Jak policzyć zapotrzebowanie na moc do ogrzewania
Kilka dni temu napisała do mnie Czytelniczka z pytaniem odnośnie obliczania mocy źródła ciepła dla ogrzewania.
Postanowiłem zacytować w całości jej wiadomość i odpowiedzieć na to pytanie na łamach tego serwisu. Oto pytanie od pani Karoliny:
Znalazłam Pana w internecie, gdzie porusza Pan temat zapotrzebowania na ciepło budynku. Interesuje mnie tematyka OZE, zastanawiam się nad instalacją pompy ciepła. Chciałabym dokładnie obliczyć zapotrzebowanie na moc do ogrzewania [kW], czy mógłby mnie Pan poratować jakimś wzorem ?
W internecie znalazłam takowy:
Q = k0 × Af ; (gdzie k0 – współczynnik zapotrzebowania [W/m²]; Af – powierzchnia ogrzewana)gdzie k0 przyjmuje wart:
1. stare budynki bez ocieplenia > 80
2. budynki stare lub nowe słabo ocieplone (5cm) 60 – 70
3. budynki stare lub nowe średnio ocieplone (10cm) 45 – 55
4. budynki stare lub nowe dobrze ocieplone (>20cm) 35 – 45Jak zatem obliczyć wsp. k0 gdy nie chcę korzystać z ww. wart. przybliżonych ? chciałabym sobie porównać wyniki jakie mi wyjdą dla różnych budynków, nie tylko mieszkalnych.
Mam obliczone Ep, Ek oraz Eu ze świadectwa na identyczny budynek, czy mogłabym się posłużyć jakoś tymi wartościami. W prawdzie wsp. E dot. zapotrzebowania na energię a nie moc; ale wydaje się być między tymi współczynnikami jakaś zależność.
Współczynnik k0 oblicza się dla danego budynku dzieląc tzw. projektowe obciążenie cieplne przez powierzchnię ogrzewaną budynku. I to jedyna metoda. Trzeba zatem policzyć to wspomniane obciążenie cieplne, które jest niczym innym, jak minimalną mocą źródła ciepła niezbędną dla zapewnienia komfortu.
Metoda obliczania obciążenia cieplnego jest bardzo precyzyjnie opisana w normie PN-EN 12831. Na tę wielkość składają się:
- wyrażone w watach [W] straty ciepła przez przegrody — ściany, dach, podłogę,
- straty ciepła przez okna,
- straty ciepła będące efektem istnienia mostków cieplnych,
- strata ciepła na drodze ucieczki nagrzanego powietrza przez wentylację i zastępowania go zimnym.
Obliczenia te prowadzi się dla przyjętych z normy temperatur pomieszczeń i temperatur zewnętrznych, zależnie od tego, w której strefie klimatycznej znajduje się nasz budynek. Całkiem dobrze opisuje to zagadnienie ten poradnik od Purmo.
Co tu dużo mówić, prowadzenie tych obliczeń na kartce jest dość uciążliwe i w praktyce robi się to z pomocą programów komputerowych.
Jeśli chodzi o współczynniki Ep, Ek czy Eu ze świadectwa charakterystyki energetycznej, to niestety są one do tego celu bezużyteczne. Już tłumaczę dlaczego. Otóż:
- Ep to łączne jednostkowe zapotrzebowanie na energię pierwotną dla budynku (tę wydobytą spod ziemi pod postacią węgla czy gazu ziemnego), odniesioną do m² powierzchni o regulowanej temperaturze, wyrażone w kWh/m² rocznie.
- Ek to zapotrzebowanie na energię końcową, czyli tę, za którą płacimy (pod postacią rachunków za prąd czy gaz),
- Eu to zapotrzebowanie na energię użytkową, czyli tę, która ucieka nam z domu pod postacią ciepła.
Widzimy, że to zupełnie inne jednostki — w przypadku Ep mamy kWh/m2 rocznie, a dla k0 W/m2. Ale to nie jedyny problem.
Świadectwa charakterystyki energetycznej uwzględniają nie tylko zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania, ale także do przygotowania ciepłej wody użytkowej. I dlatego nie można tego porównywać z mocą kotła do ogrzewania. Błąd byłby tym większy, im większe jest zużycie ciepła do CWU w porównaniu do strat ciepła z budynku — czyli im więcej osób w nim mieszka i im lepiej jest on ocieplony.
