Systemy klimatyzacyjne
Projekt I
Wykonać bilans zapotrzebowania na niezbędną wydajność chłodniczą instalacji klimatyzacyjnej
Prowadzący: dr inż. Marek Żak
Termin zajęć: Czw. 13:15
Legenda oznaczenia projektu: B K Zach P U X
Zawartość projektu:
Szkic położenia pomieszczeń
Opis sytuacyjny, przeznaczenie
Bilans cieplny dla:
przenikania przez przegrody budowlane
przenikania promieniowania przez okna
wentylacji
ciepła wydzielanego przez ludzi
ciepła wydzielanego przez urządzenia elektryczne, oświetlenie
Analiza wariantu zamontowania żaluzji zacieniającej okna (zacienienie 60%)
Analiza wariantu zamontowania systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (sprawność 75%)
Zestawienie tabelaryczne pozycji bilansowych a)-e) dla wariantów bilansu cieplnego: 4, 5, 6
Wnioski
Obiektem klimatyzowanym jest zespół trzech mieszkań znajdujących się na tym samym piętrze w budynku wielorodzinnym. Łączna powierzchnia mieszkań wynosi 34 x 6 m. Wysokość pomieszczeń wynosi 2,5 m. Ściana elewacyjna zbudowana jest z cegły pełnej (50 cm), styropianu (10 cm) i warstwy tynku (2 cm). W ścianie elewacyjnej znajduje się 10 okien o wymiarach 1,4 x 1,4 m w ostępach 2 m. Ściany działowe zostały wykonane z płyt gipsowo-kartonowych o grubości 8 cm. Stropy i podłogi składają się z betonu konstrukcyjnego (15 cm) i parkietu drewnianego (3 cm). Mieszkania otoczone są przez pomieszczenia nieklimatyzowane i klatkę schodową, gdzie temperatura wynosi 26°C. Elewacja budynku skierowana jest w kierunku zachodnim, a miesiącem bilansowym jest maj (obliczenia są wykonane dla godziny 15:00). W każdym mieszkaniu znajdują się następujące sprzęty: komputer, drukarka, telewizor, kuchenka mikrofalowa, chłodziarka, kuchnia elektryczna.
Mieszkanie I ma wymiary 12,7 x 6 m, mieszka w nim 5 osób. W ścianie elewacyjnej znajdują się 4 okna. Mieszkanie II ma wymiary 11,5 x 6 m, mieszkają w nim 4 osoby. Znajdują się w nim 3 okna. Mieszkanie III ma wymiary 9,6 x 6 m. Również posiada 3 okna.
Temperatura wewnątrz pomieszczeń została dobrana z normy PN-78-B-03421 [3] i jest temperaturą komfortu dla małej aktywności fizycznej w okresie letnim. Wynosi ona 24°C.
przenikania przez przegrody budowlane:
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Przenikanie przez elewację zewnętrzną: Chwilowa temperatura powietrza zewnętrznego:
Temperatura słoneczna:
E - współczynnik absorpcji promieniowania przez powierzchnię przegrody ([1] tab. 3.7 s. 105) Ic - natężenie całkowitego promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię przegrody ([1] tab. 3.5 s. 103) Średnia temperatura dobowa powietrza zewnętrznego ([1] tab. 3.3 s. 97):
Współczynnik przenikania ciepła przez ścianę elewacyjną:
Strumień ciepła przenikający przez elewację do mieszkań:
ν - współczynnik zmniejszenia amplitudy ([1], rys. 3,13 s. 104) Strumienie ciepła dla poszczególnych mieszkań:
Przewodzenie ciepła przez ściany okalające pomieszczenie klimatyzowane: Dla mieszkania I: Od klatki schodowej:
Od sąsiedniego pomieszczenia i mieszkania MII:
Od sufitu i podłogi:
Dla mieszkania II: Od klatki schodowej:
Od mieszkania MI:
Od mieszkania MIII:
Od sufitu i podłogi:
Dla mieszkania III: Od klatki schodowej:
Od sąsiedniego pomieszczenia:
Od mieszkania MII:
Od sufitu i podłogi:
|
|
przenikania promieniowania przez okna:
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Zyski ciepła w wyniku przenikania przez okna (konwekcja):
Odpowiednio dla każdego z mieszkań:
