System pośredniego ogrzewania i chłodzenia budynku (2). Pseudopowierzchnia w ścianie

Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf

Koncepcja pośredniego systemu ogrzewania i chłodzenia budynków, nazwana Barierą Termiczną, jest systemem rurek polipropylenowych, które tworzą pseudopowierzchnię ulokowaną we wnętrzu ściany zewnętrznej budynku (rys. 1). W celu przedstawienia wydajności BT przyjęto, że Bariera Termiczna zastosowana jest w prefabrykowanym elemencie ściennym jednorodzinnego budynku mieszkalnego o charakterystyce cieplnej odpowiadającej budynkowi pasywnemu, aczkolwiek BT może być zastosowana w ścianie zewnętrznej o dowolnej konstrukcji i w budynku o dowolnej charakterystyce energetycznej. Rurki podzielone są na sekcje ograniczone przewodami zasilającymi i powrotnymi. Rurki mogą mieć kształt litery U lub być ciągłym prostym odcinkiem. W niniejszej prezentacji przyjęto, że pojedyncza sekcja ma kształt U-rurki. Przez system rurek przepływa płyn, który transportuje energię z gruntowego systemu gromadzenia energii. Przyjęto, że płynem transportującym energię jest woda.

Założono również, że gruntowy system gromadzenia energii zasilany jest z dachowego kolektora słonecznego o małej wydajności. Istotą działania Bariery Termicznej jest utrzymanie stałej średniej temperatury powierzchni, tworzonej przez system rurek, przez cały rok, niezależnie od zmian zewnętrznych warunków atmosferycznych. Przyjęto, że temperatura BT powinna wynosić 19°C, a maksymalne odchylenie nie powinno przekroczyć +/-0,5°C. W ten sposób utrzymany jest stały strumień ciepła o bardzo małej wartości Qi, skierowany od wnętrza pomieszczenia na zewnątrz do powietrza zewnętrznego. Utrzymanie stałej wartości, kierunku i zwrotu wektora strumienia cieplnego powoduje, że w zależności od warunków panujących wewnątrz pomieszczenia oraz warunków klimatycznych na zewnątrz Bariera Termiczna „ogrzewa” pomieszczenie poprzez bardzo dużą redukcję strat ciepła lub chłodzi pomieszczenie, odprowadzając nadmiar ciepła poprzez utrzymanie stałego zwrotu wektora strumienia cieplnego od wewnątrz do zewnątrz (rys. 2). Komfort cieplny w pomieszczeniach zapewniany jest przez wewnętrzne źródła ciepła.

Przegroda trójwarstwowa Prefabrykowany element ścienny z Barierą Termiczną ma strukturę przegrody trójwarstwowej, złożonej z następujących warstw:

* warstwa termoizolacyjna wykonana ze styropianu, ułożona od strony powietrza zewnętrznego,

* warstwa nośna wykonana z betonu lekkiego,

* warstwa termoizolacyjna wykonana ze styropianu, ułożona od strony powietrza wewnętrznego w pomieszczeniu.

Wymiary oraz parametry materiałowe prefabrykowanego elementu ściennego przedstawiono w tabeli.

Współczynnik przenikania ciepła rozważanego elementu prefabrykowanego, bez uwzględnienia poprawek do współczynnika przenikania ciepła oraz dodatku ze względu na występowanie mostków cieplnych, wynosi: U = 0,131 [W/(m2 * K)].

Wartość współczynnika przenikania jest stosunkowo mała i typowa dla rozwiązań budynków pasywnych. Barierę Termiczną w prefabrykowanym elemencie ściennym tworzy pięć sekcji U-rurek wykonanych z polipropylenu i umieszczonych w osi symetrii elementu. Wymiary U-rurek polipropylenowych są następujące:

* zewnętrzna średnica wynosi 26 mm,

* wewnętrzna średnica wynosi 20 mm,

* długość całkowita U-rurki wynosi 3014 mm.

Wlot płynu do U-rurki podłączony jest do wspólnego systemu zasilania, a wylot do wspólnego systemu odprowadzenia płynu. Przyjęto założenie, że system zasilania oraz odprowadzenia są idealnie izolowane cieplnie.

Stała temperatura Kompletny system ogrzewania i chłodzenia składa się z następujących elementów (rys. 3):

* prefabrykowany element ścienny (lub inne rozwiązanie konstrukcji ściany zewnętrznej) z Barierą Termiczną,

* system gromadzenia energii w strefie geotermalnej w gruncie, ulokowany w obrysie bryły budynku,

* kolektor słoneczny niskiej wydajności (lub kolektor słoneczny innego typu).

W dalszych rozważaniach pominięto system wentylacyjny oraz system podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Mogą być one wykonane w różnych technologiach, np. wykorzystujących system odzysku ciepła za pomocą wymiennika gruntowego ulokowanego również w strefie geotermalnej oraz energię słoneczną dostarczaną przez kolektor słoneczny do podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Geotermalny system gromadzenia energii powinien być ulokowany w obrysie bryły budynku i częściowo poza nim. Zasilany jest on energią dostarczaną przez wodny kolektor słoneczny, umieszczony w połaci dachowej. Przyjęta lokalizacja gruntowego magazynu energii ma bardzo istotne zalety. Z badań J. Rantala [6] wynika, że w warunkach południowej Finlandii pole temperatury w gruncie pod budynkiem niepodpiwniczonym można podzielić na dwie strefy temperaturowe:

* strefę A wzdłuż krawędzi obrysu budynku, w której temperatury zmieniają się w czasie roku w zakresie 5-14°C,

* strefę B centralną w pozostałej części gruntu, w której temperatury zmieniają się w czasie roku w zakresie 9-16°C.

Podniesienie temperatury w gruncie do poziomu niezbędnego do zasilania Bariery Termicznej nie wymaga zastosowania wydajnego systemu zasilającego. Utrzymanie stałej temperatury Bariery Termicznej w ciągu całego roku wymaga wykorzystania kilku źródeł ciepła o różnych temperaturach. Analizując pole temperatury w gruncie oraz wydajność prostych kolektorów słonecznych, przyjęto, że Bariera Termiczna jest zasilana z trzech źródeł ciepła:

* źródło ciepła o temperaturze 12°C, zlokalizowane poza obrysem budynku, na głębokości 4-10 m (badania C. Popiela et al. [7]),

* źródło ciepła o temperaturze 17°C, zlokalizowane w obrysie budynku, w strefie A,

* źródło ciepła o temperaturze 22°C, zlokalizowane w obrysie budynku, w strefie B.

W analizie wydajności Bariery Termicznej przyjęto założenie, że źródła ciepła podają płyn o stałej temperaturze. Powyższe przyjęcie jest uproszczeniem, ale w implementacji technicznej możliwe wahania temperatury źródeł kompensowane są przez moduł prognozujący systemu sterowania SVC.

dr. inż. Marek Krzaczek

Rys. 1. Schemat budowy Bariery Termicznej w prefabrykowanym elemencie ściennym.

Rys. 2. Schemat działania Bariery Termicznej w ścianie zewnętrznej budynku.

Rys. 3. Schemat działania systemu zasilającego Barierę Termiczną.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij