energooszczędny segment - Baza Doradztwa Budowlanego

Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 1
______________________________________________________________________
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
Jeden z uŜytkowników serwisu BDB z Wrocławia przesłał projekt segmentu w
zabudowie szeregowej z takim oto komentarzem: „Kupiłem dom w zabudowie szeregowej
na razie jest stan surowy
zamknięty a ściany ocieplone
styropianem grubości 10 cm.
Chciałbym
osiągnąć
moŜliwie
najniŜszy
współczynnik
przenikania ciepła - tak aby
zapotrzebowanie
na
energię
2
spadło do 30 kWh/m rok (obecnie
wg deklaracji developera jest
ponoć 75). Chciałbym docieplić
istniejącą ścianę ale raczej od
wewnątrz, chyba Ŝe to w ogóle
niemoŜliwe lub bardzo szkodliwe
dla ściany to wtedy od zewnątrz. Proszę więc
o wykonanie analizy c-w dla tego budynku (z
naciskiem na 30 kWh, jeśli to moŜliwe). Z
izolacją dachu i posadzki nie ma problemu.
Mogę dać tyle izolacji ile będzie trzeba.
Fundamenty ocieplone 1m w głąb grubość
styropianu 5 cm. Przesyłam równieŜ
fotografie projektów oraz podaję link strony
developera tam są podane dane stolarki
okiennej. Jeśli wyniki będą zadowalające to
zamierzam namówić kilku sąsiadów tej
szeregówki na takie docieplenie.”
Tak więc, inwestor słysząc zewsząd
nawoływania
do
tworzenia
domów
energooszczędnych, postanowił (i słusznie)
swój segment przenieść do grupy domów o
super niskim zapotrzebowaniu na energię.
Trzeba przyznać, Ŝe segment mający zuŜycie
energii 75 kWh/m2 rok, pod tym względem
juŜ daje powody do zadowolenia.
Stan istniejący
Za stan istniejący przyjmuję zakres i
rozwiązania
zawarte
w
projekcie
budowlanym oraz zastosowane juŜ przy
budowie materiały, o których pisze pytający.
W pierwszej kolejności naleŜy obliczyć
wartości współczynników przenikania ciepła
w warunkach obliczeniowych.
1. Po obliczeniach współczynniki przenikania ciepła U wynoszą:
• ściany zewnętrzne: tynk gipsowy 15 mm, beton komórkowy 500 grub. 24 cm,
styropian 10 cm, warstwa zbrojona szpachlowa mineralna, wyprawa mineralna 2 mm
firmy KABE, farba akrylowa firmy SELENA, U = 0,24 W/m2K
• podłogi na gruncie: beton podkładowy 5 cm, folia, styropian FS-20 grub. 8 cm, beton
posadzki 10 cm, posadzka, U = 0,43 W/m2K
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 2
______________________________________________________________________
•
dach nad poddaszem uŜytkowym: płyta G-K, paroizolacja folia, wełna mineralna grub.
20 cm, U = 0,20 W/m2K
okna i drzwi zewnętrzne z drewna klejonego 2-szybowe, U = 1,2 W/m2K
drzwi wejściowe drewniane, U = 2 W/m2K
•
•
2. Ilość zamieszkałych osób: 3
3.
•
•
•
Instalacja c.o.:
kocioł 2-funkcyjny co/cwu gazowy kondensacyjny
sterowanie programatorem tygodniowym
ogrzewanie podłogowe
4.
•
•
•
Instalacja c.w.u.:
z zasobnikiem 150 l,
temp. maksymalna wody uŜytkowej +60 oC
temp. wody zimnej +10 oC
5. Poddasze: uŜytkowe
6. Ocieplenie fundamentów:
• od zewnątrz styropian XPS grub. 6 cm do ław
• od wewnątrz - brak.
Po
się
obliczeniach energetycznych (wariant A), struktura strat ciepła segmentu przedstawia
następująco:
ściany zewnętrzne
2,02 %
okna
14,19 %
podłoga
11,09 %
dach
9,19 %
okno dachowe
0,64 %
wentylacja
38,89 %
c.w.u.
23,99 %
Emisja CO2 wynosi 26,63 kg/m2 rok.
