Podstawowa metoda obliczeń charakterystyki energetycznej budynków Opracowali: mgr inż. Andrzej Dębski mgr inż. Jerzy Wewióra

Krok 1. Obliczenie współczynnika strat przez przenikanie H tr H tr = ∑ [ btr, i x ( A i x U i + ∑ l i x ψ i ) ] [ W / K ] 1.14/10921 b tr,i Współczynnik redukcyjny obliczeniowej różnicy temperatur i-tej przegrody - A i Pole powierzchni przegrody otaczającej przestrzeń o regulowanej temperaturze, obliczanej wg wymiarów zewnętrznych m2 U i Współczynnik przenikania ciepła przegrody pomiędzy przestrzenią ogrzewaną i stroną zewnętrzną W/(m2K) L i Długość liniowego mostka cieplnego m Ψ i Liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka cieplnego W/(mK)

Krok 1. Przykład obliczeniowy H tr Wyznacz współczynnik strat przez przenikanie przegród budynku: Dane: Dla ścian 1120 m2 x 0,90 W/m2K = 1008 W/K Dla okien 260 m2 x 2,6 W/m2K = 676 W/K Dla stropodachu 360 m2 x 0,6 W/m2K = 216 W/K Dla stropu nad piwnicą 360 x 0,8 W/m2K x 0,5 = 144 W/K Mostki liniowe: Dla okien i drzwi balkonowych 422 m x 0,35 W/mK = 148 W/K Dla płyt balkonowych 72 m x o,85 W/mK = 61 W/K Htr = 1008 + 676 + 216 + 144 + 148 + 61 = 2253 W/K Uwaga: btr = 0,5 to współczynnik zmniejszenia temperatury tab.6/10921

Krok 2. Obliczenie współczynnika strat przez wentylację H ve H ve = ρa x ca x ∑ ( b ve,k x V ve,k ) W/K 1.16/10922 Dla wentylacji grawitacyjnej i mechanicznej wywiewnej H ve = 0,33 ( V o + V inf ) W/K • Dla wentylacji mechanicznej nawiewno – wywiewnej H ve = 0,33 [ V f ( 1 – η oc ) + Vx ] W/K ρa x ca Pojemność cieplna powietrza = 1200 J/m3K J/m3K b ve Współczynnik korekcyjny dla strumienia k - V ve,k Uśredniony w czasie strumień powietrza k m3/s k Identyfikator strumienia powietrza Vo Obliczeniowy strumień wentylacji m3/h V inf Strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności V f Strumień powietrza nawiewanego lub wywiewanego ( większy ) V x Dodatkowy strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności wywołany wpływem wiatru i wyporem termicznym ( przy pracy wentylatorów ) η oc Skuteczność odzysku ciepła z powietrza wywiewanego

Krok 2. Przykład obliczeniowy H ve Dane: Budynek 20 mieszkaniowy posiada 20 kuchni, 20 łazienek i 12 oddzielnych WC . Budynek o ogrzewanej powierzchni 1280 m2 i wysokości 2,6 m Kubatura ogrzewana ( wentylowana )= 1280 x 2,6 = 3328 m3 V inf = 0,2 x kubatura wentylowana m3/h 1.22/10924 V inf = 0,2 x 3328 = 665 m3/h H ve = 0,33 ( 3210 + 665 ) = 1279 W/K Pomieszczenia Liczba pomieszczeń Strumień powietrza na jedno pomieszczenie m3/h Całkowity strumień powietrza m3/h kuchnie 20 70 1400 łazienki 50 1000 Oddzielne WC 12 30 360 Razem 2760 Klatki schodowe 2 x 225 m3 1/h 450 Ogółem V o 3210

