Przy projektowaniu nowoczesnych systemów ogrzewania czy klimatyzacji w budynkach oraz doborze wielkości urządzeń ogromne znaczenie mają precyzyjne dane. Tymczasem w zakresie parametrów obliczeniowych klimatu Polski nasi projektanci wciąż są zmuszeni bazować na wartościach sprzed blisko 50 lat, obliczonych na podstawie jeszcze starszych danych – nawet z lat 60. ubiegłego wieku, do tego zawartych w już wycofanych normach. Jak naprawić tę sytuację? – Optymalnym rozwiązaniem będzie wdrożenie do praktyki projektowej wyników prac prowadzonych w ramach projektów SKP2000 i TLM2000, które poświęcono aktualizacji parametrów obliczeniowych i danych klimatycznych niezbędnych do projektowania instalacji cieplnych i symulacji energetycznych budynków, a przy tym odpowiednie uporządkowanie kwestii legislacyjnych.
Kilka miesięcy temu Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC) oficjalnie zaprezentowała raport z kompleksowych prac badawczych nad projektem Strefy Klimatyczne Polski 2000 (SKP2000), których celem było wyznaczenie nowych parametrów obliczeniowych klimatu Polski dla zimy i lata. Parametry te są wykorzystywane przy projektowaniu systemów ogrzewania oraz wentylacji, chłodzenia i klimatyzacji w budynkach. Podstawą zmian były dane meteorologiczne zmierzone w latach 1991-2020, a więc obejmujące okres aż 30 lat. Projekt ten dopełnia prace zakończone jesienią 2022 r., realizowane w ramach projektu TLM2000, aktualizującego dane dla typowego roku meteorologicznego w Polsce.
Inicjatorami i sponsorami wspomnianych projektów były trzy podmioty: Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC), Stowarzyszenie Producentów i Importerów Urządzeń Grzewczych (SPIUG) oraz firma KAN Sp. z o.o. Prace prowadził wybitny specjalista – dr inż. Piotr Narowski z Politechniki Warszawskiej.
Nieaktualne dane i brak podstaw prawnych
Pierwszą normą wprowadzającą podział Polski na strefy klimatyczne i określającą wartości obliczeniowe temperatury zewnętrznej na potrzeby ogrzewnictwa była norma PN/B-102 z 1934 r. Wyznaczono wówczas cztery strefy klimatyczne, z temperaturą od -25 do -15oC i dodatkową, piątą strefę o temperaturze -25oC dla obszarów położonych powyżej 600 m n.p.m. Kolejne normy pojawiły się w 1950 r. (nowelizacja w 1957 r.), 1974 r., 1982 r. i 2006 r. W tej ostatniej, PN-EN 12831:2006 „Instalacje ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego”, znajduje się obecny podział Polski na pięć stref klimatycznych. Warto jednak zaznaczyć, że podział ten, wraz z wartościami temperatury obliczeniowej zewnętrznej w zakresie od -24 do -16oC, przyjęto wprost z normy z 1982 r. – PN-82/B-02403 „Ogrzewnictwo. Temperatury obliczeniowe”. Parametry podane w normie PN-EN 12831:2006 zostały więc wyznaczone na podstawie danych z wieloletnich pomiarów sprzed roku 1982. Norma ta została już wycofana i zastąpiona w 2017 r. normą PN-EN 128311-1:2017-08 w wersji angielskiej, w której, niestety, nie ma danych potrzebnych do projektowania.
Nie lepiej jest w przypadku danych obliczeniowych powietrza zewnętrznego do projektowania systemów wentylacji, chłodzenia i klimatyzacji. Tu również mamy normę prawie 50-letnią, z 1976 r. − PN‑76/B‑03420 „Wentylacja i klimatyzacja – Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego”, obecnie również wycofaną. Norma ta wprowadza podział Polski na dwie strefy klimatyczne, wskazując parametry obliczeniowe powietrza tylko w okresie od kwietnia do września, dodatkowo określając takie parametry jak entalpia, zawartość wilgoci czy wilgotność względna jako pojedyncze wartości dla tych miesięcy.
Sytuację dodatkowo komplikują obowiązujące przepisy techniczno-budowlane. W rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych możemy w zakresie ogrzewnictwa znaleźć odwołanie do normy PN-EN 12831:2006 oraz PN-82/B-02403, choć obie zostały wycofane ze zbioru norm PKN. Co więcej, rozporządzenie to nie wskazuje jakichkolwiek parametrów obliczeniowych na potrzeby projektowania układów chłodzenia, wentylacji czy klimatyzacji.
