z projektem budynku, a dla budynków istniejących na podstawie stanu rzeczywistego (obj. do tabeli nr 15, zał. nr 5 str. 39 + obj. do tabeli nr 5, zał. nr 6 str. 63).
b. L okalizacja
Budynek zlokalizowany jest w miejscowości ….., III strefa klimatyczna; najbliższa stacja meteorologiczna dla której określana jest średnia temperatura powietrza zewnętrznego w analizowanym okresie miesięcznym oraz punkt pomiarów promieniowania słonecznego (zał. nr 5, str. 29 obj. do zależności (1.12) i (1.13) + zał. nr 5, str. 33, obj. do zależności (1.25)) znajduje się w …..
c. O
grzewanie
Charakterystyka kotłowni:
Budynek zasilany jest w ciepło z …...
Charakterystyka systemu ogrzewania:
Typ instalacji: ciepło dostarczane z …..,.
Parametry pracy instalacji: …/… oC.
Przewody w instalacji…..
Rodzaje grzejników: ….
Osłonięcie grzejników: …..
Zawory termostatyczne: ….
Liczba dni ogrzewania w tygodniu/liczba godzin na dobę: …/….
Modernizacja instalacji po 1985 roku: …..
d. C
iepła woda użytkowa
Ciepła woda użytkowa przygotowywana …..
e. M
ateriały i konstrukcje
Budynek o
…
kondygnacjach nadziemnych
z pełnym
podpiwniczeniem, zbudowany w technologii tradycyjnej. Ściany zewnętrzne zbudowane z ….. Piwnica nieogrzewana. Ściany piwnic wykonane z …. Zastosowano stropy ….. Stropodach niewentylowany.
Okna w mieszkaniach i na klatkach schodowych drewniane, podwójnie szklone. Drzwi wejściowe drewniane.
2. Obliczenie powierzchni i kubatury
Niżej przedstawiono rzuty poszczególnych kondygnacji oraz przekrój pionowy budynku w celu określenia:
• Af - powierzchnia ogrzewana (o regulowanej temperaturze) budynku lub lokalu mieszkalnego,
• A - sumy pól powierzchni wszystkich przegród budynku, oddzielających część ogrzewana budynku od powietrza zewnętrznego, gruntu i przyległych pomieszczeń nieogrzewanych, liczoną po obrysie zewnętrznym,
• Ve - kubatury ogrzewanej części budynku, pomniejszoną o podcienia, balkony, loggie, galerie itp., liczoną po obrysie zewnętrznym.
W wymiarowaniu powierzchni i przestrzeni wykorzystano informacje ujęte w normach:
• PN –EN ISO 13789 „Właściwości cieplne budynków. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie”
• PN –EN 12831 „Instalacje ogrzewcze w budynkach. Obliczenie zapotrzebowania na moc cieplną”
• PN-70/B02365 „Powierzchnia budynków. Podział, określenia i zasady obmiaru”
• PN-ISO 9836:1997 „Właściwości użytkowe w budownictwie. Określenie i obliczenie wskaźników powierzchniowych i kubaturowych”
Zgodnie z zasadami obmiaru, powierzchnia ogrzewanej części budynku wynosi Af=…. m2.
3. Obliczenie wartości skrajnych EPH+W oraz EP’H+W na podstawie RMI a. W
spółczynnik kształtu budynku A/V e
Współczynnik kształtu (wskaźnik zwartości) budynku określono jako iloraz A/Ve.
