Pojemność cieplna domów z bali

Raport z prac badawczych nt. efektywności energtycznej domów z bali – Narodowe Biuro Badania Standardów

Potwierdzenie efektu masy cieplnej przechowującej energię w ścianach z bali w budownictwie jednorodzinnym

Podsumowanie wniosków
Badania zostały przeprowadzone przez Narodowe Biuro Badania Standardów (NBS) na zlecenie Departamentu Budownictwa i Rozwoju Urbanistycznego (HUD) oraz Departamentu Energii (DOE) by stwierdzić wpływ masy cieplnej (masa ścian z pełnych bali lub z cegły czy bloczków) na konsumpcję energii w budynkach. Jesienią 1980 roku na potrzeby testu, na terenie NBS 20 mil na północ od Waszyngtonu, wykonano 6 budynków o wymiarach 20′ x 20′. (6,10 x 6,10 m). Każdy budynek był identyczny z wyjątkiem konstrukcji ścian zewnętrznych. W budynkach był utrzymywany ten sam poziom temperatury przez cały 28-tygodniowy okres badawczy między 1981 a 1982 rokiem. Zużycie energii każdego z budynków było dokładnie zapisywane przez techników NBS przez cały ten czas.

Wyniki Testu
– podczas 3-tygodniowego okresu wiosennego grzewczego dom z bali zużył 46% mniej energii grzewczej niż zaizolowany dom drewniany szkieletowy (patrz wykres A).
– podczas 11-tygodniowego okresu letniego schładzania, dom z bali zużył 24% mniej energii schładzania niż zaizolowany dom drewniany szkieletowy (patrz wykres B).
– podczas 14-tygodniowego okresu zimowego grzewczego, dom z bali i zaizolowany dom drewniany szkieletowy zużyły tej samej ilości energii grzewczej ( patrz wykres C).

Technicy NBS przeprowadzający badanie obliczyli wartość R dla budynku z bali, który zbudowany był z pełnego bala prostokątnego grubości 7″ (17,8 cm) przy nominalnej wartości R-10. Klasyfikacja dla zaizolowanego budynku w szkielecie drewnianym o ścianach z elementów 2″ x 4″ (38 x 89 mm) i grubości izolacji z wełny szklanej 3 ?” (90 mm) daje wartość nominalną R-12, przez co konstrukcja szkieletu drewnianego ma 17% wyższą wartość R. Jednakże podczas całego 28-tygodniowego okresu , przez trzy cykle testowe w różnych sezonach (porach roku), oba budynki zużyły właściwie identyczną ilości energii. To naprowadziło NBS do konkluzji, że masa cieplna ścian z bali w budownictwie jednorodzinnym ma właściwości przechowywania (magazynowania) energii.

Udział Rady Domów z Bali (LHC)
Dom z bali, użyty przez NBS dla badania możliwości przechowywania energii, został darowany i zbudowany przez członków LHC (następca NALHC). Od czasu powołania LHC w 1977 roku, ponad ćwierć miliona dolarów zostało wydanych na prace badawcze i projekty testowe związane z przemysłem domów z bali. Członkowie Rady dobrowolnie poświęcili dziesiątki godzin swojego czasu by przeprowadzić to badanie z korzyścią dla przemysłu, budowniczych i właścicieli domów z bali. 1 stycznia 1982 LHC powiązany z NAHB jako część Rady Producentów Domów (Home Manufacturers Council). W lipcu 1985 roku członkostwo w Radzie wzrosło z powodu połączenia Stowarzyszenie Budowniczych Domów z Bali Północnej Ameryki (North American Log Builders Association) i nazwa została zmieniona na Północno-Amerykańską Radę Domów z Bali (North American Log Home Council). Wszyscy członkowie Rady są również indywidualnymi członkami NAHB i poprzez swoje opłaty członkowskie wspierają wiele cennych działań NAHB. North American Log Home Council jest organizacją non-profit, dobrowolną reprezentującą sześćdziesięciu producentów domów z bali.

Test NBS potwierdza własności magazynowania energii – pojemność cieplną domów z bali.

Pełen Raport
W pierwszym tego typu tak rozległym badaniu praktycznym badacze NBS potwierdzili, że ciężkie mury (takie jak te zbudowane z pełnego drewna, bloków betonowych czy cegły) wykazują efekt magazynowania masy energii w budownictwie jednorodzinnym podczas lata i pośredniego okresu grzewczego w sezonach wiosenno-jesiennych w umiarkowanym klimacie. Jednakże, nie został zaobserwowany żaden efekt masy podczas zimowego sezon grzewczego.

