BILANS CIEPLNY POMIESZCZENIA
Zyski ciepła od przegród wewn.
Zadaniem wentylacji jest niedopuszczenie do nadmiernego wzrostu zanieczyszczeń i temp.
Obciążenie pom. – zyski ciepła pom.
Q zmienia się czyli V też się zmienia. Mówimy o takich rozwiązaniach, żeby V było stałe latem i zimą. Obliczenia powinniśmy spożądzać dla warunków ekstremalnych – bilans cieplny.
1.niedopuszczenie do przegrzania pomieszczenia.
maxQzyski + minQstrat max
maxQz- dodatnie strumienie powodujące wzrost temp.
minQs- straty ciepła w pom.
Mając wartość max możemy zagwarantować, że Q będzie mniejsze i Δt też będzie mniejsze przy stałym V.
2.okres zimy- niedopuszczenie do niedogrzania pom.
szukamy takiego punktu który jest min punktem obciążenia cieplnego.
minQz +maxQs min
Qmax = Qzbj =o.c.p (obciążenie cieplne pom.)
Do projektowania nie bierzemy max. wartości. Przy zyskach ciepła również nie bieżemy wartości ekstremalnej.
Sporządzamy w celu zaprojektowania wielkości urządzenia wentylującego
Qzbj(o.c) = Qpn + Qpp + Ql+Qt+Qośw.
Qpn- zyski ciepła od nasłonecznienia przez przegrody nieprzezroczyste
Qpp- zyski ciepła od nasłonecznienia przez przegrody przezroczyste
Ql- zyski ciepła od ludzi
Qt- zyski ciepła od technologii
Qośw- zyski ciepła od sztucznego oświetlenia
Są to typowe strumienie ciepła w budynkach bytowo gospodarczych.
Qpn+Qpp- dotyczy zewnętrznych źródeł ciepła od źródeł zewn. poza pom, reszta dotyczy zysków ciepła od źródeł wewn.
Sporządzamy w celu ustalenia wielkości nagrzewnicy.
Qzbj(o.z) = kQl+nQt+ΣQstr+Qoś
Qstr- straty statyczne w pom.
Q str=ΣkIAiΔti – straty przez przenikanie przez przegrody.
k- współ. zmniejszający (zimą minimalizujemy zyski)- współ. określający minimalnbą liczbę osób przy których należy utrzymać minimalne parametry pow. w pom.
k=0,1-0,2- pom bytowe
k=0,85-0,95- pom przemysłowe
n-współ. zmniejszający zyski ciepła w technologii w związku z absencją pracowników
im mniej osób tym mniejszy zysk ciepła od technologii
n=0,85-0,95
Qośw- zyski ciepła od oświetlenia. Zimą szukamy sytuacji min. Bilans cieplny pom. wyznaczamy gdy oświetlenie działa non stop.
Ql,Qt,Qośw.- źródła wewnętrzne
Qstr- źródła zewnętrzne
Zyski ciepła od źródeł zewn.
1.od maszyn i urządzeń elektrycznych
2.od gorących powierzchni
3.od gorącej masy materiału
Każdy człowiek wydziela ciepło które służy do utrzymania temp.
Cztery drogi oddawania ciepła: konwekcja, promieniowanie, przewodzenie- strumienie ciepła jawnego; parowanie- s.c. utajonego
Jednostkowy strumień ciepła (zysk) od jednej osoby jest sumą dwóch składników:
qc=qj +qu
qc- całkowity strumień oddawanego przez organizm ciepła
qj- strumień ciepła jawnego występuje gdy jest Δt między temp otoczenia i temp ciała. Te strumienie powodują bezpośrednią zmianę temp pow.
qu- związany ze strumieniem masy pary wodnej wprowadzanej do pow w pom nie powoduje bezpośredniej zmiany temp. pow w pom – strumień ciepła utajonego
qu=Υ*m*
Υ-ciepło parowania= 2500kJ/kg
m*- masa (strumień masy pary wodnej)
Ilość wydzielanego strumienia ciepła zależy od aktywności.
Zyski ciepła jawnego Ciepło jawne oddawane jest przez promieniowanie i konwekcje. Gdy tp=36’ to qj=0. Im wyższa temp. otoczenia tym trudniej organizm oddaje ciepło.
Zyski ciepła utajonego Ciepło utajone oddawane jest przez oddychanie i parowanie ze skóry w postaci pary wodnej. Im temp wyższa tym zyski rosną
Ciepło utajone wyrażone jest ilością pary wodnej: Wl= φnw
φ- współ jednoczesności przebywania ludzi
n-liczba osób przebywających w pom
w-ilość pary wodnej oddawanej przez człowieka, przy określonej aktywności i temp pow.
