Charakterystyka energetyczna budynku w świetle aktualnych przepisów prawnych - wybrane aspekty

Charakterystyka energetyczna budynku, czyli określenie parametrów energetycznych budynku, stanowi jeden z dokumentów w procesie jego projektowania, wykonywania i eksploatacji

Od 1 stycznia 2014 r. obowiązują przepisy Rozporządzenia Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], regulujące wartości maksymalne wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/(m²·rok)].

Metodologię obliczeń w odniesieniu do budynku lub jego części podano w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2].

Należy podkreślić, że jest to zmienione rozporządzenie, które zastąpiło Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 3 czerwca 2014 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej [3].

Wprowadziło przy tym pewne niejasności i nieścisłości wśród wykonujących świadectwa charakterystyki energetycznej budynku. Podstawowym aktem prawnym w zakresie charakterystyki energetycznej budynku jest Ustawa o charakterystyce energetycznej budynków [4]. Określa ona:

• zasady sporządzania świadectw charakterystyki energetycznej,
• zasady kontroli systemu ogrzewania i systemu klimatyzacji w budynkach,
• zasady prowadzenia centralnego rejestru charakterystyki energetycznej budynków,
• sposób opracowania krajowego planu działań mającego zwiększyć liczbę budynków o niskim zużyciu energii.

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2] podaje, że charakterystykę energetyczną budynku lub części budynku wyznacza się:

• metodą opartą na standardowym sposobie użytkowania budynku lub części budynku (metoda obliczeniowa) - załącznik 1 do rozporządzenia,
• metodą opartą na faktycznie zużytej ilości energii (metoda zużyciowa) - załącznik 2 do rozporządzenia.

Charakterystykę energetyczną istniejącego budynku lub części budynku można wyznaczać metodą zużyciową, jeżeli:

• na potrzeby ogrzewania lub przygotowania ciepłej wody użytkowej są one zasilane z sieci ciepłowniczej lub gazowej,
• zużycie ciepła rozlicza się na podstawie wskazań ciepłomierza,
• zużycie gazu ziemnego rozlicza się na podstawie wskazań gazomierza,
• zużycie ciepłej wody użytkowej rozlicza się na podstawie wskazań wodomierza,
• istnieją dokumenty potwierdzające rzeczywiste zużycie ciepła lub gazu ziemnego z ostatnich 3 lat poprzedzających sporządzenie świadectwa charakterystyki energetycznej,
• w okresie, o którym mowa we wcześniejszym punkcie, nie przeprowadzono robót budowlanych wpływających na ich charakterystykę energetyczną,
• nie są one wyposażone w system chłodzenia,
• gaz ziemny jest zużywany wyłącznie na potrzeby ogrzewania lub przygotowania ciepłej wody użytkowej, a jego zużycie jest mierzone odrębnym gazomierzem,
• jest możliwe określenie ich powierzchni o regulowanej temperaturze powietrza.
• Świadectwo charakterystyki energetycznej sporządza się w języku polskim oraz oprawia się w okładkę formatu A4, w sposób uniemożliwiający jego zdekompletowanie.

Wzór świadectwa charakterystyki energetycznej budynku określa załącznik nr 3 do rozporządzenia, a wzór świadectwa charakterystyki energetycznej części budynku określa załącznik nr 4 do rozporządzenia.

Do podstawowych parametrów charakterystyki energetycznej budynku można zaliczyć:

• EU [kWh/(m²·rok)] - wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię użytkową, uwzględniający cele ogrzewania i wentylacji, przygotowania ciepłej wody użytkowej i chłodzenia oraz zyski ciepła: wewnętrzne w zależności od rodzaju pomieszczeń i budynku, od promieniowania słonecznego przez powierzchnie oszklone - określany metodą bilansów miesięcznych w odniesieniu do indywidualnych parametrów powietrza wewnętrznego i zewnętrznego,
• EK [kWh/(m²·rok)] - wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię końcową w odniesieniu do systemu grzewczego, przygotowania ciepłej wody użytkowej, chłodzenia, wbudowanej instalacji oświetlenia wbudowanego (nie dotyczy budynków mieszkalnych) i technicznych (jako energia pomocnicza), uwzględniający średnią sprawność systemów - określany na podstawie składowych zapotrzebowania na energię użytkową,
• EP [kWh/(m²·rok)] - wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną dla systemu grzewczego, przygotowania ciepłej wody użytkowej, chłodzenia, wbudowanej instalacji oświetlenia wbudowanego (nie dotyczy budynków mieszkalnych), z dodaniem zastosowania energii pomocniczej dla systemów, uwzględniający współczynniki nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie i dostarczenie nośnika energii lub energii dla systemów technicznych w_i – określany na postawie składowych zapotrzebowania na energię końcową,
• E_CO2 [t_CO2/(m²·rok)] - jednostkowa wielkość emisji CO₂, pochodząca z procesu spalania paliw przez system grzewczy, przygotowania ciepłej wody użytkowej, chłodzenia, oświetlenia wbudowanego oraz urządzenia pomocnicze w systemach technicznych,
• U_OZE [%] - udział odnawialnych źródeł energii w rocznym zapotrzebowaniu na energię końcową.

Na podstawie przeprowadzonych analiz opracowano ogólny algorytm postępowania podczas określania charakterystyki energetycznej budynku metodą obliczeniową (załącznik 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2]) – RYS. 1.

Prezentowana metodologia określania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku według tego rozporządzenia wprowadza wiele wątpliwości, niejasności i niezgodności z wcześniej obowiązującymi procedurami. Dotyczy to m.in. sposobu określania powierzchni o regulowanej temperaturze.

Sposób określania powierzchni o regulowanej temperaturze

Według zapisów Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2] należy przez to rozumieć ogrzewaną lub chłodzoną powierzchnię kondygnacji netto, wyznaczaną według Polskiej Normy dotyczącej właściwości użytkowych w budownictwie - określanie i obliczanie wskaźników powierzchniowych i kubaturowych.

W poprzedniej wersji metodologii obliczeniowej, według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej [3], powierzchnię Af traktowano jako powierzchnia użytkową - powierzchnia wyznaczona według Polskiej Normy dotyczącej właściwości użytkowych w budownictwie - określenie i obliczania wskaźników powierzchniowych i kubaturowych, a w przypadku pomieszczeń lub ich części w budynku mieszkalnym jednorodzinnym i lokalu mieszkalnym o wysokości w świetle:

• równej lub większej niż 2,20 m - powierzchnia ta jest zaliczana do obliczeń w 100%,
• równej lub większej niż 1,40 m, ale mniejszej niż 2,20 m - powierzchnia ta jest zaliczana do obliczeń w 50%,
• mniejszej niż 1,40 m - powierzchnia ta jest pomijana całkowicie.

Określanie strat ciepła przez przenikanie

Określanie strat ciepła przez przenikanie według normy PN-EN 12831:2006 [5] powoduje, że niektóre wartości charakterystyki energetycznej są niemiarodajne. Wynika to z przyjmowania wielu parametrów wpływających na straty ciepła w sposób orientacyjny i przybliżony, np. według normy PN-EN ISO 14683:2008 [6].

Przyjmowanie zaniżonych lub zawyżonych wskaźników zużycia ciepłej wody użytkowej

W procedurze określania rocznego zapotrzebowania na energię końcową dostarczaną do budynku lub części budynku dla systemu przygotowania c.w.u. Q_k,W [kWh/rok] (pkt 4.1.3., załącznik 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2]) uwzględniono pole powierzchni o regulowanej temperaturze A_f, co powoduje, że budynki lub pomieszczenia o małej powierzchni będą charakteryzowały się niskim zużyciem c.w.u., natomiast te o dużej powierzchni - nadmiernym.

Wątpliwości może wzbudzać przyjmowanie zaniżonych, tzn. znacznie poniżej minimalnych dopuszczalnych przepisami prawnymi i normami przedmiotowymi wymagań higienicznych, wartości wymiany powietrza w pomieszczeniach. Problemem może być również odsyłanie sporządzających świadectwo charakterystyki energetycznej do wielu norm przedmiotowych, bez podania konkretnego numeru i roku wydania.

