Obowiązująca od 1 stycznia 2006 r. dyrektywa 2002/91/WE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [1] (EPBD – Energy Performance of Buildings Directive) otwiera nowe pole do analiz zapotrzebowania na energię netto, z uwzględnieniem także energii potrzebnej do chłodzenia budynków. Przedstawiamy podstawowe założenia bilansowej metody miesięcznej zgodnie z obowiązującą normą PN-EN ISO 13790 [2] wchodzącą w skład zestawu norm związanych z dyrektywą.
Bilans energetyczny
Zakłada się, że bez względu na rodzaj przyjętej metody bilans energetyczny rozpatrywany jest rozdzielnie na poziomie budynku oraz na poziomie instalacji technicznych. W bilansie cieplnym budynku uwzględnia się energię do ogrzewania oraz chłodzenia na podstawie bilansu cieplnego pojedynczej strefy lub poszczególnych stref termicznych. W skład bilansu cieplnego strefy stanowiącego o zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania lub chłodzenia na poziomie budynku wchodzą straty bądź zyski ciepła wynikające z:
- wymiany ciepła na drodze przewodzenia pomiędzy strefą o założonej temperaturze wewnętrznej a środowiskiem zewnętrznym, związanej z różnicą temperatur powietrza wewnętrznego w strefie i powietrza zewnętrznego,
- wymiany ciepła na drodze wentylacji (wywołanej wentylacją naturalną lub mechaniczną) pomiędzy strefą o założonej temperaturze wewnętrznej a środowiskiem zewnętrznym, związanej z różnicą temperatur powietrza wewnętrznego w strefie i powietrza nawiewanego (z uwzględnieniem ewentualnego odzysku ciepła),
- wymiany ciepła na drodze przewodzenia oraz na drodze wentylacji pomiędzy strefą o założonej temperaturze wewnętrznej a strefą sąsiednią, związanej z różnicą temperatur powietrza wewnętrznego w obu strefach (z uwzględnieniem ewentualnego odzysku ciepła),
- zysków ciepła od osób, urządzeń, oświetlenia oraz ciepła traconego z lub do instalacji ogrzewania, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody bądź wentylacji,
- zysków ciepła od promieniowania słonecznego, bezpośredniego (przez elementy przeszklone) lub pośredniego (przez absorpcję ciepła na zewnętrznych powierzchniach przegród pełnych),
- magazynowania lub oddawania ciepła przez elementy konstrukcji (jedynie w wypadku metody dynamicznej).
Na poziomie instalacji (poza zapotrzebowaniem na energię do ogrzewania lub chłodzenia) w bilansie cieplnym uwzględniana jest: energia pochodząca z systemów energii odnawialnej, strata energii wynikająca ze sprawności wytwarzania, magazynowania, przesyłu, emisji i regulacji, energia pomocnicza niezbędna do zasilania systemu grzewczego, chłodniczego lub wentylacyjnego, dodatkowa energia wyprodukowana przez system grzewczy lub chłodniczy w przypadku systemów kogeneracyjnych.
Wybór metody obliczeniowej
Obliczenia zapotrzebowania na ciepło bądź chłód dokonywane są najczęściej przy użyciu dwóch rodzajów metod: quasi-statycznych bądź dynamicznych. Metody quasi-statyczne określają bilans cieplny dla odpowiednio długiego okresu obliczeniowego (najczęściej jednego miesiąca lub sezonu grzewczego). W metodach tych nie jest możliwe pełne rozpatrzenie efektów chwilowych, które są uwzględniane poprzez współczynniki wykorzystania zysków lub strat ciepła. Metody dynamiczne, określające bilans cieplny dla krótkich okresów (przeważnie 1 godz.), pozwalają na dokładniejsze wzięcie pod uwagę efektów związanych z magazynowaniem energii ciepła lub chłodu w elementach konstrukcji budynku.
