Primerjava izračunov letne rabe energije za stanovanjsko hišo

ENERGETIKA
Primerjava izračunov
letne rabe energije za
stanovanjsko hišo
doc. dr. Uroš Stritih 1 , Matic Oman 2 , dipl. inž., prof. dr. Vincenc Butala 1
Na podlagi pravilnika PURES in spremljajoče tehnične smernice
TSG-1-004: 2010 so podjetja izdelala programska orodja za izračun
letne rabe energije za ogrevanje in hlajenje. Na podlagi primera
stavbe z znano rabo energije smo ugotovili, da prihaja pri enakih
vhodnih podatkih do odstopanj v izračunih.
Slika 1
Zahodna fasada stavbe
1
Univerza v Ljubljani –
Fakulteta za strojništvo
2
Protim Ržišnik Perc d.o.o.
Eden pomembnejših korakov v smeri energetske
učinkovitosti v EU je bil sprejem direktive o
energetski učinkovitosti stavb, imenovane EPBD,
ki je bila sprejeta 16. 12. 2002, uradno pa je začela
veljati z objavo v uradnem listu EU dne 4. 1. 2003.
Direktiva je predvidevala triletni rok za vpeljavo
zahtev v pravni red držav članic EU, vendar je bil
zaradi počasnega prenosa v nacionalne zakone v
državah članicah ta rok podaljšan še za tri leta in
sicer do 4. 1. 2009.
Sledila je prenovljena direktiva o energetski
učinkovitosti stavb, ki je bila sprejeta 19. maja
2010 in je stopila v veljavo z objavo v Uradnem
listu EU 18. 6. 2010. S prenovljeno direktivo EPBD
želi Evropska unija prispevati svoj delež k zmanjšanju
podnebnih sprememb ter obenem povečati
svojo konkurenčnost v svetu. Vzrok za prenovo
direktive iz leta 2002 je bila neučinkovitost
pri sprejemanju te direktive, saj kljub dodatnim
trem letom podaljšanega roka države članice v
večini niso uspele implementirati sistema v nacionalno
zakonodajo. Drugi vzrok je bil ta, da
niso bile označene določene metode za izračun
energetskih lastnosti stavb. S tem se z različnimi
modeli izračunov podaja različne vrednosti, kar
onemogoča medsebojno primerjavo energetske
učinkovitosti stavb. Nova direktiva določa, da je
treba zmanjšati rabo energije v stavbah ter izpuste
CO 2
, vpeljati mednarodno primerljive modele
in povečati količino energije, pridobljene iz OVE.
Takšna uvedba bo povečala zanesljivost z oskrbo
energije in zaposlenost ter spodbudila tehnološki
razvoj, predvsem na področju OVE.
V Sloveniji je na podlagi te direktive v veljavo
stopil PURES 2010, ki nadomešča obstoječi
pravilnik o učinkoviti rabi energije, ki je bil sprejet
leta 2008. Pravilnik o učinkoviti rabi energije
v stavbah določa tehnične zahteve na področju
toplotne zaščite, ogrevanja, hlajenja, prezračevanja
in njihove kombinacije, priprave tople vode
in razsvetljave.
Metodologijo izračuna energijskih lastnosti
stavbe in gradbene ukrepe, povezane z njimi, določa
»Tehnična smernica za graditev TSG-1-004:
2010 Učinkovita raba energije«. Le-ta je podlaga
za izdelavo elaborata učinkovite rabe energije
(URE). Obvezni podatki, ki jih elaborat URE mora
vsebovati, so:
• vhodni podatki,
• navedba uporabljenih metod in uporaba privzetih
vrednosti,
• izračune, iz katerih mora biti razvidno, da projektirane
gradbene konstrukcije in stavba kot
celota izpolnjujejo zahteve iz tega pravilnika,
• vmesne rezultate za elemente učinkovite rabe
energije iz 9. do 14. ter 16. člena TSG-1-004:
2010,
• potrebno letno primarno energijo za delovanje
sistemov v stavbi,
• izpuste CO 2
, ki nastanejo pri delovanju sistemov
v stavbi,
20
4/2011

ENERGETIKA
• kazalnike letne rabe primarne energije in kazalnike
izpustov CO 2
.
