Konspekt do wykładu/ ćwiczeń TERMOMODERNIZACJA BUDYNKÓW. Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydział Budownictwa i Architektury

Transkrypt

1 Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydział Budownictwa i Architektury Studia dzienne S1 rok III Konspekt do ćwiczeń T e r m o m o d e r n i z a c j a b u d y n k ó w część 1 projektu: bilans potrzeb cieplnych budynku B u d y n e k b i u r o w y Opis stanu istniejącego 1. Ogólna charakterystyka projektowanego obiektu. Budynek biurowy wolnostojący parterowy niepodpiwniczony o konstrukcji tradycyjnej murowanej z dwuspadowym dachem krytym blachą dachówkową o kącie nachylenia połaci głównych 30. Budynek zlokalizowany jest w Szczecinie przy ul. X nr Y zorientowany wejściem głównym w kierunku południowym. 2. Wskaźniki techniczne - powierzchnia zabudowy m 2 - powierzchnia użytkowa m 2 - kubatura 8750 m 3 - wysokość budynku od poziomu terenu przy głównym wejściu do budynku do kalenicy dachu 470 m - liczba kondygnacji 1 3. Zestawienie pomieszczeń i powierzchni użytkowych. nr. pom. pomieszczenie posadzka pow. (m 2 ) 0.1 pomieszczenie biurowe terakota pomieszczenie biurowe terakota hall terakota przedsionek wc terakota wc terakota 150 RAZEM pow. użytkowa parteru 3060 m 2 4. Instalacje wewnętrzne - instalacja sanitarna - instalacja wodociągowa - instalacja c.o. i c.w. elektryczne - instalacja energetyczna oświetleniowa i gniazd wtykowych - wentylacja grawitacyjna opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 1

2 5. Opis elementów budynku Ławy fundamentowe żelbetowe monolityczne na podkładzie chudego betonu gr. 10 cm. Ściany fundamentowe z bloczków betonowych M6 gr. 25 cm. Ściany zewnętrzne z cegły ceramicznej kratówki gr. 25 cm na zaprawie cementowo wapiennej M5. Ściany wewnętrzne z cegły kratówki gr. 12 cm na zaprawie cementowo wapiennej M5. Nadproża okienne i drzwiowe żelbetowe prefabrykowane L19. Wieńce żelbetowe monolityczne z betonu B25 zbrojone stalą. Dach ciesielski krokwiowy krokwie 6/12 cm w rozstawie osiowym co 85 cm. Schody zewnętrzne betonowe monolityczne z betonu B25 wylewane na gruncie. 6. Izolacje 6.1. Izolacje przeciwwilgociowe izolacja fundamentów: izolacja pozioma ( pod ławami ) 2x papa asfaltowa izolacyjna na lepiku na gorąco bez wypełniaczy izolacja pionowa Superflex 10 izolacja warstw posadzkowych: folia budowlana PV izolacja przeciwwodna dachu: 2 x papa na lepiku na pełnym deskowaniu izolacja parochronna: folia PV 6.2. Izolacje cieplne dach wełna mineralna gr. 8 cm w układzie międzykrokwiowym 7. Okna i drzwi Okna drewniane krosnowe drzwi drewniane płycinowe. 8. Wykończenie wewnętrzne. tynki wewnętrzne tynk cem. wap. kat III posadzki warstwy jak na rys. rzutu i przekroju wykończenie: terakota. sufit z płyt gipsowo kartonowych ( GKF) mocowanych poprzez stalowy ruszt do konstrukcji więźby dachowej. W pomieszczeniach sufit z płyt j.w. wodoodpornych (GKBI ) 9. Wykończenie zewnętrzne. zęść cokołowa płytki ceramiczne w kol. brązowym Ściany tynki cementowo-wapienne w kol. piaskowo-żółtym. Stolarka okienna drewniana stolarka drzwiowa drewniana. Dach kryty blacho-dachówką. Rynny φ150 i rury spustowe φ100 z PV. Elementy drewniane dachu zabejcowane. Kominki wentylacyjne typu VILPE. Obróbki blacharskie ze stali ocynkowanej powlekanej. Podbitki okapów z desek drewnianych. Wykończenie płyty wejścia płytkami gresowymi mrozoodpornymi i antypoślizgowymi. opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 2

3 BILANS POTRZEB IEPLNY BUDYNKU 1. Zdefiniowanie granicy termicznej budynku Zaznaczono kolorem na rysunkach 2. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez obudowę budynku Wzór tr btr i Ai Ui + li ψ i W/K Zał.5 wz (str. 29) i i harakterystyki termiczne przegród ograniczających kubaturę o regulowanej temperaturze Bilans mostków termicznych: Mostek w Element Mostek cieplny/ Typ ψ e l e ψ. ei l e przegrodzie uwagi mostka W/(mK) m W/K Ściana Ściana x zewnętrzna zewnętrzna Ściana IW4 0 5x314 0 wewnętrzna okna W x drzwi zewn W dach R wieniec obwodowy analogia rozwiązania P podłoga na Podział detalu z GF gruncie uwagi na środowiska zewnętrzne przegród (różne b tr ) Podłoga na gruncie Połać dachowa Lp. Ściana zewnętrzna Ściany wewnętrzne Połać dachowa Domknięcie detalu GF4 razem analogia rozwiązania IW razem 6905 Analogia rozwiązania W tr PG 06 ( ) K Przegroda A ke U ke m 2 W/(m 2 K) l j eψ j e b trk - razem tr W/K W/K 1. Podłoga na gruncie Ściana zewnętrzna Okna Drzwi zewnętrzne Połać dachowa m 2 Razem opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 3

4 3. Współczynnik strat ciepła na wentylację ( b V ) ρ a ca ve k ve k mn W/K Zał.5 wzór Ve k Wentylacja grawitacyjna Budynek bez próby szczelności stąd strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności V inf ( kubatura wentylowana) m 3 /s - kubatura wewnętrzna: m V inf m / s 3600 Obliczeniowy strumień powietrza wentylacyjnego (wg PN-83/B zmiana z 2000 r.): Biurowa funkcja budynku bilans powietrza wentylacyjnego uwzględnia liczbę użytkowników oraz konieczny strumień powietrza usuwanego z przestrzeni - liczba użytkowników 2 osoby wymagany strumień powietrza: 20 m 3 /h na osobę 40 m 3 /h - wydzielony ustęp: 30 m 3 /h suma: m 3 /h m 3 /s Wentylacja naturalna stąd współczynniki korekcyjne dla strumieni k b ve1 1 dla strumienia projektowanego V o b v 2 1 dla strumienia powietrza infiltrującego Współczynnik strat ciepła na wentylację ( ) ve Straty ciepła przez przenikanie i wentylację + ht tr ve kwh/m-c Zał.5 wz ( int ) 10 tr tr θ θe tm kwh/m-c 3 ( int ) 10 ve ve θ θe tm kwh/m-c Uwaga! Istnieje możliwość zredukowania liczby obliczeń strat ciepła w budynku (z 36 do 13) na skutek zsumowania w pierwszym kroku obliczeniowym współczynników strat ciepła przez przenikanie tr i przez wentylację ve ale tylko w przypadku: 1) systemu wentylacji grawitacyjnej 2) wentylacja mechaniczna wywiewna W K Łączny współczynnik strat ciepła przez przenikanie i wentylację tr + ve W K Temperatura obliczeniowa w strefie: Af s θint s o 2 s m o θ int Zał.6 wzór 2.16 θ int 20 2 A 306m s f s Temperatura w pomieszczeniach: 20⁰ Powierzchnia pomieszczeń: 306 m 2 opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 4

