[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Metodyka obliczeń zapotrzebowania na energię dla celów grzewczych - Tomasz Steidl - Energia i Budynek

Opublikowano: 24.08.2009
image


Podstawą tej metodyki jest norma EN ISO 13790 i zawarta w niej metoda bilansowa. Wprowadzone modyfikacje pozwalają na uproszczenie obliczeń w zakresie ich zastosowania do grupy budynków w których nie występują systemy klimatyzacji lub wytwarzania chłodu. Dla tej grupy budynków zastosowane uproszczenia nie mają znaczącego wpływu na uzyskiwane wyniki w odniesieniu do bardziej dokładnych metod dynamicznych. Przedstawiona w artykule metodyka będzie miała zastosowanie przy obliczaniu charakterystyk energetycznych budynków na potrzeby ich porównania z rozwiązaniami alternatywnymi na etapie projektowania obiektu oraz obliczania możliwych oszczędności energii dla budynków istniejących poddawanych modernizacji, poprzez obliczanie zapotrzebowania na energię dla stanu istniejącego oraz stanu po modernizacji jak również do wyznaczania umownych, równoważnych charakterystyk energetycznych dla budynków istniejących.

Etapy określania charakterystyk energetycznych

Całość prowadzonych obliczeń, zarówno dla budynków nowoprojektowanych ja i budynków istniejących można podzielić na trzy zasadnicze etapy:

Etap I – przygotowanie danych ogólnych obiektu na podstawie projektu lub inwentaryzacji.
Zakres tego etapu obejmuje systematykę danych obiektu w tym :

- adres budynku;
- rodzaj budynku lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową, określony ze względu na jego przeznaczenie ( mieszkalny, mieszkalno- usługowy, niemieszkalny, użyteczności publicznej, przemysłowy, magazynowy itp.);
- rodzaj budynku ze względu na jego konstrukcje (np. szkieletowa, wielkopłytowa,
wielkoblokowa, z elementów drobnowymiarowych itp.);
- rozpoznanie celów użytkowania energii w budynku (co, cwu, oświetlenia);
- rozpoznanie możliwych stref ogrzewania wynikających z przeznaczenia budynku i jego poszczególnych części;
- liczba osób, na potrzeby szczegółowych obliczeń dotyczących zapotrzebowania
na energię niezbędną do przygotowania c.w.u.;
- ustalenie liczby i sprawności urządzeń elektrycznych zużywających energię elektryczna w systemie wentylacji, ogrzewania lub systemie c.w.u. ( napędów elektrycznych pomp, wentylatorów itp.).

Etap II – przygotowanie danych szczegółowych.
Dane takie należy przygotować ze szczególną starannością na podstawie projektu architektonicznego i instalacyjnego dla budynków nowoprojektowanych lub na podstawie inwentaryzacji architektoniczno-budowlanej i instalacyjnej oraz oceny stanu technicznego, dla budynków istniejących.

Te dane powinny precyzyjnie określać:
- powierzchnie i kubaturę stref o regulowanej temperaturze;
- powierzchnię przegród chłodzących, które powinny być obliczone zgodnie z normą PN-EN-ISO 13789 w jednym z trzech systemów wymiarowania - wewnętrznym, całkowitym wewnętrznym lub całkowitym zewnętrznym. Przykład metod określania wymiarów na podstawie [1] pokazano na rys.1.
- powierzchnię otworów okiennych i drzwi wraz z ich usytuowaniem względem stron świata;
- powierzchnię innych przeszkleń mogących mieć wpływ na zyski od promieniowania słonecznego;
- przeznaczenie pomieszczeń w całym budynku lub jego wydzielonej części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową jak np. mieszkanie, oddzielny zakład usługowy, wydzielona powierzchnia biurowa itp.;
- budowy materiałowej przegród chłodzących wraz z grubością poszczególnych warstw oraz z oceną ich stanu technicznego co dotyczy budynków istniejących;
- rodzaju okien, drzwi lub innych przeszkleń celem ustalenia odpowiednich współczynników takich jak np. współczynnik przenikania ciepła lub współczynnik przepuszczalności promieniowania, a ponadto w przypadku okien i drzwi w budynkach istniejących należy dokonać ich oceny stanu technicznego;



- rozpoznanie i ocena systemu wentylacji budynku lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową;
- rozpoznanie systemu ogrzewania.