Projektowanie cieplne przegród niejednorodnych cieplnie

Współczynnik przenikania ciepła U [W/(m²·K)] określa stratę ciepła odniesioną do jednostkowej różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej oraz jednostkowej powierzchni elementu budowlanego. W przypadku przegród niejednorodnych cieplnie obliczenia przeprowadza się metodą kresów wg PN-EN ISO 6946:2008 [7].

Obliczono całkowity opór cieplny R_T [(m²·K)/W] oraz wartość współczynnika przenikania ciepła U [W/(m²·K)] stropodachu o następującym układzie warstw materiałowych - rys. 2-4.

W przypadku połaci dachowej (stropodachu o konstrukcji drewnianej) zaprojektowano dobrze wentylowaną warstwę powietrza gr. 4 cm - spełnia to kryterium wg pkt. 5.3.4. normy PN-EN ISO 6946:2008 [7]; "całkowity opór cieplny komponentu budowlanego zawierającego dobrze wentylowaną warstwę powietrza należy obliczyć, pomijając opór cieplny warstwy powietrza i wszystkich innych warstw między warstwą powietrza a środowiskiem zewnętrznym oraz dodając zewnętrzny opór przejmowania ciepła, odpowiadający powietrzu nieruchomemu; alternatywnie może być zastosowana wartość R_si z Tablicy 1 normy".

Kres górny całkowitego oporu cieplnego R’T

W wyniku podziału przegrody płaszczyznami prostopadłymi do powierzchni przegrody wyodrębniono dwa zróżnicowane wycinki (sekcje): wycinek "a", wycinek "b" o następujących układach warstw materiałowych - rys. 2-4 oraz tab. 1.

Pola względne wycinka "a" i "b" wyznaczono na podstawie:

• pola wycinka "a": P_a = 0,08m·0,2925m = 0,023 m²,
• pola wycinka "b": P_b = 0,90m·0,2925 m = 0,263 m²,
• sumy pól wycinka "a" i wycinka "b": P= P_a+ P_b = 0,023 + 0,263 = 0,286 m², i wynoszą odpowiednio:

f_a= P_a/P = 0,023/0,286 = 0,08;

f_b= P_b/P = 0,263/0,286 = 0,92; f_a + f_b = 1.

Kres górny całkowitego oporu cieplnego R’T określono wg wzoru:

;

R’_T = 6,75 [(m2·K)/W]

Kres dolny całkowitego oporu cieplnego R”T

W wyniku podziału przegrody płaszczyznami równoległymi do powierzchni przegrody wyodrębniono warstwę niejednorodną cieplnie (dwa materiały: drewno - λ_d.=0,18 [W/(m·K)], wełna mineralna - λ_w.m.= 0,04 [W/(m·K)]) dla której należy określić zrównoważoną (uśrednioną) przewodność cieplną λ” wg wzoru:

λ″ = f_d.· λ_d. + f_w.m.· λ_w.m.

gdzie:

f_d. - pole względne drewna (krokwi),

λ_d. - współczynnik przewodzenia ciepła drewna,

f_w.m. - pole względne wełny mineralnej,

λ_w.m. - współczynnik przewodzenia ciepła wełny mineralnej.

Pola względne wycinka drewna (krokwi) i wełny mineralnej wyznaczono na podstawie:

• pola drewna (krokwi): P_d.= 0,08m·0,18m = 0,01 m²,
• pola wełny mineralnej: P_w.m. = 0,90m·0,18m = 0,16 m²,
• sumy pól betonu komórkowego i żelbetu: P= P_d..+ P_w.m. = 0,01 + 0,16 = 0,17 m², i wynoszą odpowiednio:

f_d.= P_d./P = 0,01/0,17 = 0,06;

f_w.m.= P_w.m./P = 0,16/0,17 = 0,94; f_d.+ f_w.m. = 1.

Zrównoważona (uśredniona) przewodność cieplna warstwy niejednorodnej cieplnie:

λ″ = f_d.· λ_d. + f_w.m.· λ_w.m. = 0,06 · 0,16 + 0,94 · 0,04 = 0,05 [W/(m·K)]

Kres dolny całkowitego oporu cieplnego R” T określono wg wzoru:

Wyniki zestawiono w tab. 2.

