Tu jesteś:
| Wpływ słońca na obliczenia cieplne budynku |
Obliczenia cieplne budynków mieszkalnych i większości niemieszkalnych prowadzone są w kraju zwykle jedynie dla sezonu grzewczego, co prowadzi do bardzo jednostronnego spojrzenia na budynek z punktu widzenia jego bilansu energetycznego, a w konsekwencji do niewłaściwego zaprojektowania danego budynku. Budynek funkcjonuje w cyklu rocznym i komfort cieplny musi być zapewniony we wszystkich porach roku, także latem.Okazuje się, że przy pewnych rozwiązaniach konstrukcyjno – materiałowych, zapotrzebowanie na energię do celów klimatyzacyjnych staje się dominującym składnikiem bilansu energetycznego budynku, jeśli mają być spełnione zadane warunki komfortu cieplnego (temperaturowego).Na stan termiczny budynku wpływa energetyczne zachowanie się całej obudowy budynku, a więc przegród nieprzezroczystych, okien i układów wentylacyjnych. Przy stosowaniu przegród nieprzezroczystych o bardzo dobrej izolacyjności ich rola w bilansie energetycznym maleje. Jednakże, nawet przy stosowaniu rekuperacji ciepła z układów wentylacyjnych,nadal zapotrzebowanie na ciepło do celów wentylacyjnych pozostaje ważnym elementem gospodarki energetycznej budynku W związku z tendencją do stosowania dużych powierzchni okien i przeszklonych elewacji obudowy, rola okna w kształtowaniu bilansu energetycznego pomieszczeń, a przez to i komfortu cieplnego rośnie, stając się coraz częściej dominująca. Energia promieniowania słonecznego ma istotny wpływ na przepływ energii do wnętrza pomieszczeń i na zachowanie cieplne okna. Dla stanu energetycznego pomieszczenia (budynku) ważne są:odpowiednia lokalizacja okna, rozmiar przeszklenia i rozwiązania materiałowo - konstrukcyjne okna Standardowe obliczenia obciążeń grzewczych, prowadzone przez projektantów, dotyczą tylko sezonu grzewczego.W obliczeniach sezonu grzewczego okna przede wszystkim są traktowane jako element obudowy powodujący straty cieplne.Okazuje się, że przy większej powierzchni okien w skali roku zyski cieplne przewyższają straty (poza oknami północnymi). Wielkość zysków cieplnych zależy od orientacji pomieszczeń i pochylenia przegród ich obudowy. Problem dostarczenia odpowiedniej ilości chłodu w lecie do zapewnienia właściwego komfortu cieplnego pomieszczenia staje się podstawowy. Nieuwzględniane oddziaływania energii promieniowania słonecznego na budynek,tak znaczącego w okresie letnim, prowadzi do niewłaściwego projektowania budynków. Istniejąca w nowym budownictwie tendencja do przeznaczania poddaszy na mieszkania i stosowanie prawie wyłącznie standardowych okien połaciowych doprowadzi w krótkim okresie czasu do znacznego wzrostu zapotrzebowania na chłód do celów klimatyzacyjnych, które będzie w tych mieszkaniach większe niż obciążenie grzewcze. W przypadku budynków z płaskimi dachami, bez strychów, z pustką wentylacyjną nad ostatnią kondygnacją, sytuacja w mieszkaniach na ostatnim piętrze jest podobna, bowiem w lecie najbardziej napromieniowywane promieniowaniem słonecznym są powierzchnie bliskie poziomym, a więc dachy płaskie i o niewielkim spadku. W okresie letnim w mieszkaniach tych dyskomfort, przy braku urządzeń klimatyzacyjnych i złej izolacyjności cieplnej stropodachu, może być jeszcze większy niż w mieszkaniach na poddaszu. W Tabeli zamieszczono otrzymane z obliczeń i uśrednione dla całego roku wskaźniki rocznego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania Eh i do chłodzenia Ec różnie usytuowanych pomieszczeń budynku. Przedstawione wielkości mają charakter orientacyjny, zostały bowiem otrzymane dla konkretnych rozwiązań materiałowo - konstrukcyjnych obudowy budowy. Zostały one zamieszczone w celu ilustracji energochłonności pomieszczeń budynku, który przyjęty został do rozważań jako współczesny budynek wykonany zgodnie z obowiązującymi standardami oszczędności energii i izolacyjności cieplnej przegród. Zgodnie z tymi standardami [1], [2] wartość graniczna wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania Eo powinny wynosić 29 kWh/(m3 rok).  