SYSTEMY KLIMATYZACYJNE
PROJEKT I
Prowadzący projekt: dr inż. Marek Żak
Termin zajęć: Czwartek godz. 13.15
Szkic położenia pomieszczeń
Opis sytuacyjny, przeznaczenie
Bilans cieplny
przenikanie przez przegrody budowlane
przenikanie 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%)
Wnioski
Pomieszczenie klimatyzowane jest to kompleks pomieszczeń biurowych składający się z 12 pokoi dla pracowników, pokoju szefa, WC, kuchni, sali konferencyjnej i korytarza. Elewacja pomieszczeń jest skierowana w kierunku północno-zachodnim. Miesiąc dla którego zostały przeprowadzone obliczenia to lipiec. Temperatura panująca w pomieszczeniach będzie miała wartość T = 21 , a wilgotność względna φ = 50%, te wartości zostały dobrane z warunków komfortu z normy PN-78-B-03421. W całym pomieszczeniu będzie pracować 51 osób, będzie się tam znajdować 51 komputerów, 3 kserokopiarki. Ściany zewnętrzne będą się składały z warstwy pustaków ceramicznych (25cm), cegły szczelinowej (12cm), styropianu(15cm), tynku (2cm). Natomiast ścianki działowe będą zbudowane w systemie GK. Konstrukcja stropów będzie się składać z warstw betonu konstrukcyjnego (15cm) i parkietu dębowego (3cm).
przenikanie przez przegrody budowlane:
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Liczę przewodzenie ciepła przez ściany okalające pomieszczenie klimatyzowane:
|
|
|
Liczę przewodzenie ciepła przez podłogę i sufit:
|
Q2 = 3878 W |
Liczę przewodzenia ciepła przez nasłoneczniony murek od strony elewacji: | ||
---|---|---|
|
Liczę temperaturę powietrza zewnętrznego:
|
Tz2 = 24 |
|
Liczę temperaturę słoneczną: E- współczynnik absopcji promieniowania przez powierzchnię przegrody (dobrany z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.7 s. 105) Ic- natężenie całkowitego promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię przegrody (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.5 s. 103)
|
tE = 34 |
|
Obliczam współczynnik przenikania ciepła przez przegrodę:
|
$$U = 0,213\frac{W}{m^{2}K}$$ |
Obliczam średnią temperaturę dobową powietrza zewnętrznego (dane do obliczeń pochodzą z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.3 s. 97):
|
tm = 24 |
|
|
Liczę natężenie ciepła przez przegrody nie przezroczyste: ν- współczynnik zmniejszenia amplitudy (odczytany z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha rys. 3,13 s. 104):
|
$$q_{\text{pn}} = 2,24\frac{W}{m^{2}}$$ |
Liczę strumień ciepła przechodzący przez murek:
|
|
przenikanie promieniowania przez okno:
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Liczę zyski ciepła w wyniku przenikania przez okna(konwekcja):
|
Qp = 835 W |
|
Obliczam kąt padania p. słonecznego w płaszczyźnie poziomej: a0-azymut słońca (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.18 s. 118) aw- azymut elewacji (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.17 s. 118)
|
β = −55 |
h = 34 |
Wyznaczam względne długości cienia z boku i z góry: h- azymut elewacji (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.17 s. 118) z boku:
z góry:
|
|
|
Liczę długość cienia: z boku:
z góry:
|
|
|
Obliczam powierzchnię nasłoneczniona szyb:
|
A1 = 144, 64 m2 |
|
Liczę chwilowy strumień ciepła przenikający do pomieszczenia w wyniku promieniowania słonecznego: Ic max- maksymalne natężenie promieniowania słonecznego całkowitego w miesiącu obliczeniowym dla danego kierunku ekspozycji okna (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.14 s. 113) Ir max- maksymalne natężenie promieniowania słonecznego rozproszonego w miesiącu obliczeniowym dla danego kierunku ekspozycji okna (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.14 s. 113) b- współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego przez okno (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.16 s. 115) s- współczynnik akumulacji ciepła w przegrodach otaczających pomieszczenie (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.19 s. 120/121)
|
QR = 29 kW |
|
Całkowity strumień ciepła przenikający przez okno:
|
Qpp = 29, 835 kW |
zyski ciepła pochodzące od wentylacji
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
$$\Psi = 2\frac{1}{h}$$ |
Określenie ilości powietrza wentylującego na podstawie krotności wymiany powietrza w pomieszczeniu: Ψ- krotność wymiany ciepła w pomieszczeniu
|
$$V = 1,2\ \frac{m^{3}}{s}$$ |
|
Określenie ilości powietrza wentylującego na podstawie przyjętego strumienia wentylującego przypadającego na jedną osobę: Vmin-minimalny strumień powietrza wentylującego dla jednej osoby ( odczytany z polskiej normy)
|
$$V = 0,28\frac{m^{3}}{s}$$ |
Do dalszych obliczeń przyjmuje większą wartość strumienia powietrza:
|
$$V = 0,28\frac{m^{3}}{s}$$ |
|
|
Zyski ciepła od powietrza wentylującego: h2 – entalpia powietrza wywiewanego z pomieszczenia (dla φ = 50%, tz=210C odczytane z wykresu i-x) h1− entalpia powietrza na zewnątrz pomieszczenia (dla φ = 50%, tz=300C odczytane z wykresu i-x) ρ - gęstość powietrza ($\rho = 1,2\frac{\text{kg}}{m^{3}})$
|
Qwbr = 7, 7 kW |
zyski ciepła wydzielanego przez ludzi
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Obliczam zyski ciepła jawnego wydzielanego przez ludzi: φ- współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu ( dla celów bilansowych przyjmuje 1) qj- ciepło jawne wydzielane przez jedną osobę podczas określonego rodzaju pracy i temperatury w pomieszczeniu (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.21 s. 121)
|
QjL = 4, 9 kW |
|
Obliczam zyski ciepła całkowitego wydzielanego przez ludzi: φ- współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu ( dla celów bilansowych przyjmuje 1) qc- ciepło całokowite wydzielane przez jedną osobę podczas określonego rodzaju pracy i temperatury w pomieszczeniu (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.21 s. 121)
|
QcL = 9, 8 kW |
---|---|---|
|
Obliczam zyski ciepła utajonego wydzielanego przez ludzi: WL- strumień pary wodnej emitowany przez ludzi w pomieszczeniu w- emisja pary wodnej przez organizm człowieka (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.21 s. 121) r- ciepło parowania (odczytane z tablic dla wody) c0- ciepło właściwe pary wodnej (odczytane z tablic dla p.wodnej) t0- temperatura pary zbliżona do temperatury powierzchni skóry
|
QuL = 4, 8 kW |
zyski ciepła wydzielanego przez urządzenia elektryczne, oświetlenie
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
Obliczam zysk ciepła od technologii:
|
QT = 6, 6kW |
|
Obliczam zyski ciepła pochodzące od oświetlenia:
α- współczynnik wyrażający stosunek ciepła odprowadzonego drogą konwekcji z powietrzem wywiewanym z wentylowanych opraw lamp do całkowitej mocy zainstalowanej (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.26 s. 126) β- współczynnik wyrażający stosunek ciepła przekazanego drogą konwekcji do powietrza w pomieszczeniu do całkowitej mocy zainstalowanej (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.27 s. 127) φ- współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej N- zainstalowana moc oświetlenia elektrycznego k0- współczynnik akumulacji- należy odczytać z wykresu 3.18 s 126 z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha, aby to zrobić należy policzyć charakterystykę cieplną pomieszczenia.
