ENERGETSKI PRERAČUN OGREVANJA IN HLAJENJA STANOVANJSKE HIŠE magistrsko delo Študent: Študijski program: Mentor: Somentor: Lektorirala: Renato Strojko magistrski študijski program 2. stopnje Energetika red. prof. dr. Jurij Avsec doc. dr. Zdravko Praunseis Alenka Cizel Krško, marec 2014 I
II
ZAHVALA Zahvaljujem se red. prof. dr. Juriju Avscu ter doc. dr. Zdravku Praunseisu za sodelovanje in druženje tekom mojega šolanja, ki se nikoli v življenju ne konča. III
ENERGETSKI PRERAČUN OGREVANJA IN HLAJENJA STANOVANJSKE HIŠE Ključne besede: energetska učinkovitost objektov, energetska izkaznica, energetski izračun, ogrevanje in hlajenje stanovanjskih objektov UDK: 728.3.025.4:699.86:536.68(043.3) Povzetek Magistrska naloga vsebuje energetski preračun ogrevanja in hlajenja obstoječe enostanovanjske hiše na podlagi podanih predlogov za rekonstrukcijo z namenom doseganja predpisane energetske učinkovitosti, ki temelji na veljavni zakonodaji, to sta pravilnika PURES 2010 in TSG-1-004:2010, ki sta nastala na podlagi evropske direktive EPBD 2002 in prenovljene direktive EPBD 2010. Energetski preračun temelji na»starih«, a še vedno veljavnih standardih in primerjalno na novi metodologiji skladno s standardom ISO EN 13790, ki je tudi osnova za izdelavo računske energetske izkaznice. Opisani so tudi praktični predlogi za rekonstrukcijo stanovanjske hiše z namenom povečanja energetske učinkovitosti. Zaključek magistrske naloge podaja razmišljanje o uporabnosti standardov, na katerih temeljijo izračuni za preračunavanje potrebne toplote za ogrevanje in hladu za ohlajanje stavb. IV
ENERGY ANALYSIS OF HEATING AND REFRIGERATION SYSTEM FOR FAMILY HOUSE Key words: energy efficiency of buildings, energy performance certificate, energy analysis and calculation, heating and refrigeration of buildings UDK: 728.3.025.4:699.86:536.68(043.3) Abstract The master's thesis contains energy analysis and calculation of heating and refrigeration systems of an existing single dwelling on the basis of given proposals for its reconstruction in order to achieve required energy efficiency based on applicable legislation two regulations PURES 2010 and TSG-1-004:2010, based on European Directive EPBD 2002 and renewed Directive EPBD 2010. The energy analysis and calculation is based on the»old«but still valued standards and compared to a new methodology according to standard EN ISO 13790 which served as a base for preparing an energy performance certificate. The thesis also presents practical technical proposals for reconstruction of the single dwelling with the purpose to increase energy efficiency. The thesis finishes with the author's considerations about the use of standards calculations for conversion of needed heat for heating and cold for refrigeration of buildings are based on. V
KAZALO VSEBINE 1 UVOD... 1 2 ENERGETSKO UČINKOVITA STAVBA ZAKONODAJA... 3 2.1 NAČRTOVANJE ENERGETSKO UČINKOVITEGA OBJEKTA... 3 2.2 ENERGETSKO UČINKOVITA STAVBA ZAKONODAJA... 5 2.3 POGOJI ZA ENERGETSKO UČINKOVITO STAVBO... 5 3 ZASNOVA ENERGETSKO UČINKOVITE STAVBE... 8 3.1 STANOVANJSKA STAVBA PRED REKONSTRUKCIJO OBSTOJEČE STANJE... 8 3.2 PREDLOGI ZA REKONSTRUKCIJO OBSTOJEČE STANOVANJSKE HIŠE Z NAMENOM POVEČANJA ENERGETSKE UČINKOVITOSTI... 11 3.3 IZBOLJŠAVE TOPLOTNEGA OVOJA... 13 3.3.1 Strop mansarde strešna konstrukcija...14 3.3.2 Talna plošča mansarde...16 3.3.3 Talna plošča pritličja...16 3.3.4 Talna plošča kleti...17 3.3.5 Zunanja stena - fasada...19 3.4 ZAMENJAVA STAVBNEGA POHIŠTVA... 21 3.4.1 Zahteve za stavbno pohištvo...21 3.4.2 Izbira stavbnega pohištva...21 3.4.3 Toplotni mostovi in zrakotesnost stavbe...23 3.5 ZAMENJAVA SISTEMOV... 25 3.5.1 Rekuperacijsko prezračevanje...25 3.5.2 Namestitev SSE kolektorjev za pripravo tople sanitarne vode...27 3.5.3 Prenova in dopolnitev ogrevalnega sistema...28 VI
4 ENERGETSKI IZRAČUNI... 30 4.1 ZUNANJA PROJEKTNA TEMPERATURA IN VHODNI PODATKI... 30 4.2 IZRAČUN PROJEKTNE POTREBNE TOPLOTNE OBREMENITVE PO SIST EN 12381 ZA OBSTOJEČE STANJE (PRED REKONSTRUKCIJO)... 33 4.2.1 Izračun skupnih toplotnih izgub...33 4.2.2 Izračun transmisijskih toplotnih izgub...34 4.2.3 Izračun ventilacijskih toplotnih izgub...35 4.2.4 Izračun toplotne obremenitve prostora za ogrevani prostor...35 4.2.5 Ogrevanje s prekinitvami...36 4.2.6 Skupna vsota toplotne obremenitve stavbe...37 4.2.7 Primer izračuna toplotne obremenitve prostora, primerjava pred in po rekonstrukciji...37 4.3 PRERAČUN HLADILNE OBREMENITVE STANOVANJSKE HIŠE PO VDI 2078 41 4.3.1 Hladilna obremenitev teoretične osnove in izračun...42 4.3.2 Notranja hladilna obremenitev...43 4.3.3 Zunanja hladilna obremenitev...50 4.3.4 Skupna hladilna obremenitev...61 4.4 IZRAČUN POTREBNE TOPLOTE ZA OGREVANJE IN POTREBNEGA HLADU ZA HLAJENJE PO EN 13790... 62 4.4.1 Izračun potrebne toplote za ogrevanje po SIST EN ISO 13790...63 4.4.2 Izračun potrebnega hladu za hlajenje po EN 13790...78 5 REZULTATI... 83 5.1 IZRAČUN TOPLOTNE OBREMENITVE PRED IN PO REKONSTRUKCIJI... 83 5.2 PRIMERJAVA TOPLOTNE IN HLADILNE OBREMENITVE PRED IN PO REKONSTRUKCIJI... 85 VII
5.3 PRIMERJAVA MED IZRAČUNANIMI VREDNOSTMI IN VREDNOSTMI, DOBLJENIMI PRI IZRAČUNU S PROGRAMOM ZA IZDELAVO EI... 87 5.4 PRIMERJAVA ENERGETSKIH KAZALCEV PRED IN PO REKONSTRUKCIJI STANOVANJSKE HIŠE... 89 6 SKLEPI ZAKLJUČKI... 96 VIRI IN LITERATURA... 98 PRILOGE... 101 PRILOGA A: ENERGETSKA IZKAZNICA STAVBE... 101 PRILOGA B: IZKAZ ENERGIJSKIH LASTNOSTI STAVBE... 103 PRILOGA C: TLORIS IN PREREZ STANOVANJSKE HIŠE PRITLIČJE IN MANSARDA... 109 PRILOGA D: IZRAČUN PROJEKTNE POTREBNE TOPLOTNE OBREMENITVE... 112 PRILOGA E: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV AVTORJA... 133 PRILOGA F: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA... 134 VIII
KAZALO SLIK Slika 1.1: Stanovanjska hiša... 1 Slika 2.1: Načrtovanje toplotnih izgub in dobitkov za energetsko učinkovit objekt [2]... 4 Slika 3.1: Prerez prezračevane strehe nizko energetske hiše [6]... 14 Slika 3.2: Najnovejša in energetsko najučinkovitejša izolacija talne plošče [7]... 18 Slika 3.3: Zunanja kontaktna fasada (simbolno), opeka POROTHERM 30 S P+E [8]... 19 Slika 3.4: Okno Jelovica tip Jelostar [9]... 22 Slika 3.5: Lesena polkna [9]... 22 Slika 3.6: Pasivna vhodna vrata M-Sora [10]... 23 Slika 3.7: Blower door test za merjenje zrakotesnosti stavbe [11]... 24 Slika 3.8: Prezračevanje z rekuperacijo [12]... 26 Slika 3.9: Shema zračnih tokov pri rekuperacijskem prezračevanju [13]... 26 Slika 3.10: Prezračevanje v nočnem času z obvodno loputo [14]... 27 Slika 3.11: Vakuumski cevni sončni kolektorji [15]... 28 Slika 3.12: Peč na biomaso Viadrus VHU 26... 29 Slika 4.1: Določitev koordinat stavbe... 30 Slika 4.2: Klimatski podatki za stavbo na podlagi koordinat stavbe... 31 Slika 4.3: Shema notranjih in zunanjih hladilnih obremenitev [17]... 42 Slika 4.4: Shema za računanje hladilne obremenitve skozi zidove [20]... 49 Slika 4.5: Shematski prikaz cone, toplotnega ovoja in kondicionirane površine... 62 Slika 5.1: Energetski podatki za hišo pred rekonstrukcijo... 85 Slika 5.2: Energetski podatki za hišo po rekonstrukciji... 85 Slika 5.3: Raba celotne energije po energentih pred in po rekonstrukciji... 93 IX
KAZALO TABEL Tabela 2.1: Maksimalne toplotne prehodnosti posameznih konstrukcijskih sklopov [4]... 6 Tabela 3.1: Ukrepi za povečanje energetske učinkovitosti obstoječe stanovanjske hiše... 11 Tabela 3.2: Sestave novega ostrešja [6]... 15 Tabela 3.3: Sestava in izbrani material za talno ploščo mansarde... 16 Tabela 3.4 Sestava in izbrani material za talno ploščo pritličja... 17 Tabela 3.5: Sestava in izbrani material za talno ploščo kleti... 17 Tabela 3.6: Sestava in izbrani material za zunanjo fasado... 20 Tabela 4.1: Izračunane toplotne prehodnosti konstrukcijskih elementov pred in po rekonstrukciji... 37 Tabela 4.2: Vhodni podatki dimenzij prostorov stanovanjske hiše... 38 Tabela 4.3: Izračun toplotne obremenitve za prostor dnevna soba... 39 Tabela 4.4: Vrednosti oddajanja toplote in vodne pare pri ljudeh [19]... 44 Tabela 4.5: Izračunane vrednosti toplotnih tokov ljudi... 45 Tabela 4.6: Vrednosti oddajanja toplote za stroje in naprave [19]... 48 Tabela 4.7: Izračunane vrednosti zunanje hladilne obremenitve skozi steno ob različnih časih za mesec julij... 54 Tabela 4.8 Izračunane vrednosti zunanje hladilne obremenitve skozi steno ob različnih časih za september... 55 Tabela 4.9: Izračunane vrednosti hladilne obremenitve skozi okna zaradi konvekcije in kondukcije... 56 Tabela 4.10: Izračunane vrednosti hladilne obremenitve skozi okna zaradi sevanja za mesec julij... 58 Tabela 4.11: Izračunane vrednosti hladilne obremenitve skozi okna zaradi sevanja za september... 58 X
Tabela 4.12: Hladilne obremenitve zaradi naravne ventilacije... 60 Tabela 4.13: Skupna izračunana hladilna obremenitev... 61 Tabela 4.14: Toplotne prehodnosti in transmisijski koeficienti konst. elementov... 65 Tabela 4.15: Parametri za izračun sončnih dobitkov... 74 Tabela 4.16: Dnevna količina sončnega sevanja za izbrane koordinate, Wh/m 2... 75 Tabela 4.17: Izračun vrednosti sončnih pritokov po mesecih, kwh... 75 Tabela 4.18: Prikaz pritokov in izgub ter izračun potrebne letne toplote za ogrevanje Q NH... 78 Tabela 4.19: Parametri za izračun toplotnih dobitkov... 80 Tabela 4.20: Izračunani sončni dobitki za določene mesece (kwh)... 81 Tabela 4.21: Prikaz pritokov in izgub ter izračun letnega potrebnega hladu za hlajenje Q NC... 82 Tabela 5.1: Primerjava med izračunanimi toplotnimi obremenitvami pred in po rekonstrukciji... 83 Tabela 5.2: Primerjave vrednosti toplotne in hladilne obremenitve pred in po rekonstrukciji... 86 Tabela 5.3: Primerjava med izračunanimi vrednostmi klasično in s pomočjo programa... 88 Tabela 5.4: Primerjava energetskih kazalcev pred in po rekonstrukciji... 90 Tabela 5.5: Primerjava količnikov toplotnih izgub pred in po rekonstrukciji... 91 Tabela 5.6: Primerjava vrednosti energij pred in po rekonstrukciji... 92 XI
UPORABLJENI SIMBOLI A Površina a Toplotna difuzivnost B` - Karakteristična dimenzija poda b Koeficient prepustnosti sončnega sevanja c Specifična toplota d Debelina E Nazivna moč F Faktor različnih vplivov (zasenčenost, vpliv zaves, okenski okvir) g Prepustnost sončnega sevanja H Koeficient toplotne izgube I Vrednost sončnega sevanja l Faktor istočasnosti N Število ljudi n Število izmenjav zraka P Moč p Tlak Q Toplota Ó Toplotni tok q Oddaja toplote človekovega telesa R Toplotna upornost s Koeficient hladilne obremenitve T Temperatura t Čas XII
U Toplotna prehodnost V Volumen v Hitrost z Del dneva, čas α Toplotna prestopnost δ Debelina ρ Gostota η Izkoristek Φ Toplotni tok izgub λ Toplotna prevodnost μ Faktor obremenitve γ Razmerje toplotnih dobitkov in toplotnih izgub ψ Linijska toplotna prehodnost χ Točkovna toplotna prehodnost τ Časovna konstanta stavbe υ Temperatura w Debelina XIII
UPORABLJENE KRATICE PURES Pravilnik o učinkoviti rabi energije za stavbe TSG Tehnična smernica EPBD Directive on Energy Performance of Buildings VDI Verein Deutscher Ingenieure ISO International standard organisaton TČ Toplotna črpalka EI Energetska izkaznica NEH Nizkoenergetska hiša ELKO Eksta lahko kurilno olje SSE Sprejemnik sončne energije OVE Obnovljivi viri energije ARSO Agencija Republike Slovenije za okolje URE Elaborat gradbene fizike za področje učinkovite rabe energije v stavbah XIV
1 UVOD Energetska učinkovitost pridobiva danes vse večji pomen zaradi vse večjih stroškov energentov, same izrabe dragocenih energetskih virov ali pa okoljskih vplivov. Ozaveščenost ljudi sicer počasi narašča, vendar je tu vsekakor pomembna ustrezna zakonodaja. Ta igra ključno vlogo pri projektiranju stavb in določa ustrezno izbiro materialov ter konstrukcijskih rešitev, ki se z analizo določijo v nalogi. Energetska učinkovitost stavbe se prične že z idejno zasnovo oz. celo z nakupom parcele, kjer je pomembna lega stavbe. Tako nas že v fazi projektiranja stavbe zakonodaja vodi z novim pravilnikom Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah, hkrati so tu še pripadajoče tehnične smernice, ki pripomorejo k ustrezni in učinkoviti izbiri materialov za posamezne konstrukcijske sklope. Materiali oz. konstrukcijski elementi so pri gradnji ključ, tako do udobnega bivalnega udobja kot do energetske (toplotne) učinkovitosti objekta. Zato je nujna analiza razpoložljivih materialov oz. konstrukcijskih rešitev glede na funkcionalnost, ceno in toplotno učinkovitostjo (izolativnost). Za optimalno dimenzioniranje materialov se konstrukcijo preračuna, in sicer v sorazmerju z investicijskimi stroški za doseganje maksimalne ekonomsko-energetske učinkovitosti. Slika 1.1: Stanovanjska hiša 1
Cilj naloge je prikazati postopek in pravilno izbiro metodologije za izdelavo energetsko učinkovite stavbe, kot to določa veljavna zakonodaja, pravilno izbiro materialov pri načrtovanju objekta, ki posledično vplivajo na projektiranje strojnih inštalacij (ogrevanje, hlajenje), s poudarkom na izračunu toplotnih izgub in toplotnih dobitkov, ki so potrebni pri izračunu potrebne toplote za ogrevanje in potrebnega hladu za hlajenje stanovanjske hiše na sliki 1.1, na podlagi obstoječih standardov, pravilnikov in smernic. V zaključku naloge s pomočjo energetskih kazalcev dokazati uspešnost planirane rekonstrukcije za povečanje energetske učinkovitosti stanovanjske hiše ter primerjati izračunane vrednosti, dobljene s pomočjo programa in s klasičnim izračunom. 2
2 ENERGETSKO UČINKOVITA STAVBA ZAKONODAJA Zaradi potreb po toplotnem ugodju, ki je opisan v prejšnjem poglavju, ki postajajo iz leta v leto skladno z razvojem človeške ozaveščenosti in razvoja tehnologije čedalje bolj zahtevne vsaj v razvitem delu sveta, so tako postale energijske potrebe za doseganje želenega oz. zakonsko predpisanega toplotnega okoja čedalje večje, kar dodatno povečuje potrebo po energiji, saj je na svetu tudi vedno več prebivalcev. Ker pa energije ni v izobilju, so energija oz. energenti, iz katerih se le-ta pridobiva, postali mednarodno strateško pomembni tako z ekonomskega kot geopolitičnega vidika. Zaradi varčevanja z energijo, vendar ne na račun toplotnega ugodja, se je Svet EU, katerega članica je tudi Republika Slovenija, odločil, da sprejme ustrezno zakonodajo, ki bo vodila ljudi in sisteme k zmanjšanju porabe primarne energije in posledično tudi k zmanjšanju količine CO 2. Projektiranje energetsko učinkovitih stavb se prične z izdelavo projektne oz. tehnične dokumentacije, ki je potrebna za pridobitev gradbenega dovoljenja. Pri projektiranju stavb je po slovenski zakonodaji potrebno upoštevati Zakon o graditvi objektov (ZGO), gradnja običajnih objektov pa je možna le ob izdaji gradbenega dovoljenja. 2.1 NAČRTOVANJE ENERGETSKO UČINKOVITEGA OBJEKTA Pri načrtovanju energetsko učinkovitega objekta je pomembno, da smo na energetsko učinkovitost pozorni že v sami zasnovi in upoštevamo toplotne izgube in dobitke, kot je to prikazano na sliki 2.1. Za projektno dokumentacijo, ki jo izvajamo, je dobro, da naredimo prve energetske izračune že takoj po prvih konceptualnih zasnovah in ugotovimo, kaj bi bilo smotrno upoštevati pri nadaljnjem razvoju projekta. 3
Priporočljivo je, da se že pred fazo idejnega projekta naredi energetska ocena parcele ter se ugotovi najbolj optimalna postavitev objekta in njegovih posameznih delov. Za potrebe tega segmenta si je potrebno ogledati parcelo, posneti stanje ter pripraviti analizo parcele vključno s shemami senčenja okoliških objektov, hribov, dreves. Te podatke je smotrno upoštevati pri zasnovi arhitekturnega koncepta objekta [1]. Slednje je razdeljeno v naslednje štiri faze: - analiza lokacije, kjer bo objekt postavljen (faktor oblike A/V, zasnova tlorisa, orientacija oken proti jugu, zapiranje hiše proti severu, omogočeno naravno prezračevanje za nočno ohlajevanje poleti, toplotni ovoj stavbe), - izdelava energetske bilance na nivoju idejnega projekta, - izdelava energetske bilance na nivoju izvedbenega projekta (elaborat o učinkoviti rabi energije - URE) in - spremljanje projekta med izvedbo [1]. Slika 2.1: Načrtovanje toplotnih izgub in dobitkov za energetsko učinkovit objekt [2] 4
2.2 ENERGETSKO UČINKOVITA STAVBA ZAKONODAJA Republika Slovenija je kot članica EU sledila direktivi EU-EPBD Recast (2010/31/EU, prej direktiva EU-EPBD 2002/91/EU), ki govori o energetski učinkovitosti stavb, dodatno pa sta bili še sprejeti direktiva o zmanjšanju porabe primarne energije ESD (2006/32/ESD) in direktiva EU-RES (2009/28/EC) o spodbujanju rabe obnovljivih virov energije (OVE), kjer ima Slovenija cilj, da bo imela leta 2020 25 % obnovljivih virov v končni porabi energije. Na osnovi zgoraj navedenih direktiv so v našo zakonodajo sprejeta nova določila in zahteve, ki jih naš Zakon o graditvi objektov ( ZGO-1) zajema in tako vpeljuje: - Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah (PURES 2010) - Tehnična smernica TSG-1-004:2010 Učinkovita raba energije. 2.3 POGOJI ZA ENERGETSKO UČINKOVITO STAVBO Energetska učinkovitost stavbe je dosežena, če so izpolnjeni naslednji pogoji, ki so definirani takole [3]:»Količnik specifičnih transmisijskih toplotnih izgub skozi površino toplotnega ovoja stavbe z izrazom Ht`(T) = H(T)/A mora biti manjši, kot to predpisuje enačba 2.1. ( ) ( 2.1 ) Kjer pomeni brez dimenzijsko število med površino oken ( z-gradbena odprtina) in površino toplotnega ovoja stavba. Za f (0) < 0,2 se upošteva f (0) =0,2; če je f (0) >1,0, se upošteva, da je f (0) = 1,0. 5
Dovoljena letna potrebna toplota za ogrevanje Q (NH) stavbe, preračunana na enoto kondicionirane površine A (u) oziroma prostornine V (e) stavbe, ne presega vrednosti po enačbi 2.2, ki velja za stanovanjske stavbe, kot je naš primer: ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( 2.2 ) Dovoljen letni potreben hlad za hlajenje Q (NC) stavbe, preračunan na enoto hlajene površine stavbe A (u), za stanovanjske stavbe, ne presega vrednosti po enačbi 2.3: ( ) ( ) ( 2.3 ) Letna potrebna energija za delovanje sistemov v stavbi Q (p), preračunana na enoto ogrevane površine A (u), ne presega vrednosti po enačbi 2.4: ( ) ( ) ( ( ) ( )) ( 2.4 ) Izračunana toplotna prehodnost U posameznega konstrukcijskega sklopa stavbe ne sme presegati mejnih vrednosti, določenih v tabeli 1 točke 3.1.1. tehnične smernice TSG oz. tabeli 2.1. Tabela 2.1: Maksimalne toplotne prehodnosti posameznih konstrukcijskih sklopov [4] Gradbena konstrukcija 6 U max (W/m 2 K) 1. Zunanje stene in stene proti neogrevanim prostorom 0,28 2. Zunanje stene in stene proti neogrevanim prostorom manjše površine, ki skupaj ne presegajo 10 % površine neprozornega dela zunanje stene ter terase manjše velikosti, ki skupaj ne presegajo 5 % površine strehe 3. Tla nad neogrevano kletjo, neogrevanim prostorom ali garažo 0,35 4. Tla nad zunanjim zrakom 0,30 0,60»se nadaljuje«
»nadaljevanje«gradbena konstrukcija U max (W/m 2 K) 5. Stene in medetažne konstrukcije med ogrevanimi prostori različnih enot, različnih uporabnikov ali lastnikov 0,90 6. Stene, ki mejijo na sosednje stavbe 0,50 7. Zunanja stena proti terenu, strop proti terenu in tla na terenu (ne velja za industrijske stavbe) 0,35 8. Medetažna konstrukcija proti neogrevanemu prostoru, ravna in poševna streha nad neogrevanim prostorom 9. Tla na terenu in tla nad terenom pri panelnem talnem ogrevanju (ploskovnem gretju) 0,30 10. Lahke zunanje vertikalne gradbene konstrukcije (pod 150 kg/m 2 ) 0,20 11. Okna, balkonska vrata gretih prostorov in greti zimski vrtovi 1,30 12. Strešna okna 1,40 13. Steklene strehe, svetlobniki, zimski vrtovi, svetlobne kupole 2,40 0,20 Energetska učinkovitost stavbe je dosežena, če je poleg zgornjih zahtev najmanj 25 odstotkov celotne končne energije za delovanje sistemov v stavbi zagotovljeno z uporabo obnovljivih virov (OVE) v stavbi. Pravilnik PURES 2010 dodatno predpisuje še druge dodatne zahteve glede na vrsto vira energije in druge možne tehnične rešitve, ki zadovoljijo, da je stavba energetsko učinkovita.«vsi predhodno našteti pogoji morajo biti prikazani v Izkazu energijskih lastnosti stavbe in Elaboratu gradbene fiike za področje učinkovite rabe energije v stavbah (URE), ki sta sestavna dela gradbene fizike in dokumentacije PGD, kar je pogoj za pridobitev gradbenega dovoljenja. Oba dokumenta bosta izdelana v tej nalogi in priložena kot sestavna dela v nadaljevanju. 7
3 ZASNOVA ENERGETSKO UČINKOVITE STAVBE Zahteve iz pravilnika PURES 2010 je potrebno upoštevati pri gradnji novih stavb in rekonstrukciji stavbe oziroma njenega posameznega dela, kjer se posega v najmanj 25 odstotkov površine toplotnega ovoja, če je to tehnično izvedljivo [3]. Določa tehnične zahteve, ki morajo biti izpolnjene za učinkovito rabo energije v stavbah na področju toplotne zaščite, ogrevanja, hlajenja, prezračevanja ali njihove kombinacije, priprave tople vode in razsvetljave v stavbah, zagotavljanja lastnih obnovljivih virov energije za delovanje sistemov v stavbi ter metodologije za izračun energijskih lastnosti stavbe v skladu z Direktivo 31/2010/EU. 3.1 STANOVANJSKA STAVBA PRED REKONSTRUKCIJO OBSTOJEČE STANJE Obstoječa stanovanjska hiša je bile rekonstruirana oz. skoraj v celoti (razen kleti) narejena v letu 2006, tako da takrat sedaj veljavni predpisi v smislu racionalnosti energij niso bili veljavni in tudi modni trendi izrazov nizko-energetskih in pasivnih objektov niso bili na splošno poznani. Hiša je bila projektirana in grajena na podlagi takrat obstoječih predpisov in na osnovi praktičnih izkušnje. V osnovi je bil izdelan soliden toplotni ovoj, to je fasada in strešna konstrukcija, vendar pri tem pozabil na določene stvari, ki so se kasneje pokazale kot ovire oz. vzroki za preveliko energetsko potratnost. Prvotno ogrevanje je bilo na zemeljski plin, ki je bil oz. je še vedno shranjen v zunanjem zemeljskem rezervoarju. Za ogrevanje nameščeni so radiatorji. Prav tako je v dnevni sobi vgrajen kamin, ki je domače izdelave. Nekajkrat mi je pozimi zmanjkalo plina, tako da smo se celo pozimi morali preseliti na drugo lokacijo za bivanje, kajti takrat sem hišo uporabljal kot pomožni objekt ob koncu tedna. 8
Zaradi zimskega neudobja v hiši, to je prisotnosti mraza, sem se leta 2010 odločil, da izboljšam ogrevanje hiše. Na podlagi pogovorov s širšim krogom ljudi in modnim trendom zadnje tehnike sem se odločil, da vgradim toplotno črpalko (TČ) zemlja/voda ter zraven dodam rezervno peč za olje/drva, istočasno pa je ostala še plinska peč kot rezerva za ogrevanje. Projekt samih strojnih inštalacij je bil narejen kvalitetno, in tudi sama izvedba, vendar je temeljil na enakih napakah kot prvič in to je, da določeni del toplotnega ovoja hiše ni dosegal dobre toplotne izolativnosti. V bistvu je manjkal celovit projekt z energetskega vidika. Prvo sezono je toplotna črpalka dobro delala. Ker tudi nismo imeli rešitve glede prezračevanja, to je dovoda svežega zraka, smo imeli več ali manj vedno odprta okna. Končalo se je finančno katastrofalno, kajti pri poračunu elektrike za TČ je bilo potrebno doplačati 1700 in nato vsak tekoči mesec plačevati akontacijo za električno energijo v višini 250. Tako je bil letni strošek ogrevanja skoraj 2300 brez drv za ogrevanje kamina. Zaradi časovne zmožnosti sem zadnji dve zimi kuril na drva, tako da se je strošek elektrike za TČ zmanjšal, strošek za drva pa je ostal enak. TČ je delovala za ogrevanje sistema samo ponoči in za ogrevanje sanitarne vode. Poleg tega se je vsako sezono TČ pokvarila, tako da je bila edina rešitev ogrevanje na kamin. Kamin je toplozračen, saj ima vgrajen ventilator, ki potiska hladen zrak preko ogreval v prostor. Problemi, ki se pojavljajo pri opisani kombinaciji ogrevanja, so naslednji: - neenakomerna porazdelitev temperatur v prostorih; v dnevnem prostoru so temperature tudi do 27 C, medtem ko v kopalnici manj kot 20 C, kljub temu da je vgrajeno talno gretje, vendar ker je senzorski kontakt nameščen v dnevnem prostoru, se ogrevanje preko TČ avtomatsko ustavi pri 22 C, - premajhna vlažnost v prostoru, kjer je prisotno toplozračno ogrevanje in to predvsem v zgornjih prostorih. V spodnjem prostoru se redno odpirajo vrata zaradi prinašanja polen za potrebe kamina (na vsake 2 do 4 ure vsaj enkrat), tako da je prisotno prezračevanje, - toplotno neugodje in neuravnoteženost v določenih prostorih; v dnevnem prostoru prevroče, medtem ko v prostoru spalnice ponoči premrzlo, tako da se je dogajalo, da se je ponoči soba ogrevala z električno pečjo. Tudi kopalnica je občutno 9
premrzla, kljub temu da ima vgrajeno talno gretje, kar je zelo neprijetno pri izvajanju osebne higiene, kajti človek želi čimprej zapustiti podhlajen prostor, - preslaba kvaliteta zraka v prostorih, tako da po večurnem umskem delu (študiju) nastopijo glavoboli. Pomanjkljivosti z energetskega vidika, ki so se pokazale tekom bivanja v stanovanjski hiši: - klet ni ogrevana; plošča med kletjo in pritličjem je nezadostno izolirana (betonska plošča d = 12 cm, mehka kamena volna d = 6 cm in ladijski pod d = 2 cm), - premajhna izolativnost oken, ki so lesena; faktor prehodnosti U w = 1,5 W/m 2 K; prav tako prisotna premajhna zrakotesnost stavbe, - premajhna izolativnost vhodnih vrat; faktor nepoznan, vrata so močno ukrivljena, tako da je prisotnost vdora hladnega zraka, - ogrevanje na kamin je energetsko neenakomerno in potratno (enkrat prevelik vpliv toplote, drugič majhen), ker ni avtomatske regulacije toplote, - ročno zagotavljanje oz. vklapljanje gretja/ne gretja (ogrevanje kopalnice in spalnice, kjer ni gretja v primeru kaminskega ogrevanje zaradi izklopa ogrevanja radiatorjev), - negotovost pri ocenitvi oz. izračune toplotne izolativnosti fasade; potrebna ponovna kalkulacija (fasada je prezračevana in obložena za fasadno dekorativno opeko, vmes je zrak; izolacija je mineralna volna d = 10 cm), - poleti je prisotno prekomerno pregrevanje stanovanjske hiše na južni strani, kjer je spalnica, tako da je potrebno pojačati toplotno izolacijo in/ali ohladiti prostore. Cilj rekonstrukcije oz. celovite energetske sanacije obstoječe stanovanjske hiše je izboljšati energetsko učinkovitost stavbe pri upoštevanju zakonodaje, ki je bila omenjena. Ker posegamo tudi v rekonstrukcijo več kot 25 procentnega deleža toplotnega ovoja stavbe, je potrebno pridobiti gradbeno dovoljenje in zaradi tega je potrebno izdelati celovito projektno dokumentacijo, vključno z elaboratom Učinkovita raba energije (URE). 10
3.2 PREDLOGI ZA REKONSTRUKCIJO OBSTOJEČE STANOVANJSKE HIŠE Z NAMENOM POVEČANJA ENERGETSKE UČINKOVITOSTI V tem poglavju bodo opisane posamezne aktivnosti, ki so se pokazale kot pomanjkljive in so potrebne, da se izboljša energetska učinkovitost stavb ob komentarjih oz. zahtevah po pravilnika Pures 2010 in TSG-1-004:2010. Prav tako bodo podani posamezni predlagani novi sklopi konstrukcij in sistemov, ki so potrebni za večjo energetsko učinkovitost stavbe. Zaradi vseh navedenih težav za bivanje sem se odločil za tretji korak prenove sistema ogrevanja oz. dodatka za ohlajevanje, ki ima izrazit poudarek z energetskega vidika ter ugodnega počutja oz. bivanja v stanovanjski hiši tako pozimi kot poleti. Zaradi obstoječe zaključene celote stanovanjske hiše, so možnosti za spremembe omejene, vendar so nujno potrebne za izboljšavo ugodnega počutja oz. bivanja. Ukrepi, ki se izvedejo v prvi fazi rekonstrukcije so podani v tabeli 3.1 in se upoštevajo pri izračunu. Tabela 3.1: Ukrepi za povečanje energetske učinkovitosti obstoječe stanovanjske hiše Ukrepi za povečanje energetske učinkovitosti stanovanjske hiše - povečati izolativnost zunanje stene oz. fasade stanovanjske hiše z dodatno toplotno izolacijo (dodatna izolativnost same fasade je sicer težko izvedljiva, kajti porušiti je potrebno vso fasado, kar predstavlja težko izvedljivo delo in pa tudi velik finančni strošek); pa vendar je to edini pravi dolgoročni ukrep, - zamenjava oz. dograditev toplotne izolacije podstrešja s celuloznimi kosmiči namesto kamene volne, pri tem se poveča debelina toplotne izolacije s sedanjih 20 cm na končnih 40 cm, - zamenjava oken in vrat (možnosti so lesena okna ali alu-les); vgraditi tudi senčila (rolete, žaluzije, polkna), - namestitev dodatne toplotne izolacije na tleh v kleti z ekstrudiranim polistirenom debeline 5 cm, - dokup in namestitev sprejemnikov sončne energije (SSE) za ogrevanje sanitarne vode, - vgradnja prezračevalnega sistema z rekuperacijo. Ukrepi, ki so predvideni v drugi fazi rekonstrukcije in se pri izračunu ne upoštevajo: - dograditev sistema ogreval; dodatno se za potrebe ogrevanja s toplotno črpalko izvede namestitev talnega gretja, ki je nizkotemperaturno in je z vidika bivalnega 11
okolja najbolj ugodno; za gretje v primeru kurjenja kamina, radiatorji ostanejo za ogrevanje z biomaso (drva, peleti), - obstoječi radiatorji se zamenjajo s konvektorji, ki pozimi služijo kot prezračevalni sistem, poleti pa prav tako za prezračevanje oz. pohlajevanje, - izolacija stropne plošče med kletjo in pritličjem (kot zaključek stropa položiti mavčno-kartonske plošče ter toplotno izolacijo iz mineralne volne; zaradi obstoječe višine v kleti, ki je omejena, tako da je nemogoče položiti več kot 5 cm debele toplotne izolacije), - zamenjava kamina; postavi se nov toplovodni kamin, ki ima zalogovnik in služi za ogrevanje v primeru talnega gretja in za ogrevanje tople sanitarne vode; analizira se možnost vgradnje z materiali, ki zadržujejo toploto (kaminski dodatki), potem se namreč toplota sprošča v okolje po principu toplozračnega ogrevanja; segrevanje zraka, ki doteka v ogrevalni prostor kamina in potem distribucija ogretega zraka s pomočjo ventilatorskega sistema v prostore stanovanjske hiše. Ogrevanje na kamin v stanovanjski hiši ostane z varnostnega vidika, v kolikor izpade električna energija, kljub temu da ga zakonodaja ne omenja oz. ga ne priporoča, vendar tudi izrecno ne nasprotuje, - v smeri SZ, kjer je popoldne uprto sonce v prostore spalnice, se naredi zunanjo steno iz lesa, ki bo oblikovala zunanji videz in prestregla sončno svetlobo (ali pa narediti unikaten izdelek, to je specifičen toplotni izmenjevalec, v katerem bi bil medij in le-ta bi se ogreval, tako da bi se ta energija uporabila za ogrevanje sanitarne vode poleti oz. tudi pozimi z manjšo močjo). V praksi se pri gradnji pojavljajo kot rešitve pred prekomernim ogrevanjem fasadnih površin zaradi izpostavljenosti soncu (lega objekta in okolice) razne pregrade, ki so po navadi iz lesa, vendar je težava pri tem, da je les kot tak izpostavljen različnim vremenskim spremembah in tako prej ali slej pride do poškodb lesa, tako da je potrebno tak sistem vzdrževati oz. sanirati (barvanje lesa). Tako je nastala ideja za izvedbo univerzalnega sončnega ščita, ki bi prispeval k izboljšanju energetske bilance celotnega sistema. Predlagane rešitve s stroškovnega vidika niso nič kaj racionalne, vendar so potrebne, kajti v primeru obstoječega sistema, ki je relativno tehnološko nov, so to v 12
danem trenutku realne možne rešitve, ki lahko pripeljejo k popolnosti sistema predvsem z vidika varnosti oz. zanesljivosti energetskega sistema oz. postrojenja, kajti v bivalni enoti, kjer je človek stalno prisoten, je potrebno imeti rezerve glede vrste energij, saj se lahko pojavijo težave pri dobavi ali izpadu električne energije. 3.3 IZBOLJŠAVE TOPLOTNEGA OVOJA Maksimalna toplotna prehodnost je podatek za kakovost toplotne zaščite ovoja stavbe je specifična toplotna prehodnost, označena z U, ki pove, koliko toplote preide v 1 sekundi skozi površino 1 m 2 konstrukcije pri temperaturni razliki zraka 1 stopinje kelvina med eno in drugo stranjo. Toplotna prehodnost je pravi pokazatelj toplotnih izgub, odvisna je od vrste materiala, njegove toplotne prevodnosti in debeline, skozi katero toplota prehaja. Čim višja je vrednost U, tem slabša je toplotna izoliranost konstrukcije, oz. so večje toplotne izgube. Bistvene spremembe se nanašajo na maksimalne dovoljene toplotne prehodnosti U max, zaradi česar bodo v praksi posledično potrebne večje debeline toplotne izolacije ovoja stavbe. Tako so bile do leta 2010 predpisane najvišje toplotne prehodnosti zunanjih sten 0,60 W/m 2 K. Po novem pravilniku pa so zahteve bistveno nižje, in sicer 0,28 W/m 2 K. Po novem pravilniku za prezračevano podstrešje velja 0,20 W/m 2 K, kar pomeni, da je potrebno vgraditi od 20 do 25 cm klasične toplotne izolacije. Če hočemo zadostiti normativom ter preprečiti izgubo toplote skozi stene, je potrebno veliko pozornosti posvetiti izbiri izolacije. Pri odločanju o izboru primernega materiala za toplotno zaščito stavbe upoštevamo več kriterijev, gotovo pa je najbolj izpostavljena lastnost materiala toplotna prevodnost λ (W/mK). Toplotnoizolacijskih materialov je na trgu zelo veliko, ki jih delimo glede na različne kriterije, kot npr. kemijsko sestavo in strukturo, glede fizikalno-kemijskih lastnosti in drugih vidikov, v zadnjem času postaja čedalje bolj izrazit ekološki kriterij. 13
