P TS TS P Τεχνολογικό Εκπιδευτικό Ίδρυµ Κρήτης Πρόγρµµ Σπουδών Επιλογής ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Πτυχική Μελέτη «ιερεύνηση πρκτικών εφρµογών µετάδοσης θερµότητς πό ενεργεική σκοπιά» Εισηγητής: Κτενιδάκης Μιχ. Επιµέλει: Στρτάκη Ανθούλ V ΙΙ I Rr x Πυρίνς ροής Σύνορ ορικού στρώµτος u-/4µ f*d p/dx*(r -r ) (πρβολίκή κτνοµή D u Στρωτ υπόστρω Τυρβώδης πυρρήνς????? Περιοχή εισόδου x 3 e Πλήρως νεπτυγµένη περιοχή L Κολυµβητική δεξµενή πέτσµ Ηράκλειο Ιούνιος 005
Πρόλογος Αυτή η πτυχική εργσί ποτελείτι πό δεκπέντε (5) νεξάρτητες µελέτες στις οποίες προυσιάζοντι µερικές εφρµογές των φινοµένων της Μετάδοσης Θερµότητς, που διερευνώντι όµως πό την άποψη κυρίως της επίδρσής των φινοµένων υτών κι των πρµέτρων που τ διέπουν στην κτνάλωση ενέργεις. Επίσης, στις περισσότερες περιπτώσεις εξετάζετι κι η οικονοµική επίπτωση (όφελος ή ζηµί) που προκύπτει, λόγω της µετβολής κάποις πρµέτρου (π.χ. θερµοκρσίς) ή µις επέµβσης (π.χ. της ύξησης του πάχους µόνωσης). Γι τους υπολογισµούς της µετφοράς θερµότητς στις διάφορες επιφάνειες θ εφρµοστούν οι θεµελιώδεις µθηµτικές εξισώσεις, που περιγράφουν το ντίστοιχο φινόµενο. Γι την ξιολόγηση οικονοµικά µις επένδυσης, που φορά την εξοικονόµηση ενέργεις, θ χρησιµοποιηθούν συγκεκριµένες µεθοδολογίες. Αυτές στηρίζοντι στην χρήση οικονοµοτεχνικών κριτηρίων που κθορίζουν την βιωσιµότητ µις επένδυσης. Στο κείµενο περιέχετι επρκές υλικό κι θεωρητικό υπόβθρο γι την σωστή κτνόηση της διδικσίς επίλυσης της κάθε µελέτης. Ωστόσο µι µικρή επφή µε την Μηχνική Ρευστών ίσως βοηθήσει στην κλύτερη κτνόηση κάποιων σηµείων. Η προυσίση κάθε µελέτης κολουθεί µι κλσική γρµµή, επεξηγώντς τις εξισώσεις που φορούν την µετφορά θερµότητς µε γωγή, συνγωγή κι κτινοβολί κι εφρµόζοντάς τις κάθε φορά νάλογ µε την περίπτωση. Αρκετές πό τις µελέτες πιτούν, γι ν επιλυθούν, την χρήση επνλµβνόµενων προσεγγίσεων (υποθέσεων), πέρν των βσικών πρδοχών της µελέτης. ηλδή υποθέτουµε έν στοιχείο, µε την βοήθει του οποίου προκύπτουν κάποι ποτελέσµτ. Σωστή είνι η υπόθεση το ποτέλεσµ της οποίς ικνοποιεί µι συγκεκριµένη συνθήκη. Κτά µήκος του κειµένου τοποθετούντι πίνκες κι διγράµµτ γι την προυσίση των λύσεων. Στο τέλος υπάρχει έν συνοπτικό Πράρτηµ, που προυσιάζει τις περισσότερες εξισώσεις που χρησιµοποιήθηκν, κθώς κι Πίνκες µε τ πρίτητ τεχνικά κλπ στοιχεί που χρησιµοποιήθηκν στην εργσί. Οι δεκπέντε µελέτες της πτυχικής έχουν κτηγοριοποιηθεί µε τον πρκάτω τρόπο : η Ενότητ : Μετάδοση θερµότητς µε γωγή κι συνγωγή σε οριζόντι επίπεδ κι κυλινδρικά τοιχώµτ.. Μονωµένες κι µόνωτες οροφές προσττευµένες ή εκτεθειµένες - Τεχνικοοικονοµική διερεύνηση.. Θερµικές πώλειες οροφής (µε ψευδοροφή) ιερεύνηση γι το βέλτιστο πάχος µόνωσης. 3. ιµόρφωση δπέδου σε δπεδοθέρµνση Θερµικές ροές προς τ πάνω κι προς τ κάτω Βέλτιστη θερµοµόνωση. 4. Μονωµέν κι µόνωτ επίπεδ τοιχώµτ Τεχνοοικονοµική διερεύνηση. 5. Θερµοµόνωση σωληνώσεων ζεστού νερού Η επίδρση του πάχους µόνωσης σε σχέση µε τη διάµετρο Βέλτιστο πάχος µόνωσης σωληνώσεων.
η Ενότητ : Συνλλγή θερµότητς µε κτινοβολί κι ηλική κτινοβολί. 6. Πίστ πγοδροµίου Μείωση πωλειών κτινοβολίς Εξοικονόµηση Ενέργεις. 7. Μπλκονόπορτ µε διπλά τζάµι Μείωση πωλειών κτινοβολίς. 8. Κολυµβητική δεξµενή Μείωση πωλειών κτινοβολίς Εξοικονόµηση Ενέργεις. 9. Οροφή ψυκτικού θλάµου υπό την επίδρση κι της ηλικής κτινοβολίς. 3 η Ενότητ : Υπολογισµός συντελεστή µετβίβσης θερµότητς Αξιολόγηση µόνωσης. 0. Αµόνωτη ή µονωµένη κυλινδρική δεξµενή ζεστού νερού Υπολογισµός συντελεστή µετβίβσης θερµότητς Οικονοµική ξιολόγηση µόνωσης.. Θερµοµόνωση επιφάνεις ξηρντηρίου Υπολογισµός συντελεστών µετβίβσης της θερµότητς Τεχνικοοικονοµική ξιολόγηση µόνωσης. 4 η Ενότητ : Ενλλάκτες θερµότητς.. Βυθισµένος ενλλάκτης θερµότητς επνάψυξης νερού Βελτίωση του COP ψύκτη. 3. Ενλλάκτης νάκτησης θερµότητς κυσερίων Υπολογισµός του συνολικού συντελεστή µετάδοσης θερµότητς. 4. Προθερµντήρς µζούτ κι υπολογισµός θερµικών πωλειών του. 5. Πλκοειδής ενλλάκτης Επίπτωση της θερµοκρσίς εισόδου θερµντικού µέσου κι της επικάθισης των λάτων. Η πρώτη ενότητ περιλµβάνει κυρίως εφρµογές σε οριζόντι (οροφές, δάπεδ) κι κυλινδρικά (σωληνώσεις) τοιχώµτ. Σε κάθε ξεχωριστή µελέτη εφρµόζουµε τις µθηµτικές εκφράσεις που νλογούν σε κάθε φινόµενο µετάδοσης θερµότητς, κυρίως µονοδιάσττη γωγή µε την τυτόχρονη επίδρση κι της συνγωγής. Στην συνέχει µέσω κριτηρίων ξιολόγησης όπως η Κθρά Προύσ Αξί κι η Έντοκη Περίοδος Αποπληρωµής, εξετάζουµε κτά πόσο οι επεµβάσεις µε την προσθήκη µονώσεων είνι οικονοµικά βιώσιµες. Τέλος µε την βοήθει διγρµµάτων προκύπτουν τ νάλογ συµπεράσµτ. Στην δεύτερη ενότητ εξετάζουµε φινόµεν µετάδοσης θερµότητς µε κτινοβολί. Ο τρόπος µετάδοσης θερµότητς µε κτινοβολί διφέρει σε δύο σηµντικά σηµεί πό τους τρόπους µετφοράς θερµότητς µε γωγή κι συνγωγή ) ότι δεν πιτείτι µέσο (ύλη) κι β) η µετφορά ενέργεις είνι νάλογη προς την τέτρτη δύνµη της θερµοκρσίς των εµπλεκόµενων σωµάτων. Στηριζόµενοι στις µθηµτικές εξισώσεις που νφέροντι στην κτινοβολί µπορούµε ν υπολογίσουµε την θερµική ισχύ που µετβιβάζετι µέσω κτινοβολίς. Βσικοί µέθοδοι µείωσης της µετβιβζόµενης µε κτινοβολί ισχύος είνι η χρήση νκλστικών επιστρώσεων ή/κι πετσµάτων. Με τ προηγούµεν οικονοµικά κριτήρι µπορούµε πάλι ν κρίνουµε κτά πόσο οι επεµβάσεις υτές είνι εφικτές κι συµφέρουσες. Στην τρίτη ενότητ σχολούµστε κυρίως µε την µετφορά θερµότητς σε ρευστά των οποίων η κίνηση οφείλετι σε πρόσδοση εξωτερικού έργου, δηλδή έχουµε
εξνγκσµένη συνγωγή, στρωτή ή τυρβώδη. Εκτός πό την εξνγκσµένη συνγωγή σχολούµστε κι µε την φυσική ή ελεύθερη συνγωγή, όπου το ρευστό κινείτι υπό την επίδρση νοδικών δυνάµεων προερχόµενων πό µετβολές στην πυκνότητ, λόγω θερµοκρσικών διφορών. Οι σχέσεις υπολογισµού του συντελεστή συνγωγής (µετβίβσης της θερµότητς) που νφέροντι στην βιβλιογρφί είνι γι συγκεκριµένες γεωµετρικές διµορφώσεις. Επιλέγοντι βάσει κάποιων κριτηρίων, όπως ο ριθµός Prandtl κι Rayleigh. Εκτός πό τον υπολογισµό του συντελεστή µετβίβσης σ υτήν την ενότητ βρίσκουµε την εξοικονόµηση ενέργει που επιτυγχάνουµε µε την προσθήκη µονωτικών υλικών στις συγκεκριµένες εφρµογές. Αυτό γίνετι συγκρίνοντς την κτάστση πριν κι µετά, κι ξιολογώντς οικονοµικά το όφελος που προκύπτει σε σχέση µε το κόστος που είχε η επένδυση. Στην τέτρτη ενότητ σχολούµστε κι µελετούµε διάφορους τύπους ενλλκτών θερµότητς, σε σχέση κι µε την ενεργεική τους συµπεριφορά. Αρχικά βρίσκουµε τους συντελεστές συνγωγής µε την βοήθει συγκεκριµένων υπολογιστικών σχέσεων, όπως κάνµε κι στην προηγούµενη ενότητ. Βσικά ζητούµεν σ υτές τις µελέτες είνι ο συνολικός συντελεστής µετάδοσης θερµότητς του ενλλάκτη κθώς κι το πιτούµενο εµβδόν της επιφάνεις, ώστε ν µετφέρετι θερµότητ µε έν δεδοµένο ρυθµό γι δεδοµένες θερµοκρσίες κι ρυθµούς ροής ρευστών. Ακόµ βλέπουµε πως επηρεάζετι η λειτουργί του ενλλάκτη µε λλγές στις συνθήκες, οι θερµικές πώλειες πό την προσθήκη µονώσεων, κθώς κι πως οι επικθίσεις λάτων επηρεάζουν την ποδοτικότητ του ενλλάκτη. Ως συµβουλευτικά βοηθήµτ χρησιµοποιήθηκν, κυρίως οι Σηµειώσεις πρδόσεων του κ. Κτενιδάκη Μιχ., τ λιγοστά ελληνικά συγγράµµτ κθώς κι ρκετά ξέν (γγλικά) βιβλί Μετάδοσης Θερµότητς. Ευχριστώ όλους όσους βοήθησν, µε οποιοδήποτε θετικό ή ρνητικό σχόλιο κι προτάσεις, στην περίωση κι ρτιότερη εµφάνιση της πτυχικής. Α. Στρτάκη
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. ΜΕΤΑ ΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΣΥΝΑΓΩΓΗ ΣΕ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΕΠΙΠΕ Α ΚΑΙ ΚΥΛΙΝ ΡΙΚΑ ΤΟΙΧΩΜΑΤΑ.... 5 Μελέτη η. Μονωµένες κι µόνωτες οροφές, προσττευόµενες ή εκτεθειµένες Τεχνικοοικονοµική διερεύνηση.... 5 Λύση:...6 Ερώτηµ Α:...8 Ερώτηµ Β:... Ερώτηµ Γ:... Συµπέρσµ:...9 Μελέτη η. Θερµικές πώλειες οροφής ( Με ψευδοροφή) ιερεύνηση γι το βέλτιστο πάχος µόνωσης... 0 Ερώτηµ Α:... Ερώτηµ Β:...4 Ερώτηµ Γ:...5 Ερώτηµ :...7 Ερώτηµ Ε....9 Συµπέρσµ:...3 Μελέτη 3 η. ιµόρφωση δπέδου σε δπεδοθέρµνση Θερµικές ροές προς τ πάνω κι προς τ κάτω Βέλτιστη θερµοµόνωση... 33 Λύση:...34 Ερώτηµ Α:...34 Ερώτηµ Β:...36 Ερώτηµ Γ:...37 Ερώτηµ :...38 Ερώτηµ Ε:...39 Συµπέρσµ:...4 Μελέτη 4 η Μονωµέν κι µόνωτ επίπεδ τοιχώµτ Τεχνοοικονοµική διερεύνηση.43 Λύση:...44 Ερώτηµ Α:...44 Ερώτηµ Β:...45 Ερώτηµ Γ:...49 Ερώτηµ :...5 Συµπέρσµ:...54 Μελέτη 5 η. Θερµοµόνωση σωληνώσεων ζεστού νερού Η επίδρση του πάχους µόνωσης σε σχέση µε τη διάµετρο Βέλτιστο πάχος µόνωσης σωληνώσεων... 56 Λύση:...57 Ερώτηµ Α:...57 Ερώτηµ Β:...58 Ερώτηµ Γ:...60 Ερώτηµ :...67 Συµπέρσµ:...7
. ΣΥΝΑΛΛΑΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΚΑΙ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ....7 Μελέτη 6 η Πίστ πγοδροµίου - Μείωση πωλειών κτινοβολίς - Εξοικονόµηση Ενέργεις... 7 Λύση :...73 Ερώτηµ Α:...73 Ερώτηµ Β:...75 Ερώτηµ Γ:...76 Ερώτηµ Ε:...79 Συµπέρσµ:...83 Μελέτη 7 η Μπλκονόπορτ µε διπλά τζάµι µείωση πωλειών κτινοβολίς... 84 Λύση:...84 Ερώτηµ Α:...85 Ερώτηµ Β:...86 Ερώτηµ Γ:...87 Ερώτηµ :...88 Συµπέρσµ:...90 Μελέτη 8 η. Κολυµβητική δεξµενή µείωση πωλειών κτινοβολίς Εξοικ. Ενέργεις.9 Λύση:...93 Ερώτηµ Α:...93 Ερώτηµ Β:...95 Ερώτηµ Γ:...99 Ερώτηµ :...0 Συµπέρσµ:...0 Μελέτη 9 η. Οροφή ψυκτικού θλάµου υπό την επίδρση κι της ηλικής κτινοβολίς 03 Λύση:...04 Ερώτηµ Α:...04 Ερώτηµ Β:...05 Υποερώτηµ Β...05 Υποερώτηµ Β...07 Ερώτηµ Γ:...08 Συµπέρσµ:...5 3. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΟΝΩΣΗΣ... 6 Μελέτη 0 η. Αµόνωτη ή µονωµένη κυλινδρική δεξµενή ζεστού νερού Υπολογισµός συντελεστή µετβίβσης θερµότητς Οικονοµική ξιολόγηση µόνωσης.. 6 Λύση:...7 Ερώτηµ Α:...7 Ερώτηµ Β:...7 Ερώτηµ Γ:...8 Ερώτηµ :...35 Συµπέρσµ:...37
Μελέτη η. Θερµοµόνωση επιφάνεις ξηρντήριου Υπολογισµός συντελεστών µετβίβσης της θερµότητς Τεχνικοοικονοµική ξιολόγηση µόνωσης.... 39 Λύση:...40 Ερώτηµ Α:...40 Ερώτηµ Β:...46 Ερώτηµ Γ:...5 Συµπέρσµ:...53 4.EΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ... 55 Μελέτη η Βυθισµένος ενλλάκτης θερµότητς Επνάψυξης νερού Βελτίωση του COP ψύκτη... 55 Λύση:...56 Ερώτηµ Α:...56 Ερώτηµ Β:...58 Ερώτηµ Γ:...59 Ερώτηµ :...60 Συµπέρσµ:...66 Μελέτη 3 η. Ενλλάκτης νάκτησης θερµότητς κυσερίων Υπολογισµός του συνολικού συντελ. µετάδοσης θερµότητς... 67 Λύση:...68 Ερώτηµ Α, Β:...68 Ερώτηµ Γ:...84 Ερώτηµ :...9 Συµπέρσµ:...93 Μελέτη 4 η. Προθερµντήρς µζούτ κι υπολογισµός θερµικών πωλειών του.... 94 Λύση:...95 Ερώτηµ Α:...95 Ερώτηµ Β:...07 Ερώτηµ Γ:...0 Συµπέρσµ:...8 Μελέτη 5 η. Πλκοειδής ενλλάκτης - Επίπτωση της θερµοκρσίς εισόδου θερµντικού µέσου κι της επικάθισης των λάτων... 9 Λύση:...0 Ερώτηµ Α:...0 Ερώτηµ Β:...4 Ερώτηµ Γ:...6 Συµπέρσµ:...30 Πράρτηµ. Επεξηγήσεις εξισώσεων.... 3 Επεξήγηση εξισώσεων Μετάδοσης Θερµότητς.... 3. Μετάδοση θερµότητς µε γωγή συνγωγή....3. Μετάδοση θερµότητς µε κτινοβολί....33 3. Σχέσεις υπολογισµού συντελεστών συνγωγής γι φυσική συνγωγή....36 4. Σχέσεις υπολογισµού συντελ. συνγωγής γι εξνγκσµένη συνγωγή...38 5. Σχέσεις υπολογισµού γι ενλλάκτες θερµότητς....40 6. Επεξήγηση εξισώσεων Εξοικονόµησης ενέργεις....43 3