5 Temperatura powietrza zewnętrznego (średnia miesięczna): Lokalizacja Szczecin -> typowy rok meteorologiczny: Szczecin Dąbie m-c styczeń: θ 0 odczytane z danych typowego roku meteorologicznego (statystyki miesięczne) e 11 Liczba godzin w m-c styczniu tm 31 x h Straty ciepła przez przenikanie i wentylację w miesiącu styczniu: ht kwh ( 20 11) 744/ m c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. 5. Zyski ciepła Zał.5 wz gn sol + int 5.1. Słoneczne zyski ciepła sol S1/ S2 S1 + S2 i A g I Z i k α Okna pionowe: szyba zespolona bez powłok niskoemisyjnych budynek bez zacienienia na elewacji S orientacja N E S W A i m 2 2x 150x i 070 g 075 k α 1 Z 1 A i i g k α Z m 2 345x07x075x1x1181 Natężenie promieniowania słonecznego m-c styczeń I_N_90 styczeń: kwh/(m 2 m-c) I_E_90 styczeń: I_S_90 styczeń: I_W_90 styczeń: Zyski słoneczne w miesiącu styczniu: sol sol styczeń A I sol i kwh m c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Wewnętrzne zyski ciepła 3 q A 10 f t kwh/m-c Zał.5 wzór 1.26 int int M obciążenie wewnętrznymi zyskami ciepła w podziale na funkcję pomieszczeń biurowych Zał.7 tabl. 4 q int 74 W/m 2 dla pom.biurowych 31 W/m 2 dla pomieszczeń pomocniczych A f 2 x m x15 72 m 2 Wewnętrzne zyski ciepła w miesiącu styczniu: int kwh ( ) 744/ m c opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 5

6 ałkowite zyski ciepła w m-c styczniu: kwh/m-c gn Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Miesięczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania i wentylacji kwh/m-c nd n ht η gn gn wewnętrzna pojemność cieplna strefy budynku lub całego budynku χ ρ J/K Zał.5 wzór m jaj ( ij cij dij Aj ) j i Pomieszczenia biurowe 2 szt. A2x m 2 Podłoga na gruncie - terrakota gr. 15 cm ρ2000 kg/m 3 c920 J/(kgK) - podkład betonowy gr. 5 cm ρ1800 c papa asfaltowa gr. 05 cm ρ1000 c1460 (2 warstwy papy) - płyta betonowa gr. 15 cm ρ2000 c1000 m ( ( ) ) J K ałkowita pojemność cieplna budynku m J/K A d ρ c m pomieszczenie pow. warstwy m 2 m kg/m 3 J/(kgK) J/K biura podłoga terrakota podkład betonowy papa asfaltowa płyta PG ściany nośne tynk c-w cegła kratówka ściana dz.12 tynk c-w cegła kratówka sufit/ połać płyta G-K okna szkło budowlane drzwi wewn. okładzina hall wejściowy podłoga terrakota podkład betonowy papa asfaltowa płyta PG ściany nośne tynk c-w cegła kratówka ściana dz.12 tynk c-w cegła kratówka sufit/ połać płyta G-K drzwi wewn. okładzina drzwi zewn. okładzina opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 6

7 przeds.w podłoga terrakota podkład betonowy papa asfaltowa płyta PG ściany nośne tynk c-w glazura cegła kratówka ściana dz.12 tynk c-w glazura cegła kratówka ściana dz.8 tynk c-w glazura cegła kratówka sufit/ połać płyta G-K drzwi wewn. okładzina W podłoga terrakota podkład betonowy papa asfaltowa płyta PG ściany nośne tynk c-w glazura cegła kratówka ściana dz.12 tynk c-w glazura cegła kratówka ściana dz.8 tynk c-w glazura cegła kratówka sufit/ połać płyta G-K drzwi wewn. okładzina Pojemność cieplna metoda uproszczona iężar 1 m 2 konstrukcji podłogi 0015 x 2000 kg/m 3 30 kg/m x x x Razem: 425 kg/m 2 -> konstrukcja średnia A m f m A 306m 2 f J K do obliczeń przyjęto wynik metody dokładnej opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 7