Uzyskany wskaźnik energetyczny EP tego segmentu w stanie projektowym wynosi 0,77 w
stosunku do domu modelowego wynikającego z aktualnych norm w Polsce. Daje to klasę
energetyczną D o zapotrzebowaniu energii wynoszącym 93 kWh/m2 rok, tj. w dolnym
zakresie klasy D.
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 3
______________________________________________________________________
Poprawa własności energetycznych przez docieplenie podłogi i dachu
Spróbujmy poprawić charakterystykę energetyczną tego segmentu, zmieniając
strukturę warstw podłogi na gruncie na następujący układ warstw (od spodu):
- beton podkładowy 10 cm,
- hydroizolacja polimerowo-bitumiczna grubości 2 mm,
- styropian EPS-200 grubości 15 cm,
- beton posadzki 7 cm,
oraz zmieniając strukturę warstw dachu na (od wewnątrz):
- płyta G-K,
- folia paroizolacyjna,
- wełna mineralna grubości 25 cm.
W przypadku podłogi uzyskuje się nową wartość U = 0,26 W/m2K, tj. niŜszą o 40 %, zaś
w przypadku dachu uzyskuje się nową wartość U = 0,16 W/m2K, tj. niŜszą o 20 %.
Zwiększamy takŜe rodzaj i grubość ocieplenia fundamentów na:
• od zewnątrz styropian XPS grub. 10 cm do ław,
• od wewnątrz styropian EPS-200 grub. 5 cm.
Pozostałe rozwiązania pozostawiamy bez zmian.
Po obliczeniach energetycznych (wariant B), struktura strat ciepła segmentu tym razem
przedstawia się następująco:
ściany zewnętrzne
2,15 %
okna
15,13 %
podłoga
7,15 %
dach
7,84 %
okno dachowe
0,68 %
wentylacja
41,47 %
c.w.u.
25,59 %
Emisja CO2 wynosi 24,17 kg/m2 rok (zmalała o 4 %).
Uzyskany lepszy wskaźnik energetyczny EP tego segmentu wynoszący 0,72 w stosunku
do domu modelowego wynikającego z aktualnych norm w Polsce. Daje to klasę
energetyczną C o zapotrzebowaniu energii wynoszącym 86 kWh/m2 rok, tj. w górnym
zakresie klasy C.
Poprawa własności energetycznych przez docieplenie podłogi i ścian
Spróbujmy teraz dalej poprawić charakterystykę energetyczną tego segmentu,
zmieniając na podłodze grubość styropianu EPS-200 na 20 cm, utrzymując ostatnie
rozwiązanie dachu oraz zmieniając strukturę warstw ściany zewnętrznej na (od
wewnątrz):
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 4
______________________________________________________________________
- tynk gipsowy 15 mm,
- beton komórkowy 500 grub. 24 cm,
- styropian 10 cm,
- warstwa zbrojona szpachlowa mineralna,
- wyprawa mineralna 2 mm firmy KABE,
- farba akrylowa firmy SELENA,
- dodatkowo styropian 10 cm,
- warstwa zbrojona szpachlowa mineralna,
- wyprawa mineralna 2 mm,
- farba silikonowa.
Utrzymujemy takŜe ostatnie rozwiązanie ocieplenia fundamentów. Pozostałe rozwiązania
pozostawiamy bez zmian.
W przypadku podłogi uzyskuje się nową wartość U = 0,20 W/m2K, tj. niŜszą o 54 % od
stanu istniejącego (0,43), zaś w przypadku ścian zewnętrznych uzyskuje się nową wartość
U = 0,16 W/m2K, tj. niŜszą o 33 % od stanu istniejącego (0,24).
Po obliczeniach energetycznych (wariant C), struktura strat ciepła segmentu tym razem
przedstawia się następująco:
ściany zewnętrzne
1,41 %
okna
15,50 %
podłoga
5,64 %
dach
8,03 %
okno dachowe
0,70 %
wentylacja
42,50 %
c.w.u.
26,22 %
Emisja CO2 wynosi 23,27 kg/m2 rok i zmalała o 13 % w stosunku do stanu istniejącego
(26,63).
Uzyskany wskaźnik energetyczny EP tego segmentu niewiele się poprawił i wynosi teraz
0,71 w stosunku do domu modelowego wynikającego z aktualnych norm w Polsce. Daje
to nadal klasę energetyczną C o zapotrzebowaniu energii wynoszącym 85 kWh/m2 rok, tj.
w tym samym zakresie klasy C.
