6. Modelowanie budynków niemal zero – energetycznych
6.2 Analiza strat ciepła w modelu dla układu centralnego
6.2.1 Analiza strat ciepła przewodów instalacji c.o.
Analizę strat ciepła dla instalacji c.o. w układzie centralnym przeprowadzono zgodnie z metodologią zwartą w rozdziale 5.2. uwzględniając jednocześnie zyski pochodzące od instalacji znajdującej się wewnątrz oraz na zewnątrz osłony izolacyjnej budynku.
Analizę przeprowadzono w obrębie wytypowanego budynku A3 w różnych wariantach temperatury projektowej centralnego ogrzewania w oparciu o wyznaczenie strat instalacji w układzie centralnym instalacji c.o. Wyniki zestawiono w tabeli (6.7).
Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 70 z 118
Tabela 6.3 Sposób prowadzenia przewodów w budynku.
Lp. Nazwa przewodów instalacji Rysunek poglądowy
1 Przewody poziome – prowadzone pod stropem (poza osłoną izolacyjną)
2 Rura pozioma, montaż rur w podłodze
3 Przewody pionowe tzw. Twin Pipe znajdujące się w pionach
4 Przewody poziome w mieszkaniach znajdujące się w podłodze
Dla każdego z przedstawionych w tabeli (6.3) rodzaju rur obliczono jednostkowy strumień ciepła ze wzoru (6.2), rozpatrując każdą z założonych temperatur projektowych.
Wyniki współczynnika przenikania rur dla przykładowej temperatury projektowej 90/70oC zestawiono w załączniku 9F. Przenikanie ciepła dla ścianki płaskiej obliczono ze wzoru (6.1), natomiast wzór na obliczenie ścianki cylindrycznej obliczono ze wzoru (6.2):
Q ̇ = u A Δt [W/m2] (6.1)
Q ̇ = ur li Δt [W/m2] (6.2)
Współczynnik przejmowania ciepła dla ścianki płaskiej (u) obliczono ze wzoru 6.3 natomiast współczynnik przejmowania ciepła dla ścianki cylindrycznej (ur) obliczono ze wzoru 6.4.
u = 1/ (1/αi +Σ(s/λ)k +1/αa)[W/(mK)] (6.3) ur = π / ((1/α1d1)+Σ((1/2λk)ln(dk+1/dk))+(1/ α1d1+1)) [W/(mK)] (6.4) Obliczenia przeprowadzono dla różnych temperatur zasilania oraz dla następujących rur:
Montaż rur w betonie.
Montaż rur poziomych pod stropem.
Montaż rur pionowo w szachcie.
Montaż rur typu Twin Pipe pionowo w szachcie.
Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 71 z 118
Na podstawie jednostkowych strat ciepła w instalacji c.o. oraz c.w.u. rozpatrywanych budynków obliczono straty dystrybucji dla poszczególnych temperatur projektowych.
6.2.2 Analiza strat ciepła przewodów instalacji c.w.u.
Analizę strat ciepła dla instalacji c.w.u. w układzie centralnym przeprowadzono zgodnie z metodologią zwartą w rozdziale 5.3., korzystając ze wzorów od (5.45) do (5.52) uwzględniając jednocześnie zyski pochodzące od instalacji znajdującej się wewnątrz oraz na zewnątrz osłony izolacyjnej budynku, określonej według sprawności z tabeli 6.1. Analizę strat przeprowadzono dla układów centralnych (Rysunek 6.1) uwzględniając poszczególne sprawności zgodnie z tabelą (6.1) oraz dla układów zdecentralizowanych (Rysunek 6.2) zgodnie ze sprawnościami dla układu instalacji według tabeli (6.2). Wyniki zestawiono w tabeli (6.7).
6.2.3 Analiza strat ciepła zasobnika
Analiza strat ciepła zasobnika została obliczone ze wzorów od (6.1) do (6.4). Układy centralne i zdecentralizowane mogą posiadać zasobniki ciepła. Zasobniki ciepła w układach centralnych mogą również współpracować z kolektorami słonecznymi, które dostarczają ciepło na potrzeby przygotowania cieplej wody użytkowej. Jednak na potrzeby pracy, w układzie centralnym modelowanego budynku przyjęto, że nie będzie zasobnika ciepła. Zasobnik zostaje uwzględniony w układzie zdecentralizowanym. Średnią sezonową sprawność akumulacji ciepła w elementach pojemnościowych systemu ogrzewania ηH,s wyznacza się według wzoru (6.5), natomiast sezonowe straty ciepła w systemie ogrzewania – ΔQH,s w wyniku niedoskonałej regulacji i przekazywania ciepła ze wzoru (6.6). Straty ciepła zasobnika określone są przez jednostkową stratę ciepła zasobnika ciepła qs określoną wg Rozporządzenia [71], pojemność zasobnika ciepła Vs oraz czas trwania sezonu ogrzewania tSG.
