Straty ciepła

pomieszczeń

Wymiana ciepła

•

Zjawisko wymiany ciepła spotyka się wszędzie tam, gdzie występuje różnica temperatury. Ciało

lub jego część o wyższej temperaturze przekazuje energię cieplną ciału lub jego części o niższej

temperaturze. Zjawisko to występuje w przyrodzie w sposób naturalny, natomiast w technice jest

inicjowane i kierowane przez człowieka.

Rozróżnia się następujące rodzaje wymiany ciepła:

•

przewodzenie,

•

konwekcję (unoszenie),

•

promieniowanie.

•

Ilość ciepła przekazywaną w jednostce czasu definiuje się jako moc cieplną Q (strumień cieplny),

której jednostką jest wat [W].

•

Gęstość mocy cieplnej q (gęstość strumienia cieplnego) jest to moc cieplna odniesiona do

jednostkowej powierzchni wymiany ciepła. Jednostką gęstości mocy cieplnej jest wat na metr

kwadratowy [W/m

2

].

•

Przewodzenie ciepła jest to zjawisko zachodzące w ciałach stałych, polegające na

przekazywaniu ciepła przez stale stykające się ze sobą te same cząsteczki ciała.

•

Gęstość mocy cieplnej przewodzonej przez ciało stałe jest proporcjonalna do współczynnika

przewodności cieplnej, różnicy temperatury na powierzchni ciał i odwrotnie proporcjonalna do

grubości przegrody, a zatem

•

(1)

•

 

•

We wzorze użyto następujących oznaczeń:

•

q - gęstość mocy cieplnej [W/m

2

],

•

λ - współczynnik przewodzenia ciepła [W/ (m K)],

•

d - grubość przegrody [m],

•

τ

w1

, τ

w2

- temperatura na powierzchniach przegrody [K].

• Za pomocą współczynnika przewodzenia ciepła λ -

charakteryzuje się materiały pod względem możliwości
przewodzenia ciepła i określa wartość mocy cieplnej
przewodzonej przez przegrodę o powierzchni 1 m

2

na

długości 1 m przy jednostkowym (równym 1 K) spadku
temperatury między jej powierzchniami zewnętrznymi.

•

Konwekcja (unoszenie) ciepła występuje, gdy cząsteczki ciała przenoszącego

ciepło zmieniają swoje położenie względem ciała oddającego lub pobierającego

ciepło. Ten rodzaj wymiany ciepła jest typowy dla płynów (ciecze i gazy). Ruch

poszczególnych cząsteczek może być wywołany w sposób naturalny w wyniku

zmiany gęstości poszczególnych cząsteczek spowodowanej zmianą ich

temperatury - konwekcja naturalna - lub sztuczny (np. za pomocą wentylatora lub

pompy) - konwekcja wymuszona. W praktyce słowo „konwekcja" zastępuje się

terminem przejmowanie ciepła.

•

Gęstość mocy cieplnej przejmowanej przez płyn od przegrody lub przez przegrodę

od płynu jest proporcjonalna do wartości współczynnika przejmowania ciepła a i

różnicy temperatury płynu i powierzchni przegrody, a zatem

•

 

•

(2)

•

We wzorze użyto następujących oznaczeń:

•

q - gęstość mocy cieplnej [W/m2],

•

a - współczynnik przejmowania ciepła [W/(m2 K)],

•

t

f

- temperatura płynu w pewnej odległości od przegrody [°C],

•

τ

w

- temperatura powierzchni przegrody [°C],

•

Współczynnik przejmowania ciepła a określa wartość mocy cieplnej, jaka jest

przejmowana przez 1 m2 powierzchni przegrody od płynu (lub odwrotnie) przy

jednostkowej różnicy temperatury płynu i ścianki (1 K).

•

Wykres zmian temperatury towarzyszących przejmowaniu ciepła przez

przegrodę od płynu i przez płyn od przegrody pokazano na rys.

•

 

•

Wykres zmian temperatury podczas przejmowania ciepła:

d) przez przegrodę od płynu, b) przez płyn od przegrody

•

 

• Promieniowanie ciepła polega na

przenoszeniu ciepła za pośrednictwem fal
elektromagnetycznych wysyłanych przez
powierzchnie ciał o wyższej temperaturze
w kierunku powierzchni ciał o niższej
temperaturze.

• Zjawisko to może odbywać się tylko

między ciałami rozdzielonymi ośrodkiem
przepuszczającym fale elektromagnetyczne
(większość gazów) lub w próżni.

Złożona wymiana ciepła

•

Rozwiązując techniczne problemy wymiany ciepła, przyjmuje się pewne uproszczenia polegające na wytypowaniu
dominującego rodzaju wymiany ciepła, które stanowi podstawę do wykonania obliczeń. Inne rodzaje wymiany ciepła o
mniejszym udziale pomija się.

•

Często spotykaną sytuacją jest oddawanie ciepła przez ściankę w wyniku równoczesnego promieniowania i konwekcji.

•

Najczęstsza w technice cieplnej jest wymiana ciepła między dwoma ośrodkami (płynami) oddzielonymi przegrodą z
ciała stałego. Płyn o temperaturze t

f1

przekazuje energię cieplną do płynu o temperaturze niższej t

f2

.

•

 

•

Występuje tutaj złożona wymiana ciepła składająca się z:

•

przejmowania ciepła przez powierzchnię przegrody o temperaturze z

w

od płynu o temperaturze t

f1

;

•

przewodzenia ciepła przez przegrodę z ciała stałego między powierzchniami o temperaturze τ

w1

i τ

w2

;

•

przejmowania ciepła przez płyn o temperaturze t

f2

od powierzchni o tem peraturze τ

w2

.

•

Taki rodzaj wymiany ciepła określa się jako przenikanie ciepła.

•

Gęstość mocy cieplnej przenikającej przez przegrodę oblicza się, korzystając ze wzoru

•

 

•

 w którym:

•

q - gęstość mocy cieplnej [W/m

2

], k - współczynnik przenikania ciepła [W/ (m

2

• K)], t

f2

, t

f1

- temperatura płynów po

obu stronach przegrody [°C].

•

Współczynnik przenikania ciepła k określa moc cieplną przenikającą od jednego płynu do drugiego przez 1 m

2

powierzchni przegrody z ciała stałego przy różnicy temperatury płynów - Δt wynoszącej 1 K.

•

 

Przenikanie ciepła przez przegrody

budowlane

• W okresie ogrzewczym w pomieszczeniach przeznaczonych do

przebywania ludzi utrzymuje się sztucznie temperaturę

powietrza wyższą od temperatury powietrza na zewnątrz.

Zgodnie z prawami wymiany ciepła występuje tam przepływ

ciepła przez przegrody budowlane od powietrza o

temperaturze wyższej do powietrza o temperaturze niższej.

• Ilość ciepła przenikającego przez przegrody, a więc traconego

przez pomiesz czenie, jest proporcjonalna do wartości

współczynnika przenikania ciepła, powierzchni przenikania oraz

różnicy temperatury powietrza po obu stronach przegrody, a

zatem

•

(4)

• We wzorze tym użyto następujących oznaczeń:

• Q - moc cieplna przenikająca przez przegrodę budowlaną o

powierzchni A m

2

[W],

• k - współczynnik przenikania ciepła [W/ (m

2

-K)],

• A - powierzchnia przenikania ciepła [m

2

],

• Δt - różnica temperatury między powietrzem znajdującym się

po obu stronach przegrody [K].

t

kA

Q





Obliczanie wartości współczynnika

przenikania ciepła

• Obliczanie wartości współczynnika przenikania ciepła k

dotyczących jednolitych przegród płaskich (jedno- i

wielowarstwowych) bez uwzględniania wpływu mostków

cieplnych wykonuje się zgodnie z PN-91/B-02020 Ochrona

cieplna budynków. Wymagania i obliczenia, korzystając ze

wzoru

•

(5)

• w którym:
• R

t

- opór cieplny przejmowania od strony wewnętrznej

przegrody, okreś lony jako l/α

1

,

[m

2

K/W],

• R - opór cieplny przewodzenia przegrody [m

2

• K/W],

• R

e

- opór cieplny przejmowania od strony zewnętrznej

przegrody określony jako l/a,

[m

2

-K/W].

• Wartości oporów cieplnych przejmowania - R

{

i R

e

przyjmuje

się jako wartości stałe w określonych warunkach (tab).

Obliczeniowe wartości przejmowania ciepła R

t

i R

e

oraz współczynników przejmowania ciepła cc

t

, a

e

α

i

α

e

R

i

R

e

Rodzaj przegrody i

powierzchni

[W/

(m

2

K)]

[m

2

K/W]

Wewnętrzne powierzchnie ścian,

okien i drzwi

8,1

-

0,12

-

Wewnętrzne powierzchnie

dachów, stropodachów,

tarasów i świetlików przy

przepływie ciepła z dołu

do góry

8,1

-

0,12

-

Wewnętrzne powierzchnie

podłóg i stropów przy prze-

pływie z góry na dół

6,0

-

0,17

-

Zewnętrzne powierzchnie ścian,

okien i drzwi, dachów,

stropodachów, tarasów i

świetlików

-

23

-

0,04

Powierzchnia izolacji termicznej

stropodachu wenty-

lowanego z warstwą

powietrzną wentylowaną

równą lub grubszą niż 0,20 m

oraz powierz-

chnie ściany z warstwą

powietrzną wentylo-

waną - od strony powietrznej

wentylowanej

-

11,6

-

0,09

•

Opór cieplny przewodzenia przegrody jednorodnej zależy od liczby warstw, z

których składa się przegroda oraz ich grubości i wartości współczynnika

przewodzenia ciepła λ.

•

Opór cieplny warstw jednolitych, bez zamkniętej warstwy powietrza, oblicza się

wg zależności

•

(6)

•

w której:

•

R

t

- opór cieplny przewodzenia poszczególnych warstw liczony wg wzoru

•

 

•

(7)

•

d

t

- grubość warstwy [m],

•

λ

t

- współczynnik przewodzenia ciepła warstwy [W/(m K)].

•

 

•

Jeżeli jedną z warstw jest powietrze, to opór cieplny tej warstwy dobiera się wg

tab. 2 zależnie od grubości warstwy i kierunku przepływu ciepła. Całkowity opór

cieplny takiej przegrody budowlanej jest sumą oporów cieplnych

poszczególnych warstw powiększoną o opór cieplny warstwy powietrza - R

p

:

•

 

•

(8)

•

we wzorze tym:

•

R

1

,...,R

n

- opory cieplne przewodzenia poszczególnych warstw [m

2

K/W],

R

p

- opór cieplny zamkniętej warstwy powietrza - wg tab. 2.

•

 

Tabela 2 Wartości obliczeniowe oporu cieplnego

zamkniętej

(niewentylowanej) warstwy powietrza - R

p

(wg PN-

91/B-02020

Grubość warstwy

powietrznej

[m]

Opór cieplny R

p

[m

2

K/W]

warstwy pionowe

warstwy poziome

przepływ ciepła

z dołu do góry

przepływ ciepła

z góry do dołu

0,005

0,11

0,10

0,11

0,01

0,14

0,13

0,15

0,02

0,16

0,14

0,18

0,03

0,17

0,14

0,20

0,04

0,17

0,15

0,21

0,05

0,17

0,15

0,22

0,07

0,17

0,15

0,22

0,10

0,17

0,15

0,23

0,15

0,17

0,15

0,23

0,20

0,17

0,15

0,24

•

Wartość współczynnika przenikania ciepła k dotyczącą przegród

budowlanych złożonych z obszarów o różnej izolacyjności cieplnej, np.

ściany z wnęką na grzejnik, oblicza się wg wzoru

•

(9)

•

gdzie:

•

A

i

- pole powierzchni obszaru przegrody z numerem i [m

2

],

•

k - współczynnik przenikania ciepła obszaru przegrody z numerem i [W/m

2

K)],  

•

Powierzchnie przegród budowlanych oblicza się z dokładnością do 0,1 m

2

.

Powierzchnię ścian, sufitów i podłóg oblicza się przyjmując wymiary liniowe, w

osiach przegród prostopadłych do nich, z dokładnością do 0,1 m. Powierzchnię

okien, drzwi i świetlików oblicza się przyjmując wymiary liniowe wg zewnętrznych

wymiarów ościeżnic z dokładnością do 0,1 m

2

.

•

Analizując wzory (5) i (9), łatwo można dojść do stwierdzenia, że na wartość

współczynnika przenikania ciepła k decydujący wpływ ma opór cieplny

przewodzenia, który z kolei zależy od rodzaju i grubości materiału użytego do

budowy przegrody budowlanej. Podstawowe właściwości fizyczne najczęściej

stosowanych i najłatwiej dostępnych materiałów budowlanych są zamieszczone w

tab. 3.

Tabela 3 Właściwości fizyczne niektórych materiałów

i elementów budowlanych (wg PN-911B-02020)

Nazwa materiału

Gęstość

objętości

owa w

stanie

suchym

P

[kg/m

3

]

Współczynnik

przewodzenia

ciepła w

pomieszczeniu λ

[W/ (mK)]

Ciepło

właś-

ciwe w

stanie

suchym

c

p

[kJ/

(kgK)]

średniow

il-

gotnym

wilgotny

m

1

2

3

4

5

Asfalty

Asfalt ponaftowy

1050

0,17

0,17

0,92

Asfalt lany

1800

0,75

0,75

0,92

Asfaltobeton

2100

1,00

1,00

0,92

Betony i ściany z betonu

Żelbet

2500

1,70

1,80

0,84

Beton zwykły z kruszywa

kamiennego

2400

1,70

1,80

0,84

2200

1,30

1,50

0,84

1900

1,00

1,10

0,84

Beton jamisty z kruszywa

kamiennego

1900

1,00

1,10

0,84

Beton z kruszywa

wapiennego

1600

0,72

0,80

0,84

1400

0,60

0,70

0,84

1200

0,50

0,60

0,84

Tabela 3 Właściwości fizyczne niektórych

materiałów

i elementów budowlanych (wg PN-911B-02020

Beton z żużla pumeksowego

lub

1800

0,70

0,80

0,84

granulowanego

1600

0,58

0,68

0,84

1400

0,50

0,58

0,84

1200

0,40

0,47

0,84

1000

0,33

0,40

0,84

Beton z żużla paleniskowego

1800

0,85

0,95

0,84

1600

0,72

0,80

0,84

1400

0,60

0,67

0,84

1200

0,50

0,56

0,84

Beton z kruszywa

keramzytowego

1600

0,90

1,00

0,84

1400

0,72

0,80

0,84

1300

0,62

0,68

0,84

1200

0,54

0,60

0,84

1100

0,46

0,51

0,84

1000

0,39

0,43

0,84

Ściana z dużych bloków betonu

800

0,29

0,35

0,84

komórkowego (bez tynku)

700

0,25

0,30

0,84

600

0,21

0,25

0,84

500

0,17

0,22

0,84

Tabela 3 Właściwości fizyczne niektórych

materiałów

i elementów budowlanych (wg PN-911B-02020

Ściana z bloczków betonu

komórkowego

800

0,38

0,44

0,84

na zaprawie cementowo-

wapiennej

700

0,35

0,40

0,84

bez tynku, ze spoinami o

grubości

600

0,30

0,35

0,84

nie większej niż 1,5 cm, o

gęstości

500

0,25

0,30

0,84

objętościowej betonu

Wiórobeton, trocinobeton

1000

0,30

0,35

1,46

900

0,26

0,30

1,46

800

0,22

0,25

1,46

700

0,19

0,22

1,46

600

0,17

0,20

1,46

500

0,15

0,18

1,46

Drewno i materiały

drewnopochodne

Sosna i świerk w poprzek

włókien

550

0,16

0,20

2,51

Sosna i świerk wzdłuż

włókien

800

0,30

0,35

2,51

Dąb w poprzek włókien

800

0,22

0,26

2,51

Dąb wzdłuż włókien

800

0,40

0,46

2,51

Sklejka

600

0,16

0,20

2,51

Płyty pilśniowe porowate

300

0,05

0,06

2,51

Płyty pilśniowe twarde

1000

0,18

0,21

2,51

Wyroby gipsowe zabezpieczone

od

zewnątrz przed zawilgoceniem

Płyty i bloki z gipsu

1000

0,35

0,40

0,84

900

0,30

0,35

0,84

Gipsobeton piaskowy

1300

0,52

0,62

0,84

1200

0,45

0,52

0,84

Gazogips

500

0,19

0,28

0,84

Płyty gipsowo-kartonowe

(suchy tynk)

1000

0,23

0,29

1,00

Estrichgips czysty

1800

1,00

1,10

0,84

Estrichgips z piaskiem

1900

1,20

1,30

0,84

Kamienie naturalne

Marmur, granit Piaskowiec

Wapień zwykły Wapień

porowaty

2800
2400
2000
1700
1400

3,50
2,20
1,15
0,92
0,64

3,70
2,40
1,40
1,15
0,76

0,92 0,92
0,92 0,92

0,92

Mur z kamienia łamanego z

zawartoś cią zaprawy 35%

(objętościowo) przy gęstości

objętościowej kamienia 2800

kg/m3

2400

2,55

2,75

0,92

Mury z cegły (przy grubości

spoin nie większej niż 1,5 cm)

Mur z cegły ceramicznej pełnej

na za prawie cementowo-

wapiennej bez tynku

1800

0,77

0,91

0,88

• Z wartością współczynnika przenikania ciepła k są związane bezpośrednio straty

mocy cieplnej pomieszczenia ogrzewanego. Są one duże, gdy wartość

współczynnika przenikania ciepła k jest duża i maleją wraz ze zmniejszaniem jego

wartości.

