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.
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.
Obciążenie
cieplne
(cieplno-
wilgotnościowe ) pomieszczenia
stanowi sumę zysków lub strat
ciepła pochodzących od źródeł
wewnętrznych
i
zewnętrznych,
pomiędzy
którymi
występuje
wyraźna różnica.
Te dwa rodzaje zysków ciepła
można podzielić na jawne zyski
ciepła,
powodujące
wzrost
temperatury powietrza, lub utajone,
powodujące
wzrost
zawartości
wilgoci.
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.
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
budynkуw, a także wskutek naturalnej
infiltracji powietrza zewnętrznego.
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.
Większość z powyżej wymienionych
wielkości jest dość dobrze zbadana i
można je łatwo obliczyć, lecz często
niepokуj budzi losowy charakter ich
zmian. Dotyczy to m.in
.
zmieniającej się
okresowo liczby osób użytkujących
klimatyzowane pomieszczenia czy też
sposobu eksploatacji oświetlenia.
Szczegуlne trudności wobec termicznej
bezwładności
struktury
budynkуw
stwarzają również obliczenia jawnych
zysków
ciepła,
pochodzących
od
nasłonecznienia.
Oznacza
to,
ż
e
dokładne określenie zysków ciepła
często nie jest możliwe.
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)
Bilans ciepła okresu
zimnego
służy do
obliczenia
mocy nagrzewnic
, niezbędnej
do ogrzania nawiewanego powietrza do
żą
danej temperatury.
L
T
j
j
zjo
w
tr
os
z
s
Q
Q
Q
m
Q
Q
k
=
+
+
′
+
, kW
(2)
pn
Q
– zyski ciepła od nasłonecznienia
przez przegrody nieprzezroczyste kW;
pp
Q
– zyski ciepła od nasłonecznienia
przez przegrody przezroczyste, kW;
j
L
Q
– zyski ciepła
jawnego
od ludzi, kW;
j
T
Q
– zyski ciepła
jawnego
od technologii,
kW;
osw
Q
– zyski ciepła od sztucznego
oświetlenia, kW;
str
Q′
– 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:
przy
d
z
yż
t
t
≤
(
)
(
)
poz
s
str
poz
zo
dyż
z
tr
t
Q
t
Q
t
t
−
−
′
=
, kW;
przy
d
z
yż
t
t
>
(system ogrzewania
jest wyłączony)
(
)
(
)
poz
str
s
poz
z z
z
o
tr
Q
t
t
t
Q
t
−
−
′
=
, kW;
t
poz
– temperatura w pomieszczeniu w
okresie zimnym;
o
C;
t
dyż.
– temperatura, którą zapewnia
centralne ogrzewanie;
o
C;
t
zoz
– temperatura
obliczeniowa
powietrza
zewnętrznego dla okresu zimnego;
o
C;
t
z
–temperatura powietrza zewnętrznego;
o
C;
Q
str
–
obliczeniowe
straty ciepła przez
przegrody zewnętrzne, kW;
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.
Zyski ciepła od ludzi:
Ciepło wydzielane przez człowieka w
związku z przemianą materii składa się z
ciepła jawnego
Lj
Q
i ciepła utajonego
Lu
Q
Lc
Lj
Lu
Q
Q
Q
=
+
, W.
Ciepło jawne jest oddawane przez
konwekcję i promieniowanie
, natomiast
ciepło utajone
− przez
oddychanie i
parowanie
ze skуry w postaci pary
wodnej.
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.
Zyski ciepła jawnego
L
Lj
j
Q
n q
ϕ
=
, 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;
ϕ
−
współczynnik
jednoczesności
przebywania ludzi w pomieszczeniu.
Tabela 3.21. Ciepło (q
Lc
i q
Lj
[W]) i para wodna w
L
⋅
10
6
[kg/s] wydzielane przez człowieka
Temperatura
15
°C
18
°C
20
°C
23
°C
26
°C
29
°C
Aktywność
q
Lc
q
Lj
w
L
⋅
10
6
q
Lj
w
L
⋅
10
6
q
Lj
w
L
⋅
10
6
q
Lj
w
L
⋅
10
6
q
Lj
w
L
⋅
10
6
q
Lj
w
L
⋅
10
6
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
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 całkowite
180
160
150
145
145
145
Ciepło jawne
150
120
100
65
40
5
Para wodna
40
55
75
115
150
200
Praca średniociężka
Ciepło całkowite
215
210
205
200
200
200
Ciepło jawne
165
135
105
70
40
5
Para wodna
70
110
140
185
230
280
Praca ciężka
Ciepło całkowite
290
290
290
290
290
290
Ciepło jawne
200
165
130
95
50
10
Para wodna
135
185
240
295
355
415
Normy niemieckie VDI 2078, 1996 r.
Współczynnik jednoczesności przebywania ludzi w pomieszczeniu
Rodzaj pomieszczenia
ϕ
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
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
przegrуd.
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.
Temperatura tych przegród rośnie i
również
one stają źródłem konwekcji
.
Ciepło
konwekcyjne
od
ś
cian
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
τ
=
=
+
, W
La
f
− współczynnik poprawkowy
uwzględniający akumulację ciepła w
przegrodach,
zależny
od
czasu
przebywania
ludzi,
rodzaju
i
konstrukcji
przegrуd
oraz
liczby
godzin, które upłynęli od wejścia ludzi
do pomieszczenia (zob. tabl.)
0 5
konw
prom
L
L
Lj
Q
Q
, Q
≈
≈
, W
La
f ,%
Normy niemieckie VDI 2078, 1996 r.
Zyski ciepła całkowitego
L
Lc
c
Q
n q
ϕ
=
, W.
q
L
c
−
jednostkowe ciepło całkowite
wydzielane przez osobę w zależności
od aktywności pracy człowieka i
temperatury
w
pomieszczeniu,
W/osobę;
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;
(
)
o
p
Lu
w
L
q
w r
c t
=
+
, W/osobę;
q
Lu
− jednostkowe zyski ciepła
utajonego od wydzielonej pary wodnej
przez człowieka, W/osobę;
w
L
− para wodna wydzielana przez
człowieka,
g
/(
s
⋅osobę);
1 8
pw
c
,
=
kJ/(kg
⋅K)
− ciepło właściwe
pary wodnej;
t
o
− temperatura pary, zbliżona do
temperatury powierzchni skуry,
°C.
r
− ciepło parowania, (≈ 2500
kJ/
kg);
W zakresie temperatur (0
÷50°C) ciepło
parowania
można
obliczyć
wg
wzoru
aproksymacyjnego
2,369
2500
2,369
o
r
r
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