EFEKTYWNOŚĆ AKTYWNYCH I PASYWNYCH SYSTEMÓW SŁONECZNYCH W ENERGOOSZCZĘDNYCH BUDYNKACH UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ W POLSCE

Podobne dokumenty
WPŁYW ROZWIĄZAŃ FASADOWYCH NA OŚWIETLENIE POMIESZCZEŃ ŚWIATŁEM DZIENNYM I ROCZNY BILANS ENERGETYCZNY BUDYNKÓW

Modelowanie energetycznego bilansu domu jednorodzinnego z pasywnym systemem słonecznych zysków bezpośrednich

OKREŚLANIE OPTYMALNEGO UDZIAŁU OKIEN W BUDYNKU MIESZKALNYM

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNĄ OBUDOWY BALKONU FACTORS INFLUENCING ENERGY-SAVING POTENTIAL OF A GLAZED BALCONY

ANALIZA PORÓWNAWCZA ZUŻYCIA I KOSZTÓW ENERGII DLA BUDYNKU JEDNORODZINNEGO W SŁUBICACH I FRANKFURCIE NAD ODRĄ

ANALIZA CZYNNIKÓW WPŁYWAJĄCYCH NA WARTOŚCI TERMICZNYCH ELEMENTÓW MIKROKLIMATU WNĘTRZ

Oferta Małopolskiego Centrum Budownictwa Energooszczędnego skierowana różnych grup przedsiębiorców oraz osób indywidualnych.

ZrównowaŜony rozwój budynki przyszłości czyli Model Homes 2020 VELUX/MKK/BRANDING DENMARK/

WPŁYW ZESTAWÓW SZYB O STAŁYCH I ZMIENNYCH CHARAKTERYSTYKACH RADIACYJNYCH NA BILANS CIEPLNY POMIESZCZENIA

Współczynnik przenikania ciepła okien

FOTOWOLTAICZNE NADWIESZENIA ZACIENIAJĄCE ZINTEGROWANE Z BUDYNKIEM

Foto: W. Białek SKUTECZNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ I ŚRODOWISKIEM W BUDYNKACH

KSZTAŁTOWANIE MIKROKLIMATU W STREFIE PRZEBYWANIA LUDZI W OBIEKTACH SAKRALNYCH

Program BEST_RE. Pakiet zawiera następujące skoroszyty: BEST_RE.xls główny skoroszyt symulacji RES_VIEW.xls skoroszyt wizualizacji wyników obliczeń

Zastosowane technologie i praktyczne doświadczenia użytkownika budynku pasywnego

Opracowanie charakterystyki energetycznej wg nowych wymagań prawnych

Efektywna Energetycznie Stolarka Okienna. pasywnej w Budzowie. dr arch. Agnieszka Cena Soroko Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska

KONCEPCJA SZKLANYCH DOMÓW W BUDOWNICTWIE ENERGOOSZCZĘDNYM

Koncepcja fasady bioklimatycznej. oszczędność kosztów i energii oraz wzrost komfortu użytkowników

PRACA ZINTEGROWANEGO UKŁADU GRZEWCZO- CHŁODZĄCEGO W BUDYNKU ENERGOOSZCZĘDNYM I PASYWNYM

Projektowanie systemów WKiCh (03)

Obliczenia wstępne i etapy projektowania instalacji solarnych

Doświadczenia ze stosowania świadectw energetycznych dla budynków w nowowznoszonych i oddanych do użytku u

Zintegrowane projektowanie energetyczne jako narzędzie poprawy efektywności energetycznej jednorodzinnych budynków mieszkalnych

WPŁYW TEMPERATURY W POMIESZCZENIACH POMOCNICZYCH NA BILANS CIEPŁA W BUDYNKACH DLA BYDŁA

Projektowanie budynków niskoenergetycznych i pasywnych

Analiza porównawcza zapotrzebowania na energię końcową i zużycia energii dla wybranej grupy budynków

Korzyści z regulacji wodnego ogrzewania podłogowego Zastosowanie indywidualnej regulacji wodnego ogrzewania podłogowego w pomieszczeniach

WPŁYW LOKALIZACJI BUDYNKU MIESZKALNEGO NA JEGO PARAMETRY ENERGETYCZNE

SYSTEMY KLIMATYZACJI BUDYNKÓW ZASILANE ENERGIĄ PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO

SZKOLENIE podstawowe z zakresu słonecznych systemów grzewczych

Modernizowany budynek. Efektywność energetyczna w budownictwie problematyka, korzyści, ograniczenia. Joanna Rucińska

MACIEJ MIJAKOWSKI, JERZY SOWA, PIOTR NAROWSKI

OCENA OCHRONY CIEPLNEJ

WPŁYW PARAMETRÓW OPTYCZNO-ENERGETYCZNYCH OSZKLENIA NA KOMFORT CIEPLNY POMIESZCZEŃ

Rozporządzenie MI z dn r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku...

