Projektowaną charakterystykę energetyczną budynku wykonuje się dla budynków nowo projektowanych (jeszcze niewybudowanych) lub przebudowywanych (istniejących) i dołącza się do pozwolenia na budowę. Wykonuje się ją tylko dla całego budynku, a nie dla poszczególnych jego części, chyba że projekt dotyczy tylko części budynku.
Do obliczeń należy wziąć pod uwagę wszystkie pomieszczenia ogrzewane, nieogrzewane, chłodzone i niechłodzone oraz urządzenia zużywające inne rodzaje energii, stanowiące stałe wyposażenie budowlano-instalacyjne budynku, z wydzieleniem mocy urządzeń służących do celów technologicznych, związanych z przeznaczeniem budynku, np. produkcja, zapewnienie odpowiednich warunków dla produkcji. Dlatego analizuje się m.in. wszystkie przegrody zewnętrzne (w tym ściany pełne, drzwi, wrota, przegrody przezroczyste i inne), także te w pomieszczeniach nieogrzewanych
Budynki energooszczędne wybudowane standardzie NF15 i NF40 powinny posiadać podwyższone wymagania dotyczące:
- szczelności obudowy budynku,
- izolacyjności cieplnej okien, drzwi zewnętrznych,
- izolacyjności cieplnej ścian, dachów, stropów, stropodachów i podłóg na gruncie
- zastąpienia wentylacji grawitacyjnej wentylacją mechaniczną nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła,
- znacznego ograniczenia lub całkowitego wyeliminowania strat ciepła przez mostki cieplne.
Zgodnie z wymaganiami podanymi w Warunkach Technicznych w projektowanej charakterystyce energetycznej należy:
- Obliczyć i sprawdzić, czy wartość EP jest mniejsza lub równa wartości EPref dla budynku referencyjnego.
- Wykonać zestawienie Bilansu mocy elektrycznej (z uwzględnieniem technologii) w budynku.
Bilans ten obejmuje obliczenie energii elektrycznej dla potrzeb: ogrzewania, wentylacji, przygotowania ciepłej wody użytkowej, chłodzenia, oświetlenia wbudowanego oraz technologii (produkcji). - Sprawdzić, czy wartość współczynnika przenikania ciepła U dla wszystkich zewnętrznych przegród w budynku jest mniejsza lub równa Umax, określonemu w rozporządzeniu z dnia 06 listopada 2008 r., czyli U ≤ Umax, WT 2008.
- Podać wartości całkowitych sprawności systemów:
– ogrzewania i wentylacji, chłodu, ciepłej wody użytkowej, oświetlenia wbudowanego. - Sprawdzić, czy we wszystkich przegrodach występuje wykroplenie krytyczne. Przy analizowaniu wykroplenia podłogi na gruncie oraz ściany na gruncie przyjmuje się temperaturę zewnętrzną 0oC i wilgotność 100%.
- Sprawdzić wartość Współczynnika przenikalności energii całkowitej okna zewnętrznego i połaciowego.
1) Sprawdzić warunek pola powierzchni okien zewnętrznych (i połaciowych) o współczynnik przenikania ciepła U ³ 1,5 W/(m2∙K) w odniesieniu do pola powierzchni wszystkich kondygnacji nadziemnych
Przedmiotem charakterystyki energetycznej budynku jest dwukondygnacyjny jednorodzinny, niskoenergetyczny budynek mieszkalny bez podpiwniczenia z garażem ogrzewanym znajdującym się w osłonie termicznej budynku. Budynek nie posiada klimatyzacji (chłodzenia). W artykule zostały podane także wartości parametrów budynku energooszczędnego, które muszą być spełnione, aby wartość wskaźnika energii użytkowej na ogrzewanie i wentylację EUco odpowiadała budynkowi energooszczędnemu lub pasywnemu.
Obliczenia charakterystyki energetycznej można wykonać tylko przy użyciu wersji ArCADia-TERMO lub ArCADia-TERMO PRO. Od wersji 4.4 program sprawdza, czy wskaźnik energii użytkowej na potrzeby ogrzewania i wentylacji EUco spełnia standardy budynku pasywnego, energooszczędnego, standardowego lub słabo energetycznego.
ETAP I – Wybór obliczeń
Program ArCADia-TERMO jest profesjonalnym, zaawansowanym technologicznie narzędziem przeznaczonym do przeprowadzania obliczeń projektowanej charakterystyki energetycznej wymaganej do uzyskania pozwolenia na budowę i składanej wraz z projektem budowlanym, najczęściej przez architekta.
