(Microsoft PowerPoint - SAA_Sowa_PL_2009 [tryb zgodno\234ci])

Analiza zużycia energii w budynkach

w cyklu rocznym,

jako narzędzie wspomagające wybór

systemu wentylacji i klimatyzacji

Dr inż. Jerzy Sowa

Politechnika Warszawska

Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Środowiska

Wydział Inżynierii Środowiska

Wydział Inżynierii Środowiska
Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa

Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa

Jerzy.Sowa@is.pw.edu.pl

Budynki użyteczności publicznej

ważny rynek dla klimatyzacji

Proponowane podejście

–––––––– analiza zużycia energii w budynkach

analiza zużycia energii w budynkach

w cyklu rocznym

zima

tr,op

tr,w

air

sup

int

sol

AHU

ahu

Przegrody
nieprzezroczyste
otaczające strefę

Okna i drzwi
zewnętrzne

HC,nd

lato

tr,em

tr,ms

tr,op

, A

tr,is

Bruksela,

Bruksela, Berlaymont

Berlaymont

Budynek Komisji Europejskiej

ogrzewanie

10%

chłodzenie

22%

wentylacja

ogrzewanie

wentylacja

ciepła woda

oświetlenie

10%

urządzenia

18%

pompy i

wentylatory

windy i schody

ruchome

23%

wentylacja

chłodzenie

Obliczanie zapotrzebowania na energię

Granica bilansu:

Obliczanie zapotrzebowania na energię

Wytwarzanie

Dystrybucja Magazy

nowanie

Energia końcowa

Granica bilansu:

„Przestrzeń ogrzewana”

Energia

pierwotna

Energia użyteczna

Granica bilansu: „Budynek”

c,e

Dostawa

Metody obliczeniowe

•

roczne metody bilansowe – (stopniodni)

•

metody bilansowe miesięczne (PN-B-02025),

Popularne metody wyznaczania zapotrzebowania na

ciepło lub chłód w cyklu rocznym:

Metody nadmiernie

uproszczone

•

metody bilansowe miesięczne (PN-B-02025),

•

quasi-dynamiczne metody miesięczne

(PN-EN-13790-2004)

•

statyczne godzinowe metody bilansowe,

• uproszczona metoda godzinowa dynamiki cieplnej

budynków (ISO FDIS-13790-2007),

•

pełne symulacje dynamiki cieplnej budynku.

Prosta metoda godzinowa

wg. PN EN ISO 13790:200x

. PN EN ISO 13790:200x

Metoda skupionej pojemności cieplnej

Założenia do metody:

Budynek traktowany jest jako całość – wyznacza się

średnią temperaturę konstrukcji.

duża wartość

współczynnika

przewodności cieplnej

wewnątrz ciała,

mała wartość

współczynnika

przejmowania ciepła na

powierzchni ciała.

)

∞

)

(

≥

Metoda skupionej pojemności cieplnej

Zmiana energii wewnętrznej stygnącego ciała równa jest energii cieplnej

przejmowanej na jego powierzchni, co można zapisać w postaci

przejmowanej na jego powierzchni, co można zapisać w postaci
równania

równania

::::

Metoda skupionej pojemności cieplnej

Po wprowadzeniu pojęcia potencjału temperatury jako różnicy pomiędzy

temperaturą ciała a temperaturą odniesienia (może to być na przykład

punkt zero dowolnej skali termometrycznej lub temperatura otoczenia

ciała):

Metoda skupionej pojemności cieplnej

Iloczyn gęstości, objętości i ciepła właściwego jest pojemnością cieplną

ciała

, natomiast iloczyn współczynnika przejmowania ciepła

i pola

powierzchni zewnętrznej jest konduktancją (przewodnością) cieplną

nazywaną także współczynnikiem strat ciepła

. Odwrotność

konduktancji cieplnej to oporność cieplna

Zatem równanie można zapisać w postaci:

Schemat poglądowy

Schemat poglądowy modelu 5R1C

modelu 5R1C

sup

sol

AHU

ahu

Przegrody
nieprzezroczyste
otaczające strefę

Okna i drzwi
zewnętrzne

HC,nd

tr,em

tr,ms

tr,op

, A

tr,w

air

tr,is

int

Możliwości metody

Możliwości metody 5R1C

5R1C

budynek jednostrefowy

budynek jednostrefowy o regulowanej wartości temperatury powietrza

o regulowanej wartości temperatury powietrza

wewnętrznego,

Metodę można rozwijać aby umożliwiała analizę :

budynków wielostrefowych o różnych wartościach regulowanej

temperatury powietrza wewnętrznego stref

temperatury powietrza wewnętrznego stref bez wzajemnego

bez wzajemnego

oddziaływania

oddziaływania na siebie stref,

na siebie stref,

budynków wielostrefowych o różnych wartościach regulowanej

temperatury powietrza wewnętrznego stref

temperatury powietrza wewnętrznego stref z wzajemnym

z wzajemnym

oddziaływaniem

oddziaływaniem na siebie stref.

na siebie stref.

