ANALIZA DOKŁADNOŚCI WYZNACZANIA SEZONOWEGO ZAPOTRZEBOWANIA NA CIEPŁO W BUDYNKU UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ NA PODSTAWIE KRÓTKIEGO OKRESU POMIAROWEGO Joanna Ferdyn-Grygierek, Katedra Ogrzewnictwa, Wentylacji i Techniki Odpylania Politechnika Śląska w Gliwicach

Wprowadzenie Energetyczną jakość budynków od stycznia 2009 r. reguluje w Polsce Dyrektywa 2002/91/EC Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 16 grudnia 2002 r. Wymagane jest świadectwo charakterystyki energetycznej budynku zawierające obliczoną ilość energii zużytej w ciągu roku.

Metoda sygnatury energetycznej Metoda sygnatury energetycznej z zastosowaniem regresji liniowej służy do wyznaczenia empirycznej zależności zużycia energii od temperatury zewnętrznej, a następnie obliczenia zużycia energii w sezonie grzewczym lub chłodniczym. Zalecana jest szczególnie dla budynków o stabilnych zyskach ciepła i małych zyskach słonecznych. W metodzie tej zakłada się stałą wartość temperatury wewnętrznej, a temperatura powietrza zewnętrznego jest parametrem, który w największym stopniu wpływa na zużycie energii.

Obiekt analiz – budynek szkolny Wentylacja Pomieszczenia, wyposażone są w kanały wentylacji grawitacyjnej. Powietrze doprowadzone jest za pomocą drzwi i okien. Ogrzewanie Budynek wyposażony jest w wodną instalację grzejnikową. Instalacja została zmodernizowana w 2002 r. (grzejniki płytowe, rury miedziane). Na gałązkach zasilających zainstalowane są zawory termostatyczne. Kotłownia - paliwo stałe (koks) Użytkowanie budynku Szkoła jest użytkowana od poniedziałku do piątku. Zajęcia lekcyjne trwają od 8:00-15:00, kuchnia jest użytkowana od 7:00 do 15:00. W szkole przebywa maksymalnie 137 uczniów, 14 nauczycieli i 11 osób obsługi co daje w sumie 162 osoby

Wielostrefowy model - konstrukcja W 2011 r. w budynku przeprowadzono pomiary aby uzyskać dane wejściowe do modelu numerycznego oraz przeprowadzić walidację modelu. Pomiary przeprowadzono w lutym i marcu. Pomiar obejmował: rejestrację temperatury wewnętrznej w 10 pomieszczeniach, notowania dobowego zużycia koksu, rejestrację danych klimatycznych, testy szczelności dwóch pomieszczeń klasowych pomiary z użyciem kamery termowizyjnej celem oszacowania współczynników przenikania ciepła – Program symulacyjny – ESP-r – Strefy – 5: sale lekcyjne + korytarz + WC + szatnie, strefa biurowa, strefa kuchni wraz z jadalnią (świetlicą),piętro (sale lekcyjne + korytarz + WC + pokój nauczycielski) oraz sala gimnastyczna wraz z zapleczem

Wielostrefowy model - założenia Obliczenia symulacyjne wykonywano dla sezonu grzewczego od października do kwietnia. Temperatura wewnętrzna zmienna w kroku czasowym 1 h – z pomiarów. Wymiana powietrza – liczba wymian powietrza infiltrującego do stref z krokiem czasowym 1 h – dodatkowe obliczenia. Współczynniki przenikania ciepła przegród zewnętrznych przyjęto zgodnie z wynikami pomiarów. Przyjęto jednakowy profil zysków ciepła od poniedziałku do piątku Założono idealnie nadążne źródło ciepła, bez uwzględnienia modelu grzejnika i zaworu termostatycznego Warunki zewnętrzne były zgodne z danymi meteorologicznymi . Wszystkie obliczenia przeprowadzano z krokiem czasowym 1 h.

