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.
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)
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)
=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)
=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, www.m.gov.pl/- 4803f1e4ef-1787735-p_1.htm