Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2019 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Zmiany wymaganej izolacyjności cieplnej przegród i ich wpływ na wskaźnik zapotrzebowania na energię użytkową budynku

Changes in the required thermal insulation of building baffles and their impact on the annual usable heating energy demand index
Zmiany wymaganej izolacyjności cieplnej przegród i ich wpływ na wskaźnik zapotrzebowania na energię użytkową budynku
Zmiany wymaganej izolacyjności cieplnej przegród i ich wpływ na wskaźnik zapotrzebowania na energię użytkową budynku
Fot. InfraTec

Wymagania dotyczące ochrony cieplnej budynków w Polsce przeniesiono w roku 1997 z norm do rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. W 2008 roku znowelizowano ten dokument i względem wszystkich budynków postawiono wymaganie alternatywne dotyczące maksymalnej wartości współczynnika przenikania ciepła przegród lub wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej.

Od 1 stycznia 2014 r. weszła w życie kolejna nowelizacja Warunków Technicznych [1], według której budynki muszą spełniać zarówno wymaganie dotyczące Umax, jak i wymaganie dotyczące EPmax. Maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła wybranych przegród przedstawiono w TABELI 1.

Wybór i ustalenie wymaganych wartości współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych powinno być związane z ich optymalizacją. Zagadnienie optymalizacji poziomu izolacyjności przegród budowlanych w budynkach zostało już przebadane przez Autorów [2]. W tym badaniu przeanalizowano wpływ parametrów makro- i mikroekonomicznych (takich jak stopa dyskonta, wysokość podatku VAT, a także jednostkowe ceny energii cieplnej i koszt izolacji termicznej) na optymalną grubość warstwy izolacji cieplnej ścian zewnętrznych budynków mieszkalnych.

Przeprowadzona analiza wykazała, że w odniesieniu do optymalnych wartości współczynnika przenikania ciepła Uopt. (dla warunków makro- i mikroekonomicznych z 2016 roku) zaostrzenie wymagań ochrony cieplnej poprzez wprowadzenie nowych obniżonych Umax nie jest zbyt radykalne. Wartości Umax ścian zewnętrznych obowiązujące od 2017 r. i 2021 r., wynoszące odpowiednio 0,23 W/(m2·K) i 0,20 W/(m2·K), nie wyprzedzają obniżenia Uopt obliczonego z zastosowaniem metody dynamicznej (NPV) przy ogrzewaniu z sieci ciepłowniczej lub z energii elektrycznej, a wręcz przeciwnie - są one prawie dwukrotnie większe od Uopt..

TABELA 1. Wartości współczynnika przenikania ciepła UC(max) wybranych przegród przy temperaturze w pomieszczeniu ti ≥ 16°C [1]
TABELA 1. Wartości współczynnika przenikania ciepła UC(max) wybranych przegród przy temperaturze w pomieszczeniu ti ≥ 16°C [1]

Nasuwają się jednak pytania: co daje to obniżenie Umax o 0,03 W/(m2·K) dla ścian (w dwóch kolejnych okresach podwyższających wymagania) w rzeczywistych warunkach eksploatacji budynków? Czy zmiany Umax dla przegród zewnętrznych nie są wprowadzane zbyt wolno?

Niestety w literaturze naukowej nie są dostępne wyniki badań w kierunku oszacowania efektów energetycznych i ekonomicznych zmian Umax dla wszystkich przegród budynku. Jest to istotna kwestia, wpływająca na końcowy bilans energetyczny całego budynku, zatem należy ją poddać rozważaniom.

Dowiedz się: Jakie czynniki decydują o jakości wykonania izolacji z płyt styropianowych?

W związku z powyższym, celem pracy jest analiza wskaźnika zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji EUH wybranego jednorodzinnego budynku mieszkalnego w warunkach klimatycznych Białegostoku w zależności od współczynników przenikania ciepła ścian zewnętrznych (U1), dachu (U2), okien i drzwi balkonowych (U3), okien połaciowych (U4) i drzwi zewnętrznych (U5), przyjętych na trzech poziomach odpowiadających maksymalnie dopuszczalnym wartościom, zatwierdzonym w Warunkach Technicznych na okresy od roku 2014, 2017 i 2021 oraz opracowanie deterministycznego modelu matematycznego tej zależności z oszacowaniem efektów wpływu czynników.