• Z powodu większych strat mocy ciepła trzeba powiększać powierzchnię ogrzewalną

grzejników, średnice przewodów i źródła ciepła, co zwiększa koszty inwestycyjne i

eksploatacyjne.

• Ocenę wyższości danego rozwiązania przegrody budowlanej nad innymi projektami

umożliwia wprowadzenie kryterium najmniejszych kosztów. Polega ono na

równoczesnym rozpatrywaniu kosztów inwestycyjnych przegród budowlanych i

instalacji centralnego ogrzewania oraz kosztów eksploatacyjnych z uwzględnieniem

przewidywanych remontów w jednostkowym okresie obliczeniowym.

• Teoretyczne rozwiązanie graficzne tego problemu przedstawiono na rys. . Zależność

kosztów przegrody w funkcji wartości współczynnika przenikania ciepła k zbliżona

jest do hiperboli, a zależność kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych instalacji

centralnego ogrzewania do paraboli. Dodając rzędne obu krzywych dotyczące tych

samych wartości odciętych, otrzymano nową krzywą sumy kosztów inwestycyjnych

i eksploatacyjnych przegrody oraz instalacji zależną od różnych wartości

współczynnika przenikania ciepła k. Jeżeli otrzymana krzywa ma minimum w

punkcie k

x

, to przy takiej właśnie wartości współczynnika przenikania ciepła koszty

inwestycyjne i eksploatacyjne odniesione do porównywalnego okresu (najczęściej

roku) będą najmniejsze. Wyznaczona w ten sposób konstrukcja przegrody, przy

danej strukturze cen, będzie rozwiązaniem optymalnym. Znalezienie optymalnego

rozwiązania wg powyższej metody, bez zastosowania elektronicznej techniki

obliczeniowej jest bardzo czasochłonne i w praktyce inżynierskiej nie stosowane.

Optymalna wartość współczynnika przenikania ciepła

przez przegrody budowlane

• W PN-91/B-02020 zamiast wartości optymalnej wprowadzono pojęcie

maksymalnej wartości współczynnika przenikania ciepła k przegród

budowlanych. Oznacza to, że projektując wartości współczynnika

przenikania ciepła nie wolno przekraczać wartości dopuszczalnych w

odniesieniu do danych typów przegród budowlanych (tab. 4).

Tabela 4 Maksymalne wartości współczynnika k w budynkach

mieszkalnych i użyteczności publicznej (przegrody nowo

wznoszonych obiektów, okna, drzwi balkonowe, świetliki i

drzwi zewnętrzne)

Rodzaj przegrody i temperatura

w pomieszczeniu

rx

max

Okna, drzwi balkonowe,

świetliki

i drzwi zewnętrzne

[W/

(m

2

K)]

[W/

(m

2

K)]

1

2

3

4

Ściany zewnętrzne (stykające się

Okna i drzwi balkonowe w

budyn-

z powietrzem zewnętrznym):

kach mieszkalnych w

pomiesz-

t, > 16°C

czeniach o t

i

> 16°C

- pełne

0,55

w I strefie klimatycznej

2,6

- z otworami okiennymi

0,60

w II strefie klimatycznej

2,6

- z otworami okiennymi i drzwio-

w III strefie klimatycznej

2,6

wymi

0,65

w IV strefie klimatycznej

2,0

- ze wspornikami balkonu,

przeni-

w V strefie klimatycznej

2,0

nikającymi ścianę

0,70

t, <16°C (niezależnie od

rodzaju

ściany)

0,80

Ściany wewnętrzne między

pomiesz-

Okna w budynkach

mieszkalnych

czeniami ogrzewanymi a

klatkami

w ścianach oddzielających

pomie-

schodowymi lub korytarzami

3,00

szczenia ogrzewane od klatek

scho-

dowych i korytarzy

4,0

Ściany przylegające do

szczelin dy-

Okna i drzwi balkonowe w

budyn-

latacyjnych o szerokości:

kach użyteczności publicznej w

po-

do 5 cm, trwale zamkniętych i

wy-

mieszczenich o szczególnych

wyma-

pełnionych izolacją cieplną

na

ganiach higienicznych, np. w

pomie-

głębokość co najmniej 20 cm

3,00

szczeniach szpitalnych

przeznaczo-

powyżej 5 cm, niezależnie od

przy-

nych na stały pobyt ludzi oraz w

jętego sposobu zamknięcia i

za-

żłobkach i przedszkolach

2,3

izolowania szczeliny

1,00

Ściany piwnic

nieogrzewanych

bez
wy-

Okna i drzwi balkonowe w

budyn-

maga

ń

kach użyteczniści publicznej:

ti > 20°C (oprócz

wymienionych

Stropodachy i stropy pod

nieogrze-

wyżej)

2,6

wanymi poddaszami lub

nad prze-

12°C < t < 20°C

4,0

jazdami:

t, < 12°C

5,6

t, > 16°C

8°C < t, < 16°C

0,30
0,50

Okna pomieszczeń

piwnicznych poddaszy

nieogrzewanych oraz

świetliki nad klatkami

schodowymi

bez

wymag

ań

Stropy nad piwnicami

nieogrze-wanymi i

zamkniętymi przestrzenia

mi podpodłogowymi

0,60

Drzwi zewnętrzne

wejściowe do

Stropy nad piwnicami

ogrzewanymi

bez

wyma

gań

budynków

3,0

* .leżeli przy drzwiach wejściowych do budynku mieszkalnego nic ma
przedsionka, to wartość współczynnika k ściany wewnętrznej przy klatce
schodowej na parterze nie powinna być większa niż 1,0 W/(m

2

K).

** Wartości k

max

nie uwzględniają przepuszczalności powietrza i dotyczą

powierzchni obliczonych z uwzględnieniem zewnętrz nych wymiarów ościeżnic

.

Wartości obliczeniowe temperatury powietrza

W Polsce, mimo że nie należy ona

do krajów rozległych, występuje
wyraźne zróżnicowanie klimatyczne.

Inne temperatury występują w

zimie na południu kraju w górach, inne
na północy na wybrzeżu. Jako
obliczeniową temperaturę zewnętrzną
przyjmuje się, na podstawie wieloletnich
obserwacji, najmniejszą temperaturę,
która panowała na danym obszarze
kraju podczas 5 kolejnych dni.
Posługując się tym kryterium podzielono
teren Polski na 5 stref klimatycznych i w
odniesieniu do każdej z nich określono
obliczeniowe temperatury powietrza na
zewnątrz budynków . Miejscowości
położone na pograniczu stref zalicza się
do strefy mniej korzystnej.

Temperaturę powierzchni gruntu

należy przyjmować równą temperaturze
powietrza w danej strefie klimatycznej.

Temperatury obliczeniowe powietrza

na zewnątrz budynków (wg PN-82/B-

02403

Strefa klimatyczna

I

II

III

IV

V

Temperatura obliczeniowa

powietrza na zewnątrz

budynków [

C

C]

-16

-18

-20

-22

-24

Wartości obliczeniowe
temperatury
powietrza w
przykładowych
pomieszczeniach
nieogrzewanych
(wg PN-82/B-02403)

Rodzaj przestrzeni zamkniętej

Wartości obliczeniowe temperatury

przestrzeni zamkniętych w strefie

klimatycznej [°C]

I

II

III

IV

V

Poddasze nieogrzewane:

- jeżeli dach jest kryty dachówką

lub blachą, nieszczelnym

odeskowaniem, a współczynnik

przenikania ciepła ma wartość

większą niż 5 W/(m

2

-K)

-14

-16

-18

-20

-22

- jeśli dach jest kryty dachówką,

papą lub blachą ze szczelnym

odeskowaniem albo płytą

żelbetową, a współczynnik

przenikania ciepła ma wartość

zawartą między 2 i 5 W/ (m

2

-K)

-11

-13

-15

-17

-19

- przy dachu ze szczelnym

odeskowaniem lub płytą

żelbetową, jeśli wykonano izolację

cieplną, a współczynnik ma

wartość mniejszą od 2 W/(m

2

-K)

-6

-8

-10

-12

-14

Podziemia nieogrzewane

przeznaczone na piwnice:

- kotłownie i węzły ciepłownicze

+

20

+ 20

+ 20

+ 20

+ 20

- bez okien, lecz z przewodami co.

w piwnicy

+

12

+ 10

+ 8

+ 6

+ 4

- bez okien i bez przewodów co. w

piwnicy

+

8

+ 6

+ 4

+ 2

0

- z oknami w ścianach

zewnętrznych i przewodami co. w

piwnicy

+

4

+ 2

0

-1

-2

- z oknami w ścianach

zewnętrznych bez przewodów co.

w piwnicy

0

-2

-4

-5

-6

Przejścia lub bramy przelotowe

nieogrzewa ne, obustronnie

zamknięte

-11

-13

-15

-17

-19

Przestrzenie podpodłogowe w

budynkach niepodpiwniczonych

0

0

0

0

0

Szczeliny dylatacyjne o szerokości

do 5 cm, zamknięte i wypełnione

izolacją cieplną na głębokość co

najmniej 20 cm

o 5°C niższa niż w

przylegających pom niach

leszcze-

Wartości obliczeniowe temperatury powietrza

w pomieszczeniach ogrzewanych (wg PN-82/B-02402)

Wartośc
i
oblicze-

niowe

Przeznaczenie pomieszczeń

Przykłady pomieszczeń

tempera
-
tury
[°C]

1

2

3

+ 5

pomieszczenia nie przeznaczone do
stałego

magazyny bez stałej obsługi

przebywania ludzi oraz pomieszczenia
og-

garaże indywidualne, hale
postojowe

rzewane dyżurnie

(bez remontów) akumulatornie

+ 8

pomieszczenia nie przeznaczone do
stałego

klatki schodowe w budynkach
mieszkal-

przebywania ludzi, w których
jednorazowy

nych

pobyt osób, znajdujących się w ruchu i
w

hale sprężarek, pompownie

okryciach zewnętrznych nie
przekracza lh;

kuźnie, hartownie, wydziały obróbki

pomieszczenia, w których moc cieplna
za-

cieplnej

instalowanych urządzeń
technologicznych,

oświetlenia itp., odniesiona do 1 m

3

pomiesz-

czenia, przekracza 25 W

+ 12

pomieszczenia przeznaczone do

stałego prze-

magazyny i składy wymagające
stałej

bywania ludzi, znajdujących się w

okryciach

obsługi

zewnętrznych lub wykonujących

ciężką pra-

westybule, poczekalnie przy salach
wi-

cę fizyczną;

dowiskowych bez szatni

pomieszczenia, w których moc cieplna
za-

hale ciężkiej pracy, hale formierni,
ma-

oświetlenia itp., odniesiona do 1 m

3

pomie-

szynownie chłodni, ładownie
Akumulatorów
hale targowe, sklepy rybne i
mięsne

szczenia, wynosi od 10 do 24 W

Wartości obliczeniowe temperatury powietrza

w pomieszczeniach ogrzewanych (wg PN-82/B-02402)

+ 16

pomieszczenia przeznaczone do
przebywa-

hale pracy lekkiej

nia ludzi w okryciach zewnętrznych w
po-

szatnie odzieży wierzchniej

zycji siedzącej, bez okryć zewnętrznych korytarze, klatki schodowe w

budynkach

znajdujących się w ruchu lub wykonują-

biurowych i użyteczności publicznej

cych lżejsze prace fizyczne;

sale widowiskowe bez szatni

pomieszczenia, w których moc cieplna
za-

sale gimnastyczne

instalowanych urządzeń
technologicznych,

bufety i sale konsumpcyjne

oświetlenia itp., odniesiona do 1 m

3

pomie-

sklepy spożywcze i przemysłowe, sale

szczenia,

sprzedaży w domach towarowych

kuchnie indywidualne wyposażone w

pa leniska węglowe ustępy publiczne

zmywalnie i przygotowalnie wstępne

w zakładach żywienia zbiorowego

Wartości obliczeniowe
temperatury powietrza
w pomieszczeniach
ogrzewanych
(wg PN-82/B-02402)

+ 20 pomieszczenia

przeznaczone do
przebywania

pokoje mieszkalne, przedpokoje, kuchnie

ludzi bez okryć
zewnętrznych nie
wykonujących

indywidualne wyposażone tylko w
paleniska gazowe

w sposób ciągły pracy
fizycznej

hale pracy siedzącej lekkiej

+ 20 pomieszczenia

przeznaczone do
przebywania

izby pomiarowe

ludzi bez okryć
zewnętrznych nie
wykonujących

pokoje biurowe, sale posiedzeń

w sposób ciągły pracy
fizycznej

pomieszczenia do nauki, audytoria, bi-

blioteki, czytelnie
muzea i galerie sztuki z szatniami
sale widowiskowe z szatniami
bufety i sale konsumpcyjne z szatniami
poczekalnie z szatniami
kasy (np. teatralne, dworcowe itp.)
gabinety dentystyczne i lekarskie, gdzie nie
przewiduje się rozbierania pacjen tów
sale chorych
korytarze i klatki schodowe w zakła dach
leczniczych
sale dziecięce w przedszkolach
ustępy z wyjątkiem ustępów publicz nych

+ 25 pomieszczenia

przeznaczone do rozbiera-

rozbieralnie - szatnie, łazienki, natrys

nia lub przebywania ludzi
bez odzieży

kownie, umywalnie, hale pływalni* gabinety
lekarskie z rozbieraniem pa cjentów sale
niemowląt i sale dziecięce w żłobkach sale
operacyjne

+ 32 pomieszczenia wymagające

podwyższonej

suszarnie bielizny

temperatury, nie
wyposażone w specjalne

suszarnie odzieży

urządzenia technologiczne

W

obliczeniach

dotyczących

tych

pomieszczeń temperaturę
obliczeniową

należy

przyjmować równą 23

C

C w

przypadku, gdy centralna
regulacja

parametrów

nośnika

ciepła

prowadzona

jest

wg

temperatury

tych

pomieszczeń

lub

gdy

pomieszczenia te mają
indywidualną

regulację

temperatury

albo

regulowaną temperaturę
nawiewu powietrza

.

Obliczanie zapotrzebowania na moc cieplną

•

Zapotrzebowanie na moc cieplną w pomieszczeniach o kubaturze do 600 m

3

•

 Zasady obliczeń zapotrzebowania na moc cieplną dostarczaną do pomieszczeń ogrzewanych o

kubaturze nie przekraczającej 600 m

3

w budynkach o wysokości do 25 kondygnacji

podano w PN-B-

03406 Ogrzewnictwo. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m

3

.

•

Moc cieplna dostarczana do pomieszczenia powinna zastąpić straty spowodowane jego

przenikaniem przez przegrody oraz ogrzać infiltrujące zimne powietrze dostające się z zewnątrz

przez nieszczelności stolarki okiennej.

•

Całkowita moc cieplna dostarczana do pomieszczenia przez urządzenia ogrzewcze - Q jest więc

sumą ciepła pokrywającego straty przenikania i ogrzewającego infiltrujące powietrze zgodnie ze

wzorem

•

(10)

•

w którym:

•

Q

p

- straty ciepła przez przenikanie [W],

•

Q

w

- zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji [W].

•

Opisane za pomocą tego wzoru zapotrzebowanie na moc cieplną dotyczy tylko pomieszczenia

modelowego o jednej przegrodzie zewnętrznej (chłodzącej), skierowanej na północ, znajdującego

się na pośredniej kondygnacji w budynku. Jeżeli nie jest spełniony jakikolwiek z tych warunków, to

odstępstwa te należy uwzględnić w obliczeniach.

•

W odniesieniu do pomieszczeń rzeczywistych wzór (10) ma postać

•

(11)

•

w którym:

•

Q

P

i Q

w

- jak we wzorze (10),

•

d

1

- dodatek na wyrównanie wpływu niskiej temperatury powierzchni przegród chłodzących (tab.

8),

•

d

2

- dodatek do strat ciepła pomieszczenia, za pomocą którego uwzględnia się skutki

nasłonecznienia przegród (tab. 9).

Tabela 8 Wartości liczbowe dodatku d

1

(wg PN-B-03406)

Liczba przegród chłodzących

pomieszczenia

1

2

3

4 i

więcej

Dodatek dr

piętro pierwsze

lub wyższe

0

0,03

0,05

0,08

parter

0,10

0,13

0,15

0,18

Rodzaj przegrody

Dodatek d

2

Stropodach

-0,05

Przegrody pionowe

strony świata

NE N NW

W

SW

S

SE

E

0

0

0

-0,05

-0,10

-

0,1

0

-

0,10

-

0,05

Tabela 9 Wartości liczbowe dodatku d

2

(wg

PN-B-03406)

• Straty (lub zyski) ciepła przez przenikanie oblicza się zgodnie ze

wzorem (4), jeśli różnica temperatury po obu stronach przegrody

wynosi co najmniej 4 K. Całkowite straty mocy cieplnej przez

przenikanie danego pomieszczenia - Q

p

są sumą strat

poszczególnych przegród lub ich części, dla których

współczynnik przenikania ciepła k ma stałą wartość, tj.

•

(12)

• gdzie:
• Q

0

- strata ciepła przegrody lub jej części [W].

•  
• Stratę ciepła na wentylację - Q

wo

określa się wg zależności

•

(13)

• w której:

• V - objętość powietrza infiltrującego do pomieszczenia w

jednostce czasu (strumień objętości powietrza) określany wg PN-

83/B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych,

zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania

[m

3

/ s],

• ρ - gęstość powietrza [kg/m

3

],

• c

p

- ciepło właściwe powietrza [kJ/(kg K)],

• t

i

- wartość obliczeniowa temperatury w pomieszczeniu [°C],

• t

e

- wartość obliczeniowa temperatury zewnętrznej [°C].

•

W obliczeniach technicznych zakłada się stałą wartość gęstości powietrza ρ = 1,2 kg/m

3

i

ciepła właściwego powietrza c

p

= 1,020 kJ/(kgK) oraz strumień objętości V w m

3

/h. Wzór (13)

ulega wtedy uproszczeniu do postaci

•

(14)

•

Zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji Q

w

należy obliczać, uwzględniając wewnętrzne zyski

ciepła w pomieszczeniu wynikające z ich normalnego użytkowania. Jeśli pomieszczenia są

użytkowane:

•

• mniej niż 12h na dobę (np. budynki użyteczności publicznej), to

•

(15)

•

• co najmniej 12h na dobę (np. budynki mieszkalne zamieszkania zbiorowego, szpitale itp.),

to

•

(16)

•

 

•

Obliczenia zapotrzebowania na ciepło potrzebne do poszczególnych pomieszczeń wykonuje

się na specjalnych formularzach, stosując umowne oznaczenia przegród wg PN-B-03406.

•

Jeśli pomieszczenie ogrzewane nie jest podpiwniczone i znajduje się na poziomie gruntu, to

będą w nim straty mocy cieplnej przez podłogę do gruntu. Aby obliczyć te straty,

powierzchnię podłogi dzieli się na dwie strefy:

•

strefa pierwsza

to pas podłogi o szerokości 1 m przyległy do ścian zewnętrznych,

•

strefa druga

to pozostała część podłogi.

•

Straty mocy cieplnej strefy pierwszej oblicza się wg wzoru (4), przyjmując do obliczeń

współczynnik przenikania ciepła k przez podłogę przylegającą do gruntu zgodnie z PN-91/B-

02020.

•

Do obliczeń strat ciepła strefy drugiej używa się tego samego wzoru, jednak z

uwzględnieniem innej wartości współczynnika przenikania ciepła k (zależnej od szerokości tej

strefy zgodnie z PN-91/B-02020) i innej temperatury t

e

= t

g

= 8°C stałej we wszystkich

strefach klimatycznych.

•

Zapotrzebowanie na moc cieplną ustala się z dokładnością do 10 W, zaokrąglając obliczenia

„w górę" do pełnej dziesiątki.

Zapotrzebowanie na moc cieplną w pomieszczeniach o

kubaturze większej od 600 m

3

•

W obliczeniach zapotrzebowanie na moc cieplną do pomieszczeń o kubaturze większej od
600 m

3

, a więc takich, jak: hale fabryczne, hale sportowe, sale konferencyjne, magazyny,

kryje się wiele trudności.

•

Ich przyczyną jest różna funkcja tych pomieszczeń, których powierzchnie przegród i
kubatura mogą różnić się nawet i kilkadziesiąt razy. Do najważniejszych problemów,
trudnych do analitycznego, jednoznacznego, a zarazem prostego ujęcia należy zaliczyć:

•

wzmożoną infiltrację powietrza przez przeszklone

(często nadmiernie) prze grody,

uzależnioną od kierunku wiatru, otoczenia budynku, jakości wykonania otworów okiennych
oraz drzwiowych itp.,

•

infiltrację powietrza zewnętrznego przez otwierane drzwi i bramy

wjazdowe w czasie

wprowadzania przedmiotów i materiałów potrzebnych do produkcji,

•

określenie mocy ciepła na ogrzanie materiałów dostarczanych

z nieogrzewanych

magazynów lub nie osłoniętych placów składowych.

•

 

•

* Oznaczenia podstawowe: S - ściany; O - okna, świetliki; D - drzwi; P - podłogi; Sf- sufity; Std
- stropodachy; d - drewno lub tworzywa sztuczne; m - metal lub żelbet; ps - pustaki szklane;
z - zewnętrzne; w ~ wewnętrzne; k - szyby komorowe zespolone.

•

Przykłady oznaczeń: Sz - ściana zewnętrzna; Sw - ściana wewnętrzna; Dwd- drzwi
wewnętrzne drewniane; Dzm - drzwi zewnętrzne metalowe; Om 1.1. - okno metalowe
pojedyncze z pojedynczym oszkleniem; Od 1.2. - okno drewniane pojedyncze z podwójnym
oszkleniem; Od 2.1. - okno lub świetlik drewniany podwójny z pojedynczym oszkleniem.

•

 Obecnie nie ma jednolitych wytycznych do określania zapotrzebowania ciepła dla tak
dużych pomieszczeń. Tego typu zagadnienia należy powierzać tylko inżynierom o dużej
praktyce, którzy na podstawie własnego doświadczenia i dostępnej literatury technicznej
mogą je poprawnie rozwiązać.

 

Przybliżone metody obliczania zapotrzebowania na

moc cieplną

• Orientacyjne zapotrzebowanie na moc cieplną do ogrzania budynków,

które nie mają jeszcze pełnej dokumentacji budowlanej, można

określić posługując się ich charakterystyką cieplną. Wielkość tę

wyznacza się empirycznie na podstawie danych statystycznych

uzyskanych z projektów budynków wykonanych na przestrzeni

kilkunastu lat. Charakterystyka cieplna budynku jest równa stratom

mocy cieplnej 1 m

3

ogrzewanej kubatury budynku odniesionym do

jednostkowej różnicy temperatury powietrza wewnątrz i na zewnątrz

budynku.

• Charakterystykę cieplną budynków mieszkalnych i użyteczności

publicznej można orientacyjnie obliczyć wg wzoru

•  

•

(17)

•  

• gdzie:

• q - charakterystyka cieplna budynku [W/(m

3

K)], V - kubatura budynku

[m

3

].

• Kubaturę budynku z centralnym ogrzewaniem określa się jako iloczyn

powierzchni powtarzalnej kondygnacji i wysokości budynku, liczonej

od podłogi parteru do wierzchu stropu najwyższej kondygnacji (do

kubatury budynku wlicza się wszystkie wewnętrzne przegrody

pionowe i poziome).

• Budynki przemysłowe mają inną charakterystykę cieplną niż

budynki mieszkalne zależną od rodzaju przegród budowlanych i

stopnia ich przeszklenia. W związku ze wzrostem kosztów

energii cieplnej, potrzebą jej oszczędzania oraz ograniczeniem

maksymalnych współczynników przenikania ciepła k, wartości

charakterystyk cieplnych budynków przemysłowych nie

powinny, w myśl obecnie obowiązujących przepisów, odbiegać

od charakterystyk cieplnych budynków mieszkalnych. W

odniesieniu do nowo wznoszonych budynków charakterystyki

cieplne nie powinny przekraczać wartości podanych w tab. 10.

