Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Systemy spalinowe Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Gospodarka energetyczna

Transkrypt

1 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Systemy spalinowe Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Gospodarka energetyczna

2 Literatura 1) Hermann Recknagel, Eberhard Sprenger, Ernst Schramek : Kompendium wiedzy. Ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, 2) Ryszard Tytko: Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej, 3) Albers Joachim Systemy centralnego ogrzewania i wentylacji. Poradnik dla projektantów i instalatorów, 4) Adolf Mirowski, Grzegorz Lange, Ireneusz Jeleń: Materiały do projektowania kotłowni i nowoczesnych systemów grzewczych, 5) Opracowanie Viessmann: Podręcznik architekta, projektanta i instalatora. Kolektory słoneczne, 6) Halina Koczyk: Ogrzewnictwo praktyczne, 7) 8) 2

3 Systemy kominowe Odprowadzanie spalin 3

4 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Komin jest to konstrukcja, stanowiąca integralną część budowli, lub też wolnostojąca murowana, betonowa, metalowa lub inna zawierająca jeden lub więcej pionowych przewodów. Do podstawowych zadań instalacji kominowych należy: - - odprowadzenie spalin z paleniska na zewnątrz do atmosfery, - dostarczenie powietrza potrzebnego w procesie spalania oraz wymiana zużytego powietrza. 4

5 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin ZE WZGLĘDU NA KONSTRUKCJĘ KOMINY DZIELIMY NA: - kominy jednowarstwowe - ściana przewodu jest jednorodna np. kominy murowane, ze stali grubościennej, - kominy wielowarstwowe - ściana komina składa się z kilku warstw np. kominy betonowe jako warstwa nośna, z izolacją termiczną i okładziną wewnętrzną odporną na działanie spalin (np. kominy Plewa, Schiedel, Ahrens), kominy ze szlachetnej stali kwasoodpornej w otulinie termoizolacyjnej w płaszczu osłonowym. 5

6 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Komin jednościenny, wkład sztywny Komin jednościenny, wkład giętki 6

7 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Komin dwuścienny 7

8 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin ZE WZGLĘDU NA LOKALIZACJĘ KOMINY DZIELIMY NA: - Komin wewnętrzny - przewody kominowe różnego przeznaczenia grupowane w kominy, prowadzone wewnątrz budynku jako samodzielna konstrukcja niezwiązana z budynkiem, lub też związana ze ścianą nośną i prowadzona, jako ściana kominowa. - Komin zewnętrzny - komin prowadzony na zewnątrz budynku, może być konstrukcyjnie powiązany z budynkiem, lub też szczególny rodzaj - komin niezwiązany z budynkiem - wolnostojący. 8

9 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin 9

10 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin ZE WZGLĘDU NA FUNKCJĘ KOMINY DZIELIMY NA: - dymowe - służą do odprowadzenia spalin od palenisk opalanych paliwem stałym. Spaliny zawierają poza tlenkami gazowymi również pyły i sadzę oraz parę wodną, - spalinowe - służą do odprowadzenia spalin z palenisk gazowych i opalanych paliwem płynnym, - wentylacyjne nawiewne i wyciągowe służą do dostarczania powietrza koniecznego w procesie spalania i wymiany zużytego powietrza w pomieszczeniu. 10

11 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin ZE WZGLĘDU NA CHARAKTER PRACY ROZRÓŻNIAMY KOMINY: - komin suchy - komin od palenisk na paliwo stałe, gdzie temperatura spalin wyższa jest niż 160 C, - komin mokry - komin od niskotemperaturowych kotłów gazowych, kotłów kondensacyjnych, gdzie temperatura spalin zawarta jest w przedziale 80 C -160 C, - komin pracujący w nadciśnieniu - gdy ciśnienie wewnątrz komina jest wyższe od ciśnienia zewnętrznego (atmosferycznego). Są to kominy od palenisk z palnikami nadmuchowymi, lub też kominy ze wspomaganiem mechanicznym za pomocą wentylatorów, - komin pracujący w podciśnieniu - gdy ciśnienie wewnątrz komina jest niższe od atmosferycznego Odprowadzanie Gospodarka Systemy spalin energetyki energetyczna odnawialnej 11

12 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Wymagania konstrukcyjne dla systemów kominowych Systemy kominowe są wyrobami budowlanymi i w związku z tym powinny spełniać wymagania zawarte w ustawie Prawo budowlane oraz w dyrektywie Unii Europejskiej: Wyroby budowlane. W związku z powyższym każdy system kominowy powinien spełniać podstawowe wymagania dla wyrobów budowlanych, takie jak: - bezpieczeństwo konstrukcji, - bezpieczeństwo pożarowe, - bezpieczeństwo użytkowania, - odpowiednie warunki higieniczne i zdrowotne oraz ochrona środowiska, - ochrona przed hałasem i drganiami, - oszczędność energii i odpowiednia izolacyjność cieplna przegród. 12

13 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Wymiary przewodów spalinowych i dymowych Najmniejszy wymiar przekroju lub średnica murowanych przewodów kominowych spalinowych o ciągu naturalnym i przewodów dymowych powinna wynosić co najmniej 0,14 m, a przy zastosowaniu stalowych wkładów kominowych ich najmniejszy wymiar lub średnica - co najmniej 0,12 m. Wymiary przewodów wentylacyjnych Przewody kominowe do wentylacji grawitacyjnej powinny mieć powierzchnię przekroju co najmniej 0,016 m 2 oraz najmniejszy wymiar przekroju co najmniej 0,1 m. 13

14 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Zabrania się stosowania 1) grawitacyjnych zbiorczych przewodów spalinowych i dymowych, 2) zbiorczych przewodów wentylacji grawitacyjnej, 3) indywidualnych wentylatorów wyciągowych w pomieszczeniach, w których znajdują się wloty do przewodów spalinowych. 14

15 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Dopuszcza się w pomieszczeniu kotłowni przyłączenie kilku kotłów do wspólnego kanału spalinowego w przypadku: 1) kotłów pobierających powietrze do spalania z pomieszczenia, pod warunkiem zastosowania skrzyniowego przerywacza ciągu lub wyposażenia kotłów w czujniki zaniku ciągu kominowego wyłączających równocześnie wszystkie kotły, 2) wykonania dla kotłów z palnikami nadmuchowymi przewodu spalinowego o przekroju poprzecznym nie mniejszym niż 1,6 sumy przekrojów przewodów odprowadzających spaliny z poszczególnych kotłów, a także wyposażenie wylotu przewodu spalinowego w czujnik zaniku ciągu kominowego, wyłączającego równocześnie wszystkie kotły. 15

16 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Indywidualne koncentryczne przewody powietrzno-spalinowe lub oddzielne przewody powietrzne i spalinowe od urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania mogą być wyprowadzone przez zewnętrzną ścianę budynku, jeżeli urządzenia te mają nominalną moc cieplną nie większą niż: 1) 21 kw - w wolnostojących budynkach jednorodzinnych, zagrodowych i rekreacji indywidualnej, 2) 5 kw - w pozostałych budynkach mieszkalnych. Wyloty z tych urządzeń powinny znajdować się 2,5 m ponad terenem, dopuszcza się sytuowanie ich na wysokości poniżej 2,5m lecz nie mniej niż 0,5 m ponad poziomem terenu, jeżeli w odległości do 8 m nie znajduje się plac zabaw dla dzieci lub miejsce rekreacji. 16

17 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin W budynkach produkcyjnych, magazynowych oraz halach sportowych i widowiskowych nie ogranicza się nominalnej mocy cieplnej urządzeń z zamkniętą komorą spalania, od których przewody powietrzno - spalinowe wyprowadzone są za ścianę zewnętrzną, jeżeli odległość tej ściany od granicy działki budowlanej wynosi min. 8,0 m, a od ściany innego budynku z oknami nie mniej niż 12,0 m, a także jeżeli wyloty przewodów znajdują się wyżej niż 3,0 ponad poziomem terenu. 17

18 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Dla zapewnienia prawidłowego działania kotła, komin powinien zapewnić, określony przez producenta urządzenia grzewczego, minimalny ciąg kominowy. Wymiary przewodu spalinowego powinny być dobrane w zależności od rodzaju i mocy kotła. Wymagania dla przewodów dymowych, spalinowych, wentylacyjnych murowanych z cegły określa Polska Norma PN-89/B

19 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Przy obliczeniach kominów należy uwzględnić - wpływ klimatu, - wiatr, - ciśnienie atmosferyczne, - nieszczelności instalacji kominowej, - temperaturę spalin. Ciąg kominowy możemy obliczyć ze wzoru ps = h*g *( p - s) gdzie : ps - siła ciągu kominowego w (Pa) h - wysokość komina w (m) g- przyspieszenie ziemskie [m/s2] p- gęstość powietrza zewnętrznego= 1,24 [kg/m3] s- gęstość spalin [kg/m3] 19

20 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Przekrój poprzeczny komina Według Redtenbacher'a: A = 2,6 * Q n * h A - przekrój komina, [m 2 ], Q - moc kotła, [kw], h - wysokość komina, [m], n - współczynnik liczbowy, n = 900 dla drewna, n = 1800 dla gazu, oleju, n = 1600 dla koksu. 20

21 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Przekrój poprzeczny komina Według Sander'a: A = a *Q h A - przekrój komina, [cm2 ] Q - moc kotła, [W], h - wysokość komina, [m], a - współczynnik zależny od charakteru komina i rodzaju paliwa; a = 0,035 dla komina przy ścianie zewnętrznej; a = 0,015 dla komina dla kotłów olejowych i gazowych; a = 0,02 dla komina dla kotłów gazowych o mocy <=35 kw. 21

22 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Źródło [ 3] 22

23 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin MATERIAŁY UŻYTE DO BUDOWY KOMINÓW POWINNY BYĆ: - niepalne, posiadać odporność ogniową co najmniej 60 min. - w przypadku przewodów spalinowych ich powierzchnia wewnętrzna powinna być gładka, odporna na destrukcyjne działanie spalin, - powinny zapewniać kominowi szczelność - wszystkie materiały powinny być dopuszczone do stosowania w budownictwie w zakresie sanitarnym, a także do parametrów ciśnienia, temperatury, wilgotności. 23

24 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin UZBROJENIE KOMINÓW Komin powinien być wyposażony w: - otwór wyczystny umieszczony poniżej podłączenia czopucha, - w częściach skośnych komina powinny być wykonane otwory rewizyjne, - w stopie komina powinien znajdować się odstojnik kondensatu wraz z odprowadzeniem skroplin na zewnątrz, - miejsce włączenia czopucha do komina powinno być wykonane za pomocą szczelnej niepalnej rozety. 24