Krok 3. Obliczenie miesięcznych strat ciepła przez przenikanie i wentylację Q H, ht Q H,ht = Q tr + Q ve kWh/miesiąc 1.11/10920 Q tr = H tr ( θ int – θ e ) tm /1000 kWh/miesiąc 1.12/10921 Q ve = H ve ( θ int - θ e ) tm /1000 kWh/miesiąc 1.13/10921 H tr Współczynnik strat mocy cieplnej przez przenikanie przez wszystkie przegrody zewnętrzne W/K H ve Współczynnik strat mocy cieplnej na wentylację Θ int Temperatura wewnętrzna zgodna z przepisami w WT ° C Θ e Średnia miesięczna temperatura zewnętrzna wg najbliższej stacji meteorologicznej t m Liczba godzin w miesiącu h

Krok 3. Przykład obliczeniowy Q H, ht Dane: Miesiąc marzec Htr = 2253 W/K Hve = 1279 W/K Θ int = 20°C Θ e = 2°C Miesięczne straty ciepła w marcu przez przenikanie i wentylację: Q H, ht = ( 2253 + 1279 ) ( 20 - 2 ) 744/1000 = 47301 kWh/miesiąc

Krok 4. Miesięczne zyski od nasłonecznienia Q sol Q sol = Q s1 + Q s2 kWh/miesiąc 1.24/10925 Q s1,s2 = ∑ C i x A i x I i x g x k α x Z kWh/miesiąc 1.25/10925 Q s1 Miesięczne zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna zamontowane w przegrodach pionowych kWh/miesiąc Q s2 Miesięczne zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna zamontowane w połaciach dachowych C i Udział powierzchni szklonej do całkowitego pola powierzchni ( średnia = 0,7 ) - A i Pole powierzchni okien lub drzwi przeszklonych w świetle otworu m2 I i Wartość energii promieniowania słonecznego na płaszczyznę pionową, w której jest usytuowane okno według danych z najbliższej stacji meteo kWh/m2m-ąc g Współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego przez oszklenie wg tab. 7/10925 kα Współczynnik korekcyjny wartości I i ze względu na nachylenie płaszczyzny połaci dachowej do poziomu, wg tab. 8/10925 Z Współczynnik zacienienia budynku ze względu na jego usytuowanie, oraz przesłony na elewacji budynku

Krok 4. Przykład obliczeniowy Q s1 Dane: C = 0,7 – udział pola powierzchni płaszczyzny szklonej do całkowitego pola powierzchni okna A1 = 190 m2 – powierzchnia okien w kierunku E A2 = 70 m2 – powierzchnia okien w kierunku W I1 = 57,75 kWh/m2 x m-ąc – promieniowanie słoneczne w marcu, na kierunek E I2 = 60,18 kWh/m2 x m-ąc – promieniowanie słoneczne w marcu , na kierunek W g = 0,75 – współczynnik przepuszczalności przez oszklenie Kα = 1 – dla płaszczyzny pionowej Z = 0,95 – współczynnik zacienienia Miesięczne zyski ( marzec ) promieniowania słonecznego przez okna pionowe Q s1 = [ 190 x 57,75 + 70 x 60,18 ] x 0,7 x 0,75 x 0,95 = 7574 kWh/m-ąc

Krok 4. Przykład obliczeniowy Q S2 Dane: C = 0,7 – udział pola powierzchni płaszczyzny szklonej do całkowitego pola powierzchni okna A1 = 12 m2 – powierzchnia okien dachowych Ii = 57,75 kWh/m2m-ąc – promieniowanie słoneczne w marcu na kierunek E g = 0,75 – współczynnik przepuszczalności przez oszklenie Kα = 1,2 dla 45° i kierunku E Z = 1 Miesięczne zyski od słońca w marcu przez okna pionowe Q s2 = 12 x 57,75 x 0,7 x 0,75 x 1,2 = 437 kWh/m-ąc

Krok 5. Miesięczne wewnętrzne zyski ciepła Q int Q int = q int x Af x tm / 1000 kWh/miesiąc 1.26/10926 q int Obciążenie cieplne pomieszczenia zyskami wewnętrznymi W/m2 A f Powierzchnia pomieszczeń o regulowanej temperaturze m2

