Wydział Budownictwa Architektury semestr II rok 2001

I Inżynierii Środowiska

Laboratorium z fizyki budowli

Projekt termo modernizacji budynku mieszkalnego

Wolańczyk Artur

Spis treści

1. Stan techniczny

1.1 Rzut budynku w skali 1:100

1.2. Opis techniczny

2. Analiza stanu istniejącego

2.1. Ściany

2.2. Stropodach

2.3. Okna

2.4. Podłoga

3. Bilans stanu istniejącego

3.1. Sezonowe zapotrzebowanie na energię

3.2. Wniosek

4.Termomodernizacja

4.1.1.Sciany zewnętrzne - obliczenie warstwy docieplającej

4.1.2. Analiza kondensacji pary wodnej przy rożnym położeniu warstwy izolacyjnej

4.1.3. Współczynnik przewodności cieplnej (U) dla ścian po dociepleniu

4.2.1. Stropodach - obliczenie warstwy docieplajacej

4.2.2. Współczynnik przewodności cieplnej (U) dla stropodachu po dociepleniu

4.3. Wymiana okien

5.Bilans stanu po dociepleniu

6. Analiza opłacalności inwestycji

6.1. Kryterium energetyczne

6.2. Kryterium ekonomiczne

6.3. Warianty termo modernizacji

7.Wnioski

1 STAN TECHNICZNY

1.1.Rzut budowlany w skali 1:100

Powierzchnia okien Powierzchnia ścian

N - 4,05 m² N - 23,97 m²

S - 6,3 m² S - 29,97 m²

W - 4,5 m² W - 21,54 m²

E - 5,85 m² E - 20,19 m²

Powierzchnia drzwi

N - 2 m²

N - drzwi garażowe - 6,25 m²

1.2. Opis techniczny

Budynek jest wolnostojącym niepodpiwniczonym domem jednorodzinnym, który zamieszkują 4 osoby. Budynek jest obiektem parterowym gdzie znajduje się pokój dzienny, kuchnia, jadalnia, hall, łazienka, sień, sypialnia i garaż. Obiekt znajduje się na działce z zapewnionym dojazdem , źródłem wody, energią elektryczną oraz możliwością odprowadzenia ścieków. Działka zlokalizowana jest na terenie płaskim we wsi Wola Mikorska i znajduje się w III strefie klimatycznej. Dom ogrzewany jest za pomocą kotła gazowego.

Konstrukcja domu jest tradycyjna. Ściany nie są docieplone, nie ma w nich także pustki powietrznej. Stropodach jest docieplony cienką warstwą wełny mineralnej. Okna są przestarzałe, są nieszczelne i mają mały opór cieplny.

2. ANALIZA STANU ISTNIEJĄCEGO

2.1.Ściany zewnętrzne

Lp.	Materiał	d[m]	λ[W/mK]	Rt = d/ λ	∆t[K]	t[ºC]
1	Powietrze wewnętrzne	-	-	0,13	6,8	20
2	Tynk cementowo - wapienny	0,015	0,82	0,0183	0,95	13,2
3	Cegła kratówka	0,25	0,62	0,4032	21,06	12,25
4	Cegła pełna	0,12	0,77	0,156	8,15	-8,81
5	Tynk cementowo - wapienny	0,015	0,82	0,0183	0,95	-16,96
6	Powietrze zewnętrzne	-	-	0,04	2,09	-17,91
7	Podsumowanie	0,4	-	0,7646	-	-20

= 0,7646
=1,306 [W/m²K]

