Straty ciepła
pomieszczeń
Straty ciepła
pomieszczeń
Wymiana ciepła
•
Zjawisko wymiany ciepła spotyka się wszędzie tam, gdzie występuje różnica temperatury. Ciało
lub jego część o wyższej temperaturze przekazuje energię cieplną ciału lub jego części o niższej
temperaturze. Zjawisko to występuje w przyrodzie w sposób naturalny, natomiast w technice jest
inicjowane i kierowane przez człowieka.
Rozróżnia się następujące rodzaje wymiany ciepła:
•
przewodzenie,
•
konwekcję (unoszenie),
•
promieniowanie.
•
Ilość ciepła przekazywaną w jednostce czasu definiuje się jako moc cieplną Q (strumień cieplny),
której jednostką jest wat [W].
•
Gęstość mocy cieplnej q (gęstość strumienia cieplnego) jest to moc cieplna odniesiona do
jednostkowej powierzchni wymiany ciepła. Jednostką gęstości mocy cieplnej jest wat na metr
kwadratowy [W/m
2
].
•
Przewodzenie ciepła jest to zjawisko zachodzące w ciałach stałych, polegające na
przekazywaniu ciepła przez stale stykające się ze sobą te same cząsteczki ciała.
•
Gęstość mocy cieplnej przewodzonej przez ciało stałe jest proporcjonalna do współczynnika
przewodności cieplnej, różnicy temperatury na powierzchni ciał i odwrotnie proporcjonalna do
grubości przegrody, a zatem
•
(1)
•
•
We wzorze użyto następujących oznaczeń:
•
q - gęstość mocy cieplnej [W/m
2
],
•
λ - współczynnik przewodzenia ciepła [W/ (m K)],
•
d - grubość przegrody [m],
•
τ
w1
, τ
w2
- temperatura na powierzchniach przegrody [K].
• Za pomocą współczynnika przewodzenia ciepła λ -
charakteryzuje się materiały pod względem możliwości
przewodzenia ciepła i określa wartość mocy cieplnej
przewodzonej przez przegrodę o powierzchni 1 m
2
na
długości 1 m przy jednostkowym (równym 1 K) spadku
temperatury między jej powierzchniami zewnętrznymi.
•
Konwekcja (unoszenie) ciepła występuje, gdy cząsteczki ciała przenoszącego
ciepło zmieniają swoje położenie względem ciała oddającego lub pobierającego
ciepło. Ten rodzaj wymiany ciepła jest typowy dla płynów (ciecze i gazy). Ruch
poszczególnych cząsteczek może być wywołany w sposób naturalny w wyniku
zmiany gęstości poszczególnych cząsteczek spowodowanej zmianą ich
temperatury - konwekcja naturalna - lub sztuczny (np. za pomocą wentylatora lub
pompy) - konwekcja wymuszona. W praktyce słowo „konwekcja" zastępuje się
terminem przejmowanie ciepła.
•
Gęstość mocy cieplnej przejmowanej przez płyn od przegrody lub przez przegrodę
od płynu jest proporcjonalna do wartości współczynnika przejmowania ciepła a i
różnicy temperatury płynu i powierzchni przegrody, a zatem
•
•
(2)
•
We wzorze użyto następujących oznaczeń:
•
q - gęstość mocy cieplnej [W/m2],
•
a - współczynnik przejmowania ciepła [W/(m2 K)],
•
t
f
- temperatura płynu w pewnej odległości od przegrody [°C],
•
τ
w
- temperatura powierzchni przegrody [°C],
•
Współczynnik przejmowania ciepła a określa wartość mocy cieplnej, jaka jest
przejmowana przez 1 m2 powierzchni przegrody od płynu (lub odwrotnie) przy
jednostkowej różnicy temperatury płynu i ścianki (1 K).
•
Wykres zmian temperatury towarzyszących przejmowaniu ciepła przez
przegrodę od płynu i przez płyn od przegrody pokazano na rys.
•
•
Wykres zmian temperatury podczas przejmowania ciepła:
d) przez przegrodę od płynu, b) przez płyn od przegrody
•
• Promieniowanie ciepła polega na
przenoszeniu ciepła za pośrednictwem fal
elektromagnetycznych wysyłanych przez
powierzchnie ciał o wyższej temperaturze
w kierunku powierzchni ciał o niższej
temperaturze.
• Zjawisko to może odbywać się tylko
między ciałami rozdzielonymi ośrodkiem
przepuszczającym fale elektromagnetyczne
(większość gazów) lub w próżni.
Złożona wymiana ciepła
•
Rozwiązując techniczne problemy wymiany ciepła, przyjmuje się pewne uproszczenia polegające na wytypowaniu
dominującego rodzaju wymiany ciepła, które stanowi podstawę do wykonania obliczeń. Inne rodzaje wymiany ciepła o
mniejszym udziale pomija się.
•
Często spotykaną sytuacją jest oddawanie ciepła przez ściankę w wyniku równoczesnego promieniowania i konwekcji.
•
Najczęstsza w technice cieplnej jest wymiana ciepła między dwoma ośrodkami (płynami) oddzielonymi przegrodą z
ciała stałego. Płyn o temperaturze t
f1
przekazuje energię cieplną do płynu o temperaturze niższej t
f2
.
•
•
Występuje tutaj złożona wymiana ciepła składająca się z:
•
przejmowania ciepła przez powierzchnię przegrody o temperaturze z
w
od płynu o temperaturze t
f1
;
•
przewodzenia ciepła przez przegrodę z ciała stałego między powierzchniami o temperaturze τ
w1
i τ
w2
;
•
przejmowania ciepła przez płyn o temperaturze t
f2
od powierzchni o tem peraturze τ
w2
.
•
Taki rodzaj wymiany ciepła określa się jako przenikanie ciepła.
•
Gęstość mocy cieplnej przenikającej przez przegrodę oblicza się, korzystając ze wzoru
•
•
w którym:
•
q - gęstość mocy cieplnej [W/m
2
], k - współczynnik przenikania ciepła [W/ (m
2
• K)], t
f2
, t
f1
- temperatura płynów po
obu stronach przegrody [°C].
•
Współczynnik przenikania ciepła k określa moc cieplną przenikającą od jednego płynu do drugiego przez 1 m
2
powierzchni przegrody z ciała stałego przy różnicy temperatury płynów - Δt wynoszącej 1 K.
•
Przenikanie ciepła przez przegrody
budowlane
• W okresie ogrzewczym w pomieszczeniach przeznaczonych do
przebywania ludzi utrzymuje się sztucznie temperaturę
powietrza wyższą od temperatury powietrza na zewnątrz.
Zgodnie z prawami wymiany ciepła występuje tam przepływ
ciepła przez przegrody budowlane od powietrza o
temperaturze wyższej do powietrza o temperaturze niższej.
• Ilość ciepła przenikającego przez przegrody, a więc traconego
przez pomiesz czenie, jest proporcjonalna do wartości
współczynnika przenikania ciepła, powierzchni przenikania oraz
różnicy temperatury powietrza po obu stronach przegrody, a
zatem
•
(4)
• We wzorze tym użyto następujących oznaczeń:
• Q - moc cieplna przenikająca przez przegrodę budowlaną o
powierzchni A m
2
[W],
• k - współczynnik przenikania ciepła [W/ (m
2
-K)],
• A - powierzchnia przenikania ciepła [m
2
],
• Δt - różnica temperatury między powietrzem znajdującym się
po obu stronach przegrody [K].
t
kA
Q
Obliczanie wartości współczynnika
przenikania ciepła
• Obliczanie wartości współczynnika przenikania ciepła k
dotyczących jednolitych przegród płaskich (jedno- i
wielowarstwowych) bez uwzględniania wpływu mostków
cieplnych wykonuje się zgodnie z PN-91/B-02020 Ochrona
cieplna budynków. Wymagania i obliczenia, korzystając ze
wzoru
•
(5)
• w którym:
• R
t
- opór cieplny przejmowania od strony wewnętrznej
przegrody, okreś lony jako l/α
1
,
[m
2
K/W],
• R - opór cieplny przewodzenia przegrody [m
2
• K/W],
• R
e
- opór cieplny przejmowania od strony zewnętrznej
przegrody określony jako l/a,
[m
2
-K/W].
• Wartości oporów cieplnych przejmowania - R
{
i R
e
przyjmuje
się jako wartości stałe w określonych warunkach (tab).