25 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin 25

26 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Zasady budowania kominów - Przewód kominowy musi być prowadzony pionowo. Dopuszczalne odchylenie od pionu to 30 o na odcinku nie dłuższym niż 2 m. - Powinien mieć efektywną wysokość (odległość od paleniska do wylotu ponad dach) co najmniej: 4 m gdy odprowadza spaliny z kotła gazowego lub 5 m dla kotłów olejowych. Dla kotłów gazowych z palnikami atmosferycznymi, o mocy do 35 kw, odległość od okapu przerywacza ciągu do wylotu spalin ponad dach musi wynosić co najmniej 2 m. - Przekrój przewodów spalinowych (na całej długości) nie może się zmniejszać. 26

27 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Lokalizacja i wyloty kominów - Kominy powinny być prowadzone pionowo, - Kominy w zewnętrznych ścianach budynku oraz na zewnątrz budynku powinny być izolowane termicznie. - Kominy z przewodami o przekroju większym niż 0,075 m2 powinny być wydzielone z konstrukcji budynku, - Różnica wysokości od przerywacza ciągu do wylotu komina ponad dach dla kotłów o mocy do 35 kw nie może być mniejsza niż 2,0 m. 27

28 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin Wysokość komina ponad dach a) Przy dachu płaskim o kącie nachylenia połaci dachowych nie większych niż 12º, niezależnie od konstrukcji dachu, wyloty przewodów powinny znajdować się co najmniej o 0,6 m wyżej od poziomu kalenicy lub obrzeży budynku przy dachach wgłębnych, 28

29 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin b) Przy dachach stromych o kącie nachylenia połaci dachowych powyżej 12º i pokryciu łatwo palnym, wyloty przewodów powinny znajdować się na wysokości co najmniej o 0,6 m wyżej od poziomu kalenicy, 29

30 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin c) Przy dachach stromych o kącie nachylenia połaci dachowych powyżej 12º i pokryciu niepalnym,niezapalnym i trudno zapalnym, wyloty przewodów powinny znajdować się na wysokości co najmniej o 0,3 m wyżej od powierzchni dachu oraz w odległości mierzonej w kierunku poziomym od tej powierzchni co najmniej 1,0 m. 30

31 Systemy kominowe. Odprowadzanie spalin d) Przy usytuowaniu kominów obok przeszkody, na dachach wgłębionych powinny się znajdować co najmniej: 0,3 m wyżej górnej krawędzi przeszkody dla kominów usytuowanych w odległości < 1,5 m od tej przeszkody; na poziomie górnej krawędzi przeszkody dla kominów usytuowanych w odległości od 1,5 do 3 m od tej przeszkody; ponad płaszczyzną poprowadzoną pod kątem 12 w dół od poziomu przeszkody do kominów usytuowanych w odległości od 3 m do 10 m od tej przeszkody. 31

32 Systemy spalinowe 32

33 Systemy spalinowe Źródło [ 3] Systemy energetyki odnawialnej 33

34 Systemy spalinowe Przy spalaniu paliw stałych, płynnych i gazowych powstają spaliny, które muszą być bezpiecznie odprowadzone ponad dach, przez przeznaczone do tego instalacje. Prawidłowo wykonane instalacje odprowadzania spalin są ważnym warunkiem ekonomicznej i bezpiecznej eksploatacji instalacji grzewczych. Konieczne jest odpowiednie dobranie systemu spalinowego do zastosowanego paliwa, parametrów ciśnienia oraz temperatury. 34

35 Systemy spalinowe Dobór systemu spalinowego Aby kocioł z otwartą komorą spalania działał właściwie, komin musi wytwarzać niezbędny ciąg, który umożliwia zassanie wystarczającej ilości powietrza potrzebnej do procesu spalania, a następnie usunięcie spalin. Dlatego komin powinien mieć średnicę min. 120 mm i wysokość nie mniejszą niż 4-5 m. Kotły z zamkniętą komorą spalania oraz kondensacyjne wyposażone są w wentylator wymuszający przepływ powietrza i spalin, dlatego można stosować bardzo krótkie lub - jeśli zachodzi taka potrzeba długie przewody powietrzno- spalinowe. 35

36 Systemy spalinowe Dobór systemu spalinowego Wszystkie przewody spalinowe stosowane do kotłów gazowych muszą być odporne na działanie kwaśnego kondensatu, który będzie powstawał w kominie. Wytwarza się je więc ze stali lub ceramiki kwasoodpornej. Natomiast producenci kotłów z zamkniętą komorą spalania polecają do swoich urządzeń gotowe zestawy przewodów, które wykonuje się zazwyczaj ze stopu aluminiowo-krzemowego. 36

37 Systemy spalinowe ODPROWADZANIE SPALIN W KOTŁACH KONDENSACYJNYCH Kotły kondensacyjne wykorzystują ciepło utajone ciepło parowania zawarte w spalinach, które wyzwalane jest przy wykraplaniu pary wodnej zawartej w spalinach. Temperatura spalin może wynosić ºC, zatem naturalny ciąg nie wystarcza do odprowadzenia spalin. Ciąg spalinowy jest wspomagany przez zastosowanie wentylatora. Spaliny są wtłaczane z nadciśnieniem w przewód spalinowy. 37

38 Systemy spalinowe ODPROWADZANIE SPALIN W KOTŁACH KONDENSACYJNYCH Przewody spalinowe do kotłów kondensacyjnych wykonane są z takich materiałów jak: - aluminium, - stal kwasoodporna, - ceramika, - szkło. Przewody musza być szczelne ( nadciśnienie i gromadzony kondensat) i odporne na korozję Źródło [ 3] 38

39 Systemy spalinowe Dobór systemu spalinowego 39

40 Systemy spalinowe Dobór systemu spalinowego Błędem jest stosowanie tych samych konstrukcji układów spalinowych do kotłów kondensujących i niekondensujących. W kotłach z zamkniętą komorą spalania niekondensujących należy bezwzględnie uniemożliwić skroplinom przedostanie się do kotła. W tym celu należy zastosować przed kotłem elementy mające możliwość odprowadzenia skroplin ( np. trójnik z odskraplaczem ). W przypadku kotłów kondensujących kondensat skroplin z przewodu spalinowego należy sprowadzić z powrotem do kotła, co powoduje wręcz poprawę jego sprawności. W przypadku stosowania przewodów powietrzno - spalinowych należy również zwrócić uwagę na możliwość wystąpienia pocenia się wewnętrznej ścianki przewodu powietrznego. Na przewodzie powietrznym również należy zaprojektować odkraplacz odprowadzający osadzającą się wilgoć, by nie doprowadzić do przedostania się wody do wnętrza kotła. 40

41 Systemy spalinowe SYSTEM TYPU LAS ( Luft Abgas Systeme) SPS system powietrzno- spalinowy W systemie tym pobór powietrza, niezbędnego w procesie spalania jest niezależny od powietrza w pomieszczeniu. Doprowadzenie powietrza do spalania i odprowadzenie spalin odbywa się jednym systemem. 41

42 Systemy spalinowe SYSTEM TYPU LAS Jeden szyb prowadzi spaliny ponad dach, drugim dostarczane jest powietrze niezbędne w procesie spalania. W celu uniknięcia zasysania spalin do przewodu powietrznego lub wahań ciśnienia wywołanych wiatrem należy wylot spalin umieścić powyżej wlotu powietrza i oddzielić tarczą. 42

43 Systemy spalinowe SYSTEM TYPU LAS System ten składa się z dwóch połączonych szybów, biegnących równolegle obok siebie lub koncentrycznie, jeden w drugim. Układy takie wykonuje się z podobnych materiałów co układy podciśnieniowe, różnica polega na sposobie połączenia poszczególnych elementów, najczęściej poprzez zastosowanie specjalnej uszczelki i opaski zaciskowej, a dla wkładów ceramicznych specjalnej masy uszczelniającej. 43

44 Systemy spalinowe Źródło [ 3] Źródło [ 3] 44

45 Systemy spalinowe Źródło [ 3] 45

46 Systemy spalinowe Zwykle producent kotłów oferuje kilka wariantów odprowadzenia spalin i poboru powietrza: - system poziomy, - system pionowy współśrodkowy, - system rozdzielczy, - system szachtowy. 46

47 Systemy spalinowe System poziomy. W tej sytuacji kocioł najczęściej montuje się na ścianie zewnętrznej i podłącza do niego krótki, poziomy przewód powietrzno-spalinowy przechodzący przez ścianę. Składa się on z dwóch rur umieszczonych jedna w drugiej (taki układ nazywamy również współśrodkowym lub koncentrycznym). Wewnętrzną wypływają spaliny, a przestrzenią między tą rurą a rurą zewnętrzną napływa powietrze w kierunku kotła. Jest to niewątpliwie rozwiązanie najtańsze, ale nie pozbawione wad. Przede wszystkim na elewacji budynku po jakimś czasie może powstać ciemna smuga od spalin. [źródło: Jeremias] 47

48 Systemy spalinowe System pionowy Do kotła podłącza się przewód koncentryczny, ale tym razem wyprowadza się go do góry, ponad dach. Zaletą takiego układu jest możliwość zbudowania nowego komina, gdy istniejący nie nadaje się do wykorzystania. Rozwiązanie to chętnie też wybierają inwestorzy, którzy zamierzają zamontować kocioł na poddaszu. Dzięki temu przewody będą stosunkowo krótkie, więc cały montaż nie okaże się ani skomplikowany, ani drogi. 48

49 Systemy spalinowe System szachtowy. Odmianę systemu z rurami współśrodkowymi stanowi wkład ze stali kwasoodpornej wstawiony w istniejący murowany przewód kominowy. Rurą ze stali spaliny są odprowadzane na zewnątrz, a powietrze do spalania dopływa w przeciwnym kierunku - przez przestrzeń między kominem murowanym a stalowym przewodem spalinowym. Warunkiem zastosowania tego rozwiązania jest odpowiedni przekrój komina murowanego (co najmniej cm) Systemy energetyki odnawialnej Gospodarka energetyczna

50 Systemy spalinowe System rozdzielczy (inaczej połączenie dwururowe). Gazowy kocioł połączony jest z dwoma oddzielnymi rurami powietrzną i spalinową. Z uwagi na ich niedużą średnicę oraz małe opory przepływu, tak wykonana instalacja pozwala na stosowanie dość długich przewodów Systemy energetyki odnawialnej Gospodarka energetyczna

51 Systemy spalinowe 51

52 Systemy spalinowe Montaż przewodów powietrzno-spalinowych - połączenie z poziomym odprowadzeniem spalin oraz z pionowym odprowadzeniem spalin 52

53 Systemy spalinowe Montaż przewodów powietrzno - spalinowych - połączenie szachtowe oraz połączenie dwururowe. 53

54 Systemy spalinowe KOMINY STALOWE Nadają się do odprowadzania spalin z kotłów opalanych: - gazem, - olejem, - paliwem stałym. Wkłady kominowe lub kominy ze stali szlachetnej bardzo szybko się nagrzewają, tym samym powoduje to szybki ciąg oraz niskie straty w chłodzeniu źródła ciepła. Wyróżniamy : - wkłady kominowe do istniejących kominów z elementów sztywnych lub elastycznych, - kominy zewnętrzne montowane wewnątrz lub na zewnątrz budynku. 54

55 Systemy spalinowe KOMINY STALOWE Wkłady kominowe mogą być : - Jednościenne powierzchnia komina charakteryzuje się małym współczynnikiem chropowatości, co ogranicza osadzanie się sadzy oraz powoduje większy ciąg kominowy. Zestaw elementów wkładu kominowego składa się z: rur, elementu z otworem do czyszczenia, zbiornika kondensatu z odpływem, elementu zadaszenia. - Wielościenne składają się z warstwy wewnętrznej wykonanej ze stali kwasoodpornej, płaszcza zewnętrznego wykonanego ze stali nierdzewnej oraz środkowej warstwy izolacyjnej z wełny mineralnej w łupkach, izolacji cieplnej z włókien mineralnych lub kształtek izolacyjnych. 55

56 Systemy spalinowe KOMINY CERAMICZNO - BETONOWE - Trójwarstowe składają się z warstwy wewnętrznej wykonanej z ceramiki szlachetnej, która jest odporna na wysoką temperaturę oraz częste zmiany temperatury. Rura przewodowa obłożona jest warstwą izolacji z wełny mineralnej, która zapewnia możliwość wydłużeń termicznych. Trzecia warstwa to pustak z betonu lekkiego, zapewniający stateczność całej konstrukcji Źródło [ 3] 56

57 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 57

58 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Zanieczyszczenie powietrza to zmiana naturalnego składu powietrza w szczególności przez: - dymy, - pyły, - gazy, - aerozole, - substancje zapachowe, - pary. Emisja to wychodzące z instalacji przemysłowych zanieczyszczenia powietrza, szumy, wibracje, światło, promienie itp. 58

59 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Elektrownie i elektrociepłownie mają znaczący wpływ na powietrze atmosferyczne, glebę i wody. Na środowisko naturalne oddziałują przede wszystkim: Produkty spalania paliw. Należą do nich: spaliny, zawierające popiół lotny, dwutlenek siarki, tlenki azotu itp., Produkty siarki, tlenki azotu, tlenek i dwutlenek węgla, żużel, odpady i ścieki z instalacji odsiarczania spalin, Hałas towarzyszący przy rozładowaniu, kruszeniu węgla, wytwarzany przez wentylatory, Duży wpływ na środowisko naturalne mają ścieki przemysłowe, które wytwarzane są przy uzdatnianiu wody do obiegu parowego i do obiegu chłodzącego oraz z instalacji odsiarczania spalin, a także podgrzewanie wody w rzekach w przypadku otwartego obiegu chłodzenia turbin, Obieg elektryczny poprzez hałas transformatorów i silników oraz oddziaływanie pól elektromagnetycznych ma także niekorzystny wpływ na środowisko naturalne. 59

60 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Głównymi zanieczyszczeniami powietrza w energetyce są: - pył, - dwutlenek siarki, - dwutlenek węgla, - tlenki azotu, - tlenek węgla, - związki organiczne. 60

61 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Szkody wyrządzone przyrodzie produktami spalania konwencjonalnych nośników energii można podzielić na następujące grupy: Globalne szkodliwe efekty, głównie luki w warstwie ozonowej i wzrost efektu cieplarnianego; Tworzenie smogu, spowodowane dużą koncentracją tlenków azotu i węglowodorów oraz reakcjami fotochemicznymi; smog sprzyja chorobom układu oddechowego; Zakwaszenie głównie tlenkami siarki i azotu; kwaśny deszcz powoduje zamieranie lasów, rzek i jezior; Braki tlenu w środowisku morskim powstające wskutek emisji tlenków azotu; Zanieczyszczenia wód podskórnych ciężkimi metalami wymywanymi z nieprawidłowo składowanych popiołów i żużli, a także produktami ubocznymi powstającymi podczas oczyszczania spalin metodami mokrymi i suchymi; Inne toksyczne emisje, takie jak węglowodory aromatyczne, chlorowcopochodne, dioksyny (uszkadzają system immunologiczny i są rakotwórcze) 61

62 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Emisja zanieczyszczeń dla podstawowych paliw lp Paliwo Emisja kg/mwh SO2 NOx CO Pył Związki organiczne 1 Węgiel kamienny 1,80 0, ,9 0,9 2 Węgiel kamienny brykiety 1,80 0, ,9 1,8 3 Koks 1,80 0, ,36 0,07 4 Węgiel brunatny brykiety 0,83 0, ,26 0,54 5 Olej opałowy EL 0,47 0,18 0,18 0 0,04 6 Olej opałowy s (ciężki) 1,76 0,65 0,04 0,11 0,03 7 Gaz ziemny 0,01 0,18 0,22 0 0,01 62

63 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 4 listopada 2014 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów 63

64 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Najskuteczniejszymi sposobami na redukcję substancji szkodliwych jest: - zmniejszenie użytkowania energii (poprawa izolacji cieplnej, rekuperacja ciepła, ulepszenie współczynnika sprawności), - zamianę starych jednostek ciepłowni na nowoczesne, efektywne, - zamianę nośników energii na odnawialne. 64

65 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach Metody ochrony powietrza : 1) wyeliminowanie pyłu ze spalin odpylacze, filtry, 2) wyeliminowanie SOx ze spalin instalacje odsiarczania spalin IOS, 3) wyeliminowanie NOx ze spalin odazotowywanie gazów spalinowych. 65

66 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 1) ODPYLANIE SPALIN Poważnym wyzwaniem w dziedzinie filtracji jest problem odpylania i oczyszczania spalin wylotowych z kotłów na paliwa stałe. Dotychczas stosowano cyklony, multicyklony do odpylania spalin, jednak obecnie są one niewystarczające z uwagi na dyrektywy środowiskowe, które nakazują drastycznie zredukować zapylenie spalin i emisję tlenków azotu NOx i dwutlenku siarki SO2 do atmosfery. 66

67 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 1) ODPYLANIE SPALIN Rodzaje odpylaczy: - Suche: komory osadcze odpylacze wstępne cyklony, odpylacze filtracyjne (tkaninowe), odpylacze elektrostatyczne ( elektrofiltry). - Mokre: płuczki dyszowe, płuczki zwężkowe, płuczki z wypełnieniem, płuczki obrotowe, płuczki wirowe, 67

68 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 1) ODPYLANIE SPALIN Komory osadcze najprostsze odpylacze, stosowane na początku ciągu technologicznego odpylania, jako odpylacze wstępne. Działanie oparte jest na wykorzystaniu zjawiska grawitacyjnego. Cyklony - wykorzystana jest w nich zasada działania siły odśrodkowej do oddzielania ziaren ze strugi zawirowanego gazu. Podczas ruchu spiralnego na ziarna pyłu oddziaływuje siła odśrodkowa powodując ich przemieszczanie się ku ściankom. Ziarna pyłu po zetknięciu ze ściankami wytracają szybkość i pod działaniem sił ciężkości opadają w dół. Muliticyklony - stanowią połączenie równoległe kilkudziesięciu cyklonów o małych średnicach umieszczonych we wspólnej komorze. Przedstawione odpylacze charakteryzują się stopniem odpylania do 80% i nie nadają się do pyłu drobnego <5 μm. 68

69 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 1) ODPYLANIE SPALIN Odpylacze filtracyjne: - filtr workowy stopień odpylania >80%, - filtr rękawowy - stopień odpylania >90%, - filtr nabojowy - stopień odpylania >99%, - filtr kasetowy - stopień odpylania >99,9%, - filtr lamelowy - stopień odpylania >99%, Wydajność oddzielania jest mocno uzależniona od zastosowanego materiału filtracyjnego 69

70 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 1) ODPYLANIE SPALIN Odpylacze elektrostatyczne Działają na zasadzie oddziaływania pola elektrostatycznego na cząstki ciała stałego zawieszone w gazie. Elektrofiltry są najczęściej stosowanymi urządzeniami służącymi do redukcji emisji pyłu ze spalin kotłów węglowych. Stopień odpylania wynosi 90-99,9%. 70

71 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 1) ODPYLANIE SPALIN Odpylacze mokre Zasada działania odpylaczy mokrych polega na tym, że ziarna są wychwytywane na kroplach cieczy opadających w przeciwprądzie do zapylonego gazu. Dołem odprowadzany jest szlam. Wyróżniamy: - płuczki dyszowe, - płuczki zwężkowe, - płuczki z wypełnieniem, - płuczki obrotowe. Stopień odpylania powyższych urządzeń 90-95%. 71

72 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 2) ODSIARCZANIE SPALIN Tlenki siarki powstają z siarki palnej zawartej w paliwie. Podczas procesu spalania, w obecności tlenu powstaje dwutlenek siarki i w niewielkiej ilości trójtlenek siarki (1-3%). Ich ilość zależy głównie od zawartości siarki w spalanym paliwie. W Polsce spalane są węgle zawierające od 0,6% do ponad 1,2%, przeciętnie około 1%. Siarka występuje w węglu w postaci różnych związków: w pirycie, w związkach organicznych oraz w częściach mineralnych jako siarczany. Jednak tylko część siarki zawartej w paliwie utlenia się (ok % - tzw. siarka palna), reszta 5 15% przechodzi do popiołu w postaci różnych związków. 72

73 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 2) ODSIARCZANIE SPALIN Emisja tlenków siarki jest główną przyczyną korozji i tworzenia osadów na powierzchniach kotłów oraz problemów środowiskowych. Osady na powierzchniach kotłów są tworzone w rezultacie reakcji tlenków siarki z alkalicznymi składnikami popiołu prowadzących do powstania siarczanów, które ułatwiają sklejanie się lotnego popiołu unoszonego w kierunku powierzchni kotłowych. Opracowano wiele metod ograniczania emisji związków siarki dla potrzeb przemysłu, jednak obecnie spośród nich tylko niektóre znalazły zastosowanie praktyczne. Należą do nich metody wapniowe, które polegają na trwałym związaniu dwutlenku siarki ze spalin za pomocą związków wapnia. Ze względu na sposób podania sorbentu do komory spalania oraz odebrania produktu odsiarczania wśród obecnych metod można wyróżnić suche wraz z odsiarczaniem w kotłach fluidalnych, półsuche oraz mokre. 73

74 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 2) ODSIARCZANIE SPALIN Metody odsiarczania spalin: - metoda sucha, - metoda mokra, - metoda półsucha. 74

75 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 2) ODSIARCZANIE SPALIN W Polsce pierwszy zakład odsiarczania spalin wybudowano w 1994 r. w Bełchatowie. Produkował on na licencji holenderskiej gips syntetyczny dwuwodny jako surowiec do produkcji budowlanego gipsu syntetycznego. Niemiecka firma Knauf oddała do użytku w roku 1997 przy elektrowni Bełchatów, zakład produkcji płyt gipsowo-kartonowych. Uruchomiła również zakład produkcji suchych mieszanek tynkowych z gipsu syntetycznego w Jaworznie. Firma Norgips uruchomiła w 1998 r. zakład produkcji wyrobów z gipsu syntetycznego przy Elektrowni Opole. Zużycie gipsu syntetycznego w polskim budownictwie systematycznie rośnie (o 30% rocznie). Instalacje służące do produkcji gipsu syntetycznego są złożone i kosztowne. Finansowane są ze środków przeznaczonych na ochronę środowiska. 75

76 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 3) ODAZOTOWANIE SPALIN Wyróżniamy metody odazotowania spalin: - metoda niekatalityczna SNCR - z dodatkiem NH3 przy średnich temperaturach gazów spalinowych na poziomie ºC - metoda katalityczna SCR z dodatkiem amoniaku, zachodząca w temperaturze ºC. Zamiast katalizatorów można użyć filtrów stałych z węglem aktywnym. Te filtry pracują jednak przy niskich temperaturach i istnieje ryzyko powstania samozapłonu. 76

77 Urządzenia do redukcji zanieczyszczeń w spalinach 3) ODAZOTOWANIE SPALIN W 1992 roku w celu ograniczenia emisji związków azotu wprowadzono w Elektrowni Bełchatów metody pierwotne ograniczania emisji NOx polegające na optymalizacji procesu spalania. Zoptymalizowano nadmiar powietrza na wylocie z komór paleniskowych i ciśnienia w kolektorze gorącego powietrza kotłów. Zmodernizowano także układy automatycznej regulacji i elementy wykonawcze urządzeń ciągów technologicznych odpowiedzialnych za realizację zoptymalizowanych parametrów pracy kotłów. W wyniku tych działań osiągnięto redukcję NOx o ok. 40%. W chwili obecnej bloki 3 i 4 po przeprowadzonych modernizacjach, podczas których zastosowano, celem redukcji NOx, palniki niskoemisyjne, osiągają stężenie około 200 mg NOx/Nm 3. 77

78 Wymiana ciepła Gospodarka energetyczna

79 Literatura 1) Hermann Recknagel, Eberhard Sprenger, Ernst Schramek : Kompendium wiedzy. Ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, 2) Halina Koczyk: Ogrzewnictwo praktyczne, 3) Albers Joachim Systemy centralnego ogrzewania i wentylacji. Poradnik dla projektantów i instalatorów, 4) 5) Michał Strzeszewski Piotr Wereszczyński Norma PN EN Nowa metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego. Poradnik, 6) PN-EN 12831: Instalacje ogrzewcze w budynkach Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego 7) Łukasz Nowak, Politechnika Wrocławska, Instytut Budownictwa Obliczanie współczynnika przenikania ciepła 79

80 Definicja ciepła Ciepło jest to forma energii przekazywana między dwoma układami (lub układem i otoczeniem) w wyniku różnicy temperatur. Wymiana ciepła występuje wyłącznie wtedy gdy mamy do czynienia z różnicą temperatur. Ciepło przechodzi od ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej przez: - przewodzenie - promieniowanie - konwekcję Gospodarka energetyczna 80

81 Formy wymiany ciepła Przewodzenie ciepła Bezpośrednie przekazywanie energii wewnętrznej drobinom o niższej temperaturze przez stykające się z nimi drobiny tego samego lub innego ciała posiadające wyższą temperaturę. Promieniowanie Wzajemne przekazywanie sobie energii przez drobiny materii o różnych temperaturach nie stykających się ze sobą ( np. słońce za pomocą fal emituje ciepło). Konwekcja Przewodzenie ciepła, któremu towarzyszy wzajemne przemieszczanie płynu, cieczy, gazu (gdy gotujemy wodę, najpierw podgrzewają się cząstki będące na dole i przechodząc do góry będą oddawały ciepło cząstkom po drodze) Gospodarka energetyczna 81

82 Formy wymiany ciepła Przewodzenie ciepła jest sposobem przekazywania energii, który zachodzi w nierównomiernie nagrzanym ośrodku materialnym, lub przy bezpośrednim zetknięciu się dwu lub więcej ośrodków o różnych temperaturach. Przewodzenie ciepła w czystej postaci jest charakterystyczne dla ciał stałych. Natomiast w cieczach i gazach przewodzeniu ciepła towarzyszą zwykle inne sposoby wymiany ciepła (konwekcja i promieniowanie). 82

83 Formy wymiany ciepła 83 Źródło [ 3]

84 Formy wymiany ciepła Źródło [ 3] 84

85 Formy wymiany ciepła Źródło [ 3] 85

86 Formy wymiany ciepła Warunki powstania ruchu płynu Ruch płynu powstaje na skutek różnych gęstości nagrzanych i zimnych cząstek płynu, mówimy że jest to ruch swobodny. W przypadku nadania cząstkom płynu prędkości w sposób sztuczny (wentylator lub pompa) mówimy o ruchu wymuszonym. 86

87 Formy wymiany ciepła Odmianą przewodzenia jest WNIKANIE przewodzenie ciepła w ciałach stałych, kontaktujących się na swojej powierzchni z płynem. Wymiana ciepła pomiędzy płynem a powierzchnią stykającego się z nim ciała stałego polega na dwóch zjawiskach: - promieniowaniu, - konwekcji. Połączone działanie tych dwóch zjawisk nazywamy PRZEJMOWANIEM CIEPŁA 87

88 Formy wymiany ciepła Wymiana ciepła w przegrodzie Źródło [ 3] 88

89 Formy wymiany ciepła PRZENIKANIE CIEPŁA pomieszczenie Przekrój ściany otoczenie wnikanie wnikanie przewodzenie wnikanie + przewodzenie + wnikanie = przenikanie 89

90 Formy wymiany ciepła Do obliczeń cieplnych przegród budowlanych ustalono współczynnik odpływu, napływu i przewodności ciepła. 1) WSPÓŁCZYNNIK NAPŁYWU POWIETRZA Współczynnik napływu ciepła (h i ) na wewnętrzną powierzchnię przegrody, określa ilość ciepła, którą przejmuje przez promieniowanie i konwekcję 1m 2 przegrody w jednostce czasu przy różnicy temperatur, po obu stronach przegrody, równej 1K hi = h k + hpr [W/m 2 *K] h k współczynnik konwekcji h pr współczynnik promieniowania 90

91 Formy wymiany ciepła 2) WSPÓŁCZYNNIK ODPŁYWU POWIETRZA Współczynnik odpływu powietrza - he z zewnętrznej powierzchni przegrody do otaczającego powietrza przez konwekcję i promieniowanie równa się ilości ciepła, które oddaje 1m 2 przegrody w jednostce czasu, jeżeli różnica temp. między powierzchnią i powietrzem wynosi t = 1K he = h k + hpr [W/m 2 *K] 91

92 Przewodzenie ciepła Współczynnik przewodzenia ciepła wyznacza się doświadczalnie, zleży on od gęstości, temperatury i wilgotności rozpatrywanego materiału PN EN ISO 6946 Współczynnik przewodzenia ciepła charakteryzuje łatwość przewodzenia ciepła przez dany materiał. Dobrymi przewodnikami ciepła nazywamy materiały, dla których wartość współczynnika przewodzenia ciepła jest duża, natomiast materiały będące izolatorami cieplnymi charakteryzują się małymi wartościami Jednostką współczynnika przewodzenia ciepła jest Wat na metr Kelwin (W/mK). Wyraża ona wielkość przepływu ciepła przez jednostkową powierzchnię z materiału o danej grubości, jeśli różnica temperatur między dwiema jego stronami wynosi 1 Kelwin. 92

93 Przewodzenie ciepła 93

94 Przewodzenie ciepła 94

95 Przewodzenie ciepła 95

96 Przewodzenie ciepła 96

97 97

98 Przenikanie ciepła JEDNOSTKOWY STRUMIEŃ CIEPŁA Jeżeli dwa płyny cieplejszy o temp. t i i chłodniejszy o temp. t e rozdzielone są przegrodą określonego kształtu to gęstość strumienia ciepła przepływającego przez przegrodę wyraża równanie PECLETA i d/ q = U ( i - e ) [W/m 2 ] t i e t e Odprowadzanie Gospodarka Systemy spalin energetyki energetyczna odnawialnej 98

99 Przenikanie ciepła Całkowity strumień ciepła Q = q * A [W] q- jednostkowy strumień powietrza [W/m 2 ] A- powierzchnia przegrody [m 2 ] Ilość ciepła napływającego na powierzchnię i odpływającego z przegrody po stronie zewnętrznej są sobie równe. Q 1 = h i * A (t i - i ) wnikanie Q h = /d*a ( i - e ) przewodzenie Q 2 = h e * A ( e - t e ) wnikanie Q = U * A * (ti te) [W] 99

100 Przenikanie ciepła U - współczynnik przenikania ciepła określa ile energii przenika przez metr kwadratowy przegrody w czasie jednej sekundy gdy różnica między temperaturą na zewnątrz i wewnątrz wynosi 1 Kelwin. U = 1 1/h i +d/ + 1/h e [W/m 2 K] 1/h i = R si opór termiczny wewnętrznej powierzchni przegrody podczas napływu ciepła [m2k/w] 1/h e = R se - opór termiczny powierzchni zewnętrznej przegrody podczas odpływu ciepła [m2k/w] d = grubość przegrody [m] 100

101 Przenikanie ciepła Im współczynnik przenikania ciepła niższy, tym przegroda lepiej izoluje przed utratą ciepła. Współczynnik przenikalności cieplnej wpływa na energochłonność budynku. Im niższe parametry U dla poszczególnych przegród, tym mniej energii potrzebujemy na ogrzewanie domu, czyli mniej pieniędzy wydajemy na gaz czy olej opałowy, co również pozytywnie wpływa na zmniejszanie emisji do atmosfery gazów cieplarnianych. 101

