ANALIZA WPŁYWU PODWÓJNEJ FASADY NA REDUKCJĘ ZAPOTRZEBOANIA NA ENERGIĘ BUDYNKU WBIA

Do ustalenia wpływu zastosowania podwójnej fasady na redukcję zużycia energii w rozpatrywanej części budynku, zgodnie z normami [7, 9], wyznaczono temperaturę powietrza w przestrzeni fasady oraz powietrza wewnętrznego w pomieszczeniu naj-bardziej narażonym na przegrzanie, które wskazano na ostatniej kondygnacji w połu-dniowo-zachodnim narożniku obiektu (rys. 6). W obliczeniach posłużono się metodą bilansów godzinowych. W miesiącach letnich od czerwca do sierpnia założono całko-wite zacienienie fasady oraz otwarcie wszystkich żaluzji wentylacyjnych, w pozosta-łych okresach optymalizację nastaw w celu osiągnięcia jak najlepszych warunków mikroklimatu wnętrza oraz minimalizacji zapotrzebowania na ciepło. W miesiącach od kwietnia do września jako dopuszczalną w przestrzeni wewnętrznej budynku przyjęto temperaturę wynoszącą 26 °C, natomiast w pozostałych miesiącach 23 °C. Jak wynika z rysunku 7 nie udało się całkowicie uniknąć zjawiska przegrzania po-mieszczeń w sezonie letnim. W krytycznym miesiącu – czerwcu1, założona dopusz-czalna temperatura wnętrza przekroczona jest przez 37% czasu użytkowania strefy, w pozostałych miesiącach przez 15–20%. W typowym czerwcu, w scenariuszu całko-witego zacienienia oraz maksymalnej wentylacji przestrzeni fasady, przez około 5% czasu obliczeniowa temperatura wnętrza przekracza 30 °C i jest porównywalna z tem-peraturą powietrza zewnętrznego. Zważywszy na tą sytuację w dalszej analizie po-równawczo określono temperaturę w zadanym pomieszczeniu w scenariuszu bazo-wym przed termomodernizacją. Uzyskano 95% przekroczenie temperatury 30 °C w rozpatrywanym okresie. Wynik ten daje podstawę do stwierdzenia, że realizacja fasady może przyczynić się do wyraźnego obniżenia obciążenia cieplnego pomiesz-czeń latem, a przez to poprawę warunków użytkowania i dalsze obniżenie zużycia energii.

Dla założonych danych opisujących powłokę zewnętrzną fasady, charakterystyk elementów istniejących budynku oraz określonych rozkładów temperatury w prze-strzeni fasady przeprowadzono obliczenia zapotrzebowania na ciepło w rozpatrywa-nym skrzydle zachodnim budynku WBiA. Roczne obliczeniowe zapotrzebowanie energii użytkowej na ogrzewanie i wentylację w przewidywanym stanie po termomo-dernizacji budynku z wykorzystaniem podwójnej dobrze wentylowanej fasady osza-cowano na 1019 MWh/rok, co daje 33% redukcji zużycia energii w skali roku (rys. 8). Wskaźnik zapotrzebowania energii użytkowej na cele ogrzewani i wentylacji rozpa-trywanej przestrzeni wyniósł 163,85 kWh/(m2 rok).

__________

A. SWARCEWICZ, K. KURTZ-ORECKA 182

Rys. 6. Przykładowy rozkład temperatury w miesiącu kwietniu, na rysunku oznaczono:

T_e – temperatura powietrza zewnętrznego, T_u – temperatura przestrzeni fasady wentylowanej,

Ti – temperatura powietrza wewnętrznego, oprac. własne [10]

Rys. 7. Procentowy udział godzin o przekroczonej dopuszczalnej temperaturze w przestrzeni podwójnej fasady w typowym roku meteorologicznym (stacja Szczeci-Dąbie) przy założeniu temperatury pomieszczeń

23 °C w sezonie grzewczym oraz 26 °C w okresie letnim, oprac. własne [10]

4. PODSUMOWANIE

Przeprowadzona analiza możliwości ograniczenia zużycia energii w istniejących budynkach poprzez zastosowanie podwójnej fasady nie objęła aspektu ekonomicznego realizacji inwestycji. Jednak zważywszy na wykazaną obliczeniową redukcję zapo-trzebowania na energię użytkową na cele ogrzewania i wentylacji, wynoszącą w roz-patrywanym przykładzie 33% w skali roku (od 23 do 56% w poszczególnych miesią-cach typowego roku meteorologicznego – rys. 8), wnioskuje się o zasadności proponowanego rozwiązania. Wykonanie podwójnej fasady przyczyni się w istotny sposób do poprawy warunków użytkowania przestrzeni ograniczając zjawisko prze-grzewania się pomieszczeń latem i poprawiając warunki akustyczne. Korzystnie

XVII. Wykorzystanie podwójnej fasady w termomodernizacji budynków zabytkowych... 183

wpłynie na poprawę funkcjonowania wentylacji naturalnej pomieszczeń znajdujących się w rozpatrywanym skrzydle zachodnim budynku WBiA. Ma to szczególne znacze-nie w miesiącach wiosenno-letnich o znacznych, obserwowanych wartościach tempe-ratury powietrza zewnętrznego i natężenia promieniowania słonecznego. Dzięki pod-niesieniu się temperatury w przestrzeni fasady będzie się tworzyć naturalny ciąg kominowy wspomagający przepływ powietrza we wnętrzu obiektu. Podwójna fasada szklana, zacieniana w okresie letnim, zapewni również poprawę warunków oświetle-nia światłem dziennym niwelując zjawisko olśnieoświetle-nia. Ponadto przeszklenie stanowić będzie dodatkowe zabezpieczenie przed nadmiernym hałasem, co jest szczególnie istotne z uwagi na funkcję obiektu oraz znajdujące się w bezpośrednim sąsiedztwie budynku ruchliwe arterie komunikacyjne.

