Komfort cieplny w pomieszczeniu w okresie letnim

Czynniki składające się na odczucie komfortu cieplnego w okresie letnim

Jakie rozwiązanie jest najkorzystniejsze – zacienienie, chłodzenie

powierzchniowe, wentylacja mechaniczna czy może szkło przeciwsłoneczne?

Koszty chłodzenia pomieszczeń

Wydanie 1/2015

14.09.2015

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2

Komfort cieplny w pomieszczeniach

w okresie letnim

Komfort cieplny jest przede wszystkim kojarzony z zapewnieniem korzystnych

warunków w pomieszczeniu ogrzewanym. Komfort cieplny w okresie zimowym

jest uzyskiwany poprzez odpowiednie rozmieszczenie elementów grzejnych,

odpowiedni standard izolacji cieplnej przegród

i okien, a także poprzez właściwy sposób rozdziału

powietrza wentylacyjnego.

Zapewnienie odpowiedniego komfortu cieplnego

jest jednak konieczne także w okresie letnim. Tym

bardziej, że zazwyczaj jest to znacznie trudniejsze

niż zadanie zapewnienia komfortu cieplnego

w sezonie grzewczym i wiązać się może

z wyższymi kosztami eksploatacyjnymi.

3

Większość osób czuje się dobrze w pomieszczeniach chłodzonych w okresie letnim, gdy

temperatura wewnętrzna mieści się w zakresie od 23 do 27 oC. Wraz ze wzrostem

temperatury wewnętrznej obniża się intensywność oddawanie ciepła z ciała ludzkiego

na drodze promieniowania konwekcji cieplnej. Przy 34 oC wewnątrz pomieszczenia,

oddawanie ciepła przez ludzkie ciało odbywa się całkowicie przez odprowadzanie potu.

Jest to odczuwane bardzo niekorzystnie (współczynnik PMV komfortu cieplnego = +3,0).

Optymalne warunki w pomieszczeniu

chłodzonym

4 Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

Dużą rolę w zapewnieniu jak najwyższego komfortu cieplnego w sezonie letnim odgrywa

rodzaj ochrony przed przenikaniem promieniowania słonecznego do wnętrza pomieszczenia

jak również rodzaju systemu chłodzącego. Aby wykazać efekty zastosowania różnych

rozwiązań, w ramach projektu agencji DENA (Deutsche Energie–Agentur) wykonano szereg

symulacji komputerowych – modelowania warunków wewnętrznych w pomieszczeniu

o powierzchni 30 m2. Przyjęto warunki skrajne dla obciążenia cieplnego pomieszczenia:

z końcem lipca o godzinie 16.00. W wynikach rozróżniono 4 klasy komfortu cieplnego:

od najwyższej A do najniższej B.

Kategorie komfortu cieplnego

w pomieszczeniach ogrzewanych

A klasa – wysokie wymagania

B klasa – średnie wymagania

C klasa – przeciętne wymagania

D klasa – dyskomfort

Przykład modelowania warunków

wewnętrznych dla chłodzenia podłogowego,

bez osłon przeciwsłonecznych

5

Spełnienie najwyższych wymagań komfortu

cieplnego w całej objętości pomieszczenia

chłodzonego, jest trudne ze względu na

wysokie ryzyko odczuwania przeciągu przy

ruchu schłodzonego powietrza.

Jak wskazują symulacje komputerowe,

trudności z utrzymaniem nawet średniego

lub przeciętnego poziomu komfortu, są

widoczne szczególnie przy chłodzeniu

powietrzem. Maksymalna prędkość przepływu

powietrza dla najwyższej klasy komfortu „A”

nie powinna przekraczać 0,15 m/s przy

temperaturze powietrza 26 oC. Stanowi to

trudne do realizacji zadanie.

