Stefan Owczarek

4. OBLICZENIE ZAPOTRZEBOWANIA CIEPŁA W BUDYNKU. CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKU

4.1. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie wg PN-EN ISO 13789.

Termiczny model budynku można opisać układem równań:

Bilans cieplny grzejników:

T_we temperatura czynnika grzewczego na wejściu,

T_wy temperatura czynnika grzewczego na wyjściu,

T_urw średnia temperatura czynnika grzewczego,

T_p średnia temperatura powietrza w budynku,

K_g - współczynnik wydajności instalacji c.o. (ilość wymienianego ciepla)

G_w - wydatek czynnika grzewczego.

Bilans cieplny budynku:

F_z - powierzchnia wymiany ciepła pomiędzy budynkiem a otoczeniem,

k - średni współczynnik wymiany ciepła przez ściany.

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie jest definio­wany jako strumień cieplny przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej do środowiska zewnętrznego, podzielony przez różnicę temperatury pomiędzy środowiskami: zewnętrznym i wewnętrznym. Zgodnie z PN-EN ISO 13789 współczynnik strat ciepła przez przenikanie H_T oblicza się z wzoru:

(1)

gdzie:

L_D - bezpośredni współczynnik sprzężenia między przestrze­nią ogrzewaną i otoczeniem zewnętrznym przez obudo­wę budynku, zdefiniowany w równaniu na H_T [W/ ^oK];

L_S -stacjonarny współczynnik sprzężenia cieplnego przez grunt, zdefiniowany w PN-EN ISO 13370 [W/K];

H_U -współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez prze­strzenie nieogrzewane, w dalszym tekście pominięty.

W rzeczywistości różnica temperatury pomiędzy środowi­skami wewnętrznym i zewnętrznym jest różna w przypadku przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym i prze­gród stykających się z gruntem. O ile więc można sumować strumień ciepła, przepływający przez różne przegrody, to współczynnik strat ciepła przez przenikanie trzeba rozpatry­wać oddzielnie w odniesieniu do przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym i do przegród stykających się z gruntem.

Do obliczeń współczynnika strat ciepła przez przenika­nie należy wyraźnie zdefiniować przestrzeń ogrzewaną bu­dynku (elementy budynku rozpatrywane w obliczeniach są granicami przestrzeni ogrzewanej). Granice pomiędzy czę­ścią podziemną, włącznie z przenikaniem ciepła przez grunt, a częścią budynku „powyżej gruntu", mającą bezpo­średnie straty do środowiska zewnętrznego lub do prze­strzeni nieogrzewanych. W przypadku budynków z podłogami na gruncie tą granicą jest poziom wewnętrznej po­wierzchni podłogi. W przypadku budynków z ogrzewanymi podziemiami tą granicą jest zewnętrzny poziom gruntu.

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez ele­menty budynku oddzielające przestrzeń ogrzewaną od po­wietrza zewnętrznego oblicza się z równania na H_T

w dwóch wariantach w zależności od tego, czy korzystamy z obliczeń dwuwymiarowego czy trójwymiarowego przewo­dzenia ciepła:

(1)

lub

(2)

gdzie:

A_i - powierzchnia elementu obudowy budynku, wymiany okien i drzwi przyjęto jako wymiary otworów w ścianie [m²];

U_i -współczynnik przenikania ciepła elementu obudowy budynku, obliczony wg PN-EN ISO 6946 dla elemen­tów nieprzezroczystych lub wg PN-EN ISO 10077-1 dla elementów przezroczystych [W/(m²•K)];

I_k - długość liniowego mostka cieplnego k [m];

Ψ_k- liniowy współczynnik przenikania ciepła k-tego most­ka cieplnego, przyjęty z PN-EN ISO 14683 lub obli­czony zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/(m•K)];

Χ_j - punktowy współczynnik przenikania ciepła punkto­wego j- tego mostka cieplnego obliczony zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/K] (dotyczy konstrukcyjnych mostków cieplnych, innych niż kotwie w murach szczelinowych);

L_k^2D - współczynnik sprzężenia cieplnego, otrzymany z dwuwymiarowego obliczenia zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/(m•K)];

L_k^2D - współczynnik sprzężenia cieplnego, otrzymany z trójwy­miarowego obliczenia zgodnie z PN-EN ISO 10211-1 [W/K].

Sumowanie we wzorze powinno objąć wszystkie elemen­ty budynku oddzielające środowiska wewnętrzne i zewnętrz­ne. Zauważmy, że w tym wzorze mostki cieplne ujmuje się we współczynniku strat ciepła przez przenikanie, a nie współczynniku przenikania ciepła. Upraszcza to obliczenia.

Wymiary elementu budowlanego określa się zazwyczaj zgodnie z jednym z trzech systemów: wewnętrznym, całko­witym wewnętrznym oraz zewnętrznym. Różnią się one między sobą w sposobie włączania płaskich powierzchni złączy pomiędzy elementami w powierzchnie tych elemen­tów. Zatem wyrażenie
, w równaniu jest większe z za­stosowaniem wymiarów zewnętrznych niż wewnętrznych. W rezultacie wartości Ψ_k są mniejsze w przypadku wymia­rów zewnętrznych i w niektórych przypadkach, takich jak narożniki zewnętrzne, mogą być nawet ujemne.

