Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

w Ciechanowie

Wydział Inżynierii

PROJEKT Z WENTYLACJI I

KLIMATYZACJI

Zyski ciepła

Wojtyska Piotr Prowadzący:

Nr albumu: 4050 Dr inż. M. Chaczykowski

Ciechanów, Listopad 2010

Koszalin w okresie letnim jak i zimowym znajduje się w I strefie klimatycznej.

1. Określanie zysków ciepła od ludzi:

Od aktywności metabolizmu człowieka czyli od charakteru wykonanej pracy

zależy całkowita ilość ciepła wydzielanego przez ludzi. Jednak proporcje między

ciepłem jawnym a ciepłem utajonym zależą od temperatury powietrza.

Zyski ciepła od ludzi QL określa się następującym wzorem:

QL = φ × n × qj [W]

Gdzie :

n – liczba osób przebywających w danym pomieszczeniu;

φ - współczynnik jednoczesności przebywania ludzi;

qj – ciepło jawne oddawane przez człowieka.

Wartość współczynnika jednoczesności przebywania ludzi.

Rodzaj pomieszczenia	Współczynnik jednoczesności φ
Biura	0,75÷0,90

Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego dla okresu letniego i małej

aktywności fizycznej to 23-26ºC.

Aktywność	Czynność	Temperatura [ºC]
		23
	Bardzo lekka praca fizyczna np.: praca biurowa, kreślarz, szwaczka, dźwigowy, uczeń szkoły średniej	82

Dane:

n= 2 osoby

φ = 0,85

qj= 82 W – dla 23oC

qj= 65 W – dla 26oC

QL = 0,85 × 2 × 82 = 139,4 [W]

QL = 0,85 × 2 × 65 = 110,5 [W]

Ze względu, że w pomieszczeniu nie można określić liczby osób danej płci to

podane wartości należy zmniejszyć o 10%.

QL = 139,4 × 0,90 = 125,46 [W]

QL = 110,5 × 0,90 = 99,45 [W]

1. Określanie zysków pary wodnej od ludzi:

W celu określenia zysków pary wodnej od ludzi stosuje się następującą

zależność:

WL = φ × n × wj[g/h]

Gdzie:

n – liczba osób przebywających w danym pomieszczeniu;

φ - współczynnik jednoczesności przebywania ludzi;

wj – ilość pary wodnej oddawanej przez człowieka , przy określeniu aktywności i

danej temperaturze powietrza w pomieszczeniu.

Aktywność	Czynność	Temperatura [ºC]
		23
	Bardzo lekka praca fizyczna np.: praca biurowa, kreślarz, szwaczka, dźwigowy, uczeń szkoły średniej	93

Dane:

n= 2 osoby

φ = 0,85

wj= 93 W – dla 23oC

qj= 119 W – dla 26oC

WL = 0,85 × 2 × 93 = 158,1 [g/h]

WL= 0,85 × 2 × 119 = 202,3 [g/h]

Ze względu, że w pomieszczeniu nie można określić liczby osób danej płci to

podane wartości należy zmniejszyć o 10%.

WL = 158,1 × 0,90 = 142,29[g/h]

WL= 202,3 × 0,90 = 182,07 [g/h]

1. Określanie zysków ciepła od urządzeń:

W miarę możliwości zyski ciepła od wyposażenia technicznego budynku

należy określać na podstawie rzeczywistych mocy urządzeń zainstalowanych w

pomieszczeniu.

Szacunkowe wartości zysków ciepła od urządzeń biurowych [W]

Tryb urządzenia	Moc nominalna	Czas wykorzystywania urządzeń	Zyski ciepła jawnego
	[W]	[min/h]	[W]
Komputer PC	100÷150	60	100÷150
Terminal	60÷90	60	60÷90
Drukarki igłowe	20÷30	15	5÷7
Drukarki laserowe	800	15	200
Ploter	20÷60	15	5÷15
Skaner	180	30	90
Kopiarka	1600÷1700	45÷55	1200÷1550
Elektryczna maszyna do pisania	50	60	50

W pomieszczeniu biurowym założono pracę 2 komputerów.