Dopuszczalna temperatura i prędkość

przepływu powietrza wg klas komfortu

20 21 22 23 24 25 26

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0

Temperatura powietrza (oC)

Prę

dkość p

rzepły

wu p

ow

ietr

za (

m/s

)

Wysokie wymagania

(klasa A, RP < 10%)

6

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Wpływ izolacji cieplnej i konstrukcji budynku (bez ochrony przeciwsłonecznej i wymiany powietrza)

Wyższy standard izolacji cieplnej oraz ciężka konstrukcja budynku podwyższa nieznacznie

poziom komfortu cieplnego w sezonie letnim. Brak dodatkowej ochrony przeciwsłonecznej,

czy też np. zwiększonej wymiany powietrza w nocy (chłodzenie nocne), nie pozwala na

dalszą poprawę komfortu cieplnego. Znaczna różnica temperatury pomiędzy strefą podłogi,

a poziomem głowy może powodować dodatkowo zwiększony ruch powietrza i odczucie

dyskomfortu. Konstrukcja masywna może poprawiać poziom komfortu na początku sezonu

chłodzenia, gdy temperatura ścian, pozostaje jeszcze niska po okresie zimowym.

Dom stary, konstrukcja ciężka Dom niskoenergetyczny, k. lekka Dom niskoenergetyczny, k. ciężka

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

7

Okno 4,5 m2 z pełnym zacienieniem zewnętrznym

Okno 4,5 m2 bez zacienienia

Wpływ zacienienia okna 4,5 m2 (chłodzenie podłogowe, brak powietrza wentylacyjnego)

Bezpośrednie nasłonecznienie

okna, przy braku ochrony

przeciwsłonecznej, powoduje

przenikanie promieniowania

słonecznego do wnętrza co

wpływa wyraźnie niekorzystnie

na odczucie komfortu cieplnego.

Negatywne odczucie wynika

z wysokiej nierównomierności

(asymetrii) promieniowania

cieplnego i jest odczuwalne

szczególnie na wysokości głowy

i przy oknie

Zewnętrzna ochrona przed

nasłonecznieniem w formie np.

rolet, czy żaluzji, poprawia poziom

komfortu do poziomu „średniego”

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

8

Okno 30 m2 ze szkła przeciwsłonecznego

Okno 30 m2 ze szkła zwykłego

Wpływ szkła przeciwsłonecznego okna 30 m2 (chłodzenie podłogowe, brak powietrza wentylacyjnego)

Bezpośrednie nasłonecznienie

całkowicie przeszklonej ściany

(okno 30 m2) powoduje wyraźne

pogorszenie komfortu cieplnego

w pobliżu przeszklenia (poziom

„dyskomfort”). W strefie pobytu

ludzi poziom komfortu jest

pomiędzy średnim, a przeciętnym

pomimo chłodzenia podłogowego

Zastosowanie szkła przeciw-

-słonecznego oraz chłodzenie

powierzchniowe (podłoga)

częściowo redukuje niekorzystny

wpływ pełnego przeszklenia ściany

zewnętrznej na komfort cieplny.

W strefie pobytu ludzi poziom ten

jest w większej części na średnim

poziomie

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

9

Okno 30 m2 z zacienieniem pełnym

Okno 30 m2 z zacienieniem częściowym

Wpływ rodzaju zacienienia okna 30 m2 (chłodzenie podłogowe, brak powietrza wentylacyjnego)

Zastosowanie częściowego

zacienienia w formie np. markizy

może wyeliminować bezpośrednie

nasłonecznienie okna i wnętrza

pomieszczenia. Szczególnie

w strefie przy oknie zmniejsza się

obszar dyskomfortu, w porównaniu

do wariantu okna bez zacienienia

Pełne zacienienie w formie np.

rolety zewnętrznej w jeszcze

większym stopniu zmniejsza strefę

dyskomfortu przy oknie. W strefie

pobytu ludzi nadal pozostaje

głównie średni poziom komfortu,

szczególnie na wysokości głowy

i kostek

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

10

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Wpływ systemu chłodzenia (okno 4,5 m2) (bez ochrony przeciwsłonecznej i wymiany powietrza)