Zmodyfikowana

Zmodyfikowana godzinowa metoda

godzinowa metoda

obliczeniowa 6R1C + AHU

Autorzy:

Piotr Narowski, Maciej Mijakowski, Jerzy Sowa

Politechnika Warszawska

Podstawowa

Podstawowa zmiana

zmiana

zmiana w

w stosunku

stosunku

stosunku do

do modelu

modelu

modelu 5555R

R1111C

C:::: Wydzielenie

Wydzielenie

Wydzielenie zzzz

ccccałkowitej

ałkowitej

ałkowitej przewodności

przewodności

przewodności cieplnej

cieplnej

cieplnej wentylacji

wentylacji

wentylacji H

części

części związanej

związanej

związanej zzzz

Metoda

Metoda integruje

integruje

integruje całoroczne

całoroczne

całoroczne obliczenia

obliczenia

obliczenia energetyczne

energetyczne

energetyczne budynku

budynku

budynku zzzz analizą

analizą

działania

działania systemu

systemu

systemu klimatyzacji

klimatyzacji

klimatyzacji....

Metoda

Metoda godzinowa

godzinowa

oznacza,

oznacza, że

że

że obliczenia

obliczenia

obliczenia wykonywane

wykonywane

wykonywane są

są

są dla

dla

8760

godzin

w roku

roku

....

Obliczenia

Obliczenia dla

dla

dla jednego

jednego

jednego kroku

kroku

kroku czasu

czasu

czasu można

można

można wykonać

wykonać

wykonać na

na kalkulatorze,

kalkulatorze,

kalkulatorze, ale

ale

wielokrotne

wielokrotne ich

ich

ich powtórzenie

powtórzenie

powtórzenie wymaga

wymaga

wymaga komputera

komputera

komputera –––– arkusz

arkusz

arkusz kalkulacyjny

kalkulacyjny

kalkulacyjny....

ccccałkowitej

ałkowitej

ałkowitej przewodności

przewodności

przewodności cieplnej

cieplnej

cieplnej wentylacji

wentylacji

wentylacji H

części

części związanej

związanej

związanej zzzz

infiltracją

infiltracją powietrza

powietrza

powietrza (temperatura

(temperatura

(temperatura tego

tego

tego strumienia

strumienia

strumienia powietrza

powietrza

powietrza nie

nie

nie jest

jest

kontrolowana)

Dane klimatyczne

Dane klimatyczne -------- Warszawa

Warszawa

Dane klimatyczne

Dane klimatyczne -------- Warszawa

Warszawa

ZIMA

Temperatura obliczeniowa zima -20 C (dla roku referencyjnego -12,3 C!)
Wilgotność obliczeniowa zima

100 %

LATO

Temperatura obliczeniowa lato

C (dla roku referencyjnego 33,2C!)

Wilgotność obliczeniowa lato

Zmienność x 1,1-17 g/kg !!!

Charakterystyka analizowanego budynku

Powierzchnia klimatyzowana

3640

Kubatura

10919

Minimalna temperatura strefy

Maksymalna temperatura strefy

Całkowita przewodność cieplna konstrukcji powłoki

Htr_op

1651

W/K

Całkowita przewodność cieplna okien i drzwi

Htr_w

861

W/K

Całkowita przewodność cieplna powierzchni
wewnętrznej

Htr_is

56505

W/K

Całkowita powierzchnia wewnętrzna strefy

Atot

16378

Efektywna powierzchnia masy termicznej

9099

Pojemność cieplna

600534000

J/K

Analizowane systemy klimatyzacji

(ogrzewania i chłodzenia budynku)

Analizowane systemy klimatyzacji

(ogrzewania i chłodzenia budynku)

System klimatyzacji powietrzno-wodnej

hig

= 50 m

/(h os)

