Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydział Budownictwa i Architektury Studia dzienne S1 rok III Konspekt do ćwiczeń T e r m o m o d e r n i z a c j a b u d y n k ó w część 1 projektu: bilans potrzeb cieplnych budynku B u d y n e k b i u r o w y Opis stanu istniejącego 1. Ogólna charakterystyka projektowanego obiektu. Budynek biurowy wolnostojący parterowy niepodpiwniczony o konstrukcji tradycyjnej murowanej z dwuspadowym dachem krytym blachą dachówkową o kącie nachylenia połaci głównych 30. Budynek zlokalizowany jest w Szczecinie przy ul. X nr Y zorientowany wejściem głównym w kierunku południowym. 2. Wskaźniki techniczne - powierzchnia zabudowy - 4306 m 2 - powierzchnia użytkowa - 306 m 2 - kubatura 8750 m 3 - wysokość budynku od poziomu terenu przy głównym wejściu do budynku do kalenicy dachu 470 m - liczba kondygnacji 1 3. Zestawienie pomieszczeń i powierzchni użytkowych. nr. pom. pomieszczenie posadzka pow. (m 2 ) 0.1 pomieszczenie biurowe terakota 1170 0.2 pomieszczenie biurowe terakota 1170 0.3 hall terakota 420 0.4 przedsionek wc terakota 150 0.5 wc terakota 150 RAZEM pow. użytkowa parteru 3060 m 2 4. Instalacje wewnętrzne - instalacja sanitarna - instalacja wodociągowa - instalacja c.o. i c.w. elektryczne - instalacja energetyczna oświetleniowa i gniazd wtykowych - wentylacja grawitacyjna opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 1
5. Opis elementów budynku Ławy fundamentowe żelbetowe monolityczne na podkładzie chudego betonu gr. 10 cm. Ściany fundamentowe z bloczków betonowych M6 gr. 25 cm. Ściany zewnętrzne z cegły ceramicznej kratówki gr. 25 cm na zaprawie cementowo wapiennej M5. Ściany wewnętrzne z cegły kratówki gr. 12 cm na zaprawie cementowo wapiennej M5. Nadproża okienne i drzwiowe żelbetowe prefabrykowane L19. Wieńce żelbetowe monolityczne z betonu B25 zbrojone stalą. Dach ciesielski krokwiowy krokwie 6/12 cm w rozstawie osiowym co 85 cm. Schody zewnętrzne betonowe monolityczne z betonu B25 wylewane na gruncie. 6. Izolacje 6.1. Izolacje przeciwwilgociowe izolacja fundamentów: izolacja pozioma ( pod ławami ) 2x papa asfaltowa izolacyjna na lepiku na gorąco bez wypełniaczy izolacja pionowa Superflex 10 izolacja warstw posadzkowych: folia budowlana PV izolacja przeciwwodna dachu: 2 x papa na lepiku na pełnym deskowaniu izolacja parochronna: folia PV 6.2. Izolacje cieplne dach wełna mineralna gr. 8 cm w układzie międzykrokwiowym 7. Okna i drzwi Okna drewniane krosnowe drzwi drewniane płycinowe. 8. Wykończenie wewnętrzne. tynki wewnętrzne tynk cem. wap. kat III posadzki warstwy jak na rys. rzutu i przekroju wykończenie: terakota. sufit z płyt gipsowo kartonowych ( GKF) mocowanych poprzez stalowy ruszt do konstrukcji więźby dachowej. W pomieszczeniach sufit z płyt j.w. wodoodpornych (GKBI ) 9. Wykończenie zewnętrzne. zęść cokołowa płytki ceramiczne w kol. brązowym Ściany tynki cementowo-wapienne w kol. piaskowo-żółtym. Stolarka okienna drewniana stolarka drzwiowa drewniana. Dach kryty blacho-dachówką. Rynny φ150 i rury spustowe φ100 z PV. Elementy drewniane dachu zabejcowane. Kominki wentylacyjne typu VILPE. Obróbki blacharskie ze stali ocynkowanej powlekanej. Podbitki okapów z desek drewnianych. Wykończenie płyty wejścia płytkami gresowymi mrozoodpornymi i antypoślizgowymi. opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 2
BILANS POTRZEB IEPLNY BUDYNKU 1. Zdefiniowanie granicy termicznej budynku Zaznaczono kolorem na rysunkach 2. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie przez obudowę budynku Wzór tr btr i Ai Ui + li ψ i W/K Zał.5 wz. 1.14 (str. 29) i i harakterystyki termiczne przegród ograniczających kubaturę o regulowanej temperaturze Bilans mostków termicznych: Mostek w Element Mostek cieplny/ Typ ψ e l e ψ. ei l e przegrodzie uwagi mostka W/(mK) m W/K Ściana Ściana 4-015 4x314-1884 zewnętrzna zewnętrzna Ściana IW4 0 5x314 0 wewnętrzna okna W10 010 2x530 1060 drzwi zewn W4 015 594 0891 dach R4 040 2866 11464 wieniec obwodowy analogia rozwiązania P4 090 2762 24858 podłoga na Podział detalu z GF4 1 2762 6905 gruncie uwagi na środowiska 050 2 zewnętrzne przegród (różne b tr ) Podłoga na gruncie Połać dachowa Lp. Ściana zewnętrzna Ściany wewnętrzne Połać dachowa Domknięcie detalu GF4 razem 43294 1 2762 6905 050 2 analogia rozwiązania IW4 0 677 0 razem 6905 Analogia rozwiązania 4-015 965-1448 W tr PG 06 (4014 111+ 6905) 30 876 K Przegroda A ke U ke m 2 W/(m 2 K) l j eψ j e b trk - razem -1448 tr W/K W/K 1. Podłoga na gruncie 4014 111 6905 06 30876 2. Ściana zewnętrzna 8142 142 43294 1 158910 3. Okna 345 260 --- 1 8970 4. Drzwi zewnętrzne 186 250 --- 1 4650 5. Połać dachowa 4516 0483-1448 1 20364 17203 m 2 Razem 223770 opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 3
3. Współczynnik strat ciepła na wentylację ( b V ) ρ a ca ve k ve k mn W/K Zał.5 wzór 1.16-1.22 Ve k Wentylacja grawitacyjna Budynek bez próby szczelności stąd strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności V inf ( kubatura wentylowana) 02 3600 m 3 /s - kubatura wewnętrzna:...9802... m 3 9802 3 V inf 02 00054m / s 3600 Obliczeniowy strumień powietrza wentylacyjnego (wg PN-83/B-03430 + zmiana z 2000 r.): Biurowa funkcja budynku bilans powietrza wentylacyjnego uwzględnia liczbę użytkowników oraz konieczny strumień powietrza usuwanego z przestrzeni - liczba użytkowników 2 osoby wymagany strumień powietrza: 20 m 3 /h na osobę 40 m 3 /h - wydzielony ustęp: 30 m 3 /h suma:...70...m 3 /h...00194...m 3 /s Wentylacja naturalna stąd współczynniki korekcyjne dla strumieni k b ve1 1 dla strumienia projektowanego V o b v 2 1 dla strumienia powietrza infiltrującego Współczynnik strat ciepła na wentylację ( 1 00054 + 1 00194) ve 1200 29 760 4. Straty ciepła przez przenikanie i wentylację + ht tr ve kwh/m-c Zał.5 wz. 1.11-1.13 3 ( int ) 10 tr tr θ θe tm kwh/m-c 3 ( int ) 10 ve ve θ θe tm kwh/m-c Uwaga! Istnieje możliwość zredukowania liczby obliczeń strat ciepła w budynku (z 36 do 13) na skutek zsumowania w pierwszym kroku obliczeniowym współczynników strat ciepła przez przenikanie tr i przez wentylację ve ale tylko w przypadku: 1) systemu wentylacji grawitacyjnej 2) wentylacja mechaniczna wywiewna W K Łączny współczynnik strat ciepła przez przenikanie i wentylację tr + ve W 223 770 + 29760 253530 K Temperatura obliczeniowa w strefie: Af s θint s o 2 s 20 306m o θ int Zał.6 wzór 2.16 θ int 20 2 A 306m s f s Temperatura w pomieszczeniach: 20⁰ Powierzchnia pomieszczeń: 306 m 2 opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 4
Temperatura powietrza zewnętrznego (średnia miesięczna): Lokalizacja Szczecin www.transport.gov.pl -> typowy rok meteorologiczny: Szczecin Dąbie m-c styczeń: θ 0 odczytane z danych typowego roku meteorologicznego (statystyki miesięczne) e 11 Liczba godzin w m-c styczniu tm 31 x 24 744 h Straty ciepła przez przenikanie i wentylację w miesiącu styczniu: ht kwh 253530 ( 20 11) 744/1000 3565 037 m c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. 5. Zyski ciepła Zał.5 wz. 1.23 1.25 gn sol + int 5.1. Słoneczne zyski ciepła sol S1/ S2 S1 + S2 i A g I Z i k α Okna pionowe: szyba zespolona bez powłok niskoemisyjnych budynek bez zacienienia na elewacji S orientacja N E S W A i m 2 2x 150x115345 i 070 g 075 k α 1 Z 1 A i i g k α Z m 2 345x07x075x1x1181 Natężenie promieniowania słonecznego m-c styczeń I_N_90 styczeń: 19146 kwh/(m 2 m-c) I_E_90 styczeń: 20900 I_S_90 styczeń: 35194 I_W_90 styczeń: 20157 Zyski słoneczne w miesiącu styczniu: sol sol styczeń A I sol i kwh 181 35194 63701 m c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Wewnętrzne zyski ciepła 3 q A 10 f t kwh/m-c Zał.5 wzór 1.26 int int M obciążenie wewnętrznymi zyskami ciepła w podziale na funkcję pomieszczeń biurowych Zał.7 tabl. 4 q int 74 W/m 2 dla pom.biurowych 31 W/m 2 dla pomieszczeń pomocniczych A f 2 x 1172340m 2 42+2x15 72 m 2 Wewnętrzne zyski ciepła w miesiącu styczniu: int kwh ( 74 2340 + 31 720) 744/1000 145 437 m c opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 5
ałkowite zyski ciepła w m-c styczniu: 63701+145437209138 kwh/m-c gn Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Miesięczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania i wentylacji kwh/m-c nd n ht η gn gn wewnętrzna pojemność cieplna strefy budynku lub całego budynku χ ρ J/K Zał.5 wzór 1.10.3 m jaj ( ij cij dij Aj ) j i Pomieszczenia biurowe 2 szt. A2x 1172340 m 2 Podłoga na gruncie - terrakota gr. 15 cm ρ2000 kg/m 3 c920 J/(kgK) - podkład betonowy gr. 5 cm ρ1800 c1000 - papa asfaltowa gr. 05 cm ρ1000 c1460 (2 warstwy papy) - płyta betonowa gr. 15 cm ρ2000 c1000 m ( 2000 920 0015+ 1800 1000 005 + 1000 1460 0005+ 2000 1000 ( 01 0015 005 0005) ) 4.326.660 J K ałkowita pojemność cieplna budynku m 18.628.237 J/K 18628237 A d ρ c m pomieszczenie pow. warstwy m 2 m kg/m 3 J/(kgK) J/K biura podłoga terrakota 234 0015 2000 920 645840 podkład betonowy 234 005 1800 1000 2106000 papa asfaltowa 234 0005 1000 1460 170820 płyta PG 234 003 2000 1000 1404000 ściany nośne tynk c-w 5551 003 1850 840 2587727 cegła kratówka 5551 007 1300 880 4444985 ściana dz.12 tynk c-w 943 0015 1850 840 219813 cegła kratówka 943 006 1300 880 647275 sufit/ połać płyta G-K 1319 00125 1000 1000 164835 okna szkło budowlane 345 0004 2500 840 28980 drzwi wewn. okładzina 36 0005 500 1600 14400 hall wejściowy podłoga terrakota 42 0015 2000 920 115920 podkład betonowy 42 005 1800 1000 378000 papa asfaltowa 42 0005 1000 1460 30660 płyta PG 42 003 2000 1000 252000 ściany nośne tynk c-w 392 003 1850 840 1826758 cegła kratówka 392 007 1300 880 3137855 ściana dz.12 tynk c-w 1439 0015 1850 840 335545 cegła kratówka 1439 006 1300 880 988066 sufit/ połać płyta G-K 703 00125 1000 1000 87829 drzwi wewn. okładzina 54 0005 500 1600 21600 drzwi zewn. okładzina 18 001 500 1600 14400 2340 opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 6
przeds.w podłoga terrakota 15 0015 2000 920 41400 podkład betonowy 15 005 1800 1000 135000 papa asfaltowa 15 0005 1000 1460 10950 płyta PG 15 003 2000 1000 90000 ściany nośne tynk c-w 074 003 1850 840 344988 glazura 200 003 2000 920 110400 cegła kratówka 274 007 1300 880 2194192 ściana dz.12 tynk c-w 323 0015 1850 840 75291 glazura 300 002 2000 920 110400 cegła kratówka 823 006 1300 880 564907 ściana dz.8 tynk c-w 170 0015 1850 840 39627 glazura 120 002 2000 920 44160 cegła kratówka 470 004 1300 880 215072 sufit/ połać płyta G-K 169 00125 1000 1000 21125 drzwi wewn. okładzina 36 0005 500 1600 14400 W podłoga terrakota 15 0015 2000 920 41400 podkład betonowy 15 005 1800 1000 135000 papa asfaltowa 15 0005 1000 1460 10950 płyta PG 15 003 2000 1000 90000 ściany nośne tynk c-w 074 003 1850 840 344988 glazura 200 003 2000 920 110400 cegła kratówka 274 007 1300 880 2194192 ściana dz.12 tynk c-w 123 0015 1850 840 28671 glazura 500 002 2000 920 184000 cegła kratówka 823 006 1300 880 564907 ściana dz.8 tynk c-w 170 0015 1850 840 39627 glazura 120 002 2000 920 44160 cegła kratówka 470 004 1300 880 215072 sufit/ połać płyta G-K 169 00125 1000 1000 21125 drzwi wewn. okładzina 18 0005 500 1600 7200 Pojemność cieplna metoda uproszczona iężar 1 m 2 konstrukcji podłogi 0015 x 2000 kg/m 3 30 kg/m 2 005 x 1800 90 0005 x 1000 5 015 x 2000 300 Razem: 425 kg/m 2 -> konstrukcja średnia A m f m 165000A 306m 2 f 165000 306 5.049.000 J K do obliczeń przyjęto wynik metody dokładnej opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 7
Stała czasowa dla strefy budynku lub całego budynku 3600 τ m h Zał.5 1.10.2 τ Parametr numeryczny ( + ) tr vej 18.628.237 204h 3600 253530 a a a 0 τ + τ Zał.5 wzór 1.10.1 0 204 1 + 236 15 Stosunek zysków do strat ciepła γ w m-u styczniu: γ gn S + ht ht 209138 3565037 int styczeń 0059 Współczynnik efektywności wykorzystania zysków w trybie ogrzewania - gdy stosunek zysków ciepła do strat jest różny od jedności: a 1 γ gn η gn a dla 1 + 1 1 γ w m-u styczniu: γ Zał.5 wzór 1.9 ht 236 1 0059 η gn styczeń 09988 1 236+ 1 1 0059 Zapotrzebowanie energii użytkowej na cele ogrzewania i wentylacji kwh/m-c w m-u styczniu: nd n ht η gn gn nd styczeń kwh 3565037 1 209138 3355 899 m c Pozostałe obliczenia przeprowadzono w tablicy zbiorczej. Roczne zapotrzebowanie energii użytkowej na cele ogrzewania i wentylacji nd 20959391 kwh/rok wartość przeniesiona jako wynik z tablicy zbiorczej Roczne zapotrzebowanie energii końcowej na cele ogrzewania i wentylacji K η nd kwh/a Zał.5 wz. 1.5 i 1.6 tot Średniosezonowa sprawność systemu ogrzewania η η η η η 099 1 1 098 097 tot g s d e η g 099 tabl.5 poz.12 η s 1 tabl. 4.2 poz. 5 η d 1 tabl. 4.1 poz. 1 opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 8
η e 098 tabl. 2 poz. 1 nd 20959391 K 21607 620 η 097 tot kwh rok Roczne zapotrzebowanie energii pomocniczej W przypadku elektrycznych grzejników bezpośrednich brak jest urządzeń pomocniczych E q A t 3 el pom el i f el i 10 kwh/a Zał.5 wz. 1.30 i q el1 Wg tabl. 19 t el1 Wg tabl. 19 E elpom 0 kwh/rok Roczne zapotrzebowanie energii pierwotnej na ogrzewanie i wentylację P P kwh/rok Zał.5 wz. 1.2-1.3 w + w E kwh/rok P K el el pom nośniki energii: - ogrzewanie + wentylacja: energia elktryczna w i 3 - wspomaganie...brak... w el 3 3 21.607620 + 3 0 64.822860 kwh/rok P Wskaźnik rocznego zapotrzebowania energii pierwotnej na cele ogrzewania i wentylacji A P EP kwh/(m 2 rok) Zał.5 wz. 1.1 f 64.822860 kwh EP 211839 2 306 m rok Wartość referencyjna zapotrzebowania energii pierwotnej budynku wg WT2008 Współczynnik kształtu budynku ocenianego - pole powierzchni przegród opisujących kubaturę o regulowanej temp. (wymiarowanie zewn.) A 17203 m 2 tablica na str. 4 konspektu V1525 x 965 14716 m 3 A/V e 17203 / 147161169 m -1 Wskaźnik referencyjny zapotrzebowania energii pierwotnej na pokrycie celów użytkowych rozpatruje się tylko zapotrzebowanie na energię do ogrzewania iw wentylacji EP 1495 kwh/(m 2 rok) Sprawdzenie dotrzymania warunków izolacyjności cieplnej i innych warunków związanych z oszczędnością energii - wskaźnik zapotrzebowania energii pierwotnej w budynku EP 211839 >> EP 1495 kwh/(m 2 rok) - wartości graniczne współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 9
Przegroda U ke U max wg WT Dotrzymanie Uwagi W/(m 2 K) W/(m 2 K) wymagania Podłoga na gruncie 111 045 NIE Wymagana termomodernizacja Ściana zewnętrzna 142 030 NIE Wymagana termomodernizacja Okna 260 18 NIE Wymagana wymiana na okna o lepszych parametrach termicznych Drzwi zewnętrzne 250 26 TAK ---- Połać dachowa 0483 025 NIE Wymagana termomodernizacja Budynek nie spełnia aktualnych wymagań określonych w przepisach techniczno-budowlanych konieczna jest jego termomodernizacja. opracowanie: dr inż. arch. Karolina Kurtz 10