2271152-StepovicVladaGrejanje

MAŠINSKI FAKULTET U KRAGUJEVCU

Termotehnički proračun gubitaka toplote

Grejanje i klimatizacija

Stepović Vladimir 142/2002


Sistemi za grejanje i njihovi uređaji kod centralnih sistema treba da omoguće dovoljno i ravnomerno zagrevanje objekata pri raznovrsnim jačinama i periodima hladnog vremena tako da usled nekog propusta ne dođe do pregrevanja ili nedovoljnog zagrevanja pojedinih prostorija.

Potrebna količina toplote za zagrevanje objekta zavisi u pogledu “unutrašnje klime” od projektnih zahteva s jedne strane, a s druge od vrste, veličine, položaja njegovog i njegovih elemenata i spoljnih vremenskih uslova.


Gubici toplote su uglavnom dvojaki:

- prolazom toplote kroz zidove i druge obuhvatne

površine – transmisioni gubici

- odvođenjem toplote ( konvekcijom ) promajom vazduha kroz željene i neželjene otvore – infiltracioni gubici

Radi jednoobraznosti proračuna gubitaka toplote ,koja je potrebna za zagrevanje objekata ,u pojedinim zemljama usvojene su i ozvaničene određene norme ( DIN, ASHRAE i dr. )


PODACI ZA PRORAČUN POTREBNE KOLIČINE TOPLOTE

Situacioni plan zgrade Plan osnove zgrade Preseci zgrade Podaci o vrsti zidova, tavanica i krova Podaci o prozorima Podaci o vratima Podaci o nameni


OSNOVI PRORAČUNA

Prema utvrđenim normama postoji razlika između gubitaka toplote u jedinici vremena Q0 [W] i potrebne količine toplote Qu [W] za zagrevanje neke prostorije.

Qu = Q0 * Z Z = 1 + ZP + ZA + ZS

ZP - dodatak usled prekida zagrevanja objektaZA - dodatak radi izjednačavanja usled hladnih obuhvatnih površinaZS - dodatak usled položaja prostorije u odnosu na strane sveta Qu = Q0 ( 1 + ZP + ZA + ZS ) [W]


GUBICI USLED PROLAZA TOLOTE KROZ

OBUHVATNE POVRŠINE

Ql = k * A ( tu – ts ) [W]

Ql – gubitak toplote kroz element zida prostorije [W]

A – površina elementa [m²]

K – koeficijent prolaza toplote [Wm-2 K-1]

Tu – unutrašnja temperatura prostorije [K]

Ts – spoljašnja temperatura prostorije [K]


KOEFICIJENTI PROLAZA TOPLOTE k

Koeficijenti k za zidove Koeficijenti k za vrata i prozore Koeficijenti prolaza toplote za tavanice i podove Koeficijenti prolaza toplote k za krovove


VAZDUH KAO TOPLOTNI IZOLATOR

Toplotna provodljivost vazduha je veoma niska, pa se on često upotrebljava kao toplotni izolator, ispunjavajući prostor između dveju pregrada.

U ovakvom slučaju ne radi se o običnom sprovođenju toplote već o prelazu, naročito kada debljina vazdušnog sloja postaje relativno velika.

U praksi da bi se izbegao proračun prelaza toplote od jednog zida na drugi primenjuje se tzv. “ekvivalentni” otpor provođenja.


PROVERA NA KONDEZACIJU VLAGE IZ VAZDUHA

U uslovima gde postoji mogućnost da se poveća vlažnost potrebno je prekontrolisati da li će u nekoj prostoriji doći do kondezacije vlage na unutrašnjim površinama zidova, prozora i dr.

Radi ovoga treba odrediti tačku rose, a zatim treba izračunati unutrašnju temperaturu rashladnih površina. Ako je ona veća od temperature koja odgovara tački rose za odgovarajuću prostoriju, onda neće doći do kondezacije.


Temperatura unutrašnje površine zida se izračunava iz relacija:

Ql = k ( tu – ts ) [W]

Ql = α ( ts – tz ) [W]

ts – spoljna temperatura

tu – unutrašnja temperatura prostorije

tz – temperatura zida


TEMPERATURSKI PODACI

Unutrašnja projektna temperatura ( UPT ) prostorija Spoljna projektna temperatura ( SPT ) Stepen – dan i njegova primena Temperature u prostorijama koje se ne zagrevaju


UNUTRAŠNJA PROJEKTNA TEMPERATURA PROSTORIJE

Ako se posmatra normalno izolovana prostorija u kojoj je vazduh u mirnom stanju sa stabilozovanom temperaturom

( tv ), i okolni zidovi srednje temperature ( tz ) a, temperatura ugodnosti u granicama 15-25 ˚C, pri relativnoj vlažnosti 35-70%, može se usvojiti da je:

tp = ( tv+tz)/2

tj. temperatura prostorije je jednaka srednjoj temperaturi vazduha i pregradnih zidova na unutrašnjoj strani.


