Komfort cieplny w pomieszczeniu ogrzewanym

Czynniki składające się na odczucie komfortu cieplnego

Znaczenie systemu grzewczego, wentylacji, standardu budynku

Wpływ komfortu cieplnego na koszty ogrzewania domu

Wydanie 1/2015

25.08.2015

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2

Komfort cieplny w pomieszczeniach

mieszkalnych

Komfort cieplny w decydującym stopniu wpływa na samopoczucie, ale także

zdrowie osób przebywających w zamkniętych pomieszczeniach. Na odczucie

komfortu cieplnego składa się cały szereg czynników wynikających m.in.

z temperatury i wilgotności powietrza wewnętrznego, temperatury powierzchni

przegród, prędkości przepływu powietrza wentylacyjnego, a także ubioru

i aktywności fizycznej człowieka

3

Ocena poziomu komfortu cieplnego

Odczucie komfortu cieplnego jest uwarunkowane bardzo wieloma czynnikami, a także

indywidualnymi preferencjami człowieka. Dla określania komfortu cieplnego przyjęto jednak

metodę oceny opartą o wskaźnik PMV (Predicted Mean Vote). Wartość PMV jest określana

na podstawie takich czynników jak:

o metabolizm człowieka

o aktywność fizyczna

o powierzchnia ciała zakrytego do odkrytego

o temperatura powietrza

o średnia temperatura promieniowania

o prędkość przepływu powietrza

o wilgotność powietrza

o wymiana ciepła przez konwekcję

o oporność cieplna odzieży

o temperatura powierzchni odzieży

Zestawienie czynników uwzględnionych

w określaniu wartości PMV pozwala

wprowadzić skalę odczucia komfortu

cieplnego:

Zim

no

Ch

łod

no

Do

ść c

hło

dn

o

Ne

utr

aln

ie

Do

ść c

iep

ło

Cie

pło

Go

rąco

-3,0 -2,0 -1,0 0,0 +1,0 +2,0 +3,0

Najkorzystniejsze odczucie komfortu

cieplnego mieści się w zakresie wartości

wskaźnika PMV od -0,5 do +0,5

Wartość wskaźnika PMV można już

obecnie mierzyć specjalistyczną aparaturą

pomiarową

4

Wpływ temperatury przegród i powietrza

na odczucie komfortu cieplnego

Nadmierna różnica między temperaturą

przegród (w tym powierzchni grzejnych),

a temperaturą powietrza wewnętrznego,

wpływa negatywnie na odczucie komfortu

cieplnego

Na przykład (), gdy w sezonie

grzewczym temperatura powietrza

w pomieszczeniu będzie miała nawet

22 oC, ale temperatura przegród będzie

na poziomie 12 oC, to będzie odczuwany

chłód

Z kolei latem () nawet przy korzystnej

podczas upałów temperaturze powietrza

wewnętrznego 26 oC, gdy temperatura

przegród będzie na poziomie wyższym

od 18 oC, to nadal pozostanie odczucie

nadmiernego ciepła 16 20 24 28 32

30

26

22

18

14

Temperatura powietrza (oC)

Tem

pera

tura

prz

egró

d (

oC

)

Dyskomfort

– za ciepło

1

2

5

Wpływ wilgotności względnej powietrza

na odczucie komfortu cieplnego

Nadmierna zawartość wilgoci w powietrzu wpływa na rozwój grzybów i pleśni, ale także

wymusza doprowadzenia większej ilości ciepła dla podgrzania powietrza. Zbyt niska

wilgotność również nie jest korzystna, wpływając negatywnie na odczucie komfortu

cieplnego w typowym zakresie temperatury w ogrzewanym pomieszczeniu (20÷22 oC).

Właściwy w sezonie grzewczym zakres wilgotności względnej powinien wynosić 40÷60 %.

Wilg

otn

ość w

zglę

dna (

%)

Temperatura (oC)

optymalnie

Źródło: HEA Fachverband für Energie-Marketing und – Anwendung e.V. beim VDEW.

6 Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

20 21 22 23 24 25 26

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0

Temperatura powietrza (oC)

Prę

dkość p

rzepły

wu p

ow

ietr

za (

m/s

)

Wysokie wymagania

(klasa A, RP < 10%)

Istotne znaczenie dla odczucia komfortu

cieplnego odgrywa prędkość przepływu

powietrza w połączeniu z jego temperaturą

W pomieszczeniach mieszkalnych

o wysokich wymaganiach, ryzyko

powstawania przeciągów (RP) określa się na

mniej niż 10% (wg DIN EN ISO 7730). W tym celu

prędkość przepływu powietrza zależnie

od jego temperatury powinna mieścić się

w zakresie 0,10 do 0,15 m/s.

