W artykule: • Charakterystyka typowego budynku jednorodzinnego o prawie zerowym zużyciu energii
|
Zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [1] budynek o niemal zerowym zużyciu energii to budynek o bardzo wysokiej charakterystyce energetycznej (określonej w załączniku I), obejmującej obliczoną lub zmierzoną ilość energii potrzebnej do zaspokojenia zapotrzebowania związanego z jego typowym użytkowaniem, wyrażoną poprzez zużycie energii pierwotnej w kWh/m2 na rok. Niemal zerowa lub bardzo niska ilość wymaganej energii powinna pochodzić w bardzo dużym stopniu ze źródeł odnawialnych, w tym wytwarzanej na miejscu lub w pobliżu, oraz wynikać z zastosowania wydajnych rozwiązań instalacyjno-konstrukcyjnych.
Określono tym samym minimalny standard nowo wznoszonych budynków, który ma w pełni obowiązywać od 1 stycznia 2019 roku dla obiektów zajmowanych przez władze publiczne i będące ich własnością, a od 1 stycznia 2021 roku dla wszystkich obiektów nowo budowanych [2].
Definicja ta nie precyzuje, czy projektowany obiekt powinien być samowystarczalny energetycznie, co oznacza, że dopuszczone jest bilansowanie energii produkowanej na miejscu i wyeksportowanej do sieci oraz dostarczanej z sieci, co jest zgodne z zapisami zamieszczonymi w normach [3 i 4].
Charakterystyka typowego budynku jednorodzinnego o prawie zerowym zużyciu energii
Jako typowy budynek jednorodzinny, szczegółowo opisany pod względem architektoniczno-konstrukcyjnym i sposobu użytkowania, przyjęto budynek referencyjny NAPE.
Zgodnie z [5] jest to obiekt dwukondygnacyjny niepodpiwniczony o powierzchni użytkowej Af = 149,8 m2, kubaturze Ve = 550,5 m3 oraz współczynniku kształtu Ae/Ve = 0,79 1/m. Użytkowany jest przez czteroosobową rodzinę (dwie osoby dorosłe i dwoje dzieci).
W celu przeprowadzenia analizy przyjęto następujące założenia dodatkowe:
- Zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele ogrzewania i wentylacji Eu = 15 kWh/m2 rok.
- Długość sezonu grzewczego wynosi 2500 h.
- Budynek jest wyposażony w wentylację mechaniczną nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła o nominalnym przepływie VN/VW = 260 m3/h pracującą w trybie ciągłym.
- Ogrzewanie wodne centralne odbywa się za pomocą instalacji płaszczyznowych.
- Chłodzenie – w zależności od wariantu, za pomocą dostarczanego powietrza wentylacyjnego i/lub z wykorzystaniem instalacji płaszczyznowych.
- Pompa obiegowa instalacji płaszczyznowej pracuje przez cały rok: 8760 h.
Obliczenia przeprowadzono w autorskim arkuszu kalkulacyjnym (w MS Excel) zgodnie z rozporządzeniem w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [6].
Roczne zapotrzebowanie na ciepło dla budynku
Zgodnie z założeniem obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele ogrzewania i wentylacji Eu (tab. 1) przyjęto jako 15 kWh/m2 rok.
![]() |
Tabela 1. Roczne zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele ogrzewania i wentylacji |
Obliczenia rocznego zapotrzebowania na ciepło użytkowe na cele przygotowania ciepłej wody użytkowej zgodnie z [6] przedstawiono w tab. 2.
![]() |
Tabela 2. Roczne zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele przygotowania ciepłej wody użytkowej |
Uwaga
W celu przeanalizowania wariantów
opartych na wykorzystaniu pompy ciepła c.w.u. rozbito zapotrzebowanie na ciepło
użytkowe na cele przygotowania c.w.u. na dwa okresy:
a) sezon zimowy, tj. 2004 h – zapotrzebowanie na c.w.u. Qw,nd = 825,45 kWh/rok (22,9%),
b) poza sezonem zimowym, tj. 6756 h – zapotrzebowanie na c.w.u. Qw,nd = 2782,82 kWh/rok (77,1%).
Za sezon zimowy uznano okres, kiedy temperatura
powietrza zewnętrznego jest niższa od 1°C.
Ilość ciepła pozyskanego przez próżniowe
kolektory słoneczne wynosi Qw,nd = 1515,47 kWh/rok (42%).
