Podstawy analizy energetycznej obiektów budowlanych
Jan Górzyński
rok wydania: 2012
stron: 438
format: B5
oprawa: miękka
wydawnictwo: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
W podręczniku rozpatrywane są problemy zużycia energii pierwotnej przez obiekt budowlany w pełnym cyklu jego istnienia, to znaczy począwszy od projektowania poprzez wytwarzanie materiałów, procesy wznoszenia i użytkowania oraz rozbiórkę. W rozdziałach wstępnych dokonano oceny energetycznej obiektów budowlanych, omówiono obowiązujące regulacje prawne w tym zakresie, obiekt budowlany w systemie gospodarczym i związany z tym wpływ na zużycie energii pierwotnej oraz oddziaływanie na środowisko. W dalszych rozdziałach prowadzona jest szczegółowa analiza możliwości wpływu na zużycie energii we wszystkich fazach istnienia obiektu. Szczególne znaczenie ma problem zużycia energii pierwotnej w fazie użytkowania, dlatego jest omawiany w zakresie dotyczącym przegród zewnętrznych i instalacji z uwzględnieniem wszystkich nośników energii stosowanych w budynkach (ciepło, energia elektryczna, woda) oraz w zakresie wytwarzania i przesyłania ciepła. Omawiane są możliwości wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych, zarówno co do korzyści, jak i negatywnej strony tego wykorzystania. Omówiono także aktualny problem termoizolacji obiektów budowlanych oraz wybrane energooszczędne techniki stosowane w tych obiektach.
Książka została napisana jako podręcznik akademicki dla osób studiujących na kierunkach budownictwa i inżynierii środowiska. Może być również pomocna osobom mającym wpływ na zużycie energii, głównie projektantom obiektów budowlanych i specjalistom prowadzącym ich eksploatację, a także studentom i pracownikom wielu innych specjalności na studiach technicznych, stykających się z wykorzystaniem energii w działalności projektowej i gospodarczej w dziedzinach niezwiązanych z budownictwem.
SPIS TREŚCI:
Przedmowa 11
Podstawowe określenia 13
Podstawowe oznaczenia 18
1. WSTĘP 23
1.1. Wprowadzenie 23
1.2. Energia w obiektach budowlanych 24
1.3. Obszary wpływu na zużycie energii pierwotnej 26
1.4. Przedmiot i zakres pracy 29
2. CHARAKTERYSTYKA ZUŻYCIA ENERGII W ISTNIEJĄCYCH OBIEKTACH BUDOWLANYCH 30
2.1. Znaczenie transformacji gospodarczej po 1989 roku 30
2.2. Charakterystyka budynków i systemów ogrzewania 32
2.3. Ocena energetyczna zasobów budowlanych 45
2.3.1. Energochłonność eksploatacyjna 45
2.3.2. Możliwości poprawy efektywności energetycznej w Polsce 48
2.4. Energochłonność budynków w pełnym cyklu istnienia 49
3. BILANS ENERGII BUDYNKU I PODSTAWOWE REGULACJE PRAWNE 52
3.1. Bilans energii budynku 52
3.1.1. Rzeczywiste strumienie energii w budynku 52
3.1.2. Bilans rozpatrywany w tradycyjnych analizach zużycia energii 54
3.2. Podstawy prawne i normy z zakresu użytkowania energii 58
3.2.1. Podstawowe krajowe regulacje prawne 58
3.2.2. Określanie zapotrzebowania na energię do ogrzewania budynku 61
3.2.3. Uproszczony sposób obliczania sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania 64
3.3. Inne wymagania związane ze zużyciem energii 66
3.3.1. Warunki klimatyczne 66
3.3.2. Temperatura wewnętrzna pomieszczeń 68
3.3.3. Graniczne wartości wskaźnika zużycia energii pierwotnej 70
3.3.4. Graniczne wartości współczynnika przenikania ciepła 72
3.3.5. Wymagania w zakresie powierzchni okien i właściwości szyb 76
3.3.6. Wymagania w zakresie szczelności na przenikanie powietrza 78
3.4. Świadectwa charakterystyki energetycznej budynków 79
3.4.1. Podstawy prawne i wymagania 79
3.4.2. Polskie regulacje wprowadzające wymagania dyrektywy europejskiej 80
3.4.3. Modyfikacja zakresu i formy projektu budowlanego 81
3.4.4. Określanie charakterystyki energetycznej budynku lub lokalu mieszkalnego 82
4. DZIAŁALNOŚĆ GOSPODARCZA A ZUŻYCIE ENERGII I OBCIĄŻENIE ŚRODOWISKA 91
4.1. Obiekt budowlany w systemie gospodarczym kraju 91
4.2. System energetyczny kraju 94
4.3. Wpływ działalności gospodarczej na środowisko 96
4.3.1. Wprowadzane obciążenia środowiskowe 96
4.3.2. Skutki w środowisku 99
4.4. Określanie zużycia energii pierwotnej dla wyrobów i nośników energii 109
4.4.1. Potrzeba określania zużycia energii pierwotnej 109
4.4.2. Skumulowane zużycie energii 109
4.4.3. Skumulowane obciążenie środowiska 113
4.4.4. Nakład nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie i dostarczenie nośnika energii do miejsca wykorzystania 114
4.4.5. Skumulowana sprawność energetyczna pozyskania i dostarczenia nośnika energii do miejsca wykorzystania 116
4.4.6. Określanie sprawności użytkowej energii bezpośredniej dostarczanej do budynku 118
4.4.7. Zasady obliczania zużycia energii pierwotnej w miejscu wykorzystania 120
4.5. Analiza energetyczna i energetyczno-ekologiczna 123
4.6. Możliwości poprawy charakterystyki energetyczno-ekologicznej przetworzonych nośników 130
4.6.1. Charakterystyka energetyczno-ekologiczna nośników energii 130
4.6.2. Możliwości wpływu na charakterystykę energetyczno-ekologiczną nośników energii 132
4.6.3. Zwiększenie sprawności obecnych technologii energetycznych 133
4.6.4. Zwiększenie udziału skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej 134
4.6.5. Poprawa wskaźników ekologicznych obecnych technologii 134
4.6.6. Wprowadzanie nowych technologii energetycznych 136
4.6.7. Zwiększenie wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych 137
4.6.8. Udział energetyki jądrowej 138
5. ANALIZA ZUŻYCIA ENERGII PIERWOTNEJ W PEŁNYM CYKLU ISTNIENIA OBIEKTU BUDOWLANEGO 140
5.1. Wprowadzenie 140
5.2. Przekształcenia obiektu budowlanego w cyklu istnienia 141
5.3. Wpływ rozwiązań urbanistycznych i architektonicznych 142
5.4. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie projektowania 144
5.4.1. Czynniki proekologicznego oddziaływania 144
5.4.2. Wybór rodzaju nośników energii bezpośredniej 147
5.4.3. Maksymalne zapotrzebowanie na nośniki energii bezpośredniej 147
5.4.4. Możliwości wpływu na zużycie materiałów, wyrobów i nośników energii 148
5.4.5. Zużycie energii na wytworzenie i dostarczenie nośników energii podczas użytkowania 149
5.5. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie wznoszenia 154
7
5.6. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie użytkowania 156
5.6.1. Czynniki uwzględniane w fazie użytkowania 156
5.6.2. Wpływ trwałości wyrobów budowlanych i budynku 157
5.6.3. Rola systemu eksploatacji w zużyciu zasobów i oddziaływaniu na środowisko 160
5.6.4. Możliwości oddziaływania na zużycie materiałów i wyrobów 162
5.7. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie likwidacji 163
5.8. Możliwości wpływu na zużycie energii przez racjonalizację wyrobów budowlanych 166
5.8.1. Działania w cyklu istnienia 166
5.8.2. Projektowanie wyrobów 167
5.8.3. Wytwarzanie wyrobów 167
5.8.4. Eksploatacja wyrobów 169
5.8.5. Likwidacja i poużytkowe przetwarzanie wyrobów 170
5.8.6. Racjonalna gospodarka odpadami i zasobami poużytkowymi 171
5.9. Doskonalenie praktyki działalności gospodarczej 172
5.10. Projektowanie proekologiczne i rozwój dotyczący wyrobów i obiektów 173
6. OKREŚLANIE ZUŻYCIA ENERGII PIERWOTNEJ W OBIEKTACH BUDOWLANYCH 176
6.1. Sformułowanie problemu 176
6.1.1. System obiektu budowlanego SOB 176
6.1.2. Granice systemu 178
6.1.3. Otoczenie systemu 178
6.2. Zużycie energii pierwotnej w cyklu istnienia obiektu 179
6.2.1. Obiekt budowlany jako podsystem w systemie SOB 179
6.2.2. Składniki zużycia energii pierwotnej w cyklu istnienia obiektu 181