Metodyka obliczeń Obliczone na drodze symulacji komputerowej godzinowe wartości zapotrzebowania na ciepło uśredniano do wartości średniodobowych. Obliczono średniodobowe różnice pomiędzy temperaturą wewnętrzną i zewnętrzną (tiśr-teśr) i średniosezonową różnicę pomiędzy temperaturą wewnętrzną i zewnętrzną (dTśr,sez). Obliczono sezonowe zapotrzebowanie na ciepło na podstawie zależności – wyznaczonych prostych regresji w całym sezonie oraz w krótkich okresach czasu: miesięcznych (30 dni), dwutygodniowych i tygodniowych, przesuwając okres obliczeniowy o jeden dzień. Uzyskano w ten sposób 183 okresy miesięczne oraz 199 okresów dwutygodniowych i 206 okresów tygodniowych, każdy o innej wartości średniej temperatury zewnętrznej. Odrzucono wyniki z okresów, dla których współczynnik korelacji R pomiędzy mocą P i różnicą temperatury (tiśr-teśr) był mniejszy od 0,6. Obliczone na bazie krótkiego okresu wartości sezonowego zapotrzebowania na ciepło porównano z wartością sezonowego zapotrzebowania uzyskaną na drodze symulacji.

Analiza wpływu klimatu

Analiza wpływu klimatu – okresy miesięczne Odrzucono 30% Odrzucono 28% Odrzucono 20%

Analiza wpływu klimatu – okresy miesięczne Odchyłki nie przekroczą ±10%: w klimacie średnim (Katowice) dla różnicy temperatury (-2 ÷ 2 oC); w klimacie łagodnym (Koszalin) dla różnicy temperatury (-1 ÷ 2 oC); w klimacie ostrym (Suwałki) dla różnicy temperatury (-5 ÷ 2 oC)

Analiza wpływu klimatu – okresy 2-tygodniowe Odrzucono 40% Odrzucono 40% Odrzucono 37%

Analiza wpływu klimatu – okresy 2-tygodniowe Odchyłki nie przekroczą ±10%: w klimacie średnim (Katowice) dla różnicy temperatury (-1,5 ÷ 2,5 oC); w klimacie ostrym (Suwałki) dla różnicy temperatury (-4 ÷ 1,5 oC)

Analiza wpływu klimatu – okresy tygodniowe Odrzucono 50% Odrzucono 47% Odrzucono 42%

Analiza wpływu klimatu – okresy tygodniowe

Budynek o większych zyskach wewnętrznych Różnice dla okresów miesięcznych zwiększyły się „w górę” i „w dół” średnio o 5 punktów procentowych i wahają się w zakresie (-31% ÷ 30%), a w dla okresów 2-tygodniowych od -31% (+3 pkt.) do 36% (+6 pkt.). Odchyłki nie przekroczą ±10%: w okresach miesięcznych dla różnicy temperatury (-2 ÷ 2,5 oC); w okresach 14-dniowych dla różnicy (-1,5 ÷ 2,5 oC).

Budynek o dobrej izolacyjności przegród zewn. Różnice dla okresów miesięcznych wahają się w zakresie od -19% (-6 pkt.) do 32% (+6 pkt.), a w dla okresów 2-tygodniowych od -25% (-3 pkt.) do 33% (+3 pkt.). Odchyłki nie przekroczą ±10%: w okresach miesięcznych dla różnicy temperatury (0 ÷ 4 oC); w okresach 14-dniowych (przy słabej korelacji) dla różnicy temperatury (0 ÷ 3 oC).

Budynek o większej nieszczelności Różnice dla okresów miesięcznych wahają się w zakresie od -27% (+2 pkt.) do 23% (-2 pkt.), a w dla okresów dwutygodniowych od -29% (+1 pkt.) do 29% (-1 pkt.). Odchyłki nie przekroczą ±10%: w okresach miesięcznych dla różnicy temperatury (-2 ÷ 4 oC); w okresach 14-dniowych dla różnicy temperatury (-1,5 ÷ 2,5 oC).

Wnioski Liczba odrzucanych okresów dla których uzyskano słabą korelację (R<0,6) pomiędzy średniodobowym zapotrzebowaniem na ciepło, a średniodobową różnicą temperatury jest znacząca, tym większa im krótszy okres pomiarowy; W klimatach chłodniejszych można spodziewać się większej liczby „dobrych” okresów pomiarowych; W budynkach użyteczności publicznej nie istnieje korelacja pomiędzy odchyłką obliczonego zapotrzebowania na ciepło z okresów tygodniowych, a różnicą pomiędzy średnią temperaturą sezonu grzewczego i średnią temperaturą danego krótkiego analizowanego okresu – pomiary powinno wykonywać się w dłuższych okresach; Odchyłka obliczonego z krótkich okresów zapotrzebowania na ciepło rośnie wraz ze skracaniem okresu. Dla okresów miesięcznych można spodziewadź się odchyłek do 25%, dla okresów dwutygodniowych do 37%, a dla tygodniowych nawet do 70%.