OKRE LANIE OPTYMALNEGO UDZIAŁU POWIERZCHNI PRZEGRODY PRZEZROCZYSTEJ W CAŁKOWITEJ POWIERZCHNI PRZEGRODY BUDOWLANEJ

Transkrypt

1 OKRELNIE OPTYMLNEGO UDZIŁU POWIERZCHNI PRZEGRODY PRZEZROCZYSTEJ W CŁKOWITEJ POWIERZCHNI PRZEGRODY BUDOWLNEJ M. Pomorsk 1, S. Petrowcz 1 1. Zkłd Termodynmk, Instytut Technk Ceplnej Mechnk Płynów, Wydzł Mechnczno-Energetyczny, Poltechnk Wrocłwsk STRESZCZENIE Ilo energ jk nley dostrczy do budynku n cele grzewcze wynk z róncy pomdzy strtm cepł przez przegrody budowlne, cepł uytego do podgrzn powetrz wentylownego zyskm cepł wewntrznym orz pochodzcym od promenown słonecznego. Przegrody przezroczyste s powerzchnm, które jednoczene uczestncz w strtch cepł przenkjcego n zewntrz budynku jk generuj zysk cepł pochodzcego od promenown słonecznego. W nnejszym rtykule przedstwono metod reln optymlnego udzłu powerzchn przeroczystej w powerzchn przegrody budowlnej tk, by uzysk mksymlne wykorzystne zysków cepł pochodzcych od promenown słonecznego. WPROWDZENIE Energetyk komunln jest jednym z głównych konsumentów energ. N ogrzewne budynków w Polsce zuywne jest oło 30% cłkowtej loc energ. Ze wzgldu n rosnce ceny energ corz wcej uwg powc s n zmnejszne stopn energochłonnoc budynków, tk by ogrncz koszty ch eksplotcj. Ilo cepł, któr nley dostrczy przez system grzewczy w sezone grzewczym jest zlen m.n. od strt cepł przenkjcego przez przegrody zewntrzne orz od wrtoc zysków cepł, wewntrznych orz pochodzcych od promenown słonecznego. W chwl obecnej systemy zolcyjne stosowne w budownctwe chrkteryzuj s m. n. nskm współczynnkm przenkn cepł co zwzne jest jednoczene ze zwkszenem kosztów nwestycyjnych. Celowe wc wydje s przenlzowne molwoc wykorzystn słonecznych zysków cepł w budownctwe w generlnym blnse ceplnym budynków. Jednym ze sposobów zwznych z zgospodrownem energ słonecznej jest wykonywne w budynkch przegród przeroczystych, w tk sposób by optymlne wykorzyst powerzchn przegród. WYMGNI STWINE PRZEGRODOM PRZEZROCZYSTYM W BUDOWNICTWIE Przegrody przeroczyste w budynkch, do których zlcz s szklne cny, n, wetlk tp., s powerzchnm, przez które trcony jest strume cepł n zewntrz budynku z drugej z strony s poredno ródłem generujcym zysk cepł pochodzce od promenown słonecznego. Polske przepsy budowlne stwj wymgn przegrodom przezroczystym w dwóch zgdnench: 1. Ochrony ceplnej budynków,. Zpewnen odpowednego dowetlen wtłem nturlnym pomeszcze przeznczonych do stłego pobytu ludz. Zgodne z wrunkm techncznym dl zpewnen ochrony ceplnej budynków, przegrody przeroczyste pownny cechow s współczynnkem przenkn cepł U ne wkszym n 1,8 W/m K, dl I strefy klmtycznej ne wkszym n 1,7 W/m K. Dodtkowo w zwzku z oszczdnoc energ, przepsy te defnuj mksymln powerzchn przegrody przeroczystej. Dl budynków meszklnych o współczynnku przenkn cepł ne mnejszym n 1,5 W/m K jko funkcj pol powerzchn rzutu pozomego wszystkch kondygncj: 0mx z w =0,15 +0,03 (1) z - sum pól powerzchn rzutu pozomego wszystkch kondygncj ndzemnych (w zewntrznym obryse budynku) w pse o szeroc 5 m wzdłu cn zewntrznych, w - sum pól powerzchn pozostłej czc rzutu pozomego wszystkch kondygncj po odjcu z. Wymgn dotyczce zpewnen dowetlen wtłem dzennym pomeszcze przeznczonych n pobyt ludz s zdefnowne mnmln powerzchn przegrody przezroczystej wynoszc 1/8 pol powerzchn pomeszczen. Jk łtwo mon zuwy, ktulne przepsy technczne stwne budynkom ne uwzgldnj w wymgnch dl przegród przezroczystych tkch zgdne jk usytuowne przegrody wzgldem stron wt, kt odchylen od pozomu czy te przepuszczlnoc promenown słonecznego.