Etap III – obliczenia.

Etap trzeci obliczeniowy można umownie podzielić na dwie części:

1) obliczenia pośrednie w tym :
• obliczenia współczynników przenikania ciepła przez okna i drzwi „Uo”;
• obliczenia współczynników przenikania ciepła „U” dla poszczególnych przegród zewnętrznych i wewnętrznych;
• obliczenia wartości liniowych mostków cieplnych przynależnych do poszczególnych przegród zewnętrznych i ich długości;
• obliczenia skorygowanego strumienia powietrza wentylacyjnego z uwzględnieniem wentylacji mechanicznej, dla budynków istniejących należy uwzględnić korektę wynikające z nieszczelności okien, oraz ewentualnego istnienia w budynku lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową, wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła;

2) obliczenia bezpośrednie:
• strat ciepła przez obudowę „HT”;
• strat ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego „HV”;
• zysków ciepła „QG”;
• rocznego zużycia energii na ogrzewanie w ocenianym budynku lub lokalu mieszkalnym.

Metodyka wykonywania obliczeń pośrednich

W przypadku przegród przeźroczystych – okien, drzwi balkonowych, lub przeszkleń strukturalnych korzystać z gotowych danych producenta, co do całkowitego współczynnika przenikania ciepła „U”, zawartych w stosownych dokumentach odniesienia – Aprobatach Technicznych lub normach. W przypadku okien i drzwi w budynkach istniejących, dla których brak jest tego typu dokumentów można skorzystać ze współczynników zamieszczonych w tabeli 1.



Obliczenia współczynnika przewodzenia ciepła „U”, dla przegród zewnętrznych nieprzeźroczystych, należy przeprowadzać zgodnie z normą PN-EN-ISO 6946:2004 z uwzględnieniem równoległego przepływu ciepła dla przegród, w których występują warstwy równoległe. Obliczając współczynnik przenikania ciepła dla poszczególnych przegród należy uwzględnić występowanie mostków cieplnych w tych przegrodach. Przy przyjęciu systemu wymiarowania po zewnętrznych wymiarach, można zaniedbać część występujących w przegrodzie mostków cieplnych w postaci naroży i przegród prostopadłych do obliczanej przegrody takich jak ściany wewnętrzne i stropy. W obliczeniach można też pominąć mostki cieplne w postaci nadproży żelbetowych otworów, o ile nie mają bezpośredniego kontaktu jednocześnie z powietrzem wewnętrznym i zewnętrznym.

Bezwzględnie należy obliczać wpływ liniowych mostków cieplnych w postaci płyt żelbetowych przechodzących przez izolacje cieplną ( żelbetowe płyty balkonów i loggii) oraz liniowych mostków cieplnych związanych z osadzeniem stolarki okiennej i drzwiowej. Dodatek uwzględniający występowanie liniowych mostków cieplnych w przegrodzie zewnętrznej DU należy obliczać oddzielnie dla każdej z
przegród zewnętrznych zgodnie ze wzorem (1):


gdzie:
Li – długość liniowego mostka cieplnego o liniowym współczynniku
przenikania ciepła yi,
yi – liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka cieplnego przyjęty wg PN-ENISO 14683:2001 lub obliczony zgodnie z PN-ENISO 10211-1:2002,