Charakterystyka wybranego budynku mieszkalnego

Analizom poddano jednorodzinny budynek mieszkalny, parterowy z poddaszem użytkowym, niepodpiwniczony, o prostej bryle (RYS. 1, RYS 2, RYS. 3 i RYS. 4).

RYS. 1. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: elewacja frontowa; rys.: autorzy (W. Jezierski, B. Sadowska)
RYS. 1. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: elewacja frontowa; rys.: autorzy
RYS. 2. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: przekrój pionowy; rys.: autorzy (W. Jezierski, B. Sadowska)
RYS. 2. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: przekrój pionowy; rys.: autorzy
RYS. 3. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: rzut parteru; rys.: autorzy (W. Jezierski, B. Sadowska)
RYS. 3. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: rzut parteru; rys.: autorzy
RYS. 4. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: rzut poddasza użytkowego; rys.: autorzy (W. Jezierski, B. Sadowska)
RYS. 4. Rysunek schematyczny analizowanego budynku mieszkalnego: rzut poddasza użytkowego; rys.: autorzy

W rzucie budynek ma kształt prostokąta o wymiarach 9,54×11,04 m. Wykonany jest on w technologii tradycyjnej murowanej, z dachem dwuspadowym o kącie nachylenia 45° i konstrukcji drewnianej, krytym dachówką ceramiczną. Elewacja frontowa zorientowana jest w kierunku północnym. Powierzchnia zabudowy budynku wynosi 105,32 m2, powierzchnia całkowita - 162,48 m2, użytkowa - 150,11 m2, zaś kubatura - 690 m3.

Ściany zewnętrzne budynku są dwuwarstwowe: z betonu komórkowego gr. 24 cm z warstwą styropianu od strony zewnętrznej, strop nad parterem żelbetowy.

Ocieplenie dachu stanowi wełna mineralna, z wykończeniem płytami gipsowo-kartonowymi od strony poddasza.

Podłoga na gruncie składa się z następujących warstw:

  • podkład betonowy gr. 10 cm na podsypce żwirowej,
  • papa,
  • styropian gr. 10 cm,
  • folia PE,
  • warstwy posadzkowe na podkładzie betonowym.

Zastosowano okna i drzwi zewnętrzne z PVC. Wentylacja jest grawitacyjna. Źródło ciepła to kocioł gazowy kondensacyjny oraz kominek.

Metoda obliczania wskaźnika zapotrzebowania na energię użytkową

Zgodnie z przyjętym celem badania jako funkcję Y wybrano wskaźnik zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji przedmiotowego budynku EUH, [kWh/(m2∙rok)]. Stanowi on iloraz rocznego zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji QH,nd i powierzchni ogrzewanej Af budynku.

Wartości QH,nd obliczono według metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku z rozporządzenia [3], z uwzględnieniem rocznego zapotrzebowania QH,nd,s,n dla każdej z s stref ogrzewanych oraz dla każdego z n miesięcy w roku. Wartość QH,nd,s,n obejmowała straty i zyski ciepła.

Autorzy opracowali algorytm do wyliczania wskaźnika zapotrzebowania na energię użytkową (RYS. 5) przy zmianie wartości wybranych czynników według planu eksperymentu obliczeniowego. Ten algorytm posłużył jako podstawa do opracowania autorskiego programu komputerowego w Microsoft Excel.

