Bilans cieplny budynku
inwentarskiego
Bilans cieplny budynku
inwentarskiego
Bilans cieplny budynku inwentarskiego
Q
zw
- ciepło produkowane przez zwierzęta
Q
d
- ciepło ze źródeł dodatkowych
Q
1
- straty ciepła na wentylację;
Q
2
- straty ciepła przez przegrody budowlane
Q
3
- straty ciepła na parowanie;
Q
zw
(+Q
d
) = Q
1
+Q
2
+Q
3
Ciepło produkowane przez zwierzęta (Q
zw
)
Q
zw
= SD × Q
prod 1 SD
[kcal/h lub J×s
-1
czyli W ]
Zyski ciepła
Ciepło jawne produkowane przez zwierzęta (Q
zw
)
Zyski ciepła
Gatunek [1SD]
Kkal/h*
KJ/h*
J/s = W*
Konie
600
2500
680
Bydło
600
2500
680
Owce
900
3600
1000
Świnie
700
2700
755
Drób
1500
6500
1800
*Wartości przybliżone, obliczone na podst. Kośla, SGGW Warszawa,2011, ss161-162
Jak liczyć straty ciepła
Proponuję, aby straty cieplny liczyć „od końca”,
czyli:
1. Q
3
- straty ciepła na parowanie z podłóg i
innych przegród konstrukcyjnych;
2. Q
2
- straty ciepła przez przegrody budowlane
3. Q
1
- straty ciepła na wentylację
Q
3
- straty ciepła na parowanie z podłóg i
innych przegród konstrukcyjnych
[Kcal/g]
0,59
[g/h]
0
H
N
[kcal/h]
Q
2
3
3600
[J/g]
2493
[g/h]
0
H
N
[W]
Q
2
3
O
H
parowania
ciepłi
0
H
N
Q
2
2
3
N – narzut wilgotności czyli poprawka na parowanie
•
H
2
O – ilość H
2
O [g] wydalonego w ciągu godziny [h] przez wszystkie zwierzęta
przebywające w pomieszczeniu [g/h] (ewaporacja fizjologiczna);
• 1 SD wydala:
•
Konie, bydło, owce – 300 g H
2
O /h
•
Trzoda chlewna – 400 g H
2
O /h
•
Drób – 700 g H
2
O /h
N – narzut wilgotności czyli poprawka na parowanie
Stajnie, owczarnie, kurniki N = 10%
H
2
O;
Obory głęboka ściółka N = 15%
H
2
O;
płytka ściółka N = 20%
H
2
O;
Chlewnie głęboka ściółka N = 25%
H
2
O,
płytka ściółka, N = 30%
H
2
O
ruszta N= 40%
H
2
O
e
N
O
H
L
2
O
H
2
Wielkość wentylacyjna ze względu na H
2
O
(L
H
2
O
)
Q
2
- strat ciepła przez przegrody
budowlane [Kcal/h; W]
F
k
Q
2
t
F
k
)
(
Q
2
z
w
t
t
t
w
- temperatura wewnątrz pomieszczenia [°C, °K]
t
z
–temperatura na zewnątrz pomieszczenia, w tym
przypadku minimalna temperatura zima dla danej strefy
klimatycznej [°C, °K];
k- współczynnik przenikania ciepła przez przegrody
konstrukcyjne [Kcal/hm
2
°C; W/m
2
°C; W/m
2
°C];
F – powierzchnia przegrody [m
2
]
Strefy klimatyczne Polski
Podział Polski na pięć stref klimatycznych według PN-EN 12831.
