ogrzewnictwo – w 3 - iko.pwr.wroc.pl filewewn ątrz materiału przegrody, 2. unoszenie ......

Ogrzewnictwo

– W 3– W 3

1. PRZEWODZENIE - przenoszenie energii wewnątrz materiału przegrody,

2. UNOSZENIE (konwekcja) - poszczególne cząstki ciała, w którym przenosi się ciepło, zmieniają swoje położenie. - wymuszona (ruch płynu przejmującego ciepło jest wywołany „sztucznie”)

- swobodna (ruch płynu wywołany różnicą jego gęstości)

3. PROMIENIOWANIE - przenoszenie ciepła

2Wymiana ciepła

3. PROMIENIOWANIE - przenoszenie ciepła przez promieniowanie elektromagnetyczne w pewnym zakresie długości fal. Promieniowanie nie wymaga obecności ośrodka materialnego i może rozchodzić się w próżni

PRZENIKANIE =przewodzenie + przejmowanie ciepła +

promieniowanie

3Wymiana ciepła złożona

PRZEJMOWANIE =konwekcja + przewodzenie

PROJEKTOWE OBCIĄŻENIE CIEPLNE (warunki projektowania instalacji zaopatrzenia w ciepło)(w W lub kW) ilość ciepła w jednostce czasu, w określonych warunkach obliczeniowych

- projektowanie instalacji c.o.

AUDYT ENERGETYCZNY(w J lub GJ) ilość ciepła zużywana w ciągu sezonu grzewczego do ogrzewania i ewentualnie przygotowania c.w.u.

- termomodernizacja budynków

4

CERTYFIKACJAobliczana i brana do dalszych analiz (w J lub GJ) ilość energii zużywanej w budynku w ciągu roku (c.o., c.w.u., oświetlenie, wentylacja, klimatyzacjia itd) –wykonywany co najmniej raz na 10 lat

- charakterystyka energetyczna budynków

5

Zapotrzebowanie ciepła – projektowe obciążenie cieplne

Algorytm działania:1. Określenie warunków zewnętrznych

(temperatura powietrza zewnętrznego) oraz temperatur powietrza w przestrzeniach ogrzewanych i nieogrzewanych budynku (PN-EN 12831: 2006)

2. Określenie charakterystyk cieplnych i wymiarów poszczególnych elementów konstrukcji budynku (wspólczynnik przenikania ciepła) (PN-EN ISO 6946:

6

przenikania ciepła) (PN-EN ISO 6946: 2004/08)

3. Obliczenie strat ciepła przez przenikanie

4. Obliczenie strat ciepła na wentylację

5. Obliczenie obciążenia ciepln. pomieszczenia

6. Obliczenie obciążenia ciepln. całego budynku

Temperatura zewnętrzna θePN-EN 12831 NB.1 Podział RP na strefy klimatyczne I - - 16oC

II - -18oC

III - -20oC

IV - -22oC

V - -24oC

I 7,7oC

7

I 7,7oC

II 7,9oC

III 7,6oC

IV 6,9oC

V 5,5oC

Θm,e

PN-EN 12831 NB.2 / R MI

Projektowa temperatura wewnętrzna

Temperatury

obliczeniowe*)

Przeznaczenie lub sposób wykorzystywania

pomieszczeńPrzykłady pomieszczeń

1 2 3

+5°C

- nieprzeznaczone na pobyt ludzi,

- przemysłowe - podczas działania ogrzewania

dyżurnego (jeżeli pozwalają na to względy

technologiczne)

magazyny bez stałej obsługi, garaże indywidualne,

hale postojowe (bez remontów), akumulatornie,

maszynownie i szyby dźwigów osobowych

+8°C

- w których nie występują zyski ciepła, a jednorazowy

pobyt osób znajdujących się w ruchu i w okryciach

zewnętrznych nie przekracza 1 h,

klatki schodowe w budynkach mieszkalnych,

- w których występują zyski ciepła od urządzeń

8

- w których występują zyski ciepła od urządzeń

technologicznych, oświetlenia itp., przekraczające

25W na 1 m3 kubatury pomieszczenia

hale sprężarek, pompownie, kuźnie, hartownie,

wydziały obróbki cieplnej

+12°C

- w których nie występują zyski ciepła, przeznaczone

do stałego pobytu ludzi, znajdujących się w okryciach

zewnętrznych lub wykonujących pracę fizyczną o

wydatku energetycznym powyżej 300 W,

magazyny i składy wymagające stałej obsługi, hole

wejściowe, poczekalnie przy salach

widowiskowych bez szatni, kościoły

- w których występują zyski ciepła od urządzeń

technologicznych, oświetlenia itp., wynoszące od 10

do 25 W na 1 m3 kubatury pomieszczenia

hale pracy fizycznej o wydatku energetycznym

powyżej 300 W, hale formierni, maszynownie

chłodni, ładownie akumulatorów, hale targowe,

sklepy rybne i mięsne

Temperatury

obliczeniowe*)

Przeznaczenie lub sposób wykorzystywania

pomieszczeńPrzykłady pomieszczeń

1 2 3

+16°C

- w których nie występują zyski ciepła, przeznaczone

na pobyt ludzi:

- w okryciach zewnętrznych w pozycji siedzącej i

stojącej,

sale widowiskowe bez szatni, ustępy publiczne,

szatnie okryć zewnętrznych, hale produkcyjne, sale

gimnastyczne,

- bez okryć zewnętrznych, znajdujących się w ruchu

lub wykonujących pracę fizyczną o wydatku

energetycznym do 300 W,kuchnie indywidualne wyposażone w paleniska

węglowe - w których występują zyski ciepła od urządzeń

technologicznych, oświetlenia itp., nieprzekraczające

10 W na 1 m3 kubatury pomieszczenia

9

10 W na 1 m3 kubatury pomieszczenia

+20°C

-przeznaczone na stały pobyt ludzi bez okryć

zewnętrznych, niewykonujących w sposób ciągły

pracy fizycznej

-Kotłownie i węzły cieplne

pokoje mieszkalne, przedpokoje, kuchnie

indywidualne wyposażone w paleniska gazowe lub

elektryczne, pokoje biurowe, sale posiedzeń, muzea

i galerie sztuki z szatniami, audytoria

+24°C- przeznaczone do rozbierania, - przeznaczone na

pobyt ludzi bez odzieży

łazienki, rozbieralnie-szatnie, umywalnie,

natryskownie, hale pływalni, gabinety lekarskie z

rozbieraniem pacjentów, sale niemowląt i sale

dziecięce w żłobkach, sale operacyjne

10

fizyka przegród budowlanych

Normy:Normy:

PN-EN ISO 6946:2008. Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynniki przenikania ciepła. Metody obliczeń (oryg.)

PN-EN 14683: 2007. Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne

PN-B-02025:2001 Obliczenie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania

11

zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego

PN-EN ISO 10077-1: 2002. Właściwości cieplne okien, drzwi, żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła (cz. 1: Metoda uproszczona)

...

Przegrody budowlane

• Jednowarstwowa – zbudowana z

jednego materiału

• Jednorodna cieplnie – ma takie same

właściwości fizyko-chemiczne ;

warstwa jednorodna cieplnie to

12

warstwa jednorodna cieplnie to

warstwa o stałej grubości i o

właściwościach cieplnych

jednorodnych lub takich, które można

uznać za jednorodne

Przenikanie ciepła

• Współczynnik przenikania ciepła U określa właściwości cieplne przegrody; jednostka [W/m2K]

13

prz

ejm

ow

an

ie

prz

ejm

ow

an

ie

prz

ew

odzen

ie

λλ

[W/mK][W/mK]

θθii θθee

Opór cieplny warstwy jednorodnejOpór cieplny warstwy jednorodnej

R = d / λ , m2K/W

Gdzie:

d - grubość warstwy [m],

λ - współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK] Współczynnik przewodzenia ciepła dla różnych materiałów podawany jest dla

14

Współczynnik przewodzenia ciepła dla różnych materiałów podawany jest dla warunków wilgotnych lub średniowilgotnych. W przypadku gdy wilgotność względna w pomieszczeniu nie przekracza 75% do obliczeń przyjmować należy warunki średniowilgotne

Przegrody wielowarstwowePrzegrody wielowarstwowe

RT= Rsi + ∑ Ri + Rse, m2K/W

Rse - opór przejmowania ciepła po stronie zewn. przegrody

Rsi, - opór przejmowania ciepła po stronie wewn. przegrody

Ri - opór przewodzenia ciepła i-tej warstwy przegrody

15

Ri - opór przewodzenia ciepła i-tej warstwy przegrody

Jeżeli przegroda jest przegrodą wewnętrzną, to przyjmujemy po jej obydwóch stronach Rsi,Dotyczy to również stropu pod nieogrzewanym poddaszem lub stropu nad piwnicą.

Wartości współczynnika przejmowania ciepła

m2K/W kierunek przepływu ciepła

w górę w dół poziomy

16

Rsi, 0,10 0,17 0,13

Rse 0,04 0,04 0,04

warstwa powietrzna jako element przegrody budowlanej

• Niewentylowana warstwa powietrza (tabela w PN)

• Słabo wentylowana warstwa powietrza (wg wzoru z PN)

17

powietrza (wg wzoru z PN)

• Dobrze wentylowana warstwa powietrza (nie uwzględniamy dalszych warstw, 2 x Rsi)

Współczynnik przenikania ciepłaWspółczynnik przenikania ciepła

U = 1 / RT, W/m2K

Mostki termiczne (cieplne)

18

Mostki termiczne (cieplne)

Uc = U + ∆ U

Poprawki współczynnika przenikania Poprawki współczynnika przenikania ciepła (mostki termiczne)ciepła (mostki termiczne)

Nieszczelności w warstwie izolacji

Łączniki mechaniczne w warstwie izolacji

Opady na dach o odwróconym układzie warstw

19

warstw

Niejednorodność przegrody

Narożniki, okna, połączenie stropu ze ścianą nośną

Współczynnik przenikania ciepła

d, m λ, W/mK R, m2K/W

(1) (2) (3) (4)

Rsi - 0,13

tynk cementowy 0,015 1,000 0,02

cegła pełna 0,250 0,770 0,32

wełna mineralna 0,100 0,045 2,22

Niewent. warstwa powietrzna 0,150 0,17

20

Niewent. warstwa powietrzna 0,150 0,17

cegła pełna 0,060 0,777 0,08

tynk cementowy 0,015 1,000 0,02

Rse - 0,04

RAZEM 0,590 2,93

U = 1/2,93 = 0,35

Rozkład temperatur w

przegrodzie

22

Zapotrzebowanie ciepła – ochrona cieplna

Maksymalny współczynnik Maksymalny współczynnik przenikania ciepłaprzenikania ciepła

U max > U + ∆ U (?)

23

RMI – podaje wartości graniczne, jednak bez

wyjaśnienia, czy z uwzględnieniem, czy bez

uwzględnienia mostków termicznych

PNPN--BB--02025:2001 02025:2001 Sezonowe zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego

f ≤ 0,20 to Eo = 29 kWh / (m3 a)

24

f ≤ 0,20 to Eo = 29 kWh / (m a)

0,20 < f < 0,90 to Eo = 26,6 +12 f

0,90 ≤ f to Eo = 37,4 kWh / (m3 a)

f – współczynnik kształtu budynku

Eo – graniczny wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło

Współczynnik kształtu Współczynnik kształtu

budynkubudynku

f = A / V, m-1

stosunek pola powierzchni przegród zewnętrznych A do

25

przegród zewnętrznych A do ogrzewanej kubatury budynku (netto) V

Pole powierzchni przegród zewnętrznych A jest sumą powierzchni

przegród (w osiach przegród prostopadłych) oraz powierzchni

okien i drzwi (w świetle ościeży) przez które następują straty

ciepła przez przenikanie

Warunek efektywności Warunek efektywności energetycznej budynku:energetycznej budynku:

E o > E

E = Q / V, kWh / (m3 a)

26

E = Qh / V, kWh / (m3 a)

Sezonowe zapotrzebowanie na Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania (1)ciepło do ogrzewania (1)Qh = Qz + Qo + Qd + Qp + Qpg +

+ Qsg + Qsp + Qv – 0,9 (Qs + Qi),

[kWh / a]straty ciepła przez przenikanie przez ściany zewnętrzne w sezonie grzewczym:

z – ściany zewnętrzne

o – okna

27

o – okna

d – stropodach

p – strop nad piwnicą i ściany pomieszczeń ogrzewanych w piwnicy

g – do gruntu

sp – strop nad przejazdem

...

Sezonowe zapotrzebowanie na Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania (2)ciepło do ogrzewania (2)

Qh = Qz + Qo + Qd + Qp + Qpg +

+ Qsg + Qsp + Qv – 0,9 (Qs + Qi),

[kWh / a]v – straty ciepła do podgrzania powietrza wentylacyjnego w

sezonie grzewczym:

28

sezonie grzewczym:

s – zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna w sezonie grzewczym

i - wewnętrzne zyski ciepła w sezonie grzewczym

ściany zewnętrzne, okna, ściany zewnętrzne, okna, stropodach, strop nad stropodach, strop nad przejazdemprzejazdem

Qn = 100 ∑ AnUn [kWh / a]

29

Qn = 100 ∑ AnUn [kWh / a]

An – pole powierzchni danej przegrody n (lub jej części)

Un– współczynnik przenikania ciepła danej przegrody n

(lub jej części)

ściany w piwnicy, strop nad ściany w piwnicy, strop nad piwnicąpiwnicą

Qn = 70 ∑ AnUn [kWh / a]

30

Qn = 70 ∑ AnUn [kWh / a]

An – pole powierzchni danej przegrody n (lub jej części)

Un– współczynnik przenikania ciepła danej przegrody n

(lub jej części)

ogrzanie powietrza ogrzanie powietrza wentylacyjnego wentylacyjnego

Qv = 38 ψ [kWh / a]

31

Qv = 38 ψ [kWh / a]

ψ – wymagany sumaryczny strumień powietrza wentylacyjnego dla budynku

Zyski ciepła od promieniowania Zyski ciepła od promieniowania słonecznego słonecznego

Qn = 0,6 ∑ AnTRnSn [kWh / a]

An - pole powierzchni danej przegrody przezroczystej (w świetle ościeży) o n-tej orientacji

TR – współczynnik przepuszczalności promieniowania szyb o n-

32

TRn – współczynnik przepuszczalności promieniowania szyb o n-tej orientacji

Sn – suma promieniowania całkowitego na płaszczyznę pionową o n-tej orientacji

0,6 – średni udział pola powierzchni szyb w całkowitej powierzchni okna

Wewnętrzne zyski ciepłaWewnętrzne zyski ciepła

Qi = 5,3 [80 N + 275 Lm] [kWh / a]

33

N – liczba osób przebywających w budynku

Lm – liczba mieszkań w budynku

PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze

34

Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego

Zakres normy Zakres normy

Podstawowe warunki projektowe tj.:

- z ograniczoną wysokością pomieszczeń (do 5 m)

- pomieszczenia ogrzewane w warunkach projektowych do stanu ustalonego

Przypadki szczególne

- pomieszczenia o dużej wysokości lub dużej kubaturze

35

- pomieszczenia o dużej wysokości lub dużej kubaturze

- temperatura powietrza i średnia temperatura promieniowania znacznie się różnią

Załącznik krajowy Załącznik krajowy

Projektowa temperatura zewnętrzna

Θe

Projektowa temperatura wewnętrzna

Θint

Współczynniki poprawkowe

36

Współczynniki poprawkowe

Wymiary zewnętrzne, wymiar pionowy – od powierzchni podłogi do powierzchni podłogi, ściany wewnętrzne – do połowy ich grubości

Całkowita projektowa strata Całkowita projektowa strata ciepła przestrzeni ogrzewanejciepła przestrzeni ogrzewanej(pkt. 7 PN) (pkt. 7 PN)

Φi = ΦT,i + ΦV,i ,, W

ΦT,i – projektowa strata ciepła przez

37

ΦT,i – projektowa strata ciepła przez

przenikanie

ΦV,i – projektowa wentylacyjna strata

ciepła

Projektowe obciążenie cieplne Projektowe obciążenie cieplne przestrzeni ogrzewanej przestrzeni ogrzewanej (pkt. 8 PN)(pkt. 8 PN)

ΦHL,i = ΦT,i + ΦV,i , + ΦRH,i , W

ΦRH,i – nadwyżka mocy cieplnej

38

ΦRH,i – nadwyżka mocy cieplnej

wymagana do skompensowania

skutków osłabienia ogrzewania

strefy ogrzewanej

Projektowa Projektowa strata ciepła przez przenikanie (pkt. 7.1 PN)

ΦT,i = (HT,ie + HT,iue + HT,ig + HT,ij )(Θint,i -Θe), W

HT,ie– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez obudowę budynku, W/K

H – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni

39

HT,iue– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez przestrzeń nieogrzewaną (u), W/K

HT,ig– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) gruntu (g), W/K

HT,ie– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do sąsiedniej przestrzeni (j), W/K

Straty ciepła bezpośrednio na Straty ciepła bezpośrednio na zewnątrzzewnątrz

HT,ie = Σ Ak Uk ek ,+ Σ ψl ll el

Ak – powierzchnia elementu budynku, m2

U – współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m K

40

Uk– współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m2K

Ψl – współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka

cieplnego (l), W/mK

ll – długość liniowego mostka cieplnego (l), m

ek el – współczynniki korekcyjne 1,0

Straty ciepła przez przestrzeń Straty ciepła przez przestrzeń nieogrzewanąnieogrzewaną

HT,iue = Σ Ak Uk bu ,+ Σ ψl ll bu

Ak – powierzchnia elementu budynku, m2

U – współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m K

41

Uk– współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m2K

Ψl – współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka

cieplnego (l), W/mK

ll – długość liniowego mostka cieplnego (l), m

bu – współczynniki redukcji temperatury,

Straty ciepła między Straty ciepła między przestrzeniami o różnych temp. przestrzeniami o różnych temp.

HT,ij = Σ fi,j Ak Uk

Ak – powierzchnia elementu budynku, m2

Uk– współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m2K

fi – współczynniki redukcyjny temperatury,

42

fi,j – współczynniki redukcyjny temperatury,

ei

iprzestrzenprzyległrzif

Θ−Θ

Θ−Θ=

int,

_int,

Projektowa wentylacyjna strata Projektowa wentylacyjna strata ciepłaciepła

ΦV,i = HV,ie (Θint,i -Θe), W

HV,ie– współczynnik projektowej wentylacyjnej straty ciepła, W/K

43

HV,ie = Vi ρ cp = 0,34 Vi (jeśli Vi w m3/h)

Vi = max {Vinf,i ,Vmin,i },

dla budynku Vi = max {0,5Vinf,i ,Vmin,i }

44

END