6.2.3. Zużycie energii w fazie wznoszenia 184
6.2.4. Zużycie energii w fazie użytkowania 185
6.2.5. Zużycie energii podczas wykonywania zabiegów eksploatacyjnych 187
6.2.6. Zużycie energii w fazie likwidacji 188
6.2.7. Zużycie energii w pełnym cyklu istnienia obiektu 189
6.3. Analiza skumulowanego zużycia energii pierwotnej 189
6.4. Analiza zużycia energii na wytworzenie przegrody budowlanej 193
6.4.1. Cel i zakres analizy 193
6.4.2. Opis techniczny analizowanych rozwiązań przegrody 193
6.4.3. Określanie zużycia energii i uzyskane wyniki 196
6.5. Analiza zużycia energii przy termomodernizacji przegrody zewnętrznej 198
6.6. Przykład określania zużycia energii pierwotnej dla pełnego cyklu istnienia budynku 202
6.6.1. Opis techniczny budynku 202
6.6.2. Przebieg procesów budowlanych w pełnym cyklu istnienia budynku 204
6.6.3. Określanie zużycia energii pierwotnej 206
7. BUDYNEK I WYPOSAŻENIE TECHNICZNE 214
7.1. Przedmiot analizy 214
7.2. Przegrody zewnętrzne budynku 215
7.2.1. Rozwiązania stosowane w budynkach nowych 215
7.2.2. Okna w budynkach 215
7.3. Systemy ogrzewania 216
7.3.1. Uwagi o komforcie cieplnym pomieszczeń 216
7.3.2. Rodzaje systemów ogrzewania 217
7.3.3. Regulacja dostarczania ciepła do ogrzewania 223
7.3.4. Sprawność energetyczna systemu ogrzewania 226
7.3.5. Możliwości racjonalizacji 228
7.4. Systemy przygotowania ciepłej wody użytkowej 230
7.4.1. Przebieg zużycia ciepłej wody użytkowej 230
7.4.2. Sposoby zasilania 231
7.4.3. Sprawność systemu przygotowania c.w.u. 233
7.4.4. Możliwości racjonalizacji 236
7.5. Systemy wentylacji i klimatyzacji 236
7.5.1. Wentylacja w budynkach 236
7.5.2. Możliwości zmniejszenia zużycia energii 242
7.6. Instalacje i urządzenia elektryczne 245
7.6.1. Energia elektryczna w budynkach 245
7.6.2. Urządzenia oświetleniowe 246
7.6.3. Odbiorniki siłowe 248
7.6.4. Możliwości racjonalizacji 249
7.7. Instalacje wodno-kanalizacyjne i użytkowanie wody 250
7.7.1. Woda i jej funkcje w budynkach 250
7.7.2. Straty wody w sieciach i instalacjach 252
7.7.3. Straty wody w systemach grzewczych i ciepłowniczych 252
7.7.4. Możliwości racjonalizacji 254
8. WYTWARZANIE I PRZESYŁANIE CIEPŁA 256
8.1. Zapotrzebowanie na ciepło w obiektach budowlanych 256
8.2. Paliwa i nośniki ciepła 262
8.3. Urządzenia wytwórcze ciepła 265
8.3.1. Informacje ogólne 265
8.3.2. Zasilanie w paliwo i paleniska 266
8.3.3. Wyposażenie kotłów 268
8.3.4. Sprawność przemiany energetycznej w kotłach 270
8.3.5. Standardy techniczne 271
8.3.6. Możliwości zmniejszenia zużycia energii 273
8.4. Zasilanie obiektów w ciepło z ciepłowni 275
8.4.1. Układy funkcjonowania ciepłowni 275
8.4.2. Czynniki uwzględniane przy doborze kotłów małej mocy 281
8.4.3. Średnia sprawność i zużycie energii pierwotnej 283
8.5. Zasilanie obiektów w ciepło z elektrociepłowni . 285
8.5.1. Skojarzone i rozdzielone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej 285
8.5.2. Elektrociepłownie tradycyjne 287
8.5.3. Elektrociepłownie gazowo-parowe 289
8.5.4. Elektrociepłownie z tłokowymi silnikami spalinowymi 290
8.5.5. Zmniejszenie zużycia energii jako wynik gospodarki skojarzonej 291
8.6. Sieć ciepłownicza 294
8.6.1. Funkcje sieci cieplnych 294
8.6.2. Układy sieci cieplnych 295
8.6.3. Regulacja dostarczania ciepła 298
8.6.4. Izolacja przewodów sieci cieplnej 300
8.6.5. Straty energii w sieciach cieplnych 304
8.7. Węzły cieplne 306
9. WYKORZYSTANIE ENERGII ODNAWIALNEJ W OBIEKTACH BUDOWLANYCH 311
9.1. Wprowadzenie 311
9.2. Dążenie do zwiększenia wykorzystania energii odnawialnej 312
9.3. Wykorzystanie energii słonecznej 313
9.3.1. Sposoby wykorzystania energii słonecznej 313
9.3.2. Aktywne systemy wykorzystania energii słonecznej 315
9.3.3. Bierne wykorzystanie energii słonecznej 321