Tabela. Zestawienie wskaźników energochłonności w odniesieniu do rocznego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania Eh i do chłodzenia Ec przykładowych różnie usytuowanych pomieszczeń budynku. Zamieszczone w Tabeli wyniki obliczeń pokazują, że rozważany budynek, z wszystkimi jego różnie usytuowanymi pomieszczeniami, z punktu widzenia wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, spełnia obowiązujące normy, a wskaźnik ten jest nawet znacznie poniżej granicznego. Najwyższe zapotrzebowanie na energię grzewczą, ale niższe od granicznego, występuje dla pomieszczeń północnych z dużymi oknami. Jest ono względnie duże, pomimo stosowaniu rekuperacji ciepła z układów wentylacyjnych. Zgodnie z otrzymanymi wynikami, wszystkie pomieszczenia w budynku spełniają obowiązujące standardy energooszczędnościowe i teoretycznie cały budynek powinien być uznawany za mało energochłonny. Tymczasem wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania pomieszczeń obrazuje tylko część obciążeń energetycznych.W budynku występuje także zapotrzebowanie na chłód, które tylko w przypadku małych okien, a szczególnie pomieszczeń północnych, jest niewielkie.Przy dużej powierzchni okien zapotrzebowanie na chłód może przewyższać zapotrzebowanie na ciepło, często nawet znacznie, dotyczy to wszystkich pomieszczeń poza północnymi, z przegrodami pochylonymi i dużymi oknami, czyli pomieszczeń na poddaszu. Pomieszczenia, które teoretycznie są mało energochłonne ze względu na obciążenia grzewcze, tak naprawdę w kompleksowym ujęciu cieplnym, a więc z uwzględnieniem zapotrzebowania na energię do celów grzewczych i klimatyzacyjnych, takim pomieszczeniami nie są. Gdyby zsumować zapotrzebowanie do celów grzewczych i klimatyzacyjnych, okazuje się że wszystkie pomieszczenia o dużej powierzchni okien, nawet północne z przegrodami pionowymi, tym bardziej pochylonymi, maja obciążenia grzewczo/klimatyzacyjne znacznie powyżej wskaźnika Eo sezonowej energochłonności. Na podstawie uzyskanych wyników należy stwierdzić jednoznacznie, analiza energetyczna budynku powinna być prowadzona w sposób kompleksowy, tj. powinna uwzględniać energię zarówno do celów grzewczych, jak i klimatyzacyjnych. Należy stosować oddzielne wskaźniki w odniesieniu do rocznego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania Eh i do chłodzenia Ec oraz wskaźnik sumaryczny Ecałk (Ecałk=Eh+Ec), które będą świadczyć o rzeczywistej energochłonności budynku. Wskaźniki te powinny być uwzględniane w dokumentacji charakterystyki energetycznej budynku. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na fakt, który do tej pory nie był wspomniany. Klimatyzacja pomieszczeń na poziomie zapotrzebowania na chłód odpowiadającego zapotrzebowaniu na ciepło do ogrzewanie pomieszczeń nie jest równoważna w odniesieniu do energii pierwotnej. Klimatyzacja pomieszczeń jest zwykle bardziej energochłonna z punktu widzenia zużycia energii pierwotnej, a w konsekwencji zanieczyszczenia środowiska. Wynika to z faktu, że urządzenia klimatyzacyjne są zwykle zasilane energię elektryczną, wytworzenie której wymaga zużycia większej ilości paliwa pierwotnego niż wytworzenie ciepła do zasilania urządzeń grzewczych (sprawność przetwarzania paliwa pierwotnego w ciepło jest znacznie wyższa niż przy wytwarzaniu energii elektrycznej). Należy zwrócić uwagę na jeszcze jeden fakt. Przy