Warianty źródeł ciepła oraz chłodu
W analizie uwzględniono dziesięć wariantów źródeł ciepła z możliwością schładzania budynku w okresie letnim i zestawiono je w tab. 3.
![]() |
Tabela 3. Warianty źródeł ciepła z możliwością schładzania budynku w okresie letnim |
W dalszych obliczeniach w celu ochrony przed szronieniem wymiennika ciepła zlokalizowanego w centrali wentylacyjnej (rekuperatora) uwzględnia się podgrzew czerpanego świeżego powietrza do dodatniej wartości temperaturowej w okresie zimy.
Podgrzew można uzyskać za pomocą nagrzewnicy wstępnej elektrycznej (warianty 3, 4 i 9) lub z wykorzystaniem gruntowego wymiennika ciepła, np.:
- GGWC – gruntowego glikolowego wymiennika ciepła wykorzystującego odwierty lub poziomy wymiennik ciepła od pompy ciepła (warianty 6 i 7),
- GPWC – gruntowego powietrznego wymiennika ciepła (warianty 1, 2, 5 i 8),
- GŻWC – gruntowego żwirowego wymiennika ciepła (wariant 10),
a także za pomocą układu sterowania w centrali wentylacyjnej polegającego na okresowej zmianie proporcji ilości powietrza wywiewanego do nawiewanego (wynoszącej podczas zwyczajnej pracy 1:1), co jest niezalecane w przypadku szczelnych obiektów o prawie zerowym zużyciu energii [7, 8].
Czytaj też: Definicja termomodernizacji a standard NZEB >>>
Z uwagi na specyfikę obecnie wznoszonych budynków o prawie zerowym zużyciu energii (o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię potrzebną do ich ogrzania) oraz znaczne przeszklenia w orientacji południowej (możliwy do osiągnięcia tzw. efekt letniego przegrzania budynku) zaleca się zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła lub zapewnienie innej formy chłodzenia budynku w okresie letnim [7, 8].
W przypadku świadomego i systematycznego wykorzystywania zjawiska naturalnego nocnego przewietrzania budynku (otwierane okna) i/lub instalacji wentylacji mechanicznej w trybie przewietrzania w okresie letnim w połączeniu z właściwym zastosowaniem przegród zacieniających użytkownik może zrezygnować z zastosowania gruntowego wymiennika ciepła, jednak w niniejszej analizie proponuje się jego zastosowanie (warianty 1, 2, 5, 6, 7, 8, 10).
GWC pełni funkcję podgrzewu czerpanego powietrza świeżego w okresie zimowym, natomiast latem działa jak prosty układ chłodniczy, schładzając powietrze nawiewane i zapobiegając częściowo procesowi przegrzania budynku.
Inną formą chłodzenia obiektu w okresie letnim może być chłodzenie pasywne z wykorzystaniem dolnego źródła pompy ciepła z gruntowym wymiennikiem pionowym lub poziomym i instalacji ogrzewania płaszczyznowego, tj. płyty grzewczej, stropu aktywowanego termicznie czy instalacji ogrzewania podłogowego (warianty 6 i 7), a także chłodzenie zrzutowe, będące efektem podgrzewu c.w.u. w pompie ciepła c.w.u. z wykorzystaniem powietrza nawiewanego do budynku – rozwiązanie to jest jednak mało efektywne (warianty 3 i 9).
Ostatnią rozpatrywaną formą chłodzenia budynku jest chłodzenie aktywne za pomocą rewersyjnej pompy ciepła typu powietrze/woda (wariant 4).
Zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła oraz chłodzenia pasywnego z wykorzystaniem instalacji płaszczyznowej i dolnego źródła ciepła gruntowej pompy ciepła zwiększa znacząco komfort użytkowy i termiczny panujący w środowisku wewnętrznym podczas okresu letniego. Należy mieć jednak na uwadze, że wyżej wymienione układy nie działają jak typowa klimatyzacja, tylko jak proste układy chłodnicze.
Dla wariantu nr 4 założono zapotrzebowanie na użytkowy chłód aktywny na poziomie Qc,nd = 1500 kWh/rok.
Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter! |
[warunki techniczne, przepisy, efektywność energetyczna, energia, budynek zeroenergetyczny, roczne zapotrzebowanie na ciepło]