Stavba
Za izračun energetske učinkovitosti smo izbrali
stanovanjsko stavbo z znanimi vsemi podatki
o ovoju stavbe, z znanimi napravami za
ogrevanje, prezračevanje ter pripravo tople vode.
Stavba se nahaja v Radovljici, zgrajena je bila leta
2009. Ima dve etaži, pritličje in nadstropje, velikost
uporabne površine znaša 250 m 2 . Grajena
je po vzoru nizkoenergijske stavbe, saj so zunanje
stene izolirane z 20 cm toplotne izolacije.
Vgrajena okna so kombinacija lesa in aluminija
s troslojno termopan zasteklitvijo, za senčenje
oken so uporabljene zunanje žaluzije. Streha je
ravna, z minimalnim naklonom 1 %. Na 250 m 2
površine živi pet oseb, stavba pa je zasnovana
tako, da so v pritličju bivalni prostori (kuhinja, jedilnica,
dnevna soba …), v nadstropju pa spalni
prostori s kopalnicama (slika 1 in slika 2).
Za ogrevanje stavbe, ogrevanje sanitarne
vode in prezračevanje je vgrajena kompaktna
toplotna črpalka Stiebel Eltron LWZ 403 SOL, ki
je toplotna črpalka in prezračevalna naprava v
enem, prav tako pa ima vgrajen grelnik sanitarne
vode s prostornino 200 l (slika 3).
Sanitarna voda se poleg toplotne črpalke
ogreva še s sprejemniki sončne energije – SSE.
Na streho sta postavljena dva zastekljena sprejemnika
sončne energije proizvajalca Weishaupt
s površino 2 x 2,29 m 2 . Usmerjena sta proti jugu
pod kotom 45° (slika 4).
Sistem prezračevanja temelji pozimi na toplozračnemu
ogrevanju, poleti pa na hlajenju
z ohlajenim zrakom. Zrak vstopa skozi zajemni
stolpič, ki se nahaja na zelenici hiše, in se transportira
po cevi DN 200 na globini 2 m in dolžine
40 m. Pozimi se zrak zaradi toplote zemlje, ki je
toplejša, ogreje, poleti pa ravno obratno. Nato
zrak vstopi v kompaktno prezračevalno napravo,
ki je kombinirana s toplotno črpalko. Zrak se dogreje
v križnem protitočnem ploščatem prenosniku
– rekuperatorju. Zrak se nato dovaja v vse
bivalne prostore, razen kuhinje, sanitarij, kopalnice
in pomožnih prostorov, od koder odteka z
mehanskim sistemom.
Opis in uporaba programov za izračun
Za izračun smo uporabili tri različne programe,
ki jih ponuja slovenski trg. Zaradi varovanja
podatkov smo jih poimenovali A, B in C. Vsi trije
programi so nastali na podlagi PURES-a, izračun
pa je izdelan po tehnični smernici TSG-1-004. V
programu A smo napravili dva izračuna, saj ima
možnost izbire računanja notranjih toplotnih dobitkov,
in sicer po poenostavljeni metodi glede
Slika 3
Kompaktna
toplotna črpalka
Stiebel Eltron
LWZ 403 SOL
Slika 2
Južna ter vzhodna
stran fasade
Slika 4
Sprejemniki sončne energije za
ogrevanje sanitarne vode
4/2011 21

ENERGETIKA
Tabela 1
Primerjava
izračunanih
vrednosti
Osnovni podatki: A1 A2 B C
Neto uporabna površina stavbe A u
, m 2 250 250 250 250
Bruto ogrevana prostornina stavbe V e
, m 3 1114 1114 1114 1114
Neto ogrevana prostornina stavbe, m 3 891 891 891 891
Celotna zunanja površina stavbe A, m 2 695 695 695 690
Oblikovni faktor 0,62 0,62 0,62 0,60
Temperaturni primanjkljaj za ogrevanje, Kdni 3900 3900 3900 5500
Povprečna letna temperatura T I
, °C 7,58 7,58 7,58 -
Letne potrebe po toploti/hladu:
Toplota za ogrevanje Q NH
, kWh 7587 10.395 10.715 9250
Hlad za hlajenje Q NC
, kWh 3022 1710 0 186
Toplota za ogrevanje na neto uporabno površino Q NH
/A u
, kWh/(m 2 a) 30,35 41,58 42,86 37,00