Gdy główna warstwa izolacyjna jest ciągła i ma jednolitą grubość, to liniowy i punktowy współczynnik przenikania ciepła przy stosowaniu wymiarów zewnętrznych można pominąć. Jeśli współczynnik przenikania ciepła kompo­nentu zmienia się w czasie (np. okna z żaluzjami zamknię­tymi w nocy), należy obliczyć obydwie wartości, maksymal­ną i minimalną.

Przykład. Obliczyć współczynnik strat ciepła przez prze­nikanie przez nadziemną obudowę budynku parterowego o następujących wymiarach rzutu: pole powierzchni podło­gi A = 100 m², obwód podłogi P = 40 m, stosując wariant dwuwymiarowych obliczeń.

Przyjęto dach stromy nad płaskim izolowanym stropem o oporze cieplnym 4,00 m²•K/W, z pokryciem dachówką bi­tumiczną na deskowaniu. Zgodnie z PN-EN ISO 6946 przestrzeń poddasza można uznać za jednorodną termicz­nie warstwę o oporze cieplnym 0,3 m²•K/W. Całkowity opór cieplny stropu poddasza wynosi więc

R_T = 0,13 + 4,00 + 0,30 + 0,04 = 4,47 m² •K/W

a stąd współczynnik przenikania ciepła - 0,22 W/(m²•K).

Pole powierzchni stropu poddasza wynosi 100 m², a po­le powierzchni okien w świetle ościeży przyjęto:

• w ścianie o orientacji S - 10,2 m² (4 okna 1,5 x 1,7 m);

• w ścianach o orientacji W i E po 3,6 m² (2 okna 1,2 x 1,5 m),

• w ścianie o orientacji N - 1,2 m² (1 okno 0,8 x 1,5 m).

Współczynnik przenikania ciepła okien przyjęto jako

2,0 W/( m²•K), a wysokość ścian parteru (w świetle prze­gród prostopadłych) wynosi 2,80 m.

Pola powierzchni ścian zewnętrznych (bez pola po­wierzchni okien) wynoszą odpowiednio: o orientacji S ­-17,8 m², o orientacji W i E po 24,4 m², o orientacji N - 26,8 m².

Przyjęto, że dla ściany zewnętrznej z cegły, z izolacją ze­wnętrzną ze styropianu, współczynnik przenikania ciepła U_c = U wynosi 0,232 W/( m²•K), a wartości liniowego współ­czynnika przenikania ciepła Ψ_k na obwodzie okien dla:

• ościeży bocznych - 0,05 W/(m•K);

• nadproży - 0,06 W/(m•K);

• podokiennika - 0,07 W/(m•K).

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez ele­menty budynku oddzielające przestrzeń ogrzewaną od po­wietrza zewnętrznego obliczony z wzoru na H_T.

Lp = 100 x 0,22 + 93,4 x 0,232 + 18,6 x 2,0 + 22,6 x x 0,05 + 9,2 x 0,06 + 9,2 x 0,07 = 22,00 + 21,67 + + 37,20 + 1,13 + 0,55 + 0,64 = 83,19 W/K.

Współczynnik strat ciepła przez przenikanie może być wykorzystywany do dalszych obliczeń:

- mocy szczytowej systemu ogrzewania;

-sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, jak również do stawiania wymagań ochrony cieplnej budynków. Gęstość strumienia cieplnego płynącego przez przegro­dę określamy wzorem:

(3)

t_i -temperatura powietrza (ściślej środowiska) wewnętrznego;

t_o -temperatura powietrza (ściślej środowiska) zewnętrznego. Strumień cieplny płynący przez przegrodę o współ­czynniku przenikania ciepła U i polu powierzchni A, roz­dzielającą środowiska o temperaturze odpowiednio t_i . i t_e , określony jest wzorem:

(4)

W przypadku większej liczby przegród zewnętrznych obudowy budynku, przy tej samej różnicy temperatury we­wnętrznej i zewnętrznej, strumień cieplny wyraża wzór:

(5)

Można go stosować nie tylko w przypadku przegród sty­kających się z powietrzem zewnętrznym, a więc o innej (z reguły wyższej) temperaturze środowiska zewnętrzne­go. W przypadku różnych wartości obliczeniowej różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej dla różnych prze­gród (przykładowo przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym i stropów poddasza) strumień ciepła można wyrazić jak w aktualnych przepisach niemieckich wzorem:

(6)

w którym wprowadzamy nową wielkość czynnik korek­ty temperaturowej.

Czynnik F_xj dla danej przegrody to stosunek obliczenio­wej różnicy temperatury środowiska wewnętrznego i ze­wnętrznego tej przegrody i obliczeniowej różnicy tempera­tury powietrza dla przegród stykających się z powietrzem zewnętrznym. Wartości F_xj wg niemieckich przepisów poda­no w tabeli.

Wartości czynnika korekty temperaturowej F_xj

Strumień cieplny na zewnątrz przez element i	Czynnik korekty temperaturowej
Sciany zewnętrzne. Okna	1
Dach	1
Strop poddasza	0,8
Ściana przygórka na poddaszu	0,8
Ściany i stropy przestrzeni nieogrzewanych	0,5
Dolne ograniczenie budynku: -stropy nad piwnicami i ściany piwnic nieogrzewanych podłogi na gruncie, - powierzchnie ogrzewanych piwnic w styku z gruntem	0,6

Z uwzględnieniem czynnika korekty temperaturowej F_xj współczynnik strat ciepła przez przenikanie określa wzór:

(7)

Wpływ mostków cieplnych w ścianach można określić do­kładnymi obliczeniami jak we wzorze na H_T lub „ryczałto­wym" dodatkiem podanym (z pewnym zapasem) w przepi­sach.

