Audytor - Doradca energetyczny - Świadectwo energetyczne

Ostatnie miesiące obfitują w naszym kraju w anomalie pogodowe – najpierw wyjątkowo długa i sroga zima, później chłodna wiosna i wreszcie okres katastrofalnych opadów. Przy okazji tych zjawisk często pojawiają się informacje, że w danym miesiącu opady albo temperatura w znaczący sposób odbiegają od średniej, jaką wyznaczono na podstawie obserwacji wieloletnich. Właśnie sytuacja klimatyczna była inspiracją do powstania tego artykułu. Postaram się w nim pokazać, jak bardzo sporządzanie świadectw charakterystyki energetycznej wiąże się z meteorologią i danymi klimatycznymi.

Jeżeli dokładnie przyjrzymy się wzorom świadectw charakterystyki energetycznej, to zauważymy, że na pierwszej stronie, w objaśnieniach zawartych pod „paskiem energetycznym”, znajduje się stwierdzenie że: „charakterystyka energetyczna określana jest dla warunków klimatycznych odniesienia – stacja:..” Jest tu miejsce na podanie nazwy stacji meteorologicznej, której dane wykorzystujemy w dalszych obliczeniach, (rys. 1).
Zgodnie z § 5.2 Rozdziału 3 metodologii, do obliczeń należy przyjmować dane ze stacji leżącej najbliżej analizowanego budynku. Dane te niezbędne są np. do wyznaczenia rocznego zapotrzebowania na ciepło użytkowe na potrzeby ogrzewania i wentylacji oraz wyznaczenia zysków słonecznych.
We wzorach (1.12) i (1.13) na miesięczne straty ciepła przez przenikanie oraz na podgrzanie powietrza wentylacyjnego pojawia się parametr Θe oznaczający średnią temperaturę powietrza zewnętrznego dla analizowanego miesiąca. Straty ciepła zależą bezpośrednio od różnicy temperatur: wewnętrznej projektowej oraz zewnętrznej.
Wzory te mają postać:
straty ciepła przez przenikanie:  Qtr = Htr · (Θint - Θe) · tM · 10-3
straty ciepła przez wentylację: Qve = Hve · (Θint - Θe) · tM · 10-3
gdzie:
Htr oraz Hve – współczynniki strat ciepła przez przenikanie oraz wentylację,
tM – liczba godzin w miesiącu,
Θint – temperatura wewnętrzna zgodna z wymaganiami zawartymi w przepisach techniczno-budowlanych.

Od danych klimatycznych uzależnione są również zyski ciepła od promieniowania słonecznego. W tym wypadku niezbędna jest informacja o wartości energii promieniowania słonecznego padającego na płaszczyznę pionową w danym miesiącu.
Zyski ciepła przez przegrodę przezroczystą wyznaczane są z zależności (1.25):
Qs = Ci · Ai · Ii · g · kα · Z
gdzie:
Ci – udział pola powierzchni oszklonej w stosunku do całkowitej powierzchni okna,
Ai – pole powierzchni przegrody przezroczystej,
Ii – energia promieniowania słonecznego [kWh/m2 miesiąc],
g – współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego,
kα – współczynnik korekcyjny dotyczący nachylenia przegrody,
Z – współczynnik nachylenia.

Dane meteorologiczne niezbędne do obliczeń energetycznych budynków znajdują się na stronie internetowej Ministerstwa Infrastruktury¹.

Interesujące jest w jaki sposób zostały wyznaczone wartości wykorzystywane następnie w obliczeniach. Jest to o tyle ciekawe, że wszystkie wiodące programy komputerowe automatyczne podczas instalacji pobierają dane klimatyczne i użytkownik z reguły nie wnika w to jak one wyglądają ani jakie jest ich źródło. Jedyną czynnością podczas pracy przy sporządzaniu charakterystyki energetycznej budynku jest wybór odpowiedniej stacji z listy. Program samoczynnie dopasowuje dane do dalszych obliczeń.