Πράρτηµ. Πίνκες.... 46 Πίνκς A. Συντελεστές θερµική γωγιµότητς υλικών...46 Πίνκς A. Συντελεστές θερµικής µετάβσης (πό έρ σε οικοδοµικό τοίχωµ κι ντίστροφ )...5 Πίνκς A3. Τιµές του συντελεστή µετβίβσης της θερµότητς ( i, ο )...5 Πίνκς A4. Θερµοκρσιών κι άλλων στοιχείων πόλεων....53 Πίνκς A5. Συντελεστής ολικής εκποµπής ( κτινοβολίς ) διφόρων επιφνειών....55 Πίνκς Α6. Συντελεστής πορρόφησης διφόρων επιφνειών ως προς την ηλική κτινοβολί( s )...60 Πίνκς Α7. Θερµογόνος δύνµη κυσίµων....60 Πίνκς Α8. Πυκνότητ υγρών κι έριων κυσίµων....6 Πίνκς Α9. Συντελεστές µεττροπής µονάδων ενέργεις....6 Πίνκς Α0. Συντελεστές µεττροπής µονάδων ισχύος....6 Βιβλιογρφί.... 6 ιδικτυκοί Τόποι.... 6 4
. ΜΕΤΑ ΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΣΥΝΑΓΩΓΗ ΣΕ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΕΠΙΠΕ Α ΚΑΙ ΚΥΛΙΝ ΡΙΚΑ ΤΟΙΧΩΜΑΤΑ. Μελέτη η. Μονωµένες κι µόνωτες οροφές, προσττευόµενες ή εκτεθειµένες Τεχνικοοικονοµική διερεύνηση. Στο πρκάτω σχήµ δείχνετι η οροφή ισόγεις κτοικίς σε τοµή.(οι διστάσεις σε c.) η κτοικί βρίσκετι στην Αθήν κι θερµίνετι έτσι ώστε η θερµοκρσί των χώρων της ν είνι 0 C. 5 οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 επίχρισµ Αρχικά η οροφή βρίσκετι εκτεθειµένη στο εξωτερικό περιβάλλον, διότι ο ιδιοκτήτης σκοπεύει ν συνεχίσει µελλοντικά την νέγερση ορόφου, ο οποίος θ θερµίνετι πό την ίδι εγκτάστση. Ο ιδιοκτήτης προβληµτίζετι ν πρέπει ν προχωρήσει σε µι πλή θερµοµόνωση της οροφής, προκειµένου ν περιοριστούν οι θερµικές πώλειες επί όσο χρονικό διάστηµ δεν θ υπάρχει ο όροφος. Η θερµοµόνωση θ γίνει µε επικάλυψη της οροφής µε διογκωµένη πολυουρεθάνη, σε πάχος 4c κι τελική επικάλυψη γρµπιλοσκυροδέµτος 700 kg/ 3, σε πάχος 5c. Α. Ν υπολογισθεί η µείωση των πωλειών θερµότητς πό την οροφή κι της κτνλισκόµενης ντίστοιχ ετήσις ποσότητς πετρελίου (diesel), φού προηγουµένως υπολογισθούν (µε προσέγγιση χιλιοστού) όλοι οι πιτούµενοι συντελεστές θερµοπερτότητς. Υποθέστε: -Συνολικό βθµό πόδοσης της εγκτάστσης θέρµνσης 80%. Β. Ν βρεθεί γι πόσ (τουλάχιστον) χρόνι ν κθυστερήσει η νέγερση του ορόφου θ είνι συµφέρουσ η τοποθέτηση της µόνωσης. Υποθέστε: - Κόστος της µόνωσης 35 /. - Επιτόκιο δνεισµού (ποπληθωρισµένο) 5%. - Κόστος κυσίµου 0,60 /L. Γ. N επνληφθούν τ ερωτήµτ Α κι Β, λλά γι την περίπτωση που η οροφή είνι τύπου Z llner, όπως στο πρκάτω σχήµ (Οι διστάσεις σε c). οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 0 40 0 µονωτικό υλικό επίχρισµ 5
Λύση: Αρχικά πρέπει ν υπολογίσουµε τους συντελεστές θερµοπερτότητς που θ έχουµε στην περίπτωση µόνωτης οροφής κι τον συντελεστή θερµοπερτότητς στην περίπτωση που υπάρχει µόνωση πάνω πό την οροφή. ) Περίπτωση: Χωρίς µόνωση. θ 5 οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 θ επίχρισµ Σχήµ. Τοµή της οροφής χωρίς την προσθήκη µονωτικού υλικού. Στρώσεις d () λ (kcal/ h ο C). Οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 0,5,75. Ασβεστοτσιµεντοκονίµ 0,0 0,75 Οι συντελεστές θερµικής γωγιµότητς βρίσκοντι πό τον Πίνκ Α του πρρτήµτος. ροφής (Εξίσωση ) δ δ + + + 0 λ λ i i : Εσωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/h C 0: Εξωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/h C δ : Πάχος στρώµτος οπλισµένου σκυροδέµτος δ : Πάχος στρώµτος σβεστοτσιµεντοκονιάµτος Αντικθιστώντς στην εξίσωση () προκύπτει: δ λ 0 ροφής 0 0,0 0,75 7 0 kcal / h, δ + λ λ kcal / h kcal / h δ + λ,75 C C, C + δ i 0,5 kcal / h C ροφής 0 0,5 + +,75 0,0 0,75 οροφής + 7 3,76 3,76 kcal/h kcal / h C C 6
β) Περίπτωση: Με µόνωση. θ 5 4 γρµπιλοσκυροδέµ διογκωµένη πολυουρεθάνη 5 οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 επίχρισµ θ Σχήµ. Τοµή της οροφής µε την προσθήκη µονωτικού υλικού. Στρώσεις d () λ (kcal/ h C). Γρπιλοσκυρόδεµ 700 kg/ 3 0,05 0,70. ιογκωµένη πολυουρεθάνη 0,04 0,035 3. Οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 0,5,75 4. Ασβεστοτσιµεντοκονίµ 0,0 0,75 ροφής (Εξίσωση ) δ δ δ3 δ 4 + + + + + 0 λ λ λ 3 λ 4 i i : Εσωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/h C 0: Εξωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/h C δ : Πάχος στρώµτος γρπιλοσκυροδέµτος 700 kg/ 3 δ : Πάχος στρώµτος διογκωµένης πολυουρεθάνης δ 3 : Πάχος στρώµτος οπλισµένου σκυροδέµτος δ 4 : Πάχος στρώµτος σβεστοτσιµεντοκονιάµτος Αντικθιστώντς στην εξίσωση () προκύπτει: δ λ λ λ λ 0 3 4 i ροφής 0 0,04 0,70 0,035 0,75,75 7 0 kcal / h, δ + λ δ kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h 3 δ + λ 0,0 C C, C, C, C, C, δ + λ δ 0,05, 3 3 δ + λ δ 4 4 4 + 0,5, i ροφής 0 + 0,05 0,70 0,658kcal / h 0,04 + + 0,035 ο C 0,0 0,75 + 0,5,75 + 7 οροφής 0,658 kcal/h C 7
Ερώτηµ Α: Οι πώλειες θερµότητς που θ έχουµε νά της οροφής θ βρεθεί µε την χρήση του πρκάτω τύπου. Συγκρίνοντς τις πώλειές που έχουµε χωρίς την µόνωση κι µε την ύπρξη της µόνωσης βρίσκουµε την µείωση των πωλειών. q οροφής (θ -θ ) (Εξίσωση 3) q: Οι πώλειες θερµότητς της οροφής kcal/h Κ ορ. : Συντελεστής θερµοπερτότητς οροφής kcal/h C θ : Εσωτερική θερµοκρσί χώρου C θ : Θερµοκρσί περιβάλλοντος C Η εσωτερική θερµοκρσί του χώρου σύµφων µε τ δεδοµέν είνι ίση µε θ 0 C ενώ η θερµοκρσί περιβάλλοντος γι την περιοχή της Αθήνς σύµφων µε τον Πίνκ Α4 του πρρτήµτος είνι + C. Αντικθιστώντς στην εξίσωση (3) γι κάθε περίπτωση ντίστοιχ προκύπτει: ) Περίπτωση: Χωρίς µόνωση. q Κ θ Κ οροφής 0 οροφής 3,76 C, (θ θ θ kcal / h C ) C β) Περίπτωση: Με µόνωση. q 3,76 (0 ) 6,4 kcal / h q 6,4 kcal/h q θ β Κ Κ οροφής 0 οροφής 0,658 C, (θ θ θ kcal / h C ) C q β 0,658 (0 ),50 kcal / h β q,50 Η µείωση θερµικής ισχύος εξιτίς τοποθέτηση της µόνωσης είνι ίση µε: q q -q β (Εξίσωση 4) Αντικθιστώντς στην εξίσωση (4) προκύπτουν τ εξής ποτελέσµτ: kcal/h q q q q β q 6,4,50 β kcal / h kcal / h q 6,4,50 49,74 Το ποσοστό µείωσης των πωλειών είνι: kcal / h q 49,74 kcal/h 8