=52,233 [W/m²] ∆t_n = qR_n

λ - współczynnik przewodzenia

d - grubość warstwy

R_T - opór cieplny ściany

q - gęstość strumienia ciepła

T_i - temperatura wewnątrz budynku

T_e - temperatura na zewnątrz budynku

n - numer danej warstwy

U - współczynnik przenikania ciepła

2.2. Stropodach

Lp.	Materiał	d[m]	λ[W/mK]	Rt = d/ λ
1	Powietrze wewnętrzne	-	-	0,1
2	Tynk cementowo - wapienny	0,21	-	0,21
3	Strop Ceram
4	Folia	-	-	-
5	Wełna mineralna	0,05	0,043	1,1628
6	Powietrze zewnętrzne	-	-	0,1

R_TS =1,5728
=0,636

R_TS - opór cieplny dla stropodachu

2.3. Okna

Współczynnik przenikania (U) dla okien wynosi - 2,6 [W/m²K]

dla drzwi wynosi - 3,0 [W/m²K]

dla drzwi garażowych - 5,1 [W/m²K]

2.4. Podłoga

Podłoga podzielona jest na dwie strefy. Pierwsza z nich znajduje się przy ścianach zewnętrznych na szerokości jednego metra. Druga zaś jest pozostałym środkiem.

Lp.	Materiał	d[m]	λ[W/mK]	Rt = d/ λ
1	Powietrze wewnętrzne	-	-	0,13
2	Deski sosnowe	0,025	0,16	0,15625
3	Maty trzcinowe	0,075	0,07	1,07
4	Chudy beton	0,15	1,0	0,15
5	Powietrze zewnętrzne	-	-	0,04

R_Tg = 1,546 [m²K/W]

R_g^I = 0,5 [m²K/W]

R_g^II = 0,92 [m²K/W]

U_I =0,49 [W/m²K] U_II =0,405 [W/m²K]

R_Tg - opór cieplny dla podłogi

R_g^I - dodatkowy opór cieplny dla I strefy

R_g^II - dodatkowy opór cieplny dla II strefy

U_I - współczynnik przenikania dla I strefy

U_II - współczynnik przenikania dla II strefy

3. BILANS STANU ISTNIEJĄCEGO

3.1. Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania

1. Dane geometryczne budynku

Kubatura ogrzewana [m^3] V = 304,67 Pole powierzchni przegród zewnętrznych [m^2] A = 321,18 Współczynnik kształtu [m^-1] A/V =1,054

2. Sezonowe straty ciepła przez przenikanie Qt = Qz + Qo + Qd + Qp + Qog + Qsg + Qsp [kWh/a]
Rodzaj przegrody	Ai [m^2]	Ui [W/m^2K] + 0,05	Mnożnik stały	Ai · Ui · Mnożnik stały [kWh/a]
Ściany zewnętrzne	29,97	1,356	100	4063,9
		21,54	1,356	100	2920,8
		23,97	1,356	100	3250,3
		20,19	1,356	100	2737,8
	Okna	6,3	2,6	100	1638
		4,5	2,6	100	1170
		4,05	2,6	100	1053
		5,85	2,6	100	1521
Drzwi	2,0	3,0	100	600
Wrota	6,25	5,1	100	3187,5
Stropodach	98,28	0,636	100	6250,6
Podłoga - strefa I	36,2	0,49	100	1773,8
Podłoga - strefa II	62,08	0,405	70	2514,2
Razem sezonowe straty ciepła przez przenikanie Qt [kWh/a]				32680,9

3. Sezonowe straty ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego Qv [kWh/a]
Strumień powietrza wentylacyjnego	Ψ : Kuchnia - 70 Łazienka - 50 WC - 30 [m^3/h] Spiżarnia - 15 Garaż - ½Vgarażu
Sezonowe straty ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego	38 · Ψ = 5745,6 [kWh/a]

4. Sezonowe zyski ciepła od promieniowania słonecznego Qs [kWh/a]
Orientacja	Pole powierzchni okien Aoi [m^2]	Współczynnik TRi	Suma promieniowania całkowitego Si [kWh/m^2a]	Si Aoi TRi [kWh/a]
Południe	6,3	0,7	350	1543,5
Północ	4,05	0,7	145	411
Wschód	5,85	0,7	235	962,3
			220	693
Razem sezonowe zyski ciepła od promieniowania słonecznego 0,6 Σ Si Aoi TRi [kWh/a]				2165,9

