Jak wykonać obliczenia zapotrzebowania domu na ciepło w czasie termomodernizacji?

Jak zmienia się zapotrzebowanie ciepła po termomodernizacji budynku?

Termomodernizacja starszego domu ma za zadanie poprawienie energooszczędności domu: jego izolacyjności termicznej, szczelności przegród zewnętrznych budynku, w tym okien i drzwi zewnętrznych, w taki sposób, żeby zbliżyć się do wymagań stawianych nowym budynkom.

Modernizacji zostają poddane także instalacje mediów w budynku, takie jak ogrzewanie, woda i wentylacja, a także instalacje elektryczne i telekomunikacyjne, tak by były bardziej funkcjonalne i energooszczędne.

Dzięki termomodernizacji, roczne zużycie energii może zejść poniżej 75 kWh/(m2a) nawet w starych budynkach.

W wyniku termomodernizacji starych budynków, zapotrzebowanie na ciepło w pomieszczeniach znacznie się zmniejsza.

Charakterystyczne jest to, że zmienia się również stosunek zapotrzebowania na ciepło między różnymi pomieszczeniami, na przykład wtedy, gdy dodatkowa izolacja termiczna nie zawsze może być zastosowana równomiernie we wszystkich pomieszczeniach.

Ulepszona wentylacja często wpływa znacząco na zmniejszenie zapotrzebowania ciepła w sąsiadujących pomieszczeniach. Z tych powodów należy przeprowadzić nowe obliczenia zapotrzebowania na ciepło dla budynku przeznaczonego do remontu.

Przeprowadź nowe obliczenia zapotrzebowania na ciepło

Przykładem może być sytuacja w typowych, niskich budynkach z lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, w których zużycie energii zazwyczaj przekracza 250 kWh/(m2a).

Porównanie obejmuje pomieszczenia o podobnych wymiarach na trzech kondygnacjach budynku.

Podobne pomieszczenia zlokalizowane jedno nad drugim na trzech kondygnacjach

Obliczenia zapotrzebowania na ciepło opierają się na wytycznych zawartych w części dotyczącej efektywności energetycznej z fińskiego kodeksu budowlanego.

Wartości wyjściowe dla starego budynku zaczerpnięto z załącznika do Przewodnika po certyfikatach energetycznych Ministerstwa Środowiska 2018 - to typowe rzeczywiste wartości projektowe zakładane dla istniejących starych budynków.

Uwaga! W przykładzie obliczeń, jako nowy układ wentylacji, wybrano wentylację nawiewno-wywiewną.

Alternatywnie, wentylację można uzyskać także dzięki jednokierunkowemu systemowi wentylacji, w którym ciepło powietrza wywiewanego jest przekazywane do ogrzewania i ciepłej wody użytkowej za pomocą pompy ciepła na powietrzu wywiewanym.

W tym przypadku, stare grzejniki są wymieniane na grzejniki z nawiewem świeżego powietrza.

Inne dane wejściowe:

• mostki cieplne i przepływy powietrza zgodnie z instrukcją obliczeniową,
• temperatura obliczeniowa wewnątrz 21°C i na zewnątrz -26°C.

Wnioski wynikające z obliczeń

Gdyby zachowano stare grzejniki, pomieszczenie na pierwszej kondygnacji (parter) wymagałoby o 50% większej mocy (33%/22% = 1,50) niż pomieszczenia na pozostałych kondygnacjach.

Regulacja temperatury zasilania, krzywa grzewcza, jest ustawiana zgodnie z najwyższym zapotrzebowaniem temperatury, tj. zgodnie z wymaganiami pomieszczenia na pierwszej kondygnacji.

W tym przypadku inne pomieszczenia otrzymują zbyt duży strumień czynnika grzewczego, co prowadzi do ciągłej pracy termostatów w trybie otwórz-zamknij, a także do wahań temperatur w pomieszczeniach i do braku równowagi w instalacji grzewczej.

Jeśli chodzi o efektywność energetyczną, zwłaszcza w przypadku stosowania pompy ciepła, zaleca się wymianę niedowymiarowanego grzejnika na pierwszej kondygnacji na grzejnik o 50% większy i tym samym wydajniejszy, tak by umożliwić regulację temperatury zasilania na niższym poziomie krzywej grzewczej i równomiernie na wszystkich grzejnikach.

Jakie są zalecenia?

Przy remoncie budynku instalacja grzewcza wymaga ponownego obliczenia i zwymiarowana, a zawory układu potrzebują zmodernizowania.

Zmieniło się kilka czynników: zapotrzebowanie na ciepło, dystrybucja ciepła, poziomy temperatury i przepływy wody oraz być może nowy sposób wytwarzania ciepła (wymiana źródła ciepła).

Zazwyczaj zachowuje się piony i rury przesyłowe, zawory regulacyjne statyczne są wymieniane na zawory dynamiczne różnicy ciśnień (zgodnie z nowym doborem), a grzejniki są wyposażone w zawory termostatyczne z nowymi nastawami wstępnymi.

Odpowiednio zwymiarowany grzejnik ma dużą powierzchnię oddawania ciepła; wymiana grzejników jest ułatwiona, gdy wymieniane są także rury łączące piony z zaworami grzejnikowymi (zasilanie i powrót)

W wielu przypadkach stare grzejniki są wymieniane na nowe. W ten sposób można optymalnie dobrać temperatury projektowe zarówno dla instalacji grzewczej, jak i dla źródła ciepła.

Wymiana wszystkich emiterów ciepła w budynku w tym samym czasie zmniejsza przyszłe potrzeby w zakresie wymiany poszczególnych grzejników. To rozwiązanie makroekonomiczne. Nowe grzejniki podnoszą również estetykę pomieszczeń.

Zalecane temperatury projektowe w instalacji grzewczej:

pompy ciepła - 45/35/20°C,

kotły - 55/45/20°C,

sieć miejska - 75/65/20°C.

Zależność stosunku mocy grzejnika k od nadwyżki temperatury ΔT

Przykład: moc grzewcza grzejnika w starym budynku wynosi 1304 W przy temperaturach Tz/Tp/Ti = 80/60/21oC, gdzie ΔT = 48,3 K. Po remoncie zapotrzebowanie na ciepło w stanie odniesienia wynosi 429 W, czyli 33% starego.

Zgodnie z przykładem przedstawionym na rysunku w punktach od 1 do 4, nowa różnica temperatury wynosi ΔT20,5K, przy której jest wymagane 429 W. Odpowiednie temperatury to na przykład 50/35/20oC (ΔT21.6K) i 45/39/20oC (ΔT21.9K).

Wartość referencyjna: k = 1,0 dla ΔT50K na wykresie odnosi się do mocy cieplnej grzejnika zgłoszonej zgodnie z normą EN 442.

Typ: 10 11 20 21 22 30 33.

Współczynnik korekcyjny: 1,00 1,59 1,75 2,12 2,64 2,40 3,63.

Współczynniki mocy grzejników płytowych w zależności od typu grzejnika

Oznaczenie typu grzejnika opisuje liczbę jego płyt i konwektorów. Np. typ 21 oznacza, że grzejnik ma dwie płyty grzewcze i dodatkowo jeden konwektor.

Na przykład moc grzejnika typu 22 jest 2,64 / 1,59 = 1,67 razy większa niż moc grzejnika typu 11 przy tych samych wymiarach długości i wysokości.

Wysokość: 300 400 450 500 600 900.

Współczynnik korekcyjny: 1,00 1,25 1,37 1,45 1,70 2,31.

Wartości przedstawione na rysunkach można wykorzystać do wstępnych założeń. Zaleca się jednak stosowanie bardziej precyzyjnych programów obliczeń mocy, które są publikowane na przykład przez producentów grzejników.

Źródło i zdjęcia: Purmo Group Poland