Wymagania w zakresie techniki instalacyjnej w budynkach ... - WOIIB

Wymagania w zakresietechniki instalacyjnej wProf. dr hab. inŜ.Edward SzczechowiakPolitechnika PoznańskaWydział Budownictwa i InŜynierii ŚrodowiskaKwiecień 2008budynkachniskoenergetycznych________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20081

Budynek • środowisko• energia• Wymóg współczesności:– Efektywniejsze gospodarowanie zasobami środowiska, w tympaliwami pierwotnymi– Optymalny komfort cieplny i jakość powietrza (IAQ)– Wzrost efektywności w budownictwie (unikanie strat ioptymalizacja zysków a nie nadmierne zuŜycie energii dlauzupełnienia strat)– Synergia między jakością energetyczną i ekologiczną budynku aefektywnością jego technicznego wyposaŜenia• Ewolucje w budownictwie (nowe koncepcje projektowe,nowe materiały i technologie, technologie realizacji,profesjonalna eksploatacja) – pozwalają na nowąrewolucję• Rozwój zrównowaŜony (Sustainable development)• Standard BUDYNKU PASYWNEGO• Buildings Science________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20082

Kierunki zmian wynikające z prawodawstwaeuropejskiego• Directive 2002/91/EC of the European Parliament and of theCouncil of 16 December 2002 on the energy performance ofbuildings• Dyrektywa o charakterystyce energetycznej budynków(wymaganiach energetycznych)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20084

Kierunki zmian wynikające z prawodawstwaeuropejskiego (Directive2002/91/EC on the energyperformance of buildings)• Dyrektywa o charakterystyce energetycznej budynków:– Charakterystyka klimatu lokalnego,– Warunki klimatu wewnętrznego, jakość powietrza,– PołoŜenie i orientacja budynku,– Charakterystyka budynku (przenikanie ciepła przez obudowę iszczelność powietrzna, podział wewnętrzny),– Pasywne systemy słoneczne i ochrona przed promieniowaniem,– Instalacje ogrzewcze i ciepłej wody, jakość izolacji,– Instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne, wentylacja naturalna,– Instalacje oświetleniowe.• Szczególny nacisk w zapisach dyrektywy:– Aktywne systemy słoneczne i oparte zasoby energii odnawialnej,– Układy skojarzone róŜnych mocy,– Systemy ciepłowniczo-chłodnicze.• Konkluzja – prowadzi to do obniŜenia zuŜycia energii iobniŜenia emisji zanieczyszczeń, w tym CO 2.________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20085

Kierunki zmian wynikające z prawodawstwaeuropejskiego (Directive2002/91/EC on the energyperformance of buildings)• Audyty energetyczne i świadectwa:– Budynki i lokale nowe oddawane do uŜytku,– Budynki i lokale uŜywane będące przedmiotemobrotu,– Budynki podlegające modernizacji lub przebudowie.• Audytorzy energetyczni budynków.• Projektanci a charakterystyka energetycznabudynków.________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20086

Energia i budynek• Rola energooszczędności w budownictwie:– Budynki energooszczędne (niskoenergetyczne),– Budynki pasywne,– Budynki zero energii dla ogrzewania.• Rodzaje energii w ocenie budynków:– Zapotrzebowanie ciepła do ogrzewania (chłodzenia),– Zapotrzebowanie energii do ogrzewania (wraz ze stratamisystemu dystrybucji),– Zapotrzebowanie energii końcowej (ciepło do ogrzewania, ciepłejwody, straty systemu dystrybucji, energia pomocnicza),– Zapotrzebowanie energii pierwotnej (energia końcowa + straty nawyprodukowanie energii, transport i pozyskanie).Zasady bilansowania energii________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20087

Zmiany standardów energetycznych domówmieszkalnych (A/V = 1)Ciepło lub energia uŜytkowaWSVO’95 – standard z 1995, EnEV’02 – standard z 2002, NEH – dom niskoenergetyczny,KfW60 – budynek 60 kWh/(m 2 a) , PH – dom pasywny________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20088

