* Mgrinż.SebastianPater,prof.drhab.inż.JanuszMagiera,InstytutInżynieriiChemicznejiProce-sowej,WydziałInżynieriiiTechnologiiChemicznej,PolitechnikaKrakowska.

SebaSTIanPaTer,JanuSzMagIera*

OCenazaPOTrzebOWanIanaenergIębudynKuMIeSzKalnegOPrzyWyKOrzySTanIudWóChnIezależnyChPrOgraMóWOblICzenIOWyCh

aSSeSSMenTOfTheenergydeMandOfareSIdenTIalbuIldInguSIngTWOIndePendenT

COMPuTaTIOnalPrOgraMS

S t r e s z c z e n i e

Wartykuleprzedstawionometodęorazwynikiobliczeńzapotrzebowanianaciepłodlaogrze-waniaorazprzygotowaniaciepłejwodyużytkowejbudynkumieszkalnego.Obliczeniawyko-nanowdwóchniezależnychprogramach,zwracającszczególnąuwagęnaskładowezyskówistratenergiiwpływającychnabilanscieplnybudynku.

Słowa kluczowe: energochłonność, bilans cieplny, zapotrzebowanie na energię

a b s t r a c t

The paper presentsmethod of and results of calculations the heat demand for heating anddomestichotwaterpreparation residential building.The calculationswasperformed in twoindependent programs with particular attention to components of energy gains and lossesaffectingonbuildingenergybalance.

Keywords: energy consumption, heat balance, energy demand

166

Oznaczenia:c.o. – centralneogrzewaniec.w.u. – ciepławodaużytkowaEA – powierzchniowywskaźnik sezonowego zapotrzebowanianaciepłodoogrzewa-

niabudynkuEV – kubaturowy wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania

budynkuEP – wskaźnik rocznego,powierzchniowegozapotrzebowaniananieodnawialnąener-

giępierwotnądoogrzewania,wentylacjiiprzygotowaniaciepłejwodyużytko-wejorazchłodzeniabudynku

1. Wstęp

Inwestorbudującdom,który jestzpewnością inwestycjąnadługie lata,myślio tym,abybyłonfunkcjonalny,architektonicznieakceptowalny,aprzedewszystkimekonomicznyweksploatacji.Tendencjedoograniczania ilościenergiizużywanejnazapewnienieodpo-wiedniegobilansucieplnegowbudynkusąkonsekwencjąciąglerosnącychcenjejnośników[1].zanalizogólnychisektorowychwynika,żewkrajachuniieuropejskiejzapotrzebo-wanie na energię od roku 1986wzrasta obecnie na poziomie 1–2% rocznie [2], a sektorbudownictwaigospodarkikomunalnejnależydonajwiększychkonsumentówenergii,odpo-wiadajączaponad40%zużycieenergiipierwotnej,zczegookoło70%przypadanabudynkimieszkalne,aokoło30%nabudynkiużytecznościpublicznej[3].WPolscedoroku2005gospodarstwa domowe odpowiadały za około 1/3 całkowitego finalnego zużycia energii,astrukturazużyciakształtowałasięnastępująco:

około70%naogrzewaniepomieszczeń, –około15%naprzygotowaniec.w.u., –około3%naoświetleniepomieszczeń, –około12%nainnepotrzeby[4]. –Wszystkowskazujenato,żewniedalekiejprzyszłościbudynkienergochłonnebędąin-

westycyjnietańsze,aledroższewutrzymaniu,natomiastbudynkienergooszczędneuzyskająwiększąwartośćrynkowąprzyjednocześnieniższychkosztachużytkowania.

Szeregczynnikówwpływanaenergochłonnośćbudynku.najważniejszeznich[5]to:parametryśrodowiskazewnętrznego(klimat,sąsiedztwobudynku), –architekturabudynku(usytuowaniebudynkuwzględemstronświata,powierzchniaprze- –gródprzeźroczystych,rozmieszczeniepomieszczeń,geometriabudynku),rozwiązaniakonstrukcyjneorazizolacyjnośćprzegródbudowlanych, –rodzajwentylacji(naturalna,czymechanicznazrekuperacją), –rodzajisprawnośćsystemugrzewczegonapotrzebyc.o.ic.w.u., –systemzarządzaniabudynkiem. –

1.1.Kryteriaocenyenergochłonnościbudynku

PodstawowymkryteriumocenyenergochłonnościbudynkumieszkalnegojestokreśleniewartościwspółczynnikaEA,tojestsezonowegozapotrzebowanianaciepłodoogrzewania,odniesionegodopowierzchniogrzewanej,wyrażanegowkWh/(m2·rok).dużązaletą tego

167

wskaźnikajestłatwośćwykorzystaniazawartejwniminformacji.znającjednostkowącenęciepła uzyskiwaną w kotłowni powierzchnięmieszkania orazEA, można określić rocznekosztyogrzewaniabudynku.niestetywskaźniktenmożedawaćbardzozawyżonewynikiwprzypadkubudynków,wktórychkolejnekondygnacjemajądużąwysokość [5].Posłu-gującsiętymwskaźnikiem,Stowarzyszenienareczzrównoważonegorozwojustworzyłoklasyfikacjęenergetycznąbudynków[5]przedstawionąwtabeli1.

T a b e l a 1

Klasyfikacja energetyczna budynków według Stowarzyszenia na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju [5]

Klasa energetyczna Ocena energetyczna Wskaźnik EA

[kWh/(m2·rok)] Okres budowy

A+ Pasywny do15

aktualnieA niskoenergetyczny od15do45B energooszczędny od45do80C Średnioenergooszczędny od80do100

D Średnioenergochłonny(spełniającyaktualnewymaganiaprawne) od100do150 od1999r.

E energochłonny od150do250 do1998r.F Wysokoenergochłonny ponad250 do1982r.

energochłonnośćbudynkumożnarównieżokreślić,posługującsięwskaźnikiemEV czyliku-baturowymwskaźnikiemsezonowegozapotrzebowanianaciepło,wyrażanymwkWh/(m3·rok).Wartościmaksymalne tegowskaźnikaokreślone sąw rozporządzeniuMinistra Infrastrukturywsprawiewarunkówtechnicznych,jakimpowinnyodpowiadaćbudynkiiichusytuowanie[6].

główniewcelachmarketingowychprzyjęłosiępodawanieobliczeniowegozapotrzebo-wanianaolejopałowydoogrzania1m2powierzchnibudynkuwciąguroku.Wniemczechuznanozaenergooszczędnybudynek,którypotrzebujetylko3lolejuna1m2powierzchniogrzewanejwciąguroku[5].Potocznienazwanogo„budynkiemtrzylitrowym”.Wnowobu-dowanychobiektachwPolsceobecniezużywasięok.15loleju/(m2·rok)[5].

WprowadzonywrozporządzeniuMinistraInfrastrukturyzdnia6listopada2008rokuwskaź-nikEPkWh/(m2·rok)określaroczne,przypadającenajednostkępowierzchnibudynkuoblicze-niowezapotrzebowanienanieodnawialnąenergiępierwotnądoogrzewania,wentylacjiiprzygo-towaniaciepłejwodyużytkowejorazchłodzenia(jeślitakisystemzostałzastosowany)[7].TakwięcwodróżnieniuodwyżejwymienionychwskaźnikówEPobejmujeszerszyzakreswydatkówenergetycznychbudynku,atymsamymwpełniejszysposóbokreślajegoenergochłonność.

1.2.budynkiużytecznościpublicznej

Według rozporządzeniaMinistra Infrastruktury [7]budynekpowinienbyć zaprojekto-wanyiwykonanywtakisposób,abyilośćciepła,chłoduienergiielektrycznej,potrzebnychdojegoużytkowania,zgodniezjegoprzeznaczeniem,możnabyłoutrzymaćnaracjonalnie

168

niskimpoziomie,awlecieograniczyćryzykoprzegrzewania.Tewymaganiaspełnionesąm.in.jeżelibudynekużytecznościpublicznejmawskaźnikEP(EPHC+W+L)mniejszyodobli-czonego(według[7])zewzoru:

EPHC+W+L = EPH+W+(10+60·Aw,e/Af)(1–0,2·A/Ve)·Af,c/AfkWh/(m2·rok) (1)

gdzie:A – sumapólpowierzchniwszystkichprzegródbudynku,oddzielającychczęść

ogrzewaną budynku od powietrza zewnętrznego, gruntu i przyległychpomieszczeńnieogrzewanych,liczonapoobrysiezewnętrznym,m2,

Af – powierzchniaużytkowaogrzewanabudynku(lokalu),m2,Af,c – powierzchniaużytkowachłodzonabudynku(lokalu),m2,Aw,e – powierzchnia ścian zewnętrznych budynku, liczona po obrysie ze-

wnętrznym,m2,EPH+W– wartośćrocznegoePwbudynkumieszkalnym,kWh/(m2·rok),wzory2–5,ΔEP – dodateknajednostkowezapotrzebowanienanieodnawialnąenergiępierwotną

doprzygotowaniaciepłejwodyużytkowejwciąguroku,kWh/(m2·rok),Ve – kubaturaogrzewanejczęścibudynku,pomniejszonaopodcienia,balkony,

loggie,galerieitp.,liczonapoobrysiezewnętrznym,m3.

1.3.budynkimieszkalne

Podobniejakwprzypadkubudynkówużytecznościpublicznejbudynkimieszkalnemu-sząspełniaćkryteriaokreśloneprzezMinistraInfrastruktury,awięcposiadaćm.in.wskaźnikEP(EPH+W)mniejszyodobliczonego(według[7])zewzorów2–4:

A/Ve≤0,2→EPH+W=73+ΔEPkWh/(m2·rok) (2)

0,2≤A/Ve ≥1,05→EPH+W=55+90·(A/Ve)+ΔEPkWh/(m2·rok) (3)

A/Ve≥1,05→EPH+W=149,5+ΔEPkWh/(m2·rok) (4)

awprzypadkubudynkudodatkowowyposażonegowsystemchłodzenia:

EPhC+W = EPH+W+(5+15·Aw,e/Af)(1–0,2·A/Ve)·Af,cAfkWh/(m2·rok) (5)

Wbrewpozoromnarzuconeminimalnewymaganiaprawnewzakresieenergochłonnościnieoznaczają,żenowowybudowanybudynekmieszkalnybędzieautomatycznieenergoosz-czędny [8].WPolsce średniooddaje siędoużytkukilkadziesiąt tysięcybudynkówroczniezużywających3–8 razywięcejenergiiniż trzeba [9].niskiewymaganiaufundowaneprzeznieracjonalneprzepisyprawne toefektniedocenianiaznaczeniaefektywnościenergetycznejbudynkówjakodobrejinwestycji,zarównodlagospodarkipaństwa,jakiużytkowników[9].

169

2. Analiza zapotrzebowania na energię rozpatrywanego budynku

Przedmiotowydomzlokalizowany,wmiejscowościlewniowa,położonejokoło16kmnapołudnieodbrzeska(woj.małopolskie).Jestbudynkiemmieszkalnymopowierzchninet-to186m2,jednorodzinnym,parterowymzpoddaszemużytkowymiczęściowympodpiwni-czeniemorazgarażemzbokudomuwformiedobudówki.domustawionyjestprawiezgod-niezkierunkamiświata(skierowanyokoło18°napołudniowy-zachód),przykrytydachemdwuspadowymskierowanymnapółnocinapołudnie.Wbudynkuzastosowanowentylacjęnaturalną.Obecniezamieszkiwanyjestprzez5osób,wtymtrójkędzieci.

