ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ

Transcript

1 ΕΝ ISO Ημιστατική μέθοδος με μηνιαίο βήμα ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ

2 Υπολογισμός ενεργειακής κατανάλωσης κτιρίων Προκειμένου οι χώρες της ΕΕ να ακολουθούν μια κοινή μεθοδολογία για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων, η CEN εξέδωσε το πρότυπο ΕΝ ISO 13790: 2009, για τον υπολογισμό της ενεργειακής κατανάλωσης για θέρμανση και ψύξη των κτιρίων. Το πρότυπο ΕΝ «συγκοινωνεί» και με άλλα πρότυπα, προκειμένου να υπολογισθεί η ενεργειακή ζήτηση και η ενεργειακή κατανάλωση των κτιρίων.

3 Ενεργειακό ισοζύγιο Ως ενεργειακό ισοζύγιο νοούνται οι θερμικές ισορροπίες στο κτίριο, από τις οποίες προκύπτει η θερμική/ψυκτική ζήτηση του κτιρίου. Εξαρτώνται από: Τη μεταφορά θερμότητας από μετάδοση του κτιρίου Τα ηλιακά και εσωτερικά κέρδη του κτιρίου Τη θερμοχωρητικότητα του κτιρίου Τις εξωκλιματικές συνθήκες του κτιρίου Τη χρήση του

4 Ενεργειακή κατανάλωση ενεργειακή ζήτηση ήαπαιτήσεις Ως ενεργειακή ζήτηση ή απαιτήσεις νοείται η ανάγκη σε θέρμανση ή ψύξη του κτιρίου μόνο, χωρίς να λαμβάνεται υπ όψη το μηχανικό μέσο που την παράγει/διανέμει. Πρόκειται δηλαδή για την ενέργεια που ζητούμε να αποδοθεί από τα θερμαντικά μας σώματα ή τα κλιματιστικά μας για να θερμανθεί/ψυχθεί ο χώρος, εξασφαλίζοντας θερμοκρασίες θερμικής άνεσης. Ως ενεργειακή κατανάλωση νοείται η κατανάλωση της ενέργειας για θέρμανση/ψύξη του κτιρίου, λαμβάνοντας υπ όψη την απόδοση του συστήματος παραγωγής και διανομής της θέρμανσης ή της ψύξης.

5 Ενεργειακή κατανάλωση ενεργειακή ζήτηση ήαπαιτήσεις Ενεργειακή ζήτηση ή απαιτήσεις ΕΖ =f(χαρακτηριστικών κτιριακού κελύφους και μόνο). Ενεργειακή κατανάλωση ΕΚ= ΕΖ / συντελεστή απόδοσης θερμαντικού-ψυκτικού σώματος. Π.χ. αν η απόδοση του θερμαντικού συστήματος (λέβηταςσωλήνες διανομής-θερμαντικά σώματα) είναι 0.80 κι η απόδοση κλιματισμού είναι 2.50, η συνολική ενεργειακή κατανάλωση (ΕΚ) είναι: ΕΚ συνολική = (ΕΖ θέρμανσης /0.80)+(ΕΖ ψύξης /2.50)

6 Τυπική ροή ενέργειας σε ένα κτίριο Στην πραγματικότητα, η ροή πηγαίνει από τα αριστερά στα δεξιά: η πρωτογενής ενέργεια μετατρέπεται σε διαθέσιμη ενέργεια, ηοποία καταναλώνεται για να καλύψει τις ενεργειακές απαιτήσεις Στους υπολογισμούς, πρώτα υπολογίζουμε την ενεργειακή ζήτηση (ανάλογα με το κέλυφος), από εκεί την κατανάλωση ενέργειας (ανάλογα με την απόδοση των Η/Μ συστημάτων) κι από εκεί την πρωτογενή ενέργεια (ανάλογα με τη μορφή ενέργειας)

7 Ενεργειακός δείκτης κατανάλωσης - ζήτησης Ενεργειακή ζήτηση ανά τμ (kwh/m 2 ) κλιματιζόμενης ζώνης (θερμαινόμενης και ψυχόμενης): η ενέργεια που ζητώ από το κλιματιστικό ή το θερμαντικό σώμα για να ψύξω/ θερμάνω το χώρο μου, ανοιγμένη στην κλιματιζόμενη επιφάνεια του χώρου. Ενεργειακή κατανάλωση ανά τμ (kwh/m 2 ) κλιματιζόμενης ζώνης (θερμαινόμενης και ψυχόμενης): η ενέργεια που καταναλώνεται για την παραγωγή της απαιτούμενης θέρμανσης / ψύξης, ανοιγμένη στην κλιματιζόμενη επιφάνεια του χώρου. Συνήθως και οι δύο ενεργειακοί δείκτες αναφέρονται στο έτος.

8 Έκφραση ενεργειακής ζήτησης κατά ΕΝ Μηνιαία ή εποχιακή ημι-στατική μέθοδος Απλοποιημένη ωριαία δυναμική μέθοδος. Σύμφωνα με τον ΚΕΝΑΚ, τόσο για τη μελέτη, όσο και για την ενεργειακή επιθεώρηση χρησιμοποιείται η ημι-στατική μέθοδος με μηνιαίο βήμα. Ε νεργειακή ζήτηση = Μ εταφερόμενη Θ ερμική ενέργεια f ( C ) Θ m ερμικά κέρδη Ανταλλαγή θερμότητας Επιρροή Εσωτερικά + θερμοχωρητικότητας ηλιακά κέρδη

9 Ιδιότητες που εξετάζονται για την ενεργειακή ζήτηση Θερμοπερατότητα κτιριακού κελύφους Θερμογέφυρες Θερμοχωρητικότητα Αεροστεγανότητα / αεροπερατότητα Αερισμός (φυσικός ή μηχανικός) Ηλιακά κέρδη Εσωτερικά κέρδη

10 Όρια κλιματιζόμενου χώρου Το εξωτερικό περιβάλλον (ως όριο είναι το κτιριακό κέλυφος. Πρόβολοι και ανοιχτοί χώροι δε λαμβάνονται υπ όψη, παρά μόνο ως σκίαστρα) Το έδαφος Μη θερμαινόμενοι χώροι Παρακείμενοι χώροι διαφορετικής θερμοκρασίας

11 Ζωνοποίηση κτιρίου Η επιθυμητή θερμοκρασία των εσωτερικών χώρων διαφέρει περισσότερο από 4 K σε σχέση με τα άλλα τμήματα του κτηρίου κατά τη χειμερινή ή/καιτηθερινήπερίοδο. Υπάρχουν χώροι με διαφορετική χρήση / λειτουργία. Υπάρχουν χώροι στο κτήριο, που εξυπηρετούνται από διαφορετικά συστήματα θέρμανσης ή/και ψύξης ή/και κλιματισμού λόγω διαφορετικών εσωτερικών συνθηκών. Υπάρχουν χώροι στο κτήριο που παρουσιάζουν πολύ μεγάλες (σε σχέσημετουπόλοιποκτήριο) συναλλαγές ενέργειας (π.χ. εσωτερικά ή/και ηλιακά κέρδη, θερμικές απώλειες. Για παράδειγμα, οι χώροι με νότιο προσανατολισμό σε ένα κτήριο έχουν σημαντικά ηλιακά κέρδη σε σχέση με τους υπόλοιπους χώρους. Υπάρχουν χώροι, στους οποίους το σύστημα του μηχανικού αερισμού (παροχής νωπού αέρα ή κλιματισμού) καλύπτει λιγότερο από το 80% της επιφάνειας κάτοψης του χώρου. [Πηγή: ΕΝ13790:2009]

12 Ζωνοποίηση κτιρίου Ο διαχωρισμός του κτηρίου να γίνεται στο μικρότερο δυνατό αριθμό ζωνών, προκειμένου να επιτυγχάνεται οικονομία στο πλήθος των δεδομένων εισόδου και στον υπολογιστικό χρόνο. Κατά τη μελέτη ή την επιθεώρηση ο προσδιορισμός των θερμικών ζωνών να γίνεται καταγράφοντας την πραγματική εικόνα λειτουργίας του κτηρίου. Τμήματα του κτηρίου με επιφάνεια μικρότερη από το 10% της συνολικής επιφάνειας του κτηρίου να εξετάζονται ενταγμένα σε άλλες θερμικές ζώνες, κατά το δυνατόν παρόμοιες, ακόμη και αν οι συνθήκες λειτουργίας τους δικαιολογούν τη θεώρησή τους ως ανεξάρτητων ζωνών. [Πηγή: ΤΟΤΕΕ , 2010]

13 Ζωνοποίηση Οι ζώνες βάσει του ΚΕΝΑΚ και στο λογισμικό ΤΕΕ-ΚΕΝΑΚ είναι αδιαβατικές. Δε συμβαίνει μεταφορά θερμότητας μεταξύ: Θερμικών ζωνών Όμορων κτιρίων, όπου στεγάζονται θερμαινόμενοι χώροι Μεταφορά θερμότητας συμβαίνει μεταξύ ζώνης και: Ζώνης και ηλιακού χώρου (θερμοκήπιο) Ζώνης και μη θερμαινόμενου χώρου Ζώνης, ΜΘΧ, θερμοκηπίου και εξωτερικού περιβάλλοντος

14 Υπολογισμός ενεργειακής ζήτησης για θέρμανση (Q H,nd )/ ψύξη (Q C,nd ) συνθήκες συνεχούς λειτουργίας Όπου Q H,ht [kwh] Q H,gn η H,gn Γιακάθεμήναισχύει: Q H, nd = QH, ht η H, gnqh, gn Όπου Q C,ht Q C,gn η C,Is ολική μεταφερόμενη θερμική ενέργεια, περίοδο θέρμανσης ολικά θερμικά κέρδη, περίοδο θέρμανσης [kwh] αδιάστατος παράγοντας χρήσης κερδών για θέρμανση Q C, nd = QC, gn + ηc, IsQC, ht ολική μεταφερόμενη θερμική ενέργεια, περίοδο ψύξης [kwh] ολικά θερμικά κέρδη, περίοδο ψύξης [kwh] αδιάστατος παράγοντας χρήσης απωλειών για ψύξη

15 Ολικές απώλειες από το κτιριακό κέλυφος (Q ht ) Q = Q + ht tr Q ve Όπου: Q tr ολική μεταφορά θερμότητας από μετάδοση για μήνες με θέρμανση [kwh] Q ve ολική μεταφορά θερμότητας από αερισμό για μήνες με θέρμανση [kwh] (Q tr ) (Q ve )

16 Μεταφορά θερμότητας από μετάδοση (Q tr ) Q tr = H ( tr θint, set θe )t Η tr ολικός συντελεστής θερμικών απωλειών από μετάδοση από το κέλυφος [WK -1 ] θ int,set θερμοκρασία αέρα ζώνης για θέρμανση [ o C] (από ΤΟΤΕΕ , Πίνακας 2.2) θ e θερμοκρασία εξωτερικού περιβάλλοντος [ o C] (μέση μηνιαία - από ΤΟΤΕΕ ) t διάρκεια βήματος υπολογισμού [h]

17 Θερμοκρασία αέρα ζώνης (θ int,set ): αναλόγως με τη χρήση της ζώνης [Πηγή: Πίνακας 2.2, ΤΟΤΕΕ , 2010]

18 Ολικός συντελεστής θερμικών απωλειών από το κέλυφος (Η tr ) H = H + H + H + tr D g U H A H D H g H U H A συντελεστής μεταφοράς θερμότητας προς το εξωτερικό περιβάλλον για την περίοδο θέρμανσης [WK -1 ] συντελεστής μεταφοράς θερμότητας προς το έδαφος για την περίοδο θέρμανσης [WK -1 ] συντελεστής μεταφοράς θερμότητας προς μη θερμαινόμενους χώρους για την περίοδο θέρμανσης [WK -1 ] συντελεστής μεταφοράς θερμότητας προς διπλανά κτίρια για την περίοδο θέρμανσης [WK -1 ]