W pierwszym etapie należy wskazać rodzaj i zakres obliczeń, które będą wykonywane. Dla omawianego budynku trzeba zaznaczyć dwie opcje: Wykonaj obliczenia zapotrzebowania na energię użytkową (opcja: bez chłodzenia) oraz Wykonaj obliczenia charakterystyki energetycznej (opcja: Projektowana charakterystyka energetyczna). W tym momencie zostanie podana liczba etapów wynosząca 9, w których należy podać dane, aby otrzymać poprawne wyniki.
Ponieważ dodatkowe obliczenia nie będą potrzebne, dlatego warto je wyłączyć, po kliknięciu na przyciski Efekt ekologiczny, Efekt ekonomiczny, Dobór grzejników i Klimatyzacja.
ETAP II – Dane projektu
W etapie Dane projektu określa się dane opisujące budynek, inwestora oraz firmy (osoby) wykonujące obliczenia. Klikając logo w prawej górnej części okna, można je zmienić na logo własnej firmy. Zielony krzyżyk służy do dodania danych osoby wykonującej obliczenia charakterystyki lub świadectwa energetycznego.
ETAP III – Dane o budynku
W tym etapie należy określić rodzaj i typ budynku oraz wybrać wzór raportu świadectwa. Trzeba także krótko opisać technologię wznoszenia, rok budowy i typ budynku oraz podać liczbę kondygnacji i wybrać stację meteorologiczną (klikając na przycisk lupa ). Dane geometryczne zostaną automatycznie obliczone na podstawie wartości wprowadzanych w etapie Strefy cieplne.
Po przeprowadzeniu próby szczelności budynku otrzymano wartość parametru n50 = 0,80, która mieści się w przedziale od 0,8 do 1,0 dla budynków energooszczędnych (dla pasywnych od 0,60 do 0,80).
ETAP IV – Definicje przegród
W IV etapie należy zdefiniować wszystkie przegrody znajdujące się w analizowanym budynku, rys. 1.
Użytkownik może dla okien zewnętrznych samodzielnie obliczyć współczynnik przenikania okien U wybierając sposób obliczeń i wypełniając poniższą tabelkę.
Dodatkowo trzeba sprawdzić wartości współczynnik przenikania oraz przeprowadzić ich analizę wilgotnościową.
Przy pomocy przycisku z zielonym krzyżykiem dodaje się nowe przegrody oraz ich warstwy.
Rysunek 1. Lista przegród
W budynkach energooszczędnych współczynniki przenikania przegród zewnętrznych powinny być znacznie mniejsze niż podane w Warunkach technicznych. W tabeli 1 przestawiono typowe wartości współczynników przenikania ciepła U dla przegród w budynkach energooszczędnych i pasywnych jedno- i i wielorodzinnych.
Tabela 1. Szacunkowe wartości współczynników przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych
[WSTAW TABELE]
W tabeli 2 pokazano współczynniki przenikania U wszystkich przegród zewnętrznych w analizowanym budynku jednorodzinnym.
Tabela 2. Parametry przegród zewnętrznych
[WSTAW TABELE]
Uwaga! Użycie przycisków Kopiuj i Wklej znacznie przyspiesza tworzenie przegród.
Sprawdzenie warunku wykropleń dla przegród zewnętrznych
Zgodnie z Rozporządzeniem MI z 2008 r. należy sprawdzić warunku wystąpienia krytycznej kondensacji pary wodnej w wszystkich przegrodach zewnętrznych, znajdujących się w pomieszczeniach ogrzewanych i nieogrzewanych.
Aby wykonać obliczenia, trzeba kliknąć przycisk . Następnie należy wybrać z listy Wybór metody obliczeń pozycję Metoda wg PN 13788 i wybrać z listy Rodzaj lub usytuowanie przegrody w pomieszczeniu typ przegrody, kierując się następujący wskazówkami (rys. 25):
a) ściany – Ściany zewnętrzne w pobliżu wysokich mebli z niewielkim prześwitem,
b) dachy i stropodachy – Część przegrody usytuowanej w górnej strefie pomieszczenia,
c) podłoga na gruncie i ściana na gruncie – Przegroda pełna z dala od mostków cieplnych,
d) okna – Płaskie oszklenie i ramy.
Rysunek 2. Wybór rodzaju przegrody Rysunek 3. Sprawdzenie warunku wykropleń
Gdyby w pomieszczeniu (typu pralnia, suszarnia , basen, browar, magazyn) panowały zmienne warunki temperatury i wilgotności, wtedy należy kliknąć przycisk Klasa wilgotności, przyjmując standardowe warunki dla danego rodzaju pomieszczenia albo podając dla każdego miesiąca temperaturę i wilgotność w tabeli Warunki zewnętrzne.
Na końcu trzeba kliknąć zakładkę Ocena przegrody, aby się przekonać czy warunek wykropleń jest spełniony, rys. 3.
Po kliknięciu przycisku zostanie wygenerowany szczegółowy raport, który dołącza się do projekty budowlanego.
ETAP V – Strefy cieplne
Ponieważ klatka schodowa jest wewnątrz budynku, dlatego należy utworzyć dwie strefy cieplne ogrzewane: Część mieszkalna i Garaż ogrzewany.
Wykonując projektowaną charakterystykę, powinno się w każdej strefie cieplnej kliknąć przycisk , gdzie podaje się powierzchnie: rzeczywistą, ruchu, usługową, użytkową (podstawową i pomocniczą), na podstawie opisu norm PN-70/B-02365 i PN-ISO 9836.
Na rysunkach 4-6 znajdują się rzuty kondygnacji oraz widoki analizowane budynku jednorodzinnego.
Rysunek 4. Rzut parteru Rysunek 5. Rzut I piętra
Rysunek 6. Widoki elewacji wschodniej i zachodniej
Do obliczeń przyjęto parametry strefy Część mieszkalna i Garaż.
Dla części mieszkalnej o kubaturze 309,66 m3 średnia ważona temperatura 20,21 °C została obliczona na podstawie powierzchni i temperatury pomieszczeń w [m2/°C]: salon (60,28/20), kuchnia (8,17/20), łazienka (8,24/24), poddasze (pokój 1- 60,57/20), poddasze (pokój 2- 17,26/20).
Dla garażu o kubaturze 59,44 m3 powierzchnia i temperatura garażu ogrzewanego wynoszą 23,22/5 [m2/°C].
Zakładka Tryby pracy
Do obliczeń przyjęto jeden tryb pracy budynku o średniej ważonej temperaturze wynoszącej 20,21 °C.
Zakładki Straty przez przenikanie i Straty przez grunt
W zakładach Straty przez przenikanie i Straty przez grunt klikając na zielony krzyżyk po prawej stronie tabeli, należy dodać wszystkie przegrody, jakie się znajdują w częściach ogrzewanych budynku.
Zakładka Straty przez wentylację
W budynkach energooszczędnych wentylacja powinna być tylko mechaniczna z odzyskiem ciepła z wymiennikiem krzyżowym, natomiast w pasywnych – tylko z odzyskiem ciepła z wymiennikiem spiralnym. Zaleca się też zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła GWC.
Obliczenia powinno się wykonać na podstawie projektu instalacji wentylacji, tabela 4.
Tabela 4. Parametry instalacji z odzyskiem ciepła
[WSTAW TABELE]
Zakładka Zyski wewnętrzne
Zyski wewnętrzne przyjęto w wysokości 5 W/m2.
Zakładka Zyski od nasłonecznienia
Po wprowadzeniu wszystkich okien zyski od nasłonecznienia zostaną obliczone automatycznie. Jeżeli okna budynku są zacienione, wtedy trzeba dodatkowo określić wartość parametru zaceniania Z.
Zakładka Dodatki
Ponieważ zostały wprowadzone wszystkie przegrody, dlatego w tej zakładce należy wybrać metodę szczegółową obliczania pojemności cieplnej Cm.
Zgodnie ze standardami NFOŚiGW NF15 i NF40 wskaźnik energii użytkowej dla celów ogrzewania i wentylacji EUco wynosi dla budynków pasywnych EUco £ 15 kWh/(m2∙rok), a dla energooszczędnych EUco od 15 do 40 kWh/(m2∙rok).
Wybierając metodę uproszczoną powinno się przyjąć typ konstrukcji średni dla budynków jednorodzinnych i ciężki dla wielorodzinnych.
Aby dla każdego miesiąca poznać zapotrzebowanie na ciepło od ogrzania części mieszkalnej, trzeba wybrać dany miesiąc z listy Wyniki obliczeń. Dzięki temu łatwo się przekonać, że dla analizowanego budynku sezon grzewczy obejmuje tylko miesiące od końca października do marca, co potwierdza, że projekt spełnia wymagania budynku energooszczędnego.