Strefa I = -16°C;
Strefa II = -18°C;
Strefa III = -20°C;
Strefa IV = -22°C;
Strefa V = -24°C;
k
- współczynnik przenikania ciepła przez przegrodę
konstrukcyjną
[Kcal/h·m
2·
°C] lub [W/m
2·
°C]
1
k
odp
nap
R
R
R
R
nap
(R
i
) -opór napływu ciepła do pomieszczenia
R
nap ściany i sufity
= 0,133 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,12 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
R
nap podłoga
= 0,2 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,17 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
R- opór cieplny przegrody konstrukcyjnej
[h·m
2
·°C/Kcal
;
m
2
·°C/W
]
R
odp
(R
e
)–opór odpływu ciepła [
h·m
2
·°C/Kcal
;
m
2
·°C/W
];
R
odp ściany i sufity
= 0,05 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,04 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
R
odp podłoga
= 0,1 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,09 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
1)
R
nap
(R
i
) - opór napływu ciepła do pomieszczenia
R
odp
(R
e
) - opór napływu ciepła do pomieszczenia
[h·m
2
·°C/Kcal ; m
2
·°C/W]
λ
nap
-współczynnik napływu ciepła do pomieszczenia [Kcal/h·m
2
·°C; W/m
2
·°C]
λ
nap
ściany, sufit
= 7,5 Kcal/hm
2
°C (Janowski 1977);
= 8,1 W/m
2
·°C (PN-91/B-02020)
λ
nap
posadzki
= 5,0 Kcal/hm
2
°C (Janowski 1977);
= 6,0 W/m
2
·°C (PN-91/B-02020)
λ
odp
–współczynnik odpływu ciepła [Kcal/hm
2
°C; W/m
2
°C];
λ
odp
ściany, sufit
= 20,0 Kcal/hm
2
°C (Janowski 1977);
= 23,0 W/m
2
·°C (PN-91/B-02020)
λ
odp
posadzki
= 10,0 Kcal/hm
2
°C (Janowski 1977);
= 11,6 W/m
2
·°C (PN-91/B-02020)
odp
odp
1
R
nap
nap
1
R
2)
R
- Opór cieplny przegrody konstrukcyjnej
[h·m
2
·°C/Kcal ; m
2
·°C/W]
d
1
, d
2
….. d
n
– grubość warstwy materiału [m]
λ
1
, λ
1
… λ
n
– przenikalność cieplna warstwy materiału budowlanego
dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25, ss 145-148;
dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4
d
R
n
n
d
d
d
....
R
1
1
1
1
2)
3)
k
- współczynnik przenikania ciepła przez przegrody
konstrukcyjne [Kcal/hm
2
°C; W/m
2
°C; W/m
2
°C]
1
k
odp
nap
R
R
R
odp
n
n
nap
R
d
d
d
R
...
1
k
2
2
1
1
odp
nap
R
d
R
1
k
1)
2)
3)
1) Obliczyć współczynnik przenikania
ciepła przez ściany
k
ścian
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
odp
nap
R
R
R
1
k
ścian
Straty ciepła przez ściany
R
nap ściany i sufity
= 0,133 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,12 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
R- opór cieplny ściany
[h·m
2
·°C/Kcal
;
m
2
·°C/W
]
R
odp ściany i sufity
= 0,05 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,04 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
1) Obliczyć współczynnik przenikania
ciepła przez ściany
k
ścian
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
n
n
d
d
d
...
R
2
2
1
1
ściany
Straty ciepła przez ściany
d
1
d
2
d
3
λ
1
λ
2
λ
3
d
1
, d
2
….. d
n
– grubość warstwy materiału [m]
λ
1
, λ
1
… λ
n
– przenikalność cieplna warstwy
materiału budowlanego
dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25;
dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4.
Straty ciepła przez ściany
2a) Uwzględnić poprawki na strony świata
+10% utraty ciepła dla ścian usytuowanych N, NE, NW, E, W;
+5% utraty ciepła dla ścian usytuowanych S, SE, SW;
lub
średnio +8% utraty ciepła dla ścian bez względu na stronę
świata,
czyli
k
ścian
+8%k
ścian
= k
ścian
+0,08k
ścian
= 1,08k
ścian
Straty ciepła przez ściany
2b) Uwzględnić poprawki na wietrzność
(wiatr)
+5% utraty ciepła dla ścian
nie osłoniętych
drzewami i
innymi przeszkodami (np. inne budynki)
czyli
k
ścian
+5%k
ścian
= k
ścian
+0,05k
ścian
= 1,05k
ścian
Dla ścian
osłoniętych
poprawka wynosi
0% !!!
Straty ciepła przez ściany
F
ściany
= (a·b) – F
okien
– F
wrót/drzwi
a
b
okno
okno
Drzwi/wrota
3) Obliczanie powierzchni ścian F [m
2
]
Q
2 ścian
- strat ciepła przez ściany
[Kcal/h; W]
2
2
m
[W]
m
C
W
C
2
2
m
[Kcal/h]
m
C
h
Kcal
C
Q
2 ścian
= (t
w
-t
z
)· (k
ścian
+popr
str świat
+popr
wiatr
)·F
1) Obliczyć współczynnik
przenikania ciepła przez strop
k
ścian
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
odp
nap
R
R
R
1
k
ścian
Straty ciepła przez strop
R
nap ściany i sufity
= 0,133 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,12 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
R- opór cieplny stropu
[h·m
2
·°C/Kcal
;
m
2
·°C/W
]
R
odp ściany i sufity
= 0,05 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,04 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
1) Obliczyć współczynnik przenikania
ciepła przez strop
k
ścian
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
n
n
d
d
d
...