Do obliczeń sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania należy przekształcić wzór na gęstość stru­mienia cieplnego płynącego przez przegrodę q do postaci:

(8)

gdzie: t - czas, a więc temperaturę zewnętrzną traktujemy jako funkcję czasu.

Odpowiednio ilość ciepła, która przepłynie przez jed­nostkę powierzchni przegrody w sezonie ogrzewczym τ_h, można wyrazić wzorem:

(9)

Ilość ciepła przez całą obudowę

(9a)

Całkę po prawej stronie lego wzoru, przy założonej tem­peraturze wewnętrznej t_i, oblicza się na podstawie danych klimatycznych konkretnej miejscowości lub regionu i wyra­ża jako tzw. sumę stopniodni okresu ogrzewania, ozna­czaną z angielskiego DD (degree days). Ilość ciepła, która przepłynie przez całą powierzchnię obudowy budynku w sezonie ogrzewczym, z wykorzystaniem dotychczaso­wych oznaczeń można wyrazić wzorem:

(10)

Jak widać, współczynnik strat ciepła przez przenikanie dobrze nadaje się do obliczeń właściwości cieplnych całej obudowy budynku.

Wzór (10) wyrażony watogodzinach ma postać:

(10a)

Analogicznie kilowatogodzinach:

(10b)

Straty ciepła przez wentylacje w sezonie ogrzewania są równe:

(10c)

Współczynnik strat ciepła przez wentylacje:

(11)

Gdzie

c_p - ciepło właściwe powietrza,

- gęstość powietrza

(12)

Stąd

(13)

4.2. Geneza obliczeń cieplnych, uproszczone metody określania zapotrzebowania ciepła

Regulacje ochro­ny cieplnej budynków mają już ponad 100-letnią historię. Pierwsze pojawiły się w Niemczech na przełomie XIX i XX w. Były to lokalne przepisy wyda­wane w poszczególnych miastach, ustalające minimalną grubość muru ceglanego ścian zewnętrznych (naj­częściej poczynając od 1/2 cegły na najwyższej kondygnacji mieszkalnej). Wymagania te płynęły tylko z do­świadczenia; przy projektowaniu bu­dynków i lokalnych urządzeń ogrzew­czych nie wykonywano wtedy żadnych obliczeń cieplnych.

Hencky w 1919 (Niemcy) sfor­mułował kryterium, wg którego na we­wnętrznej powierzchni zewnętrznej prze­grody pełnej nie powinna występować kondensacja pary wodnej. Kryterium to warunkowało maksymalną wartość współczynnika przenikania ciepła U.

Po drugiej wojnie światowej rozpo­wszechniło się stawianie wymagań ochrony cieplnej budynków przez poda­wanie maksymalnej wartości współ­czynnika przenikania ciepła różnych przegród zewnętrznych (ścian, dachów, okien).

Polskie regulacje prawne od 1968 r.

W Polsce wymagania ochrony ciepl­nej budynków po raz pierwszy wprowa­dzono w PN-64/B-03404 w 1968 r.. Wynikały one z przesłanek technicznych i miały na celu:

• uniknięcie kondensacji pary wodnej na wewnętrznych powierzchniach prze­gród pełnych,

• uniknięcie topnienia śniegu na gór­nej powierzchni stropodachów (pod po­krywą śnieżną) i przeciekania wody przez pokrycie papowe.

Wymagania te postawiono w postaci ograniczenia współczynnika przeni­kania ciepła przegrodom peł­nym: ścianom zewnętrznym i stropoda­chom. Poziom wymagań przyjęto, wyko­rzystując doświadczenia budownictwa tradycyjnego i uznając za wzór izolacyj­ności cieplnej na przeważającym obsza­rze Polski ścianę o współczynniku prze­nikania ciepła ok. 1,00 kcal/(m² • h • °C), tj. 1,16 W/(m² • K); w odniesieniu do stropodachów maksymalny współ­czynnik przenikania ciepła wynosił 0,75 kcal/(m² • h • °C), tj. 0,87 W/(m² • K).

Wymagania te, przetrwały w PN do początku lat osiemdziesiątych.

Na świecie zmiany w sposobie podej­ścia do ochrony cieplnej budynków na­stąpiły po 1973 r., gdy kraje arabskie zrzeszone w OPEC (Organization of Pe­trol Exporting Countries) obniżyły kwoty wydobycia i podniosły ceny ropy nafto­wej. W połowie lat siedemdziesiątych XX w. w wielu krajach, oprócz poszuki­wań nowych złóż ropy naftowej i nowych źródeł energii, podjęto prace i urucho­miono programy gospodarcze zmierza­jące do projektowania nowych budyn­ków o niskim zużyciu energii oraz mo­dernizacji istniejących zasobów budow­lanych. Początkowo, dla celów porów­nawczych, zaczęto podawać zużycie energii końcowej (ciepła) w sezonie ogrzewczym, odniesione do powierzch­ni użytkowej budynku. Jako cel w Euro­pie Zachodniej już w latach siedemdzie­siątych XX w. zaczęto stawiać wartość docelową 120 kWh/(m³ • a) i budować osiedla budynków niskoenergetycznych. Obecnie w niektórych wymaganiach war­tość ta wynosi 40 lub 60 kWh/(m³ • a).

