Bilans ciepła w pomieszczeniu

W celu obliczenia wydajności urządzenia
wentylacyjnego

lub

klimatyzacyjnego

należy wykonać bilanse zysków i strat
ciepła dla okresu ciepłego i zimnego oraz
bilanse zanieczyszczeń.

Obciążenie

cieplne

(cieplno-

wilgotnościowe ) pomieszczenia
stanowi sumę zysków lub strat
ciepła pochodzących od źródeł
wewnętrznych

i

zewnętrznych,

pomiędzy

którymi

występuje

wyraźna różnica.

Te dwa rodzaje zysków ciepła
można podzielić na jawne zyski
ciepła,

powodujące

wzrost

temperatury powietrza, lub utajone,
powodujące

wzrost

zawartości

wilgoci.

W urządzeniach klimatyzacji komfortu

wewnętrzne

zyski ciepła jawnego

pochodzą z takich źródeł jak:

ludzie;

oświetlenie elektryczne;

urządzenia produkcyjne i inne;

przenikanie

ciepła

przez

przegrody wewnętrzne budynku.

Zewnętrzne

zyski ciepła jawnego

pochodzą z takich źródeł jak:
l)promieniowanie

słoneczne

przez

przegrody przezroczyste (okna) i
nieprzezroczyste (ściany i dachy);
2)przenikanie ciepła (lub straty ciepła)
przez

przegrody

zewnętrzne

budynkуw, a także wskutek naturalnej
infiltracji powietrza zewnętrznego.

Poza

zyskami

ciepła

jawnego

w

pomieszczeniach

klimatyzowanych

występować mogą również zyski ciepła
utajonego

.

Pochodzą one z takich źródeł

jak:

infiltracja powietrza zewnętrznego;

ludzie,

procesy produkcyjne.

Większość z powyżej wymienionych
wielkości jest dość dobrze zbadana i
można je łatwo obliczyć, lecz często
niepokуj budzi losowy charakter ich
zmian. Dotyczy to m.in

.

zmieniającej się

okresowo liczby osób użytkujących
klimatyzowane pomieszczenia czy też
sposobu eksploatacji oświetlenia.

Szczegуlne trudności wobec termicznej
bezwładności

struktury

budynkуw

stwarzają również obliczenia jawnych
zysków

ciepła,

pochodzących

od

nasłonecznienia.

Oznacza

to,

ż

e

dokładne określenie zysków ciepła
często nie jest możliwe.

Bilans ciepła okresu ciepłego lub bilans
zanieczyszczeń decydują o

strumieniu

powietrza

wentylującego

i

mocy

urządzenia ziębniczego

.

(

)

pn

pp

L

T

osw

zjoc

j

j

Q

Q

Q

Q

Q

Q

=

+

+

+

+

, kW

(1)

Bilans ciepła okresu

zimnego

służy do

obliczenia

mocy nagrzewnic

, niezbędnej

do ogrzania nawiewanego powietrza do
żą

danej temperatury.

L

T

j

j

zjo

w

tr

os

z

s

Q

Q

Q

m

Q

Q

k

=

+

+

′

+

, kW

(2)

pn

Q

– zyski ciepła od nasłonecznienia

przez przegrody nieprzezroczyste kW;

pp

Q

– zyski ciepła od nasłonecznienia

przez przegrody przezroczyste, kW;

j

L

Q

– zyski ciepła

jawnego

od ludzi, kW;

j

T

Q

– zyski ciepła

jawnego

od technologii,

kW;

osw

Q

– zyski ciepła od sztucznego

oświetlenia, kW;

str

Q′

– statyczne straty ciepła wynikający z

przenikania

ciepła

przez

przegrody

zewnętrzne, uwzględnić należy przy tym,
jaka część tych strat pokrywana jest przez
instalację centralnego ogrzewania, kW:

przy

d

z

yż

t

t

≤

(

)

(

)

poz

s

str

poz

zo

dyż

z

tr

t

Q

t

Q

t

t

−

−

′

=

, kW;

przy

d

z

yż

t

t

>

(system ogrzewania

jest wyłączony)

(

)

(

)

poz

str

s

poz

z z

z

o

tr

Q

t

t

t

Q

t

−

−

′

=

, kW;

t

poz

– temperatura w pomieszczeniu w

okresie zimnym;

o

C;

t

dyż.

– temperatura, którą zapewnia

centralne ogrzewanie;

o

C;

t

zoz

– temperatura

obliczeniowa

powietrza

zewnętrznego dla okresu zimnego;

o

C;

t

z

–temperatura powietrza zewnętrznego;

o

C;

Q

str

–

obliczeniowe

straty ciepła przez

przegrody zewnętrzne, kW;

k

–

współczynnik

zmniejszający,

uwzględniający minimalną frekwencję
ludzi w pomieszczeniu, przy której należy
utrzymać

założone

parametry

mikroklimatu w okresie zimnym:

dla

pomieszczeń

bytowych

k

= 0,10

−0,20;

dla pomieszczeń przemysłowych

k

= 0,85

−0,95;

m

− współczynnik zmniejszający zyski

ciepła od technologii, m=0,85

−0,95.

Zyski ciepła od ludzi:

Ciepło wydzielane przez człowieka w
związku z przemianą materii składa się z
ciepła jawnego

Lj

Q

i ciepła utajonego

Lu

Q

Lc

Lj

Lu

Q

Q

Q

=

+

, W.

Ciepło jawne jest oddawane przez

konwekcję i promieniowanie

, natomiast

ciepło utajone

− przez

oddychanie i

parowanie

ze skуry w postaci pary

wodnej.

Intensywność wydzielania się ciepła
całkowitego zależy od

charakteru pracy

oraz w niewielkim stopniu od temperatury
powietrza

. Stosunek ciepła jawnego i

utajonego wydzielanego przy dowolnym
rodzaju wykonywanych czynności zależy
od temperatury otoczenia: im niższa
temperatura,

tym

większy

udział

rozpraszanego ciepła jawnego.

Zyski ciepła jawnego

L

Lj

j

Q

n q

ϕ

=

, W

n

− liczba osób przebywających w

pomieszczeniu;
q

Lj

−

jednostkowe

ciepło

jawne

wydzielane przez osobę w zależności od
aktywności pracy człowieka i temperatury
w pomieszczeniu, W/osobę;

ϕ

−

współczynnik

jednoczesności

przebywania ludzi w pomieszczeniu.

Tabela 3.21. Ciepło (q

Lc

i q

Lj

[W]) i para wodna w

L

⋅

10

6

[kg/s] wydzielane przez człowieka

Temperatura

15

°C

18

°C

20

°C

23

°C

26

°C

29

°C

Aktywność

q

Lc

q

Lj

w

L

⋅

10

6

q

Lj

w

L

⋅

10

6

q

Lj

w

L

⋅

10

6

q

Lj

w

L

⋅

10

6

q

Lj

w

L

⋅

10

6

q

Lj

w

L

⋅

10

6

Odpoczynek w
postawie siedzącej

113 95

7,2

91

9,2

86 11,1 74 16,1 66 19,4 46 27,2

Odpoczynek w
postawie stojącej

127 106 8,6

99 11,7 91 15.0 79 20,0 66 25,3 46 33,9

Praca lekka. siedząc,
aktywność mała

144 116 11,7 107 15,6 96 20,0 81 26,4 66 32,5 46 40,8

Praca lekka, stojąc,
aktywność mała

174 130 18,6 115 24,7 101 30,5 80 39,4 66 45,3 46 55,6

Praca lekka, stojąc,
aktywność duża

193 135 24,4 120 30,6 108 35,5 85 45,3 66 53,1 46 63,0

Praca średnio ciężka
np. malarz, mechanik

251 165 36,1 145 44,4 130 50,5 101 62,8 81 71,1 52 83,3

Praca ciężka,
aktywność bardzo duża

293 181 46,7 158 56,7 141 63,9 112 76,1 95 82,8 70 93,6

Praca bardzo ciężka,
szybki taniec

407 238 70,8 203 85,3 180 95.0 151 107,2 134 114,4 102 127,8

Ciepło i para wodna wydzielane przez człowieka (dorosłego)

Ciepło (W) i para wodna (g/h) wydzielane przez człowieka

przy temperaturze w pomieszczeniu,

°C

Wskaźniki

10

15

20

25

30

35

Odpoczynek

Ciepło całkowite

165

145

120

95

95

95

Ciepło jawne

140

120

90

60

40

10

Para wodna

30

30

40

50

75

115

r

, kJ/kg

2477

2465

2453

2441

2430

2418

Praca lekka

Ciepło całkowite

180

160

150

145

145

145

Ciepło jawne

150

120

100

65

40

5

Para wodna

40

55

75

115

150

200

Praca średniociężka

Ciepło całkowite

215

210

205

200

200

200

Ciepło jawne

165

135

105

70

40

5

Para wodna

70

110

140

185

230

280

Praca ciężka

Ciepło całkowite

290

290

290

290

290

290

Ciepło jawne

200

165

130

95

50

10

Para wodna

135

185

240

295

355

415

Normy niemieckie VDI 2078, 1996 r.

Współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu

Rodzaj pomieszczenia

ϕ

Biura

0,75

÷0,90

Hotele: recepcja, pokoje wieloosobowe

0,40

÷0,60

Domy towarowe

0,80

÷0,90

Pomieszczenia technologiczne

0,85

÷0,95

Teatry, kina, małe pomieszczenia o
różnym przeznaczeniu

1,00

Zyski ciepła jawnego od ludzi są w
rzeczywistości mniejsze od obliczonych
wartości

chwilowego

napływu,

co

spowodowane są akumulacją ciepła w
przegrodach budowlanych. Rzeczywisty
rozkład czasowy zysków ciepła zależy od

czasu przebywania ludzi

w pomieszczeniu

oraz

pojemności cieplnej otaczających

przegrуd.

Bezpośrednio

po wejściu ludzi do

pomieszczenia ciepło oddawane przez
nich w wyniku

konwekcji

asymilowane

jest

przez

powietrze

wewnętrzne,

pozostałe natomiast przejmowane jest
poprzez promieniowanie przez przegrody
otaczające pomieszczenie.

Temperatura tych przegród rośnie i
również

one stają źródłem konwekcji

.

Ciepło

konwekcyjne

od

ś

cian

przekazywane jest do powietrza także
jeszcze przez pewien czas po opuszczeniu
pomieszczenia przez ludzi. Tak więc
rzeczywisty zysk ciepła jawnego dla danej
godziny doby może być obliczony z
zależności:

konw

prom

prom

Lj

La

Lj

L

La

L

Q

f Q

Q

f

Q

τ

=

=

+

, W

La

f

− współczynnik poprawkowy

uwzględniający akumulację ciepła w
przegrodach,

zależny

od

czasu

przebywania

ludzi,

rodzaju

i

konstrukcji

przegrуd

oraz

liczby

godzin, które upłynęli od wejścia ludzi
do pomieszczenia (zob. tabl.)

0 5

konw

prom

L

L

Lj

Q

Q

, Q

≈

≈

, W

La

f ,%

Normy niemieckie VDI 2078, 1996 r.

Zyski ciepła całkowitego

L

Lc

c

Q

n q

ϕ

=

, W.

q

L

c

−

jednostkowe ciepło całkowite

wydzielane przez osobę w zależności
od aktywności pracy człowieka i
temperatury

w

pomieszczeniu,

W/osobę;

Przy znanym cieple jawnym q

Lj

i oraz

znanej

ilość

pary

wodnej

w

L

wydzielanej

przez

człowieka,

jednostkowe zyski ciepła całkowitego
q

Lc

od człowieka można policzyć z

następującej zależności:

Lc

Lj

Lu

q

q

q

=

+

, W/osobę;

(

)

o

p

Lu

w

L

q

w r

c t

=

+

, W/osobę;

q

Lu

− jednostkowe zyski ciepła

utajonego od wydzielonej pary wodnej
przez człowieka, W/osobę;
w

L

− para wodna wydzielana przez

człowieka,

g

/(

s

⋅osobę);

1 8

pw

c

,

=

kJ/(kg

⋅K)

− ciepło właściwe

pary wodnej;
t

o

− temperatura pary, zbliżona do

temperatury powierzchni skуry,

°C.

r

− ciepło parowania, (≈ 2500

kJ/

kg);

W zakresie temperatur (0

÷50°C) ciepło

parowania

można

obliczyć

wg

wzoru

aproksymacyjnego

2,369

2500

2,369

o

r

r

t

t

=

−

=

−

, kJ/kg,

albo odczytać z tablicy

t

,

°C

0

10

20

30

40

50

r

, kJ/kg

2500,64

2477,20

2453,68

2430,02

2406,21

2382,18