Według naukowców NBS, te zakrojone na szeroką skalę badania praktyczne, powinny pomóc rozwiązać kontrowersje dotyczące czy budynki jednorodzinne zbudowane z pełnych (ciężkich) ścian pobierają mniej energii dla ogrzania i schłodzenia przestrzeni niż budynki o konstrukcji lekkiej a o podobnej izolacyjności cieplnej.

Zespół badawczy NBS odkrył, że ciężkie ściany (w tym budynek nr 5 – konstrukcja z bali) wykazały pojemność cieplną i dlatego oszczędzają znaczne ilości energii zarówno w okresie letnim schładzania jak i okresie grzewczym pośrednim – w sezonie wiosenno-jesiennym w tym obszarze (Waszyngton).

Zastosowanie wartości R
Większość budynków stanowych i lokalnych ma wymóg konkretnej wartości R lub wartości izolacyjności cieplnej dla ścian, stropów i podłóg budynków. Wartości te różnią się wraz ze zmianą lokalizacji geograficznej i uwarunkowań klimatycznych. Techniczni pracownicy Rady Producentów Domów (HMC) i inni fachowcy z przemysłu często poddawali w wątpliwość wyłączne wymaganie pewnych wartości R dla klasyfikowania efektywności energetycznej ścian budynków ignorując pojemność cieplną będącą właściwością występującą dla ciężkich (z bali) ścian. Wartość R jest rozpoznawalna dla większości fachowców i jest wiarygodną wskazówką zachowania termicznego materiału – w warunkach stałych – zewnętrznych i wewnętrznych temperatur. Personel techniczny HMC sprzecza się, że to nie są warunki występujące w prawdziwym świecie, gdzie temperatury zewnętrzne znacznie się wahają podczas typowego cyklu dzień – noc. By uzyskać prawdziwą klasyfikację masy cieplnej budynku w tych warunkach, prawo budowlane, musi również uwzględnić efekt masy ciężkich (z bali) ścian.

Co to jest „efekt masy”
Według naukowców NBS „efekt masy” powiązany jest z zjawiskiem, podczas którego transfer ciepła przez ściany budynku jest opóźniony przez dużą pojemność cieplną (retencję) masy ściany. W konsekwencji zapotrzebowanie na ogrzewanie lub schładzanie, by utrzymać temperaturę wewnątrz, może, w niektórych warunkach, być przesunięte aż do czasu, gdy warunki są najkorzystniejsze dla transferu ciepła ściany i działającego sprzętu”. To zjawisko retencji cieplnej jest również nazywane „pojemnością cieplną” lub opóźniaczem czasowym – odporność materiału (takiego jak pełen mur) w ciągu czasu, by pozwolić na zmianę temperatury podczas przejścia z jednej na drugą stronę.

Jak masa oszczędza energię
Badacze NBS wytłumaczyli efekt oszczędzania energii na masie podczas letniego okresu schładzania w następujący sposób: ” W izolowanym drewnianym budynku szkieletowym, który uważa się że ma niską masę, maksymalny uzysk ciepła w ścianie podczas sezonu, odbywa się w ciągu dnia, kiedy przeważnie działa system schładzający i to najmocniej. Jednakże, w budynkach o ciężkich ścianach (takich jak z bali) opóźniacz transferu ciepła oznacza, że maksymalny uzysk ciepła ściany przeważnie występuje podczas chłodnych okresów nocy, kiedy to urządzenie schładzające pracuje rzadziej lub wcale. W konsekwencji zapotrzebowanie na energię schładzania jest zmniejszone…”

Testy NBS pokazują, że konstrukcja ściany z bali zachowuje się lepiej niż izolowany dom drewniany w pośrednim okresie grzewczym i letnim okresie schładzania; jednakże, nie było żadnej godnej docenienia różnicy podczas zimowego okresu grzewczego. Podczas zimowego okresu grzewczego nie zanotowano żadnego efektu masy, jako że wszystkie zaizolowane budynki i budynki z bali wymagały porównywalnej ilości energii grzewczej na każdą godzinę by utrzymać z góry ustalone temperatury wewnętrzne.