102 Przenikanie ciepła Opór cieplny (R) wskazuje niezbędną różnicę temperatur, aby 1m 2 wewnętrznej powierzchni przegrody przyjął w jednostce czasu ilość ciepła równą 1 Wat. R = d/ [(m 2 K)/W] 102

103 Przenikanie ciepła Opór cieplny ściany wielowarstwowej R = R si + R i + R se R si wewnętrzny opór przejmowania ciepła zależy od kierunku przepływu ciepła R se zewnętrzny opór przejmowania ciepła Współczynnik przenikania ciepła 1/ R = U [W/m 2 * K] Opór cieplny obliczamy z dokładnością do trzech miejsc po przecinku. 103

104 Przenikanie ciepła 104

105 Przenikanie ciepła 105

106 Mostki cieplne Zasady wyznaczania wartości współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych podano w normie PN-EN ISO 6946:2008 Zamieszczono w niej metodologię wyznaczania oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła przegród o jednorodnym i niejednorodnym układzie konstrukcyjnym oraz skorygowanej wartości współczynnika przenikania ciepła, czyli parametru U C. W ścianach zewnętrznych można najczęściej zaobserwować następujące typy liniowych mostków ciepła: na połączeniu ściany ze stropodachem, na połączeniu stropu ze ścianą zewnętrzną z mostkami geometrycznymi na krawędziach ścian zewnętrznych, na otworach okiennych lub drzwiowych, na połączeniu balkonów ze ścianą zewnętrzną. Dodatkowo mogą wystąpić mostki punktowe wynikające z zastosowania łączników mechanicznych lub słupów konstrukcyjnych w ścianach. 106

107 Przenikanie ciepła W obliczaniu skorygowanej wartości współczynnika przenikania ciepła U C należy stosować poprawki uwzględniające: - pustki powietrzne, a właściwie nieszczelności w warstwie izolacji cieplnej, oznaczone symbolem ΔU g, - łączniki mechaniczne (metalowe) przebijające warstwę izolacji cieplnej, oznaczone symbolem ΔU f, - nieszczelności w warstwie izolacji cieplnej dachów o odwróconym układzie warstw, oznaczone symbolem ΔU r. 107

108 Przenikanie ciepła Według normy PN-EN ISO 6946:2008 wpływ łączników mechanicznych w skorygowanej wartości współczynnika przenikania ciepła U C można uwzględnić poprawką ΔU f według jednej z dwóch zależności. Pierwsza (szczegółowa) jest podana w wytycznych ETAG 004:2008 zaleca się w niej stosowanie współczynnika przenikania ciepła punktowego mostka cieplnego χ, który musi być określony dokładnie na podstawie obliczeń według metodologii z normy PN-EN ISO 10211:2008. U C = U + ΔU, ΔU = ΔU g + ΔU f + ΔU R U C - skorygowana wartość współczynnika przenikania ciepła [W/(m² K)], 108

109 Przenikanie ciepła Poprawka do współczynnika przenikania ciepła uwzględniająca wpływ mostków cieplnych punktowych (od łączników z trzpieniami metalowymi) i mostków cieplnych liniowych (listew, profili metalowych), obliczana wzorem: ΔUf = χ p n + ψ i l i, χ p współczynnik przenikania ciepła punktowego mostka cieplnego od łącznika mechanicznego [W/K] do obliczeń proponuje się przyjmować następujące wartości: - 0,002 [W/K] w odniesieniu do łączników ze stali nierdzewnej z główką z tworzywa i łączników ze szczeliną powietrzną przy główce, - 0,004 [W/K] w odniesieniu do łączników ze stali galwanizowanej z główką pokrytą tworzywem, - 0,008 [W/K] w odniesieniu do pozostałych łączników metalowych, n - liczba łączników mechanicznych przypadających na 1 m² przegrody, ψ i - współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka cieplnego od listew, profili [W/(m K)], l i - długość liniowego mostka cieplnego (listew, profili) przypadającego na 1 m² przegrody [m]. 109

110 Przenikanie ciepła Według drugiej (przybliżonej) poprawka może być stosowana wówczas, gdy łączniki nie są uwzględnione innymi metodami. W normie PN-EN ISO 6946:2008 podano, że poprawkę należy stosować w odniesieniu do kotew ściennych w murach wielowarstwowych, łączników dachowych lub łączników w złożonych systemach paneli. Poprawki nie należy wprowadzać w następujących przypadkach: kotwie ścienne przechodzą przez pustą szczelinę, kotwie ścienne między warstwą muru i drewnianymi słupkami, gdy współczynnik przewodzenia ciepła łącznika, lub jego części, jest mniejszy niż 1 W/(m K). Wynika z tego, że nie trzeba jej uwzględniać wówczas, gdy łączniki wykonane są z tworzywa sztucznego, należy natomiast kiedy łączniki wykonane są z metalu. 110

111 Mostki cieplne Poprawkę ΔU f (określoną w sposób przybliżony) oblicza się według wzoru: jeżeli łącznik całkowicie przebija warstwę izolacji; α = 0,8 lub α = 0,8 d 1 /d 0 jeżeli łącznik wpuszczono w izolację, czyli częściowo przebija izolację (w części jej grubości); λ f współczynnik przewodzenia ciepła materiału łącznika [W/(m K)]; n f liczba łączników na 1 m²; A f pole przekroju poprzecznego jednego łącznika [m²]; d 0 grubość warstwy izolacji cieplnej z łącznikiem [m]; d 1 długość łącznika przechodzącego przez izolację cieplną [m]; R 1 opór cieplny warstwy izolacji cieplnej przebitej przez łącznik [(m² K)/W]; R T,h opór cieplny komponentu (przegrody) z pominięciem wpływu mostków cieplnych [(m² K)/W]. 111

112 Mostki cieplne Źródło [7] 112

113 Mostki cieplne Poprawka na nieszczelności Ug 113

114 Mostki cieplne U C = U + ΔU, dla ścian zewnętrznych ΔU = ΔU g + ΔU f 114

115 Przenikanie ciepła Rozkład temperatury w przegrodzie wielowarstwowej Źródło [ 3] 115

116 Przenikanie ciepła Rozkład temperatury w przegrodzie wielowarstwowej Temperatura na wewnętrznej powierzchni przegrody w pomieszczeniu ogrzewanym powinna być wyższa o co najmniej 1 C od temperatury punktu rosy w warunkach obliczeniowych okresu ogrzewania. 116

117 Przenikanie ciepła Rozkład temperatury w przegrodzie wielowarstwowej W celu sprawdzenia uniknięcia kondensacji powierzchniowej temperaturę wewnętrzną powierzchni przegrody należy obliczyć ze wzoru: i = ti Uo (ti - te) Rsi [ C] ti temperatura obliczeniowa wewnętrzna [ C] te temperatura obliczeniowa zewnętrzna [ C] Uo współczynnik przenikania ciepła Rsi opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody 117

118 Przenikanie ciepła Temperatura punktu rosy Temperatura punktu rosy może być określona następująco: - wyznaczamy ciśnienie cząstkowe pary wodnej nasyconej pn przy obliczeniowej temperaturze powietrza pomieszczenia - obliczamy ciśnienie cząstkowe pary nienasyconej p przy obl. wilgotności względnej pomieszczenia i [%] p = i pn 100 [hpa] - znajdujemy temperaturę punktu rosy ts odpowiadającą ciśnieniu p. 118

119 Przenikanie ciepła Wilgotność względna Obliczeniowa wilgotność względna i - 45% - dla pomieszczeń w budynkach użyteczności publicznej i produkcyjnych, w których nie wydziela się para z otwartych zbiorników lub w skutek procesów technologicznych i nie stosuje się nawilżania powietrza - 55% - dla pomieszczeń mieszkalnych ( w tym pokoi mieszkalnych, kuchni, łazienek, WC, pokoi w szpitalach i sanatoriach, pokoi dziecięcych w żłobkach i przedszkolach) 119

120 Systemy energetyki odnawialnej 120

121 Przenikanie ciepła Zadanie 1 Oblicz współczynnik przenikania ciepła przegrody zewnętrznej jednowarstwowej zbudowanej z cegły ceramicznej pełnej grubości 25 cm, współczynnik przewodzenia = 0,77 [W/mK] U = 1/ R [W/m2K] l.p Warstwa d [m] [W/mK] R [m2k/w] Opór przejmowania od strony wewnętrznej, Rsi 0,13 1 Cegła ceramiczna pełna 0,25 0,77 0,32 Opór przejmowania od strony zewnętrznej, Rse 0,04 R = Rsi+R+Rse 0,49 U = 1/ R = 1/0,49 = 2,04 [W/m2K] 121

122 Przenikanie ciepła Zadanie 2 Oblicz współczynnik przenikania ciepła przegrody zewnętrznej wielowarstwowej zbudowanej z: - tynk cementowo wapienny gr. 2 cm, =0,82 [W/mK] - bloczek z betonu komórkowego na zaprawie cem-wap gr. 24 cm,, =0,29 [W/mK] - styropian gr 12 cm, =0,045 [W/mK] - cegła ceramiczna pełna gr. 12 cm, =0,077 [W/mK] - tynk cementowo-wapienny gr. 1,5 cm, =0,82 [W/mK] U = 1/ R [W/m2K] 122

123 Przenikanie ciepła l.p Warstwa d [m] [W/mK] R [m2k/w] Opór przejmowania od strony wewnętrznej Rsi 0,130 1 tynk cementowo-wapienny 0,020 0,820 0,024 2 bloczek z betonu komórkowego 0,240 0,290 0,828 3 styropian 0,120 0,045 2,666 4 cegła ceramiczna pełna 0,120 0,770 0,156 5 tynk cementowo-wapienny , Opór przejmowania od strony zewnętrznej Rse 0,04 R = Rsi+(R1+R2+r3+R4+R5)+Rse 3,856 U = 1/ R = 1/3,856 = 0, 259 [W/m2K] 123

124 Przenikanie ciepła Zadanie 3 Dla obliczonej w zadaniu nr 2 ściany zewnętrznej wykonaj rozkład temperatury w przegrodzie oraz oblicz temperaturę punktu rosy i sprawdź czy wystąpi wykroplenie na wewnętrznej powierzchni ściany. Przyjmij temperaturę obliczeniową wewnętrzną ti = 20ºC, temperaturę zewnętrzną te= - 20ºC 124