Po wprowadzeniu wszystkich danych przez przenikanie i wentylację dla obu stref cieplnych obliczona całkowita wartość zapotrzebowania na ciepło użytkowe do ogrzewania i wentylacji części mieszkalnej wynosi 1226 kWh/rok i 845 kWh/rok dla garażu, co razem daje wynik QH,nd = 2112,03 kWh/rok, czyli około 7,5 GJ/rok. Stąd EUco = 2112,03/ 177,74 [kWh/(m2∙rok)] = 11,88 kWh/(m2∙rok).
Pomimo, że nie wszystkie przegrody spełniają ostre wymagania podane w standardzie NF40, to analizowany budynek jednorodzinny należy bez wątpliwości zakwalifikować jako energooszczędny. Okazało się też, że dobudowany garaż, którego współczynnik U = 0,23 W/(m2∙K) dla stropu zewnętrznego przekracza Umax oraz wentylacja grawitacyjna nie spowodowały zmiany kwalifikacji budynku z energooszczędnego na standardowy, co można wyjaśnić niską temperaturą obliczeniową (5 °C) i niewielką kubaturą wentylowaną. Potwierdza to znany fakt, że wykonując projektowaną charakterystykę, każdy budynek należy rozpatrywać indywidualnie.
ETAP VI – Ogrzewanie i wentylacja
Źródła ciepła
Budynek posiada jedno źródło ciepła, jakim jest nowoczesny (dwufunkcyjny) węzeł cieplny kompaktowy z obudową do 100 kW (hH,g = 0,98), zasilany paliwem w postaci ciepła z kogeneracji – węgiel kamienny (wH = 0,80). W instalacji ogrzewania zastosowano ogrzewanie wodne z grzejnikami członowymi lub płytowymi w przypadku regulacji centralnej (hH,e = 0,80) z zaizolowanymi przewodami, armaturą i urządzeniami w pomieszczeniach ogrzewanych (hH,d = 0,97), bez zasobnika bufora ciepła (hH,s = 1,00). Stąd całkowita sprawność instalacji wynosi hH,tot = 0,76. Dokładne wartości sprawności przesyłu i akumulacji użytkownik może obliczyć samodzielnie klikając przycisk Oblicz.
Zakładka Dane podstawowe
W tym miejscu należy podać dane, które powinny być całkowicie zgodne z projektem. Wartości pól powierzchni np. Pn, Pu, Pr i Pg, zostaną automatycznie wypełnione, jeżeli użytkownik wprowadzi dane do tabeli Podział powierzchni we wszystkich strefach cieplnych.
Budynek referencyjny
Obliczony współczynnik kształtu wynosi A/V = 0,75, choć zaleca się, aby dla pasywnych i energooszczędnych budynków jednorodzinnych był £ 0,70.
Zakładka Bilans mocy
W zakładce Bilans mocy domyślnie wpisane są wartości energii pomocniczej, obliczonej dla systemu ogrzewania, wentylacji i cieplej wody. Pozostałe dane, np. dla celów oświetlenia wbudowanego i sprzętu gospodarstwa domowego, a także pozostałego wyposażenia budynku np. klimatyzacja, basen, sauna, trzeba wpisać ręcznie na podstawie projektu instalacji elektrycznej. Dla budynków niemieszkalnych trzeba wziąć pod uwagę chłodzenie oraz technologię.
Rysunek 34. Bilans mocy Rysunek 34. Branża w bilansie mocy
Zakładka Powierzchnie okien
Aby nie doszło do przegrzania budynku w miesiącach letnich (i nie było konieczności chłodzenia pomieszczeń), należy sprawdzić warunek Powierzchni okien dla wszystkich kondygnacji nadziemnych. Analizując długości ścian zewnętrznych omawianego budynku, łatwo stwierdzić, że powierzchnia Aw = 0, stąd Az = Af = 117 m2.
Ponieważ dla wszystkich okien współczynnik przenikania ciepła U < 1,5 W/(m2∙K), stąd sprawdzany warunek Ao < Ao,max jest zawsze spełniony.
Rysunek 22. Obliczenia powierzchni okien Rysunek 23. Sposób obliczenia powierzchni Aw i Az
ETAP VII – Ciepła woda użytkowa
W obliczeniach zapotrzebowania na ciepło do podgrzania ciepłej wody użytkowej w domach jednorodzinnych uwzględniamy przerwę urlopową, natomiast nie bierzemy pod uwagę wodomierzy mieszkaniowych. Przyjmując temperaturę 55 °C przez 365 dni w roku, 4 mieszkańców zużywających dziennie średnio 35 dm3 ciepłej wody, Q W,nd = 2408,73 kWh/rok.
Źródłem ciepła jest nowoczesny (dwufunkcyjny) węzeł cieplny kompaktowy z obudową (hW,g = 0,89), zasilany paliwem w postaci ciepła z kogeneracji – węgiel kamienny (wW = 0,80). Instalacja ciepłej wody oparta jest na centralnym przygotowaniu c.w.u. z cyrkulacją i pełną izolacją przewodów (hW,d = 0,70) z nie więcej niż 30 punktami poboru ciepłej wody (hW,d = 0,70), bez zasobnika c.w.u. (hW,s = 1,00). Stąd całkowita sprawność instalacji wynosi hW,tot = 0,62. Dokładne wartości sprawności przesyłu i akumulacji użytkownik może obliczyć samodzielnie klikając przycisk Oblicz.
Rysunek 11. Obliczenia sprawności przesyłu
ETAP VIII – Obliczenia cieplne
W tym etapie znajdują się cząstkowe wyniki obliczeń, wykorzystywane do szczegółowej analizy parametrów budynku ze szczególnym uwzględnieniem strat ciepła. Dzięki temu można w szybki sposób określić np. przyczynę zbyt dużych wartości energii końcowej lub pierwotnej.
Po kliknięciu w lewej górnej pozycji i przewinięciu na dół prawej części okna znajduje się wartość wskaźnika EUco oraz standard analizowanego budynku.
ETAP IX – Raporty
Końcowym efektem obliczeń jest wartość wskaźnika EP = 71,62 kWh/(m2∙rok) oraz raport w postaci pliku w formacie RTF, który można wygenerować po kliknięciu ikony albo wybraniu w menu Raporty pozycji Charakterystyka energetyczna.
Raport charakterystyki energetycznej składa się z kilkunastu stron o formacie A4, które mogą być wydrukowane przy pomocy programu WORD 2003/7/10 albo bezpłatnego programu Word Viewer.
Podsumowanie
Program ArCADia-TERMO nie tylko pozwala na wykonanie obliczeń dla budynków pasywnych i i energooszczędnych, ale dzięki dodatkowej funckjonalności bardzo przydatnym narzędziem dla osób do obliczeń parametry budynków w standardach NF15 i NF40, wymaganych podczas ubiegania się o dotacje pochodzące z NFOŚiWG.
Wykonanie projektowanej charakterystyki budynku w programie ArCADia-TERMO nie jest trudne, szczególnie dla osób, które wcześniej wykonywały już świadectwa energetyczne.
Wygenerowany pełny raport projektowanej charakterystyki zawiera wszystkie informacje oraz niezbędne dane liczbowe, pozwalające na jego ewentualną weryfikację przy składaniu wniosku o pozwolenie na budowę.
Raport rozkładu temperatury i wykropleń w przegrodach zewnętrznych jest osobnym wydrukiem, dołączanym do projektowanej charakterystyki energetycznej budynku.
Wartość wskaźnika EP = 71,6 kWh/(m2∙rok) jest niższa od wartości referencyjnej 146,6 kWh/(m2∙rok) aż o 75,0 kWh/(m2∙rok), co oznacza bardzo niskie ogólne zużycie ciepła (także na ciepłą wodę), a co za tym idzie niewielkie całoroczne koszty użytkowania budynku.
Niska wartość wskaźnika EUco £ 15 kWh/(m2 ∙rok) jest tylko warunkiem koniecznym, aby budynek spełniał standardy budynku NF 15. Muszą być jeszcze spełnione pozostałe kryteria dotyczące np. wysokiej sprawności wszystkich instalacji w budynku i współczynnika kształtu budynu A/Ve poniżej 0,70.
Niską wartość EP osiągnięto bez konieczności zastosowania dodatkowego źródła ciepła, np. kominka czy i kolektorów słonecznych dla c.w.u.
Ciepło z elektrociepłowni miejskiej do ogrzewania i ciepłej wody może być z powodzeniem zastosowane w budynkach energooszczędnych.