Wydział Mechaniczno-Energetyczny
kierunek studiów: Energetyka
specjalność: Energetyka komunalna
SYSTEMY KLIMATYZACYJNE  PROJEKT
BILANS ZAPOTRZEBOWANIA NA NIEZB
DN
WYDAJNOŚĆ
CHA
ODNICZ
INSTALACJI KLIMATYZACYJNEJ
Michał Górak, 196372
ProwadzÄ…cy: ................................................. ....................... .......................
imiÄ™ i nazwisko ocena podpis
Wrocław 2014
1. Szkic rozmieszczenia pomieszczeń
Rysunek znajduje się w załączniku do projektu.
2. Założenia projektowe:
" Typ obiektu: zespół pomieszczeń biurowych (2 os./10 m2), 2 pomieszczenia na
4 piętrze budynku wielopiętrowego
" Rozmiary łączne: 2 pomieszczenia o łącznej powierzchni 100 m2 i wysokości 3
m: 1 pomieszczenia o wymiarach 8x8 m, jedno pomieszczenie o kształcie
trójkąta prostokątnego  przyprostokątnych długości kolejno 8 m i 9 m
" Elewacja i okna: współczynnik przenikania ciepła dla okien k=1,5 W/m2K, 3
okna o wymiarach 1,4x1.8 m w odstępach 1.5 m, azymut elewacji: Wsch  Pd,
Pn
" MiesiÄ…c bilansowy: czerwiec
" Konstrukcja ścian: 2 ściany zewnętrzne (gazobeton 0,25 m; dwie warstwy
tynku zewnętrzna i wewnętrzna, każda o grubości 0,05 m); wewnętrzne ścianki
działowe z bloczków gipsowych o grubości 0,2 m i 2 warstw tynku o grubości
0,05 m)
" Konstrukcja stropów: sufit (3 warstwy papy bitumicznej, każda o grubości
0,002 m; pianka twarda o grubości 0,1 m; gazobeton o grubości 0,15 m; tynk o
grubości 0,05 m); podłoga (pustak o grubości 0,24 m; tynk o grubości 0,05 m;
drewno o grubości 0,02 m)
" Temperatura w pomieszczeniach przylegajÄ…cych: tpp=23 °C
" Temperatura powietrza na zewnÄ…trz: tz=28,5 °C
" Pożądana temperatura w pomieszczeniach klimatyzowanych: tw=21 °C
" Względna wilgotność powietrza w pomieszczeniach klimatyzowanych: 45 %
" Średnia prędkość ruchu powietrza w klimatyzowanych pomieszczeniach: 0,2
1m/s
" Współczynniki wnikania ciepła dla przegród:
ściana zewnętrzna  ąśzew=22 W/m2K; ściana wewnętrzna  ąśwew=7 W/m2K
3. Zestawienie dobranych materiałów, zastosowanej grubości oraz współczynników
przenikania ciepła
Tab. 1. Materiały dobrane do konstrukcji ścian i stropów wraz ze współczynnikami
przenikania ciepła
WSP. PRZENIKANIA CIEPA
A,
MATERIAA
GRUBOŚĆ, m
W/mK [PN-EN ISO 12524:2003]
Gazobeton (ściana zewn.) = 0,25
= 0,18
Gazobeton (sufit) = 0,15
Tynk zewnętrzny = 0,05 = 0,76
Tynk wewnętrzny = 0,05 = 0,70
Papa bitumiczna (1 warstwa) = 0,002 = 0,18
Pianka = 0,10 = 0,03
Drewno = 0,02 = 0,22
Pustak = 0,24 = 0,30
Bloczek gipsowy = 0,20 = 0,18
4. Bilans cieplny  przegrody budowlane
a) chwilowa temperatura powietrza zewnętrznego
- - 9
= - 1 - = 28,5 °
2 12
= 28,5 ° - maksymalna temperatura w miesiÄ…cu bilansowym
= 17,5 ° - minimalna temperatura w miesiÄ…cu bilansowym
= 15.00  godzina przyjęta do obliczeń (dla niej występuje największa
temperatura)
Obliczone tz odpowiada wartości odczytanej z tabeli.
b) średnia dobowa temperatura powietrza
Z książki  Wentylacja i klimatyzacja - podstawy A. Pełecha, str. 97, tab. 3.3
dla każdej godziny oraz podanej dla niej temperatury obliczono średnią
dobową temperaturę powietrza tm. Stosując wzór:
"
= +
gdzie:
= 22  współczynnik wnikania ciepła dla ściany zewnętrznej
pomieszczeń
= 0,5 - współczynnik absorpcji promieniowania przez powierzchnię
przegrody dla tynku jasnego
- natężenie całkowitego promieniowania słonecznego padającego na
powierzchnię przegrody; dla każdego azymutu oraz przegrody poziomej
przyjmują one następujące wartości (odczytane dla godziny 15.00):
Tab. 2. Wartości natężenia całkowitego promieniowania dla godziny 15.00
Azymut SE Azymut N Przegroda pozioma
= 125 = 126 = 682
i podstawiając za tz kolejno temperaturę dla każdej godziny, obliczono 24
temperatury. Następnie wyznaczono średnią każdej z nich. Mają one
następujące wartości dla poszczególnych azymutów oraz przegrody poziomej:
Tab. 3. Wartości średniej dobowej temperatury powietrza dla poszczególnych
azymutów i przegrody poziomej
Azymut SE Azymut N Przegroda pozioma
= 25,7 ° = 25,8 ° = 38,4 °
c) temperatura słoneczna powietrza zewnętrznego
"
= +
= 28,5 °  obliczona temperatura powietrza zewnÄ™trznego
 wartości zestawione w Tab. 2. dla poszczególnych azymutów oraz
przegrody poziomej
= 22  współczynnik wnikania ciepła dla ściany zewnętrznej
pomieszczeń
Wartości obliczonej temperatury słonecznej powietrza zewnętrznego:
Tab. 4. Wartości temperatury słonecznej powietrza zewnętrznego dla
poszczególnych azymutów i przegrody poziomej
Azymut SE Azymut N Przegroda pozioma
= 31,34 ° = 31,36 ° = 44 °
d) współczynniki przenikania ciepła dla przegród budowlanych
Grubości poszczególnych warstw oraz współczynniki przewodzenia ciepła
zestawione sÄ… w Tabeli 1.
" Ściany boczne (na których znajdują się okna):
1
=
Å›
1 1
+ + + +
Å› Å›
1
= = 0,583
Å›
1 0,25 0,05 0,05 1
+ + + +
22 0,18 0,76 0,7 7
" Sufit:
1
=
3 " 1 = 0,224
1
+ + + + +
Å› Å›
" Podłoga:
1
= = 0,801
1 1
+ + + +
Å› Å›
" Ściany działowe:
1
= = 0,814
1 1
+ + + +
Å› Å›
5. Bilans cieplny poszczególnych pomieszczeń
a) zyski ciepła przez przegrody nieprzezroczyste:
" Wskaz
nik m:
" "
= = 720 - budynek Typ III (średni)
- powierzchnia i-tej przegrody (ściany zewnętrzne bez
uwzględnienia okien, podłoga, sufit)
- masa 1 m2 i-tej przegrody
- powierzchnia podłogi
" Pomieszczenie I
Ściana boczna zewnętrzna (azymut N):
Chwilowy strumień ciepła:
= - + -
Å›
gdzie:
= 0,7 - współczynnik zmniejszenia amplitudy
- średnia dobowa temperatura powietrza (Tab.3)
- temperatura powietrza w klimatyzowanych
pomieszczeniach
- temperatura słoneczna powietrza zewnętrznego (Tab. 4)
= 0,583 " 25,8 - 21 + 0,7 " 31,36 - 25,8
= 5,071
Zysk ciepła przez tę przegrodę:
= " = 5,071 " 16,44 = 83,37
= 8 " 3 - 3 " 1,4 " 1,8 = 16,44 - powierzchnia ściany
bocznej pomniejszona o całkowitą powierzchnię okien (3 okna
na ścianie)
Sufit:
Jednostkowy strumień ciepła:
= - + -
= 0,224 " 38,4 - 21 + 0,7 " 44 - 38,4
= 4,781
gdzie:
= 0,7 - współczynnik zmniejszenia amplitudy
- średnia dobowa temperatura powietrza (Tab.3)
- temperatura powietrza w klimatyzowanych
pomieszczeniach
- temperatura słoneczna powietrza zewnętrznego(Tab. 4)
Zysk ciepła przez tę przegrodę:
= " = 4,781 " 64 = 305,96
= 8 " 8 = 64 - powierzchnia sufitu
 Podłoga:
Zysk ciepła przez podłogę:
= " " - = 64 " 0,801 " 23 - 21
= 102,56
gdzie:
= 8 " 8 = 64 - powierzchnia podłogi
Pomieszczenia przylegajÄ…ce:
Zysk ciepła przez ściany działowe (2 pomieszczenia
przylegajÄ…ce):
= 2 " " " - = 24 " 0,814 " 23 - 21
= 78,14
gdzie:
= 8 " 3 = 24 - powierzchnia wewnętrznej ściany
bocznej
Korzystając z powyższej metody obliczeń, wyznaczono
wartości zysków ciepła dla pomieszczenia II:
" Pomieszczenie II
Ściana boczna zewnętrzna (azymut SE):
Chwilowy strumień ciepła:
= - + - = 5,045
Å›
Zysk ciepła przez tę przegrodę:
= " = 131,36
= 12,04 " 3 - 4 " 1,4 " 1,8 = 26,04 - powierzchnia
ściany bocznej pomniejszona o całkowitą powierzchnię okien (4
okna na ścianie)
Sufit:
Jednostkowy strumień ciepła
= - + - = 4,781
Zysk ciepła przez tę przegrodę:
= " = 4,781 " 36 = 172,1
gdzie:
= 0,5 8 " 9 = 36 - powierzchnia sufitu
Podłoga:
= " " - = 36 " 0,801 " 23 - 21
= 57,69
gdzie:
= 0,5 8 " 9 = 36 - powierzchnia podłogi
 Pomieszczenia przylegajÄ…ce:
Zysk ciepła przez ściany działowe
= " " - = 27 " 0,814 " 23 - 21
= 43,95
gdzie:
= 9 " 3 = 27 - powierzchnia wewnętrznej ściany
bocznej
Zysk cieplny dla poszczególnych pomieszczeń oraz całkowity zysk ciepła na drodze
przenikania przez przegrody nieprzezroczyste zestawione sÄ… w tabeli.
Tab. 5. Całkowity zysk ciepła na drodze przenikania przez przegrody nieprzezroczyste
Pomieszczenie I = 570,03
Pomieszczenie II = 405,11
Całkowity zysk ciepła = + = 975,14
b) Zyski ciepła przez przegrody przezroczyste:
Bez zacienienia
" Pomieszczenie I (azymut N)
na drodze konwekcji:
= " 3 " " -
gdzie:
= 1,5 - współczynnik przenikania ciepła dla szyby
= 1,4 " 1,8 = 2,52 - powierzchnia okna
= 1,5 " 3 " 2,52 " 28,5 - 21 = 85,05
na drodze promieniowania:
= 3 " " + - " "
gdzie:
3 - liczba okien w tym pomieszczeniu
= 0,69  udział powierzchni szyby w powierzchni okna
= 2,52 - powierzchnia okna w świetle muru
= " = 1,739 - powierzchnia szyby w oknie
= = 1,739 - nasłoneczniona powierzchnia szyby
= 1 - współczynnik przepuszczalności promieniowania
słonecznego przez okno
= 0,75  wsp. akumulacji ciepła w przegrodach otaczających
bilansowane pomieszczenie (dla azymutu N i braku żaluzji)
Tab. 6. Wartości maksymalnego natężenia promieniowania
słonecznego dla poszczególnych azymutów
Azymut N SE
Całkowite
maksymalne natężenie
= 198 = 666
promieniowania słon.
Rozproszone
maksymalne natężenie
= 143 = 198
promieniowania słon.
Tab. 7. Współczynniki akumulacji ciepła w przegrodach
otaczających pomieszczenie w zależności od azymutu i
zastosowanej osłony
Azymut N SE
Osłona
= 0,75 = 0,29
zewnętrzna/brak
Osłona wewnętrzna = 0,80 = 0,23
= 3 " 1,739 " 198 + 1,739 - 1,739 " 143 " 1 " 0,75
= 774,635
Korzystając z powyższego schematu obliczeń wyznaczono zysk
ciepła na drodze konwekcji i radiacji dla pomieszczenia II 
wariant bez zacienienia.
" Pomieszczenie II (azymut SE)
na drodze konwekcji:
= " 4 " " - = 113,4
na drodze promieniowania:
= 4 " " + - " " = 1343
gdzie:
= 0,29  wsp. akumulacji ciepła w przegrodach otaczających
bilansowane pomieszczenie (dla azymutu SE i braku żaluzji)
Z zacienieniem  żaluzje zewnętrzne
" Pomieszczenie I
Zacienienie  90 %
2 = 3 " 2 " + - 2 " 2 " = 87,146
gdzie:
2 = 0,1 " = 0,174 - nasłoneczniona powierzchnia szyby
= 0,15 - współczynnik przepuszczalności  żaluzje zewnętrzne, kąt
otwarcia 45°
" Pomieszczenie II
2 = 4 " 2 " + - 2 " 2 " = 74,065
Z zacienieniem  żaluzje wewnętrzne
" Pomieszczenie I
2 2 = 3 " 2 2 " + - 2 2 " "
= 433,796
gdzie:
2 2 = 0,1 " = 0,174 - nasłoneczniona powierzchnia szyby
= 0,7 - współczynnik przepuszczalności  żaluzje wewnętrzne, kąt
otwarcia 45°
= 0,8
" Pomieszczenie II
2 2 = 4 " 2 2 " + - 2 2 " "
= 433,796
= 0,23
Zestawienie zysków ciepła dla poszczególnych pomieszczeń i wariantów oraz
całkowity zysk ciepła na drodze przenikania przez przegrody przezroczyste.
