WYKŁAD 2

Zapotrzebowanie mocy cieplnej do ogrzewania pomieszczeń i budynków

1. Instalacja ogrzewania

• zapotrzebowanie mocy cieplnej (zapotrzebowanie ciepła) do ogrzewania pomieszczeń budynku wynika z sumy zapotrzebowań wszystkich ogrzewanych pomieszczeń

• zapotrzebowanie ciepła (mocy cieplnej) pomieszczeń, będące podstawą dla projektowania instalacji grzewczej oraz źródła jest ustalane dla najbardziej niekorzystnych - obliczeniowych warunków zewnętrznch

• zapotrzebowanie na moc cieplną to taki strumień ciepła jaki powinno urządzenie grzewcze dostarczyć do pomieszczenia aby utrzymać wymaganą temperaturę wewnętrzną w obliczeniowych warunkach zewnętrznych

• dostarczana przez instalację moc cieplna do pomieszczenia musi pokryć straty wynikające z przenikania ciepła przez przegrody zewnętrzne i wewnętrzne oraz związane z zapotrzebowaniem ciepła do wentylacji

1.1 Przeprowadzenie obliczeń

Do obliczenia zapotrzebowania ciepła dla pomieszczeń i całego budynku konieczne jest zgromadzenie następującej dokumentacji:

1. plan sytuacyjny terenu z budynkiem (skala 1:1000)

2. jego usytuowanie względem stron świata

3. szczegółowej dokumentacji budowlanej obejmującej:

• rzuty kondygnacji w skali co najmniej 1:100 (może być także 1:50)

(z wymiarami pomieszczeń, przegród oraz okien i drzwi)

• widoki elewacji

• przekroje budynku (z podaniem wysokości kondygnacji, okien itp.)

• opis budynku (budowa przegród w tym tworzących je warstw, ich grubości, rodzajów materiałów, współczynników przenikania ciepła)

obliczeniowa wartość oporu przewodzenia ciepła warstwy:

całkowity opór cieplny jednorodnej warstwowej przegrody:

gdzie : R₁, … R_n - opory przewodzenia warstw m²K/W

R_si, R_se - opory przejmowania ciepła na powierzchni

wewnętrznej i zewnętrznej m²K/W

PROCEDURA OBLICZANIA

A. Norma : PN-B-03406 z 1994 r. „Obliczenia zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m³ ”.

lub B. Norma PN-83/B-03406 wraz z PN-82/B-02402; PN-82/B-02403;

PN-83/B-03430 (z późniejszymi zmianami)

Ad A. Obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło pomieszczeń Q ;

należy określić wg wzoru:

Q = Q_p ( 1 + d₁ + d₂ ) + Q_w

Q_p - straty ciepła przez przenikanie [W]

Q_w - zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji [W]

d₁ - dodatek do strat ciepła przez przenikanie dla wyrównania wpływu niskich temperatur powierzchni przegród chłodzących pomieszczenia

d₂ - dodatek na straty ciepła przez przenikanie uwzględniające skutki nasłonecznienia przegród i pomieszczeń

Straty ciepła przez przenikanie wg wzoru:

Q_p = SQ_o

Q_o - straty ciepła poszczególnych przegród lub ich części, dla których obliczeniowy współczynnik przenikania ma jednakową wartość

Q_o = k * ( t_i - t_e ) *A

k=U - współczynnik przenikania ciepła obliczany zgodnie z PN-ISO

6946: 1999(bez uwzglednienia mostków cieplnych), [W/m²K]

t_e - obliczeniowa temperatura zewnętrzna przyjmowana

wg. PN-82/B-02402 , [^oC]

t_i - obliczeniowa temperatura powietrza wewnątrz

pomieszczenia wg. PN-82/B-02402 , [^oC]

A - powierzchnia przegrody lub jej części [m²]

W strefach klimatycznych oblicza się zapotrzebowanie ciepła w warunkach obliczeniowej temperatury zewnętrznej.

Strefa: I II III IV V

t_e : -16 -18 -20 -22 -24

t_i : Temperatury obliczeniowe pomieszczeń w budynkach

+5^oC dla pomieszczeń dyżurnych, niewykorzystywanych, nie przeznaczonych do stałego przebywania ludzi

+8^oC pomieszczenie nie przeznaczone do stałego przebywania osób, w których jednorazowy pobyt do 1h w odzieży zewnętrznych np. klatka schodowa

+12^oC pomieszczenia do stałego przebywania ludzi w okryciach zewnętrznych lub wykonujących ciężką pracę fizyczną (magazyny, składy, hale targowe)

+16^oC do przebywania w okryciach w pozycji siedzącej lub bez okryć przy lżejszej pracy fizycznej (hale pracy, sklepy, sale widowisk.)

+20^oC budynki mieszkalne, pomieszczenia mieszkalne

+25^oC łazienki, szatnie, gabinety lekarskie

+32^oC pomieszczenia technologiczne, np. suszarnie

Pole powierzchni przegród (scian, stropów) należy określić na podstawie ich wymiarów w osiach przegród do nich prostopadłych).Wymiary okien i drzwi jako wymiary ościeżnic.

Zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji Q_wo to strumień ciepła potrzebny do ogrzania odpowiedniego strumienia powietrza zewnętrznego (dopływającego do pomieszczenia), dla spełnienia wymagań higienicznych.

