Analiza zmienności charakterystyki energetycznej na przykładzie budynku wielorodzinnego

Abstract

Praca niniejsza jest poświęcona kompleksowej analizie zmienności wskaźnika rocznego zapotrzebowania budynku mieszkalnego wielorodzinnego na nieodnawialną energię pierwotną do pokrycia potrzeb cieplnych związanych z ogrzewaniem i wentylacją oraz przygotowaniem ciepłej wody (EPH+W). Oceny zmienności tego wskaźnika dokonano na podstawie uzyskanych wyników parametrycznych obliczeń symulacyjnych dla założonego modelu budynku oraz kilkudziesięciu wariantów rozwiązań systemów technicznych. Do obliczeń wykorzystano metodologię wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku obowiązującą w polskich aktach prawnych. Sformułowano kilka hipotez badawczych dotyczących zagadnień energetycznych w budynku. W celu ich weryfikacji przebadano wpływ następujących parametrów na wartość wskaźnika EPH+W: lokalizacja w strefie klimatycznej, orientacja względem stron świata, zyski od promieniowania słonecznego, zyski wewnętrzne, stopień przeszklenia, współczynniki przenikania przegród zewnętrznych, rodzaj systemu ogrzewania oraz systemu przygotowania ciepłej wody, sposób zasilania w energię, rodzaj nośnika energii lub energii. Analiza statystyczna uzyskanych wyników parametrycznych badań symulacyjnych wskazuje, że izolacyjność cieplna przegród budowlanych ma istotny wpływ na zapotrzebowanie budynku na energię użytkową do ogrzewania i wentylacji, dlatego rozpatrywano dwa przypadki. Pierwszy przy wymaganiach współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych obowiązujących w polskich aktach od 1 stycznia 2017 r. oraz drugi przy wymaganiach mających obowiązywać od 1 stycznia 2021 r. Dalej obliczenia prowadzono dla każdego przypadku oddzielnie. Praca obejmuję również analizę zmienności rocznego wskaźnika zapotrzebowania na energię użytkową i końcową do ogrzewania i wentylacji (odpowiednio EU i EKH) oraz wskaźnika zapotrzebowania na energię końcową do przygotowania ciepłej wody (EKW). W badaniach uwzględniono również zapotrzebowanie systemów technicznych na energię elektryczną pomocniczą na poziomie energii końcowej i pierwotnej. Uzyskane wyniki zostały poddane badaniom statystycznym i ostatecznie porównane z wartościami EPH+W dopuszczalnymi maksymalnymi zawartymi w Rozporządzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Pozwoliło to sformułować wnioski końcowe w pracy i odnieść się do postawionych hipotez badawczych. Przegląd literatury i analiza uzyskanych w pracy wyników badań wskazują, że istotny wpływ na wartość wskaźników energetycznych mają poszczególne parametry takie jak: strefa klimatyczna, w której budynek jest zlokalizowany, średnioroczna sprawność systemów technicznych oraz sposób zasilania budynku w energię i rodzaj wykorzystywanego nośnika energii lub energii. Liczne publikacje najczęściej przedstawiają badania wpływu tylko niektórych z parametrów lub mają charakter studium przypadku. Natomiast praca niniejsza zawiera kompleksową ilościową analizę wpływu wielu parametrów dla kilkudziesięciu wariantów rozwiązań technicznych możliwych do realizacji. Praca składa się z ośmiu rozdziałów. Rozdział pierwszy to wprowadzenie, które zawiera przede wszystkim opis ewaluacji wymagań energetycznych stawianych budynkom w okresie ostatnich kilkudziesięciu lat. W rozdziale drugim obejmującym przegląd piśmiennictwa opisano zagadnienia dotyczące standardu energetycznego oraz efektywności energetycznej budynku i przywołano najważniejsze unijnie i polskie akty prawne z tym związane. Opisano relacje występujące pomiędzy wskaźnikami energetycznymi budynku. Omówiono wpływ termomodernizacji budynku na charakterystykę energetyczną. Zwrócono uwagę na potrzebę sporządzania audytów i świadectw energetycznych. Wskazano powiązania pomiędzy efektami energetycznymi, ekologicznymi i ekonomicznymi, a działaniami prowadzącymi do ograniczenia zużycia energii w budownictwie. W rozdziale trzecim sformułowano cel pracy oraz hipotezy badawcze. W rozdziale czwartym szczegółowo opisano metodykę badań oraz założenia do parametrycznych obliczeń symulacyjnych. Rozdział piąty, najobszerniejszy, został poświęcono prezentacji i interpretacji uzyskanych wyników obliczeń, a także dyskusji nad nimi. W rozdziale tym pokazano m.in. wartości średnie, minimalne i maksymalne, udziały i zmiany procentowe, rozstępy względne pomiędzy uzyskanymi wynikami, a także siłę wpływu poszczególnych parametrów na wskaźniki energetyczne budynku. Należy zaznaczyć, że analizowano zakres zmienności wartości parametrów oraz rozwiązania techniczne, które mogą występować w warunkach projektowych i eksploatacyjnych. Zamieszczono przykładowe rozwiązania systemów technicznych wykorzystujące odnawialne źródła energii albo zasilanie ze źródeł pracujących w skojarzeniu. Podano przykładowe parametry tych systemów technicznych dzięki, którym uzyskano zmniejszenie wskaźnika EPH+W. Ostatecznie doprowadziło to do spełnienia obowiązujących, zdaniem autora, bardzo wysoko postawionych wymagań tego wskaźnika dla budynku mieszkalnego wielorodzinnego, z wentylacją grawitacyjna, nie wyposażonego w system chłodzenia. Rozdział szósty to podsumowanie końcowe całej pracy. W rozdziale siódmym zamieszczono wykaz bibliografii, a w ósmym wyniki testów statystycznych. Praca zawiera również wykaz oznaczeń, spis tabel oraz spis rysunków. Praca może być wykorzystywana przez specjalistów, którzy zajmują się zagadnieniami zapotrzebowania budynku na energię, wyborem rodzajów źródeł ciepła i nośników energii, a także systemów ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody stanowiących wyposażenie techniczne budynku.