Szczególnie istotne różnice w sposobie uwzględnienia wykorzystania zysków ciepła można zaobserwować w pomieszczeniach o znacznych okresowych zyskach ciepła oraz wykorzystania uzysku energii do przestrzeni nieogrzewanych, np. ogrodów zimowych. Ważna jest też masa termiczna budynku i sposób jego użytkowania. W ramach procedur obliczeniowych określonych w normie PN-EN ISO 13790 [2], zależnie od stopnia złożoności, istnieje możliwość wyboru spośród następujących trzech metod:
- miesięcznej metody quasi-statycznej,
- uproszczonej,
- godzinowej metody dynamicznej (godzinowej quasi-statycznej), s
- zczegółowej metody symulacyjnej.
Metoda miesięczna daje poprawne wyniki jedynie w obliczeniach w cyklu rocznym (w odniesieniu do sezonu grzewczego i chłodniczego). Jeśli chodzi o poszczególne miesiące, a w szczególności okresy przejściowe pomiędzy sezonami grzewczym a chłodniczym, wyniki uzyskane metodą statyczną obarczone są istotnymi błędami. Uproszczona godzinowa metoda dynamiczna zalecana jest w celu lepszego uwzględnienia zmiennego w ciągu dnia sposobu użytkowania obiektu. W szczególności gdy zakłada się zmienną w ciągu doby temperaturę powietrza wewnętrznego oraz sterowanie temperaturą (w zależności od warunków we- wnętrznych i zewnętrznych), wielkością strumienia powietrza wentylacyjnego lub urządzeniami zacieniającymi. Metoda ta daje poprawne wyniki dla poszczególnych miesięcy. W przypadku obiektów złożonych w celu otrzymania właściwej charakterystyki energetycznej w poszczególnych godzinach niezbędne jest skorzystanie ze szczegółowej metody symulacyjnej. Stopień złożoności może wynikać z charakteru, funkcji i sposobu użytkowania, a także rozwiązań konstrukcyjnych i przestrzennych.
Procedura obliczeniowa
Określanie granic przestrzeni ogrzewanej Granicami przestrzeni ogrzewanej są wszystkie elementy budynku oddzielające przestrzeń ogrzewaną od środowiska zewnętrznego albo od sąsiednich ogrzewanych lub nieogrzewanych przestrzeni. Jeśli dla całego budynku zakładana jest temperatura stała, a wewnętrzne i słoneczne zyski ciepła są stosunkowo niewielkie i równomiernie rozłożone w całym budynku, dopuszcza się stosowanie obliczeń jak dla modelu jednostrefowego (bez podziału na poszczególne strefy). Oznacza to, że całą przestrzeń budynku traktuje się jako jedną strefę termiczną (objętość powietrza o właściwościach jednorodnych). Podział na strefy nie jest wymagany, gdy:
- temperatura stref nie różni się o więcej niż 4 K,
- strefa obsługiwana jest przez tę samą instalację grzewczą bądź chłodniczą,
- instalacja wentylacji mechanicznej (o ile występuje) obsługuje co najmniej 80% powierzchni analizowanej przestrzeni,
- różnice w wielkości strumienia powietrza wentylacyjnego między poszczególnymi strefami są nie większe niż czterokrotna ilość dla najmniejszej wymiany lub drzwi pomiędzy strefami są często otwierane.
W pozostałych wypadkach budynek należy podzielić na poszczególne strefy termiczne. Jeżeli nie ma wymiany energii pomiędzy strefami na drodze przewodzenia lub wymiany powietrza, każda ze stref może być potraktowana niezależnie. Zapotrzebowanie na ciepło lub chłód można wtedy wyznaczać, używając procedury obliczeń jednostrefowych i przyjmując adiabatyczne granice między strefami. Zapotrzebowanie na energię dla całego budynku jest wtedy sumą zapotrzebowania energii obliczonych dla wszystkich stref. Jeśli istnieje możliwość wymiany energii między strefami, należy to uwzględnić w obliczeniach dla poszczególnych stref.
.jpg)
