Ogrzewnictwo W 3
1. PRZEWODZENIE - przenoszenie energii wewnątrz materiału przegrody, 2. UNOSZENIE (konwekcja) - poszczególne cząstki ciała, w którym przenosi się ciepło, zmieniają swoje położenie. - wymuszona (ruch płynu przejmującego ciepło jest wywołany sztucznie ) - swobodna (ruch płynu wywołany różnicą jego gęstości) 3. PROMIENIOWANIE - przenoszenie ciepła przez promieniowanie elektromagnetyczne w pewnym zakresie długości fal. Promieniowanie nie wymaga obecności ośrodka materialnego i może rozchodzić się w próżni Wymiana ciepła 2
PRZENIKANIE = przewodzenie + przejmowanie ciepła + promieniowanie PRZEJMOWANIE = konwekcja + przewodzenie Wymiana ciepła złożona 3
PROJEKTOWE OBCIĄŻENIE CIEPLNE (warunki projektowania instalacji zaopatrzenia w ciepło) (w W lub kw) ilość ciepła w jednostce czasu, w określonych warunkach obliczeniowych - projektowanie instalacji c.o. AUDYT ENERGETYCZNY (w J lub GJ) ilość ciepła zużywana w ciągu sezonu grzewczego do ogrzewania i ewentualnie przygotowania c.w.u. - termomodernizacja budynków CERTYFIKACJA obliczana i brana do dalszych analiz (w J lub GJ) ilość energii zużywanej w budynku w ciągu roku (c.o., c.w.u., oświetlenie, wentylacja, klimatyzacjia itd) wykonywany co najmniej raz na 10 lat - charakterystyka energetyczna budynków 4
Zapotrzebowanie ciepła projektowe obciążenie cieplne 5
Algorytm działania: 1. Określenie warunków zewnętrznych (temperatura powietrza zewnętrznego) oraz temperatur powietrza w przestrzeniach ogrzewanych i nieogrzewanych budynku (PN- EN 12831: 2006) 2. Określenie charakterystyk cieplnych i wymiarów poszczególnych elementów konstrukcji budynku (wspólczynnik przenikania ciepła) (PN-EN ISO 6946: 2004/08) 3. Obliczenie strat ciepła przez przenikanie 4. Obliczenie strat ciepła na wentylację 5. Obliczenie obciążenia ciepln. pomieszczenia 6. Obliczenie obciążenia ciepln. całego budynku 6
Temperatura zewnętrzna θ e PN-EN 12831 NB.1 Podział RP na strefy klimatyczne I - - 16 o C II - -18 o C III - -20 o C IV - -22 o C V - -24 o C Θ m,e I 7,7 o C II 7,9 o C III 7,6 o C IV 6,9 o C V 5,5 o C 7
PN-EN 12831 NB.2 / R MI Projektowa temperatura wewnętrzna Temperatury obliczeniowe*) Przeznaczenie lub sposób wykorzystywania pomieszczeń Przykłady pomieszczeń 1 2 3 +5 C +8 C +12 C - nieprzeznaczone na pobyt ludzi, - przemysłowe - podczas działania ogrzewania dyżurnego (jeżeli pozwalają na to względy technologiczne) - w których nie występują zyski ciepła, a jednorazowy pobyt osób znajdujących się w ruchu i w okryciach zewnętrznych nie przekracza 1 h, - w których występują zyski ciepła od urządzeń technologicznych, oświetlenia itp., przekraczające 25W na 1 m 3 kubatury pomieszczenia - w których nie występują zyski ciepła, przeznaczone do stałego pobytu ludzi, znajdujących się w okryciach zewnętrznych lub wykonujących pracę fizyczną o wydatku energetycznym powyżej 300 W, - w których występują zyski ciepła od urządzeń technologicznych, oświetlenia itp., wynoszące od 10 do 25 W na 1 m 3 kubatury pomieszczenia magazyny bez stałej obsługi, garaże indywidualne, hale postojowe (bez remontów), akumulatornie, maszynownie i szyby dźwigów osobowych klatki schodowe w budynkach mieszkalnych, hale sprężarek, pompownie, kuźnie, hartownie, wydziały obróbki cieplnej magazyny i składy wymagające stałej obsługi, hole wejściowe, poczekalnie przy salach widowiskowych bez szatni, kościoły hale pracy fizycznej o wydatku energetycznym powyżej 300 W, hale formierni, maszynownie chłodni, ładownie akumulatorów, hale targowe, sklepy rybne i mięsne 8
