Budmika 2015 II Ogólnopolska Studencka Konferencja Budowlana 22-24 kwietnia 2Ńń5, Pozna POPRAWA SPRAWNO CI SYSTźMU żrzźwczźżo HALI PRZźMYSŁOWźJ POPRZźZ ZASTOSOWANIź SYSTźMU RźKUPźRACJI 1 WST P Kamil Kozieł II stopie, ń semestr, AżH Akademia żórniczo-hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział żeodezji żórniczej i In ynierii rodowiska e-mail: kl.koziel@gmail.com Promotor: dr in. Leszek Paj k Według definicji w słownikach j zyka polskiego, rekuperacja jest to wykorzystywanie ciepła gazów odlotowych w przemy le do celów ogrzewczych lub wykorzystywanie energii termicznej gazów wylotowych i spalin w celu dalszego jej wykorzystania. W artykule wykorzystywana b dzie druga definicja, z tym e gazy wylotowe i spaliny zast pione zostały zu ytym w budynku powietrzem, które ju raz ogrzali my. Taki system pozwala w znacz cy sposób obni yć koszty ogrzewania, zapotrzebowanie na energi do oraz wpływ na rodowisko. 2 OBLICZENIA Obliczenia zapotrzebowania na energi i moc maksymaln zostały wykonane na podstawie metody przedstawionej w normie PN-źN ISO ń283ń [3]. Przyj to warunki spełniaj ce wymagania komfortu cieplnego (wg Leusdena i Żreymarka oraz Roedlera [1]), jak przedstawiono w Tablicy 1. Tablica 1: Zakładane warunki wewn trzne W pierwszym kroku obliczeniowym okre lono opór przejmowania ciepła po stronie wewn trznej cian [6], co jest konieczne do pó niejszego ustalenia strat mocy cieplnej przez ciany. Hipotetyczny budynek o wymiarach ń2ńx5ńxń6 metrów jest zlokalizowany w Krakowie, co sprawia e znajduje si w III strefie klimatycznej. Na podstawie normy PN- EN ISO 12831 i Typowych Danych Meteorologicznych Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju [7] okre lono dla niego projektowe warunki zewn trzne, których warto ci przedstawiono w Tablicy 2. 559
Tablica 2: Parametry powietrza zewn trznego W celu obliczenia mocy traconej przez ciany w wi kszo ci przypadków posłu ono si ogólnym wzorem przedstawionym poni ejμ Źo obliczenia współczynnika k dla cian i dachu przyj li my jednakow konstrukcj przegrody, której parametry okre lono w Tablicy 3μ Tabela 3: Konstrukcja ciany i dachu Źane materiałowe zostały zaczerpni te z katalogów producentów danych materiałów lub w razie niemo liwo ci okre lenia takowych z normy PN-EN ISO 12524 [2]. W przypadku obliczenia strat mocy cieplnej przez stolark posłu ono si danymi dla okien warsztatowych, znajduj cymi si w normie PN-EN ISO 12831. Bardziej zło on metodologi zastosowano natomiast przy obliczaniu strat/zysków od gruntu. Ona tak e pochodzi z wy ej wspomnianej normy, jednak poza temperatur zewn trzn i wewn trzn uwzgl dnia ona tak e gł boko ć zalegania wód gruntowych pod budynkiem, redni roczn temperatur i współczynnik poprawkowy. Po obliczeniu całkowitego współczynnika przenikania ciepła wymagane jest okre lenie zast pczego współczynnika przenikania ze stosownych tabel znajduj cych si w normie PN-EN ISO 12831. Obliczenia zostały wykonane dla podpiwniczenia budynku w 25% i dla konstrukcji powierzchni stykaj cych si z gruntem scharakteryzowanych w Tablicy 4μ Tablica 4: Konstrukcja cian podpiwniczenia i podłóg 560
