Poprawa sprawności systemu grzewczego hali przemysłowej

Budmika 2015
II Ogólnopolska Studencka Konferencja Budowlana
22-24 kwietnia 2Ńń5, Pozna
POPRAWA SPRAWNO CI SYSTźMU żRZźWCZźżO HALI
PRZźMYSŁOWźJ POPRZźZ ZASTOSOWANIź SYSTźMU RźKUPźRACJI
Kamil Kozieł
II stopie , ń semestr, AżH Akademia żórniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Wydział żeodezji żórniczej i In ynierii rodowiska
e-mail: [email protected]
Promotor: dr in . Leszek Paj k
1 WST P
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 PNEN 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 PNEN 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]
[2]
[3]
[4]
Lampe, Projekt klimatyzacji a projekt budynku, Arkady, Warszawa, 1981.
Norma PN-EN ISO 12524:2003.
Norma PN-EN ISO 12831:2006.
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