Na powstawanie przeciągów wpływa przede

wszystkim sposób rozdziału powietrza

w pomieszczeniu (nawiew/wywiew), a także

temperatura powierzchni grzewczych

(grzejniki, ogrzewanie podłogowe).

Wpływ temperatury i prędkości powietrza

na odczucie komfortu cieplnego

7

Dużą rolę w zapewnieniu jak najwyższego komfortu cieplnego odgrywa standard izolacji

cieplnej ścian oraz okien, rodzaj i rozmieszczenie elementów grzewczych oraz

intensywność i sposób wentylowania pomieszczenia. Aby to wykazać, w ramach projektu

agencji DENA (Deutsche Energie–Agentur) wykonano szereg symulacji komputerowych

– modelowania warunków wewnętrznych w pomieszczeniu o powierzchni 20 m2,

z temperaturą wewnętrzną 22 oC, przy temperaturze zewnętrznej -5 oC. W pomieszczeniu

na jednej ścianie zewnętrznej znajduje się okno o powierzchni 3 m2. W wynikach

rozróżniono 4 klasy komfortu cieplnego: od najwyższej A do najniższej B.

Kategorie komfortu cieplnego

w pomieszczeniach ogrzewanych

A klasa – wysokie wymagania

B klasa – średnie wymagania

C klasa – przeciętne wymagania

D klasa – dyskomfort

8

Wpływ izolacyjności cieplnej przegród (grzejniki, brak powietrza wentylacyjnego)

Dla typowych powierzchni okien

(~30% w powierzchni ściany)

i przy prawidłowym usytuowaniu

grzejnika, można uzyskać wysoki

poziom komfortu cieplnego także

w starym budynku. Grzejnik

o większej szerokości od okna

skutecznie zatrzymuje strumień

powietrza schłodzonego od

powierzchni okna (nie wnika on

do strefy pobytu ludzi)

W obu przypadkach przyjęto

jednak zerowe natężenie

przepływu świeżego powietrza

wentylacyjnego w pomieszczeniu,

co skutkowało by pogorszeniem

jakości powietrza i negatywnym

wpływem na samopoczucie

i zdrowie mieszkańców

Budynek niskoenergetyczny, grzejnik

Budynek stary (lata 70/80), grzejnik

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

9

Budynek niskoenergetyczny, ogrzewanie podłogowe

Budynek stary (lata 70/80), ogrzewanie podłogowe

Wpływ izolacyjności cieplnej przegród (ogrzewanie podłogowe, brak powietrza wentylacyjnego)

Ogrzewanie podłogowe

w starym budynku nie zapewnia

podgrzania strugi powietrza

opadającej po kontakcie

z chłodną powierzchnią szyby.

Może to powodować uczucie

dyskomfortu na wysokości kostek

W budynku niskoenergetycznym

ogrzewanie podłogowe jest zdolne

zapewnić najwyższy poziom

komfortu cieplnego

W starych budynkach

zastosowanie ogrzewania

podłogowego wymaga poprawy

izolacyjności przegród i okien,

a także starannego doboru

instalacji ogrzewania podłogowego

w strefie przyściennej

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

10

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Wpływ usytuowania grzejnika (dom niskoenergetyczny, wymiana powietrza 0,25/h)

Wysoki wpływ na poziom komfortu cieplnego odgrywa usytuowanie grzejnika

w pomieszczeniu. Nawet przy wysokim standardzie energetycznym budynku, usytuowanie

grzejnika w innym miejscu niż pod oknem, powoduje obniżenie poziomu komfortu.

Szczególnie przy zamontowaniu grzejnika na ścianie wewnętrznej – przeciwległej, odczucie

komfortu w strefie przebywania ludzi obniża się do poziomu średniego. Wzrasta wówczas

ryzyko przeciągu przy podłodze w pobliżu okna i na wysokości głowy przy ścianie

wewnętrznej. Nieco korzystniejsza jest już zabudowa grzejnika na ścianie bocznej.

Grzejnik na ścianie zewnętrznej Grzejnik na ścianie wewnętrznej Grzejnik na ścianie bocznej

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

11

Przy dużych powierzchniach

okien, uzyskanie wysokiego

poziomu komfortu cieplnego staje

się trudne nawet dla budynku

niskoenergetycznego

Przy zastosowaniu grzejnika

rośnie ryzyko występowania

przeciągów na wysokości głowy.