W załączniku do dyrektywy Rady Wspólnot Europejskich 89/106/EEC z 21 grudnia 1988 r. w sprawie wyrobów budowlanych sformułowano sześć wyma­gań podstawowych stawianych budyn­kom. Jednym z nich jest oszczędność energii i ochrona cieplna:

„Budynek i jego instalacje grzewcze, chłodzące i wentylacyjne należy projekto­wać i wykonywać w taki sposób, aby utrzymać na niskim poziomie ilość energii wymagani do użytkowania, z uwzględnieniem warunków klimatycz­nych, lokalizacji i potrzeb użytkowników."

W komentarzu do tego wymagania podstawowego (nr 6) przedstawiono różne sposoby wyrażania wymagań ochrony cieplnej budynków lub ich kombinacje, stosowane w państwach członkowskich UE.

Najbardziej popularne nie tylko w kra­jach Unii Europejskiej, ale w skali świa­towej, są postanowienia dotyczące spodziewanego wydatku energii wyma­ganego od systemu wyposażenia tech­nicznego, oparte na umownych danych reprezentatywnych dla spodziewanego użytkowania i warunków klimatycznych otoczenia budowli (na przykład roczne zużycie energii w lokalu na ogrzewanie i/lub chłodzenie budynku do wymaganej temperatury wewnętrznej, z uwzględnie­niem zysków ciepła wewnętrznych i od słońca, w przeliczeniu na 1 m² po­wierzchni użytkowej); w niektórych kra­jach uwzględnia się również ciepło na ogrzanie wody użytkowej i zyski energii ze źródeł odnawialnych. Odpowiednio wymagania wyraża się przez zużycie energii pierwotnej.

Od kilkunastu lat w skali światowej dostrzega się też zagrożenie środowi­ska naturalnego, głównie w wyniku spa­lania węgla i emisji do atmosfery dwu­tlenku węgla oraz niektórych innych ga­zów (tlenki azotu, freony, halony). Przy stawianiu wymagań budynkom uwzględ­nia się ograniczenie emisji gazów cie­plarnianych.

Pod koniec lat osiemdziesiątych XX w. w Instytucie Techniki Budowla­nej została opracowana koncepcja wymagań ochrony cieplnej budynków, wyrażonych przez ograniczenie ilości ciepła zużywanego w roku porów­nawczym na ogrzewanie i/lub chło­dzenie. W warunkach Polski (prak­tycznie brak klimatyzacji) dotyczyło to głównie ograniczenia zapotrzebowa­nia na ciepło na ogrzewanie i wentyla­cję budynków.

W celu określenia wymagań ochrony cieplnej budynków przez sezonowe za­potrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynków przeprowadzono wiele prac badawczych, prowadzących do stwo­rzenia odpowiednich narzędzi kompute­rowych i baz danych, w tym danych kli­matycznych. Komputerowe obliczenia sezonowego zapotrzebowania na cie­pło do ogrzewania weryfikowano już od 1990 r. badaniami i przez porównanie z kilkoma programami zachodnioeuro­pejskimi. Na początku lat dziewięćdzie­siątych zaczęto też formułować pierw­sze propozycje wymagań ochrony ciep­lnej budynków mieszkalnych z użyciem wskaźnika sezonowego zapotrzebowa­nia na ciepło E.

Założono że wymagania ochrony ciepl­nej budynków będą zawarte w przepi­sach państwowych (w rozporządze­niach w sprawie warunków technicz­nych), a nie w Polskich Normach. Takie rozwiązanie jest powszechne w skali światowej, w tym w krajach UE.

W okresie wprowadzania wymagań ochrony cieplnej budynków za pomocą wskaźnika sezonowego zapotrzebowa­nia na ciepło, jeszcze w pełni nie funk­cjonowały mechanizmy rynkowe. W związku z tym postanowiono nie wprowadzać zasadniczych zmian w po­ziomie wymagań i ustalić je na podsta­wie obliczeń wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło budynków spełniających postanowienia wcześ­niejszych norm.

Na podstawie obliczeń i analogicznie do wdrażanych w tym czasie nowych przepisów niemieckich (tzw. Dritte Warmeschutzverordnung, obowiązują­cej od 1 stycznia 1995 r.) wprowadzo­no zależność granicznej wartości wskaźnika sezonowego zapotrzebo­wania na ciepło Eo od geometrii budyn­ku, wyrażonej współczynnikiem kształ­tu (stosunkiem pola powierzchni A przegród chłodzących do kubatury ogrzewanej V).

Początkowo sezonowe zapotrzebo­wanie na ciepło do ogrzewania zamie­rzano odnosić do powierzchni użytko­wej budynków, jednak ostatecznie ze względu na różnice w wysokości

Tabela 1. Wartości graniczne wskaźni­ka sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania Eo

A/V	Eo [kWh/(m^3 • a)]
<0,20	29,0
> 0,20, < 0,90	26,6 + 12 A/V
0,90	37,4

kondy­gnacji postanowiono przyjąć bardziej uniwersalne sformułowanie odniesione do kubatury i - przyjmując średnią wy­sokość kondygnacji budynków mie­szkalnych 3,1 m - ustalono wartości graniczne Eo, kWh/(m³ • a) w zależności od współczynnika kształtu budynku A/V (tabela 1).

