OGRZEWNICTWO I SIECI CIEPLNE

WYKŁAD 2
Zapotrzebowanie mocy cieplnej do ogrzewania pomieszczeń i budynków
1. Instalacja ogrzewania
 zapotrzebowanie mocy cieplnej (zapotrzebowanie ciepła) do ogrzewania
pomieszczeń budynku wynika z sumy zapotrzebowań wszystkich
ogrzewanych pomieszczeń
 zapotrzebowanie ciepła (mocy cieplnej) pomieszczeń, będące podstawą
dla projektowania instalacji grzewczej oraz źródła jest ustalane dla
najbardziej niekorzystnych – obliczeniowych warunków zewnętrznch
 zapotrzebowanie na moc cieplną to taki strumień ciepła jaki powinno
urządzenie grzewcze dostarczyć do pomieszczenia aby utrzymać
wymaganą temperaturę wewnętrzną w obliczeniowych warunkach
zewnętrznych
 dostarczana przez instalację moc cieplna do pomieszczenia musi pokryć
straty wynikające z przenikania ciepła przez przegrody zewnętrzne i
wewnętrzne oraz związane z zapotrzebowaniem ciepła do wentylacji
1.1 Przeprowadzenie obliczeń
Do obliczenia zapotrzebowania ciepła dla pomieszczeń i całego budynku
konieczne jest zgromadzenie następującej dokumentacji:
a) plan sytuacyjny terenu z budynkiem (skala 1:1000)
b) jego usytuowanie względem stron świata
c) szczegółowej dokumentacji budowlanej obejmującej:
 rzuty kondygnacji w skali co najmniej 1:100 (może być także 1:50)
(z wymiarami pomieszczeń, przegród oraz okien i drzwi)
 widoki elewacji
 przekroje budynku (z podaniem wysokości kondygnacji, okien itp.)
 opis budynku (budowa przegród w tym tworzących je warstw, ich
grubości, rodzajów materiałów, współczynników przenikania ciepła)
obliczeniowa wartość oporu przewodzenia ciepła warstwy:
R
d

całkowity opór cieplny jednorodnej warstwowej przegrody:
RT  Rsi  R1  R2  ...Rn  R se
gdzie : R1, … Rn - opory przewodzenia warstw m2K/W
Rsi, Rse
- opory przejmowania ciepła na powierzchni
-1-
wewnętrznej i zewnętrznej m2K/W
PROCEDURA OBLICZANIA
A. Norma : PN-B-03406 z 1994 r. „Obliczenia zapotrzebowania na ciepło
pomieszczeń o kubaturze do 600 m3 ”.
lub B. Norma PN-83/B-03406 wraz z PN-82/B-02402; PN-82/B-02403;
PN-83/B-03430 (z późniejszymi zmianami)
Ad A. Obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło pomieszczeń Q ;
należy określić wg wzoru:
Q = Qp ( 1 + d1 + d2 ) + Qw
Qp –
Qw –
d1 –
straty ciepła przez przenikanie [W]
zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji [W]
dodatek do strat ciepła przez przenikanie dla wyrównania
wpływu niskich temperatur powierzchni przegród
chłodzących pomieszczenia
d2 – dodatek na straty ciepła przez przenikanie uwzględniające
skutki nasłonecznienia przegród i pomieszczeń
Straty ciepła przez przenikanie wg wzoru:
Qp = SQo
Qo –
straty ciepła poszczególnych przegród lub ich części, dla
których obliczeniowy współczynnik przenikania ma
jednakową wartość
Qo = k * ( ti – te ) *A
k=U - współczynnik przenikania ciepła obliczany zgodnie z PN-ISO
6946: 1999(bez uwzglednienia mostków cieplnych), [W/m2K]
te - obliczeniowa temperatura zewnętrzna przyjmowana
wg. PN-82/B-02402 , [oC]
ti - obliczeniowa temperatura powietrza wewnątrz
pomieszczenia wg. PN-82/B-02402 , [oC]
A - powierzchnia przegrody lub jej części [m2]
W strefach klimatycznych oblicza się zapotrzebowanie ciepła w
warunkach obliczeniowej temperatury zewnętrznej.
Strefa: I II
te :
-16 -18
III
-20
IV
-22
V
-24
ti : Temperatury obliczeniowe pomieszczeń w budynkach
+5oC dla pomieszczeń dyżurnych, niewykorzystywanych, nie
przeznaczonych do stałego przebywania ludzi
-2-
+8oC
+12oC
+16oC
+20oC
+25oC
+32oC
pomieszczenie nie przeznaczone do stałego przebywania osób, w
których jednorazowy pobyt do 1h w odzieży zewnętrznych np.
klatka schodowa
pomieszczenia do stałego przebywania ludzi w okryciach
zewnętrznych lub wykonujących ciężką pracę fizyczną
(magazyny, składy, hale targowe)
do przebywania w okryciach w pozycji siedzącej lub bez okryć
przy lżejszej pracy fizycznej (hale pracy, sklepy, sale widowisk.)
budynki mieszkalne, pomieszczenia mieszkalne
łazienki, szatnie, gabinety lekarskie
pomieszczenia technologiczne, np. suszarnie
Pole powierzchni przegród (scian, stropów) należy określić na podstawie ich
wymiarów w osiach przegród do nich prostopadłych).Wymiary okien i drzwi
jako wymiary ościeżnic.
Zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji Qwo to strumień ciepła potrzebny
do ogrzania odpowiedniego strumienia powietrza zewnętrznego
(dopływającego do pomieszczenia), dla spełnienia wymagań higienicznych.
a) straty ciepła na wentylację Qwo :
Qwo  V  c p    ti  t e 
V – strumień objętościowy powietrza wentylacyjnego [m3/s]
cp – ciepło właściwe powietrza [J/(kg K)]
r – gęstość powietrza [kg/ m3]
dla
cp = 1,020 [kJ/kg K]
r = 1,2 [kg/m3]
V w [m3/h]
Qwo = 0,34 *V*( ti – te )
Strumień objętości powietrza wentylacyjnego powinien wynosić:
 dla pokoju mieszkalnego i sypialni 20 m3/h dla każdego
mieszkańca, przy czym łączny strumień powietrza dla pokojów nie
powinien być niższy od 1 wymiany na godzinę [1/h]
 dla pokojów zbiorowego przebywania ludzi ( np. świetlica,
jadalnia) 20 m3/h dla każdej przebywającej osoby
 dla kuchni, łazienek i ustępów przeznaczonych do użytku
indywidualnego wg 2.1.2 normy PN-83/B-03430
strumień powietrza powinien odpowiadać wymogom sanitarnym:
 dla kuchni z oknem zewnętrznym wyposażonej w kuchnię gazową
lub węglową 70 m3/h
dla kuchni wyposażonej w kuchnię elektryczną, mieszkanie
-3-
do 3 osób 30 m3/h
 dla łazienki (z ustępem lub bez) 50 m3/h
 dla ustępu 30 m3/h
b) zapotrzebowanie ciepła do wentylacji Qw z uwzględnieniem zysków
wewnętrznych i przy założeniu jednokrotnej wymiany na godzinę:
Dla pomieszczeń użytkowych co najmniej 12h w ciągu doby
(mieszkania, szpitale)
Qw = [0,34 (ti – te) – 9 ] * V
Dla pomieszczeń użytkowych mniej niż 12h w ciągu doby (budynki
użyteczności publicznej )
Qw = [0,34 (ti – te) – 7] * V
Dla pomieszczeń pomocniczych i nie przewidzianych do stałego
przebywania takich jak: piwnice, klatki schodowe itp. Strumień
powietrza zapewniający 1/2 wymiany na godzinę i bez zysków
wewnętrznych – zatem:
Qw = [ 0,34 (ti – te)] * V/2
B. Zapotrzebowanie na moc cieplną pomieszczeń ogrzewanych według –
PN-83/B-03406
Q = (Qp + Qw) * ( 1 + d1 + d2 +d3)
gdzie:
QW – straty związane z podgrzewaniem powietrza wentylacyjnego
Qwo  V  c p    ti  t e   a
gdzie: a = 0,4 współczynnik zmniejszający zapotrzebowanie na ciepło
do wentylacji ze uwagi na zyski wewnętrzne (pokrywające 60% potrzeb)
2. Ciepłownictwo – metody uproszczone
1. Metoda wskaźników kubaturowych (odniesiony do m3 kubatury budynku)
Wykorzystująca równanie charakterystyki cieplnej budynku (statyczne)
Ti = Te + ( Q / F ) => F ( Ti – Te ) = Q
Q = F ( Ti – Te )
-4-
F [W/K] – jednostkowe całkowite straty budynku
F = Ft + Fw + Fi suma jednostkowych strat przenikania, wentylacji oraz
infiltracji
F/V – jednostkowe straty odniesione do kubatury budynku
qj => W/m3K jednostkowa strata budynku
Obliczenia wskaźnika zapotrzebowania mocy cieplnej qCO do ogrzewania
budynku mieszkalnego lub innego obiektu (przemysłowego, użyteczności
publicznej:
qCO = qj *(Ti – Te)
[W/m3]
Informacje dotyczące struktury budownictwa na danym terenie bierzemy
z planu zagospodarowania przestrzennego lub wydziału gospodarki
komunalnej.
Na potrzeby cieplne budynku składają się zapotrzebowanie na moc
cieplną do c.o., oraz ewentulanie do przygotowania ciepłej wody
użytkowej, wentylacji oraz potrzeby technologiczne:
q = qCO + qCWU + qW
Całkowite zapotrzebowanie Q = q*V
2. Metoda wg liczby mieszkańców w danym terenie ( wskaźnik
zapotrzebowania mocy cieplnej odniesiony do 1000 mieszkańców)
Qjc = całkowite ( ogrzewanie + cwu + wentylacja )
 Dla mieszkalnictwa potrzeba przeciętnie 1,3 MWt/1000 mieszkańców
(MWt – megawaty termiczne)
 Dla mieszkalnictwa z usługami 2,0 MWt/1000m
 Dla mieszkalnictwa z usługami i przemysłem 4,0 MWt/1000m
Powyższe wartości należy pomnożyć przez 0,75 (średni wspólczynnik
przyłączenia do systemów ciepłowniczych), aby otrzymać przewidywane
zapotrzebowanie dla systemu ciepłowniczego:
Zapotrzebowanie na ciepło do podgrzewania ciepłej wody użytkowej :
Qcwu  a  Gcwu  c p  tcwu
a = 1,05 – 1,1 – współczynnik zwiększający
tCWU = 55oC
tZ = 5 oC lub 10 oC
ΔtCWU = 45 lub 50 K
Gcwu,sr = 110 do 130 [dm3/dobę] – średnie zużycie ciepłej wody
-5-
na 1-go mieszkańca
Gcwu, max = 5,4 * n * Kh [kg/h] - największe zużycie ciepłej wody
przez n - mieszkańców
Kh – godzinowy współczynnik nierównomierności rozbioru ciepłej
wody
Kh = (Nh) = 9.32*n- 0,244
Zależy od liczby mieszkańców (maleje z nią od 4.5 dla 50 mieszkańców
do 2.0 dla 6000 mieszkańców)
-6-