Qu = 2 × 150 = 300 [W]

1. Określanie zysków ciepła od oświetlenia

Zyski ciepła od oświetlenia elektrycznego oblicza się z następujących

zależności:

· W czasie gdy oświetlenie jest włączone:

QE = φ × N × (β + (1 − α – β) × k′o) [W]

· W czasie gdy oświetlenie jest wyłączone:

QE = φ × N × ((1 − α – β) × k′′o) [W]

Gdzie:

φ - współczynnik jednoczesności wykorzystania zainstalowanej mocy oświetlenia w

dużych budynkach;

N – zainstalowana moc elektryczna [W];

b - współczynnik określający stosunek ciepła konwekcyjnego, przekazywanego

powietrzu w pomieszczeniu, do całkowitej mocy zainstalowanej;

a - współczynnik określający stosunek ciepła konwekcyjnego, odprowadzanego przez

oprawy wentylowane, do całkowitej mocy zainstalowanej, dla opraw

niewentylowanych a=0;

k’o – współczynnik akumulacji ( gdy oświetlenie jest w włączone);

k’’o – współczynnik akumulacji (gdy oświetlenie jest wyłączone).

Współczynniki akumulacji k’o i k’’o zależą od czasu, który upłynął od włączenia i

wyłączenia oświetlenia oraz od, zdolności przegród budowlanych do akumulowania

ciepła.

k′o = 1 − exp (−Z × t)

k′′o = exp*(−Z × (t − tw))(1 − exp(−Z × tw))

Gdzie:

t – czas liczony od chwili włączenia oświetlenia, [h];

tw – czas po którym oświetlenie zostało wyłączone, [h];

Z – charakterystyka cieplna pomieszczenia, ( Z= 0,1)

Moc oświetlenia elektrycznego przypadająca na 1 m2 podłogi [W/m2]

Pomieszczenie lub rodzaj pracy	Moc Oświetlenia [W/m2]
	Lampy żarowe
Biura, sale zebrań	55

Powierzchnia pomieszczenia: 20,9 m²

N = 55 W/m² × 20,9m = 1149,5 [W] − lampy żarowe

N = 16 W/m² × 20,9m = 334,4 [W] − lampy fluorescencyjne

Wartość współczynnika jednoczesności korzystania zainstalowanej mocy.

Rodzaj pomieszczenia	Współczynnik jednoczesności φ
Biura	0,70÷0,85

Wartości liczbowe współczynnika β

Rodzaj umocowania oprawy oświetleniowej	Rodzaj lampy	Współczynnik β
Swobodnie zawieszona	Fluorescencyjna	0,7
	Żarowa	0,5
Przymocowana do sufitu	Fluorescencyjna	0,3
Wbudowana w sufit	Fluorescencyjna	0,15
	Żarowa	0,15
Oprawa wentylowana

Oświetlenie ogólne żarowe wbudowane w sufit pracuje w godzinach od 14 do 20,

natomiast oświetlenie miejscowe fluorescencyjne pracuje w godzinach od 11 do 20.

1. Obliczanie współczynników akumulacji dla oświetlenia żarowego

Godziny	t	tw	k'o (włączony)	k"o (wyłączony)
0	14	12		0,302
1	15	13		0,273
2	16	14		0,248
3	17	15		0,224
4	18	16		0,203
5	19	17		0,183
6	20	18		0,166
7	21	19		0,15
8	22	20		0,136
9	23	21		0,123
10	0	22		0,111
11	1	23		0,101
12	2	0		0,091
13	3	1		0,082
14	4	2	0
15	5	3	0,095
16	6	4	0,181
17	7	5	0,259
18	8	6	0,329
19	9	7	0,393
20	10	8	0,451
21	11	9		0,408
22	12	10		0,369
23	13	11		0,334