b. M
aksymalna wartość rocznego wskaźnika zapotrzebowania na
energię pierwotną do ogrzewania i wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej EPH+W
W przedmiotowym budynku do sporządzenia charakterystyki energetycznej budynku niezbędne jest określenie energii do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Zatem, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690, zm.: z 2003 roku Nr 33, poz. 270; z 2004 r. Nr 109 poz. 1156; z 2008 r. Nr 201 poz. 1238), maksymalne wartości EP rocznego wskaźnika obliczeniowego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej, w zależności od współczynnika kształtu budynku A/Ve należy obliczono na podstawie jednej z poniższych zależności:
• dla A/Ve ≤ 0,2
EPH+W=73 +∆EP
[kWh/(m2.rok)],
• dla 0,2 ≤A/Ve ≤ 1,05
EPH+W=55 + 90. (A/Ve) + ∆EP
[kWh/(m2.rok)],
• dla A/Ve ≥ 1,05
EPH+W=149,5 +∆EP
[kWh/(m2.rok)],
przy czym ∆EP=∆EPw jest dodatkiem na jednostkowe
zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotna do
przygotowania ciepłej wody użytkowej w ciągu roku
∆EPw = 7800/(300 + 0,1.Af)
[kWh/(m2.rok)].
W przypadku przedmiotowego budynku wartość A/Ve = ….., a
zatem EPH+W=…
c. O
bliczenie dopuszczalnej wartości wskaźnika EP dla budynku
przebudowywanego
W przypadku budynku przebudowywanego dopuszcza się
zwiększenie wskaźnika EPH+W w porównaniu z budynkiem nowym o takiej samej geometrii i sposobie użytkowania o 15 %, a zatem EP’H+W=1,15 EPH+W.
[kWh/
(m2.rok)].
W przypadku przedmiotowego budynku
EP’H+W=1,15 ……..
4. Obliczenie rocznego zapotrzebowania na energię końcową i pierwotną QK,W i QP,W
Niżej przedstawiono zależności do wyznaczenie rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną przez system do podgrzania ciepłej wody użytkowej.
a. R
oczne zapotrzebowanie ciepła użytkowego Q W,nd
Roczne zapotrzebowanie ciepła użytkowego QW,Nd wyznacza się na podstawie zależności (1.29) z Rozporządzenia Ministra
Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. (Dz.U. Nr 201, poz. 1240) QW,nd = VCWi . Li . cw . ρ W . (Θ cw – Θ o) . kt . tuz/(1000 . 3600)
[kWh/rok]
gdzie:
VCWi - jednostkowe dobowe zużycie wody, dm3/(j.o.).doba
Li-liczba jednostek odniesienia, osoby
cw- ciepło właściwe wody, 4,19 kJ/(kg.K)
ρ W-gęstość wody, 1000 kg/m3
Θ cw– temperatura ciepłej wody w zaworze czerpalnym, oC
Θ o- temperatura zimnej wody, oC
kt– współczynnik korekcyjny dla temperatury ciepłej wody innej niż 55 oC,
tuz- czas użytkowania, doby
Zgodnie z powyższą zależnością, w przedmiotowym budynku
QW,nd = …………..
[kWh/rok]
b. Ś
rednia sezonowa sprawność całkowita systemu przygotowania
c iepłej wody użytkowej η
w,tot
Średnia sezonowa sprawność całkowita systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej η w,tot obliczana jest z zależności (1.27) RMI z 6 listopada:
η w,tot = η w,e η w,g η w,d η w,s
gdzie:
η w,e – średnia sezonowa sprawność wykorzystania (przyjmuje się 1,0), η w,g - średnia sezonowa sprawność wytworzenia nośnika ciepła z energii dostarczonej do granicy bilansowej budynku,
η w,d - średnia sezonowa sprawność transportu (dystrybucji) ciepłej wody w obrębie budynku (osłony bilansowej lub po za nią),
η w,s - średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepłej wody w elementach pojemnościowych systemu ciepłej wody.
W przedmiotowym budynku:
η w,tot = η w,e η w,g η w,d η w,s
c. R
oczne zapotrzebowanie na energię końcową do przygotowania
ciepłej wody użytkowej QK,W
Roczne zapotrzebowanie na energię końcową QK,W jest obliczone ze wzoru
QK,W = QW,nd/η w,tot
[kWh/rok)],
d. E
nergia elektryczna pomocnicza na przygotowanie ciepłej wody użytkowej Eel,pom,W
Energia elektryczna pomocnicza na przygotowanie ciepłej wody użytkowej wyraża się wzorem (1.32):
E
.
