Obliczeniowe i rzeczywiste temperatury powietrza zewnętrznego a efektywność ogrzewania i wentylacji

Zastosowanie przy wymiarowaniu instalacji temperatury obliczeniowej przytoczonej w tych normach pozwala na określenie m.in. wartości obliczeniowego zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń czy strumienia powietrza wentylującego/klimatyzującego pomieszczenia. Bezpośrednio przenosi się to na wielkość i moc wymienników ciepła oraz całych urządzeń.

Jeśli nieprawidłowo dobrano kocioł, grzejniki, centralę wentylacyjną, klimatyzatory, agregat chłodniczy itp., należy się liczyć ze zmniejszeniem efektywności, zarówno ekonomicznej, jak i energetycznej układu.

W ciągu ponad 30 lat w Polsce dokonano ogromnego postępu w zakresie zmniejszania energochłonności instalacji technicznych. Nadal jednak nasze osiągnięcia w dziedzinie zwiększania efektywności są dużo mniejsze niż najbardziej rozwiniętych krajów europejskich.

Weryfikacja obowiązujących temperatur obliczeniowych powietrza zewnętrznego może być krokiem w kierunku ograniczenia nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych.

Dane meteorologiczne

Aktualne dane meteorologiczne interesujące z punktu widzenia projektowania instalacji sanitarnych znaleźć można w formie obszernych tabel na stronie Ministerstwa Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej [4]. Zamieszczono tam dane statystyczne dla 61 stacji meteorologicznych ulokowanych na terenie całego kraju.

Dane pomiarowe zostały zebrane w latach 1971–2000 i stanowią one statystyczne dane klimatyczne do obliczeń energetycznych budynków dla obszaru Polski. Na podstawie ich analizy określono zewnętrzne temperatury minimalne i maksymalne.

W tabeli 1 porównano temperatury powietrza zewnętrznego obecnie przyjmowane do obliczeń oraz zarejestrowane w poszczególnych stacjach meteorologicznych. Dane zamieszczone w [4] oraz w tabeli 1 posłużyły do sporządzenia map Polski z naniesionymi stacjami meteorologicznymi (punkty na rys. 1b i 2b) i odpowiadającymi im wartościami temperatury powietrza zewnętrznego. Mapy porównano z danymi normatywnymi.

Porównanie graficzne

Na rys. 1 i 2 przedstawiono temperatury zewnętrzne obliczeniowe oraz wyznaczone na podstawie danych meteorologicznych. Mapa przedstawiająca temperatury na obszarze Polski na podstawie danych meteorologicznych sporządzona została w oparciu o temperatury występujące we wszystkich godzinach roku.

Z udostępnionych danych wyodrębniono temperatury minimalne i maksymalne obserwowane w danych stacjach. Przy sporządzaniu map nie zostały wzięte pod uwagę trzy stacje meteorologiczne:

• Hel,
• Śnieżka,
• Kasprowy Wierch.

Punkty te są skrajne pod względem lokalizacji, a warunki klimatyczne w nich panujące nie mogą być uznane za reprezentatywne dla całego otaczającego je obszaru.

Porównując mapy dla okresu zimowego, zauważyć można wiele punktów wspólnych. Charakterystyczne jest występowanie najwyższych temperatur w strefie pasa nadmorskiego oraz najniższych w Polsce północno-wschodniej, na obszarze Suwalszczyzny. Natomiast wyraźna różnica występuje w południowej Polsce.

Rzeczywiste temperatury występujące w obszarze Tarnowa (lata 1971–94, 1998–2000) i Nowego Sącza (lata 1971–93) były wyższe od temperatur obliczeniowych wynikających z normy. Różnice sięgają ok. 9°C.

Temperatury obserwowane w Zakopanem w latach 1971–2000 są również wyższe od obliczeniowych o ponad 7°C. Na pozostałym obszarze Polski zaobserwować można dodatkowo obniżenie temperatury w stosunku do obliczeniowej w okolicach Reska i Piły oraz podwyższenie w okolicach Mławy, Warszawy i Łodzi.

Analizując mapy dla okresu letniego, zauważyć można wyraźnie podwyższoną temperaturę w stosunku do obliczeniowej w Polsce centralnej. Obserwowane tam temperatury są wyższe od obliczeniowych nawet o 6,5°C.

Natomiast temperatury niższe zaobserwowano w Tatrach. Obszar ten zgodnie z normą mógłby zostać zaliczony do I strefy klimatycznej. Na pozostałym obszarze kraju temperatury zewnętrzne są wyrównane i zbliżone do obliczeniowych.

Podsumowanie

Analiza map sporządzonych na podstawie statystycznych danych klimatycznych i typowych lat meteorologicznych, które zamieszczone zostały na stronie MTBiGM [4], prowadzi do wniosku, że niezbędne jest wnikliwe zapoznanie się z aktualnymi warunkami klimatycznymi panującymi na terenie Polski.

Dane, które posłużyły do sporządzenia norm [1, 2], pochodzą z całą pewnością sprzed pół wieku. Także porównując te dokumenty z nowszą, niemiecką normą z 2003 r. [3], zauważyć można wyraźne różnice w temperaturach obliczeniowych wzdłuż wspólnej granicy. Po stronie niemieckiej temperatura ta jest wyższa o 2 lub 4°C i wynosi –14 i –16°C (w Polsce jest to odpowiednio –16 i od –18 do –20°C).

Podsumowując, można zaryzykować stwierdzenie, że przyjmowanie temperatur normatywnych prowadzi obecnie do przewymiarowania instalacji technicznych w okresie zimowym i ich niedowymiarowania w okresie letnim. Korekta temperatur obliczeniowych powietrza na zewnątrz budynków do zgodnych z rzeczywistymi powodować będzie zmniejszenie mocy i gabarytów urządzeń wymiany ciepła zimą nawet o ok. 20%.

Przyjęcie zaktualizowanej obliczeniowej temperatury powietrza zewnętrznego mogłoby znacznie ograniczyć nakłady inwestycyjne i eksploatacyjne ponoszone na urządzenia grzewcze i wentylacyjne, a zatem zwiększy się efektywność energetyczna i ekonomiczna budynku.

Literatura

1. PN-82/B-02403 Ogrzewnictwo. Temperatury obliczeniowe zewnętrzne.
2. PN-76/B-03420 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego.
3. DIN 4710:2003-01 Statistiken meteorologischer Daten zur Berechnung des Energiebedarfs von heiz- und raumlufttechnischen Anlagen in Deutschland.
4. www.transport.gov.pl.

Artykuł powstał na podstawie referatu przedstawionego podczas IV Międzynarodowej Konferencji Naukowo­‑Technicznej „Ogrzewanie i wentylacja w przemyśle i rolnictwie”, Tleń, 24–26 września 2012 r.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!