3.3.1 Strop mansarde strešna konstrukcija Strehe so od vseh gradbenih konstrukcij najbolj izpostavljene atmosferskim vplivom, pogosto pa še dodatnim manjšim ali večjim mehanskim obremenitvam, zato jih je potrebno zaščiti s toplotnimi izolatorji, kar nam omogočajo sodobni gradbeni materiali in nove tehnične zasnove strešnih konstrukcij. Pri izbiri toplotne izolacije za strešno konstrukcijo je potrebno posvetiti pozornost na lastnost toplotnih izolacij in sicer: - toplotna prevodnost izolacijskega materiala, λ (W/mK), odločilna ob zimskem mrazu, - prevajanje toplote skozi obodne konstrukcije je v poletnem obdobju nestacionarno, porazdelitev temperatur v konstrukciji se spreminja zaradi periodičnih sprememb na zunanji površini. Pri tem je pomembna tudi toplotna difuzivnost, ki mora biti čim manjša [5]. Obstoječa strešna konstrukcija ima eno samo prezračevalno plast zraka, ki je ena izmed možnih kvalitetnih izvedb strehe Pri tej strešni konstrukciji je rezervna kritina vodo neprepustna in zelo paro prepustna sintetična folija z relativnim uporom difuzije vodne pare S d = 0,02 m. Sekundarna kritina se polaga na škarnike oz. na toplotno izolacijo, ležečo med škarniki. Slika 3.1: Prerez prezračevane strehe nizko energetske hiše [6] 14
Pri rekonstrukciji strehe sem izbral rešitev na sliki 3.1, ki je že standardna za pasivne hiše in sicer za strešno konstrukcijo, ki je optimalna s 400 mm toplotne in zvočne izolacije. To je celulozna izolacija, ki je vpihana med škarniki in zaradi gostote preprečuje pregrevanje in zagotavlja boljšo bivalno klimo skozi vse leto, kar je pomembno pri izbiri sistema ohlajevanja in prezračevanja [6]. Tako je skupna debelina strešne konstrukcije 513 mm v opisani sestavi, ki je podana v tabeli 3.2. Tabela 3.2: Sestave novega ostrešja [6] Strešna konstrukcija 01 Letve 50 mm 02 Prezračevalne letve 50 mm 03 Sekundarna kritina 0,2 mm 04 Nosilna konstrukcija 40 mm 05 Celuloza 400 mm 06 Letve 30 mm 07 Parna ovira 0,2 mm 08 Mavčno kartonska plošča Skupaj 12,5 mm 513 mm Sedanja prezračevana strešna konstrukcija ima sicer manjšo predpisano toplotno prehodnost, kot jo zahteva TSG, to je U maxstrehe < 0,2 W/m 2 K, vendar s predlagano rekonstrukcijo, to je vgraditev toplotne izolacije iz celuloze namesto kamene volne, dobimo skoraj dvakrat večjo toplotno upornost R strešnega sklopa oz. dvakrat manjšo toplotno prehodnost U= 0,113 W/m 2 K, in sicer tam, kjer so škarniki, oz. pri sami izolaciji pa manj kot 0,1 W/m 2 K. Učinki te predlagane rekonstrukcije bodo vidni pri izračunanih energetskih kazalcih, ki jih bomo primerjali med seboj, in sicer pred rekonstrukcijo in po rekonstrukciji. Izračunana vrednost toplotne prehodnosti je za novo predlagano strešno konstrukcijo povzeta od proizvajalca, ki pa bo dejansko izračunana s programom za izdelavo energetske izkaznice (EI). 15
3.3.2 Talna plošča mansarde Plošča mansarde oz. plošča nad pritličjem mora tudi biti izolirana, kajti drugače bo toplota bistveno hitreje prešla v zgornje prostore in bo pritličje neugodno za bivanje. Ker gre za ogrevano mansardo, ni potrebno, da je izolacija debela, tako da smo vzeli debelino 6 cm in estrih zaradi pohodnosti tal v mansardi. Toplotna izolacija mora imeti zadostno trdnost. V našem primeru smo izbrali priporočeno sestavo, ki se pojavlja v praksi in je opredeljena v naslednji tabeli 3.3. Tabela 3.3: Sestava in izbrani material za talno ploščo mansarde Sestava Material λ ( W/mK ) - pohodna obloga - parket d = 2,2 cm 0,21 - cementni estrih - estrih d = 6 cm 1,40 - ločilni sloj - PE folija d = 0,15 cm 0,19 - toplotna izolacija - kamena volna d = 6 cm 0,04 - nosilna betonska plošča - AB plošča d = 12 cm 2,33 - omet - stropni omet d = 1 cm 0,70 3.3.3 Talna plošča pritličja Talno ploščo pritličja lahko toplotno izoliramo na več načinov. Toplotno izolacijo sestavljata dve plasti: spodnja, nestisljiva in zgornja, mehkejša, s katero preprečujemo prenos zvoka po konstrukciji. Možne so tudi rešitve podnih konstrukcij, izdelanih po suhem postopku. Pri tem je potrebno podno oblogo ločiti od spodnjih slojev z ustreznimi ločilnimi sloji. Zaradi potrebe večje debeline toplotne izolacije je zato tudi višina vseh slojev nad nosilno konstrukcijo nekoliko višja od 14 do 16 cm. To pa je ugodno zlasti takrat, kadar so na stropni konstrukciji položene razne instalacijske cevi. V našem primeru smo izbrali priporočeno sestavo, ki se pojavlja v praksi in je opredeljena v naslednji tabeli 3.4. 16
Tabela 3.4 Sestava in izbrani material za talno ploščo pritličja Sestava Material λ (W/mK) - podna obloga - parket, keramika d = 2 cm 0,21 - cementni estrih - estrih d = 6 cm 1,4 - ločilni sloj - PE folija d = 0,15 cm 0,19 - sloj za akustično izolacijo - kamena volna d = 6 cm 0,04 - toplotna izolacija - nestisljiva kamena volna d = 10 cm 0,04 - nosilna betonska plošča - armiranobetonska plošča d = 15 cm 2,33 - omet - stropni omet d = 1 cm 0,7 3.3.4 Talna plošča kleti Posebno v kleteh je priporočljiva vgradnja hidroizolacije tudi po zidovih navzgor do višine gotovega tlaka. Hidroizolacijo sestavlja običajno en bitumenski varilni trak, položen na zglajeno površino. V našem primeru smo izbrali priporočeno sestavo, ki se pojavlja v praksi in je opredeljena v tabeli 3.5. Zaradi terena, ki ni moker oz. nima podzemnih dotokov vode, ni potrebne dodatne toplotne izolacije (ekstrudiran polistiren) pod ploščo, kar tudi vpliva na znižanje stroškov gradnje. Tabela 3.5: Sestava in izbrani material za talno ploščo kleti Sestava Material λ ( W/mK) - podna podlaga - keramika d = 2 cm 1,05 - cementni estrih - estrih d = 6 cm (ni vgrajen) 1,40 - ločilni sloj - PE folija 0,19 - sloj za akustično izolacijo - kamena volna d = 10 cm (ni vgrajena) 0,04 - nosilna betonska plošča - armiranobetonska plošča d = 20 cm 2,33 - toplotna izolacija - ekstrudirani polistiren d = 5 cm 0,04 - hidroizolacija - bitumenski trak d = 4 mm 0,19 - posteljica - zvaljana plast gramoza d = 30 cm in tanek sloj betona 1,40 - nasutje prodca - prodec 0,0 17
Talno ploščo imenujemo tla na terenu, ki so grajena na podložnem betonu med pasovnimi temelji. Temeljno ploščo imenujemo tudi nosilna betonska plošča, na kateri temelji celoten objekt. Pri talni plošči na podložni beton namestimo hidroizolacijo, nanjo položimo trdno toplotno izolacijo iz ekstrudiranega polistirena EXP (npr. FIBRANxps plošče komercialno ime). Pred vgradnjo plavajočega estriha razgrnemo penjeno folijo FIBRANxpe za dušitev udarnega zvoka [7]. Slika 3.2: Najnovejša in energetsko najučinkovitejša izolacija talne plošče [7] Toplotna izolacija je po novem pod temeljno ploščo kot je razvidno na sliki 3.2 iz sledečih razlogov: - toplotna izolacija, nameščena pod temeljno ploščo, zagotovi kontinuiran toplotni ovoj stavbe brez toplotnih mostov, - masivna temeljna plošča, ki ima odlično sposobnost akumulacije, ohranja stabilnost temperature v prostoru, zato toplotna izolacija nad temeljno ploščo ni zaželena. Rekonstrukcija posameznih plošč, tako talne kot plošče med mansardo, ni predvidena zaradi izvedljivosti same rekonstrukcije (v tem primeru bi bilo bolje na novo zgraditi stanovanjsko hišo, kar pa je seveda ekonomsko neupravičeno). Predvidena je samo dodatna toplotna izolacija na tleh v kleti z materialom ekrstrudiran polistiren d = 5 cm, kot je to razvidno v tabeli 3.5. 18
3.3.5 Zunanja stena - fasada Zunanje stene so pomemben del zgradbe, ker morajo prenašati mehanske obremenitve in ščititi notranjost zgradbe pred različnimi vplivi, kot so: padavine, nizke in visoke temperature, sončno sevanje, hrup in drugo. Zato moramo v zgradbah stene, ki mejijo na zunanji zrak, teren ali neogrevane prostore, čim bolj toplotno izolirati. Za zunanje stene ogrevanih objektov moramo uporabiti kakovostne toplotne izolacijske materiale, največkrat so to plošče iz kamene ali steklene volne, penjenega polistirena ali drugih materialov z vrednostjo toplotne prevodnosti od 0,03 do 0,05 W/mK. Priporočene debeline plošč, ki jih praviloma nameščamo na zunanji strani, znašajo od 5 do 15 cm, odvisno od ostalih konstrukcijskih materialov. Poznamo več fasadnih sistemov in eden izmed njih je tudi najbolj uveljavljena kontaktna fasada (kjer za zaščito toplotne izolacije uporabljamo tankoslojne in debelo slojne omete, ki so ojačani s tanko stekleno mrežico, drugi pa z jekleno mrežico). Poznani sistemi so: JUBIZOL, DEMIT, TERMOFAS in KOMBIFAS [1]. Slika 3.3: Zunanja kontaktna fasada (simbolno), opeka POROTHERM 30 S P+E [8] Za kontaktne fasadne sisteme se kot izolacijski materiali uporabljajo plošče iz stiropora (ekspandirani polistiren) in plošče iz mineralne volne (kamena volna, lamele). Kontaktna debelo slojna fasada se uporablja predvsem v novogradnjah, tako kot je v našem primeru. 19
Izolacijske plošče se lepijo in pritrjujejo še z dodatnimi sidri, ki imajo že izvedena držala za jekleno pocinkano mrežico. Mrežo napnemo preko vseh sider, s katerimi smo pritrjevali izolacijske plošče. Poleg izbire materiala, da dobimo ustrezno toplotno prehodnost, kot to določa zakonodaja, je potrebno posvetiti pozornost tudi difuziji vodne pare skozi gradbene konstrukcije. Izbral sem izolativno opeko Porotherm, tip 30 S P+E, prikazan na sliki 3.3, ki bistveno pripomore k izolativnosti ovoja stavbe, saj je tudi namensko razvita in ima nizko vrednost toplotne prevodnosti, ki je za polovico manjša kot pri drugih opekah. Na opeko smo z zunanje strani položili toplotno izolacijo iz kamene volne, debeline 14 cm. Celotna sestava zunanje fasade je razvidna v tabeli 3.6. Tabela 3.6: Sestava in izbrani material za zunanjo fasado Sestava fasade z materialom λ (W/mK) - zaključni dekorativni omet ( d = 1 cm) 0,87 - osnovni omet ( d = 1 cm) 0,107 - toplotna izolacija kamena volna (d = 14 cm) 0,037 - zidna opeka POROTHERM 30 S P+E (d = 30 cm) 0,23 - notranji omet (d = 1 cm) 0,70 (3.1) (3.2) 20
(3.3) Rezultat toplotne prehodnosti nove fasade je dober in sicer 0,18 W/m 2 K, ter je manjši od predpisanega in bistveno boljši od obstoječe fasade, ki ima toplotno prehodnost U obst.fasade = 0,288 W/m 2 K in ne ustreza predpisanim kriterijem. 3.4 ZAMENJAVA STAVBNEGA POHIŠTVA 3.4.1 Zahteve za stavbno pohištvo TSG v točki 3.1.3. za stavbno pohištvo predpisuje, da se lahko vgrajujejo okna, ki imajo zasteklitev s toplotno prehodnostjo U st največ 1,1, W/m 2 K in skupna toplotna prehodnost U w za lesena okna ne sme biti večja od 1,3 W/m 2 K. Pri načrtovanju in izbiri stavbnega pohištva je potrebno upoštevati in vgraditi senčila. 3.4.2 Izbira stavbnega pohištva Za nova okna sem izbral energetsko učinkovita okna Jelovice, tip Jelostar Wood Premium 9500 prikazan na sliki 3.4, s tro-slojno zasteklitvijo z alu-les okvirjem, ki so sicer cenovno višjega razreda, vendar imajo zelo dobre energetske lastnosti, kajti toplotna prehodnost celotnega okna je Uw = 0,94 W/m 2 K, ostali podatki: alu-les 78 mm profil, prehodnost stekla je Ug = 0,6 W/m 2 K. Značilnosti izbranega okna so odlična konstrukcijska trdnost, odlične izolativnosti lastnosti tros-lojne zasteklitve [9]. 21
Slika 3.4: Okno Jelovica tip Jelostar [9] Glede na to, da v poletnem času prihaja do pregrevanja stavbe skozi večje okenske površine, sem se odloči, da pri menjavi oken postavim tudi senčila, in sicer sem se odločil za klasična lesena polkna z gibljivimi lamelami, ki omogočajo delno prepuščanje svetlobe v prostor. S premikanjem lesenih lamel sami odločate o tem, koliko svetlobe želite v prostoru. Tako lahko nastavimo primerno svetlobo, prostor povsem zatemnimo ali pa lamele postavimo tako, da bo prostor osvetljen. Polkna nudijo tudi dodatno zaščito pred mrčesom ob odprtem oknu in so prikazana na sliki 3.5. Slika 3.5: Lesena polkna [9] 22
Za strešna okna v mansardi so izbrana okna z dvojno zasteklitvijo in okvirjem iz lesa, oblitim z belim poliuretanom, proizvajalca Velux, Tip GGL3073G, toplotne prehodnosti U = 1,4 W/m 2 K. Ostale značilnosti strešnega okna so možnost ročnega upravljanja okna z ročico na zgornji strani krila. Okno ima dvostopenjsko odpiranje; najprej se odpre prezračevalna loputa, nato okno. Standardna zasteklitev z lepljenim notranjim steklom in kaljenim zunanjim. Za vhodna vrata sem izbral vrata proizvajalca M Sora, d. d., tip Elagance, model E105, prikazan na sliki 3.6. Toplotna prehodnost vrat je U d,vgrajena = 0,8 W/m 2 K. Ne vgrajena vrata imajo U d = 0,75 W/m 2 K, zrakotesnost Q 100 = 0,55 m 3 /(hm), razred 3 po DIN 12207. Slika 3.6: Pasivna vhodna vrata M-Sora [10] 3.4.3 Toplotni mostovi in zrakotesnost stavbe Pri gradnji stanovanjske hiše se je potrebno izogibati vsem vrstam toplotnih mostov. Posebno pozornost je potrebno posvetiti pri montaži stavbnega pohištva. Priporočljivo je upoštevati RAL smernice za montažo, ki upošteva vgradnjo s tesnjenjem fuge med oknom in konstrukcijo v treh funkcijskih ravninah. 23
Zrakotesnost je s TSG predpisana za stavbno pohištvo kot samostojen element in za stavbo kot celoto ter ne sme preseči treh izmenjav zraka na uro. Praktična priporočila za nizkoenergijsko gradnjo omenjajo zrakotesnost med 1 in 1,5 h -1, pasivne hiše pa imjo še nižje vrednosti, in sicer 0,6 h -1. Zrakotesnost merimo z postopkom imenovanim Blower door test, kot prikazuje slika 3.7. Slika 3.7: Blower door test za merjenje zrakotesnosti stavbe [11] 24
3.5 ZAMENJAVA SISTEMOV 3.5.1 Rekuperacijsko prezračevanje Potreba po prezračevanju se je pokazala kot najbolj potrebna in željena rekonstrukcija, kajti pri zapiranju oken in vrat pred vdorom mrzlega zraka se je v notranjosti pojavil zatohel zrak, ki povzroča glavobol in slabost. Zakon je na eni strani zatesnil toplotni ovoj, tako da se je zmanjšala infiltracija svežega zraka v stavbo, kot je bil to običaj pri do sedaj zgrajenih stavbah, po drugi strani pa je predpisal ukrep, ki ga je prinesel razvoj tehnologije, in to je rekuperacijsko prezračevanje, kjer se v stavbo dovaja svež ogret zrak, ki mu toploto odda odpaden segret zrak, ki stavbo zapušča. Prezračevanje z rekuperacijo je prikazano na sliki 3.8. Razlike pri energetskih izgubah so zelo majhne, kajti najnovejši rekuperatorji imajo izkoristek do 95 %, strošek električne energije za ventilatorje in za električni grelnik pa je majhen oz. zanemarljiv. Shema zračnih tokov v rekuperatorju je prikazana na sliki 3.9. 25
Slika 3.8: Prezračevanje z rekuperacijo [12] Slika 3.9: Shema zračnih tokov pri rekuperacijskem prezračevanju [13] Cilj, ki ga želim doseči z rekuperacijskim prezračevanjem skupaj z zamenjavo toplotne izolacije strehe v mansardi, je ne le zagotoviti ustrezno kvaliteto zraka, temveč tudi zagotoviti učinkovito hlajenje stavbe v letnem času, kajti na podlagi izkušenj se pri večkratni zamenjavi zraka v nočnem času prostori primerno ohladijo. Nov toplotni ovoj z 26
izolacijo iz celuloznih vlaken ima dobro toplotno difuzivnost in tako ugoden parameter toplotne difuzivnosti zagotavlja ugoden fazni zamik in preprečuje vdor vročega zraka skozi toplotni ovoj v dnevnem času. Za dovod svežega zraka se tako položi cev v zemljo, dolžine do 50 m, kjer se svež zrak v nočnem času dodatno ohladi, kajti zemlja je poleti hladnejša kot ozračje. S tako kombinirano rešitvijo se izognemo dragi investiciji v klimatsko napravo za mehansko pohlajevanje zraka, in to je bil cilj snovalcev zakonodaje, kajti ugotovljeno je, da v zadnjem času stroški energije za pohlajevanje rastejo bistveno hitreje kot stroški za ogrevanje. Največje porabe električne energije so tako v poletnem času med 12. in 16. uro, takrat ko je zunaj najbolj vroče. Nočno prezračevanje izvajamo z rekuperatorjem, ki ima vgrajeno loputo za obvod zraka, kot je razvidno na sliki 3.10. Tako postane enota za rekuperacijo enota za prezračevanje. Slika 3.10: Prezračevanje v nočnem času z obvodno loputo [14] 3.5.2 Namestitev SSE kolektorjev za pripravo tople sanitarne vode Tehnična smernica TSG in Pures 2010 predpisujeta: da se energijsko učinkovitost sistema za pripravo tople vode zagotavlja z izborom energijsko učinkovitih hranilnikov tople vode in pripadajočih elementov, energijsko učinkovitim razvodom, uravnoteženjem in regulacijo sistema v stavbi, njenem delu ali prostoru [4]. Najbolj učinkovita in razširjena priprava tople vode je z sprejemniki sončne energije (SSE). 27