1. straty ciepła na wentylację Q_wo :

V - strumień objętościowy powietrza wentylacyjnego [m³/s]

c_p - ciepło właściwe powietrza [J/(kg K)]

r - gęstość powietrza [kg/ m³]

dla c_p = 1,020 [kJ/kg K]

r = 1,2 [kg/m³]

V w [m³/h]

Q_wo = 0,34 *V*( t_i - t_e )

Strumień objętości powietrza wentylacyjnego powinien wynosić:

• dla pokoju mieszkalnego i sypialni 20 m³/h dla każdego mieszkańca, przy czym łączny strumień powietrza dla pokojów nie powinien być niższy od 1 wymiany na godzinę [1/h]

• dla pokojów zbiorowego przebywania ludzi ( np. świetlica, jadalnia) 20 m³/h dla każdej przebywającej osoby

• dla kuchni, łazienek i ustępów przeznaczonych do użytku indywidualnego wg 2.1.2 normy PN-83/B-03430

strumień powietrza powinien odpowiadać wymogom sanitarnym:

• dla kuchni z oknem zewnętrznym wyposażonej w kuchnię gazową lub węglową 70 m³/h

dla kuchni wyposażonej w kuchnię elektryczną, mieszkanie

do 3 osób 30 m³/h

• dla łazienki (z ustępem lub bez) 50 m³/h

• dla ustępu 30 m³/h

2. zapotrzebowanie ciepła do wentylacji Q_w z uwzględnieniem zysków

wewnętrznych i przy założeniu jednokrotnej wymiany na godzinę:

Dla pomieszczeń użytkowych co najmniej 12h w ciągu doby (mieszkania, szpitale)

Q_w = [0,34 (t_i - t_e) - 9 ] * V

Dla pomieszczeń użytkowych mniej niż 12h w ciągu doby (budynki użyteczności publicznej )

Q_w = [0,34 (t_i - t_e) - 7] * V

Dla pomieszczeń pomocniczych i nie przewidzianych do stałego przebywania takich jak: piwnice, klatki schodowe itp. Strumień powietrza zapewniający 1/2 wymiany na godzinę i bez zysków wewnętrznych - zatem:

Q_w = [ 0,34 (t_i - t_e)] * V/2

B. Zapotrzebowanie na moc cieplną pomieszczeń ogrzewanych według - PN-83/B-03406

Q = (Q_p + Q_w) * ( 1 + d₁ + d₂ +d₃)

gdzie:

Q_W - straty związane z podgrzewaniem powietrza wentylacyjnego

gdzie: a = 0,4 współczynnik zmniejszający zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji ze uwagi na zyski wewnętrzne (pokrywające 60% potrzeb)

2. Ciepłownictwo - metody uproszczone

1. Metoda wskaźników kubaturowych (odniesiony do m³ kubatury budynku)

Wykorzystująca równanie charakterystyki cieplnej budynku (statyczne)

T_i = T_e + ( Q / F ) => F ( T_i - T_e ) = Q

Q = F ( T_i - T_e )

F [W/K] - jednostkowe całkowite straty budynku

F = F_t + F_w + F_i suma jednostkowych strat przenikania, wentylacji oraz

infiltracji

F/V - jednostkowe straty odniesione do kubatury budynku

q_j => W/m³K jednostkowa strata budynku

Obliczenia wskaźnika zapotrzebowania mocy cieplnej q_CO do ogrzewania budynku mieszkalnego lub innego obiektu (przemysłowego, użyteczności publicznej:

q_CO = q_j *(T_i - T_e) [W/m³]

Informacje dotyczące struktury budownictwa na danym terenie bierzemy z planu zagospodarowania przestrzennego lub wydziału gospodarki komunalnej.

Na potrzeby cieplne budynku składają się zapotrzebowanie na moc cieplną do c.o., oraz ewentulanie do przygotowania ciepłej wody użytkowej, wentylacji oraz potrzeby technologiczne:

q = q_CO + q_CWU + q_W

Całkowite zapotrzebowanie Q = q*V

2. Metoda wg liczby mieszkańców w danym terenie ( wskaźnik zapotrzebowania mocy cieplnej odniesiony do 1000 mieszkańców)

Q_jc = całkowite ( ogrzewanie + cwu + wentylacja )

• Dla mieszkalnictwa potrzeba przeciętnie 1,3 MW_t/1000 mieszkańców

(MW_t - megawaty termiczne)

• Dla mieszkalnictwa z usługami 2,0 MW_t/1000m

• Dla mieszkalnictwa z usługami i przemysłem 4,0 MW_t/1000m

Powyższe wartości należy pomnożyć przez 0,75 (średni wspólczynnik przyłączenia do systemów ciepłowniczych), aby otrzymać przewidywane zapotrzebowanie dla systemu ciepłowniczego:

Zapotrzebowanie na ciepło do podgrzewania ciepłej wody użytkowej :

a = 1,05 - 1,1 - współczynnik zwiększający

t_CWU = 55^oC

t_Z = 5 ^oC lub 10 ^oC

Δt_CWU = 45 lub 50 K

G_cwu,sr = 110 do 130 [dm³/dobę] - średnie zużycie ciepłej wody

na 1-go mieszkańca

G_{cwu, max} = 5,4 * n * K_h [kg/h] - największe zużycie ciepłej wody

przez n - mieszkańców

K_h - godzinowy współczynnik nierównomierności rozbioru ciepłej

wody

K_h = (N_h) = 9.32*n^{- 0,244}

Zależy od liczby mieszkańców (maleje z nią od 4.5 dla 50 mieszkańców do 2.0 dla 6000 mieszkańców)

Ogrzewnictwo i ciepłownictwo - wykłady

- 1 -

---