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