Standardy energetyczne domówmieszkalnych (A/V = 1) po roku 2002WSVO’95 – standard z 1995, EnEV’02 – standard z 2002, NEH – dom niskoenergetyczny,KfW60 – zuŜycie energii 60 kWh/(m 2 a) , NEH-30 - zuŜycie energii 30 kWh/(m 2 a),PH – dom pasywny________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 20089

Zmiany standardów energetycznychbudynków (A/V zmienne)Ciepło uŜytkowe: eNev,02 42 – 75 kWh/(m 2 a)PL’99 – standard polski z 1999, NEH – budynek niskoenergetyczny,PH – budynek pasywnyEnergia pierwotna: EnEV,02 66 – 130 kWh/(m 2 a)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200810

Nowe rozwiązania zania budynków efektywnychenergetyczniePodstawowe parametry budynków energooszczędnych________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200811

Uwarunkowania związane zane z efektywnościciąenergetyczną budynkówWpływ standardów na moc cieplną i roczne zapotrzebowanie ciepła – tylko c.o.[°C]4035302520151050-5-10-15-20Uporządkowany wykres temperatury zewnętrznej0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360[dni]q A [W/m 2 ]Zmiana mocy jednostkowej80,070,016010060,0551550,040,030,020,010,00,00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360[dni]E A [kWh/m 2 d]Zmiana dobowego zapotrzebowania ciepłaq A [W/m 2 ]100,090,080,070,060,0Zmiana mocy jednostkowej w funkcji temperatury zew nętrznej16010055152,001,801,601,401,201,000,80160100551550,00,6040,030,020,010,00,400,200,000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360[dni]0,0-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 t [°C] 25Zmiany mocy jednostkowej układuogrzewczego – zaleŜnie od standardu zgodnie zrys. 1, w funkcji temperatury zewnętrznejRys. 1 Zapotrzebowanie na ciepło dla budynkuz instalacją ogrzewczą dla róŜnych standardówzuŜycia ciepła dla ogrzewania: 160, 100, 55, 15kWh/(m________________________________________________________________________________________________________________________2 a)E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200812

Uwarunkowania związane zane z efektywnościciąenergetyczną budynkówWpływ standardów na moc cieplną iroczne zapotrzebowanie ciepła – c.o. +c.w.[°C]4035302520151050-5-10-15-20Uporządkowany wykres temperatury zewnętrznej0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360[dni]q A [W/m 2 ]90,0Zmiana mocy jednostkowej80,070,060,050,01601005515Zapotrzebowanie na ciepło dla budynku zinstalacją ogrzewczą i ciepłej wody dlaróŜnych standardów zuŜycia ciepła dlaogrzewania: 160, 100, 55, 15 kWh/(m 2 a)wg rys. 1 (co odpowiada średnio zuŜyciu zukładem ciepłej wody na poziomie:225, 155, 108, 70 kWh/(m 2 a)) - przykład40,030,020,010,00,00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360[dni]E A [kWh/m 2 d]Zmiana dobowego zapotrzebowania ciepła2,51602,0100551,5151,00,50,00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360[dni]________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200813

Potencjał oszczędnodności w budynkach istniejącychPotencjału redukcji energiigrzewczej w budynkachmieszkalnychWskaźniki zuŜycia energii dlaróŜnych standardówenergetycznych budynków________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200814

Projektowanie budynków współczesnychNiskie straty ciepłaprzez obudowę:Obudowazoptymalizowanado wykorzystaniaenergii słońca:Technologieefektywnieenergetycznie:Zwarta architekturaUdoskonalonaizolacja termiczna(izolacja transparentna)Szczelnośćpowietrzna budynkuPrzemysłowakonstrukcja idokładność wykonaniaTechnologie odzyskuciepła (słońce,źródła wewnętrzne)ArchitekturasłonecznaOknazoptymalizowaneenergetyczniePowierzchnieaktywne słonecznieStruktury ułatwiająceakumulację energiiUkłady ogrzewanianiskotemperaturowegoEnergooszczędnawentylacjaUdoskonalonesystemy akumulacjienergiiKolektory słonecznetermiczne ifotowoltaiczneChłodzenie solarneZoptymalizowaneukłady hydraulicznei sterowania________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200815

Podejście zintegrowane – wymóg EnEV’02________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200816

Elementy wpływajywające na właściwociwościenergetyczne budynku________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200817