Temperatura tp naziva se još i osećajna temperatura,jer izražava merilo temperature pri kojoj se čovek ugodno oseća.

U proseku se usvaja da je približno tp = 20˚C, a to je srednja unutrašnja projektna temperatura ( UPT ).

Unutrašnja temperatura se meri u sredini prostorije na 1.5m od poda, pri čemu treba eliminisati uticaj zračenja.

UPT treba da odgovara ugodnosti lica koja borave u toj prostoriji bez fizičke aktivnosti. Međutim, ona mora biti prilagođena mogućnosti termoregulacije prisutnih osoba.


SPOLJNA PROJEKTNA TEMPERATURA

SPT je najniža spoljna temperatura koja se usvaja za proračun. Instalacija grejanja mora dovoljno zagrejati određene prostorije i pri najžešćim hladnoćama, prema kojima se određuje SPT.


Postoje različiti načini za određivanje SPT. Nemačke norme predviđaju srednju vrednost apsolutnog

godišnjeg minimuma za duži niz godina ( 15, 20 i više ). Ruski naučnik Čaplin daje ovaj praktičan obrazac:

SPT = 0,4thm + 0,6 tmin

thm – srednja temperatura najhladnijeg meseca u godini tmin – apsolutna minimalna temperatura u određenom mestu U SAD se preporučuje da se za SPT ne uzima viša temperatura

od najniže temperature zabeležene u poslednjih 10 godina, povećane za 8˚.


Za grubi proračun potrošnje toplote u nekom objektu služi pored količine toplote potrebne za dnevno zagrevanje, još i broj dana perioda grejanja.

Računa se da grejanje treba započeti kada srednja spoljašnja temperatura padne ispod +12˚ i da ga treba održavati sve dok se ova temperatura ne stabilizuje iznad +12˚.

Srednja dnevna spoljašnja temperatura se može bez osetne greške računati po sledećem obrascu:

tm = ( t7 + t14 + 2 * t21 )/4

gde su t7, t14 i t21 temperature čitanje u 7, 14 i 21 čas. Ovako postignuta tačnost pokazuje grešku od najviše 1/5˚.


STEPEN – DAN I NJEGOVA PRIMENA

Godišnja potrošnja toplote za grejanje jednog objekta zavisi od njegovih termotehničkih karakteristika i spoljne temperature za vreme perioda grejanja.

Ako se srednja spoljašnja temperatura u periodu grejanja označi sa tsr, srednja temperatura unutrašnjih prostorija objekta sa tp, a masena količina toplote zagrevanja objekta sa q ( tj. potrebna količina toplote da se u objektu poveća srednja temperatura za 1˚) – onda količina toplote potrebna za grejanje objekta u jednoj sezoni iznosi:

Q = q * Z ( tp – tsr ) [kJ]

Z – broj dana grejanja u jednoj sezoni


Proizvod Z ( tp – tsr ) uveden je u SAD pod nazivom stepen-dan ( SD ).

Uzevši u obzir da je unutrašnja srednja temperatura objekta u grejnom periodu tu = 19˚, q konstanta određena primenjenim načinom izgradnje objekta, a tsr se dobija iz statističih podataka, onda se može odrediti potrebna količina toplote za grejanje objekta za period od Z dana.


DODACI NA PRORAČUNATE GUBITKE TOPLOTE Q0

Dodatak na prekid loženja Zp

Dodatak radi izjednačenja temperature usled hladnih površina ZA

Dodatak usled propustljivosti pregradnih površina Dodatak na uglovni položaj prozora Zu

Ovi dodaci, kada se ustanove, a koje treba dodati proračunatim gubicima toplote za sve prostorije, zavise od karakteristike samog objekta, dnevnog trajanja loženja, potrebnog izjednačenja temperature usled hladnih površina i položaja objekta u odnosu na strane sveta.


Kao termička karakteristika jedne prostorije po normama uzima se srednja toplotna propustljivost svih obuhvatnih površina. Što je ona veća, manja je toplotna zaštita, a dolazi od veličine prozora, graničnih površina, slabe izolacije i dr.