Wartości graniczne Eo z tabeli przyję­to w odniesieniu do budynków mie­szkalnych i zamieszkania zbiorowego. Dopuszczono przy tym, w przypadku bu­dynków mieszkalnych w zabudowie jed­norodzinnej, alternatywne sprawdzanie spełniania wymagań z użyciem maksy­malnych wartości współczynnika przeni­kania ciepła przegród zewnętrznych, ze zróżnicowaną wartością Umax, w zależno­ści od rodzaju użytych materiałów.

Dla innych rodzajów budynków pozo­stawiono wymagania wyrażone z uży­ciem maksymalnych wartości współ­czynnika przenikania ciepła przegród zewnętrznych.

Założenia do nowelizacji wymagań

Doświadczenia z kilkuletniego obo­wiązywania nowych wymagań ochrony cieplnej budynków nie są optymistycz­ne.

Metody sprawdzania wymagań opartych na wskaźniku E za pomocą programów komputerowych opracowa­nych z wykorzystaniem PN-B-02025 nie przyjęły się powszechnie. Należy do­dać, że metody obliczania zapotrzebo­wania na energię wg aktualnych i przy­gotowywanych norm europejskich są je­szcze bardziej skomplikowane.

Uproszczone wymagania w odnie­sieniu do budynków jednorodzinnych, ze zróżnicowaniem wartości Umax, bu­dzą emocje jednego z krajowych stowarzyszeń producentów wyrobów budowlanych, które domaga się zrów­nania maksymalnej wartości współ­czynnika przenikania ciepła ścian zewnętrznych jedno materiałowych i warstwowych.

Z tego względu przy przygotowywa­nej w roku 2007 we współpracy Minister­stwa Infrastruktury i ITB nowelizacji wy­magań proponowano:

• wprowadzić jednolite wymagania dla wszystkich budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego, wyrażone przez wskaźnik rocznego zapotrzebo­wania na energię końcową (ciepło) [kWh/(a • m²)l;

• określić wymagania dla wszystkich innych budynków (użyteczności pu­blicznej i przemysłowych) za pomocą współczynnika strat ciepła przez przeni­kanie.

Zapewni to stosowanie do oceny bu­dynków bardziej zagregowanych cha­rakterystyk cieplnych, niż współczynnik przenikania ciepła pojedynczych prze­gród.

Zróżnicowanie sposobu stawiania wymagań budynkom mieszkalnym i zamieszkania zbiorowego oraz wszystkim innym wynika z faktu, że w przypadku budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego dyspo­nujemy znajomością wewnętrznych zysków ciepła, które są istotne w bi­lansie cieplnym.

Niezależnie od odwołań w przepi­sach do norm europejskich, wzorem niemieckich sąsiadów, suge­rowano wprowadzenie bezpośrednio w rozporządzeniu uproszczonej meto­dy obliczania wskaźnika rocznego za­potrzebowania na energię końcową (ciepło) i współczynnika strat ciepła przez przenikanie.

Istniała propozycja obliczana zapotrzebowania na ener­gię pierwotną poza projektem, przy obliczaniu charak­terystyki energetycznej przez eksper­tów energetycznych.

Propozycja nowych wymagań. Na podstawie obliczeń rocznego zapo­trzebowania na ciepło dla wybranych budyn­ków proponowano przyjąć wymagany wskaźnik rocznego zapo­trzebowania na ciepło w funkcji sto­sunku A/V.

Sprawdzanie, czy wymagania zostały spełnione, proponowano wykonywać metodą uproszczoną, tabelarycznie (tabela 2) lub prostym programem EXCEL, do­stępnym w instrukcji ITB.

Dla budynku mieszkalnego wielorodzinne­go i zamieszkania zbiorowego wymagania te uznaje się za spełnione, jeżeli wartość wskaź­nika E określającego obliczeniowe zapotrzebowanie na energię końcową (ciepło) do ogrzewania budynku w sezonie grzewczym, wyrażone ilością energii przypa­dającej w ciągu roku na 1 m³ kubatury ogrzewanej czę­ści budynku, jest mniejsza od wartości granicznej E_o, a także jeżeli przegrody budowlane odpowiadają wy­maganiom izolacyjności cieplnej oraz innym wymaga­niom określonym w załączniku do wymagań technicznych.

4.3. Metodą uproszczona obliczenia zapotrzebowania ciepła w budynku

Tabela 2. Metoda uproszczona, umożliwiająca sprawdzanie spełniania wyma­gań dotyczących ochrony cieplnej w przypadku budynków mieszkalnych

