3. Wytyczne do projektu
3.1. Bilans cieplny
Bilansem cieplnym budynków określa się połączenie różnych procesów zysków oraz strat ciepła. Do takich procesów należą m.in.: promieniowanie, przewodzenie, przejmowanie oraz przenikanie ciepła. Procesy te nie dotyczą jedynie zjawisk odnoszących się do zewnętrznych czynników wpływających na budynek, lecz także wewnętrznych. Dotyczy to również wszelkiego rodzaju urządzeń znajdujących się w domu, ilości osób przebywających w nim, konstrukcji itp. Niezależna masa tych przedmiotów może w różnych chwilach akumulować bądź oddawać zgromadzoną wcześniej cieplną energię, która ma istotny wpływ na warunki panujące w pomieszczeniach. A zatem w ogólnym bilansie cieplnym wszystkich pomieszczeń uwzględnia się:
· zyski ciepła od docierającego do pomieszczenia promieniowania słonecznego i wewnętrzne od ludzi i wyposażenia
· straty ciepła związane z jego przenikaniem przez obudowę i wentylacją pomieszczeń
W domach posiadających nieszczelną obudowę, która powoduje nadmierną infiltrację, ogromne straty ciepła wynikają z nadmiaru wymiany powietrza w pomieszczeniach. W dużej większości budynków mieszkalnych posiadających naturalną wentylacją jej intensywność w bardzo dużym stopniu jest kształtowana przez mieszkańców, którzy przyczyniają się do jej znacznego ograniczenia w okresie najniższych temperatur w celu ograniczenia napływu chłodnego powietrza i oszczędzania ciepła.
Rys. 3.1. procentowy podział strat ciepła dla domu jednorodzinnego
Udziały składników w bilansie cieplnym budynku jest stale uzależniony od następujących czynników:
· jego lokalizacji i usytuowania względem kierunków geograficznych i sąsiedniej zabudowy,
· wielkości i kształtu bryły budynku,
· ilości i rozmieszczenia okien i innych elementów przezroczystych w przegrodach zewnętrznych,
· izolacyjności cieplnej obudowy,
· przepuszczalności promieniowania słonecznego części przezroczystych obudowy,
· intensywności i sposobu wentylacji pomieszczeń,
· częstości i sposobu eksploatacji pomieszczeń.
W typowym jednorodzinnym budynku mieszkalnym o średniej powierzchni użytkowej wynoszącej 150 m2 oraz wartości sezonowego wskaźnika zapotrzebowania na ilość ciepła około 100 kWh/m2 a, przy przyjęciu najwyższych wartości dopuszczanych, zgodnie z ogólnie panującymi przepisami, współczynników przenikania ciepła w odniesieniu do stropów, ścian, oraz okien, udziały przytoczonych składników bilansu cieplnego kształtują się na bardzo zbliżonym poziomie. Okazuje się, iż największe straty ciepła powstają w wyniku jego bezpośredniego przenikania przez stropy i ściany.
Wybrane normy, w których określa się bilans cieplny:
· PN-EN ISO 13790:2006: Cieplne właściwości użytkowe budynków - Obliczanie zużycia energii do ogrzewania
· PN-EN 12831:2006: Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego
· PN-B-02025:2001: Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego
· PN-EN 832:2001: Właściwości cieplne budynków - Obliczanie zapotrzebowania na energię do ogrzewania - Budynki mieszkalne
Wybrane normy dotyczące zagadnienia komfortu cieplnego:
· PN-EN ISO 7730:2006 (U): Ergonomia środowiska termicznego - Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego
· PN-85/N-08013 Ergonomia - Środowiska termiczne umiarkowane - Określenie wskaźników PMV, PPD i wymagań dotyczących komfortu termicznego
Jeżeli chodzi o rozkład temperatur w pomieszczeniach domu, to w pokoju dziennym temperatura powinna wynosić średnio od 20 do 21°C. W typ pokoju spędza się zazwyczaj największą ilość czasu, a zatem mieszkańcy powinni mieć zapewniony standardowy komfort cieplny. W pokoju przeznaczonym dla użytku dzieci, temperatura powinna utrzymywać się również na poziomie 20 - 21°C. Gdyż nie jest ani za wysoka ani za niska, i tym samym dzieci nie odczuwają znużenia i zmęczenia. W sypialni wystarczy gdy temperatura waha się między 16 a 18°C. Obniżona temperatura powoduje lepsze warunki do snu , ponieważ nie będzie za duszno. Jeżeli chodzi natomiast łazienkę, to powinna być ona dobrze ogrzewana - temperatura powinna utrzymywać się na średnim poziomie 22 - 24°C. W tym pomieszczeniu istnieje również zwiększone ryzyko przeziębienia się (z reguły jest dość wilgotno), więc temperatura powinna być stosunkowo wyższa. Kuchnia jest pomieszczeniem które samo powoduje wytwarzanie ciepła, chodzi tu oczywiście o dodatkowe ciepło wytwarzane podczas gotowania. A zatem wystarczy gdy temperatura będzie utrzymywać się na poziomie 18°C, a dodatkowa energia cieplna zostanie sama doprowadzona. Pomieszczenia typowo gospodarcze (spiżarnie, pralnie) – powinny posiadać tylko 12-15oC. Natomiast w pomieszczenie dla samochodu, rowerów (garażu) czy składziku ogrodowym – temperatura powinna wynosić maksymalnie 4 – 8oC. Zawsze w razie potrzeby można dogrzać pomieszczenie stosując np. elektryczny piecyk.