Dane:

φ - 0,85

N – 1149,5 [W]

β - 0,15

α – 0

· gdy oświetlenie jest włączone:

QE= φ × N × (β + (1 − α – β) × k′o) [W]

Godziny	Qe
14	146,56
15	225,46
16	296,88
17	361,66
18	419,80
19	472,95
20	521,12

· gdy oświetlenie jest wyłączone:

QE = φ × N × ((1 − α – β) × k′′o) [W]

Godziny	Qe
0	250,82
1	226,73
2	205,97
3	186,04
4	168,59
5	151,98
6	137,87
7	124,58
8	112,95
9	102,15
10	92,19
11	83,88
12	75,58
13	68,10
21	338,85
22	306,46
23	277,39

b) Obliczanie współczynników akumulacji dla oświetlenia fluorescencyjnego

Godziny	t	tw	k'o (włączony)	k"o (wyłączony)
0	14	10		0,398
1	15	11		0,359
2	16	12		0,326
3	17	13		0,295
4	18	14		0,267
5	19	15		0,241
6	20	16		0,218
7	21	17		0,198
8	22	18		0,179
9	23	19		0,162
10	0	20		0,146
11	1	21	0
12	2	22	0,095
13	3	23	0,181
14	4	0	0,259
15	5	1	0,329
16	6	2	0,393
17	7	3	0,451
18	8	4	0,503
19	9	5	0,551
20	10	6	0,593
21	11	7		0,537
22	12	8		0,486
23	13	9		0,439

Dane:

φ - 0,85

N – 334,4 [W]

b - 0,7

a - 0

· gdy oświetlenie jest włączone:

QE = φ × N × (β + (1 − α – β) × k′o) [W]

Godziny	Qe
11	198,968
12	207,0688
13	214,4022
14	221,0534
15	227,0225
16	232,4799
17	237,4257
18	241,8598
19	245,9529
20	249,5343

· gdy oświetlenie jest wyłączone:

QE= φ × N × ((1 − α – β) × k′′o) [W]

Godziny	Qe
0	33,938256
1	30,612648
2	27,798672
3	25,15524
4	22,767624
5	20,550552
6	18,589296
7	16,883856
8	15,263688
9	13,814064
10	12,449712
21	45,791064
22	41,442192
23	37,434408

5. Zyski ciepła przez przegrody przezroczyste w wyniku nasłonecznienia

Zyski ciepła przez okna w okresie letnim oblicza się jako sumę strumienia

promieniowania słonecznego przenikającego do pomieszczenia przez szyby oraz

strumienia cieplnego wynikającego z różnicy temperatury powietrza po obu stronach

okna. Zyski ciepła od nasłonecznienia przez przegrody przezroczyste zależą od:

· szerokości geograficznej,

· przezroczystości atmosfery,

· pory dnia,

· pory roku,

· orientacji okna.

W przypadku pominięcia efektu akumulacji ciepła zyski ciepła od nasłonecznienia

można zastosować wzór:

Q_ok = F • [⌀₁ • ⌀₂ • ⌀₃ • (R_s•I_C+R_C•I_R) + K_ok • (t_z−t_p)]

Gdzie:

F – powierzchnia okien w świetle muru; dla pomieszczenia [m2].

⌀₁– współczynnik poprawkowy uwzględniający udział powierzchni szkła w

powierzchni okna w świetle muru.

⌀₂– współczynnik poprawkowy uwzględniający wysokość położenia obiektu nad

poziomem morza.

⌀₃– współczynnik poprawkowy uwzględniający rodzaj szkła, ilość szyb, urządzenia

przeciwsłoneczne.

Ic, Ir – wartość chwilowego natężenia całkowitego promieniowania słonecznego dla

danej godziny w danym miesiącu (po przejściu przez podwójną szybę o grubości 3

mm) [kcal/m2h].

RS – stosunek powierzchni nasłonecznionej do powierzchni całkowitej okna w świetle

muru.