Całkowity opór cieplny ściany zewnętrznej R_T (komponentu składającego się z warstw cieplnie jednorodnych i niejednorodnych) oblicza się jako średnią arytmetyczną górnego i dolnego kresu oporu cieplnego, zgodnie ze wzorem:

  [(m²·K)/W]

Współczynnik przenikania ciepła ściany zewnętrznej U wynosi:

 [W/(m²·K)]

W przykładzie obliczeniowym pominięto wpływ dodatków ΔU. Wartość skorygowanego współczynnika przenikania ciepła analizowanej przegrody wynosi U_c = 0,15 [W/(m²·K)].

Analizowany stropodach spełnia kryterium cieplne wg [P-5] w okresie 2017–2020:

U_c = 0,15 [W/(m²·K)] < U_C(max) = 0,18 [W/(m²·K)]

Prezentowane w artykule przykłady pozwolą na pewne usystematyzowanie wybranych zagadnień cieplnych, technicznych i energetycznych niezbędnych do miarodajnego określenia charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2].

Przykłady obliczeniowe

Do analizy obliczeniowej wybrano przykłady dotyczące:

• strat ciepła przez przenikanie,
• strumienia powietrza, który musi być dostarczony do budynku wielorodzinnego,
• stałej czasowej strefy budynku o regulowanej temperaturze t, według normy PN-EN ISO 13790:2009 [10],
• współczynnika wykorzystania zysków ciepła w strefie ogrzewanej w n-tym miesiącu roku.

Przykład 1

W przykładzie pierwszym określono straty ciepła przez przenikanie dla wybranej ściany zewnętrznej budynku (według normy PN-EN 12831:2006 [4]).

W myśl Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2] całkowite straty ciepła przez przenikanie dla strefy ogrzewanej określa się z uwzględnieniem:

• współczynnika przenoszenia ciepła ze strefy ogrzewanej (i) bezpośrednio do środowiska zewnętrznego (e) - H_tr,ie [W/K],
• współczynnika przenoszenia ciepła ze strefy ogrzewanej (i) przez przyległe przestrzenie nieogrzewane w budynku lub przyległym budynku (u) do otoczenia (e) - H_tr,iue [W/K],
• współczynnika przenoszenia ciepła ze strefy ogrzewanej (i) do przyległej strefy ogrzewanej w budynku lub przyległego budynku (j) - H_tr,ij [W/K],
• współczynnika przenoszenia ciepła ze strefy ogrzewanej (i) do gruntu (g) - H_tr,ig [W/K].

Wartości wymienionych współczynników, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2], należy określać w oparciu o normę PN-EN 12831:2006 [4]. Budzi to jednak wiele wątpliwości i niejasności na poziomie przyjmowania pewnych współczynników korekcyjnych oraz uproszczeń w normowych procedurach obliczeniowych.

Do obliczeń własnych wytypowano jedną z elewacji budynku jednorodzinnego (RYS. 5).

Przyjęto następujące założenia:

• obliczenia przeprowadzono zgodnie z procedurą prezentowaną w rozdziale 7.1.1 normy PN-EN 12831:2006 [4], zgodnie z wytycznymi Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2],
• ściana zewnętrzna dwuwarstwowa: bloczek z betonu komórkowego o gr. 24 cm o λ = 0,21 W/(m∙K), styropian o gr. 10 cm o λ = 0,04 W/(m∙K), obustronnie otynkowana, o wartości współczynnika przenikania ciepła U_C = 0,26 W/(m²·K),
• okno o wartości współczynnika przenikania ciepła U_w = 1,10 W/(m²·K),
• wartości linowych współczynników przenikania ciepła ψ_i (TAB. 3) przyjęto na podstawie:
  - normy PN-EN ISO 14683:2008 [6] - wariant I,
  - katalogu mostków cieplnych (załącznik do "Projektowania przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych dotyczących budynków WT2013" [8]) (wariant II),
• wartości liniowego współczynnika Ψ [W/(m∙K)] (TAB. 3), długości liniowych mostków termicznych l [m] oraz pole powierzchni ścian zewnętrznych uczestniczących w przenikaniu A [m²] przyjęto przy zastosowaniu wymiarów wewnętrznych, 
• wartości współczynników korekcyjnych przyjęto e_k = 1 i e₁ = 1, zgodnie z D.4.1 normy PN-EN 12831:2006 [5].

