Przepływy ciepła w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych

Transkrypt

1 Przepływy ciepła w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych Struktura potrzeb cieplnych. Przykładowa struktura potrzeb cieplnych w budynkach wielorodzinnych. Przykładowa struktura potrzeb cieplnych w budynkach mieszkalnych. 2/23TB

2 Obliczanie projektowanego obciążenia cieplnego do ogrzewania budynków oraz ocenę energochłonności budynków regulują: PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania - projektowego obciążenia cieplnego (norma zastąpiona przez PN-EN : ang.) Dziennik Ustaw, Warszawa, dnia 15 czerwca 2002 r. Nr 75 Poz Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie - warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie wraz z późniejszymi zmianami. ( w tym tabela Temperatury obliczeniowe ogrzewanych pomieszczeń ) PN-82/B Temperatury obliczeniowe zewnętrzne. (przywołane w W.T. 2010r.) PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metody obliczania. (przywołane w W.T. 2010r.) PN-EN ISO 13370:2008 "Właściwości cieplne budynków - Wymiana ciepła przez grunt - Metody obliczania" (przywołane w W.T. 2010r.) PN-EN ISO 13790:2009 "Energetyczne właściwości użytkowe budynków - Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia (zastąp.przez PN-EN ISO : ang.) PN-EN ISO "Mostki cieplne w budynkach-liniowy współczynnik przenikania ciepła. PN-EN ISO "Cieplno-Wilgotnościowe właściwości komponentów budowlanych i el. bud. Temp. powierzchni wewn. konieczna do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni i kondensacja międzywarstwowa. Metody Obliczania. (przywołane w W.T. 2010r.) Do obliczeń używane są specjalistyczne programy np. Audytor OZC 4/23TB N [W] - Zapotrzebowanie mocy cieplnej - Strumień ciepła jaki ma zostać - dostarczony do pomieszczenia (budynku) przez system grzewczy na - pokrycie strat cieplnych w warunkach obliczeniowych. Szacowanie uproszczone wg PN-EN ISO 6946:2008, PN-B-02020:1991, PN-B (normy 2,3 wycofane) R [m 2 K/W] - opór cieplny przegrody, d[m]-grubość warstwy jednorodnej λ [W/mK] - współczynnik przewodzenia ciepła. Ri, Re, Rg [m 2 K/W]- opór przejmowania ciepła ( wejścia, wyjścia z materiału). U [W/m 2 K] - współczynnik przenikania ciepła przegrody. ti [ C] - obliczeniowa temperatura w pomieszczeniu (Dz.U.2002, Nr75 poz.690, 134.2) te [ C] - obliczeniowa temp. na zewnatrz budynku (wg PN-82/B-02403). Opór przegrody jednorodnej: R m = d m /λ m Opór przegrody złożonej: R= ΣR m 1 Współczynnik przenikania ciepła U = Ri + R + R e Strata ciepła przez przenikanie: Np=ΣNm+ΣNg, Nm=U (ti-te) A, Ng=kg(ti-tg) A A [m 2 ] - powierzchnia przegrody. Nm [W] - strata ciepła przez przegrodę do powietrza, Ng [W] - strata ciepła przez przegrodę do gruntu, 5/23TB

