MODELOWANIE ZYSKÓW CIEPŁA OD PROMIENIOWANIA SŁONECZ- NEGO W SZKLARNIACH Z EKRANAMI TERMOIZOLACYJNYMI

Podobne dokumenty
ENERGII CIEPLNEJ W SZKLARNI Z RUCHOMYM EKRANEM TERMOIZOLACYJNYM THERMAL ENERGY CONSUMPTION IN GREENHOUSE WITH MOVABLE THERMAL SCREEN

ZUŻYCIE ENERGII CIEPLNEJ NA CELE GRZEWCZE W ZALEŻNOŚCI OD STANU FUNKCJONOWANIA SZKLARNI

PROGNOZOWANIE ZMIAN MIKROKLIMATU SZKLARNI W OKRESIE LETNIM

ZMIENNOŚĆ OBCIĄŻENIA CIEPLNEGO SYSTEMU GRZEWCZEGO SZKLARNI Z EKRANEM TERMOIZOLACYJNYM

BADANIA ZMIENNOŚCI ZUśYCIA CIEPŁA W SZKLARNIACH Z OSŁONAMI ENERGOOSZCZĘDNYMI

OGRANICZENIE ZUŻYCIA CIEPŁA W SZKLARNIACH

ANALIZA WARTOŚCI POMIAROWYCH I LITERATUROWYCH NATĘŻENIA CAŁKOWITEGO PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO

Energia słoneczna i cieplna biosfery Zasoby energii słonecznej

Obliczenie natężenia promieniowania docierającego do powierzchni absorpcyjnej

KSZTAŁTOWANIE MIKROKLIMATU W STREFIE PRZEBYWANIA LUDZI W OBIEKTACH SAKRALNYCH

R = 0,2 / 0,04 = 5 [m 2 K/W]

PORÓWNANIE METOD STOSOWANYCH DO OKREŚLANIA DŁUGOŚCI OKRESU OGRZEWCZEGO

Opracowanie metody programowania i modelowania systemów wykorzystania odnawialnych źródeł energii na terenach nieprzemysłowych...

OCENA OCHRONY CIEPLNEJ

Kolektory słoneczne stacjonarne i nadążne różnych stopni swobody. Energia słoneczna do napędu urządzeń klimatyzacyjnych

OKREŚLANIE OPTYMALNEGO UDZIAŁU OKIEN W BUDYNKU MIESZKALNYM

Wymaganie do spełnienia przez budynek energooszczędny: Obliczenia i sposób ich prezentacji w projekcie jest analogiczny do pkt 3!!!

WPŁYW TEMPERATURY W POMIESZCZENIACH POMOCNICZYCH NA BILANS CIEPŁA W BUDYNKACH DLA BYDŁA

PORÓWNANIE MODELI PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO

Systemy solarne Systemy pasywne w budownictwie

ANALIZA CZYNNIKÓW WPŁYWAJĄCYCH NA WARTOŚCI TERMICZNYCH ELEMENTÓW MIKROKLIMATU WNĘTRZ

ANALIZA PORÓWNAWCZA ZUŻYCIA I KOSZTÓW ENERGII DLA BUDYNKU JEDNORODZINNEGO W SŁUBICACH I FRANKFURCIE NAD ODRĄ

1. Obliczenie zapotrzebowania na moc i ciepło na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej

Oznaczenie budynku lub części budynku... Miejscowość...Ulica i nr domu...

PN-B-02025:2001. temperaturze powietrza wewnętrznego =20 o C, mnożnikach stałych we wzorach,

Okna w nowobudowanych domach - co zmieni się od 2014 roku?

XIV KONFERENCJA CIEPŁOWNIKÓW

WPŁYW WYSOKOŚCI SZKLARNI NA ZUŻYCIE CIEPŁA

Efektywna Energetycznie Stolarka Okienna. pasywnej w Budzowie. dr arch. Agnieszka Cena Soroko Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska

Raport -Ocena parametrów cieplno-wilgotnościowych przegrody budowlanej na podstawie normy PN-EN ISO

Program BEST_RE. Pakiet zawiera następujące skoroszyty: BEST_RE.xls główny skoroszyt symulacji RES_VIEW.xls skoroszyt wizualizacji wyników obliczeń

Zapotrzebowanie na ciepło w pomieszczeniu mieszkalnym porównanie metody bilansowej i symulacyjnej

ZrównowaŜony rozwój budynki przyszłości czyli Model Homes 2020 VELUX/MKK/BRANDING DENMARK/

Budownictwo pasywne i jego wpływ na ochronę środowiska. Anna Woroszyńska

WPŁYW ZMIENNOŚCI DOSTARCZONEJ MOCY CIEPLNEJ NA TEMPERATURĘ POMIESZCZEŃ OGRZEWANYCH

Projektowana charakterystyka energetyczna

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNĄ OBUDOWY BALKONU FACTORS INFLUENCING ENERGY-SAVING POTENTIAL OF A GLAZED BALCONY

PROJEKTOWANA CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA

Przegrody przezroczyste a jakość energetyczna budynku - Energooszczędne okno PVC. Jacek Kowalczyk Menedżer ds. Współpracy z Architektami

EKRAN 15. Zużycie ciepłej wody użytkowej

Etapy Projektowania Instalacji Fotowoltaicznej. Analiza kosztów

Wykorzystanie energii słonecznej

Modernizowany budynek. Efektywność energetyczna w budownictwie problematyka, korzyści, ograniczenia. Joanna Rucińska

1) Tabela zbiorcza przegród budowlanych użytych w projekcie

ROZKŁAD TEMPERATURY POWIETRZA W NIEWENTYLOWANEJ HALI TECHNOLOGICZNEJ

Średnie miesięczne temperatury powietrza dla sezonu ogrzewczego wentylacji

PROJEKT TERMOMODERNIZACJI BUDYNKU ZAKRES I OCZEKIWANE REZULTATY PLANOWANYCH DZIAŁAŃ, ANALIZA UWARUNKOWAŃ I OGRANICZEŃ

Zastosowane technologie i praktyczne doświadczenia użytkownika budynku pasywnego

Współczynnik przenikania ciepła okien

Jaką moc cieplną uzyskuje kolektor słoneczny?

Raport - Ocena parametrów cieplno-wilgotnościowych przegrody budowlanej na podstawie normy PN-EN ISO

Przykładowe rozwiązania ścian dwuwarstwowych z wykorzystaniem asortymentu Xella

Dziennik Ustaw 31 Poz WYMAGANIA IZOLACYJNOŚCI CIEPLNEJ I INNE WYMAGANIA ZWIĄZANE Z OSZCZĘDNOŚCIĄ ENERGII

WPŁYW NATĘśENIA PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO NA ZUśYCIE CIEPŁA W TUNELU FOLIOWYM

Modelowanie energetycznego bilansu domu jednorodzinnego z pasywnym systemem słonecznych zysków bezpośrednich

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

ZUŻYCIE ENERGII DO OGRZEWANIA LOKALU W BUDYNKU WIELORODZINNYM. Paweł Michnikowski

Projektowanie systemów WKiCh (03)

Rozporządzenie MI z dn r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku...

Nowa charakterystyka energetyczna: co zmiany oznaczają dla inwestora?

Wyniki - Ogólne. Podstawowe informacje: Nazwa projektu: Budynek Administracyjno - Biurowy Stan istniejący Miejscowość:

Zmiana wymagań dotyczących efektywności energetycznej budynków a inne aspekty projektowania

Raport -Ocena parametrów cieplno-wilgotnościowych przegrody budowlanej na podstawie normy PN-EN ISO

Opracowanie charakterystyki energetycznej wg nowych wymagań prawnych

całkowite rozproszone

Optymalizacja energetyczna okien nowych i wymienianych Część 3. Bilans energetyczny okien w sezonie grzewczym

Sposób przygotowania świadectwa: metodologia, podstawowe wzory i założenia

METODA WYZNACZANIA STRUMIENIA OBJĘTOŚCI POWIETRZA INFILTRUJĄCEGO DO BUDYNKU MIESZKALNEGO PRZY UŻYCIU STOPNIODNI DYNAMICZNYCH

ANALIZA WYMIANY CIEPŁA OŻEBROWANEJ PŁYTY GRZEWCZEJ Z OTOCZENIEM

Zagadnienia fizyki budowli przy ocieplaniu od wewnątrz

Etykietowanie energetyczne - okna pionowe, geometria cz. 2 Jerzy Żurawski, Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska

REFERENCJA. Ocena efektu termoizolacyjnego po zastosowaniu pokrycia fasady budynku. Farbą IZOLPLUS

Koncepcja fasady bioklimatycznej. oszczędność kosztów i energii oraz wzrost komfortu użytkowników

PN-EN ISO Cieplne właściwości użytkowe budynków Obliczanie zużycia energii do ogrzewania. Wprowadzenie

PROJEKTOWANA CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA

Licencja dla: Instal Planet Piotr Wiśniewski [L01]

Właściwości termiczne i wizualne materiałów:

PRACA ZINTEGROWANEGO UKŁADU GRZEWCZO- CHŁODZĄCEGO W BUDYNKU ENERGOOSZCZĘDNYM I PASYWNYM

Jakie elementy i parametry techniczne powinniśmy brać pod uwagę, szukając energooszczędnego okna dachowego?

Co nowego w CERTO. nieogrzewanych (zgodnie z PN-EN ISO 13789:2008)

1. Poprawienie izolacyjności cieplnej przegród otaczających kubaturę ogrzewaną budynku

EKRAN 5. Zyski ciepła wg rozporządzenia [1]

PROJEKTOWANA CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA

Projektowana charakterystyka energetyczna budynku

Spis treści. 4. WYMIANA POWIETRZA W BUDYNKACH Współczynnik przenoszenia ciepła przez wentylację 65

mib.gov.pl mib.gov.pl Stan przepisów dot. projektowania budynków. Zamierzenia i kierunek dalszych prac legislacyjnych mib.gov.pl

Powierzchnia - sposób ogrzewania Zapotrzebowanie na moc cieplną Roczne zużycie ciepła. ciepłowniczych indywidualne z systemów

Powierzchnia - sposób ogrzewania Zapotrzebowanie na moc cieplną Roczne zużycie ciepła. ciepłowniczych indywidualne z systemów

PRZEPŁYW CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY BUDOWLANE

Kolektory słoneczne. Viessmann Sp. Z o.o

Ekonometryczna analiza popytu na wodę

Raport z realizacji etapu 9. Określenie wpływu zmian struktury wewnętrznej i zewnętrznej budynku na zwiększenie OŹE w budownictwie

1. PROJEKTOWANA CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA

Termodynamika techniczna II Thermodynamics II

WPŁYW LOKALIZACJI BUDYNKU MIESZKALNEGO NA JEGO PARAMETRY ENERGETYCZNE

Zmiany w sposobie obliczania zapotrzebowania na energię budynków norma PN-EN ISO

CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKU

Energia odnawialna jako panaceum na problem niskiej emisji w mieście

PROJEKTOWANA CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA

AUDYTY TERMOMODERNIZACYJNE A STOSOWANIE AKTUALNYCH NORM

Transkrypt:

FIZYKA BUDOWLI W TEORII I PRAKTYCE TOM II, 27 Sekcja Fizyki Budowli KILiW PAN MODELOWANIE ZYSKÓW CIEPŁA OD PROMIENIOWANIA SŁONECZ- NEGO W SZKLARNIACH Z EKRANAMI TERMOIZOLACYJNYMI Sławomir GRABARCZYK * * Politechnika Warszawska, Instytut Budownictwa, Zakład Instalacji Budowlanych i Fizyki Budowli ul. Łukasiewicza 17, 9-4 Płock, e-mail: slawekg@pw.plock.pl Streszczenie: W referacie przedstawiono wyniki analiz dotyczących modelowania zysków ciepła od promieniowania słonecznego w szklarni z ekranami termoizolacyjnymi. Obliczenia wykonano dla szklarni z różnymi właściwościami dodatkowej osłony. Słowa kluczowe: szklarnia, zyski ciepła, słoneczne, ekran termoizolacyjny. 1. WPROWADZENIE Promieniowanie słoneczne, oprócz strumienia cieplnego z systemu ogrzewczego, jest najistotniejszym składnikiem bilansu cieplnego szklarni. Zyski ciepła od promieniowania słonecznego w istotny sposób ograniczają zużycie ciepła, mogą być także źródłem znaczącego przyrostu temperatury wewnątrz szklarni. Celem analiz było określenie wielkości tych zysków ciepła w analizowanym rocznym okresie czasu w zależności od właściwości ekranów termoizolacyjnych. Szklarnie to budynki niemalże w % przeszklone. Efektem tego jest znaczące zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania tych budynków w okresie zimowym z uwagi na wysoki współczynnik przenikania ciepła przegrody zewnętrznej i wielkość strat ciepła. Są zatem obiektami w których nie sposób pominąć zysków ciepła od nasłonecznienia w ogólnym bilansie strumieni ciepła. Ponadto te same przegrody zewnętrzne są przyczyną nadmiernego przegrzewania wnętrza szklarni w wyniku intensywnej penetracji promieniowania słonecznego. Znajomość występowania nadmiernych zysków ciepła, powodujących przegrzewanie wnętrza szklarni i w efekcie możliwość wystąpienia szkód w prowadzonej uprawie, pozwala na przeciwdziałanie tym niekorzystnym zjawiskom poprzez zastosowanie rozwiązań technicznych cieniujących powierzchnię uprawną. Użycie materiałów na pokrycia przegród zewnętrznych szklarni oraz ekranów termoizolacyjnych o odpowiednich właściwościach przyczynia się do istotnego ograniczenia wpływu zysków ciepła na przyrost temperatury wewnętrznej. W celu określenia wielkości zysków ciepła wzięto pod uwagę przepuszczalność promieniowania słonecznego przez przegrody przezroczyste badanych obiektów zależnie od kąta padania promieni słonecznych [1]. Dodatkowo uwzględniono położenie danej przegrody względem Słońca [2], nachylenie połaci dachowych, przepuszczalność dodatkowych osłon, czyli ekranów o właściwościach cieniująco energooszczędnych, a także stan ich zamknięcia w pozycji cieniowanie w czasie występowania intensywnego promieniowania słonecznego. Podstawą do określenia sposobu funkcjonowania wyposażenia technicznego szklarni, czyli otwierania i zamykania wietrzników i zainstalowanych wewnątrz szklarni ekranów, były badania własne autora. 2. ZAŁOŻENIA DO ANALIZ Analizę zysków ciepła w szklarni przeprowadzono biorąc pod uwagę zarówno: - słoneczne bezpośrednie od tarczy słonecznej; - rozproszone powstające na skutek częściowej przezroczystości atmosfery. Obliczenia wykonano dla szklarni wolnostojących, z pokryciem przegrody zewnętrznej ze szkła o gr. 4mm. Na powierzchni ścian bocznych i szczytowych przytwierdzono od strony zewnętrznej grubą folię pęcherzykową (ABF). Wewnątrz szklarni równolegle do ścian bocznych i połaci dachowych zainstalowano ekrany termoizolacyjne o właściwościach cieniującoenergooszczędnych, funkcjonujące zależnie od zewnętrznych warunków klimatycznych. W celu określenia wielkości zysków ciepła uwzględniono przepuszczalność promieniowania słonecznego przez przegrody szklane badanych obiektów, zgodnie z przed- 73

Grabarczyk S., Modelowanie zysków ciepła... stawioną na rys. 1 zależnością od kąta padania promieni słonecznych. wsp. przepuszczalności, - 1,,8,6,4,2, 2 4 5 6 7 8 kąt padania promieniowania, o Rys. 1. Współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego przez szkło pojedyncze o grubości 4 mm od kąta padania (wg ASHRAE) [1]. Fig. 1. Solar transmittance for a single glasspane as function of the angle of incidence (ASHRAE) [1]. Przyjęto, że ekrany cieniujące oraz materiały, z których wykonane są przegrody zewnętrzne szklarni mają przepuszczalność promieniowania słonecznego jak podano w tab. 1. Tabela 1. Rodzaj i właściwości pokrycia szklarni. Oznaczenia w tabeli: GL pojedyncze szkło, TS ekran termoizolacyjny, ABF - gruba folia pęcherzykowa. Table 1. Description and properties to cover of greenhouse. Symbol in table: GL single glass, TS thermal screen, ABF air bubble film. Przepuszczalność promieniowania słonecznego GL szkło (4mm) Materiał pokrycia TS ekran ULS 16 TS ekran HS 787 Folia ABF Bezpośredniego rys. 1.36.31.84 Rozproszonego.79.34.29.84 Analizę zmienności zysków ciepła przeprowadzono w czasie roku z uwzględnieniem zmian położenia Ziemi względem Słońca. Deklinację, czyli kątowe położenie Słońca w południe w odniesieniu do płaszczyzny równika, w obliczeniach wyznaczono z zależności: 284 + N d = 23, 45 sin 36 365 gdzie: d deklinacja Słońca; (1) N kolejny numer dnia w roku począwszy od 1 stycznia. Natężenie bezpośredniego promieniowania słonecznego na dowolną płaszczyznę obliczano z uwzględnieniem kąta padania, określonego z równania: cos i = sin a cosδ ± cos a cos n sin δ (2) gdzie: i kąt padania promienia słonecznego na płaszczyznę przegrody; a kąt wysokości wzniesienia Słońca; δ kąt nachylenia płaszczyzny przegrody do poziomu; n azymut słoneczny ściany. Wyniki obliczeń uwzględniają funkcjonowanie ekranów termoizolacyjnych w szklarniach pojedynczych, cieniujących powierzchnię szklarnie przy natężeniu promieniowania całkowitego padającego na powierzchnię poziomą powyżej 3 W/m 2. Przy natężeniu ok. W/m 2 obserwuje się otwieranie wietrzników szklarni w celu usuwania zysków ciepła ze szklarni. Zestawione wartości zysków ciepła w zbiorach danych zarejestrowanych z interwałem 1-godzinowym, czyli obejmujące 876 godzin w roku, opracowane wg przyjętych założeń pozwalają na wykonanie wielu analiz porównawczych. 3. WYNIKI ANALIZ W przekroju pełnego roku parametry klimatu zewnętrznego, np. temperatura powietrza i natężenie promieniowania słonecznego, podlegają znaczącym wahaniom. Określenie wielkości zysków ciepła od słońca przez przegrody zewnętrzne szklarni wymagało poznania zmian natężenia całkowitego promieniowania słonecznego (rys. 2) tu na przykładzie miesięcznych sum całkowitego promieniowania słonecznego na powierzchnię poziomą w terenie otwartym. E c = E b + E r, [kwh/m 2 ] 18 16 14 12 8 6 4 2 Er [kwh/m2] Eb [kwh/m2] Rys. 2. Miesięczne sumy całkowitego promieniowania słonecznego dla Warszawy. Fig. 2. Monthly sums of total solar radiation for Warsaw. Oprócz znajomości wielkości natężenia promieniowania słonecznego pożądana jest także wiedza na temat udziałów poszczególnych rodzajów promieniowania słonecz- 74

nego oraz ich przepuszczalność przez użyte materiały na pokrycia szklarni. Na rys. 3 przedstawiono strukturę udziałów procentowych promieniowania bezpośredniego oraz rozproszonego w miesięcznych sumach całkowitego promieniowania słonecznego na płaszczyznę poziomą w terenie otwartym. Udział Eb i Er w całkowitym promieniowaniu na płaszczyznę poziomą % 8% 6% 4% 2% 37% 35% 31% 33% 45% 45% 52% 47% 44% 43% 5% 54% 63% 65% 69% 67% 55% 55% 48% 53% 56% 57% 5% 46% % Eb [%] Er [%] Rys. 3. Udział promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w całkowitym promieniowaniu słonecznym (w procentach miesięcznych sum). Fig. 3. The part of direct and diffuse solar radiation in total solar radiation (in percentages of monthly sums). We wcześniejszych publikacjach autora, min. w [3], na podstawie pomiarów w badanych szklarniach, zaprezentowano zużycie energii cieplnej w przeliczeniu na powierzchnię podłoża szklarni Q AU [kwh/m 2 ], które zestawiono razem z sumami całkowitego promieniowania słonecznego na płaszczyznę poziomą E C [kwh/m 2 ] w poszczególnych miesiącach roku. Przedstawiane wyniki analiz nie uwzględniały dobowych zmian zużycia energii cieplnej oraz wahań natężenia promieniowania słonecznego. Ponadto analizy powyższe nie uwzględniały również rzeczywistych zysków ciepła docierających do wnętrza szklarni i stanowiących obciążenie cieplne pomieszczenia. Poniżej zaprezentowano wyniki obliczeń zysków ciepła w badanych szklarniach. Przyjęto, że ekrany cieniujące oraz materiały, z których wykonane są przegrody zewnętrzne szklarni, mają przepuszczalność promieniowania słonecznego jak podano w tab. 1. W obliczeniach pominięto pochłanianie energii promieniowania słonecznego przez szkło pokrycia zewnętrznego szklarni, ponieważ większość tego strumienia cieplnego na drodze konwekcji i tak jest przekazywana do otoczenia zewnętrznego stąd jego wpływ na powiększenie zysków ciepła wewnątrz szklarni jest nieistotny. W wyniku przeprowadzonych badań wykonano szereg analiz. Poniżej przedstawiono przykład porównania zysków ciepła przez różnie zorientowane połacie dachowe szklarni z ekranem ULS 16. W szklarni pojedynczej połacie dachowe są nachylone pod kątem 27 stopni do poziomu. Jedna z przegród zwrócona jest w kierunku południowym, a druga nachylona w kierunku północnym. Wyniki przedstawiono na przykładzie miesięcznych sum zysków ciepła od nasłonecznienia przez omawiane przypadki połaci dachowych (rys. 4). Miesięczne sumy zysków ciepła [Wh] 6,E+7 5,E+7 4,E+7 3,E+7 2,E+7 1,E+7,E+ Q2S\ Q2N\ Rys. 4. Miesięczne sumy zysków ciepła przez nachyloną połać dachową na południe (Q2S\) i północ (Q2N\) szklarnia z ekranem ULS 16. Fig. 4. Monthly sums of solar heat gain through inclined hipped roof end on south (Q2S\) and north (Q2N\) greenhouse with thermal screen ULS 16. Przebieg miesięcznych sum zysków ciepła od nasłonecznienia wskazuje na ponad dwukrotnie większe wartości zysków w miesiącach zimowych przez przegrodę zorientowaną na południe. Różnica w zyskach ciepła w miesiącach przejściowych i w okresie letnim znacząco zmniejsza się do ok. 2% w czerwcu i lipcu. W okresie rocznym zyski ciepła przez przegrodę zorientowaną na południe osiągają 44,6 MWh/rok, przez przegrodę zorientowaną na północ 264,9 MWh/rok, co stanowi odpowiednio ok. 6,4% i 39,6% całkowitych zysków ciepła przez dach. W artykule zaprezentowano również porównanie jednostkowych zysków ciepła przez wybraną przegrodę pionową tu: zorientowaną na kierunek południowy. W szklarniach pojedynczych od zewnątrz występuje dodatkowa osłona w postaci folii pęcherzykowej. Dodatkowo wewnątrz szklarni funkcjonują ekrany termoizolacyjne, które cieniują powierzchnię uprawną szklarni, gdy natężenie promieniowania słonecznego jest zbyt duże. Wartości zysków ciepła w miesiącach styczniu, listopadzie i grudniu (rys. 5) są sobie równe we wszystkich analizowanych przypadkach przegród szklarni, ponieważ natężenie promieniowania słonecznego nie przekracza poziomu 3 W/m 2 i ekran nie znajduje się w pozycjach cieniowanie. W pozostałych miesiącach uwidacznia się wpływ funkcjonowania ekranów, które znacząco ograniczają zyski ciepła od nasłonecznienia. Wartości jednostkowych zysków ciepła w okresie letnim przez przegrodę pionową szklarni z ekranem, zorientowaną na południe są prawie dwukrotnie mniejsze niż w szklarni bez ekranu. W pozostałych przypadkach im chłodniejszy miesiąc tym ta różnica ulega zmniejszeniu. 75