Bilanse energetyczne budynkówBudynki niskoenergetyczne i pasywneOznaczenia:Q G– straty wytwarzania energii; Q ST– straty akumulacji;Q D– straty na rozdziale; Q C/E– straty przekazania ciepła;Q T– straty ciepła przez przenikanie; Q V– straty wentylacji;Q S– zyski od słońca; Q I– zyski ciepła od źródeł wewnętrznych________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200818

Efektywność systemów ogrzewczychi ciepłowniczychSprawność uŜytkowa:Układ ogrzewczy z własnym źródłem ciepłaηH,U = ηG ηS ηD ηC,EUkład ciepłowniczyηH,U = ηSC ηS ηD ηC,EZuŜycie energii końcowej (QE)QE = QU/ηH,UWskaźnik zuŜycia energii pierwotnej (fP)fP = QP/ QEWskaźnik zuŜycia energii pierwotnej odniesiony do QUeP = QP/ QUQH = QU – dostarczona energia uŜytkowa, QC,E – straty przekazania ciepła, QD – straty na rozdziale,QS – straty akumulacji, QG – straty wytwarzania energii (konwersji), ηSC – sprawność uŜytkowasystemu ciepłowniczego________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200819

Efektywność systemów ogrzewczychi ciepłowniczychStraty i sprawność przekazania ciepła (jakość regulacji) QC,E:Ogrzewanie qC,E = 1 ... 5 kWh/(m2a)Wentylacja qC,E = 2 ... 10 kWh/(m2a)Straty i sprawność rozdziału ciepła QDRozdział c.w. z cyrkulacją qD = 3 ... 15 kWh/(m2a)Rozdział c.w. bez cyrkulacji qD = 1 ... 7 kWh/(m2a)Rozdział c.o. z pompą regulowaną qD = 0,2 ... 3,5 kWh/(m2a)Rozdział c.o. z pompą nie regulowaną qD = 0,2 ... 4,2 kWh/(m2a)Rozdział układu wentylacji qD = 0 ... 11,0 kWh/(m2a)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200820

Efektywność systemów ogrzewczychi ciepłowniczychStraty i sprawność akumulacji QS:Ogrzewanie qC,E = 1 ... 5 kWh/(m2a)Wentylacja qC,E = 2 ... 10 kWh/(m2a)00 200 400 600 800 1000Sprawność uŜytkowa zasobnika (podgrzewacza) c.w.ηU = QCW/(QCW + QSTR) 100 [%]Straty ciepła do otoczenia [kWh/rok]2000180016001400120010008006004002005 cm10 cm15 cmPoje mność zasobnika [dm 3 ]Podgrzewacz c.w.200 dm3ZuŜycie ciepłej wody 1)[dm 3 /dobę]Sprawność uŜytkowa zasobnika[%]10 31,050 69,1100 81,7200 89,9400 94,71000 97,81) temperatura ciepłej wody w zasobniku – 60 0 C________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200821

Efektywność systemów ogrzewczychi ciepłowniczychStraty i sprawność kotłów i węzłów ciepłowniczychKotły niskotemperaturowe ηU = 86-94%Kotły kondensacyjne ηU = 100-108%Sprawność uŜytkowa węzłów ciepłowniczychηU = 96-99%________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200822

Efektywność dostawy ciepła do odbiorcówZuŜycie energii pierwotnejeP,H = 0,98-1,82; eP,S = 2,8-3,2Rozkład strat i zuŜycia energii pierwotnej dla budynków o róŜnympoziomie ochrony cieplnej (wg EnEV’02)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200823

Efektywność dostawy ciepła do odbiorcówZuŜycie energii pierwotnej i rozkład strat w budynku mieszkalnym z własnym źródłem gazowym________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200824

Budynki niskoenergetyczne i pasywneBudynki mieszkalne: ocena łączna ogrzewanie, wentylacjai ciepła woda;• Budynek pasywny:– Q H = 15 kWh/(m 2 a); qh = 10 W/m 2– Q P = 120 kWh/(m 2 a).• Budynek KfW60– Q H + Q W = 60 kWh/(m 2 a)• Budynek KfW40– Q H + Q W = 40 kWh/(m 2 a)• Ciepła woda Q W = 12 – 13 kWh/(m 2 a)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200825