Wnioski z badania charakterystyki energetycznej
1. Analizowany segment budynku po dodatkowych termoizolacjach, najwięcej ciepła
potrzebuje na wentylację (42 %), ciepłą wodę uŜytkową (ponad 26 %) oraz na
pokrycie strat ciepła przez stolarkę okienno-drzwiową (ponad 15 %). Straty ciepła
przez ściany zewnętrzne stanowią tylko ok. 2 %, podłogi na gruncie tylko ok. 5 % i
dach 8 %.
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 5
______________________________________________________________________
2. W stanie projektowym (wariant A) segment uzyskuje klasę energetyczną D o
wskaźniku 0,77. Daje to zmniejszenie zapotrzebowania energii o 23 % w stosunku do
domu o klasie odniesienia 1,0 i pozwala uzyskać zapotrzebowanie energii w wysokości
93 kWh/m2 rok.
3. Zastosowane w wariancie B zwiększenie ocieplenia podłogi styropianem do grubości
15 cm, ocieplenia fundamentu od zewnątrz styropianem grub. 10 cm i od wewnątrz
grub. 5 cm oraz dachu wełną mineralną do grubości 25 cm, pozwala uzyskać klasę
energetyczną C o wskaźniku 0,72. Daje to zmniejszenie zapotrzebowania energii o
kolejne 5 % i pozwala uzyskać zapotrzebowanie energii w wysokości 86 kWh/m2 rok.
4. Dalsza poprawa własności energetycznych domu poprzez zwiększenie grubości
ocieplenia ścian styropianem o kolejne 10 cm z wyprawą mineralną oraz farbą
silikonową, praktycznie nie zmienia klasy energetycznej segmentu i daje wskaźnik
0,71 (dalsze zmniejszenie zapotrzebowania energii o zaledwie 1 %).
Zapotrzebowanie energii wynosi 85 kWh/m2 rok. Wyklucza to celowość wprowadzania
dodatkowego docieplania ścian w segmencie w stosunku do stanu zrealizowanego.
Wniosek ten wynika z niskiego udziału strat ciepła przez przenikanie ścian (ok. 1,5 %)
w całości strat ciepła. Dalsze docieplanie podłóg oraz dachu takŜe jest niecelowe - z
tego samego powodu.
5. W przyszłości - jeśli będzie taka moŜliwość - celowa będzie wymiana stolarki okiennej
i drzwiowej na lepszą (o niŜszych współczynnikach przenikania ciepła U).
6. W celu uzyskania oszczędności w potrzebach energetycznych domu, celowe będzie
oszczędne gospodarowanie zuŜyciem ciepłej wody uŜytkowej, gdyŜ zapotrzebowanie
ciepła na jej cele wynosi aŜ ponad 26 % w całym zapotrzebowaniu energii dla
budynku. Celowe jest rozpatrzenie zastosowania instalacji solarnej do uzyskiwania
c.w.u., a nakłady inwestycyjne szybko się zwrócą uŜytkownikowi.
7. Z uwagi na najwyŜszy udział zapotrzebowania energii na cele wentylacji, wskazane
jest zastosowanie wentylacji mechanicznej w segmencie z uŜyciem rekuperatora
ciepła. Zastosowanie GWC moŜe mieć miejsce, ale pod warunkiem moŜliwie
najniŜszych kosztów inwestycyjnych oraz posiadania warunków terenowych przed
segmentem. Długość i średnica GWC musi być dobrana stosownie do potrzeb
energetycznych domu na cele wentylacji (V = 185 m3/h).
8. Całość niniejszej analizy została wykonana przy załoŜeniu, Ŝe system ociepleń ścian
zewnętrznych, podłóg oraz dachu został dobrany poprawnie, tj. z wykluczeniem
zawilgoceń przegród tracących ciepło z powodu skraplającej się wewnątrz nich pary
wodnej.
Analiza cieplno-wilgotnościowa ścian zewnętrznych
Podkreślić trzeba, Ŝe do obliczeń energetycznych segmentu przyjąłem załoŜenie, iŜ
wszystkie współczynniki przenikania ciepła przegród tracących ciepło mają niezmienioną
wartość przez cały rok. Stąd powstało zastrzeŜenie zawarte w p. 8, bowiem w
rzeczywistości tak nie jest i potrzebne jest sprawdzenie stanu wilgotnościowego tych
przegród.