Żaluzje wewnątrzszybowe

Sylabus kursu. Tytuł kursu: Program szkoleniowy z energooszczędnej renowacji starych budynków. Dla Projektu ETEROB

Jak zmniejszyć o 30% straty ciepła?

PORÓWNANIE TEORETYCZNYCH I POMIAROWYCH DANYCH NATĘśENIA PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO NA PŁASZCZYZNĘ ZACIENIONĄ

GSE AIR SYSTEM V3.0 Niezależność energetyczna na wyciągnięcie ręki

PORÓWNANIE METOD STOSOWANYCH DO OKREŚLANIA DŁUGOŚCI OKRESU OGRZEWCZEGO

Optymalizacja energetyczna okien nowych i wymienianych Część 3. Bilans energetyczny okien w sezonie grzewczym

ENERGIS. Budynek Dydaktyczno-Laboratoryjny Inżynierii Środowiska Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach.

Zmiana wymagań dotyczących efektywności energetycznej budynków a inne aspekty projektowania

Optymalizacja energetyczna okien nowych i wymienianych Część 1

Kategorie budynków ze względu na zapotrzebowanie i zużycie energii

ROZWIĄZANIA TECHNOLOGICZNE DLA NOWOCZESNYCH FASAD W ŚWIETLE NAJNOWSZYCH PRZEPISÓW

PROGRAM SZKOLENIA EUROPEJSKI CERTYFIKOWANY MISTRZ/ WYKONAWCA/ NADZORCA BUDOWNICTWA PASYWNEGO

Jak zbudować dom poradnik

SKUTECZNOŚĆ OSŁON PRZECIWSŁONECZNYCH W KSZTAŁTOWANIU KOMFORTU CIEPLNEGO W PASYWNYM BUDYNKU UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ

ANALIZA OSZCZĘDNOŚCI ENERGII CIEPLNEJ W BUDOWNICTWIE MIESZKANIOWYM JEDNORODZINNYM

Wykorzystanie OZE na przykładzie Parku Naukowo-Technologicznego Euro-Centrum

ZASADY KSZTAŁTOWANIA BUDYNKÓW PASYWNYCH

Biurowiec niskoenergetyczny i pasywny w Euro-Centrum, zastosowane technologie, doświadczenia użytkownika

Optymalne wykorzystanie światła dziennego w oświetleniu wnętrz

WPŁYW PARAMETRÓW OSZKLENIA NA ZUŻYCIE ENERGII W STREFIE O REGULOWANEJ TEMPERATURZE

Fizyka budowli Building Physics. Inżynieria środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Oznaczenie budynku lub części budynku... Miejscowość...Ulica i nr domu...

RACJONALIZACJA ZUŻYCIA ENERGII W BUDYNKACH UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ

OCENA PORÓWNAWCZA WYNIKÓW OBLICZEŃ I BADAŃ WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA OKIEN

Budownictwo pasywne i jego wpływ na ochronę środowiska. Anna Woroszyńska

Analiza wpływu rodzaju powierzchni przeszklonych oraz urządzeń przeciwsłonecznych na bilans energetyczny budynku

OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII I PIENIĘDZY DZIĘKI PŁYTOM

Systemy solarne Systemy pasywne w budownictwie

Normy Budownictwo Pasywne i Energooszczędne

Inżynieria Środowiska dyscypliną przyszłości!

COOL-LITE XTREME 70/33 & 70/33 II

Piec akumulacyjny Duo Heat 500 Dimplex + prezent

Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A. Warszawa, mgr inż. Dariusz Koc Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A.

Ocena Projektu Budowlanego Szkoły Pasywnej w Siechnicach.

Szkło materiał przyszłości

Okna w nowobudowanych domach - co zmieni się od 2014 roku?

Audyt energetyczny Zmiana mocy zamówionej. Łukasz Polakowski

Ultra COOL Pigment. Trwałość, ochrona, komfort.

Sposoby ochorny budynków energooszczednych przez przegrzewaniem

AUDYTY TERMOMODERNIZACYJNE A STOSOWANIE AKTUALNYCH NORM

PROJEKT TERMOMODERNIZACJI BUDYNKU ZAKRES I OCZEKIWANE REZULTATY PLANOWANYCH DZIAŁAŃ, ANALIZA UWARUNKOWAŃ I OGRANICZEŃ

5.5. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie wznoszenia

CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKU

TARNÓW ogranicza emisję. wrzesień 2017 r.

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ SZPITALA

Ekspercka propozycja zmiany Działu X oraz Załącznika nr 2, uwzględniająca wariantowość proponowanych rozwiązań. Dział X

Odnawialne Źródła Energii I stopień (I stopień/ II stopień) ogólnoakademicki (ogólnoakademicki/praktyczny)

ENERGOCHŁONNOŚĆ BUDYNKÓW EDUKACYJNYCH I ICH IZOLACYJNOŚĆ CIEPLNA W ŚWIETLE AKTUALNYCH WYMAGAŃ

PROJEKTOWANIE BUDYNKO W NISKOENERGETYCZNYCH EFEKTYWNOS C ENERGETYCZNA, EKONOMIA, MIKROKLIMAT

Józef Frączek Jerzy Janiec Ewa Krzysztoń Łukasz Kucab Daniel Paściak

Modelowe rozwiązanie budynek jednorodzinny pokazowy dom pasywny

KONTAKT Dowiedz się więcej bezpośrednio i wyślij Swoje pytanie

mib.gov.pl mib.gov.pl Stan przepisów dot. projektowania budynków. Zamierzenia i kierunek dalszych prac legislacyjnych mib.gov.pl

BUDYNKI NISKOENERGETYCZNE DLA KAŻDEGO LOW-ENERGY STANDARD BUILDINGS

Czy możliwe jest wybudowanie w Polsce domu o zerowym lub ujemnym zapotrzebowaniu na energię?

12. FOTOWOLTAIKA IMMERGAS EFEKTYWNE WYTWARZANIE PRĄDU I CIEPŁA

NOWE SPOJRZENIE NA OSŁONY PRZECIWSŁONECZNE Kontrola energii słonecznej i światła dziennego jako element efektywności energetycznej budynków

Modelowy budynek użyteczności publicznej na przykładzie siedziby WFOŚiGW w Gdańsku. Warszawa, 19 kwietnia 2017 r.

ArCADia-TERMO LT 5.3 Wersja Prezentacyjna

Co nowego w CERTO. nieogrzewanych (zgodnie z PN-EN ISO 13789:2008)

Transkrypt:

HENRYK NOWAK, DOMINIK WŁODARCZYK, ŁUKASZ NOWAK, ELŻBIETA ŚLIWIŃSKA, MAJA STANIEC EFEKTYWNOŚĆ AKTYWNYCH I PASYWNYCH SYSTEMÓW SŁONECZNYCH W ENERGOOSZCZĘDNYCH BUDYNKACH UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ W POLSCE ANALYSE OF THE ACTIVE AND PASSIVE SOLAR SYSTEMS IN THE LOW-ENERGY PUBLIC BUILDINGS IN POLAND S t r e s z c z e n i e Bilans rocznych zysków słonecznych w budynkach o dużym stopniu przeszklenia może być kształtowany poprzez zastosowanie różnego rodzaju konstrukcji zacieniających, w tym nadwieszeń poziomych, wypozastosować ze- sażonych w ogniwa fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem (BIPV). Można również stawy szyb zespolonych o odpowiednio dobranych charakterystykach radiacyjnych, np. szyb z powłokami spektralnie selektywnymi. Oba te elementy, oprócz oczywistego wpływu na roczny bilans cieplny bu- oraz wizu- dynku, wpływają również znacząco na parametry mikroklimatu pomieszczeń i komfort cieplny alny użytkowników. W artykule przedstawiono wybrane wyniki kompleksowej analizy wpływu pozio- (BIPV) oraz mych nadwieszeń zacieniających z panelami fotowoltaicznymi zintegrowanymi z budynkiem wpływu szyb okiennych z odpowiednimi powłokami spektralnie selektywnymi na roczny bilans cieplny budynku i na komfort cieplny użytkowników. Słowa kluczowe: budynki użyteczności publicznej, przegrody przeszklone, nadwieszenie zacieniające, BIPV, charakterystyki radiacyjne szyb, komfort cieplny i wizualny pomieszczeń A b s t r a c t The annual solar gains in public buildings with a large percentage of glazing can be shaped by different kind of shading construction, including horizontal overahangs equipped with the BIPV (Building Integrated Photovoltaics). We can also apply glazing with a special coating of spectral radiative properties. Both these elements, except obvious influence on the annual heat balance of building, they influenced on parameters of thermal and visual comfort. The paper presents chosen resultss of the complex analyses of influence of horizontal overahangs with BIPV and glazing with special spectral radiative properties on the annual thermal balance of buildings and on thermal comfort. Keywords: public buildings, BIPV, glazed surfaces, glazing radiative characteristics, thermal and visual comfort Dr hab. inż. Henryk Nowak, prof. PWr; dr inż. Dominik Włodarczyk; mgr inż. Łukasz Nowak; dr Elżbieta Śliwińska, dr inż. Maja Staniec-Birus, Instytut Budownictwa, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego, Politechnika Wrocławska.

144 1. Wstęp Część przeszklona elewacji jest jednym z elementów mających największy wpływ na kształtowanie rocznego bilansu cieplnego budynku oraz komfortu cieplnego i wizualnego przebywających w nim ludzi. Racjonalne użytkowanie energii cieplnej w budynkach użyteczności publicznej w wielu krajach, w tym także w Polsce, jest rozpatrywane głównie z punktu widzenia oszczędności energii w sezonie ogrzewczym. Wynikiem tego jest, między innymi, rozpowszechniona tendencja do maksymalnego wykorzystania zysków energii promieniowania słonecznego w zimie przez przegrody przezroczyste, głównie przez okna. W konsekwencji w okresie letnim następuje intensywne przegrzewanie pomieszczeń, co znacznie wpływa na pogorszenie parametrów mikroklimatu tych pomieszczeń i na samopoczucie użytkowników. Jedną z możliwości kształtowania bilansu zysków słonecznych budynku w ciągu roku jest zastosowanie różnego rodzaju konstrukcji zacieniających. Są to głównie nadwieszenia poziome, skrzydła zacieniające (elementy pionowe przy oknach) oraz żaluzje stałe bądź regulowane. Konstrukcje zacieniające mają bardzo duży wpływ na ilość energii promieniowania słonecznego docierającego do pomieszczeń oraz na roczny bilans cieplny budynku. Bardzo skuteczne w tym zakresie są poziome nadwieszenia zacieniające, które są stosowane najczęściej na elewacjach południowych. Konstrukcje te, o różnym wysięgu i odległości od górnej krawędzi okna, pozwalają na pasywną kontrolę nad zyskami słonecznymi przenikającymi przez okna. W okresie letnim, kiedy tarcza słoneczna pozostaje wysoko nad linią horyzontu, odpowiednio dobrane nadwieszenie horyzontalne blokuje znaczną część energii promieniowania słonecznego, działając jak system pasywnego chłodzenia i zabezpieczając pomieszczenia przed przegrzewaniem. To samo nadwieszenie przy niskiej wysokości kątowej Słońca w zimie nie powinno zbytnio ograniczać zysków ciepła od promieniowania słonecznego przez okna i wspomagania cieplnego bilansu budynku. Nadwieszenia zacieniające mogą mieć geometrię stałą lub zmienną, sterowaną odpowiednio w zależności od preferencji użytkownika lub warunków klimatycznych na zewnątrz (tzw. fasady inteligentne). Elementami nadwieszeń zacieniających mogą być ogniwa fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem (BIPV Building Integrated Photovoltaics). Kształtowanie rocznego bilansu cieplnego budynków o dużym stopniu przeszklenia może być również realizowane poprzez zastosowanie zestawów szyb zespolonych o odpowiednio dobranych charakterystykach radiacyjnych. Charakterystyki te uzyskuje się przez pokrywanie szyb specjalnymi powłokami spektralnie selektywnymi lub przez barwienie szyb w masie. Ze względu na przeciwstawne wymagania odnośnie cech radiacyjnych powłok spektralnie selektywnych stosowanych na szybach oraz wymagania odnośnie wielkości okien w okresie letnim i zimowym (ochrona przed nasłonecznieniem w lecie oraz pozyskiwanie energii promieniowania słonecznego w zimie) dobór wielkości okien oraz charakterystyk radiacyjnych dla szyb powinien być przedmiotem optymalizacji wielokryterialnej. Przy formułowaniu i rozwiązywaniu zagadnienia optymalizacji muszą być przyjęte kryteria optymalizacji, tj. funkcje celu oraz określone zmienne decyzyjne i ograniczenia nałożone na zmienne decyzyjne. Poprzez kontrolowanie zysków ciepła od Słońca w okresie letnim, zapobieganie strat ciepła w okresie zimowym i redukcję energii potrzebnej do oświetlenia dzięki wykorzystaniu światła dziennego, szyby spektralnie selektywne mogą znacznie zmniejszyć zużycie energii cieplnej i elektrycznej w budynku i zapotrzebowanie na moc cieplną. Dzięki dużo niższej wartości współczynnika przenikania ciepła, efektyw-

145 ność energetyczna takich szyb pozwala na zastosowanie większych powierzchni przeszklonych bez zwiększenia strat energii w porównaniu do szyb konwencjonalnych. Zestawy szyb spektralnie selektywnych są coraz powszechniej stosowane, a najbardziej wymierne korzyści można osiągnąć w budynkach użyteczności publicznej o dużym stopniu przeszklenia elewacji. Zarówno zewnętrzne konstrukcje zacieniające, jak i szyby z odpowiednimi właściwościami radiacyjnymi, oprócz oczywistego wpływu na roczny bilans cieplny budynku, wpływają również znacząco na parametry mikroklimatu pomieszczeń i komfort cieplny oraz wizualny użytkowników. W artykule przedstawiono wybrane wyniki kompleksowej analizy wpływu poziomych nadwieszeń zacieniających z panelami fotowoltaicznymi zintegrowanymi z budynkiem (BIPV) oraz wpływu szyb okiennych z odpowiednimi powłokami spektralnie selektywnymi na roczny bilans cieplny budynku i na komfort cieplny użytkowników [1]. 2. Opis badań 2.1. Optymalizacja wielokryterialna Optymalizacji wielokryterialnej budynków w aspekcie zużycia energii na potrzeby min. ogrzewania poświecono wiele publikacji, wśród nich wiele uwagi poświęcono uzyskaniu optymalnych wymiarów geometrycznych bryły budynku [2]. Przedmiotem optymalizacji były także konstrukcje zacieniające mające wpływ na bilans cieplny budynku oraz na poziom natężenia oświetlenia światłem dziennym w budynku [3]. W ramach realizacji głównych celów badawczych niniejszej pracy wykonano badania w zakresie analizy możliwości zastosowania optymalnych konstrukcji zacieniających w polskich warunkach klimatycznych [4]. Analizę optymalizacyjną konstrukcji zacieniających uwzględniających kompleksowo ich wpływ na bilans cieplny budynku (zużycie energii grzewczej i klimatyzacyjnej) i generację energii elektrycznej w przypadku zastosowania paneli fotowoltaicznych jako elementów nadwieszeń zacieniających, z uwzględnieniem kosztów budowy takich systemów, wykonano w pracy [4]. Badania te posłużyły także do stworzenia nomogramów do optymalnego doboru wymiarów geometrycznych nadwieszeń zacieniających dla polskich warunków klimatycznych [5]. 2.2. Cel i zakres badań Jednym ze sposobów wykorzystania energii promieniowania słonecznego jest generacja prądu elektrycznego w ogniwach fotowoltaicznych, a jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin jest fotowoltaika zintegrowana z budynkiem BIPV (Building Integrated Photovoltaics). Podstawą technologii BIPV jest zastępowanie różnych elementów budynku elementami zawierającymi moduły fotowoltaiczne. W ramach badań przeprowadzono analizę możliwości wspomagania bilansu energetycznego budynków biurowych za pomocą systemu poziomych nadwieszeń zacieniających, wykorzystujących technologię fotowoltaiczną zintegrowaną z budynkiem BIPV. Jej ideą jest montaż modułów fotowoltaicznych bezpośrednio na obudowie budynku jako systemu zacieniającego, zamontowanego pod kątem do elewacji, a nie w płaszczyźnie ściany, generującego energię elektryczną poprzez konwersję energii promieniowania słonecznego.

146 Takie rozwiązanie, w stosunku do ogniw zamontowanych pionowo w płaszczyźnie ściany, zapewnia efektywniejsze wykorzystanie ogniw w skali roku oraz chroni pomieszczenia przed przegrzewaniem, poprawiając zarazem komfort cieplny i wizualny użytkowników. Sformułowano następujące główne cele badawcze: 1. Określenie wpływu fotowoltaicznych konstrukcji zacieniających zintegrowanych z elewacjami analizowanych budynków na ich roczny bilans cieplny. Celem badań była również optymalizacja wielokryterialna działania systemu, z zapewnieniem między innymi największej produkcji prądu elektrycznego, zapewnieniem najmniejszych zysków słonecznych budynku latem, największych zysków słonecznych budynku zimą oraz najmniejszego wzajemnego zacieniania paneli dla całorocznych warunków pogodowych. 2. Określenie wpływu różnie skonfigurowanych radiacyjnych właściwości powłok spektralnie selektywnych stosowanych w zestawach szyb zespolonych i fasadach przeszklonych na bilans cieplny i oszczędność energii cieplnej w budynkach użyteczności publicznej, na parametry mikroklimatu pomieszczeń, na komfort cieplny i wizualny ludzi w różnych porach roku. Przedmiotem analizy były budynki użyteczności publicznej z pasywnymi i aktywnymi systemami pozyskiwania energii słonecznej. Do badań i analizy przyjęto budynki użyteczności publicznej ze względu na niemal dowolne możliwości kształtowania układu okien i procentu przeszklenia elewacji, łącznie z zastosowaniem fasad przeszklonych. Badania symulacyjne zostały wykonane za pomocą profesjonalnych programów komputerowych m.in. DesignBuilder oraz EnergyPlus. Niezależnie od szerokiego zakresu badań symulacyjnych przeprowadzono weryfikację doświadczalną w budynku istniejącym, tj. w budynku Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej. Ze względu na specyfikę prowadzenia badań w istniejącym budynku wielokondygnacyjnym możliwa była weryfikacja jedynie wybranych zagadnień. Badania te, podobnie jak badania symulacyjne, były prowadzone w różnych porach roku z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury. W ramach badań wykonano fotowoltaiczną konstrukcję zacieniającą, zlokalizowaną na budynku Instytutu Budownictwa PWr (rys. 1), gdzie mierzono natężenie promieniowania słonecznego w płaszczyźnie modułów fotowoltaicznych oraz na płaszczyznę pionową, energię elektryczną wygenerowaną przez fotowoltaiczny system zacieniający, temperaturę i wilgotność względną powietrza, temperaturę modułów fotowoltaicznych oraz gęstość strumienia ciepła pochodzącego od promieniowania słonecznego przepuszczonego przez szyby o różnych właściwościach radiacyjnych oraz wynikającą z tego temperaturę powietrza w kasetach pomiarowych. Prowadzono również pomiary rozkładu temperatury w gruncie otaczającym budynek. Pomiary meteorologiczne i aktynometryczne wspomagano danymi mierzonymi w laboratorium badawczym SolarLAB (PWr). Badano i oceniano wpływ konstrukcji zacieniającej na komfort cieplny i wizualny użytkowników oraz na roczny bilans cieplny budynku. Zebrane dane posłużyły do analizy porównawczej z pomieszczeniami niezacienionymi, a także posłużyły do weryfikacji danych generowanych przez modele promieniowania słonecznego na płaszczyznę pochyloną oraz pozwoliły określić ilość energii elektrycznej generowanej przez fotowoltaiczne systemy zacieniające w polskich warunkach klimatycznych. Celem badań w zakresie mikroklimatu i komfortu cieplnego była eksperymentalna ocena wpływu konstrukcji zacieniającej na mikroklimat pomieszczeń przeszklonych oraz komfort cieplny ludzi w nich przebywających. Zasadnicza część eksperymentu polegała na

ciągłym pomiarze w pomieszczeniach przeszklonych (jedno z konstrukcją zacieniającą od strony południowej, drugie porównawcze, bez konstrukcji zacieniającej) podstawowych parametrów termiczno-wilgotnościowych, z jednoczesnym określaniem standardowych wskaźników komfortu cieplnego. Dodatkowo, w dwóch sesjach pomiarowych (wiosennej i letniej) przeprowadzonoo badania ankietowe komfortu cieplnego na kilkudziesięcioosobo- słonecznego wej grupie respondentów, mające na celu określenie wpływu promieniowania na rzeczywiste odczucia cieplne ludzi w pomieszczeniach o dużym stopniu przeszklenia elewacji. 147 Rys. 1. Fotowoltaiczna konstrukcja zacieniająca (BIPV) na południowej elewacji budynku Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Fig. 1. Building integrated photovoltaics system (BIPV) on the southern facade of the Institute of Building Engineering building at Wroclaw University of Technology Zakres badań obejmował: wykonanie stanowiska pomiarowego, tj. fotowoltaicznego nadwieszenia zacieniającego na południowej elewacji budynku Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, wykonanie stanowiska pomiarowego do badania wpływu szyb spektralnie selektywnych na warunki termiczne w pomieszczeniu, wykonanie stanowiska pomiarowego do badania parametrów mikroklimatu pomieszczenia z nadwieszeniem zacieniającym oraz w pomieszczeniu porównawczym, wykonanie stanowiska pomiarowego do badania rozkładu temperatury gruntu na różnych głębokościach przy budynku, przeprowadzenie stosownych pomiarów na wymienionych stanowiskach pomiarowych, wykonanie zaawansowanych symulacji komputerowych, opracowanie wynikóww i dyskusję, opracowanie wniosków wynikających z przeprowadzonych badań. Symulacje rocznego bilansu energetycznego przeprowadzono dla budynków biurowych w środowisku DesignBuilder. Celem symulacji było określenie wpływu przegród przezroczystych (okna, fasady przeszklone) o różnych charakterystykach radiacyjnych przy uwzględnieniu wybranych parametrów opisujących budynek do analizy przyjęto budynki przedstawione na rys. 3, [1].

148 Rys. 2. Stanowisko pomiarowe szyb okiennych: 1) pyranometr CM21B, 2) kaseta pomiarowa z szybą Optifloat Clear, 3) kaseta pomiarowa z szybą Arctic Blue, 4) kaseta pomiarowa z szybą Eclipse Advantage Clear, 5) kaseta pomiarowa z szybą Eclipse Advantage Arctic Blue Fig. 2. Measurement station of the windows glass: 1) pyranometr CM21B, 2) measurement cassette with Optifloat Clear glass, 3) cassette with Artic Blue glass, 4) measurement cassette with Eclipse Advantage Clear glass, 5) measurement cassette with Eclipse Advantage Arctic Blue glass a) b) c) d) Rys. 3. Analizowane warianty budynków: a) wysokość budynku, b) proporcje boków podstawy, c) orientacja względem stron świata, d) stopień przeszklenia elewacji Fig. 3. Analysed buildings: a) height of buildings, b) relation of base side, c) orientation, d) percentage of glazing Należy również podkreślić, że zamontowana w ramach realizacji badań w połowie paź- z budynkiem (elewacjaa południowa budynku Instytutu Budownictwa Politechniki dziernika 2008 r. instalacja fotowoltaicznego nadwieszenia zacieniającego zintegrowanego Wrocławskiej) była pierwszą tego typu instalacją w Polsce, umożliwiającą kompleksowe badania o zakresie przedstawionym powyżej.

3. Wyniki 149 Ze względu na bardzo obszerny materiał badawczy poniżej przedstawionoo jedynie wy- że wartość brane wyniki pomiarów. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, zysków słonecznych pomieszczenia jest zależna zarówno od wysięgu nadwieszenia, jak i jego odległości od górnej krawędzi okna oraz że przebiegi funkcji zysków słonecznych dla różnych wymiarów okien i systemów zacieniających są zbliżone. W związku z tym postanowiono opracowaćć nomogramy przebiegu zysków słonecznych dla określonych bezwymiarowych zależności pomiędzy poszczególnymi zmiennymi systemu zacieniają- a oknem G). Przedstawione na rys. 4, 5 i 6 nomogramy pozwalają, na wstępnym etapie pro- cego (wysokość okna H, wysięg nadwieszenia P, odległość pomiędzy nadwieszeniem jektowania, określić przybliżoną wartość zysków słonecznych dla typowych wymiarów okien i nadwieszeń zacieniających (wymiary okien w zakresie H: 1,50 3,000 m, wysięg nadwieszenia w zakresie P: 0,00 1,50 m, odległość nadwieszenia od okna w zakresie G: 0,00 0,50 m). Do obliczeń wykorzystano model zysków słonecznych okna z nadwiesze- niem zacieniającym opracowany w publikacji [2]. Rys. 4. Nomogram całorocznych zysków słonecznych okna dla określonych zależności zmiennych P, H i G Fig. 4. Nomogram of annual window solar gains Rys. 5. Nomogram letnich zysków słonecznych okna dla określonych zależności zmiennych P, H, G Fig. 5. Nomogram of summer window solar for determined relationships between gains for determined relationships variables P, H and G between variables P, H and G Rys. 6. Nomogram zimowych zysków słonecz- zależności nych okna dla określonych zmiennych P, H, G Fig. 6. Nomogram of winter window solar gains for determined relationships between variables P, H and G

150 a) b) Rys. 7. Uśrednione wartości zmiany rocznego zużycia energii w funkcji orientacji budynku: a) na ogrzewanie, b) na chłodzenie (0 o oznacza orientację dłuższym bokiem w kierunku N-S) Fig. 7. The average variability of an annual energy use: a) for heating, b) for cooling, as a function of building orientation (0 o means orientation with longer side in the direction of N-S) Rys. 8. Porównanie przebiegu temperatury powietrza, operatywnej i kulistego dla miesiąca lipca 2009 r. w pomieszczeniu pomiarowym (nr 616) i w porównawczym (nr 916) Fig. 8. A comparison of variability of the outside air, the operative and the glob temperatures in July 2009 in measurement room (No. 616) and in comparative room (No. 916) 4. Podsumowanie Zrealizowany zakres badań bardzo dobrze wpisuje się w niezmiernie ważny i aktualny problem oszczędności energii w budynkach użyteczności publicznej z zastosowaniem pasywnych i aktywnych systemów pozyskiwania energii promieniowania słonecznego na potrzeby kształtowania bilansu energetycznego budynków w skali roku.

151 Zastosowanie odnawialnych źródeł energii do kształtowania rocznego bilansu energetycznego budynków staje się niezbędnym i bardzo istotnym elementem w walce o ochronę środowiska naturalnego i zapewnienia zrównoważonego rozwoju. Zrealizowany grant badawczy uzupełnia ten obszar wiedzy o analizę możliwości wspomagania bilansu energetycznego budynków biurowych za pomocą systemu nadwieszeń zacieniających, wykorzystujących technologię fotowoltaiczną zintegrowaną z budynkiem (BIPV Building Integrated Photovoltaics). Jej ideą jest montaż modułów fotowoltaicznych bezpośrednio na obudowie budynku jako systemu zacieniającego, zamontowanego pod kątem do elewacji, a nie w płaszczyźnie ściany, generującego energię elektryczną poprzez konwersję energii promieniowania słonecznego. Takie rozwiązanie, w stosunku do ogniw zamontowanych pionowo w płaszczyźnie ściany, zapewnia efektywniejsze wykorzystanie ogniw w skali roku oraz chroni pomieszczenia przed przegrzewaniem, poprawiając zarazem komfort cieplny i wizualny użytkowników. Na podstawie badań we Wrocławiu określono optymalny kąt pochylenia płaszczyzny fotowoltaicznego nadwieszenia zacieniającego wynoszący 36,7 w stosunku do poziomu. Ogniwo nachylone pod optymalnym kątem generuje o ok. 17% większe roczne zyski elektryczne w stosunku do płaszczyzny horyzontalnej i o ok. 39% większe w porównaniu z płaszczyzną pionową [1]. Efektem prac badawczych są, między innymi, wytyczne do projektowania fotowoltaicznych systemów zacieniających dla warunków klimatycznych Wrocławia, którego klimat sprawia, że wyniki analiz mogą być z powodzeniem stosowane dla większej części obszaru kraju. Na pewno przyczyni się to do popularyzacji takich rozwiązań i obniży ryzyko inwestycji w fotowoltaikę zintegrowaną z budynkami w naszym kraju. Realizacja takiego systemu na jednym z budynków w centrum tzw. Kampusu Głównego PWr. (centrum Wrocławia) przyczyniła się również do popularyzacji tematu wykorzystania energii odnawialnej wśród młodzieży akademickiej i osób odwiedzających uczelnię. Przeprowadzone pomiary spektrometryczne właściwości radiacyjnych różnych typów szkła budowlanego wskazało istotność ich przemyślanego doboru oraz wskazało zauważalny wpływ stopnia zabrudzenia ich zewnętrznej powierzchni na obniżenie zarówno transmisji, jak i odbicia w zakresie promieniowania słonecznego. Pomiary natężenia strumienia ciepła przepuszczonego przez przegrodę przeszkloną pomogły w ocenie ilości i jakości zysków słonecznych i ich wpływu na kształtowanie się parametrów mikroklimatu wnętrza budynku, komfortu cieplnego i wizualnego. Symulacje bilansu cieplnego budynków użyteczności publicznej o dużej kubaturze pozwoliły na ocenę wpływu parametrów opisujących budynek, tj. kształt bryły budynku, orientacji względem stron świata i stopnia przeszklenia na możliwości wykorzystania zestawów szyb o różnych właściwościach radiacyjnych w poprawie bilansu energetycznego budynku. Pozwoliła także na ocenę wpływu współczynników opisujących charakterystyki radiacyjne na składniki bilansu cieplnego, takie jak straty ciepła przez przeszklenie, zyski słoneczne czy zużycie energii na cele ogrzewania i chłodzenia. Wnioski ogólne i szczegółowe przedstawiono w pracy [1]. Należy również podkreślić interdyscyplinarny charakter przeprowadzonych badań, które wymagały współpracy specjalistów z dziedzin: budownictwa (Instytut Budownictwa), fotowoltaiki (Laboratorium fotowolataiczne SolarLAB) oraz fizyki optycznej (Instytut Fizyki).

152 Literatura [1] Nowak H., Wł odarczyk D., Nowak Ł., Ś liwiń ska E., Staniec- - B i r u s M., Optymalizacja wielokryterialna aktywnych i pasywnych systemów wykorzystania energii słonecznej w energooszczędnych budynkach użyteczności publicznej pod kątem oszczędności energii i komfortu cieplnego ludzi, Raport Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej serii SPR Nr 53/2009, Wrocław 2009. [2] M a r k s W., Multi-criteria optimization of block of flats, Archives of Civil Engineering 43 (3), 1997, 283-300. [3] M a r s c h A., Computer-optimized shading design, Eighth International IBPSA Conference, 2003, Eindhoven. [4] W ł odarczyk D., Analiza wpływu fotowoltaicznych nadwieszeń zacieniających na bilans energetyczny budynku (praca doktorska), Instytut Budownictwa, Politechnika Wrocławska, Raport serii PRE nr 2/08. [5] W ł odarczyk D., Nowak H., A simple method of determining the influence of the overhang on window solar gains, Building Simulation 2009, 11th International Performance Simulation Association Conference, Glasgow 2009, 1617-1622. Niniejsze badania zrealizowano w ramach zakończonego trzyletniego grantu badawczego własnego nr N506 086 31/3648, sfinansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego [1].