Metoda uproszczona sprawdzania spełniania wymagań Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z.........dla budynków mieszkalnych
Obiekt:
1	1.Dane budynku
2	Kubatura (wymiary zewnętrzne), m' Ve = 10590.8
	Powierzchnia użytkowa, m^2 Au =0,345 Vb = 0,345 ` 10590.8 = 3653.83
	Stosunek Az/Vb , A/Ve= 3332.4 / 10590.8 = 0.31
3	2. Straty ciepła
4	2.1 Współczynniki strat ciepła przez przenikanie, W/K
5	Element budynku	Skrótowe Oznaczenie	Pole powierzchni A m^2	Współczynnik przenikania ciepła U, W/(mzK)	Ui• Ai W/K	Czynnik korekty Temperaturowej Fxi	U;`A,'F„ W/K
6	Ściana zewnętrzna	SZ 1	497.6	0.3	149.28	1	149.28
				SZ 2	374.5	0.3	112.35	.1	112.35.
				SZ 3	493.6	0.3	148.08	1	148 08.
				SZ 4	374.5	0.3	112.35	1	112.35.
		10	Okno	01	140.4	2	280.80	1	280.80
				02	05.9	2	211.80	1	211.80
				03	140.4	2	280.80	1	280.80
				04	105.9	2	211.80	1	211.80
14	Drzwi wejściowe	D 1	4	2.3	9.20	1	9 20
15 16 17	Polać Dachowa	P1	365.2	0.3 .	109.56	1	109,56
				P2			0.00	1	0,00
				P3			0.00	1	0,00
18		Strop poddasza	S 1			0.00	0.8	0.00
			5 2			0.00	0.8	0 00
20		Ściana od przygórka	AbW 1			0.00	0.8	0.00
21			AbW 2			0.00.	0,8	0.00
22		Ściany i stropy Pomieszczeń nie ogrzewanych	Ab 1			0.00	0.5	0.00
23			Ab 2			0.00	0.5	0.00
24		Strop nad nieogrzewaną Piwnicą Podłoga na gruncie Powierzchnie Ogrzewanych piwnic w styku z gruntem	G1	365.2	0.6	219.12	0.6	131.47
25			G2	3652	0.39	142.43	0.6	85.46
26			G3			0.00	0.6	0.00
27			G4		..	0.00	0.6	0.00
28			GS			0.00	0.6	0.00
29	Względny współczynnik strat cieple przez przenikanie
30	Współczynnik strat cieple przez przenikanie
31	2.2 Współczynnik strat ciepła przez wentylację, W/K
32	Współczynnik strat cieple przez wentylację

Tablica 3. ZYSKI CIEPLNE

3. Zyski cieplne 3.1. Słoneczne zyski cieplne
35	Orientacja	Promieniowanie słoneczne Ij kWh/(m^2 .a)	Pole powierzchni okien Aoki m^2	Współczynnik przepuszczal- ności energii gi	kWh/a
36	S	350	105.9	0.7	14711.10
37	SW	310	..,..	.	0.00
38	W	220	140.4	0.7	12259.45
39	NW	160			0.00
40	N	145	105,9	0 7	6094.60
41	NE	165			0.00
42	E	235	140.4	0.7	13095.3
43	SE	320			0.00
44	Okno Dachowe z pochylenim,<30''	225			0.00
45	Zyski cieple słonecznego				46160.46
46	3.2 Wewnętrzne zyski ciepła Qi kWh/a
47	Wewnętrzne zyski ciepła
48	4. Roczne zapotrzebowanie na ciepło kWh/a
49 50	Roczne zapotrzebowanie
51	Roczne zapotrzebowanie na ciepło odniesione do powierzchni użytkowej
52	5. Względny współczynnik strat cieple przez przenikanie odniesiony do pola powierzchni, ___ W(m^2 K)
53	Uzyskany względny współczynnik strat ciepła przez przenikanie odniesiony do pola powierzchni:				0,60
54	Dopuszczalny względny współczynnik strat ciepła przez przenikanie odniesiony do pola powierzchni				0,78
55

4.4. Struktura systemu oceny budynków wg. norm UE. (propozycja Autora)

Otrzymujemy macierz 5x7 wartości te przedstawiono w tablicy:

Tablica.1. System nośników energii w budynku

Nośnik energii Cel użycia energii	Olej	Gaz	węgiel	sieć ciepl.	sieć nisko tempe turow	Drew No	Elektry- Czność	∑
Ogrzewanie	EP11	EP12	EP13	EP14	EP15	EP16	EP17	EP1
Wentylacja	EP21	EP22	EP23	EP24	EP25	EP26	EP27	EP2
Klimatyzacja	EP31	EP32	EP33	EP34	EP35	EP36	EP37	EP3
Cwu.	EP41	EP42	EP43	EP44	EP45	EP46	EP47	EP4
Oświetlenie	EP51	EP52	EP53	EP54	EP55	EP56	EP57	EP5
Suma	∑EP1	∑EP1	∑EP1	∑EP1	∑EP1	∑EP1	∑EP1	EP
Współczynnik sprawności	η1	η2	η3	η4	η5	η6	η7
Energia dostarczona	DEP1	DEP2	DEP3	DEP4	DEP5	DEP6	DEP7	DEP
Współczynnikwagi(konwer)	W1	w2	w3	w4	w5	w6	w7
Enegia pierwotna	PEP1	PEP2	PEP3	PEP4	PEP5	PEP6	PEP7	PEP
Współczynnik Emisji	e1	e2	e3	e4	e5	e6	e7
Emisja CO2	EEP1	EEP2	EEP3	EEP4	EEP5	EEP6	EEP7	EEP

Sumując energię w kategoriach nośników otrzymujemy energię zapotrzebowania EP_i . i -1,..,7. i - rodzaj nośnika.