Toplota za ogrevanje na enoto ogrevane prostornine Q NH
/V e
, kWh/(m 3 a) 6,81 9,33 9,62 8,30
Letna raba primarne energije:
Letna raba primarne energije Q p
, kWh 28.454 33.464 18.362 8436
Na enoto uporabne površine stavbe Q p
/A u
, kW h/(m 2 a) 113,82 133,86 73,45 33,74
Na enoto ogrevane prostornine stavbe Q p
/V e
, kW h/(m 3 a) 25,54 30,03 16,48 7,57
Letne emisije CO 2
:
Letne emisije CO 2
, kg/a 6032 7094 3893 4471
Na enoto uporabne površine stavbe, kg/(m 2 a) 24,13 28,38 15,57 17,88
Na enoto ogrevane prostornine stavbe, kg/(m 3 a) 5,41 6,37 3,49 4,01
Letna dovedena energija:
Energija sistema za ogrevanje Q f,h,skupni
, kWh 3322 4534 4868 -
Energija sistema za pripravo tople vode Q f,w
9445 9445 884 -
Energija sistema za razsvetljavo Q f,st
, kWh 938 938 938 938
Energija za delovanje stavbe Q f
, kWh 19.621 21.957 7345 25.592
Energija na enoto ogrevane površine stavbe, kW h/(m 2 a) 78,48 87,83 29,38 107,04
Energija na enoto ogrevane prostornine stavbe, kWh/(m 3 a) 17,61 19,71 6,59 24,02
na preostala dva ter izračun notranjih dobitkov
po metodi SIST EN ISO 13790. V vseh izračunih
smo vnesli enake podatke za izračun. Vsi programi
imajo podoben sistem vnosa podatkov,
najprej je treba vnesti osnovne podatke, kot so
lokacija stavbe, velikost stavbe oziroma cone, za
kakšno vrsto objekta gre itd. Sledi vnos podatkov
s področja arhitekture oziroma gradbenega dela,
kjer vnesemo podatke za sestavo ovoja, se pravi
konstrukcijo stene, tal, strehe, vrsto oken itd. Po
vnosu teh podatkov moramo podati še na kakšen
način se objekt ogreva, prezračuje, hladi,
kakšen je sistem za pripravo tople vode, oziroma
podatke glede strojnih inštalacij.
Rezultati
Dobljene rezultate smo med seboj primerjali,
primerjava je prikazana v tabeli 1.
Za enake vstopne podatke smo v nekaterih
primerih dobili precejšna odstopanja vrednosti.
Prva odstopanja se pojavijo že pri rezultatih
osnovnih podatkov, kjer program C za enake koordinate
lokacije stanovanjske stavbe določi precej
večji temperaturni primanjkljaj za ogrevanje
kot pri preostalih treh. Zato izračunane vrednosti
po programu C za izbrano stanovanjsko stavbo
odstopajo.
Primerjava letnih potreb po toploti oziroma
hladu je pokazala, da so si vrednosti dokaj blizu.
Nekoliko bolj izstopa vrednost, izračunana v programu
A1, kjer so notranji toplotni dobitki višji,
zato je potreba po toploti nižja, potrebe po hladu
pa zato višje. Vrednosti potreb po hladu v programu
B izračun ne podaja, ker za izbrano stanovanjsko
stavbo nismo vnesli podatkov za hlajenje, ker
se objekt ne hladi z nobeno od naprav za hlajenje,
temveč samo s hlajenjem s prezračevanjem
prek zemeljskega prenosnika. Največja odstopanja
so pri vrednostih za rabo primarne energije,
kjer je razlika med najvišjo in najnižjo izračunano
22
4/2011

ENERGETIKA
vrednostjo precejšna. Odstopanja so zaradi nedoslednosti
v izračunih posameznih programov.
V izračunu programov A1 in A2 je izračunana vrednost
za pripravo tople vode precej visoka, kar
posledično vpliva tudi na rabo primarne energije
in njeno vrednost. Vrednost rabe primarne energije,
izračunana v programu C prav tako odstopa,
saj v izračunu primarne energije ni upoštevana
električna energija za razsvetljavo in dodatna električna
energija za delovanje sistemov.