125 Przenikanie ciepła i = ti Uo(ti - te)rsi =20 0,259 (20 -(-20) * 0.13 = 18,65 [ C] 1= ti Uo(ti - te)rsi =20 0,259 (20 -(-20)*( ) = 18,40 [ C] 2= ti Uo(ti - te)rsi =20 0,259 (20 -(-20)*( ) = 9,83 [ C] 3= ti Uo(ti - te)rsi =20 0,259 (20 -(-20)*( ,666) = -17,79 [ C] 4= ti Uo(ti - te)rsi =20 0,259 (40)*( ,666+0,156) = -19,41 [ C] 5=ti Uo(ti - te)rsi =20 0,259 (40)*( ,666+0, )=-19,59 [ C] 125

126 Przenikanie ciepła Wykres rozkładu temperatur w przegrodzie 126

127 Przenikanie ciepła Obliczenie punktu rosy 1) wyznaczamy ciśnienie cząstkowe pary wodnej nasyconej pn przy obliczeniowej temperaturze powietrza pomieszczenia dla 20 C pn = 23,40 hpa 2) obliczamy ciśnienie cząstkowe pary nienasyconej p przy obl. wilgotności względnej pomieszczenia i [%] p = i pn 100 = 12,87 [hpa] = 55 * 23, ) znajdujemy temperaturę punktu rosy ts odpowiadającą ciśnieniu p: ts = 10,7 ºC 127

128 Przenikanie ciepła Sprawdzenie warunku kondensacji powierzchniowej ts + 1 ºC > i 10,7 +1ºC < 18,65ºC Warunek spełniony. Na wewnętrznej powierzchni przegrody w pomieszczeniu, przy założonych parametrów okresu ogrzewania nie wystąpi wykroplenie 12

129 Zadanie Przykład obliczeń skorygowanego współczynnika przenikania Ucmax z uwzględnieniem mostka ciepła na łączniki metalowe, przyjąć że izolacja cieplna układana jest metodą na zakład. Uc = U +ΔUf +ΔUg = 0, , ,0 = 0,291 W/m2K 129

130 Wymagania ochrony cieplnej budynków Obliczanie obciążenia cieplnego wg normy PN EN

131 Zużycie energii Prawidłowo zaprojektowane ogrzewanie budynku zależy od właściwego obliczenia jego zapotrzebowania na ciepło, czyli określenia współczynników przenikania ciepła, ustalenia temperatur obliczeniowych wewnętrznych i zewnętrznych oraz obliczenia start ciepła na przenikanie i wentylacyjnej straty ciepła. Dla zapewnienia warunków mieszkalnych bez względu na porę roku temperatura wewnątrz budynku powinna się utrzymywać w pewnym subiektywnym, dostosowanym do wymagań osób w nim mieszkających, przedziale, średnio ok C. 131

132 Zużycie energii Ocena jakości energetycznej budynków w Polsce Jakość energetyczną budynku w Polsce można w dużym przybliżeniu ustalić na podstawie znajomości rozwiązań konstrukcyjno- materiałowych obudowy (cechy materiałowe i opór termiczny), technologii realizacji budowlanej oraz daty (roku) oddania do użytkowania obiektu, w którym obowiązywały ustalone normami współczynniki przenikania ciepła U [W/m 2 K] oraz określone wielkości wskaźnika E [kwh/m 2 ] - przeciętnego sezonowego zapotrzebowania ciepła na ogrzewanie budynku. 132

133 Zużycie energii Ocena jakości energetycznej budynków mieszkalnych w Polsce Okres budowy Podstawa prawna, Polskie Normy Wymagane współ. K" [W/m 2 K] Obecnie U Roczne zużycie energii E" [kwh/m 2 a] do 1966 Prawo budowlane Mur z 2 cegieł mur z 1,5 cegły PN-64/B PN-74/B ,16 1, , PN-82/B , PN-91/B , od 1998 Warunki techniczne 0,20-0,

134 Zużycie energii 134

135 Bilans energetyczny budynku strumień energii wytworzonej Źródło: strumień energii doprowadzonej strumień energi odprowadzonej - straty ciepła 135

136 Wymagania ochrony cieplnej budynków Zgodnie z: ROZPORZĄDZENIEM MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 kwietnia 2002r w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75 z dnia 15 czerwca 2002 r. poz. 690) budynek i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne, klimatyzacyjne, ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynków użyteczności publicznej, zamieszkania zbiorowego, produkcyjnych, gospodarczych i magazynowych również oświetlenia wbudowanego, powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób zapewniający spełnienie wymagań minimalnych odnośnie wartości wskaźnika Ep oraz izolacyjności cieplnej przegród budowlanych. 136

137 Wymagania ochrony cieplnej budynków Wymagania minimalne: 1) wartość wskaźnika EP [kwh/(m 2 rok)] określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, a w przypadku budynków użyteczności publicznej, zamieszkania zbiorowego, produkcyjnych, gospodarczych i magazynowych - również do oświetlenia wbudowanego, obliczona według przepisów dotyczących metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynków, jest mniejsza od wartości obliczonej zgodnie ze wzorem: EP = EP H+W + ΔEP C + ΔEP L ; [kwh/(m 2 rok)] 2) przegrody oraz wyposażenie techniczne budynku odpowiadają przynajmniej wymaganiom izolacyjności cieplnej określonym w załączniku nr 2 do rozporządzenia oraz powierzchnia okien odpowiada wymaganiom określonym w załączniku nr 2 do rozporządzenia. 137

138 Wymagania ochrony cieplnej budynków Maksymalną wartość wskaźnika EP określającego roczne obliczeniowe zapotrzebowanie budynku na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia oblicza się zgodnie ze wzorem: EP = EP H+W + ΔEP C + ΔEP L [kwh/(m 2 rok)] gdzie: EP H+W ΔEP C ΔEP L - cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, - cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby chłodzenia, - cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby oświetlenia. 138

139 Wymagania ochrony cieplnej budynków Nieodnawialna energia pierwotna, jest to energia ze źródeł nieodnawialnych, niezbędna by dostarczyć nam energię końcową, czyli tą za którą płacimy. W przypadku ogrzewania domu, będzie to ciepło zużyte przez cały system grzewczy, czyli to dostarczone do pomieszczeń plus straty ciepła z układu. W przypadku czajnika na dostarczenie jednej kilowatogodziny energii elektrycznej do naszego domu, trzeba zużyć ponad 3 kilowatogodziny energii chemicznej pod postacią węgla w elektrowni. Sprawność produkcji energii elektrycznej w elektrowni nie przekracza 35-40%, a trzeba jeszcze doliczyć straty energii elektrycznej na drodze od elektrowni do naszego odbiornika, które sięgają 1/10 energii dostarczanej przez elektrownię do sieci elektroenergetycznej. W przypadku ogrzewania na węgiel, będzie to energia pod postacią węgla, ale też energia zużyta na jego wydobycie, przygotowanie (sortowanie, pakowanie) i transport do odbiorcy. 139

140 Wymagania ochrony cieplnej budynków Cząstkowe maksymalne wartości wskaźnika EP wynoszą: 1) na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej: 140

141 Wymagania ochrony cieplnej budynków Cząstkowe maksymalne wartości wskaźnika EP wynoszą: 2) na potrzeby na potrzeby chłodzenia: A f - powierzchnia użytkowa ogrzewana budynku [m 2 ], A f,c - powierzchnia użytkowa chłodzona budynku [m 2 ]. * ) Jeżeli budynek posiada instalację chłodzenia, w przeciwnym przypadku ΔEP C =0 kwh/(m 2 rok). ** ) Od 1 stycznia 2019 r. - w przypadku budynków zajmowanych przez władze publiczne oraz będących ich własnością. 141

142 Wymagania ochrony cieplnej budynków Cząstkowe maksymalne wartości wskaźnika EP wynoszą: 3) na potrzeby oświetlenia : * ) Jeżeli w budynku należy uwzględnić oświetlenie wbudowane, w przeciwnym przypadku ΔEP L = 0 kwh/(m 2 rok). ** ) Od 1 stycznia 2019 r. - w przypadku budynków zajmowanych przez władze publiczne oraz będących ich własnością. 142

143 Maksymalne dopuszczalne Uc max Wartości współczynnika przenikania ciepła U C ścian, dachów, stropów i stropodachów dla wszystkich rodzajów budynków, uwzględniające poprawki ze względu na pustki powietrzne w warstwie izolacji, łączniki mechaniczne przechodzące przez warstwę izolacyjną oraz opady na dach o odwróconym układzie warstw, nie mogą być większe niż wartości U C(max) określone w poniższej tabeli: Systemy energetyki odnawialnej 143

144 Maksymalne dopuszczalne Uc max 144

145 Maksymalne dopuszczalne Uc max Wartości współczynnika przenikania ciepła U okien, drzwi balkonowych i drzwi zewnętrznych nie mogą być większe niż wartości U (max) określone w tabeli: 145

146 Wymagania dla izolacji przewodów Izolacja cieplna przewodów rozdzielczych i komponentów w instalacjach centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej (cyrkulacyji), instalacji chłodu i ogrzewania powietrznego powinna spełniać wymagania minimalne określone w tabeli: 146

147 Wymagania dla powierzchni okien W budynku mieszkalnym i zamieszkania zbiorowego pole powierzchni A 0, wyrażone w m 2, okien oraz przegród szklanych i przezroczystych o współczynniku przenikania ciepła nie mniejszym niż 0,9 W/(m 2 K), nie może być większe niż wartość A 0max obliczone według wzoru: A 0max = 0,15 x A z + 0,03 x A w gdzie: A z - jest sumą pól powierzchni rzutu poziomego wszystkich kondygnacji nadziemnych (w zewnętrznym obrysie budynku) w pasie o szerokości 5 m wzdłuż ścian zewnętrznych, A w - jest sumą pól powierzchni pozostałej części rzutu poziomego wszystkich kondygnacji po odjęciu A z. 147

148 Wymagania dla powierzchni okien W budynku produkcyjnym, magazynowym i gospodarczym łączne pole powierzchni okien oraz ścian szklanych w stosunku do powierzchni całej elewacji nie może być większe niż: 1) w budynku jednokondygnacyjnym (halowym) - 15%; 2) w budynku wielokondygnacyjnym - 30%. 148

149 Obliczeniowe temperatury wewnętrzne Do obliczania szczytowej mocy cieplnej należy przyjmować temperatury obliczeniowe zewnętrzne zgodnie z Polską Normą, a temperatury obliczeniowe ogrzewanych pomieszczeń - zgodnie z poniższą tabelą: 149

150 Obliczeniowe temperatury wewnętrzne 150

151 Projektowane temperatury zewnętrzne Projektowaną temperaturę zewnętrzną należy przyjmować zgodnie z: PN-EN Projektowana temperatura zewnętrzna wg normy PN-EN odpowiada obliczeniowej temperaturze powietrza na zewnątrz budynku zgodnie z normą PN-82/B