Krok 5. Przykład obliczeniowy Q int Dane: Af = 1280 m2 – powierzchnia ogrzewana pomieszczeń tm = 744 h – liczba godzin w miesiącu Q int = 5 W/m2 – średnia moc wewnętrznych źródeł ciepła Miesięczne zyski wewnętrzne Q int = 5 x 1280 x 744 / 1000 = 4762 kWh/m-ąc

Krok 6. Miesięczne zapotrzebowanie ciepła do ogrzewania i wentylacji Q H,nd,n Q Hnd = ∑ Q H,nd,n kWh/rok 1.7/10919 Q H,nd,n = Q H,ht – ηQ H,gn kWh/m-ąc 1.8/10919 Q H,nd Ilość ciepła niezbędna na pokrycie potrzeb ogrzewczych budynku w okresie miesięcznym kWh/m - ąc Q H,ht Straty ciepła przez przenikanie i wentylację w okresie miesięcznym kWh/m - ąc Q H,gn Zyski ciepła od słońca i wewnętrzne w okresie miesięcznym ηH,gn Współczynnik efektywności wykorzystania zysków ciepła -

Krok 6. Przykład obliczeniowy współczynnika wykorzystania zysków zapotrzebowania ciepła do ogrzewania i wentylacji Cm = 260 000 x 1280 = 332 800 000 J/K ( ciężki budynek ) QH, ht = 47 033 kWh/m-ąc straty ciepła QH, gn = 12 773 kWh/m-ąc zyski ciepła γ = QH,gn/QH,ht = 122 773 = 0,27 Htr = 2 253 W/K Hve = 11 279 ț = 332 800 000/[ 3600 x ( 2253 + 1279 ) ] 18,3 a H = 1 + 18,3/15 = 2,22 2,22 3,22 η H, gn = ( 1 – 0,27 ) / ( 1 – 0,27 ) = 0,9446/0,9850 = 0,9590 Q H,gn,n = 47033 – 0,959 x 12 7333 34 822 kWh/m-ąc

Krok 7. Roczne zapotrzebowanie na energię użytkową Q H,nd Q H, nd = ∑ Q H, nd,n kWh/rok 1.7/10919 Roczne zapotrzebowanie ciepła użytkowego do ogrzewania i wentylacji oblicza się metodą bilansów miesięcznych. Rozpatruje się miesiące od stycznia do maja i od września do grudnia.

Krok 7. Przykład bilansu miesięcznego Lp 1 2 3 4 5 9 10 11 12 Średnie temp m- ca Θ e Różnica temp Θ int – θ e 18 Liczba godzin w m-cu tm 744 Suma strat Q H,ht = ( Htr + H ve ) ( θ int – θ e ) x tm 47033 Zyski słoneczne Q sol 8011 6 Zyski wewnętrzne Q int 4762 7 Suma zysków Q H,gn = Q sol + Q int 12773 8 Zyski / straty γ = Q H,gn / Q H,ht 0,27 Współczynnik efektywności wykorzystania zysków η 0,959 Bilans Q H,nd,n = Q H,ht – η H,gn x Q H,gn 34822 Suma w sezonie grzewczym ∑ Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+ Q9+Q10+Q11+Q12 = 232610

Krok 8. Roczne zapotrzebowanie energii końcowej Q K,H Q K,H = Q H,nd / η H,tot kWh/rok 1.5/10914 η H,tot = η H,g x η H,s x η H,d x η H,e 1.6/10914 Q H,nd Zapotrzebowanie na energię użytkową kWh/rok η H,tot Średnia sezonowa sprawność całkowita systemu grzewczego - η H,g Średnia sezonowa sprawność wytworzenia nośnika ciepła η H,s Średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepła w elementach pojemnościowych η H,d Średnia sezonowa sprawność dystrybucji nośnika ciepła η H,e Średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania ciepła