RC – stosunek powierzchni zacienionej do powierzchni całkowitej okna w świetle

muru.

Kok – współczynnik przenikania dla okna [W/m2K].

tp – temperatura powietrza w pomieszczeniu (PN-78/B-03421).

tz – temperatura powietrza na zewnętrznego (PN-76/B-03420).

Odchyłki temperatury dla innych godzin niż godzina 15:00

Strefa Klima.	Odchyłka i temp.	Godzina
I	Δ ts	8
		-7,4

Miesiąc	Godzina
	8
kwiecień	11,2
maj	16
czerwiec	18,8
lipiec	20,6
sierpień	20,6
wrzesień	17

Azymut A i Wysokość słońca H

Miesiąc	Kąt	Godzina
		6
21 marca	A	90
	H	0
20 kwietnia	A	82
	H	10
20 maja	A	77
	H	16
21 czerwca	A	75
	H	18
20 lipca	A	77
	H	16
20 sierpnia	A	82
	H	10
21 września	A	90
	H	0
20 października	A	0
	H	0

Obliczenie długości i wysokości cienia:

e = 0 [m]

d = 0,34 [m]

B = 45^o

b = 0,35 [m]

Lc = (d+a) • tan(A−B) − e

$$Hc = \left( c + a \right) \bullet \frac{\text{tan\ H}}{\cos\left( A - B \right)} - b$$

Obliczenie długości i wysokości cienia:

e = 0 [m]

d = 0,34 [m]

B = 45^o

b = 0,35 [m]

a = 0,07 [m]

c = 0 [m]

Hokna = 2,55 [m]

Lokna = 2,3 [m]

Powierzchnia okna 5,87 [m²]

Powierzchnia cienia

Miesiąc	cień	Godzina
		6
21 marca	Lc	2,30
21września	Hc	0,35
20 kwietnia	Lc	0,50
20 sierpnia	Hc	0,14
20 maja	Lc	0,30
20 lipca	Hc	0,15
21 czerwca	Lc	0,26
	Hc	0,16
20 października	Lc	0,00
	Hc	0,35

Stosunek powierzchni nasłonecznionej i zaciemnionej do powierzchni całkowitej okna

w świetle muru.

Miesiąc	pow c.	Godzina
		6
21 marca	Lc m2	5,87
21września	Hc m2	0,00
20 kwietnia	Lc m2	1,27
20 sierpnia	Hc m2	0,25
20 maja	Lc m2	0,77
20 lipca	Hc m2	0,29
21 czerwca	Lc m2	0,67
	Hc m2	0,33
20 października	Lc m2	0,00
	Hc m2	0,81

Miesiąc		Godzina
		6
21 marca	Rc	1,00
21września	Rs	0,00
20 kwietnia	Rc	0,26
20 sierpnia	Rs	0,74
20 maja	Rc	0,18
20 lipca	Rs	0,82
21 czerwca	Rc	0,17
	Rs	0,83
20 października	Rc	1,00
	Rs	0,00

Natężenie promieniowania słonecznego

Orientacja okna	Przezr. Atm. P	21 czerwca
		6
Ic (N)	4	158
Ir (rozp)	4	59

Orientacja okna	Przezr. Atm. P	20 maja i 20 lipca
		6
Ic (N)	4	142
Ir (rozp)	4	53

Orientacja okna	Przezr. Atm. P	20 kwietnia i 20 sierpnia
		6
Ic (N)	4	79
Ir (rozp)	4	40

Orientacja okna	Przezr. Atm. P	21 marca i 21 września
		6
Ic (N)	4
Ir (rozp)	4

Zyski ciepła od nasłonecznienia

Q_ok = F • [⌀₁ • ⌀₂ • ⌀₃ • (R_s•I_C+R_C•I_R) + K_ok • (t_z−t_p)]

F=5,87 [m2]

⌀₁=0,65

⌀₂=1

⌀₃=0,45

tp=26 [^o C]