3 V Strata ciepła przez wentylację: Nw= c p ρ (ti-te); 3600 c p - ciepło właściwe powietrza 1005 [J/(kgK)] Uwaga: ρ - gęstość powietrza 1,2 [kg/m 3 ] - wymagany przepływ powietrza went.[m3/h] V uwzględniając wewnętrzne zyski ciepła norma zaleca PN-B-03406:1994 (norma wycofana bez zastąpienia) - dla pomieszczeń użytkowanych < 12 godzin: Nw= V [0,34 (ti-te)-9], - dla pomieszczeń użytkowanych > 12 godzin: Nw= V [0,34 (ti-te)-7]. Zapotrzebowanie cieplne pomieszczenia/budynku: N = Np +Nw Ewolucja współczynnika przenikania ciepła przez przegrody w Polsce. 6/23TB Jakość energetyczna budynków w Polsce. Okres budowy Przepisy i Normy U ściany zewn. Roczne zużycie energii (III strefa) Orientacyjne zapotrzebowanie W/m 2 K kwh/m 2 rok kwh/m 3 rok MJ/m 3 rok W/m 3 do 1945 mur 2 cegły 1, ,7 322,8 37, Prawo Budowlane mur 1 1/2 cegły 1, ,7 434,5 51, PN-64/B-03204, PN-74/B , ,7 322,8 37, PN-82/B , ,0 248,3 29, PN-91/B , ,2 198,6 23, Warunki Techniczne Dz.U.2002 nr 7 poz.690 0,3 0, ,8 161,4 19,0 Warunki Techniczne Dz.U.2008 nr 201 poz , ,4 149,0 17,5 od 2014 Dz.U poz 926 z , ,8 117,9 13,9 od 2017 Dz.U poz 1422 z , ,3 105,5 12,4 od 2021 WT Załącznik 2 0, ,9 93,1 10,9 Energooszczędny 0, ,8 49,7 5,8 Pasywny 0, ,2 18,6 2,2 Uwaga. Dla potrzeb szacunkowych związanych z wymiarowaniem sieci i dobieraniem elementów węzłów cieplnych, z akceptowalną dokładnością ~15%, korzystając z powyższych zależności, można określić potrzeby cieplne odbiorców. Powyższe uproszczenia nie mogą być wykorzystywane do doboru grzejników w pomieszczeniach i określenia mocy zamówionej. 8/23TB

4 Określanie zapotrzebowania mocy cieplnej ( N ) na podstawie historii zużyć ciepła. Zalety: duża dokładność wynikająca z danych historycznych uzyskanych z urządzeń - nadzorowanych. Wady: dane do analizy są dostępne dopiero po kilku miesiącach sezonu lub nawet - w kolejnym roku. Q a [J] - zużycie ciepła przez budynek w okresie τ, τ [s] - czas trwania okresu obliczeniowego (np. sezonu grzewczego), t śr [ C] -średnia temperatura zewnętrzna sezonu grzewczego (np. Sd/dni okresu oblicz.) t e [ C] nominalna/obliczeniowa temperatura zewnętrzna z uwzględnieniem strefy (-20 ) t b średnia temp. wewnątrz budynku pomniejszona o przyrost temperatury wynikający z wewnętrznych zysków ciepła N śr - moc średnia w sezonie [W] N śr = Q a /τ N - moc nominalna obiektu [W] N = x C, C - wsp. uwzględniający korzystanie z wartości średnich. - dla odczytów średniodobowych przyjmować C=1, - dla odczytów średniomiesięcznych przyjmować wartości większe, gwarantujące pokrycie dobowych maksymalnych potrzeb cieplnych obiektu. 9/23TB (z historii zużyć ciepła) 10/23TB

5 Struktura Migracja ciepła potrzeb w budynku cieplnych. wielorodzinnym. Pokazać arkusz 11/23TB Struktura Migracja ciepła potrzeb w budynku cieplnych. wielorodzinnym 12/23TB

6 Struktura Budynek podociepleniu potrzeb cieplnych. zmiany w instalacji grzewczej Wnioski. Budynek po dociepleniuścian, stropu piwnicy i dachu, wymianie okien itp. powinien zużywać mniej ciepła. Ciepło dostarcza do obiektu zabudowana w nim instalacja grzewcza, która z kolei jest podłączona do lokalnego źródła ciepła (wymiennikowni, kotłowni itp.) W związku z powyższym, praca tej instalacji, parametry grzewcze i hydrauliczne, powinny również podlegać analizie technicznej i kosztowej. Analiza ta winna być ujęta w Audycie termomodernizacji budynku razem z wyliczeniami nowej mocy zamówionej, wytycznymi do przebudowy/modernizacji instalacji dostarczającej ciepło do poszczególnych pomieszczeń (w_tym określenia krzywej grzewczej i zakresu koniecznego wyregulowania rozpływów w instalacji, a w skrajnych wypadkach również wymiany elementów instalacji np. grzejników). 13/23TB Struktura Wpływ zmiany potrzeb potrzeb cieplnych. na pracę instalacji. Straty hydrauliczne. Opory przepływu przez instalację (wysokość ciśnienia strat instalacji) obejmuje: - straty liniowe h L = λ (w 2 /2g) L/d [m] - straty miejscowe h m = ζ (w 2 /2g) [m] po uwzględnieniu gęstości czynnika strata ciśnienia p= h ρ g [Pa] Wniosek. P Wszystkie straty hydrauliczne (liniowe i miejscowe) w N przepływie turbulentnym są zobrazowane parabolą. R Instalacja żyje i w zależności od stopnia otwarcia zaworów regulacyjnych parabola jest bardziej lub mniej stroma.. 15/23TB

7 Struktura Wpływ zmiany potrzeb potrzeb cieplnych. na pracę instalacji. Moc cieplna przekazywana przez instalację grzewczą (element systemu grzewczego) 1. N = c w ṁ t N[kW] przekazywana moc cieplna ṁ [kg/s] przepływ czynnika grzewczego t = t zas -t pow [K] schłodzenie czynnika grzewczego c w =4.2 [kj/kgk] ciepło właściwe czynnika grzewczego Masowy strumień przepływu wyliczony dla mocy nominalnej. 2. ṁ = N/(c w t); ṁ [kg/s]; N[kW]; t [K]= (t zas -t pwr ); c w =4.2 [kj/kgk] Objętościowy strumień przepływu wyliczony dla mocy nominalnej. V & = ṁ ν 3600; V & [m3/h]; ṁ[kg/s]; ν [m3/kg] objętość właściwa zależna od temp. Zmiana parametrów pracy instalacji przy obniżeniu potrzeb cieplnych. Budynek istniejący został ocieplony jego zapotrzebowanie spadło z N 0 =200kW na N 1 =100kW. instalacja wewnętrzna nie została zmodernizowana. 1. N 1 = ½ N 0 = ṁ 0 c w ½ t 0 p 1 = p 0 ( p-str.hydrauliczne instalacji) idem const 2. N 1 = ½ N 0 = ½ ṁ 0 c w t 0 const idem p 1 = (½ ) 2 p 0 16/23TB Struktura Parametry instalacji potrzeb cieplnych. grzewczej krzywa grzewcza Uwaga: zmiany wynikające z bryły budynku nie muszą przenosić się w równym stopniu na poszczególne pomieszczenia w budynku. 18/23TB

8 Struktura Wpływ zmiany potrzeb potrzeb cieplnych. na pracę instalacji. 19/23TB Struktura Termomodernizacja potrzeb cieplnych. Termomodernizacja obejmuje: a) modernizację bryły budynku (ocieplenie, wymiana stolarki itp.), b) analizę prognozowanych zużyć, skutkującą zmianą mocy zamówionej dla obiektu, c) analizę warunków zasilania instalacji (opracowanie krzywej grzania, wyznaczenie - wymaganego ciśnienia dyspozycyjnego dla instalacji). d) modernizację instalacji wewnętrznych (kryzowanie, poprawę stanu izolacji, - zmianę średnic, wymianę grzejników itp.), Brak dokończenia termomodernizacji w zakresie instalacji grzewczych skutkuje: - nieprawidłową pracą instalacji (utratą wyregulowania hydraulicznego), - obniżonym komfortem cieplnym lokali, - możliwością przekroczenia mocy zamówionej. Należy pamiętać, że wymiennikownia/kotłownia zasila INSTALACJĘ GRZEWCZĄ -a nie budynek. 20/23TB

9 Struktura Źródło ciepła potrzeb węzełcieplnych. wymiennikowy Podstawowe elementy wpływające na przepływy w węźle: - strona pierwotna: zawór różnicy ciśnień (Rdp), zawór regulacji temperatury (Rco), - strona instalacyjna: Pompa obiegowa (PO) 21/23TB Struktura Wpływ zmiany potrzeb potrzeb cieplnych. na węzeł ciepłowniczy Charakterystyka regulacji wymiany ciepła (współpraca zaworu regulacyjnego z wymiennikiem) 1) V=f(h) przepływ w funkcji skoku dla zaworu regulacyjnego o ch-ce stałoprocentowej 2) proces wymiany ciepła w wymienniku Q=f(V) - ciepło w funkcji przypływu. 3) sumaryczny efekt pracy zaworu i wymiennika w dostawie ciepła do obiektu Q=f(h) Uzyskano optymalny układ proporcjonalnej regulacji dostawy ciepła do obiektu w funkcji skoku grzyba. 1) 2) 3) Pokazać film oscylacje 22/23TB

10 Dziękuję za uwagę Tomasz Berowski 33/ /23TB