Orientacyjne zapotrzebowanie na moc cieplną określa się,

korzystając ze wzoru

•

(18)

• gdzie:

• Q - orientacyjne zapotrzebowanie na moc cieplną [W],

• V - kubatura budynku [m

3

],

• q - charakterystyka cieplna budynku [W/ (m

3

• K)],

• t

i

- temperatura powietrza wewnętrznego [°C],

• t

e

- temperatura powietrza na zewnątrz budynku [°C].

Systemy ogrzewania

• Zadaniem ogrzewania jest dostarczenie do pomieszczenia ciepła w

ilości wystarczającej dla przebywających w nim ludzi. Ogrzewanie

schronienia w okresie chłodów było, oprócz zaspokajania głodu i

pragnienia, podstawową troską ludzi już od zarania dziejów.

• Najstarszym źródłem ciepła jest ognisko. Pewnym udoskonaleniem

było obłożenie ogniska kamieniami i spojenie ich gliną. W takim

palenisku ciepło utrzymywało się nawet po wygaszeniu ognia.

Zamknięcie paleniska od góry i odprowadzenie spalin na zewnątrz to

początek budowy pieców i kominów.

• Średniowiecze przyniosło wspaniały rozwój rzemiosła zduńskiego.

Kamienne piece wypierane były przez coraz sprawniejsze i

zdobniejsze piece kaflowe. W XVII w. zaczęto budować piece stalowe,

które udoskonalane przez lata są stosowane i dzisiaj, zwłaszcza gdy

nośnikiem energii jest gaz ziemny lub olej opałowy. Pewną odmianą

pieców kaflowych są stosowane obecnie, najczęściej w starym

budownictwie, elektryczne piece akumulacyjne.

• Wszystkie wyżej omówione typy urządzeń ogrzewczych noszą nazwę

miejscowych urządzeń ogrzewczych, ponieważ wytwarzane i

magazynowane w nich ciepło jest przekazywane jedynie do otoczenia

(pomieszczenia), w którym znajduje się to urządzenie.

• Jeżeli zadaniem urządzenia ogrzewczego jest ogrzanie pomieszczenia

lub kilku pomieszczeń oddalonych od miejsca powstawania ciepła, to

mamy do czynienia z ogrzewaniem centralnym.

• Pierwsze centralne ogrzewanie, znane pod nazwą hypokaustum,

zastosowali w łaźniach i budynkach mieszkalnych starożytni Grecy
i Rzymianie. Spalali oni w palenisku, znajdującym się w piwnicy
budynku drewno lub bezdymny węgiel drzewny. Spaliny i gorące
powietrze przepływało siecią poziomych kanałów
podpodłogowych, a następnie pionowymi kanałami w ścianach na
zewnątrz, ogrzewając masywną konstrukcję budynku. Ogrzana
podłoga i ściany oddawały potem ciepło do pomieszczenia w
wyniku promieniowania i konwekcji

• Typowe centralne ogrzewanie powietrzne stosowano w

średniowieczu w potężnych zamkach gotyckich, np. w Malborku .
Ogrzane w palenisku kamienie, po wygaszeniu ognia, oddawały
ciepło powietrzu przepływającemu między nimi. Ogrzane w ten
sposób powietrze przepływało grawitacyjnie kanałami pionowymi
do pomieszczeń ogrzewanych.

• Centralne ogrzewanie o rozwiązaniach spotykanych i dzisiaj

powstało dopiero w XVIII w. w Anglii i we Francji.

• Stosowano tam najpierw ogrzewanie parowe, wysokoprężne

o ciśnieniu 0,1-0,2 MPa, a dopiero później wykonywano

instalacje parowe nisko-prężne - o ciśnieniu mniejszym od

0,07 MPa, lepiej dostosowane do potrzeb pomieszczeń

mieszkalnych.

• Druga połowa XIX w. to okres intensywnego rozwoju

ogrzewnictwa, zwłaszcza w Niemczech, gdzie dzięki firmom

specjalistycznym rozwijało się ogrzewnictwo wodne. Powstały

tam pierwsze nowoczesne elementy centralnego ogrzewania,

jak np. żeliwne grzejniki ogniwowe i kotły członowe.

• Równolegle tworzono podstawy teoretyczne techniki

ogrzewczej, za której ojca uznaje się prof. Hermana

Rietschela (1847-1914), organizatora pierwszej na świecie

Katedry Ogrzewania i Wietrzenia.

• W XX w. do wodnych instalacji centralnego ogrzewania

zaczęto dołączać pompy. Rozwiązanie takie (pompowe

instalacje wodne) stało się najpowszechniejszym typem

ogrzewania w budynkach mieszkalnych. Instalacje parowe

stosuje się sporadycznie w budynkach przemysłowych,

korzystając z pary technologicznej.

Miejscowe urządzenia ogrzewania

• Urządzenia na paliwa stale

• Do urządzeń na paliwa stałe zalicza się:

• piece kaflowe,

• kominki,

• piece żelazne (stałopalne).

• Pieców kaflowych ani kominków nie buduje się dziś tak powszechnie jak niegdyś,

bywają jednak stosowane w budownictwie jednorodzinnym (zarówno letniskowym,

jak i całosezonowym).

• W klimacie takim jak w Polsce ich wadą jest niedostateczna sprawność cieplna

(kominki) lub zbyt duże wymiary, niezbędne do dostarczenia odpowiedniej mocy

cieplnej (piece kaflowe). Zalety to możliwość niebanalnego rozwiązania wnętrz

mieszkalnych i opalania praktycznie wszystkimi rodzajami paliw stałych dostępnych

odbiorcom indywidualnym.

• Piece żelazne (piece stałopalne) znajdują dużo większe zastosowanie niż mało

sprawne kominki i zbyt masywne piece kaflowe. Mają dużą sprawność i można w

nich spalać praktycznie każdy rodzaj paliwa, regulując przy tym szybkość spalania

zależnie od wydajności cieplnej i użytego opału. Inne zalety to zwarta budowa i

stosunkowo nieduża masa, dzięki czemu jest możliwe również przesuwanie tego

źródła ciepła. Piece takie służą do ogrzewania pomieszczeń o kubaturze do 100 m

3

.

• Zgromadzony w komorze spalania opał, trzeba uzupełniać dwukrotnie w ciągu doby,

aby podtrzymać płomień.

• W zależności od sposobu doprowadzania powietrza i miejsca spalania opału

rozróżnia się piece:

• ze spalaniem górnym,

• ze spalaniem dolnym,

• uniwersalne, łączące obydwie powyższe konstrukcje.

Charakterystyka techniczna pieców Żar l,2a i

Żar l,2d

Wielkość

Jednostka

Żar l,2a

Żar l,2d

Wysokość

mm

790

785

Szerokość

mm

500

500

Głębokość

mm

410

390

Masa

kg

110

120

Średnica króćca wylotowego

spalin

mm

110

110

Odległość od podłogi do

środka króćca

wylotowego spalin

mm

615

615

Nominalna moc cieplna

W

4200

5700

Zużycie paliwa

kg/h

4÷6*

l,5÷2

Kubatura ogrzewanego

pomieszczenia

3 m

60÷90

45÷60

* kg/12 h

Piec żelazny Żar 1,2A

• Urządzenia na paliwa płynne

•  

• Urządzenia na paliwa płynne to:

• piece i promienniki gazowe,

• piece olejowe.

• Odznaczają się one zwartą budową, dużą sprawnością oraz

bardzo małą bezwładnością cieplną, jednak wskutek braku na

rynku urządzeń produkcji krajowej są sporadycznie stosowane w

powszechnym budownictwie mieszkaniowym i przemysłowym.

• Piece gazowe są bardzo szeroko stosowane za granicą do

ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych, biur, sklepów, szkół itp.

Ekonomicznie uzasadnione jest użytkowanie tych urządzeń tam,

gdzie wymaga się okresowego ogrzewania tych pomieszczeń.

Ogrzewanie piecami gazowymi ma wiele zalet:

• wygodna i czysta eksploatacja (brak uciążliwych produktów

spalania),

• mała bezwładność cieplna,

• duża sprawność i stała gotowość do użytkowania,

• łatwość rozliczenia za pobrane paliwo, płatne dopiero po jego

zużyciu,

• niezanieczyszczanie środowiska produktami spalania.

• Wiele odmian pieców gazowych produkują liczne firmy zachodnie.