gw, gz- odpowiednio masy 1m2 przegród wewnętrzynych i zewnętrznych (odczytane ze stron producentów materiałów konstrukcyjnych) f- współczynnik korekcyjny
|
Qosw = 2, 3 kW |
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
A1 = 144, 64 m2 |
Liczę powierzchnię nasłonecznienia szyby:
|
A1′ = 57, 9 m2 |
|
Liczę chwilowy strumień ciepła przenikający do pomieszczenia w wyniku promieniowania słonecznego: Ic max- maksymalne natężenie promieniowania słonecznego całkowitego w miesiącu obliczeniowym dla danego kierunku ekspozycji okna (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.14 s. 113) Ir max- maksymalne natężenie promieniowania słonecznego rozproszonego w miesiącu obliczeniowym dla danego kierunku ekspozycji okna (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.14 s. 113) b- współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego przez okno (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.16 s. 115) s- współczynnik akumulacji ciepła w przegrodach otaczających pomieszczenie (odczytane z książki pt. „Wentylacja i klimatyzacja” Aleksandra Pełecha t. 3.19 s. 120/121)
|
QR′=18, 5 kW |
Dane: | Obliczenia: | Wyniki: |
---|---|---|
|
h2 – entalpia powietrza wywiewanego z pomieszczenia (dla φ = 50%, tz=210C odczytane z wykresu i-x) h1− entalpia powietrza na zewnątrz pomieszczenia (dla φ = 50%, tz=300C odczytane z wykresu i-x) h0 – entalpia powietrza nawiewanego do pomieszczenia η - efektywność odzysku ciepła (η = 0, 75)
|
$$h_{0} = 46,75\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$ |
|
Zyski ciepła od powietrza wentylującego z rekuperacją:
|
Qwr = 1, 9 kW |
Tabela 1. Zestawienie wszystkich zysków ciepła w kompleksie biurowym bez zamontowanych dodatkowych wariantów
Zysk ciepła: | Symbol: | Wartość [W] | Procent całości [%] |
---|---|---|---|
przez ściany okalające | Q1 |
321, 4 |
0,53 |
przez podłogę i sufit | Q2 |
3878 |
6,39 |
przez murek | Qm |
208 |
0,34 |
przez powierzchnię przezroczystą | Qpp |
29835 |
49,2 |
przez wentylację bez zamontowanej rekuperacji | Qwbr |
7700 |
12,7 |
poprzez wydzielanie go przez człowieka | QcL |
9800 |
16,16 |
od technologii | QT |
6600 |
10,88 |
od oświetlenia | Qosw |
2300 |
3,8 |
$$\sum_{}^{}{60642,4}$$ |
100 |
Tabela 2. Zestawienie zysków ciepła w kompleksie biurowym z zamontowanym wariantem z rekuperacją ciepła.
Zysk ciepła: | Symbol: | Wartość [W] | Procent całości [%] |
---|---|---|---|
przez ściany okalające | Q1 |
321, 4 |
0,59 |
przez podłogę i sufit | Q2 |
3878 |
7,07 |
przez murek | Qm |
208 |
0,38 |
przez powierzchnię przezroczystą | Qpp |
29835 |
54,4 |
przez wentylację z zamontowaną rekuperacją | Qwr |
1900 |
3,5 |
poprzez wydzielanie go przez człowieka | QcL |
9800 |
17,87 |
od technologii | QT |
6600 |
12 |
od oświetlenia | Qosw |
2300 |
4,19 |
$$\sum_{}^{}{54842,4}$$ |
100 |
Tabela 3. Zestawienie zysków ciepła w kompleksie biurowym z zamontowanymi żaluzjami
Zysk ciepła: | Symbol: | Wartość [W] | Procent całości [%] |
---|---|---|---|
przez ściany okalające | Q1 |
321, 4 |
0,65 |
przez podłogę i sufit | Q2 |
3878 |
7,86 |
przez murek | Qm |
208 |
0,42 |
przez powierzchnię przezroczystą z zamontowanymi żaluzjami | Qpp |