R
2
2
1
1
ściany
Straty ciepła przez strop
d
1
d
2
d
3
λ
1
λ
2
λ
3
d
1
, d
2
….. d
n
– grubość warstwy materiału [m]
λ
1
, λ
1
… λ
n
– przenikalność cieplna warstwy
materiału budowlanego
dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25;
dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4.
Q
2 ścian
- strat ciepła przez strop
[Kcal/h; W]
2
2
m
[W]
m
C
W
C
2
2
m
[Kcal/h]
m
C
h
Kcal
C
Q
2 stropu
= (t
w
-t
z
)·k
stropu
·F
Straty ciepła przez strop
Jeżeli budynek posiada
poddasze użytkowe, na
którym składowane jest
min. 30 cm siana lub słomy,
straty ciepła przez strop
można pominąć.
1) Obliczyć współczynnik przenikania
ciepła przez posadzkę
k
ścian
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
odp
n
n
nap
R
d
d
d
R
k
...
1
2
2
1
1
posadzki
Straty ciepła przez posadzkę
R
nap posadzka
= 0,2 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,17 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
R
odp posadzka
= 0,1 h·m
2
·°C/Kcal
(Janowski 1977)
;
lub 0,09 m
2
·°C/W
(PN-91/B-02020; PN-EN ISO 6946)
;
1) Obliczyć współczynnik przenikania
ciepła przez strop
k
ścian
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
n
n
d
d
d
...
R
2
2
1
1
ściany
Straty ciepła przez posadzkę
d
1
d
2
d
3
λ
1
λ
2
λ
3
d
1
, d
2
….. d
n
– grubość warstwy materiału [m]
λ
1
, λ
1
… λ
n
– przenikalność cieplna warstwy materiału
budowlanego
dla [Kcal/h·m·°C] patrz Janowski 1977, Tab. 25;
dla [W/m·°C] patrz PN-91/B-02020, załącznik 4.
Straty ciepła przez posadzkę
2
a
b
2) Obliczanie powierzchni stref posadzki [m
2
]
2 m
2 m
2 m
2 m
2 m
2 m
Strefa IV
Strefa III
Strefa II
Strefa I
Straty ciepła przez posadzkę
2) Obliczanie powierzchni stref posadzki [m
2
]
2
a
b
2 m
2 m
2 m
Strefa IV
Strefa
III
Strefa II
Strefa
I
F
I
[m
2
]
= (a·b) - [(a - 2)·(b - 2)] =
= 2
[m]
·(a+b-2)
[m]
F
II
[m
2
]
= (a·b) - [(a - 4)·(b - 4)] =
= 4
[m]
·(a+b-4)
[m]
F
III
[m
2
]
= (a·b) - [(a-6)·(b-6)] =
= 6
[m]
·(a+b-6)
[m]
F
IV
[m
2
]
= (a·b) - [(a-8)·(b-8)] =
= 8
[m]
·(a+b-8)
[m]
Współczynnik przeliczeniowy:
F
I
= 0,4;
F
II
= 0,2;
F
III
= 0,1;
F
IV
= 0,06
Q
2 ścian
- strat ciepła przez posadzkę
[Kcal/h] lub [W]
2
2
m
[W]
m
C
W
C
2
2
m
[Kcal/h]
m
C
h
Kcal
C
Q
2 stropu
= (t
w
-t
z
)·k
stropu
·[0,4F
I
+ 0,2F
II
+0,1F
III
+0,06F
IV
]
1) Obliczyć współczynnik przenikania
ciepła przez okna
k
okna
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
Straty ciepła przez okna
1. Wybrać rodzaj okna;
2. Odczytać współczynnik k
okna
z:
•Janowski 1977, Tab. 26 dla [Kcal/h·m·°C];
•PN-91/B-02020, załącznik 1. dla [W/m·°C];
• oferty konkretnego producenta.
