Energochłonność budynku jednorodzinnego wyposażonego w podłogową instalacją ogrzewczą przy uwzględnieniu i nieuwzględnieniu strat ciepła do gruntu

• Autorzy: Muniak Damian P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2024.11.2

Warianty tytułu

EN

Energy Consumption of a Single-Family Building Equipped with an Underfloor Heating Installation, Taking Into Account and Excluding Heat Losses to the Ground

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zużycie energii przez budynki, w tym przez budynki mieszkalne, stanowi jeden z głównych punktów debaty, jaka toczy się od lat na najwyższych szczeblach unijnych i światowych szczytów klimatycznych i gospodarczych. Jest to podyktowane gwałtownie zachodzącymi zmianami klimatycznymi, będącymi efektem działalności człowieka i wynikającej z tego coraz większej emisji gazów cieplarnianych. Jednym z jej głównych składników jest emisja wynikająca z zaspokajania potrzeb cieplnych budynków, głównie potrzeb ogrzewczych. W skali globalnej budynki zużywają średnio około 35% całkowitej energii zużywanej przez człowieka, a w krajach członkowskich Unii Europejskiej jest to ok. 40%, przy czym energia ta pochodzi głównie ze źródeł nieodnawialnych. Zmiany prawne, jakie zachodzą w zakresie energochłonności budynków skupiają się głównie na termomodernizacji oraz na źródłach energii i nośnikach energii pierwotnej, wskazując na potrzebę przejścia w pełni na odnawialne źródła energii. W dyskusji tej mówi się również o wskaźnikach energetycznych różnego rodzaju systemów ogrzewczych. W tym kontekście w artykule przeanalizowano zagadnienie związane z pracą podłogowej instalacji ogrzewczej i jej wpływem na energochłonność budynku przy uwzględnieniu i nieuwzględnieniu strat ciepła do gruntu. Jest to warunek wyboru, który nie występuje w przypadku klasycznej instalacji ogrzewczej wyposażonej w grzejniki konwekcyjne, dla których nie można pominąć strat ciepła z pomieszczenia do gruntu, przez podłogę na gruncie. Różnica taka wynika stąd, że w przypadku grzejników podłogowych temperatura podłogi jest wyższa, niż temperatura powietrza w pomieszczeniu, więc ciepło jest przekazywane od podłogi do tego pomieszczenia i w związku z tym nie występują straty ciepła z pomieszczenia do gruntu, przez tę podłogę. W przypadku grzejników konwekcyjnych sytuacja jest odwrotna. Analizy dokonano dla typowego budynku mieszkalnego jednorodzinnego, zlokalizowanego w Polsce i dla kilku wybranych lokalizacji, ze wszystkich pięciu stref klimatycznych na które, zgodnie z prawem, kraj podzielony jest w okresie zimowym. Analiza przeprowadzona jest z użyciem specjalistycznego oprogramowania komputerowego, służącego do wyznaczania projektowego obciążenia cieplnego i sezonowego zapotrzebowania na ciepło oraz równoważeniu cieplno-hydraulicznemu instalacji. Wyniki wskazują, że w przypadku nieuwzględniania strat ciepła przez podłogę na gruncie sezonowe zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze średnio o ok. 4,8% w stosunku do sytuacji uwzględnienia tych strat. Na podobnym poziomie kształtuje się różnica w całkowitej zużywanej energii, jako suma energii elektrycznej i ciepła. Projektowe obciążenie cieplne budynku jest mniejsze średnio o ok. 19,6%. Wyniki obliczeń porównano też do sytuacji, w której analizowany budynek obsługuje instalacja z grzejnikami konwekcyjnymi. W tym przypadku odnotowano jeszcze większe różnice w łącznym sezonowym zapotrzebowaniu na ciepło do ogrzania budynku i w energii elektrycznej zużywanej przez pompę obiegową – ok. 24%. W projektowym obciążeniu cieplnym różnica wyniosła ok. 26%.

EN

Energy consumption in buildings, including residential buildings, is one of the main points of the debate that has been going on for years at the highest levels of EU and global climate and economic summits. This is dictated by rapidly occurring climate changes, which are the effects of human activity and the resulting increasing emissions of greenhouse gases. One of the main components of this emission is the emission resulting from meeting the thermal needs of buildings, mainly heating needs. Globally, 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. Legal changes taking place in the field of energy consumption of buildings focus mainly on thermal modernization and on energy sources and primary energy carriers, indicating the need to fully switch to renewable energy sources. This discussion also talks about energy indicators of various types of heating systems. In this context, the article analyzes the issue related to the operation of the underfloor heating system and its impact on the building’s energy consumption, taking into account and excluding heat losses to the ground. This is a selection condition that does not occur in the case of a classic heating installation equipped with convection radiators, for which heat losses from the room to the ground, through the floor, cannot be ignored. This difference is due to the fact that in the case of underfloor radiators, the floor temperature is higher than the air temperature in the room, so the heat is transferred from the floor to the room and therefore there are no heat losses from the room to the ground through the floor. In the case of convection heaters, the situation is the opposite. The analysis was performed for a typical detached house located in Poland and for several selected locations from all five climatic zones into which, according to law, the country is divided in winter. The analysis is carried out using specialized computer software used to determine the design heat load and seasonal demand for heat energy, as well as thermal-hydraulic balancing of the installation. The results indicate that when heat losses through the floor on the ground are not taken into account, the seasonal demand for thermal energy is lower on average by approximately 4.8% compared to the situation when these losses are taken into account. The difference in total energy consumed as the sum of heat and electricity is at a similar level. The design thermal load of the building is reduced by approximately 19.6% on average. The calculation results were also compared to the situation in which the analyzed building is equipped with an installation with convection radiators. In this case, even greater differences were noted in the total seasonal heat demand for heating the building and in the electricity consumed by the circulation pump – approx. 24%. In the design heat load, the difference was approx. 26%.

Słowa kluczowe

PL

energochłonność budynków; system ogrzewczy; 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 11
• Strony: 7--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., mapy, rys., tab.

Twórcy

autor

Muniak Damian P.

• Katedra Energetyki, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków, Polska

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

Bibliografia

• [1] 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/PL/ALL/?uri=CELEX%3A32023L1791, dostęp 28.09.2024 r.
• [2] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (wersja przekształcona), https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=CELEX%3A02010L0031-20210101, dostęp 28.09.2024 r.
• [3] Komunikat Komisji Do Parlamentu Europejskiego, Rady Europejskiej, Rady, Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów, Europejski Zielony Ład, https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=CELEX:52019DC0640, dostęp 28.09.2024.
• [4] Komunikat Komisji Do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów, Fala Renowacji Na Potrzeby Europy – Ekologizacja Budynków, Tworzenie Miejsc Pracy, Poprawa Jakości Życia, https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=CELEX%3A52020DC0662, dostęp 28.09.2024 r.
• [5] Muniak D. 2024. „Analiza energochłonności budynku jednorodzinnego w zależności od systemu jego ogrzewania. Część I – Model obliczeniowy”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 55(03): 19-24. DOI:10.15199/9.2024.3.3
• [6] Muniak D. 2024. „Analiza energochłonności budynku jednorodzinnego w zależności od systemu jego ogrzewania. Część II – Obliczenia”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 55(04): 9-14. DOI: 10.15199/9.2024.4.2
• [7] Polska Norma PN-EN 12831:2006: Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.
• [8] Polska Norma PN-EN ISO 13790: Energetyczne właściwości użytkowe budynków - Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia.
• [9] 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

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).