8 Stała czasowa dla strefy budynku lub całego budynku 3600 τ m h Zał τ Parametr numeryczny ( + ) tr vej h a a a 0 τ + τ Zał.5 wzór Stosunek zysków do strat ciepła γ w m-u styczniu: γ gn S + ht ht int styczeń 0059 Współczynnik efektywności wykorzystania zysków w trybie ogrzewania - gdy stosunek zysków ciepła do strat jest różny od jedności: a 1 γ gn η gn a dla γ w m-u styczniu: γ Zał.5 wzór 1.9 ht η gn styczeń Zapotrzebowanie energii użytkowej na cele ogrzewania i wentylacji kwh/m-c w m-u styczniu: nd n ht η gn gn nd styczeń kwh m c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Roczne zapotrzebowanie energii użytkowej na cele ogrzewania i wentylacji nd kwh/rok wartość przeniesiona jako wynik z tablicy zbiorczej Roczne zapotrzebowanie energii końcowej na cele ogrzewania i wentylacji K η nd kwh/a Zał.5 wz. 1.5 i 1.6 tot Średniosezonowa sprawność systemu ogrzewania η η η η η tot g s d e η g 099 tabl.5 poz.12 η s 1 tabl. 4.2 poz. 5 η d 1 tabl. 4.1 poz. 1 opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 8

9 η e 098 tabl. 2 poz. 1 nd K η 097 tot kwh rok Roczne zapotrzebowanie energii pomocniczej W przypadku elektrycznych grzejników bezpośrednich brak jest urządzeń pomocniczych E q A t 3 el pom el i f el i 10 kwh/a Zał.5 wz i q el1 Wg tabl. 19 t el1 Wg tabl. 19 E elpom 0 kwh/rok Roczne zapotrzebowanie energii pierwotnej na ogrzewanie i wentylację P P kwh/rok Zał.5 wz w + w E kwh/rok P K el el pom nośniki energii: - ogrzewanie + wentylacja: energia elktryczna w i 3 - wspomaganie...brak... w el kwh/rok P Wskaźnik rocznego zapotrzebowania energii pierwotnej na cele ogrzewania i wentylacji A P EP kwh/(m 2 rok) Zał.5 wz. 1.1 f kwh EP m rok Wartość referencyjna zapotrzebowania energii pierwotnej budynku wg WT2008 Współczynnik kształtu budynku ocenianego - pole powierzchni przegród opisujących kubaturę o regulowanej temp. (wymiarowanie zewn.) A m 2 tablica na str. 4 konspektu V1525 x m 3 A/V e / m -1 Wskaźnik referencyjny zapotrzebowania energii pierwotnej na pokrycie celów użytkowych rozpatruje się tylko zapotrzebowanie na energię do ogrzewania iw wentylacji EP 1495 kwh/(m 2 rok) Sprawdzenie dotrzymania warunków izolacyjności cieplnej i innych warunków związanych z oszczędnością energii - wskaźnik zapotrzebowania energii pierwotnej w budynku EP >> EP 1495 kwh/(m 2 rok) - wartości graniczne współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 9

10 Przegroda U ke U max wg WT Dotrzymanie Uwagi W/(m 2 K) W/(m 2 K) wymagania Podłoga na gruncie NIE Wymagana termomodernizacja Ściana zewnętrzna NIE Wymagana termomodernizacja Okna NIE Wymagana wymiana na okna o lepszych parametrach termicznych Drzwi zewnętrzne TAK ---- Połać dachowa NIE Wymagana termomodernizacja Budynek nie spełnia aktualnych wymagań określonych w przepisach techniczno-budowlanych konieczna jest jego termomodernizacja. opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 10