Obliczeniowe wartości przejmowania ciepła R
t
i R
e
oraz współczynników przejmowania ciepła cc
t
, a
e
α
i
α
e
R
i
R
e
Rodzaj przegrody i
powierzchni
[W/
(m
2
K)]
[m
2
K/W]
Wewnętrzne powierzchnie ścian,
okien i drzwi
8,1
-
0,12
-
Wewnętrzne powierzchnie
dachów, stropodachów,
tarasów i świetlików przy
przepływie ciepła z dołu
do góry
8,1
-
0,12
-
Wewnętrzne powierzchnie
podłóg i stropów przy prze-
pływie z góry na dół
6,0
-
0,17
-
Zewnętrzne powierzchnie ścian,
okien i drzwi, dachów,
stropodachów, tarasów i
świetlików
-
23
-
0,04
Powierzchnia izolacji termicznej
stropodachu wenty-
lowanego z warstwą
powietrzną wentylowaną
równą lub grubszą niż 0,20 m
oraz powierz-
chnie ściany z warstwą
powietrzną wentylo-
waną - od strony powietrznej
wentylowanej
-
11,6
-
0,09
•
Opór cieplny przewodzenia przegrody jednorodnej zależy od liczby warstw, z
których składa się przegroda oraz ich grubości i wartości współczynnika
przewodzenia ciepła λ.
•
Opór cieplny warstw jednolitych, bez zamkniętej warstwy powietrza, oblicza się
wg zależności
•
(6)
•
w której:
•
R
t
- opór cieplny przewodzenia poszczególnych warstw liczony wg wzoru
•
•
(7)
•
d
t
- grubość warstwy [m],
•
λ
t
- współczynnik przewodzenia ciepła warstwy [W/(m K)].
•
•
Jeżeli jedną z warstw jest powietrze, to opór cieplny tej warstwy dobiera się wg
tab. 2 zależnie od grubości warstwy i kierunku przepływu ciepła. Całkowity opór
cieplny takiej przegrody budowlanej jest sumą oporów cieplnych
poszczególnych warstw powiększoną o opór cieplny warstwy powietrza - R
p
:
•
•
(8)
•
we wzorze tym:
•
R
1
,...,R
n
- opory cieplne przewodzenia poszczególnych warstw [m
2
K/W],
R
p
- opór cieplny zamkniętej warstwy powietrza - wg tab. 2.
•
Tabela 2 Wartości obliczeniowe oporu cieplnego
zamkniętej
(niewentylowanej) warstwy powietrza - R
p
(wg PN-
91/B-02020
Grubość warstwy
powietrznej
[m]
Opór cieplny R
p
[m
2
K/W]
warstwy pionowe
warstwy poziome
przepływ ciepła
z dołu do góry
przepływ ciepła
z góry do dołu
0,005
0,11
0,10
0,11
0,01
0,14
0,13
0,15
0,02
0,16
0,14
0,18
0,03
0,17
0,14
0,20
0,04
0,17
0,15
0,21
0,05
0,17
0,15
0,22
0,07
0,17
0,15
0,22
0,10
0,17
0,15
0,23
0,15
0,17
0,15
0,23
0,20
0,17
0,15
0,24
•
Wartość współczynnika przenikania ciepła k dotyczącą przegród
budowlanych złożonych z obszarów o różnej izolacyjności cieplnej, np.
ściany z wnęką na grzejnik, oblicza się wg wzoru
•
(9)
•
gdzie:
•
A
i
- pole powierzchni obszaru przegrody z numerem i [m
2
],
•
k - współczynnik przenikania ciepła obszaru przegrody z numerem i [W/m
2
K)],
•
Powierzchnie przegród budowlanych oblicza się z dokładnością do 0,1 m
2
.
Powierzchnię ścian, sufitów i podłóg oblicza się przyjmując wymiary liniowe, w
osiach przegród prostopadłych do nich, z dokładnością do 0,1 m. Powierzchnię
okien, drzwi i świetlików oblicza się przyjmując wymiary liniowe wg zewnętrznych
wymiarów ościeżnic z dokładnością do 0,1 m
2
.
•
Analizując wzory (5) i (9), łatwo można dojść do stwierdzenia, że na wartość
współczynnika przenikania ciepła k decydujący wpływ ma opór cieplny
przewodzenia, który z kolei zależy od rodzaju i grubości materiału użytego do
budowy przegrody budowlanej. Podstawowe właściwości fizyczne najczęściej
stosowanych i najłatwiej dostępnych materiałów budowlanych są zamieszczone w
tab. 3.
Tabela 3 Właściwości fizyczne niektórych materiałów
i elementów budowlanych (wg PN-911B-02020)
Nazwa materiału
Gęstość
objętości
owa w
stanie
suchym
P
[kg/m
3
]
Współczynnik
przewodzenia
ciepła w
pomieszczeniu λ
[W/ (mK)]
Ciepło
właś-
ciwe w
stanie
suchym
c
p
[kJ/
(kgK)]
średniow
il-
gotnym
wilgotny
m
1
2
3
4
5
Asfalty
Asfalt ponaftowy
1050
0,17
0,17
0,92
Asfalt lany
1800
0,75
0,75
0,92
Asfaltobeton
2100
1,00
1,00
0,92
Betony i ściany z betonu
Żelbet
2500
1,70
1,80
0,84
Beton zwykły z kruszywa
kamiennego
2400
1,70
1,80
0,84
2200
1,30
1,50
0,84
1900
1,00
1,10
0,84
Beton jamisty z kruszywa
kamiennego
1900
1,00
1,10
0,84
Beton z kruszywa
wapiennego
1600
0,72
0,80
0,84
1400
0,60
0,70
0,84
1200
0,50
0,60
0,84
Tabela 3 Właściwości fizyczne niektórych
materiałów
i elementów budowlanych (wg PN-911B-02020
Beton z żużla pumeksowego
lub
1800
0,70
0,80
0,84
granulowanego
1600
0,58
0,68
0,84
1400
0,50
0,58
0,84
1200
0,40
0,47
0,84
1000
0,33
0,40
0,84
Beton z żużla paleniskowego
1800
0,85
0,95
0,84
1600
0,72
0,80
0,84
1400
0,60
0,67
0,84
1200
0,50
0,56
0,84
Beton z kruszywa
keramzytowego
1600
0,90
1,00
0,84
1400
0,72
0,80
0,84
1300
0,62
0,68
0,84
1200
0,54
0,60
0,84
1100
0,46
0,51
0,84
1000
0,39
0,43
0,84
Ściana z dużych bloków betonu
800
0,29
0,35
0,84
komórkowego (bez tynku)
700
0,25
0,30
0,84
600
0,21
0,25
0,84
500
0,17
0,22
0,84
Tabela 3 Właściwości fizyczne niektórych
materiałów
i elementów budowlanych (wg PN-911B-02020
Ściana z bloczków betonu
komórkowego
800
0,38
0,44
0,84
na zaprawie cementowo-
wapiennej
700
0,35
0,40
0,84
bez tynku, ze spoinami o
grubości
600
0,30
0,35
0,84
nie większej niż 1,5 cm, o
gęstości
500
0,25
0,30
0,84
objętościowej betonu
Wiórobeton, trocinobeton
1000
0,30
0,35
1,46
900
0,26
0,30
1,46
800
0,22
0,25
1,46
700
0,19
0,22
1,46
600
0,17
0,20
1,46
500
0,15
0,18
1,46
Drewno i materiały
drewnopochodne
Sosna i świerk w poprzek
włókien
550
0,16
0,20
2,51
Sosna i świerk wzdłuż
włókien
800
0,30
0,35
2,51
Dąb w poprzek włókien
800
0,22
0,26
2,51
Dąb wzdłuż włókien
800
0,40
0,46
2,51
Sklejka
600
0,16
0,20
2,51
Płyty pilśniowe porowate
300
0,05
0,06
2,51
Płyty pilśniowe twarde
1000
0,18
0,21
2,51
Wyroby gipsowe zabezpieczone
od
zewnątrz przed zawilgoceniem
Płyty i bloki z gipsu
1000
0,35
0,40
0,84
900
0,30
0,35
0,84
Gipsobeton piaskowy
1300
0,52
0,62
0,84
1200
0,45
0,52
0,84
Gazogips
500
0,19
0,28
0,84
Płyty gipsowo-kartonowe
(suchy tynk)
1000
0,23
0,29
1,00
Estrichgips czysty
1800
1,00
1,10
0,84
Estrichgips z piaskiem
1900
1,20
1,30
0,84
Kamienie naturalne
Marmur, granit Piaskowiec
Wapień zwykły Wapień
porowaty
2800
2400
2000
1700
1400
3,50
2,20
1,15
0,92
0,64
3,70
2,40
1,40
1,15
0,76
0,92 0,92
0,92 0,92
0,92
Mur z kamienia łamanego z
zawartoś cią zaprawy 35%
(objętościowo) przy gęstości
objętościowej kamienia 2800
kg/m3
2400
2,55
2,75
0,92
Mury z cegły (przy grubości
spoin nie większej niż 1,5 cm)
Mur z cegły ceramicznej pełnej
na za prawie cementowo-
wapiennej bez tynku
1800
0,77
0,91
0,88
• Z wartością współczynnika przenikania ciepła k są związane bezpośrednio straty
mocy cieplnej pomieszczenia ogrzewanego. Są one duże, gdy wartość
współczynnika przenikania ciepła k jest duża i maleją wraz ze zmniejszaniem jego
wartości.