Tab. 8. Zyski ciepła dla poszczególnych pomieszczeń oraz całkowity zysk ciepła na
drodze przenikania przez przegrody przezroczyste dla poszczególnych wariantów
Zysk całkowity
Wariant Pomieszczenie I Pomieszczenie II
(z uwzgl. konwekcji)
Na drodze
= 85,05 = 113,4 = 198,45
konwekcji
Bez zacienienia = 774,635 = 1343 =
Żaluzje
2 = 87,146 2 = 74,065 2 = ,
zewnętrzne
Żaluzje
2 2 = 433,80 2 2 = 274,12 2 2 = ,
wewnętrzne
c) Zyski ciepła od ludzi:
" Pomieszczenie I
= " "
gdzie:
= 12 - liczba osób przebywających w pomieszczeniu I
= 1  współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w
pomieszczeniu
= 90  ciepło jawne (praca lekka, siedząc)
= 12 " 1 " 90 = 1080
" Pomieszczenie II
= " " = 6 " 1 " 90 = 540
,
Całkowity zysk ciepła od ludzi:
= + =
d) Zyski ciepła od wyposażenia:
" Pomieszczenie I
= " "
gdzie:
= 4 " 400 + 2 " 1000 + 440 - moc znamionowa urządzeń
znajdujÄ…cych siÄ™ w pomieszczeniu
= 0,5 - stosunek średniej mocy zużywanej przez urządzenie do mocy
znamionowej
= 0,6 - współczynnik jednoczesności działania urządzeń
Tab. 9. Zestawienie urządzeń znajdujących się w pomieszczeniach wraz
z ich mocami znamionowymi
Urządzenie Ilość Moc znamionowa
Komputer PC 4 400 W
Kserokopiarka 2 1000 W
Niszczarka 1 440 W
Kuchenka mikrofalowa 3 1200 W
Ekspres do kawy 3 1150 W
= " " = 4 " 400 + 2 " 1000 + 440 " 0,5 " 0,6
= 1212
" Pomieszczenie II
= " " = 3 " 1200 + 3 " 1150 " 0,5 " 0,6 = 2115
Całkowity zysk ciepła od wyposażenia:
= + =
e) Zyski ciepła od oświetlenia:
" Pomieszczenie I
= " + 1 - - " "
Å›
gdzie:
= 0,5 - współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej
Å›
= 1 - współczynnik akumulacji
= 0 - współczynnik usuwania ciepła na drodze konwekcji z
powietrzem wywiewanym z opraw wentylowanych
= 0,3 - współczynnik przekazywania ciepła na drodze konwekcji
= 6 " 55 = 330 - zainstalowana moc (6 lamp żarowych)
= 330 " 0,3 + 1 - 0 - 0,3 " 1 " 0,5 = 165
" Pomieszczenie II
= " + 1 - - " " = 110
Å›
gdzie:
= 4 " 55 = 220 - zainstalowana moc (4 lampy żarowe)
f) Zyski ciepła od wentylacji:
" Pomieszczenie I
Ilość powietrza wentylującego na podstawie krotności wymiany
powietrza w pomieszczeniu
=
3600
gdzie:
= 8 " 8 " 3 = 192 - objętość pomieszczenia I
= 4 - krotność wymiany powietrza w pomieszczeniu
(Systemy klimatyzacyjne  ćwiczenia, Politechnika Wrocławska)
192
= " 4 = 0,213
3600
Ilość powietrza wentylującego przypadająca na jedną osobę
"
2 =
3600
gdzie:
= 20 - minimalny strumień powietrza wentylującego
na 1 osobę (Systemy klimatyzacyjne  ćwiczenia, Politechnika
Wrocławska)
= 12 - ilość osób w pomieszczeniu
20 " 12
2 = = 0,067
3600
Zysk ciepła od powietrza wentylującego:
= " " ! - !
gdzie:
= 1,2 - gęstość powietrza
! - entalpia powietrza nawiewanego do pomieszczenia
! = 38,77 - entalpia powietrza wywiewanego z
pomieszczenia (dla Ć=45% oraz tw=21 °C)
= 70 % efektywność odzysku ciepła
! = 59,83 - entalpia powietrza na zewnątrz (dla Ć=50%
oraz tz=28,5 °C)
! - !
= = 0,7
! - !
Z powyższego równania wyznaczono wartość h1:
! = " ! - ! + ! = 0,7 " 38,77 - 59,83 + 59,83
= 45,09
Wariant bez odzysku ciepła:
= , " , " , - , =
Wariant z odzyskiem ciepła:
2 = , " , " , - , =
" Pomieszczenie II
Ilość powietrza wentylującego na podstawie krotności wymiany
powietrza w pomieszczeniu
= = 0,12
3600
gdzie:
= 0,5 " 8 " 9 " 3 = 108 - objętość pomieszczenia I
= 4 - krotność wymiany powietrza w pomieszczeniu
Ilość powietrza wentylującego przypadająca na jedną osobę
"
2 = = 0,033
3600
gdzie:
= 20 - minimalny strumień powietrza wentylującego
na 1 osobÄ™
= 6 - ilość osób w pomieszczeniu
Zysk ciepła od powietrza wentylującego:
= " " ! - !
gdzie:
= 1,2 - gęstość powietrza
! - entalpia powietrza nawiewanego do pomieszczenia
! = 38,77 - entalpia powietrza wywiewanego z
pomieszczenia (dla Ć=45% oraz tw=21 °C)
= 70 % efektywność odzysku ciepła
! = 59,83 - entalpia powietrza na zewnątrz (dla Ć=50%
oraz tz=28,5 °C)
! - !
= = 0,7
! - !
Z powyższego równania wyznaczono wartość h1:
! = " ! - ! + ! = 0,7 " 38,77 - 59,83 + 59,83
= 45,09
Wariant bez odzysku ciepła:
= , " , " , - , =
Wariant z odzyskiem ciepła:
2 = , " , " , - , =
6. Zestawienie pozycji bilansowych
Tab. 10. Zestawienie całkowitych zysków ciepła dla wszystkich wariantów oraz
poszczególnych pomieszczeń
Zysk w Zysk w
Wariant Ciepło pomieszczeniu pomieszczeniu Suma
I II
Przegrody
507,03 405,11 975,14
budowlane
Przegrody
przezroczyste  859,69 1456,4 2316
bez zacienienia
Przegrody
przezroczyste 
2 172,2 187,47 359,67
żaluzje
zewnętrzne
Przegrody
przezroczyste 
2 2 518,85 387,52 906,37
żaluzje
wewnętrzne
Ludzie 1080 540 1620
UrzÄ…dzenia 1212 2115 3327
Oświetlenie 165 110 275
Wentylacja 
bez odzysku 5383 3033 8416
ciepła
Wentylacja  z
odzyskiem 2 1615 910 2525
ciepła
7. Wnioski
W tabeli 10 zestawiono całkowite zyski ciepła dla wybranych pomieszczeń
biurowych. Zgodnie z tym najkorzystniejszym wariantem jest wybranie żaluzji
zewnętrznych oraz wentylacji z odzyskiem ciepła. Całkowity strumień ciepła jest
wtedy najmniejszy:
= + 2 + + + + 2 = 9081,81
Można zauważyć wyraz
nie, że zastosowanie żaluzji zewnętrznych dużo bardziej
ogranicza nam dopływ ciepła niż w przypadku żaluzji wewnątrz pomieszczeń.
Najwięcej Przy wybranym wariancie generują urządzenia znajdujące się wewnątrz
pomieszczeń, zwłaszcza kuchenki mikrofalowe oraz ekspresy do kawy. Można by w
tym miejscu postarać się ograniczyć generowane ciepło, poprzez dobór urządzeń o
małym poborze mocy. Wartości przyjęte dobrze oddają jednak przeciętną ilość ciepła
wydzieloną przez takie urządzenia. Największą różnicę w wydzielonym cieple widać
przy zastosowaniu wentylacji z odzyskiem ciepła oraz bez odzysku ciepła. W
pierwszym przypadku zyski są ponad 3 razy mniejsze niż w wariancie bez odzysku
ciepła.
8. Literatura
" Aleksander Pełech, Wentylacja i klimatyzacja  podstawy, Oficyna
Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008
" PN-EN ISO 12524:2003  Zestawienie parametrów fizycznych
materiałów/wyrobów budowlanych
" PN-EN ISO 6946:1999
" PN-91/B-02020
" PN-82/B-02020  Wartości obliczeniowe właściwości cieplnych