Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Zapotrzebowanie na energię pomieszczeń o różnej konstrukcji

Zapotrzebowanie na energię pomieszczeń o różnej konstrukcji | Energy demand of rooms constructed using various structural engineering
Zapotrzebowanie na energię pomieszczeń o różnej konstrukcji | Energy demand of rooms constructed using various structural engineering
Archiwum autorki

Zapotrzebowanie na energię w budynku obejmuje zapotrzebowanie na ciepło w sezonie grzewczym i na chłód latem. Oba te składniki uzależnione są przede wszystkim od izolacyjności termicznej obudowy i zdolności przepuszczania energii słonecznej przez elementy przezroczyste. Pewien wpływ na bilans energetyczny ma także rodzaj konstrukcji i związana z nim pojemność cieplna przegród.

Podstawową wielkością charakteryzującą izolacyjność cieplną przegród jest współczynnik przenikania ciepła U. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], ograniczenie wartości tego współczynnika jest jednym z głównych wymagań stawianych przegrodom budowlanym w zakresie izolacyjności termicznej.

Przy obliczaniu izolacyjności termicznej nie bierze się natomiast bezpośrednio pod uwagę pojemności cieplnej. Może mieć ona jednak ważny wpływ na gęstość strumienia ciepła przepływającego przez przegrody.

Zobacz też: Projektowanie budynków niskoenergetycznych

Wskazują na to dynamiczne symulacje zapotrzebowania na energię budynków, uwzględniające niestacjonarne procesy magazynowania i uwalniania ciepła przez obudowę [2, 3].

Współczynnik przenikania ciepła

Określa on ilość ciepła przepływającego w jednostce czasu przez 1 m² powierzchni przegrody przy różnicy temperatury po stronie wewnętrznej i zewnętrznej wynoszącej 1 K; w odniesieniu do prostych przegród warstwowych obliczany jest ze wzoru:

gdzie:
Rsi, Rse – opór przejmowania ciepła na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni przegrody [(m²·K)/W],
di – grubość materiału warstwy i-tej [m],
λi – współczynnik przewodzenia ciepła warstwy i-tej [W/(m·K)].

Współczynnik ten z założenia związany jest z ustalonym, niezmiennym w czasie przepływem ciepła, a jego wielkość nie zależy od zdolności akumulacyjnych elementu.

Pojemność cieplna budynku

ABSTRAKT

W artykule porównano potrzeby energetyczne pomieszczeń o lekkiej konstrukcji szkieletowej i masywnej konstrukcji murowano-żelbetowej. Określono wpływ pojemności cieplnej przegród na bilans energetyczny. Do badań wykorzystano schemat pomieszczenia modelowanego w programie komputerowym i dynamiczną metodę symulacyjną.

The article compares the energy demands of rooms constructed either using a light frame structure or massive reinforced concrete frame structure. It discusses the impact of partitions' thermal capacity on energy balance. In order to conduct the research for the purpose of the article, a computer program model room diagram and a dynamic simulation method are used.

Właściwość ta odniesiona do pola powierzchni budynku wyznaczana jest jako:

 

gdzie:
ci – ciepło właściwe materiału warstwy i-tej [J/kg·K], określające, jaką ilość energii należy dostarczyć do 1 kg materiału, aby zwiększyć jego temp. o 1 K [4],
ρi – gęstość materiału warstwy i-tej [kg/mł],
di – grubość materiału warstwy i-tej [m].

Na ogół w akumulacji ciepła w budynku bierze udział ograniczona część przegrody, a maksymalna grubość rozpatrywanych warstw wynosi 0,10 m (według normy PN-EN ISO 13790:2009 [5]).

Pojemność cieplna strefy budynku obliczana jest przez zsumowanie pojemności cieplnych wszystkich elementów znajdujących się w bezpośrednim kontakcie cieplnym z powietrzem wewnętrznym danej strefy.

Założenia przyjęte w obliczeniach

W artykule rozpatrzono zapotrzebowanie na energię w pomieszczeniach różniących się konstrukcją przegród zewnętrznych i wewnętrznych, co w decydujący sposób wpływa na ich pojemność cieplną.

Przeczytaj: Energooszczędność a rozwój miast

Przyjęto, że wymiary wewnętrzne pomieszczenia wynoszą 3,50×2,50 m, a wysokość w świetle – 2,70 m. W jednej ze ścian zewnętrznych zaprojektowano okno o wymiarach 1,50×1,50 m (26% powierzchni podłogi) i wartości współczynnika przenikania ciepła U = 1,7 W/(m2·K) (RYS. 1). Przyjęto, że ściana zewnętrzna może być skierowana na północ, południe, wschód lub zachód.