• Z powodu większych strat mocy ciepła trzeba powiększać powierzchnię ogrzewalną
grzejników, średnice przewodów i źródła ciepła, co zwiększa koszty inwestycyjne i
eksploatacyjne.
• Ocenę wyższości danego rozwiązania przegrody budowlanej nad innymi projektami
umożliwia wprowadzenie kryterium najmniejszych kosztów. Polega ono na
równoczesnym rozpatrywaniu kosztów inwestycyjnych przegród budowlanych i
instalacji centralnego ogrzewania oraz kosztów eksploatacyjnych z uwzględnieniem
przewidywanych remontów w jednostkowym okresie obliczeniowym.
• Teoretyczne rozwiązanie graficzne tego problemu przedstawiono na rys. . Zależność
kosztów przegrody w funkcji wartości współczynnika przenikania ciepła k zbliżona
jest do hiperboli, a zależność kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych instalacji
centralnego ogrzewania do paraboli. Dodając rzędne obu krzywych dotyczące tych
samych wartości odciętych, otrzymano nową krzywą sumy kosztów inwestycyjnych
i eksploatacyjnych przegrody oraz instalacji zależną od różnych wartości
współczynnika przenikania ciepła k. Jeżeli otrzymana krzywa ma minimum w
punkcie k
x
, to przy takiej właśnie wartości współczynnika przenikania ciepła koszty
inwestycyjne i eksploatacyjne odniesione do porównywalnego okresu (najczęściej
roku) będą najmniejsze. Wyznaczona w ten sposób konstrukcja przegrody, przy
danej strukturze cen, będzie rozwiązaniem optymalnym. Znalezienie optymalnego
rozwiązania wg powyższej metody, bez zastosowania elektronicznej techniki
obliczeniowej jest bardzo czasochłonne i w praktyce inżynierskiej nie stosowane.
Optymalna wartość współczynnika przenikania ciepła
przez przegrody budowlane
• W PN-91/B-02020 zamiast wartości optymalnej wprowadzono pojęcie
maksymalnej wartości współczynnika przenikania ciepła k przegród
budowlanych. Oznacza to, że projektując wartości współczynnika
przenikania ciepła nie wolno przekraczać wartości dopuszczalnych w
odniesieniu do danych typów przegród budowlanych (tab. 4).
Tabela 4 Maksymalne wartości współczynnika k w budynkach
mieszkalnych i użyteczności publicznej (przegrody nowo
wznoszonych obiektów, okna, drzwi balkonowe, świetliki i
drzwi zewnętrzne)
Rodzaj przegrody i temperatura
w pomieszczeniu
rx
max
Okna, drzwi balkonowe,
świetliki
i drzwi zewnętrzne
[W/
(m
2
K)]
[W/
(m
2
K)]
1
2
3
4
Ściany zewnętrzne (stykające się
Okna i drzwi balkonowe w
budyn-
z powietrzem zewnętrznym):
kach mieszkalnych w
pomiesz-
t, > 16°C
czeniach o t
i
> 16°C
- pełne
0,55
w I strefie klimatycznej
2,6
- z otworami okiennymi
0,60
w II strefie klimatycznej
2,6
- z otworami okiennymi i drzwio-
w III strefie klimatycznej
2,6
wymi
0,65
w IV strefie klimatycznej
2,0
- ze wspornikami balkonu,
przeni-
w V strefie klimatycznej
2,0
nikającymi ścianę
0,70
t, <16°C (niezależnie od
rodzaju
ściany)
0,80
Ściany wewnętrzne między
pomiesz-
Okna w budynkach
mieszkalnych
czeniami ogrzewanymi a
klatkami
w ścianach oddzielających
pomie-
schodowymi lub korytarzami
3,00
szczenia ogrzewane od klatek
scho-
dowych i korytarzy
4,0
Ściany przylegające do
szczelin dy-
Okna i drzwi balkonowe w
budyn-
latacyjnych o szerokości:
kach użyteczności publicznej w
po-
do 5 cm, trwale zamkniętych i
wy-
mieszczenich o szczególnych
wyma-
pełnionych izolacją cieplną
na
ganiach higienicznych, np. w
pomie-
głębokość co najmniej 20 cm
3,00
szczeniach szpitalnych
przeznaczo-
powyżej 5 cm, niezależnie od
przy-
nych na stały pobyt ludzi oraz w
jętego sposobu zamknięcia i
za-
żłobkach i przedszkolach
2,3
izolowania szczeliny
1,00
Ściany piwnic
nieogrzewanych
bez
wy-
Okna i drzwi balkonowe w
budyn-
maga
ń
kach użyteczniści publicznej:
ti > 20°C (oprócz
wymienionych
Stropodachy i stropy pod
nieogrze-
wyżej)
2,6
wanymi poddaszami lub
nad prze-
12°C < t < 20°C
4,0
jazdami:
t, < 12°C
5,6
t, > 16°C
8°C < t, < 16°C
0,30
0,50
Okna pomieszczeń
piwnicznych poddaszy
nieogrzewanych oraz
świetliki nad klatkami
schodowymi
bez
wymag
ań
Stropy nad piwnicami
nieogrze-wanymi i
zamkniętymi przestrzenia
mi podpodłogowymi
0,60
Drzwi zewnętrzne
wejściowe do
Stropy nad piwnicami
ogrzewanymi
bez
wyma
gań
budynków
3,0
* .leżeli przy drzwiach wejściowych do budynku mieszkalnego nic ma
przedsionka, to wartość współczynnika k ściany wewnętrznej przy klatce
schodowej na parterze nie powinna być większa niż 1,0 W/(m
2
K).
** Wartości k
max
nie uwzględniają przepuszczalności powietrza i dotyczą
powierzchni obliczonych z uwzględnieniem zewnętrz nych wymiarów ościeżnic
.
Wartości obliczeniowe temperatury powietrza
W Polsce, mimo że nie należy ona
do krajów rozległych, występuje
wyraźne zróżnicowanie klimatyczne.
Inne temperatury występują w
zimie na południu kraju w górach, inne
na północy na wybrzeżu. Jako
obliczeniową temperaturę zewnętrzną
przyjmuje się, na podstawie wieloletnich
obserwacji, najmniejszą temperaturę,
która panowała na danym obszarze
kraju podczas 5 kolejnych dni.
Posługując się tym kryterium podzielono
teren Polski na 5 stref klimatycznych i w
odniesieniu do każdej z nich określono
obliczeniowe temperatury powietrza na
zewnątrz budynków . Miejscowości
położone na pograniczu stref zalicza się
do strefy mniej korzystnej.
Temperaturę powierzchni gruntu
należy przyjmować równą temperaturze
powietrza w danej strefie klimatycznej.
