promieniowanie RMI

Ogrzewnictwo
–W3
1.
2.
PRZEWODZENIE - przenoszenie energii
wewnątrz materiału przegrody,
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.
2.
3.
4.
5.
6.
Określenie warunków zewnętrznych
(temperatura powietrza zewnętrznego) oraz
temperatur powietrza w przestrzeniach
ogrzewanych i nieogrzewanych budynku (PNEN 12831: 2006)
Określenie charakterystyk cieplnych i
wymiarów poszczególnych elementów
konstrukcji budynku (wspólczynnik
przenikania ciepła) (PN-EN ISO 6946:
2004/08)
Obliczenie strat ciepła przez przenikanie
Obliczenie strat ciepła na wentylację
Obliczenie obciążenia ciepln. pomieszczenia
Obliczenie obciążenia ciepln. całego budynku
6
Temperatura zewnętrzna θe
PN-EN 12831 NB.1 Podział RP na strefy klimatyczne
I - - 16oC
II - -18oC
III - -20oC
IV - -22oC
V - -24oC
Θm,e
I
7,7oC
II
7,9oC
III 7,6oC
IV 6,9oC
V
5,5oC
7
PN-EN 12831 NB.2 / R MI
Projektowa temperatura wewnętrzna
Temperatury
obliczeniowe*)
1
+5°C
Przeznaczenie lub sposób wykorzystywania
pomieszczeń
2
Przykłady pomieszczeń
3
- nieprzeznaczone na pobyt ludzi,
- przemysłowe - podczas działania ogrzewania
dyżurnego (jeżeli pozwalają na to względy
technologiczne)
magazyny bez stałej obsługi, garaże indywidualne,
hale postojowe (bez remontów), akumulatornie,
maszynownie i szyby dźwigów osobowych
- w których nie występują zyski ciepła, a jednorazowy
pobyt osób znajdujących się w ruchu i w okryciach
zewnętrznych nie przekracza 1 h,
klatki schodowe w budynkach mieszkalnych,
- w których występują zyski ciepła od urządzeń
technologicznych, oświetlenia itp., przekraczające
25W na 1 m3 kubatury pomieszczenia
hale sprężarek, pompownie, kuźnie, hartownie,
wydziały obróbki cieplnej
- 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,
magazyny i składy wymagające stałej obsługi, hole
wejściowe, poczekalnie przy salach
widowiskowych bez szatni, kościoły
- w których występują zyski ciepła od urządzeń
technologicznych, oświetlenia itp., wynoszące od 10
do 25 W na 1 m3 kubatury pomieszczenia
hale pracy fizycznej o wydatku energetycznym
powyżej 300 W, hale formierni, maszynownie
chłodni, ładownie akumulatorów, hale targowe,
sklepy rybne i mięsne
+8°C
+12°C
8
Temperatury
obliczeniowe*)
1
+16°C
Przeznaczenie lub sposób wykorzystywania
pomieszczeń
Przykłady pomieszczeń
2
3
- w których nie występują zyski ciepła, przeznaczone
na pobyt ludzi:
- w okryciach zewnętrznych w pozycji siedzącej i
stojącej,
sale widowiskowe bez szatni, ustępy publiczne,
szatnie okryć zewnętrznych, hale produkcyjne, sale
gimnastyczne,
- 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 m3 kubatury pomieszczenia
kuchnie indywidualne wyposażone w paleniska
węglowe
+20°C
-przeznaczone na stały pobyt ludzi bez okryć
zewnętrznych, niewykonujących w sposób ciągły
pracy fizycznej
-Kotłownie i węzły cieplne
pokoje mieszkalne, przedpokoje, kuchnie
indywidualne wyposażone w paleniska gazowe lub
elektryczne, pokoje biurowe, sale posiedzeń, muzea
i galerie sztuki z szatniami, audytoria
+24°C
- przeznaczone do rozbierania, - przeznaczone na
pobyt ludzi bez odzieży
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
przejmowanie
przewodzenie
θi
przejmowanie
• Współczynnik przenikania ciepła
U określa właściwości cieplne
przegrody; jednostka [W/m2K]
θe
λ
[W/mK]
13
Opór cieplny warstwy jednorodnej
R = d / λ , m2K/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
RT= Rsi + ∑ Ri + Rse, m2K/W
Rse - opór przejmowania ciepła po stronie zewn.
przegrody
Rsi, - opór przejmowania ciepła po stronie wewn.
przegrody
Ri - opór przewodzenia ciepła i-tej warstwy
przegrody
Jeżeli przegroda jest przegrodą wewnętrzną, to
przyjmujemy po jej obydwóch stronach Rsi,
Dotyczy to również stropu pod nieogrzewanym
poddaszem lub stropu nad piwnicą.
15
Wartości współczynnika
przejmowania ciepła
m2K/W
kierunek przepływu ciepła
w górę
w dół
poziomy
Rsi,
0,10
0,17
0,13
Rse
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 / RT, W/m2K
Mostki termiczne (cieplne)
Uc = 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
(1)
d, m
λ, W/mK
R, m2K/W
(2)
(3)
(4)
Rsi
-
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
cegła pełna
0,060
0,777
0,08
tynk cementowy
0,015
1,000
0,02
Rse
-
RAZEM
0,590
0,13
0,17
0,04
U = 1/2,93 = 0,35
2,93
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
PNPN-B-02025:2001
Sezonowe zapotrzebowania na
ciepło do ogrzewania budynków
mieszkalnych i zamieszkania
zbiorowego
f ≤ 0,20 to Eo = 29 kWh / (m3 a)
0,20 < f < 0,90 to Eo = 26,6 +12 f
0,90 ≤ f to Eo = 37,4 kWh / (m3 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:
Eo>E
E = Qh / V, kWh / (m3 a)
26
Sezonowe zapotrzebowanie na
ciepło do ogrzewania (1)
Qh = Qz + Qo + Qd + Qp + Qpg +
+ Qsg + Qsp + Qv – 0,9 (Qs + Qi),
[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)
Qh = Qz + Qo + Qd + Qp + Qpg +
+ Qsg + Qsp + Qv – 0,9 (Qs + Qi),
[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
Qn = 100 ∑ AnUn
[kWh / a]
An – pole powierzchni danej przegrody n (lub jej części)
Un– współczynnik przenikania ciepła danej przegrody n
(lub jej części)
29
ściany w piwnicy, strop nad
piwnicą
Qn = 70 ∑ AnUn
[kWh / a]
An – pole powierzchni danej przegrody n (lub jej części)
Un– współczynnik przenikania ciepła danej przegrody n
(lub jej części)
30
ogrzanie powietrza
wentylacyjnego
Qv = 38 ψ
[kWh / a]
ψ – wymagany sumaryczny strumień powietrza
wentylacyjnego dla budynku
31
Zyski ciepła od promieniowania
słonecznego
Qn = 0,6 ∑ AnTRnSn [kWh / a]
An - pole powierzchni danej przegrody przezroczystej (w świetle
ościeży) o n-tej orientacji
TRn – współczynnik przepuszczalności promieniowania szyb o ntej orientacji
Sn – 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
Qi = 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
Θe
Projektowa temperatura wewnętrzna
Θint
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)
Φi = ΦT,i + ΦV,i ,, W
ΦT,i – projektowa strata ciepła przez
przenikanie
ΦV,i – projektowa wentylacyjna strata
ciepła
37
Projektowe obciążenie cieplne
przestrzeni ogrzewanej
(pkt. 8 PN)
ΦHL,i = ΦT,i + ΦV,i , + ΦRH,i , W
ΦRH,i – nadwyżka mocy cieplnej
wymagana do skompensowania
skutków osłabienia ogrzewania
strefy ogrzewanej
38
Projektowa strata ciepła przez
przenikanie (pkt. 7.1 PN)
ΦT,i = (HT,ie + HT,iue + HT,ig + HT,ij )(Θint,i -Θe), W
HT,ie– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni
ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez obudowę budynku,
W/K
HT,iue– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni
ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez przestrzeń
nieogrzewaną (u), W/K
HT,ig– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni
ogrzewanej (i) gruntu (g), W/K
HT,ie– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni
ogrzewanej (i) do sąsiedniej przestrzeni (j), W/K
39
Straty ciepła bezpośrednio na
zewnątrz
HT,ie = Σ Ak Uk ek ,+ Σ ψl ll el
Ak – powierzchnia elementu budynku, m2
Uk– współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m2K
Ψl – współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka
cieplnego (l), W/mK
ll – długość liniowego mostka cieplnego (l), m
ek el – współczynniki korekcyjne 1,0
40
Straty ciepła przez przestrzeń
nieogrzewaną
HT,iue = Σ Ak Uk bu ,+ Σ ψl ll bu
Ak – powierzchnia elementu budynku, m2
Uk– współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m2K
Ψl – współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka
cieplnego (l), W/mK
ll – długość liniowego mostka cieplnego (l), m
bu – współczynniki redukcji temperatury,
41
Straty ciepła między
przestrzeniami o różnych temp.
HT,ij = Σ fi,j Ak Uk
Ak – powierzchnia elementu budynku, m2
Uk– współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m2K
fi,j – współczynniki redukcyjny temperatury,
f =
Θint,i − Θ przyległrz _ przestrzeni
Θ int,i − Θ e
42
Projektowa wentylacyjna strata
ciepła
ΦV,i = HV,ie (Θint,i -Θe), W
HV,ie– współczynnik projektowej wentylacyjnej straty ciepła,
W/K
HV,ie = Vi ρ cp = 0,34 Vi (jeśli Vi w m3/h)
Vi = max {Vinf,i ,Vmin,i },
dla budynku Vi = max {0,5Vinf,i ,Vmin,i }
43
END
44