Rys. 8. Obliczeniowa redukcja zużycia energii w warunkach roku meteorologicznego (stacja odniesienia Szczecin-Dąbie) w wyniku wprowadzenie podwójnej fasady wentylowanej,

oprac. własne [10]

Wprowadzenie do istniejących obiektów zabytkowych dobrze wentylowanej po-dwójnej fasady, poza względami energetycznymi, pozwala na zachowanie oryginalnej struktury zewnętrznej budynku i nawiązanie swoistego dialogu pomiędzy historycz-nymi i współczeshistorycz-nymi rozwiązaniami. Istotną cechą podwójnej fasady jest wykorzy-stanie energii słonecznej do poprawy jakości energetycznej budynku. Należy mieć nadzieję, że tego typu rozwiązania znajdą swoje odzwierciedlenie w realizacjach i wytyczą nowy w skali Polski kierunek podejścia do tematu termomodernizacji ist-niejącej tkanki budowlanej.

LITERATURA

[1] COMPAGNO A., Intelligent Glass Fasades: Materials, Practice, Design, Springer DE, 2002, 119. [2] DICKSON A., Modeling Double-Skin Fasades, Department of Mechanical Engineering,

Univer-sity of Strathclyde, Glasgow, http://www.esru.strath.ac.uk/Documents/MSc_2004/dickson.pdf, Do-stęp 01.07.2013.

A. SWARCEWICZ, K. KURTZ-ORECKA 184

[3] Dyrektywa 2006/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dn. 05.04.2006 r. w sprawie efektyw-ności końcowego wykorzystania energii i usług energetycznych oraz uchylająca dyrektywą Rady 93/76/EWG.

[4] HEIM D., JANICKI M., Izolacyjność fasad podwójnych, „Izolacje” 7–8/2010, http://www.izolacje. com.pl/ artykul/id1093,izolacyjnosc-fasad-podwojnych, Dostęp 01.07.2013.

[5] KURTZ K., GARBALIŃSKA H., Zapewnienie właściwych warunków cieplno-wilgotnościowych

w adoptowanych budynkach poprodukcyjnych, Materiały Ogólnopolskiej Konferencji „Problemy

Techniczno-Prawne Utrzymania Obiektów Budowlanych”, Warszawa 2012, 229–234.

[6] POIRAZIS H., Double Skin Fasades. A literature review, Lund Institute of Technology, Lund Uni-versity, 2004, http://www.ecbcs.org/docs/Annex_43_Task34-Double_Skin_Facades_A_Literature_ Review.pdf, Dostęp 01.07.2013.

[7] Polska Norma PN-EN ISO 13789 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Współczynniki

przeno-szenia ciepła przez przenikanie i wentylację. Metoda obliczania, Polski Komitet Normalizacyjny,

Warszawa 2008.

[8] Polska Norma PN-EN ISO 13790 Energetyczne właściwości użytkowe budynków -- Obliczanie

zuży-cia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia, Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa 2009.

[9] Polska Norma PN-EN ISO 13792 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie temperatury

wewnętrznej pomieszczenia w lecie, bez mechanicznego chłodzenia. Metody uproszczone, Polski

Komitet Normalizacyjny, Warszawa 2007.

[10] SWARCEWICZ A., Ocena możliwości redukcji zużycia energii na cele ogrzewania i wentylacji

w budynku Wydziału Budownictwa i Architektury Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technolo-gicznego w Szczecinie. Praca magisterska, ZUT w Szczecinie, Szczecin 2012.

[11] Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane, Dz.U. (1994) 89, poz. 414, z późniejszymi zmia-nami.

[12] Ventilated Double Skin Facade, Belgian Building Research Institute (BBRI), http://www.bbri.be/ activefacades/new/content/1_home/en.html. Dostęp 01.07.2013.

THE USE OF DOUBLE SKIN FACEDE IN HISTORICAL BUILDINGS THERMO-MODERIZATION – A CASE OF STUDY

The paper discussed the possibility of using a double skin façade as thermo-modernization works within historic buildings. Calculations were performed on the example of the building of the Faculty of Civil Engineering and Architecture of the Technical University of Szczecin. The building is originally built in the 30’s XX Century and was expanded during the years 60–70 XX Century, with reference to the distinctive external design. The characteristic of modernism simple shape of the building is finished with the red-colored ceramic plates. Due to the advantages of the preserved part of the building and conservation of its envelope structure, in order to improve the thermal conditions in the building there was proposed implementation of the double skin façade within the west wing of the building. Results of the energy performance analysis indicate that the is 33-percent potential of reduction of the annual en-ergy consumption for space heating and ventilation. The introducing of the double skin façade will also contribute to improving the internal microclimate and ventilation conditions.