Opracowanie świadectwa energetycznego metoda miesięczna
Transkrypt
Opracowanie świadectwa energetycznego metoda miesięczna
Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydział Budownictwa i Architektury Studia dzienne, specjalność BE, rok IV Konspekt do ćwiczeń Opracowanie świadectwa energetycznego metoda miesięczna budynek mieszkalny bez inst. chłodu Charakterystyka energetyczna budynku Rozpoznanie obiektu (wizja lokalna, dokumentacja projektowa) Zdefiniowanie celów użytkowych Budynek mieszkalny bez instalacji chłodu ogrzewanie i wentylacja (H) przygotowanie cwu (W) Obliczenia : ogrzewanie i wentylacja 1. Współczynniki przenikania ciepła U przegród budowlanych 2. Współczynniki strat ciepła przez przenikanie i wentylację 3. Miesięczne straty ciepła przez przenikanie i wentylację 4. Zyski ciepła (wewnętrzne i solarne) 5. Miesięczne i roczne zapotrzebowanie energii użytkowej na potrzeby ogrzewania i wentylacji 6. Długość trwania sezonu ogrzewczego 7. Roczne zapotrzebowanie energii końcowej do ogrzewania i wentylacji opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 1 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW przygotowanie cwu 8. Roczne zapotrzebowanie ciepła użytkowego do przygotowania ciepłej wody 9. Roczne zapotrzebowanie energii końcowej na potrzeby ciepłej wody energia pomocnicza w systemie co i cwu 10. Roczne zapotrzebowanie energii pomocniczej wskaźniki energetyczne i wartość referencyjna 11. Roczne zapotrzebowanie energii pierwotnej 12. Wskaźnika rocznego zapotrzebowania energię pierwotnej budynku 13. Wskaźnika rocznego zapotrzebowania energię końcowej budynku 14. Referencyjne zapotrzebowanie energii pierwotnej zgodnie z WT 2008 opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 2 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA – OBLICZENIA Zdefiniowanie granicy bilansowej budynku Zaznaczono na rysunkach kolorem, przegrody zestawiono w tablicy. 2.1. Charakterystyki termiczne przegród ograniczających kubaturę o regulowanej temperaturze wg opisu technicznego Obliczenia charakterystyki energetycznej Współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez obudowę budynku Wzór H tr = ∑ btr ,i ⋅ Ai ⋅ U i + ∑ l i ⋅ψ i , W/K i i H tr ,GF = 0,6 ⋅ (137,2 ⋅ 0,271 + 48,435) = 51,369 W / K Lp. Przegroda Ak,e, m2 Uk,e, W/(m2K) ∑l Htr, W/K btr,k --- ψ j ,e j ,e W/K 1. Podłoga na gruncie 137,2 0,271 48,435 0,6 51,369 2. Ściana zewnętrzna 164,0 0,317 15,808 1 67,796 3. Okna 13,36 1,22 --- 1 16,299 4. Okna połaciowe 4,37 1,116 --- 1 4,876 5. Luksfery 1,92 2,78 --- 1 5,338 6. Drzwi zewnętrzne 2,40 1,8 --- 1 4,320 7. Strop nad wejściem 3,92 0,11 --- 1 0,431 8. Dach 143,68 0,23 2,798 1 35,844 9. Strop podwieszony piętra 32,23 0,23 -0,632 0,7 4,747 Razem 191,022 Bilans mostków termicznych: Element Mostek cieplny Typ Mostek w ψe przegrodzie mostka W/(m.K) Ściana Ściana Narożnik wypukły C1 -0,05 C5 0,05 zewnętrzna zewnętrzna Narożnik wklęsły Ściana IW1 0 wewnętrzna Strop IF1 0 międzykond. dach R9 -0,05 Strop na !!! btr<1 R9 ½ (-0,05) jętkach -podział mostka opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz le ψei.le m W/K 6x3,77= 22,62 -1,131 7,54 0,377 0 0 43,0 2x2,27=4,54 -2,15 -0,114 3 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW pomiędzy ścianę i strop Podłoga na !!! btr< GF* gruncie Podział kostka między ścianę i podłogę Można przyjąć GF5, ale założono wartość z EUROKOBRY Okna pietra Nadproże, wg ITB W** Podokiennik, wg W** ITB Ościeże, wg ITB W** Okna parteru Nadproże+ kaseta W*** Podokiennik / próg ościeże luksfery Nadproże Ościeże podokiennik Nadproże Drzwi zewnętrzne Ościeże próg Podłoga na gruncie Sufit na jętkach Ściana zewnętrzna Ściany wewnętrzne działowe i nośne Ściana zewnętrzna Połać dachowa komin Połać dachowa Strop na jętkach Okna połaciowe komin ½ 0,5 49,74 12,435 0,06 0,07 4 4 0,24 0,28 0,05 0,22 0,07 0,05 0,06 0,05 0,07 0,06 0,05 0,07 6,4 11,4 11,4 25,8 0,80 9,6 0,80 1 4,8 1 Razem 49,74 0,32 2,508 0,798 1,29 0,048 0,48 0,057 0,06 0,24 0,07 15,808 12,435 Domknięcie detalu GF* ½ 0,5 Z uwagi na podobieństwo rozwiązania B3 IF3 IW3 0,90 Domknięcie detalu R9 ½ (-0,05) Przez podobieństwo !! podział detalu z połacią dachową Przez podobieństwo C4 ½ (-0,15) 29,3 -2,198 B4 IF4 0,70 2,4 1,68 Domknięcie detalu Podobieństwo rozwiązania 40 36,0 Razem 48,435 2x2,27=4,54 -0,114 Razem -0,632 29,3 -2,198 C4 ½ (-0,15) W4 0,15 17,44 2, 616 B4 IF4 0,70 3,4 2,38 Razem 2,798 opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 4 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW Współczynnik strat ciepła na wentylację H Ve = ρ a ⋅ c a ∑ (bve ,k ⋅ Vve,k ,mn ) , W/K Zał.5, wz. 1.16 k Budynek bez próby szczelności Stąd strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności Vinf = 0,2 ⋅ (kubatura wentylowana ) 483,39 = 0,2 = 0,027 m3/s 3600 3600 Zał., wz.1.22 - kubatura wewnętrzna: 483,39 m3 Obliczeniowy strumień powietrza wentylacyjnego (wg PN-83/B-03430 + zmiana z 2000 r.): pomieszczenie z kotłem 70 m3/h kuchnia 70 wydzielony ustęp 30 łazienka parter 50 łazienka piętro 50 składzik bez okna 15 suma: 285 m3/h = 0,079 m3/s Wentylacja naturalna stąd współczynniki korekcyjne dla strumieni k dla strumienia projektowanego Vo bve,1= 1 bv,2= 1 dla strumienia powietrza infiltrującego Współczynnik strat ciepła na wentylację H Ve = 1200(1 ⋅ 0,027 + 1 ⋅ 0,079 ) = 127,2 W K Straty ciepła przez przenikanie i wentylację QH ,ht = Qtr + Qve , kWh/m-c Qtr = H tr (θ int, H − θ e ) t M ⋅ 10 −3 , Zał.5, wz. 1.11 kWh/m-c Qve = H ve (θ int, H − θ e ) t M ⋅ 10 −3 , kWh/m-c łączny współczynnik strat ciepła przez wentylację i przenikanie przez przegrody budowlane (można zsumować wartości ponieważ system co podgrzewa również powietrze wentylacyjne w wentylacji grawitacyjnej) H = H tr + H ve = 191,022+127,20=318,222 W/K Temperatura obliczeniowa w strefie: ∑s Af ,s ⋅θint,s,H 207,45 ⋅ 20 + 11,75 ⋅ 24 = = 20,2 oC θint, H = 219,20 ∑ A f ,s Zał.6, wz. 2.16 s +20oC (powierzchnia pomieszczeń): (11,60+9,60+30,35+6,7+10,20+9,50+3,45+2,25+10,05) parter opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 5 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW (3,50 + 3,05) parter – doprowadzono w obliczeniach do temp. 20oC, aby utworzyć 1 strefę obliczeniową (9,00+18,95+37,45+10,60+31,20) piętro =207,45 m2 +24oC (powierzchnia pomieszczeń): (6,10+5,65)=11,75 m2 Af = 219,20 m2 Temperatura powietrza zewnętrznego (średnia miesięczna): Lokalizacja Szczecin www.mi.gov.pl -> typowy rok meteorologiczny: Szczecin Dąbie, m-c styczeń: θ e = 1,1 0C Liczba godzin w m-c styczniu t M = 31 x 24 = 744 h Straty ciepła przez przenikanie i wentylację w miesiącu styczniu: kWh QH ,ht ,styczeń = 318,222(20,2 − 1,1) 744 ⋅10 −3 = 4522,061 m−c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Zyski ciepła QH , gn = Qsol + Qint Solarne zyski ciepła Qsol = QS1 + QS 2 QS 1 / S 2 = ∑ Ci ⋅ Ai ⋅ g ⋅ I ⋅ Z ⋅ kα Oszklenie zespolone z wypełnieniem gazem szlachetnym, bez powłok niskoemisyjnych Okna pionowe orientacja Ai Ci g kα Z Ai Ci g kα Z Okna połaciowe orientacja Ai Ci g kα Z Ai Ci g kα Z N 3,15 0,7 0,75 1 1 1,65 m2 E 1,65+1,92 0,7+0,9 0,75+0,50 1 0,95 1,64 S 8,20 0,7 0,75 1 1 4,31 W 11,10 0,7 0,75 1 0,95 5,54 N 2,18 0,7 0,75 1,29 1 1,48 E ------------- S 2,18 0,7 0,75 1,1 1 1,26 W ------------- opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 6 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW Łącznie człon (Ai Ci g kα Z) od okien pionowych i połaciowych orientacja N E S 1,65+1,48=3,13 1,64 5,57 Σ(Ai Ci g kα Z) W 5,54 Natężenie promieniowania słonecznego, m-c styczeń I_N_90 styczeń: 19,146 kWh/(m2m-c) I_E_90 styczeń: 20,900 I_S_90 styczeń: 35,194 I_W_90 styczeń: 20,157 Zyski solarne w miesiącu styczniu: Qsol ,styczeń = (3,13 ⋅19,146 )N + (1,64 ⋅ 20,900)E + (5,57 ⋅ 35,194 )S + (5,54 ⋅ 20,157)W = 401,910 kWh m−c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Wewnętrzne zyski ciepła Qint = qint ⋅ A f ⋅ t M ⋅ 10 −3 , kWh/m-c 2 qint= 3 W/m tabl. 10, Zał.5, średnia wartość z zakresu Af = 219,20 m2 Wewnętrzne zyski ciepła w miesiącu styczniu: Qint = 3 ⋅ 219,20 ⋅ 744 ⋅10 −3 = 489,254 kWh /(m − c) Całkowite zyski ciepła w m-c styczniu: QH , gn = 489,254+401,910=891,164 kWh/m-c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Miesięczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania i wentylacji QH ,nd ,n = QH ,ht − η H , gn QH , gn , kWh/m-c wewnętrzna pojemność cieplna strefy budynku lub całego budynku C m = ∑ χ j A j = ∑∑ (ρ ij ⋅ cij ⋅ d ij ⋅ A j ) , J/K j i ............................................................................... WARIANT 1 – metod uproszczona, wg PN-EN ISO 13790:2009 dla konstrukcji lekkiej stropu (ciężar < 300 kg/m2) Cm = 110000 A f Cm = 110 000 ⋅ 219,20 = 24.112.000 J / K (do uzupełnienia metod pełna) opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 7 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW Stała czasowa dla strefy budynku lub całego budynku Cm τ= h Zał.5, wz. 1.10.2 3600(H tr + H vej ) τ= 24.112.000 = 21 h 3600(318,222 ) Parametr numeryczny a H = a H ,0 + τ τ H ,0 21 = 2,4 15 aH = 1 + Stosunek zysków do strat ciepła Q Q + Qint γ H = H , gn = S QH , ht QH , ht w m-u styczniu: 891,164 γ H ,styczeń = = 0,197 4522,061 Współczynnik efektywności wykorzystania zysków w trybie ogrzewania - gdy stosunek zysków ciepła do strat jest różny od jedności: 1 − γ Ha H 1 − γ Ha H +1 η H , gn = dla γH = QH , gn QH ,ht ≠ 1, w m-u styczniu: η H , gn = 1 − 0,197 2 , 4 = 0,984 1 − 0,197 2 , 4 +1 Zapotrzebowanie energii użytkowej na cele ogrzewania i wentylacji QH ,nd ,n = QH ,ht − η H , gn QH , gn , kWh/m-c w m-u styczniu: QH ,nd ,styczeń = 4522,061 − 0,984 ⋅ 891,164 = 3645,156 kWh / m − c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Roczne zapotrzebowanie energii użytkowej do ogrzewania i wentylacji QH,Nd = 19.757,217 kWh/rok Roczne zapotrzebowanie energii końcowej na cele ogrzewania i wentylacji Q QK ,H = H ,nd kWh/a η H ,tot Średniosezonowa sprawność systemu ogrzewania η H ,tot = η H , g ⋅η H ,s ⋅η H ,d ⋅η H ,e = 1⋅1⋅ 0,98 ⋅ 0,99 = 0,970 ηH,g ηH,s ηH,d ηH,e = 1 – kocioł gazowy kondensacyjny, nowy, do 50kW, Tab.5, poz. 19 = 1 – brak bufora, Tabl. 4.2, poz.5 = 0,98 – nowa instalacja, dobra izolacyjność przewodów, Tab. 4.1, poz.3 = 0,99 – nowy kocioł i instalacja – górny zakres, Tabl.2, poz. 7 opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 8 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW QH ,nd QK ,H = η H ,tot = 19.757,271 = 20.368,321 kWh / rok 0,970 Długość trwania sezonu ogrzewczego 12 LH = ∑ f H ,m m =1 graniczny udział potrzeb cieplnych budynku a +1 γ H ,lim = H aH Wartość γH na początku miesiąca γ H ,m , p = γ H ,m−1 + γ H ,m 2 w m-u styczniu: Wartość γH na końcu miesiąca γ H ,m ,k = γ H ,m + γ H ,m+1 2 w m-u styczniu: Oznaczenie: γ H ,1 = min (γ H ,m, p ; γ H ,m ,k ) γ H , 2 = max (γ H ,m , p ; γ H ,m,k ) Względna długość czasu ogrzewania w m-tym miesiącu ………………………… f H , m = 1 - należy do sezonu ogrzewczego .……………………….. f H , m = 0 - poza sezonem ogrzewczym długość trwania sezonu w m-u ….. fH,m= długość trwania sezonu w m-u ….. fH,m= Roczne zapotrzebowanie ciepła użytkowego na przygotowanie ciepłej wody VCWi ⋅ Li ⋅ cW ⋅ ρW ⋅ (θ CW − θ O ) ⋅ kt ⋅ tUZ kWh/rok 3,6 ⋅10 6 VCWi = 35 dm3/(osoba doba) Li = 5 osób cw = 4,19 kJ/(kg K) 3 ρw =1000 kg/m o θCW = 55 C o θO =10 C kt = 1 tUZ = 365-10% 365=328,5 dnia QW ,nd = opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz Zał.5, wz. 1.29 9 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW QW ,nd = 35 ⋅ 5 ⋅ 4,19 ⋅1000 ⋅ (55 − 10 ) ⋅1 ⋅ 328,5 = 3010,908 kWh / rok 1000 ⋅ 3600 Roczne zapotrzebowanie energii końcowej na potrzeby przygotowania ciepłej wody Q 3010,908 QK ,W = W ,nd = = 5514,484 kWh/a ηW ,tot 0,546 średnia sezonowa sprawność całkowita systemu przygotowania ciepłej wody ηW ,tot = ηW , g ⋅ηW ,d ⋅ηW ,s ⋅ηW ,e = 0,546 ηW,g ηW,d ηW,s ηW,e =0,91 – kocił kondensacyjny nowy, Tabl.12, poz. 7 = 0,6 – budynki jednorodzinne, brak cyrkulacji, Tabl.13.1, poz.3 = 1 –brak zasobnika ciepłej wody = 1 – stała wg metodologii Roczne zapotrzebowanie energii pomocniczej Eel , pom ,H = ∑ qel ,H ,i ⋅ A f ⋅ tel ,i ⋅10 −3 kWh/a i E el , pom ,V = ∑ q el ,V ,i ⋅ A f ⋅ t el ,i ⋅ 10 −3 kWh/a i Eel , pom ,W = ∑ qel ,W ,i ⋅ A f ⋅ tel ,i ⋅10 −3 kWh/a i qel,H,1 tel,1 qel,V,i tel,i qel,W,i tel,i =0,45 W/m2 pompa obiegowa co, 0,45 – sterownik kotła = 5500 h 2200 h ------= 1,25 W/m2 sterownik kotła – cwu latem = 275 h Eel , pom ,H = 0,45(5500 + 2200) ⋅ 219,20 / 1000 = 759,528 kWh / rok Eel , pom ,W = 1,25 ⋅ 275 ⋅ 219,20 / 1000 = 75,35 kWh / rok Roczne zapotrzebowanie energii pierwotnej na ogrzewanie i wentylację oraz przygotowania ciepłej wody QP = QP ,H + QP ,W kWh/rok QP , H = wH ⋅ QK , H + wel ⋅ E el , pom , H , kWh/rok QP ,W = wW ⋅ QK ,W + wel ⋅ E el , pom ,W kWh/rok nośniki energii: - ogrzewanie + wentylacja: gaz ziemny wi = 1,1 - ciepła woda użytkowa: gaz ziemny wi = 1,1 - wspomaganie – energia elektryczna wel = 3 QP ,H = 1,1 ⋅ 20.368,321 + 3 ⋅ 759,528 = 24.683,737 kWh/rok QP ,W = 1,1 ⋅ 5514,484 + 3 ⋅ 75,35 = 6291,982 kWh/rok opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 10 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW Wskaźnik rocznego zapotrzebowania energii pierwotnej budynku Q EP = P kWh/(m2 rok) Af EP = Zał.5, wz. 1.1 24.683,737 + 6291,982 kWh = 141,313 2 219,20 m rok Wskaźnik rocznego zapotrzebowania energii końcowej budynku QK , H + QK ,W EK = kWh/(m2 rok) Af EK = 20.368,321 + 5514,484 kWh = 118,078 2 m rok 219,20 Wartość referencyjna zapotrzebowania energii pierwotnej budynku wg WT2008 Współczynnik kształtu budynku ocenianego Wskaźnik referencyjny zapotrzebowania energii pierwotnej na pokrycie celów użytkowych opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 11 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW Obliczeniowe zapotrzebowanie na energię 2 Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię końcową [kWh/(m rok)] Nośnik energii Ogrzewanie Ciepła woda Urządzenia 1) i wentylacja pomocnicze 1) Suma łącznie z chłodzeniem pomieszczeń Podział zapotrzebowania na energię 2 Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię użytkową [kWh/(m rok)] Ogrzewanie Ciepła woda Urządzenia 1) i wentylacja pomocnicze Wartość Suma 2 [kWh/m rok)] Udział [%] 2 Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię końcową [kWh/(m rok)] Ogrzewanie Ciepła woda Urządzenia 1) i wentylacja pomocnicze Wartość Suma 2 [kWh/m rok)] Udział [%] 2 Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię pierwotną [kWh/(m rok)] Ogrzewanie Ciepła woda Urządzenia 1) i wentylacja pomocnicze Wartość Energia 1) pomocnicza 2 [kWh/m rok) Udział [%] Sumaryczne roczne jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię: ● pierwotną 2 kWh/(m rok) opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 12 Konspekt do wykładu/ ćwiczeń – CERTYFIKACJA ENEREGTYCZNA BUDYNKÓW Roczne zapotrzebowanie energii użytkowej na cele ogrzewania i wentylacji budynku Lp. 1 miesiąc θint,H I 20,2 II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 2 θe 1,1 -0,2 4,0 7,8 12,7 15,9 17,6 17,5 13,9 8,0 4,9 2,0 3 tM 744 672 744 720 744 720 744 744 720 744 720 744 4 5 6 7 8 I_N_90 I_E_90 I_S_90 I_W_90 QH,ht 19,146 21,630 45,615 64,219 83,822 94,990 97,622 83,993 54,912 34,942 19,426 19,041 20,900 28,597 51,594 76,523 106,130 108,987 111,332 95,622 61,415 38,946 20,642 19,041 35,194 49,963 62,658 86,195 107,687 109,192 110,249 108,201 69,993 54,862 30,677 21,341 21,157 25,971 49,746 80,434 98,819 108,217 106,791 96,416 60,350 39,487 20,981 19,091 4362,442 3835,466 2841,086 1775,679 985,215 615,665 639,244 1443,450 2888,437 3505,530 4308,980 4522,061 9 QSol 401,910 536,774 851,987 1252,214 1583,690 1686,469 1693,850 1556,542 996,790 697,579 381,762 315,459 10 Qint 489,254 441,907 489,254 473,472 473,472 489,254 473,472 489,254 11 QH,gn 891,164 978,681 1341,241 1725,686 2072,944 2159,896 2183,104 2045,796 1470,262 1186,833 855,234 804,713 12 γH 0,197 0,224 0,350 0,607 1,167 2,190 3,546 3,200 0,984 0,411 0,244 0,187 13 γH,lim 14 γH,m,p 15 γH,m,k 16 fm 17 ηH,gn 0,984 0,978 0,946 0,855 0,650 0,416 0,272 0,299 0,712 0,927 0,974 0,985 18 QH,nd,n 3645,156 428,265 86,690 21,861 27,551 369,624 3404,837 2566,652 1365,624 489,254 473,472 489,254 489,254 1788,243 2672,532 3516,338 QH,nd = 19.757,271 kWh/rok opracowanie: dr inż., arch. Karolina Kurtz 13