W pierwszym wariancie założono, że ściany są murowane z cegły kratówki i ocieplone od zewnątrz styropianem, a stropy międzykondygnacyjne są żelbetowe.

Drugim wariantem były przegrody o konstrukcji szkieletowej drewnianej ocieplone wełną mineralną ułożoną między elementami szkieletu nośnego i wykończone od strony wewnętrznej płytami gipsowo-kartonowymi.

W obu sytuacjach wartość współczynnika przenikania ciepła ściany zewnętrznej jest jednakowa i wynosi 0,24 W/(m²·K). Pojemność cieplna pomieszczenia obliczona według normy PN-EN ISO 13790:2009 [5] i odniesiona do m² powierzchni podłogi w wariancie I wynosi 726,0 kJ/m²·K (6,35 MJ/K), a w wariancie II jest prawie trzykrotnie mniejsza i wynosi 255,2 kJ/m²·K (2,23 MJ/K).

Wymianę powietrza w pomieszczeniu przyjęto na poziomie 0,5 1/h. Pominięto wewnętrzne zyski ciepła pochodzące od procesów bytowych i pracy urządzeń gospodarstwa domowego.

Przy ocenie pomieszczeń brano pod uwagę całoroczny cykl zapotrzebowania na ciepło i chłód oraz długość sezonu grzewczego. Założono ciągły tryb klimatyzacji pomieszczeń. Analizowane parametry wyznaczono dynamiczną metodą symulacyjną.

Analiza wyników symulacji

Jak można było oczekiwać, największe zapotrzebowanie na ciepło ma pomieszczenie skierowane na północ, a najmniejsze – na południe (RYS. 2). Bez względu na lokalizację ściany zewnętrznej zapotrzebowanie na ciepło jest nieznacznie większe w pomieszczeniu o konstrukcji lekkiej.

Największe różnice występują przy południowej orientacji przegrody – 4,3%, dla pozostałych kierunków zapotrzebowanie na ciepło w pomieszczeniu o konstrukcji ciężkiej jest mniejsze średnio o 2% od zapotrzebowania w pomieszczeniu o konstrukcji lekkiej.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »

Zapotrzebowanie na chłód osiąga największe wielkości, gdy elewacja skierowana jest na wschód. W przypadku elewacji północnej potrzeby energetyczne związane z chłodzeniem pomieszczenia są znikome. Konstrukcja lekka jest wariantem mniej korzystnym i wymaga większych nakładów energetycznych na chłodzenie (od ok. 30% do 120%).

W cyklu całorocznym różnice między obydwoma rodzajami konstrukcji nie są zbyt duże. Na podstawie oceny sumarycznego zapotrzebowania na energię (ciepło i chłód) można stwierdzić, że ciężka obudowa pomieszczenia pozwala uzyskać oszczędności energetyczne wynoszące od 3% do 9%. Maksymalne różnice występują, gdy elewacja skierowana jest na południe.

Dla tej orientacji w największym stopniu uwidaczniają się możliwości akumulacji promieniowania słonecznego w masywniejszych przegrodach. Jeżeli przegroda zewnętrzna skierowana jest na północ, ze względu na mniejsze natężenie promieniowania słonecznego potencjalne możliwości magazynowania ciepła przez konstrukcję murowano­‑żelbetową nie są w pełni wykorzystane. Efektem jest minimalne zmniejszenie zapotrzebowania na energię w stosunku do lekkiej konstrukcji szkieletowej.

Na uwagę zasługuje fakt, że najmniej korzystną lokalizacją ściany zewnętrznej okazała się lokalizacja wschodnia. Mimo że zapotrzebowanie na ciepło jest największe dla ściany skierowanej na północ, to jednak znaczne nasłonecznienie latem, charakterystyczne dla kierunku wschodniego, powoduje wzrost całkowitego zapotrzebowania na energię (TABELA 1).

Potwierdzają to wyniki obliczeń kolejnych miesięcy roku. Na RYS. 3–4 przedstawiono rozkład zapotrzebowania na energię w wypadku ściany zewnętrznej skierowanej na południe i wschód.

Wpływ rodzaju konstrukcji na potrzeby energetyczne najbardziej widoczny jest na końcu i początku sezonu grzewczego oraz latem (od kwietnia do października).

Większe możliwości magazynowania energii przez masywną obudowę pozwalają w tym czasie w zauważalny sposób zmniejszyć zapotrzebowanie na ciepło i chłód. W miesiącach zimowych (od listopada do lutego) różnice między obydwoma typami konstrukcji są znacznie mniejsze.

Może to być spowodowane faktem, że ze względu na ograniczone zyski słoneczne możliwości akumulacyjne ciężkiej obudowy nie są w pełni ­wykorzystane, a o stratach ciepła decyduje przede wszystkim izolacyjność termiczna przegrody zewnętrznej.

POBIERZ E-BOOK [bezpłatnie]
warunki techniczne
Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki
– stan na 2014 r.

Także tryb ogrzewania ciągłego założony w obliczeniach (bez przerw spowodowanych np. czasowym wyłączeniem przez użytkowników) nie sprzyja uwidocznieniu się różnic wynikających ze zmiany pojemności cieplnej.

Ważnym i korzystnym zjawiskiem związanym z zastosowaniem ciężkiej konstrukcji przegród jest znaczące skrócenie sezonu grzewczego. W rozważanym przykładzie czas ogrzewania pomieszczenia o masywnej obudowie skrócił się średnio o 25 dni (TABELA 2).

Wiąże się to również z bardziej efektywnym wykorzystaniem zysków ciepła pochodzących od promieniowania słonecznego, co jest najbardziej widoczne w odniesieniu do południowej lokalizacji ściany zewnętrznej.

Podsumowanie

Różne zapotrzebowanie na ciepło i chłód pomieszczeń o konstrukcji lekkiej i masywnej związane jest przede wszystkim z możliwością akumulacji energii, pozwalającą na lepsze wykorzystanie promieniowania słonecznego zimą i ograniczenie przegrzewania pomieszczeń latem.

W analizowanym przypadku największe możliwości wykorzystania zdolności magazynowania energii wiązały się ze zmniejszeniem zapotrzebowania na chłód (szczególnie w maju i czerwcu) i znacznym skróceniem sezonu grzewczego. Różnice w zapotrzebowaniu na ciepło mogłyby być bardziej widoczne w analizie większego mieszkania lub całego budynku oraz przy założeniu nieciągłego trybu ogrzewania.

Zapewnienie odpowiedniej pojemności cieplnej obudowy zdecydowanie sprzyja oszczędności energii i utrzymaniu komfortu wewnętrznego [6]. W konstrukcjach masywnych może to być osiągnięte automatycznie, dzięki cechom fizycznym elementów przegrody.

W konstrukcjach lekkich będzie wymagać bardziej przemyślanego projektowania budynku i stworzenia możliwości akumulacji energii przez dodatkowe elementy, takie jak masywna płyta fundamentowa, murowane ścianki działowe lub zwiększona grubość okładziny wykańczającej konstrukcję szkieletową.

Literatura

  1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75, poz. 690 ze zm.).
  2. D. Heim, „Izolacyjność termiczna przegród pełnych i jej wpływ na charakterystykę energetyczną budynków”, „Izolacje”, nr 7/8/2012, s. 18–23.
  3. „Typowy rok meteorologiczny do symulacji wymiany ciepła i masy w budynkach”, pod red. D. Gawina i E. Kosseckiej, Politechnika Łódzka, Łódź 2002.
  4. W. Płoński, J.A. Pogorzelski, „Fizyka budowli”, Arkady, Warszawa 1979.
  5. PN-EN ISO 13790:2009, „Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia”.
  6. T. Kisilewicz, „O tłumieniu fal cieplnych przez przegrody zewnętrzne budynków”, „Czasopismo Techniczne. Budownictwo”, z. 3, 2-B/2012, s. 205.
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 1/2013

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak zatrzymać ciepło i ochronić dom przed zimnem?


Markizy tarasowe oraz markizy balkonowe sprawdzają się idealnie także w domach jednorodzinnych. Dużym zainteresowaniem... ZOBACZ »


Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »


"Wirtualne malowanie" - wykonaj sam symulację online »

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Jak zapewnić trwałość mocowania elewacji?


Wsporniki przejmują ciężar muru i za pomocą zabetonowanych szyn kotwiących lub kotew przekazują go na ścianę nośną... ZOBACZ »


Płynne membrany poliuretanowe - gdzie je stosować?

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

Siła związania do podłoża przekraczająca 20 kg/cm2, wysoka odporność na niszczące czynniki eksploatacyjne...
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dowiedz się więcej o hydroizolacji dachów »

Chcesz ograniczyć straty ciepła z budynku? Zobacz »

Dostarczamy innowacyjne systemy hydroizolacji oraz pokryć dachowych, mające na celu zmianę sposobu życia i pracy naszych klientów... czytaj dalej » W obecnych czasach rosnące ceny energii cieplnej i elektrycznej skłaniają do analizy strat ciepła w budynkach mieszkalnych. Jedynym sposobem ograniczenia kosztów jest... czytaj dalej »

Jak mocować elewacje wentylowane?


Jak w realnych warunkach zachowują się różne systemy mocowań elewacji wentylowanych? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji »


W przypadku gdy temperatura przekroczy temperaturę zeszklenia, wówczas żywica nie jest... ZOBACZ »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.