Najczęściej stosowanym obecnie modelem jest piec gazowy z
odprowadzeniem spalin przez ścianę zewnętrzną. Można nim
ogrzewać pomieszczenia o ścianach bez przewodów kominowych,
ustawiwszy piec w dowolnym miejscu przy ścianie zewnętrznej.
Powietrze potrzebne do spalania nie jest pobierane z
pomieszczenia ogrzewanego, dzięki czemu nie wytwarza się w nim
podciśnienie wzmagające infiltrację powietrza zimnego.
Odprowadzane spaliny ogrzewają dopływające powietrze zimne,
zwiększając sprawność urządzenia do 90%.

• Promienniki gazowe są stosowane w dużych i wysokich pomieszczeniach

(sale gimnastyczne, hale fabryczne, kościoły itp.). Ze względu na
możliwość dowolnego ustawienia powierzchni promieniującej promienniki
nadają się również do ogrzewania otwartych powierzchni, jak wejścia do
sklepów, perony dworcowe, trybuny, tarasy itp.

• Mieszanina gazu i powietrza spala się w promienniku pod wpływem

katalizatora na płytce żarowej, rozgrzewając ją do temperatury 800-900°C.
Gorąca płytka żarowa wypromieniowuje ciepło do pomieszczenia. Żeby
zwiększyć powierzchnię ogrzewaną, a zarazem uniknąć przegrzewania,
promienniki należy zawieszać na wysokości co najmniej 4 m ponad strefą
przebywania ludzi.

• Wadą tych urządzeń jest odprowadzanie spalin do wnętrza pomieszczenia,

toteż niezbędna jest dobrze działająca wentylacja grawitacyjna.

• Piece olejowe mają zalety podobne jak piece gazowe.
Jedyną różnicą jest konieczność magazynowania
paliwa i odprowadzania spalin do przewodów
kominowych. Paliwo może być magazynowane
w indywidualnych zbiornikach umieszczonych w
obudowie pieca lub w zbiorniku centralnym
znajdującym się w piwnicy .

•

Grzejniki elektryczne

•

 

Grzejniki elektryczne można podzielić, biorąc za kryterium ich masę i moc cieplną, na 2

grupy:

• grzejniki akumulacyjne (ogrzewacze akumulacyjne),

• grzejniki przenośne.

• Elektryczne grzejniki akumulacyjne to masywne urządzenia składające się z bloku

akumulacyjnego, wykonanego z materiałów ceramicznych, w którym jest umieszczona

grzałka elektryczna, izolacji cieplnej (wełna mineralna) i obudowy.

• Grzejniki te przetwarzają energię elektryczną w ciepło magazynowane we wkładach

akumulacyjnych. Przy obecnym koszcie energii elektrycznej warunkiem ekonomiczności

tego rodzaju ogrzewania jest zaopatrzenie instalacji w dwutaryfowy licznik energii

elektrycznej i korzystanie z tańszej energii elektrycznej poza godzinami szczytu lub w nocy.

• W Polsce produkuje się 3 typy ogrzewaczy:

• •

powierzchniowe (rys. a)

oddające moc cieplną tylko przez obudowę zewnętrzną, bez

możliwości regulacji,

• kanałowe (rys. b)

oddające moc cieplną przez obudowę zewnętrzną i kanały wewnętrzne, z

możliwością regulacji mocy cieplnej za pomocą przymykanych przesłon kanałowych,

• dynamiczne (rys. c)

oddające moc cieplną przez obudowę zewnętrzną i kanały

wewnętrzne, którymi przepływa strumień powietrza wymuszony za pomocą wentylatora.

• Najlepsze w pomieszczeniach mieszkalnych są ogrzewacze kanałowe i dynamiczne.

• Wadą tych urządzeń jest duża masa (110-260 kg), co uniemożliwia ich swobodne

przesuwania w pomieszczeniu, i stosunkowo duże koszty energii elektrycznej zużywanej

podczas eksploatacji.

• W starym budownictwie mieszkaniowym znalazło zastosowanie ogrzewanie akumulacyjne

polegające na adaptacji znajdujących się tam pieców kaflowych - zainstalowaniu w

palenisku grzałki z elementów oporowych. Koszt takiej przeróbki jest stosunkowo niewielki,

nie niszczy się konstrukcji pieca, a w razie braku energii elektrycznej można, po usunięciu

grzałki, opalać go węglem.

Centralne urządzenia

ogrzewania

• Rodzaje centralnych ogrzewań

•  

• Centralne ogrzewanie jest systemem ogrzewczym, w

którym występują 3 podstawowe elementy:

• źródło ciepła,

• przewody,

• grzejniki.

• Pewnym odstępstwem od powyższego kryterium jest

podłogowa lub ścienna instalacja elektryczna.

Umiejscowienie źródła mocy cieplnej poza pomieszczeniami

ogrzewanymi kwalifikuje ją do urządzeń centralnych, mimo

trudności w rozgraniczeniu sieci przesyłowej od grzejników,

którymi są te same przewody elektryczne ułożone pod

tynkiem na ścianie lub w betonowej warstwie podłogi.

• Urządzenia co. klasyfikuje się ze względu na rodzaj nośnika

ciepła, którymi mogą być: woda, para, powietrze i

elektryczność.

•  

Centralne ogrzewanie wodne

• W Polsce najbardziej typowym i najczęściej stosowanym

rodzajem centralnego ogrzewania jest ogrzewanie wodne

(ponad 95% wszystkich co.).

• Powszechność ta jest nawet przyczyną używania częstego

w mowie potocznej, choć niewłaściwego, określenia

centralnego ogrzewania wodnego mianem: centralne

ogrzewanie.

• W zależności od sposobu wywołania krążenia wody w

przewodach centralne ogrzewanie wodne może być:

• grawitacyjne,

• pompowe.

• W centralnym ogrzewaniu wodnym grawitacyjnym krążenie

wody następuje jedynie na skutek różnicy gęstości wody

ogrzanej i ochłodzonej. Instalacje takie można stosować

tylko w niedużych budynkach.

• Centralne ogrzewania wodne pompowe nie mają tego

ograniczenia, ponieważ krążenie wody jest wywoływane za

pomocą pompy, której wielkość można dobrać do danej

instalacji, posługując się katalogiem

• W zależności od sposobu połączenia z atmosferą wyróżnia się instalacje:

• systemu otwartego,

• systemu zamkniętego.

• W instalacji systemu otwartego znajduje się naczynie wzbiorcze

(umieszczone powyżej najwyższego punktu instalacji) połączone

bezpośrednio z atmosferą. Dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania

ułatwione jest samoczynne odpowietrzanie instalacji podczas napełniania

wodą.

• Instalacje systemu zamkniętego nie mają połączenia z atmosferą.

Naczynie wzbiorcze systemu zamkniętego może być praktycznie dołączone

do instalacji w dowolnym miejscu. Najczęściej umieszcza się je w piwnicy

(w kotłowni). Instalacje takie trzeba wyposażyć w specjalne urządzenie do

odpowietrzania w czasie napełniania wodą - odpowietrznik.

• Inne kryterium klasyfikacji urządzeń centralnego ogrzewania wodnego to

sposób prowadzenia przewodów zasilających - stosuje się instalacje:

• z rozdziałem dolnym,

• z rozdziałem górnym.

• Rozdział dolny instalacji centralnego ogrzewania polega na prowadzeniu

przewodów zasilających pod stropem piwnicy, poniżej grzejników. Przewód

powrotny jest ułożony równolegle do zasilającego, często w tej samej

izolacji.

• W rozdziale górnym nośnik ciepła jest doprowadzany pionem wznośnym na

poddasze, gdzie znajdują się przewody zasilające. Wszystkie grzejniki w tej

instalacji są umieszczone poniżej przewodów zasilających. Pochylenie

przewo dów zasilających i powrotnych jest przeciwne: przewody zasilające -

od pionu wznośnego do pionów instalacji, a przewody powrotne - od

pionów do kotła.

•

W zależności od liczby przewodów centralne ogrzewanie wodne może mieć

instalacje:

•

1-rurowe,

•

2-rurowe.

•

Instalacja 1-rurowa, dość rzadko stosowana w Polsce, ma 1 przewód, który pełni

równocześnie funkcję przewodu zasilającego i powrotnego.

•

W instalacji dwururowej montuje się 2 niezależne przewody (zasilający i

powrotny).