Stropodachbudynkuocieplonowarstwąwełnymineralnejgrubości16cmoraz styro-pianugrubości4cmukładanegopomiędzyrusztempłytgipsowo-kartonowych.Podłoganagruncieskładasiękolejnoz30-centymetrowejwarstwypodsypkinaktórąwylano10cmtzw.chudegobetonu,papynalepiku,foliPVC,styropianuM30ogrubości8cm,foliPVCiwylewkicementowej.Ścianyzewnętrznepiwnicwykonanozbetonuogrubości25cmorazocieplonostyropianemM30ogrubości10cm.Ścianyzewnętrzneparteruipoddaszazbudo-wanozbloczkówceramicznychSz/MaX-220grubości29cmorazocieplonostyropianemM15ogrubości12cm.Stropyorazwieńcesąmonolityczne,żelbetowe,dodatkowoocieplo-newarstwąstyropianuM30ogrubości8cmdlastropunadpiwnicąoraz5cmdlastropunadparterem.Wyżejopisaneprzegrodybudowlaneprzedstawionoschematycznienarysunku1.

rys.1.Przeglądnajważniejszychprzegródbudowlanychbudynku

fig.1.Overviewofthemajorbuildingpartitions

170

2.1.rocznezapotrzebowanienaciepłodlac.o.obliczonewprogramieaudytorOzC

ProgramaudytorOzCwwersji4.8Prosłużydowspomaganiaobliczaniaprojektowe-goobciążeniacieplnegobudynków,określaniaichsezonowegozapotrzebowanianaenergięcieplnądoogrzaniaorazwykonywaniaŚwiadectwenergetycznychbudynkówiichposzcze-gólnychczęści[10].

Wtabeli2przedstawionoraportwygenerowanyprzezprogramaudytorOzC.Opróczpodstawowychdanychorazparametrówobliczeńztabeli2możnaodczytaćinformacjenatematwentylacji,zyskówciepła,geometriibudynku,itp.

Wrozpatrywanymbudynkuprojektoweobciążeniecieplnewynosi7961W.natakiwy-nikskładająsięstratyciepłaprzezprzenikanie–5180W(65,1%)orazwentylację–2844W(34,9%).Wartościstratciepłazostaływyliczoneprzyzałożeniuskrajnieniekorzystnychwa-runkówatmosferycznych,czylidlatemperatury–20°C.Wskaźnikstratciepłaodniesionydopowierzchninettobudynkuwynosi43,1W/m2,adlakubatury:12,0W/m3.

Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynku wynosi 15 358 kWh/rok (55,29 gJ/rok). Przeliczenie tej wartości na wskaźnik sezonowego zapotrzebowanianaciepłoeadaje83,2kWh/(m2·rok)(299,4MJ/(m2·rok)),anaeVdaje23,1kWh/(m3·rok) (83,3MJ/(m3·rok)).Takiewynikiplasująrozpatrywanybudynekwkategoriibudynkówśred-nioenergooszczędnych(wg[5]).

W sezonie zdecydowanie największe straty ciepła są generowane na skutek podgrze-waniapowietrzawentylacyjnego(35,06gJ/rok)(tabela3).niewielemniejszailośćenergiitraconajestprzezprzegrodyzewnętrzne(31,32gJ/rok).Wstyczniuorazwgrudniuodnoto-wanonajwiększezapotrzebowanienaenergięspośródwszystkichrozpatrywanychmiesięcy.Wynikatoztego,żewtychmiesiącachoprócz31dniowegosezonugrzewczegowystępująnajniżsześrednietemperaturyzewnętrznewroku,cowiążesięzwiększymistratamiciepłaprzezprzegrodyzewnętrzneorazwiększąilościąciepła,którątrzebadostarczyćdlapowie-trzawentylacyjnego.zyskipochodząceodpromieniowaniasłonecznego(38,26gJ/rok)sąponaddwukrotniewiększe,niżbytowezyskiciepła(17,47gJ/rok).razemzyskitemogąpo-kryćrocznestratyciepłapowstałeprzezprzegrodyzewnętrzneiwewnętrzne.bilanszużycieenergiicieplnejwsezonieprzedstawionowformiediagramunarysunku2.

Przegrody budowlanew analizowanymbudynku powodują 65% strat ciepła. Spośródprzegródbezwątpienianajwiększestratyenergiiwilości14,57gJ/rokgenerowanesąprzezścianyzewnętrzne(tabela5).natakiwynikwpływa:

bardzodużapowierzchniaprzegrody(174,5m – 2),którabezpośredniokontaktujesięzoto-czeniem,współczynnik przenikania ciepławynoszący 0,282W/m – 2·K, który choć spełnia normybudowlane(wg[7]maksymalnawartośćwspółczynnikprzenikaniaciepładlaścianze-wnętrznychpowinnawynosić0,30W/(m2·K)),wcalenienależydozbytwygórowanych.dlaporównaniawspółczynnikprzenikaniaudlaścianzewnętrznychwbudynkachpa-sywnychmawartość≤0,15W/(m2·K)[12].Sumarycznieoknaidrzwizewnętrznepowodująpraktycznietylesamostratenergiiciepl-

nej(15,04gJ/rok),cościanyzewnętrzne.Wtymprzypadkudecydującymczynnikiemdlatakdużychstrat,pomimomałejpowierzchniprzegród,okazujesiębyćwysokiwspółczynnikprze-nikaniaciepławynoszącydlaokien1,35W/m2·K,adladrzwizewnętrznych1,40W/m2·K.

dziękibardzodobremuociepleniudachu(U=0,178W/m2·K)stratyenergiicieplnejsąbardzomałeistanowiązaledwie2,7%ogólnychstratciepłaprzezprzegrody.

171

Ta b e l a 2

Wyniki obliczeń w programie Audytor OZC w wersji 4.8 Pro

Normy:

normanaobliczaniewspółczynnikaprzenikaniaciepła: Pn-enISO6946

normanaobliczanieprojekt.obciążeniacieplnego: Pn-en12831:2006

normanaobliczanieE: Pn-enISO13790:2009

Dane klimatyczne:

Strefaklimatyczna: III

Projektowatemp.zew.θe: –20°C Średniarocznatemp.zew.θm,e: 7,6°C

Stacjameteorologiczna: Tarnów Stacjaaktynometryczna: ŚwiętyKrzyż

Podstawowe wyniki obliczeń budynku:

PowierzchniaogrzewanabudynkuAh: 184,7 [m2]

KubaturaogrzewanabudynkuVh: 663,7 [m3]

ProjektowastrataciepłaprzezprzenikanieΦT: 5180 [W]

ProjektowawentylacyjnastrataciepłaΦV: 2844 [W]