Przyjrzyjmy się ścianom zewnętrznym. Jak wynika z obliczeń cieplno-wilgotnościowych
w stanie stacjonarnym (obliczeniowym) dla miasta Wrocławia, dla ścian segmentu
ocieplonych styropianem grub. 10 cm, z mineralną warstwą szpachlową zbrojoną siatką
szklaną, z wyprawą mineralną 2 mm firmy KABE, farbą akrylową firmy SELENA, uzyskuje
się następujące wartości fizyczne:
- wsp. przenikania ciepła U = 0,243 W/m2K
- gęstość strumienia ciepła q = 8,740 W/m2
- gęstość strumienia pary wodnej qv = 0,117 g/m2h
Jak wynika z interpretacji geometrycznej tych wyników obliczeń, występuje zagroŜenie
kondensacją pary wodnej w strefie SKs = 164 mm - obejmującej całą grubość styropianu
oraz ponad 6 cm muru z betonu komórkowego. Wskazuje to, iŜ nie jest to rozwiązanie
poprawne, bowiem kondensacja pary wodnej moŜe doprowadzić do powstania korozji
biologicznej ścian (szczególnie od strony północnej) oraz moŜe wpływać na pogorszenie
własności cieplnych styropianu oraz bloczków betonu komórkowego - w rezultacie
zwiększenia rzeczywistych strat ciepła przez ściany. Linie ciśnień cząstkowych pary wodnej
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 6
______________________________________________________________________
przecinają się pod małym kątem, co oznacza znaczną niestabilność warunków
wilgotnościowych w ścianie - szczególnie w pomieszczeniach o większym zawilgoceniu
powietrza lub przy przeciągających się zimach.
Dla określenia istnienia zagroŜenia procesami biologicznymi, konieczne jest wykonanie
symulacji zachowania się tych ścian w warunkach rzeczywistych. Wykorzystując program
WUFI uzyskuje się potwierdzenie, iŜ kondensacja pary wodnej występuje głównie w
warstwie styropianu i trwa w okresie od początku listopada do końca kwietnia. W okresie
letnim zachodzi tylko częściowe odparowanie wilgoci i w rezultacie w kolejnej zimie bilans
wilgoci rośnie - z zagroŜeniem kumulacji wilgoci w ścianie. Wilgotność styropianu wynosi
od 2 do 5,5 kg/m2 co odpowiada masowej zawartości wilgoci od 13 do 36 %. ZagroŜenie
korozją biologiczną na elewacji jest duŜe - szczególnie od strony północnej. Jeśli jednak,
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 7
______________________________________________________________________
za jakiś czas elewacja byłaby malowana ponownie farbą akrylową, stan zagroŜenia
korozją biologiczną silnie wzrośnie. Widać, Ŝe podczas projektowania nie wykonywano
analizy cieplno-wilgotnościowej, gdyŜ do malowania tej elewacji powinna być zastosowana
farba silikonowa i w przyszłości wyłącznie taka moŜe być zastosowana do renowacji
elewacji!
Trzeba zastrzec, Ŝe wobec braku danych fizycznych zarówno wyprawy mineralnej
firmy KABE jak i farby akrylowej SELENA (brak danych na stronach internetowych tych
firm), do analizy przyjąłem uśrednione wartości oporów dyfuzyjnych wyprawy i farby, co
w rzeczywistości moŜe dać nieco inne wyniki analizy, jednakŜe nie zmieni to generalnych
wniosków.
Dla celów porównawczych identyczne obliczenia wykonałem dla wersji ocieplenia
wełną mineralną tej samej grubości. Z obliczeń w stanie stacjonarnym tej wersji wynika, iŜ
kondensacja pary wodnej jest znacznie mniejsza i znajduje się w skrajnej strefie wełny
mineralnej na szerokości połowy jej grubości tj. 50 mm - rozpoczynając się tuŜ pod
warstwą wyprawy elewacyjnej.
Wnioski z analizy cieplno-wilgotnościowej
Analizowana ściana zewnętrzna moŜe podczas eksploatacji stwarzać problemy z
utrzymaniem nienagannego stanu - szczególnie od strony północnej (glony, wykwity).
