AUDITING I CERTYFIKACJA ENERGETYCZNA

(1)

AUDITING

I CERTYFIKACJA ENERGETYCZNA

MATERIAŁY POMOCNICZE DO ZAJĘĆ AUDYTORYJNYCH I WYKŁADOWYCH

Prezentowany materiał przygotowany został na potrzeby kursu „Auditing i certyfikacja energetyczna”

prowadzonego na Wydziale Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej. Ma on na celu uzupełnienie zajęć wykładowych i audytoryjnych a nie ich zastąpienie. Materiał ten nie może być traktowany jako jedyne źródło wiedzy w trakcie przygotowań do zaliczenia przedmiotu. Materiały te mogą być wykorzystane tylko na potrzeby niniejszego kursu, a wszelkie prawa do nich są zastrzeżone.

Autorzy opracowania:

Małgorzata Szulgowska-Zgrzywa Piotr Kowalski Krzysztof Piechurski

(2)

2

WPROWADZENIE

Dokumenty prawne, których spis przedstawiono poniżej zawierają sposób obliczeń, objaśnienia, wzory tabel i dokumentów, a także odesłania m.in. do norm, które uzupełniają metodologię obliczeń audytów i certyfikatów energetycznych. Ich znajomość jest niezmiernie ważna i użyteczna, żeby poprawnie wykonywać obliczenia. Jako pomoc, przy poniższym spisie zawarto sugerowany najniższy poziom znajomości poszczególnych dokumentów.

 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r.

w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (wersja przekształcona), (Dz.U.

2010 poz. 153 Dyrektywy europejskie) – znajomość ogólna

 Ustawa z dnia 29 sierpnia 2014 r. o charakterystyce energetycznej budynków (Dz.U.

2014 poz. 1200) wraz ze zmianami (posiada tekst jednolity) – znajomość bardzo dokładna

 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2002 nr 75 poz. 690) wraz ze zmianami (posiada tekst jednolity) – w zakresie:

dział X (Oszczędność energii i izolacyjność cieplna) i Załącznik nr 2 – znajomość bardzo dokładna

 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (Dz.U. 2015 poz. 376) wraz ze zmianami – znajomość bardzo dokładna

 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lutego 2015 r. w sprawie sposobu dokonywania i szczegółowego zakresu weryfikacji świadectw charakterystyki energetycznej oraz protokołów z kontroli systemu ogrzewania lub systemu klimatyzacji (Dz.U. 2015 poz. 246) wraz ze zmianami – znajomość dobra

 Ustawa z dnia 21 listopada 2008 r. - o wspieraniu termomodernizacji i remontów (Dz.U. 2008 nr 223 poz. 1459) wraz ze zmianami (posiada tekst jednolity) – znajomość bardzo dokładna

 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 r. w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz części audytu remontowego, wzorów kart audytów, a także algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego (Dz.U. 2009 nr 43 poz. 346) wraz ze zmianami – znajomość bardzo dokładna

 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 r. w sprawie szczegółowego sposobu weryfikacji audytu energetycznego i części audytu remontowego oraz szczegółowych warunków, jakie powinny spełniać podmioty, którym Bank Gospodarstwa Krajowego może zlecać wykonanie weryfikacji audytów (Dz.U. 2009 nr 43 poz. 347) wraz ze zmianami – znajomość dobra

(3)

3

 Uchwała nr 91 Rady Ministrów z dnia 22 czerwca 2015 r. w sprawie przyjęcia

„Krajowego planu mającego na celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu energii” (M.P. 2015 poz. 614) – znajomość ogólna

Wszystkie dokumenty można pobrać ze strony: http://isap.sejm.gov.pl (Internetowy System Aktów Prawnych). Przydatna może się również okazać podstrona Rządowego Centrum Legislacji o Rządowym Procesie Legislacyjnym http://legislacja.rcl.gov.pl zawierająca projekty ustaw i rozporządzeń, a także wszystkie dokumenty związane z procesem legislacyjnym.

Okresowe przeglądanie ww. stron pozwoli na śledzenie zmian w prawie jak również na wcześniejsze się do nich przygotowanie. Dokumenty prawa Unii Europejskiej można znaleźć na stronie http://eur-lex.europa.eu/JOIndex.do?ihmlang=pl

Dodatkowo przy sporządzaniu świadectw i audytów energetycznych budynków przydatne mogą być poniższe strony:

https://budowlaneabc.gov.pl – Praktyczny portal inwestora – Budowlane ABC. Portal Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju na temat zagadnień związanych z budownictwem, procesem inwestycyjno- budowlanym, a także z charakterystyką energetyczną budynków.

Uwaga! Informacje dla nieokreślonego odbiorcy – inwestora (laika) i specjalisty.

www.miir.gov.pl/strony/zadania/budownictwo/charakterystyka-energetyczna-

budynkow/dane-do-obliczen-energetycznych-budynkow – Dane do obliczeń energetycznych budynków tzn. 1) wskaźniki emisji i wartości opałowe paliwa oraz 2) typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne do obliczeń energetycznych budynków.

http://www.kobize.pl/pl/article/monitorowanie-raportowanie-weryfikacja-

emisji/id/318/tabele-wo-i-we – podstrona strony Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami – tabele wartości opałowej (WO) i wskaźnika emisji CO2 (WE). Uwaga! Co roku (zwykle w grudniu) podlegają aktualizacji.

http://www.kobize.pl/pl/fileCategory/id/28/wskazniki-emisyjnosci – wskaźniki emisyjności energii elektrycznej (WE). Uwaga! Co roku podlegają aktualizacji.

https://www.bgk.pl/osoby-fizyczne/fundusz-termomodernizacji-i-remontow/ – Fundusz Termomodernizacji i Remontów - podstrona strony Banku Gospodarstwa Krajowego. Zawiera m.in. informacje dotyczące możliwości uzyskania premii termomodernizacyjnej, wolnych środkach na rachunku Funduszu, listę banków kredytujących.

(4)

4

ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ

Funkcjonowanie każdego budynku wymaga dostarczenia do niego energii. Ilość energii kierowanej do budynków ma znaczący udział w ogólnoświatowym bilansie energetycznym.

Udział ten szacowany jest na około 40%. Uznane zostało, że tak znaczące potrzeby energetyczne należy redukować. W tym celu wprowadzono na całym świecie wymogi dotyczące maksymalnej energochłonności budynków. Są one ustanowione na różnych poziomach w różnych krajach. Odmienne są też sposoby prowadzenia obliczeń tego zapotrzebowania. Niniejsze opracowanie ma na celu przybliżenie i wytłumaczenie podstawowych zasad obliczania zapotrzebowania na energię dla budynków obowiązujących w polskich przepisach dotyczących certyfikacji energetycznej oraz audytu energetycznego.

Zgodnie z polskimi przepisami w procesie certyfikowania budynku należy uwzględnić energię dostarczoną dla następujących potrzeb:

- ogrzewania i wentylacji, - chłodzenia,

- przygotowania ciepłej wody użytkowej,

- oświetlenia (tylko dla budynków niemieszkalnych),

- energii pomocniczej do zasilania urządzeń w systemach wentylacji, ogrzewania, chłodzenia i przygotowania c.w.u.

W procesie certyfikacji zdefiniowanym polskimi przepisami, tj. Rozporządzeniem w sprawie certyfikacji energetycznej pomija się natomiast:

- energię do zasilanie systemów pomocniczych (innych niż instalacje sanitarne), - energię do zasilania urządzeń RTV i AGD i podobnych,

- energię do przygotowywania posiłków.

Przepisy dotyczące certyfikacji energetycznej wprowadziły konieczność rozważenia zapotrzebowania na energię dla powyższych celów jej użytkowania w budynkach na trzech poziomach:

- poziom I czyli zapotrzebowanie na energię użytkową, - poziom II czyli zapotrzebowanie na energię końcową,

- poziom III czyli zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną.

Każdy z tych poziomów opisuje energochłonność budynku, jednak opisy te nie są tożsame.

Szczegółowe definicje odnaleźć można w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej, natomiast poniższy opis przybliża te zagadnienia w sposób ogólny. Rysunek 1 przedstawia przepływ energii dostarczanej ze środowiska zewnętrznego do budynku oraz kierunek obliczeń i składowe obliczeń zapotrzebowania na energię na poszczególnych poziomach.

Energia użytkowa to energia potrzebna w obiekcie do utrzymania odpowiedniej temperatury pomieszczeń i uzyskania odpowiedniej temperatury ciepłej wody użytkowej. Wpływ na wartość tego zapotrzebowania ma architektura i konstrukcja budynku, poziom jego izolacyjności i sposób eksploatacji – bardzo duże znaczenie dla rzeczywistego

(5)

5 zapotrzebowania na energię mają zachowania użytkowników; ich preferencje w zakresie poziomu komfortu cieplnego i zużycia ciepłej wody.

Energia końcowa to energia uwzględniająca efektywność systemów do wytwarzania, magazynowania, transportu energii oraz regulacji jej dostawy (czyli energia uwzględniająca straty energii związane ze sprawnością instalacji wewnętrznych). Energia końcowa opisuje całość energii dostarczanej do budynku i to ona definiuje poziom kosztów ponoszonych na jego eksploatację.

Energia pierwotna nieodnawialna jest to energia, którą trzeba pobrać ze środowiska naturalnego aby dostarczyć do obiektu wymaganą ilość energii końcowej.

Rysunek 1. Kierunek dostawy i obliczeń zapotrzebowania na energię w budynkach

(6)

6

CERTYFIKAT ENERGETYCZNY

1. ETAPY OBLICZEŃ CERTYFIKATU ENERGETYCZNEGO

Wykonanie obliczeń zapotrzebowania na energię dla budynku, między innymi w celu sporządzenia certyfikatu energetycznego zgodnie z Rozporządzeniem w sprawie certyfikacji energetycznej wymaga postępowania opisanego w tabeli 1.

Tabela 1. Etapy obliczeń certyfikaty energetycznego budynku Etap Zakres obliczeń / pracy

1

Pozyskanie danych niezbędnych do wykonania obliczeń: powierzchni przegród i pomieszczeń, ustalenie wartości współczynników przenikania ciepła dla przegród budowlanych, temperatur, sposobu i trybu użytkowania budynku, i innych potrzebnych informacji. Bardzo ważną czynnością pierwszego etapu jest podział budynku na strefy obliczeniowe, co zależy głównie od wartości temperatury w pomieszczeniach i funkcji tych pomieszczeń. Jednym z najważniejszych, początkowych obliczeń, jest określenie wartości powierzchni pomieszczeń w obiekcie o regulowanej temperaturze (Af, m²).

2 Obliczenie całkowitych współczynników przenoszenia ciepła przez przenikanie i przez wentylację (Htr, Hve, W/K).

3

Obliczenie straty ciepła na przenikanie (Qtr, kWh/m-c) i straty ciepła na wentylację (Qve, kWh/m-c) w każdym miesiącu, co pozwala na określenie całkowitej straty ciepła (QH,ht, kWh/m-c) dla każdego miesiąca.

4

Obliczenie wewnętrznych zysków ciepła (Qint, kWh/m-c) dla każdego miesiąca oraz zysków ciepła od promieniowania słonecznego (Qsol, kWh/m-c) dla każdego miesiąca, co pozwoli na określenie całkowitych zysków ciepła w danym miesiącu (QH,gn, kWh/m-c).

5

Obliczenie zapotrzebowania na energię użytkową:

- obliczane jest zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji dla każdego miesiąca (QH,nd,n, kWh/m-c) i dla całego roku (QH,nd, kWh/rok);

- ewentualnie obliczane jest zapotrzebowanie na energię użytkową do chłodzenia dla każdego miesiąca (QC,nd,n, kWh/m-c) i całego roku (QC,nd,kWh/rok);

- obliczane jest zapotrzebowanie na energię użytkową do przygotowania c.w.u. dla całego roku (QW,nd, kWh/rok).

6

Obliczenie sprawności całkowitej sytemu grzewczego (ηH,tot), przygotowania ciepłej wody (ηW,tot) i ewentualnie chłodzenia (ηC,tot) na podstawie obliczonych lub przyjmowanych na podstawie odpowiednich tabel sprawności cząstkowych: wytwarzania (ηg), akumulacji (ηs), przesyłu (ηd) oraz regulacji i wykorzystania ciepła/chłodu (ηe).

ηH,tot = ηH,g * ηH,s* ηH,d* ηH,e

ηW,tot = ηW,g * ηW,s* ηW,d

ηC,tot = ηC,g * ηC,s* ηC,d* ηC,e

7

Obliczenie zapotrzebowania na energię elektryczną pomocniczą (Eel,pom, kWh/rok) niezbędną do pracy poszczególnych instalacji: ogrzewania (H), ciepłej wody (W) chłodzenia (C). Obliczenia wykonywane są najczęściej na postawie danych tabelarycznych podanych w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej (mocy jednostkowej qel i czasu pracy tel) lub na podstawie informacji o rzeczywistych mocach elektrycznych urządzeń i czasie ich pracy.

Eel,pom,H = Σ Af *qel,H * tel / 1000, kWh /rok

(7)

7 Eel,pom,C = Σ Af *qel,C * tel / 1000, kWh /rok

Eel,pom,W = Σ Af *qelW * tel / 1000, kWh /rok

8

Obliczenie zapotrzebowania na energię końcową do ogrzewania i wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody (QK,H, i QK,W, kWh/rok) oraz ewentualnie chłodzenia i oświetlenia (QK,C i/lub EK,L , kWh/rok) oraz obliczenie wskaźnika zapotrzebowania na energią końcową (EK, kWh/(m²rok)).

QK,H = QH,nd / ηH,tot

QK,W = QW,nd / ηW,tot

QK,C = QC,nd / ηC,tot

QK = QK,H + QK,W + QK,C + EK,L + Eel,pom (H,W,C)

EK = QK / Af

Uwaga: zapotrzebowanie na energię elektryczną do oświetlenia (EK,L, kWh/rok) oblicza się według wytycznych zawartych w PN-EN 15193.

9

Przyjęcie wartości współczynników nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej (wH, wW, wC, wel) oraz obliczenia zapotrzebowania na energię pierwotną nieodnawialną (QP, kWh/rok).

QP = QP,H + QP,W + QP,C + QP,L

QP,H = QK,H*wH + Eel,pom,H*wel

QP,W = QK,W*wW + Eel,pom,W*wel

QP,C = QK,C*wC + Eel,pom,C*wel

QP,L = EK,L*wel

Obliczenie wartości wskaźnika zapotrzebowania na energię pierwotną nieodnawialną (EP, kWh/(m²rok)) i porównanie go z wartością maksymalną EP obliczoną na podstawie Rozporządzenia w sprawie warunków technicznych.

EP = QP / Af

10

Wykonanie dodatkowych obliczeń, tj. emisji CO2, ilości paliwa, udziału OZE oraz wypełnienie świadectwa charakterystyki energetycznej obiektu zgodnie z wytycznymi Rozporządzenia w sprawie certyfikacji energetycznej.

2. OBLICZANIE ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ UŻYTKOWĄ DO OGRZEWANIA I CHŁODZENIA POMIESZCZEŃ

Obliczenia bilansu ciepła, zgodnie z przyjętą w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej metodą, przeprowadza się dla każdego miesiąca w roku osobno, a następnie sumuje wszystkie dodatnie bilanse cząstkowe dla uzyskania rocznego zapotrzebowania na energię użytkową. Obliczenia wykonuje się dla danych meteorologicznych temperatury powietrza zewnętrznego oraz nasłonecznienia dla odpowiedniej miejscowości. Pamiętać należy, iż daną wejściową do obliczeń jest również temperatura powietrza w budynku, która powinna być przyjęta osobno dla trybu ogrzewania i trybu chłodzenia, stąd różne wartości strat ciepła na rysunku 2 dla tych dwóch trybów pracy budynku przedstawiającym przykładowe wyniki bilansu energii użytkowej dla budynku z ogrzewaniem i chłodzeniem.

Bilans chłodu i ciepła dla budynku obliczane są „odwrotnie do siebie” ale nie są prostą różnicą pomiędzy zyskami a stratami ciepła lecz uwzględniają współczynniki efektywności wykorzystania odpowiednio zysków ciepła lub strat ciepła. Szczegółowe procedury

(8)

8 obliczeniowe wraz z komentarzem przedstawiono na rysunkach 3 i 4. Podkreślić należy, iż obliczenia zarówno zapotrzebowania na chłodzenie jak i na ogrzewanie przeprowadza się dla wszystkich 12 miesięcy w roku. Dość często wynikiem jest występowanie zarówno zapotrzebowania na chłód jak i na cele grzewcze w jednym miesiącu. Zasadniczo, jeżeli nie ma przesłanek wynikających z trybu pracy budynku, nie powinno się tych przenikających się bilansów zerować. Zeruje się tylko i wyłącznie wyniki ujemne bilansu ciepła lub chłodu.

Zauważyć należy, iż cechą tej metody obliczeniowej są niedokładności będące wynikiem posługiwania się w obliczeniach średnią temperaturą powietrza zewnętrznego. Dokładniejsze analizy wymagają obliczeń w kroku godzinowym. Norma PN-EN 13790 takie rozwiązanie wskazuje w przypadku konieczności zachowania wyższej dokładności wyników, proponując odpowiedniej modele obliczeniowe, które wymagają zastosowania odpowiedniego oprogramowania. Zaletą opisywanej tutaj metody miesięcznej jest łatwość procedur obliczeniowych i w szczególności dla ogrzewania dobra zgodność wyników z rzeczywistością.

Rysunek 2. Przykładowy bilans ciepła dla budynku z ogrzewaniem i chłodzeniem

Bilans ciepła

Bilans ciepła obiektu (lub strefy obiektu) w danym miesiącu, czyli zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji (QH,nd,n) to różnica pomiędzy stratami ciepła (Q_H,ht) a zyskami ciepła (Q_H,gn) w danym miesiącu z tym, że zyski ciepła skorygowane są współczynnikiem efektywności ich wykorzystania (ηH,gn).

Straty ciepła (QH,ht) to suma strat ciepła przez przenikanie (Qtr) i wentylację (Qve). Straty ciepła oblicza się w oparciu o współczynniki strat ciepła przez przenikanie i przez wentylację obliczanej strefy, H_tr,adj oraz H_ve,adj. Współczynniki te obliczane są tak jak wskazuje norma PN- EN 12831 z uwzględnieniem zmian opisanych w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej i normie PN-EN 13790. Zmiany te dotyczą sposobu obliczania H_ve, tj. sumuje się

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

energia, kWh/miesiąc

straty ciepła - tryb ogrzewanie zyski ciepła

zapotrzebowanie na energię dla trybu ogrzewania straty ciepła - tryb chłodzenia

zapotrzebowanie na energię dla trybu chłodzenia

(9)

9 zarówno straty na wentylację jak i na infiltrację ale strumienie powietrza przyjmuje się średnio-sezonowe a nie maksymalne. Zyski ciepła (Q_H,gn) to suma zysków wewnętrznych (Q_int) i zysków od słońca (Qsol). Zyski te oblicza się w oparciu o dane tabelaryczne zamieszczone w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej i/lub z uwzględnieniem współczynników opisanych w normie PN-EN 13790. Efektywność wykorzystania zysków ciepła (ηH,gn) oblicza się w oparci o dwa parametry: γH oraz aH. Do obliczenia wartości parametru γH potrzebna jest znajomość strat ciepła (QH,ht) i zysków ciepła (QH,gn) w danym miesiącu. Parametr aH oblicza się w oparciu o wartość parametru odniesienia (aH,0) oraz wartość stałej czasowej budynku (τ) i stałej czasowej odniesienia (τH,0). Zgodnie z normą PN-EN 13790 dla metody miesięcznej obliczania zapotrzebowania na energię przyjmuje się wartość aH,0=1 oraz wartość stałej czasowej odniesienia τH,0=15 h. Stałą czasową budynku lub analizowanej strefy budynku oblicza się w oparciu o pojemność cieplną budynku (Cm) oraz współczynniki strat ciepła przez przenikanie i wentylację. Pojemność cieplną budynku można obliczyć metodą dokładną w oparciu o ciepło właściwe (c_ij) gęstość (ρ_ij) grubość (d_ij) i powierzchnię (A_j) poszczególnych warstw przegród w obiekcie lub metodą uproszczoną. Metoda uproszczona opiera się o wskaźniki podane w tabeli w normie PN-EN 13790, dzięki którym C_m obliczane jest na podstawie informacji o klasie ciężkości budynku oraz powierzchni użytkowej obiektu (Af).

(10)

10 Rysunek 3. Bilans energii użytkowej do ogrzewania

Oznaczenia w obliczeniach bilansu ciepła

QH,nd,n – miesięczne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania, kWh/miesiąc QH,ht – całkowite straty ciepła dla trybu ogrzewania, kWh/miesiąc

QH,gn – całkowite zyski ciepła dla trybu ogrzewania, kWh/miesiąc ηH,gn – efektywnośćwykorzystania zysków ciepła, -

Qint – wewnętrzne zyski ciepła, kWh/miesiąc, - Qsol – zyski ciepła od słońca, kWh/miesiąc, -

Htr,adj – współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie, W/K Hve,adj – współczynnik przenoszenia ciepła przez wentylację, W/K Qtr –całkowite straty ciepła przez przenikanie, kWh/miesiąc Qve –całkowite straty ciepła przez wentylację, kWh/miesiąc Θint.set,H – temperatura zadana pomieszczeń dla trybu ogrzewania, ^oC Θe – temperatura powierza zewnętrznego w danym miesiącu, ^oC tm – czas trwania miesiąca w godzinach, h

γH – stosunek miesięcznych zysków ciepła do miesięcznych strat ciepła dla trybu ogrzewania, -

(11)

11 aH – parametr do obliczania ηH,gn, -

qint - jednostkowe zyski ciepła w pomieszczeniu W/m²

Af – powierzchnia pomieszczeń o regulowanej temperaturze powietrza, m² Ci – udział przeszklenia w powierzchni okna, -

Ai – powierzchnia okien, m² Aj - powierzchnia przegrody, m²

Ii - miesięczne nasłonecznienie, kWh/miesiąc

Fsh – współczynnik zacienienia od nieruchomych elementów budynku, - Fsh,gl - współczynnik zacienia od elementów ruchomych, -

ggl - współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego, - τ – stała czasowa, h

τ0 - stała czasowa odniesienia, h

aH,0 –parametr odniesienia do obliczania ηH,gn, - cij – ciepło właściwe, J/(kg·K)

ρij – gęstość, kg/m³ dij – grubość przegrody, m Bilans chłodu

Bilans chłodu obiektu (lub strefy obiektu), czyli zapotrzebowanie na energię użytkową do chłodzenia (QC,nd,n) to różnica pomiędzy zyskami ciepła (QC,gn) a stratami ciepła (QC,ht) w danym miesiącu z tym, że straty ciepła skorygowane są współczynnikiem efektywności ich wykorzystania (ηC,ls).

Zyski ciepła (QC,gn) to suma zysków wewnętrznych (Qint) i zysków od słońca (Qsol). Zyski te oblicza się w oparciu o dane tabelaryczne zamieszczone w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej i/lub z uwzględnieniem współczynników opisanych w normie PN-EN 13790. Szczególnie w przypadku konieczności dokładnego obliczenia zysków ciepła od nasłonecznienia wykorzystanie informacji podanych w normie jest konieczne. Podkreślić należy, iż zyski te są obliczane są identycznie jak dla bilansu ciepła. Straty ciepła (QC,ht) to suma strat ciepła przez przenikanie (Qtr) i wentylację (Qve). Straty ciepła oblicza się w oparciu o współczynniki strat ciepła przez przenikanie i przez wentylację danej strefy, Htr,adj oraz Hve,adj. Współczynniki te obliczane są tak jak wskazuje norma PN-EN 12831 z uwzględnieniem zmian opisanych w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej i normie PN-EN 13790. Są to współczynniki obliczane identycznie do tych wykorzystywanych przy obliczaniu bilansu ciepła, aczkolwiek ze względu na różne granice stref ogrzewanych i chłodzonych w budynku ich wartości mogą się różnić. Efektywność wykorzystania strat ciepła (ηC,ls) oblicza się w oparciu o dwa parametry: γC, aC. Obliczenia są bardzo podobne do obliczeń efektywności wykorzystania zysków ciepła (η_H,gn). Do obliczenia wartości parametru γ_Cpotrzebna jest znajomość strat ciepła (QC,ht) i zysków ciepła (QC,gn) w danym miesiącu. Parametr aC oblicza się w oparciu o wartość parametru odniesienia (aC,0) oraz wartość stałej czasowej budynku (τ) i stałej czasowej odniesienia (τ_C,0). Zgodnie z normą PN-EN 13790 dla metody miesięcznej obliczania zapotrzebowania na energię przyjmuje się wartość aC,0=1 oraz wartość stałej czasowej odniesienia τC,0=15 h. Stałą czasową budynku lub analizowanej strefy budynku oblicza się w oparciu o pojemność cieplną budynku (C_m) oraz współczynnik strat ciepła przez przenikanie i wentylację. Pojemność cieplną budynku można obliczyć metodą dokładną w oparciu o ciepło

(12)

12 właściwe (c_ij) gęstość (ρ_ij) grubość (d_ij) i powierzchnię (A_j) poszczególnych warstw przegród w obiekcie lub metodą uproszczoną. Metoda uproszczona opiera się o wskaźniki podane w tabeli w normie, dzięki którym Cm obliczane jest na podstawie informacji o klasie ciężkości budynku oraz powierzchni użytkowej obiektu (A_f).

Rysunek 4. Bilans energii użytkowej do chłodzenia Oznaczenia w obliczeniach bilansu chłodu

QC,nd,n –miesięczne zapotrzebowanie na energię do chłodzenia, kWh/miesiąc QC,ht – całkowite straty ciepła dla trybu chłodzenia, kWh/miesiąc

QC,gn – całkowite zyski ciepła dla trybu chłodzenia, kWh/miesiąc ηC,ln – efektywnośćwykorzystania strat ciepła, -

Θint.set,C – temperatura zadana pomieszczeń dla trybu chłodzenia, ^oC

γC – stosunek miesięcznych zysków ciepła do miesięcznych strat ciepła dla trybu chłodzenia, - aC – parametr do obliczania ηC,ln, -

Afc – powierzchnia pomieszczeń w strefach chłodzonych, m² Pozostałe oznaczenia jak dla rysunku 3.

(13)

13 Obliczanie współczynnika przenoszenia ciepła przez przenikanie Htr oraz temperatury powietrza w strefie nieogrzewanej

Podstawą obliczania współczynnika Htr jest norma PN-EN 12831. Ogólny wzór dotyczący wartości współczynnika Htr kształtuje się jak podano poniżej.

𝐻𝑡𝑟= 𝐴 ∙ 𝑈 ∙ 𝑏𝑡𝑟+ 𝐿𝑖∙ Ѱ𝑖∙ 𝑏𝑡𝑟

Oznaczenia w obliczeniach współczynnika przenoszenia ciepła przez przenikanie i temperatury w strefie nieogrzewanej lub czasowo nieogrzewanej

Htr – współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie, W/K A – powierzchnia przegrody, m²

U – współczynnik przenikania ciepła przegrody, W/(m²K) btr – współczynnik korekty temperatury;

L – długość liniowego mostka cieplnego, m

Ѱi – wartość współczynnika straty ciepła liniowego mostka cieplnego, W/(mK);

QH,gn – zyski ciepła w strefie nieogrzewanej lub czasowo nieogrzewanej, W θe – temperatura powietrza zewnętrznego, ^oC

θi – temperatura powietrza w strefie ogrzewanej, ^oC

θu – temperatura powietrza w strefie nieogrzewanej lub czasowo nieogrzewanej, ^oC

Hiu – współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie między strefą ogrzewaną i nieogrzewaną, ^oC Hue– współczynnik przenoszenia ciepła przez przenikanie i wentylację między strefą nieogrzewaną a powietrzem zewnętrznym, ^oC

Do obliczania zapotrzebowania na energię na potrzeby certyfikatów energetycznych wprowadzić należy informację na temat wartości linowych mostków cieplnych. Najprostszą dopuszczalną metodą jest zastosowanie uproszczonego katalogu. Przy obliczaniu wpływu mostków cieplnych uwzględnia się również współczynniki b_tr. Wartości współczynnika b_tr oblicza się na podstawie temperatur po obu stronach przegrody lub przyjmuje z odpowiednich zestawień podanych w normie PN-EN 12831.

Rysunek 5. Obliczenie temperatury pomieszczeń nieogrzewanych wg PN-EN 13789

(14)

14 Należy zwrócić uwagę na sytuacje, w których istnieje konieczność wyznaczenia temperatury po drugiej stronie przegrody. Problem ten dotyczy temperatur przestrzeni nieogrzewanych lub ogrzewanych czasowo. W normie PN-EN 13789 zaproponowany został relatywnie prosty model do obliczenia wartości temperatury strefy nieogrzewanej z zyskami ciepła. Jego niewątpliwą zaleta jest brak konieczności wykonywania obliczeń iteracyjnych. Zasadę obliczeń przedstawiono na rysunku 5.

Pomieszczenia czasowo nieogrzewane wymagają nieco większej uwagi. Rozporządzenie definiuje je jako pomieszczenia typu klatka schodowa, posiadające w warunkach technicznych nadaną temperaturę obliczeniową, przykładowo dla klatki schodowej wynoszącą +8^oC. Taką temperaturę przyjmuje się do obliczeni bilansu mocy. Jednak w przypadku obliczania bilansu energii mogłoby spowodować to istotne niedokładności w obliczeniu zapotrzebowania na energię budynku, gdyż w rzeczywistości temperatura na klatce schodowej jest zazwyczaj wyższa, co wynika z zysków ciepła od pomieszczeń otaczających. Wartość wynikowej temperatury na klatce schodowej definiuje czy z punktu widzenia bilansu energii traktować ją należy jako pomieszczenie ogrzewane czy nieogrzewane.

Do obliczania tej temperatury proponowane jest wykorzystanie modelu zaproponowanego powyżej. Procedura obliczeń jest następująca (ilustruje ją również rysunek 6 i zamieszczone w dalszej części przykłady obliczeniowe 1-3).

1) Wyznacza się wynikową temperaturę w analizowanym pomieszczeniu na podstawie wzoru podanego w PN-EN 13789 (rysunek 5).

2) Jeśli temperatura ta będzie wyższa od zakładanej jako obliczeniowa to pomieszczenie to jest pomieszczeniem nieogrzewanym z punktu widzenia bilansu ciepła budynku; tj.

ciepło do uzyskania tej temperatury doprowadzane jest z pomieszczeń otaczających.

Straty ciepła z pomieszczeń otaczających liczy się w tym wypadku do temperatury wynikowej w pomieszczeniu nieogrzewanym (czyli jak przez przestrzeń nieogrzewaną).

Jeśli zaś okaże się, iż temperatura wynikowa jest niższa oznacza to, iż licząc straty ciepła całego obiektu pomieszczenie to należy potraktować jako ogrzewane do temperatury obliczeniowej i policzyć straty z tego pomieszczenia na zewnętrz, pomijając wymianę ciepła pomiędzy nim a pomieszczeniami otaczającymi.

Rysunek 6. Obliczanie pomieszczeń czasowo nieogrzewanych

(15)

15 Straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanych i obliczanie temperatury w przestrzeni czasowo ogrzewanej - przykłady obliczeniowe z komentarzami

Dane odnośnie konstrukcji budynku do zadań 1-3 zestawiono w poniższej tabeli oraz na rysunku 7.

Liczba kondygnacji 3

Wysokość kondygnacji (w osiach) 3,0 m

Piwnica Tak, na całej powierzchni

Współczynniki U przegród budowlanych

Ściany zewnętrzne 0,15 W/(m²K)

Ściany wewnętrzne 0,30 W/(m²K)

Okna 1,10 W/(m²K)

Strop nad piwnicą 0,25 W/(m²K)

Drzwi zewnętrzne 1,80 W/(m²K)

Drzwi wewnętrzne 1,40 W/(m²K)

Rysunek 7. Schemat kondygnacji powtarzalnej budynku do zadań 1-3

(16)

16 Przykład 1

Oblicz miesięczne straty ciepła przez przenikanie dla całej, najniższej kondygnacji mieszkalnej budynku przedstawionego schematycznie na rysunku 7. Obliczenia wykonaj dla jednego miesiąca (stycznia). Dodatkowe dane do obliczeń zestawiono w poniższej tabeli.

Średnia temperatura zewnętrzna (styczeń) -0,4 °C

Temperatura zewnętrzna obliczeniowa -18 °C

Temperatura wyznaczona w klatce schodowej 6,2 °C

Rozwiązanie:

Obliczenie uśrednionej temperatury w strefie I (mieszkanie) w odniesieniu do powierzchni ogrzewanej (założono zgodnie z § 134 ust. 2 WT temperaturę 20°C w pokojach oraz 24°C w łazience):

𝜃_i,I=55,00 ∙ 20 + 8,00 ∙ 24

55,00 + 8,00 = 20,5°C

UWAGA: Skoro temperatura na klatce wg danych w zadaniu 𝜃i,II = 6,2°C jest niższa od obliczeniowej dla klatki schodowej (8,0°C), to pomieszczenie to należy traktować w danym miesiącu jako ogrzewane.

W związku z tym w zadaniu należy obliczyć straty ciepła oddzielnie dla strefy I oraz dla strefy II. Wartość całkowitej straty ciepła przez przenikanie dla kondygnacji będzie sumą tych wartości.

Obliczenie współczynnika Htr,s dla strefy I:

i oznaczenie Ai btr,i Ui Ai · btr,i ·Ui

- - m² - W/m²K W/K

1 Ściana zewnętrzna (2 · 9,2 + 2 · 5,1) · 3,0 – 10,44 =

75,36 1,00 0,15 75,36 · 1,0 · 0,15 =

11,3

2 Okna 6 · (1,2 · 1,45) = 10,44 1,00 1,10 11,5

3 Strop nad piwnicą 9,2 · 5,1 + 4,1 · 5,1 = 67,83 0,80* 0,25 13,6 Htr,s 36,4

*przyjęto wartość btr dla strat ciepła przez przestrzeń nieogrzewaną zgodnie z PN-EN 12831, jak dla podziemia z oknami/drzwiami zewnętrznymi (założono, że w piwnicy nie ma zysków ciepła)

Obliczenie współczynnika H_tr,sdla strefy II:

- - m² - W/m²K W/K

1 Ściana zewnętrzna (2 · 4,1) · 3,0 – 1,74 = 22,86 1,00 0,15 22,86 · 1,0 · 0,15 = 3,4

2 Okna 1 · (1,2 · 1,45) = 1,74 1,00 1,10 1,9

3 Strop nad piwnicą 4,1 · 4,1 = 16,81 0,80* 0,25 3,4

4 Drzwi zewnętrzne 1,6 · 2,35 1,00 1,80 6,8

Htr,s 15,5

(17)

17 Ze względu na różne temperatury wewnętrzne (powyżej 4 K), straty ciepła przez przenikanie należy wyznaczyć dla obu stref oddzielnie.

𝑄𝑡𝑟= 10⁻³∙ 𝐻𝑡𝑟∙ (𝜃𝑖− 𝜃𝑒) ∙ 𝑡_𝑚 Straty ciepła przez przenikanie dla strefy I:

𝑄𝑡𝑟,𝐼= 10⁻³∙ 36,4 ∙ (20,5 + 0,4) ∙ (31 ∙ 24) = 565,5 kWh

Straty ciepła przez przenikanie dla strefy II:

𝑄_{𝑡𝑟,𝐼𝐼}= 10⁻³∙ 15,5 ∙ (8,0 + 0,4) ∙ (31 ∙ 24) = 96,7 kWh

W przypadku gdy wyznaczona obliczeniowo temperatura strefy jest niższa od wymaganej temperatury obliczeniowej, w obliczeniach uwzględnia się temperaturę obliczeniową tej strefy. Stąd 𝜃𝑖= 8,0°C.

Straty ciepła przez przenikanie dla całej kondygnacji tego budynku wynoszą:

𝑄_𝑡𝑟 = 𝑄_{𝑡𝑟,𝐼}+ 𝑄_{𝑡𝑟,𝐼𝐼}= 565,5 + 96,7 = 662,2 kWh

Przykład 2

Temperatura wyznaczona na klatce schodowej 12,4 °C

Rozwiązanie:

𝜃i,I=55,00 ∙ 20 + 8,00 ∙ 24

55,00 + 8,00 = 20,5°C

UWAGA: Skoro temperatura na klatce wg danych w zadaniu 𝜃i,II = 12,4°C jest wyższa od obliczeniowej dla klatki schodowej (8,0°C), to pomieszczenie to należy traktować w danym miesiącu jako nieogrzewane. W związku z tym w zadaniu należy obliczyć straty ciepła jedynie dla strefy I, z uwzględnieniem strat ciepła przez przestrzeń nieogrzewaną (klatkę schodową). Wartość całkowitej straty ciepła przez przenikanie dla kondygnacji będzie odpowiadała stratom ciepła przez przenikanie strefy I.

(18)

18 Obliczenie współczynnika H_tr,s dla strefy I:

- - m² - W/m²K W/K

1 Ściana zewnętrzna (2 · 9,2 + 2 · 5,1) · 3,0 – 10,44 =

75,36 1,00 0,15 75,36 · 1,0 · 0,15 =

11,3 2 Ściana wewnętrzna (4 + 4) · 3,0 – 1,60 = 22,40 0,39* 0,30 2,6 3 Drzwi wewnętrzne 0,8 · 2 = 1,60 0,39* 1,40 0,9

4 Okna 6 · (1,2 · 1,45) = 10,44 1,00 1,10 11,5

5 Strop nad piwnicą 9,2 · 5,1 + 4,1 · 5,1 = 67,83 0,80 0,25 13,6 Htr,s 39,8

*wartość btr dla strat ciepła przez przestrzeń nieogrzewaną można obliczyć zgodnie z PN-EN 12831 na podstawie znanej w tym przypadku temperatury strefy nieogrzewanej (założono, że w piwnicy nie ma zysków ciepła)

btr,I−II=20,5 − 12,4 20,5 + 0,4 = 0,39

𝑄_𝑡𝑟 = 𝑄_{𝑡𝑟,𝐼}= 10⁻³∙ 39,8 ∙ (20,5 + 0,4) ∙ (31 ∙ 24) = 619,6 𝑘𝑊ℎ

Przykład 3

Całkowite zyski ciepła na klatce schodowej 466 W

Współczynnik przenoszenia ciepła przez wentylację dla klatki schodowej 38 W/K Rozwiązanie:

𝜃i,I=55,00 ∙ 20 + 8,00 ∙ 24

55,00 + 8,00 = 20,5°C

UWAGA: Skoro temperatura klatki schodowej w danym miesiącu nie jest znana, to należy określić czy będzie to strefa ogrzewana czy nieogrzewana. W tym celu konieczne jest wyznaczenie temperatury na klatce schodowej. Obliczenia uwzględniają zyski ciepła przez przenikanie ze strefy I (mieszkania). W związku z tym obliczenia współczynnika Htr dla przegród między strefami I a II wykonuje się bez uwzględniania współczynnika btr. W obliczeniach strat ciepła uwzględniona zostanie rzeczywista różnica temperatur pomiędzy strefą I a II.

(19)

19 Obliczenie współczynnika H_tr,s dla strefy I:

- - m² - W/(m²K) W/K

1 Ściana zewnętrzna (2 · 9,2 + 2 · 5,1) · 3,0 – 10,44

= 75,36 1,00 0,15 75,36 · 1,0 · 0,15 = 11,3 2 Okna 6 · (1,2 · 1,45) = 10,44 1,00 1,10 11,5

3 Strop nad piwnicą 9,2 · 5,1 + 4,1 · 5,1 = 67,83 0,80* 0,25 13,6 Htr,s 36,4

Obliczenie współczynnika Htr,s dla przegród między strefą I a strefą II:

- - m² - W/(m²K) W/K

1 Ściana wewnętrzna (4,1 + 4,1) · 3,0 – 1,60 =

22,40 1,00 0,30 6,9

2 Drzwi wewnętrzne 0,8 · 2 = 1,60 1,00 1,40 2,2 Htr,s 9,1 Obliczenie współczynnika Htr,s dla strefy II:

- - m² - W/(m²K) W/K

1 Ściana zewnętrzna (2 · 4,1) · 3,0 – 1,74 = 22,26 1,00 0,15 22,26 · 1,0 · 0,15 = 3,3

2 Okna 1 · (1,2 · 1,45) = 1,74 1,00 1,10 1,9

3 Strop nad piwnicą 4,1 · 4,1 = 16,81 0,80 0,25 3,4

4 Drzwi zewnętrzne 1,6 · 2,35 1,00 1,80 6,8

Htr,s 15,4

Znając wartości współczynnika przenikania ciepła dla wszystkich przegród klatki schodowej, całkowite zyski ciepła (466 W), współczynnik przenoszenia ciepła przez wentylację (38 W/K) można wyznaczyć temperaturę w strefie II:

𝜃𝑢=𝑄𝐻,𝑔𝑛+ 𝐻𝑖𝑢∙ 𝜃𝑖+ 𝐻𝑢𝑒∙ 𝜃𝑒

𝐻𝑖𝑢+ 𝐻𝑢𝑒

𝜃𝑢,𝐼𝐼=466 + 9,1 ∙ 20,5 + (15,4 + 38) ∙ (−0,4)

9,1 + 15,4 + 38 = 10,1°𝐶

Wyznaczona temperatura jest wyższa od temperatury obliczeniowej dla klatki schodowej, zatem w tym miesiącu będzie to strefa nieogrzewana. W związku z tym w zadaniu należy obliczyć straty ciepła jedynie dla strefy I, z uwzględnieniem strat ciepła przez przestrzeń nieogrzewaną (klatkę schodową). Wartość całkowitej straty ciepła przez przenikanie dla kondygnacji będzie odpowiadała stratom ciepła przez przenikanie strefy I. Ze względu na różne wartości temperatury wewnętrznej, obliczenia należy wykonać oddzielnie.

(20)

20 Straty ciepła przez przenikanie dla strefy I „na zewnątrz”:

𝑄_{𝑡𝑟,𝐼}= 10⁻³∙ 36,4 ∙ (20,5 + 0,4) ∙ (31 ∙ 24) = 565,5 kWh

Straty ciepła przez przenikanie dla strefy I przez przestrzeń nieogrzewaną (strefę II):

𝑄𝑡𝑟,𝐼−𝐼𝐼= 10⁻³∙ 9,1 ∙ (20,5 − 10,1) ∙ (31 ∙ 24) = 70,7 kWh

𝑄_𝑡𝑟= 𝑄_{𝑡𝑟,𝐼}+ 𝑄_{𝑡𝑟,𝐼−𝐼𝐼}= 565,5 + 70,7 = 636,2 kWh

(21)

21 Zyski ciepła od nasłonecznienia i zacienienie

𝑄_𝑠𝑜𝑙= ∑ 𝐶_𝑖∙ 𝐴_𝑖∙ 𝐼_𝑖∙ 𝐹_{𝑠ℎ,𝑔𝑙}∙ 𝐹_𝑠ℎ∙ 𝑔_𝑔𝑙

𝑖

𝐶𝑖∙ 𝐴𝑖 – powierzchnia przeszkleń w budynku, m²

𝐼_𝑖 – miesięczna wartość nasłonecznienia na przegrodę, według danych klimatycznych, kWh/m² na miesiąc

𝐹_{𝑠ℎ,𝑔𝑙}∙ 𝐹_𝑠ℎ∙ 𝑔_𝑔𝑙 – iloczyn zacienienia i przepuszczalności promieniowania przeszkleń

Wartość g_gl, czyli efektywny współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego oblicza się uwzględniając dane dotyczące tego współczynnika podane przez producenta (ggl,n – dla promieniowania prostopadłego do oszklenia) oraz dodatkowy czynnik korekcyjny dla oszklenia F_w, który w przypadku braku wytycznych krajowych, dla nierozpraszającego oszklenia, można przyjąć jako 0,9.

𝑔_𝑔𝑙= 𝐹_𝑤∙ 𝑔_{𝑔𝑙,𝑛}

Należy pamiętać że wartość g_gl można skorygować o wpływ zasłon. Wartości g_gl,n można przyjmować w przypadku braku danych z tabeli podanej w WT i zamieszczonej poniżej (tabela 2). Wartości korekty związanej z zasłonami również podano w WT. Odpowiednie dane widoczne są w tabeli 3.

Tabela 2. Wartości współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego według WT

L.p. Typ oszklenia Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego gn

1 2 3

1 Pojedynczo szklone 0,85

2 Podwójnie szklone 0,75

3 Podwójnie szklone z powłoką selektywną 0,67

4 Potrójnie szklone 0,7

5 Potrójnie szklone z powłoką selektywną 0,5

6 Okna podwójne 0,75

(22)

22 Tabela 3. Wartości współczynnika redukcji promieniowania słonecznego ze względu na zastosowane urządzenia przeciwsłoneczne

L.p. Typ zasłon

Właściwości optyczne Współczynnik redukcji promieniowania fC

współczynnik absorpcji

współczynnik przepuszczalności

osłona wewnętrzna

osłona zewnętrzna

1 2 3 4 5 6

1 Białe żaluzje o

lamelach nastawnych 0,1

0,05 0,1 0,3

0,25 0,30 0,45

0,10 0,15 0,35

2 Zasłony białe 0,1

0,5 0,7 0,9

0,65 0,80 0,95

0,55 0,75 0,95 3 Zasłony kolorowe 0,3

0,1 0,3 0,5

0,42 0,57 0,77

0,17 0,37 0,57 4 Zasłony z powłoką

aluminiową 0,2 0,05 0,20 0,08

Wartość Fs_h,gl, czyli zacienienie od elementów ruchomych oblicza się na podstawie wartość g_gl przeszklenia bez osłon i wartość ggl+sh z osłonami. Obliczenia polegają na obliczeniu średniej ważonej wartości współczynnika g z uwzględnieniem harmonogramu działania przesłon odniesionej do wyjściowego współczynnika przepuszczalności g_gl.

𝐹_{𝑠ℎ,𝑔𝑙}=(1 − 𝑓_{𝑠ℎ,𝑤𝑖𝑡ℎ}) ∙ 𝑔_𝑔𝑙+ 𝑓_{𝑠ℎ,𝑤𝑖𝑡ℎ}∙ 𝑔_{𝑔𝑙+𝑠ℎ} 𝑔_𝑔𝑙

Wartość fsh,with czyli ważony udział czasu gdy osłona przeciwsłoneczna jest używana może być wyznaczany jako funkcja intensywności padającego promieniowania słonecznego (przykładowo jako granicę działania osłon przeciwsłonecznych można przyjąć np. 300 W/m²; wartość ta zależy od klimatu, lokalizacji, konstrukcji i bilansu ciepła budynku).

Współczynnik F_shopisuje redukcję promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię wskutek stałego zacienienia rozpatrywanej powierzchni wynikającej z EN ISO 13790:

– innych budynków;

– topografii (wzgórz, drzew itp.);

– zadaszeń;

– innych elementów tego samego budynku (pilastry, zadaszenia);

– zewnętrznej części ściany, w którą wmontowany jest element oszklony.

Czynnik redukcji zacienienia zewnętrznego Fsh zawiera się w przedziale od 0 do 1. Zasady jego obliczania zawarte są w PN-EN 13790. Na potrzeby certyfikacji lub audytu energetycznego, stosuje się obliczenia w kroku miesięcznym.

(23)

23 Norma umożliwia wykonywanie ich dla sezonu grzewczego w sposób uproszczony, przy wykorzystaniu stabelaryzowanych danych częściowych trzech składowych współczynnika redukcji:

𝐹𝑠ℎ= 𝐹ℎ𝑜𝑟∙ 𝐹𝑜𝑣∙ 𝐹𝑓𝑖𝑛

Fhor – częściowy czynnik korekcyjny dla horyzontu;

Fov – częściowy czynnik korekcyjny dla zadaszenia;

F_fin – częściowy czynnik korekcyjny dla pilastrów.

Wartości poszczególnych składników są obliczane oddzielnie (jeżeli dany rodzaj zacienienia występuje) z uwzględnieniem szerokości geograficznej budynku, orientacji przeszklenia oraz poszczególnych kątów:

a) Dla częściowego czynnika korekcyjnego dla horyzontu wyznacza się średni kąt α wzniesienia ponad horyzont

z danej fasady, uwzględniając wszystkie znaczące przeszkody powodujące zacienienie (szczególnie inne budynku lub części tego samego budynku) jak na rysunku. Wartości F_hor odczytuje się z tabeli 4 (G.5) i w razie potrzeby należy je interpolować.

b) Dla częściowego czynnika korekcyjnego dla zadaszenia wyznacza się średni kąt α zadaszenia dla przegród zadaszonych,

wyznaczany jak na rysunku. Wartości Fov

odczytuje się z tabeli 5 (G.6) i w razie potrzeby, mimo, że norma nie reguluje tej kwestii wydaje się, że możne je interpolować.

c) Dla częściowego czynnika korekcyjnego dla pilastrów wyznacza się średni kąt β między pilastrem a przegrodą przeszkloną, wyznaczany jak na rysunku.

Wartości F_fin odczytuje się z tabeli 6 (G.7) i w razie potrzeby, mimo, że norma nie reguluje tej kwestii wydaje się, że można je interpolować..

Proces prowadzenia obliczeń przedstawiono wraz z komentarzami w przykładzie obliczeniowym.

(24)

24 Tabela 4. Częściowy czynnik zacienienia dla horyzontu wg PN-EN ISO 13790 (tab. G.5)

Kąt ponad horyzont

Szerokość geograficzna 45° N

S E/W N S E/W N S E/W N

0° 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

10° 0,97 0,95 1,00 0,94 0,92 0,99 0,86 0,89 0,97

20° 0,85 0,82 0,98 0,68 0,75 0,95 0,58 0,68 0,93

30° 0,62 0,70 0,94 0,49 0,62 0,92 0,41 0,54 0,89

40° 0,46 0,61 0,90 0,40 0,56 0,89 0,29 0,49 0,85

Tabela 5. Częściowy czynnik zacienienia dla zadaszenia wg PN-EN ISO 13790 (tab. G.6)

Kąt zadaszenia

0° 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

30° 0,90 0,89 0,91 0,93 0,91 0,91 0,95 0,92 0,90

45° 0,74 0,76 0,80 0,80 0,79 0,80 0,85 0,81 0,80

60° 0,50 0,58 0,66 0,60 0,61 0,65 0,66 0,65 0,66

Tabela 6. Częściowy czynnik zacienienia dla pilastrów wg PN-EN ISO 13790 (tab. G.7)

Kąt pilastra

0° 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

30° 0,94 0,92 1,00 0,94 0,91 0,99 0,94 0,90 0,98

45° 0,84 0,84 1,00 0,86 0,83 0,99 0,85 0,82 0,98

60° 0,72 0,75 1,00 0,74 0,75 0,99 0,73 0,73 0,98

(25)

25 Zacienienie elementami stałymi - przykłady obliczeniowe z komentarzami

Przykład 1

Oblicz miesięczny czynnik korekcyjny zacienienia dla okien południowej fasady budynku zlokalizowanego we Wrocławiu (przyjmij szerokość geograficzną 51°N) o konstrukcji i usytuowaniu jak na poniższych rysunkach.

a) Częściowy czynnik korekcyjny dla horyzontu

Częściowy czynnik zacienienia dla horyzontu zawarty jest w tablicy G.5 normy PN-EN ISO 13790. W celu odczytania poprawnej wartości należy określić szerokość geograficzną obiektu oraz kąt ponad horyzont, oznaczony symbolem α. Wyznacza się jego wartość średnią dla całej fasady. W tym celu należy określić kąt α wyznaczony między środkiem geometrycznym fasady budynku a krawędzią szczytową obiektu zacieniającego. Dla opisanego przykładu oznacza to sytuację jak na rysunku.

Na podstawie równań trygonometrycznych:

𝑡𝑔𝛼 =18 30= 0,60

Zatem żeby wyznaczyć kąt α należy obliczyć wartość funkcji arctg:

𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(0,60) = 0,54 𝑟𝑎𝑑 = 31,0°

Stąd 𝛼 ≈ 30° - ze względu na niewielką różnicę można zastosować przybliżoną wartość kąta.

Na podstawie tablicy G.5 możliwe jest teraz odczytanie wartości czynnika zacienienia dla horyzontu dla kąta 30° oraz szerokości geograficznej 45°N oraz 55°N, a następnie dokonanie interpolacji liniowej w celu wyznaczenia wartości właściwej dla podanej szerokości geograficznej 51°N.

Kąt ponad

horyzont Kierunek Szerokość

geograficzna Fhor

30° S 45°N 0,62

30° S 55°N 0,49

30° S 51°N 0,54

𝐹ℎ𝑜𝑟(51°N) = 0,62 + 0,49 − 0,62

55°N − 45°N∙ (51°N − 45°N) = 0,54

(26)

26 b) Częściowy czynnik korekcyjny dla zadaszenia

Założono, że oszklenie posiada zadaszenie np. w postaci płyt balkonowych na wyższych piętrach jak przedstawiono na rysunku.

Podobnie jak w przypadku a), należy wyznaczyć kąt α. Dla tego przypadku:

𝑡𝑔𝛼 =1,0 1,4= 0,71

Zatem żeby wyznaczyć kąt α należy obliczyć wartość funkcji arctg:

𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(0,71) = 0,62 𝑟𝑎𝑑 = 35,5°

Dla obliczenia częściowego czynnika korekcyjnego zacienienia dla zadaszenia Fov wykorzystano dane zawarte w tabeli G.6 dla kąta zadaszenia 30° i 45° oraz szerokości geograficznej 45°N oraz 55°N, a następnie dokonano interpolacji liniowej w celu wyznaczenia wartości właściwej dla podanej szerokości geograficznej 51°N oraz kąta α zadaszenia 35,5°.

Kąt zadaszenia Kierunek Szerokość geograficzna Fov

30° S 45°N 0,90

30° S 55°N 0,93

45° S 45°N 0,74

45° S 55°N 0,80

35,5° S 51°N 0,87

Interpolacja wartości dla kąta zadaszenia 30° i szerokości geograficznej 51°N:

𝐹_𝑜𝑣(51°N, 30°) = 0,90 + 0,93 − 0,90

55°N − 45°N∙ (51°N − 45°N) = 0,918

Interpolacja wartości dla kąta zadaszenia 45° i szerokości geograficznej 51°N:

𝐹𝑜𝑣(51°N, 45°) = 0,74 + 0,80 − 0,74

55°N − 45°N∙ (51°N − 45°N) = 0,776

Interpolacja wartości dla kąta zadaszenia 35,5° i szerokości geograficznej 51°N:

𝐹𝑜𝑣(51°N, 35,5°) = 0,918 +0,776 − 0,918

45° − 30° ∙ (35,5° − 30°) = 0,87

(27)

27 c) Częściowy czynnik zadaszenia dla pilastrów

Dla pilastrów obliczenia wykonuje się analogicznie do wcześniejszych. Kąt β w tym przypadku wynosi:

𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(1,72) = 59,9°

Następnie interpoluje się dane z tabeli G.7 uzyskując wartość częściowego czynnika korekcyjnego zacienienia dla pilastrów Ffin = 0,73.

W związku z tym wartość całkowitego miesięcznego czynnika korekcyjnego zacienienia wynosi:

𝐹𝑠ℎ= 0,54 ∙ 0,87 ∙ 0,73 = 0,34

(28)

28

AUDYT ENERGETYCZNY

1. Audyt energetyczny a certyfikat energetyczny budynku

Audyt energetyczny to, w uproszczeniu, opracowanie zmierzające do określenia realnych wartości zużycia energii dla obiektu, kosztów eksploatacji oraz ustalenia najlepszych w danym przypadku kierunków termomodernizacji obiektu wraz z wyznaczeniem efektywności energetycznej oraz ekonomicznej proponowanych działań. Ogólne zasady prowadzenia audytu energetycznego opisane są w Rozporządzeniu w sprawie szczegółowego zakresu i formy audytu energetycznego. Obliczenia zapotrzebowania na energię użytkową opierają się o wytyczne podane w normie PN-EN 13790, czyli są w dużym stopniu analogiczne do obliczeń prowadzonych dla sporządzenia certyfikatu energetycznego budynku. Obliczenia zapotrzebowania na energię końcową i pierwotną nieodnawialną opierają się bezpośrednio na wytycznych Rozporządzenia w sprawie certyfikacji energetycznej. Zdecydowanie należy rozróżnić cele stawiane przed audytem i certyfikatem energetycznym. O ile audyt energetyczny powinien odzwierciedlać efektywność realnego obiektu o tyle certyfikat energetyczny ma na celu scharakteryzowanie obiektu przy pewnych stałych dla wszystkich ocenianych obiektów parametrach użytkowania. W związku z tym, w niektórych założeniach do obliczeń i w wartości części parametrów obliczenia zapotrzebowania na energię zarówno użytkową, końcową jak i pierwotną nieodnawialną mogą się różnic, w zależności od tego czy celem jest wykonanie charakterystyki energetycznej czy audytu energetycznego obiektu.

Dobrym przykładem jest problem zużycia energii do przygotowania c.w.u. Rzeczywiste zużycie tego medium w obiekcie może znacząco odbiegać od wartości wynikających ze wskaźników z Rozporządzenia w sprawie certyfikacji energetycznej, warto więc przy wykonywaniu obliczeń na potrzeby audytu energetycznego posługiwać się wartościami pozyskanymi na podstawie pomiarów zużycia c.w.u. w obiekcie. Inna kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, w zakresie różnic pomiędzy procedurą sporządzania audytu i certyfikatu energetycznego są zasady obliczania zapotrzebowania na energię końcową. Certyfikat energetyczny wymaga wliczenia do tego zapotrzebowania energii elektrycznej pomocniczej w systemach grzewczych, wentylacyjnych i przygotowania ciepłej wody użytkowej. W audycie energetycznym takich wymagań nie ma. Pojawia się natomiast możliwość uwzględnienie przerw w ogrzewaniu w okresie tygodnia czy doby, co z kolei może być pomijane w certyfikacie energetycznym.

Zasadniczo należy więc zauważyć, iż wyniki zapotrzebowania na energię końcową obliczoną według procedury audytu i certyfikatu mogą nie być tożsame. W rozporządzeniu dotyczącym audytu energetycznego nie ma wymagań dotyczących obliczania zapotrzebowania na energię pierwotną nieodnawialną oraz wartości wskaźnika EP. Ze względu jednak, iż większość środków na finansowanie termomodernizacji ma na celu zmniejszenie zapotrzebowania na tę energię i tym samym zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza, wskaźniki ten należy obliczać.

Obliczenia te należy przeprowadzić na tych samych zasadach jakie podane są w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej. Dokładnie to samo dotycz obliczania emisji zanieczyszczeń. W Rozporządzeniu w sprawie audytu energetycznego nie podano odpowiednich procedur. Są one podane w Rozporządzeniu w sprawie certyfikacji energetycznej a odpowiednie wskaźniki podano na stronach KOBIZE.

(29)

29

2. Etapy audytu energetycznego budynku

Etap Zakres obliczeń / pracy

1

Analiza stanu technicznego budynku:

 inwentaryzacja techniczno-budowlana (ewentualnie technologiczna),

 obliczenie projektowego obciążenia cieplnego obiektu termomodernizowanego według normy PN-EN 12831,

 obliczenie zapotrzebowania na moc do przygotowania ciepłej wody użytkowej, określone na podstawie analizy i prognozy zużycia lub obliczone dla zapotrzebowania na ciepłą wodę przyjętego zgodnie z PN- B-01706,

 obliczenie zapotrzebowania na energię do ogrzewania budynku dla standardowego sezonu grzewczego według normy PN-EN 13790,

 obliczenie zapotrzebowania na energię do przygotowania ciepłej wody użytkowej na podstawie analizy i prognozy zużycia ciepła,

 określenie sprawności instalacji podlegających rozważaniu w procedurze termomodernizacji według Rozporządzenia w sprawie certyfikacji energetycznej.

2

Analiza rzeczywistej energochłonności obiektu termo-modernizowanego:

 określenie zamówionej mocy cieplnej,

 określenie rzeczywistego zużycia energii do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej (za co najmniej jeden rok),

 określenie rzeczywistego zużycia energii elektrycznej, gazu, oleju (innych paliw jeśli jest to wymagane),

 określenie aktualnych stawek taryf i opłat za energię.

Sprawdzenie obliczeń z etapu 1 z wartościami rzeczywistego zużycia energii (po ich przeliczeniu na standardowy sezon grzewczy) i dokonanie ewentualnej korekty założeń do obliczeń.

3

Przedstawienie propozycji ulepszeń termomodernizacyjnych:

 czy należy ocieplić przegrody w budynku?

 czy należy wymienić okna i drzwi?

 czy należy wymienić instalacje wewnętrzne?

 czy należy podnieść sprawność instalacji wewnętrznych?

 czy należy wymienić / zmodernizować źródło ciepła?

 inne….

4 Określenie przewidywanych nakładów inwestycyjnych dla poszczególnych ulepszeń termomodernizacyjnych.

5 Określenie przewidywanych zysków energetycznych (dla standardowego sezonu grzewczego) wynikających z poszczególnych ulepszeń termomodernizacyjnych.

6 Analiza ekonomiczna proponowanych ulepszeń termomodernizacyjnych i wybór wariantu optymalnego dla każdego z nich.

7 Wybór i scharakteryzowanie zastawu ulepszeń stanowiących wariant optymalny przedsięwzięcia termomodernizacyjnego wraz z kosztami i okresem zwrotu

(30)

30 nakładów inwestycyjnych. Dla całości przedsięwzięcia należy podać następujące informacje:

 poziom zmniejszenia zapotrzebowania na energię końcową,

 koszty całkowite inwestycji,

 udział środków własnych inwestora,

 wartość kredytu termomodernizacyjnego,

 szacowaną wysokość rocznej oszczędności kosztów energii,

 możliwą wysokość premii termomodernizacyjnej.

3. Procedury obliczeniowe audytu energetycznego

Na kolejnych stronach opracowania umieszczono schematy przedstawiające proces obliczeń prowadzący do wyboru optymalnego wariantu poszczególnych ulepszeń termomodernizacyjnych. Procedury te zgodne są z zaleceniami Rozporządzenia w sprawie audytu energetycznego. Każda z procedur obejmuje analizę kosztów inwestycyjnych, efektów energetycznych i efektów ekonomicznych kilku wariantów ulepszenia oraz pozwala podjąć decyzję, który z nich jest tym optymalnym, który będzie rozważany jako element optymalnego wariantu całościowego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego; obejmuje więc swoim zakresem etapy 4, 5 i 6 opisane powyżej.

Procedura wyboru optymalnego wariantu termomodernizacji prowadzącego do zmniejszenia strat ciepła przez przenikanie przez ściany, stropy i stropodachy 1.Określenie minimalnej, wymaganej grubości izolacji (dmin) na podstawie

minimalnego wymaganego oporu cieplnego wynikającego z maksymalnych wartość współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych podanych w WT [17,31]. Należy również pamiętać o zachowaniu ewentualnych wymagań sformułowanych w programie finansującym planowaną termomodernizację.

𝑑𝑚𝑖𝑛= (𝑅𝑚𝑖𝑛− ¹

𝑈₀) ∙ 𝜆𝑖𝑧, m

2. Określenie zapotrzebowania na moc w odniesieniu do powierzchni modernizowanej przegrody przed i po wykonaniu danego wariantu termomodernizacji.

q0u= 10⁻⁶∙ A ∙ (two− tzo) ∙ U₀, MW q_1u= 10⁻⁶∙ A ∙ (t_wo− t_zo) ∙ U₁, MW

3. Określenie rocznego zapotrzebowania na energię w odniesieniu do powierzchni modernizowanej przegrody przed i po wykonaniu danego wariantu termomodernizacji.

Q0u= 8,64 ∙ 10⁻⁵∙ A ∙ Sd ∙ U0, GJ/rok Q_1u= 8,64 ∙ 10⁻⁵∙ A ∙ Sd ∙ U₁, GJ/rok