P q 49,74 q q q 6,4 kcal / h kcal / h P 49,74 6,4 0,799 P% 80 % Γι ν βρούµε την µείωση της ποσότητς πετρελίου που θ έχουµε εξιτίς της τοποθέτησης της µόνωσης θ πρέπει πρώτ ν βρούµε τη θερµική ενέργει που κτνλώνετι σε κάθε περίπτωση. Στη συνέχει µπορούµε ν βρούµε την ενέργει που εξοικονοµούµε λόγω της τοποθέτησης της µόνωσης. Η ολικές ενεργεικές πώλειες χωρίζοντι στις θερµικές πώλειες λόγω θερµοπερτότητς (γωγιµότητς) κι στις θερµικές πώλειές λόγω ερισµού. Ε ολ. Ε +Ε (Εξίσωση 5) Ε ολ. : Ολική ενεργεική πώλει. Ε. : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω γωγιµότητς Ε : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω ερισµού Θερµικές πώλειες λόγω γωγιµότητς: Ε Κ ορ F ολ DD h 4 (Εξίσωση 6) Ε. : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω γωγιµότητς kcal/y Κ ορ : Συντελεστής θερµοπερτότητς kcal/h C. F ολ. : Συνολική επιφάνει DD h : Βθµοηµέρες θέρµνσης C day Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω ερισµού: Q DD h 4 Ε (Εξίσωση 7) θ Ε. : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω ερισµού kcal/y Q. : Απώλειες ερισµού kcal/h DD h : Βθµοηµέρες θέρµνσης C day θ: Θερµοκρσική διφορά C Γι ν έχουµε θερµικές πώλειες λόγω ερισµού πρέπει ν υπάρχουν νοίγµτ έτσι ώστε η είσοδος έρ πό της χρµάδες τους ν υξάνει τις πώλειες. Στην περίπτωση µς η οροφή δεν διθέτει νοίγµτ, άρ δεν υπάρχουν πώλειες λόγω ερισµού (ή ν υπάρχουν είνι όµοι στις δύο περιπτώσεις). Αντικθιστώντς στην εξίσωση (6) κι νά µονάδ επιφάνεις της µόνωσης προκύπτουν οι πρκάτω πώλειες λόγω γωγιµότητς γι κάθε περίπτωση: 9
) Περίπτωση: Χωρίς µόνωση. E F ολ. Κ DD 4 Κ ορ. 3,76 kcal / h DD 00 C d / y h ορ. h C E F ολ. 3,76 00 4 86486,4 kcal/ y β) Περίπτωση: Με µόνωση. E F β ολ. Κ DD 4 Κ ορ. 0,658 kcal / h DD 00 Cd / y h ορ. h C E F β ολ. 0,658 00 4 737, E 86486 kcal/ Fολ. kcal / y y Η εξοικονοµούµενη ενέργει είνι ίση µε: E β 737 kcal/ F ολ. y Ε Ε - Ε β (Εξίσωση 8) Αντικθιστώντς στην προηγούµενη εξίσωση προκύπτει: Ε Ε Ε Ε β Ε 86486 737 β kcal / kcal / y y Ε 86486 737 695 kcal / y Ε 695 kcal/ y Γι την µείωση της ετήσις κτνάλωσης πετρελίου θ πρέπει ν γίνει χρήση του πρκάτω τύπου: Ε G n Θ κ (Εξίσωση 9) G. : Εξοικονόµηση κυσίµου kg/ y Ε. : Εξοικονόµηση ενέργεις kcal/ y Θ κ : Κτωτέρ θερµογόνος δύνµη κυσίµου kcal/ kg n: Ολικός βθµός πόδοσης της εγκτάστσης Αντικθιστώντς στην εξίσωση (9) προκύπτουν τ πρκάτω ποτελέσµτ: 0
Ε G n Θ Ε 695 n 0,80 Θ κ κ 050 kcal / kcal / kg y 695 G 0,80 050 8,43 kg / y G 8,43 kg/ y Όµως η πυκνότητ του diesel είνι ίση µε 0,84 kg /L, έτσι: G 8,43 kg / y 0,04 L / y G 0 L/ y 0,84 kg / L Ερώτηµ Β: Γι ν είνι συµφέρουσ η τοποθέτηση της µόνωσης θ πρέπει ν έχουµε κερδίσει πίσω τ χρήµτ που ξοδέψµε γι υτή την επένδυση πριν την νέγερση του πάνω ορόφου. Το χρονικό υτό διάστηµ, κι γι έν συγκεκριµένο ποπληθωρισµένο επιτόκιο θ µς το δώσει η Εντοκή Περίοδος Αποπληρωµής (Ε.Π.Α). Το χρονικό διάστηµ στο οποίο µηδενίζετι η Κθρά Προύσ Αξί (Κ.Π.Α) είνι η Ε.Π.Α. Ο τύπος που θ µς δώσει την Ε.Π.Α. είνι ο πρκάτω: Κι το ΕΟΟ ισούτι µε: ΑΚΕ ln[ r ] ΕΠΑ ΚΕΟΟ (Εξίσωση 0) ln( + r) ΕΟΟ G τ κ (Εξίσωση ) ΕΠΑ. : Έντοκη Περίοδος Αποπληρωµής years r. : Αποπληθωρισµένο επιτόκιο ΑΚΕ: Αρχικό Κόστος Επένδυσης Ευρώ ΚΕΟΟ: Κθρό Ετήσιο Οικονοµικό Όφελος Ευρώ/y τ κ. : Τιµή κυσίµου /L Εποµένως ντικθιστώντς στην εξίσωση () προκύπτει: EOO G τ κ G 0 L / τ 0,60 / L κ y EOO 0 0,60 6 / y EOO 6 / y Επειδή δεν έχουµε άλλ έξοδ λειτουργίς, συντήρησης το ΕΟΟ είνι κι ΚΕΟΟ. Το κθρό ετήσιο οικονοµικό όφελος είνι ίσο µε ΚΕΟΟ 6 / y. Το ΑΚΕ πό τ δεδοµέν µς είνι ίσο µε 35 /.
Αντικθιστώντς στην εξίσωση (0) προκύπτει: ΑΚΕ ln[ r ] EΠΑ ΚΕΟΟ ln( + r) r 0,05 AE 35 / EOO 6 / y ΕΠΑ 35 ln[ 0,05 ] 6 7,06years ln( + 0,05) Ερώτηµ Γ: ΕΠΑ 7,06 years Γι το τρίτο ερώτηµ θ πρέπει ν υπολογίσουµε συντελεστή θερµοπερτότητς ότν η οροφή είνι τύπου Z llner κι τον συντελεστή θερµοπερτότητς που θ έχουµε ότν σ υτόν τον τύπο οροφής προστεθεί επιπλέον µόνωση. Η διδικσί υπολογισµού υτών των συντελεστών νλύετι πρκάτω. ) Περίπτωση: Οροφή τύπου Z llner. θ ΙΙ I οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 0 40 0 ιογκωµένη πολυουρεθάνη επίχρισµ θ Σχήµ 3. Τοµή της οροφής τύπου Z llner. Στρώσεις Ι d () ΙΙ d () λ (kcal/ h C). Οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 0, 0,,75. ιογκωµένη πολυουρεθάνη - 0,0 0,035 3. Ασβεστοτσιµεντοκονίµ 0,0 0,0 0,75 Γι το κοµµάτι της οροφής που δεν έχει µόνωση Ι: Κ Ι (Εξίσωση ) δ δ + + + λ λ i 0 Γι το κοµµάτι της οροφής που έχει µόνωση ΙΙ: Κ ΙΙ (Εξίσωση 3) δ δ δ3 + + + + λ λ λ i 3 0
Ο συντελεστής θερµοπερτότητς της οροφής τύπου Z llner µε υτές τις διστάσεις της µόνωσης ισούτι µε: z 0 40 Κ Ι + Κ ΙΙ (Εξίσωση 4) 50 50 Αντικθιστώντς στην εξίσωση () τ δεδοµέν που έχουµε προκύπτουν τ πρκάτω ποτελέσµτ: Κ λ λ i Ι 7 i,75 0,75 δ + λ δ + λ kcal / h kcal / h C, kcal / h + C δ C, 0 δ 0, 0,0 0 0 kcal / h Κ C Ι 7 +,896 0,,75 0,0 + + 0,75 kcal / h C 0 Κ Ι,896 kcal/ h C Αντικθιστώντς στην εξίσωση () τ δεδοµέν που έχουµε προκύπτουν τ πρκάτω ποτελέσµτ: Κ λ λ λ i 3 0 IΙ 7,75 0,035 0,75 0 i δ + λ kcal / h δ + λ kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h δ 3 + + λ 3 0 C, δ 0, C δ 0,0 Κ C δ3 0,0 C C ΙI 7 + 0,38 0,,75 0,0 + + 0,035 kcal / h C 0,0 0,75 + 0 Κ ΙI 0,38 kcal/ h C Ο συντελεστής της οροφής τύπου Z llner σύµφων µε την εξίσωση (4) προκύπτει στην περίπτωση µς ίσος µε: 3
Κ Κ z Ι ΙΙ 0 50 Κ,896 0,38 40 Ι + Κ 50 kcal / h kcal / h C C ΙΙ z 0 50,896 + 40 50 0,38 0,833 kcal / h C z 0,833 kcal/h C β) Περίπτωση: Οροφή τύπου Z llner µε επιπλέον µόνωση. ΙΙ θ I 5 Γρµπιλοσκυρόδεµ. 4 ιογκωµένη πολυουρεθάνη οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 0 40 0 ιογκωµένη πολυουρεθάνη επίχρισµ θ Σχήµ 4. Τοµής της οροφής τύπου Z llner µε την επιπλέον προσθήκη µόνωσης. Στρώσεις Ι d () ΙΙ d () λ (kcal/ h C). Γρµπιλοδκυρόδεµ 700 kg/ 3 0,05 0,05 0,70. ιογκωµένη πολυουρεθάνη 0,04 0,04 0,035 3. Οπλισµένο σκυρόδεµ 0, 0,,75 4. ιογκωµένη πολυουρεθάνη - 0,0 0,035 5. Ασβεστοτσιµεντοκονίµ 0,0 0,0 0,75 Γι το κοµµάτι της οροφής που δεν έχει διπλή µόνωση Ι: Κ ΙΙ (Εξίσωση 5) δ δ δ3 δ5 + + + + + λ λ λ λ i 3 5 0 Γι το κοµµάτι της οροφής που έχει διπλή µόνωση: Κ ΙΙ (Εξίσωση6) δ δ δ3 δ 4 δ5 + + + + + + λ λ λ λ λ i 3 4 5 0 Ο συντελεστής θερµππερτότητς της οροφής κι σε υτή την περίπτωση θ δοθεί πό την εξίσωση (4). Αντικθιστώντς στην εξίσωση (5) προκύπτει: 4
Κ λ λ λ λ i 3 5 Ι 7 0,70 0,035 i,75 0,75 δ + λ δ + λ kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h C, kcal / h δ + λ C C C δ 3 3 C δ δ δ + λ 0,05 5 δ 0 0,04 3 5 5 + 0, 0,0 0 0 kcal / h Κ C Ι 7 + 0,64 0,05 0,70 + kcal / 0,04 0,035 + h C 0,,75 + 0,0 0,75 + Κ Ι 0,64 kcal/ h C 0 Αντικθιστώντς στην εξίσωση (6) προκύπτει: Κ λ λ λ λ λ i 3 4 5 0 IΙ 7 0,70 0,035,75 0,035 0,75 0 i δ + λ δ + λ kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h kcal / h C, δ3 + λ C C C C δ C δ C 3 δ δ + λ 0,05 4 δ δ δ + λ 0,04 3 0, 0,0 5 4 4 5 0,0 5 + 0 Κ ΙI 7 + 0,9 0,05 0,70 + 0,04 0,035 kcal / 0, + +,75 h C 0,0 0,035 + 0,0 0,75 Κ ΙI 0,9 kcal/ h C + 0 Ο συντελεστής της οροφής τύπου Z llner σύµφων µε την εξίσωση (4) προκύπτει στην περίπτωση µς ίσος µε: Κ Κ z Ι ΙΙ 0 Κ 50 0,64 0,9 Ι + 40 50 kcal / h kcal / h Κ ΙΙ C C z 0 50 0,64+ 40 50 0,9 0,3 kcal / h C z 0,3 kcal/h C 5
Έχοντς τους συντελεστές θερµοπερτότητς γι την οροφή τύπου Z llner κι µε την επιπλέον µόνωση µπορούµε ν βρούµε την µείωση της πυκνότητς θερµορροής λόγω της τοποθέτησης της επιπλέον µόνωσης. ) Περίπτωση: Η πυκνότητ θερµορροής γι την οροφή τύπου Z llner δίνετι πό την πρκάτω σχέση. q z z (θ -θ ) (Εξίσωση 7) Αντικθιστώντς στην εξίσωση (7) προκύπτουν τ εξής ποτελέσµτ: q θ z z z 0,833 0 (θ C, θ θ ) kcal / h C C q z 0,833 (0 ) 5,83 kcal / h q 5,83 z kcal/h β) Περίπτωση: Η πυκνότητ θερµορροής γι την οροφή τύπου Z llner µε επιπλέον µόνωση δίνετι πό την πρκάτω σχέση. q zµ zµ (θ -θ ) (Εξίσωση 8) Αντικθιστώντς στην εξίσωση (8) προκύπτουν τ εξής ποτελέσµτ: q θ zµ zµ 0 zµ 0,3 C, (θ θ θ kcal / h ) C C q zµ 0,3 (0 ) 5,9 kcal / h q zµ 5,9 kcal/h Η µείωση πυκνότητς θερµορροής εξιτίς τοποθέτηση της µόνωσης είνι ίση µε: q q z -q zµ (Εξίσωση 9) Αντικθιστώντς προκύπτει: q q q q z zµ z q 5,83 5,9 zµ kcal / h kcal / h q 5,83 5,9 9,9 kcal/h q 9,9 kcal/h Το ποσοστό µείωσης των πωλειών είνι: P q q q 9,9 kcal / h q z 5,83 kcal / h 9,9 P 5,83 z 0,66 P% 6,7 % 6
Οι θερµικές πώλειες λόγω γωγιµότητς δίνοντι πό την πρκάτω εξίσωση: Ε Κ F ολ DD h 4 (Εξίσωση 0) Ε. : Θερµικές πώλειες λόγω γωγιµότητς kcal/y Κ: Συντελ. θερµοπερτότητς χωρίς ή µε επιπλέον µόνωση kcal/h C. F ολ. : Συνολική επιφάνει DD h : Βθµοηµέρες θέρµνσης C day Αντικθιστώντς στην εξίσωση (0) γι τις δύο υτές περιπτώσεις, κι νά µονάδ επιφάνεις της µόνωσης προκύπτουν τ πρκάτω ποτελέσµτ : ) Περίπτωση: Χωρίς επιπλέον µόνωση. E Κ z DD h 4 Fολ. Κ z 0,833 kcal / h DD ο 00 Cd / y h C E F ολ. 0,833 00 4 99 kcal/ y β) Περίπτωση: Με επιπλέον µόνωση. E 99 kcal/ F ολ. y E F β ολ. Κ DD 4 Κ zµ 0,3 kcal / h DD 00 Cd / y h zµ h C E F β ολ. 0,3 00 4 80 kcal/ y E β F ολ. 80 kcal/ y Η εξοικονοµούµενη ενέργει σύµφων µε την εξίσωση (8) προκύπτει ίση µε: Ε Ε Ε Ε β 99 80 Ε β kcal / kcal / y y Ε 99 80 378 kcal / y Ε 378 kcal/ y Η µείωση της ετήσις κτνάλωσης πετρελίου σύµφων µε την εξίσωση (9) προκύπτει ίση µε: 7
Ε G n Θ Ε 378 n 0,80, Θ κ Κι: κ 050 kcal / kcal / kg y 378 G,68 0,80 050 kg / y G,68 kg/ y G,68Κg / 0,84Lt / Κg y Lt / y G Lt/ y Σύµφων µε την εξίσωση () το ετήσιο οικονοµικό όφελος που θ έχουµε πό την επιπλέον προσθήκη µόνωσης στην οροφή τύπου Z llner θ είνι: EOO G τ κ G Lt / τ 0,60 / Lt κ y EOO 0,60, / y EOO, / y Άρ το Κθρό Ετήσιο Οικονοµικό Όφελος είνι ίσο Κ.Ε.Ο.Ο., / y Η Έντοκη Περίοδος Αποπληρωµής θ είνι ίση µε: ΑΚΕ ln[ r ] EΠΑ ΚΕΟΟ ln( + r) r 0,05, AE 35 /, EOO, / y ΕΠΑ 35 ln[ 0,05 ], ln( + 0,05) ΕΠΑ year 8
Συµπέρσµ: Με την συγκεκριµένη άσκηση διπιστώνουµε ότι η προσθήκη µονωτικού υλικού σε µι εκτεθειµένη οροφή µπορεί ν µειώσει την πυκνότητ θερµορροής κόµη κι κτά 80 %. Συγκρίνοντς το οικονοµικό όφελος που έχουµε πό την προσθήκη µονωτικού υλικού σε έν κτίριο που βρίσκετι στην Αθήν σε σχέση µε το κόστος γι την προσθήκη υτή, βλέπουµε ότι κάνουµε πόσβέση (µε έν ποπληθωρισµένο επιτόκιο 5%) του ρχικού κόστους επένδυσης σε 7 περίπου χρόνι. Αν η οροφή σε λιγότερο διάστηµ πό τ 7 χρόνι έχει πάψει ν είνι εκτεθειµένη, λόγω νέγερσης ενός επιπλέον ορόφου, τότε η προσθήκη µόνωσης χάνει την χρησιµότητά της, άρ δεν κτφέρνουµε ν ποσβέσουµε το ρχικό κόστος της επένδυσης. Στην περίπτωση όµως που η προσθήκη µόνωσης γίνετι σε µι οροφή όπου υπάρχει ήδη µόνωση τοποθετηµένη µέσ στο οπλισµένο σκυρόδεµ, (τύπου Z llner) τότε η µείωση της πυκνότητς θερµορροής είνι περίπου ίση µε 63 %. Το κόστος που θ έχει τώρ η επιπλέον προσθήκη µόνωσης σε σχέση µε το οικονοµικό όφελος που θ έχουµε είνι πολύ µεγλύτερο, µε ποτέλεσµ ο χρόνος στον οποίο θ κάνουµε πόσβεση ν είνι πολύ µεγάλος. Γι το λόγο υτό δεν δικιολογείτι η επιπλέον µόνωση σε µι οροφή που υπάρχει ήδη µόνωση, διότι η επιπλέον εξοικονόµηση σε σχέση µε το κόστος της επένδυσης είνι πολύ µικρή. 9
Μελέτη η. Θερµικές πώλειες οροφής ( Με ψευδοροφή) ιερεύνηση γι το βέλτιστο πάχος µόνωσης. Στην γορά διτίθεντι προκτσκευσµένες θερµοµονωµένες πλάκες - πάνελ (Θ/Π), γι χρησιµοποίησή τους στην κτσκευή ψευδοροφών (εσωτ. Χώρου). Οι πλάκες ποτελούντι πό έν στρώµ ελφρού σκυροδέµτος (µε νάµικτ δρνή), πάχους c πάνω στο οποίο έχει κτάλληλ επικολληθεί διογκωµένο µονωτικό υλικό, πάχους 3 c. Οι Θ/Π τοποθετούντι ως ψευδοροφή, σε θερµινόµενο κτάστηµ, εµβδού 00 (η πλευρά µε το ελφρό σκυρόδεµ προς τον χώρο). Η θερµοκρσί του χώρου θ διτηρείτι στους 0 C, ότν η θερµοκρσί του εξωτερικού περιβάλλοντος είνι,5 C. Ν µελετηθεί η θερµική συµπεριφορά των Θ/Π στις πρκάτω περιπτώσεις κι συγκεκριµέν: Α. εχόµστε ότι το κενό πάνω πό τις Θ/Π είνι έρς φυσικά κινούµενος (περίπου όπως κι µέσ σ έν δωµάτιο), που έχει στθερή θερµοκρσί 5 C. Ζητούντι οι πώλειες θερµότητς πό την οροφή κθώς κι η θερµοκρσί στη διχωριστική επιφάνει των δύο υλικών των Θ/Π. [Χρησιµοποιείστε τους συντελεστές µετβίβσης της θερµότητς (συνγωγής) πό τον σχετικό Πίνκ]. Β. εχόµστε ότι το κενό πάνω πό τις Θ/Π είνι έρς στθερής θερµοκρσίς πάλι 5 C, λλά θεωρούµε ότι υτός κινείτι σηµντικά κι, γι υτό το λόγο, εκτιµούµε ότι ο συντελεστής µετβίβσης της θερµότητς (συνγωγής) πό το θερµοµονωτικό υλικό προς τον έρ υτόν θ έχει τιµή 4 W/. Ζητούντι οι νέες πώλειες θερµότητς πό την οροφή. Γ. Στην πργµτικότητ πάνω πό τις πλάκες υπάρχει διάκενο - στρώµ σχετικά ήρεµου έρ, πάχους 0 c, κι πάνω π υτό υπάρχει η τελική πλάκ της οικοδοµής, πό οπλισµένο σκυρόδεµ (Β5), πάχους 5c. Ζητούντι οι πργµτικές πώλειες θερµότητς πό την οροφή κθώς κι η µικρότερη θερµοκρσί στο διάκενο έρ. Ποι πό τις πρδοχές ήτν πλησιέστερ στην πργµτικότητ : η Α ή η Β; θ 5 C φυσική κίνηση έρ θ 0 C θ 5 C ρεύµ έρ θ 0 C θπ,5 C θ 0 C Θ/Π Θ/Π δικενο ήρεµου έρ Θ/Π 5 0 0
. Στην περίπτωση Γ, ν γίνει το διάγρµµ µετβολής των θερµικών πωλειών, σε συνάρτηση µε το πάχος του διογκωµένου µονωτικού υλικού των πλκών. (Πάχος πό 0 έως 7 c-νάc). Γι ποιο πάχος µονωτικού ικνοποιείτι η πίτηση του Κνονισµού Θερµοµόνωσης Κτηρίων, ως προς τον συντελεστή θερµοπερτότητς της οροφής; Ε. Στην περίπτωση Γ, θεωρείστε ότι το κτάστηµ είνι δυντόν ν βρίσκετι στο Ηράκλειο ή στην Αθήν ή στη Θεσσλονίκη. Ν γίνει διεύρηνση γι το οικονοµικό πάχος του διογκωµένου µονωτικού υλικού των πλκών, σε κάθε πόλη, λµβάνοντς υπόψη: - Κόστος των µονωτικών πλκών, τοποθετηµένων : 3+4 x ( / ), όπου x το πάχος του µονωτικού υλικού σε c. - Επιτόκιο δνεισµού (ποπληθωρισµένο) 7%. - Κόστος κυσίµου 0,60 /L. - Βθµός πόδοσης της εγκτάστσης θέρµνσης 80%. - ιάρκει τεχνολογικής ζωής της θερµοµόνωσης Ν 5 έτη Ερώτηµ Α: θ 5 C φυσική κίνηση έρ θ Θ/Π θ 0 C ) θ 5 C Φυσική κίνηση έρ 3 ιογκωµένο µονωτικό υλικό Ελφρύ σκυρόδεµ θ Θ/Π θ 0 C β) Σχήµ. )Τοµή της οροφής µε µε φυσική κίνηση έρ µετξύ της θερµοµονωµένης πλάκς - πάνελ κι της οροφής, β)λεπτοµέρι (τοµή) της Θ/Π. Οι πώλειες θερµότητς της οροφής θ υπολογισθούν σύµφων µε τον τύπο: Q οροφής οροφής F (θ θ ) (Εξίσωση ) Q: Απώλειες θερµότητς οροφής kcal/ h Κ οροφής : Συντελεστής θερµοπερτότητς οροφής kcal/ h C F: Επιφάνει οροφής κτστήµτος θ : Θερµοκρσί στο χώρο του κτστήµτος C θ : Θερµοκρσί κινούµενου έρ C
Στην περίπτωση υτή νάµεσ στην θερµοµονωµένη πλάκ - πάνελ κι την οροφή υπάρχει φυσικά κινούµενος έρς θερµοκρσίς 5 C. Λόγω της ύπρξης υτής οι πώλειες της οροφής θ στηρίζοντι στην θερµοκρσική διφορά που υπάρχει µετξύ της θερµοκρσίς στο χώρο του κτστήµτος κι της θερµοκρσίς µετξύ της Θ/Π κι της οροφής. Επίσης ο συντελεστής θερµοπερτότητς που θ υπολογιστεί θ φορά µόνο την Θ/Π διότι είνι το µόνο υλικό που πρεµβάλλετι µετξύ του χώρου του κτστήµτος κι του κενού που υπάρχει. Ο συντελεστής θερµοπερτότητς θ υπολογιστεί σύµφων µε την πρκάτω σχέση: ροφής (Εξίσωση ) δ δ + + + λ λ i Στρώσεις d () λ (kcal/ h C). ιογκωµένο µονωτικό υλικό 0,03 0,035. Ελφρύ σκυρόδεµ (νάµικτ δρνή) 0,0 0,50 Οι συντελεστές θερµικής γωγιµότητς βρίσκοντι πό τον πίνκ Α του πτήµτος. i : Εσωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/ h C 0 : Συντελεστής θερµικής µετάβσης στο κενό πάνω πό την Θ/Π kcal/ h C δ : Πάχος στρώµτος διογκωµένου συνθετικού υλικού δ : Πάχος στρώµτος ελφρού σκυροδέµτος µε νάµικτ δρνή λ, : Συντελεστής θερµικής γωγιµότητς ντίστοιχων υλικών kcal/h C Από τον Πίνκ Α3 του πρρτήµτος βρίκµε ότι i 7 kcal/ h C κι 0 7 kcal/ h C. Αντικθιστώντς στην εξίσωση () τ δεδοµέν µς προκύπτουν τ πρκάτω: 0 δ λ λ i 0 ροφής 7 0,03 0,035 0,50 7 i kcal /, δ + λ δ kcal / h kcal / h kcal / h 0,0 h δ + λ C, C C, C, + 0 ροφής 7 0,03 + + 0,035 0,0 0,50 + 7 0,860 kcal/ h C οροφής 0,860 kcal/ h C
Οι πώλειες της οροφής σύµφων µε την εξίσωση () είνι: Q οροφής F οροφής 0,860 Fοροφής 00, θ 5 C οροφής (θ θ ) h C θ 0 C kcal / Q 0,860 00 (0 5) 580 kcal / h Q 580 kcal/h Η θερµοκρσί στην διχωριστική επιφάνει των δύο υλικών των Θ/Π θ βρεθεί πό την πρκάτω σχέση λύνοντς ως προς θ. (θ θ ) Fοροφής Q (Εξίσωση 3) δ + i λ Q: Απώλειες θερµότητς οροφής kcal/h θ : Θερµοκρσί στο χώρο του κτστήµτος C θ : Θερµοκρσί στη διχωριστική επιφάνει των υλικών της Θ/Π C F: Επιφάνει οροφής κτστήµτος i : Εσωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/ h C δ : Πάχος στρώµτος ελφρού σκυροδέµτος µε νάµικτ δρνή λ : Συντελεστής θερµικής γωγιµότητς ελφρού σκυροδέµτος kcal/h C Λύνοντς ως προς το θ κι ντικθιστώντς στην εξίσωση (3) κτλήγουµε στ πρκάτω ποτελέσµτ. δ Fοροφής θ Q ( + ) λ i θ F οροφής ο Fοροφής 00, θ 0 C θ Q 580 kcal/h, δ 0,0 ο λ 0,50 kcal/h C ο 7 kcal/h C i 00 0 580 ( + 7 00 0,0 ) 0,50 7,90 θ C 7,90 C 3
Ερώτηµ Β: θ 5 C ρεύµ έρ θ Θ/Π θ 0 C Σχήµ. Τοµή της οροφής µε ρεύµ έρ µετξύ της θερµοµονωµένης πλάκς - πάνελ κι της οροφής. Στο περίπτωση υτή νάµεσ στην θερµοµονωµένη πλάκ - πάνελ κι την οροφή υπάρχει ρεύµ έρ θερµοκρσίς 5 C. Επειδή δεν είνι φυσικά κινούµενος έρς χρκτηρίζετι πό διφορετικό συντελεστή µετβίβσης της θερµότητς. Σύµφων µε τ δεδοµέν ο συντελεστής µετβίβσης της θερµότητς εκτιµάτι ίσος µε : 0 4 W/ ή 0,04 kcal/h C Ο συντελεστής θερµοπερτότητς σύµφων µε την εξίσωση () είνι ίσος µε: δ λ λ i 0 ροφής 7 0,03 0,035 0,50 kcal /,04 i, δ + λ δ h kcal / h kcal / h kcal / δ + λ C, 0,0 C, h C, + C 0 ροφής 7 + 0,907 0,03 0,035 kcal/ 0,0 + + 0,50 h C,04 ροφής 0,907 kcal/ h C Οι πώλειες θερµότητς της οροφής θ υπολογισθούν σύµφων µε την εξίσωση () κι γι τ δεδοµέν υτής της περίπτωσης προκύπτουν τ πρκάτω ποτελέσµτ: Q οροφής F οροφής 0,907 Fοροφής 00, θ 5 C οροφής (θ θ ) h C θ 0 C kcal / Q 0,907 00 (0 5) 7 kcal / h Q 7 kcal/h 4
Η θερµοκρσί στην διχωριστική επιφάνει των δύο υλικών των Θ/Π θ βρεθεί λύνοντς ως προς το θ την εξίσωση (3) κι ντικθιστώντς. θ F Q 7 λ F οροφής οροφής 00 0,50 θ F, kcal/h, Q ( οροφής kcal/h θ δ C i δ + λ 0 C 0,0 i 7 ) kcal/h θ C 00 0 7 ( + 7 00 0,0 ) 0,50 7,78 C Ερώτηµ Γ: θ 7,8 C θ3 θ3,5 C 5 δικενο ήρεµου έρ 0 Θ/Π θ 0 C Σχήµ 3. Τοµή της οροφής µε διάκενο ήρεµου έρ φυσική κίνηση έρ µετξύ της θερµοµονωµένης πλάκς - πάνελ κι της οροφής. Στην περίπτωση υτή έχουµε διάκενο ήρεµου έρ το οποίο χρκτηρίζετι πό µι συγκεκριµένη ντίστση θερµοδιφυγής κι δεν έχει στθερή θερµοκρσί. Έτσι η θερµοκρσική διφορά που θ δηµιουργεί τις πώλειες θερµότητς θ είνι µετξύ της θερµοκρσίς στο εσωτερικό του κτστήµτος κι της θερµοκρσίς του περιβάλλοντος. Ο συντελεστής θερµοπερτότητς θ υπολογιστεί σύµφων µε την πρκάτω σχέση: ροφής (Εξίσωση 4) δ δ δ3 δ 4 + + + + + λ λ λ λ i Στρώσεις d () λ (kcal/ h C). Οπλισµένο σκυρόδεµ Β5 0,5,75. ιάκενο (πό πίνκ Κ.Θ.Κ) 0,0 δ/λ0,9( h C/kcal) 3. ιογκωµένο µονωτικό υλικό 0,03 0,035 4. Ελφρύ σκυρόδεµ (νάµικτ δρνή) 0,0 0,50 3 4 0 5
i : Εσωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/ h C 0 : Συντελ. θερµικής µετάβσης εξωτερικά πάνω πό την οροφή kcal/ h C δ : Πάχος στρώµτος οπλισµένου σκυροδέµτος δ : Πάχος διάκενου δ 3 : Πάχος στρώµτος διογκωµένο µονωτικού υλικού δ 4 : Πάχος στρώµτος ελφρού σκυροδέµτος (νάµικτ δρνή) λ,,3,4 Συντελεστές θερµικής γωγιµότητς ντίστοιχων υλικών kcal/h C Ο εσωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης είνι ίσος µε i 7 kcal/ h C κι ο εξωτερικός συντελεστής 0 0 kcal/ h C (Από Πίνκ Α του πρρτήµτος ). Αντικθιστώντς στην εξίσωση (4) προκύπτει: δ δ λ λ λ i ροφής 3 3 4 7 0,5 0,03,75 0,035 0,50 0 i kcal/h,, δ δ kcal/h kcal/h kcal/h kcal/h δ + + λ C, /λ 0,0 4 C C, 0,9 C δ λ C, δ + 3 + λ 3 h δ 4 λ 4 + 0 C/kcal ροφής 7 + 0,5,75 0,03 + 0,9 + + 0,035 0,743 kcal/h C οροφής 0,743 kcal/ 0,0 0,50 + h C 0 Οι πώλειες θερµότητς της οροφής θ υπολογισθούν κι σε υτή την περίπτωση σύµφων µε την εξίσωση () έτσι προκύπτουν τ πρκάτω ποτελέσµτ: Q οροφής Fοροφής (θ θ ) οροφής 0,743 kcal / h C Fοροφής 00, θ 0 C θ θ 3,5 C Q 0,743 00 (0,5) 749 kcal / h Q 749 kcal/h Η µικρότερη θερµοκρσί στο διάκενο έρ είνι η θερµοκρσί που έχει το οπλισµένο σκυρόδεµ πό την πλευρά που είνι το διάκενο. Η θερµοκρσί υτή θ βρεθεί πό την πρκάτω σχέση λύνοντς ως προς θ 3. 6
Q (θ θ ) F 3 3 (Εξίσωση 5) δ + 0 λ Q: Απώλειες θερµότητς οροφής kcal/h θ 3 : Θερµοκρσί πάνω στην εσωτερική πλευρά του σκυροδέµτος C θ 3 : Θερµοκρσί περιβάλλοντος C F: Επιφάνει οροφής κτστήµτος 0 : Εξωτερικός συντελεστής θερµικής µετάβσης kcal/ h C δ : Πάχος στρώµτος οπλισµένου σκυροδέµτος λ : Συντελεστής θερµικής γωγιµότητς οπλισµένου σκυροδέµτος kcal/h C Η θερµοκρσί πάνω στην εσωτερική πλευρά του σκυροδέµτος θ βρεθεί πό την εξίσωση (5) λύνοντς ως προς το θ 3 κι ντικθιστώντς: θ F Q 749 δ λ 3 0 (F οροφής 0,5,75 0 οροφής 00 kcal/h, θ 3) + Q ( θ 3 kcal/h kcal/h F, οροφής,5 C C C 0 δ + ) λ θ (00,5) + 749 ( 00 0 + 0,5 ),75 3,37 C θ 3 3,4 C Η πρδοχή που ήτν πλησιέστερ στην πργµτικότητ πό τις δύο περιπτώσεις ήτν η περίπτωση Β. Ερώτηµ : Στο ερώτηµ πρέπει ν γίνει το διάγρµµ µετβολής των θερµικών πωλειών σε συνάρτηση µε το πάχος του διογκωµένου µονωτικού υλικού µετβάλλοντς το πό 0 έως 6c - νά c. Το διάγρµµ υτό θ γίνει εφρµόζοντς τ δεδοµέν της Γ περίπτωσης. Γι ν προκύψει το πρκάτω διάγρµµ θ πρέπει ν βρίσκουµε κάθε φορά το συντελεστή θερµοπερτότητς σύµφων µε την εξίσωση 4 κι λλάζοντς το πάχος του µονωτικού πό 0 έως 7 c - νά c. Στην συνέχει θ βρίσκουµε γι κάθε συντελεστή θερµοπερτότητς τις ντίστοιχες πώλειες σύµφων µε την εξίσωση (). Ο πίνκς που προκύπτει κι το διάγρµµ προυσιάζοντι πρκάτω. 7
δ (c) (kcal/ h C) Q (kcal/ h) 0,00,047 7574 0,0,9 4780 0,0 0,943 3489 0,03 0,743 749 0,04 0,63 68 0,05 0,5 93 0,06 0,454 680 0,07 0,40 487 Πίνκς.Υπολογισµού των θερµικών πωλειών γι πάχος µονωτικού υλικού πό 0 έως 7 c - νά c. ιάγρµµ µετβολής θερµικών πωλειών σε συνάρτηση µε το πάχος του µονωτικου υλικού Θερµικές πώλειες Q (kcal/h) 8000 7000 6000 5000 4000 3000 000 000 0 0,00 0,0 0,0 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Πάχος του µονωτικού υλικού () ιάγρµµ. Μετβολή των θερµικών πωλειών σε συνάρτηση µε το πάχος του µονωτικού υλικού. Οι τιµές που δίνουµε στο πάχος του µονωτικού υλικού είνι πό 0 έως 7c - νά c. Σύµφων µε των Κνονισµό Θερµοµόνωσης Κτιρίων ο συντελεστής θερµοπερτότητς της οροφής νεξάρτητ πό την ζώνη πρέπει ν είνι ίσος µε Κ οροφ. 0,4 kcal/ h C. Από τον πίνκ βλέπουµε ότι το πάχος του µονωτικού γι το οποίο το Κ οροφ. 0,4 kcal/ h C είνι τ 7 c. 8