9.3.4. Systemy fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem 325
9.3.5. Skutki wykorzystania energii słonecznej dla środowiska 327
9.4. Energetyczne wykorzystanie biomasy i biopaliw 328
9.4.1. Pochodzenie i klasyfikacja 328
9.4.2. Charakterystyka energetyczna biopaliw 330
9.4.3. Wykorzystanie energetyczne 336
9.4.4. Ekologiczne skutki energetycznego wykorzystania biomasy 337
9.4.5. Wykorzystanie biopaliw gazowych 338
9.5. Wykorzystanie energii ze źródeł geotermalnych 339
9.5.1. Energia wód geotermalnych 339
9.5.2. Ciepłownicze wykorzystanie wód geotermalnych 341
9.6. Niektóre aspekty oddziaływania na środowisko 344
10. PROBLEMY TERMOMODERNIZACJI ISTNIEJĄCYCH OBIEKTÓW BUDOWLANYCH 348
10.1. Wprowadzenie 348
10.2. Podstawowe zasady stosowane w realizacji przedsięwzięć termomodernizacyjnych 349
10.3. Rodzaje usprawnień termomodernizacyjnych 351
10.4. Efekty uzyskiwane w wyniku termomodernizacji 354
10.5. Sposoby termomodernizacji przegród budowlanych 357
10.5.1. Zwiększenie izolacyjności cieplnej przegród budowlanych 357
10.5.2. Przegrody zewnętrzne w obiektach przemysłowych 362
10.6. Usprawnienia termomodernizacyjne instalacji budowlanych 363
10.6.1. Obszary usprawnienia w instalacjach budowlanych 363
10.6.2. Usprawnienie systemu centralnego ogrzewania 364
10.6.3. Usprawnienie systemu wentylacji w budynkach mieszkalnych 366
10.6.4. Usprawnienie systemu zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową 367
10.6.5. Usprawnienie systemów ogrzewania i wentylacji w obiektach przemysłowych i użyteczności publicznej 368
10.7. Stosowanie układów zarządzania eksploatacją systemów zużywających energię 370
10.7.1. Instalacje o złożonej strukturze energetycznej 370
10.7.2. Systemy nadzoru i zarządzania eksploatacją 372
10.7.3. Możliwości zmniejszenia zużycia energii na napędy 373
10.8. Wspieranie przedsięwzięć termomodernizacyjnych i remontów 374
11. WYBRANE ENERGOOSZCZĘDNE TECHNIKI DLA OBIEKTÓW BUDOWLANYCH 377
11.1. Wykorzystanie energii odpadowej 377
11.1.1. Rodzaje energii odpadowej 377
11.1.2. Sposoby wykorzystania niskotemperaturowej energii odpadowej 378
11.1.3. Niskotemperaturowe przeponowe wymienniki ciepła 380
11.1.4. Regeneracyjne wymienniki ciepła 382
11.1.5. Wymienniki ciepła z czynnikiem pośredniczącym 383
11.1.6. Rury cieplne 384
11.1.7. Pompy ciepła 386
11.1.8. Zanurzeniowy wymiennik ciepła 387
11.2. Oszczędne użytkowanie energii elektrycznej w napędach 388
11.2.1. Przekształtniki energoelektroniczne i ich funkcje 388
11.2.2. Zastosowanie urządzeń energoelektronicznych w obiektach budowlanych 389
11.2.3. Efekty regulacji parametrów wejściowych napędu 391
11.2.4. Przykład racjonalizacji napędu pompy wirowej 391
11.3. Technika kondensacyjna w kotłach grzewczych 393
11.3.1. Zasada techniki kondensacyjnej 393
11.3.2. Kotły kondensacyjne 395
11.3.3. Charakterystyka kotła kondensacyjnego 400
11.4. Pompy ciepła 402
11.4.1. Zasada działania 402
11.4.2. Zmniejszenie zużycia energii pierwotnej 404
11.4.3. Zastosowania w obiektach budowlanych 406
11.5. Rozwiązania energooszczędne w budynkach pasywnych 407
11.5.1. Koncepcja budynku pasywnego 407
11.5.2. Wielkości charakteryzujące budynki pasywne 409
11.5.3. Instalacje w budynkach pasywnych 411
11.5.4. Charakterystyka energetyczna budynku pasywnego 413
11.6. Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej dla obiektów budowlanych 415
11.6.1. Układy skojarzone małej mocy 415
11.6.2. Zastosowanie układów skojarzonych małej mocy 416
11.6.3. Układy skojarzone z silnikami tłokowymi 418
11.6.4. Układy skojarzone z mikroturbiną gazową 419
11.6.5. Układy skojarzone z wykorzystaniem ogniw paliwowych 420
11.6.6. Układy trójgeneracyjne w obiektach budowlanych 423
DODATEK 426
Bibliografia 430
