Analiza energochłonności budynku jednorodzinnego w zależności od systemu jego ogrzewania. Cz. 1 Model obliczeniowy

• Autorzy: Muniak Damian P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2024.3.3

Warianty tytułu

EN

Analysis of Energy Consumption of a Single-Family Building Depending on the Heating System. Part 1 - Computational Model

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Energochłonność budynków, w tym budynków mieszkalnych, jest od lat jednym z głównych tematów europejskiej dyskusji dotyczącej emisji gazów cieplarnianych i spowodowanych nią zmian klimatu. Według szacunków budynki zużywają ok. 35% całkowitej ilości energii, a w krajach członkowskich Unii Europejskiej zużycie to stanowi ok. 40%, przy czym energia ta pochodzi głównie ze źródeł nieodnawialnych. W ostatnich kilku latach nastąpiło, zwłaszcza w Unii Europejskiej, mocne przyspieszenie w zmianach prawnych dotyczących energochłonności budynków i tzw. zielonej transformacji. Nowe zapisy nowelizowanych dyrektyw oraz programów, a m.in. EPBD, Europejskiego Zielonego Ładu, Fali Renowacji zmierzają do uzyskania zeroemisyjnego budownictwa oraz tzw. „zielonego” budownictwa, i to w relatywnie krótkim czasie. W związku z tym w artykule przeanalizowano możliwość zmniejszenia energochłonności jednorodzinnego budynku mieszkalnego w zależności od systemu jego ogrzewania, przy czym przedmiotem analizy będą dwa popularne w Polsce systemy ogrzewania - „klasyczny”, z grzejnikami konwekcyjnymi i system niskotemperaturowy z grzejnikami podłogowymi. Analizowany budynek zlokalizowany będzie w pięciu obliczeniowych strefach klimatycznych, na które podzielony jest teren Polski. Analizy dokonano z użyciem programów komputerowych służących do obliczania projektowego obciążenia cieplnego i sezonowego zapotrzebowania na energię oraz do cieplno-hydraulicznego równoważenia instalacji. Do programów tych wprowadzono model budynku oraz instalacji i zdefiniowano parametry wejściowe odpowiednio do stref klimatycznych i wybranych miast znajdujących się w tych strefach. W analizie uwzględniono również energię elektryczną zużywaną do napędu pomp obiegowych instalacji ogrzewania. Wyniki analizy wskazują na możliwość redukcji zużycia energii do ogrzewania budynku za pomocą instalacji z grzejnikami podłogowymi w stosunku do instalacji z grzejnikami konwekcyjnymi. Zużycie energii do ogrzewania za pomocą instalacji z grzejnikami podłogowymi jest o ok. 18,5% mniejsze niż w instalacji z grzejnikami konwekcyjnymi. W przypadku energii zużywanej do napędu pomp obiegowych, w większości analizowanych przypadków wyniki wskazują na instalację z grzejnikami konwekcyjnymi, jako rozwiązanie korzystniejsze. Jednak z uwagi na relatywnie niewielką ilość tej energii w stosunku do energii zużywanej do ogrzewania, w każdym z analizowanych przypadków instalacja z grzejnikami podłogowymi zapewnia zmniejszenie całkowitego zużycia energii.

EN

The energy consumption of buildings, including residential buildings, has for years been one of the main points of European discussion regarding human greenhouse gas emissions and the resulting climate change. It is estimated that on a global scale, buildings consume on average about 35% of the total energy consumed by humans, and in the European Union member states it is about 40%, with this energy coming mainly from non-renewable sources. The last few years have resulted, especially in Europe, in a significant acceleration in legal changes regarding the energy consumption of buildings and the so-called green transformation. New provisions of the amended EPBD directives, the European Green Deal, the Renovation Wave – all these documents and programs focus on the pursuit of zero-emission construction and “green” construction, and in a relatively short time. In this context, the article analyzes the possibility of changing the energy consumption of a single-family residential building depending on the type of heating system used, and the two most popular systems in Poland were selected for analysis - “classic”, based on convection radiators and a system with underfloor radiators. The analyzed building is located in Poland, and the calculations were made for all five climatic zones into which, according to law, the country is divided in winter time. The analysis was performed using dedicated computer packages for calculating the design heat load and seasonal demand for heat energy, as well as thermal-hydraulic balancing. The building and installation model was introduced and the input parameters were defined in accordance with the assumptions of the article, for all the climatic zones mentioned and selected cities located in these zones. The analysis took into account the electricity consumed by the circulation pump. The results indicate the possibility of reducing the thermal energy consumed by the building’s heating system in the variant with underfloor radiators compared to the variant with convection radiators. The average difference in energy demand for heating is approximately 18.5%, in favor of installations with underfloor radiators. In the case of energy consumed by the circulation pump, in most of the analyzed cases, the results indicate an installation with convection radiators as a more advantageous solution. However, due to the relatively small value of this energy in relation to thermal energy, in each of the analyzed cases, the installation with underfloor radiators ensures lower total energy consumption

Słowa kluczowe

PL

energochłonność budynków; system ogrzewania; grzejnik konwekcyjny; grzejniki podłogowe; komfort cieplny

EN

energy consumption of buildings; heating system; convection radiator; underfloor radiator; thermal comfort

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 55, nr 3
• Strony: 19--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 49 poz., il., mapy, rys., tab.

Twórcy

autor

Muniak Damian P.

• Katedra Energetyki, Politechnika Krakowska

• https://orcid.org/0000-0002-7056-7737

Bibliografia

• [1] Boroń W., ChomiakA., Smyła J. 2016. „Hybrydowa instalacja wykorzystująca OZE do poprawy efektywności energetycznej budynków zabytkowych”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 47, (4): 146-151. DOI:10.15199/9.2016.4.4
• [2] BrzeskiR., KowalczykA. 2022. „Techniczno-ekonomiczna analiza wariantów termomodernizacji zabytkowego budynku”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 53, (9): 28-36. DOI: 10.15199/9.2022.9.3
• [3] Buczyński R. 2021. „Techniczno-ekonomiczne porównanie dwóch wariantów strefowania instalacji centralnego ogrzewania wysokiego budynku”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 52, (6): 9-13. DOI:10.15199/9.2021.6.2
• [4] Cholewa T., Balaras Constantinos A., Kurnitski J., Mazzarella L., Siuta-Olcha A., Dascalaki E., Kosonen R., Lungu C., Todorovic M., Nastase I., Jolas C., Cakan M. Energy Efficient Renovation of Existing Buildings for HVAC Professionals. REHVA GB No.32,
• [5] Cholewa T, Siuta-Olcha A. 2016. „Racjonalizacja zużycia energii w budownictwie mieszkaniowym”, Wydawnictwo Instal.
• [6] Ciuman P., Witek A. 2022. „Analiza zapotrzebowania na energię do ogrzewania budynku jednorodzinnego”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 53, (5): 10-18. DOI: 10.15199/9.2022.5.2
• [7] Deleska B., Kowalczyk A. 2022. „Ocena wpływu rodzaju instalacji cieplnych, konstrukcji oraz lokalizacji budynku jednorodzinnego na spełnienie wymagań WT 2021 w odniesieniu do wskaźnika EP. Cz. 1 – Obliczenia podstawowe”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, (53), 11: 21-28. DOI: 10.15199/9.2022.11.1
• [8] Deleska B., Kowalczyk A. 2022. „Ocena wpływu rodzaju instalacji cieplnych, konstrukcji oraz lokalizacji budynku jednorodzinnego na spełnienie wymagań WT 2021 w odniesieniu do wskaźnika EP. Cz. 2 - obliczenia uzupełniające”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 53, (12): 3-7. DOI:10.15199/9.2022.12.1
• [9] Derkacz U., Ratajczak K. 2023. „Ocena rozwiązań lokalizacyjno- -instalacyjnych budynku biurowego w aspekcie zapotrzebowania na energię”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 54, (11): 20-27
• [10] Dyrektywa parlamentu europejskiego i rady (UE) 2023/1791 z dnia 13 września 2023 r. w sprawie efektywności energetycznej oraz zmieniająca rozporządzenie (UE) 2023/955 (wersja przekształcona), https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=OJ%3AJOL_20 23_231_R_0001&qid=1695186598766
• [11] Eijdems H.H.E.W. et al.: Low Temperature Heating Systems: Impact on IAQ, Thermal Comfort and Energy Consumption, LowEx Newsletter no 1, Annex 37, Finland 2000
• [12] Ferdyn-Grygierek J. 2005. „Efektywność energetyczna ogrzewania i wentylacji modernizowanych budynków szkół”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 36 (10): 28-31.
• [13] Główny Urząd Statystyczny: Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2021 r., Rzeszów 2023.
• [14] Główny Urząd Statystyczny: Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2018 r, Warszawa 2019.
• [15] Grygierek K., Ferdyn-Grygierek J. 2017. „Efektywne energetycznie projektowanie okien w budynku jednorodzinnym”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 48, (10): 412-417.
• [16] Jacek M., Koczyk H. 2017. „Analiza efektywności ekonomicznej i energetycznej termomodernizacji budynków szkół Część 1. Charakterystyka techniczna i energetyczna analizowanych budynków”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 48, (6): 227-233. DOI: 10.15199/9.2017.6.1
• [17] Jacek M., Koczyk H. 2017. „Analiza efektywności ekonomicznej i energetycznej termomodernizacji budynków szkół Część 2. Ocena efektywności ekonomicznej i energetycznej analizowanych budynków”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 48, (7): 287-291. DOI: 10.15199/9.2017.4
• [18] Jezierski W., Borowska J. 2018. „Analiza przenikania ciepła przez ścianę osłonową z oknem”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 49, (6): 218-222. DOI: 10.15199/9.2018.6.2
• [19] Jezierski W., Borowska J. 2020. „Przenoszenie ciepła w ścianie z oknem z osłoną przeciwsłoneczną. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 54, (7-8): 18-23. DOI: 10.15199/9.2020.7-8.3
• [20] Jezierski W., Święcicki A. 2018. „Wpływ parametrów i orientacji okien na wskaźnik zapotrzebowania na energię użytkową budynku”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 49, (10): 400-403. DOI: 10.15199/9.2018.10.4
• [21] Kaczmarzyk M. 2017. „Wpływ współczynnika kształtu A/V na wielkość strat ciepła w budynku w świetle rosnących wymogów dotyczących izolacyjności termicznej przegród budowlanych”. Czasopismo inżynierii lądowej, środowiska i architektury, JCEEA, t. XXXIV, z. 64 (2/II/17), 45-54.
• [22] Krawczyk D. A., Sadowska Beata, Kłopotowski M. 2023. „Termomodernizacja budynku przedszkola”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 54, (10): 44-49. DOI: 10.15199/9.2023.10.7
• [23] Laskowski L. 2005. „Charakterystyka termoenergetyczna przezroczystych komponentów zewnętrznej obudowy pomieszczeń”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 36, (2): 8-14.
• [24] LechowskaA., Schnotale J. 2016. „Sposób poprawy rozkładu temperatury w dolnej części oszklenia przez wstawienie dodatkowej przegrody szklanej w przestrzeni międzyszybowej”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 47, (8): 307-311. DOI: 10.15199/9.2016.8.2
• [25] Machowska D., Lechowska A. 2018. „Wpływ lokalizacji grzejnika na komfort cieplny w pomieszczeniu z nawietrzakiem okiennym”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 49, (1): 15-19. DOI: 10.15199/9.2018.1.3
• [26] Maludziński B. 2013. „Analiza wyników obliczeń oszczędności energii różnymi metodami - studium przypadku”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 44, (9): 381-385.
• [27] Muniak D. 2023. „Chłodno, cieplej, komfortowo - komfort cieplny w pomieszczeniach. Komfort cieplny a krajowe wymagania odnośnie do temperatur w pomieszczeniach”. Polski Instalator, 310 (5): 30-34.
• [28] Muniak D. „Grzejniki w wodnych instalacjach grzewczych. Konstrukcja, dobór i charakterystyki cieplne. Wydanie II (rozszerzone i poprawione)”. PWN, Warszawa 2019.
• [29] Muniak D. 2021. „Podłączenie grzejników: rozwiązania systemowe, zestawy podłączeniowe”. Polski Instalator, 297, (9): 18-23.
• [30] Muniak D. 2023. „Rozdzielacze, czyli „socjalizm” w instalacjach”. Polski Instalator, 308, (1-2): 14-18.
• [31] Muniak D. 2022. „Rozwiązania systemowe do wykonywania ogrzewania podłogowego”. Polski Instalator, 303, (6): 22-26.
• [32] Oleśkowicz-Popiel C., Sobczak M. 2015. „Wpływ żaluzji na straty ciepła przez centralną część okna w sezonie ogrzewczym”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 46, (3): 112-115.
• [33] Pająk L., Pierzchała K., Miecznik M., Kasztelewicz A. 2023. „Wpływ termomodernizacji budynku na obniżenie temperatury zasilania instalacji grzewczej”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 54, (7-8): 8-12. DOI: 10.15199/9.2023.7-8.1
• [34] Polska Norma PN-82/B-02402: Ogrzewnictwo. Temperatury ogrzewanych pomieszczeń w budynkach.
• [35] Polska Norma PN-EN 16297-1:2013-04 - Pompy - Pompy wirowe - Pompy obiegowe bezdławnicowe – Część 1: Wymagania ogólne oraz procedury badań i obliczeń wskaźnika energochłonności (EEI).
• [36] Polska Norma PN-EN 16297-2:2013-04 - Pompy - Pompy wirowe - Pompy obiegowe bezdławnicowe - Część 2: Obliczanie wskaźnika energochłonności (EEI) dla wolnostojących pomp obiegowych
• [37] Polska Norma PN-EN ISO 13790: Energetyczne właściwości użytkowe budynków - Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia.
• [38] Polska Norma PN-EN 12831:2006: Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.
• [39] Rozporządzenie Komisji (UE) nr 622/2012 z dnia 11 lipca 2012 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 641/2009 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych wolnostojących i pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych zintegrowanych z produktami.
• [40] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U. 02.75.690 z późniejszymi zmianami.
• [41] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkowa oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej, Dz.U. 2008 nr 201 poz. 1240 z późniejszymi zmianami.
• [42] Rucińska J., Amanowicz Ł. 2023. „Wpływ wybranych instalacji HVAC na wartość wskaźników zapotrzebowania na energię w świadectwie charakterystyki energetycznej”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 54, (10): 22-30. DOI: 10.15199/9.2023.10.4
• [43] Rzeźnik J., Ładecka B. 2013. „Wpływ usytuowania okna i osłony przeciwsłonecznej w formie balkonu na bilans cieplny okna”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 44, (9): 394-397.
• [44] Strzeszewski M.: „Obniżenie zapotrzebowania na ciepło do wentylacji w wyniku zastosowania ogrzewań niskotemperaturowych”. Materiały konferencyjne I Konferencji Nowe techniki w klimatyzacji, Warszawa 28-29 maja 2003.
• [45] Szczechowiak E. 2023. „Charakterystyka energetyczna budynków - ewolucja metodologii obliczeń”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 54, (10): 3-12. DOI: 10.15199/9.2023.10.1
• [46] Turski M., Kępa A. 2023. „Systemy zaopatrzenia budynku w energię, a spełnienie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 54, (10): 38-43. DOI: 10.15199/9.2023.10.6
• [47] United Nations Environment Programme, Global alliance for buildings and construction: 2020 global status report for buildings and construction; towards a zero-emissions, efficient and resilient buildings and construction sector: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/03/f34/qtr-2015-chapter5.pdf
• [48] Witryna internetowa: https://dane.gov.pl/pl/dataset/797,typowe-latameteorologiczne-i-statystyczne-dane-klimatyczne-dla-obszaru-polskido-obliczen-energetycznych-budynkow
• [49] Zaborowska E. 2010. „Analiza wpływu parametrów budynku i źródeł ciepła na zapotrzebowanie na energię pierwotną budynku mieszkalnego wielorodzinnego”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 41, (3): 92-97.