Zyski ciepła w wyniku promieniowania słonecznego: g = 0, 67, udział powierzchni przeszklonej ([1] tab.3.15,s.114) $I_{\text{cmax}} = 390\frac{W}{m^{2}},$ natężenie promieniowania słonecznego całkowitego ([1] tab 3.14,s.113) $I_{\text{rmax}} = 140\frac{W}{m^{2}},$ natężenie promieniowania słonecznego rozproszonego ([1] tab 3.14,s.113) b = 0, 5 , współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego przez okno, firanki ([1] tab. 3.16, s.115) s = 0, 76 , współczynnik akumulacji ciepła w przegrodach otaczających pomieszczenie ([1] tab. 3.19, s.120)
Obliczenie A1 a0 = 246 , azymut słońca ([1] t. 3.18 s. 118) aw = 270 , azymut elewacji ([1] t. 3.17 s. 118) h = 44, wysokość słońca ([1] t. 3.18, s.118) kąt padania w płaszczyźnie poziomej:
Względne długości cienia z boku:
Z góry:
Długość cienia z boku:
z góry:
Cienie nie padają na powierzchnię przeszkloną okna, czyli A1=A. Zysk od promieniowania słonecznego przez jedno okno:
Dla poszczególnych mieszkań:
Całkowity strumień ciepła przenikający przez okna:
|
|
wentylacji
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Określenie ilości powietrza wentylującego na podstawie przyjętego strumienia wentylującego przypadającego na jedną osobę:
Zyski ciepła od powietrza wentylującego: Entalpie h1 i h2 zostały odczytane z wykresu i-x [4] dla φ = 50% i odpowiednich temperatur tw = 24C i tzmax = 24, 5C
|
|
ciepła wydzielanego przez ludzi:
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Wartości qc, qj i w zostały dobrane z [1] tab. 3.21, s.121. Zyski ciepła dla poszczególnych mieszkań: Mieszkanie I:
Mieszkanie II:
Mieszkanie III:
|
|
ciepła wydzielanego przez urządzenia elektryczne, oświetlenie
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Zyski ciepła od oświetlenia: Średnie natężenie oświetlenia E dobrano z [1] tab. 3.28, s. 127 Poziom emisji ciepła qośw dobrano z [1] tab 3.29, s. 130 Dla poszczególnych mieszkań:
|
|
|
Zyski ciepła od technologii:
ε - stosunek mocy średniej zużywanej przez urządzenie do mocy znamionowej φ – współczynnik jednoczesności działania urządzeń Oba współczynniki zostały dobrane z [2], s. 6.
|
|
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
A = 1, 31 m2 |
W celu uwzględnienia 60% zacienienia okna liczę nową powierzchnię nasłonecznienia szyby:
Pozostałe współczynniki i wartości pozostają bez zmian. Zysk od promieniowania słonecznego przez jedno okno:
Dla poszczególnych mieszkań:
Całkowity strumień ciepła przenikający przez okna:
|
|
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
h0 – entalpia powietrza nawiewanego do pomieszczenia η - efektywność odzysku ciepła (η = 0, 75)
Dla poszczególnych mieszkań:
|
|
Tabela 1. Zestawienie wszystkich zysków ciepła we wszystkich wariantach w mieszkaniu I.
Rodzaj zysków | Symbol | bez żaluzji i odzysku | z żaluzjami | z odzyskiem | z żaluzjami i odzyskiem |
---|---|---|---|---|---|
zyski | udział | zyski | udział | ||
W | % | W | % | ||
przez przegrody budowlane | QMI | 876,9 | 21,3 | 876,9 | 22,9 |
przez okna | QppI | 782,5 | 19,0 | 483,8 | 12,7 |
od wentylacji | QwI | 67,2 | 1,6 | 67,2 | 1,8 |
od ludzi | QcLI | 565,0 | 13,7 | 565,0 | 14,8 |
od technologii i oświetlenia | QelI | 1831,4 | 44,4 | 1831,4 | 47,9 |
suma | ΣQ | 4123,0 | 100,0 | 3824,3 | 100,0 |
oszczędność, % | 0,0 | 7,2 |
Tabela 2. Zestawienie wszystkich zysków ciepła we wszystkich wariantach w mieszkaniu II
Rodzaj zysków | Symbol | bez żaluzji i odzysku | z żaluzjami | z odzyskiem | z żaluzjami i odzyskiem |
---|---|---|---|---|---|
zyski | udział | zyski | udział | ||
W | % | W | % | ||
przez przegrody budowlane | QMII | 812,9 | 22,2 | 812,9 | 23,6 |
przez okna | QppII | 586,8 | 16,0 | 362,8 | 10,5 |