Odločil sem se, da za pripravo tople sanitarne vode namestim cevne sončne kolektorje, ki so trenutno najbolj ekonomični. To so vakuumski cevni sončni kolektorji prikazani na sliki 3.11, ki so dvakrat bolj učinkovati kot predhodni ploščati sončni kolektorji. Slika 3.11: Vakuumski cevni sončni kolektorji [15] 3.5.3 Prenova in dopolnitev ogrevalnega sistema Ogrevalnega sistem pri izvedbi rekonstrukcije ne bo prenovljen, ker že obstaja in je sodoben, temveč je potrebno preurediti le centralno krmiljenje, kajti glede na odločitev, da bom v prihodnosti ogreval stavbo z drvmi (so trenutno najcenejši vir, ker jih pripravim sam), sem ugotovil, da toplotni zalogovnik deluje preko mešalnega ventila le ob vključi toplotne črpalke (TČ), ki pa sicer ne deluje. Tako je potrebno samo ločiti sistem regulacije TČ od sistema regulacije kotla na polena. Peč, ki jo uporabljam, je Viadrus VHU 26 (na sliki 3.12), moči 26 kw, in izpolnjuje tehnične zahteve o izkoristkih generatorjev toplote, kjer piše, da je potrebno projektirati in v stavbe vgrajevati učinkovite generatorje, ki izpolnjujejo zahteve glede izkoristkov generatorjev na tekoča in plinasta goriva v skladu z direktivo Sveta 92/42/EGS. Za vse ostale generatorje, ki niso zajeti v tej direktivi, se sme projektirati in vgrajevati generatorjev toplote skladno z zahtevami standarda SIST EN 303. Ogrevala bodo ostala tako, kot so, kajti vgrajene imam radiatorje 28
Slika 3.12: Peč na biomaso Viadrus VHU 26 29
4 ENERGETSKI IZRAČUNI 4.1 ZUNANJA PROJEKTNA TEMPERATURA IN VHODNI PODATKI Zunanja projektna temperatura je odvisna od lokacije objekta oziroma kraja in katastrske občine. Za primer stanovanjske hiše v tej nalogi je zunanja projektna temperatura 13 C. Slika 4.1: Določitev koordinat stavbe 30
Slika 4.2: Klimatski podatki za stavbo na podlagi koordinat stavbe V programu Gurs Atlas okolja, ki je dostopen na spletnem strežniku, se na podlagi naslova stavbe oz. parcelne številke dobijo koordinate za stavbo, kot je razvidno na sliki 4.1. Nato se na podlagi dobljenih koordinat stavbe X, Y na spletnem strežniku ARSO (http://meteo.arso.gov.si/met/sl/climate/ tables/pravilnik-ucinkoviti-rabi-energije/) dobijo klimatski podatki za izbrane koordinate oz. stavbe, kar je razvidno na sliki 4.2. Klimatski podatki vsebujejo povprečne dnevne temperature zraka, temperaturni primanjkljaj, zunanjo projektno temperaturo ter sončna obsevanja za vse strani neba in za različne naklone. Pri stanovanjskih stavbah se za določitev letne potrebne toplote za ogrevanje stavbe upošteva notranja projektna temperatura 20 C [TSG-1-004:2010]. Temperaturni primanjkljaj je vsota razlik med notranjo temperaturo (20 C) in povprečno dnevno temperaturo zraka po vseh dneh ogrevalne sezone. Upoštevajo se le dnevi, ko je povprečna zunanja temperatura zraka manjša od 12 C. Podatek za lokacijo se dobi s karte temperaturnega primanjkljaja oz. na spletni strani ARSO. Za stanovanjsko hišo v tej nalogi je temperaturni primanjkljaj DD = 3300 dan K. 31
Toplotne izgube nastanejo zaradi prehoda toplote skozi ovoj stavbe ter so odvisne od površine in toplotne prehodnosti posameznega elementa ter klimatskih pogojev. Na podlagi znanih površin posameznih elementov, oken, sten, stropov, tal in njihovih toplotnih prehodnosti lahko določimo potrebno letno količino energije za ogrevanje za posamezne kraje. Pri računanju toplotnih izgub v tla pod stavbo upoštevamo ustrezne korekcijske vrednosti, saj so tla pozimi toplejša od okolice. Toplotna prehodnost je podatek, ki ga zapišemo kot U (z enoto W/m 2 K) in nam podaja količino energije, ki se izgublja skozi površino 1 m 2 elementa stavbe (stene, okna, tal, stropa...) pri temperaturni razliki 1 stopinje med obema stranema elementa. Toplotno prehodnost izračunamo na podlagi toplotne prevodnosti (λ) in debeline (δ) posameznih sestavnih delov gradbene konstrukcije ali pa jo izmerimo s posebno napravo. Čim bolje se določeni enojni ali večplasten element, stena, vrata ali okno upira prehodu toplote, tem manjši je faktor U. (4.1) kjer je: debelina materiala (m) toplotna prevodnost materiala (W/mK) α n in α z toplotna prestopnost na zunanji in notranji strani stene (W/m 2 K) Toplotne izgube Q skozi ovoj stavbe (transmisijske izgube) so izgube skozi konstrukcijske elemente ovoja stavbe (zid, okna, streha...) in jih izračunamo kot vsoto produktov površin konstrukcijskih elementov A, skozi katere prihaja toplota, toplotnih prehodnosti U 32
konstrukcijskih elementov in temperaturne razlike ΔT skozi posamezne konstrukcijske elemente. Toplotnim izgubam v časovni enoti pravimo tudi toplotni tok izgub. [ ] (4.2) 4.2 IZRAČUN PROJEKTNE POTREBNE TOPLOTNE OBREMENITVE PO SIST EN 12381 ZA OBSTOJEČE STANJE (PRED REKONSTRUKCIJO) Za obstoječe stanje stanovanjske stavbe, to je pred predlagano energetsko rekonstrukcijo, bomo izračunali projektno toplotno obremenitev, ki jo s strojniškega oz. projektantskega stališča imenujemo tudi izračun projektne toplotne moči za ogrevanje, kar praktično pomeni, da gre za dimenzioniranje ogrevalne naprave, to je toplotnega generatorja za potrebe ogrevanja stavbe. V naši nalogi je računski postopek izveden na podlagi poenostavljenega postopka po SIST EN 12381. Za poenostavljen postopek mora biti v nacionalnem dodatku standarda EN 12831 določeno, v katerih primerih se lahko uporablja; v kolikor tega ni, se načeloma lahko uporablja samo pri izračunu toplotnih izgub za stanovanjske stavbe z netesnostjo ovoja n 50 < 3 h -1 in ne več kot tremi stanovanji. 4.2.1 Izračun skupnih toplotnih izgub Izračun skupnih toplotnih izgub za i-ti ogrevani prostor Φ i se naredi po naslednji enačbi: 33
( ) (4.3) kjer je: Φ T,i izračunana transmisijska toplotna izguba za i-ti ogrevani prostor, (W) Φ V.i izračunana ventilacijska toplotna izguba za i-ti ogrevani prostor, (W) temperaturni korekcijski faktor za upoštevanje višje temperature obravnavanega prostora glede na sosednje prostore (npr. kopalnica). Za prostore z višjo temperaturo je ta faktor 1,6. 4.2.2 Izračun transmisijskih toplotnih izgub Izračun transmisijskih toplotnih izgub Φ T,i za ogrevani i-ti prostor se opravi po naslednji enačbi: ( ) (4.4) kjer je: f k korekcijski faktor za k-ti element stavbe, Ak površina k-tega elementa stavb (m 2 ) in U k toplotna prehodnost k-tega elementa stavbe (W/m 2 K). Temperaturni korekcijski faktor f k za poenostavljeno metodo izračuna transmisijskih toplotnih izgub je podan v tabelah omenjenega standarda SIST EN 12831 in upošteva vpliv toplotnih mostov. 34
4.2.3 Izračun ventilacijskih toplotnih izgub Izračun ventilacijskih toplotnih izgub enačbi: za i-ti ogrevani prostor se naredi po naslednji ( ) (4.5) kjer je: minimalni volumski tok zraka (izmenjava zraka) i-tega ogrevanega prostora, zahtevan iz higienskih razlogov (m 3 /h). Minimalni volumski tok i-tega ogrevanega prostora je zahteva iz higienskih razlogov in se izračuna po naslednji enačbi: (4.6) kjer je n min minimalna izmenjava zraka v prostoru z zunanjim zrakom v eni uri (h -1 ) V i prostornina i-tega ogrevanega prostora (m 3 ) 4.2.4 Izračun toplotne obremenitve prostora za ogrevani prostor Skupna toplotna obremenitev Φ HL,i i-tega ogrevanega prostora se izračuna po naslednji enačbi: 35
(4.7) kjer je: Φ i skupna izračunana toplotna izguba i-tega ogrevanega prostora (W) Φ RH,i grelna kapaciteta i-tega ogrevanega prostora (W) 4.2.5 Ogrevanje s prekinitvami Ogrevalna kapaciteta, potrebna za kompenzacijo zaradi efektov prekinjenega ogrevanja v i-tem ogrevnem prostoru, se izračuna po naslednji enačbi: (4.8) kjer je: A i talna površina i-tega ogrevanega prostora (m 2 ) f RH ogrevalni faktor, odvisen od tipa stavbe, konstrukcije stavbe, časa med prekinitvami gretja in ocenitve padca temperature med prekinitvijo gretja. Vrednosti faktorja f HR so podane v tabelah standarda SIST EN 12831. 36
4.2.6 Skupna vsota toplotne obremenitve stavbe Skupni izračun toplotne obremenitve stavbe ne sme vključevati toplote, dobljene od gretega ovoja stavbe. Primer so toplotne izgube med različnimi stanovanji v enem objektu. Skupni izračun toplotne obremenitve stavbe Φ HL se izračuna po naslednji enačbi: (4.9) Φ T,i seštevek transmisijskih toplotnih izgub vseh gretih prostorov, brez prenosa toplote znotraj stavbe Φ V,i seštevek ventilacijskih toplotnih izgub vseh gretih prostorov, brez prenosa toplote znotraj stavbe Φ RH,i seštevek ogrevalnih kapacitet vseh gretih prostorov, brez prenosa toplote znotraj dobljene stavbe 4.2.7 Primer izračuna toplotne obremenitve prostora, primerjava pred in po rekonstrukciji V tabeli 4.1 so podane toplotne prehodnosti posameznih konstrukcijskih elementov, ki jih potrebujemo za izračun transmisijskih in ventilacijskih izgub. Tabela 4.1: Izračunane toplotne prehodnosti konstrukcijskih elementov pred in po rekonstrukciji Konstrukcijski element U (obstoječe stanje) (W/m 2 K) 37 U (po rekonstrukciji) (W/m 2 K) 1. Zunanji zid 0,288 0,18 2. Notranji zid 1,10 1,10»se nadaljuje«
»nadaljevanje«konstrukcijski element U (obstoječe stanje) (W/m 2 K) U (po rekonstrukciji) (W/m 2 K) 3. Strop proti podstrešju 0,191 0,113 4. Strop proti mansardi 0,55 0,55 5. Zunanja okna 1,5 0,94 6. Zunanja vrata 1,3 0,8 7. Notranja vrata 2,0 2,0 8. Strop nad neogrevano kletjo 0,55 0,40 9. Kletna tla na zemljo 0,373 0,28 10. Stena vkopane kleti 0,197 0,197 11. Zunanja stena kletne etaže 0,245 0,245 Pri poenostavljenem izračunu se upošteva za navpično dimenzijo razdalja med višino tal v prostorih (debelina talne plošče se ne upošteva), za vodoravne dimenzije pa se upoštevajo zunanje dimenzije do polovice predelne stene. Za določitev velikosti stavbnega pohištva se upoštevajo gradbene mere (svetla odprtina). Podatki o prostorih hiše so prikazani v tabeli 4.2. Tabela 4.2: Vhodni podatki dimenzij prostorov stanovanjske hiše Prostor Površina Volumen m 2 m 3 1. Kletni prostor 72,5 159,5 2. Pritličje Spalnica 1 14,57 38,2 Dnevna soba 23,83 62,4 Hodnik 1 7,59 19,9 Kopalnica 1 5,82 15,2 Kuhinja 1 14,57 38,2 3. Mansarda Spalnica 2 16,04 38,5 Spalnica 3 16,04 38,5»se nadaljuje«38
»nadaljevanje«prostor Površina Volumen Kuhinja 2 17,34 41,6 Kopalnica 2 6,92 16,6 Hodnik 2 9,85 23,6 Pri izračunu toplotne obremenitve je bila uporabljena naslednja tabela, ki je poenostavljena in bolj pregledna za računanje po poenostavljenem postopku kot tiste, ki jih podaja standard za detajlni preračun. Za vsak prostor je narejen preračun po vzorcu priložene tabele, kot je tabela 4.3, kjer so izračunane vrednosti toplotne obremenitve za prostor dnevne sobe v pritličju. Tabela 4.3: Izračun toplotne obremenitve za prostor dnevna soba Temperaturni podatki Obstoječe stanje Dnevna soba pritličje- Zunanja temperatura Te C -13 Notranja temperatura Tint,i C 20 Temperaturna razlika Tint,i-Te C 33 Transmisijske izgube toplote Gradbeni element fk Ak Uk fk*ak*uk m 2 W/m 2 K W/K Zunanja stena 1,00 18,42 0,288 5,3 Notranje stene (na ogrevane prostore) 0 Tla 0 Strop 0 Okna 1,00 7,04 1,5 10,56 Zunanja vrata 0 Notranja vrata 0 Skupaj W/K 15,86 Skupne transmisijske toplotne izgube W 523 Ventilacijske toplotne izgube Volumen V i m 3 62,5»se nadaljuje«39
»nadaljevanje«temperaturni podatki Obstoječe stanje Dnevna soba pritličjeminimalna izmenjava zraka nmins n -1 0,5 Ventilacijski koeficient W/K 10,6 Ventilacijske toplotne izgube (W) W 350 Skupne transmisijske izgube z ventilacijskimi izgubami (W) W Korekcijski faktor za višje temperature 1 Skupne ventilacijske in transmisijske toplotne 873 izgube (W) Ogrevalna kapaciteta Površina tal Ai Ogrevalni faktor frh 2 m 23,82 2 W/m K 9 Grelna kapaciteta 214,5 Skupna toplotna izguba (W) 1088 Pri izračunu je potrebno upoštevati določene faktorje oz. podatke, ki so podani v tabelah standarda. Izračuni in upoštevani parametri v tej nalogi so vzeti iz [16], kot sledi: - temperaturni korekcijski faktor za poenostavljeno metodo izračuna transmisijskih toplotnih izgub fk, - minimalna količina svežega zraka glede na minimalno število zamenjav zraka nmin, - korekcijski faktor (ogrevalni ali faktor) za segrevanje stanovanjske stavbe frh in - korekcijski faktor za upoštevanje višje temperature obravnavanega prostora, npr. kopalnica, kjer želimo, da je temperatura višja kot v ostalih prostorih. Celoten izračun za vsak prostor je priložen kot priloga te naloge. Za lažje razumevanje pri praktičnem računanju in zapisovanju so oznake za interno in eksterno temperaturo ( ) v spodnji tabeli 4.3 in v vseh ostalih tabelah, ki so v prilogi, zamenjane oz. označene s črko T (oz. Tint,i in Te), ki je bolj poznana oznaka za označevanje temperature. 40
Izračunane vrednosti za obstoječe stanje in stanje po rekonstrukciji so tabelarično prikazane v poglavju 5.1, kjer je tudi komentar na izračunane vrednosti. Celovit izračun za vse prostore stanovanjske hiše pred in po rekonstrukciji je prikazan v prilogi D. 4.3 PRERAČUN HLADILNE OBREMENITVE STANOVANJSKE HIŠE PO VDI 2078 S prezračevanjem in klimatizacijo v prostoru zagotavljamo svež zrak, ugodno temperaturo in primerno vlažnost zraka. Najbolj primerni načini izvedbe prezračevanja in klimatizacije manjših prostorov in stanovanjskih hiš so prezračevanje z rekuperacijo ali lokalne enote za klimatizacijo (inverterski način delovanja). Pretok zraka za prezračevanje določimo glede na vrsto sistema, pri tem upoštevamo: - minimalni potrebni vtok zraka znaša 15 m 3 /h, brez upoštevanja drugih virov onesnaževanja notranjega zraka, - za enostavne sisteme določimo volumsko izmenjavo zraka v prostoru n = 0,5 h -1, - v primeru povečanih vsebnosti škodljivih snovi v zraku je potrebna količina svežega zraka določena na osnovi koncentracij. Stanovanjska hiša ima bruto prostornino 780 m 3 (vzete so zunanje mere objekta), tako da je neto prostornina (4.10) kjer je: V neto prostornina stavbe (m 3 ) V bruto bruto prostornina stavbe, ki se izračuna na podlagi zunanjih mer stavbe (m 3 ) Stanovanjska hiša ima tako 624 m 3 neto prostornine, ki jo ogrevamo ali ohlajamo. Ker je neto prostornina večja od potrebne količine zraka za število ljudi, ki bivajo v hiši, ter glede 41
na zahtevo, da je volumska izmenjava zraka n = 0,5 h -1, je potemtakem potrebna količina svežega zraka 312 m 3, ki ga moramo dovesti vsako uro. 4.3.1 Hladilna obremenitev teoretične osnove in izračun Določitev sistema hlajenja izvedemo na osnovi izračunane hladilne obremenitve, ki podaja količino toplote, ki jo je potrebno odvesti iz prostorov za zagotovitev želene temperature, ki je eden izmed pogojev za doseganje prijetnega bivalnega ugodja. Slika 4.3: Shema notranjih in zunanjih hladilnih obremenitev [17] Izračun hladilnih obremenitev v tem poglavju bo izveden na podlagi smernice VDI 2078 [18]. Suha hladilna obremenitev je vsota vseh notranjih in zunanjih dobitkov toplote, kot to 42
shematsko prikazuje slika 4.3. Pri izračunu moramo upoštevati še izhlapelo vlago v prostor (vlažna hladilna obremenitev), ki jo moramo izločiti iz zraka: (4.11) kjer je: Q K,s suha hladilna obremenitev (W), Q I notranja hladilna obremenitev (W), Q A zunanja hladilna obremenitev (W). 4.3.2 Notranja hladilna obremenitev (4.12) kjer je: - toplotni tok, ki ga oddajo ljudje v prostoru, - toplotni tok, ki ga oddajo električne naprave v prostoru, to so električne naprave in razsvetljava, - toplotni tok, ki ga povzroča toplota iz notranjosti stavbe, to je toplota, ki prihaja iz sosednjih prostorov. Toplotni tok, ki ga oddajo ljudi v prostoru, ločimo glede na senzibilno (občuteno) in latentno toploto (z znojenjem). Izračunamo jo po enačbi ali pa vzamemo vrednosti iz tabele 4.4. 43