Krok 8. Przykład obliczenia rocznego zapotrzebowania na energię końcową Q K,H Dane: Q H,nd = 232610 kWh/a η H,g = 0,86 (kocioł gazowy) η H,s = 1 ( nie ma buforu ) η H,d = 0,93 η H,e = 0,9 η H,tot = 0,86 x 1 x 0,93 x 0,9 = 0,72 Q K,H = 232610 / 0,72 = 323 069 kWh/rok

Krok 9. Roczne zapotrzebowanie energii pomocniczej E el,pom E el,pom,H = ∑ q el,H,i x A f x t el i / 1000 kWh/rok 1.30/10931 E el,pom,v = ∑ q el,v,i x A f x t el i / 1000 kWh/rok 1.31/10931 q el,H,i Zapotrzebowanie mocy elektrycznej do napędu urządzenia pomocniczego w systemie ogrzewania W/m2 Zapotrzebowanie mocy elektrycznej do napędu urządzenia pomocniczego w systemie wentylacji t el,i Czas działania urządzenia pomocniczego w ciągu roku h/rok

Krok 9. Przykład obliczenia energii pomocniczej E el,pom Dane: W budynku o powierzchni ogrzewanej 980 m2 jest pompa obiegowa w systemie ogrzewania i pompa cyrkulacyjna dla ciepłej wody. E el,pom,H = [ 0,2 x 5000 + 0,05 x 5840 ] x 980 / 1000 = 1266 kWh/rok

Krok 10. Roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną Q P Q P = Q P,H + Q P,W kWh/rok 1.2/10913 Q P,H = w H x Q K,H + w el x E el,pom,H kWh/rok 1.3/10913 Q P,W = w W x w el x E el,pom,W kWh/rok

Krok 10. Tabela 1/10913 Współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w Nośniki energii Współczynnik nakładu w Paliwo Olej opałowy 1,1 Gaz ziemny Gaz płynny Węgiel kamienny Węgiel brunatny Biomasa 0,2 Źródło energii Kolektor słoneczny Kogeneracja Węgiel, gaz, olej 0,8 Biomasa, biogaz ( en. odn.) 0,15 Systemy ciepłownicze Ciepłownia węglowa 1,3 Ciepłownia gazowa lub olejowa 1,2 Ciepłownia na biomasę Energia elektryczna Elektrownia 3 PV ( systemy fotowoltaiczne ) 0,7 EP jest wielkością ekologiczną. Jej wartość wyrażona jest w kWh / m2 rok. EP najbardziej zależna jest od tego czym dom jest ogrzewany. Ma pokazać przede wszystkim jaki wpływ na środowisko ma budynek. Wskaźnik jednostkowy nieodnawialnej energii pierwotnej powstaje przez pomnożenie wskaźnika jednostkowego energii końcowej przez współczynnik nakładu nieodnawialnej energii w pokazanej na slajdzie. Z wzoru wynika, że przy zapotrzebowaniu na energię końcową naszego budynku równą 100 kWh/m2 rok, zapotrzebowanie na energię pierwotną wynosić będzie w zależności od źródła: 300 kWh/m2 rok – gdy dom ogrzewamy prądem; 110 kWh/ m2 rok – gdy dom ogrzewamy gazem, olejem, czy węglem 20 kWh/ m2 rok – gdy dom ogrzewamy biomasą.

Krok 10. Przykład obliczenia zapotrzebowania nieodnawialnej energii pierwotnej Q P Dane : Energia końcowa Q K,H = 323 069 kWh/rok Energia pomocnicza E el, pom,H = 1654 kwh/rok W H ( ogrzewanie gazowe ) = 1,1 W el = 3 Q P = 1,1 x 323069 + 3 x 1654 = 355380 + 4962 = 360338 kWh/rok

Dziękuję za uwagę