19 Έκφραση συντελεστή H x H x = btr, x [ AU + l Ψ ] i i i A i εμβαδόν στοιχείου i του κτιριακού κελύφους [m 2 ] U i ολικός συντελεστής θερμοπερατότητας στοιχείου i του κτιριακού κελύφους για την περίοδο θέρμανσης [Wm -2 K -1 ] l k μήκος θερμογέφυρας [m] Ψ k συντελεστής γραμμικής θερμοπερατότητας θερμογέφυρας [Wm -1 K -1 ] (TOTEE , Πιν. 16) b tr,x συντελεστής ρύθμισης, με b H,tr,x 1 αν η θερμοκρασία στην άλλη παρειά του δομικού υλικού x δεν είναι ίση με εκείνη του εξωτερικού περιβάλλοντος, όπως για δομικά υλικά που χωρίζουν θερμαινόμενους με μη θερμαινόμενους χώρους, ή για ισόγειο (επαφή με έδαφος ή μη θερμαινόμενο υπόγειο). k k k

20 Συντελεστής ρύθμισης, b tr,x b tr, x = H H H, iu H, ue + H H, ue Η Η,ue Η Η,iu o ολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας (από μετάδοση και αερισμό) μεταξύ του ΜΘΧ και του περιβάλλοντος [W/K] άμεσος συντελεστής μεταφοράς θερμότητας μεταξύ θερμαινόμενου χώρου και ΜΘΧ [W/K]

21 Συντελεστής ρύθμισης, b tr,x Απλοποιητικά (βάσει της ΤΟΤΕΕ :2010): b tr,x =0.50 Για επιφάνειες σε επαφή με κλειστό ΜΘΧ Για επιφάνειες σε επαφή με θερμαινόμενους χώρους του ίδιου κτιρίου, που δε συνυπολογίζονται b tr,x =1.00 Για επιφάνειες σε επαφή με τον εξωτερικό αέρα Για επιφάνειες σε επαφή με όμορο κτίριο Για επιφάνειες σε επαφή με μη θερμομονωμένη στέγη Για επιφάνειες σε επαφή με το έδαφος

22 Ολική μεταφορά θερμότητας από αερισμό (Q ve ) Q ve = H ( ve θint, set θe )t Η ve θ int,set θ e t ολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας από αερισμό για την περίοδο θέρμανσης [WK -1 ] θερμοκρασία αέρα ζώνης για θέρμανση [ o C] (από ΤΟΤΕΕ , Πίνακας 2.2) θερμοκρασία εξωτερικού περιβάλλοντος [ o C] (από ΤΟΤΕΕ ) διάρκεια βήματος υπολογισμού [h]

23 Ολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας από αερισμό (Η ve ) ( b ) ve k fve t kv &,,, ve k H ve = ρaca, k ρ a c a & V ve, k k f ve, t, k b ve, k θερμοχωρητικότητα του αέρα κατά όγκο =1200 J/m 3 K παροχή αέρα του στοιχείου k του αέρα την περίοδο θέρμανσης [m 3 /s] αντιπροσωπεύει κάθε στοιχείο της ροής αέρα, όπως αεροπερατότητα, φυσικό αερισμό, μηχανικό αερισμό και / ή επιπλέον νυχτερινό αερισμό για δροσισμό κλάσμα του χρόνου της λειτουργίας της παροχής αέρα του στοιχείου k, υπολογισμένο ως ο αριθμός των ωρών της ημέρας που γίνεται η λειτουργία συντελεστής ρύθμισης, με b ve,k 1 αν η θερμοκρασία στην άλλη παρειά της ζώνης k δεν είναι ίση με εκείνη του εξωτερικού περιβάλλοντος, όπως για θερμικές ζώνες που γειτνιάζουν με μη θερμαινόμενους χώρους.

24 Συνιστώσες παροχής αέρα Αεροπερατότητα κτιρίου (συμβαίνει όλο το 24ωρο σε όλους τους τύπους κτιρίων) Φυσικός αερισμός (συμβαίνει κατά την περίοδο λειτουργίας του κτιρίου για τις κατοικίες) Μηχανικός αερισμός (συμβαίνει κατά την περίοδο λειτουργίας του κτιρίου για τα κτίρια τριτογενούς τομέα)

25 Αερισμός - Ορισμοί Αεροπερατότητα: Κατά πόσο το κτίριο επιτρέπει να διεισδύει αέρας από χαραμάδες, ρωγμές, αρμούς, συναρμογές, κουφώματα (θέσεις συναρμογής με τα περιμετρικά δομικά στοιχεία και θέσεις επαφής των σταθερών πλαισίων με τα κινητά φύλλα). Διαφυγές αέρα λόγω αεροστεγανότητας: Το σύνολο του αέρα που διεισδύει στο κτίριο από τις παραπάνω πηγές. Φυσικός αερισμός κτιρίου: Ο αερισμός που πραγματοποιείται από τα ανοίγματα του κτιρίου, χωρίς την παρεμβολή μηχανικού μέσου, μέσω του οποίου εισέρχεται νωπός αέρας περιβάλλοντος για την ανανέωση του εσωτερικού αέρα του κτιρίου. Συμβαίνει μόνο κατά τη διάρκεια λειτουργίας του κτιρίου. Μηχανικόςαερισμόςκτιρίου: Αερισμός από μηχανικά μέσα, μέσω του οποίου εισέρχεται νωπός αέρας περιβάλλοντος για την ανανέωση του εσωτερικού αέρα του κτιρίου. Έχει επίσης λειτουργία μόνο κατά τη διάρκεια λειτουργίας του κτιρίου.

26 Φυσικός αερισμός - κατώτερα απαιτούμενα όρια νωπού αέρα στο χώρο [Πηγή: Πίνακας 2.3, ΤΟΤΕΕ , 2010]

27 Τυπικό ωράριο λειτουργίας κτιρίου, ανά χρήση [Πηγή: Πίνακας 2.1, ΤΟΤΕΕ , 2010]

28 Αεροστεγανότητα κτιρίου: 24 ώρες το 24ωρο, όλο το χρόνο Διείσδυση αέρα από κουφώματα (m 3 /h): υπολογιζόμενη συνολική διείσδυση του εξωτερικού (νωπού) αέρα από τις χαραμάδες κουφωμάτων. Αριθμός καμινάδων: Αριθμός των καμινάδων εστιών καύσης στην συγκεκριμένη ζώνη. Αριθμός θυρίδων εξαερισμού: Αριθμός των θυρίδων εξαερισμού στην συγκεκριμένη ζώνη.