CałkowitaprojektowastrataciepłaΦ: 7961 [W]

ProjektoweobciążeniecieplnebudynkuΦHL: 7961 [W]

Wskaźniki i współczynniki strat ciepła:

WskaźnikΦhlodniesionydopowierzchniφHL,A: 43,1 [W/m2]

WskaźnikΦhlodniesionydokubaturyφHL,V: 12,0 [W/m3]

Wyniki obliczeń wentylacji:

PowietrzeinfiltrująceVinfv: 75,4 [m3/h]

Średnialiczbawymianpowietrzan: 0,3

dopływającepowietrzewentylacyjneVv: 225,2 [m3/h]

Średniatemperaturadopływającegopowietrzaθv: –20,0 [°C]

Wyniki obliczeń sezonowego zapotrzebowania na energię wg PN-EN ISO 13790:

Strumieńpowietrzawentylacyjnego-ogrzewanieVv, H 268,4 [m3/rok]

zapotrzebowanienaciepło–ogrzewanieQH,nd: 55,29 [gJ/rok]

zapotrzebowanienaciepło–ogrzewanieQH,nd: 15358 [kWh/rok]

PowierzchniaogrzewanabudynkuAH 185 [m2]

KubaturaogrzewanabudynkuVH 663,7 [m3]

172

Wskaźnikzapotrzebowania–ogrzewanieEAH: 299,4 [MJ/(m2·rok)]

Wskaźnikzapotrzebowania–ogrzewanieEAH: 83,2 [kWh/(m2·rok)]

Wskaźnikzapotrzebowania–ogrzewanieEVH: 83,3 [MJ/(m3·rok)]

Wskaźnikzapotrzebowania–ogrzewanieEVH: 23,1 [kWh/(m3·rok)]

Parametry obliczeń projektu:

Obliczanieprzenikaniaciepłaprzymin.Δθmin: 4,0 [K]

Minimalnatemperaturadyżurnaθj,u: 16 [°C]

Domyślne dane do obliczeń:

Typbudynku: Jednorodzinny

Typkonstrukcjibudynku: Ciężka

Typsystemuogrzewaniawbudynku: Konwekcyjne

Osłabienieogrzewania: bezosłabienia

regulacjadostawyciepławgrupach: Indywidualnareg.

Stopieńszczelnościobudowybudynku: Średni Klasaosłonięciabudynku: Średnie

Krotnośćwymianypowietrzawewnętrznegon50: 3,0 1/h

Domyślne dane dotyczące wentylacji:

Systemwentylacji: naturalna Temperaturapowietrzakompensacyjnegoθc: 20,0°C

Geometria budynku:

rzędnapoziomuterenu: 0,00 [m]

domyślnarzędnapodłogiLf: 0,47 [m]

rzędnawodygruntowej: –10,00 [m]

domyślnawysokośćkondygnacjiH: 2,90 [m]

domyślnawys.pomieszczeńwświetlestropówHi: 2,63 [m]

PolepowierzchnipodłoginagruncieAg: 89,45 [m2]

Obwódpodłoginagrunciewświetleścianzew.: 41,98 [m]

Obrótbudynku: bezobrotu

Statystyka budynku:

liczbakondygnacji: 3 liczbapomieszczeń: 20

cd.tab.2

173

Ta b e l a 3

Wyniki bilansu zużycia energii cieplnej w sezonie grzewczym

MiesiącLd,m Tem,m QD Qiw Qg Qve ηH,gn Qsol Qint QH,nd

dni [°C] [gJ/rok] [gJ/rok] [gJ/rok] [gJ/rok] [gJ/rok] [gJ/rok] [gJ/rok] [gJ/rok]

Styczeń 31 –0,8 5,18 0,84 0,49 5,33 0,969 1,26 1,48 9,18

luty 28 –0,7 4,65 0,76 0,45 4,79 0,961 1,67 1,34 7,76

Marzec 31 6,6 3,10 0,96 0,51 3,52 0,832 2,94 1,48 4,41

Kwiecień 30 8,4 2,60 1,10 0,50 2,98 0,659 3,81 1,44 3,72

Maj 31 14,1 1,40 2,79 0,70 1,74 0,750 5,33 1,48 1,53

Czerwiec 30 16,5 0,84 3,81 0,87 1,19 0,687 5,52 1,44 1,93

lipiec 31 17,0 0,75 4,18 0,92 1,12 0,694 5,25 1,48 2,30

Sierpień 31 17,6 0,62 4,47 0,97 1,00 0,683 5,07 1,48 2,57

Wrzesień 30 14,2 1,33 2,75 0,63 1,67 0,874 3,07 1,44 2,45

Październik 31 11,1 2,08 1,71 0,49 2,42 0,841 2,26 1,48 3,55

listopad 30 3,7 3,73 0,82 0,42 4,09 0,908 1,09 1,44 6,77

grudzień 31 –0,3 5,03 0,84 0,46 5,20 0,979 0,99 1,48 9,12

W sezonie 365 9,0 31,32 25,05 7,39 35,06 0,781 38,26 17,47 55,29

gdzie:Ld,m – liczbadniwmiesiącusezonugrzewczego,Tem,m – średniatemperaturazewnętrznawmiesiącusezonugrzewczego,QD – stratyenergiicieplnejprzezprzegrodyzewnętrzne(ściany,dach,drzwi,itp.),Qiw – stratyenergiicieplnejprzezprzegrodywewnętrzne(ściany,stropy,okna,drzwi),Qg – stratyenergiicieplnejprzezprzegrodyprzyległedogruntu(podłogi,ściany),Qve – stratyenergiiwywołaneprzezpowietrzewentylacyjne,Ηh,gn – współczynnikwykorzystaniazyskówciepła,Qsol – zyskiciepłaodpromieniowaniasłonecznegoprzezzewnętrzneprzegrody

przezroczyste(okna,świetliki,drzwi),Qint –bytowezyskiciepła(odludzi,oświetlenia,urządzeńelektrycznych),QH,nd – łącznezapotrzebowanienaenergię(energięużytkową)naogrzewanie.

dokładnezestawieniestratenergiicieplnejprzezkonkretnyelementbudynkuprzedsta-wionowtabeli4oraznarysunku3.Wanalizowanymprzypadkuponad1/3ciepłatraconajestprzezwentylację,a1/4przezścianyzewnętrzneiwewnętrzne.Sumaryczniete3składo-wepowodująponad60%stratenergiicieplnejwrozpatrywanymbudynku.

174

Ta b e l a 4

Zestawienie strat energii cieplnej budynku

Opis GJ/Rok [kWh/rok]

Wentylacja(1) 35,06 9738

Ścianazewnętrzna(2) 14,57 4048

Ścianawewnętrzna(3) 11,77 3269

Stroppodnieogrzewanympoddaszem(4) 10,66 2962

Okno(świetlik)zewnętrzne(5) 9,23 2563

drzwizewnętrzne(6) 5,82 1616

Podłogawpiwnicy(7) 3,01 837

Podłoganagruncie(8) 2,67 741

Ścianazewnętrznaprzygruncie(9) 1,71 476

dach(10) 1,71 474

drzwiwewnętrzne(11) 1,46 406

Stropciepłodogóry(12) 1,15 319

Razem 98,82 27450

rys.2.bilanszużyciaenergiicieplnejwsezonie.Oznaczeniajakwtabeli3

fig.2.Thebalanceofthermalenergyconsumptioninseason.Symbolslikeintable3

175

Ta b e l a 5

Zestawienie przegród budynku

Rodzaj przegrodyd U UMI A QT Qproc

[m] [W/m2·K] [W/m2·K] [m2] [GJ/rok] [%]

Ścianazewnętrzna 0,450 0,282 0,3 174,5 14,57 22,9

Stroppodnieogrzewanympoddaszem 0,246 0,166 0,25 56,21 10,66 16,7

Okno(świetlik)zewnętrzne – 1,35 1,8 22,08 9,23 14,5

Ścianawewnętrzna 0,330 1,033 bezwymagań 44,7 6,00 9,4

drzwizewnętrzne – 1,4 2,6 19,32 5,81 9,2

Ścianawewnętrzna 0,160 1,738 bezwymagań 116,7 5,77 9,1

Podłogawpiwnicy 0,472 0,307 1,0 42,04 3,01 4,7

Podłoganagruncie 0,558 0,223 1,0 39,11 2,67 4,2

dach 0,215 0,178 0,25 29,77 1,71 2,7

Ścianazewnętrznaprzygruncie 0,373 0,233 0,8 61,24 1,71 2,7

drzwiwewnętrzne – 2 bezwymagań 30,14 1,46 2,3

Stropnadpiwnicąciepłodogóry 0,282 0,47 0,45 43,53 1,10 1,6

Stropciepłodogóry 0,283 0,673 bezwymagań 58,66 0 0

rys.3.Procentowyudziałelementubudynkuwjegostratachciepła.numerypodosiaodciętychoznaczająelementybudynkuztabeli4

fig.3.Thepercentageshareofthebuildingelementinitsheatlosses.numbersunderaxisofabscissameansbuildingelementsfromtable4

176

gdzie:d – grubośćprzegrody,U – współczynnikprzenikaniaciepła,UMI – maksymalnawartośćwspółczynnikprzenikaniaciepławedługrozporządzenia

MinistraInfrastruktury[7],A –powierzchnia,QT – stratyenergiicieplnejprzezprzenikanie,Qproc – procentowyudziałstratenergiicieplnej.

z55,73gJ/rokzyskówciepłaprawie70%pochodziodsłońca(38,26gJ/rok).31,4%zy-sków(17,47gJ/rok)jestgenerowanaprzezcodziennąaktywność5mieszkańcówbudynku,wtymtrójkędzieciorazwykorzystanieprzeznichurządzeńelektrycznych,gazowychitp.

2.2.rocznezapotrzebowanienaciepłodlac.o.obliczonewprogramieCaSanova

drugimprogramem,którywykorzystanodoniezależnejocenyzapotrzebowanianacie-płodlac.o.przedmiotowegobudynkubyłprogramCaSanova,stworzonywWydzialefizy-kibudynkówienergiiSłonecznejuniwersytetuwSiegen.użytkownikmożezmienićponad20parametrów,aobliczeniazapotrzebowanianaciepłosąprzeprowadzanewedługdzisiajjużnieaktualnejeuropejskiejnormyen832[11].

Wtabeli6zestawionowprowadzonepodstawowedanedotyczącegeometriibudynku,izolacyjnościprzegród,klimatuwktórymsięznajdujeorazinnychparametrów.

T a b e l a 6

Podstawowe dane rozpatrywanego budynku wprowadzone w programie CASAnova 3.3.07

Geometry

lengthofnorthandsouthfacade: 10,1m lengthofwestandeastfacade: 11,6m

height(withoutroof): 5,2m deviationfromsouthdirection(westpositive): 18,0°

numberoffloors: 2 Surface-to-volumevalue: 0,81/m

groundarea: 117,2m2 usefularea: 187,5m2 Volumetotal: 609,2m3

facadenorthresp.south: 52,5m2 facadeeastresp.west: 60,3m2

Insulation

uvaluesofthewalls: 0,28W/(m2K) absorptioncoefficientofthewalls: 0,50

upperfloor: totallyinsulatedroof uvalue: 0,18W/(m2K)

lowerfloor: non-heatedcellar(withinsulation) uvalue: 0,22W/(m2K)

door(northfacade): area: 2,0m2 uvalue: 2,00W/(m2K)

Wärmebrücken: ignoreheatbridges

Building

177

Interiortemp.: 20,0°C limitofoverheating: 27,0°C Internalgains: 25,0kWh/(m2a)

naturalventilation(infiltration): 3,01/h Mechanicalventilation: no

Kindofindoorwalls: heavyconstruction Kindofoutdoorwalls: heavyconstruction

Climate

Climatestation: Kraków(Polska)

narysunku4przedstawionozapotrzebowanienaenergięcieplnąwprzeliczeniunakWh/m2 dla poszczególnychmiesięcy, ilość godzinwkażdymmiesiącu,wktórymnależy do-starczaćenergiędoogrzewaniabudynkulubnieorazwartościtychdanychdlacałegoroku.najwięcejenergiicieplnejnależyzapewnićwstyczniu, to jest11,9kWh/m2orazgrudniu(10,5kWh/m2).zapotrzebowanienaenergiędoogrzewaniabudynkuodmajadowrześniajest znikome.Sumaryczniewciągu rokuzużywane jest 53,7kWhenergii nakażdymetrkwadratowypowierzchnibudynku.Wciągurokujest6625hwktórychnależydostarczaćenergiędoogrzewaniabudynkuoraz2135h,wktórychnietrzebategorobić.