Ograniczenia testowe
Tak jak to bywa ze wszystkimi takimi procedurami testowymi, według NBS, testy te mają swoje własne ograniczenia i dlatego też te czynniki muszą być uwzględnione przy korzystaniu z wyników. Konstrukcje nie miały żadnych ścian działowych czy mebli, które by przyczyniały się do zwiększenia efektu masy budynkom drewnianym szkieletowym. Również okna były przez cały czas zamknięte, a budynki były tak zaprojektowane by maksymalnie wykorzystać efekt masy ścian.

Również wyniki są bardzo zależne od warunków klimatycznych i te wyniki odnoszą się do klimatu umiarkowanego, jaki występuje w rejonie Waszyngtonu D.C.

Przyszłe testy
W przyszłości planuje się na tych samych budynkach przeprowadzenie testów, z wyeliminowaniem niektórych tych ograniczeń przez zamontowanie ścian działowych i otwieranie okien, gdy jest to właściwe. Co więcej, ostatnio zaprojektowany przez NBS model komputerowy, który przewiduje zużucie energii dla konstrukcji wielo-pokojowych zostanie uzgodniony z normą (uznany za ważny) i w konsekwencji użyty by przedłużyć wyniki testu NBS na inne lokalizacje i warunki klimatyczne w kraju.

Wnioski
Rada Systemów Budowlanych (Building System Council) jest zadowolona, że długa batalia o uznanie ważności „pojemności cieplnej” została potwierdzona badaniami i że efektywność energetyczne domów z bali została udowodniona. Obecnie, Rada bierze udział w podobnym programie badawczym jaki jest przeprowadzony przez Oak Ridge National Testing Laboratory w Albuquerque, Nowy Meksyk i ma nadzieję dodać te wyniki to dotychczasowych, przyczyniając się do zaakceptowania „efektu pojemności cieplnej” w prawie budowlanym w całym kraju. Oczekujemy na te wyniki badań przeprowadzanych przez NBS na tym polu badawczym i na wyniki programu NBS na modelu komputerowym.

WYKRES A – Pośrednie ogrzewanie

A

Oś pionowa – skumulowana wartość ogrzewania
Oś pozioma – czarne wykresy – budynki zaizolowane
Paskowane wykresy – budynki nie izolowane

Podczas 3-tygodniowego pośredniego (wiosna/jesień) sezonu grzewczego budynek z bali (#5) zużył 46% mniej energii grzewczej niż zaizolowany drewniany szkieletowy (# 1).

Uwaga: zobacz ostatnia stronę dla szczegółowej informacji dotyczącej tych 6 budynków.

WYKRES B – Letnie schładzanie

AA

Oś pionowa – skumulowana wartość schładzania
Oś pozioma – czarne wykresy – budynki zaizolowane
Paskowane wykresy – budynki nie izolowane

Podczas 11-tygodniowego letniego sezonu schładzania budynek z bali (#5) zużył 24% mniej energii schładzania niż zaizolowany drewniany budynek szkieletowy (# 1).

WYKRES C – Ogrzewanie zimowe

AAA

Oś pionowa – skumulowana wartość ogrzewania
Oś pozioma – czarne wykresy – budynki zaizolowane
Paskowane wykresy – budynki nie izolowane

Podczas 14-tygodniowego zimowego sezonu grzewczego budynek z bali (#5) sklasyfikowany R-10 zużył prawie tyle samo energii grzewczej co zaizolowany drewniany budynek szkieletowy (# 1) o ścianach sklasyfikowanych na R-12 i co budynek zaizolowany murowany (#3) o sklasyfikowanych ścianach na R-14.

Informacje Techniczne

Opis budynków badanych
Sześć jednopokojowych budynków testowych o wymiarach 20′ (6,10 m) szerokości na 20′ (6,10 m) długości i 7 ?’ (2,15 m) wysokości zostały zbudowane na zewnątrz w obrębie obszaru badawczego NBS w Gaithersburg, Maryland (20 km na północ od Waszyngtonu)

Szczegóły Budowy Ścian:
Budynek # 1 – zaizolowany szkielet drewniany, nominalny R-12 (bez masy), z 5/8″ (16 mm) zewnętrzną oblicówką drewnianą, 2 x 4″ (38 x 89 mm) słupkami ścian, 3 1/2″ (90 mm) izolacją z wełny szklanej, plastikową paroizolacją i ?” (12,5 mm) płytą g/k.

Budynek # 2 – Nie zaizolowany dom drewniany szkieletowy, nominalny R-4 (bez masy) jak powyżej, lecz bez izolacji z wełny szklanej.

Budynek # 3 – Zaizolowany dom murowany, nominalny R-14 (wraz z masą zewnętrzną) z 4″ (10 cm) cegłą, 4″ (10 cm) blokiem, 2″ (5 cm) izolacją styropianową, plastikową paroizolacją, rusztem i ?” (12,5 mm) płytą g/k.

Budynek # 4 – Nie zaizolowany dom murowany, nominalny R-5 (z masą zewnętrzną) z 8″ (20 cm) blokiem, rusztem, paroizolacją i ?” (12,5 mm) płytą g/k, bez styropianu

Budynek # 5 – Dom z bali, nominalny R-10 (z własną masą) z 7″ (18 cm) pełnych prostokątnych bali łączonych na pióro i wpust, bez żadnej dodatkowej izolacji, bez paroizolacji i wewnętrznej płyty g/k.

Budynek # 6 – zaizolowany dom murowany, nominalny R-12 (z masą wewnętrzną) z 4″ (10 cm) cegły, 3 1/2″ (9 cm) luźnego wypełnienia izolacją perlitową, 8″ (20 cm) bloku i ?” (12,5 mm) tynków wewnętrznych.

Wewnętrzne / Zewnętrzne Powierzchnie
Wewnętrzne powierzchnie budynków zostały pomalowane na biało. Zewnętrzne powierzchnie budynków 1, 2 i 4 były pomalowane mniej więcej na ten sam kolor jak zewnętrzna cegła licowa budynków 3 i 6.

Okna
4 podwójne okna, szkło izolowane (podwójne), z zewnętrznymi oknami zimowymi, dwa na południe, dwa na północ. Całkowita powierzchnia okien 43,8 stóp kwadratowych (4,0 m2) lub 11% powierzchni podłogi.

Drzwi
Jedne zaizolowane drzwi metalowe na wschodniej ścianie. Całkowita powierzchnia drzwi 19,5 stóp kwadratowych (1,82 m2)

Strop i konstrukcja dachu
Każdy z testowych budynków posiadał stromy dach z wentylowaną przestrzenią poddasza wraz z wentylacją podokapową i szczytową. Otwór wentylacyjny był zgodny z Minimalnymi Standardami HUD. 11 calowa (28 cm) mata szklana izolacyjna (R-34) została zainstalowana na stropie każdego testowanego budynku.

Podłoga
Betonowa płyta podłogowa została zaizolowana styropianem o grubości 1″ (2,5 cm) po obu stronach – wewnątrz i na zewnątrz fundamentu.

Urządzenie grzewcze / schładzające:
Każdy budynek testowy został wyposażony w centralnie zlokalizowany 4,1 kWh zasilany elektrycznie urządzenie ogrzewające powietrze oraz system klimatyzacyjny o wydajności 13 000 Btu/h.

Dostępność do Raportu Technicznego:
Cała prezentacja techniczna tego badania została przygotowana przez D.M. Burch, W.E. Remmert, D/F. Krintz i C.S. Barnes z NBS, Waszyngton D.C. czerwiec 1982 r i jest zatytułowana „Praktyczna praca badawcza wpływu masy ściany na ogrzewanie i schładzanie budynków jednorodzinnych”. Opracowanie to zostało przedstawione podczas seminarium n.t. „Wpływu pojemności cieplnej na budynki”, które odbyło się w Knoxville, Tennessee w 2-3 czerwca 1982, Narodowe Laboratorium Oakridge, Oakridge, Tennessee.

Kopie raportu i innych badań są dostępna – należy zwrócić się pisemnie do
U.S. Department of Commerce
National Bureau of Standards, Center for Building Technology
Building 226, Room B1 14
Gaithersburg, MD 20899

LOG HOMES COUNCIL
NATIONAL ASSOCIATION OF HOME BUILDERS
15th & M Streets, N.W.
Washington, D.C. 20005

Oryginał raportu dostępny w Internecie pod adresem:
http://www.oldvaloghomes.com/EnergyEfficiency/energy_effieciency_of_log_homes.htm

You may also like...

Dodaj komentarz

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