29 Διείσδυση αέρα Από θυρίδες και καμινάδες [Πηγή: Πίνακας 3.22, ΤΟΤΕΕ / 2010]

30 Διείσδυση αέρα από κουφώματα Απλοποίηση: Ανάλογα με τον τύπο του ανοίγματος, διείσδυση του αέρα ανά τ.μ. [Πηγή: ΤΟΤΕΕ / 2010]

31 Διείσδυση αέρα ΜΘΧ (Μη Θερμαινόμενου Χώρου) και Ηλιακού Χώρου Πολλαπλασιάζοντας τον όγκο του ΜΘΧ ή του Ηλιακού Χώρου με τον αντίστοιχο συντελεστή από τον Πίνακα 3.27.

32 Ολικά θερμικά κέρδη (Q gn ) Q + gn = Q int Q sol Οτιδήποτε είναι εστία παραγωγής θερμότητας μέσα στο κτίριο. Διακρίνονται σε: Εσωτερικά κέρδη (Q int ): θερμικά κέρδη από τους ανθρώπους, το φωτισμό, τις ηλεκτρικές συσκευές στο εσωτερικό του κτιρίου. Εξαιρούνται οι συσκευές παραγωγής θέρμανσης Ηλιακά κέρδη (Q sol ): θερμικά κέρδη από την ηλιακή ακτινοβολία που εισέρχεται από τα αδιαφανή ή τα διαφανή στοιχεία του κελύφους (Q sol ) (Q int )

33 Εσωτερικά κέρδη Ως εσωτερικά κέρδη νοούνται τα κέρδη που παράγονται από ενδογενείς δραστηριότητες του κτιρίου. Οφείλονται σε: Θερμότητα που εκλύεται από τους ανθρώπους (λόγω μεταβολισμού, εξαρτάται από δραστηριότητα) Θερμότητα από φωτισμό Θερμότητα από ηλεκτρικές συσκευές Θερμότητα από θερμαντικά σώματα μαγειρέματος κοκ. Δε λαμβάνονται υπ όψηταθερμαντικάσώματαθέρμανσηςχώρου. Μεγάλες επιφάνειες σε συγκεκριμένη θερμοκρασία (π.χ. θερμαινόμενες πισίνες)

34 Έκφραση εσωτερικών θερμικών κερδών (Q int ) Q = Φint, k t + (1 btr, l Φint, u, k l int ) l t Φ l Όπου: t H, int, k (1 b tr, l ) Φint, u, l σύνολο των μέσων όρων της ροής θερμότητας στο συγκεκριμένο χρόνο από την εσωτερική πηγή θερμότητας k [kw] (TOTEE , Πίνακες 2.7, 2.8) σύνολο των μέσων όρων της ροής θερμότητας στο συγκεκριμένο χρόνο από την εσωτερική πηγή θερμότητας l στο διπλανό, ΜΘΧ, επίτοσυντελεστήμείωσηςb tr,j για το διπλανό, ΜΘΧ [kw] (TOTEE , Πίνακες 2.7, 2.8) διάρκεια βήματος υπολογισμού [h]

35 Εσωτερικά κέρδη (Φ H,int,k ) αναλόγως με τη χρήση της ζώνης: από άτομα [Πηγή: Πίνακας 2.7, ΤΟΤΕΕ , 2010]

36 Εσωτερικά κέρδη (Φ H,int,k ) αναλόγως με τη χρήση της ζώνης: από συσκευές [Πηγή: Πίνακας 2.8, ΤΟΤΕΕ , 2010]

37 Εσωτερικά κέρδη(φ H,int,k ) αναλόγως με τη χρήση της ζώνης: από φωτισμό Υπολογίζεται η θερμική ισχύς από τα φωτιστικά σώματα, ανάλογα με την ελάχιστη στάθμη φωτισμού ανά χώρο, την εγκατεστημένη ισχύ των φωτιστικών και τη φωτιστική τους απόδοση. Σύμφωνα με τον ΚΕΝΑΚ: o για κτίρια κατοικίας, ο φωτισμός θεωρείται ίδιος με εκείνον του κτιρίου αναφοράς o Για τα υπόλοιπα κτίρια λαμβάνεται από τη μελέτη φωτοτεχνίας. Για το κτίριο αναφοράς δίνονται στον Πίνακα 2.4 της ΤΟΤΕΕ

38 Έκφραση ηλιακών κερδών (Q sol ) Q sol = Φ sol k t +, (1 btr, l ) Φ sol, u, k l l t Όπου: Φ sol,k Φ sol,u,l b tr,l t μέσος όρος έντασης ηλιακών κερδών από το δομικό στοιχείο k [kw] μέσος όρος έντασης ηλιακών κερδών από το διπλανό ΜΘΧ l [kw] συντελεστής μείωσης για το διπλανό ΜΘΧ διάρκεια βήματος υπολογισμού [h]

39 Τα ηλιακά κέρδη εξαρτώνται από: Την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στο επίπεδο της συλλεκτικής επιφάνειας. Τον προσανατολισμό, το μέγεθος και την κλίση της συλλεκτικής επιφάνειας. Τη διαπερατότητα των διαφανών στοιχείων που λειτουργούν ως συλλέκτες. Την απορροφητικότητα και τη θερμική διαπερατότητα των αδιαφανών στοιχείων που λειτουργούν ως συλλέκτες.

