Rozwiązania instalacji c.o., c.w. i wentylacji związane z zachowaniem standardów energetycznych

Transkrypt

1 Rozwiązania instalacji c.o., c.w. i wentylacji związane z zachowaniem standardów energetycznych prof. dr hab. inż. ż Hli Halina Koczyk dr inż. Małgorzata Basińska Politechnika Poznańska Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Instytut Inżynierii Środowiska malgorzata.basinska@put.poznan.pl Czynniki wpływające na budynek zlokalizowany w danym klimacie i opisany danymi parametrami projektowymi związane są: ze zmiennymi w czasie elementami i procesami klimatycznymi, do których zaliczyć można zmienność temperatury powietrza zewnętrznego, zmienność natężenia promieniowania słonecznego oraz prędkości wiatru z formą budynku, jego strukturą przestrzenną i usytuowaniem w terenie zwartość budynku wyrażona wskaźnikiem A/V, rozwiązania wykorzystujące promieniowanie słoneczne 2 1

2 Czynniki wpływające na budynek zlokalizowany w danym klimacie i opisany danymi parametrami projektowymi związane są: ze strukturą konstrukcyjno materiałową współczynnik przenikania ciepła, powierzchnia okien, akumulacyjność cieplna użytych materiałów konstrukcyjnych, redukcja mostków cieplnych 3 Czynniki wpływające na budynek zlokalizowany w danym klimacie i opisany danymi parametrami projektowymi związane są: ze strukturą konstrukcyjno materiałową współczynnik przenikania ciepła, powierzchnia okien, akumulacyjność cieplna użytych materiałów konstrukcyjnych, redukcja mostków cieplnych 4 2

3 Czynniki wpływające na budynek zlokalizowany w danym klimacie i opisany danymi parametrami projektowymi związane są: ze sposobem użytkowania budynku tj.: intensywność wymiany powietrza opisana przez szczelność obudowy budynku n 50 1,5 h 1 oraz wewnętrzne źródła ciepła z instalacją grzewczą i sterującą tj.: parametry regulacyjne, czas użytkowania, właściwości dynamiczne instalacji i źródła ciepła 5 Budynek i jego jakość Q u

4 Technika instalacyjna Q K Technika instalacyjna Q K

5 Źródło energii 9 Q p 9 9 Charakterystyka energetyczna budynku Wymagania Rozporządzenia (Dz.U. z 2008 r. Nr 201, poz. 1238) 10 5

6 Graniczna wartość wskaźnika EP [kwh/(m 2 rok)] 11 Budynek mieszkalny bez chłodzenia Budynek mieszkalny z chłodzeniem Źródło: WT 2008 (Dz.U. Nr 201 poz z r.) 12 6

7 Graniczna wartość wskaźnika EP EP H+W EP H+W 100 EP H ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 A/V A f = 3220 m 2 13 Graniczna wartość wskaźnika EP EP H+W EP H+W EP H ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 A/V A f = 373 m

8 Zyski wewnętrzne mieszkalnym Q int = q int A f t M 10-3 kwh/mies gdzie: q int obciążenie cieplne pomieszczenia zyskami wewnętrznymi W/m 2 A f jest powierzchnią pomieszczeń o regulowanej temperaturze w budynku lub lokalu m 2 Średnia moc jednostkowa wewnętrznych zysków ciepła odniesiona do A f (bez zysków od instalacji grzewczej i przygotowania cwu) q int [W/m 2 ] dom jednorodzinny ,5-3,5 dom wielorodzinny, lokal mieszkalny 3,2-6,0 szkoły 1,5-4,7 urzędy 3,5-6,4 15 Zyski wewnętrzne w funkcji profilu użytkowania 16 8

9 W,nd [kwh/m 2 /a] Q H,nd, Q W 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 Zyski wewnętrzne w funkcji profilu użytkowania Q int = q int A f t M 10-3 QH,nd QW,nd kwh/mies 20,0 0, liczba osób 250,0 A f = 373 m 2 /m 2 /a] EK H, EK W, EP W [kwh/ 200,0 150,0 100,0 50,0 0, EKH EKW EP liczba osób 17 Q nd [kwh/m 2 H,nd, Q W,n /a] 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 Zyski wewnętrzne w funkcji klasy gęstości zasiedlenia QH,nd QW,nd Klasa gęstości Powierzchnia Jednoczesność Średni strumień zasiedlenia ogrzewana na osobę przebywania ciepła [W/m 2 ] [m 2 /osobę] I 1,0 0,15 15 II 2,5 0,25 10 III 5,5 0,27 5 IV 14,0 0,42 3 V 20,0 0,40 2 0,0 3,00 3,60 4,20 4,80 5,40 6,00 q int [W/m 2 ] 200,0 h/m 2 /a] EK H, EK W, EP W [kwh 180,0 160,0 140,00 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 EKH EKW EP 20,0 0,0 3,00 3,60 4,20 4,80 5,40 6,00 q int [W/m 2 ] 18 9

10 Tendencje Małe gęstości strumienia ciepła, umiarkowane temperatury t zasilania i Szerokie wykorzystanie energii odnawialnej Wykorzystanie pojemności cieplnej budynku Projektowanie zintegrowane: systemów instalacyjnych z budynkiem systemów instalacyjnych pomiędzy sobą systemów sterowania budynkiem i instalacjami Elementy Ogrzewanie i chłodzenie płaszczyznoweł Kolektory słoneczne (termiczne) Pompy ciepła Kotły kondensacyjne Gruntowe wymienniki ciepła Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła Ogniwa fotowoltaiczne Oświetlenie energooszczędne Wyposażenie instalacyjne budynków zero-energetycznych 19 Prowadzenie przewodów Źródła ciepła należy w miarę możliwości tak lokalizować, aby przewody co. i c.w.u. były jak najkrótsze i biegły wewnątrz ogrzewanej części budynku. Umożliwi to zmniejszenie mocy pomp obiegowych i zmniejszenie strat ciepła przewodów

11 Wymagania dotyczące techniki instalacyjnej Charakterystyka energetyczna budynku Wymagania Rozporządzenia (Dz.U. z 2008 r. Nr 201, poz. 1238) Lp. Rodzaj przewodu lub komponentu Minimalna grubość izolacji cieplnej materiał λ=0,035 W/(m K) 1) Średnica wewnętrznado22mm 20 mm 2 Średnica wewnętrznaod22do35mm 30 mm 3 Średnica wewnętrznaod35do100mm równa średnicy wewnętrznej rury 4 Średnica wewnętrzna ponad 100 mm 100 mm 5 Przewody i armatura wg poz. 1-4 przechodzące przez ściany lub stropy, skrzyżowania przewodów ½ wymagań z poz Przewody ogrzewań centralnych wg poz. 1-4, ułożone w komponentach budowlanych między ogrzewanymi ½ wymagań z poz. 1-4 pomieszczeniami różnych użytkowników 7 Przewody wg poz. 6 ułożone w podłodze 6 mm 8 Przewody ogrzewania powietrznego (ułożone wewnątrz izolacji cieplnej budynku) 40 mm 9 Przewody ogrzewania powietrznego(ułożone na zewnątrz izolacji cieplnej budynku) 80 mm 10 Przewody instalacji wody lodowej prowadzone wewnątrz budynku 2) 50% wymagań z poz Przewody instalacji wody lodowej prowadzone na zewnątrz budynku 2) 100% wymagań z poz. 1-4 Uwaga: 1) przy zastosowaniu materiału izolacyjnego o innym współczynniku przenikania ciepła niż podano w tabeli należy odpowiednio skorygować grubość warstwy izolacji, 2) izolacja cieplna wykonana jako powietrznoszczelna. 21 Niskotemperaturowe ogrzewania wodne 22 11

12 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne Wybór systemu ogrzewania i wentylacji zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to: przeznaczenie, konstrukcja budynku, wymagania architektoniczne wymagania komfortu cieplnego lokalne warunki zaopatrzenia w ciepło wymagania prawne i ekologiczne wymagania i możliwości finansowe inwestora 23 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne Dobór systemów ogrzewania dla budynków niskoenergetycznych y Klasa budynku Symbol Zużycie energii na cele ogrzewania [kwh/m 2 a] Moc grzejna [W/m 2 ] Stopień pokrycia potrzeb cieplnych przez systemy ogrzewania uzupełniająceg powietrznego o wodnego Budynek pasywny PH 15 ~10 0,95 1,00 0,00 0,05 Ultra niskoenergetyczny (~3 l) UNEH , , , ,50 Niskoenergetyczny NEH ,25 0,33 0,66 0,

