Bilans ciepła w pomieszczeniu W celu obliczenia wydajności urządzenia wentylacyjnego lub klimatyzacyjnego należy wykonać bilanse zysków i strat ciepła dla okresu ciepłego i zimnego oraz bilanse zanieczyszczeń.

(1)

Bilans ciepła w pomieszczeniu

W celu obliczenia wydajności urządzenia wentylacyjnego lub klimatyzacyjnego należy wykonać bilanse zysków i strat ciepła dla okresu ciepłego i zimnego oraz bilanse zanieczyszczeń.

Anisimov

(2)

Obciążenie cieplne (cieplno- wilgotnościowe ) pomieszczenia stanowi sumę zysków lub strat ciepła pochodzących od źródeł wewnętrznych i zewnętrznych, pomiędzy którymi występuje wyraźna różnica.

Anisimov

(3)

Te dwa rodzaje zysków ciepła można podzielić na jawne zyski ciepła, powodujące wzrost temperatury powietrza, lub utajone, powodujące wzrost zawartości wilgoci.

Anisimov

(4)

W urządzeniach klimatyzacji komfortu

wewnętrzne zyski ciepła jawnego

pochodzą z takich źródeł jak:

ludzie;

oświetlenie elektryczne;

urządzenia produkcyjne i inne;

przenikanie ciepła przez przegrody wewnętrzne budynku.

Anisimov

(5)

Zewnętrzne zyski ciepła jawnego

pochodzą z takich źródeł jak:

l)promieniowanie słoneczne przez przegrody przezroczyste (okna) i nieprzezroczyste (ściany i dachy);

2)przenikanie ciepła (lub straty ciepła) przez przegrody zewnętrzne budynków, a także wskutek naturalnej infiltracji powietrza zewnętrznego.

Anisimov

(6)

Poza zyskami ciepła jawnego w pomieszczeniach klimatyzowanych występować mogą również zyski ciepła utajonego. Pochodzą one z takich źródeł jak:

infiltracja powietrza zewnętrznego;

ludzie,

procesy produkcyjne.

Anisimov

(7)

Większość z powyżej wymienionych wielkości jest dość dobrze zbadana i można je łatwo obliczyć, lecz często niepokój budzi losowy charakter ich zmian. Dotyczy to m.in. zmieniającej się okresowo liczby osób użytkujących klimatyzowane pomieszczenia czy też sposobu eksploatacji oświetlenia.

Anisimov

(8)

Szczególne trudności wobec termicznej bezwładności struktury budynków stwarzają również obliczenia jawnych zysków ciepła, pochodzących od nasłonecznienia. Oznacza to, że dokładne określenie zysków ciepła często nie jest możliwe.

Anisimov

(9)

Bilans ciepła okresu ciepłego lub bilans zanieczyszczeń decydują o strumieniu powietrza wentylującego i mocy urządzenia ziębniczego.



^pn ^pp



^L ^T ^osw

zjoc j j

Q  Q  Q  Q  Q  Q , kW (1)

Anisimov

(10)

Bilans ciepła okresu zimnego służy do obliczenia mocy nagrzewnic, niezbędnej do ogrzania nawiewanego powietrza do żądanej temperatury.

Lj Tj

zjoz osw str

Q  kQ  mQ  Q  Q , kW (2)

Anisimov

(11)

Q – zyski ciepła od nasłonecznienia pn

przez przegrody nieprzezroczyste kW;

Q – zyski ciepła od nasłonecznienia pp

przez przegrody przezroczyste, kW;

j

Q – zyski ciepła jawnego od ludzi, kW; L j

Q – zyski ciepła jawnego od technologii,T

kW;

Anisimov

(12)

Q – zyski ciepła od sztucznego osw

oświetlenia, kW;

Qstr – statyczne straty ciepła wynikający z przenikania ciepła przez przegrody zewnętrzne, uwzględnić należy przy tym, jaka część tych strat pokrywana jest przez instalację centralnego ogrzewania, kW:

Anisimov

(13)

przy t_z  t_d_yż

 



^poz



s str

poz zo

dyż z tr

Q t

Q t t

t



   , kW;

przy t_z  t_d_yż (system ogrzewania jest wyłączony)

 



^poz



str s

poz z z z o

Q tr

t

t Q t

t



   , kW;

Anisimov

(14)

t_poz – temperatura w pomieszczeniu w okresie zimnym; ^oC;

t_dyż. – temperatura, którą zapewnia centralne ogrzewanie; ^oC;

t_zoz – temperatura obliczeniowa powietrza zewnętrznego dla okresu zimnego; ^oC;

t_z –temperatura powietrza zewnętrznego;

oC;

Q_str – obliczeniowe straty ciepła przez przegrody zewnętrzne, kW;

Anisimov

(15)

k – współczynnik zmniejszający, uwzględniający minimalną frekwencję ludzi w pomieszczeniu, przy której należy utrzymać założone parametry mikroklimatu w okresie zimnym:

dla pomieszczeń bytowych k= 0,100,20;

dla pomieszczeń przemysłowych k = 0,850,95;

m  współczynnik zmniejszający zyski ciepła od technologii, m=0,850,95.

Anisimov

(16)

Zyski ciepła od ludzi:

Ciepło wydzielane przez człowieka w związku z przemianą materii składa się z ciepła jawnego Q i ciepła utajonego _Lj Q _Lu

Lc Lj Lu

Q  Q  Q , W.

Ciepło jawne jest oddawane przez konwekcję i promieniowanie, natomiast ciepło utajone  przez oddychanie i parowanie ze skóry w postaci pary wodnej.

Anisimov

(17)

Intensywność wydzielania się ciepła całkowitego zależy od charakteru pracy oraz w niewielkim stopniu od temperatury powietrza. Stosunek ciepła jawnego i utajonego wydzielanego przy dowolnym rodzaju wykonywanych czynności zależy od temperatury otoczenia: im niższa temperatura, tym większy udział rozpraszanego ciepła jawnego.

Anisimov

(18)

Zyski ciepła jawnego

L

Lj j

Q  n q  , W

n  liczba osób przebywających w pomieszczeniu;

q_Lj  jednostkowe ciepło jawne wydzielane przez osobę w zależności od aktywności pracy człowieka i temperatury w pomieszczeniu, W/osobę;

  współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu.

Anisimov

(19)

Tabela 3.21. Ciepło (qLc i qLj [W]) i para wodna wL10⁶[kg/s] wydzielane przez człowieka Temperatura

15C 18C 20C 23C 26C 29C

Aktywność q_Lc

qLj wL10⁶ qLj wL10⁶ qLj wL10⁶ qLj wL10⁶ qLj wL10⁶ qLj wL10⁶ Odpoczynek w

postawie siedzącej 113 95 7,2 91 9,2 86 11,1 74 16,1 66 19,4 46 27,2 Odpoczynek w

postawie stojącej 127 106 8,6 99 11,7 91 15.0 79 20,0 66 25,3 46 33,9 Praca lekka. siedząc,

aktywność mała 144 116 11,7 107 15,6 96 20,0 81 26,4 66 32,5 46 40,8 Praca lekka, stojąc,

aktywność mała 174 130 18,6 115 24,7 101 30,5 80 39,4 66 45,3 46 55,6 Praca lekka, stojąc,

aktywność duża 193 135 24,4 120 30,6 108 35,5 85 45,3 66 53,1 46 63,0 Praca średnio ciężka

np. malarz, mechanik 251 165 36,1 145 44,4 130 50,5 101 62,8 81 71,1 52 83,3 Praca ciężka,

aktywność bardzo duża 293 181 46,7 158 56,7 141 63,9 112 76,1 95 82,8 70 93,6 Praca bardzo ciężka,

szybki taniec 407 238 70,8 203 85,3 180 95.0 151 107,2 134 114,4 102 127,8

Anisimov

(20)

Ciepło i para wodna wydzielane przez człowieka (dorosłego)

Ciepło (W) i para wodna (g/h) wydzielane przez człowieka przy temperaturze w pomieszczeniu, C

Wskaźniki

10 15 20 25 30 35

Odpoczynek

Ciepło całkowite 165 145 120 95 95 95

Ciepło jawne 140 120 90 60 40 10

Para wodna 30 30 40 50 75 115

r, kJ/kg 2477 2465 2453 2441 2430 2418

Praca lekka

Ciepło jawne 150 120 100 65 40 5

Para wodna 40 55 75 115 150 200

Praca średniociężka

Ciepło jawne 165 135 105 70 40 5

Para wodna 70 110 140 185 230 280

Praca ciężka

Ciepło jawne 200 165 130 95 50 10

Para wodna 135 185 240 295 355 415

Anisimov

(21)

Normy niemieckie VDI 2078, 1996 r.