Straty ciepła przez okna
2a) Uwzględnić poprawki na strony świata
+10% utraty ciepła dla okien usytuowanych N, NE, NW, E, W;
+5% utraty ciepła dla okien usytuowanych S, SE, SW;
lub
średnio +8% utraty ciepła dla ścian bez względu na stronę
świata,
czyli
k
okna
+8%k
okna
= k
okna
+0,08k
okna
= 1,08k
okna
Straty ciepła przez okna
2b) Uwzględnić poprawki na wietrzność
(wiatr)
+5% utraty ciepła dla oknien
nie osłoniętych
drzewami i
innymi przeszkodami (np. inne budynki)
czyli
k
okna
+5%k
okna
= k
okna
+0,05k
okna
= 1,05k
okna
Dla okien
osłoniętych
poprawka wynosi
0% !!!
Straty ciepła przez okna
F
okien
=
F
okna
a
b
okno
okno
Drzwi/wrota
3) Obliczanie powierzchni okien F [m
2
]
Q
2 ścian
- strat ciepła przez okna
[Kcal/h]
lub
[W]
2
2
m
[W]
m
C
W
C
2
2
m
[Kcal/h]
m
C
h
Kcal
C
Q
2 okien
= (t
w
-t
z
)· (k
okna
+popr
str świat
+popr
wiatr
)·F
1) Obliczyć współczynnik przenikania
ciepła przez wrota lub drzwi
k
okna
[Kcal/hm
2
°C]
lub
[W/m
2
°C]
Straty ciepła przez wrota i drzwi
1. Wybrać rodzaj wrót lub drzwi;
2. Odczytać współczynnik k
okna
z:
•Janowski 1977, Tab. 26 dla [Kcal/h·m·°C];
•PN-91/B-02020, załącznik 1. dla [W/m·°C];
• oferty konkretnego producenta.
Straty ciepła przez wrota i drzwi
2a) Uwzględnić poprawki na strony świata
+10% utraty ciepła dla okien usytuowanych N, NE, NW, E, W;
+5% utraty ciepła dla okien usytuowanych S, SE, SW;
lub
średnio +8% utraty ciepła dla ścian bez względu na stronę
świata,
czyli
K
drzwi
+8%k
drzwi
= k
drzwia
+0,08k
drzwi
= 1,08k
drzwi
Straty ciepła przez wrota i drzwi
2b) Uwzględnić poprawki na wietrzność
(wiatr)
+5% utraty ciepła dla oknien
nie osłoniętych
drzewami i
innymi przeszkodami (np. inne budynki)
czyli
k
drzwi
+5%k
drzwi
= k
drzwi
+0,05k
drzwi
= 1,05k
drzwi
Dla drzwi
osłoniętych
poprawka wynosi
0% !!!
Straty ciepła przez wrota i drzwi
2c) Uwzględnić poprawki na otwieranie
+100% - dla wrót dwuskrzydłowych;
+150% - dla wrót i drzwi często otwieranych
czyli
k
drzwi
+100%k
drzwi
= k
drzwi
+1,0 k
drzwi
= 2,0k
drzwi
lub
k
drzwi
+150%k
drzwi
= k
drzwi
+1, 5k
drzwi
= 2,5k
drzwi
Straty ciepła przez wrota i drzwi
F
drzwi
=
F
drzwi
a
b
okno
okno
Drzwi/wrota
3) Obliczanie powierzchni okien F [m
2
]
Q
2 drzwi
- strat ciepła przez wrota i drzwi
[Kcal/h]
lub
[W]
2
2
m
[W]
m
C
W
C
2
2
m
[Kcal/h]
m
C
h
Kcal
C
Q
2 drzwi
= (t
w
-t
z
)· (k
drzwi
+popr
str świat
+popr
wiatr
+popr
otw
)·F
Q
2
– przez przegrody budowlane
[Kcal/h]
lub
[W]
2
2
m
m
C
W
C
[W]
2
2
m
m
C
h
Kcal
C
[Kcal/h]
Q
2
= Q
2 ścian
+ Q
2 stropu
+ Q
2 posadzki
+ Q
2 okien
+ Q
2 drzwi
(t
w
-t
z
)· (kF
ścian
+ kF
stropu
+ kF
posadzki
+ kF
okien
+ kF
drzwi
)
Obliczanie Q
1
czyli strat ciepła na wentylację
(tzn. na ogrzanie powietrza dopływającego)
Obliczanie Q
1
Wzór najczęściej stosowany i zalecany
Q
1
- strat ciepła na wentylację (na ogrzanie
powietrza dopływającego) [Kcal/h] lub [W]
p
t
t
p
t
c
a
L
c
G
w
[kcal/h]
Q
1
Δ
t
=(t
w
- t
z
) [
°C lub °K];
G -
wielkość wentylacyjna wyrażona w [kg/h];
C
p
– pojemność cieplna powietrza
c
v
≈ 0,24 Kcal/kg ·°C; lub c
p
≈ 1000 J/kg ·°C;
L-
wielkość wentylacyjna [m
3
/h];
a (
ρ) – ciężar właściwy powietrza [kg/m
3
] w t
w
w danym ciśnieniu.
