Bilans cieplny budynku

inwentarskiego

Bilans cieplny budynku inwentarskiego

Q

zw

- ciepło produkowane przez zwierzęta

Q

d

- ciepło ze źródeł dodatkowych

Q

1

- straty ciepła na wentylację;

Q

2

- straty ciepła przez przegrody budowlane

Q

3

- straty ciepła na parowanie;

Q

zw

(+Q

d

) = Q

1

+Q

2

+Q

3

Ciepło produkowane przez zwierzęta (Q

zw

)

Q

zw

= SD × Q

prod 1 SD

[kcal/h lub J×s

-1

czyli W ]

Zyski ciepła

Ciepło jawne produkowane przez zwierzęta (Q

zw

)

Zyski ciepła

Gatunek [1SD]

Kkal/h*

KJ/h*

J/s = W*

Konie

600

2500

680

Bydło

600

2500

680

Owce

900

3600

1000

Świnie

700

2700

755

Drób

1500

6500

1800

*Wartości przybliżone, obliczone na podst. Kośla, SGGW Warszawa,2011, ss161-162

Jak liczyć straty ciepła

Proponuję, aby straty cieplny liczyć „od końca”,

czyli:

1. Q

3

- straty ciepła na parowanie z podłóg i

innych przegród konstrukcyjnych;

2. Q

2

- straty ciepła przez przegrody budowlane

3. Q

1

- straty ciepła na wentylację

Q

3

- straty ciepła na parowanie z podłóg i

innych przegród konstrukcyjnych

[Kcal/g]

0,59

[g/h]

0

H

N

[kcal/h]

Q

2

3







3600

[J/g]

2493

[g/h]

0

H

N

[W]

Q

2

3







O

H

parowania

ciepłi

0

H

N

Q

2

2

3







N – narzut wilgotności czyli poprawka na parowanie

•



H

2

O – ilość H

2

O [g] wydalonego w ciągu godziny [h] przez wszystkie zwierzęta

przebywające w pomieszczeniu [g/h] (ewaporacja fizjologiczna);

• 1 SD wydala:
•

Konie, bydło, owce – 300 g H

2

O /h

•

Trzoda chlewna – 400 g H

2

O /h

•

Drób – 700 g H

2

O /h

N – narzut wilgotności czyli poprawka na parowanie
Stajnie, owczarnie, kurniki N = 10%



H

2

O;

Obory głęboka ściółka N = 15%



H

2

O;

płytka ściółka N = 20%



H

2

O;

Chlewnie głęboka ściółka N = 25%



H

2

O,

płytka ściółka, N = 30%



H

2

O

ruszta N= 40%



H

2

O

e









N

O

H

L

2

O

H

2

Wielkość wentylacyjna ze względu na H

2

O

(L

H

2

O

)

Q

2

- strat ciepła przez przegrody

budowlane [Kcal/h; W]

F

k

Q

2







t

F

k

)

(

Q

2







z

w

t

t

t

w

- temperatura wewnątrz pomieszczenia [°C, °K]

t

z

–temperatura na zewnątrz pomieszczenia, w tym

przypadku minimalna temperatura zima dla danej strefy
klimatycznej [°C, °K];
k- współczynnik przenikania ciepła przez przegrody
konstrukcyjne [Kcal/hm

2

°C; W/m

2

°C; W/m

2

°C];

F – powierzchnia przegrody [m

2

]

Strefy klimatyczne Polski

Podział Polski na pięć stref klimatycznych według PN-EN 12831.

Strefa I = -16°C;

Strefa II = -18°C;

Strefa III = -20°C;

Strefa IV = -22°C;

Strefa V = -24°C;

k

- współczynnik przenikania ciepła przez przegrodę

konstrukcyjną

[Kcal/h·m

2·

°C] lub [W/m

2·

°C]

1

k

odp

nap

R

R

R







R

nap

(R

i

) -opór napływu ciepła do pomieszczenia

R

nap ściany i sufity

= 0,133 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,12 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

R

nap podłoga

= 0,2 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,17 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

R- opór cieplny przegrody konstrukcyjnej

[h·m

2

·°C/Kcal

;

m

2

·°C/W

]

R

odp

(R

e

)–opór odpływu ciepła [

h·m

2

·°C/Kcal

;

m

2

·°C/W

];

R

odp ściany i sufity

= 0,05 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,04 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

R

odp podłoga

= 0,1 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,09 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

1)

R

nap

(R

i

) - opór napływu ciepła do pomieszczenia

R

odp

(R

e

) - opór napływu ciepła do pomieszczenia

[h·m

2

·°C/Kcal ; m

2

·°C/W]

λ

nap

-współczynnik napływu ciepła do pomieszczenia [Kcal/h·m

2

·°C; W/m

2

·°C]

λ

nap

ściany, sufit

= 7,5 Kcal/hm

2

°C (Janowski 1977);

= 8,1 W/m

2

·°C (PN-91/B-02020)

λ

nap

posadzki

= 5,0 Kcal/hm

2

°C (Janowski 1977);

= 6,0 W/m

2

·°C (PN-91/B-02020)

λ

odp

–współczynnik odpływu ciepła [Kcal/hm

2

°C; W/m

2

°C];

λ

odp

ściany, sufit

= 20,0 Kcal/hm

2

°C (Janowski 1977);

= 23,0 W/m

2

·°C (PN-91/B-02020)

λ

odp

posadzki

= 10,0 Kcal/hm

2

°C (Janowski 1977);

= 11,6 W/m

2

·°C (PN-91/B-02020)

odp

odp



1

R



nap

nap



1

R



2)

R

- Opór cieplny przegrody konstrukcyjnej

[h·m

2

·°C/Kcal ; m

2

·°C/W]

d

1

, d

2

….. d

n

– grubość warstwy materiału [m]

λ

1

, λ

1

… λ

n

– przenikalność cieplna warstwy materiału budowlanego

dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25, ss 145-148;

dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4







d

R

n

n

d

d

d







....

R

1

1

1

1







2)

3)

k

- współczynnik przenikania ciepła przez przegrody

konstrukcyjne [Kcal/hm

2

°C; W/m

2

°C; W/m

2

°C]

1

k

odp

nap

R

R

R







odp

n

n

nap

R

d

d

d

R



















...

1

k

2

2

1

1

odp

nap

R

d

R











1

k

1)

2)

3)

1) Obliczyć współczynnik przenikania

ciepła przez ściany

k

ścian

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

odp

nap

R

R

R







1

k

ścian

Straty ciepła przez ściany

R

nap ściany i sufity

= 0,133 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,12 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

R- opór cieplny ściany

[h·m

2

·°C/Kcal

;

m

2

·°C/W

]

R

odp ściany i sufity

= 0,05 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,04 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

1) Obliczyć współczynnik przenikania

ciepła przez ściany

k

ścian

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

n

n

d

d

d















...

R

2

2

1

1

ściany

Straty ciepła przez ściany

d

1

d

2

d

3

λ

1

λ

2

λ

3

d

1

, d

2

….. d

n

– grubość warstwy materiału [m]

λ

1

, λ

1

… λ

n

– przenikalność cieplna warstwy

materiału budowlanego

dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25;

dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4.

Straty ciepła przez ściany

2a) Uwzględnić poprawki na strony świata

+10% utraty ciepła dla ścian usytuowanych N, NE, NW, E, W;
+5% utraty ciepła dla ścian usytuowanych S, SE, SW;

lub

średnio +8% utraty ciepła dla ścian bez względu na stronę

świata,

czyli

k

ścian

+8%k

ścian

= k

ścian

+0,08k

ścian

= 1,08k

ścian

Straty ciepła przez ściany

2b) Uwzględnić poprawki na wietrzność

(wiatr)

+5% utraty ciepła dla ścian

nie osłoniętych

drzewami i

innymi przeszkodami (np. inne budynki)

czyli

k

ścian

+5%k

ścian

= k

ścian

+0,05k

ścian

= 1,05k

ścian

Dla ścian

osłoniętych

poprawka wynosi

0% !!!

Straty ciepła przez ściany

F

ściany

= (a·b) – F

okien

– F

wrót/drzwi

a

b

okno

okno

Drzwi/wrota

3) Obliczanie powierzchni ścian F [m

2

]

Q

2 ścian

- strat ciepła przez ściany

[Kcal/h; W]

































2

2

m

[W]

m

C

W

C







































2

2

m

[Kcal/h]

m

C

h

Kcal

C





Q

2 ścian

= (t

w

-t

z

)· (k

ścian

+popr

str świat

+popr

wiatr

)·F

1) Obliczyć współczynnik

przenikania ciepła przez strop

k

ścian

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

odp

nap

R

R

R







1

k

ścian

Straty ciepła przez strop

R

nap ściany i sufity

= 0,133 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,12 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

R- opór cieplny stropu

[h·m

2

·°C/Kcal

;

m

2

·°C/W

]

R

odp ściany i sufity

= 0,05 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,04 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

1) Obliczyć współczynnik przenikania

ciepła przez strop

k

ścian

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

n

n

d

d

d















...

R

2

2

1

1

ściany

Straty ciepła przez strop

d

1

d

2

d

3

λ

1

λ

2

λ

3

d

1

, d

2

….. d

n

– grubość warstwy materiału [m]

λ

1

, λ

1

… λ

n

– przenikalność cieplna warstwy

materiału budowlanego

dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25;

dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4.

Q

2 ścian

- strat ciepła przez strop

[Kcal/h; W]

































2

2

m

[W]

m

C

W

C







































2

2

m

[Kcal/h]

m

C

h

Kcal

C





Q

2 stropu

= (t

w

-t

z

)·k

stropu

·F

Straty ciepła przez strop

Jeżeli budynek posiada

poddasze użytkowe, na

którym składowane jest

min. 30 cm siana lub słomy,

straty ciepła przez strop

można pominąć.

1) Obliczyć współczynnik przenikania

ciepła przez posadzkę

k

ścian

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

odp

n

n

nap

R

d

d

d

R

k



















...

1

2

2

1

1

posadzki

Straty ciepła przez posadzkę

R

nap posadzka

= 0,2 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,17 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

R

odp posadzka

= 0,1 h·m

2

·°C/Kcal

(Janowski 1977)

;

lub 0,09 m

2

·°C/W

(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)

;

1) Obliczyć współczynnik przenikania

ciepła przez strop

k

ścian

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

n

n

d

d

d















...

R

2

2

1

1

ściany

Straty ciepła przez posadzkę

d

1

d

2

d

3

λ

1

λ

2

λ

3

d

1

, d

2

….. d

n

– grubość warstwy materiału [m]

λ

1

, λ

1

… λ

n

– przenikalność cieplna warstwy materiału

budowlanego

dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25;

dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4.

Straty ciepła przez posadzkę

2

a

b

2) Obliczanie powierzchni stref posadzki [m

2

]

2 m

2 m

2 m

2 m

2 m

2 m

Strefa IV

Strefa III

Strefa II

Strefa I

Straty ciepła przez posadzkę

2) Obliczanie powierzchni stref posadzki [m

2

]

2

a

b

2 m

2 m

2 m

Strefa IV

Strefa

III

Strefa II

Strefa

I

F

I

[m

2

]

= (a·b) - [(a - 2)·(b - 2)] =

= 2

[m]

·(a+b-2)

[m]

F

II

[m

2

]

= (a·b) - [(a - 4)·(b - 4)] =

= 4

[m]

·(a+b-4)

[m]

F

III

[m

2

]

= (a·b) - [(a-6)·(b-6)] =

= 6

[m]

·(a+b-6)

[m]

F

IV

[m

2

]

= (a·b) - [(a-8)·(b-8)] =

= 8

[m]

·(a+b-8)

[m]

Współczynnik przeliczeniowy:

F

I

= 0,4;

F

II

= 0,2;

F

III

= 0,1;

F

IV

= 0,06

Q

2 ścian

- strat ciepła przez posadzkę

[Kcal/h] lub [W]

































2

2

m

[W]

m

C

W

C







































2

2

m

[Kcal/h]

m

C

h

Kcal

C





Q

2 stropu

= (t

w

-t

z

)·k

stropu

·[0,4F

I

+ 0,2F

II

+0,1F

III

+0,06F

IV

]

1) Obliczyć współczynnik przenikania

ciepła przez okna

k

okna

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

Straty ciepła przez okna

1. Wybrać rodzaj okna;

2. Odczytać współczynnik k

okna

z:

•Janowski 1977, Tab. 26 dla [Kcal/h·m·°C];

•PN-91/B-02020, załącznik 1. dla [W/m·°C];

• oferty konkretnego producenta.