Temperatury obliczeniowe powietrza
na zewnątrz budynków (wg PN-82/B-
02403
Strefa klimatyczna
I
II
III
IV
V
Temperatura obliczeniowa
powietrza na zewnątrz
budynków [
C
C]
-16
-18
-20
-22
-24
Wartości obliczeniowe
temperatury
powietrza w
przykładowych
pomieszczeniach
nieogrzewanych
(wg PN-82/B-02403)
Rodzaj przestrzeni zamkniętej
Wartości obliczeniowe temperatury
przestrzeni zamkniętych w strefie
klimatycznej [°C]
I
II
III
IV
V
Poddasze nieogrzewane:
- jeżeli dach jest kryty dachówką
lub blachą, nieszczelnym
odeskowaniem, a współczynnik
przenikania ciepła ma wartość
większą niż 5 W/(m
2
-K)
-14
-16
-18
-20
-22
- jeśli dach jest kryty dachówką,
papą lub blachą ze szczelnym
odeskowaniem albo płytą
żelbetową, a współczynnik
przenikania ciepła ma wartość
zawartą między 2 i 5 W/ (m
2
-K)
-11
-13
-15
-17
-19
- przy dachu ze szczelnym
odeskowaniem lub płytą
żelbetową, jeśli wykonano izolację
cieplną, a współczynnik ma
wartość mniejszą od 2 W/(m
2
-K)
-6
-8
-10
-12
-14
Podziemia nieogrzewane
przeznaczone na piwnice:
- kotłownie i węzły ciepłownicze
+
20
+ 20
+ 20
+ 20
+ 20
- bez okien, lecz z przewodami co.
w piwnicy
+
12
+ 10
+ 8
+ 6
+ 4
- bez okien i bez przewodów co. w
piwnicy
+
8
+ 6
+ 4
+ 2
0
- z oknami w ścianach
zewnętrznych i przewodami co. w
piwnicy
+
4
+ 2
0
-1
-2
- z oknami w ścianach
zewnętrznych bez przewodów co.
w piwnicy
0
-2
-4
-5
-6
Przejścia lub bramy przelotowe
nieogrzewa ne, obustronnie
zamknięte
-11
-13
-15
-17
-19
Przestrzenie podpodłogowe w
budynkach niepodpiwniczonych
0
0
0
0
0
Szczeliny dylatacyjne o szerokości
do 5 cm, zamknięte i wypełnione
izolacją cieplną na głębokość co
najmniej 20 cm
o 5°C niższa niż w
przylegających pom niach
leszcze-
Wartości obliczeniowe temperatury powietrza
w pomieszczeniach ogrzewanych (wg PN-82/B-02402)
Wartośc
i
oblicze-
niowe
Przeznaczenie pomieszczeń
Przykłady pomieszczeń
tempera
-
tury
[°C]
1
2
3
+ 5
pomieszczenia nie przeznaczone do
stałego
magazyny bez stałej obsługi
przebywania ludzi oraz pomieszczenia
og-
garaże indywidualne, hale
postojowe
rzewane dyżurnie
(bez remontów) akumulatornie
+ 8
pomieszczenia nie przeznaczone do
stałego
klatki schodowe w budynkach
mieszkal-
przebywania ludzi, w których
jednorazowy
nych
pobyt osób, znajdujących się w ruchu i
w
hale sprężarek, pompownie
okryciach zewnętrznych nie
przekracza lh;
kuźnie, hartownie, wydziały obróbki
pomieszczenia, w których moc cieplna
za-
cieplnej
instalowanych urządzeń
technologicznych,
oświetlenia itp., odniesiona do 1 m
3
pomiesz-
czenia, przekracza 25 W
+ 12
pomieszczenia przeznaczone do
stałego prze-
magazyny i składy wymagające
stałej
bywania ludzi, znajdujących się w
okryciach
obsługi
zewnętrznych lub wykonujących
ciężką pra-
westybule, poczekalnie przy salach
wi-
cę fizyczną;
dowiskowych bez szatni
pomieszczenia, w których moc cieplna
za-
hale ciężkiej pracy, hale formierni,
ma-
oświetlenia itp., odniesiona do 1 m
3
pomie-
szynownie chłodni, ładownie
Akumulatorów
hale targowe, sklepy rybne i
mięsne
szczenia, wynosi od 10 do 24 W
Wartości obliczeniowe temperatury powietrza
w pomieszczeniach ogrzewanych (wg PN-82/B-02402)
+ 16
pomieszczenia przeznaczone do
przebywa-
hale pracy lekkiej
nia ludzi w okryciach zewnętrznych w
po-
szatnie odzieży wierzchniej
zycji siedzącej, bez okryć zewnętrznych korytarze, klatki schodowe w
budynkach
znajdujących się w ruchu lub wykonują-
biurowych i użyteczności publicznej
cych lżejsze prace fizyczne;
sale widowiskowe bez szatni
pomieszczenia, w których moc cieplna
za-
sale gimnastyczne
instalowanych urządzeń
technologicznych,
bufety i sale konsumpcyjne
oświetlenia itp., odniesiona do 1 m
3
pomie-
sklepy spożywcze i przemysłowe, sale
szczenia,
sprzedaży w domach towarowych
kuchnie indywidualne wyposażone w
pa leniska węglowe ustępy publiczne
zmywalnie i przygotowalnie wstępne
w zakładach żywienia zbiorowego
Wartości obliczeniowe
temperatury powietrza
w pomieszczeniach
ogrzewanych
(wg PN-82/B-02402)
+ 20 pomieszczenia
przeznaczone do
przebywania
pokoje mieszkalne, przedpokoje, kuchnie
ludzi bez okryć
zewnętrznych nie
wykonujących
indywidualne wyposażone tylko w
paleniska gazowe
w sposób ciągły pracy
fizycznej
hale pracy siedzącej lekkiej
+ 20 pomieszczenia
przeznaczone do
przebywania
izby pomiarowe
ludzi bez okryć
zewnętrznych nie
wykonujących
pokoje biurowe, sale posiedzeń
w sposób ciągły pracy
fizycznej
pomieszczenia do nauki, audytoria, bi-
blioteki, czytelnie
muzea i galerie sztuki z szatniami
sale widowiskowe z szatniami
bufety i sale konsumpcyjne z szatniami
poczekalnie z szatniami
kasy (np. teatralne, dworcowe itp.)
gabinety dentystyczne i lekarskie, gdzie nie
przewiduje się rozbierania pacjen tów
sale chorych
korytarze i klatki schodowe w zakła dach
leczniczych
sale dziecięce w przedszkolach
ustępy z wyjątkiem ustępów publicz nych
+ 25 pomieszczenia
przeznaczone do rozbiera-
rozbieralnie - szatnie, łazienki, natrys
nia lub przebywania ludzi
bez odzieży
kownie, umywalnie, hale pływalni* gabinety
lekarskie z rozbieraniem pa cjentów sale
niemowląt i sale dziecięce w żłobkach sale
operacyjne
+ 32 pomieszczenia wymagające
podwyższonej
suszarnie bielizny
temperatury, nie
wyposażone w specjalne
suszarnie odzieży
urządzenia technologiczne
W
obliczeniach
dotyczących
tych
pomieszczeń temperaturę
obliczeniową
należy
przyjmować równą 23
C
C w
przypadku, gdy centralna
regulacja
parametrów
nośnika
ciepła
prowadzona
jest
wg
temperatury
tych
pomieszczeń
lub
gdy
pomieszczenia te mają
indywidualną
regulację
temperatury
albo
regulowaną temperaturę
nawiewu powietrza
.
Obliczanie zapotrzebowania na moc cieplną
•
Zapotrzebowanie na moc cieplną w pomieszczeniach o kubaturze do 600 m
3
•
Zasady obliczeń zapotrzebowania na moc cieplną dostarczaną do pomieszczeń ogrzewanych o
kubaturze nie przekraczającej 600 m
3
w budynkach o wysokości do 25 kondygnacji
podano w PN-B-
03406 Ogrzewnictwo. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m
3
.
•
Moc cieplna dostarczana do pomieszczenia powinna zastąpić straty spowodowane jego
przenikaniem przez przegrody oraz ogrzać infiltrujące zimne powietrze dostające się z zewnątrz
przez nieszczelności stolarki okiennej.
•
Całkowita moc cieplna dostarczana do pomieszczenia przez urządzenia ogrzewcze - Q jest więc
sumą ciepła pokrywającego straty przenikania i ogrzewającego infiltrujące powietrze zgodnie ze
wzorem
•
(10)
•
w którym:
•
Q
p
- straty ciepła przez przenikanie [W],
•
Q
w
- zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji [W].
•
Opisane za pomocą tego wzoru zapotrzebowanie na moc cieplną dotyczy tylko pomieszczenia
modelowego o jednej przegrodzie zewnętrznej (chłodzącej), skierowanej na północ, znajdującego
się na pośredniej kondygnacji w budynku. Jeżeli nie jest spełniony jakikolwiek z tych warunków, to
odstępstwa te należy uwzględnić w obliczeniach.
•
W odniesieniu do pomieszczeń rzeczywistych wzór (10) ma postać
•
(11)
•
w którym:
•
Q
P
i Q
w
- jak we wzorze (10),
•
d
1
- dodatek na wyrównanie wpływu niskiej temperatury powierzchni przegród chłodzących (tab.
8),
•
d
2
- dodatek do strat ciepła pomieszczenia, za pomocą którego uwzględnia się skutki
nasłonecznienia przegród (tab. 9).
Tabela 8 Wartości liczbowe dodatku d
1
(wg PN-B-03406)
Liczba przegród chłodzących
pomieszczenia
1
2
3
4 i
więcej
Dodatek dr
piętro pierwsze
lub wyższe
0
0,03
0,05
0,08
parter
0,10
0,13
0,15
0,18
Rodzaj przegrody
Dodatek d
2
Stropodach
-0,05
Przegrody pionowe
strony świata
NE N NW
W
SW
S
SE
E
0
0
0
-0,05
-0,10
-
0,1
0
-
0,10
-
0,05
Tabela 9 Wartości liczbowe dodatku d
2
(wg
PN-B-03406)
• Straty (lub zyski) ciepła przez przenikanie oblicza się zgodnie ze
wzorem (4), jeśli różnica temperatury po obu stronach przegrody
wynosi co najmniej 4 K. Całkowite straty mocy cieplnej przez
przenikanie danego pomieszczenia - Q
p
są sumą strat
poszczególnych przegród lub ich części, dla których
współczynnik przenikania ciepła k ma stałą wartość, tj.
•
(12)
• gdzie:
• Q
0
- strata ciepła przegrody lub jej części [W].
•
• Stratę ciepła na wentylację - Q
wo
określa się wg zależności
•
(13)
• w której:
• V - objętość powietrza infiltrującego do pomieszczenia w
jednostce czasu (strumień objętości powietrza) określany wg PN-
83/B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych,
zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania
[m
3
/ s],
• ρ - gęstość powietrza [kg/m
3
],
• c
p
- ciepło właściwe powietrza [kJ/(kg K)],
• t
i
- wartość obliczeniowa temperatury w pomieszczeniu [°C],
• t
e
- wartość obliczeniowa temperatury zewnętrznej [°C].
•
W obliczeniach technicznych zakłada się stałą wartość gęstości powietrza ρ = 1,2 kg/m
3
i
ciepła właściwego powietrza c
p
= 1,020 kJ/(kgK) oraz strumień objętości V w m
3
/h. Wzór (13)
ulega wtedy uproszczeniu do postaci
•
(14)
•
Zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji Q
w
należy obliczać, uwzględniając wewnętrzne zyski
ciepła w pomieszczeniu wynikające z ich normalnego użytkowania. Jeśli pomieszczenia są
użytkowane:
•
• mniej niż 12h na dobę (np. budynki użyteczności publicznej), to
•
(15)
•
• co najmniej 12h na dobę (np. budynki mieszkalne zamieszkania zbiorowego, szpitale itp.),
to
•
(16)
•
•
Obliczenia zapotrzebowania na ciepło potrzebne do poszczególnych pomieszczeń wykonuje
się na specjalnych formularzach, stosując umowne oznaczenia przegród wg PN-B-03406.
•
Jeśli pomieszczenie ogrzewane nie jest podpiwniczone i znajduje się na poziomie gruntu, to
będą w nim straty mocy cieplnej przez podłogę do gruntu. Aby obliczyć te straty,
powierzchnię podłogi dzieli się na dwie strefy:
•
strefa pierwsza
to pas podłogi o szerokości 1 m przyległy do ścian zewnętrznych,
•
strefa druga
to pozostała część podłogi.
•
Straty mocy cieplnej strefy pierwszej oblicza się wg wzoru (4), przyjmując do obliczeń
współczynnik przenikania ciepła k przez podłogę przylegającą do gruntu zgodnie z PN-91/B-
02020.
•
Do obliczeń strat ciepła strefy drugiej używa się tego samego wzoru, jednak z
uwzględnieniem innej wartości współczynnika przenikania ciepła k (zależnej od szerokości tej
strefy zgodnie z PN-91/B-02020) i innej temperatury t
e
= t
g
= 8°C stałej we wszystkich
strefach klimatycznych.
•
Zapotrzebowanie na moc cieplną ustala się z dokładnością do 10 W, zaokrąglając obliczenia
„w górę" do pełnej dziesiątki.
Zapotrzebowanie na moc cieplną w pomieszczeniach o
kubaturze większej od 600 m
3
•
W obliczeniach zapotrzebowanie na moc cieplną do pomieszczeń o kubaturze większej od
600 m
3
, a więc takich, jak: hale fabryczne, hale sportowe, sale konferencyjne, magazyny,
kryje się wiele trudności.
•
Ich przyczyną jest różna funkcja tych pomieszczeń, których powierzchnie przegród i
kubatura mogą różnić się nawet i kilkadziesiąt razy. Do najważniejszych problemów,
trudnych do analitycznego, jednoznacznego, a zarazem prostego ujęcia należy zaliczyć:
•
wzmożoną infiltrację powietrza przez przeszklone
(często nadmiernie) prze grody,
uzależnioną od kierunku wiatru, otoczenia budynku, jakości wykonania otworów okiennych
oraz drzwiowych itp.,
•
infiltrację powietrza zewnętrznego przez otwierane drzwi i bramy
wjazdowe w czasie
wprowadzania przedmiotów i materiałów potrzebnych do produkcji,
•
określenie mocy ciepła na ogrzanie materiałów dostarczanych
z nieogrzewanych
magazynów lub nie osłoniętych placów składowych.
•
•
* Oznaczenia podstawowe: S - ściany; O - okna, świetliki; D - drzwi; P - podłogi; Sf- sufity; Std
- stropodachy; d - drewno lub tworzywa sztuczne; m - metal lub żelbet; ps - pustaki szklane;
z - zewnętrzne; w ~ wewnętrzne; k - szyby komorowe zespolone.
•
Przykłady oznaczeń: Sz - ściana zewnętrzna; Sw - ściana wewnętrzna; Dwd- drzwi
wewnętrzne drewniane; Dzm - drzwi zewnętrzne metalowe; Om 1.1. - okno metalowe
pojedyncze z pojedynczym oszkleniem; Od 1.2. - okno drewniane pojedyncze z podwójnym
oszkleniem; Od 2.1. - okno lub świetlik drewniany podwójny z pojedynczym oszkleniem.
•
Obecnie nie ma jednolitych wytycznych do określania zapotrzebowania ciepła dla tak
dużych pomieszczeń. Tego typu zagadnienia należy powierzać tylko inżynierom o dużej
praktyce, którzy na podstawie własnego doświadczenia i dostępnej literatury technicznej
mogą je poprawnie rozwiązać.
Przybliżone metody obliczania zapotrzebowania na
moc cieplną
• Orientacyjne zapotrzebowanie na moc cieplną do ogrzania budynków,
które nie mają jeszcze pełnej dokumentacji budowlanej, można
określić posługując się ich charakterystyką cieplną. Wielkość tę
wyznacza się empirycznie na podstawie danych statystycznych
uzyskanych z projektów budynków wykonanych na przestrzeni
kilkunastu lat. Charakterystyka cieplna budynku jest równa stratom
mocy cieplnej 1 m
3
ogrzewanej kubatury budynku odniesionym do
jednostkowej różnicy temperatury powietrza wewnątrz i na zewnątrz
budynku.
• Charakterystykę cieplną budynków mieszkalnych i użyteczności
publicznej można orientacyjnie obliczyć wg wzoru
•
•
(17)
•
• gdzie:
• q - charakterystyka cieplna budynku [W/(m
3
K)], V - kubatura budynku
[m
3
].
• Kubaturę budynku z centralnym ogrzewaniem określa się jako iloczyn
powierzchni powtarzalnej kondygnacji i wysokości budynku, liczonej
od podłogi parteru do wierzchu stropu najwyższej kondygnacji (do
kubatury budynku wlicza się wszystkie wewnętrzne przegrody
pionowe i poziome).
• Budynki przemysłowe mają inną charakterystykę cieplną niż
budynki mieszkalne zależną od rodzaju przegród budowlanych i
stopnia ich przeszklenia. W związku ze wzrostem kosztów
energii cieplnej, potrzebą jej oszczędzania oraz ograniczeniem
maksymalnych współczynników przenikania ciepła k, wartości
charakterystyk cieplnych budynków przemysłowych nie
powinny, w myśl obecnie obowiązujących przepisów, odbiegać
od charakterystyk cieplnych budynków mieszkalnych. W
odniesieniu do nowo wznoszonych budynków charakterystyki
cieplne nie powinny przekraczać wartości podanych w tab. 10.
Orientacyjne zapotrzebowanie na moc cieplną określa się,
korzystając ze wzoru
•
(18)
• gdzie:
• Q - orientacyjne zapotrzebowanie na moc cieplną [W],
• V - kubatura budynku [m
3
],
• q - charakterystyka cieplna budynku [W/ (m
3
• K)],
• t
i
- temperatura powietrza wewnętrznego [°C],
• t
e
- temperatura powietrza na zewnątrz budynku [°C].
Systemy ogrzewania
• Zadaniem ogrzewania jest dostarczenie do pomieszczenia ciepła w
ilości wystarczającej dla przebywających w nim ludzi. Ogrzewanie
schronienia w okresie chłodów było, oprócz zaspokajania głodu i
pragnienia, podstawową troską ludzi już od zarania dziejów.
• Najstarszym źródłem ciepła jest ognisko. Pewnym udoskonaleniem
było obłożenie ogniska kamieniami i spojenie ich gliną. W takim
palenisku ciepło utrzymywało się nawet po wygaszeniu ognia.
Zamknięcie paleniska od góry i odprowadzenie spalin na zewnątrz to
początek budowy pieców i kominów.
• Średniowiecze przyniosło wspaniały rozwój rzemiosła zduńskiego.
Kamienne piece wypierane były przez coraz sprawniejsze i
zdobniejsze piece kaflowe. W XVII w. zaczęto budować piece stalowe,
które udoskonalane przez lata są stosowane i dzisiaj, zwłaszcza gdy
nośnikiem energii jest gaz ziemny lub olej opałowy. Pewną odmianą
pieców kaflowych są stosowane obecnie, najczęściej w starym
budownictwie, elektryczne piece akumulacyjne.
• Wszystkie wyżej omówione typy urządzeń ogrzewczych noszą nazwę
miejscowych urządzeń ogrzewczych, ponieważ wytwarzane i
magazynowane w nich ciepło jest przekazywane jedynie do otoczenia
(pomieszczenia), w którym znajduje się to urządzenie.
• Jeżeli zadaniem urządzenia ogrzewczego jest ogrzanie pomieszczenia
lub kilku pomieszczeń oddalonych od miejsca powstawania ciepła, to
mamy do czynienia z ogrzewaniem centralnym.
• Pierwsze centralne ogrzewanie, znane pod nazwą hypokaustum,
zastosowali w łaźniach i budynkach mieszkalnych starożytni Grecy
i Rzymianie. Spalali oni w palenisku, znajdującym się w piwnicy
budynku drewno lub bezdymny węgiel drzewny. Spaliny i gorące
powietrze przepływało siecią poziomych kanałów
podpodłogowych, a następnie pionowymi kanałami w ścianach na
zewnątrz, ogrzewając masywną konstrukcję budynku. Ogrzana
podłoga i ściany oddawały potem ciepło do pomieszczenia w
wyniku promieniowania i konwekcji
• Typowe centralne ogrzewanie powietrzne stosowano w
średniowieczu w potężnych zamkach gotyckich, np. w Malborku .
Ogrzane w palenisku kamienie, po wygaszeniu ognia, oddawały
ciepło powietrzu przepływającemu między nimi. Ogrzane w ten
sposób powietrze przepływało grawitacyjnie kanałami pionowymi
do pomieszczeń ogrzewanych.
• Centralne ogrzewanie o rozwiązaniach spotykanych i dzisiaj
powstało dopiero w XVIII w. w Anglii i we Francji.
• Stosowano tam najpierw ogrzewanie parowe, wysokoprężne
o ciśnieniu 0,1-0,2 MPa, a dopiero później wykonywano
instalacje parowe nisko-prężne - o ciśnieniu mniejszym od
0,07 MPa, lepiej dostosowane do potrzeb pomieszczeń
mieszkalnych.
• Druga połowa XIX w. to okres intensywnego rozwoju
ogrzewnictwa, zwłaszcza w Niemczech, gdzie dzięki firmom
specjalistycznym rozwijało się ogrzewnictwo wodne. Powstały
tam pierwsze nowoczesne elementy centralnego ogrzewania,
jak np. żeliwne grzejniki ogniwowe i kotły członowe.
• Równolegle tworzono podstawy teoretyczne techniki
ogrzewczej, za której ojca uznaje się prof. Hermana
Rietschela (1847-1914), organizatora pierwszej na świecie
Katedry Ogrzewania i Wietrzenia.
• W XX w. do wodnych instalacji centralnego ogrzewania
zaczęto dołączać pompy. Rozwiązanie takie (pompowe
instalacje wodne) stało się najpowszechniejszym typem
ogrzewania w budynkach mieszkalnych. Instalacje parowe
stosuje się sporadycznie w budynkach przemysłowych,
korzystając z pary technologicznej.
Miejscowe urządzenia ogrzewania
• Urządzenia na paliwa stale
• Do urządzeń na paliwa stałe zalicza się:
• piece kaflowe,
• kominki,
• piece żelazne (stałopalne).
• Pieców kaflowych ani kominków nie buduje się dziś tak powszechnie jak niegdyś,
bywają jednak stosowane w budownictwie jednorodzinnym (zarówno letniskowym,
jak i całosezonowym).
• W klimacie takim jak w Polsce ich wadą jest niedostateczna sprawność cieplna
(kominki) lub zbyt duże wymiary, niezbędne do dostarczenia odpowiedniej mocy
cieplnej (piece kaflowe). Zalety to możliwość niebanalnego rozwiązania wnętrz
mieszkalnych i opalania praktycznie wszystkimi rodzajami paliw stałych dostępnych
odbiorcom indywidualnym.
• Piece żelazne (piece stałopalne) znajdują dużo większe zastosowanie niż mało
sprawne kominki i zbyt masywne piece kaflowe. Mają dużą sprawność i można w
nich spalać praktycznie każdy rodzaj paliwa, regulując przy tym szybkość spalania
zależnie od wydajności cieplnej i użytego opału. Inne zalety to zwarta budowa i
stosunkowo nieduża masa, dzięki czemu jest możliwe również przesuwanie tego
źródła ciepła. Piece takie służą do ogrzewania pomieszczeń o kubaturze do 100 m
3
.
• Zgromadzony w komorze spalania opał, trzeba uzupełniać dwukrotnie w ciągu doby,
aby podtrzymać płomień.
• W zależności od sposobu doprowadzania powietrza i miejsca spalania opału
rozróżnia się piece:
• ze spalaniem górnym,
• ze spalaniem dolnym,
• uniwersalne, łączące obydwie powyższe konstrukcje.
Charakterystyka techniczna pieców Żar l,2a i
Żar l,2d
Wielkość
Jednostka
Żar l,2a
Żar l,2d
Wysokość
mm
790
785
Szerokość
mm
500
500
Głębokość
mm
410
390
Masa
kg
110
120
Średnica króćca wylotowego
spalin
mm
110
110
Odległość od podłogi do
środka króćca
wylotowego spalin
mm
615
615
Nominalna moc cieplna
W
4200
5700
Zużycie paliwa
kg/h
4÷6*
l,5÷2
Kubatura ogrzewanego
pomieszczenia
3 m
60÷90
45÷60
* kg/12 h
Piec żelazny Żar 1,2A
• Urządzenia na paliwa płynne
•
• Urządzenia na paliwa płynne to:
• piece i promienniki gazowe,
• piece olejowe.
• Odznaczają się one zwartą budową, dużą sprawnością oraz
bardzo małą bezwładnością cieplną, jednak wskutek braku na
rynku urządzeń produkcji krajowej są sporadycznie stosowane w
powszechnym budownictwie mieszkaniowym i przemysłowym.
• Piece gazowe są bardzo szeroko stosowane za granicą do
ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych, biur, sklepów, szkół itp.
Ekonomicznie uzasadnione jest użytkowanie tych urządzeń tam,
gdzie wymaga się okresowego ogrzewania tych pomieszczeń.
Ogrzewanie piecami gazowymi ma wiele zalet:
• wygodna i czysta eksploatacja (brak uciążliwych produktów
spalania),
• mała bezwładność cieplna,
• duża sprawność i stała gotowość do użytkowania,
• łatwość rozliczenia za pobrane paliwo, płatne dopiero po jego
zużyciu,
• niezanieczyszczanie środowiska produktami spalania.
• Wiele odmian pieców gazowych produkują liczne firmy zachodnie.