Dopuszcza się przyjmowanie przybliżonych wartości yi - zgodnie z tabelą 2 przy czym Li jest długością obwodu okien i drzwi obliczaną w świetle ościeży, a w przypadku płyt balkonowych jest to całkowita długość płyty w miejscu połączenia ze ścianą. Wartość współczynnika przenikania ciepła przez podłogę na gruncie „Ugr” wyznacza się metodą uproszczoną uwzględniając:

1) zagłębienie poniżej poziomu terenu z;
2) współczynnik przenikania ciepła „U” przez konstrukcję podłogi, obliczany wg zasad podanych w normie PN-ENISO 6946:2004 z uwzględnieniem oporu przejmowania ciepła od strony wewnętrznej budynku i z pominięciem oporu przejmowania ciepła od strony gruntu;
3) parametr B’, który oblicza się ze wzoru (2):



gdzie:
Ag – pole powierzchni rozpatrywanej płyty podłogowej, łącznie ze ścianami zewnętrznymi i wewnętrznymi; w przypadku budynku wolnostojącego Ag jest całkowitą powierzchnią rzutu parteru, a budynku w zabudowie szeregowej Ag jest powierzchnią rzutu parteru rozpatrywanego budynku, [m2];
P - obwód rozpatrywanej płyty podłogowej; w przypadku budynku wolnostojącego P jest całkowitym obwodem budynku, a budynku w zabudowie szeregowej P stanowi sumę długości ścian zewnętrznych oddzielających rozpatrywaną przestrzeń ogrzewaną
od środowiska zewnętrznego, [m].
Jako wartość Ugr przyjmuje się ekwiwalentną wartość określoną na podstawie wyliczonych wartości B’ oraz U, Ugr = Uequiv,bf . Wartość Uequiv,bf wyznacza się przy pomocy współczynników zamieszczonych w tabelach 3 i 4 przyjmując wartości dotyczące zagłębienia w terenie oraz wielkości B’ i U zbliżonych do wartości występujących w rozpatrywanym budynku. Pośrednie wartości Uequiv,bf wyznacza się metodą interpolacji liniowej.

Obliczenia dokładane co do innych rodzajów podłóg’ które mogą występować w budynkach, w tym np. podłogi podniesionej, wentylowanej i innych, należy wykonywać zgodnie z normą PNEN- ISO 13760 Strumień powietrza wentylacyjnego dla budynku
lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową należy obliczać według zależności (3) lub (4) zamieszczonych poniżej. W przypadku, gdy w budynku zastosowano wentylację grawitacyjną lub wentylację mechaniczną
wywiewną a powietrze do pomieszczeń doprowadzane jest bezpośrednio przez otwory i nieszczelności w obudowie to strumień objętości powietrza qwent należy obliczać według wzoru (4). Strumień objętościowy powietrza wentylacyjnego określa zależność:



gdzie:
qnaw – wymagany strumień objętości powietrza nawiewanego określony zgodnie z PN-83/B-03430/Az3:2000, [m3/h];



qwyw – wymagany strumień objętości powietrza wywiewanego określony zgodnie z PN-83/B-03430/Az3:2000, [m3/h];
cr – współczynnik korekcyjny ze względu na szczelność okien i drzwi, charakterystykę nawiewnika lub obserwowany poziom wentylacji ustalany na podstawie wartości zawartych w tabeli 5;
cw – współczynnik korekcyjny ze względu na stopień wyeksponowania budynku na działanie wiatru ustalany jest na podstawie wartości zamieszczonych w tabeli 5.

W przypadku gdy w budynku zastosowano wentylację mechaniczną nawiewną lub nawiewno-wywiewną strumień objętości powietrza qwent obliczany jest ze wzoru (4):


gdzie:
hoc – temperaturowa sprawność wymiennika do odzysku ciepła
przyjmowana zgodnie ze stanem faktycznym określonym



na podstawie przeglądu technicznego lub pomierzony, albo zgodny z dokumentacją techniczną;
R – udział strumienia objętości powietrza obiegowego w strumieniu objętości powietrza nawiewanego określany w poszczególnych miesiącach zgodnie ze stanem faktycznym albo dokumentacją techniczną;
hgr - równoważna sprawność gruntowego wymiennika ciepła określana w poszczególnych miesiącach zgodnie ze stanem faktycznym określonym na podstawie przeglądu technicznego urządzenia albo dokumentacją techniczną;
qnaw– nominalny strumień objętości powietrza nawiewanego przyjmowany zgodnie ze stanem faktycznym dla budynków istniejących określonym na podstawie pomiarów i badań, albo dokumentacją techniczną, [m3/h];
qinfiltr– dodatkowy strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności, [m3/h].