We współczesnym budownictwie mieszkalnym przegrody na zazwyczaj charakteryzują się lepszymi, niż wymagane, wartościami współczynnika ciepła, a zwłaszcza okna. Wartości składników całego bilansu cieplnego w domu o wartości wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło wynoszą ok. 100 kWh/m2. W domach wielorodzinnych zwykle większy jest procentowy udział strat ciepła na całą wentylację pomieszczeń.
Zupełnie podobnie jest w przypadku budynku jednorodzinnego, charakteryzującego się sezonowym zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania o ok. 25% niższym poziomie, niż określony w panujących aktualnych budowlanych przepisach, które zostały osiągnięte przez zastosowanie trochę grubszej izolacji warstwy cieplnej a także energooszczędnych okien, przy powiększonych lecz zaakceptowanych przez przeciętnie zamożnych inwestorów kosztach. Dalsze konieczne obniżenie wskaźnika sezonowego zapotrzebowania budynku na ciepło do ogrzewania wszystkich pomieszczeń wymaga ograniczenia wentylacyjnych strat ciepła. W tym celu stosuje się wstępne podgrzanie dostarczanego powietrza w zastosowanym wymienniku gruntowym a także odzysk większej ilości ciepła z usuwanego powietrza w rekuperatorze.
Odpowiednie temperatury w konkretnych pomieszczeniach przyczyniają się do oszczędzania oszczędzają energii oraz kosztów. Dzięki utrzymaniu właściwego oraz optymalnego poziomu temperatury w wszystkich pomieszczeniach domu pozwala także zaoszczędzić cieplną energię. Zmniejszenie zużycia energii cieplnej - redukcja temperatury o 1°C powoduje oszczędności ciepła nawet do 6%, a co za tym idzie obniżenie temperatury w kilku pokojach.
Przy ustalaniu optymalnych temperatur dla konkretnych pomieszczeń, należy przede wszystkim kierować się zasadą, że panująca różnica temperatur pomiędzy sąsiadującymi ze sobą pomieszczeniami nie powinna wynosić więcej niż 8oC. Dzięki temu istnieje możliwość zastosowania stosunkowo cienkich ścianki działowej, bez jakiejkolwiek dodatkowej termoizolacji. Ta zasada jest stosowana znacznej większości gotowych projektów, gdzie rozkład projektowanych pomieszczeń jest taki, aby stworzyć tzw. strefę buforową, czyli np. garaż sąsiaduje z gospodarczymi pomieszczeniami (spiżarnia, pralnia), te sąsiadują z kuchnią, a kolejne z pokojami.
Należy mieć na względzie, iż jeżeli różnica temperatur w pomieszczeniach sąsiadujących znacznie przekracza 10oC, to ściana działowa powinna charakteryzować się identyczną izolacyjnością cieplną, jak zewnętrzna ściana. Przykład – nie ogrzewany garaż sąsiaduje z kuchnią. Całe ciepło wówczas jest tracone i ucieka przez cienką, niedocieploną ścianę. Wówczas straty w zużyciu ciepła są bardzo duże..
Równanie bilansu cieplnego dla budynku jednorodzinnego można określić w formie równania różniczkowego o następującej postaci:
(3.1.1)
gdzie:
QSM(t) – straty przez przegrody budowlane masywne,
QSL(t) – straty przez przegrody budowlane lekkie,
QW(t) – zyski i straty spowodowane wentylacją,
QZS (t) – zyski od słońca,
QZW(t) – zyski wewnętrzne,
QCO(t...
adamrex