cd.tab.3

rys.4.diagramywygenerowaneprzezprogramCaSanova

fig.4.diagramsgeneratedbytheprogramCaSanova

178

ObliczonywprogramieCaSanovawskaźnikEArówny53,7kWh/(m2·rok)klasyfikujerozpatrywanybudynekwkategoriibudynkówenergooszczędnych (wg [5]).Widocznynarysunku5wykresSankey’a,przedstawiającyzyskiistartyenergiianalizowanegobudynku,obrazujewpływposzczególnychparametrównakońcowywynikzapotrzebowanianaciepłodlaogrzewania.PodobniejakwprogramieaudytorOzCnajwiększestratyenergiiwystępująprzezwentylacjęorazprzegrodyzewnętrzne,anajwiększezyskiciepłapochodząodsłońca.

rys.5.PrzepływenergiiprzedstawionynawykresieSankey’a

fig.5.energyflowpresentedonSankeygraph

rys.6.bilansenergiiwygenerowanyprzezprogramCaSanova

fig.6.balanceofenergygeneratedbytheprogramCaSanova

179

bilansenergii rocznyorazdlaposzczególnychmiesięcyuwzględniającystratyenergiiprzezprzenikanie,wentylację,wewnętrznezyskiorazzyskiodsłońcaobrazujerysunek6.zyskiciepłaodSłońcasąnajwiększenaelewacjipołudniowej,tamteżsąnajwiększestratyciepłaprzezokna.Odmajado sierpnianiemapotrzebydostarczania energii, gdyżzyskiciepłaprzewyższająstratyciepła.

2.3.PorównaniewynikówuzyskanychwprogramachaudytorOzCiCaSanova

Wtabeli7zestawionowybranewynikiobliczeńzapotrzebowanianaenergięcieplnądoogrzewaniabudynkuwedługprogramówaudytorOzC4.8Pro iCaSanova3.3.07.do-datkowodotabeliwstawionowynikiotrzymanewprogramiePurmoOzC4.01b(starszejwersjiprogramuaudytorOzC4.8Pro).WprogramietymwprowadzasiępraktycznietakiesamedanejakwaudytorzeOzC,agłównaróżnicamiędzyprogramamileżywnormachdoobliczeń(PurmoOzCkorzystaznieaktualnejdzisiajnormyPn-b-02025).

PomiędzywynikamiprogramówPurmoOzCiCaSanovaistniejąniewielkierozbieżno-ścisięgająceglobalnieokoło10%(wniektórychprzypadkachotrzymanoprawieidentycznewyniki),pomimowprowadzeniawobuprogramachidentycznychdanychwejściowychdo-tyczącychbudynku.różnicewwynikachsąprawdopodobniespowodowaneprzeznastępu-jąceczynniki:

wprogramieCaSanovabudynektraktujesięjakozwartąbryłę,okształcieprostopadło- –ścianu;odstępstwaodtakiegotypubudowywCaSanovieniesąmożliwedouwzględnia-niawgeometriibudynku(rozpatrywanybudynekniejestprostopadłościanem),wyżejwymienionyczynnikpowodujeróżnicewwielkościpowierzchnipodłoginagrun- –cie(CaSanova–117,2m2(tabela6);Purmo/audytor–89,45m2(tabela2),wprogramiePurmo/audytorOzC stacjąmeteorologiczną, z której odczytuje się dane –klimatycznejestTarnów,natomiastwCaSanov’ieKraków,programystosująróżnenormydoobliczeniaposzczególnychwartości, –wprogramieCaSanovanieobliczasięzyskówbytowychnapodstawieliczbymieszkań- –ców,ichwieku,zużyciaciepłejwody,aleprogramwymagapodaniazgórytejwartości,comożegenerowaćbłędy,CaSanovawymagapodaniaogólnejwewnętrznejtemperatury,któramapanowaćwbu- –dynku;natomiastwprogramiePurmo/audytorOzCdlakażdegopomieszczeniamożnaindywidualnieustawićtemperaturę(temperaturaprojektowapokoiwynosi20°C,garażu5°C,piwnicy12,4°C,łazienek24°C).PomiędzyprogramamiPurmoOzCiCaSanovaaaudytoremOzCbardzopodobnywy-

nikstwierdzonojedyniewprzypadkuzyskówenergiiniepochodzącychodsłońca.Wprzy-padkuinnychporównywanychwielkościróżnicewynosząod30%donawet65%.Takdużarozbieżnośćwynikówspowodowanajestróżnicamiwstosowaniuprzezprogramynormdoobliczeńzapotrzebowanianaciepłobudynku(CaSanovakorzystazen832,PurmoOzCzPn-b-02025,aaudytorOzCzPn-enISO13790).

180

Ta b e l a 7

Porównanie wyników obliczeń programów Purmo OZC, Audytor OZC i CASAnova

Porównywana wielkośćProgram

PurMOOzC4.01b

CaSanova3.3.07

audytorOzC4.8Pro

rocznezapotrzebowanie

naenergię

[kWh/rok] 11132 10058 15358

[kWh/m2/rok] 60,3 53,7 83,2

Całkowitestratyciepła[kWh/rok] 17419 16952 27450

[kWh/m2/rok] 94,3 90,4 148,6

Stratyciepłaprzezprzenikanie

[kWh/rok] 11903 11383 17712

[kWh/m2/rok] 65,0 60,7 95,9

Stratyciepłanapodgrzaniepowietrza

wentylacyjnego

[kWh/rok] 5516 5569 9738

[kWh/m2/rok] 29,3 29,7 52,7

Całkowitezyski[kWh/rok] 7310 6287* 6894 15482 12092**

[kWh/m2/rok] 39,6 34,0* 36,7 83,8 65,5**

zyskienergiiodsłońca[kWh/rok] 3473 2988* 3006 10628 8300**

[kWh/m2/rok] 18,8 16,2* 16,0 57,5 44,9**

Pozostałezyski[kWh/rok] 3837 3298* 3888 4854 3792**

[kWh/m2/rok] 20,8 17,8* 20,7 26,3 20,6**

Mostkitermiczne nieuwzględniono

Średnialiczbawymianpowietrza 0,31/h

Sezongrzewczy Odwrześniadomaja Całyrok

* wartośćobliczonaprzyzastosowaniuwspółczynnikawykorzystaniazyskówciepłaη=0,860.**wartośćobliczonaprzyzastosowaniuwspółczynnikawykorzystaniazyskówciepłaztabeli3.