Przy ogrzewaniu podłogowym

przeciągi będą się pojawiać się

przy podłodze

Należy stosować niskie grzejniki

zajmujące całą szerokość okna,

a przy ogrzewaniu podłogowym

starannie dobrać strefę brzegową

o większej wydajności cieplnej

Wpływ powierzchni przeszklenia (dom niskoenergetyczny, bez powietrza wentylacyjnego)

Przeszklenie 100% ściany, ogrzewanie podłogowe

Przeszklenie 100% ściany, grzejnik

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

12

Wentylacja pomieszczeń, jest

odpowiedzialna za jakość

powietrza, samopoczucie i zdrowie

człowieka, a także za stan

techniczny budynku (m.in. przez

usuwanie wilgoci z wnętrza)

W zależności od aktywności

człowieka, powietrze w pokoju

dziennym powinno być wymieniane

przeciętnie od ok. 0,30 do 0,70

kubatury na godzinę. Jeśli

wentylacja jest naturalna, to

odbywa się np. przez nawiewniki

okienne. Może to jednak wpływać

niekorzystnie na odczucie komfortu

powodując odczucie przeciągów.

Należy kontrolować dopływ

świeżego powietrza zależnie

od temperatury zewnętrznej

Wpływ wentylacji pomieszczenia (dom niskoenergetyczny, ogrzewanie grzejnikowe)

Wymiana powietrza 0,50/h, grzejnik

Wymiana powietrza 0,25/h, grzejnik

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

13 Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

Przy ogrzewaniu podłogowym

w budynku niskoenergetycznym

poziom komfortu cieplnego

w strefie przebywania ludzi jest

wyższy niż przy zastosowaniu

grzejnika i przy tej samej ilości

powietrza wentylacyjnego

Jedynie pomiędzy ścianą

zewnętrzną i strefą przebywania

ludzi, a także na krawędziach

pomieszczenia można odczuwać

średni poziom komfortu cieplnego Wymiana powietrza 0,50/h, ogrzewanie podłogowe

Wymiana powietrza 0,25/h, ogrzewanie podłogowe

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Wpływ wentylacji pomieszczenia (dom niskoenergetyczny, ogrzewanie podłogowe)

14 Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus”, Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) 2007)

Zastosowanie ogrzewania podłogowego pozwala obniżyć koszty ogrzewania domu dzięki

obniżeniu temperatury zasilania, co podnosi sprawność pracy kotła kondensacyjnego lub

pompy ciepła. Wyrównany poziom komfortu cieplnego w pomieszczeniu z ogrzewaniem

podłogowym nie wymusza podwyższania wydajności cieplnej grzejnika, szczególnie przy

jego niekorzystnym usytuowaniu (eliminacja lokalnego dyskomfortu – zbyt niskiej

temperatury pomieszczenia). Obniżenie kosztów ogrzewania przy korzystnych warunkach

komfortu cieplnego i zastosowaniu ogrzewania podłogowego, można szacować na 10 do

30% w skali roku.

Wpływ komfortu cieplnego pomieszczenia

na koszty ogrzewania

Grzejnik na ścianie zewnętrznej Ogrzewanie podłogowe Grzejnik na ścianie bocznej

Koszty roczne: ~ 255 zł/rok

Założenia: powierzchnia ogrzewana pomieszczenia 25 m2, kocioł gazowy kondensacyjny, sprawność kotła 108%

dla ogrzewania podłogowego, 102% dla grzejników, cena gazu ziemnego 2,65 zł/m3, standard budynku NF40

Koszty roczne: ~ 290 zł/rok Koszty roczne: ~ 220 zł/rok

15

Komfort cieplny – rosnące znaczenie systemu

grzewczego i wentylacyjnego

Dla zapewnienia wysokiego poziomu komfortu cieplnego przy zachowaniu jak najniższych

kosztów ogrzewania, szczególnie wysokiego znaczenia nabiera stosowanie niskotempe-

-raturowych systemów grzewczych – ogrzewania podłogowego lub grzejnikowego

pracującego w trybie regulacji pogodowej. Decydujące znaczenie dla poziomu komfortu

cieplnego oraz kosztów ogrzewania odgrywa rodzaj wentylacji. Wiąże się to praktycznie

z koniecznością stosowania wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła – rekuperatora.

Niskie koszty ogrzewania niskotemperaturowego możliwe są do uzyskania przy

zastosowaniu kotła kondensacyjnego lub pompy ciepła.

Chłodzenie

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl