Zużycie ciepła w domach przy zmiennym zawilgoceniu ścian

Transkrypt

NARODOWA AGENCJA POSZANOWANIA ENERGII S.A.
Firma istnieje od 1994 r.
ul. Świętokrzyska 20, 00-002 Warszawa
tel.: 22 505 46 61, faks: 22 825 86 70
www.nape.pl, [email protected]
Analiza zużycia ciepła przy zmiennym zawilgoceniu
konstrukcyjnych części pionowych przegród budowlanych
Opracowanie:
dr inż. Andrzej Wiszniewski
dr inż. Jerzy Kwiatkowski
dr inż. Joanna Rucińska
mgr inż. Łukasz Hada
Warszawa, czerwiec 2015
NIP 526-00-40-341, REGON 010691500, KRS 0000186140 Sąd Rejonowy dla M.St. Warszawy w Warszawie, XII Wydział Gospodarczy, Kapitał akcyjny: 501 000,00 zł
NAPE jest członkiem Ogólnokrajowego Stowarzyszenia „Poszanowanie Energii i Środowiska" SAPE –POLSKA i Zrzeszenia Audytorów Energetycznych
Analiza zużycia ciepła przy zmiennym zawilgoceniu konstrukcyjnych części pionowych przegród budowlanych
Spis treści
1
Podstawa opracowania ................................................................................................. 3
2
Zakres opracowania ..................................................................................................... 4
3
Model budynku ............................................................................................................ 4
4
Analiza zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i kosztów paliwa ......................... 7
4.1
Określenie rocznego zużycia ciepła do ogrzewania przy zmiennym zawilgoceniu
części konstrukcyjnej pionowej przegrody budowalnej. ............................................. 7
4.2
Określenie ilości energii potrzebnej do zmniejszenia zawilgocenia części
konstrukcyjnej pionowej przegrody budowlanej. ...................................................... 13
4.3
Określenie wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię
pierwotną. ................................................................................................................... 18
4.4
Określenie kosztów ogrzewania budynku .................................................................. 19
4.5
Określenie ilości wilgoci usuwanej w sezonie grzewczym w ciągu pięciu lat
eksploatacji. ................................................................................................................ 21
5
Podsumowanie i wnioski ........................................................................................... 23
2
1
Podstawa opracowania
Podstawą opracowania są:
•
•
•
•
Zlecenie z dnia 27.05.2015 r. wystawione przez Związek Pracodawców Ceramiki
Budowlanej
„Praca badawcza dotycząca cieplno-wilgotnościowych właściwości użytkowych
murów wykonanych z pustaków ceramicznych, bloczków silikatowych i betonu
komórkowego, zlecona przez firmę Związek Pracodawców Ceramiki
Budowlanej” Instytut Techniki Budowlanej, luty 2015
Normy i wytyczne projektowania:
o Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki
Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie
warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich
usytuowanie Dz. U. 2013 poz. 926.
o Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 18 marca 2015 r.
w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej
budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki
energetycznej Dz.U. 2015 r. poz. 376
o Norma europejska PN-EN 13790:2008 – „Energetyczne właściwości
użytkowe budynków – Obliczanie zużycia energii do ogrzewania
i chłodzenia”,
o Norma europejska PN-EN ISO 6946:2008 – „Komponenty budowlane
i elementy budynku – Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła –
Metoda obliczania”,
o Norma europejska PN-EN ISO 10077-1:2007 – „Cieplne właściwości
użytkowe okien, drzwi i żaluzji – Obliczanie współczynnika przenikania
ciepła – Część 1: Postanowienia ogólne”,
o Norma europejska PN-EN ISO 13789:2008 – „Cieplne właściwości
użytkowe budynków – Współczynniki przenoszenia ciepła przez
przenikanie i wentylację – Metoda obliczania”,
o PN-EN ISO 13788:2003 – Cieplno-wilgotnościowe właściwości
komponentów budowlanych i elementów budynku – Temperatura
powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności
powierzchni i kondensacja międzywarstwowa – Metody obliczania
o PN-EN ISO 10211:2008 – Mostki cieplne w budynkach – Strumienie
ciepła i temperatury powierzchni – Obliczenia szczegółowe
oprogramowanie wspomagające projektowanie i analizy energetyczne
w budownictwie.
3
2
Zakres opracowania
W opracowaniu przeprowadzone zostały obliczenia zapotrzebowania na energię końcową
do ogrzewania budynku jednorodzinnego w kolejnych pięciu latach eksploatacji, przy
zastosowaniu różnych materiałów konstrukcyjnych pionowych przegród budowlanych
o różnej zawartości wilgoci w kolejnych latach. Określono również ilość wilgoci do usunięcia
z przegród pionowych w czasie eksploatacji.
Celem opracowania jest wykazanie wpływu zawartości wilgoci w różnych materiałach
konstrukcyjnych pionowych przegród budowlanych na zapotrzebowanie na energię końcową
do ogrzewania budynku jednorodzinnego, a tym samym na koszty jego eksploatacji.
3
Model budynku
Do analizy wykorzystano przykładowy budynek jednorodzinny z poddaszem użytkowym
o łącznej powierzchni użytkowej 130,51m2.
Zestawienie pomieszczeń w budynku zestawiono w tabeli 1.
Poddasze
Parter
Tabela 1. Charakterystyka pomieszczeń w analizowanym budynku.
Rodzaj pomieszczenia
Powierzchnia
użytkowa
Sień
Hall
Kuchnia
Pokój dzienny z jadalnią
Sypialnia
Łazienka
Pralnia z kotłownią
Schowek
Hall
Garderoba
Sypialnia
Sypialnia
Sypialnia
Łazienka
suma
m2
3,36
8,38
12,23
27,49
11,99
2,82
6,30
1,30
5,43
1,58
8,84
16,21
16,26
8,32
130,51
Wizualizacja budynku przedstawiona została na rysunkach 1 i 2.
4
Rysunek 1. Widok na elewację frontową budynku
Rysunek 2. Widok na elewację tylną budynku
Do obliczeń energetycznych przyjęto następujące współczynniki przenikania ciepła
przegród oraz inne parametry mające wpływ na zapotrzebowanie budynku na energię do
ogrzewania:
- ściany zewnętrzne: w zależności od wariantu przegrody,
- dach: 0,2 W/m2K,
- okna: 1,3 W/m2K,
- podłoga na gruncie: 0,3 W/m2K,
- strop nad poddaszem: 0,2 W/m2K,
- okno dachowe: 1,5 W/m2K,
- drzwi zewnętrzne: 1,7 W/m2K.
5
Pozostałe istotne parametry budynku:
- system wentylacji naturalnej,
- szczelność powietrzna budynku – n50=3,0 1/h,
- lokalizacja budynku – Warszawa.
Wartości współczynników przenikania ciepła przegród budynku są zgodne
z Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca
2013 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny
odpowiadać budynki i ich usytuowanie, które weszło w życie 1.01.2014r.
Źródłem ciepła w budynku jest kocioł gazowy. Dostarcza on ciepło na potrzeby
ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Do obliczeń zapotrzebowania na energię końcową na potrzeby ogrzewania uwzględniono
następujące sprawności instalacji:
- sprawność wytwarzania ciepła: 91%,
- sprawność przesyłu i dystrybucji: 96%,
- sprawność układu akumulacji: 100%,
- sprawność regulacji: 88%.
6
4
Analiza zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i kosztów paliwa
W celu przeanalizowania wpływu zawilgocenia pionowej przegrody budowlanej na
zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania oraz koszty ogrzewania wykonano obliczenia
energetyczne ośmiu wariantów budynku jednorodzinnego przy zmieniającej się konstrukcji
ścian zewnętrznych i wewnętrznych. W pierwszej kolejności wyznaczono współczynnik
przenikania ciepła ściany zewnętrznej dla każdego z analizowanych wariantów. Następnie
wyznaczono zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania oraz usunięcia początkowej wilgoci
w materiale. Ostatecznie określono koszty związane z ogrzewaniem budynku i dostarczoną
energią potrzebną do zmniejszenia zawartości wilgoci w przegrodzie do stanu stabilizacji,
przy założeniu systemu grzewczego z kotłem gazowym.
4.1 Określenie rocznego zużycia ciepła do ogrzewania przy zmiennym
zawilgoceniu części konstrukcyjnej pionowej przegrody budowalnej.
Wykorzystując dane dotyczące wartości współczynników przewodzenia ciepła
w kolejnych sześciu rocznych okresach przy różnej wilgotności przegród zawartych
w opracowaniu ITB, obliczono średnie wartości współczynnika przewodzenia ciepła
poszczególnych materiałów budowlanych w poszczególnych latach. Otrzymane wartości
wykorzystano do obliczenia współczynników przenikania ciepła przegród zewnętrznych.
Dodatkowo oprócz wariantów przegród zawartych w opracowaniu ITB: „Praca badawcza
dotycząca cieplno-wilgotnościowych właściwości użytkowych murów wykonanych
z pustaków ceramicznych, bloczków silikatowych i betonu komórkowego, zlecona przez
firmę Związek Pracodawców Ceramiki Budowlanej”, przeprowadzono obliczenia tego
współczynnika dla przegród z betonu komórkowego oraz pustaków ceramicznych bez izolacji
cieplnej o grubości pozwalającej spełnić wymagania zwarte w rozporządzeniu w sprawie
warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - WT2014.
Przy powyższych założeniach wymagana grubość przegrody z betonu komórkowego wynosi
0,48m, a z pustaków ceramicznych 0,44m. Obliczenia przeprowadzono na podstawie danych
zawartych w opracowaniu ITB z lutego 2015. Wyniki obliczeń przestawiono w tabelach 2-9.
Tabela 2. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z betonu
komórkowego oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu
eksploatacji.
warstwa
tynk mineralny
mur z betonu komórkowego
tynk cementowo-wapienny
współczynnik przenikania
ciepła
grubość
[m]
0,002
0,240
0,015
współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)]
lata
1
2
3
4
5
0,950
0,869
0,868
0,868
0,868
0,199
0,135
0,128
0,128
0,128
0,940
0,848
0,847
0,847
0,847
U= 0,716 U= 0,508 U= 0,484 U= 0,484 U= 0,484
W/(m2K) W/(m2K) W/(m2K) W/(m2K) W/(m2K)
7
Tabela 3. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z pustaków
ceramicznych oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu
eksploatacji.
warstwa
tynk mineralny
mur z pustaków ceramicznych
grubość
[m]
0,002
0,240
0,015
ciepła
lata
1
2
3
4
5
0,945
0,860
0,860
0,860
0,860
0,354
0,356
0,326
0,326
0,326
0,940
0,849
0,849
0,849
0,849
U= 1,150 U= 1,160 U= 1,080 U= 1,080 U= 1,080
Tabela 4. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z bloczków
silikatowych oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu
eksploatacji.
warstwa
tynk mineralny
mur z bloczków silikatowych
grubość
[m]
0,002
0,240
0,015
ciepła
lata
1
2
3
4
5
0,941
0,852
0,852
0,852
0,852
1,189
1,132
1,108
1,096
1,090
0,943
0,855
0,855
0,855
0,855
U= 2,565 U= 2,488 U= 2,460 U= 2,445 U= 2,439
komórkowego ocieplonej styropianem oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas
pięcioletniego okresu eksploatacji.
warstwa
tynk mineralny
styropian
ciepła
grubość
[m]
0,002
0,150
0,240
0,015
lata
1
2
3
4
5
0,951
0,871
0,871
0,870
0,870
0,038
0,038
0,038
0,038
0,038
0,215
0,159
0,135
0,126
0,125
0,941
0,850
0,849
0,848
0,847
U= 0,190 U= 0,177 U= 0,169 U= 0,166 U= 0,165
8
ceramicznych ocieplonej styropianem oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas
warstwa
tynk mineralny
styropian
grubość
[m]
0,002
0,150
0,240
0,015
ciepła
lata
1
2
3
4
5
0,949
0,868
0,868
0,868
0,868
0,038
0,038
0,038
0,038
0,038
0,317
0,311
0,310
0,310
0,310
0,939
0,847
0,847
0,847
0,847
U= 0,204 U= 0,204 U= 0,204 U= 0,204 U= 0,204
Tabela 7. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z bloczków
silikatowych ocieplonej styropianem oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas
warstwa
tynk mineralny
styropian
mur z bloczków silikatowych
grubość
[m]
0,002
0,150
0,240
0,015
ciepła
lata
1
2
3
4
5
0,950
0,869
0,868
0,868
0,868
0,038
0,038
0,038
0,038
0,038
1,185
1,118
1,084
1,071
1,070
0,939
0,848
0,847
0,847
0,847
U= 0,231 U= 0,230 U= 0,229 U= 0,229 U= 0,229
komórkowego bez ocieplenia spełniającej wymagania WT2014 oraz wartości współczynnika przenikania
ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji.
warstwa
tynk mineralny
ciepła
grubość
[m]
0,002
0,480
0,015
lata
1
2
3
4
5
0,950
0,869
0,868
0,868
0,868
0,199
0,135
0,128
0,128
0,128
0,940
0,848
0,847
0,847
0,847
U= 0,376 U= 0,262 U= 0,249 U= 0,249 U= 0,249
9
ceramicznych bez ocieplenia spełniającej wymagania WT2014 oraz wartości współczynnika przenikania
ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji.
warstwa
tynk mineralny
ciepła
grubość
[m]
0,002
0,440
0,015
lata
1
2
3
4
5
0,945
0,860
0,860
0,860
0,860
0,354
0,356
0,326
0,326
0,326
0,940
0,849
0,849
0,849
0,849
U= 0,271 U= 0,272 U= 0,250 U= 0,250 U= 0,250
Przegrody nieocieplone przedstawione w tabelach 2-4 zostały wykorzystane w analizie
wyłącznie do celów badawczych. Przegrody jednowarstwowe tego typu nie są przewidziane
jako ściany zewnętrzne budynków.
Wykorzystując otrzymane wartości współczynników przenikania ciepła przegród
zewnętrznych w kolejnych latach, przeprowadzono obliczenia zapotrzebowania na energię
końcową na potrzeby ogrzewania w analizowanym budynku. Obliczenia obejmują warianty
przegród zawarte w tabelach 2-9.
W tabeli 10 przedstawiono wyniki dotyczące zużycia energii końcowej dla potrzeb
ogrzewania budynku w kolejnych latach przy zastosowaniu przegród nieocieplonych.
W tabeli 11 przedstawiono wyniki przy zastosowaniu przegród ocieplonych
piętnastocentymetrową warstwą styropianu, a w tabeli 12 dla budynku o przegrodach
nieocieplonych o grubości pozwalającej spełnić wymagania zawarte w rozporządzeniu
w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie WT2014. Wykresy 1-3 przestawiają graficzną wizualizację wyników.
Tabela 10. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach
nieocieplonych.
zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania
[kWh/rok]
materiał konstrukcyjny przegrody
Rok
1
2
3
4
5
beton komórkowy
16346,8 11906,2 11400,5 11400,5 11400,5
pustaki ceramiczne
25968,2 26024,3 24310,3 24310,3 24310,3
bloczki silikatowe
57611,9 55879,6 55244,6 55287,4 55271,4
10
Tabela 11. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach ocieplonych
piętnastocentymetrową warstwą styropianu.
[kWh/rok]
Rok
1
2
3
4
5
beton komórkowy
5375,1
5109,3
4952,5
4881,9
4873,6
pustaki ceramiczne
5653,0
5639,3
5638,3
5638,3
5638,3
bloczki silikatowe
6164,5
6150,1
6143,2
6140,5
6140,3
Tabela 12. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach
nieocieplonych, spełniających wymagania WT2014
[kWh/rok]
Rok
1
2
3
4
5
beton komórkowy
9304,6
6890,8
6621,8
6621,8
6621,8
pustaki ceramiczne
7452,1
7481,7
6989,8
6989,8
6989,8
Wykres 1. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach
nieocieplonych.
11
Wykres 2. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach ocieplonych
piętnastocentymetrową warstwą styropianu.
Wykres 3. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach
nieocieplonych, ale spełniających wymagania WT2014
Dla wariantów budynku z przegrodami bez ocieplenia o jednakowej grubości warstw
konstrukcyjnych najniższym zużyciem energii końcowej na potrzeby ogrzewania
charakteryzuje się budynek z przegrodą z betonu komórkowego. Nawet w pierwszym roku w
okresie największego zawilgocenia materiałów zapotrzebowanie na energię końcową jest
niższe od zapotrzebowania na energię końcową dla budynku, którego przegrody zostały
wykonane z pustaków ceramicznych i bloczków silikatowych. Wynika to z najlepszych
właściwości izolacyjnych tego materiału spośród innych ujętych w analizie. Jednocześnie
z powodu wysokiej początkowej zawartości wilgoci dla tej przegrody można zaobserwować
największy spadek zapotrzebowania na energię na potrzeby ogrzewania po ustabilizowaniu
się wilgotności. W przypadku budynku z przegrodami z betonu komórkowego po osiągnięciu
stałej zawartości wilgoci obserwujemy spadek rocznego zapotrzebowania na energię końcową
12
do ogrzewania o 21,6%. Przy czym największy spadek występuje w pierwszym roku
eksploatacji. Dla budynku z pustaków ceramicznych spadek rocznego zapotrzebowania na
energię końcową po osiągnięciu stałej zawartości wilgoci przegrody wynosi 5,1%, a dla
budynku wykonanego z bloczków silikatowych 3,6%.
Zaizolowanie przegród piętnastocentymetrową warstwą styropianu powoduje,
że różnice w wielkości zapotrzebowania na energię końcową na potrzeby ogrzewania
budynku pomiędzy poszczególnymi wariantami z przegrodami z różnych materiałów są
bardzo niewielkie, w porównaniu do różnic obserwowanych dla wariantów z przegrodami
nieocieplonymi. Dodatkowo ocieplenie przegród skutkuje mniejszym wpływem zawilgocenia
na zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania budynku.
Dla budynku
z przegrodami z betonu komórkowego spadek rocznego zapotrzebowania na energię końcową
wynosi 4,2%, dla pustaków ceramicznych i bloczków silikatowych spadki nie przekraczają
wartości 1%.
Zaprojektowanie przegród zewnętrznych nieocieplonych o grubości warstwy
konstrukcyjnej pozwalającej spełnić wymagania zawarte w rozporządzeniu w sprawie
warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - WT2014,
powoduje wzrost wpływu zawilgocenia przegród na wartość zapotrzebowania na energię
końcową budynku. W przypadku wariantu ze ścianami zewnętrznymi o grubości betonu
komórkowego 0,48 m, można zaobserwować po wyschnięciu przegród spadek rocznego
zapotrzebowania na energię końcową budynku o 16,9%. Dla budynku z przegrodami
z pustaków ceramicznych o grubości 0,44 m spadek ten wynosi 3,3%.
4.2 Określenie ilości energii potrzebnej do zmniejszenia zawilgocenia części
konstrukcyjnej pionowej przegrody budowlanej.
W celu obliczenia ilości energii niezbędnej do osuszenia przegród, określono ilość
wilgoci usuwanej z przegród w ciągu pięciu lat eksploatacji budynku. W obliczeniach
wykorzystano dane dotyczące początkowej i końcowej zawartości wilgoci w poszczególnych
rodzajach materiałów przegród zawarte w opracowaniu ITB: „Praca badawcza dotycząca
cieplno-wilgotnościowych właściwości użytkowych murów wykonanych z pustaków
ceramicznych, bloczków silikatowych i betonu komórkowego, zlecona przez firmę Związek
Pracodawców Ceramiki Budowlanej”.
Obliczenia przeprowadzono dla wszystkich wariantów budynku. W analizie
uwzględniono zarówno pionowe przegrody zewnętrzne budynku jak również pionowe
przegrody wewnętrzne. Założono, iż warstwy konstrukcyjne przegród wewnętrznych
w każdym wariancie zbudowane są z tego samego materiału, co warstwy konstrukcyjne
przegród zewnętrznych. Dla ścian wewnętrznych budynku założono 12 cm warstwę
konstrukcyjną wraz z dwoma warstwami tynku cementowo-wapiennego o grubości 1,5 cm.
Pozostałe grubości przegród przyjęto zgodnie z wcześniejszymi założeniami przedstawionymi
w punkcie 4.1. Obliczone objętości ścian zewnętrznych i wewnętrznych o grubościach
występujących w opracowaniu przestawiono w tabeli 13.
13
Tabela 13. Objętość ścian zewnętrznych i wewnętrznych dla wariantów występujących w opracowaniu.
typ ścian i grubość warstwy
konstrukcyjnej bez tynków
objętość ścian
zewnętrzne - 0,24m
wewnętrzne - 0,12m
zewnętrzne - 0,48m
zewnętrzne - 0,44m
m3
48,15
24,30
93,11
85,61
Konieczną do usunięcia wilgoć obliczono oddzielnie dla przegród zewnętrznych oraz
przegród wewnętrznych, przy założeniu jednakowego procesu stabilizacji zawartości wilgoci
w materiale. Wyniki obliczeń dla poszczególnych wariantów zostały przedstawione
w tabelach 14-16.
Tabela 14. Masa wilgoci do usunięcia dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi.
materiał konstrukcyjny
przegrody
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
ilość wilgoci do usunięcia [kgH2O]
przegrody zewnętrzne
przegrody wewnętrzne
suma
6915,40
225,08
2166,46
3628,43
113,60
1545,53
10543,82
338,69
3711,99
Tabela 15. Masa wilgoci do usunięcia dla wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi.
przegrody
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
7077,33
451,13
2388,01
3701,76
227,69
1 672,86
suma
10779,10
678,82
4060,87
Tabela 16. Masa wilgoci do usunięcia dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi spełniającymi
wymagania WT2014.
przegrody
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
13257,68
3628,43
400,25
113,60
suma
16886,11
513,85
Największą ilością wilgoci do usunięcia charakteryzują się przegrody z betonu
komórkowego. Wynika to z wysokiej początkowej zawartości wilgoci, która w czasie
eksploatacji zmniejsza się (w przypadku przegród ocieplonych ponad 16-krotnie,
14
a w przypadku przegród ocieplonych prawie 28-krotnie). Najmniejszy potencjał do
wysychania mają przegrody z pustaków ceramicznych. Charakteryzują się one niską
początkową zawartością wilgoci, która tylko w małym stopniu zmniejsza się w okresie
eksploatacji. Można zauważyć również, że przegrody ocieplone charakteryzują się większą
ilością wilgoci do usunięcia, niż przegrody nieocieplone wykonane z tych samych
materiałów. Największą ilością wilgoci do usunięcia charakteryzuje się przegroda z betonu
komórkowego bez ocieplenia o grubości 0,48 m, co wynika z opisanych wcześniej cech
materiału oraz jego grubości.
Na wykresach 4-6 przedstawiono graficzną wizualizację wyników.
Wykres 4. Masa wilgoci do usunięcia z przegród pionowych budynku dla wariantu z przegrodami
nieocieplonymi
15
ocieplonymi
Ilość wilgoci do usunięcia
z przegród pionowych budynku
18000,00
16000,00
14000,00
12000,00
10000,00
8000,00
6000,00
4000,00
2000,00
0,00
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014
W każdym wariancie większą ilość wilgoci do usunięcia obserwuje się w przegrodach
zewnętrznych budynku. Wynika to bezpośrednio z ich objętości, która w każdym
z analizowanych wariantów jest większa od objętości ścian wewnętrznych. W przypadku
budynku z betonu komórkowego wilgoć ze ścian zewnętrznych stanowi odpowiednio 65,6%
wilgoci do usunięcia z pionowych przegród budowlanych budynku dla ścian bez ocieplenia
i 65,7% dla ścian z ociepleniem. Dla budynku z bloczków silikatowych wilgoć ze ścian
zewnętrznych stanowi 58,4% (dla ścian nieocieplonych) i 58,8% (dla ścian ocieplonych).
W przypadku wariantów budynku ze ścianami zewnętrznymi bez ocieplenia, spełniającymi
wymagania zawarte w warunkach technicznych - WT2014, wilgoć ze ścian zewnętrznych
16
z betonu komórkowego stanowi 78,8% całkowitej wilgoci do usunięcia, a dla przegród
z pustaków ceramicznych 77,9%.
Na podstawie ilości wilgoci do usunięcia każdego wariantu budynku, obliczono jaką
ilość energii należy dostarczyć w pięcioletnim okresie eksploatacji przy założeniu jej
odparowania. W tym celu wykorzystano wartość ciepła parowania wody w temperaturze
20°C, która wynosi 2451,3 kJ/kgH2O. Wyniki przedstawiono w tabelach 17-19.
Tabela 17. Ilość energii potrzebna do odparowania wilgoci z przegród pionowych dla wariantu budynku z
przegrodami nieocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
energia potrzebna do odparowania wilgoci [kWh]
suma
4708,81
153,26
1475,18
2470,66
77,35
1052,38
7179,46
230,62
2527,55
przegrodami ocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
suma
4819,07
307,18
1626,03
2520,59
155,04
1139,08
7339,67
462,22
2765,11
przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
suma
9027,37
2470,66
11498,03
272,54
77,35
349,89
Ilość energii niezbędnej do odparowania wilgoci w ciągu pięciu lat eksploatacji
budynku odpowiada bezpośrednio ilości wilgoci do usunięcia z poszczególnych typów
przegród w każdym z wariantów. Najwięcej energii do odparowania wilgoci należy
doprowadzić w przypadku budynku z przegrodami z betonu komórkowego. Najmniej dla
budynku którego przegrody wykonane są z pustaków ceramicznych.
17
4.3 Określenie wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię
pierwotną.
Dla każdego wariantu budynku policzono wartość wskaźnika EP. W tym celu przyjęto
następujące założenia dotyczące budynku:
- ciepła woda użytkowa przygotowywana w kotle gazowym. Przyjęto następujące
sprawności instalacji:
- sprawność wytwarzania ciepła: 85%,
- sprawność przesyłu i dystrybucji: 80%,
- sprawność układu akumulacji: 85%,
- moce urządzeń pomocniczych w instalacjach centralnego ogrzewania oraz
przygotowania ciepłej wody użytkowej:
- pompy obiegowe ogrzewania: 0,3W/m2
- napęd pomp i regulacja kotła do ogrzewania: 0,5 W/m2
- pompa ładująca zasobnik ciepłej wody użytkowej: 0,25 W/m2
- napęd pomocniczy i regulacja kotła do podgrzewu ciepłej wody: 1,4 W/m2
- budynek wyposażony w instalację fotowoltaiczną na dachu o mocy 2,7kW, zajmującą
powierzchnię 16m2, dostarczającą w ciągu roku 2575 kWh energii elektrycznej.
Sprawność instalacji centralnego ogrzewania podano w punkcie 3.
Wykorzystując powyższe założenia, obliczono wskaźniki EP każdego z wariantów
budynku. Wymagany wskaźnik EP budynku nowego jednorodzinnego według WT2014
to 120 kWh/m2rok. Wyniki obliczeń przestawiono w tabelach 20-22.
Tabela 20. Wskaźniki rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną wariantu budynku
z przegrodami nieocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
wskaźnik rocznego zapotrzebowania na
nieodnawialną energię pierwotną [kWh/(m2·rok)]
Rok
1
2
3
4
5
197,79
160,36
156,10
156,10
156,10
278,89
279,36
264,91
264,91
264,91
545,62
531,02
525,66
526,02
525,89
18
z przegrodami ocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
nieodnawialną energię pierwotną [kWh/m2·rok]
Rok
1
2
3
4
5
105,31
103,07
101,75
101,15
101,08
107,65
107,53
107,53
107,53
107,53
111,96
111,84
111,78
111,76
111,76
z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
nieodnawialną energię pierwotną [kWh/m2·rok]
rok
1
2
3
4
5
138,43
118,08
115,82
115,82
115,82
122,82
123,06
118,92
118,92
118,92
Warianty budynku z przegrodami ocieplonymi oraz nieocieplonymi o grubości
pozwalającej spełnić wymagania WT2014, po ustabilizowaniu się wilgotności przegród
spełniają warunek maksymalnego wskaźnika EP.
4.4 Określenie kosztów ogrzewania budynku
Znając wartości zapotrzebowania na energię końcową na potrzeby ogrzewania budynku
w kolejnych latach eksploatacji, a także ilość energii potrzebnej do odparowania wilgoci
w ciągu pięciu lat eksploatacji policzono koszty eksploatacyjne związane z ogrzewaniem
budynku i usunięciem wilgoci w kolejnych latach.
Założono średnią cenę gazu ziemnego w wysokości 0,21 zł/kWh, zgodnie z danymi na
temat średniej ceny gazu dla gospodarstw domowych w Polsce w 2014 roku według
Eurostatu.
Wyniki dotyczące kosztów ogrzewania budynku w pięcioletnim okresie
eksploatacyjnym bez uwzględnienia kosztów związanych z usunięciem wilgoci z przegród
pionowych przedstawiono w tabelach 23-25.
19
Tabela 23. Koszty ogrzewania budynku w kolejnych latach dla wariantu budynku z przegrodami
nieocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
koszty ogrzewania budynku [zł/rok]
rok
1
2
3
4
5
3432,83 2500,30 2394,11 2394,11 2394,11
5453,32 5465,10 5105,16 5105,16 5105,16
12098,50 11734,72 11601,37 11610,35 11606,99
ocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
rok
1
2
3
4
5
1128,77 1072,95 1040,03 1025,20 1023,46
1187,13 1184,25 1184,04 1184,04 1184,04
1294,55 1291,52 1290,07 1289,51 1289,46
nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
rok
1
2
3
4
5
1953,97 1447,07 1390,58 1390,58 1390,58
1564,94 1571,16 1467,86 1467,86 1467,86
Dodatkowo uwzględniono koszty związane z dostarczaniem energii do odparowania wilgoci.
W tabelach 26-28 przedstawiono sumę kosztów ogrzewania w ciągu pięciu lat eksploatacji
oraz koszty odprowadzenia wilgoci w poszczególnych wariantach.
Tabela 26. Koszty ogrzeawnia oraz koszty odprowadzenia wilgoci w ciagu pięciu lat eksploatacji dla
wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
ogrzewania
13 115,45
26 233,91
58 651,93
20
koszty [zł]
usunięcia wilgoci
1 507,69
48,43
530,79
suma
14 623,13
26 282,34
59 182,72
wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi warstą styropianu.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
ogrzewania
5 290,40
5 923,51
6 455,11
koszty [zł]
usunięcia wilgoci
1 541,33
97,07
580,67
suma
6 831,73
6 020,58
7 035,78
wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniajacymi wymagania WT2014.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
ogrzewania
7 572,77
7 539,67
koszty [zł]
usunięcia wilgoci
2 452,37
73,48
suma
10 025,14
7 613,15
W wariantach budynku z przegrodami nieocieplonymi o takiej samej grubości,
najniższym kosztem ogrzewania cechuje się budynek z przegrodami z betonu komórkowego.
Jednocześnie charakteryzuje się najwyższym kosztem usunięcia wilgoci z przegród. Dobre
właściwości cieplne tego materiału sprawiają, że sumarycznie koszty eksploatacyjne są niższe
od kosztów ogrzewania budynków, w których zastosowano pustaki ceramiczne oraz bloczki
silikatowe.
W wariantach budynku z przegrodami ocieplonymi zauważyć można, iż decydujący
wpływ na koszty całkowite mają koszty usunięcia wilgoci z przegród. Budynek z betonu
komórkowego z ociepleniem, mimo, że charakteryzuje się najmniejszymi kosztami
ogrzewania, sumarycznie jest droższy w eksploatacji od budynku, którego przegrody
zbudowane są z pustaków ceramicznych. Jest to spowodowane wysokimi kosztami usunięcia
wilgoci z przegród z betonu komórkowego.
W przypadku budynku w którym przegrody wykonane są z betonu komórkowego
i pustaków ceramicznych o grubości pozwalającej spełnić wymagania WT2014, większymi
kosztami eksploatacyjnymi związanymi z ogrzewaniem budynku i usuwaniem wilgoci
charakteryzuje się budynek z przegrodami z betonu komórkowego. Mają na to wpływ
zarówno większa grubość przegrody jak i gorsze właściwości izolacyjne w pierwszym roku
eksploatacji.
4.5 Określenie ilości wilgoci usuwanej w sezonie grzewczym w ciągu pięciu lat
eksploatacji.
Wykorzystując wykresy przebiegu wysychania poszczególnych rodzajów przegród
zwarte w opracowaniu ITB, określono jaka ilość wilgoci usuwana jest z budynku w sezonach
grzewczych w ciągu pięciu lat eksploatacji. Wyniki przedstawiono w tabelach 29-31.
21
Tabela 29. Ilość wilgoci usuwana z przegród pionowych w sezonach grzewczych dla wariantu budynku
z przegrodami nieocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
ilość wilgoci usuwana w
sezonie grzewczym [kgH2O]
8007,08
318,54
2210,55
całkowita usuwana
wilgoć [kgH2O]
10543,82
338,69
3711,99
Tabela 30. Ilość wilgoci usuwana z przegród pionowych w sezonach grzewczych dla wariantu budynku
z przegrodami ocieplonymi.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
bloczki silikatowe
7861,40
657,09
2139,88
całkowita usuwana
wilgoć [kgH2O]
10779,10
678,82
4060,87
Tabela 31. Ilość wilgoci usuwana z przegród pionowych w sezonach grzewczych dla wariantu budynku z
przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014.
beton komórkowy
pustaki ceramiczne
13183,49
482,76
całkowita usuwana
wilgoć [kgH2O]
17150,37
513,85
W przypadku budynku o przegrodach zewnętrznych nieocieplonych, największa ilość
wilgoci w sezonie grzewczym usuwana jest przy zastosowaniu przegród pionowych z betonu
komórkowego. Stanowi ona 76% całkowitej ilości wilgoci usuwanej w rozpatrywanym
okresie eksploatacji. Dla budynku z pustaków ceramicznych suma wilgoci usuwanej
w kolejnych sezonach grzewczych jest najmniejsza, ale stanowi aż 94% całkowitej usuwanej
wilgoci w ciągu pięciu lat. Przy zastosowaniu bloczków silikatowych wilgoć usuwana
w sezonach grzewczych stanowi 60% całkowitej usuwanej wilgoci z pionowych przegród
budynku.
Dla budynków z przegrodami ocieplonymi mimo większej ilości usuwanej wilgoci
w ciągu pięciu lat eksploatacji wilgoć usuwana w okresie grzewczym w przypadku budynku
z przegrodami z betonu komórkowego stanowi 73% całkowitej usuwanej wilgoci. Podobnie
procent wilgotności usuwanej w sezonie grzewczym w przypadku budynku z bloczków
silikatowych spada do 53% w porównaniu do budynku z przegrodami nieocieplonymi. Tylko
w przypadku budynku z pustaków ceramicznych wartość ta rośnie do 97%.
W przypadku budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania zawarte
w warunkach technicznych - WT2014, proces schnięcia odpowiada procesowi schnięcia
przegród nieocieplonych. Mimo większej ilości usuwanej wilgoci w sezonie grzewczym, jej
22
procent w stosunku do całkowitej usuwanej wilgoci z przegród odpowiada wynikom dla
budynku z przegrodami nieocieplonymi.
Te różnice w udziale procesu suszenia w sezonie grzewczym do całkowitej ilości wilgoci
usuwanej w ciągu pięciu lat wynikają z różnie rozkładającego się w czasie procesu schnięcia
w przypadku budynków z poszczególnymi poszczególnych rodzajów przegród. Dla budynku
z pustaków ceramicznych najszybszy proces suszenia obserwujemy w ciągu pierwszych
pięciu miesięcy od rozpoczęcia eksploatacji budynku. W przeprowadzonej analizie jako czas
rozpoczęcia eksploatacji założono 1 stycznia. W związku z tym najintensywniejszy proces
suszenia obserwujemy w trakcie trwania sezonu grzewczego. Stąd ponad 90% wilgoci
usuwana jest w jego trakcie. Dla budynku z bloczków silikatowych dla których proces
suszenia trwa najdłużej, udział ilości wilgoci usuwanej w sezonie grzewczym do całkowitej
usuwanej wilgoci jest dużo mniejszy.
5
Podsumowanie i wnioski
W opracowaniu przeprowadzono obliczenia dotyczące zapotrzebowania na energię
końcową do potrzeb ogrzewania przykładowego budynku jednorodzinnego w ciągu pięciu lat
eksploatacji przy zastosowaniu pionowych przegród budowalnych z różnych materiałów, przy
uwzględnieniu zwartej w nich wilgoci w kolejnych latach. Wyznaczono również koszty
ogrzewania budynku w każdym z wariantów oraz koszty wysuszenia przegród. Dodatkowo
określono jaką ilość wilgoci przegrody budynku tracą w trakcie trwania kolejnych sezonów
grzewczych.
Z przeprowadzonej analizy wynika, iż można zaobserwować wpływ zawartości wilgoci
na zapotrzebowanie na energię budynku, a tym samym na koszty jego ogrzewania. Dla
budynków o przegrodach ocieplonych koszty ogrzewania są zbliżone, a główne znaczenie ma
koszt odprowadzenia wilgoci z przegród. W takim przypadku bardziej korzystne jest
stosowanie materiałów o niskiej początkowej zawartości wilgoci, by w początkowym okresie
eksploatacji nie tracić energii na ich suszenie. Dla wariantów budynku z przegrodami
nieocieplonymi, o grubości pozwalającej spełnić wymagania zawarte w rozporządzeniu
w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie WT2014, można dodatkowo zaobserwować jak duży wpływ na zapotrzebowanie na energię
do ogrzewania ma zawartość wilgoci w przegrodzie. Wyższa początkowa zawartość wilgoci
sprawia, iż w początkowym okresie przegroda z betonu komórkowego ma gorsze właściwości
cieplne od przegrody z pustaków ceramicznych, przez co zapotrzebowanie na energię jest
wyższe i rosną koszty ogrzewania. Dodatkowo wyższe koszty osuszenia przegrody sprawiają,
iż mimo docelowo jednakowych współczynników przenikania ciepła, całkowite koszty
związane z ogrzewaniem i osuszaniem przegród są o 24% niższe przy zastosowaniu przegród
z pustaków ceramicznych w porównaniu do przegród z betonu komórkowego.
23

Zużycie ciepła w domach przy zmiennym zawilgoceniu ścian

Transkrypt

Podobne dokumenty

OCENA STRAT ENERGII CIEPLNEJ W OKRESIE GRZEWCZYM

pochłaniacze wilgoci autodry - WORKI DO ODKURZACZY :: WORKI

Tani pochłaniacz wilgoci

Karta katalogowa produktu

Uszkodzenia na skutek zawilgocenia to jedna z najpoważniejszych

W związku z rozwojem firma FR Solutions Sp. z oo poszukuje osoby