Ova karakteristična veličina se naziva “D-vrednost”:

D = Q0/Au * ( tu – ts ) [Wm-2K-1]

Au – ukupna površina svih obuhvatnih pregrada [m²]

Q0 – gubitak toplote prostorije [W]


Ako se toplota gubi samo kroz spoljne zidove, onda se ovaj izraz može ovako predstaviti:

D = km * As/Au

As – zbir površina kroz koje se gubi toplota

km – srednji koeficijent prolaza toplote spoljnih površina


DODATAK NA PREKID LOŽENJA

Ako se loženje u određenim intervalima ograničava ili sasvim prekida, za ponovno podizanje temperature potrebno je dovođenje toplote privremeno pojačati. Radi postizanja ravnomernog zagrevanja i kod ovakvih slučajeva treba unekoliko izmeniti veličinu grejnih površina, nego što bi bilo kod neprekidnog grejanja; ove izmene zavise još i od toplotnih osobina preostorija zgrade. Ovo se postiže dodatkom Zp, koji se kod neprekidnog zagrevanja ne dodaje.


Prema tome da li je i koliko vremena predviđeno prekidanje zagrevanja objekta razlikujemo tri načina:

1. neprekidno zagrevanje, ali sa smanjenjem za vreme noći

2. 8 do 12-to časovni prekid na dan

3. 12 do 16-to časovni prekid loženja na dan

Dodatak Zp raste sa trajanjem prekida, a vezan je za D vrednost u obrnutoj srazmeri.


DODATAK ZA RADI IZJEDNAČENJA TEMPERATURE USLED HLADNIH POVRŠINA

Osećaj ugodnosti osoba u nekoj prostoriji zavisi ne samo od temperature vazduha, već i od temperature okolnih graničnih površina.

Srednja temperatura takođe se odražava i kod D vrednosti, jer ona zavisi od srednjeg koeficijenta k spoljnih površina i odnosa veličine spoljnih površina prema celokupnim obuhvatnim površinama.

Vrednost D je takođe merilo i za dodatak ZA.


DODATAK NA STRANE SVETA ZS

Vrednosti dodatka koji zavise od orijentacije objekta prema stranama sveta i treba ih uvesti u proračun, mogu se izvesti iz odgovarajuće tabele.


DODATAK USLED PROPUSTLJIVOSTI PREGRADNIH POVRŠINA

Kao osnovna karakteristika specifičnosti zgrade u vezi položaja, okoline i načina gradnje služi karakteristika zgrade Hk. Otpori kod strujanja vazduha obuhvaćeni su karakteristikom prostorije Rp. Ako se kod Hk uzme još u obzir i masena kolčina toplote vazduha i sa jednim dodatkom Zu za ugaone prostorije, može se potreba količina toplote Qp izgubljene usled promaje izračunati iz sledeće jednačine:

Qp = Σ(aL) * Rp * Hk ( tu – ts ) * Zu [W]

Σ(aL) – propustljivost prozora i vrata na promaju a – specifična propustljivost vazduha Zu – faktor dodatka za uglovnu prostoriju ako su prozori i vrata s obe strane ugaonog zida


Odnos ω0 predstavlja odnos dužine spojnica ( fuga ) L i površine prozora odnosno vrata A:

ω0 = L/A [m-1]

Veličina karakteristike prostorije Rp je izražena kao funkcija odnosa Ap/Av, gde je Ap ukupna površina prozora i vrata izloženih pritisku vetra, a Av ukupna površina vrata na suprotnoj strani od vetra.

Karakteristika zgrade Hk zavisi od položaja zgrade prema udaru vetra. Mogu se uzeti tri slučaja: zaštićen, slobodan i naročito izložen položaj.


PRORAČUN UKUPNE KOLIČINE TOPLOTE Qh

Ukupna količina toplote koja se gubi u prostoriji nekog objekta, a koju treba nadoknaditi zagrevanjem, kada se primeni proračun dodataka usled propustljivosti od vetra iznosi

Qh = Qu + Qp = Q0 ( 1 + ZD + ZS ) + Qp


UPROŠĆEN NAČIN PRORAČUNA.

DODATAK NA UTICAJ VETRA Zv

Ceo postupak za iznalaženje dopunske količine toplote Qp usled propustljivosti promaje, može se uprostiti uvođenjem jednostavnog dodatka usled uticaja vetra Zv. Ovo se naročito preporučuje za sve jednostavnije objekte i preliminarne proračune gde se ne zahteva velika tačnost.

Qh = Q0 ( 1 + ZD + ZS + Zv )


PRIBLIŽNI PRORAČUN POTREBNE KOLIČINE TOPLOTE

Za preliminarne predračune gubici toplote jedne zgrade mogu se približno proračunati po sledećem obrascu.

Qh = 80 * As + 28 * A0

As – ukupna površina spoljnih zidova zgrade ( zajedno

sa prozorima ) [m²]

A0 – ukupna površina osnove zgrade [m²]

2271152-StepovicVladaGrejanje

Documents

Transcript of 2271152-StepovicVladaGrejanje