Charakterystyka energetyczna budynku zawiera ocenę zużycia energii na potrzeby ogrzewania, chłodzenia, wentylacji pomieszczeń, przygotowania ciepłej wody użytkowej, oświetlenia wbudowanego oraz pracy urządzeń wspomagających systemy techniczne budynku [1].
W przypadku systemu ogrzewania potrzeby energetyczne związane z zapewnieniem wymaganego komfortu termicznego użytkownika wynikają z ilości energii potrzebnej do pokrycia strat ciepła przez przenikanie przez przegrody oraz na podgrzanie powietrza wentylacyjnego, pomniejszonej o wygenerowane w danej strefie zyski ciepła (1). W obliczeniach potrzeb chłodniczych powstające zyski ciepła pomniejsza się o możliwe do wykorzystania straty ciepła (2).
(1)
(2)
gdzie:
Qnd
– zapotrzebowanie na energię użytkową, kWh/m-c;
Qht
– straty ciepła przez przenikanie i wentylację, kWh/m-c;
h
– współczynnik wykorzystania,
Qgn
– całkowite zyski ciepła, kWh/m-c.
Indeksy:
H – ogrzewanie, C – chłodzenie.
Całkowite zyski ciepła stanowią sumę zysków od użytkowników, urządzeń, procesów technologicznych i oświetlenia sztucznego oraz zysków słonecznych. Wielkość zysków słonecznych uzależniona jest od dostępności promieniowania słonecznego w danej lokalizacji, orientacji powierzchni zbierających i ich charakterystyk w zakresie przepuszczalności, przenikania i absorpcji ciepła oraz powstającego zacienienia [1, 8].
Zyski słoneczne w bilansie potrzeb cieplnych budynku
W metodyce obliczeń charakterystyki energetycznej budynków słoneczne zyski ciepła określono zależnością (3) (tabela 1) wskazaną bezpośrednio w rozporządzeniu [9] oraz uzupełniającym odniesieniem do normy przedmiotowej PN-EN ISO 13790 [8], określającym sposób wyznaczania poszczególnych wielkości wzoru (3).
W przyjętym ujęciu zyski słoneczne wyznaczane są na podstawie udziału powierzchni elementu przezroczystego w całkowitym polu powierzchni komponentu C, całkowitego pola powierzchni komponentu A, natężenia promieniowania słonecznego I na płaszczyznę o danej orientacji i nachyleniu do poziomu, współczynnika całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego ggl oraz współczynników zacienienia Fsh,gl i Fsh.
W zależności (3) pominięto składową zysków słonecznych powstających na powierzchniach nieprzezroczystych (8), bilansowaną w ujęciu normowym [8], oraz strumień ciepła od nasłonecznienia z przyległej przestrzeni nieogrzewanej (4). W tabeli 1 zestawiono zależności opisujące zyski ciepła od nasłonecznienia według wprowadzonej w 2014 r. metodyki obliczeń charakterystyki energetycznej budynków [9] oraz normy PN-EN ISO 13790:2009 dotyczącej energetycznych właściwości użytkowych budynków [8].
W obliczeniach zysków ciepła od promieniowania słonecznego energia promieniowania słonecznego I, w odróżnieniu do dotychczas stosowanych zasad, przyjmowana jest na płaszczyznę nachyloną do poziomu odpowiednio do ustawienia powierzchni przezroczystej generującej słoneczne zyski ciepła.
Dostępne dane typowego roku meteorologicznego [12] określają natężenie promieniowania słonecznego na płaszczyznę poziomą oraz odpowiednio odchyloną od poziomu o kąt 30, 45, 60 oraz 90° (rys. 1) i zestawione są w statystykach miesięcznych stanowiących sumy natężenia promieniowania słonecznego z danego okresu (miesiąca).
Przy obliczeniach należy zwrócić uwagę na zróżnicowanie miana, w jakim przyjmowana jest energia promieniowania słonecznego:
- W/(m2 m-c) – statystyki miesięczne typowego roku meteorologicznego,
- kWh/(m2 m-c) – do wzoru (3),
- W/m2 – do obliczeń wg normy PN-EN ISO 13790 i zależności (4).
Norma PN-EN ISO 13790 przy braku krajowych danych szczegółowych określa przybliżone wartości współczynników, jak np. Fw czy ggl. Współczynniki te nie zostały sprecyzowane dla warunków polskich, a wartości przybliżone z PN-EN ISO 13790 zostały przeniesione, często niedokładnie, do polskich przepisów techniczno-budowlanych.
Jako przykład może służyć powołanie w warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [10], wartości typowych całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego dla zwykłych typów oszklenia z pominięciem informacji, że przytoczone wartości odnoszą się do płaszczyzny normalnej do promieniowania słonecznego i powinny zostać skorygowane zgodnie z zależnością (9).
W tabeli 2 zestawiono typowe wartości współczynnika przepuszczalności promieniowania słonecznego charakterystyczne dla promieniowania słonecznego padającego pod kątem prostym do oszklenia oraz wyznaczone z nich wartości skorygowane zgodnie z zależnością (9).
Zestawione wartości odnoszą się do szkła o powierzchni czystej, niebarwionej i nierozpraszającej. Należy jednocześnie wskazać, że przy mocno rozwiniętym rynku materiałów budowlanych i dostępnych zróżnicowanych typach szkła wielkości przytoczone w tabeli powinny być traktowane jedynie w sposób przybliżony.
Współczynnik g powinien być określony na podstawie certyfikatu zastosowanego w przegrodzie oszklenia. Na rys. 2 przedstawiono wpływ zmienności współczynnika całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego g oszklenia, o współczynniku przenikania ciepła U równym 0,7 W/(m2 K), na efektywne pole powierzchni nasłonecznionej, tj. powierzchnię równą polu powierzchni ciała doskonale czarnego mającego ten sam zysk ciepła od nasłonecznienia, co rozpatrywane pole powierzchni [8].
W analizie jako wynikową wielkość założono uzyskanie jednostkowego pola powierzchni nasłonecznionej Asol. Przy zastosowaniu oszklenia o minimalnej przepuszczalności promieniowania słonecznego (0,18) wymagane całkowite pole powierzchni przegrody przezroczystej jest ponad siedmiokrotnie większe od powierzchni okna o maksymalnym współczynniku g (0,62), przy jednoczesnej niezmienności izolacyjności termicznej