152 Projektowane temperatury zewnętrzne Źródło [ 8] 152

153 Obliczanie obciążenia cieplnego Norma PN-EN 12831:2006 : Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego 153

154 Obliczanie obciążenia cieplnego Założenia metody Metoda obliczeniowa została opracowana przy następujących założeniach: - równomierny rozkład temperatury powietrza i temperatury projektowej (wysokość pomieszczeń nie przekracza 5 m), - wartości temperatury powietrza i temperatury operacyjnej są takie same (budynki dobrze zaizolowane), - warunki ustalone (stałe wartości temperatury), - stałe właściwości elementów budynków w funkcji temperatury, 154

155 Obliczanie obciążenia cieplnego Procedura obliczeniowa w odniesieniu do przestrzeni ogrzewanej a) określenie wartości projektowej temperatury zewnętrznej i średniej rocznej temperatury zewnętrznej; b) określenie statusu każdej przestrzeni oraz wartości projektowej temperatury wewnętrznej dla każdej przestrzeni ogrzewanej; c) określenie charakterystyk wymiarowych i cieplnych elementów budynku dla wszystkich przestrzeni ogrzewanych i nieogrzewanych; d) obliczenie wartości współczynnika projektowej straty ciepła przez przenikanie i następnie projektowej straty ciepła przez przenikanie przestrzeni ogrzewanej; 155

156 Obliczanie obciążenia cieplnego e) obliczenie wartości współczynnika projektowej wentylacyjnej straty ciepła i wentylacyjnej straty ciepła przestrzeni ogrzewanej; f) obliczenie całkowitej projektowej straty ciepła; g) obliczenie nadwyżki mocy cieplnej przestrzeni ogrzewanej, czyli dodatkowej mocy cieplnej, potrzebnej do skompensowania skutków przerw w ogrzewaniu; h) obliczenie całkowitego projektowego obciążenia cieplnego przestrzeni ogrzewanej. 156

157 Obliczanie obciążenia cieplnego Procedura obliczeniowa w odniesieniu do budynku lub jego części Po przeprowadzeniu obliczeń dla wszystkich przestrzeni ogrzewanych można obliczyć całkowite projektowe obciążenie cieplne budynku (części budynku) w celu dobrania źródła ciepła

158 Obliczanie obciążenia cieplnego W tym przypadku procedura obliczeniowa jest następująca: a) obliczenie sumy projektowych strat ciepła przez przenikanie we wszystkich przestrzeniach ogrzewanych bez uwzględnienia ciepła wymienianego wewnątrz określonych granic instalacji; b) obliczenie sumy projektowych wentylacyjnych strat ciepła wszystkich przestrzeni ogrzewanych bez uwzględniania ciepła wymienianego wewnątrz określonych granic instalacji; c) obliczenie całkowitej projektowej straty ciepła budynku; d) obliczenie całkowitej nadwyżki ciepła budynku, wymaganej do skompensowania skutków przerw w ogrzewaniu; e) obliczenie obciążenia cieplnego budynku; 158

159 Obliczanie obciążenia cieplnego 159

160 Obliczanie obciążenia cieplnego Średnia roczna temperatura zewnętrzna W PN-EN podano wartości średniej rocznej temperatury zewnętrznej, wykorzystywane do obliczania strat ciepła do gruntu oraz strat ciepła przez przenikanie do przyległych pomieszczeń. Współczynnik projektowej straty ciepła W nowej normie występuje pojęcie współczynnik projektowej straty ciepła. Jest to stosunek straty ciepła (przez przenikanie lub wentylacyjnej) do projektowej różnicy temperatury. Jednostką współczynnika projektowej straty ciepła jest W/K. 160

161 Obliczanie obciążenia cieplnego Projektowe obciążenie cieplne obok całkowitej projektowej straty ciepła uwzględnia dodatkowo nadwyżkę mocy cieplnej, wymaganą do skompensowania skutków osłabienia ogrzewania. [Źródło 5] 161

162 Obliczanie obciążenia cieplnego Projektowe obciążenie cieplne przestrzeni ogrzewanej oblicza się w następujący sposób: Φ T,i projektowa strata ciepła ogrzewanej przestrzeni przez przenikanie [W]; Φ V,i projektowa wentylacyjna strata ciepła ogrzewanej przestrzeni [W]; Φ RH,i nadwyżka mocy cieplnej wymagana do skompensowania skutków osłabienia ogrzewania strefy ogrzewanej [W]. [Źródło 5] 162

163 Obliczanie obciążenia cieplnego Całkowita projektowa strata ciepła przestrzeni ogrzewanej Do obliczania całkowitej projektowej straty ciepła przestrzeni ogrzewanej w podstawowych przypadkach wg normy PN-EN służy następujący wzór: Φ T,i projektowa strata ciepła ogrzewanej przestrzeni przez przenikanie[w]; Φ V,i projektowa wentylacyjna strata ciepła ogrzewanej przestrzeni [W]. [Źródło 5] 163

164 Obliczanie obciążenia cieplnego Projektowa strata ciepła przez przenikanie Norma PN-EN 12831:2006 podaje następujący wzór do obliczania projektowej straty ciepła przestrzeni ogrzewanej (i) przez przenikanie: [Źródło 5] 164

165 Obliczanie obciążenia cieplnego Wartość współczynnika straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) na zewnątrz Orientacyjne wartości współczynników korekcyjnych podane są w załączniku krajowym do normy PN-EN 12831:2006: ek=1, el = 1 [Źródło 5] 165

166 Obliczanie obciążenia cieplnego W obliczeniach strat ciepła przez przenikanie, mostki cieplne można uwzględnić metodą uproszczoną. Polega ona na przyjęciu skorygowanej wartości współczynnika przenikania ciepła [Źródło 5] 166

167 Obliczanie obciążenia cieplnego [Źródło 5] 167

168 Obliczanie obciążenia cieplnego [Źródło 5] 168

169 Obliczanie obciążenia cieplnego [Źródło 5] 169

170 Obliczanie obciążenia cieplnego Straty ciepła przez przestrzeń nieogrzewaną W normie rozpatrzono wymianę ciepła między przestrzenią ogrzewaną (i) i otoczeniem (e) poprzez przestrzeń nieogrzewaną (u). Współczynnik projektowej straty ciepła oblicza się w tym przypadku w sposób następujący: [Źródło 5] 170

171 Obliczanie obciążenia cieplnego Współczynnik bu może być określony w jeden z następujących sposobów: Jeśli temperatura przestrzeni nieogrzewanej jest znana [Źródło 5] 171

172 Obliczanie obciążenia cieplnego [Źródło 5] 172

173 Obliczanie obciążenia cieplnego Straty ciepła między przestrzeniami ogrzewanymi do różnych wartości temperatury Współczynnik HT,ij obejmuje ciepło przekazywane przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do sąsiedniej przestrzeni (j) ogrzewanej do znacząco innej temperatury Przestrzenią sąsiednią może być przyległe pomieszczenie w tym samym mieszkaniu (np. łazienka), pomieszczenie należące do innej części budynku (np. innego mieszkania) lub pomieszczenie należące do przyległego budynku, które może być nieogrzewane. f ij współczynnik redukcyjny temperatury, uwzględniający różnicę temperatury przyległej przestrzeni i projektowej temperatury zewnętrznej; A k powierzchnia elementu budynku [m2]; U k współczynnik przenikania ciepła przegrody [W/m2K]. [Źródło 5] 173

174 Obliczanie obciążenia cieplnego Współczynnik redukcyjny temperatury określony jest następującym równaniem: θ int,i projektowa temperatura wewnętrzna przestrzeni ogrzewanej [ C]; θ przyległej przestrzeni projektowa temperatura przestrzeni przyległej [ C]; θ e projektowa temperatura zewnętrzna [ C]. [Źródło 5] 174

175 Obliczanie obciążenia cieplnego Wartości orientacyjne temperatury przyległych przestrzeni ogrzewanych podano w tabeli, przy czym: θ m,e roczna średnia temperatura zewnętrzna [ C]. [Źródło 5] 175

176 Obliczanie obciążenia cieplnego Straty ciepła przez grunt Strumień strat ciepła do gruntu może być obliczony w sposób: szczegółowy wg normy EN ISO 13370, uproszczony, opisany w normie PN-EN 12831:2006. Metoda uproszczona polega na wykorzystaniu tabel lub wykresów, sporządzonych dla wybranych przypadków. 176

177 Obliczanie obciążenia cieplnego Wg normy PN-EN 12831:2006 współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do gruntu (g) w warunkach ustalonych oblicza się w następujący sposób: [Źródło 5] 177

178 Obliczanie obciążenia cieplnego Współczynnik redukcji temperatury wynosi: θ int,i projektowa temperatura wewnętrzna przestrzeni ogrzewanej [ C]; θ e projektowa temperatura zewnętrzna [ C], θm, e średnioroczna temperatura zewnętrzna [ C], Załącznik krajowy do normy PN-EN 12831:2006 podaje dwie wartości orientacyjne współczynnika Gw Gw = 1,15 jeśli odległość między założonym poziomem wody gruntowej i płytą podłogi jest mniejsza niż 1 m, Gw = 1,00 w pozostałych przypadkach [Źródło 5] 178

179 Obliczanie obciążenia cieplnego Wymiar charakterystyczny podłogi Równoważny współczynnik przenikania ciepła dla podłogi na gruncie wyznacza się w zależności od wymiaru charakterystycznego podłogi B' (m). Wymiar B' to pole powierzchni podłogi podzielone przez połowę obwodu: B' = A/0,5P A - pole powierzchni podłogi, m2; P - obwód podłogi (uwzględniający tylko ściany zewnętrzne), m. Obwód podłogi P uwzględnia długość całkowitą ścian zewnętrznych, oddzielających ogrzewany budynek od otoczenia zewnętrznego lub nieogrzewanej przestrzeni, leżącej poza izolowaną obudową budynku. [Źródło 5] 179

180 Obliczanie obciążenia cieplnego Równoważny współczynnik przenikania ciepła podłogi na poziomie terenu [Źródło 5] 180

181 Obliczanie obciążenia cieplnego Równoważny współczynnik przenikania ciepła podłogi ogrzewanego podziemia z płytą podłogi położoną 1,5 m poniżej poziomu terenu [Źródło 5] 181

182 Obliczanie obciążenia cieplnego Wymiary Zgodnie z załącznikiem krajowym do normy PN-EN 12831:2006, podczas obliczania strat ciepła przez przenikanie należy stosować wymiary zewnętrzne, czyli wymiary mierzone po zewnętrznej stronie budynku. W czasie określania wymiarów poziomych uwzględnia się połowę grubości ograniczającej ściany wewnętrznej i całą grubość ograniczającej ściany zewnętrznej. Natomiast wysokość ściany mierzy się pomiędzy powierzchniami podłóg. 182

183 Obliczanie obciążenia cieplnego Zgodnie z załącznikiem krajowym do normy PN-EN 12831:2006, przy obliczaniu strat ciepła przez przenikanie przez przegrody zewnętrzne należy stosować wymiary zewnętrzne, czyli wymiary mierzone po zewnętrznej stronie budynku. Wysokość ściany mierzy się pomiędzy powierzchniami podłóg. [Źródło 5] 183

184 Obliczanie obciążenia cieplnego Mostki cieplne Uwzględnianie w obliczeniach mostków cieplnych: wg normy EN ISO , w sposób przybliżony z wykorzystaniem wartości stabelaryzowanych podanych w normie EN ISO 14683, metodą uproszczoną z użyciem współczynnika korekcyjnego, którego wartości podano w załączniku krajowym do normy PN-EN

185 Obliczanie obciążenia cieplnego Strata do sąsiada Według normy temperaturę w sąsiednim pomieszczeniu przyjmuje się na podstawie przeznaczenia, tylko jeśli należy ono do tej samej jednostki budynku (np. do mieszkania). Natomiast jeżeli pomieszczenie należy do innej jednostki, to do obliczania straty ciepła przyjmuje się średnią arytmetyczną z projektowej temperatury wewnętrznej i rocznej średniej temperatury zewnętrznej. Z kolei, gdy sąsiednie pomieszczenie należy do oddzielnego budynku (budynku przyległego), przyjmuje się roczną średnią temperaturę zewnętrzną. 185

186 Obliczanie obciążenia cieplnego Należy również podkreślić, że opisane straty ciepła do sąsiada" ciepła uwzględnia się w obliczeniach obciążenia cieplnego poszczególnych pomieszczeń w celu doboru grzejników, natomiast nie uwzględnia się ich podczas określania obciążenia cieplnego całego budynku w celu doboru źródła ciepła. W skali całego budynku, jeżeli część pomieszczeń będzie ogrzewana w sposób osłabiony, to uzyskana w ten sposób nadwyżka mocy pozwoli na pokrycie zwiększonego zapotrzebowania na ciepło w pomieszczeniach sąsiednich. 186

187 Obliczanie obciążenia cieplnego Wentylacyjna strata ciepła Wzór do obliczania projektowej wentylacyjnej straty ciepła przestrzeni ogrzewanej Vi = strumień objętości powietrza wentylacyjnego przestrzeni ogrzewanej (i), m3/h. [Źródło 5] 187

188 Obliczanie obciążenia cieplnego Wentylacyjna strata ciepła W przypadku wentylacji naturalnej, jako wartość strumienia powietrza wentylacyjnego przyjmuje się wartość większą z następujących dwóch wielkości: strumienia powietrza na drodze infiltracji, minimalnej wartości strumienia powietrza wentylacyjnego, wymaganej ze względów higienicznych. [Źródło 5] 188

189 Obliczanie obciążenia cieplnego Wentylacyjna strata ciepła Wzór na obliczanie strumienia powietrza infiltrującego do przestrzeni ogrzewanej (i): [Źródło 5] 189

190 Obliczanie obciążenia cieplnego Wentylacyjna strata ciepła [Źródło 5] 190

191 Obliczanie obciążenia cieplnego Wentylacyjna strata ciepła [Źródło 5] 191

192 Obliczanie obciążenia cieplnego Wentylacyjna strata ciepła Minimalny strumień objętości powietrza, wymagany ze względów higienicznych, dopływający do przestrzeni ogrzewanej określa się w sposób następujący: n min minimalna krotność wymiany powietrza na godzinę [1/h]; V i kubatura przestrzeni ogrzewanej (obliczona na podstawie wymiarów wewnętrznych) [m3]. [Źródło 5] 192

193 Obliczanie obciążenia cieplnego Wentylacyjna strata ciepła 193

194 Obliczanie obciążenia cieplnego Projektowane obciążenie cieplne Nadwyżka mocy cieplnej do skompensowania skutków osłabienia dla przestrzeni ogrzewanej (i) może być określona w następujący sposób Ai wewnętrzna powierzchnia podłogi przestrzeni ogrzewanej (i), m2; frh współczynnik nagrzewania [Źródło 5] 194

195 Obliczanie obciążenia cieplnego Projektowane obciążenie cieplne [Źródło 5] 195

196 Obliczanie obciążenia cieplnego Projektowane obciążenie cieplne [Źródło 5] 196

197 Przykład 1 Obliczyć wartość straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (pokoju mieszkalnego) do otoczenia (e) przez ścianę zewnętrzną bez okna. Liniowe mostki cieplne uwzględnić metodą uproszczoną. Założenia: współczynnik przenikania ciepła: 0,29 W/m2 K, wysokość zewnętrzna ściany: 3,20 m, grubość stropów: 35 cm, kubatura pomieszczenia 100 m3, liczba stropów przecinających izolację: 0, liczba przecinanych ścian: 0, lokalizacja: Kraków. 197

198 Przykład 1 198

199 Przykład 1 199

200 Określenie grubości izolacji cieplej 200

201 Określenie grubości izolacji cieplej Podstawowym parametrem określającym właściwości izolacyjne przegrody budowlanej jest współczynnik przenikania ciepła. Wartość tego parametru podaje się w projekcie nowo projektowanego budynku (jest to jeden z elementów charakterystyki energetycznej budynku) w celu wykazania zgodności z aktualnymi przepisami budowlanymi rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Bardzo ważne jest, aby współczynnik ten został poprawnie określony, a następnie odpowiednio zastosowany przy obliczaniu wskaźników zapotrzebowania na energię użytkową i końcową na potrzeby ogrzewania oraz zapotrzebowania na energię pierwotną EP. Przekłada się to bowiem na koszty eksploatacyjne obiektu, a także na inne właściwości, takie jak wskaźniki ekologiczne czy odczucie komfortu cieplnego użytkowników budynku. 201

202 Określenie grubości izolacji cieplej W większości przypadków granicę opłacalności stosowania izolacji wyznacza współczynnik przenikania ciepła U na poziomie 0,15-0,20 W/(m²K), ale najczęściej przyjmuje się ok. 0,20 W/(m²K). W ścianach szkieletowych, przy izolacji poddaszy oraz w ścianach trójwarstwowych o cienkich ścianach nośnych, wystarczy brać pod uwagę ciepłochronność samego ocieplenia. Dzielimy wtedy przewodność cieplną materiału przez wymagany współczynnik U i otrzymujemy potrzebną grubość ocieplenia w metrach. Przykładowo, przy założeniu, że chcemy uzyskać współczynnik przenikania izolacji poddasza równy 0,20 W/(m²K) i użyjemy do tego celu wełny mineralnej o współczynniku λ 0,04 W/(mK) grubość materiału wyniesie: d = λ : U = 0,04 : 0,20 = 0, 2 m czyli 20 cm. 202

203 Określenie grubości izolacji cieplej W ścianach warstwowych wyznaczenie grubości izolacji będzie trudniejsze. Musimy bowiem znać przewodność cieplną warstwy konstrukcyjnej oraz jej grubość. Informację o ciepłochronności bloczków czy pustaków możemy uzyskać od ich producenta. Orientacyjne współczynniki λ najczęściej używanych materiałów: - bloczki z betonu komórkowego odmiany 600 0,13 W/(mK); - pustaki szczelinowe typu Max 0,45 W/(mK); - bloczki silikatowe 0,80 W/(mK). Wyliczenie ciepłochronności samego muru polega na podzieleniu współczynnika λ danego materiału przez jego grubość wyrażoną w metrach. Przenikalność cieplna ściany z pustaka z betonu komórkowego o grubości d = 25 cm (0,25 m) wyniesie: U = λ /d = 0,13 : 0,25 = 0,52 W/(m²K). 203

204 Określenie grubości izolacji cieplej Aby uzyskać wymaganą ciepłochronność ściany, musimy następnie określić potrzebną grubość izolacji. Przy takich wyliczenia najwygodniej posłużyć się sumą oporów cieplnych poszczególnych warstw. Opór cieplny R jest odwrotnością przenikalności cieplnej U i wyznaczamy go ze wzoru R = 1 : U. W przykładowej ścianie wyniesie on więc: Rm = 1 : 0,52 = 1,92 (m²k)/w. Zakładamy, że chcemy uzyskać ciepłochronność izolowanej przegrody o wartości U= 0,25 W/(m²K), co odpowiada oporowi całkowitemu Rc = 1 : U = 1 : 0,25 = 4 (m²k)/w. Ponieważ opory cieplne poszczególnych warstw sumują się, więc opór cieplny warstwy izolacyjnej powinien wynieść: R = Rc Rm = 4 1,92 = 2,08 (m²k)/w. 204

205 Określenie grubości izolacji cieplej Po zamianie oporu na przenikalność Ui = 1 : Ri otrzymamy Ui = 0,48 W/(m²K). Taką izolacyjność uzyskamy po ułożeniu warstwy ocieplającej grubości 9 cm (di = 0,04 : 0,48 = 0,083 m około 9cm). W powyższych obliczeniach nie uwzględniono warstw tynku, ani współczynników odpływu i napływu ciepła na powierzchniach zewnętrznych oraz wewnętrznych. Rzeczywista ciepłochronność przegrody będzie więc nieco lepsza niż obliczeniowa. 205

206 Zadanie domowe Dobierz odpowiednią grubość izolacji (λ = 0,038 W/mK) dla przegrody zbudowanej z cegły ceramicznej pełnej, obustronnie tynkowanej, o grubości 38 cm, tak aby obliczony współczynnik przenikania ciepła był nie większy niż Uc max dla budynków mieszkalnych przy temperaturze powietrza w pomieszczeniu wynoszącej 20 C. Do obliczeń przyjąć kotwienie izolacji wykonane za pomocą łączników z tworzyw sztucznych oraz układanie izolacji na styk ( szczeliny > 5mm). Do obliczeń przyjąć λ cegły = 0,77 W/mK, λ tynku = 0,82 W/mK, Rozwiązanie zadania proszę przesłać na maila a.tymkowska@gmail.com do dnia

207 Gospodarka energetyczna Dziękuję za uwagę Zapraszam na kolejny wykład TM Instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne godz Systemy energetyczne mgr inż. Alina Jeszke-Tymkowska tel a.tymkowska@gmail.com