Ciepło całkowite zależy od aktywności
1.mała qc < 200W/os
2.średnia 200<qc<300
3.duża qc>300
1.siedząca 120 W
2.stojąca 140W
3.w ruchu 240W
1.lekka przy użyciu dłoni 30W
2,lekka przy urzyciu jednej dłoni 60W
3.ciężka –1ręka 120W
4.ciężka –2 ręce 150W
Praca lekka qc=140W/os; qj=96W/os; W(ilość wilgoci) =92g/h
Praca ciężka qc=251W/os; qj=130; W=180
Praca ciężka qc=407 ;qj=180; w=342g/h
Przy obliczaniu ciepła od ludzi należy brać pod uwagę ciepło jawne, które powoduje ogrzewanie pow. i wzrost jego temp.
Ql=φnqj
φ-współ. jednoczesności przebywania ludzi
n-znamionowa liczba osób przebywających w pom.
qj-ciepło jawne oddawane przez człowieka przy określonej aktywności i określonej temp. pow w pom
Wartości jednoczesności przebywania ludzi:
Biura-φ=0,75-0,9
Domy towarowe –φ=0,8-0,9
Treatry, kina –φ=1
Hotele –φ=0,4-0,6
Przemysłowe –φ=0,85-0,95
Od przeznaczenia pom zależy odpowiednie natężenie oświetlenia, które decyduje o mocy zainstalowanej.
Natężenie oświetlenia:
Żarówki (lampy żarowe) ; lampy fluorescencyjne
Biura –250lx ; 55W/m2 ; 16W/m2
Czytelnie –500lx ; 110 ; 32
Kreślarnie – 1000lx ; --- ; 35-70
Żarówek nie stosuje się gdyż mają bardzo duże wartości zysków ciepła.
Wydajność pracy i dobre samopoczucie wzrasta wraz ze wzrostem intensywności oświetlenia.
Oświetlenie elektryczne pobraną energię elektryczną całkowicie przetwarza w ciepło ogrzewając otoczenie, w którym jest zainstalowane
Oprawa wentylatora którą doprowadzane jest pow w pobliżu żarówki . Energia doprowadzona do żarówki zamienia się w ciepło. Moc pobrana przez lampy elektryczne jest przekazana pom częściowo na drodze konwekcji, a częściowo przez promieniowanie. Promieniowanie padając na przegrody budowlane zamienia się na ciepło, podgrzewa je i zostaje przez nie zakumulowane w stosunkowo krótkim czasie po włączeniu światła. Ilość ciepła zakumulowanego zmniejsza się w czasie trwania oświetlenia. Pow omywając żarówkę rozprowadza ciepło po pom. Pochłonięte promieniowanie powoduje to, że temp. się podnosi.
Moc która przechodzi do pow w pom
Qoś=N(β+ko(1-α-β))φ
ko(1-α-β) –wtórny strumień ciepła zakumulowanego
N-zainstalowana moc oświetlenia elektrycznego
φ- współczynnik jednoczesności wykorzystania mocy zainstalowanej
α- współ. wyrażający stosunek ciepła konwekcyjnego, odprowadzonego z pow przepływającym przez oprawy wentylowane, do całkowitej mocy zainstalowanej
ko- współczynnik akumulacji, współ intensywności wtórnej emisji ciepła zakumulowanego
β- współ wyrażający stosunek ciepła konwekcyjnego, przekazanego pow w pom do całkowitej mocy zainstalowanej
βα- wielkości stałe
ko zależy od:
~czasu
~ akumulacyjności pom
ko max=1 – ilość ciepła akumulowanego = ilości ciepła oddawanego
Pole zakreskowane- ilość ciepła zakumulowanego w podłodze bądź w przegrodach pom. Te dwa pola są równe
On- włączamy ;cała moc pochłaniana jest przez przegrody.
Do określenia ko rozróżnia się 3 rodzaje pom: mało, średnio ,bez akumulacyjności. Ko dotyczą sytuacji gdy tp jest stała lub nieznacznie zmienia się. Z tego wynika ograniczenie: ko możemy stosować do c.n.t.
n.t.o.z pomijamy akumulację zysków ciepła w pom. czyli ko=1. Całe ciepło akumulowane oddawane jest do pom
Qośw=N(1-α)φ
W obu przypadkach mówimy o szacowaniu zysków ciepła. Trudno jest określić dokładną wartość
c.n.t Qośw=N(β+ko(1-α-β))φ
n.t.o.z Qośw=Nφ
Cała moc oświetlenia w danej chwili jest akumulowana przez przegrody pom. Nie jest to do końca prawdą. Nie ma akumulacyjności ciepła w przegrodach pom.
Przy pracy maszyny napędzanej przez silnik elektryczny wydziela się ciepło z silnika i maszyny.
Urządzenia elektryczne składają się:
1.silnik
2.część wykonawcza
N- moc na wale silnika
N= ηsE
E- zużycie energii przez silnik
Obliczenie ilości ciepła wydzielanego przez silnik wymaga stwierdzenia:
~stopień wykorzystania silników
~ sprawność silnika
~czy silnik i napędzana przez niego maszyna są w przestrzeni klimatyzowanej.
Cała moc pobrana z sieci elektrycznej jest w końcu rozproszona jako ciepło. Jeśli silnik i maszyna znajdują się w przestrzeni klimatyzowanej, to cała moc pobrana z sieci stanowi zyski ciepła pom. Jeśli w pom znajduje się tylko napędzana maszyna a silnik znajduje się na zewnętrz to iloczyn sprawności i mocy pobranej z sieci jest ciepłem wydzielonym w przestrzeni klimatyzowanej. Gdy wewnątrz znajduje się tylko silnik napędowy, to należy stosować współczynnik 1,0 zmniejszony o sprawność silnika.
1.Silnik i maszyna w pom
Qms=N*1/ηs*φ1φ2φ3φ4
2.Silnik w pom maszyna poza
Qs=N(1/ηs-1)φ1φ2φ3φ4s
3.Maszyna w pom a silnik poza
Qm=Nφ1φ2φ3φ4
ηs sprawność silnika zależy:
~ moc silnika ( im wyższe moce tym większa sprawność)
~ rodzaj silnika
φ1- wsp wykorzystania zainstalowanej mocy. Stosunek max mocy rzeczywistej do mocy znamionowej = 0,7-0,9
φ2- wsp obciążenia – stosunek przeciętnej mocy (na wale) wydatkowanej do mocy max rzeczywistej (silnika) =0,4-0,9
φ3- wsp jednoczesności pracy = 0,3-1-jedna maszyna
φ4- wsp przyswajania ciepła przez pow zależy gdzie jest silnik i maszyna.
()s- wsp odnoszący się do silnika
()m- maszyna
Nawet przy ustalonych warunkach pracy rozkład temp na powierzchni ścian jest tak różnorodny, że ściśle określenie strumienia cieplnego jest trudne. Oddawanie ciepła przez ten sam piec ,może ulec zmianie w czasie, zależnie od warunków pracy i stanu okładziny wewnętrznej. Przyjmuje się że ilość ciepła oddawana w jednostce czasu jest stała.
1.konwekcja
2.promieniowanie
Gorąca powierzchnia podnosi temp przegród
Przyjmujemy założenia do obliczeń:
1.strumień ciepła przez przegrody zewn pom nie ulega zmianie (odbywa się w warunkach gdy nie ma gorących powierzchni) Gorące powierzchnie nie zmieniają wewn temp powierzchni przegród
2.strumień ciepła przejmowany przez powierzchnie w pom zależy od sytuacji
~ powierzchnie swobodnie umieszczone w pom. Przyjmujemy że zyski ciepła są sumą strumienia przez konwekcję i promieniowanie
Q=Qk+Qr
~ gorąca powierzchnia nad którą znajduje się okap (wyciąg pow znad gorącej powierzchni)
Q=Qr Cały strumień jest wychwytywany i wyciągany przez okap.
Q=αA(Vz-tp)
α- wsp wnikania ciepła
α=αk+αr
αk zależy jak powierzchnia jest skierowana, ruch pow.
αr=0,4c(T/100)3
c-stała promieniowania ( wsp) zależy od tego z jaką powierzchnią mamy do czynienia
ciała czarne c=5,768
tynk c=5,0
powierzchnia polerowana c=0,15-0,40W/m2K
T – średnia temp powierzchni przegród otaczających
T=(Qz+tp)/2 +273
Q=αA(Vz-tp)
Przyjmujemy, że opór przewodzenia przez ściankę jest sumą oporów poszczególnych warstw.
R=Σd/λ
Q1=αA(Vz-tp)
Q2=1/RA(Vw-Vz)
Vw różni się o kilka stopni od temp procesu
Vz temp powierzchni gorących
Im większe Δt (temp powierzchni a temp pow w pom) tym intensywniejsza wymiana i zyski ciepła. W miarę jak to postępuje Δt jest coraz mniejsze i zyski ciepła też.
Jest to proces zmieniający się w czasie. Przyrost ciepła oddawanego przez masy materiału maleje w czasie.
Q=Cp*m(tmo-tp)β
Cp- ciepło właściwe materiału
m- masa materiału
tmo- początkowa temp. materiału
tp-temp pow w pom
β- wsp intensywności emisji ciepła ( jaka część ciepła zakumulowanego w materiale jest oddawana do pom w ciągu h)
β zleży od:
1.czasu
2.masy materiału
1h-β=0,75-75% ciepła akumulowanego w materiale jest oddawane
2h-β=0,15
3h-β=0,1
Wartości te dotyczą materiału o stosunkowo niewielkiej masie które w 1 godzinie się schładzają
Od czwartej godziny zyski ciepła=0. Jeśli masa materiału jest większa to czas oddawania ciepła jest również dłuższy.