Straty ciepła przez wentylacj obliczono na podstawie wzoruμ W przypadku warsztatów mechanicznych minimalna krotno ć wymiany powietrza ze wzgl dów higienicznych ηmin to Ń,5 kubatury budynku na godzin (na podstawie normy PN- EN ISO 12831). Krotno ć wymiany powietrza dotycz c całego budynku n50 przyj to na podstawie normy PN-źN ISO ń283ń dla budynków o redniej szczelno ci obudowy równej 3, co jest zbie ne z warto ci n50 podan w ksi ce Wentylacja i klimatyzacja A. Pełecha [4] podan dla warsztatów mechanicznych. Współczynnik osłoni cia e przyj to wg normy PN-źN ISO ń283ń dla budynków o rednim osłoni ciu i o przestrzeni ogrzewanej z jednym osłoni tym otworem, czyli Ń,Ń2. Współczynnik poprawkowy ze wzgl du na wysoko ć przyj to na podstawie normy PNźN ISO ń283ń dla budynków o wysoko ci z przedziału ńń-3ń metrów, czyli ε = ń,2. Obliczony strumie powietrza infiltruj cego do budynku przez nieszczelno ci okazał si być zbyt małym, wzgl dem wymaga higienicznych, wobec czego konieczne było obliczenie ilo ci powietrza, która b dzie musiała zostać dostarczona systemem wentylacji mechanicznej. Przebieg procesu ogrzewania powietrza bez rekuperatora przedstawia Rys. 1, natomiast przebieg procesu ogrzewania z zastosowaniem rekuperatora jest przedstawiony na Rys. 2. Rysunek 1: Przebieg procesu ogrzewania przy braku rekuperacji 561
Rysunek 2: Przebieg procesu ogrzewania z rekuperacj Ostatnim etapem oblicze było okre lenie zysków ciepła od technologii i ludzi pracuj cych w budynku. Poniewa analizowany był okres grzewczy, pomini to zyski ciepła od sło ca, gdy przez wi kszo ć czasu albo nie wyst puj albo s znikome. Zyski od technologii zostały przyj te jako 5Ń W od ka dego metra kwadratowego powierzchni, natomiast zyski od ludzi pracuj cych w zakładzie przyj to jako ń3ń W na osob (praca rednioci ka w temp. 2Ń C [2]). Wyniki oblicze przedstawiono w Tablicy 5μ Tablica 5: Zyski i straty mocy cieplnej w budynku Jak widać, zastosowanie rekuperacji w budynku o tych rozmiarach pozwala na ograniczenie mocy maksymalnej urz dze potrzebnych do ogrzewania budynku o ponad ńńń kw (dokładnie ń2,6% mniej). Roczne zapotrzebowanie na energi i no niki energii obliczono przez obliczenie redniej temperatury zewn trznej w sezonie grzewczym. Nast pnie na podstawie Typowych Lat Meteorologicznych Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju dobrano pozostałe parametry zewn trzne wilgotno ć powietrza oraz pr dko ć wiatru. Okre lone w ten sposób chwilowe straty ciepła pomno ono przez czas trwania sezonu grzewczego aby otrzymać interesuj c nas warto ć ilo ci energii cieplnej. Zało ono, e sezon grzewczy trwa od 25 wrze nia do 5 maja, tj. 5352 godziny. 562
Przy zało eniu, e kocioł w glowy stosowany do ogrzewania budynku b dzie miał sprawno ć nieco ponad λń% i stosowany b dzie w giel o warto ci opałowej równej 2λ MJ/kg obliczono, e na potrzeby sezonu grzewczego b dzie konieczne spalenie ń47,25 ton tego surowca. Natomiast zastosowanie systemu rekuperacji pozwoli na ograniczenie ilo ci spalanego rocznie w gla do 6λ,λ6 tony. Jest to 47,5% warto ci pierwotnej, co pozwala na poczynienie znacznych oszcz dno ci zwi zanych z ogrzewaniem budynku a tak e skutecznie ograniczy ilo ć emitowanych CO2, SO2 i pyłów do rodowiska. LITERATURA [1] Lampe, Projekt klimatyzacji a projekt budynku, Arkady, Warszawa, 1981. [2] Norma PN-EN ISO 12524:2003. [3] Norma PN-EN ISO 12831:2006. [4] Pełech, Wentylacja i klimatyzacja, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2ŃŃ8. [5] Pełech, Wentylacja i klimatyzacja ćwiczenia, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2ŃŃ8. [6] Recknagel, Sprenger, Schramek, Kompendium wiedzy: ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, chłodnictwo, OMNISCALA, Wrocław, 2ŃŃ8. [7] Typowe lata meteorologiczne Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju, Warszawa, 2000. 563