Anisimov

(22)

Współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu

Rodzaj pomieszczenia 

Biura 0,750,90

Hotele: recepcja, pokoje wieloosobowe 0,400,60

Domy towarowe 0,800,90

Pomieszczenia technologiczne 0,850,95 Teatry, kina, małe pomieszczenia o

różnym przeznaczeniu 1,00

Anisimov

(23)

Zyski ciepła jawnego od ludzi są w rzeczywistości mniejsze od obliczonych wartości chwilowego napływu, co spowodowane są akumulacją ciepła w przegrodach budowlanych. Rzeczywisty rozkład czasowy zysków ciepła zależy od czasu przebywania ludzi w pomieszczeniu oraz pojemności cieplnej otaczających przegród.

Anisimov

(24)

Bezpośrednio po wejściu ludzi do pomieszczenia ciepło oddawane przez nich w wyniku konwekcji asymilowane jest przez powietrze wewnętrzne, pozostałe natomiast przejmowane jest poprzez promieniowanie przez przegrody otaczające pomieszczenie.

Anisimov

(25)

Temperatura tych przegród rośnie i również one stają źródłem konwekcji.

Ciepło konwekcyjne od ścian przekazywane jest do powietrza także jeszcze przez pewien czas po opuszczeniu pomieszczenia przez ludzi. Tak więc rzeczywisty zysk ciepła jawnego dla danej godziny doby może być obliczony z zależności:

konw prom prom

Lj La Lj L La L

Q^  f Q  Q  f Q , W

Anisimov

(26)

f  współczynnik poprawkowy

La

uwzględniający akumulację ciepła w przegrodach, zależny od czasu przebywania ludzi, rodzaju i konstrukcji przegród oraz liczby godzin, które upłynęli od wejścia ludzi do pomieszczenia (zob. tabl.)

konw prom

0 5

L L Lj

Q  Q  , Q , W

Anisimov

(27)

f ,%La

Anisimov

(28)

Normy niemieckie VDI 2078, 1996 r.

Anisimov

(29)

с7

с1

с2

с3

с4

с5

с6 с₈

сн

сПДК

сp

0 2 4 6 8

0,5 1,0 1,5 2,0

2,5

Anisimov

(30)

Zyski ciepła całkowitego

L

Lc c

Q  n q 

^{, W.}

q

_Lc _

jednostkowe ciepło całkowite wydzielane przez osobę w zależności od aktywności pracy człowieka i temperatury w pomieszczeniu, W/osobę;

Anisimov

(31)

Anisimov

(32)

Przy znanym cieple jawnym q

_Lj

i oraz znanej ilość pary wodnej w

_L

wydzielanej przez człowieka, jednostkowe zyski ciepła całkowitego q

_Lc

od człowieka można policzyć z następującej zależności:

Lc Lj Lu

q  q  q , W/osobę;



^p ^o



Lu L w

q  w r c t  , W/osobę;

Anisimov

(33)

q_Lu  jednostkowe zyski ciepła

utajonego od wydzielonej pary wodnej przez człowieka, W/osobę;

w_L  para wodna wydzielana przez człowieka, g/(sosobę);

pw 1 8

c  , kJ/(kgK)  ciepło właściwe pary wodnej;

t_o  temperatura pary, zbliżona do temperatury powierzchni skóry, C.

r  ciepło parowania, ( 2500 kJ/kg);

Anisimov

(34)

W zakresie temperatur (050C) ciepło parowania można obliczyć wg wzoru aproksymacyjnego

2,369 2500 2,369

r r o t   t ^{, kJ/kg,}

albo odczytać z tablicy

t, C 0 10 20 30 40 50

r, kJ/kg 2500,64 2477,20 2453,68 2430,02 2406,21 2382,18