13 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne Projektowanie instalacji wentylacyjnej domu niskoenergetycznego obejmuje j trzy etapy: ustalenie ilości powietrza wentylacyjnego rozwiązanie koncepcji rozdziału powietrza (rozmieszczenie i dobór otworów nawiewnych i wywiewnych) dobór przekrojów kanałów wentylacyjnych, urządzeń przygotowania powietrza, (filtry, urządzenia do odzysku ciepła, wymienniki gruntowe, nagrzewnice itp.) oraz wentylatorów 25 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne Ilość powietrza wentylacyjnego ustala się w oparciu o bilanse czynników szkodliwych (zyski ciepła, wilgoci, ilości emitowanych zanieczyszczeń np. CO 2, biozanieczyszczenia), wymagania higieniczne lub normowe. Wymagane ilości powietrza usuwanego według norm polskich wynoszą: kuchnia z oknem zewnętrznym z kuchenką gazową 70 m 3 /h, kuchnia z oknem zewnętrznym z kuchenką elektryczną w mieszkaniu do 3 osób 30 m 3 /h, kuchnia z oknem zewnętrznym z kuchenką elektryczną w mieszkaniu dla więcej niż 3 osób 50 m 3 /h, łazienka 50 m 3 /h, WC 30 m 3 /h

14 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne Systemy wentylacji w budynku mieszkalnym powinny zapewniać kontrolowaną wymianę powietrza w pomieszczeniach. Mogą to być: pojedyncze urządzenia np. nawiewniki higrosterowalne, hybrydowe, nasady wentylacyjne, indywidualne wentylatory wywiewne itp. systemy mieszane instalacji ogrzewania wodnego i mechanicznych instalacji wentylacyjnych nawiewno - wywiewnych i wywiewnych instalacje wentylacyjne spełniające funkcję ogrzewania powietrznego (dla domów pasywnych) 27 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne Strefa nawiewu w domu mieszkalnym obejmuje z reguły pokoje dzienne, salony, sypialnie, pokoje do pracy, strefa przepływu przedpokoje, korytarze, klatki schodowe, natomiast strefa wyciągu - pomieszczenia wilgotne (łazienka, WC, kuchnia) i o znacznej emisji zanieczyszczeń (pokój osoby palącej) Wszystkie pomieszczenia obu stref: nawiewu i wywiewu powinny posiadać otwory wyrównawcze w przegrodach działowych umożliwiające przepływ powietrza ze strefy nawiewu do strefy wywiewu nawet przy zamkniętych drzwiach

15 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne Nawiew Pokój Korytarz Wywiew Łazienka, WC Rozdział powietrza w domu pasywnym 29 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne W układach wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej stosuje się kompaktowe centrale wentylacyjne. Centrala taka składa się z dwóch wentylatorów nawiewnego i wyciągowego, nagrzewnicy świeżego powietrza (opcjonalnie), filtrów i wymiennika płytowego. Regulacja wydajności wentylatorów realizowana jest poprzez płynną zmianę obrotów wentylatorów lub stopniowanie tych obrotów, co pozwala zmniejszyć zużycie energii do napędu wentylatorów

16 Moc właściwa wentylatorów stosowanych w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych Dodatkowa moc właściwa wentylatora Źródło: WT 2008 (Dz.U. Nr 201 poz z r.) 31 Właściwa moc wentylatora SFP P SFP = P q v Δp = η tot [ W /( m 3 / s)] P moc wentylatora, [W] q v nominalny przepływ powietrza, [m 3 /s] Δp spręż wentylatora, η tot całkowita sprawność wentylatora, silnika i przekładni Kategorie instalacji w zależności od wskaźnika SFP Kategoria SFP [W/(m 3 /s)] SFP 1 < 500 SFP SFP SFP SFP 5 > 2000 Źródło: PN-EN 13779:2008 Wentylacja budynków niemieszkalnych Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji 32 16