•

Instalacje centralnego ogrzewania wodnego różnią się też między sobą

temperaturą zasilania grzejników:

•

ogrzewanie niskotemperaturowe - do 100°C (praktycznie do 95°C),

•

ogrzewanie średniotemperaturowe – 100-115°C,

•

ogrzewanie wysokotemperaturowe - więcej niż 115°C.

•

Centralne ogrzewanie wodne ma wiele zalet, dzięki którym znalazło tak

powszechnie zastosowanie, a mianowicie:

•

prosta obsługa,

•

pewność działania, zwłaszcza ogrzewania grawitacyjnego,

•

łatwość centralnej regulacji temperatury wody wpływającej ze źródła ciepła,

•

dostępność wszystkich elementów instalacji i możliwość samodzielnego jej

wykonania,

•

 

•

długa żywotność instalacji przy prawidłowej eksploatacji. Instalacja ta nie jest

pozbawiona wad, do których należy zaliczyć:

•

dużą bezwładność cieplną, zwłaszcza instalacji grawitacyjnej,

•

 

•

niebezpieczeństwo zamarznięcia i uszkodzenia mało wytrzymałych elementów

żeliwnych (kocioł, grzejnik),

•

duże koszty instalacji.

•

 

Centralne ogrzewanie parowe

• Para jako nośnik ciepła jest stosowana obecnie jedynie w budynkach przemysłowych (hale

fabryczne) i w pomieszczeniach użytkowanych okresowo (łaźnie, pływalnie, sale sportowe,
hale wystawowe).

• W grzejniku parowym przekazywanie mocy cieplnej polega na zmianie stanu skupienia

nośnika ciepła, toteż przewody zasilające określa się jako parowe, a przewody powrotne
jako kondensacyjne.

• Klasyfikując instalacje parowe, uwzględnia się różne kryteria. Są to:
• sposób połączenia z atmosferą (system otwarty lub zamknięty),
• sposób prowadzenia przewodów parowych (instalacje z rozdziałem dolnym lub górnym),
• miejsce przewodów kondensacyjnych (instalacje z przewodami zalanymi lub niezalanymi),
• sposób powrotu kondensatu, tj. skroplin (instalacje z grawitacyjnym spływem skroplin do

kotła lub z przepompowywaniem skroplin),

• liczbę przewodów (instalacje 1- lub 2-rurowe),
• ciśnienie wytwarzanej pary - w instalacjach wysokociśnieniowych (wysoko prężnych)

ciśnienie pary jest większe niż 0,17 MPa, w instalacjach niskociśnieniowych (niskoprężnych)
- 0,11÷0,17 MPa, a w instalacjach podciś nieniowych (próżniowych) - 0,02÷0,11 MPa.

• Podział na instalacje z zalanymi i niezalanymi przewodami kondensacyjnymi jest

uwarunkowany wysokością linii ciśnienia. Jeżeli przewód kondensacyjny znajduje się poniżej
tej linii, to przewody kondensacyjne są zalane, a jeśli powyżej - to niezalane.

• Jeżeli w instalacji parowej panuje duże ciśnienie, uniemożliwiające grawita cyjny spływ

kondensatu (skroplin) do kotła, to należy zaprojektować zbiornik, z którego kondensat
będzie przepompowywany do kotła.

• Centralne ogrzewanie parowe ma w porównaniu z

ogrzewaniem wodnym kilka zalet - są to:

• dużo mniejsza bezwładność cieplna,

• brak niebezpieczeństwa zamarznięcia,

• trochę mniejsze koszty instalacji (mniejsze średnice

przewodów i mniejsza liczba ogniw grzejników

).

• Do wad, których jest znacznie więcej niż zalet, należy

zaliczyć:

• brak możliwości regulacji wydajności kotła,

• wysoka i praktycznie stała temperatura grzejników (oprócz

instalacji próżniowych),

• brak akumulacji ciepła w grzejnikach,

• szybsza korozja przewodów, szczególnie przewodów

kondensacyjnych,

• konieczność stosowania grzejników odpornych na korozję

(nie wolno stosować grzejników z blach stalowych).

Centralne ogrzewanie powietrzne

• Nośnikiem ciepła centralnego ogrzewania tego typu jest gorące

powietrze rozprowadzane przewodami (w ścianach lub stropach) do

pomieszczeń. Uwzględniając sposób dostarczania ciepła powietrzu

można wyróżnić:

• ogrzewanie bezpośrednie,

• ogrzewanie pośrednie

.

• Ogrzewanie bezpośrednie jest typowym ogrzewaniem powietrznym,

noszącym również nazwę ogrzewania powietrzno-ogniowego. Ciepło

powstające w piecu podczas spalania jest przekazywane

bezpośrednio do omywającego go powietrza. W ten sposób

ogrzewano duże pomieszczenia: sale zebrań, kościoły itp.

• W ogrzewaniach pośrednich występuje dodatkowy, pośredni nośnik

ciepła, którym jest woda lub para. Pośredni nośnik ciepła może

transportować uzyskane w kotle ciepło na pewną odległość, oddając

je powietrzu w wymienniku ciepła - nagrzewnicy (parowej lub

wodnej).

• Centralne ogrzewanie powietrzne można podzielić wg innych

kryteriów. W zależności od siły wywołującej przepływ powietrza przez

przewody ogrzewanie może być:

• grawitacyjne,

• z pobudzeniem mechanicznym za pomocą wentylatora

.

• Do ogrzewania można użyć:

• powietrza zewnętrznego,

• powietrza recyrkulacyjnego (pobranego z wnętrza pomieszczenia),

• powietrza mieszanego (częściowo z wnętrza, częściowo z zewnątrz).

• W zależności od rodzaju paliwa rozróżnia się ogrzewanie powietrzne:

• z kotłem lub piecem opalanym paliwem stałym, z kotłem lub piecem

opalanym paliwem płynnym (gaz, olej opałowy),

• z nagrzewnicą elektryczną.

• Do zalet ogrzewania powietrznego należy zaliczyć:

• małą bezwładność cieplną,

• wymianę powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu (wentylacja),

• możliwość centralnego oczyszczania (filtrowania) powietrza,

• brak grzejników i przewodów do rozprowadzania wody, a zatem mniejsze

koszty inwestycyjne i niewystępowanie niebezpieczeństwa zamarzania

wody,

• możliwość zastosowania instalacji ogrzewczej jako instalacji wentylacyjnej

lub klimatyzacyjnej.

• Wady ogrzewania powietrznego to:

• konieczność budowy w stropach lub ścianach kanałów wentylacyjnych

(zakończonych kratkami nawiewnymi) o stosunkowo dużych przekrojach,

• rozprzestrzenianie się zapachów i hałasu, zwłaszcza przy ogrzewaniu

mechanicznym,

• duża powierzchnia piwnicy niezbędna do rozmieszczenia urządzeń,

• podatność na działanie wiatru.

Centralne ogrzewanie elektryczne

• Centralne ogrzewania elektryczne wykonywane są z reguły jako stropowe instalacje

akumulacyjne. W zależności od miejsca umieszczenia warstwy izo lacyjnej względem

przewodów elektrycznych (elementów grzejnych) rozróżnia się instalacje podłogowe i

sufitowe.

• Centralne ogrzewanie elektryczne podłogowe ze względu na swoją moc, ograniczoną

przez maksymalną temperaturę podłogi, która nie może być wyższa niż 28-^30°C, i

koszt nie znajdują szerokiego zastosowania. Umieszczenie elementów grzejnych w

podłodze, zasłanianej dywanami i meblami, ogranicza stosowanie tych urządzeń

jedynie do odsłoniętych powierzchni, jak np. sale w szpitalach psychiatrycznych,

podłogi między basenem a szatnią.

• Zaletami centralnego ogrzewania elektrycznego jest:

• brak zajmującego dużą powierzchnię źródła ciepła,

• wyeliminowanie pracochłonnej obsługi i produktów spalania, zanieczysz czających

środowisko w otoczeniu budynku,

• możliwość stałej gotowości do użycia instalacji,

• dokładność pomiaru zużytej mocy i ustalenia kosztów eksploatacyjnych. Centralne

ogrzewanie tego typu nie jest powszechnie projektowane ani stosowane w naszym

kraju, ze względu na następujące

• wady i niedogodności:

• bardzo duża bezwładność cieplna,

• ogromne trudności i koszty związane z usuwaniem uszkodzenia przewodów

grzejnych,

• dodatkowe obciążenie stropów,

• stosunkowo mała moc cieplna przy dużych kosztach eksploatacyjnych,

• ograniczenie temperatury powierzchni do maksimum 28 - 30°C.