(4.13) (4.14) (4.15) kjer je skupni toplotni tok, ki ga oddajajo ljudje (W) toplotni tok oddaje občutene toplote človeškega telesa (W), Tabela A1-VDI 2078 toplotni tok oddaje latentne toplote človeškega telesa (W), Tabela A1-VDI 2078 N število ljudi v prostoru ali stavbi, za katero se izvaja izračun s i koeficient hladilne obremenitve za notranje vire, Tabela A5-VDI 2078 Tabela 4.4: Vrednosti oddajanja toplote in vodne pare pri ljudeh [19] Aktivnost Sedenje in lažje stoječe delo Temperatura zraka v prostoru C 18 20 22 23 24 25 26 ges (skupno) W 125 120 120 120 115 115 115 (suho) W 100 95 90 85 75 75 70 (vlažno) W 25 25 30 35 40 40 45 oddana vodna para g/h 35 35 40 50 60 60 65 Koeficient hladilne obremenitve za notranje vire se določi iz tabele A5 - VDI 2078, ob predpostavki, da se odda 50 % toplote s konvekcijo (predpostavka, da naprava za ohlajanje deluje od 8 h do 16 h). Izračunane vrednosti so podane v naslednji tabeli 4.5. 44
(4.16) (4.17) Tabela 4.5: Izračunane vrednosti toplotnih tokov ljudi Toplotni tok ljudi N : 4 10 h 17 h s i s i (suho) 0,78 218,4 0,19 53,2 (vlažno) 180 180 ges (skupno) 398,4 233,2 Izračuna vrednosti toplotnih tokov, ki jo oddajajo ljudje, veljata enako za mesec julij kot mesec september. Toplotni tok, ki jo oddajajo električna razsvetljava in naprave imajo nazivno moč in pri svojem obratovanju oddajajo toploto v okolico. (4.18) kjer je: - toplotni tok, ki jo oddaja električna razsvetljava v prostoru (W) - toplotni tok, ki jo oddajajo električne naprave v prostoru - PC, TV (W) Enačba 4.12 je tako v razširjeni obliki sedaj: 45
(4.19) Toplotni tok, ki jo oddaja električna razsvetljava v prostoru, se izračuna po enačbi: (4.20) kjer je: toplotni tok, ki jo oddaja električna razsvetljava (W), P raz skupna priključna moč razsvetljave (W), l faktor istočasnosti razsvetljave, μ b stopnja toplotne obremenitve prostora in s i koeficient hladilne obremenitve za notranje vire. Pri fluorescentnih svetilkah se samo 1/5 prejete električne energije pretvarja v svetlobo. Sodobne fluorescentne svetilke (trije trakovi, premera 26 mm) dosežejo svetlobni efekt približno 1/3. Pri prvi aproksimaciji se lahko predpostavi, da se pri fluorescentnih svetilkah, približno 50 % dovedene energije, pretvori v sevanje. Priključna moč razsvetljave se izračuna po naslednji enačbi: (4.21) kjer je: E N nazivna moč osvetljenosti (klx) p priporočena priključna moč razsvetljave (W/m 2 klx) 46
A celotna površina prostorov (m 2 ) (4.22) Vrednosti En in p sta podani v tabeli A2- VDI 2078. Ko smo izračunali potrebno svetlobno moč svetil, ki jih potrebujemo za kvalitetno bivanje v stanovanjski hiši, lahko izračunamo. (4.23) (4.24) Pri izračunu smo upoštevali naslednje: - da je faktor istočasnosti l = 0,5 - da je stopnja toplotne obremenitve prostora μ b = 1 - da je koeficient hladilne obremenitve (delež konvekcije je 0%) s i = 0,7 Toplotni tok, ki jo oddajajo električne naprave v prostoru, se izračuna po naslednji enačbi: ( ) (4.25) kjer je: toplotni tok naprav (W) P priključna moč naprav (W) 47
l faktor istočasnosti, s i koeficient hladilne obremenitve za notranje vire, η izkoristek in μ s faktor obremenitve. Pri upoštevanju enačbe 4.25 je predpostavljeno, da prostor ogreva samo izgubljena toplota, ki se sprosti pri delovanju strojev in naprav. Pri izračunu za stanovanjsko hišo upoštevamo vrednosti v spodnji tabeli 4.6. Tabela 4.6: Vrednosti oddajanja toplote za stroje in naprave [19] Stroj oz. naprava Priključna Čas Oddajanje toplote moč koriščenja Občutena Skupno (W) (min) toplota (W) (W) Osebni računalnik 150 60 50 100 Televizor 175 60 175 175 Hladilnik 175 60 500 500 Štedilnik 3000 60 1450 3000 Pralni stroj 3000 60 1450 3000 Sesalec za prah 200 15 50 50 Skupaj 3675 6825 Če najvišjo skupno vrednost oddane toplote pomnožimo s faktorjem istočasnosti l = 0,3 in koeficientom hladilne obremenitve s i = 0,5, dobimo skupno vrednost = 1023 W, kar upoštevamo v skupnem seštevku vseh hladilnih obremenitev, tako za mesec julij kot za mesec september. Hladilna obremenitev, ki jo povzroča notranji toplotni tok se upošteva od tistih prostorov, ki se ne klimatizirajo. Upošteva se prehod toplote skozi zidove po splošni enačbi: 48
(4.26) kjer je: toplotni tok prehoda med stenami znotraj stavbe (W) U toplotna prehodnost posameznega sklopa konstrukcije (W/m 2 K) A površina, skozi katero prehaja toplota (m 2 ) ΔT temperaturna razlika med sosednjimi prostori, v kolikor le-ti niso ohlajani na isto temperaturo (K) V kolikor je stavba v celoti ohlajevana, je delež teoretično nič in se ga ne računa. Enačba 5.26 se upošteva tam, kjer je na primer v večstanovanjski stavbi en del stanovanja ali posamezni pisarniški prostor ohlajevan, ker je takrat potrebno upoštevati še prehod toplote iz drugih prostorov, ki se ne ohlajujejo, in takrat so vrednosti bistveno večje. Toplotna prehodnost skozi posamezno konstrukcijo, kot nazorno prikazuje slika 4.4, se izračuna po enačbi 4.27. Slika 4.4: Shema za računanje hladilne obremenitve skozi zidove [20] 49
(4.27) (4.28) Zgornjo enačbo lahko tudi zapišemo na način, ki je bolj primeren za direktno računanje toplotne upornosti: (4.29) kjer je: R toplotna upornost posameznega sklopa konstrukcije (m 2 K/W), U toplotna prehodnost posameznega sklopa konstrukcije (W/m 2 K), d debelina posameznega materiala v sklopu konstrukcije (m 1 ), λ toplotna prevodnost posameznega materiala v sklopu konstrukcije (W/mK), α z toplotna prestopnost na zunanji strani sklopa konstrukcije (W/m 2 K) in α n toplotna prestopnost na notranji strani sklopa konstrukcije (W/m 2 K). 4.3.3 Zunanja hladilna obremenitev Zunanjo hladilno obremenitev predstavljajo vsi tisti toplotni tokovi, ki izvirajo iz zunanjosti stavbe in zaradi temperaturne razlike med zunanjo večjo in notranjo manjšo temperaturo vdirajo v stavbo. Izračunamo jih po naslednji enačbi: 50
(4.30) kjer je: zunanja hladilna obremenitev (W), toplotni tok, ki prihaja skozi zunanje konstrukcije (zidove) stavbe (W), toplotni tok, ki prihaja skozi okna zaradi konvekcije in kondukcije (W), toplotni tok, ki prihaja skozi okna zaradi sevanja (W) in toplotni tok zaradi naravnega prezračevanja (špranje med okni ali vrati) (W). Vsi parametri predstavljajo deleže hladilne obremenitve, tako da kot rezultat vseh deležev imenujemo v glavnem le glavne parametre, kot sta notranja in pa zunanja hladilna obremenitev, ki v seštevku predstavljata celotno oz. skupno hladilno obremenitev. Različne hladilne obremenitve imenujemo po domače toplotni tokovi, kar predstavlja v bistvu toplotno moč oz. določeno količino toplote na časovno enoto Q/t ali Φ oz. po starejši nemški oznaki Toplotni tokovi nastajajo zaradi različnih vzrokov oz. načinov med sistemi oz. procesi v prostorih oz. okolju, katerega opazujemo in obravnavamo. Po enakem principu, kot se računa za notranjost stavbe, se računa tudi ki predstavlja hladilno obremenitev vseh prehodov toplote skozi zunanje stene, to je iz zunanjosti stavbe s tem, da tu nastopa drugače upoštevana temperaturna razlika. Doveden toplotni tok iz okolice skozi zunanji zid, strehe ali tal se računa po naslednji enačbi: (4.31) kjer je: 51
doveden toplotni tok skozi zunanje elemente konstrukcije stavbe (zunanji zidovi, streha) U toplotna prehodnost posameznega sklopa konstrukcije (W/m 2 K), A površina (m 2 ) in ekvivalentna temperaturna razlika (K). Vrednost ekvivalentne razlike temperatur v določenem časovnem obdobju je podana z naslednjo enačbo: ( ) ( ) (4.32) kjer je: z čas, del dneva (h) in z korekcija za del dneva, podana v tabelah (h). Ekvivalentna temperatura, ki se odčita iz tabel, je določena pod pogoji: - temperatura zraka v prostoru je enaka 22 C - temperatura zunanjega (okoliškega) zraka (to je letna projektna temperatura) je enaka 24,5 C Ko so pogoji različni, se odčitana vrednost ekvivalentne razlike temperatur korigira z naslednjima enačbama: - za poletne mesece: junij, julij, avgust ter za september (vendar ne za zidom na jugu) 52
( ) ( ) ( ) (4.33) - in za južni zid v mesecu septembru: ( ) ( ) ( ) (4.34) kjer sta: T La,m dejanska srednja zunanja temperatura ob tisti uri, za katero se računa ( C) in T LR temperatura ohlajene sobe ( C). Izračunali smo zunanjo hladilno obremenitev skozi zunanje zidove, streho in tla ob 10 h dopoldne in ob 17 h popoldne, rezultati so prikazan v tabeli 4.7. Upoštevati moramo vrednost ekvivalentne temperaturne razlike, tako da iz tabele (Bauartklasse verschiedener Wandausfuhrungen, Tabela A17 VDI 2078), kjer je za naš tip stavbe določeno (Klassa 6, Mauerwerksand mit Aussendamung) dz = - 2 h, odčitamo T aq ob 12 h in 19 h (Tabela A18 VDI 2078). Za streho odčitamo vrednosti T aq iz tabele A21-VDI 2078. Poznati moramo še povprečne temperature zunanjega zraka za mesec in uro, za katero računamo hladilno obremenitev. Iz tabele A8-VDI 2078 za obremenitveno cono 3 razberemo povprečno temperaturo ob 10 h (mesec julij 25,9 C; mesec september 20,3 C) in ob 17 h (mesec julij 31,7 C; mesec september 26,0 C). Za primer izračunajmo T aq(kor) za zunanjo steno vzhod za mesec julij ob 10 h po enačbi 4.35 53
( ) ( ) ( ) ( 4.35 ) in hladilno obremenitev za zunanjo steno vzhod po enačbi: ( ) ( 4.36 ) Za del stanovanjske hiše, ki je v kleti, sem odčital vrednost iz grafa na globini 2 m 1 za poletni mesec 12 C ter upošteval temperaturo v kleti 20 C (tabela A7-VDI 2078). Tabela 4.7: Izračunane vrednosti zunanje hladilne obremenitve skozi steno ob različnih časih za mesec julij Mesec julij 10 h 17 h Konstrukcija Površina (m2) U (W/m2K) T aq T aq(kor) (W) T aq T aq(kor) (W) Zunanja stena V 26,3 0,29 5,4 2,8 21,3 4,7 7,9 60,2 Zunanja stena Z 31,3 0,29 3,5 0,9 8,2 6,9 10,1 91,7 Zunanja stena J 46,8 0,29 3,3 0,7 9,5 7,7 10,9 148 Zunanja stena S 50,3 0,29 0,4-2,2-32,1 2,3 5,5 80,2 Zun. stena klet S 7 0,24 0,4-2,2-3,7 2,3 5,5 9,2 Zun. stena klet J 7 0,24 3,3 0,7 1,2 7,7 10,9 18,3 Zun. stena klet V 6,7 0,24 5,4 2,8 4,5 4,7 7,9 12,7 Zun. stena klet Z 6,7 0,24 3,5 0,9 1,5 6,9 10,1 16,2 Streha vzhod 59 0,19 9,3 6,7 75,1 16,3 19,5 218,6 Streha zahod 58 0,19 9,3 6,7 73,8 16,3 19,5 214,8 Tla vkopana klet 91,6 0,37-6 -203-6 -203 Stene vkopane kleti 61,34 0,2-6 -73-6 - 73 Skupaj - 116 594 Izračunamo še hladilno obremenitev skozi zunanje zidove za mesec september, prav tako ob 10 h in 17 h. Rezultati so prikazani v spodnji tabeli 4.8. 54
Tabela 4.8 Izračunane vrednosti zunanje hladilne obremenitve skozi steno ob različnih časih za september Mesec september 10 h 17 h Konstrukcija Površina (m2) U (W/m2K) T aq T aq(kor) (W) T aq T aq(kor) (W) Zunanja stena V 26,3 0,29 5,4-2,8-21,3 4,7 2,2 16,8 Zunanja stena Z 31,3 0,29 3,5-4,7-42,6 6,9 4,4 40,0 Zunanja stena J 46,8 0,29 3,3 1,1 15,0 7,7 9,9 134,4 Zunanja stena S 50,3 0,29 0,4-7,8-113,8 2,3-0,2-3,0 Zun. stena klet S 7 0,24 0,4-7,8-13,1 2,3-0,2-0,3 Zun. stena klet J 7 0,24 3,3 1,1 1,8 7,7 9,9 16,6 Zun. stena klet V 6,7 0,24 5,4-2,8-4,5 4,7 2,2 3,5 Zun. stena klet Z 6,7 0,24 3,5-4,7-7,6 6,9 4,4 7,1 Streha vzhod 59 0,19 9,3 1,1 12,3 16,3 13,8 154,7 Streha zahod 58 0,19 9,3 1,1 12,1 16,3 13,8 152,0 Tla vkopana klet 91,6 0,37-6 -203-6 -203 Stene vkopane kleti 61,34 0,2-6 -73-6 -73 Skupaj - 438 246 ( ) ( ) ( ) (4.37) Za steno na južni strani pa izračunamo po enačbi 4.38 ( ) ( ) ( ) (4.38) in hladilno obremenitev za južno steno po enačbi 4.39 ( ) (4.39) Prehod toplotnega toka skozi okna na način konvekcije in kondukcije naslednji enačbi: se izračuna po 55
( ) ( 4.40) kjer je: toplotni tok, ki prehaja na način konvekcije in kondukcije skozi okna (W), U stekla toplotna prehodnost stekla (W/m 2 K), A okna površina okna (gradbena odprtina) (m 2 ), T z temperatura zunanjega (okoliškega) zraka ( C) in T n temperatura zraka v prostoru ( C). Tudi pri izračunu toplotne obremenitve skozi okna vzamemo temperaturne podatke iz tabele A8-VDI 2078 za obremenitveno cono 3, razberemo povprečno temperaturo ob 10 h (mesec julij 25,9 C; mesec september 20,3 C) in ob 17 h (mesec julij 31,7 C; mesec september 26,0 C). Pri izračunu se upošteva gradbena odprtina oken, kajti v standardu je predviden dodatek zaradi okvirja oken (vrsta okenskega okvirja), kar se upošteva tako, da poenostavljeno privzamemo kar gradbeno odprtino za površino oken oz. stekel v oknih. Izračunane vrednosti toplotne obremenitve skozi okna so podane v tabeli 4.9. Tabela 4.9: Izračunane vrednosti hladilne obremenitve skozi okna zaradi konvekcije in kondukcije Konstrukcija okna A U Julij September (m2) 10 h 17 h 10 h 17h dt dt dt dt Okna, fasada vzhod 8,04 1,5-0,1-1,2 5,7 69-5,7-69 0 0 Vrata, fasada vzhod 2,2 1,3-0,1-0,3 5,7 16-5,7-16 0 0 Okna, fasada jug 2 1.5-0,1-0,3 5,7 17-5,7-17 0 0 Vrata, fasada jug 2,2 1,3-0,1-0,3 5,7 16-5,7-16 0 0 Okna, fasada zahod 5,2 1,5-0,1-0,8 5,7 44-5,7-44 0 0 Okna, fasada sever 7,68 1,5-0,1-1,2 5,7 66-5,7-66 0 0 Okna, streha vzhod 1 1,4-0,1-0,1 5,7 8-5,7-8 0 0 Okna, streha zahod 2 1,4-0,1-0,3 5,7 16-5,7-16 0 0 Skupaj -4,5 252-252 0 56
Hladilne obremenitve pri prehodu toplote skozi stekla zaradi kondukcije in konvekcije so majhne, tako imamo največjo hladilno obremenitev zaradi prehoda toplote skozi steklo v mesecu juliju ob 17 h, ko je izračunana vrednost 252 W. Toplotni tok, ki prihaja skozi okna zaradi sevanja, se izračuna po naslednji enačbi: [ ( ) ] ( 4.41) kjer je: toplottni tok, ki seva skozi okna (W), A 1 površina stekla, izpostavljana soncu (m 2 ), I max največje skupno sevanje (W/m 2 ), Tabela A11-VDI 2078, A skupna površina stekla (m 2 ), I dif,max največja vrednost difuznega sevanja (W/m 2 ), Tabela A11-VDI 2078, b koeficient prepustnosti sevanja, Tabela A13-VDI 2078 in s a koeficient hladilne obremenitve za zunanje sevalne toplotne vire, Tabela A16-VDI 2078. Pri izračunu upoštevamo, da okna niso zasenčena (stavbe ali razni nadstreški, vogalniki z strani ali z vrha). V našem primeru se izračuna A=A 1 tako, da drugi člen pri izračunu odpade. Pri izračunu smo gradbeno površino oken A ok zmanjšali za velikost okvirja ter upoštevali dejansko površino stekla v oknih, kar je označeno s parametrom A 1 v naslednji tabeli 4.10 in ustreza istemu parametru, ki je podan v enačbi 4.41. 57
Tabela 4.10: Izračunane vrednosti hladilne obremenitve skozi okna zaradi sevanja za mesec julij Konstrukcija okna Mesec julij A 1 A ok I max b s a (m2) (m2) (W/m2) 10h 17h 10 h 17 h Okna, fasada vzhod 7,23 8,04 528 0,68 0,59 0,15 1531 389 Okna, fasada jug 1,8 2 385 0,68 0,58 0,25 273 118 Okna, fasada zahod 4,7 5,2 528 0,68 0,15 0,78 253 1316 Okna, fasada sever 7,0 7,68 94 0,68 0,82 0,71 367 318 Okna, streha vzhod 0,9 1 631 0,56 0,7 0,39 223 124 Okna, streha zahod 1,8 2 631 0,56 0,7 0,39 445 248 Skupaj (W) 3092 2513 Tako kot smo v zgornji tabeli 4.10 izračunali količino toplotnega toka zaradi sevanja sonca za mesec julij, izračunamo podobno tudi za mesec september. Vrednosti so podane v spodnji tabeli 4.11. Tabela 4.11: Izračunane vrednosti hladilne obremenitve skozi okna zaradi sevanja za september Konstrukcija okna Mesec september A 1 A ok Imax b s a (m2) (m2) (W/m2) 10h 17h 10 h 17 h Okna, fasada vzhod 7,23 8,04 433 0,68 0,64 0,12 1362 255 Okna, fasada jug 1,8 2 563 0,68 0,61 0,21 420 145 Okna, fasada zahod 4,7 5,2 433 0,68 0,14 0,59 194 816 Okna, fasada sever 7,0 7,68 76 0,68 0,73 0,47 264 170 Okna, streha vzhod 0,9 1 431 0,56 0,61 0,22 133 48 Okna, streha zahod 1,8 2 431 0,56 0,61 0,22 265 96 Skupaj (W) 2638 1530 Pri čistem prezračevanju brez infiltracije poteka izračun, kot je opisan za izračun celotne hladilne obremenitve, to je vsota zunanje in notranje hladilne obremenitve. Pri naravnem prezračevanju, kjer se v prostor dovaja zrak, je potreben točen izračun hladilne obremenitve, ki se izračuna po enačbi 4.42. Ta upošteva minimalni delež zraka, ki je potreben za naravno prezračevanje iz higienskih razlogov. 58
( ) (4.42) kjer je: toplotni tok, povzročen zaradi prezračevanja (W), volumski tok zraka, ki se prezračuje (m 3 /h), ρ L gostota zraka 1,2 kg/m 3, c ml srednja, specifična toplotna kapaciteta zraka, 1005 J/kgK, T z zunanja temperatura zraka ( C) in T n notranja temperatura prostora ( C). Toplotni tok v primeru dodatnega mehanskega prezračevanja izračunamo po enačbi 4.43 (4.43) kjer je: toplotna obremenitev zaradi naravnega prezračevanja dodatna toplotna obremenitev zaradi mehanskega prezračevanja Nadaljnji izračun se izvede glede na različne tipe stavb. Pri našem izračunu bomo upoštevali, da ni mehanskega prezračevanja, tako da je drugi člen v enačbi 4.43 = 0. Tako opravimo izračun za toplotno obremenitev, ki nastane zaradi naravnega prezračevanja po enačbi 4.42. Predhodno izračunamo po naslednji enačbi 4.44: 59