40 Μέσος όρος έντασης ηλιακών κερδών από το δομικό στοιχείο (Φ sol,k ) Φ sol, k = F sh, ob. k Asol, k I sol, k Fr, kφ r, k Όπου: F sh,sol,k A sol,k I sol,k Φ r,k F r,k συντελεστής μείωσης λόγω σκίασης από εξωτερικά εμπόδια από την ωφέλιμη συλλεκτική επιφάνεια της επιφάνειας k ωφέλιμη συλλεκτική επιφάνεια της επιφάνειας k, την περίοδο θέρμανσης, με συγκεκριμένο προσανατολισμό και γωνία κλίσης, στη συγκεκριμένη ζώνη ή χώρο [m 2 ] η μέση ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στο βήμα υπολογισμού, ανά τ.μ. της συλλεκτικής επιφάνειας k, με συγκεκριμένο προσανατολισμό γωνία κλίσης [Wm -2 ] ροή θερμότητας λόγω της θερμικής ακτινοβολίας στον ουρανό από το στοιχείο k, [W] συντελεστής θέασης μεταξύ του στοιχείου του κτιρίου και του ουρανού, ο οποίος είναι: F r,k =1 για μη σκιαζόμενη οριζόντια οροφή F r,k =0.5 για μη σκιαζόμενο κατακόρυφο τοίχο και

41 Ωφέλιμη συλλεκτική επιφάνεια διαφανούς στοιχείου (A sol,k ) ( FF ) Aw p A sol, k = Fsh, gl g gl 1, Όπου: F sh,gl συντελεστής μείωσης σκίασης για κινητά σκίαστρα (=1) g gl συντελεστής θερμικών ηλιακών απολαβών του διαφανούς μέρους του στοιχείου A w,p ολικό εμβαδόν της διαφανούς επιφάνειας την περίοδο θέρμανσης [m 2 ] F F ο λόγος της επιφάνειας του πλαισίου προς τη συνολική επιφάνεια του ανοίγματος

42 Συντελεστής διαπερατότητας στην ηλιακή ακτινοβολία (g-value) g gl, Διαπερατότητα: Συντελεστής διαπερατότητας στην ηλιακή ακτινοβολία της διαφανούς επιφάνειας, ανάλογα με τον τύπο του υαλοπίνακα. Ποσοτικοποιεί το ποσοστό της θερμικής ηλιακής ακτινοβολίας που διαπερνά τον υαλοπίνακα, προς τη θερμική ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στην εξωτερική επιφάνεια του υαλοπίνακα. [Πηγή: Πίνακας 3.16, ΤΟΤΕΕ / 2010]

43 Ωφέλιμη συλλεκτική επιφάνεια αδιαφανούς στοιχείου (A sol,k ) A sol, k = as, c R se U c A c Όπου: α S,c απορροφητικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία του αδιαφανούς στοιχείου R se εξωτερική επιφανειακή αντίσταση του στοιχείου [m 2 K W -1 ] U c ολικός συντελεστής θερμοπερατότητας του αδιαφανούς στοιχείου [Wm -2 K -1 ] A c εμβαδόν επιφάνειας αδιαφανούς στοιχείου [m 2 ]

44 Απορροφητικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία Η ικανότητα μιας επιφάνειας να απορροφά ηλιακή ακτινοβολία. Αδιάστατος συντελεστής, με μέγιστη τιμή το 1. Όσο πιο σκούρα και τραχιά είναι η επιφάνεια, τόσο πιο υψηλή απορροφητικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία έχει.

45 Συντελεστές σκίασης (F sh,sol,k ) F = F sh, ob. k hor F ov F fin Τρεις βασικοί συντελεστές σκίασης: Από τον περιβάλλοντα χώρο (F hor ) Από πλευρικό εμπόδιο / σκίαστρο (F fin ) Απόοριζόντιοπρόβολοήεξωτερικόσκίαστρο(τέντα / περσίδες) (F ov ) Σε περίπτωση που δε σκιάζεται το στοιχείο οι συντελεστές σκίασης ισούνται με τη μονάδα (1), ενώ για πλήρη σκίαση ισούνται με μηδέν (0). [Πηγή: Ε. Αλεξανδρή]

46 Συντελεστής σκίασης από τον περιβάλλοντα χώρο (F hor ) Γωνία θέασης α του εμποδίου Για αδιαφανές στοιχείο [ΤΟΤΕΕ , 2010, Πίνακας 3.18] Για διαφανές στοιχείο [Πηγή: Ε. Αλεξανδρή]

47 Παράδειγμα συντελεστή σκίασης από τον περιβάλλοντα χώρο (F hor ) παραθύρου [Πηγή: Ε. Αλεξανδρή]

48 Συντελεστής σκίασης από προβόλους (F ov ) Γωνία β, προβόλου Για αδιαφανές στοιχείο [Πηγή: Πίνακας 3.19, ΤΟΤΕΕ , 2010] Για διαφανές στοιχείο [Πηγή: Ε. Αλεξανδρή]

49 Παράδειγμα συντελεστή σκίασης από προβόλους (F ov ) για παράθυρο [Πηγή: Ε. Αλεξανδρή]

50 Συντελεστής σκίασης από πλευρικό εμπόδιο (F fin ) Γωνία γ πλευρικής προεξοχής [ΤΟΤΕΕ , 2010] Σε περίπτωση που το στοιχείο σκιάζεται και από τις δύο πλευρές, εισάγεται στο πρόγραμμα το γινόμενο των δύο συντελεστών (αριστερά και δεξιά του στοιχείου) Για αδιαφανές στοιχείο Για διαφανές στοιχείο [Πηγή: Ε. Αλεξανδρή]

51 Παράδειγμα συντελεστή σκίασης από πλευρικά εμπόδια (F fin ) δεξιά και αριστερά για παράθυρο F fin_c = 0.90x0.99 = 0.89 F fin_h = 0.98x0.97 = 0.95 [Πηγή: Ε. Αλεξανδρή]

52 Συντελεστής εκπομπής στη θερμική ακτινοβολία Ως συντελεστής εκπομπής στη θερμική ακτινοβολία (ε) ενός σώματος ορίζεται ο λόγος της ακτινοβολίας που εκπέμπει το σώμα προς την ακτινοβολία που εκπέμπει ένα μαύρο σώμα που βρίσκεται στην ίδια θερμοκρασία, στο ίδιο μήκος κύματος. Αδιάστατος συντελεστής, με μέγιστη τιμή 1 (η οποία δε βρίσκεται στη φύση). [Πηγή: ΤΟΤΕΕ , 2010]

53 Θερμοχωρητικότητα Η ικανότητα των δομικών υλικών του κτιρίου να αποθηκεύει θερμότητα. Καθορίζει τη θερμική αδράνεια του κτιρίου, δηλαδή το κατά πόσο το κτίριο ανταποκρίνεται αργά ή γρήγορα στις θερμικές μεταβολές (κλιματικές ή τεχνητές) και καθορίζει το χρόνο με τον οποίο γίνονται αισθητές οι θερμικές μεταβολές στο εσωτερικό του κτιρίου (χρόνος υστέρησης).