Najczęściej stosowanym obecnie modelem jest piec gazowy z
odprowadzeniem spalin przez ścianę zewnętrzną. Można nim
ogrzewać pomieszczenia o ścianach bez przewodów kominowych,
ustawiwszy piec w dowolnym miejscu przy ścianie zewnętrznej.
Powietrze potrzebne do spalania nie jest pobierane z
pomieszczenia ogrzewanego, dzięki czemu nie wytwarza się w nim
podciśnienie wzmagające infiltrację powietrza zimnego.
Odprowadzane spaliny ogrzewają dopływające powietrze zimne,
zwiększając sprawność urządzenia do 90%.
• Promienniki gazowe są stosowane w dużych i wysokich pomieszczeniach
(sale gimnastyczne, hale fabryczne, kościoły itp.). Ze względu na
możliwość dowolnego ustawienia powierzchni promieniującej promienniki
nadają się również do ogrzewania otwartych powierzchni, jak wejścia do
sklepów, perony dworcowe, trybuny, tarasy itp.
• Mieszanina gazu i powietrza spala się w promienniku pod wpływem
katalizatora na płytce żarowej, rozgrzewając ją do temperatury 800-900°C.
Gorąca płytka żarowa wypromieniowuje ciepło do pomieszczenia. Żeby
zwiększyć powierzchnię ogrzewaną, a zarazem uniknąć przegrzewania,
promienniki należy zawieszać na wysokości co najmniej 4 m ponad strefą
przebywania ludzi.
• Wadą tych urządzeń jest odprowadzanie spalin do wnętrza pomieszczenia,
toteż niezbędna jest dobrze działająca wentylacja grawitacyjna.
• Piece olejowe mają zalety podobne jak piece gazowe.
Jedyną różnicą jest konieczność magazynowania
paliwa i odprowadzania spalin do przewodów
kominowych. Paliwo może być magazynowane
w indywidualnych zbiornikach umieszczonych w
obudowie pieca lub w zbiorniku centralnym
znajdującym się w piwnicy .
•
Grzejniki elektryczne
•
Grzejniki elektryczne można podzielić, biorąc za kryterium ich masę i moc cieplną, na 2
grupy:
• grzejniki akumulacyjne (ogrzewacze akumulacyjne),
• grzejniki przenośne.
• Elektryczne grzejniki akumulacyjne to masywne urządzenia składające się z bloku
akumulacyjnego, wykonanego z materiałów ceramicznych, w którym jest umieszczona
grzałka elektryczna, izolacji cieplnej (wełna mineralna) i obudowy.
• Grzejniki te przetwarzają energię elektryczną w ciepło magazynowane we wkładach
akumulacyjnych. Przy obecnym koszcie energii elektrycznej warunkiem ekonomiczności
tego rodzaju ogrzewania jest zaopatrzenie instalacji w dwutaryfowy licznik energii
elektrycznej i korzystanie z tańszej energii elektrycznej poza godzinami szczytu lub w nocy.
• W Polsce produkuje się 3 typy ogrzewaczy:
• •
powierzchniowe (rys. a)
oddające moc cieplną tylko przez obudowę zewnętrzną, bez
możliwości regulacji,
• kanałowe (rys. b)
oddające moc cieplną przez obudowę zewnętrzną i kanały wewnętrzne, z
możliwością regulacji mocy cieplnej za pomocą przymykanych przesłon kanałowych,
• dynamiczne (rys. c)
oddające moc cieplną przez obudowę zewnętrzną i kanały
wewnętrzne, którymi przepływa strumień powietrza wymuszony za pomocą wentylatora.
• Najlepsze w pomieszczeniach mieszkalnych są ogrzewacze kanałowe i dynamiczne.
• Wadą tych urządzeń jest duża masa (110-260 kg), co uniemożliwia ich swobodne
przesuwania w pomieszczeniu, i stosunkowo duże koszty energii elektrycznej zużywanej
podczas eksploatacji.
• W starym budownictwie mieszkaniowym znalazło zastosowanie ogrzewanie akumulacyjne
polegające na adaptacji znajdujących się tam pieców kaflowych - zainstalowaniu w
palenisku grzałki z elementów oporowych. Koszt takiej przeróbki jest stosunkowo niewielki,
nie niszczy się konstrukcji pieca, a w razie braku energii elektrycznej można, po usunięciu
grzałki, opalać go węglem.
Centralne urządzenia
ogrzewania
• Rodzaje centralnych ogrzewań
•
• Centralne ogrzewanie jest systemem ogrzewczym, w
którym występują 3 podstawowe elementy:
• źródło ciepła,
• przewody,
• grzejniki.
• Pewnym odstępstwem od powyższego kryterium jest
podłogowa lub ścienna instalacja elektryczna.
Umiejscowienie źródła mocy cieplnej poza pomieszczeniami
ogrzewanymi kwalifikuje ją do urządzeń centralnych, mimo
trudności w rozgraniczeniu sieci przesyłowej od grzejników,
którymi są te same przewody elektryczne ułożone pod
tynkiem na ścianie lub w betonowej warstwie podłogi.
• Urządzenia co. klasyfikuje się ze względu na rodzaj nośnika
ciepła, którymi mogą być: woda, para, powietrze i
elektryczność.
•
Centralne ogrzewanie wodne
• W Polsce najbardziej typowym i najczęściej stosowanym
rodzajem centralnego ogrzewania jest ogrzewanie wodne
(ponad 95% wszystkich co.).
• Powszechność ta jest nawet przyczyną używania częstego
w mowie potocznej, choć niewłaściwego, określenia
centralnego ogrzewania wodnego mianem: centralne
ogrzewanie.
• W zależności od sposobu wywołania krążenia wody w
przewodach centralne ogrzewanie wodne może być:
• grawitacyjne,
• pompowe.
• W centralnym ogrzewaniu wodnym grawitacyjnym krążenie
wody następuje jedynie na skutek różnicy gęstości wody
ogrzanej i ochłodzonej. Instalacje takie można stosować
tylko w niedużych budynkach.
• Centralne ogrzewania wodne pompowe nie mają tego
ograniczenia, ponieważ krążenie wody jest wywoływane za
pomocą pompy, której wielkość można dobrać do danej
instalacji, posługując się katalogiem
• W zależności od sposobu połączenia z atmosferą wyróżnia się instalacje:
• systemu otwartego,
• systemu zamkniętego.
• W instalacji systemu otwartego znajduje się naczynie wzbiorcze
(umieszczone powyżej najwyższego punktu instalacji) połączone
bezpośrednio z atmosferą. Dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania
ułatwione jest samoczynne odpowietrzanie instalacji podczas napełniania
wodą.
• Instalacje systemu zamkniętego nie mają połączenia z atmosferą.
Naczynie wzbiorcze systemu zamkniętego może być praktycznie dołączone
do instalacji w dowolnym miejscu. Najczęściej umieszcza się je w piwnicy
(w kotłowni). Instalacje takie trzeba wyposażyć w specjalne urządzenie do
odpowietrzania w czasie napełniania wodą - odpowietrznik.
• Inne kryterium klasyfikacji urządzeń centralnego ogrzewania wodnego to
sposób prowadzenia przewodów zasilających - stosuje się instalacje:
• z rozdziałem dolnym,
• z rozdziałem górnym.
• Rozdział dolny instalacji centralnego ogrzewania polega na prowadzeniu
przewodów zasilających pod stropem piwnicy, poniżej grzejników. Przewód
powrotny jest ułożony równolegle do zasilającego, często w tej samej
izolacji.
• W rozdziale górnym nośnik ciepła jest doprowadzany pionem wznośnym na
poddasze, gdzie znajdują się przewody zasilające. Wszystkie grzejniki w tej
instalacji są umieszczone poniżej przewodów zasilających. Pochylenie
przewo dów zasilających i powrotnych jest przeciwne: przewody zasilające -
od pionu wznośnego do pionów instalacji, a przewody powrotne - od
pionów do kotła.
•
W zależności od liczby przewodów centralne ogrzewanie wodne może mieć
instalacje:
•
1-rurowe,
•
2-rurowe.
•
Instalacja 1-rurowa, dość rzadko stosowana w Polsce, ma 1 przewód, który pełni
równocześnie funkcję przewodu zasilającego i powrotnego.
•
W instalacji dwururowej montuje się 2 niezależne przewody (zasilający i
powrotny).