5. wewnętrzne sezonowe zyski ciepła Qi [kWh/a]
Liczba osób N	80N	Liczba mieszkań Lm	275Lm	5,3(80N + 275Lm) [kWh/a]
4	320	1	275	3153,5

6. Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania Qh [kWh/a]
Qh = Qt + Qv - 0,9(Qs + Qi)	33639
7. Sprawdzenie wymagań
7.1. Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku [kWh/(m^3a)]
E = Qh /V = 110,4
7.2 Wymagania
E ≥ E0 =37,4 [kWh/(m^3a)]

3.2. Wnioski.

Obiekt ten jest bardzo zimny, współczynnik przewodzenia ciepła dla ścian jest sporo przekroczony, ponadto okna są stare i nieszczelne i mają wysoki współczynnik przewodzenia ciepła. Podłogi w tym budynku nie są najgorsze pod względem ciepłochronności. Stropodach także nie spełnia norm co do współczynnika przewodzenia ciepła. Aby poprawić sytuację oszczędności energii należy przeprowadzić szereg robót termo modernizacyjnych.

4.TERMO MODERNIZACJA

4.1. Ściany zewnętrzne

4.1.1.Ściany zewnętrzne - obliczenie warstwy docieplającej

Przyjmujemy, że opór cieplny powinien wynosić w ścianie docieplonej co najmniej

4 [m²K/W].Ścianę będziemy docieplać wełną mineralną dla, której współczynnik przewodzenia wynosi - 0,043 [W/mK]

więc:

R_TD - R_T = 3,2354 [m²K/W] =R_D

d = R_D·λ

d = 0,136

d ≈ 0,14 m

gdzie:

R_TD - zakładany opór cieplny

R_T - opór cieplny ściany nie docieplonej

R_D - opór cieplny warstwy docieplającej

Aby uzyskać parametry zgodne z normą powinniśmy docieplić ściany budynku czternasto centymetrową warstwą wełny mineralnej.

4.1.2. Analiza kondensacji pary wodnej przy różnych położeniach warstwy izolacyjnej

Docieplenie od wewnątrz

Do tych obliczeń wspomogliśmy się programem komputerowym. Po wprowadzeniu wszystkich danych i przy założeniu, że docieplamy od wewnątrz otrzymaliśmy, iż w przegrodzi będzie kondensuje się - 80,6019 gramów wody na metr kwadratowy powierzchni. Zarówno w pierwszej jak i drugiej warstwie (patrząc od wewnątrz) nastąpi kondensacja pary wodnej i jej skraplanie.

Docieplenie od zewnątrz

Natomiast w przypadku usytuowania warstwy docieplającej od strony zewnętrznej i po wprowadzeniu danych do programu otrzymujemy, ze nie następuje kondensacja w przegrodzie. Czyli przyjmujemy wariant drugi.

4.1.3.Współczynnik przenikania U po dociepleniu

Lp.	Materiał	d[m]	λ[W/mK]	Rt = d/ λ	∆t[K]	t[ºC]
1	Powietrze wewnętrzne	-	-	0,13	1,29	20
2	Tynk cementowo - wapienny	0,015	0,82	0,0183	0,181	18,71
3	Cegła kratówka	0,25	0,62	0,4032	4,01	18,53
4	Cegła pełna	0,12	0,77	0,156	1,55	14,52
5	Tynk cementowo - wapienny	0,015	0,82	0,0183	0,181	12,97
6	Wełna mineralna	0,14	0,043	3,256	32,39	12,78
7	Powietrze zewnętrzne	-	-	0,04	0,398	-19,602
8	Podsumowanie	0,54	-	4,02	-	-20

R_TD = 4,02 [m²K/W]
=0,249 [W/m²K]

= 9,95 [W/m²] ∆t_n = qR_n

4.2. Stropodach

4.2.1. Stropodach - obliczenie warstwy

Przyjmujemy, że opór cieplny powinien wynosić w stropie docieplonej co najmniej

4,5 [m²K/W].Stropodach będziemy docieplać wełną mineralną twardą z tego względu, iż strop jest już docieplony tym materiałem. Współczynnik przewodzenia dla wełny mineralnej wynosi - 0,045 [W/mK]

więc:

R_TDS - R_TS = 2,9272 [m²K/W] =R_DS

d = R_D·λ

d = 0,132

d ≈ 0,14 m

Aby uzyskać parametry zgodne z normą powinniśmy docieplić ściany budynku czternasto centymetrową warstwą wełny mineralnej.

4.2.2. Współczynnik przewodzenia U po dociepleniu

Lp.	Materiał	d[m]	λ[W/mK]	Rt = d/ λ
1	Powietrze wewnętrzne	-	-	0,1
2	Tynk cementowo - wapienny	0,21	-	0,21
3	Strop Ceram
4	Folia	-	-	-
5	Wełna mineralna	0,05	0,043	1,1628
	Wełna mineralna twarda	0,14	0,045	3,11
6	Powietrze zewnętrzne	-	-	0,1

R_TS = 4,6828 [m²K/W]
= 0,2135 [W/m²K]

4.3. Wymiana okien

Okna zostały wymienione na bardziej nowoczesne przez co ich współczynnik przenikania wynosi U = 1,3 [W/m²K] . W starych oknach współczynnik ten wynosił u = 2,6 [W/m²K]. Wymiana okien w znacznym stopniu zmniejszy straty ciepła przez przegrody zewnętrzne.

5. BILANS STANU O DOCIEPLENIU

5.1.Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania

1. Dane geometryczne budynku

Kubatura ogrzewana [m^3] V = 304,67 Pole powierzchni przegród zewnętrznych [m^2] A = 321,18 Współczynnik kształtu [m^-1] A/V =1,054

2. Sezonowe straty ciepła przez przenikanie Qt = Qz + Qo + Qd + Qp + Qog + Qsg + Qsp [kWh/a]
Rodzaj przegrody	Ai [m^2]	Ui [W/m^2K] + 0,05	Mnożnik stały	Ai · Ui · Mnożnik stały [kWh/a]
Ściany zewnętrzne	29,97	0,299	100	896,103
		21,54	0,299	100	644,046
		23,97	0,299	100	716,703
		20,19	0,299	100	603,681
	Okna	6,3	1,3	100	819
		4,5	1,3	100	585
		4,05	1,3	100	526,5
		5,85	1,3	100	760,5
Drzwi	2,0	3,0	100	600
Wrota	6,25	5,1	100	3187,5
Stropodach	98,28	0,2135	100	2098,3
Podłoga - strefa I	36,2	0,49	100	1773,8
Podłoga - strefa II	62,08	0,405	70	2514,2
Razem sezonowe straty ciepła przez przenikanie Qt [kWh/a]				15725,33

3. Sezonowe straty ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego Qv [kWh/a]
Strumień powietrza wentylacyjnego	Ψ : Kuchnia - 70 Łazienka - 50 WC - 30 [m^3/h] Spiżarnia - 15 Garaż - ½Vgarażu
Sezonowe straty ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego	38 · Ψ = 5745,6 [kWh/a]

4. Sezonowe zyski ciepła od promieniowania słonecznego Qs [kWh/a]
Orientacja	Pole powierzchni okien Aoi [m^2]	Współczynnik TRi	Suma promieniowania całkowitego Si [kWh/m^2a]	Si Aoi TRi [kWh/a]
Południe	6,3	0,7	350	1543,5
Północ	4,05	0,7	145	411
Wschód	5,85	0,7	235	962,3
			220	693
Razem sezonowe zyski ciepła od promieniowania słonecznego 0,6 Σ Si Aoi TRi [kWh/a]				2165,9

5. wewnętrzne sezonowe zyski ciepła Qi [kWh/a]
Liczba osób N	80N	Liczba mieszkań Lm	275Lm	5,3(80N + 275Lm) [kWh/a]
4	320	1	275	3153,5

6. Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania Qh [kWh/a]
Qh = Qt + Qv - 0,9(Qs + Qi)	16683,43
7. Sprawdzenie wymagań
7.1. Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku [kWh/(m^3a)]
E = Qh /V = 54,76
7.2 Wymagania
E ≥ E0 =37,4 [kWh/(m^3a)]

Wnioski: Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania mimo docieplenia nie spad poniżej wartości normowej lecz dla domków jednorodzinnych można tego współczynnika nie brać pod dużą uwagę. Ważniejszy w tym przypadku jest współczynnik przenikania U, który powinien nie przekroczyć wartości 0,3 [W/m²K]. Jak wiemy z punktu 4.1.3. współczynnik przenikania ma wartość 0,259 [W/m²K].

6. ANALIZA OPŁACALNOŚCI INWESTYCJI

W tym punkcie zajmiemy się sprawdzeniem po ilu latach zwrócą się nam koszty poniesione w wyniku termo modernizacji. Zajmiemy się także sprawdzeniem opłacalności termo modernizacji poszczególnych etapów (np.: tylko docieplenie ścian ) lub ich kombinacji.

6.1. Kryterium energetyczne

Q_{h nowe} - sezonowe zapotrzebowanie na ciepło po dociepleniu

Q_{h stare} - sezonowe zapotrzebowanie na ciepło przed dociepleniem

6.2. Kryterium ekonomiczne: prosty czas zwrotu kosztów

[lata]

6.3. Warianty termo modernizacji

Lp.	Rodzaj prac	Koszt [zł]	Oszczędności		Oszczędność energii (1 kryterium)	SPBT (2 kryterium)
1	Strop	4128	22,31	1029,16	12,3%	4
2	Ściany	13400	54,33	2506,24	30%	5,3
3	Okna	9108	14,46	667,04	8%	13,65
4	Strop + ściany	17528	76,64	3535,40	42,3%	4,96
5	Strop + okna	13236	36,77	1696,2	20,3%	7,8
6	Okna + ściany	22508	68,79	3173,28	38%	7,1
7	komplet	26636	91,1	4202,44	50,3%	6,34

7. WNIOSKI

Z punktu widzenia oszczędności energii najbardziej odpowiednie jest zastosowanie wariantów 4, 6, 7. Dzięki tym wariantom uzyskamy oszczędność energii w granicach 40%

a dla kompletu nawet 50,3%. Natomiast biorąc pod uwagę wszystkie kryteria zawarte w ostatniej tabelce najbardziej odpowiednim zestawieniem jest „strop + ściany” z tego względu, iż koszt inwestycji jest umiarkowany natomiast oszczędność energii jest znaczna a zwrot kosztów inwestycji wynosi około pięciu lat. Rozwiązaniem które jest w miarę dobre może być wariant drugi, ze względu na niski koszt inwestycji natomiast oszczędność energii jest dość wysoka a zwrot kosztów nastąpi po ponad pięciu latach. Oczywiście najbardziej energooszczędnym zestawieniem jest wariant siódmy jednak pociąga on za sobą dość spore koszty inwestycji który zwróci się po około 6.5 roku. Jak można zauważyć okna są najgorszym sposobem na poprawienie zużycia energii. Patrząc na zestawienia w których jest zawarta wymiana okien nie wypadają one najlepiej na tle pozostałych zestawień. Ze względu na wysoki koszt okien i małą oszczędność energii po ich wymianie nie stanowią one atrakcyjnej oferty dla inwestora.

---