17 Straty ciśnienia w kanałach o różnych kształtach i jednakowej powierzchni przekroju Źródło: Lampe G. i inni: Projekt klimatyzacji a projekt budynku. Arkady, Warszawa Właściwa moc wentylatora SFP przykłady Przykłady kategorii SFP dla typowych zastosowań Źródło: PN-EN 13779:2008 Wentylacja budynków niemieszkalnych Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji 34 17

18 Krotność wymiany powietrza WT 2008 pkt Zaleca sie przeprowadzenie sprawdzenia szczelności powietrznej budynku. Wymagana szczelność wynosi: budynki z wentylacją grawitacyjną n 50 = 3,0 h -1 budynki z wentylacją mechaniczną n 50 = 1,5 h -1 Wartości wg PN EN konstrukcja domy jednorodzinne inne mieszkania lub budynki n 50 [h -1 ] stopień szczelności obudowy budynku wysoki średni niski < >10 <2 2-5 >5 35 Układy wentylacyjne i grzewczo-wentylacyjne W większym budynku np. mieszkalnym wielorodzinnym lub wielolokalowym można zastosować: rozwiązania zdecentralizowane (w każdym mieszkaniu znajduje się oddzielna centrala do przygotowania powietrza, wentylatory i tłumiki akustyczne) rozwiązania semicentralne (wspólna centrala, ale oddzielne wentylatory i tłumiki w mieszkaniach) rozwiązania centralne (wspólna centrala, wentylatory, regulacja przepływu oraz tłumiki lub wspólna centrala i wentylatory, ale regulacja przepływu i tłumiki w mieszkaniach) 36 18

19 Stosowane źródła ciepła Najpopularniejszymi źródłami ciepła na cele przygotowania ciepłej wody domów niskoenergetycznych są: gazowe kotły kondensacyjne, pompy ciepła, w tym zwłaszcza urządzenia kompaktowe na cele ogrzewania, c.w.u i wentylacji, automatycznie zasilane kotły na paliwo odnawialne np. pelety. Wszystkie z tych źródeł mogą opcjonalnie współpracować z kolektorem słonecznym 37 Stosowane źródła ciepła Rozwiązaniami charakteryzującymi się najwyższym współczynnikiem efektywności ekologicznej są kolejno: gazowy kocioł kondensacyjny współpracujący z kolektorem słonecznym gazowy kocioł kondensacyjny gazowy kocioł niskotemperaturowy Pompy ciepła i zautomatyzowane kotły na pelety należą do urządzeń o małym obciążeniu dla środowiska, natomiast o stosunkowo wysokiej cenie 38 19

20 Stosowane źródła ciepła 39 Wykorzystanie energii słonecznej Dla obniżenia zużycia energii pierwotnej jprzez budynki niskoenergetyczne istotne jest wykorzystanie aktywnych termicznych systemów słonecznych z kolektorami słonecznymi oraz systemów fotowoltaicznych. Źródło:

21 Wykorzystanie energii słonecznej Zalecana powierzchnia kolektorów w instalacjach słonecznych przygotowania c.w. Powierzchnia kolektorów w m 2 /os zapewniająca pokrycie potrzeb cieplnych energią słoneczną w: Rodzaj domu 60% 40 50% kolektor kolektor kolektor kolektor próżniowy próżniowy płaski płaski rurowy rurowy Dom 1 2 rodzinny 1,2 1,5 0,8 1,0 1,0 1,2 0,6 08 Dom wielorodzinny 0,8 1,1 0,6 0,8 0,6 0,8 0,4 0,8 Charakterystyka pokrycia potrzeb cieplnych na cele c.w. przez źródło ciepła współpracujące z kolektorem słonecznym Powierzchnia ogrzewania A EB [m 2 ] kolektory słoneczne Stopień pokrycia potrzeb cieplnych podstawowe źródła ciepła (kocioł, pompa ciepła) do 0,50 0,65 0,35 0, ,45 0,60 0,40 0,50 > 0,30 0,50 0,50 0,