WynikizprogramuaudytorOzCwykorzystanowdalszejczęścipracy.

2.4.zapotrzebowanienaenergiędlac.w.u.

Ilość energii potrzebnej do przygotowania ciepłejwody użytkowej obliczonowedługrozporządzeniaMinistraInfrastruktury[13].rocznezapotrzebowanienaenergiędlac.w.uobliczonozewzoru[13]:

Q

V L c k ti W W O tW,nd

CWi CW UZ=⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅

⋅ρ θ θ( )

kWh/ rok1000 3600

(6)

181

gdzie:VCWi– jednostkowedobowezużyciec.w.u.,Li – liczbajednostekodniesienia,cW – ciepłowłaściwewody,ρW – gęstośćwody,θCW – temperaturac.w.u.wmiejscuzaworuczerpalnego,θO – temperaturazimnejwody,kt – mnożnikkorekcyjnydlatemperaturyc.w.u.innejniż55°C,tuz – czasużytkowania.

Wtabeli8zamieszczonoprzyjętewartościdlaparametrówużytychwewzorze6orazprzedstawionowynikkońcowyobliczeń.

T a b e l a 8

Wynik końcowy oraz wartości parametrów dla wzoru 6

Parametr Jednostka Przyjęta wartość

VCWi [dm3/(j.o.)·doba] 50*

Li [osoby] 5

cW [kJ/(kg·K)] 4,19

ρW [kg/m3] 1000**

θCW [°C] 50

θO [°C] 10

kt [°C] 1,12

tuz [doby] 365

Parametr Jednostka Objaśnienie Wartość uzyskana

QW,nd kWh/rok rocznezapotrzebowanienaenergiędlac.w.u. 4758

* wartość zalecanawynosi 35 dm3/(j.o.)·doba [13]; 50 dm3/(j.o.)·doba przyjętow celu zapewnieniewiększegokomfortuużytkowania**przyjętouśrednionąwartośćgęstościwody

Końcowezapotrzebowanienaenergiędlac.w.u.uwzględniającestratyciepłaobliczonozewzoru[13]:

QQ

K,WW,nd

W,tot

=η

kWh/ rok (7)

gdzie:ηW,tot – sprawnośćcałkowita,ηW,tot =ηW,e ·ηW,g ·ηW,d ·ηW,s,ηW,e – średniasezonowasprawnośćwykorzystania,ηW,g – średniasezonowasprawnośćwytworzenianośnikaciepłazenergii

dostarczanejdogranicybilansowejbudynku(energiikońcowej),

182

ηW,d – średniasezonowasprawnośćdystrybucjic.w.u.,ηW,dW,nd

W,nd W,d

=+

QQ Q∆ΔQW,d – uśrednionerocznestratyciepładystrybucjic.w.u.,

∆Q l q tiW,d li CW= ⋅ ⋅( ) ⋅∑ −10 3

li – długośći-tegoodcinkasieciciepłejwodyużytkowej,qli – jednostkowestratyciepłaprzewodówciepłejwody,tCW – mnożnikkorekcyjnydlatemperaturyinnejniż55°C,ηW,s – średniasezonowasprawnośćakumulacjic.w.u.welementachpojemnościo-

wychsystemuc.w.u.,ηW,sW,nd W,d

W,nd W,d W,s

=+

+ +Q Q

Q Q Q∆

∆ ∆ΔQW,s – uśrednionesezonowestratyciepławelementachpojemnościowychsyste-

mugrzewczegobudynku, ∆Q V q ts sW,s CW= ⋅ ⋅( ) ⋅∑ −10 3

Vs – pojemnośćzbiornikac.w.u.,qs – jednostkowestratyciepłazbiornikac.w.u.

Wtabeli9zamieszczonoprzyjętewartościdlaparametrówużytychwewzorze7orazprzedstawionowynikkońcowyobliczeń.

T a b e l a 9

Wynik końcowy oraz wartości parametrów dla wzoru 7

Parametr Jednostka Wartość Parametr Jednostka Wartość

li [m] 50 ΔQW,s

kWh/rok 735,84

qli [W/m] 2,5 ηW,g – 1

tCW [h] 8760 ηW,d – 0,81

Vs [dm3] 400 ηW,s – 0,89

qs [W/dm3] 0,21 ηW,e – 1

ΔQW,d [kWh/rok] 1095 ηW,tot – 0,72

Wielkość Jednostka Uzyskany wynik

QK,W kWh/rok 6608

3. Wnioski

Łącznezapotrzebowanienaenergięcieplnąrozpatrywanegobudynkuwynosi21966kWh/rok(tabela10).Jesttowartośćotrzymanaprzyuwzględnieniustratpowstałychprzezdys-trybucjęciepłejwodyużytkowejorazjejprzechowywanie.niebranopoduwagęsprawnościurządzeńwytwarzającychciepłodlac.o.ic.w.u.,stratciepłaprzezprzewodyizbiornikbufo-rowycentralnegoogrzewaniaorazzwiązanejzogrzewaniemsprawnościprzesyłu.