Nedoslednosti se tako prenašajo tudi na celotno
rabo energije za delovanje stavbe, v kateri
pa ni upoštevane električne energije za delovanje
gospodinjskih aparatov in ostale opreme v stavbi.
Primerjava izračunanih vrednosti je prikazana na
sliki 5.
V tabeli 2 so prikazana odstopanja v odstotkih
od dejanske izmerjene letne rabe energije za
obratovanje stavbe.
Ključen del izračunov pa so tudi kazalniki
učinkovitosti stavbe, ki jih kot rezultat izračuna
prikaže posamezno programsko orodje. Na podlagi
teh vrednosti in ob izpolnjevanju pogoja, da
vsaj 25 % deleža končne energije pridobimo iz
obnovljivih virov, pri novogradnjah lahko vložimo
vlogo za gradbeno dovoljenje. Dovoljene
vrednosti kazalnikov učinkovitosti so za vsak
objekt različne in se spreminjajo glede na vnesene
podatke za posamezen objekt. Primerjava izračunanih
vrednosti kazalnikov učinkovitosti stavbe
za posamezni izračun je prikazana v tabeli 3.
Iz rezultatov je razvidno, da v vseh štirih izračunih
izbrana stanovanjska hiša po vseh tako
imenovanih merilih učinkovite rabe energije
ustreza energetsko učinkovitemu objektu.
Zadosti pa tudi glede rabe OVE, saj sta v stavbo
vgrajeni tako toplotna črpalka kot tudi SSE.
Zaključek
Za izračun letne rabe energije v programih
smo v vseh štirih računskih primerih vnesli enake
dejanske podatke za stanovanjsko stavbo.
Tako smo zagotovili, da so izračuni opravljeni na
energija, kWh
30.000
25.000
20.000
15.000
10.000
5000
0
14.657
19.621
21.957
Dejanska raba A1 A2 B C
Odstopanje izračunane vrednosti rabe energije za obratovanje
po programu A1 od dejanske vrednosti
Odstopanje izračunane vrednosti rabe energije za obratovanje
po programu A2 od dejanske vrednosti
Odstopanje izračunane vrednosti rabe energije za obratovanje
po programu B od dejanske vrednosti
Odstopanje izračunane vrednosti rabe energije za obratovanje
po programu C od dejanske vrednosti
33,87 %
49,80 %
50,11 %
74,60 %
osnovi enakih vnesenih podatkov, in do odstopanja
v posameznih rezultatih lahko pride samo
zaradi različnih metod izračunov posameznega
programskega orodja oziroma napak izračuna
programa. Odstopanja pa se pojavljajo že v
osnovnih delih izračunov, saj so na primer izračunane
dovoljene vrednosti kazalnikov učinkovitosti
na podlagi enakih vnesenih podatkov za isti
objekt med seboj različne.
Na podlagi primerjave lahko ugotovimo, da bi
morala takšna programska orodja biti nevtralna
oziroma predlagamo, da vlada oziroma pristojno
resorno ministrstvo zagotovi vsem akterjem dosegljiv
»državni« program na spletni strani.
7345
25.592
Tabela 2
Odstopanje
izračunanih
vrednosti
Slika 5
Primerjava letne
rabe energije za
delovanje stavbe
Program A1 A2 B C
Vrednost Dovoljeno Izračunano Dovoljeno Izračunano Dovoljeno Izračunano Dovoljeno Izračunano
a 0,390 0,265 0,390 0,265 0,391 0,263 0,390 0,250
b 59,305 30,347 59,305 41,579 57,900 42,900 57,140 37,000
c 70,000 12,089 70,000 6,839 0,000 0,000 70,000 8,300
d 279,470 113,815 279,470 133,856 202,900 73,400 277,140 31,650
Legenda:
a – Koeficient specifičnih transmisijskih toplotnih izgub H’ T , W/(m 2 K)
b – Letna potrebna toplota na enoto površine Q NH
/A u
, kWh/(m 2 a)
c – Letna energija za hlajenje na enoto hlajene površine
d – Letna primarna energija, preračunana na enoto uporabne površine, kW h/(m 2 a)
Tabela 3
Kazalniki
učinkovitosti
4/2011 23