54 Θερμοχωρητικότητα Η θερμοχωρητικότητα, C m [kj/k], εξαρτάται από: Την πυκνότητα του δομικού υλικού, ρ [kg/m 3 ] Την ειδική θερμότητα του υλικού, c p [J/kgK] Τον όγκο του υλικού Η ανοιγμένη θερμοχωρητικότητα ανά τ.μ. θερμαινόμενης επιφάνειας δίνεται από πίνακα [Πηγή: ΤΟΤΕΕ , 2010]

55 Υπολογισμός της ετήσιας ενεργειακής ζήτησης για θέρμανση (Q H,nd,annual ) και ψύξη (Q C,nd,annual ) Q H, nd, annual = QH, nd Η διαίρεση της ετήσιας ζήτησης ενέργειας με το εμβαδόν της θερμαινόμενης ζώνης δίδει τον δείκτη ενεργειακής ζήτησης για θέρμανση ανά τ.μ. επιφάνειας δαπέδου [kwh/m 2 ]. Q C, nd, annual = QC, nd Η διαίρεση της ετήσιας ζήτησης ενέργειας με το εμβαδόν της κλιματιζόμενης ζώνης δίδει τον δείκτη ενεργειακής ζήτησης για ψύξη ανά τ.μ. επιφάνειας δαπέδου [kwh/m 2 ].

56 Υπολογισμός της ετήσιας ενεργειακής κατανάλωσης για θέρμανση (Q H,cons,annual ) Q H, cons, annual = Q H, nd, annual n H, s n H,s η συνολική απόδοση του συστήματος θέρμανσης. Η ετήσια κατανάλωση ενέργειας, προκύπτει με διαίρεση της (Q H,cons,annual ) με το εμβαδόν της θερμαινόμενης ζώνης, προκειμένου να προκύψει ο δείκτης ενεργειακής κατανάλωσης για θέρμανση ανά τ.μ. επιφάνειας δαπέδου [kwh/m 2 ].

57 Υπολογισμός της ετήσιας ενεργειακής κατανάλωσης για ψύξη (Q C,cons,annual ) Q C, cons, annual = Q C, nd, annual n C, s Όπου n C,s η συνολική απόδοση του συστήματος ψύξης. Την ετήσια αυτή κατανάλωση ενέργειας, τηδιαιρούμεμετοεμβαδόντης κλιματιζόμενης ζώνης, προκειμένου να προκύψει ο δείκτης ενεργειακής κατανάλωσης για ψύξη ανά τ.μ. επιφάνειας [kwh/m 2 ].

58 Απόδοση συστήματος θέρμανσης / ψύξης Παραγωγή Διανομή Εκπομπή (τερματικές μονάδες) Βοηθητικές μονάδες

59 Βαθμός απόδοσης συστήματος παραγωγής θέρμανσης Υπολογισμός n gm βαθμός απόδοσης της μονάδας λέβητα - καυστήρα ( n ελάχιστη απαιτούμενη θερμική απόδοση, αν δεν υπάρχει φύλλο συντήρησης ή αντίστοιχη μέτρηση): Εκτίμηση n g2 συντελεστή μόνωσης: [Πηγή: ΤΟΤΕΕ , 2010]

60 Βαθμός απόδοσης συστήματος παραγωγής θέρμανσης Εκτίμηση n g1 - συντελεστή υπερδιαστασιολόγησης (για την υπερδιαστασιολόγηση του λέβητα): όπου: Pgen [W] η υπολογιζόμενη μέγιστη απαιτούμενη θερμική ισχύς της μονάδας θέρμανσης του κτηρίου, A [m 2 ] η συνολικήπραγματικήεξωτερικήεπιφάνεια του κτηριακού κελύφους (τοίχοι, οροφές, πυλωτή, ανοίγματα), που είναι εκτεθειμένη στον εξωτερικό αέρα, όπως λαμβάνονται υπόψη στο έλεγχο θερμομονωτικής επάρκειας. U m, [W/(m 2.K)] ο μέγιστος επιτρεπόμενος μέσος συντελεστής θερμοπερατότητας για το σύνολο της επιφάνειας Α. ΔΤ [οc] ή [Κ] η διαφορά της θερμοκρασίας για τη διαστασιολόγηση του συστήματος. [Πηγή: ΤΟΤΕΕ , 2010]

61 Ονομαστικός δείκτης αποδοτικότητας (EER) συστήματος παραγωγής ψύξης Για τις τοπικές αερόψυκτες μονάδες αντλιών θερμότητας (διαιρούμενου ή ενιαίου τύπου), για τις οποίες δεν υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία, ο δείκτης αποδοτικότητας EER θα λαμβάνεται: 1,5 για συστήματα 20-ετίας 2,0 για συστήματα 10-ετίας Για τις κεντρικές μονάδες ψύξης (αντλίες θερμότητας, ψύκτες κ.ά.), για τις οποίες δεν υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία, ο δείκτης αποδοτικότητας EER θα λαμβάνεται: 2,0 για συστήματα 20-ετίας 2,5 για συστήματα 10-ετίας [Πηγή: ΤΟΤΕΕ , 2010]

62 Απόδοση συστήματος διανομής [Πηγή: ΤΟΤΕΕ /2010]