W przypadku, gdy nie są stosowane urządzenia do odzysku ciepła tylko recyrkulacja powietrza lub gdy nie jest stosowany gruntowy wymiennik ciepła to odpowiednie sprawności lub udział powietrza obiegowego przyjmuje się na poziomie równym 0.
Do obliczeń zużycia energii pomocniczej przyjmowany jest nieskorygowany strumień objętości powietrza qnaw. Równoważną sprawność gruntowego wymiennika ciepła w analizowanym okresie miesięcznym określa się na podstawie wzoru (5):



gdzie:
qi – temperatura wewnętrzna w budynku przyjmowana zgodnie z wymaganiami
zawartymi w przepisach techniczno-budowlanych, [°C];



qe – średnia temperatura powietrza zewnętrznego, w analizowanym okresie miesięcznym określona według danych z najbliższej stacji meteorologicznej, [°C];
qair,2 – temperatura powietrza za wymiennikiem gruntowym, określana zgodnie z danymi producenta lub na podstawie odrębnych obliczeń, [°C].
W przypadku, gdy w analizowanym miesiącu temperatura powietrza za wymiennikiem gruntowym jest niższa niż temperatura powietrza zewnętrznego, to równoważną sprawność gruntowego wymiennika ciepła przyjmuje się jako 0.
W budynkach, w których badana była szczelność, strumień objętości powietrza infiltrującego określa się ma podstawie wzoru (6): [m3/h] (6)
gdzie:

n50 – liczba wymian powietrza w warunkach testu ciśnieniowego (różnica ciśnienia 50 Pa), [1/h];
Vkub – objętość analizowanej strefy pomieszczenia, [m3]. Metodyka wykonywania obliczeń bezpośrednich Miesięczne straty ciepła ogrzewanego i wentylowanego budynku lub lokalu mieszkalnego należy obliczać ze wzoru (7):



gdzie:
H - współczynnik strat ciepła, [W/K];
HT– współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez przegrody zewnętrzne, [W/K];
Hv – zapotrzebowanie na ciepło dla wentylacji, [W/K];
qi – temperatura wewnętrzna w mieszkaniu przyjmowana zgodnie z wymaganiami
zawartymi w przepisach techniczno-budowlanych, [°C],
qe – średnia temperatura powietrza zewnętrznego, w analizowanym okresie miesięcznym według danych z najbliższej stacji meteorologicznej,
[°C],
t – liczba godzin w miesiącu, [h].
Współczynnik strat ciepła dla budynku lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową należy obliczać ze wzoru (8):


Współczynniki strat ciepła przez przenikanie oblicza się według wzoru (9):





gdzie :
bgi – współczynnik obniżenia temperatury odnoszący się do przegród pomiędzy przestrzenią ogrzewaną i nieogrzewaną według tabeli 6, przy czym w odniesieniu do przegród pomiędzy przestrzenią ogrzewaną i atmosferą zewnętrzną bgi = 1;
Ai – pole powierzchni i-tej przegrody otaczającej przestrzeń z regulowaną temperaturą, obliczane według wymiarów zewnętrznych przegród prostopadłych do i-tej przegrody zmniejszone o pole powierzchni otworów (wymiary okien i drzwi przyjmuje się jako wymiary w świetle ościeży), [m2];
Ui – współczynnik przenikania ciepła i-tej przegrody pomiędzy przestrzenią ogrzewaną i stroną zewnętrzną, [W/(m2 · K)], obliczany jak dla przegród nieprzeźroczystych;
Dui – dodatek uwzględniający występowanie w przegrodach liniowych mostków cieplnych obliczany według wzoru (1).
Zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji należy obliczać ze wzoru (10):



gdzie :
qwent – skorygowany średniosezonowy strumień objętości powietrza odprowadzanego z przestrzeni ogrzewanej, [m3/h];
0,34 – właściwa pojemność cieplna powietrza, [Wh/m3K].