Straty ciepła przez okna

2a) Uwzględnić poprawki na strony świata

+10% utraty ciepła dla okien usytuowanych N, NE, NW, E, W;
+5% utraty ciepła dla okien usytuowanych S, SE, SW;

lub

średnio +8% utraty ciepła dla ścian bez względu na stronę

świata,

czyli

k

okna

+8%k

okna

= k

okna

+0,08k

okna

= 1,08k

okna

Straty ciepła przez okna

2b) Uwzględnić poprawki na wietrzność

(wiatr)

+5% utraty ciepła dla oknien

nie osłoniętych

drzewami i

innymi przeszkodami (np. inne budynki)

czyli

k

okna

+5%k

okna

= k

okna

+0,05k

okna

= 1,05k

okna

Dla okien

osłoniętych

poprawka wynosi

0% !!!

Straty ciepła przez okna

F

okien

=



F

okna

a

b

okno

okno

Drzwi/wrota

3) Obliczanie powierzchni okien F [m

2

]

Q

2 ścian

- strat ciepła przez okna

[Kcal/h]

lub

[W]

































2

2

m

[W]

m

C

W

C







































2

2

m

[Kcal/h]

m

C

h

Kcal

C





Q

2 okien

= (t

w

-t

z

)· (k

okna

+popr

str świat

+popr

wiatr

)·F

1) Obliczyć współczynnik przenikania

ciepła przez wrota lub drzwi

k

okna

[Kcal/hm

2

°C]

lub

[W/m

2

°C]

Straty ciepła przez wrota i drzwi

1. Wybrać rodzaj wrót lub drzwi;

2. Odczytać współczynnik k

okna

z:

•Janowski 1977, Tab. 26 dla [Kcal/h·m·°C];

•PN-91/B-02020, załącznik 1. dla [W/m·°C];

• oferty konkretnego producenta.

Straty ciepła przez wrota i drzwi

2a) Uwzględnić poprawki na strony świata

+10% utraty ciepła dla okien usytuowanych N, NE, NW, E, W;
+5% utraty ciepła dla okien usytuowanych S, SE, SW;

lub

średnio +8% utraty ciepła dla ścian bez względu na stronę

świata,

czyli

K

drzwi

+8%k

drzwi

= k

drzwia

+0,08k

drzwi

= 1,08k

drzwi

Straty ciepła przez wrota i drzwi

2b) Uwzględnić poprawki na wietrzność

(wiatr)

+5% utraty ciepła dla oknien

nie osłoniętych

drzewami i

innymi przeszkodami (np. inne budynki)

czyli

k

drzwi

+5%k

drzwi

= k

drzwi

+0,05k

drzwi

= 1,05k

drzwi

Dla drzwi

osłoniętych

poprawka wynosi

0% !!!

Straty ciepła przez wrota i drzwi

2c) Uwzględnić poprawki na otwieranie

+100% - dla wrót dwuskrzydłowych;
+150% - dla wrót i drzwi często otwieranych

czyli

k

drzwi

+100%k

drzwi

= k

drzwi

+1,0 k

drzwi

= 2,0k

drzwi

lub

k

drzwi

+150%k

drzwi

= k

drzwi

+1, 5k

drzwi

= 2,5k

drzwi

Straty ciepła przez wrota i drzwi

F

drzwi

=



F

drzwi

a

b

okno

okno

Drzwi/wrota

3) Obliczanie powierzchni okien F [m

2

]

Q

2 drzwi

- strat ciepła przez wrota i drzwi

[Kcal/h]

lub

[W]

































2

2

m

[W]

m

C

W

C







































2

2

m

[Kcal/h]

m

C

h

Kcal

C





Q

2 drzwi

= (t

w

-t

z

)· (k

drzwi

+popr

str świat

+popr

wiatr

+popr

otw

)·F

Q

2

– przez przegrody budowlane

[Kcal/h]

lub

[W]

































2

2

m

m

C

W

C

[W]







































2

2

m

m

C

h

Kcal

C

[Kcal/h]





Q

2

= Q

2 ścian

+ Q

2 stropu

+ Q

2 posadzki

+ Q

2 okien

+ Q

2 drzwi

(t

w

-t

z

)· (kF

ścian

+ kF

stropu

+ kF

posadzki

+ kF

okien

+ kF

drzwi

)

Obliczanie Q

1

czyli strat ciepła na wentylację

(tzn. na ogrzanie powietrza dopływającego)

Obliczanie Q

1

Wzór najczęściej stosowany i zalecany

Q

1

- strat ciepła na wentylację (na ogrzanie

powietrza dopływającego) [Kcal/h] lub [W]

p

t

t

p

t

c

a

L

c

G

w



















[kcal/h]

Q

1

Δ

t

=(t

w

- t

z

) [

°C lub °K];

G -

wielkość wentylacyjna wyrażona w [kg/h];

C

p

– pojemność cieplna powietrza

c

v

≈ 0,24 Kcal/kg ·°C; lub c

p

≈ 1000 J/kg ·°C;

L-

wielkość wentylacyjna [m

3

/h];

a (

ρ) – ciężar właściwy powietrza [kg/m

3

] w t

w

w danym ciśnieniu.

z Janowski, 1977; tab. 23 lub ze wzoru:

p

t

p

t

c

a

L

c

G



















3600

3600

[W]

Q

1

T

r

p







gdzie: p – ciśnienie Pa; T – temperatura w °K
r- indywidualna stała gazowa dla powietrza = 287,05 J/kg·K











































C

kg

Kcal

m

kg

h

m

C

C

kg

Kcal

h

kg

C









3

3

[Kcal/h]





















































































C

kg

J

m

kg

s

m

C

C

kg

J

m

kg

h

m

C

C

kg

J

h

kg

C













3

3

3

3

3600

3600

[W]

Obliczanie Q

1

Wzór prostszy

Q

1

- strat ciepła na wentylację (na ogrzanie powietrza

dopływającego) [Kcal/h] lub [W]

za Kośla, 2011; z modyfikacja własna Lis

v

z

w

c

L

t

t









)

(

[kcal/h]

Q

1

t

w

- temperatura wewnątrz pomieszczenia [°C, °K]

t

z

– temperatura na zewnątrz pomieszczenia, w tym przypadku minimalna

temperatura zimą dla danej strefy klimatycznej [°C lub °K];
L- wielkość wentylacyjna [m

3

/h];

c

v

– objętościowa pojemność cieplna powietrza

c

v

≈ 0,31 Kcal/m

3

·°C; lub c

v

≈ 1297 J/m

3

·°C;

v

z

w

c

L

t

t









3600

)

(

[W]

Q

1





















C

m

Kcal

h

m

C





3

3

[Kcal/h]































































s

J

C

m

J

s

m

C

C

m

J

h

m

C









3

3

3

3

3600

[W]

Straty ciepła

Q

strat

= Q

1

+Q

2

+Q

3

Q

strat

=

Δ

t

·[(G·c

p

)+(



kF)] + Q

3

Sprawdzenie bilansu cieplnego

Obliczanie

Wskaźnika Właściwości Termicznych (WWT)

(zgodnie z PN-91/B 020020)

100

Q

Q

[%]

WWT

strat

zwierz





Sprawdzenie bilansu cieplnego

Bilans cieplny musi być zrównoważony lub dodatni

Q

zwierząt

≥ Q

strat

Mimo wszystko należy sprawdzić, dla jakiej

temperatury zewnętrznej bilans się równoważy.

Przyjmuje się, że bilans cieplny jest

zrównoważony, gdy:

WWT ≥90%

Obliczanie temperatury bilansowania

termicznego budynku

Q

1

+Q

2

+Q

3

=Q

zysk

(t

w

-t

z

)·[(G·c

p

)+(



kF)] + Q

3

= Q

zysk

Zakładamy, że:

Q

strat

= Q

zysk

























kF

c

G

Q

Q

)

t

(t

p

3

zysk

z

w

(t

w

-t

z

)·[(G·c

p

)+(



kF)] =Q

zysk

- Q

3



 



















kF

c

G

Q

Q

t

t

p

3

zysk

w

z

Sprawdzanie bilansu cieplnego

Jeżeli bilans cieplny jest ujemny

Q

zw

< Q

strat

(WWT<90%)

to

1) Mimo wszystko należy sprawdzić dla jakiej temperatury
zewnętrznej bilans się równoważy;

2) Należy sprawdzić, o ile należy przymknąć
wentylację, aby bilans się równoważył.

Przymykanie wentylacji (PW)

PW< 66%

Ponownie należy sprawdzić dla jakiej temperatury
zewnętrznej bilans się równoważy, w przypadku
zmniejszenia L (G) o PW.

100

Q

Q

-

Q

[%]

PW

1

zwierz

strat





Sprawdzanie bilansu cieplnego

Nie wolno przymknąć

wentylacji o więcej niż

2/3 (66%)!!!

Jeżeli PW ≥ 66%

Należy przeprojetować budynek.

Przykro mi !!!



Sprawdzanie bilansu cieplnego