od wentylacji | QwII | 52,8 | 1,4 | 52,8 | 1,5 |
od ludzi | QcLII | 452,0 | 12,3 | 452,0 | 13,1 |
od technologii i oświetlenia | QelII | 1764,4 | 48,1 | 1764,4 | 51,2 |
suma | ΣQ | 3668,9 | 100,0 | 3444,9 | 100,0 |
oszczędność, % | 0,0 | 6,1 |
Tabela 3. Zestawienie wszystkich zysków ciepła we wszystkich wariantach w mieszkaniu III
Rodzaj zysków | Symbol | bez żaluzji i odzysku | z żaluzjami | z odzyskiem | z żaluzjami i odzyskiem |
---|---|---|---|---|---|
zyski | udział | zyski | udział | ||
W | % | W | % | ||
przez przegrody budowlane | QMIII | 663,9 | 19,3 | 663,9 | 20,6 |
przez okna | QppIII | 586,8 | 17,0 | 362,8 | 11,3 |
od wentylacji | QwIII | 52,8 | 1,5 | 52,8 | 1,6 |
od ludzi | QcLIII | 452,0 | 13,1 | 452,0 | 14,0 |
od technologii i oświetlenia | QelIII | 1688,6 | 49,0 | 1688,6 | 52,4 |
suma | ΣQ | 3444,1 | 100,0 | 3220,1 | 100,0 |
oszczędność, % | 0,0 | 6,5 |
Bilans zespołu pomieszczeń podzielono na 3 osobne części, bowiem w rzeczywistych instalacjach nie zdarza się, żeby kilka mieszkań było klimatyzowanych łącznie. Sumaryczne zyski ciepła w mieszkaniach różnią się, można zauważyć że mieszkanie I ma największe zyski. Wpływa na to jego największa powierzchnia, liczba okien i liczba mieszkańców. Największy udział w zyskach ciepła stanowi zysk ciepła od technologii – w każdym mieszkaniu blisko 50%. Następny jest zysk ciepła z przenikania ciepła przez przegrody budowlane, następnie przez okna, od ludzi, a najmniejszy udział w zyskach ciepła ma wentylacja – poniżej 2%. Spowodowane jest to małą różnicą temperatur, a więc również i entalpii powietrza wewnętrznego i zewnętrznego. W wariancie zastosowania rekuperacji zysk ciepła od wentylacji przyjmuje znikomą wartość 0,4% całościowych zysków ciepła – 13,2 W. Oszczędność w wyniku zastosowania odzysku ciepła wynosi ok. 1%. Wariant zamontowania żaluzji zacieniających okna daje oszczędność zysku ciepła na poziomie 6-7%. Jest to spowodowane stosunkowo małą powierzchnią okien; zysk ciepła poprzez tę przegrodę nie dominuje w zestawieniu, jak miałoby to miejsce w przypadku szklanej elewacji od podłogi do sufitu.
Oszczędność w przypadku zamontowania wszystkich wariantów obniżających zyski ciepła wynosi ok. 8%. W mieszkaniu I oznacza to oszczędność 350 W, a w mieszkaniach II i III – po 264 W. Są to niewielkie oszczędności i należałoby dokładnie przeanalizować, czy istnieją przesłanki do zamontowania w takich mieszkaniach dodatkowych instalacji, tzn. czy jest to uzasadnione ekonomicznie. Rekuperator jest drogim urządzeniem i być może taniej byłoby zamontować droższy klimatyzator o większej wydajności chłodniczej. Z drugiej strony odzysk ciepła przydaje się przede wszystkim w okresie zimowym, a nie tylko letnim, i wtedy mógłby spowodować znaczące oszczędności przy ogrzewaniu mieszkania. Wariant zamontowania żaluzji (zewnętrznych) nie generuje wysokich kosztów inwestycyjnych i można by poddać ten pomysł pod rozwagę, aczkolwiek oszczędności wynikające z tego rozwiązania również nie są wysokie. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę, że montaż zewnętrznych żaluzji mógłby zaburzyć estetykę budynku i ograniczyć dopływ światła do mieszkań, a te aspekty są bardzo ważne dla kompleksów mieszkalnych.
Bibliografia:
[1] Pełech A. - Wentylacja i klimatyzacja - podstawy, wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008
[2] Gil B. - Systemy klimatyzacyjne - projekt Prezentacja do kursu
[3] PN-78-B-03421 Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego
przebywania ludzi
[4] Wykres i-x dla powietrza wilgotnego