RYS. 5. Schemat blokowy obliczania wskaźnika zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji wybranego budynku; rys.: autorzy (W. Jezierski, B. Sadowska)
RYS. 5. Schemat blokowy obliczania wskaźnika zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji wybranego budynku; rys.: autorzy

Model matematyczny wskaźnika zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji wybranego budynku mieszkalnego

Wskaźnik zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji wybranego budynku EUH (funkcja Y) badano w zależności od następujących współczynników przenikania ciepła: ścian zewnętrznych U1 (czynnik X1), dachu U2 (czynnik X2), okien i drzwi balkonowych U3 (czynnik X3), okien połaciowych U4 (czynnik X4) oraz drzwi zewnętrznych U5 (czynnik X5), dla warunków klimatycznych Białegostoku. Wybrane czynniki są mierzalne, sterowalne, niezależne, jednoznaczne i niesprzeczne, tzn. spełniają one podstawowe wymagania modelowania matematycznego [4]. Przypuszczano, że szukaną zależność Y = ƒ(X1X2X3X4X5) może opisywać wielomian algebraiczny drugiego stopnia.

W celu uzyskania danych do opisu tej zależności przeprowadzono 5-czynnikowy eksperyment obliczeniowy według planu drugiego stopnia (TABELA 2).

TABELA 2. Macierz planowania i wyniki obliczeń EUH (Yi)

Zastosowano kompozycyjny symetryczny trójpoziomowy plan, zawierający 26 prób [5]. Do wyliczeń wartości Yi w 26 wierszach planu wykorzystano program autorski w Microsoft Excel.

Przy wyborze zakresów zmienności, zgodnie z założonym celem badania, dla każdego z rozpatrywanych czynników zostały przyjęte trzy poziomy odpowiadające maksymalnym dopuszczalnym wartościom analizowanych współczynników, zatwierdzonym w Warunkach Technicznych na okresy od roku 2014, 2017 i 2021 (TABELA 1).

Tak ukształtowane zakresy zmienności czynników pozwoliły ­Autorom sprawdzić wrażliwość badanej funkcji i uzyskać przydatną informację w sprawie uzasadnienia wartości współczynników Uimax na nowy okres czasowy. Tak więc, wybrane czynniki przyjęto na poziomach:

  • X1: 0,20(–1), 0,23(0), 0,26(+1),
  • X2: 0,15(–1), 0,18(0), 0,21(+1),
  • X3: 0,90(–1), 1,10(0), 1,30(+1),
  • X4: 1,10(–1), 1,30(0), 1,50(+1),
  • X5: 1,30(–1), 1,50(0), 1,70 W/(m2·K) (+1).

Wymaganie z zakresu planowania eksperymentu odnośnie symetrycznych zakresów zmienności dla wszystkich czynników zmusiło Autorów odstąpić od zatwierdzonych w WT wartości 0,25 (X1 = +0,6667) i 0,20 [X2 = +0,6667 W/(m2·K)] oraz zamienić je odpowiednio na 0,26 i 0,21 W/(m2·K). Jednak nie tworzyło to żadnych problemów z modelowaniem, ponieważ nowy zwiększony zakres pokrywa poprzednie wartości.

Wyżej wymienione wartości naturalne czynników 1, 2, 3, 4, 5 i odpowiadające im w nawiasach wartości unormowane X1, X2, X3, X4, X5 przedstawiono w TABELI 2.

Przejście z wartości naturalnych Ẋi do unormowanych Xi wykonano według metody opisanej w [5]. Pozostałe zmienne wejściowe przyjęto na stałym poziomie. Parametry geometryczne, charakteryzujące bryłę i powierzchnie pomieszczeń budynku, właściwości fizyczne zastosowanych materiałów, zostały opisane w pkt. 2. Warunki klimatyczne przyjęto dla Białegostoku.

Na podstawie wyników obliczeń, przy zastosowaniu metody najmniejszych kwadratów [6], opracowano model w postaci równania regresji zależności

 

  (1)

Przy testowaniu adekwatności modelu uwzględniono, że modele deterministyczne charakteryzują się wzajemnie jednoznaczną zgodnością pomiędzy oddziaływaniem zewnętrznym i reakcją na to oddziaływanie. Z tego powodu w każdym punkcie planu wykonano tylko jedno doświadczenie.