Dzieląc składniki ∑EP_i przez sprawność sieci cieplnej otrzymujemy energię dostarczoną do pokrycia zapotrzebowania . DEP_i . i - rodzaj nośnika.

(14)

Mnożąc składniki DEP_i . przez współczynniki konwersji otrzymujemy energię pierwotną PEP_i .w kategoriach nośników:

(15)

gdzie w_i - współczynnik konwersji, waga danego nośnika energii,

Mnożąc składniki energii pierwotnej przez współczynniki emisji dwutlenku węgla, w kategoriach nośników:

(16)

Otrzymujemy wartości emisji CO₂ do atmosfery.

Otrzymaliśmy system zużycia energii w danym budynku. Wszystkie składowe tego systemu zestawione są w tablicy 1. Liczba składowych jest równa iloczynowi wierszy i kolumn (9x8=72). Dla dowolnego budynku system energetyczny jest określony przez:

(17)

(Składowych, mamy 5+5x7+4x7+4=72).

Do wykonania oceny są tworzone oprócz systemu podstawowego budynku dwa systemy towarzyszące. Systemy towarzyszące są tworzone z obliczeń takich samych jak system podstawowy, tylko w obliczeniach są brane pod uwagę inne parametry budynku , parametry standartowe (R) i parametrów rynkowe (S). Otrzymujemy dwa dalsze systemy energetyczne.

(12)

(Składowych, 5+5x7+4x7+4=72).

Podobnie dla parametrów rynkowych mamy:

(18)

4.5 Rozporządzenia ministra infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r.

4.5.1.Oszczędność energii i izolacyjność cieplna.

a)Funkcje ogrzewania

Budynek i jego instalacje ogrzewcze, wenty­lacyjne i klimatyzacyjne powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby ilość energii cieplnej, potrzebne; do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem, można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie.

Jako cel użytkowania energii w budynku przyjęto określać zapotrzebowanie energii na:

1. ogrzewanie i wentylacje,

2. chłodzenie,

3. przygotowanie ciepłej wody użytkowej

4. oświetlenie wbudowane.

b)Wskaźniki oceny energetycznej

Wskaźnikami oceny energetycznej według zarządzenia są:

1. wskaźnik EK - roczne zapotrzebowanie energii końcowej na jednostkę powierzchni pomieszczeń o regulowanej temperaturze powietrza w budynku, albo lokalu mieszkalnego wyrażone w kWh/(m²rok).

2. wskaźnik EP - roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną na jednostkę powierzchni pomieszczeń regulowanej temperaturze powietrza w budynku, albo lokalu mieszkalnego wyrażone w kWh/(m²rok).

Klasy budynków

Wprowadzono odróżnienie budynków: budynku mieszkalnego, budynku użyteczności publicznej oraz budynku zamieszkania zbiorowego, lokalu mieszkalnego (mieszkanie), budynku magazynowego i budynku przemysłowego.

Dla budynku użyteczności publicznej i budynku produkcyjnego wymagania cieplne uznaje się za spełnione, jeżeli przegrody budowlane odpowia­dają wymaganiom izolacyjności cieplnej oraz innym wymaganiom określonym w załączniku do wymagań technicznych

Nowe wymagania. Maksymalne wartości EP rocznego wskaźnika obliczeniowego zapotrzebowania na energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz chłodzenia, w zależności od współczynnika kształtu budynku A/V_e, wynoszą :

1. w budynkach mieszkalnych do ogrzewania i wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowe (EP_H+W ) w ciągu roku:

1. dla
   (19a)

2. 
   (19b)

3. 
   (19c)

Gdzie

- dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do przygotowania ciepłej wody użytkowej w ciągu roku.

(20)

A - jest sumą pól powierzchni wszystkich przegród budynku, oddzielających część ogrzewaną budynku od powietrza zewnętrznego, gruntu i przyległych pomieszczeń nieogrzewanych, liczoną po obrysie zewnętrznym,

V_e - jest kubaturą ogrzewanej części budynku, pomniejszoną o podcienia, balkony, loggie, galerie itp., liczoną po obrysie zewnętrznym,

A_f - powierzchnia użytkowa ogrzewania budynku (lokalu).

2. W budynkach mieszkalnych do ogrzewania, wentylacji i chłodzenia oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej (EP_HC+W) w ciągu roku:

(21)

gdzie:

EP_H+W - wartość według zależności podanej w pkt 1.

A_w,e - powierzchnia ścian zewnętrznych budynku, liczona po obrysie zewnętrznym,

A_f,c - powierzchnia użytkowa chłodzona budynku (lokalu),

A_f - powierzchnia użytkowa ogrzewania budynku (lokalu),

V_e - jest kubaturą ogrzewanej części budynku, pomniejszoną o podcienia, balkony, loggie, galerie itp., liczoną po obrysie zewnętrznym;

3. w budynkach zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej i produkcyjnych do ogrzewania, wentylacji i chłodzenia oraz przygotowania cwu. i oświetlenia wbudowanego (EP_HC+W+L) w ciągu roku:

(22)

Gdzie:

A_w,e - powierzchnia ścian zewnętrznych budynku, liczona po obrysie zewnętrznym,

A_f,c - powierzchnia użytkowa chłodzona budynku (lokalu),

EP_H+W - wartość według zależności podanej w pkt 1, przy czym

EP_w - dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do przygotowania cwu. w ciągu roku; dla budynku z wydzielonymi częściami o różnych funkcjach użytkowych wyznacza się wartość średnią EP_w dla całego budynku, przy czym:

(23)

Gdzie:

V_cw - jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody użytkowej
należy przyjmować z założeń projektowych,

a_i - udział powierzchni A_f na jednostkę odniesienia (j.o.) najczęściej na osobę
, należy przyjmować z założeń projektowych,

b_t - bezwymiarowy czas użytkowania w ciągu roku systemu cwu. należy przyjmować z założeń projektowych.