63 Βαθμός απόδοσης τερματικών μονάδων Β. Απ., Βαθμός Απόδοσης: Μέσοςβαθμόςαπόδοσηςτωντερματικώνμονάδων (από 0 έως 1), λαμβάνοντας υπόψη την κατάσταση των συστημάτων, την αποδοτική λειτουργία και την επαρκή συντήρηση. [Πηγή: ΔΠ1/( /2010), 2011] [Πηγή: ΤΟΤΕΕ , 2010]

64 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΩΝ

65 Συντελεστής θερμοπερατότητας αδιαφανών δομικών στοιχείων U = R si + i λ i 1 d + όπου: R si εσωτερική επιφανειακή αντίσταση (ανάμεσα στο εσωτερικό περιβάλλον και στην εσωτερική επιφάνεια του στοιχείου) [m 2 KW -1 ] R se εξωτερική επιφανειακή αντίσταση (ανάμεσα στο εξωτερικό περιβάλλον και στην εξωτερική επιφάνεια του στοιχείου) [m 2 KW -1 ] R a θερμική αντίσταση στρώματος αέρα (αν υπάρχει) που βρίσκεται εγκλωβισμένος στο στοιχείο [m 2 KW -1 ] d i πάχος δομικού υλικού [m] λ i θερμική αγωγιμότητα υλικού [Wm -1 K -1 ] R a + R se R Λ d i = λ i Αντίσταση θερμοδιαφυγής [m 2 KW -1 ]

66 Συντελεστής θερμοπερατότητας αδιαφανών δομικών στοιχείων Η τιμή του συντελεστή θερμοπερατότητας κάθε δομικού στοιχείου, U, πρέπει να προκύπτει μικρότερη ή ίση της μέγιστης επιτρεπόμενης τιμής, U max. Εάν η τιμή που προκύπτει είναι μεγαλύτερη, θα πρέπει ο έλεγχος να επαναληφθεί, αφού προηγουμένως βελτιωθούν τα θερμοτεχνικά χαρακτηριστικά του δομικού στοιχείου: με ενδεχόμενη αύξηση του πάχους της θερμομονωτικής στρώσης, με αντικατάσταση του θερμομονωτικού υλικού με άλλο (ενδεχομένως και των υλικών άλλων στρώσεων) που θα έχει χαμηλότερη τιμή συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, ώστε τελικά να προκύπτει U δομικού στοιχείου U max

67 Συντελεστής Θερμικής Αγωγιμότητας Ενδεικτικές τιμές του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας δομικών υλικών για κτηριακές κυρίως κατασκευές / εφαρμογές: Πίνακας 2 Τ.Ο.Τ.Ε.Ε /2010 «Θερμοφυσικές ιδιότητες δομικών υλικών και έλεγχος της θερμομονωτικής επάρκειας των κτηρίων».

68 Αντιστάσεις θερμικής μετάβασης Τιμές συντελεστών θερμικής μετάβασης και αντιστάσεων θερμικής μετάβασης ανά δομικό στοιχείο (κατά ΕΝ ISO 6946) * Οι τιμές για την αντίσταση θερμικής μετάβασης εσωτερικού χώρου έχουν υπολογισθεί κατά παραδοχή για θερμοκρασία εσωτερικού χώρου θi = 20 C. * Οι τιμές για την αντίσταση θερμικής μετάβασης εξωτερικού χώρου έχουν υπολογισθεί κατά παραδοχή για θερμοκρασία εξωτερικού χώρου θa = 0 C και ταχύτητα ανέμου υ = 4 m/s. [ΤΟΤΕΕ , 2010, πιν. 3β]

69 Θερμικές αντιστάσεις στρώματος αέρα μη αεριζόμενου [ΤΟΤΕΕ , 2010, πιν. 4α]

70 Παράδειγμα υπολογισμού συντελεστή θερμοπερατότητας εξωτερικής τοιχοποιίας έξω Επίχρισμα Οπτόπλινθοι Θερμομονωτικό μέσα Συνδετικό κονίαμα Υπολογισμός αντίστασης θερμοδιαφυγής (R Λ ) α/α Στρώσεις υλικών Πυκνότητα (ρ) (kg/m 3 ) Πάχος στρώσης (d) (m) Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας (λ) (W/mK) Θερμική αντίσταση (d/λ) (m 2 K/W) 1 Επίχρισμα Οπτοπλινθοδομή Θερμομονωτικό Υλικό Επίχρισμα Σύνολο: 0.29 R Λ = U = R si + i λ i 1 d + R a + R se Υπολογισμός συντελεστή θερμικής διαπερατότητας (U) α/α Αντιστάσεις θερμικής μετάβασης 1 Αντίσταση θερμικής μετάβασης (εσωτερικά) R i (m 2 K/W) Αντίσταση θερμοδιαφυγής R Λ (m 2 K/W) Αντίσταση θερμικής μετάβασης (εξωτερικά) R a (m 2 K/W) Αντίσταση θερμοπερατότητας R ολ (m 2 K/W) Συντελεστής θερμοπερατότητας U (W/m 2 K) 0.479

71 Παράδειγμα υπολογισμού συντελεστή θερμοπερατότητας φερόντων στοιχείων προς ΜΘΧ ΜΘΧ Επίχρισμα Δοκός ΟΣ μέσα Υπολογισμός αντίστασης θερμοδιαφυγής (R Λ ) Θερμομονωτικό Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας (λ) (W/mK) Πυκνότητα Πάχος στρώσης α/α Στρώσεις υλικών (ρ) (kg/m 3 ) (d) (m) 1 Επίχρισμα Θερμική αντίσταση (d/λ) (m 2 K/W) 2 Οπλισμένο σκυρόδεμα Θερμομονωτικό Υλικό Επίχρισμα Σύνολο: 0.32 R Λ = Υπολογισμός συντελεστή θερμικής διαπερατότητας (U) U = R si + i λ i 1 d + R a + R se α/α Αντιστάσεις θερμικής μετάβασης 1 Αντίσταση θερμικής μετάβασης (εσωτερικά) R i (m 2 K/W) Αντίσταση θερμοδιαφυγής R Λ (m 2 K/W) Αντίσταση θερμικής μετάβασης (εξωτερικά) R a (m 2 K/W) Αντίσταση θερμοπερατότητας R ολ (m 2 K/W) Συντελεστής θερμοπερατότητας U (W/m 2 K) 0.865