ηH,s = (QH,nd + ΔQH,e + ΔQH,d)/ (QH,nd + ΔQH,e + ΔQH,d + ΔQH,s) [kWh/rok] (6.5) ΔQH,s = Σ(Vs qs th) 10-3 [kWh/rok] (6.6) W analizie strat ciepła zasobnika niezbędne jest obliczenie strat ciepła przez dennice, do obliczenia których należy wykorzystać wzór (6.4) oraz dla ścianki płaskiej wzór (6.3). Dla obliczenia sprawności instalacji c.w.u. uwzględniające straty zasobnika ηW,s wykorzystano wzór (5.33) z rozdziału 5.3.2. Objaśnienia do symboli znajdują się w rozdziale 5.3.2.
6.2.4 Założenia do obliczeń
1) Do dalszych analiz przyjęto dane wejściowe dla budynku A3 zamieszczone w (tabela 5.6)
2) Rozpatrzono 3 przypadki dla różnych konfiguracji ułożenia instalacji wewnątrz budynku A3 (układy klasyczny z 1 pionem, układ klasyczny z 2 pionami, układ Tichelmann’a).
Z uwagi na najniższe jednostkowe straty ciepła w układzie Tichelmann’a, do dalszych analizach założono, że rozpatrywane warianty budynku będą uwzględniały mieszkania, w których instalacja jest rozprowadzona w układzie Tichelmann’a.
(Załącznik 9A).
3) Dla rozpatrywanych wariantów w obrębie tego samego budynku dokonano analizy strat ciepła dla instalacji c.o. w układzie centralnym oraz zdecentralizowanym. Na tej
Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 72 z 118
podstawie obliczono sprawności dystrybucji instalacji w układzie centralnym i zdecentralizowanym. Straty zostały obliczone dla następujących temperatur 90/70oC, 70/55oC, 60/45oC, 55/45oC. Wyniki dla wszystkich temperatur zasilania i powrotu zestawiono w Załączniku 9B.
4) Dla każdej z rozpatrywanych temperatur projektowych c.o. dokonano analizy wpływu grubości izolacji termicznej przewodów instalacji c.o. Zastosowano izolację termiczną przewodów instalacji według wymagań WT (Warunków Technicznych). Należy uwzględnić, że w układzie centralnym piony instalacji c.o. oraz c.w.u. są prowadzone w szachtach. Dla rur prowadzonych w szachtach obliczono współczynnik przenikania ciepła ur, dla instalacji w pionach oraz znajdujących się pod stropem w piwnicy, a także w mieszkaniach. Dla przykładu przedstawiono obliczoną charakterystykę oddawania ciepła przez przewody instalacji znajdujące się w szachcie, wyrażoną w [W/mK] znajdującą się w Załączniku 9C.
5) Temperatura c.w.u. przyjęto 55 oC, temperatura wody wodociągowej 10oC,
6) Przyjęto konfigurację rozmieszczenia pionów instalacji c.o. oraz c.w.u dla układu centralnego i zdecentralizowanego zgodnie z Załącznikiem 9A.
7) Obliczenia strat dystrybucji qi [kWh/rok] przewodów centralnego ogrzewania oraz ciepłej wody użytkowej dla układu centralnego i zdecentralizowanego, a także dla odpowiednich temperatur projektowych oraz zestawiono w Załączniku 9G.
Wyznaczając długości rur instalacji c.o. oraz c.w.u w rozpatrywanych przypadkach wskazano długość rur w osłonie bilansowej budynku oraz poza nią wyrażone w jednostce [mb/m2] otrzymując wskaźnik rur przypadający na rozpatrywany wariant w układzie centralnym oraz zdecentralizowanym. Wykorzystując długość rur w osłonie bilansowej budynku i poza nią zostały wyznaczone zyski do wewnątrz budynku. W dalszej analizie wskazano, że zyski pochodzące z dystrybucji instalacji mogą powodować przegrzewanie budynku w układzie centralnym. W związku z powyższym wskazano, jak kształtują się zyski pochodzące od instalacji w układzie centralnym, a w dalszej kolejności porównano je z układem zdecentralizowanym. Wykorzystując zyski do wewnątrz pochodzące od instalacji c.o. oraz c.w.u. wyznaczono szybkość przegrzewania budynku w rozpatrywanych wariantach oraz wskazano orientacyjną temperaturę, w której budynek jest przegrzewany.
Dla wyżej wymienionych założeń obliczono zapotrzebowania na ciepło w sezonie grzewczym dla centralnego ogrzewania QHnd oraz zapotrzebowanie na ciepło dla przygotowania ciepłej wody użytkowej QWnd. Analizy przeprowadzono dla różnych temperatur zasilania instalacji grzewczej budynku. Wyniki zestawiono w tabeli (6.7).