Dane meteorologiczne dla poszczególnych 61 stacji są to tzw. typowe lata meteorologiczne ISO dla obliczeń energetycznych. Rok typowy jest wyznaczany zgodnie z normą EN ISO 15927-4 „Hygrothermal performance of buildings – Calculation and presentation of climatic data – Part 4 Data for assessing the annual energy for cooling and heating systems”.
Tworzenie roku typowego polega na wyborze 12 miesięcy spośród minimum 10 lat obserwacji meteorologicznych dla danej lokalizacji. Wybór ten jest dokonywany za pomocą odpowiednich metod statystycznych, których opis można znaleźć np. w pracy Piotra Narowskiego „Dane klimatyczne do obliczeń energetycznych w budownictwie”, Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 11, 2006.
Lata typowe udostępnione do obliczeń energetycznych na stronie MI dla większości stacji utworzone są z jeszcze większej liczby obserwacji, bo aż z trzydziestoletnich.
W wykazie podane są też stacje, dla których obliczenia pochodzą z niepełnych ciągów trzydziestoletnich. Dokładnie dla 43 stacji są to informacje pełne z lat 1971-2000, a dla 19 punktów pomiarowych niepełne zawierające statystyki z ciągów długości od 11 do 29 lat. Zgodnie z wytycznymi Ministerstwa obliczenia symulacji energetycznej budynków przeprowadzone na podstawie tych niepełnych danych mogą być obarczone błędem i nie należy ich uznawać za w pełni reprezentatywne. W przypadku wątpliwości lub obliczeń wymagających dużej wiarygodności należy wybrać najbliższą stację meteorologiczną, dla której typowe lata meteorologiczne opracowano na podstawie pełnych trzydziestoletnich ciągów pomiarowych.
Przeglądając pliki z danymi można zauważyć, że rozbieżności pomiędzy np. temperaturami średnimi dla różnych stacji są czasami dość duże. Pojawia się więc pytanie, jak duży wpływ na zużycie energii ma lokalizacja budynku? Odpowiedzią są wyniki symulacji przeprowadzonej dla typowego domku jednorodzinnego, (rys. 2, str. 25). Budynek ten „przewędrował” w programie obliczeniowym CERTO przez wszystkie stacje klimatyczne. Wyniki symulacji zawiera tabela zamieszczona na poprzedniej stronie. Wyróżnione są w niej te stacje, które zgodnie z wykazem nie zwierają pełnych danych. Może to być przydatne dla certyfikatorów, ponieważ programy obliczeniowe nie podają takiego wyróżnienia.
W tabeli znajdują się dwie stacje o specyficznej lokalizacji – na szczytach górskich. Są to Kasprowy Wierch oraz Śnieżka. W przypadku Kasprowego Wierchu istnieje nikłe prawdopodobieństwo wykorzystywania tych danych do obliczeń, ponieważ w pobliżu znajduje się Zakopane, które również ma własne dane i to one będą wykorzystywane w obliczeniach dla budynków na Podhalu. Natomiast w przypadku np. Karpacza należy raczej korzystać z danych dla Śnieżki, ponieważ jest ona bliżej tego miasta niż Jelenia Góra.
Gdyby jednak pominąć również Śnieżkę, widać, że obliczenia energetyczne potwierdzają lokalizację polskiego „bieguna zimna” w Suwałkach. Zużycie energii jest tu nawet większe niż w Zakopanem – odpowiednio: 105,13 ]kWh/m2rok] i 103,51 [kWh/m2rok].
„Najcieplejszym” miastem jest Świnoujście. Budynek tam zlokalizowany będzie zużywać tylko 74,28 [kWh/m2rok].
Powyższe dane mogą być również przydatne np. dla projektantów, którzy dokonują adaptacji domu typowego. Dostosowanie budynku do położenia w lokalizacji zimniejszej może polegać np. na zwiększeniu grubości izolacji w ścianach albo zastosowaniu innych rozwiązań ograniczających straty energii, np. lepszego wykorzystania energii słonecznej poprzez zwiększenie liczby okien od południa.
Na koniec wrócę jeszcze do tego, o czym wspominałem na początku. Ostatnia zima oraz wiosna charakteryzowały się długim okresem o wiele niższych niż zwykle temperatur. Rzeczywiste zużycie energii przez budynki na pewno będzie wyższe niż to, które wynika z symulacji. Dlatego też w objaśnieniach do świadectwa znajduje się zastrzeżenie, że z uwagi na standardowe warunki brzegowe, uzyskane wartości zużycia energii nie pozwalają wnioskować o rzeczywistym zużyciu energii budynku.
Okres takich anomalii pogodowych musiałby trwać kilka lat, aby obserwacje znacząco wpłynęły na średnie wieloletnie dane klimatyczne.
Numer ten trafi do rąk czytelników w czasie letnich upałów. Czytając go w klimatyzowanym pomieszczeniu, warto wiedzieć, że zużycie energii do chłodzenia również zależy od danych klimatycznych i temperatury zewnętrznej. Ale chłodzenie to już temat na kolejny artykuł.

1. http://www.mi.gov.pl/2-48203f1e24e2f-1787735-p_1.htm

Marek Mickaniewski

Zgodnie z zapowiedzią z poprzedniego numeru DE, w artykule zostały przedstawione kolejne elementy algorytmu obliczeniowego charakterystyki energetycznej budynku wraz z omówieniem ich wpływu na wynik obliczeń. Elementy te to: sprawności systemów grzewczego oraz przygotowywania ciepłej wody, energia do napędu urządzeń pomocniczych oraz oświetlenie wbudowane.

Sprawność instalacji

Sprawność systemu grzewczego zgodnie z wzorem (1.6) składa się ze sprawności składowych:

η = η H,g · η H,d · η H,s · η H,e,

η H,g – sprawność wytwarzania,

η H,d – sprawność przesyłania (transportu) ciepła,

η H,s – sprawność akumulacji ciepła (magazynowania) grzewczego,

η H,e – sprawność wykorzystania i regulacji ciepła.

W podobny sposób za pomocą wzoru (1.28) jest określana sprawność systemu przygotowywania ciepłej wody użytkowej, przy czym sprawność wykorzystania przyjmowana jest w tym wypadku jako równa 1,0.

Poszczególne sprawności cząstkowe należy wyznaczać na podstawie obowiązujących przepisów, dokumentacji technicznej budynku oraz instalacji i urządzeń, wiedzy technicznej i wizji lokalnej a także dostępnych danych katalogowych urządzeń grzewczych i elementów instalacji.

Więcej w numerze 2/2010.

Prezentujemy trzecią, ostatnią już, część artykułu Jerzego Żurawskiego specjalisty z Dolnośląskiej Agencji Energii i Środowiska na temat przygotowania charakterystyki energetycznej budynku. Dwie poprzednie części zamieściliśmy w numerach 9 i 10 Doradcy Energetycznego.

Pomieszczenia i przegrody wewnętrzne
Pojemność cieplna odgrywa dużą rolę, zwłaszcza w budynkach o niezadowalającej izolacji cieplnej przegród. Ze względu na konieczność obliczania pojemności cieplnej dla budynku lub lokalu, powinno się wprowadzić wszystkie przegrody wewnętrzne. Najlepiej dane te wprowadza się po pomieszczeniach. W ten sposób można uniknąć błędów i łatwo jest sprawdzić poprawność wprowadzonych danych, zwłaszcza jeżeli trzeba po jakimś czasie wrócić do opracowanej charakterystyki lub świadectwa. Taka procedura jest obowiązkowa, jeżeli w budynku lub lokalu występują różne strefy oraz jeżeli występują pomieszczenia z chłodzeniem.
Wprowadzając dane o pomieszczeniach, należy przygotować następujące informacje:
•nazwa pomieszczenia,
•przeznaczenie (użytkowe, usługowe lub ruchu),
•temperatura obliczeniowa ogrzewana i chłodzona w pomieszczeniu,
•powierzchnia,
•wysokość kondygnacji lub kubatura,
•sposób realizacji wentylacji,
•wymagana wymiana powietrza w pomieszczeniu,
•dane dotyczące przegród budowlanych tj. powierzchnia oraz budowa przegrody (warstwy, z których zbudowana jest przegroda, występowanie mostków cieplnych).

W artykule przedstawiamy w ujęciu „studium przypadku” świadectwo charakterystyki energetycznej  wykonane dla budynku kina w Gliwicach. Co prawda obiekt podlegał ochronie konserwatorskiej, a  zatem nie stosuje się do niego przepisów dotyczących ustalenia charakterystyki energetycznej, ale umowa pomiędzy wykonawcą a inwestorem zastępczym zawierała  zapis o konieczności sporządzenia takiego certyfikatu. >>> Więcej w numerze 11-12/2009

Pierwszą część artykułu, przygotowanego przez Jerzego Żurawskiego specjalistę z Dolnośląskiej Agencji Energii i Środowiska, na temat przygotowania charakterystyki energetycznej budynku zamieściliśmy w poprzednim numerze Doradcy Energetycznego.

Sprawność chłodzenia
Jeżeli budynek jest chłodzony, należy określić parametry chłodzenia. Chłodzenie może występować w wybranych pomieszczeniach, dlatego najlepiej jest opisywać parametry chłodzenia na poziomie pomieszczenia. Sprawność instalacji chłodzenia oblicza się ze wzoru:

η_C,tot = ESEER η_C,s η_C,d η_C,e

gdzie:
ESEER – średni europejski współczynnik efektywności energetycznej wytworzenia chłodu,
η_C,s – średnia sezonowa sprawność akumulacji chłodu w budynku,
η_C,d – średnia sezonowa sprawność transportu nośnika chłodu w budynku,
η_C,e – średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania chłodu w budynku.