Grabarczyk S., Modelowanie zysków ciepła... miesięczne sumy zysków ciepła [Wh/m 2 ] 8,E+4 7,E+4 6,E+4 5,E+4 4,E+4 3,E+4 2,E+4 1,E+4,E+ szklarnia z ekranem ULS 16 szklarnia z ekranem HS 787 szklarnia bez ekranu Rys. 5. Miesięczne sumy zysków ciepła przez przegrodę pionową zorientowaną na południe szklarnie wolnostojące z ekranami i bez ekranu termoizolacyjnego. Fig. 5. Monthly sums of solar heat gain through southern vertical cover of free-standing greenhouses with and without thermal screens. Kolejnym analizowanym zagadnieniem było określenie udziału zysków ciepła od promieniowania bezpośredniego oraz rozproszonego w szklarniach z ekranami i bez ekranu. W tab. 2 zestawiono procentowe udziały promieniowania słonecznego bezpośredniego oraz rozproszonego w miesięcznych sumach zysków ciepła. Wartości w tab. 2 wskazują, że ekrany cieniujące ograniczają głównie bezpośrednie słoneczne, przez co znacząco ulegają zmniejszeniu zyski ciepła od nasłonecznienia wewnątrz szklarni. W szklarniach z ekranami ok. 36% zysków ciepła pochodzi od promieniowania słonecznego bezpośredniego, natomiast ok. 64% od promieniowania rozproszonego. W szklarni bez ekranu różnice między średnimi rocznymi są mniejsze i wynoszą odpowiednio 42% zysków ciepła pochodzi od promieniowania bezpośredniego, natomiast 58% od promieniowania rozproszonego. Tabela 2. Udział promieniowania słonecznego bezpośredniego i rozproszonego w zyskach ciepła od słońca w szklarniach pojedynczych z ekranami i bez ekranów termoizolacyjnych. Oznaczenia w tabeli: GL pojedyncze szkło, ULS 16 ekran termoizolacyjny ULS 16, HS 787 ekran termoizolacyjny HS 787. Table 2. The part of the direct and diffuse solar radiation in solar heat gain in free-standing greenhouses with and without thermal screens. Symbol in table: GL single glass, ULS 16 thermal screen ULS 16, HS 787 thermal screen HS 787. Zyski ciepła od promieniowania Bezpośredniego Rozproszonego Pokrycie Miesiąc szklarni GL 51% 36% 4% 38% 44% 39% 36% 43% 48% 42% 38% 42% GL+ULS 16 51% 31% 33% 31% 38% 33% 3% 36% 42% 37% 38% 42% GL+HS 787 51% 3% 32% 29% 37% 32% 28% 35% 4% 36% 38% 42% GL 49% 64% 6% 62% 56% 61% 64% 57% 52% 58% 62% 58% GL+ULS 16 49% 69% 67% 69% 62% 67% 7% 64% 58% 63% 62% 58% GL+HS 787 49% 7% 68% 71% 63% 68% 72% 65% 6% 64% 62% 58% Miesięczne sumy zysków ciepła od promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w szklarni pojedynczej z ekranem ULS 16 przedstawiono na rys. 8, natomiast na rys. 9 odpowiednio zestawiono sumy zysków ciepła w szklarni pojedynczej z ekranem HS 787. Wartości zysków ciepła na rys. 8 i rys. 9 przeliczono na jednostkę powierzchni podłoża. Obliczenia wykonano z uwzględnieniem stopnia zamknięcia ekranu, zależnym od natężenia promieniowania słonecznego. Różnice w zyskach ciepła dla miesięcy najcieplejszych (czerwiec i lipiec) uzyskanych w analizowanych przypadkach obiektów wynoszą ok. 16% dla promieniowania słonecznego bezpośredniego i ok. 8% dla promieniowania słonecznego rozproszonego na korzyść obiektu szklarniowego z ekranem HS 787. jednostkowe miesięczne sumy zysków ciepła [Wh/m 2 ] 9,E+4 8,E+4 7,E+4 6,E+4 5,E+4 4,E+4 3,E+4 2,E+4 1,E+4,E+ bezpośrednie rozproszone Rys. 8. Miesięczne sumy zysków ciepła od promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w szklarni z ekranem ULS 16 (na jednostkę powierzchni podłoża). Fig. 8. Monthly sums of solar heat gain from direct and diffuse solar radiation in greenhouse with thermal screens ULS 16 (per unit subsoil surface). 76

jednostkowe miesięczne sumy zysków ciepła [Wh/m 2 ] 9,E+4 8,E+4 7,E+4 6,E+4 5,E+4 4,E+4 3,E+4 2,E+4 1,E+4,E+ bezpośrednie rozproszone Rys. 9. Miesięczne sumy zysków ciepła od promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w szklarni z ekranem HS 787 (na jednostkę powierzchni podłoża). Fig. 9. Monthly sums of solar heat gain from direct and diffuse solar radiation in greenhouse with thermal screens HS 787 (per unit subsoil surface). Poniżej zaprezentowano przykładowe przebiegi zmienności słonecznych zysków ciepła w badanych obiektach szklarniowych z chwilowymi wartościami promieniowania całkowitego, dostępnego w terenie otwartym. Rys. 1 przedstawia przebieg zmian zysków ciepła w szklarni z ekranem cieniującym ULS 16 w dniu wystąpienia największych chwilowych zysków promieniowania całkowitego na płaszczyznę poziomą równych 9 W/m 2 (15 lipca). całkowite [W/m 2 ] 9 8 7 6 5 4 3 2 całkowite zyski ciepła 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 godziny 6,E+5 5,E+5 4,E+5 3,E+5 2,E+5 1,E+5,E+ Rys. 1. Godzinowe zyski ciepła od promieniowania całkowitego w szklarni z ekranem ULS 16 w dniu 15 lipca. Fig. 1. Hourly of solar heat gain from global solar radiation in greenhouse with thermal screens ULS 16 15 July. W analogiczny sposób przedstawiono przykładowy przebieg zmian słonecznych zysków ciepła w szklarni z ekranem HS 787 (rys. 11) w dniu (15 lipca) zaobserwowania maksymalnych wartości promieniowania słonecznego bezpośredniego na płaszczyznę poziomą równych 817 W/m 2, natomiast rys. 12 przedstawia przebieg zmian zysków ciepła w szklarni pojedynczej w dniu 25 czerwca, w którym zaobserwowano najwyższe wartości promieniowania rozproszonego równe 52 W/m 2. zyski ciepła [W] bezpośrednie [W/m 2 ] 9 bezpośrednie zyski ciepła 8 7 6 5 4 3 2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 godziny 6,E+5 5,E+5 4,E+5 3,E+5 2,E+5 1,E+5,E+ Rys. 11. Godzinowe zyski ciepła od promieniowania od promieniowania bezpośredniego w szklarni z ekranem HS 787 w dniu 15 lipca. Fig. 11. Hourly of solar heat gain from direct solar radiation in greenhouse with thermal screens HS 787 15 July. rozproszone [W/m 2 ] 9 8 7 6 5 4 3 2 rozproszone zyski ciepła 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 godziny 6,E+5 5,E+5 4,E+5 3,E+5 2,E+5 1,E+5,E+ Rys. 12. Godzinowe zyski ciepła od promieniowania rozproszonego w szklarni z ekranem ULS 16 w dniu 25 czerwca. Fig. 12. Hourly of solar heat gain from diffuse solar radiation in greenhouse with thermal screens ULS 16 25 June. Przykładowe przebiegi zmian chwilowych słonecznych zysków ciepła nie wyczerpują możliwości, jakie daje zgromadzony materiał analityczny. 4. PODSUMOWANIE W artykule przedstawiono jedynie wybrane zagadnienia, związane ze słonecznymi zyskami ciepła w szklarniach z ekranami termoizolacyjnymi o właściwościach cieniująco-energooszczędnych. Wyniki analiz przedstawiono na przykładzie szklarni, które były obiektami badań rzeczywistych. Uzyskane wyniki wskazują na znaczące zmniejszenie słonecznych zysków ciepła w obiektach wyposażonych w ekrany. Oznacza to, że szklarnie bez rozwiązań cieniujących są szczególnie narażone na znaczące przyrosty temperatury wewnętrznej i konieczność intensywnego wietrzenia w celu usunięcia nadmiernych zysków ciepła. Dodatkowe ruchome osłony zainstalowane wewnątrz szklarni zmniejszają udział bezpośredniego promieniowania słonecznego w ogólnych zyskach ciepła. zyski ciepła [W] zyski ciepła [W] 77

Grabarczyk S., Modelowanie zysków ciepła... Wpływ na ograniczenie zysków ciepła mają zarówno właściwości ekranu jak i stopień jego zamknięcia w pozycji cieniowanie. Zaprezentowane w przykładowych analizach wyniki obliczeń nie dają jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, jaka część słonecznych zysków ciepła stanowi bezpośrednie obciążenie cieplne, które wpływa na przyrost temperatury wewnętrznej szklarni. W zaprezentowanych obliczeniach pominięto także tą część strumienia cieplnego od promieniowania słonecznego, która obciąża przestrzeń między pokryciem ze szkła a ekranem termoizolacyjnym. Z uwagi na to, że jest to zależne od wymiany powietrza w szklarni, postanowiono te zagadnienia przedstawić w odrębnej publikacji. Prace nad uwzględnieniem tej części zysków ciepła są kontynuowane, natomiast zaprezentowane w artykule analizy już na tym etapie pozwalają określić i porównać wpływ zastosowanych rozwiązań technicznych. Zbiory danych analitycznych będą wykorzystane także do modelowania i oszacowania obciążenia zyskami ciepła od nasłonecznienia przy użyciu materiałów cieniujących o innych współczynnikach przepuszczalności promieniowania słonecznego, zarówno instalowanych na stałe bądź funkcjonujących zależnie od zmiennych warunkach klimatu zewnętrznego. Możliwe jest również analizowanie wpływu zmiennego stanu zamknięcia ekranu podczas eksploatacji szklarni na wielkość słonecznych zysków ciepła. Przedmiotem analiz może być także usytuowanie obiektu względem stron świata tak, aby: - maksymalizować zyski ciepła od nasłonecznienia w okresach przejściowych i zimowym w celu zmniejszenia zużycia ciepła; - ograniczać nadmierne nasłonecznie szklarni w okresie letnim. Oprócz przedstawionych powyżej możliwości wykorzystania zebranego materiału doświadczalnego, przedmiotem analiz może być kształtowanie bryły budynku szklarniowego w celu optymalnego wykorzystania zysków ciepła od promieniowania słonecznego. Znajomość występowania zysków ciepła w przekroju dobowym lub miesięcznym pozwala na planowanie gospodarki paliwami w gospodarstwie ogrodniczym, utrzymywanie właściwych parametrów czynnika grzejnego w systemie ciepłowniczym. Przedstawione przykładowe analizy wielkości słonecznych zysków ciepła czy to w poszczególnych miesiącach czy w przekroju dobowym mogą być w tym pomocne. MODELLING OF SOLAR HEAT GAIN IN GREEN- HOUSES WITH THERMAL SCREENS Summary: The paper present the research result of modelling of solar heat gain in greenhouses with thermal screens. Calculations were made for greenhouse with different properties of additional screen. Literatura [1] ASHRAE Handbook Fundamentals. ASHRAE, Atlanta 25 [2] Duffie J.A., Beckmann W.A. Solar Engineering of Thermal Processes. John Wiley & Sons, Inc., New York 1991 [3] Wolski L., Grabarczyk S. Wpływ wybranych czynników na zużycie energii cieplnej w szklarni pojedynczej i zblokowanej. XLVIII Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN i Komitetu Nauki PZITB, Opole-Krynica 22, s. 145 152 78