.
el,pom,W=Σ i qel,W,i Af . tel,i 10-3
[kWh/rok)],
gdzie:
qel,W,i - zapotrzebowanie mocy elektrycznej do napędu i-tego urządzenia pomocniczego w systemie przygotowania ciepłej wody, odniesione do powierzchni użytkowej (ogrzewanej), W/m2
tel,i – czas działania urządzenia pomocniczego w ciągu roku, zależny od programu eksploatacji instalacji ciepłej wody, h/rok.
e. R
oczne zapotrzebowanie na energię pierwotną przez system do podgrzania ciepłej wody QP,W
Roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną przez system do podgrzania ciepłej wody wyraża się wzorem
QP,W = wW . QK,W + wel . Eel,pom,W
[kWh/rok)],
gdzie:
wW – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej, Wel – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie energii elektrycznej.
5. Miesięczne straty ciepła przez przenikanie i wentylację w okresie miesięcznym QH,ht
Niżej przedstawiono sposób obliczeń miesięcznych strat ciepła przez przenikanie Qtr oraz wentylację Qve.
5.1. Obliczenie Qtr
a. P
owierzchnie
Wyniki obliczeń pola powierzchni przegród otaczających
przestrzeń o regulowanej temperaturze, obliczane są wg wymiarów zewnętrznych przegrody, przy czym wymiary okien i drzwi przyjęto jako wymiary otworów w ścianie.
b. W
spółczynniki przenikania ciepła
Współczynniki przenikania ciepła i-tej przegrody pomiędzy
przestrzenia ogrzewaną i stroną obliczane są za pomocą programu do sporządzania charakterystyki energetycznej budynków.
c. D
ługości mostków cieplnych
Długości liniowych mostków ciepła wprowadzono jako dane
wejściowe do programu do sporządzania charakterystyki
energetycznej budynków.
d. W
artości liniowych współczynników przenikania ciepła Ψ
i
Wartości liniowych współczynników przenikania ciepła Ψ i przyjęto wg PN – EN ISO 14683:2008 (wg RMI zalecana jest także norma PN –
EN ISO 10211: 2008, tablice mostków cieplnych, obliczenia
szczegółowe mostków cieplnych z wykorzystaniem programów
komputerowych).
e. W
spółczynnik strat ciepła przez przenikanie H tr
Współczynnik strat ciepła przez przenikanie Htr obliczany jest na podstawie wzoru
H
.
tr = Σ i [btr,i (Ai . Ui + Σ ili . Ψ i)]
[W/K],
gdzie:
btr,i – współczynnik redukcyjny obliczeniowej różnicy temperatury i – tej przegrody.
f. W
artość Q tr
Wartość Qtr dla każdego miesiąca obliczana jest ze wzoru
Qtr = Htr . (Θ int,H - Θ e) . tM . 10-3
[kWh/miesiąc],
gdzie:
Θ int,H – temperatura wewnętrzna dla okresu ogrzewania w budynku lub lokalu mieszkalnym przyjmowana zgodnie z wymaganiami
zawartymi w przepisach techniczno – budowlanych, oC
Θ e – średnia temperatura powietrza zewnętrznego w analizowanym okresie miesięcznym według danych dla najbliższej stacji
meteorologicznej, oC
tM – liczba godzin w miesiącu, h.
5.2. Obliczenie Qve
a. W
artości V
o, Vinf
Vo – obliczeniowy strumień powietrza wentylacyjnego, wymagany ze względów higienicznych, liczony zgodnie z PN-83/B-09430/AZ3:2000
“Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego I użyteczności publicznej. Wymagania” (dla kawalerki przyjmowany 80 m3/h (0,022 m3/s)
V
inf – strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności, spowodowany działaniem wiatru i wyporu termicznego
Vo dla przedmiotowego budynku:
Dla budynku bez próby szczelności:
Vinf = 0,2 . kubatura wentylowana / 3600.
b. W
spółczynnik strat ciepła na wentylację H ve
Współczynnik Hve obliczamy ze wzoru:
H
.
ve = ρ aca Σ k (bve,k Vve,k,mn)
[W/K],
gdzie:
ρ aca – pojemność cieplna powietrza, 1200 J/(m3.K)
bve,k- współczynnik korekcyjny dla strumienia k,
Vve,k,mn – uśredniony w czasie strumień powietrza k, m3/s
k – identyfikator strumienia powietrza.
W przypadku budynku z wentylacja naturalną
Hve = 1200 (Vo + Vinf]
[W/K],
c. W
artości Q ve
Wartości miesięcznych strat ciepła przez wentylację budynku obliczana jest ze wzoru:
Qve = Hve . (Θ int,H - Θ e) . tM . 10-3
[kWh/miesiąc].
5.3. Obliczenie QH,ht
Niżej obliczono miesięczne straty ciepła przez przenikanie i wentylację budynku zgodnie z zależnością:
QH,ht = Qtr + Qve
[kWh/mies.]
6. Obliczenie miesięcznych zysków ciepła QH,gn
6.1. Obliczenie miesięcznych wewnętrznych zysków ciepła Qint Wartości Qint obliczane są według zależności
Q
.
.
.
int = qint Af tM 10-3,
[kWh/mies.]
gdzie:
qint – jednostkowe wewnętrzne zyski ciepła, W/m2
Af - powierzchnia pomieszczeń o regulowanej temperaturze w budynku lub lokalu mieszkalnym, m2
tM – liczba godzin w miesiącu, h
Uwaga: do wewnętrznych zysków ciepła należy dodać odpowiednie wartości strat ciepła z instalacji CO oraz c.w.u.
6.2. Wartości zysków ciepła Qsol od promieniowania słonecznego
11
Wartości zysków ciepła Qsol od promieniowania słonecznego obliczamy ze wzoru
Qsol = Σ i (Ci . Ai . li . g . kα . Z)
[kWh/mies.]
gdzie:
Ci – udział powierzchni płaszczyzny szklonej do całkowitego pola powierzchni okna, zależny od wielkości konstrukcji okna, wartość średnia wynosi 0,7,
Ai – pole powierzchni okna lub drzwi balkonowych w świetle otworu w przegrodzie, m2
li – wartość energii promieniowania słonecznego dla danego miesiąca, kierunku świata oraz stacji meteorologicznej, kWh/(m2.mies.) g – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania
słonecznego przez oszklenie,
kα - współczynnik korekcyjny wartości li ze względu na nachylenie płaszczyzny połaci dachowej do poziomu; dla ściany pionowej kα wynosi 1,0,
Z – współczynnik zacienienia budynku ze względu na jego usytuowanie oraz przesłony na elewacji budynku.
6.3. Obliczenie zysków ciepła wewnętrznych i pochodzących od słońca QH,gn
Miesięczne wewnętrzne zyski ciepła i pochodzące od słońca obliczane są z zależności
QH,gn = Qint + Qsol [kWh/mies.]
7. Obliczenie współczynnika wykorzystania zysków ciepła
a. O
bliczenie stosunku zysków do strat γ H
Wartość stosunku zysków wewnętrznych i słonecznych do strat związanych z przenikaniem ciepła i wentylacją obliczana jest z zależności:
b. O
bliczanie wewnętrznej pojemności cieplnej strefy budynku lub c ałego budynku C
m
Wartość Cm oblicza się na podstawie wzoru:
12
C
.
m= Σ i Σ j (ci,j . ρ i,j . di,j Aj)
[J/K],
gdzie:
ci,j – ciepło właściwe materiału warstwy i-tej w elemencie j-tym, J/
(kgK)
ρ i,j - gęstość materiału warstwy i-tej w elemencie j-tym, kg/m3
di,j - grubość warstwy materiału, m
Aj- powierzchnia warstwy i-tej materiału w elemencie j-tym, przy czym łączna grubość warstw nie może przekraczać 0,1 m, m2
Uwaga: obliczenie wartości Cm możliwe jest także za pomocą uproszczonej zależności:
Cm= stała . Af
[J/K],
gdzie wartość stałej jest przyjmowana na podstawie konstrukcji budynku, np. dla budynku o bardzo ciężkiej konstrukcji wartość stałej wynosi 370000, zaś dla budynków o ciężkiej konstrukcji wartość ta wynosi 260000.
c. O
bliczenie stałej czasowej budynku τ
Stałą czasową budynku oblicza się na podstawie zależności: τ =
.
d. O
bliczenie parametru numerycznego a H
Parametr numeryczny aH obliczany jest na podstawie zależności: e. O
bliczenie η
H,gn
Dla
mamy
Dla
mamy
8. Obliczenie rocznego zapotrzebowania ciepła użytkowego do ogrzewania i wentylacji
13
a. O
bliczenie zapotrzebowania ciepła z poszczególnych miesięcy Q H,nd,n Obliczenie zapotrzebowania ciepła QH,nd,n dokonywane jest za pomocą zależności:
QH,nd,n = QH,ht - η H,gn . QH,gn
[kWh/rok].
b. O
bliczenie rocznego ciepła użytkowego budynku Q H,nd
Wartość QH,nd jest sumą zapotrzebowania ciepła z poszczególnych miesięcy, w których wartości obliczeniowe są dodatnie:
QH,nd= Σ n QH,nd,n
.
[kWh/rok]
9. Obliczanie rocznego zapotrzebowania na energię końcową i pierwotną QK,H i QP,H
a. O
bliczenie η
H,tot
Średnia sezonowa sprawność całkowita systemu grzewczego
budynku η H,tot wyraża się zależnością:
η H,tot = η H,g . η H,s . η H,d . η H,e
gdzie:
η H,g – średnia sezonowa sprawność wytworzenia nośnika ciepła z energii dostarczonej do granicy bilansowej budynku,
η H,s- średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepła w
elementach pojemnościowych systemu grzewczego budynku,
η H,d- średnia sezonowa sprawność transportu (dystrybucji) nośnika ciepła w obrębie budynku (osłony bilansowej lub poza nią), η H,e- średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania ciepła w budynku (w obrębie osłony bilansowej).
b. O
bliczenie Q K,H
Roczne zapotrzebowanie na energię końcową QK,H obliczane jest z zależności
[kWh/(m2.mies.)]
c. O
bliczenie E el,pom,H
Energia pomocnicza Eel,pom,H na potrzeby systemu ogrzewania i wentylacji określana jest na podstawie zależności
Eel,pom,H= Σ i qel,H,I . Af . tel,i . 10-3
[kWh/rok]
14
gdzie:
qel,H,i – zapotrzebowanie mocy elektrycznej do napędu i – tego urządzenia pomocniczego w systemie ogrzewania, odniesione do powierzchni ogrzewanej,
Af – powierzchnia o regulowanej temperaturze (ogrzewana),
tel,i- czas działania urządzenia pomocniczego w ciągu roku.
d. O
bliczenie Q P,H
Roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną przez system
grzewczy i wentylacyjny do ogrzewania i wentylacji oblicza się na podstawie zależności:
QP,H = wH . QK,H + wel . Eel,pom,H
[kWh/rok)],
gdzie:
wH – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie ciepła do ogrzewania,
Wel – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie energii elektrycznej.
10.
Obliczenie wskaźników EP i EK
a. O
bliczenie Q P
Roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną przez system
grzewczy i wentylacyjny do ogrzewania i wentylacji obliczane jest na podstawie wzoru:
QP= QP,H + QP,W
[kWh/rok]
b. O
bliczenie EP
Wskaźnik zapotrzebowania na energię pierwotną EP jest
określany za pomocą zależności
[kWh/(m2.rok)]
c. O
bliczenie Q K= QK,H + QK,W
Roczne zapotrzebowanie na energię końcową przez system
grzewczy i wentylacyjny oraz system do podgrzania ciepłej wody jest obliczany na podstawie zależności
QK= QK,H + QK,W.
[kWh/rok]
d. O
bliczenie EK
15
Wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię końcową oblicza się z zależności
.
[kWh/(m2.rok)]
Załączniki:
• Wydruk z programu komputerowego wybranych obliczeń
• Świadectwo charakterystyki energetycznej dla budynku