Wentylacja mechaniczna wywiewna oraz klimatyzatory

hig

= 50 m

/(h os)

System klimatyzacji powietrznej CAV

hig

= 150 m

/(h os); η

=85%

System klimatyzacji powietrznej CAV

hig

= 50 m

/(h os); R

max

=66,7%

oraz warianty ww. systemów

Wszystkie obliczenia można wykonać w

arkuszu kalkulacyjnym

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Powietrze w

pomieszczeniu

i min

= 21

i max

= 26

i max

= 26 C

i min

= 40 %

i max

= 60 %

Powietrze nawiewane

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Energia dostarczana

w centrali klimatyzacyjnej

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Energia dostarczana

bezpośrednio do pomieszczenia

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

Wentylacja mechaniczna wywiewna oraz klimatyzatory V

hig

= 50 m

/(h os)

i min

= 21

i min

= 21

i max

= 26

i min

= 0 %

i max

= 100 %

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Wentylacja mechaniczna wywiewna oraz klimatyzatory V

hig

= 50 m

/(h os)

Energia dostarczana

bezpośrednio do pomieszczenia

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

System klimatyzacji powietrznej CAV V

hig

= 150 m

/(h os); η

=85%

i min

= 21

i max

= 26

i min

= 40 %

i max

= 60 %

Noc V

dyż

=~ 1 h

-1

naw min

= 16

naw max

= 36

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Energia dostarczana

w centrali klimatyzacyjnej

System klimatyzacji powietrznej CAV V

hig

= 150 m

/(h os); η

=85%

Uwaga: wartości

wychodzą poza skalę

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

Obszar parametrów powietrza

wewnętrznego i nawiewanego na tle

parametrów klimatycznych

System klimatyzacji powietrznej CAV V

hig

= 50-150 m

/(h os); R

max

=66,7%

i min

= 21

i max

= 26

i min

= 40 %

i max

= 60 %

Noc V

dyż

=~ 1 h

-1

naw min

= 16

naw max

= 36

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Zmienne w czasie strumienie energii

dostarczane do budynku

Energia dostarczana

w centrali klimatyzacyjnej

System klimatyzacji powietrznej CAV V

hig

= 150 m

/(h os); η

=85%

Uwaga: wartości

wychodzą poza skalę

Porównanie rocznego zapotrzebowania

na energię przez różne systemy

klimatyzacji

Porównanie rocznego zapotrzebowania

na energię przez różne systemy

klimatyzacji

Wpływ dolnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

Wpływ dolnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Wpływ górnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

Wpływ górnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Parametry obliczeniowe powietrza

wewnętrznego dla okresu zimowego

(PN

(PN--------78/B

78/B

78/B--------03421)

03421)

Wilgotność powietrza

Temperatura

powietrza

Optymalna

Dopuszczalna

Prędkość

ruchu

Aktywność

fizyczna

powietrza

Optymalna

Dopuszczalna

ruchu

powietrza

fizyczna

°°°°C

m/s

Mała

20÷

÷22

0,2

Średnia

18÷

÷20

0,2

Duża

15÷

÷18

40÷

÷60

0,3

Parametry obliczeniowe powietrza

wewnętrznego dla okresu letniego

(PN

(PN--------78/B

78/B

78/B--------03421)

03421)

Warunki

optymalne

Wartości dopuszczalne

Temperatura przy

zyskach ciepła jawnego

ść

Aktywność

fizyczna

zyskach ciepła jawnego

odniesionych do 1 m2

powierzchni podłogi

pomieszczenia lub

strefy roboczej

ść

lę

50 W/m

ponad

50 W/m

ść

lę

rę

ść

°°°°C

m/s

Mała

23÷

÷26

40÷

÷55

0,3

Średnia

20÷

÷23

40÷

÷60

0,4

Duża

18÷

÷21

40÷

÷60

0,6

Wilgotność powietrza wg E

Wilgotność powietrza wg EN 15251

N 15251

Wilgotność powietrza wg E

Wilgotność powietrza wg EN 15251

N 15251

Typ

budynku/przestrzeni

Kategoria

Obliczeniowe

wartość

wilgotności

względnej dla

osuszania, %

Obliczeniowe

wartość

wilgotności

względnej dla

nawilżania %

Pomieszczania, w

osuszania, %

nawilżania %

Pomieszczania, w

których kryteria są

formułowane w

odniesieniu do ludzi.