Gdyby jednak mieć wyniki sezonowego zapotrzebowania na ciepło (OZC), to sprawa wyglądałaby lepiej. Ta wielkość też jest wyrażona w kWh rocznie, ale można ją podzielić przez tak zwany czas użytkowania mocy szczytowej. To zaś jest empirycznie wyrażoną relacją między sezonowym zużyciem ciepła a mocą źródła ciepła w najniższych temperaturach.
W praktyce ten współczynnik przyjmuje wartość ok. 1 800-2 200 godzin, a zatem mając dom o sezonowym zapotrzebowaniu na ciepło w wysokości 16 000 kWh możemy przyjąć z niewielkim błędem, że w największe mrozy będzie on potrzebować ok. 8 kW. Ja bym oczywiście dodał do tego jakiś zapas np. na zmianę temperatury i ogrzewanie domu po powrocie z wyjazdu, ale to inna historia.
Na szczęście, jeśli ma Pani przed oczami to świadectwo charakterystyki energetycznej, to tam można znaleźć sezonowe zapotrzebowanie na ciepło — należy tego szukać w tabelce z nagłówkiem “roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię użytkową”.
March 23rd, 2017
Panie Autorze. Dziękuję za interesujący artykuł. W większości opisy zawiłych problemów są dla mnie zrozumiałe.
Zatrzymałam się na zdaniach “Gdyby jednak mieć wyniki sezonowego zapotrzebowania na ciepło (OZC), to sprawa wyglądałaby lepiej. Ta wielkość też jest wyrażona w kWh rocznie, ale można ją podzielić przez tak zwany czas użytkowania mocy szczytowej.”
I dalej oblicza Pan tę moc szczytową przyjmując sezonowe zapotrzebowanie na ciepło (czy to może być energia faktycznie zarejestrowana na ciepłomierzu – wyrażona w kWh?) i dzieląc przez “czas użytkowania mocy szczytowej w przedziale 1800-2200 godzin.
Moc szczytowa, to “gotowość” urządzeń do zapewnienia temperatury pomieszczenia 20 C przy zewnętrznej np. -18, lub -24 C – jak w Suwałkach.
1800-2200 godzin, to prawie 3 miesiące! W naszym klimacie nie wystąpiły (chyba nigdy) 3 miesiące (lub pojedyncze 90 dni w sezonie) o temperaturze obliczeniowej – 18 C, – 24C wymagające użycia maksymalnej mocy.
Zatem, jakie jest uzasadnienie metody wyznaczania w ten sposób zapotrzebowania na moc?
Moc wg taryfy dla ciepła, to duży koszt obciążający mieszkańców. Zawyżanie zapotrzebowania ponad miarę, to finansowa strata.
Czy jest jakaś metoda obliczenia, na podstawie posezonowej analizy wskazań cieplomierza w każdym miesiącu grzewczym, faktycznego, maksymalnego zapotrzebowania na moc?
Drugie pytanie które mnie nurtuje.
Pisze Pan o jednostkowym zapotrzebowaniu rocznym energii na m2 “powierzchni o regulowanej temperaturze”.
Takiej definicji nie znajduję w ewidencji budynków. Czy ma Pan na myśli powierzchnię użytkową – tylko lokali mieszkalnych, czy także klatek schodowych i suszarni wyposażonych w grzejniki.
Do jakiej powierzchni faktycznie odnoszą się dane ze świadectwa energetycznego. Do jakiej powierzchni odnosi się wysokość zamówionej mocy w kogeneracji.
Bardzo proszę o komentarz.
Pozdrawiam, Sławka
March 23rd, 2017
Czas użytkowania mocy szczytowej jest wielkością wychodzącą faktycznie z obliczeń rzędu ok. 2 000 godzin rocznie. Wiedząc o tym, można policzyć w drugą stronę i w oparciu o to przybliżenie ocenić, jaka mniej więcej powinna być moc szczytowa.
Proszę zwrócić uwagę, że uwzględniamy tu całoroczne zużycie ciepła do celów grzewczych. To, że nie ma w sezonie tylu godzin o maksymalnym zapotrzebowaniu na ciepło nie zmienia zasadności tych obliczeń. Oczywiście są one dość przybliżone, ale lepsze to przybliżenie, niż nic.
Nie jest to metoda ścisła i policzyć się tego w oparciu o zużycie wskazane na ciepłomierzu dokładnie nie da. Dokładne obliczenia trzeba przeprowadzić dla budynku, w oparciu o jego konstrukcję.
“Powierzchnia o regulowanej temperaturze” jest dokładnie tym, na co wskazuje definicja — powierzchnią pomieszczeń, które muszą być ogrzewane. Klatki i suszarnie także się w tę powierzchnię wliczają, zgodnie z rozporządzeniem o warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.