Skutek jest taki, że projektanci albo są zobowiązani do korzystania z wycofanych norm (układy ogrzewcze), albo korzystają z wycofanych norm w ramach tzw. dobrej praktyki projektowej (układy chłodzenia, wentylacji czy klimatyzacji). W każdym z tych przypadków parametry wskazane w normach nie były aktualizowane przez wiele lat.
Mamy rzetelne odniesienie, potrzebujemy bardziej dokładnych narzędzi
W ramach prac związanych z aktualizacją danych zostały określone nowe wartości parametrów obliczeniowych klimatu Polski aż dla 56 stacji meteorologicznych. Uwzględniono przy tym dane meteorologiczne z lat 1991-2020 (okres 30 lat). Podstawą obliczeń było sześć części normy PN-EN ISO 15927 „Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe budynków — Obliczanie i prezentacja danych klimatycznych” oraz wytyczne ASHRAE. Części tej normy posłużyły do wyznaczenia kilkunastu parametrów i wartości statystyk parametrów klimatu, które następnie zostały wykorzystane do wyznaczenia nowych map stref klimatycznych Polski dla okresu zimy i lata.
Przeprowadzone analizy przekonują, że choć parametry obliczeniowe można przedstawiać tak jak dotychczas − jako mapy izolinii, to zdecydowanie bardziej dokładne są mapy z obszarami, którym przyporządkowuje się właściwe dla nich parametry. Można też stworzyć tabele parametrów, np. dla poszczególnych powiatów, co zapobiegnie interpolacji wyników parametrów obliczeniowych z map izolinii lub obszarów przyporządkowanych synoptycznym stacjom meteorologicznym.
Mapy z obszarami, które przedstawiono w ramach raportu zaprezentowanego na kongresie (rys. 1 i 2 poniżej), nie uwzględniają zmian parametrów obliczeniowych klimatu związanych z położeniem terenu nad poziomem morza i nie są one ostatecznym rozwiązaniem. Warto opracować precyzyjne narzędzie, uwzględniające aproksymację parametrów obliczeniowych z uwzględnieniem topografii terenu, wysp ciepła występujących w aglomeracjach miejskich (np. Warszawa Okęcie 30°C, Warszawa Śródmieście 33°C) czy obszarów mikroklimatu (np. mikroklimat Trójmiasta).
Jak zmieniły się wartości temperatury obliczeniowej?
Gdy porównano wciąż obowiązujące wartości obliczeniowej temperatury zewnętrznej dla zimy z nowymi wartościami, określonymi na podstawie danych z lat 1991-2020, właściwie dla każdej z analizowanych lokalizacji stwierdzono istotne różnice (zaniżenie wartości obliczeniowej dla zimy). Przykładowo:
- Łeba, I strefa, zmiana z -16°C na -11,2°C, różnica 30%,
- Zielona Góra, II strefa, zmiana z -18°C na -12,5°C, różnica 31%,
- Łódź, III strefa, zmiana z -20°C na -14,5°C, różnica 28%,
- Warszawa, III strefa, zmiana z -20°C na -15,2°C, różnica 24%,
- Siedlce, IV strefa, zmiana z -22°C na -17,2°C, różnica 22%,
- Zakopane, V strefa, zmiana z -24°C na -16,6°C, różnica 31%,
- Suwałki , V strefa, zmiana z -24°C na -18,8°C, różnica 22%.
Średnio wartości temperatury obliczeniowej dla ogrzewnictwa okazały się wyższe w stosunku do obecnie obowiązujących aż o około 27%, a to oznacza, że moc obliczeniową urządzeń i systemów ogrzewania można średnio obniżyć o około 13%.
Rys. 1. Nowa mapa stref klimatycznych Polski opracowana na potrzeby ogrzewnictwa na podstawie danych meteorologicznych z lat 1991-2020 wg projektu SKP2000
W przypadku temperatury obliczeniowej powietrza zewnętrznego dla lata różnice w stosunku do wartości wskazanych w normie PN‑76/B‑03420 są zdecydowanie mniejsze lub nie występują. Przykładowo:
- Łeba, I strefa, zmiana z 28°C na 26,9°C, różnica -4%,
- Zielona Góra, II strefa, zmiana z 30°C na 30,0°C, różnica 0%,
- Łódź, II strefa, zmiana z 30°C na 30,3°C, różnica 1%,
- Warszawa, II strefa, zmiana z 30°C na 30,3°C, różnica 1%,
- Siedlce, II strefa, zmiana z 30°C na 29,9°C, różnica 0%,
- Zakopane, II strefa, zmiana z 30°C na 26,7°C, różnica -11%,
- Suwałki , II strefa, zmiana z 30°C na 28,7°C, różnica -4%.
Wartości temperatury obliczeniowej wykorzystywane na potrzeby projektowania układów wentylacji i klimatyzacji w zasadzie pozostają więc bez zmian, ale za wyjątkiem terenów położonych na większej wysokości, gdzie obserwuje się spadek o około 10%.
Rys. 2. Mapa stref klimatycznych Polski opracowana na potrzeby wentylacji i klimatyzacji na podstawie danych meteorologicznych z lat 1991-2020 wg projektu SKP
Analizując wyniki obliczeń, warto zwrócić uwagę, że zgodnie z normą PN-EN ISO 15927 czy wytycznymi ASHRAE, projektowych parametrów powietrza zewnętrznego jest znacznie więcej niż tylko wartość temperatury. Są one zróżnicowane dla okresu zimy i lata, przy czym dodatkowo uwzględniana jest intensywność pewnych czynników. Wśród tych parametrów wymienia się np. temperaturę termometru suchego, temperaturę termometru mokrego, temperaturę punktu rosy, zawartość wilgoci, prędkość i kierunek wiatru czy entalpię powietrza oraz współwystępujące prędkości i kierunki wiatru.
Co dalej z projektami SKP2000 i TLM2000?
Jednym z głównych wniosków podsumowujących prace realizowane w ramach projektów SKP2000 i TLM2000 jest konieczność aktualizacji rozporządzenia w sprawie warunków technicznych i załącznika krajowego do normy PN-EN 12831 lub też opracowanie nowych norm, tak aby nowe parametry obliczeniowe były formalnie uwzględniane przy obliczaniu zapotrzebowania na moc systemów ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i klimatyzacji budynków. Należy również przewidzieć okresowe aktualizacje parametrów obliczeniowych, aby nie dopuścić do powtórki z obecnej sytuacji, w której parametry obliczeniowe klimatu Polski nie były aktualizowane od niemal pół wieku.
Liczymy zatem na zaangażowanie w te zmiany naszych decydentów, w tym Ministerstwa Rozwoju i Technologii. W ramach konsultacji ważne jest m.in. wypracowanie wspólnego stanowiska w sprawie ostatecznej prezentacji zmian parametrów obliczeniowych – czy będą one przedstawione w postaci map ze strefami (obszarami) klimatycznymi, czy też dla każdego powiatu zostaną przyporządkowane odpowiednie wartości projektowej temperatury zewnętrznej. PORT PC planuje bezpłatne udostępnienie aktualnych danych obliczeniowych w otwartej formule (arkusze kalkulacyjne).
Cały raport z prac badawczych dostępny jest w formacie pdf wśród prezentacji z XI Kongresu PORT PC (Jerzy Kwiatkowski – Projektowe temperatury zewnętrzne dla ogrzewania i chłodzenia budynku – wartości obowiązujące a wartości realne) zamieszczonych na stronie: https://portpc.pl/materialy-2023/
[Źródło: PORT PC]
O PORT PC
Polska Organizacja Rozwoju Pomp Ciepła (PORT PC) działa na polskim rynku jako stowarzyszenie branżowe od stycznia 2011 r. Jej najważniejszym celem jest wzmocnienie wizerunku technologii pomp ciepła oraz zapewnienie harmonijnego rozwoju polskiego rynku w tym obszarze − poprzez stworzenie systemu zarządzania jakością, opracowywanie i wdrażanie najwyższych standardów technicznych oraz certyfikowanie i przeprowadzanie profesjonalnych szkoleń technicznych (EUCERT) na poziomie uznanym w skali europejskiej.
PORT PC opracowała i wydała 8 części wytycznych branżowych dotyczących m.in. projektowania, wykonywania i odbioru instalacji z pompami ciepła. Publikuje również poradniki adresowane do branży i użytkowników pomp ciepła, cykliczne raporty z rynku pomp ciepła oraz analizy regulacji prawnych mających wpływ na branżę. Współpracuje z wieloma organizacjami i instytucjami w Polsce i zagranicą, propagując idee poprawy efektywności energetycznej budynków, ochrony jakości powietrza i rozwoju rynku OZE.
PORT PC od 2012 r. jest członkiem Europejskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła (EHPA). Ponadto współpracuje z takimi organizacjami branżowymi jak niemieckie BWP, stowarzyszenie inżynierów VDI czy European Geothermal Energy Council (EGEC). Jest też członkiem założycielem Porozumienia Branżowego na rzecz Efektywności Energetycznej POBE (od 2018 r.), obejmującego 13 stowarzyszeń branżowych skupionych wokół efektywności energetycznej budynków.
Więcej informacji o PORT PC na stronie: www.portpc.pl