72 Υπολογισμός συντελεστή θερμοπερατότητας οριζόντιας οροφής κάτω από μη θερμαινόμενη στέγη R u : αντίσταση θερμικής μετάβασης που προβάλλει το στρώμα αέρα μεταξύ της οριζόντιας οροφής και της κεκλιμένης στέγης, συμπεριλαμβανομένης της θερμικής αντίστασης των στρώσεων της κεκλιμένης στέγης [m 2 KW -1 ] [ΤΟΤΕΕ , 2010, πιν. 5]

73 Υπολογισμός συντελεστή θερμοπερατότητας αδιαφανών δομικών στοιχείων σε επαφή με το έδαφος Η μεταφορά θερμότητας ενός δομικού στοιχείου σε επαφή με το έδαφος εξαρτάται από τη θερμική αγωγιμότητα του εδάφους, το πάχος του στρώματος εδάφους που το διαχωρίζει από τον εξωτερικό αέρα, τη γεωμετρία του κτηρίου, την ίδια η θερμική αντίσταση του δομικού στοιχείου. Γίνεται απλοποιητική παραδοχή της μονοδιάστατης ροής θερμότητας, γίνεται χρήση του ισοδύναμου συντελεστή θερμοπερατότητας U.

74 Υπολογισμός συντελεστή θερμοπερατότητας δαπέδου σε επαφή με το έδαφος Διαδικασία 1. Υπολογισμός ονομαστικού συντελεστή θερμοπερατότητας στοιχείου U = R si + i λ i 1 d + Όπου η εξωτερική επιφανειακή αντίσταση R se =0 [m 2 KW -1 ] 2. Υπολογισμός εμβαδού στοιχείου (Α) 3. Υπολογισμός περιμέτρου στοιχείου (Π) 4. Υπολογισμός χαρακτηριστικής διάστασης πλάκας, Β (Β =2Α/Π) 5. Εκτίμηση βάθους έδρασης z 6. Υπολογισμός ισοδύναμου συντελεστή θερμικής διαπερατότητας στοιχείου U από πίνακα 3.8 της ΤΟΤΕΕ :2010 ή πίνακα 9α της ΤΟΤΕΕ :2010 R a + R se

75 Παράδειγμα υπολογισμού ισοδύναμου συντελεστή θερμικής διαπερατότητας δαπέδου σε επαφή με το έδαφος Επιτρέπεται η χρήση γραμμικής παρεμβολής, εαν χρειαστεί Τεχνική Ημερίδα ενημέρωσης[πηγή: πρ. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΤΟΤΕΕ / ΕΠΙΘΕΩΡΗΤΩΝ 2010]

76 Υπολογισμός συντελεστή θερμοπερατότητας τοιχίων σε επαφή με το έδαφος Διαδικασία 1. Υπολογισμός ονομαστικού συντελεστή θερμοπερατότητας στοιχείου U = R si + i λ i 1 d + Όπου η εξωτερική επιφανειακή αντίσταση R se =0 [m 2 KW -1 ] 2. Εκτίμηση βάθους έδρασης z 3. Υπολογισμός ισοδύναμου συντελεστή θερμικής διαπερατότητας στοιχείου από πιν. 3.7 της ΤΟΤΕΕ :2010 ή πίνακα 9β της ΤΟΤΕΕ :2010 R a + R se

77 Παθητικά ηλιακά συστήματα Τα δομικά στοιχεία των παθητικών ηλιακών συστημάτων εκτός του άμεσου ηλιακού κέρδους δεν ελέγχονται ως προς τη θερμομονωτική τους επάρκεια. Τοίχοι Trombe, θερμικής μάζας και γενικώς οποιοσδήποτε τοίχος ή άλλο στοιχείο θερμικής συσσώρευσης, Το διαχωριστικό δομικό στοιχείο μεταξύ του κυρίως χώρου του κτηρίου και του προσαρτημένου σε αυτό θερμοκηπίου, που θα θεωρείται ως εξωτερική επιφάνεια του κελύφους προς μη θερμαινόμενο χώρο.

78 Τοίχος θερμικής αποθήκευσης και ΚΕΝΑΚ Δεν υπολογίζονται τα ηλιακά κέρδη. Η επιφάνεια λαμβάνεται υπόψη ως συμβατική αδιαφανής επιφάνεια, με συντελεστή θερμοπερατότητας U (W/m 2 K) ίσο με το μέγιστο επιτρεπτό για την αντίστοιχη θερμική ζώνη. Στον υπολογισμό του U m ο U υπεισέρχεται αυτούσιος. Στην ενεργειακή μελέτη υπεισέρχεται κατά την μισή του τιμή. Τα υπόλοιπα τεχνικά του χαρακτηριστικά (συντελεστές σκίασης, συντελεστής εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας, απορροφητικότητα) λαμβάνονται όπως των αδιαφανών επιφανειών του κτιρίου αναφοράς. Κλιματική ζώνη Τιμή του U V-W (W/m 2 K) για τον υπολογισμό του U m Τιμή του U V-W (W/m 2 K) για την ενεργειακή μελέτη (εισαγωγή στο πρόγραμμα) Α Β Γ Δ Συντελεστής σκίασης F=0.70 τη θερινή περίοδο Συντελεστής εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας ε= 0.80 Απορροφητικότητα α=0.40

79 Συντελεστής θερμοπερατότητας διαφανούς δομικού στοιχείου, U w U W = A g U g + A g A U + f f A + f l g Ψ g με A g επιφάνεια υαλοπίνακα [m 2 ] U g συντελεστής θερμικής διαπερατότητας υαλοπίνακα [Wm -2 K -1 ] A f εμβαδόν επιφάνειας πλαισίου [m 2 ] U f συντελεστής θερμικής διαπερατότητας πλαισίου [Wm -2 K -1 ] l g μήκος θερμογέφυρας υαλοπίνακα [m] Ψ g συντελεστής γραμμικής θερμικής διαπερατότητας υαλοπίνακα παραθύρου [Wm -1 K -1 ]