Analiza zużycia ciepła przy zmiennym zawilgoceniu konstrukcyjnych części pionowych przegród budowlanych

NARODOWA AGENCJA POSZANOWANIA ENERGII S.A. Firma istnieje od 1994 r. ul. Świętokrzyska 20, 00-002 Warszawa tel.: 22 505 46 61, faks: 22 825 86 70 www.nape.pl, nape@nape.pl Analiza zużycia ciepła przy zmiennym zawilgoceniu konstrukcyjnych części pionowych przegród budowlanych Opracowanie: dr inż. Andrzej Wiszniewski dr inż. Jerzy Kwiatkowski dr inż. Joanna Rucińska mgr inż. Łukasz Hada Warszawa, czerwiec 2015 NIP 526-00-40-341, REGON 010691500, KRS 0000186140 Sąd Rejonowy dla M.St. Warszawy w Warszawie, XII Wydział Gospodarczy, Kapitał akcyjny: 501 000,00 zł NAPE jest członkiem Ogólnokrajowego Stowarzyszenia Poszanowanie Energii i Środowiska" SAPE POLSKA i Zrzeszenia Audytorów Energetycznych

Spis treści 1 Podstawa opracowania... 3 2 Zakres opracowania... 4 3 Model budynku... 4 4 Analiza zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i kosztów paliwa... 7 4.1 Określenie rocznego zużycia ciepła do ogrzewania przy zmiennym zawilgoceniu części konstrukcyjnej pionowej przegrody budowalnej.... 7 4.2 Określenie ilości energii potrzebnej do zmniejszenia zawilgocenia części konstrukcyjnej pionowej przegrody budowlanej.... 13 4.3 Określenie wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną.... 18 4.4 Określenie kosztów ogrzewania budynku... 19 4.5 Określenie ilości wilgoci usuwanej w sezonie grzewczym w ciągu pięciu lat eksploatacji.... 21 5 Podsumowanie i wnioski... 23 2

1 Podstawa opracowania Podstawą opracowania są: Zlecenie z dnia 27.05.2015 r. wystawione przez Związek Pracodawców Ceramiki Budowlanej Praca badawcza dotycząca cieplno-wilgotnościowych właściwości użytkowych murów wykonanych z pustaków ceramicznych, bloczków silikatowych i betonu komórkowego, zlecona przez firmę Związek Pracodawców Ceramiki Budowlanej Instytut Techniki Budowlanej, luty 2015 Normy i wytyczne projektowania: o Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie Dz. U. 2013 poz. 926. o Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 18 marca 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej Dz.U. 2015 r. poz. 376 o Norma europejska PN-EN 13790:2008 Energetyczne właściwości użytkowe budynków Obliczanie zużycia energii do ogrzewania i chłodzenia, o Norma europejska PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła Metoda obliczania, o Norma europejska PN-EN ISO 10077-1:2007 Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji Obliczanie współczynnika przenikania ciepła Część 1: Postanowienia ogólne, o Norma europejska PN-EN ISO 13789:2008 Cieplne właściwości użytkowe budynków Współczynniki przenoszenia ciepła przez przenikanie i wentylację Metoda obliczania, o PN-EN ISO 13788:2003 Cieplno-wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i elementów budynku Temperatura powierzchni wewnętrznej konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa Metody obliczania o PN-EN ISO 10211:2008 Mostki cieplne w budynkach Strumienie ciepła i temperatury powierzchni Obliczenia szczegółowe oprogramowanie wspomagające projektowanie i analizy energetyczne w budownictwie. 3

2 Zakres opracowania W opracowaniu przeprowadzone zostały obliczenia zapotrzebowania na energię końcową do ogrzewania budynku jednorodzinnego w kolejnych pięciu latach eksploatacji, przy zastosowaniu różnych materiałów konstrukcyjnych pionowych przegród budowlanych o różnej zawartości wilgoci w kolejnych latach. Określono również ilość wilgoci do usunięcia z przegród pionowych w czasie eksploatacji. Celem opracowania jest wykazanie wpływu zawartości wilgoci w różnych materiałach konstrukcyjnych pionowych przegród budowlanych na zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania budynku jednorodzinnego, a tym samym na koszty jego eksploatacji. 3 Model budynku Do analizy wykorzystano przykładowy budynek jednorodzinny z poddaszem użytkowym o łącznej powierzchni użytkowej 130,51m 2. Zestawienie pomieszczeń w budynku zestawiono w tabeli 1. Tabela 1. Charakterystyka pomieszczeń w analizowanym budynku. Parter Poddasze Rodzaj pomieszczenia Powierzchnia użytkowa - m 2 Sień 3,36 Hall 8,38 Kuchnia 12,23 Pokój dzienny z jadalnią 27,49 Sypialnia 11,99 Łazienka 2,82 Pralnia z kotłownią 6,30 Schowek 1,30 Hall 5,43 Garderoba 1,58 Sypialnia 8,84 Sypialnia 16,21 Sypialnia 16,26 Łazienka 8,32 suma 130,51 Wizualizacja budynku przedstawiona została na rysunkach 1 i 2. 4

Rysunek 1. Widok na elewację frontową budynku Rysunek 2. Widok na elewację tylną budynku Do obliczeń energetycznych przyjęto następujące współczynniki przenikania ciepła przegród oraz inne parametry mające wpływ na zapotrzebowanie budynku na energię do ogrzewania: - ściany zewnętrzne: w zależności od wariantu przegrody, - dach: 0,2 W/m 2 K, - okna: 1,3 W/m 2 K, - podłoga na gruncie: 0,3 W/m 2 K, - strop nad poddaszem: 0,2 W/m 2 K, - okno dachowe: 1,5 W/m 2 K, - drzwi zewnętrzne: 1,7 W/m 2 K. 5

Pozostałe istotne parametry budynku: - system wentylacji naturalnej, - szczelność powietrzna budynku n 50 =3,0 1/h, - lokalizacja budynku Warszawa. Wartości współczynników przenikania ciepła przegród budynku są zgodne z Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, które weszło w życie 1.01.2014r. Źródłem ciepła w budynku jest kocioł gazowy. Dostarcza on ciepło na potrzeby ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Do obliczeń zapotrzebowania na energię końcową na potrzeby ogrzewania uwzględniono następujące sprawności instalacji: - sprawność wytwarzania ciepła: 91%, - sprawność przesyłu i dystrybucji: 96%, - sprawność układu akumulacji: 100%, - sprawność regulacji: 88%. 6

4 Analiza zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i kosztów paliwa W celu przeanalizowania wpływu zawilgocenia pionowej przegrody budowlanej na zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania oraz koszty ogrzewania wykonano obliczenia energetyczne ośmiu wariantów budynku jednorodzinnego przy zmieniającej się konstrukcji ścian zewnętrznych i wewnętrznych. W pierwszej kolejności wyznaczono współczynnik przenikania ciepła ściany zewnętrznej dla każdego z analizowanych wariantów. Następnie wyznaczono zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania oraz usunięcia początkowej wilgoci w materiale. Ostatecznie określono koszty związane z ogrzewaniem budynku i dostarczoną energią potrzebną do zmniejszenia zawartości wilgoci w przegrodzie do stanu stabilizacji, przy założeniu systemu grzewczego z kotłem gazowym. 4.1 Określenie rocznego zużycia ciepła do ogrzewania przy zmiennym zawilgoceniu części konstrukcyjnej pionowej przegrody budowalnej. Wykorzystując dane dotyczące wartości współczynników przewodzenia ciepła w kolejnych sześciu rocznych okresach przy różnej wilgotności przegród zawartych w opracowaniu ITB, obliczono średnie wartości współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych materiałów budowlanych w poszczególnych latach. Otrzymane wartości wykorzystano do obliczenia współczynników przenikania ciepła przegród zewnętrznych. Dodatkowo oprócz wariantów przegród zawartych w opracowaniu ITB: Praca badawcza dotycząca cieplno-wilgotnościowych właściwości użytkowych murów wykonanych z pustaków ceramicznych, bloczków silikatowych i betonu komórkowego, zlecona przez firmę Związek Pracodawców Ceramiki Budowlanej, przeprowadzono obliczenia tego współczynnika dla przegród z betonu komórkowego oraz pustaków ceramicznych bez izolacji cieplnej o grubości pozwalającej spełnić wymagania zwarte w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - WT2014. Przy powyższych założeniach wymagana grubość przegrody z betonu komórkowego wynosi 0,48m, a z pustaków ceramicznych 0,44m. Obliczenia przeprowadzono na podstawie danych zawartych w opracowaniu ITB z lutego 2015. Wyniki obliczeń przestawiono w tabelach 2-9. Tabela 2. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z betonu komórkowego oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,950 0,869 0,868 0,868 0,868 mur z betonu komórkowego 0,240 0,199 0,135 0,128 0,128 0,128 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,940 0,848 0,847 0,847 0,847 współczynnik przenikania ciepła U= 0,716 U= 0,508 U= 0,484 U= 0,484 U= 0,484 7

Tabela 3. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z pustaków ceramicznych oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,945 0,860 0,860 0,860 0,860 mur z pustaków ceramicznych 0,240 0,354 0,356 0,326 0,326 0,326 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,940 0,849 0,849 0,849 0,849 współczynnik przenikania ciepła U= 1,150 U= 1,160 U= 1,080 U= 1,080 U= 1,080 Tabela 4. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z bloczków silikatowych oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,941 0,852 0,852 0,852 0,852 mur z bloczków silikatowych 0,240 1,189 1,132 1,108 1,096 1,090 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,943 0,855 0,855 0,855 0,855 współczynnik przenikania ciepła U= 2,565 U= 2,488 U= 2,460 U= 2,445 U= 2,439 Tabela 5. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z betonu komórkowego ocieplonej styropianem oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,951 0,871 0,871 0,870 0,870 styropian 0,150 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 mur z betonu komórkowego 0,240 0,215 0,159 0,135 0,126 0,125 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,941 0,850 0,849 0,848 0,847 współczynnik przenikania ciepła U= 0,190 U= 0,177 U= 0,169 U= 0,166 U= 0,165 8

Tabela 6. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z pustaków ceramicznych ocieplonej styropianem oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,949 0,868 0,868 0,868 0,868 styropian 0,150 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 mur z pustaków ceramicznych 0,240 0,317 0,311 0,310 0,310 0,310 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,939 0,847 0,847 0,847 0,847 współczynnik przenikania ciepła U= 0,204 U= 0,204 U= 0,204 U= 0,204 U= 0,204 Tabela 7. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z bloczków silikatowych ocieplonej styropianem oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,950 0,869 0,868 0,868 0,868 styropian 0,150 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 mur z bloczków silikatowych 0,240 1,185 1,118 1,084 1,071 1,070 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,939 0,848 0,847 0,847 0,847 współczynnik przenikania ciepła U= 0,231 U= 0,230 U= 0,229 U= 0,229 U= 0,229 Tabela 8. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z betonu komórkowego bez ocieplenia spełniającej wymagania WT2014 oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,950 0,869 0,868 0,868 0,868 mur z betonu komórkowego 0,480 0,199 0,135 0,128 0,128 0,128 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,940 0,848 0,847 0,847 0,847 współczynnik przenikania ciepła U= 0,376 U= 0,262 U= 0,249 U= 0,249 U= 0,249 9

Tabela 9. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła poszczególnych warstw przegrody z pustaków ceramicznych bez ocieplenia spełniającej wymagania WT2014 oraz wartości współczynnika przenikania ciepła przegrody podczas pięcioletniego okresu eksploatacji. współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/(mK)] grubość warstwa lata [m] 1 2 3 4 5 tynk mineralny 0,002 0,945 0,860 0,860 0,860 0,860 mur z pustaków ceramicznych 0,440 0,354 0,356 0,326 0,326 0,326 tynk cementowo-wapienny 0,015 0,940 0,849 0,849 0,849 0,849 współczynnik przenikania ciepła U= 0,271 U= 0,272 U= 0,250 U= 0,250 U= 0,250 Przegrody nieocieplone przedstawione w tabelach 2-4 zostały wykorzystane w analizie wyłącznie do celów badawczych. Przegrody jednowarstwowe tego typu nie są przewidziane jako ściany zewnętrzne budynków. Wykorzystując otrzymane wartości współczynników przenikania ciepła przegród zewnętrznych w kolejnych latach, przeprowadzono obliczenia zapotrzebowania na energię końcową na potrzeby ogrzewania w analizowanym budynku. Obliczenia obejmują warianty przegród zawarte w tabelach 2-9. W tabeli 10 przedstawiono wyniki dotyczące zużycia energii końcowej dla potrzeb ogrzewania budynku w kolejnych latach przy zastosowaniu przegród nieocieplonych. W tabeli 11 przedstawiono wyniki przy zastosowaniu przegród ocieplonych piętnastocentymetrową warstwą styropianu, a w tabeli 12 dla budynku o przegrodach nieocieplonych o grubości pozwalającej spełnić wymagania zawarte w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - WT2014. Wykresy 1-3 przestawiają graficzną wizualizację wyników. Tabela 10. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach nieocieplonych. zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania [kwh/rok] Rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 16346,8 11906,2 11400,5 11400,5 11400,5 pustaki ceramiczne 25968,2 26024,3 24310,3 24310,3 24310,3 bloczki silikatowe 57611,9 55879,6 55244,6 55287,4 55271,4 10

Tabela 11. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach ocieplonych piętnastocentymetrową warstwą styropianu. zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania [kwh/rok] Rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 5375,1 5109,3 4952,5 4881,9 4873,6 pustaki ceramiczne 5653,0 5639,3 5638,3 5638,3 5638,3 bloczki silikatowe 6164,5 6150,1 6143,2 6140,5 6140,3 Tabela 12. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach nieocieplonych, spełniających wymagania WT2014 zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania [kwh/rok] Rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 9304,6 6890,8 6621,8 6621,8 6621,8 pustaki ceramiczne 7452,1 7481,7 6989,8 6989,8 6989,8 Wykres 1. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach nieocieplonych. 11

Wykres 2. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach ocieplonych piętnastocentymetrową warstwą styropianu. Wykres 3. Zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania dla budynku o przegrodach nieocieplonych, ale spełniających wymagania WT2014 Dla wariantów budynku z przegrodami bez ocieplenia o jednakowej grubości warstw konstrukcyjnych najniższym zużyciem energii końcowej na potrzeby ogrzewania charakteryzuje się budynek z przegrodą z betonu komórkowego. Nawet w pierwszym roku w okresie największego zawilgocenia materiałów zapotrzebowanie na energię końcową jest niższe od zapotrzebowania na energię końcową dla budynku, którego przegrody zostały wykonane z pustaków ceramicznych i bloczków silikatowych. Wynika to z najlepszych właściwości izolacyjnych tego materiału spośród innych ujętych w analizie. Jednocześnie z powodu wysokiej początkowej zawartości wilgoci dla tej przegrody można zaobserwować największy spadek zapotrzebowania na energię na potrzeby ogrzewania po ustabilizowaniu się wilgotności. W przypadku budynku z przegrodami z betonu komórkowego po osiągnięciu stałej zawartości wilgoci obserwujemy spadek rocznego zapotrzebowania na energię końcową 12

do ogrzewania o 21,6%. Przy czym największy spadek występuje w pierwszym roku eksploatacji. Dla budynku z pustaków ceramicznych spadek rocznego zapotrzebowania na energię końcową po osiągnięciu stałej zawartości wilgoci przegrody wynosi 5,1%, a dla budynku wykonanego z bloczków silikatowych 3,6%. Zaizolowanie przegród piętnastocentymetrową warstwą styropianu powoduje, że różnice w wielkości zapotrzebowania na energię końcową na potrzeby ogrzewania budynku pomiędzy poszczególnymi wariantami z przegrodami z różnych materiałów są bardzo niewielkie, w porównaniu do różnic obserwowanych dla wariantów z przegrodami nieocieplonymi. Dodatkowo ocieplenie przegród skutkuje mniejszym wpływem zawilgocenia na zapotrzebowanie na energię końcową do ogrzewania budynku. Dla budynku z przegrodami z betonu komórkowego spadek rocznego zapotrzebowania na energię końcową wynosi 4,2%, dla pustaków ceramicznych i bloczków silikatowych spadki nie przekraczają wartości 1%. Zaprojektowanie przegród zewnętrznych nieocieplonych o grubości warstwy konstrukcyjnej pozwalającej spełnić wymagania zawarte w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - WT2014, powoduje wzrost wpływu zawilgocenia przegród na wartość zapotrzebowania na energię końcową budynku. W przypadku wariantu ze ścianami zewnętrznymi o grubości betonu komórkowego 0,48 m, można zaobserwować po wyschnięciu przegród spadek rocznego zapotrzebowania na energię końcową budynku o 16,9%. Dla budynku z przegrodami z pustaków ceramicznych o grubości 0,44 m spadek ten wynosi 3,3%. 4.2 Określenie ilości energii potrzebnej do zmniejszenia zawilgocenia części konstrukcyjnej pionowej przegrody budowlanej. W celu obliczenia ilości energii niezbędnej do osuszenia przegród, określono ilość wilgoci usuwanej z przegród w ciągu pięciu lat eksploatacji budynku. W obliczeniach wykorzystano dane dotyczące początkowej i końcowej zawartości wilgoci w poszczególnych rodzajach materiałów przegród zawarte w opracowaniu ITB: Praca badawcza dotycząca cieplno-wilgotnościowych właściwości użytkowych murów wykonanych z pustaków ceramicznych, bloczków silikatowych i betonu komórkowego, zlecona przez firmę Związek Pracodawców Ceramiki Budowlanej. Obliczenia przeprowadzono dla wszystkich wariantów budynku. W analizie uwzględniono zarówno pionowe przegrody zewnętrzne budynku jak również pionowe przegrody wewnętrzne. Założono, iż warstwy konstrukcyjne przegród wewnętrznych w każdym wariancie zbudowane są z tego samego materiału, co warstwy konstrukcyjne przegród zewnętrznych. Dla ścian wewnętrznych budynku założono 12 cm warstwę konstrukcyjną wraz z dwoma warstwami tynku cementowo-wapiennego o grubości 1,5 cm. Pozostałe grubości przegród przyjęto zgodnie z wcześniejszymi założeniami przedstawionymi w punkcie 4.1. Obliczone objętości ścian zewnętrznych i wewnętrznych o grubościach występujących w opracowaniu przestawiono w tabeli 13. 13

Tabela 13. Objętość ścian zewnętrznych i wewnętrznych dla wariantów występujących w opracowaniu. typ ścian i grubość warstwy konstrukcyjnej bez tynków objętość ścian - m 3 zewnętrzne - 0,24m 48,15 wewnętrzne - 0,12m 24,30 zewnętrzne - 0,48m 93,11 zewnętrzne - 0,44m 85,61 Konieczną do usunięcia wilgoć obliczono oddzielnie dla przegród zewnętrznych oraz przegród wewnętrznych, przy założeniu jednakowego procesu stabilizacji zawartości wilgoci w materiale. Wyniki obliczeń dla poszczególnych wariantów zostały przedstawione w tabelach 14-16. Tabela 14. Masa wilgoci do usunięcia dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi. materiał konstrukcyjny przegrody ilość wilgoci do usunięcia [kgh 2 O] przegrody zewnętrzne przegrody wewnętrzne suma beton komórkowy 6915,40 3628,43 10543,82 pustaki ceramiczne 225,08 113,60 338,69 bloczki silikatowe 2166,46 1545,53 3711,99 Tabela 15. Masa wilgoci do usunięcia dla wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi. materiał konstrukcyjny ilość wilgoci do usunięcia [kgh 2 O] przegrody przegrody zewnętrzne przegrody wewnętrzne suma beton komórkowy 7077,33 3701,76 10779,10 pustaki ceramiczne 451,13 227,69 678,82 bloczki silikatowe 2388,01 1 672,86 4060,87 Tabela 16. Masa wilgoci do usunięcia dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi spełniającymi wymagania WT2014. materiał konstrukcyjny przegrody ilość wilgoci do usunięcia [kgh 2 O] przegrody zewnętrzne przegrody wewnętrzne suma beton komórkowy 13257,68 3628,43 16886,11 pustaki ceramiczne 400,25 113,60 513,85 Największą ilością wilgoci do usunięcia charakteryzują się przegrody z betonu komórkowego. Wynika to z wysokiej początkowej zawartości wilgoci, która w czasie eksploatacji zmniejsza się (w przypadku przegród ocieplonych ponad 16-krotnie, 14

a w przypadku przegród ocieplonych prawie 28-krotnie). Najmniejszy potencjał do wysychania mają przegrody z pustaków ceramicznych. Charakteryzują się one niską początkową zawartością wilgoci, która tylko w małym stopniu zmniejsza się w okresie eksploatacji. Można zauważyć również, że przegrody ocieplone charakteryzują się większą ilością wilgoci do usunięcia, niż przegrody nieocieplone wykonane z tych samych materiałów. Największą ilością wilgoci do usunięcia charakteryzuje się przegroda z betonu komórkowego bez ocieplenia o grubości 0,48 m, co wynika z opisanych wcześniej cech materiału oraz jego grubości. Na wykresach 4-6 przedstawiono graficzną wizualizację wyników. Wykres 4. Masa wilgoci do usunięcia z przegród pionowych budynku dla wariantu z przegrodami nieocieplonymi 15

Wykres 5. Masa wilgoci do usunięcia z przegród pionowych budynku dla wariantu z przegrodami ocieplonymi Ilość wilgoci do usunięcia z przegród pionowych budynku 18000,00 16000,00 14000,00 12000,00 10000,00 8000,00 6000,00 4000,00 2000,00 0,00 beton komórkowy ilość wilgoci do usunięcia [kgh2o] pustaki ceramiczne ilość wilgoci do usunięcia [kgh2o] Wykres 6. Masa wilgoci do usunięcia z przegród pionowych budynku dla wariantu z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014 W każdym wariancie większą ilość wilgoci do usunięcia obserwuje się w przegrodach zewnętrznych budynku. Wynika to bezpośrednio z ich objętości, która w każdym z analizowanych wariantów jest większa od objętości ścian wewnętrznych. W przypadku budynku z betonu komórkowego wilgoć ze ścian zewnętrznych stanowi odpowiednio 65,6% wilgoci do usunięcia z pionowych przegród budowlanych budynku dla ścian bez ocieplenia i 65,7% dla ścian z ociepleniem. Dla budynku z bloczków silikatowych wilgoć ze ścian zewnętrznych stanowi 58,4% (dla ścian nieocieplonych) i 58,8% (dla ścian ocieplonych). W przypadku wariantów budynku ze ścianami zewnętrznymi bez ocieplenia, spełniającymi wymagania zawarte w warunkach technicznych - WT2014, wilgoć ze ścian zewnętrznych 16

z betonu komórkowego stanowi 78,8% całkowitej wilgoci do usunięcia, a dla przegród z pustaków ceramicznych 77,9%. Na podstawie ilości wilgoci do usunięcia każdego wariantu budynku, obliczono jaką ilość energii należy dostarczyć w pięcioletnim okresie eksploatacji przy założeniu jej odparowania. W tym celu wykorzystano wartość ciepła parowania wody w temperaturze 20 C, która wynosi 2451,3 kj/kgh 2 O. Wyniki przedstawiono w tabelach 17-19. Tabela 17. Ilość energii potrzebna do odparowania wilgoci z przegród pionowych dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi. energia potrzebna do odparowania wilgoci [kwh] przegrody zewnętrzne przegrody wewnętrzne suma beton komórkowy 4708,81 2470,66 7179,46 pustaki ceramiczne 153,26 77,35 230,62 bloczki silikatowe 1475,18 1052,38 2527,55 Tabela 18. Ilość energii potrzebna do odparowania wilgoci z przegród pionowych dla wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi. energia potrzebna do odparowania wilgoci [kwh] przegrody zewnętrzne przegrody wewnętrzne suma beton komórkowy 4819,07 2520,59 7339,67 pustaki ceramiczne 307,18 155,04 462,22 bloczki silikatowe 1626,03 1139,08 2765,11 Tabela 19. Ilość energii potrzebna do odparowania wilgoci z przegród pionowych dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014. energia potrzebna do odparowania wilgoci [kwh] przegrody zewnętrzne przegrody wewnętrzne suma beton komórkowy 9027,37 2470,66 11498,03 pustaki ceramiczne 272,54 77,35 349,89 Ilość energii niezbędnej do odparowania wilgoci w ciągu pięciu lat eksploatacji budynku odpowiada bezpośrednio ilości wilgoci do usunięcia z poszczególnych typów przegród w każdym z wariantów. Najwięcej energii do odparowania wilgoci należy doprowadzić w przypadku budynku z przegrodami z betonu komórkowego. Najmniej dla budynku którego przegrody wykonane są z pustaków ceramicznych. 17

4.3 Określenie wskaźnika rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną. Dla każdego wariantu budynku policzono wartość wskaźnika EP. W tym celu przyjęto następujące założenia dotyczące budynku: - ciepła woda użytkowa przygotowywana w kotle gazowym. Przyjęto następujące sprawności instalacji: - sprawność wytwarzania ciepła: 85%, - sprawność przesyłu i dystrybucji: 80%, - sprawność układu akumulacji: 85%, - moce urządzeń pomocniczych w instalacjach centralnego ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej: - pompy obiegowe ogrzewania: 0,3W/m 2 - napęd pomp i regulacja kotła do ogrzewania: 0,5 W/m 2 - pompa ładująca zasobnik ciepłej wody użytkowej: 0,25 W/m 2 - napęd pomocniczy i regulacja kotła do podgrzewu ciepłej wody: 1,4 W/m 2 - budynek wyposażony w instalację fotowoltaiczną na dachu o mocy 2,7kW, zajmującą powierzchnię 16m 2, dostarczającą w ciągu roku 2575 kwh energii elektrycznej. Sprawność instalacji centralnego ogrzewania podano w punkcie 3. Wykorzystując powyższe założenia, obliczono wskaźniki EP każdego z wariantów budynku. Wymagany wskaźnik EP budynku nowego jednorodzinnego według WT2014 to 120 kwh/m 2 rok. Wyniki obliczeń przestawiono w tabelach 20-22. Tabela 20. Wskaźniki rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi. wskaźnik rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną [kwh/(m 2 rok)] Rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 197,79 160,36 156,10 156,10 156,10 pustaki ceramiczne 278,89 279,36 264,91 264,91 264,91 bloczki silikatowe 545,62 531,02 525,66 526,02 525,89 18

Tabela 21. Wskaźniki rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi. wskaźnik rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną [kwh/m 2 rok] Rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 105,31 103,07 101,75 101,15 101,08 pustaki ceramiczne 107,65 107,53 107,53 107,53 107,53 bloczki silikatowe 111,96 111,84 111,78 111,76 111,76 Tabela 22. Wskaźniki rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014. wskaźnik rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną [kwh/m 2 rok] rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 138,43 118,08 115,82 115,82 115,82 pustaki ceramiczne 122,82 123,06 118,92 118,92 118,92 Warianty budynku z przegrodami ocieplonymi oraz nieocieplonymi o grubości pozwalającej spełnić wymagania WT2014, po ustabilizowaniu się wilgotności przegród spełniają warunek maksymalnego wskaźnika EP. 4.4 Określenie kosztów ogrzewania budynku Znając wartości zapotrzebowania na energię końcową na potrzeby ogrzewania budynku w kolejnych latach eksploatacji, a także ilość energii potrzebnej do odparowania wilgoci w ciągu pięciu lat eksploatacji policzono koszty eksploatacyjne związane z ogrzewaniem budynku i usunięciem wilgoci w kolejnych latach. Założono średnią cenę gazu ziemnego w wysokości 0,21 zł/kwh, zgodnie z danymi na temat średniej ceny gazu dla gospodarstw domowych w Polsce w 2014 roku według Eurostatu. Wyniki dotyczące kosztów ogrzewania budynku w pięcioletnim okresie eksploatacyjnym bez uwzględnienia kosztów związanych z usunięciem wilgoci z przegród pionowych przedstawiono w tabelach 23-25. 19

Tabela 23. Koszty ogrzewania budynku w kolejnych latach dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi. koszty ogrzewania budynku [zł/rok] rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 3432,83 2500,30 2394,11 2394,11 2394,11 pustaki ceramiczne 5453,32 5465,10 5105,16 5105,16 5105,16 bloczki silikatowe 12098,50 11734,72 11601,37 11610,35 11606,99 Tabela 24. Koszty ogrzewania budynku w kolejnych latach dla wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi. koszty ogrzewania budynku [zł/rok] rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 1128,77 1072,95 1040,03 1025,20 1023,46 pustaki ceramiczne 1187,13 1184,25 1184,04 1184,04 1184,04 bloczki silikatowe 1294,55 1291,52 1290,07 1289,51 1289,46 Tabela 25. Koszty ogrzewania budynku w kolejnych latach dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014. koszty ogrzewania budynku [zł/rok] rok 1 2 3 4 5 beton komórkowy 1953,97 1447,07 1390,58 1390,58 1390,58 pustaki ceramiczne 1564,94 1571,16 1467,86 1467,86 1467,86 Dodatkowo uwzględniono koszty związane z dostarczaniem energii do odparowania wilgoci. W tabelach 26-28 przedstawiono sumę kosztów ogrzewania w ciągu pięciu lat eksploatacji oraz koszty odprowadzenia wilgoci w poszczególnych wariantach. Tabela 26. Koszty ogrzeawnia oraz koszty odprowadzenia wilgoci w ciagu pięciu lat eksploatacji dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi. koszty [zł] ogrzewania usunięcia wilgoci suma beton komórkowy 13 115,45 1 507,69 14 623,13 pustaki ceramiczne 26 233,91 48,43 26 282,34 bloczki silikatowe 58 651,93 530,79 59 182,72 20

Tabela 27. Koszty ogrzeawnia oraz koszty odprowadzenia wilgoci w ciagu pięciu lat eksploatacji dla wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi warstą styropianu. koszty [zł] ogrzewania usunięcia wilgoci suma beton komórkowy 5 290,40 1 541,33 6 831,73 pustaki ceramiczne 5 923,51 97,07 6 020,58 bloczki silikatowe 6 455,11 580,67 7 035,78 Tabela 28. Koszty ogrzeawnia oraz koszty odprowadzenia wilgoci w ciagu pięciu lat eksploatacji dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniajacymi wymagania WT2014. koszty [zł] ogrzewania usunięcia wilgoci suma beton komórkowy 7 572,77 2 452,37 10 025,14 pustaki ceramiczne 7 539,67 73,48 7 613,15 W wariantach budynku z przegrodami nieocieplonymi o takiej samej grubości, najniższym kosztem ogrzewania cechuje się budynek z przegrodami z betonu komórkowego. Jednocześnie charakteryzuje się najwyższym kosztem usunięcia wilgoci z przegród. Dobre właściwości cieplne tego materiału sprawiają, że sumarycznie koszty eksploatacyjne są niższe od kosztów ogrzewania budynków, w których zastosowano pustaki ceramiczne oraz bloczki silikatowe. W wariantach budynku z przegrodami ocieplonymi zauważyć można, iż decydujący wpływ na koszty całkowite mają koszty usunięcia wilgoci z przegród. Budynek z betonu komórkowego z ociepleniem, mimo, że charakteryzuje się najmniejszymi kosztami ogrzewania, sumarycznie jest droższy w eksploatacji od budynku, którego przegrody zbudowane są z pustaków ceramicznych. Jest to spowodowane wysokimi kosztami usunięcia wilgoci z przegród z betonu komórkowego. W przypadku budynku w którym przegrody wykonane są z betonu komórkowego i pustaków ceramicznych o grubości pozwalającej spełnić wymagania WT2014, większymi kosztami eksploatacyjnymi związanymi z ogrzewaniem budynku i usuwaniem wilgoci charakteryzuje się budynek z przegrodami z betonu komórkowego. Mają na to wpływ zarówno większa grubość przegrody jak i gorsze właściwości izolacyjne w pierwszym roku eksploatacji. 4.5 Określenie ilości wilgoci usuwanej w sezonie grzewczym w ciągu pięciu lat eksploatacji. Wykorzystując wykresy przebiegu wysychania poszczególnych rodzajów przegród zwarte w opracowaniu ITB, określono jaka ilość wilgoci usuwana jest z budynku w sezonach grzewczych w ciągu pięciu lat eksploatacji. Wyniki przedstawiono w tabelach 29-31. 21

Tabela 29. Ilość wilgoci usuwana z przegród pionowych w sezonach grzewczych dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi. ilość wilgoci usuwana w sezonie grzewczym [kgh2o] całkowita usuwana wilgoć [kgh2o] beton komórkowy 8007,08 10543,82 pustaki ceramiczne 318,54 338,69 bloczki silikatowe 2210,55 3711,99 Tabela 30. Ilość wilgoci usuwana z przegród pionowych w sezonach grzewczych dla wariantu budynku z przegrodami ocieplonymi. ilość wilgoci usuwana w sezonie grzewczym [kgh2o] całkowita usuwana wilgoć [kgh2o] beton komórkowy 7861,40 10779,10 pustaki ceramiczne 657,09 678,82 bloczki silikatowe 2139,88 4060,87 Tabela 31. Ilość wilgoci usuwana z przegród pionowych w sezonach grzewczych dla wariantu budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania WT2014. ilość wilgoci usuwana w sezonie grzewczym [kgh2o] całkowita usuwana wilgoć [kgh2o] beton komórkowy 13183,49 17150,37 pustaki ceramiczne 482,76 513,85 W przypadku budynku o przegrodach zewnętrznych nieocieplonych, największa ilość wilgoci w sezonie grzewczym usuwana jest przy zastosowaniu przegród pionowych z betonu komórkowego. Stanowi ona 76% całkowitej ilości wilgoci usuwanej w rozpatrywanym okresie eksploatacji. Dla budynku z pustaków ceramicznych suma wilgoci usuwanej w kolejnych sezonach grzewczych jest najmniejsza, ale stanowi aż 94% całkowitej usuwanej wilgoci w ciągu pięciu lat. Przy zastosowaniu bloczków silikatowych wilgoć usuwana w sezonach grzewczych stanowi 60% całkowitej usuwanej wilgoci z pionowych przegród budynku. Dla budynków z przegrodami ocieplonymi mimo większej ilości usuwanej wilgoci w ciągu pięciu lat eksploatacji wilgoć usuwana w okresie grzewczym w przypadku budynku z przegrodami z betonu komórkowego stanowi 73% całkowitej usuwanej wilgoci. Podobnie procent wilgotności usuwanej w sezonie grzewczym w przypadku budynku z bloczków silikatowych spada do 53% w porównaniu do budynku z przegrodami nieocieplonymi. Tylko w przypadku budynku z pustaków ceramicznych wartość ta rośnie do 97%. W przypadku budynku z przegrodami nieocieplonymi, spełniającymi wymagania zawarte w warunkach technicznych - WT2014, proces schnięcia odpowiada procesowi schnięcia przegród nieocieplonych. Mimo większej ilości usuwanej wilgoci w sezonie grzewczym, jej 22

procent w stosunku do całkowitej usuwanej wilgoci z przegród odpowiada wynikom dla budynku z przegrodami nieocieplonymi. Te różnice w udziale procesu suszenia w sezonie grzewczym do całkowitej ilości wilgoci usuwanej w ciągu pięciu lat wynikają z różnie rozkładającego się w czasie procesu schnięcia w przypadku budynków z poszczególnymi poszczególnych rodzajów przegród. Dla budynku z pustaków ceramicznych najszybszy proces suszenia obserwujemy w ciągu pierwszych pięciu miesięcy od rozpoczęcia eksploatacji budynku. W przeprowadzonej analizie jako czas rozpoczęcia eksploatacji założono 1 stycznia. W związku z tym najintensywniejszy proces suszenia obserwujemy w trakcie trwania sezonu grzewczego. Stąd ponad 90% wilgoci usuwana jest w jego trakcie. Dla budynku z bloczków silikatowych dla których proces suszenia trwa najdłużej, udział ilości wilgoci usuwanej w sezonie grzewczym do całkowitej usuwanej wilgoci jest dużo mniejszy. 5 Podsumowanie i wnioski W opracowaniu przeprowadzono obliczenia dotyczące zapotrzebowania na energię końcową do potrzeb ogrzewania przykładowego budynku jednorodzinnego w ciągu pięciu lat eksploatacji przy zastosowaniu pionowych przegród budowalnych z różnych materiałów, przy uwzględnieniu zwartej w nich wilgoci w kolejnych latach. Wyznaczono również koszty ogrzewania budynku w każdym z wariantów oraz koszty wysuszenia przegród. Dodatkowo określono jaką ilość wilgoci przegrody budynku tracą w trakcie trwania kolejnych sezonów grzewczych. Z przeprowadzonej analizy wynika, iż można zaobserwować wpływ zawartości wilgoci na zapotrzebowanie na energię budynku, a tym samym na koszty jego ogrzewania. Dla budynków o przegrodach ocieplonych koszty ogrzewania są zbliżone, a główne znaczenie ma koszt odprowadzenia wilgoci z przegród. W takim przypadku bardziej korzystne jest stosowanie materiałów o niskiej początkowej zawartości wilgoci, by w początkowym okresie eksploatacji nie tracić energii na ich suszenie. Dla wariantów budynku z przegrodami nieocieplonymi, o grubości pozwalającej spełnić wymagania zawarte w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie - WT2014, można dodatkowo zaobserwować jak duży wpływ na zapotrzebowanie na energię do ogrzewania ma zawartość wilgoci w przegrodzie. Wyższa początkowa zawartość wilgoci sprawia, iż w początkowym okresie przegroda z betonu komórkowego ma gorsze właściwości cieplne od przegrody z pustaków ceramicznych, przez co zapotrzebowanie na energię jest wyższe i rosną koszty ogrzewania. Dodatkowo wyższe koszty osuszenia przegrody sprawiają, iż mimo docelowo jednakowych współczynników przenikania ciepła, całkowite koszty związane z ogrzewaniem i osuszaniem przegród są o 24% niższe przy zastosowaniu przegród z pustaków ceramicznych w porównaniu do przegród z betonu komórkowego. 23