Komfort cieplny w pomieszczeniu chłodzonym jest zależny także od zastosowanego

systemu chłodzenia – powierzchni chłodzącej. Korzystny efekt uzyskiwany jest przy

chłodzeniu ściennym, gdzie w znacznej części strefy przebywania ludzi, osiągany jest

wysoki lub średni poziom komfortu cieplnego. Chłodzenie podłogowe lub sufitowe powoduje

zwiększone ryzyko powstawania przeciągów i większą nierównomierność promieniowania

cieplnego. Ogólny poziom komfortu cieplnego jest wówczas pomiędzy średnim,

a przeciętnym.

Chłodzenie podłogowe Chłodzenie sufitowe Chłodzenie ścienne

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

11

Okno 4,5 m2, chłodzenie sufitowe, zacienienie pełne

Okno 4,5 m2, chłodzenie ścienne, zacienienie pełne

Wpływ rodzaju zacienienia i chłodzenia (chłodzenie sufitowe/ścienne, brak powietrza wentylac.)

Chłodzenie ścienne lub sufitowe

w połączeniu z zacienieniem

pełnym okna, przynosi bardzo

dobre rezultaty. Poziom komfortu

cieplnego w większości strefy

przebywania ludzi jest na wysokim

poziomie. Jedynie na wysokości

głowy w pobliżu okna poziom

komfortu obniża się do średniego

Równomierny rozkład

temperatury na wysokości

pomieszczenia ogranicza do

minimum ryzyko powstawania

przeciągów

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

12

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Wpływ systemu wentylacji (z zacienieniem okna lub szkłem przeciwsłonecznym)

Zastosowanie chłodzenia z wykorzystaniem wentylacji mechanicznej przynosi mniej

korzystne efekty niż w przypadku chłodzenia powierzchniowego. Wentylacja wyporowa

przynosi nieco wyższy poziom komfortu cieplnego, ale niekorzystne warunki panują przy

nawiewnikach (przy podłodze) i na wysokości głowy. Wentylacja mieszająca (liczba wymian

powietrza 6/godz.) z nawiewnikami sufitowymi wirowymi powoduje dyskomfort szczególnie

przy podłodze. Korzystniej jest stosować zacienienie okna niż szyby przeciwsłoneczne.

Wentylacja wyporowa (źródłowa),

zacienienie pełne

Went. mieszająca z nawiewnikami

wirowymi, zacienienie pełne

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

wysoki

średni

przeciętny

dyskomfort

Źródło: „Thermische Behaglichkeit im Niedrigenergiehaus. Teil 2: Sommerliche Verhältnisse”, Dena 2011

Went. mieszająca z nawiewnikami

wirowymi, szkło przeciwsłoneczne

13

Zalecenia i uwagi

Chłodzenie pomieszczeń może się wiązać z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi

i należy wobec tego zwrócić szczególną uwagę na warunki pracy systemu chłodzenia.

Najniższe koszty uzyskać można zdecydowanie przy zastosowaniu chłodzenia pasywnego

dzięki zastosowaniu gruntowej pompy ciepła. Chłodzenie pasywne korzystające z naturalnej

temperatury dolnego źródła ciepła (odwierty pionowe lub kolektor poziomy w gruncie)

najczęściej współpracuje z instalacją ogrzewania podłogowego, co jak wskazują wyniki

symulacji komputerowych, może przynosić zadowalające efekty, przy zapewnieniu niskich

kosztów eksploatacji. Priorytetowe znaczenie, także dla aktywnych systemów chłodzenia

(klimatyzacja, pompa ciepła w układzie rewersyjnym) odgrywa jednak ochrona przed

nasłonecznieniem w formie zewnętrznych rolet, markiz, żaluzji, itp. Odpowiednia konstrukcja

budynku i osłony przeciwsłoneczne znacznie obniżą zyski ciepła w pomieszczeniu,

zmniejszą koszty eksploatacyjne i podwyższą wyraźnie poziom komfortu cieplnego.

Chłodzenie

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl