3 PRORAČUN GUBITAKA TOPLINE ZIMA Dva postupka proračuna toplinskog opterećenja (toplinskih gubitaka) prostorija i cijele zgrade prema EN12831: pojednostavljen podroban Primjena pojednostavljenog proračuna za stambene zgrade s najviše tri stana??? Pojednostavljeni postupak proračuna gubitaka topline prema EN12831 - u obzir se uzima samo prolaz topline (tj. toplinski gubici) kroz vanjske plohe - NE proračunavaju se unutarnji toplinski gubici - za korekciju top. gubitaka ovisno o okolnom stanju služi temperaturni korekcijski faktor f k - ukoliko se uzima u obzir utjecaj toplinskih mostova dodaje se još ΔU WB =0.10 W/(m 2 K) Toplinski gubici: 1. transmisijski toplinski gubici (provođenje topline kroz okolne plohe prema okolici i tlu, te prema okolnim prostorima s različitim opterećenjem) 2. ventilacijski toplinski gubici (posljedica strujanja zraka kroz ovojnicu zgrade i između pojedinih njezinih dijelova, odnosno prostorija) 1. Transmisijski toplinski gubici Φ T u pojednostavljenom postupku proračuna: pri čemu su: Φ = H θ θ ( int ) ( W ) f ( θ θ ) ( ) ( θ θ ) T T e T = +Δ B k H A U U Φ = H = A U +ΔU Φ T H T T T int e WB int e transmisijski toplinski gubici, [W] koeficijent transmisijskih toplinskih gubitaka, [W/K] θ int unutarnja projektna temperatura (u prostoriji), [ C], (Tablica 1) θ e vanjska projektna (okolna) temperatura, [ C], (Tablica 2) A površina plohe, [m 2 ] U U-vrijednost, koeficijent prolaza topline, [W/(m 2 K)] ΔU WB dodatak za toplinske mostove, [W/(m 2 K)] f k temperaturni korekcijski faktor, [ ], (Tablica 3) f k 1
Tablica 1: Projektne temperature zraka u prostoriji θ int ZIMA Vrsta/namjena prostorije θ int [ C] kupaonice 24 ostale stambene prostorije 20 uredske prostorije 20 velike uredske prostorije 20 prostorije za sastanke 20 predavaonice, učionice 20 kafići, restorani 20 dječji vrtići, jaslice 20 trgovački centri 16 muzeji, galerije 16 crkva 15 Tablica 2: Vanjska projektna temperatura θ e ZIMA Mjesto θ e [ C] Bjelovar -18 Delnice -18 Dubrovnik -2 Gospić -24 Hvar -2 Imotski -6 Karlovac -18 Knin -9 Makarska -4 Ogulin -20 Osijek -18 Pazin -6 Požega -20 Pula -6 Rijeka -8 Sisak -18 Slavonski Brod -18 Split -4 Šibenik -6 Varaždin -20 Vinkovci -18 Zadar -9 Zagreb -15 (-18)* * u literaturi se negdje navodi temperatura -15 C, a negdje -18 C 2
Tablica 3: Temperaturni korekcijski faktori f k za toplinske gubitke prema različitim okolnim plohama ili područjima Toplinski gubici f k [ ] za izolirane toplinske mostove 1.00 izravno prema okolici za neizolirane toplinske mostove 1.40 (tj. na vanjski zrak) za prozore i vrata 1.00 prema negrijanim prostorijama za izolirane toplinske mostove 0.80 za neizolirane toplinske mostove 1.12 prema tlu za izolirane toplinske mostove 0.30 za neizolirane toplinske mostove 0.42 preko krova za izolirane toplinske mostove 0.90 za neizolirane toplinske mostove 1.26 za ovješeni pod za izolirane toplinske mostove 0.90 za neizolirane toplinske mostove 1.26 prema susjednoj zgradi za izolirane toplinske mostove 0.50 za neizolirane toplinske mostove 0.70 prema susjednom stanu za izolirane toplinske mostove 0.30 za neizolirane toplinske mostove 0.42 3
PRIMJERI proračuna transmisijskih gubitaka topline prema EN12831 (nova norma) i DIN 4701 (stara norma Prof. Cetinić predavanje) Tablica 4: Pojednostavljeni postupak proračuna transmisijskih gubitaka topline prema EN12831 Podaci o temperaturama Vanjska projektna temperatura θ e [ C] -15 Unutarnja projektna temperatura θ int [ C] 20 Razlika temperatura θ int θ e [ C] 35 Transmisijski toplinski gubici Građevni dio f k A U A U f k [ ] [m 2 ] [W/m 2 K] [W/K] vanjski zid (prema zraku) 1.00 500 0.7 350 vanjski zid (ukopan-prema tlu) 0.3 60 0.6 10.8 staklo / prozori / vrata 1.00 1000 1.9 1900 krov 0.9 1800 0.5 810 pod 0.3 2000 0.4 240 Ukupni koeficijent transmisijskih top. gub. H T = (A U f k ), [W/K] 3070.80 Ukupni transmisijski toplinski gubici Φ T = H T (θ int θ e ), [W] 107478 Tablica 5: Pojednostavljeni postupak proračuna transmisijskih gubitaka topline prema DIN4701 Podaci o temperaturama Vanjska projektna temperatura θ e [ C] -15 Unutarnja projektna temperatura θ int [ C] 20 Temperatura tla (ispod poda objekta) θ po [ C] 3 Temperatura tla (sa strane vanjskog zida) θ po1 [ C] -3 Razlika temperatura Δθ θ int θ e [ C] 35 Razlika temperatura Δθ θ int θ po1 [ C] 23 Razlika temperatura Δθ θ int θ po [ C] 17 Transmisijski toplinski gubici Građevni dio U A Δθ U A Δθ [W/m 2 K] [m 2 ] [K] [W] vanjski zid (prema zraku) 0.7 500 35 12250 vanjski zid (ukopan-prema tlu) 0.6 60 23 828 staklo / prozori / vrata 1.9 1000 35 66500 krov 0.5 1800 35 31500 pod 0.4 2000 17 13600 Ukupni transmisijski toplinski gubici Φ T = (U A Δθ), [W] 124678 124678 4
2. Ventilacijski toplinski gubici Φ V u pojednostavljenom postupku proračuna Φ V1 = Vz cz ρz θint ulaz θe ( ) [W] pri čemu su: V = V I [m 3 /h] z Φ V1 V z c z p z ventilacijski toplinski gubici ukoliko se NE koristi toplina otpadnog zraka, [W] potrebni volumni protok zraka, [m 3 /h] specifični toplinski kapacitet zraka, [W/kgK] ρ z gustoća zraka, [kg/m 3 ] θ int-ulaz temperatura ubačenog zraka u prostoriju, [ C], θ int-ulaz =22 C θ int unutarnja projektna temperatura (u prostoriji), [ C], (Tablica 1) θ int =20 C θ e vanjska projektna (okolna) temperatura, [ C], (Tablica 2) V p volumen prostora (autosalona, ureda ), [m 3 ] I z potrebni broj izmjena zraka, [h -1 ], (Tablica 6) Iz toplinskih tablica očitavaju se vrijednosti ρ z i c pz za zrak: ρ z gustoća zraka, [kg/m 3 ] ρ z 1.2 kg/m 3 c pz specifični toplinski kapacitet zraka, [J/kgK] 1010 J cpz kg K W c = z 0.28055 1h = 3600 s = kgk Tablica 6: Potreban broj izmjena zraka I z Vrsta/namjena prostora I z [h -1 ] autosalon 4-8 uredi s prozorima 2-3 uredi bez prozora 4-6 sanitarni prostori - odsis 6-10 kuhinja 15-30 Toplina dobivena procesom povrata topline u rekuperatoru: ( ) Φ = V c ρ θ θ λ [W] R z z z int e c pz 1010 J/kgK λ koeficijent povrata topline na rekuperatoru 45-70% λ = 0.50 Ventilacijski toplinski gubici Φ V ukoliko se koristi toplina otpadnog zraka preko rekuperatora: Φ V =ΦV1 Φ R [W] 5
PRIMJER proračuna ventilacijskih gubitaka topline Tablica 7: Pojednostavljeni postupak proračuna ventilacijskih gubitaka topline Potrebni volumni protok zraka V z 1. IZLOŽBENI PROSTOR AUTOSALONA Volumen prostora V p1 [m 3 ] 12000 Potrebni broj izmjena zraka I z1 [h -1 ] 4 Potrebni volumni protok zraka V z1 [m 3 /h] 48000 2. UREDI (bez prozora) Volumen prostora V p2 [m 3 ] 1500 Potrebni broj izmjena zraka I z2 [h -1 ] 4 Potrebni volumni protok zraka V z2 [m 3 /h] 6000 3. Volumen prostora V p3 [m 3 ] Potrebni broj izmjena zraka I z3 [h -1 ] Potrebni volumni protok zraka V z3 [m 3 /h] Ukupni potrebni volumen zraka V z = (V zi ), [m 3 /h] 54000 [m 3 /s] 15 Ventilacijski toplinski gubici Specifični toplinski kapacitet zraka c z [W/kgK] 0.28055 Gustoća zraka ρ z [kg/m 3 ] 1.2 Temperatura ubačenog zraka u prostoriju θ int-ulaz [ C] 22 Unutarnja projektna temperatura θ int [ C] 20 Vanjska projektna temperatura θ e [ C] -15 Koeficijent povrata topline na rekuperatoru λ [ ] 0.5 Ventilacijski toplinski gubici Φ V1 = V z c z ρ z (θ int-ulaz θ e ), [W] 672646.68 Toplina dobivena procesom povrata topline Φ R = V z c z ρ z (θ int θ e ) λ, [W] 318143.70 Ukupni ventilacijski toplinski gubici Φ V = Φ V1 Φ R, [W] 354503 Ukupni toplinski gubici Φ = Φ T + Φ V, [W] 461981 Preporučene brzine zraka u sustavima niskotlačne klimatizacije: v z = 2 6 m/s Potrebna presječna površina kanala: Vz 15 A = = = 2.5 m v 6 z 2 Ukoliko su kanali kružni, potrebni promjer kanala D iznosi: 4A 4 2.5 D = = = 1.784 m π π 6
Ukupni potrebni volumen zraka V z, [m 3 /s] ili [m 3 /h] DIMENZIJE KLIMA-KOMORE GEA 7
Ukupni toplinski gubici Φ = Φ T + Φ V [W] površina TOPLINSKE STANICE prema dijagramu u podlogama Dijagram za određivanje potrebne površine kotlovnice i toplinske stanice 8
Dva temeljna načela povrata energije iz otpadnog zraka u sustavima ventilacije i klimatizacije: 1. povrat osjetne topline iz otpadnog zraka REKUPERATORI TOPLINE 2. povrat osjetne i latentne topline iz otpadnog zraka REGENERATORI TOPLINE Rekuperator s posrednim medijem Rekuperacija topline pomoću pločastog izmjenjivača topline V vanjski zrak, O otpadni zrak Rekuperator s posrednim medijem: - sastoji se od dva izmjenjivača topline koji su povezani u zatvoreni sustav s crpkom - jedan izmjenjivač je u struji otpadnog zraka, a drugi u struji svježeg zraka - kao posrednik za izmjenu topline u zatvorenom sustavu s crpkom između dva izmjenjivača koristi se smjesa etilenglikol-voda (radi zaštite sustava od smrzavanja u zimskom razdoblju) - ZIMA - izmjenjivač u struji otpadnog zraka djeluje kao hladnjak s izlučivanjem vlage (regenerativni prijenos topline), a izmjenjivač u struji svježeg zraka kao rekuperatorski grijač - LJETO - izmjenjivač u struji otpadnog zraka djeluje kao grijač, a izmjenjivač u struji svježeg zraka kao hladnjak 9