K_ok=1[W/m2*K]

Miesiąc	Godzina
	6
kwiecień	31,46
maj	157,41
czerwiec	200,12
lipiec	184,41
sierpień	86,64
wrzesień	-52,83

1. Zyski ciepła przez przegrody nieprzezroczyste

Ciepło przenika przez ściany zewnętrzne w wyniku różnicy temperatury

powietrza raz w wyniku promieniowania słonecznego. W okresie letnim oba te

zjawiska rozpatruje się łącznie. Wprowadza się pojęcie słonecznej temperatury

powietrza zewnętrznego ts, Jest to fikcyjna temperatura powietrza zewnętrznego, przy

której ilość ciepła przejmowana przez nie napromieniowaną przez słońce

powierzchnię przegrody zewnętrznej, jest równa ilości ciepła, jaką przejmuje

przegroda przy danej temperaturze powietrza zewnętrznego tz z jednoczesnym

wyzwalaniem się na jej powierzchni ciepła promieniowania słonecznego. W wyniku

tego zjawiska zmienia się także temperatura wewnętrznej powierzchni ściany przy

czym amplituda wahań temperatury jest wytłumiona a widmo temperatury wewnątrz

charakteryzuje się pewnym opóźnieniem zwanym przesunięciem fazowym.

Obliczanie chwilowego strumienia ciepła przez przegrody nieprzezroczyste można

obliczyć z zależności

Q_SC = F_SC • K_SC[(t_z sr−t_p) + v • (t_s−t_z sr)]

Gdzie:

- F_SC powierzchnia ściany zewnętrznej [m2],

- K_SC współczynnik przenikania ciepła dla ściany ( 0,75 W/ m2*K),

- t_ssłoneczna temperatura powietrza występująca w chwili wcześniejszej o

przesunięcie fazowe [°C],

- t_z sr średnia dobowa temperatura zewnętrzna [°C],

v- współczynnik tłumienia amplitudy temperatury,

-t_p temperatura powietrza w pomieszczeniu [°C].

Wzór ten można przekształcić do postaci:

Q_sc = F_sc • K_sc • t_r

-t_r równoważna różnica temperatury.

Równoważna różnica temperatury dla ścian, przy masie ściany 100 [kg/m2].

	Godziny
	6
N	-7,6

Podane wartości r t D obowiązują przy założeniach

• temperatura w pomieszczeniu tp = 26 °C,

• średnia dobowa temperatura zewnętrzna t zśr = 24 °C (lipiec),

• współczynnik absorbcji A = 0,7 (ściana), A = 0,9 (dach),

• współczynnik przejmowania ciepła od strony zewnętrznej α = 17,7 W/(m2

·K),

• współczynnik przejmowania ciepła od strony wewnętrznej α = 5,8 W/(m2

·K),

• szerokość geograficzna od 45° do 55° (N)

• Współczynnik przezroczystości atmosfery P = 4

W przypadku innych wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu, średniej dobowej temperatury zewnętrznej oraz innego współczynnika przezroczystości atmosfery należy stosować dodatkowe poprawki zgodnie ze wzorem:

t_r = t_r + (t_z sr−24) + (26−t_p) + β

Wartość średniej dobowej temperatury powietrza t_z sr odczytuję z tabeli:

	kwiecień	maj	czerwiec	lipiec	sierpień	wrzesień
I strefa	14,2	17,2	21,5	22,5	22,5	19,3

F_sc=9,43 [m2]

K_sc=0,25 [W/(m^2*K)]

β = 0

	tr + (tz sr−24) + (26−tp) + β
kwiecień	-9,8
maj	-6,8
czerwiec	-2,5
lipiec	-1,5
sierpień	-1,5
wrzesień	-4,7

Zyski ciepła od przegród nie przezroczystych

	Godziny
	6
Kwiecień	5,19
Maj	-1,89
Czerwiec	-12,02
Lipiec	-14,38
Sierpień	-14,38
Wrzesień	-6,84