18500 |
37,5 |
przez wentylację bez zamontowanej rekuperacji | Qwbr |
7700 |
16 |
poprzez wydzielanie go przez człowieka | QcL |
9800 |
19,88 |
od technologii | QT |
6600 |
13,39 |
od oświetlenia | Qosw |
2300 |
4,66 |
$$\sum_{}^{}{49307,4}$$ |
100 |
Tabela 4. Zestawienie wszystkich zysków ciepła w kompleksie biurowym z zamontowanymi dodatkowymi wariantami
Zysk ciepła: | Symbol: | Wartość [W] | Procent całości [%] |
---|---|---|---|
przez ściany okalające | Q1 |
321, 4 |
0,74 |
przez podłogę i sufit | Q2 |
3878 |
8,91 |
przez murek | Qm |
208 |
0,48 |
przez powierzchnię przezroczystą z zamontowanymi żaluzjami | Qpp |
18500 |
42,5 |
przez wentylację z zamontowaną rekuperacją | Qwr |
1900 |
4,4 |
poprzez wydzielanie go przez człowieka | QcL |
9800 |
22,52 |
od technologii | QT |
6600 |
15,17 |
od oświetlenia | Qosw |
2300 |
5,3 |
$$\sum_{}^{}{43507,4}$$ |
100 |
Tabela 5. Zestawienie wszystkich wariantów i związanych z nimi oszczędności, liczonych ze wzoru$\ \rightarrow x = \frac{Q_{\sum_{}^{}I} - Q_{\sum_{}^{}n}}{Q_{\sum_{}^{}I}} \bullet 100$
Rodzaj wariantu: | Symbol | Zysk ciepła w pomieszczeniu | Oszczędność |
---|---|---|---|
kompleksie biurowy bez zamontowanych dodatkowych wariantów | $$Q_{\sum_{}^{}I}$$ |
60642, 4 |
− |
kompleks biurowy z zamontowanym wariantem z rekuperacją ciepła | $$Q_{\sum_{}^{}{II}}$$ |
54842, 4 |
9, 6% |
kompleks biurowy z zamontowanymi żaluzjami | $$Q_{\sum_{}^{}I\text{II}}$$ |
49307, 4 |
18, 7% |
kompleksie biurowym z zamontowanymi oboma wariantami | $$Q_{\sum_{}^{}IV}$$ |
43507, 4 |
28, 3% |
Najlepszym rozwiązaniem dla mieszkania jest wariant z zacienieniem 60% powierzchni szyby oraz odzyskiem ciepła w wymienniku krzyżowo-prądowym. Wariant ten osiągnął najniższe zyski ciepła, ilość ciepła dostarczanego do pomieszczeń zmniejszyła się o 28,56 % w stosunku do wersji podstawowej. Zdecydowaną cześć zysków ciepła zminimalizowało zacienienie 60% okien i zminimalizowało dopływ ciepła o 18,7%. Wariant z zamontowaną jedynie rekuperacją ciepła najmniej zredukował zysk ciepła w pomieszczeniu klimatyzowanym, jednak zmniejszył go o prawie 6 kW. Rekuperacja sprawdza się jeszcze lepiej w sezonie grzewczym, gdy na dworze jest temperatura ok. 10, a w środku około 22,. W takim wypadku powietrze wdmuchiwane do budynku musiałoby być dodatkowo ogrzewane, natomiast dzięki temu wariantowi istnieje możliwość odzyskania ciepła wydmuchiwanego na zewnątrz. Moim zdaniem w zadanym kompleksie biurowym istniej konieczność zamontowania wariantu z rekuperacją i zacienieniem okien, ponieważ zmniejszenie zysków ciepła w tym przypadku jest znaczne i najbardziej korzystne.
[1] Pełech A. - Wentylacja i klimatyzacja, wyd. PWR 2009
[2] Kostowski E. – Zbiór zadań z przepływu ciepła, wyd. Politechniki Śląskiej Gliwice 2006
[3] http://www.roben.pl/upload_module/rbn_products_files/thermoziegel.pdf
[4] http://fluid.itcmp.pwr.wroc.pl/~kasper/klimatyzacja/bilansowanie.pdf
[5] Gil B. - Prezentacja do kursu Systemy klimatyzacyjne - projekt
[6] Malicki M. – Wentylacja i klimatyzacja, wyd. PWN Warszawa 1977
[7] PN-83/B-03430/Az3:2000 - Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.
[8] Wykres i-x