Temperatury obliczeniowe*) Przeznaczenie lub sposób wykorzystywania pomieszczeń Przykłady pomieszczeń 1 2 3 +16 C +20 C +24 C - w których nie występują zyski ciepła, przeznaczone na pobyt ludzi: - w okryciach zewnętrznych w pozycji siedzącej i stojącej, - bez okryć zewnętrznych, znajdujących się w ruchu lub wykonujących pracę fizyczną o wydatku energetycznym do 300 W, - w których występują zyski ciepła od urządzeń technologicznych, oświetlenia itp., nieprzekraczające 10 W na 1 m 3 kubatury pomieszczenia -przeznaczone na stały pobyt ludzi bez okryć zewnętrznych, niewykonujących w sposób ciągły pracy fizycznej -Kotłownie i węzły cieplne - przeznaczone do rozbierania, - przeznaczone na pobyt ludzi bez odzieży sale widowiskowe bez szatni, ustępy publiczne, szatnie okryć zewnętrznych, hale produkcyjne, sale gimnastyczne, kuchnie indywidualne wyposażone w paleniska węglowe pokoje mieszkalne, przedpokoje, kuchnie indywidualne wyposażone w paleniska gazowe lub elektryczne, pokoje biurowe, sale posiedzeń, muzea i galerie sztuki z szatniami, audytoria łazienki, rozbieralnie-szatnie, umywalnie, natryskownie, hale pływalni, gabinety lekarskie z rozbieraniem pacjentów, sale niemowląt i sale dziecięce w żłobkach, sale operacyjne 9
fizyka przegród budowlanych 10
Normy: PN-EN ISO 6946:2008. Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynniki przenikania ciepła. Metody obliczeń (oryg.) PN-EN 14683: 2007. Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne PN-B-02025:2001 Obliczenie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego PN-EN ISO 10077-1: 2002. Właściwości cieplne okien, drzwi, żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła (cz. 1: Metoda uproszczona)... 11
Przegrody budowlane Jednowarstwowa zbudowana z jednego materiału Jednorodna cieplnie ma takie same właściwości fizyko-chemiczne ; warstwa jednorodna cieplnie to warstwa o stałej grubości i o właściwościach cieplnych jednorodnych lub takich, które można uznać za jednorodne 12
Przenikanie ciepła Współczynnik przenikania ciepła U określa właściwości cieplne przegrody; jednostka [W/m 2 K] θ i przejmowanie λprzewodzenie przejmowanie θ e [W/mK] 13
Opór cieplny warstwy jednorodnej R = d / λ, m 2 K/W Gdzie: d - grubość warstwy [m], λ - współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK] Współczynnik przewodzenia ciepła dla różnych materiałów podawany jest dla warunków wilgotnych lub średniowilgotnych. W przypadku gdy wilgotność względna w pomieszczeniu nie przekracza 75% do obliczeń przyjmować należy warunki średniowilgotne 14
Przegrody wielowarstwowe R T = R si + R i + R se, m 2 K/W R se - opór przejmowania ciepła po stronie zewn. przegrody R si, - opór przejmowania ciepła po stronie wewn. przegrody R i - opór przewodzenia ciepła i-tej warstwy przegrody Jeżeli przegroda jest przegrodą wewnętrzną, to przyjmujemy po jej obydwóch stronach R si, Dotyczy to również stropu pod nieogrzewanym poddaszem lub stropu nad piwnicą. 15
Wartości współczynnika przejmowania ciepła m 2 K/W kierunek przepływu ciepła w górę w dół poziomy R si, 0,10 0,17 0,13 R se 0,04 0,04 0,04 16