183

Wciągurokunależydostarczyć15358kWhenergiidoogrzewania,costanowi69,9%rocznegocałkowitegozapotrzebowanianaenergiędlarozpatrywanegobudynku.Jesttowar-tośćwysoka,zważywszynaciągłątendencjędoobniżaniazużyciaenergiinacelegrzewcze(dlacorazbardziejpopularnegobudynkuniskoenergetycznegoudziałenergiidoogrzewa-niapomieszczeńwcałkowitymobciążeniuenergetycznymbudynkupowinienwynosić30%[14]).Podobniejakwprzypadkuinnychbudynkówmieszkalnych,jednorodzinnychwPol-sceprzegrodybudowlanewanalizowanymbudynkupowodują65%strat ciepła (wartośćkrajowa66%),awentylacja35%(wartośćkrajowa34%)[15].Stratyciepłaprzezprzegrodywanalizowanymbudynkumożnawdużejmierzezmniejszyćpoprzeznp.obniżeniewartościwspółczynnikaprzenikaniaciepładlaścianzewnętrznych.Poprawaparametrówtechnicz-nychprzegródmożedoprowadzićdoobniżeniastartciepłanaweto30%[15].

T a b e l a 1 0

Roczne zapotrzebowanie na energię dla analizowanego budynku

Jednostka Ogrzewanie Ciepła woda użytkowa Łączne zapotrzebowanie

[kWh/rok] 15358 6608 21 966

[%] 69,9 30,1 100

znającrocznezapotrzebowanienaenergięrozpatrywanegobudynku,obliczonowartośćwskaźnikaEP,którywyniósł118,93kWh/(m2·rok).granicznawartośćwskaźnikaEPobli-czonadlategobudynkuzewzoru3wynosi151,5kWh/(m2·rok)(A/Ve=0,8;ΔEP=24,5).TakwięcwskaźnikEPbudynkuspełniawymaganianarzuconeprzezMinistraInfrastruktury,gdyż118,93<151,5.WskaźnikEPanalizowanegobudynku,jestrównieżniższyniżśredniaważonaEPdlabudynkównowychwPolscewynoszący137kWh/(m2·rok)[15].

zewzględunastosowanenormyobliczenioweprogramyCaSanovaorazaudytorOzCdały odmiennewyniki sezonowego zapotrzebowania na ciepło. Podwzględem szybkościokreślenia zapotrzebowania na ciepło i łatwości obsługi lepszy jest programCaSanova.Obsługategoprogramuograniczasiędowypełnieniainformacjiw6nieskomplikowanychokienkach.Wadąprogramu jest to, że częśćdanychnależy samemuobliczyć (jakwspół-czynnikprzenikaniadlaścian).Wartopokreślić,żekażdazmianawartościdanegoparametruzostajeautomatyczniezobrazowananawykresachiwraportach.WprogramieaudytorOzCostatecznywynikotrzymujesiędopieropowprowadzeniuwszystkichdanychitobezbłęduuniemożliwiającegoobliczenia.

dlaprofesjonalnychobliczeńsezonowegozapotrzebowanianaciepłopowinnosięsto-sowaćprogramaudytorOzC.niewątpliwązaletątegoprogramujestbogatainterpretacjawynikóworaz to, żeobliczeniawykonywane sąwedług aktualnie stosowanychwPolscenorm.ProgramCaSanovazostałstworzonybardziejdocelówdydaktycznychiwizualizacjizmianparametrów,niżdofachowychobliczeń.

184

l i t e r a t u r a

[1]W n u k r.,Budowa domu pasywnego w praktyce,WydawnictwoPrzewodnikbudow-lany,Warszawa2006.

[2]Komisjaeuropejska,Green Paper „Towards a European Strategy for the Security of Energy Supply”,bruksela,29listopada2000.

[3]g e r y ł o r., Zmiana wymagań – efektywność energetyczna budynków, PrzemysłŚrodowiskoJakośćzarządzanie,2009,nr4(13),51-52.

[4]W n u k r.iin.,Efektywność wykorzystania energii w latach 1995–2005,guS,KaPe,Warszawa2007.

[5]ż u r a w s k i J., Energochłonność budynków mieszkalnych (www.cieplej.pl – datadostępu:07.02.2011).

[6]rozporządzenieMinistraInfrastrukturyzdnia12kwietnia2002rokuwsprawiewar-unkówtechnicznych,jakimpowinnyodpowiadaćbudynkiiichusytuowanie(dz.u.z15czerwca2002r.,nr75,poz.690).

[7]rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniającerozporządzeniew sprawiewarunków technicznych, jakimpowinnyodpowiadaćbu-dynkiiichusytuowanie(dz.u.z13listopada2008r.,nr201,poz.1238).

[8] ż u r a w s k i J., Dlaczego energooszczędność (www.cieplej.pl – data dostępu:07.02.2011).

[9]C i e p i e l a d.,Efektywność energetyczna budynków. Ciepło w gwizdek (www.wnp.pl–datadostępu:07.02.2011).[10] firmaSankom,audytorOzCwersja4.8Pro,Programwspomagającyobliczaniepro-

jektowego obciążenia cieplnego budynku, sezonowego zapotrzebowanie na energięcieplnąichłodnicząorazwyznaczanieświadectwenergetycznych(www.purmo.com/pl–datadostępu:15.03.2011).

[11] fachgebietbauphysik&SolarenergieuniversitatSiegen,CaSanova3.3–anedu-cationalsoftwareforheatingandcoolingenergydemandaswellas the temperaturebehaviourinbuildings(http://nesa1.uni-siegen.de/–datadostępu:15.03.2011).

[12]K a c z k o w s k a a., Dom Pasywny, Wydawnictwo i handel Książkami „Kabe”,Krosno2009.

[13]rozporządzenieMinistraInfrastrukturyzdnia6listopada2008r.wsprawiemetod-ologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lubczęści budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobusporządzaniaiwzorówświadectwichcharakterystykienergetycznej(dz.u.nr201,poz.1240).

[14] S i u t a -O l c h a a.,C h o l e w a T.,g u z Ł.,Analiza porównawcza potrzeb energe-tycznych jednorodzinnych budynków mieszkalnych o różnym standardzie wykonania, ProceedingsofeCOpole,2011,nr1(5),287-292.

[15] firmabuilddesk,raport:StanenergetycznybudynkówwPolsce03.2011 (www.builddesk.pl–datadostępu:06.09.2011).