Do testowania zastosowano kryterium Fiszera [5]. Stwierdzono, że F = 40355,0654, natomiast wartość tabelaryczna Ft = F0,05;25;5 = 4,525 [5]. Wartość F wielokrotnie przekracza Ft, co oznacza, że model jest adekwatny. Jego wysoką jakość potwierdza także współczynnik determinacji R2 = 0,9999.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 3/2019

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Wybierz najlepszy materiał do ociepleń »


Czym różnią się materiały do izolacji poszczególnych elementów budynku? ZOBACZ »


Poznaj sposoby izolacji dachu płaskiego »

Jak wykonać ocieplenie w systemie ETICS?

Jaki materiał zastosować na dachu płaskim, zielonym, odwróconym, a jak na dachu pokrytym wcześniej papą termozgrzewalną?
czytaj dalej »

W przypadku budynków istniejących należy dokładnie sprawdzić jakość... czytaj dalej »

Uzyskaj tytuł mgr. inż. i uprawnienia budowlane!


Wiedza i umiejętności praktyczne zdobyte podczas studiów drugiego stopnia... ZOBACZ »


Jak zabezpieczyć budynek przed drganiami?

Skuteczna ochrona przed wilgocią »

Zapewnienie dobrej wibroakustyki dla budynku to coraz częściej wyzwanie dla świadomych i wymagających klientów. czytaj dalej » W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i... czytaj dalej »

Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr...  czytaj dalej »


Na czym polegają prace uszczelniające?

Wszystko o izolacji instalacji klimatyzacyjnych i wentylacyjnych »

Prace uszczelniające mają na celu odcięcie niebezpiecznych materiałów, substancji lub po prostu... czytaj dalej » Produkty przeznaczone do instalacji klimatyzacyjnych i wentylacyjnych, jak i... czytaj dalej »

Chemia budowlana - porady ekspertów »


Masz wątpliwości i pytania jak rozwiązać Twój problem techniczny? Dobierz stosowną technologię do Twoich potrzeb... ZOBACZ »


Czego użyć do izolacji dachu?

Czym ocieplić piwnicę lub garaż?

Rozwiązaniem, które zapewnia optymalne zaizolowanie są... czytaj dalej » Izolacja stropów nad garażami podziemnymi musi spełniać wysokie wymagania akustyczne, cieplne i przeciwpożarowe... czytaj dalej »

Malowanie kafli krok po kroku »


Malowanie kafli to wciąż mało popularny sposób zmiany wystroju wnętrza... ZOBACZ »


Co warto wiedzieć o systemach natryskowych?

Jak zabezpieczyć budynek przed wilgocią?

Budynek ocieplony pianką jest szczelny akustycznie a przede wszystkim...
czytaj dalej »

Wilgoć pojawiająca się w budynku i związana z nią pleśń szkodzą naszemu zdrowiu, powodują wyższe rachunki za ogrzewanie i niszczą mury. czytaj dalej »

Planujesz wymianę dachu? Sprawdź »


Dzięki lekkości dachówek nie ma potrzeby wzmacniania Twojej starej struktury dachowej. W niektórych przypadkach jest nawet... ZOBACZ »


Elewacja, która wygląda jak drewno, marmur czy kamień »

Szukasz pomysłu na wykończenie elewacji? Sprawdź

Ładna fasada stanowi wizerunek budynku. Estetyczny wygląd elewacji często...
czytaj dalej »

Tynki cienkowarstwowe tworzą ochronno-dekoracyjną zewnętrzną warstwę o wysokiej odporności na... czytaj dalej »

Ekspert Budowlany - zlecenia

dr inż. Beata Sadowska
dr inż. Beata Sadowska
Beata Sadowska jest absolwentką Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Białostockiej, gdzie ukończyła studia na kierunku budownictwo oraz studia podyplomowe Budownictwo Ekolo... więcej »
prof. dr hab. inż. Walery Jezierski
prof. dr hab. inż. Walery Jezierski
Walery Jezierski ukończył Wydział Architektury Brzeskiego Państwowego Instytutu Inżynieryjno-Budowlanego w specjalności budownictwo miejskie. Pracuje w Katedrze Gospodarki Przestrzennej i Budowni... więcej »
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 »
7/8/2020

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Tarasy wentylowane
  • - Zastosowanie kruszyw lekkich
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

.