warstwa powietrzna jako element przegrody budowlanej Niewentylowana warstwa powietrza (tabela w PN) Słabo wentylowana warstwa powietrza (wg wzoru z PN) Dobrze wentylowana warstwa powietrza (nie uwzględniamy dalszych warstw, 2 x Rsi) 17
Współczynnik przenikania ciepła U = 1 / R T, W/m 2 K Mostki termiczne (cieplne) U c = U + U 18
Poprawki współczynnika przenikania ciepła (mostki termiczne) Nieszczelności w warstwie izolacji Łączniki mechaniczne w warstwie izolacji Opady na dach o odwróconym układzie warstw Niejednorodność przegrody Narożniki, okna, połączenie stropu ze ścianą nośną 19
Współczynnik przenikania ciepła d, m λ, W/mK R, m 2 K/W (1) (2) (3) (4) R si - 0,13 tynk cementowy 0,015 1,000 0,02 cegła pełna 0,250 0,770 0,32 wełna mineralna 0,100 0,045 2,22 Niewent. warstwa powietrzna 0,150 0,17 cegła pełna 0,060 0,777 0,08 tynk cementowy 0,015 1,000 0,02 R se - 0,04 RAZEM 0,590 2,93 U = 1/2,93 = 0,35 20
Rozkład temperatur w przegrodzie
Zapotrzebowanie ciepła ochrona cieplna 22
Maksymalny współczynnik przenikania ciepła U max > U + U (?) RMI podaje wartości graniczne, jednak bez wyjaśnienia, czy z uwzględnieniem, czy bez uwzględnienia mostków termicznych 23
PN-B-02025:2001 Sezonowe zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego f 0,20 to E 3 o = 29 kwh / (m a) 0,20 < f < 0,90 to E o = 26,6 +12 f 0,90 f to E o = 37,4 kwh / (m 3 a) f współczynnik kształtu budynku Eo graniczny wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło 24
Współczynnik kształtu budynku f = A / V, m -1 stosunek pola powierzchni przegród zewnętrznych A do ogrzewanej kubatury budynku (netto) V Pole powierzchni przegród zewnętrznych A jest sumą powierzchni przegród (w osiach przegród prostopadłych) oraz powierzchni okien i drzwi (w świetle ościeży) przez które następują straty ciepła przez przenikanie 25
Warunek efektywności energetycznej budynku: E o > E E = Q h / V, kwh / (m 3 a) 26
Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania (1) Q h = Q z + Q o + Q d + Q p + Q pg + + Q sg + Q sp + Q v 0,9 (Q s + Q i ), [kwh / a] straty ciepła przez przenikanie przez ściany zewnętrzne w sezonie grzewczym: z ściany zewnętrzne o okna d stropodach p strop nad piwnicą i ściany pomieszczeń ogrzewanych w piwnicy g do gruntu sp strop nad przejazdem... 27
Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania (2) Q h = Q z + Q o + Q d + Q p + Q pg + + Q sg + Q sp + Q v 0,9 (Q s + Q i ), [kwh / a] v straty ciepła do podgrzania powietrza wentylacyjnego w sezonie grzewczym: s zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna w sezonie grzewczym i - wewnętrzne zyski ciepła w sezonie grzewczym 28
ściany zewnętrzne, okna, stropodach, strop nad przejazdem Q n = 100 A n U n [kwh / a] A n pole powierzchni danej przegrody n (lub jej części) U n współczynnik przenikania ciepła danej przegrody n (lub jej części) 29
ściany w piwnicy, strop nad piwnicą Q n = 70 A n U n [kwh / a] A n pole powierzchni danej przegrody n (lub jej części) U n współczynnik przenikania ciepła danej przegrody n (lub jej części) 30
ogrzanie powietrza wentylacyjnego Q v = 38 ψ [kwh / a] ψ wymagany sumaryczny strumień powietrza wentylacyjnego dla budynku 31
Zyski ciepła od promieniowania słonecznego Q n = 0,6 A n TR n S n [kwh / a] A n - pole powierzchni danej przegrody przezroczystej (w świetle ościeży) o n-tej orientacji TR n współczynnik przepuszczalności ci promieniowania szyb o n- tej orientacji S n suma promieniowania całkowitego na płaszczyznę pionową o n-tej orientacji 0,6 średni udział pola powierzchni szyb w całkowitej powierzchni okna 32
Wewnętrzne zyski ciepła Q i = 5,3 [80 N + 275 Lm] [kwh / a] N liczba osób przebywających w budynku Lm liczba mieszkań w budynku 33
PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego 34
Zakres normy Podstawowe warunki projektowe tj.: - z ograniczoną wysokością pomieszczeń (do 5 m) - pomieszczenia ogrzewane w warunkach projektowych do stanu ustalonego Przypadki szczególne - pomieszczenia o dużej wysokości lub dużej kubaturze - temperatura powietrza i średnia temperatura promieniowania znacznie się różnią 35
Załącznik krajowy Projektowa temperatura zewnętrzna Θ e Projektowa temperatura wewnętrzna Θ int Współczynniki poprawkowe Wymiary zewnętrzne, wymiar pionowy od powierzchni podłogi do powierzchni podłogi, ściany wewnętrzne do połowy ich grubości 36
Całkowita projektowa strata ciepła przestrzeni ogrzewanej (pkt. 7 PN) Φ i = Φ T,i + Φ V,i,, W Φ T,i projektowa strata ciepła przez przenikanie Φ V,i projektowa wentylacyjna strata ciepła 37
Projektowe obciążenie cieplne przestrzeni ogrzewanej (pkt. 8 PN) Φ HL,i = Φ T,i + Φ V,i, + Φ RH,i, W Φ RH,i nadwyżka mocy cieplnej wymagana do skompensowania skutków osłabienia ogrzewania strefy ogrzewanej 38
Projektowa strata ciepła przez przenikanie (pkt. 7.1 PN) Φ T,i = (H T,ie + H T,iue + H T,ig + H T,ij )(Θ int,i -Θ e ), W H T,ie współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez obudowę budynku, W/K H T,iue współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez przestrzeń nieogrzewaną (u), W/K H T,ig współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) gruntu (g), W/K H T,ie współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do sąsiedniej przestrzeni (j), W/K 39
Straty ciepła bezpośrednio na zewnątrz H T,ie = Σ A k U k e k, + Σψ l l l e l A k powierzchnia elementu budynku, m 2 U k współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m 2 K Ψ l współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka cieplnego (l), W/mK l l długość liniowego mostka cieplnego (l), m e k e l współczynniki korekcyjne 1,0 40
Straty ciepła przez przestrzeń nieogrzewaną H T,iue = Σ A k U k b u, + Σψ l l l b u A k powierzchnia elementu budynku, m 2 U k współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m 2 K Ψ l współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka cieplnego (l), W/mK l l długość liniowego mostka cieplnego (l), m b u współczynniki redukcji temperatury, 41
Straty ciepła między przestrzeniami o różnych temp. H T,ij = Σ f i,j A k U k A k powierzchnia elementu budynku, m 2 U k współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m 2 K fi,j współczynniki redukcyjny temperatury, f = Θ int, i Θ Θ przyległrz _ przestrzeni int, i Θ e 42
Projektowa wentylacyjna strata ciepła Φ V,i = H V,ie (Θ int,i -Θ e ), W H V,ie współczynnik projektowej wentylacyjnej straty ciepła, W/K H V,ie = V i ρ c p = 0,34 V i (jeśli V i w m 3 /h) V i = max {V inf,i,v min,i }, dla budynku V i = max {0,5V inf,i,v min,i } 43
END 44