Zwiększenie wilgotności warstwy styropianu na skutek kondensacji pary wodnej będzie
zwiększać rzeczywistą wartość wsp. przenikania ciepła U i tym samym zwiększy
rzeczywiste straty ciepła przez ściany zewnętrzne. Jedynym pozytywnym wnioskiem jest
fakt, iŜ udział strat ciepła ścian zewnętrznych jest na szczęście niewielki, co nie będzie
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved
Energooszczędny segment w zabudowie szeregowej
str. 8
______________________________________________________________________
wyraźnie odczuwalne na kosztach eksploatacji i charakterystyka energetyczna segmentu
pozostanie niemal taka jak obliczyłem wcześniej.
Na koniec kilka spostrzeŜeń. Wielu osobom wydaje się, Ŝe jeśli nie jedynym to
podstawowym kryterium tworzenia domów energooszczędnych jest zadbanie o jak
najniŜsze wartości współczynników przenikania ciepła. Co najgorsze, podobne myślenia
spotyka się takŜe wśród niektórych projektantów. Jest to niewątpliwie spowodowane
nachalną i wprowadzającą w błąd reklamą wielu producentów materiałów
termoizolacyjnych, którą rynek jest faszerowany niemal codziennie. Jak wynika z
przedstawionej analizy energetycznej, owszem niska wartość współczynników przenikania
ciepła U ścian, dachu i podłogi ma znaczenie w obniŜeniu sumarycznego zapotrzebowania
na energię. JednakŜe są pozycje, które niweczą efekty obniŜania strat ciepła przez te
elementy segmentu. Taką pozycją jest stolarka okienna i drzwiowa. Wysokie jej
współczynniki przenikania ciepła dają takie rezultaty, jakby w termoizolacji ścian czy
dachu istniały przerwy! PrzecieŜ sama stolarka traci tyle samo ciepła co ściany, podłogi i
dach razem wzięte! Dalsze ocieplanie zarówno ścian, dachu jaki i podłóg nie ma juŜ
uzasadnienia!
Inną pozycją nie do „ugryzienia” w bilansie energetycznym jest ciepła woda uŜytkowa.
Zapotrzebowanie ciepła na jej przygotowanie stanowi aŜ ponad 26 %. W tej sytuacji,
chcąc dalej zmniejszyć zapotrzebowanie energii do segmentu, naleŜałoby zastosować
podgrzewanie wody wodociągowej z wykorzystaniem taniej energii cieplnej, np. instalacji
solarnej - najlepiej wspólnej dla kilku sąsiednich segmentów.
No i ostatnia niezwykle energochłonna pozycja: wentylacja. Na cele wentylacyjne
potrzeba aŜ 43 % energii. Chcąc spełnić marzenie pytającego i doprowadzić do uzyskania
charakterystyki energetycznej na poziomie 30-40 kWh/m2 rok, naleŜy zastosować nie tylko
rekuperację ciepła wentylacyjnego, ale takŜe wstępne podgrzanie powietrza czerpanego
do wentylacji w gruntowym wymienniku ciepła. NiezaleŜnie od tego, zajdzie potrzeba
dostarczenia taniej energii cieplnej do nagrzewnic powietrza, np. z grupowej pompy
cieplnej - wspólnej dla kilku segmentów. Oczywiście, w takim przypadku nie będzie nic za
darmo, gdyŜ tworząc segment o tak niskim zapotrzebowaniu energii, trzeba będzie liczyć
się ze zwiększonymi kosztami budowy związanymi z eliminacją wentylacji grawitacyjnej i
zastosowaniem wentylacji mechanicznej (rurociągi, izolacje, stropy podwieszone, czerpnia,
wyrzutnia, filtry, automatyka i sterowanie, projekt instalacji skojarzonej itd.). Inaczej
mówiąc, domy energooszczędne wymagają zupełnie innego niŜ dotychczas podejścia do
projektowania i wykonawstwa, aby moŜna było osiągać zamierzone cele: domy
energooszczędne za rozsądne wydatki.
mgr inŜ. Jerzy Zembrowski
Biuro Doradztwa Budowlanego
www.bdb.com.pl
Białystok
06.06.2008 r.
rysunki autora
BAZA DORADZTWA BUDOWLANEGO BDB Poland www.bdb.com.pl
Wszystkie prawa zastrzeŜone
All rights reserved