Zyski ciepła oblicza się dla całości budynku lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową należy obliczać jako sumę zysków od promieniowania słonecznego i zysków wewnętrznych.

Miesięczne zyski ciepła QG w budynku lub lokalu mieszkalnym oblicza się ze wzoru (11):


gdzie :
Qs – miesięczne zyski ciepła od promieniowania słonecznego przenikającego do przestrzeni ogrzewanej budynku przez przegrody przezroczyste, [kWh/mies.];
Qi – miesięczne wewnętrzne zyski ciepła, [kWh/mies].

Wartość zysków ciepła od promieniowania słonecznego występującą
we wzorze (11) należy obliczać według wzoru (12):


gdzie:
QS1 – zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna zamontowane w przegrodach pionowych, [kWh/mies.],
QS2 – zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna zamontowane w połaciach dachowych, [kWh/mies.].

Wartość miesięcznych zysków ciepła od nasłonecznienia przez okna w przegrodach pionowych budynku oblicza się ze wzoru (13):


w którym:
Al – pole powierzchni okna lub drzwi balkonowych w świetle otworu w przegrodzie, [m2];
C – udział pola powierzchni płaszczyzny szklonej do całkowitego pola powierzchni okna, [ - ];
Il – suma energii promieniowania słonecznego w rozpatrywanym miesiącu
na płaszczyznę pionową, w której usytuowane jest okno o powierzchni Ai, według danych dotyczących najbliższego punktu pomiarów promieniowania słonecznego, [kWh/(m2 · mies.)];
g – współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego przez oszklenie, określony w przepisach techniczno-budowlanych. lub przyjęty z dokumentacji technicznej, [ - ];
Z – współczynnik zacienienia budynku spowodowany jego usytuowaniem oraz przesłonami na elewacji budynku, wyznaczony według wartości zamieszczonych w tabeli 7.
Wartość miesięcznych zysków ciepła od nasłonecznienia przez okna dachowe należy obliczać ze wzoru (14):


w którym:
ka – współczynnik korekcyjny wartości Il uwzlędniający nachylenie
płaszczyzny połaci dachowej do poziomu (według tabeli 8);
C, Al, Il, g – jak we wzorze (13).

Miesięczne wewnętrzne zyski ciepła Qir w budynku lub lokalu mieszkalnym
należy obliczać ze wzoru (15):



gdzie :
Af – pole powierzchni pomieszczeń z regulowaną temperaturą w
budynku lub lokalu mieszkalnym, [m2];
t – liczba godzin w miesiącu, [h];
5, 10-3 – współczynniki przeliczeniowe jednostek miary.
Roczne zużycie energii do ogrzewania i wentylacji ocenianego budynku QH [kWh/a] ocenianego budynku lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową, np. ocenianego lokalu mieszkalnego, dostarczanej za pomocą i-tego nośnika energii obliczamy wg wzoru (16)





gdzie:
wi – współczynnik korekcyjny nośników energii przyjmowany z tabeli 9;
Enap,i, – roczne zużycie energii elektrycznej do napędu pomp, wentylatorów i układów sterowania, określane na podstawie dokumentacji technicznej lub przyjęte na podstawie wiedzy technicznej i przyporządkowane i-temu nośnikowi energii
dostarczanej do obiektu ocenianego, [kWh/a].