Pomieszczenia

specjalne ( muzea,

kościoły itd.) mogą

wymagać odrębnych

wartości.

III

> 70

< 20

Uwaga na monitory ekranowe !

Wpływ dolnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

Wpływ dolnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Wpływ górnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

Wpływ górnego ograniczenia wilgotności

powietrza na zużycie energii

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Wpływ dolnego ograniczenia temperatury

powietrza na zużycie energii

Wpływ dolnego ograniczenia temperatury

powietrza na zużycie energii

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Wpływ górnego ograniczenia temperatury

powietrza na zużycie energii

Wpływ górnego ograniczenia temperatury

powietrza na zużycie energii

System klimatyzacji powietrzno-wodnej V

hig

= 50 m

/(h os)

Wpływ strumienia powietrza

higienicznego na zużycie energii

Wpływ strumienia powietrza

higienicznego na zużycie energii

System klimatyzacji powietrzno-wodnej

Wpływ maksymalnego udziału powietrza

obiegowego na zużycie energii

Wpływ maksymalnego udziału powietrza

obiegowego na zużycie energii

System klimatyzacji powietrznej CAV z

recyrkulacją

Wpływ sprawności wymiennika do

odzysku ciepła na zużycie energii

Wpływ sprawności wymiennika do

odzysku ciepła na zużycie energii

System klimatyzacji powietrznej CAV

Wpływ masy akumulacyjnej na zużycie

energii w budynku

Wpływ masy akumulacyjnej na zużycie

energii w budynku

Metoda

Metoda 5555R

R1111C

C iiii jej

jej

jej modyfikacje

modyfikacje

modyfikacje mogą

mogą

mogą być

być

być bardzo

bardzo

bardzo wygodnym

wygodnym

narzędziem

narzędziem wspomagającym

wspomagającym

wspomagającym dokonywanie

dokonywanie

dokonywanie świadomego

świadomego

świadomego wyboru

wyboru

systemu

systemu klimatyzacji

klimatyzacji

klimatyzacji oraz

oraz

oraz parametrów

parametrów

parametrów pracy

pracy

pracy wybranego

wybranego

wybranego systemu

systemu

systemu....

Podsumowanie (1)

Wybór

Wybór może

może

może być

być

być przeprowadzany

przeprowadzany

przeprowadzany na

na postawie

postawie

postawie różnych

różnych

różnych kryteriów

kryteriów

kryteriów np

np.... ::::

•

minimalnego

minimalnego zużycia

zużycia

zużycia energii

energii

energii użytecznej,

użytecznej,

•

minimalnego

minimalnego zużycia

zużycia

zużycia energii

energii

energii końcowej,

końcowej,

•

minimalnego

minimalnego zużycia

zużycia

zużycia energii

energii

energii pierwotnej,

pierwotnej,

•

minimalnych

minimalnych kosztów

kosztów

kosztów energii,

energii,

•

minimalnych

całkowitych

kosztów

prowadzenie

firmy

uwzględniających

wpływ

środowiska

wewnętrznego

produktywność

Podsumowanie (2)

Metoda 6R1C+AHU jest metodą otwartą, umożliwiającą uwzględnianie

różnych procesów uzdatniania powietrza w tym rozwiązań nowatorskich

m. in. ;

•

gruntowych wymienników ciepła,

•

chłodzenia wyparnego,

•

chłodzenia wyparnego,

•

chłodzenia w wykorzystaniem materiałów sorpcyjnych „

chłodzenia w wykorzystaniem materiałów sorpcyjnych „desiccant

desiccant

cooling

cooling””””

•

chłodzenia nocnego z wykorzystaniem

chłodzenia nocnego z wykorzystaniem freecoolingu

freecoolingu

Możliwe

Możliwe jest

jest

jest także

także

także analizowanie

analizowanie

analizowanie zachowania

zachowania

zachowania się

się

się budynków

budynków

pozbawionych

pozbawionych aktywnych

aktywnych

aktywnych systemów

systemów

systemów kształtujących

kształtujących

kształtujących środowisko

środowisko

wewnętrzne

wewnętrzne np

np.... analizy

analizy

analizy cieplne

cieplne

cieplne budynków

budynków

budynków pozbawionych

pozbawionych

pozbawionych chłodzenia

chłodzenia

chłodzenia w

okresie

okresie letnim

letnim

letnim....

Bardzo dziękuję za uwagę

Jerzy.Sowa@is.pw.edu.pl