•
Instalacje centralnego ogrzewania wodnego różnią się też między sobą
temperaturą zasilania grzejników:
•
ogrzewanie niskotemperaturowe - do 100°C (praktycznie do 95°C),
•
ogrzewanie średniotemperaturowe – 100-115°C,
•
ogrzewanie wysokotemperaturowe - więcej niż 115°C.
•
Centralne ogrzewanie wodne ma wiele zalet, dzięki którym znalazło tak
powszechnie zastosowanie, a mianowicie:
•
prosta obsługa,
•
pewność działania, zwłaszcza ogrzewania grawitacyjnego,
•
łatwość centralnej regulacji temperatury wody wpływającej ze źródła ciepła,
•
dostępność wszystkich elementów instalacji i możliwość samodzielnego jej
wykonania,
•
•
długa żywotność instalacji przy prawidłowej eksploatacji. Instalacja ta nie jest
pozbawiona wad, do których należy zaliczyć:
•
dużą bezwładność cieplną, zwłaszcza instalacji grawitacyjnej,
•
•
niebezpieczeństwo zamarznięcia i uszkodzenia mało wytrzymałych elementów
żeliwnych (kocioł, grzejnik),
•
duże koszty instalacji.
•
Centralne ogrzewanie parowe
• Para jako nośnik ciepła jest stosowana obecnie jedynie w budynkach przemysłowych (hale
fabryczne) i w pomieszczeniach użytkowanych okresowo (łaźnie, pływalnie, sale sportowe,
hale wystawowe).
• W grzejniku parowym przekazywanie mocy cieplnej polega na zmianie stanu skupienia
nośnika ciepła, toteż przewody zasilające określa się jako parowe, a przewody powrotne
jako kondensacyjne.
• Klasyfikując instalacje parowe, uwzględnia się różne kryteria. Są to:
• sposób połączenia z atmosferą (system otwarty lub zamknięty),
• sposób prowadzenia przewodów parowych (instalacje z rozdziałem dolnym lub górnym),
• miejsce przewodów kondensacyjnych (instalacje z przewodami zalanymi lub niezalanymi),
• sposób powrotu kondensatu, tj. skroplin (instalacje z grawitacyjnym spływem skroplin do
kotła lub z przepompowywaniem skroplin),
• liczbę przewodów (instalacje 1- lub 2-rurowe),
• ciśnienie wytwarzanej pary - w instalacjach wysokociśnieniowych (wysoko prężnych)
ciśnienie pary jest większe niż 0,17 MPa, w instalacjach niskociśnieniowych (niskoprężnych)
- 0,11÷0,17 MPa, a w instalacjach podciś nieniowych (próżniowych) - 0,02÷0,11 MPa.
• Podział na instalacje z zalanymi i niezalanymi przewodami kondensacyjnymi jest
uwarunkowany wysokością linii ciśnienia. Jeżeli przewód kondensacyjny znajduje się poniżej
tej linii, to przewody kondensacyjne są zalane, a jeśli powyżej - to niezalane.
• Jeżeli w instalacji parowej panuje duże ciśnienie, uniemożliwiające grawita cyjny spływ
kondensatu (skroplin) do kotła, to należy zaprojektować zbiornik, z którego kondensat
będzie przepompowywany do kotła.
• Centralne ogrzewanie parowe ma w porównaniu z
ogrzewaniem wodnym kilka zalet - są to:
• dużo mniejsza bezwładność cieplna,
• brak niebezpieczeństwa zamarznięcia,
• trochę mniejsze koszty instalacji (mniejsze średnice
przewodów i mniejsza liczba ogniw grzejników
).
• Do wad, których jest znacznie więcej niż zalet, należy
zaliczyć:
• brak możliwości regulacji wydajności kotła,
• wysoka i praktycznie stała temperatura grzejników (oprócz
instalacji próżniowych),
• brak akumulacji ciepła w grzejnikach,
• szybsza korozja przewodów, szczególnie przewodów
kondensacyjnych,
• konieczność stosowania grzejników odpornych na korozję
(nie wolno stosować grzejników z blach stalowych).
Centralne ogrzewanie powietrzne
• Nośnikiem ciepła centralnego ogrzewania tego typu jest gorące
powietrze rozprowadzane przewodami (w ścianach lub stropach) do
pomieszczeń. Uwzględniając sposób dostarczania ciepła powietrzu
można wyróżnić:
• ogrzewanie bezpośrednie,
• ogrzewanie pośrednie
.
• Ogrzewanie bezpośrednie jest typowym ogrzewaniem powietrznym,
noszącym również nazwę ogrzewania powietrzno-ogniowego. Ciepło
powstające w piecu podczas spalania jest przekazywane
bezpośrednio do omywającego go powietrza. W ten sposób
ogrzewano duże pomieszczenia: sale zebrań, kościoły itp.
• W ogrzewaniach pośrednich występuje dodatkowy, pośredni nośnik
ciepła, którym jest woda lub para. Pośredni nośnik ciepła może
transportować uzyskane w kotle ciepło na pewną odległość, oddając
je powietrzu w wymienniku ciepła - nagrzewnicy (parowej lub
wodnej).
• Centralne ogrzewanie powietrzne można podzielić wg innych
kryteriów. W zależności od siły wywołującej przepływ powietrza przez
przewody ogrzewanie może być:
• grawitacyjne,
• z pobudzeniem mechanicznym za pomocą wentylatora
.
• Do ogrzewania można użyć:
• powietrza zewnętrznego,
• powietrza recyrkulacyjnego (pobranego z wnętrza pomieszczenia),
• powietrza mieszanego (częściowo z wnętrza, częściowo z zewnątrz).
• W zależności od rodzaju paliwa rozróżnia się ogrzewanie powietrzne:
• z kotłem lub piecem opalanym paliwem stałym, z kotłem lub piecem
opalanym paliwem płynnym (gaz, olej opałowy),
• z nagrzewnicą elektryczną.
• Do zalet ogrzewania powietrznego należy zaliczyć:
• małą bezwładność cieplną,
• wymianę powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu (wentylacja),
• możliwość centralnego oczyszczania (filtrowania) powietrza,
• brak grzejników i przewodów do rozprowadzania wody, a zatem mniejsze
koszty inwestycyjne i niewystępowanie niebezpieczeństwa zamarzania
wody,
• możliwość zastosowania instalacji ogrzewczej jako instalacji wentylacyjnej
lub klimatyzacyjnej.
• Wady ogrzewania powietrznego to:
• konieczność budowy w stropach lub ścianach kanałów wentylacyjnych
(zakończonych kratkami nawiewnymi) o stosunkowo dużych przekrojach,
• rozprzestrzenianie się zapachów i hałasu, zwłaszcza przy ogrzewaniu
mechanicznym,
• duża powierzchnia piwnicy niezbędna do rozmieszczenia urządzeń,
• podatność na działanie wiatru.
Centralne ogrzewanie elektryczne
• Centralne ogrzewania elektryczne wykonywane są z reguły jako stropowe instalacje
akumulacyjne. W zależności od miejsca umieszczenia warstwy izo lacyjnej względem
przewodów elektrycznych (elementów grzejnych) rozróżnia się instalacje podłogowe i
sufitowe.
• Centralne ogrzewanie elektryczne podłogowe ze względu na swoją moc, ograniczoną
przez maksymalną temperaturę podłogi, która nie może być wyższa niż 28-^30°C, i
koszt nie znajdują szerokiego zastosowania. Umieszczenie elementów grzejnych w
podłodze, zasłanianej dywanami i meblami, ogranicza stosowanie tych urządzeń
jedynie do odsłoniętych powierzchni, jak np. sale w szpitalach psychiatrycznych,
podłogi między basenem a szatnią.
• Zaletami centralnego ogrzewania elektrycznego jest:
• brak zajmującego dużą powierzchnię źródła ciepła,
• wyeliminowanie pracochłonnej obsługi i produktów spalania, zanieczysz czających
środowisko w otoczeniu budynku,
• możliwość stałej gotowości do użycia instalacji,
• dokładność pomiaru zużytej mocy i ustalenia kosztów eksploatacyjnych. Centralne
ogrzewanie tego typu nie jest powszechnie projektowane ani stosowane w naszym
kraju, ze względu na następujące
• wady i niedogodności:
• bardzo duża bezwładność cieplna,
• ogromne trudności i koszty związane z usuwaniem uszkodzenia przewodów
grzejnych,
• dodatkowe obciążenie stropów,
• stosunkowo mała moc cieplna przy dużych kosztach eksploatacyjnych,
• ograniczenie temperatury powierzchni do maksimum 28 - 30°C.