2 BILNS CIEPLNY PRZEGRODY BUDOWLNEJ Energochłonno budynku, jk ju wspomnno wczenej, jest wyznczn jko rónc strt cepł przez przegrody orz zysków cepł. Zrówno strty jk zysk cepł s zlene od wrunków tmosferycznych (tempertur zewntrzn, nsłonecznene). Strty zysk cepł wyznczono zgodne z metodolog podn przez Mnsterstwo Infrstruktury. Mesczne strty cepł przez przegrody budynku zrówno przezroczyste neprzezroczyste mon wyznczy z zlenoc: U ( m ) = ( Usc sc ) + ( U ) t kwh d10, m-c U ( m) q ( m ) = = U ( 1-X ) + U X t kwh d10, m m-c U sc () (3) U (m) mesczne strty cepł przez przegrod, kwh/m-c, q U (m) jednostkowe mesczne strty cepł przez przegrod, kwh/m m-c, U sc współczynnk przenkn cepł przegrody neprzezroczystej, W/m K U - współczynnk przenkn cepł przegrody przezroczystej, W/m K sc powerzchn przegrody neprzezroczystej, m powerzchn przegrody przezroczystej, m pole powerzchn cłej przegrody, m T oblczenow tempertur wewntrzn, K T e (m) redn mesczn tempertur powetrz zewntrznego, K Ld(m) lczb dn w mescu t d lczb godzn w dobe, h X = udzł pol powerzchn przegrody przezroczystej w polu powerzchn cłej przegrody. Mesczn wrto zysków cepł pochodzcych od promenown słonecznego wyznczmy z zlenoc: m =C kwh I m gkz, m-c kwh q m =CX I m gk Z, (4) (5) m m-c (m) mesczne słoneczne zysk cepł, kwh/m-c, q (m) jednostkowe mesczne słoneczne zysk cepł, kwh/m m-c, C udzł powerzchn oszklen w cłkowtej powerzchn n, I(m) mesczn wrto energ promenown słonecznego pdjcego n płszczyzn ponow, kwh/m m-c, g współczynnk przepuszczlnoc energ promenown słonecznego przez oszklene, k α współczynnk korekcyjny dl en połcowych, Z współczynnk zcenen, Welko strt cepł przenkjcego przez przegrod zysków cepł od promenown słonecznego w cgu sezonu ogrzewczego wyznczmy odpowedno z zlenoc: kwh (6) = m, kwh (7) = m, Ilo cepł, któr nley dostrczy do budynku w trkce sezonu grzewczego jest wyznczon jko rónc strt zysków cepł pomnejszonych o sprwno ch wykorzystn: = - kwh +, q=q kwh - q +, m wewntrzne zysk cepł, kwh/, sprwno wykorzystn zysków cepł, (8) (9) Po złoenu cłkowtego wykorzystn zysków cepł (=1 ) orz uwzgldnenu nezlenoc wewntrznych zysków cepł od powerzchn oszklen, zleno n roczne zpotrzebowne n cepło jednostkowe (odnesone do jednostk powerzchn przegrody zewntrznej) mon zps w postc: q+ = q ( m) -q ( m ) = { Usc ( 1-X ) +UX td10 (10) } CX I m gk Z = q X, kwh m W nektórych mescch, przy pewnych udzłch powerzchn oszklonej w przegrodze zewntrznej budynku, zysk pochodzce od promenown słonecznego mog by wksze od strt cepł przez przenkne. Dl tkego przypdku z wrto zysków cepł nley podstw wrto strt cepł. q ( m) -q ( m ) = mx ( q ( X ),0) (11)

3 WYZNCZENIE OPTYMLNEGO UDZIŁU PRZEGRODY PRZEZROCZYSTEJ W PRZEGRODZIE BUDYNKU Wynk oblcze optymlnego udzłu powerzchn przegrody przezroczystej w przegrodze budynku przedstwono we współrzdnych bezwymrowych Y =f X, Y = q X q X =0 (1) Oblczen wykonno dl dnych klmtycznych ze stcj meteorologcznej Wrocłw, które pobrno ze strony Mnsterstw Infrstruktury. Przyjto o oblczenow tempertur wewntrzn T =0 C, redn udzł oszklen w powerzchn przegrody przezroczystej C=0,7, współczynnk zcenene Z=1 orz współczynnk przepuszczlnoc promenown słonecznego g=0,75. Oblczen przeprowdzono dl sezonu grzewczego trwjcego w polskch wrunkch od wrzen do mj. Dl mescy mj wrzen, zgodne z rozporzdzenem Mnstr Infrstruktury w sprwe szczegółowego zkresu form udytu energetycznego orz czc udytu remontowego, wzorów krt udytów, tke lgorytmu oceny opłclnoc przedswzc termomodernzcyjnego, przyjto odpowedno 10 5 dn grzewczych. N ponszych wykresch przedstwono wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej dl rónych wrtoc współczynnk przenkn cepł przegrody przezroczystej neprzezroczystej orz rónych kerunków usytuown przegrody. =f; U sc =0, W/m K; U =,6 W/m K Rys.. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0, W/m K U =,6 W/m K) Z wynków przedstwonych n wykresch mon zuwy, e blns ceplny przegrody budowlnej jest slne zleny od prmetrów termcznych elementów konstrukcyjnych przegrody, jej usytuown wzgldem stron wt orz udzłu powerzchn przezroczystej w cłej cne. Ilo cepł przekzywn przez tk przegrod moe by zrówno wksz jk mnejsz od loc cepł przekzywnego przez przegrod neoszklon. Jk mon zuwy n rys. 1 dl U =,6 W/m K (mksymln wrto współczynnk przenkn cepł dl en (w I, II III strefe klmtycznej) obowzujc przed 6 lstopd 008 r.) wrz ze wzrostem udzłu powerzchn przezroczystej rone równe lo trconego cepł. Tylko dl przegród usytuownych w kerunku połudnowym otrzymuje s newelke mnmum przy udzle n. 5-10%. Njwkszy wzrost strt cepł obserwuje s dl przegród budowlnych usytuownych w kerunku północnym. =f; U sc =0,3 W/m K; U =,6 W/m K =f; U sc =0,3 W/m K; U =1,8 W/m K Rys. 1. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0,3 W/m K U =,6 W/m K) Rys. 3. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0,3 W/m K U =1,8 W/m K)

4 =f; U sc =0,3 W/m K; U =1,5 W/m K =f; U sc =0, W/m K; U =1,8 W/m K Rys. 4. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0,3 W/m K U =1,5 W/m K) Dl obecne obowzujcych wymg termcznych dl en (U <1,8 W/m K dl I, II III strefy klmtycznej) mon zobserwow przesunce mnmum strt cepł w kerunk wkszych udzłów przegrody przezroczystej- rys. 4, rys. 5, rys. 6, rys. 7, rys 8, rys.9. W przypdku przegród usytuownych w kerunku połudnowym (przy pewnych wrunkch termcznych przegrody) jest molwo osgnc zerowego blnsu cepł tzn. sytucj w której zysk cepł pochodzce od promenown słonecznego w cłym sezone grzewczym s wksze od strt cepł brzow krzyw n rys. 5, 7, 8 9. Przedstwone oblczen ne uwzgldnj nlzy ekonomcznej, któr odpowedzłby n pytne czy zysk jke osgne s w wynku zmnejszen strt cepł zrekompensuj w wystrczjco krótkm czse zwkszone koszty ponesone n n o wkszej powerzchn. Ne uwzgldnono równe eksplotcj tkch przegród w rese letnm, kedy to moe dochodz do przegrzewn pomeszcze w wynku duego nsłonecznen. Mon to jednk zneutrlzow poprzez zstosowne rolet ennych. Rys. 6. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0, W/m K U =1,8 W/m K) =f; U sc =0, W/m K; U =1,5 W/m K Rys. 7. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0, W/m K U =1,5 W/m K) Rys. 8. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0, W/m K U =1,1 W/m K) Rys. 5. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0,3 W/m K U =1,1 W/m K)

5 =f; U sc =0,1 W/m K; U =1,1 W/m K Jk wykzły oblczen dl pewnych wrunków stneje optymlny udzł powerzchn oszklonej w cłkowtej powerzchn cny. Z chwl pojwn s corz nowszych technolog ogrnczjcych koszty nwestycyjne, przy jednoczesnym nskm współczynnku przewodzen cepł wydje s celowe ndywdulne podejce do kdego projektu. Przygotowny rtykuł moe by pordnkem dl projektntów budynków pomocnym w trkce reln optymlnej powerzchn en. Rys. 9. Wzgldne strty cepł przez przegrod budowln w funkcj udzłu przegrody przezroczystej (U sc =0,1 W/m K U =1,1 W/m K) WNIOSKI Przedstwone oblczen pzuj, e stneje potrzeb relen dopuszcznych powerzchn en w zlenoc od ch prmetrów termcznych usytuown wzgldem stron wt. LITERTUR CYTOWN Rozporzdzene Mnstr Infrstruktury z dn 6 lstopd 008 r. zmenjce rozporzdzene w sprwe wrunków techncznych, jkm pownny odpowd budynk ch usytuowne Typowe lt meteorologczne sttystyczne dne klmtyczne dl obszru Polsk do oblcze energetycznych budynków, f1e4ef p_1.htm