(4.44) kjer je: Ve bruto prostornina stanovanjske hiše (m 3 ) n število izmenjav celotne količine zraka v eni uri (h -1 ) (4.45) ( ) (4.46) Tabela 4.12: Hladilne obremenitve zaradi naravne ventilacije Prezračevanje Julij September Čas 10 h 17 h 10 h 17 h Zunanja temperatura Tz ( C) 25,9 31,7 20,3 26 Razlika temperatur dt ( K) -0,1 5,7-5,7 0 (W) -10 596-596 0 Iz izračunanih vrednosti za hladilno obremenitev zaradi prezračevanja, ki so podane v zgornji tabeli 4.12, je razvidno, da je največja obremenitev, ki jo povzroča naravno prezračevanje, v mesecu juliju ob 17 h. Vrednost je potrebno upoštevati iz razloga pri dimenzioniranju moči hladilne naprave. Pri izračunu hladilne obremenitve zaradi prezračevanja nismo upoštevali razvlaževanja zunanjega zraka (poleti ima zunanji zrak manjšo relativno vlažnost kot notranji), kar je potrebno pri izračunu, kjer se mehansko dovaja zrak za hlajenje stavb, upoštevati. Prav tako je v primeru, ko je prisotno večje hladilno mehansko postrojenje, potrebno upoštevati toploto, ki jo ustvarja ventilator, ki dovaja svež in ohlajen zrak v prostor, kar seveda povečuje celotno skupno obremenitev. 60
4.3.4 Skupna hladilna obremenitev Na podlagi izračunanih posameznih notranjih in zunanjih hladilnih obremenitev kot končni rezultat izračunano skupno vsoto vseh hladilnih obremenitev, kar je podano v tabeli 4.13. Tabela 4.13: Skupna izračunana hladilna obremenitev Hladilne obremenitve zaradi različnih Julij September toplotnih tokov 10 h 17 h 10 h 17 h Toplotni tok ljudi 398 233 398 233 Toplotni tok razsvetljave 347 347 347 347 Toplotni tok naprav in strojev 1023 1023 1023 1023 Toplotni tok skozi steno in tla -120 594-438 246 Toplotni tok zaradi prehoda skozi okna - 4 252-252 0 Toplotni tok zaradi sevanja skozi okna 3092 2513 2638 1530 Toplotni tok naravnega prezračevanja -10 596-596 0 Skupna hladilna obremenitev (W) 4730 5558 3030 3379 Po izračunih vidimo, da je največja hladilna obremenitev v mesecu juliju ob 17 h, tako kot je tudi predvideno in prav zato standard predpisuje izračun ob tej uri v tem mesecu, saj so takrat zunanje temperature najvišje. Pri postavitvi klimatske naprave moramo upoštevati te vrednosti kot merilo za določitev in izbiro tipa klimatske naprave oz. določitev njene dejanske moči. V našem primeru bi izbrali klimatsko napravo moči 6 kw, kajti tako izbrana klimatska naprava bo zmogla pohlajevati prostor tudi v najbolj vročih dnevih (to je za stanje pred rekonstrukcijo). 61
4.4 IZRAČUN POTREBNE TOPLOTE ZA OGREVANJE IN POTREBNEGA HLADU ZA HLAJENJE PO EN 13790 Po standardu EN 13790 izračunamo letno potrebno toploto Q NH in letni potrebni hlad za hlajenje Q NC, na podlagi mesečne računske metode. Pri izračunu potrebne toplote za ogrevanje upoštevamo notranjo projektno temperaturo 20 C in pri izračunu hladu za hlajenje upoštevamo temperaturo 26 C. Pred začetkom izračuna je potrebno za stanovanjsko hišo določiti, kot kaže slika 4.5 in sicer: - toplotni ovoj objekta, ki zajema glavne konstrukcijske elemente, - kondicionirano površino objekta, to je uporabno površino objekta znotraj toplotnega ovoja - določitev ene ali več toplotnih con. Pri izračunu se upoštevajo notranji toplotni viri v vrednosti 4 W/m 2. Pri izračunu ventilacijskih izgub se upošteva stopnja izmenjava zraka n = 0,5 h -1. Slika 4.5: Shematski prikaz cone, toplotnega ovoja in kondicionirane površine 62
4.4.1 Izračun potrebne toplote za ogrevanje po SIST EN ISO 13790 V tem poglavju bosta opisana postopek in izvedba dejanskega izračuna potrebne toplote po standardu SIST EN ISO 13790 [21] za stanovanjsko hišo, vezano na tiste elemente oz. dela standarda, ki so potrebni, da se izvede dejanski izračun za dejanski primer stanovanjske hiše pred sanacijo. Stanje po rekonstrukciji bo izvedeno s pomočjo računalniškega program Knauf Energija. Izračun potrebne toplote za ogrevanje Q NH se izračuna po mesečni metodi, kjer se za vsak mesec in vsako cono izračuna po enačbi: (4.49) kjer je: Q H,ht skupne toplotne izgube η H,gn delež vrnjenih pritokov (odvisen od razmerja med pritoki in izgubami ter od toplotne kapacitete stavbe) Q H,gn skupni toplotni pritoki Zgornjo enačbo v razširjeni obliki napišemo takole: ( ) (4.50) kjer je: Q Tr transmisijske toplotne izgube, Q Ve ventilacijske toplotne izgube, Q int notranji toplotni pritoki in Q sol sončni toplotni pritoki. 63
Transmisijske in ventilacijske toplotne izgube se izračunajo po naslednjih dveh enačbah: ( ) (4.51) ( ) (4.52) kjer je: H Tr,adj koeficient specifičnih transmisijskih izgub (W/K), H Ve,adj koeficient specifičnih ventilacijskih izgub (W/K), θ int,set notranja temperatura zraka ( C), θ e zunanja temperatura zraka ( C) in t časovno trajanje računskega obdobja (h), pri mesečni metodi je to število ur v posameznem mesecu. Koeficient specifičnih transmisijskih toplotnih izgub H Tr,adj se določi skladno s standardom SIST EN ISO 13789 [22] po naslednji enačbi: (4.53) kjer so: H D koeficient transmisijske toplotne izgube proti zunanji okolici (W/K), H U koeficient transmisijske toplotne izgube skozi neogreti prostor proti okolici (W/K), H g stacionarni koeficient transmisijske toplotne izgube proti tlom (W/K) in H A koeficient transmisijske toplotne izgube proti sosednji stavbi (W/K). 64
Koeficient transmisijske toplotne izgube od gretega prostora proti zunanji okolici H D se računa po naslednji enačbi: (4.54) kjer je: A k površina posameznega gradbenega elementa (m 2 ) U k toplotna prehodnost posameznega gradbenega elementa (W/m 2 K) l l dolžina linijskega toplotnega mostu (m 1 ) Ψ l linijska toplotna prehodnost toplotnega mostu (W/mK) χ j točkovna toplotna prehodnost toplotnega mostu (W/K) V tabeli 4.14 so izračunane vrednosti prvega člena enačbe 4.54, to sta toplotna prehodnost in koeficient transmisijskih izgub posameznih konstrukcijskih elementov. Tabela 4.14: Toplotne prehodnosti in transmisijski koeficienti konst. elementov Element konstrukcije na ovoju stavbe Površina A (m 2 ) Toplotna prehodnost U (W/m 2 K) A U (W/K) Zunanja stena vzhod 26,3 0,288 7,57 Zunanja stena zahod 31,3 0,288 9,01 Zunanja stena sever 46,8 0,288 13,48 Zunanja stena jug 50,3 0,288 14,49 Zunanja stena klet sever 7,0 0,245 1,71 Zunanja stena klet jug 7,0 0,245 1,71 Zunanja stena klet vzhod 6,7 0,245 1,64 Zunanja stena klet zahod 6,7 0,245 1.64 Streha vzhod 59 0,191 11,27 Streha zahod 58 0,191 11,08 65»se nadaljuje«
»nadaljevanje«element konstrukcije na ovoju stavbe Površina A (m 2 ) Toplotna prehodnost U (W/m 2 K) A U (W/K) Okna, fasada vzhod 8,0 1,5 12 Vrata, fasada vzhod 2,2 1,3 2,86 Okna, fasada jug 2,0 1,5 3,0 Vrata, fasada jug 2,2 1,3 2,86 Okna, fasada zahod 5,2 1,5 7,8 Okna, fasada sever 7,7 1,5 11,55 Okna, streha vzhod 1,0 1,4 1,4 Okna, streha zahod 2,0 1,4 2,8 Skupaj 117,9 Toplotni mostovi so podani z izrazom, vendar jih lahko upoštevamo z poenostavljeno metodo, tako da se prišteje toplotna izguba 0,06 W/m 2 K za vsak m 2 toplotnega ovoja stavbe, ki je za stanovanjsko hišo 482 m 2 in je tako potem delež toplotnih mostov: = 0,06 W/m 2 K 482 m 2 = 28,92 W/K. Koeficient transmisijskih toplotnih izgub proti okoli H D je potem 146,82 W/K. Ker ima stanovanjska hiša samo eno ceno in ni neogretih prostorov, ki bi bili sestavni del stanovanjske hiše koeficienta transmisijske toplotne izgube med neogretim prostor in zunanjostjo, H U ni potrebno izračunati. Stacionarni koeficient transmisijske toplotne izgube proti tlom H g se izračuna po standardu SIST EN ISO 13370 [23] in je podan z naslednjo enačbo: (4.55) kjer je: 66
H g stacionarni koeficient transmisijske toplotne izgube proti tlom (W/K), A površina tal (m 2 ), U toplotna prehodnost med notranjim in zunanjim prostorom (W/m 2 K), P raztegnjen obseg tal (m 2 ) in Ψ g dolžinski koeficient prehoda toplote za spoj zidu in tal (W/mK). Karakteristična dimenzija poda B`, potrebna za izračun U, se izračuna po naslednji enačbi: [ ] (4.56) kjer je: A površina poda (m 2 ) P skupna dolžina zunanjih zidov, ki odvajajo ogrevani prostor od zunanje okolice - raztegnjen obseg tal (m 1 ) Za stanovanjsko hišo, ki ima dolžino 10,1 m in širino 9,07 m, je potem: A = 10,1*9,07 = 91,6 m 2 P = 38,34 m 1 Tako da je potem B`: 67
(4.57) Nato je potrebno izračunati d t, to je ekvivalentna debelina poda, po naslednji enačbi: ( ) (4.58) kjer je: w debelina zidu (m), λ toplotna prevodnost zemljine (izberemo 1,5 W/mK), R si, R se notranji in zunanji upor toplotne prestopnosti ( m 2 K/W), (upoštevamo vrednosti 0,17 in 0,0) in R f toplotni upor talne konstrukcije (m 2 K/W) ( ) (4.59) Nato je potrebno izračunati naslednjo vrednost: (4.60) Kjer je z globina kleti, ki je v zemlji (v našem primeru je z = 1,6 m). Izračunano vrednost v predhodni enačbi primerjamo z B` in vidimo, da je izračuna vrednost 5,43 m večja kot B`, ki je predhodno izračunan 4,78 m (enačba 4.57). Zato je potrebno toplotno prehodnost talne konstrukcije U bf izračunati po naslednji enačbi: 68
(4.61) Za primer naše stanovanjske hiše je potem: (4.62) Sedaj je potrebno izračunati še U bw, to je toplotno prehodnost vkopane stene v kleti, ki je odvisna od d w in se izračuna po naslednji enačbi: ( ) (4.63) in nato sledi izračun U bw po naslednji enačbi ( ) ( ) (4.64) kjer so naslednji parametri v zgornjih dveh enačbah: d w ekvivalentna debelina vkopanega zida v kleti (m), d t ekvivalentna debelina tal v kleti (m), λ toplotna prevodnost zemljine (W/mK), R si, R se notranji in zunanji upor toplotne prestopnosti (m 2 K/W), R w toplotni upor vkopanega zidu v kleti (m 2 K/W), w debelina stene, vkopane kleti (m 1 ) in z globina vkopane stene v zemljini (m 1 ). 69
Izračunane vrednosti so naslednje: ( ) (4.65) in ( ) ( ) (4.66) U bw je 0,16 W/m 2 K. Sedaj lahko izračunamo stacionarni koeficient transmisijskih toplotnih izgub proti tlom H g, ki se ga izračuna po naslednji enačbi: ( ) ( ) ( ) (4.67) Vsi koeficienti v predhodni enačbi so bili že opredeljeni. Izračunana vrednost H g je potem: (4.68) Zadnji člen v enačbi 4.68 odpade, ker je stik med vkopanim zidom in talno ploščo v zemlji in je predpostavljeno, da ni toplotnih mostov oz. so zanemarljivi, velikosti 0,01 W/mK ali manj, ter jih upoštevamo z dodatkom v vrednosti 0,06 W/m 2 K za celoten toplotni ovoj. Tako je koeficient specifičnih transmisijskih izgub H Tr,adj seštevek vseh transmisijskih izgub, za stanovanjsko hišo je potem: 70
Določiti je potrebno še H ve,adj koeficient specifičnih toplotnih izgub zaradi ventilacije, ki se izračuna po poenostavljenem postopku: (4.69) (4.70) kjer je: H ve,adj koeficient specifičnih toplotnih izgub zaradi ventilacije (W/K), ρ a gostota zraka v coni, ρ a = 1,2 kg/m 3, c p,a specifična toplotna kapaciteta zraka, c p = 1005 J/(kg K), V e bruto volumen stanovanjske hiše (m 3 ) in n stopnja izmenjave zraka, n = 0,5 h -1. V praksi se upošteva zmnožek ρ a c p kot konstanta vrednosti 0,34 Wh/m 3 K, tako da je za stanovanjsko hišo z bruto volumnom 780 m 3 koeficient specifičnih toplotnih izgub zaradi ventilacije naslednji: (4.71) Skupni koeficient specifičnih toplotnih izgub je potem: (4.72) (4.73) 71
Toplotne dobitke oz. toplotne pritoke sestavljajo interni notranji pritoki, ki jih povzročajo naprave v prostoru, razsvetljava, toplota od delovnih procesov, metabolična toplota uporabnikov in sončni pritoki, ki se dobijo večinoma skozi zastekljene površine stavb. Dobitki se izračunajo po naslednjih dveh enačbah: (4.74) (4.75) θ int,mn srednji toplotni tok internih pritokov (W), θ sol,mn srednji toplotni tok sončnih pritokov (W) in t časovno trajanje računskega obdobja (h). Pri izračunu notranjih toplotnih pritokov velja pravilo, da se upoštevajo po standardu, in sicer v višini 4 W/m 2. Z naslednjo enačbo izračunamo A u uporabno oz. kondicionirano površino stanovanjske hiše, ki se izračuna po poenostavljenem postopku po naslednji enačbi: (4.76) Za stanovanjsko hišo je potem A u = 249,6 m 2. Skupni notranji pritoki za vsak posamezni mesec se potem izračunajo po enačbi: 72
(4.77) (4.78) kjer je: t število ur v posameznem mesecu (h). Notranji pritoki za posamezne mesece bodo izračunani v nadaljevanju po zgornji enačbi 4.78 in prikazani v skupni tabeli toplotnih izgub in toplotnih dobitkov pri izračunu Q NH. Dobitki sončne energije izvirajo iz sončnega obsevanja, ki je pogojeno glede na lokacijo stavbe. Na velikost dobitkov vpliva veliko parametrov, kot so: orientacija obsevalnih elementov, trajnega senčenja, karakteristik prepustnosti sončnega sevanja in absorpcije obsevanih površin. V določenem časovnem obdobju se izračun toplotnih pritokov opisuje po naslednji enačbi [24]: (4.79) kjer je: I sj skupna energija globalnega sončnega obsevanja na enoto površine z orientacijo j v računskem obdobju ( Wh/m 2 ) A snj skupna obsevana površina, površine n z orientacijo j, to je površina črnega telesa z enakim dobitkom kot obravnavana površina (m 2 ) V zgornji enačbi prva vsota sešteva po vseh orientacijah, j, druga vsota pa sešteva po vseh površinah, n, ki zbirajo sončno energijo. Enačbo 4.79 zapišemo v nadaljevanju takole: 73
(4.80) kjer je: I s skupna energija globalnega sončnega obsevanja na enoto površine ( Wh/m 2 ) F s faktor zasenčenosti F c faktor zaves F f faktor okenskega okvirja g faktor prepustnosti sončnega sevanja in A s velikost zbirne površine, npr. površina okna (m 2 ). Za vsako stran neba je potreben izračun. V naslednji tabeli 4.15 so navedene vrednosti parametrov, ki so definirani v zgornji enačbi 4.80. Tabela 4.15: Parametri za izračun sončnih dobitkov Smer A s F s F c F f g Okna 90 - fasada - sever 7,7 m2 1,00 1,00 0,7 0,68 Okna 90 - fasada - vzhod 8,0 m2 1,00 1,00 0,7 0,68 Okna 90 - fasada - jug 2,0 m2 1,00 1,00 0,7 0,68 Okna 90 - fasada - zahod 5,2 m2 1,00 1,00 0,7 0,68 Okna 45 - streha - vzhod 1,0 m2 1,00 1,00 0,7 0,56 Okna 45 - streha - zahod 2,0 m2 1,00 1,00 0,7 0,56 Za dokončni izračun sončnih pritokov potrebujemo še podatke o povprečni količini dnevnega sončnega sevanja (Wh/m 2 ), ki se dobijo na spletni strani ARSO; http://meteo.arso.gov.si/met/sl/climate/tables/pravilnik-ucinkoviti-rabi-energije/. 74
Za koordinate naše stanovanjske hiše so podatki o povprečni količini dnevnega sevanja podani v spodnji tabeli 4.16. Tabela 4.16: Dnevna količina sončnega sevanja za izbrane koordinate, Wh/m 2 Mesec C S-90 V-90 J-90 Z-90 V-45 Z-45 Januar 0 296 564 1587 704 821 956 Februar 2 445 923 2284 1195 1434 1681 Marec 6 640 1470 2327 1549 2238 2327 April 10 969 1932 2173 1832 3049 2951 Maj 15 1189 2372 2097 2106 3908 3619 Junij 18 1412 2418 2017 2347 4099 4024 Julij 20 1312 2530 2271 2560 4438 4453 Avgust 20 1080 2236 2404 2118 3737 3620 September 15 791 1588 2389 1607 2605 2631 Oktober 10 567 1010 1934 1070 1579 1662 November 5 389 659 1346 633 958 938 December 1 269 474 1175 498 673 700 Sedaj je potrebno enačbo 4.79 oz. 4.80 izračunati po vseh smereh neba, tam, kjer so okna, da dobimo preglednico skupnih sončnih mesečnih pritokov zaradi sončnega obsevanja, ter pomnožiti s številom dni v mesecu (čas trajanja kurilne sezone po mesecih), kar je razvidno v tabeli 4.17. Tabela 4.17: Izračun vrednosti sončnih pritokov po mesecih, kwh Mesec Dni S-90 dni*e V-90 *dni*e J-90 *dni*e Z-90 *dni*e V-45 *dni*e Z-45 *dni*e Skupaj (kwh) Januar 31 33,6 66,4 46,8 54,6 10,2 23,7 235,3 Februar 28 45,6 98,2 60,7 83,6 16,1 37,6 341,8 Marec 31 72,6 173,2 68,5 120 27,7 57,7 519,7 April 30 106,4 220,2 61,9 137,4 36,6 70,8 633,3 Maj 15 62,3 135,2 29,8 78,9 23,4 43,4 373 Junij 0 0 0 0 0 0 0 0 Julij 0 0 0 0 0 0 0 0»se nadaljuje«75
»nadaljevanje«mesec Dni S-90 dni*e V-90 *dni*e J-90 *dni*e Z-90 *dni*e V-45 *dni*e Z-45 *dni*e Skupaj (kwh) Avgust 0 0 0 0 0 0 0 0 September 4 11,6 24,1 9,1 16,1 4,2 8,4 73,5 Oktober 31 64,3 118,9 56,9 82,9 19,6 41,2 383,8 November 30 42,7 75,1 38,3 47,5 11,5 22,5 237,6 December 31 30,5 55,8 34,6 38,6 8,3 17,4 185,2 Faktor izkoriščanja toplotnih dobitkov η H,gn (notranjih dobitkov in dobitkov sončnega sevanja) je funkcija toplotne kapacitete stavbe in se izračuna po naslednji enačbi: (4.81) kjer sta: a H brezdimenzijski parameter, odvisen od časovne konstante stavbe τ in γ H razmerje toplotnih dobitkov in skupnih toplotnih transmisijskih in ventilacijskih izgub v režimu ogrevanja. (4.82) Brez dimenzijski parameter se računa po naslednji enačbi (4.83) 76
Kjer je τ o,h referentna časovna konstanta za ogrevanje in je za mesečno metodo vrednost 15. Vrednost za mesečno metodo je enaka 1. Časovno konstanto stavbe τ (h) izračunamo po naslednji enačbi: (4.84) kjer je: C m toplotna kapaciteta stavbe (J/K), H Tr koeficient transmisijskih toplotnih izgub (W/K) in H Ve koeficient ventilacijskih toplotnih izgub (W/K). Toplotna kapaciteta stavbe C m se izračuna po poenostavljeni metodi, kjer ima tukaj kapaciteta stavbe drugače zapisane enote: (4.85) Za stanovanjsko stavbo je potem 36400 Wh/K oz. 131,04 MJ/K. (4.86) Sedaj lahko izračunamo a H, ki je: (4.87) 77
Tako lahko sedaj izračunamo za vsak mesec izkoristek toplotnih pritokov η H,gn, kar bo razvidno v skupni naslednji tabeli 4.18. Tabela 4.18: Prikaz pritokov in izgub ter izračun potrebne letne toplote za ogrevanje Q NH Mesec Št.dni Zun. temp. ( C) Toplotne izgube (kwh) Notranji pritoki (kwh) Sončni pritoki (kwh) Skupni pritoki (kwh) gama η Gn Q NH (kwh) Januar 31 0 4.151,5 744 235,5 979,5 0,23 1,00 3.175 Februar 28 2 3.374,8 672 341,8 1013,8 0,30 1,00 2.361 Marec 31 6 2.906 744 519,7 1263,7 0,43 1,00 1.642,3 April 30 10 2.009 720 633,3 1353,6 0,67 1,00 655,4 Maj 15 15 502,2 360 373 733 1,46 0,68 3,5 Junij 0 18 0 0 0 0 0 0 0 Julij 0 20 0 0 0 0 0 0 0 Avgust 0 20 0 0 0 0 0 0 0 September 4 15 133,9 96 73,5 169,5 1,26 0,77 3,4 Oktober 31 10 2.075,7 744 383,8 1127,8 0,54 1,00 948 November 30 5 3.013,2 720 237,6 957,6 0,31 1,00 2.055,6 December 31 1 3.944,0 744 185,2 929,2 0,23 1,00 3.014,8 sezona 231 10,2 22.100,3 5544 2983,4 8527,7 0,45 0,95 13.859 Q NH /A u = 55,4 kwh/m 2 a 4.4.2 Izračun potrebnega hladu za hlajenje po EN 13790 Potrebna toplotna energija za hlajenje se izračuna po naslednji enačbi: (4.88) Q C,nd,cont potrebna toplotna energija za hlajenje pri kontinuiranem delovanje (kwh), 78
Q C,gn skupni toplotni dobitki pri trajanju hlajenja: ljudje, razsvetljava, naprave, sončni dobitki (kwh), Q C, ht skupne toplotne izgube pri trajanju hlajenja (kwh) in η C,ls faktor izkoriščenja toplotnih izgub pri hlajenju. Standardna notranja projektna temperatura v prostorih pri hlajenju je 26 C. Enačbo za preračun potrebne toplotne energije za hlajenje lahko zapišemo tudi takole: ( ) (4.89) kjer je: Q int notranji toplotni dobitki stavbe: ljudje, razsvetljava in naprave (kwh), Q sol toplotni dobitki od sončnega sevanja (kwh), Q Tr toplotne izgube zaradi transmisije za računsko cono (kwh) in Q Ve toplotne izgube zaradi ventilacije za računsko cono (kwh). Za izračun Q NC potrebujemo še faktor izkoriščanja toplotnih izgub za hlajenje, ki se izračuna po naslednji enačbi: ( ) (4.90) Kjer je γ C razmerje toplotnih dobitkov in skupnih toplotnih transmisijskih in ventilacijskih izgub: 79
(4.91) Brez dimenzijski numerični parameter po naslednji enačbi:, ki upošteva vpliv toplotne inercije, se izračuna (4.92) kjer sta: τ časovna konstanta stavbe (h), ki se izračuna po enačbi 5.84 in τ C,o referenta časovna konstanta za hlajenje (h), τ C,o = 15 h; a o = 1; (4.93) Za izračun toplotnih dobitkov zaradi sončnega sevanja veljajo iste enačbe kot pri računanju potrebne toplote za ogrevanje, edino faktor zaradi zmanjšanja pomičnega zasenčenja Fc se stalno upošteva v polni vrednosti, kot velja za posamezno senčilo (žaluzije, tkanine). Tabela 4.19: Parametri za izračun toplotnih dobitkov Smer A s F c F s F f g Okna 90 - fasada - sever 7,7 m2 0,60 1,00 0,7 0,68 Okna 90 - fasada - vzhod 8,0 m2 0,60 1,00 0,7 0,68 Okna 90 - fasada - jug 2,0 m2 0,60 1,00 0,7 0,68 Okna 90 - fasada - zahod 5,2 m2 0,60 1,00 0,7 0,68 Okna 45 - streha - vzhod 1,0 m2 0,60 1,00 0,7 0,56 Okna 45 - streha - zahod 2,0 m2 0,60 1,00 0,7 0,56 80
Izračunati je potrebno še sončne dobitke za mesece, ko je prisotno hlajenje stanovanjske stavbe. Faktor e v spodnji tabeli 4.20 predstavlja produkt vseh parametrov, ki so v zgornji tabeli 4.19. Tabela 4.20: Izračunani sončni dobitki za določene mesece (kwh) Mesec Dni S-90 *dni*e V-90 *dni*e J-90 *dni*e Z-90 *dni*e V-45 *dni*e Z-45 *dni*e Skupaj (kwh) Maj 16 41,8 86,7 19,2 50,2 14,7 27,2 239,8 Junij 30 93,2 165,4 34,5 105,0 29,0 56,7 483,8 Julij 31 89,4 178,8 40,2 119,0 32,3 65,0 524,7 Avgust 31 73,6 158,0 42,5 98,5 27,2 52,7 452,5 September 27 47,0 97,8 36,7 65,1 16,5 33,4 296,5 Toplotne izgube računske cone za določeno časovno obdobje se izračunajo po naslednjih dveh enačbah 4.94 in 4.95: ( ) (4.94) ( ) (4.95) kjer je: H Tr koeficient transmisijske toplotne izgube za računsko cono (W/K), H Ve koeficient ventilacijske toplotne izgube za računsko cono (W/K), υ int,c notranja računska temperatura hlajene cone ( C), υ e,m srednja zunanja temperatura za računsko obdobje ( C) in t trajanje računskega obdobja (h), pri urni metodi t = 1 h. 81
V tabeli 4.21 je prikazan celovit izračun potrebnega hladu za hlajenje stanovanjske hiše. Tabela 4.21: Prikaz pritokov in izgub ter izračun letnega potrebnega hladu za hlajenje Q NC Mesec Št.dni Zunanja temp. ( C) Toplotne izgube (kwh) Notranji pritoki (kwh) Sončni pritoki (kwh) Skupni pritoki (kwh) gama η Gn Q NC (kwh) Januar 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Februar 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Marec 0 0 0 0 0 0 0 0 0 April 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Maj 16 15 1.187,0 384 239,8 623,8 0,52 0,52 6,6 Junij 30 18 1.618,6 720 483,8 1.203,8 0,74 0,73 22,3 Julij 31 20 1.251,3 744 524,7 1.268,7 1,014 0,91 130 Avgust 31 20 1.251,3 744 452,5 1.196,5 0,95 0,86 120,4 September 27 15 2.003,0 648 296,5 944,5 0,47 0,47 3,1 Oktober 0 0 0 0 0 0 0 0 0 November 0 0 0 0 0 0 0 0 0 December 0 0 0 0 0 0 0 0 0 sezona 135 282,3 Q NC /A u =1,13 kwh/m 2 a 82
5 REZULTATI 5.1 IZRAČUN TOPLOTNE OBREMENITVE PRED IN PO REKONSTRUKCIJI V poglavju 4.2.7 smo kot primer izračunali toplotne obremenitve za en prostor, izračuni za ostale prostore so v prilogi D. Celovit pregled in skupna vrednost toplotne obremenitve za obstoječe stanje in za stanje po rekonstrukciji, pa je prikazan v naslednji tabeli 5.1. Tabela 5.1: Primerjava med izračunanimi toplotnimi obremenitvami pred in po rekonstrukciji Obstoječe stanje Po rekonstrukciji Transmi. Ventila. Ogrevalna Skupaj Transim. Ventila. Ogrevalne Skupaj izgube izgube kapacita izgube izgube kapaciteta (W) (W) (W) (W) (W) (W) (W) (W) Pritličje Dnevna soba 523 350 215 1088 326 350 143 819 Kuhinja 1 469 608 124 1201 294 608 83 985 Spalnica1 367 214 131 712 218 214 87 519 Kopalnica 1 310 459 215 985 246 459 143 848 Hodnik 1 119 112 68 299 74 112 45 231 Mansarda Spalnica 2 163 215 145 523 137 215 96 438 Spalnica 3 163 215 145 523 137 215 96 438 Kuhinja 2 323 547 124 994 233 547 83 863 Hodnik 2 331 132 88 551 221 132 60 413 Kopalnica 2 224 500 62 786 166 501 42 709 Klet 887 406 648 1941 887 406 648 1941 Skupaj 3879 3758 1965 9602 2939 3759 1526 8224 Iz podanih rezultatov v zgornji tabeli 5.1 je razvidno, da je skupna toplotna obremenitev pred rekonstrukcijo 9602 W, po rekonstrukciji stanovanjske hiše pa 8224 W, kar pomeni, da potrebujemo 15 % manj toplotne moči za ogrevanje. Ocena, ki je dobljena, temelji na 83
računski metodi po poenostavljenem postopku, kot ga predpisuje standard EN 12831. Pri poenostavljenem postopku izračuna toplotne obremenitve učinki rekonstrukcije za ventilacijske izgube niso vidni oz. prikazani, ker bi jih bilo potrebno izračunati po drugi poti, kar bo narejeno s programom KI Energija, ki bo izveden v nadaljevanju, kjer bo prikazana celovitost energetskih kazalcev pred in po rekonstrukciji stanovanjske stavbe. Dejansko smo izračunali potrebno toplotno moč za ogrevanje stanovanjske hiše, tako da lahko v nadaljevanju pristopimo k izbiri generatorja toplote, k izbiri in dimenzioniranju ogreval ter celotnega ogrevalnega sistema. Program KI Energija izračuna tudi informativno toplotno obremenitev oz. informativno nazivno moč potrebnega generatorja, za pokrivanje transmisijskih in ventilacijskih izgub. Izračunana je iz povprečne srednje toplotne prehodnosti konstrukcijskih elementov ovoja objekta pomnoženo s površino ovoja A in temperaturno razlike (projektna zunanja temperatura in notranja temperatura), torej: - specifične transmisijske izgube Ht (W/K) * ΔT + specifične ventilacijske izgube Hv * ΔT = informativna toplotna obremenitev (W). Izračunana vrednost s programom KI Energie znaša 8920 W ter se zelo malo, to je za 7 %, razlikuje od izračunane toplotne obremenitve po poenostavljenem postopku, ki znaša 9602 W. Program ne upošteva dodatka za ogrevalno kapaciteto, saj je predpostavka, da imajo vsi prostori enako temperaturo. Razlika med izračunoma je tako rekoč zelo malenkostna, kar pomeni, da je stara metoda še vedno praktična in uporabna za izračun. 84
Slika 5.1: Energetski podatki za hišo pred rekonstrukcijo Slika 5.2: Energetski podatki za hišo po rekonstrukciji V zgornjih dveh slikah 5.1 in 5.2 obremenitve, izračunane s pomočjo programa KI Energija. so podane informativne toplotne in hladilne 5.2 PRIMERJAVA TOPLOTNE IN HLADILNE OBREMENITVE PRED IN PO REKONSTRUKCIJI Primerjava toplotne in hladilne obremenitve pred in po rekonstrukciji je prikazana v naslednji tabeli 5.2. 85
Tabela 5.2: Primerjave vrednosti toplotne in hladilne obremenitve pred in po rekonstrukciji Parameter Pred rekonstrukcijo Po rekonstrukciji Koeficient skupnih toplotnih izgub (transmisijske + ventilacijske) H program KI Energija (W) 299,3 157,8 Informativna toplotna obremenitev program KI Energija (W) 8.920 4.254 Informativna hladilna obremenitev program KI Energija (W) 7.534 2.775 Izračunana toplotna obremenitev po EN 12831 (W) 9602 8224 Izračunana max. hladilna obremenitev po VDI 2078 (W) 5558 V tabeli vidimo, da je stanje po rekonstrukciji bistveno boljše, saj je informativna toplotna obremenitev malo več kot polovico manjša kot pred rekonstrukcijo, in to nam je jasen pokazatelj, da so predlagane rešitve za povečanje energetske učinkovitosti pravilne. Informativna hladilna obremenitev se je zmanjšala skoraj za faktor tri. Pri klasičnem izračunu toplotne obremenitve po standardu EN 12831 razlike pred in po rekonstrukcijo niso tako velike, kajti bistvene razlike nastanejo pri drugačnem pojmovanju in izračunavanju ventilacijskih izgub, saj program za prezračevanje z rekuperacijo izračunava bistveno večje prihranke, kot je to pri klasičnem izračunu. Je pa zato bolj primerljiva toplotna obremenitev pred rekonstrukcijo na podlagi programa, kjer je vrednost 8902 W in pa izračunane vrednosti 9602 W, kar pomeni približno 7 % odstopanje, kar je v tem primeru skoraj zanemarljivo. Izračuni hladilne obremenitve po smernici VDI 2078 je manjši, kot jih izračuna program, za kar je lahko kar veliko vhodnih podatkovnih razlik, kajti smernica VDI 2078 zajema ogromno število podatkov, ki jih je potrebno upoštevati v različnih tabelah, največje odstopanje nastopi pri podatkih za sončno obsevanje, saj so podatki v tabelah VDI 2078 86
podani za ozemlje Republike Nemčije, kjer so klimatski podatki to je predvsem sončnega obsevanja drugačni, medtem ko temperaturne razlike niso tako različne kot pri nas. Glavni vzrok odstopanja pri izračunu hladilne obremenitve je zaradi tega, ker klasični izračun po VDI 2078 upošteva urno metodo izračuna, medtem ko program KI Energija oz. ostali programi računajo na podlagi mesečne metode, ki pa ni dovolj natančna. Kot ilustracijo pri klasičnem izračunu (urna metoda) se za najbolj vroč del dneva v mesecu juliju upošteva zunanja temperatura zraka več kot 30 C, medtem ko se pri izračunu s pomočjo programa (mesečna metoda) upošteva povprečna dnevna temperatura okoli 22 C. Pri tako veliki količini podatkov glede različne stavbe, klimatskih pogojev, moči strojev in naprav, sončnega obsevanja, temperatur, različnih vplivov koeficientov prepustnosti sevanja, ki so za današnje gradbene materiale in stavbno pohištvo bistveno drugačni, kot so za gradbene materiale pred dvema desetletjema, je logično posledično pričakovati, da so rezultati pri izračunih drugačni. 5.3 PRIMERJAVA MED IZRAČUNANIMI VREDNOSTMI IN VREDNOSTMI, DOBLJENIMI PRI IZRAČUNU S PROGRAMOM ZA IZDELAVO EI S pomočjo programa KI Energija je izdelana računska energetska izkaznica za stanje pred rekonstrukcijo. Prav tako sta parametra Q NH in Q NC po standardu SIT EN ISO 13790 izračunana za stanje stanovanjske hiše pred rekonstrukcijo, tako da se lahko primerjajo rezultati, dobljeni oz. izračunani s pomočjo programa, z rezultati, ki so izračunani na klasičen način po enačbah in smernicah, ki jih podaja omenjeni standard. 87
Teoretično bi morali biti rezultati, dobljeni na oba načina, enaki, vendar niso, kajti pojavljajo se manjša odstopanja, kar za samo uporabnost s stališča velikosti dobljenih rezultatov ni problematično in se tako lahko tako privzamejo in upoštevajo na en ali drug način dobljeni rezultati oz. vrednosti izračunanih parametrov, to je energetskih kazalcev. Za sam način izračuna je pri praktičnem delu nedvoumno bolj priročen izračun, ki ga naredimo s pomočjo programa, saj je delo lažje, hitrejše ter bolj natančno in točno toliko, kolikor je natančen oz. identičen programski algoritem v primerjavi s postopkom, kot ga predpisuje sam standard. Glede na dejstvo, da so programi, ki se uporabljajo, relativno novi in šele na začetku splošne uporabnosti, kajti izdelani so bili prvotno za računanje gradbene fizike in nato posledično tudi za izdelovanje energetskih izkaznic (EI) za potrebe tržišča, se tako pojavljajo razlike pri izračunih med samimi programi (KI Energija, Archimad, Ursa). Opravljeni so bili namreč testni izračuni za en objekt z vsemi tremi programi in pojavile so se določene oz. bistvene razlike med izračunanimi vrednostmi. V primeru izračuna za stanovanjsko hišo je primerjava med vrednostmi prikazana v naslednji tabeli 5.3. Tabela 5.3: Primerjava med izračunanimi vrednostmi klasično in s pomočjo programa Naziv parametra Izračun program KI Klasični izračun Koeficient specifičnih transmisijskih izgub (W/K) 193,2 175 Koeficient specifičnih ventilacijskih izgub (W/K) 106,1 105,08 Potrebna toplota za ogrevanje kwh/a 14.047 13.859 Q NH kwh/m 2 a 51,1 55,4 Potreben hlad za hlajenje Q NC kwh/a 545 282,3 kwh/m 2 a 2,0 1,13 Iz podane tabele vidimo, da je letna potrebna toplota za ogrevanje Q NH, izračunana s programom, 14.047 kwh/a, se pravi skoraj enaka kot pri klasičnem izračunu, kjer je ta vrednost 13.859 kwh/a, kljub temu da je koeficient specifičnih transmisijskih izgub za cca 10 % večji kot pri klasičnem izračunu. Pri preverjanju rezultatov je bilo ugotovljeno, da 88
program KI Energija pri izračunu izgub v tleh dosledno ne upošteva standarda za izračunavanje izgub v tleh SIST EN ISO 13770, ki je sestavni del standarda EN 13790, kajti izgube v tleh se ne izračunavajo po klasični enačbi za prehod toplote, temveč upoštevajo tudi druge parametre, kot so prevodnost zemljine in drugo. Pri konzultiranju z izdelovalcem programa je bilo rečeno, da potekajo izboljšave na samem programu, tako da nova različica programa KI Energija 2014 že upošteva oz. izračunava izgube v tleh, tako kot predpisuje standard. Pri podajanju vrednosti na enoto površine tudi prihaja do razlike, saj program izračunava dejansko uporabno površino, ki se vnese v program (dolžino x širino stavbe), ki je tako v našem primeru 275 m 2, medtem ko se pri klasičnem izračunu upošteva enačba 4.76, kjer se potem za naš primer upošteva vrednost uporabne površine 250 m 2. Pri analizi vrednosti potrebnega hladu za hlajenje ugotovimo, da primerjani vrednosti bistveno odstopata, kljub temu da je vrednost potrebnega hladu za hlajenje majhna. Razlike med rezultati, dobljenimi s klasično računsko metodo in rezultati, dobljenimi s pomočjo programa KI Energija, lahko nastanejo tudi zaradi različnih vhodnih podatkov, in to predvsem pri podajanju energije sončnega obsevanja za različne strani neba, ki so potrebne za izračunavanje sončnih pritokov. Vremenski podatki v bazah programa, ki jih pridobiva in posreduje ARSO, so interpolirani podatki glede na najbližjo vremensko postajo. Najbližja vremenska postaja je postaja Bizeljsko. Razlike med temi podatki so sicer majhne, vendar zadostne, da se kasneje pri izračunih pojavijo razlike. 5.4 PRIMERJAVA ENERGETSKIH KAZALCEV PRED IN PO REKONSTRUKCIJI STANOVANJSKE HIŠE Najenostavneje prikažemo razliko med parametri oz. energetskimi kazalci v obliki naslednje tabele 5.4, kjer so prikazane izračunane vrednosti pred in po rekonstrukciji 89
stanovanjske hiše. V primerjalni tabeli so upoštevani podatki iz izdelanih energetskih izkaznic za stanje pred in po rekonstrukciji stanovanjske hiše. Tabela 5.4: Primerjava energetskih kazalcev pred in po rekonstrukciji Kazalec Ovoj stavbe Pred rekonstrukcijo Po rekonstrukciji Vrednost Dovoljeno Ustreznost Vrednost Dovoljeno Ustreznost Zunanja stena U (W/m 2 K) 0,288 0,20 NE 0,196 0,20 DA Tla v kleti U (W/m 2 K) 0,373 0,35 NE 0,238 0,350 DA Količnik spe. transmisijskih izgub H`t (W/m 2 K) 0,400 0,396 NE 0,290 0,394 DA Letna specifična potrebna toplota za ogrevanje Q NH (kwh/m 2 a) 51,1 37,2 NE 22,1 37,2 DA Letni specifičen potreben hlad za ohlajanje Q NC (kwh/m 2 a) 2,0 50,0 DA 0,3 50,0 DA Letna primarna energija za delovanje stavbe Qp (kwh/m 2 a) 145 191,4 DA 47,2 191,4 DA Dovedena energija za delovanje stavbe (kwh/m 2 a) 112 - - 101 - - CO2 (kg/m 2 a) 31* - - 8,4* - - Delež OVE (%) 48 25 DA 84 25 DA Energetski razred C B1 V izdelani EI, priloga A, je izračunana vrednost CO 2, sicer 11 kg/m 2 a, kar je napačno, saj je količina CO 2 izračunana iz primarne energije, ker je v 18. členu PURES 2010 napačna trditev. Pričakuje se sprememba pravilnika, da predpiše pravilno formulacijo, in sicer da se izpusti CO 2 izračunajo iz dobavljene energije (tiste, ki je uvožena od zunaj v stavbo). Med dobavljene oz. uvožene energije se od OVE energij upošteva samo energija iz biomase, vendar je le-ta za potrebe prikaza energetskega kazalca primarne energije pomnožena s faktorjem 0,1. Vrednosti CO 2 se izračunavajo, tako da se posamezne dobavljene oz. kupljene količine energentov (kurilno olje, električna energija, plin...) pomnožijo s točno določenim faktorjem, ki je predpisan v TSG. Pred rekonstrukcijo stanovanjske hiše je stavba po porabi toplote za ogrevanje, ki je merodajna za uvrstitev v energetski razred, 90
uvrščena v energetski razred C. Količina potrebne toplote za ogrevanje uvršča hišo pred rekonstrukcijo med slabše nizko energetske hiše oz. NEH hiše, ki se nahajajo v razponu od 30 do 60 kwh/m 2 a glede na količino potrebne toplote za ogrevanje. Po kazalcih in po preseženih vrednostih toplotne prehodnosti za zunanjo steno in tal v kleti je nedvoumno razvidno, da je potrebno ojačati toplotni ovoj, kar plan za rekonstrukcijo tudi predvideva. Po rekonstrukciji spada stanovanjska hiša v energetski razred B1, kar jo uvršča med zelo dobre NEH hiše, ki mejijo že na pasivne hiše, kajti potrebna toplota za ogrevanje je malo več kot 22 kwh/m 2 na leto. Potreba po letnem hladu je skoraj zanemarljiva, kajti to je bil tudi eden izmed ciljev, ki smo jih hoteli doseči z rekonstrukcijo oz. s toplotno izboljšavo strešne konstrukcije. Namestitev celuloze namesto kamene volne zmanjša potrebo po hladu za hlajenje, tako da stanovanjska hiša ne potrebuje hlajenja, temveč je zadostno pohlajavenje s prezračevanjem s pomočjo rekuperatorja v nočnem času. Za končno potrditev te trditve je potrebno narediti še zelo natančen poseben izračun. Pri rekonstrukciji smo v celoti upoštevali rekonstrukcijo toplotnega ovoja stanovanjske hiše, tako fasade kot ostrešja. Pri rekonstrukciji tal v kleti smo pač omejeni s tlemi, ki jih predstavlja obstoječi objekt, zato smo izvedli samo delno možno rekonstrukcijo, da smo zadovoljili kriteriju toplotne prehodnosti za tla. To se tudi vidi pri parametrih, kot sta količnika transmisijskih in ventilacijskih toplotnih izgub pred in po rekonstrukciji, ki sta podana v naslednji tabeli 5.5. Tabela 5.5: Primerjava količnikov toplotnih izgub pred in po rekonstrukciji Parameter Pred rekonstrukcijo Po rekonstrukciji Količnik transmisijskih toplotnih izgub Ht (W/K) 193,2 139,8 Količnik ventilacijskih toplotnih izgub Hv (W/K) 106,1 18,0 Količnik specifičnih transmisijskih toplotnih izgub H`T (W/m 2 K) 0,400 0,290 91
Da smo za cca 30 % zmanjšali količnik transmisijskih izgub, je, kot opisano, predvidena celovita rekonstrukcija hiše, kar je večji gradbeni poseg, ki pa ne zadostuje prehoda v boljši energetski razred, v kolikor ne izvedemo rekuperacijskega prezračevanja. Kljub temu da računsko skladno s standardom vzamemo stopnjo prezračevanja n = 0,5 h -1, so ventilacijske izgube prevelike, tako da šele z rekuperacijskim prezračevanjem dobimo bistveno nižje ventilacijske toplotne izgube. To je tudi pravilno, kajti za ugodno bivanje in za dosego dobrega energetskega razreda je rekuperacija nujna, kajti ni samo dovolj, da rečemo, da se hiša ne prezračuje oz. je zelo zrakotesna. Standard pri izdelavi EI je namreč zelo jasen in natančen, tako da po eni strani sili uporabnika stavbe, da razmišlja o nujnosti vgradnje rekuperacije za doseganje kvalitetnega prezračevanja, kar je tudi potrebno za ugodno bivalno in zdravo okolje. To pa je osnovno izhodišče za gradnjo današnjih objektov. Primerjajmo še posamezne vrste energij pred in po rekonstrukciji, kar je prikazano v naslednji tabeli 5.6. Tabela 5.6: Primerjava vrednosti energij pred in po rekonstrukciji Dovedena energija za delovanje stavbe Pred rekonstrukcijo(kwh/a) Po rekonstrukciji (kwh/a) Gretje Q f,h 17.279 17.838 Hlajenje Q f,c 0 0 Prezračevanje Q f,v 0 2.190 Ovlaževanje Q f,st 0 0 Priprava tople vode Q f,w 4.127 5.644 Razsvetljava Q f,l 1.237 1.237 Električna energija Q f,aux 7.815 910 Skupaj dovedena energija za delovanje stavbe 30.457 27.819 Primarna energija za delovanje stavbe (kwh/a) 39.490 12.963 Emisije CO2 (kg/a) 8.525 2.299 Obnovljiva energija, porabljena na stavbi 14.661 23.483 92
Na sliki 5.3 je razvidna struktura rabe celotne energije za delovanje stavbe po virih energije in energentih pred in po rekonstrukciji. Slika 5.3: Raba celotne energije po energentih pred in po rekonstrukciji Kot je razvidno iz podatkov, so emisije CO 2 pred rekonstrukcijo bistveno večje, pa dejansko na samem objektu ni nobenih izpustov CO 2, ker je za stanje pred rekonstrukcijo upoštevano delovanje toplotne črpalke, ki je velik porabnik električne energije, in to je tudi razvidno. Višja vrednost je zaradi tega, ker se skladno s standardom prikazuje kupljena energija oz. primarna energija in so posledice nastanka CO 2 za proizvodnjo električne energije na mestu proizvodnje oz. na samem viru (kurjenje premoga v termoelektrarni je zelo slikovit primer). Za biomaso pa se pri izračunu oz. izdelavi EI ne upošteva nastanka CO 2, kljub temu da se pri kurjenju biomase sprošča CO 2 in drugi škodljivi dimni plini za okolje, ki ogrožajo človekovo zdravje. Glede na trend porabe biomase (le-ta je dvakrat cenejša kot kurilno olje oz. zemeljski plin) v zadnjih letih, in to še posebno v mestih, je pričakovati, da bo prej ali slej prišlo do popravka standarda oz. novih pravilnikov, določil in tudi standardov, kajti v drugih evropskih državah je lokalna zakonodaja strožja kot pri nas, kar še posebej velja za kurjenje biomase, za delce PM10 in PM2.5 morajo imeti uporabniki posebne filtre za preprečevanje izpustov oz. večjih dimnih delcev v ozračje. 93
Ne glede na to, da se je potrebna toplota za ogrevanje Q NH pred rekonstrukcijo 51 kwh/m 2 a zmanjšala na 22 kwh/m 2 a po rekonstrukciji, ostaja potrebna končna energija za ogrevanje Q f,h še vedno dokaj visoka in ni takšnega zmanjšanja, kot je bilo pričakovati. Parameter končne energije za ogrevanje Q f,h upošteva vrnjeno toplotno energijo ogrevalnega sistema Q rhh, vrnjeno toplotno energijo za pripravo tople vode Q rwh in pa tudi skupne toplotne izgube ogrevalnega sistema Q th. Vrednost Q f,h je po rekonstrukciji malo večja kot pred rekonstrukcijo, kar je v nasprotju z pričakovanji. Očitno so izgube pri ogrevanju oz. delovanju celotnega sistema (regulacija, razvod, ogrevala) z generatorjem na biomaso bistveno večje kot pri ogrevanju s toplotno črpalko. Za potrditev te trditve je potrebno s pomočjo algoritma ročno preveriti izračun potrebne končne energije za ogrevanje. Energija za pripravo tople vode Q f,w je različna, kljub temu, da je potrebna toplota za pripravo tople vode Q w identična za vse izračune. Računa se namreč na enak način za vse stanovanjske stavbe in upošteva specifično letno rabo energije za toplo vodo na iztočnem mestu, ki je enaka za vse stanovanjske hiše, odvisno od števila dni zagotavljanja tople vode v določenem mesecu in površine stanovanjske hiše. Razlike nastopijo zaradi različnih toplotnih potreb generatorja za pripravo tople vode, toplotnih izgub različnih sistemov za toplo vodo (enkrat TČ, drugič SSE), ki upoštevajo tudi različne vrnjene toplotne izgube sistemov za toplo vodo. Skupna dovedena oz. potrebna energija za delovanje stavbe je za približno 10 % nižja, kot pred rekonstrukcijo. Pri opredelitvi oz. določitvi energij je potrebno biti pazljiv, saj je potrebno razlikovati med dovedeno energijo, to je v bistvu energijo, ki jo stavba potrebuje za delovanje, in pa med dobavljeno energijo, ki je v bistvu kupljena energija in predstavlja osnovo za izračun primarne energije. Dovedena energija za delovanje stavbe je tudi energija OVE, to je obnovljiva energija, proizvedena in tudi porabljena na stavbi (toplota okolja, sončna energija...). 94
Energijski kazalec primarne energije je bil uveden naknadno z EPBD 2010 (Obnovljena direktiva za energetsko učinkovitost) z namenom, da se spremlja tudi količina dobavljene energije, kajti v prihodnosti bo cilj graditi objekte s čim manj od zunaj dobavljene energije in čim več energije za potrebe delovanja stavbe ustvariti na stavbi. Tudi zakonodaja že nakazuje smernice za takšne vrste stavbe, ki imajo ime nič energijske stavbe ali celo plus energijske stavbe. Razlika se pojavi tudi pri analizi dni, in sicer je za stanje pred rekonstrukcijo 230 kurilnih dni in 135 dni za ohlajanje, za stanje po sanaciji pa 212 kurilnih dni in 92 dni za ohlajanje, kar pomeni, da sta maj in september»idealna«meseca, ko ni potrebno ne ogrevati ne hladiti prostorov in se pri izračunih ne upoštevata. 95
6 SKLEPI ZAKLJUČKI V nalogi smo na podlagi standardov izračunali energijske lastnosti stanovanjske hiše ter celovito razdelali in opisali tehnologijo, ki je potrebna za povečanje energetske učinkovitosti stanovanjske stavbe. Ukrepi za povečanje energetske učinkovitosti stanovanjske hiše zajemamo ukrepe na gradbenem področju kot tudi potrebne ukrepe na področju strojnih inštalacijah. Z uporabo standardov, predvsem standarda SIST EN ISO 13790, ki ima naslov Toplotne karakteristike stavb Izračun potrebne energije za ogrevanje in hlajenje smo tudi z izračunom energetskih kazalcev računsko dokazali pravilnost izbranih ukrepov za povečanje energetske učinkovitosti. Energetski kazalci so orodje, ki jih je vpeljava zakonodaja prav zaradi povečanje energetske učinkovitosti stavb in so postali nepogrešljivo orodje za strokovnjake, ki se ukvarjajo z načrtovanjem, izvajanjem in vzdrževanjem vseh vrst stavb. V začetku leta 2014 je bil sprejet tudi posodobljen energetski zakon EZ-1, ki je predpisal energetsko izkaznico kot temeljni oz. osnovni dokaz o rabi energije v stavbah. Na trgu so se tudi pojavili programi, ki so dostopni široki množici uporabnikov in omogočajo hitro in precizno izračunavanje energetskih kazalcev in izdelavo same energetske izkaznice ter elaborat o učinkoviti rabi energije in izkaz energijskih lastnosti stavbe, ki sta postala nepogrešljiv in obvezen dokument pri izdelavi projektne dokumentacije za pridobitev gradbenega dovoljenja. Naloga prikazuje tudi razlike, ki se pojavljajo na podlagi novih standardov, kajti starejši standardi za izračun potrebne projektne moči kot npr. EN 12831 je postal za moderne to je novejše energetsko učinkovite hiše (nizko-energetska hiša, pasivna hiša, plus energijska hiša) neuporaben, kajti pri izračunih se pojavlja predimenzioniranost generatorjev toplote, tako da bo v prihodnosti prišlo do spremembe določenih standardov. Prav tako se je tudi pri izračunu hladilne obremenitve oz. potrebnega hladu za hlajenje stanovanjske hiše izkazalo, da je zakonodaja dosegla cilj, tako da je z predpisani strogimi kriteriji za toplotno izolativnost toplotni ovoj, da praktično ni potrebe po napravah za hlajenje. S tem 96
je tudi starejša nemška smernica VDI 2078 postala neuporabna, kar je dokazano tudi v našem izračunu, kjer je ugotovljeno, da je potreba po hlajenju dvakrat manjša, kot je izračunana vrednost na podlagi omenjene smernice. Na področju učinkovite rabe energije se bo razvoj v bližnji prihodnosti intenzivno povečeval, kajti pojavlja se težnja po nič in plus energetskih objektih, to je objektih, ki energijo ne potrebujejo za svoje delovanje temveč jo celo proizvajajo za druge uporabnike. S tem lahko dosežemo popolno energetsko neodvisnost in to je cilj in želja zakonodaje oz. vseh uporabnikov energije, ki vemo, kako draga je energija. 97
VIRI IN LITERATURA [1] Praunseis, Z., Strojko R. in ostali študentje predmeta EOO (Energetska oskrba objektov), Seminarska naloga Varčna hiša. Generacija 2012 [2] Garcia, S. in drugi. IUSES, Intelligent Energy Europe. Energetska učinkovitost v stavbah, september 2010 [3] Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah. PURES 2010. Ur. l. RS št. 52/30. 6. 2010) [4] Tehnična smernica za graditev TSG-1-004: Učinkovita raba energije. Ur. l. RS št 52/ 30. 6. 2010 [5] Grobovšek, B. Zaščita pred vročino v mansardi, ZRMK. Dostopno na: http://gcs.gi-zrmk.si/svetovanje/clanki/grobovsek/pt43.htm [20. 3. 2014] [6] Streha Lumar pasiv. Dostopno na: http://www.lumar.si/konstrukcijskisistemi_streha-energy.html [20. 3. 2014] [7] Fibran Nord, Toplotna izolacija temeljne plošče v praksi. Dostopno na: http://www.fibran.si/frontend/article.php?aid=137&cid=36&t=toplotna-izolacijatemeljne-plosce-v-praksi [20. 3. 2014] [8] Porotherm 30 s p+e. Dostopno na: http://www.wienerberger.si/porotherm-30-spe.html [20. 3. 2014] [9] Lesena okna Jelostar. Dostopno na: http://www.jelovica-okna.si/varcna-lesenaokna-jelostar.html [10] M-Sora, Pasivna vhodna vrata, M Sora, d. d., Dostopno na: http://www.m-sora.si /files/userfiles/mizarstvo/katalogi/pasivna vhodna vrata.pdf [11] Energetska bilanca, Zrakotesnost. Dostopno na : http://www.energetskabilanca.si /zrakotesnost [20. 3. 2014] 98
[12] Prezračevanje stanovanja z rekuperacijo, Paul warmeruckggewinnung. Dostopno na http://www.e-netsi.si/files/predavanje_o_prezracevanju_eberhardt_paul.pdf [20. 3. 2014] [13] Nove kompaktne naprave in izpolnjeni sistemi cevovodov. Prezračevalni sistemi, ki izkoriščajo odpadno toploto. Dostopno na: http://www.ziher-hise.si/portals/0/slike /tehnologija/helios _Prezracevalni_sistemi.pdf [20. 3. 2014] [14] Viessman, 5 dobrih razlogov za Vitovent 300-sistem prezračevanja z rekuperacijo Dostopno na: http://www.viessmann.si/sl/eno_dvodruzinska_hisa/proizvodi/ prezracevanje_stanovanja/prezracevanje.html [20. 3. 2014] [15] Sunshore solar, Vakuumski kolektorji. Dostopno na: http://www.sunshore-solar.si/ vakumski-kolektorji.html [20. 3. 2014] [16] Prek, M. Izračun projektne toplotne moči za ogrevanje (SIST EN 12831: Grelni sistemi v stavbah Metoda izračuna projektne toplotne obremenitve). FS, Ljubljana 2013 [17] Instalater, Hlajenje. Dostopno na: http://www.instalater.si/prispevek/26/hlajenje [20. 3. 2014] [18] VDI 2078, Berechnung der Kuhlast klimatisierter Raume, Dusseldorf, Verein Deutsche Ingenieure, November 1990 [19] Recknagel, H. in drugi, Grejanje in klimatizacija 2012, Interklima, Vrnjačka Banja, 2011 [20] Avsec, J. Vodenje sistemov klimatizacije. Izvleček Die Systevielfalt der Splitklimatechnik, FE Krško [21] SIST EN ISO 13790:2008. Toplotne značilnosti stavb Računanje potrebne energije za gretje in hlajenje prostora (ISO 13790:2008). Thermal performance of buildings Calculation of energy use for space heating and cooling (ISO13790:2008) 99
[22] SIST EN ISO 13789:2008. Toplotne značilnosti stavb Toplotni koeficienti pri prenosu toplote in prezračevanja Računska metoda (ISO 13789:2007). Thermal performance of buildings - Transmission and ventilation heat transfer coefficients Calculation method (ISO 13789:2007) [23] SIST EN ISO 13370. Toplotne karakteristike stavb Prenos toplote skozi zemljo Računske metode (ISO 13370:2007) - Thermal performance of buildings - Heat transfer via the ground - Calculation methods (IS 13370:2007) [24] Labudović, B. Priročnik za ogrevanje. Energetika marketing, Ljubljana 2006 100
PRILOGE PRILOGA A: ENERGETSKA IZKAZNICA STAVBE 101
102
PRILOGA B: IZKAZ ENERGIJSKIH LASTNOSTI STAVBE 103
104
105
106
107
108
PRILOGA C: TLORIS IN PREREZ STANOVANJSKE HIŠE PRITLIČJE IN MANSARDA 109
110
111