EP_L - dodatek na jednostkowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do oświetlenia wbudowanego w ciągu roku (dotyczy budynków użyteczności publicznej); dla budynku z wydzielonymi częściami o różnych funkcjach użytkowych wyznacza się wartość średnią EP_L dla całego budynku, przy czym:

(24)

gdzie:

P_N - moc elektryczna referencyjną
należy przyjmować z założeń projektowych,

t_o - czas użytkowania oświetlenia
należy przyjmować z założeń projektowych.

Przepisy przejściowe i końcowe

Niniejsze przepisy stanowią treść rozporządzenie ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. Dziennik Ustaw Nr.75 poz609.

Załącznik do rozporządzenia zawiera

Wymagania izolacyjności cieplnej,

Minimalne wartości oporów cieplnych dla podłóg układanych na gruncie,

Przepis o wielkości okien

Przepis o punkcie rosy. Utrzymanie na wewnętrznych temperatury wyższej o 1^oC na wewnętrznych ścianach od punktu rosy.

Szczelność na przenikanie powietrza. Napływ powietrza przez nawiewniki. Infiltracja nie większa niż 0,3 m³/m h daPa^2/3.

Izolacyjność cieplna przegród

Załącznik 2 . Wymagania izolacyjności cieplnej

1. Izolacyjność cieplna przegród i podłóg na gruncie

1.1. Wartość współczynnika przenikania ciepła U ścian, stropów i stropodachów, obliczone zgodnie z Polskimi Normami dotyczącymi obliczenia oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła, nie mogą być większe niż wartości U_(max) określone w tabelach:

Budynek mieszkalny i zamieszkania zbiorowego

Lp.	Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu	Współczynnik przenikania U(max) [w/(m^2·K)]
1	2	3
1	Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym a) przy t1>16 ^oC b) przy t1<16 ^oC	0,30 0,80
2	Ściany wewnętrzne pomiędzy pomieszczeniami ogrzewanymi a niedogrzanymi, klatkami schodowymi lub korytarzami	1,0
3	Ściany przyległe do szczelin dylatacyjnych o szerokości: do 5 cm, trwale zamkniętych i wypełnionych izolacją cieplną na głębokości co najmniej 20 cm. powyżej 5 cm,	1,0 0,7
4	Ściany nieogrzewanych kondygnacji	bez wymagań
5	Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi i poddaszami lub nad przejazdami; a) przy t1>16 ^oC b) przy 8 ^oC< t1<16 ^oC	0,25 0,50
6	Stropy nad piwnicami nieogrzewanymi zamkniętymi przestrzeniami podłogowymi, podłogi na gruncie	0,45
7	Stropy nad ogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi	bez wymagań
8	Ściany wewnętrzne oddzielające pomieszczenia ogrzewane od nieogrzewanych	1,0

Budynek produkcyjny, magazynowy i gospodarczy

Lp.	Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu	Współczynnik przenikania U(max) [w/(m^2·K)]
1	2	3
1	Ściany zewnętrzne (stykające się z powietrzem zewnętrznym a) przy t1>16 ^oC b) przy 8 ^oC< t1<16 ^oC c) przy t1<8 ^oC	0,30 0,65 0,90
2	Ściany wewnętrzne i stropy międzykondygnacyjne: a) przy t1>16 ^oC b) przy 8 ^oC< t1<16 ^oC c) przy t1<8 ^oC	1,0 1,4 bez wymagań
3	Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi i poddaszami lub nad przejazdami; a) przy t1>16 ^oC b) przy 8 ^oC< t1<16 ^oC c) przy t1<8 ^oC	0,25 0,50 0,7
4	Stropy nad nieogrzewanymi kondygnacjami podziemnymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi, posadzki na gruncie a) przy t1>16 ^oC b) przy 8 ^oC< t1<16 ^oC c) przy t1<8 ^oC	0,80 1,20 1,50
5	Stropy nad piwnicami ogrzewanymi	bez wymagań

Wartości współczynnika przenikania ciepła U okien, drzwi balkonowych i drzwi zewnętrznych. (budynek mieszkaniowy okna 1,7, drzwi 2,6)

Budynek użyteczności (okna 1,8, drzwi 2,6)

Budynek produkcyjny, magazynowy i gospodarczy (1,8, 2,6)

Wymagania do powierzchni okien

W budynku mieszkalnym i zamieszkania zbiorowego pole powierzchni okien A_o wyrażona w m² , okien oraz przegród szklanych i przezroczystych o współczynniku przenikania ciepła nie mniejszym niż 1,5 W/(m²·K) obliczone według ich wymiarów modularnych, nie może być większa niż wartość A_omax obliczone według wzoru:

(25)

Gdzie:

A_z - jest sumą pól powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych (w zewnętrznym obrysie budynku) w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych.

A_w - jest sumą pól powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji po odjęciu A_z.

15

---