Budynek pasywnyUjęcie klasyczne wg PHI Darmstadt________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200826

Budynek energooszczędnyWg programu wspierania KfW60________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200827

Budynek energooszczędnyWg programu wspierania KfW________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200828

Dom pasywny mieszkalny – rozwiązanie zanie instalacji(1999)NawiewnikSchemat układu wentylacji,ogrzewania i cw: kocioł kondens.3-12 kW, kolektory - 3Agregat wentylacyjnyWymiennik gruntowy29________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 2008

Budynek biurowy LU-TECOw standardzie PHLudwigshafen (2005)największy na świecie– pow. 10200 m 2Widok od strony zachodniejInwestor: GAG LudwigshafenPowierzchnia uŜytkowa: 10200 m 2Powierzchnia do wynajęcia.: 9875 m 2Liczba osób: 550E. Szczechowiak i Arch. W. Braun na tlecertyfikatu PH w hallu wejściowymŚciany: U = 0,124 W/(m 2 K)Std: U = 0,131 W/(m 2 K)Płyta denna: U = 0,254 W/(m 2 K)Okna: U = 0,824 W/(m 2 K)n50 = 0,125 h -1 (dop. 0,60)QH = 15 kWh/(m 2 a)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200830

Budynek biurowy LU-TECOw standardzie PHLudwigshafen (2006)Inwestor: GAG LudwigshafenPowierzchnia uŜytkowa: 10200 m 2Powierzchnia do wynajęcia.: 9875 m 2Liczba osób: 550Technika:Wentylacja zdecentralizowanaz odzyskiem ciepła 80%Widok elewacji z otworami instalacji wentylacji(czerpnie i wyrzutnie)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200831

Budynek biurowy LU-TECOw standardzie PHLudwigshafen (2006)Inwestor: GAG LudwigshafenPowierzchnia uŜytkowa: 10200 m 2Powierzchnia do wynajęcia.: 9875 m 2Liczba osób: 550Technika:Ogrzewanie/chłodzenie – stropy aktywnePompy ciepła: 3 x VITOCAL 300 – 3x43 kWSondy pionowe: 39 szt. – głębokość 95 m.Kolektory fotowoltaiczne:512 m 2 – 69 kWe (63900 kWh)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200832

Uwagi końcowe– podejście zintegrowane• Stosowanie filozofii zrównowaŜonego rozwoju• Projektowanie budynków spełniających przynajmniej standardyoszczędności energii (ochrona cieplna dla lata i zimy)• Energooszczędne techniki instalacyjne• Określenie rzeczywistych strumieni powietrza i ich zmienności w czasie -zaleŜnie od potrzeb• Osuszanie i chłodzenie rozdzielone• NawilŜanie tylko w przypadkach uzasadnionych• Wybór systemów dostosowanych do funkcji uŜytkowej pomieszczeń• Regulacja i sterowanie wg kryteriów oszczędności energii iuzasadnionego zuŜycia• Optymalne planowanie zaopatrzenia w ciepło, energię chłodniczą ielektryczną• Analiza ekonomiczna w cyklu Ŝycia (koszty inwestycyjne,eksploatacyjne, likwidacji/przebudowy)________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200833

Uwagi końcowe• Ciągłe obniŜanie obciąŜenia cieplnego budynków• Efektywność dostawy ciepła – waŜny parametr oceny• System grzewczy lub ciepłowniczy ocenia się wg:– Kryterium zuŜycia energii pierwotnej WP– Kryterium emisji dwutlenku węgla WCO2• Restrukturyzacja dopasowana do potrzeb rynku:– Zarządzanie wg DSM– Rozszerzenie oferty (skojarzone układy cieplno-chłodnicze),– Oferta kompleksowa w zakresie eksploatacji budynków(Facility Management),– Tworzenie struktur multienergetycznych lub rozszerzeniedziałalności na inne usługi komunalne (łączenie działalności).________________________________________________________________________________________________________________________E. Szczechowiak 2008 INSTALACJE 2008 Technika Instalacyjna w Budynkach NiskoenergetycznychPoznań, 22-25 kwietnia 200834