Uwagi końcowe do metodyki obliczeń

Poszczególne części przedstawionej metodyki w praktyce obliczeniowej stwarzają możliwości popełnienia szeregu błędów zarówno rachunkowych jak i metodycznych.
Zaleca się szczególną kontrolę danych obliczeniowych przygotowywanych jak w części dane szczegółowe. Szczególnej kontroli powinny podlegać wprowadzanie danych związanych z geometrią przegród, z uwagi na to iż wcześniejsze metody obliczeń zapotrzebowania na ciepło dla budynków, przewidywały na ogół inny sposób wymiarowania przegród budowlanych niż proponowany w niniejszych obliczeniach. Podobnie dużą uwagę należy zwrócić na sposób obliczania mostków cieplnych. Błędne przyjęcie wartości dodatków ma znaczący wpływ na wynik końcowy rocznego zużycia energii do ogrzewania i wentylacji. Celem uniknięcia pomyłek w zakresie obliczania linowego współczynnika przenikania ciepła y, zaleca się korzystanie z elektronicznego katalogu mostków cieplnych zawartego w programie „KOBRA”. Program ten dostępny jest bezpłatnie na stronie internetowej: http://erg.ucd.ie/down_eurokobra.html w angielskiej wersji językowej, lub na stronie: http://sts.bwk.tue.nl/bps/onderwijs/software/KOBRA/koudebruggen.htm z możliwością zainstalowania polskiej wersji językowej. Wykonanie obliczeń winno kończyć się sprawozdaniem zlecanym do wykonania przez przywoływane wcześniej normy. Poniżej podano niezbędne informacje jakie należy ująć w sprawozdaniu końcowym:

- przywołanie norm będących podstawą wykonania obliczeń,

- identyfikacje budynku, lub wydzielonej jego części stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową (dokumentacja),

- plan lub szkic budynku zorientowany względem stron świata i z zaznaczonymi granicami stref ogrzewanych,

- opis komponentów obudowy budynku (w tym okien i drzwi zewnętrznych),

- wykaż tych komponentów z ich polami powierzchni i współczynnikami przenikania ciepła, liniowymi współczynnikami przenikania ciepła i przyporządkowanym im długościami mostków liniowych,

- przyjęte do obliczeń krotności wymiany powietrza, w tym dla przestrzeni nieogrzewanych,

- składowe współczynnika strat ciepła przez przenikanie przez obudowę budynku i całkowity współczynnik strat ciepła HT, zaokrąglony do trzech miejsc po przecinku,

- całkowite zapotrzebowanie na ciepło dla celów wentylacji HV, zaokrąglone do trzech miejsc po przecinku,

- przywołanie źródła danych meteorologicznych zastosowanych w obliczeniach.

Literatura:

1. Ocena jakości energetycznej budynków. Wymagania - Dane - Obliczenia.
Zrzeszenie Audytorów Energetycznych, Warszawa 2004.
2. ISO-FDIS 13790: Energy performance of buildings - Calculation of energy use
for space heating and cooling, ISO/TC 163/SC 2, 2007
3. PN-EN ISO 13789: Właściwości cieplne budynków - Współczynnik strat ciepła
przez przenikanie. Metoda obliczania, PKN, 2001
4. Zarządzanie energią w budynkach szkolnych. Etykiety energetyczne. Poradnik,
Kraków 2006


Autor: Tomasz Steidl

Źródło: Energia i Budynek



Katalog firm

  • LG Electronics Polska

      LG Electronics, Inc. LG Electronics, Inc. jest światowym liderem wśr…
    LG Electronics Polska
  • Alfa Laval Polska Sp z o.o.

    Alfa Laval na rynku polskim działa od ponad 80 lat. Pierwsze biuro zostało za…
    Alfa Laval Polska Sp z o.o.
  • Inelco Polska

    Inelco Heaters ApS jest duńską firmą, założoną w 1981r. w miejscowości Fjerr…
    Inelco Polska

Produkty