prowadzeniu obliczeń cieplnych budynków jedynie dla sezonu grzewczego, kiedy to poziom promieniowania słonecznego jest niewielki, jego nieuwzględnianie w bilansie energetycznym może powodować nieznaczne przewymiarowanie tradycyjnego systemu grzewczego, co nie powoduje istotnych konsekwencji energetycznych. Przy zastosowaniu niekonwencjonalnego niskotemperaturowego systemu grzewczegonieuwzględnienie zysków słonecznych ma już skutki nie tylko energetyczne, ale i ekonomiczne Projektując elementy obudowy budynku można wpływać na warunki napromieniowania decydując o ich formie i usytuowaniu. Elementy te należy planować uwzględniając położenie Słońca i jego ruch pozorny po nieboskłonie, oraz warunki otoczenia, które mogą powodować zacienienie lub zwiększenie refleksyjności otoczenia. W zależności od przedmiotu i szczegółowości rozważań ważna jest znajomość wielkości sum godzinnych lub/i dziennych lub/i miesięcznych promieniowania słonecznego, które mogą sygnalizować możliwość występowania zjawiska przegrzewania budynku, co w konsekwencji powinno być wykorzystane przy tworzeniu odpowiedniej koncepcji architektonicznej budynku i uwzględnienia projektu zacienienia w postaci elementów bryły budynku i projektu zieleni. Efekt przepływu energii do wnętrza w lecie może być ograniczony stosowaniem elementów zacieniających w samej architekturze budynku (np. okapy), jak i w otoczeniu zewnętrznym (zieleń). Jednakże większość tych rozwiązań stosuje się do okien pionowych, nie do połaciowych. W tym przypadku wymiana ciepła z otoczeniem może być regulowana stosowaniem odpowiednich rolet, żaluzji itp., co oczywiście także może być wykorzystywane w oknach pionowych. Można także wpływać na energetyczne zachowanie się okna poprzez jego konstrukcję, w tym rozwiązanie i wypełnienie przestrzeni międzyszybowej, a także poprzez stosowanie odpowiednich materiałów, z których wykonane są przeszklenia i ich pokrycia, a także rama i jej uszczelnienia. Zapotrzebowanie na chłód w miesiącach letnich jest bardzo wyraźne i wskazujejak istotnym elementem w bilansie cieplnym energooszczędnego budynku są okna, i to szczególnie w okresie letnim, na co do tej pory nie zwracano praktycznie uwagi przy projektowaniu budynków w kraju, a także w innych państwach o podobnej szerokości geograficznej i warunkach klimatycznych Co prawda elementy osłaniające związane z architekturą budynku powodujące zacienianie okien (okapy, zadaszenia itp.) były stosowane w dawnej architekturze ludowej, także w Polsce. Powodowały one znaczne ograniczenie dostępu promieniowania słonecznego w lecie, nie utrudniając dostępu dla promieniowania słonecznego w zimie. Co więcej poddasza nie miały z reguły charakteru mieszkalnego, a doświetlanie poddasza odbywało się przy wykorzystaniu okien pionowych w wykuszach. Stwierdzenie to nie oznacza co prawda, że nie można obecnie stosować okien połaciowych. Dzięki postępowi technologicznemu, możliwe jest stosowanie odpowiednich materiałów i konstrukcji okiennych umożliwiających uzyskanie odpowiednich warunków mikroklimatu wewnętrznego w pomieszczeniach użytkowych z oknami połaciowymi. Oznacza to jednak, że dobór odpowiednich rozwiązań technologicznych okna staje się w nowoczesnym budownictwie zagadnieniem priorytetowym, choć coraz bardziej skomplikowanym. [1]. PN-B-02025, Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego, lipiec 2001 [2].Warunki techniczne, jakimi powinny odpowiadac budynki i ich usytuowanie, Rozporzadzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r., Komentarz do rozporzadzenia, Biblioteka „Buduj z nami”, Polska Izba Przemysłowo-Handlowa Budownictwa, Warszawa 2002 Opracował Dariusz Głowacki na podstawie prac dr D.Chwieduk
|