W TAB. 3 i TAB. 4 zestawiono wyniki przeprowadzonych obliczeń

Według normy PN-EN 12831:2006 [5] wpływ liniowych mostków cieplnych można uwzględnić metodą uproszczoną, obliczając wartość współczynnika przenikania ciepła z uwzględnieniem mostków cieplnych U_kc [W/(m²·K)] według wzoru U_kc = U_k + ΔU_Tb.

Wartości dodatku ΔU_Tb przyjmuje się według D.4.1 normy PN-EN 12831:2006 [5] w zależności od typu elementu budynku (poziomy czy pionowy) oraz występujących otworów okiennych i drzwiowych. Jednak taki sposób budzi wiele niejasności i wątpliwości, ponieważ przyjmowanie stałych (zryczałtowanych) współczynników ΔU_Tb nie prowadzi do uzyskania miarodajnych wyników obliczeń w zakresie strat ciepła.

Na podstawie przeprowadzonych badań własnych opracowano w formie metod inżynierskich własne algorytmy obliczeniowe dotyczące uwzględniania wpływu mostków cieplnych, prezentowane m.in. w pracy "Projektowania przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych dotyczących budynków WT2013" [8].

Przykład 2

W przykładzie drugim określono wielkości strumienia powietrza, który musi być dostarczony do budynku wielorodzinnego. Przyjęto następujące dane:

• budynek wielorodzinny wybudowany w 1960 r., nie przeprowadzono termomodernizacji, bez wiatrołapu,
• wentylacja naturalna,
• liczba lokali - 40 szt., w każdym lokalu znajduje się kuchnia, łazienka i pokoje,
• powierzchnia o regulowanej temperaturze jednego lokalu 50 m², wysokość pomieszczeń w świetle 2,5 m,
• powierzchnia klatek schodowych 500 m³, kubatura wentylowana klatek schodowych 1250 m³.

Wielkość strumienia powietrza wentylacyjnego [m³/s] określa się według następującej procedury:

• podstawowy strumień powietrza zewnętrznego V_ve,1 lokali (tablica 23 załącznik 1 [2]): wentylacja ciągła 0,32·10^-³ m³/s·m²,
• podstawowy strumień powietrza zewnętrznego V_ve,1 klatki schodowej (tablica 23 załącznik 1 [2]): 0,43·10^-³ m³/s·m²,
• krotność wymian powietrza w budynkach spowodowana infiltracją powietrza przez nieszczelności n = 0,2 h^–1.

W TAB. 5 zestawiono wyniki przeprowadzonych obliczeń.

Przykład 3

W przykładzie trzecim określono stałą czasową strefy budynku o regulowanej temperaturze t według normy PN-EN ISO 13790:2009 [10]. Wytypowano budynek ograniczony dwoma stropami i czterema ścianami. Uwzględniono następujące dane:

• wymiary strefy: 3×6 m, wysokość 2,5 m,
• współczynnik strat ciepła przez przenikanie H_tr,adj = 60 W/K,
• współczynnik strat ciepła przez wentylację H_ve,adj = 40 W/K,
• budowa ściany (od strony pomieszczenia): tynk gipsowy 1 cm, cegła pełna 12 cm, styropian 15 cm,
• układ warstw na stropie: tynk gipsowy 1 cm, płyta żelbetowa 20 cm, styropian 5 cm, gładź cementowa 5 cm, płytki ceramiczne 1 cm.

Określono pojemność cieplną strefy budynku:

C_mj,k = Σ_j Σ_i (A_j·d_ij·r_ij·c_ij)

gdzie:

A - pole powierzchni j-tego elementu [m²];

d_ij - grubość warstwy i-tej w j-tym elemencie [m];

ρ_ij - gęstość materiału warstwy i-tej w elemencie j-tym [kg/m³];

c_ij  - ciepło właściwe materiału warstwy i-tej w elemencie j-tym [J/(kgK)] według tablicy 11 normy PN-EN ISO 13790:2009 [7] (do obliczeń pojemności cieplnej wlicza się 10 cm elementu).

W TAB. 6 zestawiono wyniki obliczeń pojemności cieplnej.

Obliczenie stałej czasowej strefy budynku wykonano według wzoru:

t = (C_m/3600)/(H_tr,adj+H_ve,adj)

gdzie:

C_m - pojemność cieplna strefy budynku [J/K];

H_tr,adj - współczynnik strat ciepła przez przenikanie [W/K];

H_ve,adj - współczynnik strat ciepła przez wentylację [W/K];

Dla wybranego budynku stała czasowa wynosi:

τ = (12591576/3600)/(60+40) = 34,98 h

Przykład 4

W przykładzie czwartym określono współczynnik wykorzystania zysków ciepła w strefie ogrzewanej w n-tym miesiącu roku.

Wartość współczynnika wykorzystania zysków ciepła w strefie ogrzewanej w n-tym miesiącu jest niezbędna do określenia zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji w strefie ogrzewanej Q_H,nd,s [kWh/rok]:

Q_H,nd,s = ∑ Q_H,nd,s,n [kWh/rok]

Q_H,nd,s,n = Q_H,ht,s,n – η_H,gn,s,n · Q_H,gn,s,n [kWh/m-c]

gdzie:

Q_H,nd,s,n - zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania i wentylacji w strefie ogrzewanej w n-tym miesiącu roku (uwzględnia się wartości większe od 0) [kWh/m-c];

Q_H,ht,s,n - całkowita ilość ciepła przenoszonego ze strefy ogrzewanej w n-tym miesiącu roku [kWh/m-c];

η_H,gn,s,n - współczynnik wykorzystania zysków ciepła w strefie ogrzewanej w n-tym miesiącu roku wyznaczony według normy dotyczącej energetycznych właściwości użytkowych budynków - obliczenie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia (pkt. 12.2.1.1 normy PN-EN ISO 13790:2009 [10]) [-];

Q_H,gn,s,n - całkowite zyski ciepła w strefie ogrzewanej w n-tym miesiącu roku [kWh/m-c].

Bezwymiarowy czynnik wykorzystania zysków ciepła do ogrzewania η_H,gn [-] jest funkcją stosunku zysków ciepła do bilansu cieplnego - γ_H i parametru - a_H, który zależy od bezwładności cieplnej budynku (γ_H = Q_H,gn/Q_H,ht):

– jeżeli γ_H > 0 oraz γ_H ≠ 1: h_H,gn = (1 – γ_H^aH)/(1 – γ_H^aH+1);

– jeżeli γ_H = 0: η_H,gn = a_H/(a_H ⁺¹);

– jeżeli γ_H < 0: η_H,gn = 1/γ_H.

gdzie (dla każdego miesiąca lub sezonu i dla każdej strefy budynku):

γ_H - bezwymiarowy stosunek zysków ciepła do bilansu cieplnego dla trybu ogrzewania;

Q_H,ht - całkowita wymiana ciepła dla trybu ogrzewania, Q_H,ht = Q_tr + Q_ve;

Q_H,gn - całkowite zyski ciepła dla trybu ogrzewania, Q_H,gn = Q_int + Q_sol;

a_H - bezwymiarowy parametr liczbowy zależny od stałej czasowej τ_H, określany według wzoru:

a_H = a_H,0 + (τ/τ_H,0)

gdzie:

a_H,0 - bezwymiarowy referencyjny parametr liczbowy (tablica 9 PN-EN ISO 13790:2009 [10]);

τ - stała czasowa strefy budynku, określona zgodnie z pkt. 12.2.1.2 PN-EN ISO 13790:2009 [10];

τ_H,0 - stała czasowa odniesienia (tablica 9 PN-EN ISO 13790:2009 [10]).

Przedstawiono procedurę określania współczynnika wykorzystania strat ciepła w maju dla pojedynczej strefy cieplnej budynku, z wykorzystaniem następujących danych:

• stała czasowa t = 150 h,
• zyski ciepła Q_H,gn = 115  000 kWh,
• straty ciepła Q_H,ht = 76  000 kWh.

Obliczono funkcję stosunku zysków ciepła do bilansu strat:

γ_H = Q_H,gn/Q_H,ht = 115  000/76  000 = 1,51 > 1,00

oraz  

γ_H ≠ 1: η_H,gn = (1 – γ_H^aH)/(1 – γ_H^aH+1)

Wartość bezwymiarowego parametru liczbowy a_H zależy od stałej czasowej τ, stałej czasowej odniesienia τ_H,0 oraz bezwymiarowego referencyjnego parametru a_H,0: a_H = a_H,0 + (τ/τ_H,0).

Do obliczeń przyjęto:

• bezwymiarowy referencyjny parametr a_H,0 (tablica 9 normy PN-EN ISO 13790:2009 [10]) → a_H,0 = 1,0 (dla miesięcznej metody obliczeń),
• stałą czasową t = 150 h,
• stałą czasową odniesienia t_H,0 (tablica 9 normy PN-EN ISO 13790:2009 [10]) → τ_H,0 = 15 (dla miesięcznej metody obliczeń):

a_H = a_H,0 + (τ/τ_H,0) = 1,0 + (150/15) = 11

Współczynnik wykorzystania zysków ciepła s trefie ogrzewanej w n-tym miesiącu obliczono według wzoru:

η_H,gn = (1 – γ_H^aH)/(1 – γ_H^aH+1) = (1-1,5111)/(1-1,5111+1) = 0,66

Podsumowanie i wnioski

Określenie strat ciepła przez przenikanie według normy PN-EN 12831:2006 [4] (zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2]) może spowodować otrzymywanie wyników obliczeń dla danego budynku o znacznej rozbieżności - w zależności od podejścia projektanta (certyfikatora).

Posługiwanie się tylko wartościami orientacyjnymi dodatkowych strat ciepła wynikających z występowania mostków cieplnych (np. na podstawie normy PN-EN ISO 14683:2008 [5]) jest niedopuszczalne.

Istnieje potrzeba opracowywania katalogów mostków cieplnych wielu często stosowanych rozwiązań zewnętrznych przegród zewnętrznych i ich złączy, ponieważ są niezbędne do poprawnego projektowania w zakresie zagadnień energetycznych oraz cieplno-wilgotnościowych.

W zakresie określania strat ciepła przez wentylację należy zwrócić uwagę, że podczas obliczenia zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2], projektowanie ze względu na wymagania higieniczne nie ma nic wspólnego z projektowaną charakterystyką energetyczną budynku.

Często budynek spełniający nadrzędne wymagania higieniczne będzie zużywać więcej energii, niż będzie to wynikać ze sporządzonej na podstawie metodologii charakterystyki energetycznej budynku.

Wykonanie oceny budynku lub jego części w aspekcie energetycznym tylko do wartości wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP [kWh/(m²·rok)], określanego według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [2], powoduje, że obudowa budynku często staje się aspektem drugoplanowym. Wskaźnik EP nie powinien być jedynym, miarodajnym parametrem w zakresie energooszczędności budynków nowo projektowanych i modernizowanych. Autorzy proponują ocenę budynku także pod względem wskaźnika EU - zapotrzebowania na energię użytkową.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2013 r., poz. 926).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (DzU z 2015 r., poz. 376).
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 3 czerwca 2014 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno­‑użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej (DzU z 2014 r., poz. 888).
4. PN-EN 12831:2006, "Instalacje grzewcze w budynkach - Metoda obliczania obciążenia cieplnego".
5. PN-EN ISO 14683:2008, "Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne".
6. Pawłowski K., Nakielska M., "Charakterystyka energetyczna budynków i lokali wg nowych wymagań cieplnych i metodologii - 2015", Materiały szkoleniowe dla Kujawsko-Pomorskiej Okręgowej Izby Inżynierów Budownictwa, Bydgoszcz, Toruń, Włocławek 2015.
7. PN-EN ISO 6946:2008, "Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania".
8. Pawłowski K., "Projektowanie przegród zewnętrznych w świetle nowych warunków technicznych dotyczących budynków WT 2013", Wydanie Specjalne "IZOLACJE" 2/2013, Warszawa 2013.
9. Pawłowski K., "Analiza strat ciepła przez wybrane przegrody budowlane w świetle nowych przepisów prawnych", "Materiały budowlane" 5/2015, s. 91-92.
10. PN-EN ISO 13790:2009, "Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczenie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i wentylacji".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!