z Janowski, 1977; tab. 23 lub ze wzoru:
p
t
p
t
c
a
L
c
G
3600
3600
[W]
Q
1
T
r
p
gdzie: p – ciśnienie Pa; T – temperatura w °K
r- indywidualna stała gazowa dla powietrza = 287,05 J/kg·K
C
kg
Kcal
m
kg
h
m
C
C
kg
Kcal
h
kg
C
3
3
[Kcal/h]
C
kg
J
m
kg
s
m
C
C
kg
J
m
kg
h
m
C
C
kg
J
h
kg
C
3
3
3
3
3600
3600
[W]
Obliczanie Q
1
Wzór prostszy
Q
1
- strat ciepła na wentylację (na ogrzanie powietrza
dopływającego) [Kcal/h] lub [W]
za Kośla, 2011; z modyfikacja własna Lis
v
z
w
c
L
t
t
)
(
[kcal/h]
Q
1
t
w
- temperatura wewnątrz pomieszczenia [°C, °K]
t
z
– temperatura na zewnątrz pomieszczenia, w tym przypadku minimalna
temperatura zimą dla danej strefy klimatycznej [°C lub °K];
L- wielkość wentylacyjna [m
3
/h];
c
v
– objętościowa pojemność cieplna powietrza
c
v
≈ 0,31 Kcal/m
3
·°C; lub c
v
≈ 1297 J/m
3
·°C;
v
z
w
c
L
t
t
3600
)
(
[W]
Q
1
C
m
Kcal
h
m
C
3
3
[Kcal/h]
s
J
C
m
J
s
m
C
C
m
J
h
m
C
3
3
3
3
3600
[W]
Straty ciepła
Q
strat
= Q
1
+Q
2
+Q
3
Q
strat
=
Δ
t
·[(G·c
p
)+(
kF)] + Q
3
Sprawdzenie bilansu cieplnego
Obliczanie
Wskaźnika Właściwości Termicznych (WWT)
(zgodnie z PN-91/B 020020)
100
Q
Q
[%]
WWT
strat
zwierz
Sprawdzenie bilansu cieplnego
Bilans cieplny musi być zrównoważony lub dodatni
Q
zwierząt
≥ Q
strat
Mimo wszystko należy sprawdzić, dla jakiej
temperatury zewnętrznej bilans się równoważy.
Przyjmuje się, że bilans cieplny jest
zrównoważony, gdy:
WWT ≥90%
Obliczanie temperatury bilansowania
termicznego budynku
Q
1
+Q
2
+Q
3
=Q
zysk
(t
w
-t
z
)·[(G·c
p
)+(
kF)] + Q
3
= Q
zysk
Zakładamy, że:
Q
strat
= Q
zysk
kF
c
G
Q
Q
)
t
(t
p
3
zysk
z
w
(t
w
-t
z
)·[(G·c
p
)+(
kF)] =Q
zysk
- Q
3
kF
c
G
Q
Q
t
t
p
3
zysk
w
z
Sprawdzanie bilansu cieplnego
Jeżeli bilans cieplny jest ujemny
Q
zw
< Q
strat
(WWT<90%)
to
1) Mimo wszystko należy sprawdzić dla jakiej temperatury
zewnętrznej bilans się równoważy;
2) Należy sprawdzić, o ile należy przymknąć
wentylację, aby bilans się równoważył.
Przymykanie wentylacji (PW)
PW< 66%
Ponownie należy sprawdzić dla jakiej temperatury
zewnętrznej bilans się równoważy, w przypadku
zmniejszenia L (G) o PW.
100
Q
Q
-
Q
[%]
PW
1
zwierz
strat
Sprawdzanie bilansu cieplnego
Nie wolno przymknąć
wentylacji o więcej niż
2/3 (66%)!!!
Jeżeli PW ≥ 66%
Należy przeprojetować budynek.
Przykro mi !!!
Sprawdzanie bilansu cieplnego