Ερώτηµ Ε. Στο ερώτηµ ζητείτι ν διερευνήσουµε ποιό είνι το βέλτιστο πάχος µόνωσης νάλογ µε την τοποθεσί που θ µπορούσε ν βρίσκετι το κτάστηµ. Η πιό ξιόπιστη µέθοδος που θ µς οδηγούσε σε σφλέστερ συµπεράσµτ είνι η χρήση της Κθράς Προύσς Αξίς (Κ.Π.Α.).Ο τύπος που θ µς δώσει την Κ.Π.Α. είνι ο πρκάτω: Ν ( + r) Κ.Π.Α Α.Κ.Ε + Ν r ( + r) Κ.Ε.Ο.Ο (Εξίσωση 6) Κ.Π.Α: Κθρά Προύσ Αξί Α.Κ.Ε: Αρχικό Κόστος Επένδυσης r: Αποπληθωρισµένο επιτόκιο δνεισµού Ν: Έτη Κ.Ε.Ο.Ο: Κθρό Ετήσιο Οικονοµικό Όφελος Το ρχικό κόστος επένδυσης σύµφων µε τ δεδοµέν της άσκησης, θ δίνετι πό την σχέση 3 + 4 x ( / ), όπου x το πάχος του µονωτικού σε c, πολλπλσιάζοντς το κάθε φορά µε το εµβδόν της οροφής. Ο µόνος άγνωστος που µένει στον πρπάνω τύπο είνι το Κθρό Ετήσιο Οικονοµικό Όφελος. Γι ν µπορέσουµε ν το βρούµε θ κολουθούµε κάθε φορά την πρκάτω διδικσί: Θ βρίσκουµε τις πώλειες της οροφής χωρίς την τοποθέτηση µόνωσης κι µε την τοποθέτηση της µόνωσης. Οι ολικές ενεργεικές πώλειες της οροφής χωρίζοντι στις θερµικές πώλειες λόγω θερµοπερτότητς (γωγιµότητ) κι στις θερµικές πώλειές λόγω ερισµού. Ε ολ. Ε +Ε (Εξίσωση 7) Ε ολ. : Ολική ενεργεική πώλει. Ε. : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω γωγιµότητς Ε : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω ερισµού Στην περίπτωση υτή επειδή η οροφή δεν έχει νοίγµτ δεν έχουµε πώλειες λόγω ερισµού. Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω γωγιµότητς χωρίς την τοποθέτηση µόνωσης: Ε Κ ορ F ολ DD h 4 (Εξίσωση 8) Ε. : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω γωγιµ. χωρίς µόνωση kcal/y Κ ορ : Συντελεστής θερµοπερτότητς χωρίς την ύπρξη µόνωσης kcal/h C. F ολ. : Συνολική επιφάνει οροφής DD h : Βθµοηµέρες θέρµνσης της πόλης που βρίσκετι το κτίριο C day 9
Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω γωγιµότητς µε την τοποθέτηση µόνωσης: Ε Κ ορ F ολ DD h 4 (Εξίσωση 9) Ε. : Θερµικές ενεργεικές πώλειες λόγω γωγιµ. µε την µόνωση kcal/y Κ ορ : Συντελεστής θερµοπερτότητς µε την ύπρξη µόνωσης kcal/h C. F ολ. : Συνολική επιφάνει DD h : Βθµοηµέρες θέρµνσης της πόλης που βρίσκετι το κτίριο C day Η διφορά των πωλειών υτών θ µς δώσει την εξοικονοµούµενη ενέργει Ε που έχουµε τον χρόνο. Το εξοικονοµούµενο κύσιµο θ βρίσκετι πό την πρκάτω σχέση: Ε G n Θ κ (Εξίσωση 0) G. : Εξοικονόµηση κυσίµου kg/y Ε. : Εξοικονόµηση ενέργεις kcal/ y Θ κ : Κτωτέρ θερµογόνος δύνµη κυσίµου kcal/ kg n: Ολικός βθµός πόδοσης της εγκτάστσης Η κτωτέρ θερµογόνος δύνµη (Από τον Πίνκ Α7 του πρρτήµτος ) του κυσίµου σε kcal /L είνι ίση µε: Θ κ 050 kcal/kg 0,84 kg/l 860 kcal/l. Θ κ 860 kcal/l Το ετήσιο οικονοµικό όφελος θ προκύπτει πό τον πολλπλσισµό του κύσιµου που εξοικονοµούµε επί την τιµή του κυσίµου πό τ δεδοµέν µς. Τ ποτελέσµτ που προκύπτουν είνι τ πρκάτω. Γι το Ηράκλειο οι βθµοηµέρες θέρµνσης είνι: DD h 78 Cd/y. d Κ οροφ οροφ E E Ε G τ κ EEO A.Κ.Ε Κ.Π.Α () (kcal/ h C) (kcal/ h C) (kcal/y) (kcal/y) (kcal/y) (Lt/y) ( /Lt) ( /y) ( ) ( ) 0,0,047,9 768369 484965 833968 4,4 0,60 46,84.400.6,9 0,0,047 0,943 768369 3539645 443974 60,6 0,60 360,96.00.956,57 0,03,047 0,743 768369 78895 4894694 70,6 0,60 46,36 3.000 3.090,86 0,04,047 0,63 768369 300957 53866 78,5 0,60 468,90 3.800.898,57 0,05,047 0,5 768369 959379 57440 83,0 0,60 498,60 4.600.5,86 0,06,047 0,454 768369 70434 5979485 868, 0,60 50,86 5.400.040,86 0,07,047 0,40 768369 508947 67467 896,4 0,60 537,84 6.00.483,43 0,08,047 0,360 768369 3596 63333 99,3 0,60 55,58 7.000 879,7 0,09,047 0,37 768369 747 64569 937,3 0,60 56,38 7.800 34,00 Πίνκς. Υπολογισµός Κθράς Προύσς Αξίς γι την πόλη του Ηρκλείου. 30
Γι την Αθήν οι βθµοηµέρες θέρµνσης είνι: DD h 0 Cd/y. d Κ οροφ οροφ E E Ε G τ κ EEO A.Κ.Ε Κ.Π.Α () (kcal/ h C) (kcal/ h C) (kcal/y) (kcal/y) (kcal/y) (Lt/y) ( /Lt) ( /y) ( ) ( ) 0,0,047,9 090646 6883776 40640 584,0 0,60 350,40.400 3.605,7 0,0,047 0,943 090646 504304 588 854,0 0,60 5,40.00 5.0,00 0,03,047 0,743 090646 3958704 69477 008,7 0,60 605, 3.000 5.646,00 0,04,047 0,63 090646 366064 764035 09, 0,60 665,5 3.800 5.707,43 0,05,047 0,5 090646 786 8500 79,6 0,60 707,76 4.600 5.50,86 0,06,047 0,454 090646 489 8487504 3, 0,60 739,3 5.400 5.6,7 0,07,047 0,40 090646 4856 8764560 7,4 0,60 763,44 6.00 4.706,9 0,08,047 0,360 090646 98080 8988336 304,9 0,60 78,94 7.000 4.84,86 0,09,047 0,37 090646 7456 96460 330,5 0,60 798,30 7.800 3.604,9 Πίνκς. Υπολογισµός Κθράς Προύσς Αξίς γι την πόλη της Αθήνς. Γι την Θεσσλονίκη οι βθµοηµέρες θέρµνσης είνι: DD h 75 Cd/y. d () Κ οροφ οροφ (kcal/ h C) (kcal/ h C) E (kcal/y) E (kcal/y) Ε (kcal/y) G (Lt/y) τ κ EEO A.Κ.Ε ( /Lt) ( /y) ( ) Κ.Π.Α ( ) 0,0,047,9 6947383 069377 653656 907,6 0,60 544,56.400 6.379,43 0,0,047 0,943 6947383 783 936063 37, 0,60 796,6.00 9.75,4 0,03,047 0,743 6947383 65866 079457 567,5 0,60 940,50 3.000 0.435,7 0,04,047 0,63 6947383 5075306 87077 73,8 0,60 034,8 3.800 0.975,43 0,05,047 0,5 6947383 43897 68456 833, 0,60 099,9 4.600.3,4 0,06,047 0,454 6947383 3758755 38868 94,9 0,60 48,94 5.400.03,43 0,07,047 0,40 6947383 3370 36073 977,4 0,60 86,44 6.00 0.749,4 0,08,047 0,360 6947383 98455 39683 07,9 0,60 6,74 7.000 0.38,00 0,09,047 0,37 6947383 70588 4450 067,6 0,60 40,56 7.800 9.9,9 Πίνκς 3. Υπολογισµός Κθράς Προύσς Αξίς γι την πόλη της Θεσσλονίκης Συµπέρσµ: Οι συνθήκες του έρ που βρίσκετι µετξύ οροφής κι της ψευδοροφής επηρεάζουν σηµντικά τις πώλειες που έχουµε πό το χώρο. Συγκρίνοντς την περίπτωση που ο έρς κινείτι φυσικά µε την περίπτωση που ο έρς κινείτι σν ρεύµ έρ βλέπουµε ότι περισσότερες πώλειες έχουµε ότν ο έρς κινείτι σν ρεύµ έρ. Αυτό συµβίνει διότι ο συντελεστής µετβίβσης θερµότητς ότν ο έρς κινείτι είνι µεγλύτερος. Οι πργµτικές συνθήκες όµως που επικρτούν είνι πολύ διφορετικές σε σχέση µε τις δύο προηγούµενες περιπτώσεις που συγκρίνµε. Οι πώλειες που έχουµε στις πργµτικές συνθήκες είνι κόµ µεγλύτερες κι πό την περίπτωση που είχµε κίνηση του έρ σν ρεύµ, που είνι κι η πλησιέστερη περίπτωση πό τις δύο στην πργµτικότητ. Αυτό συµβίνει διότι πρά την ντίστση θερµοδιφυγής που προσθέτει το διάκενο του έρ υτό δεν ντιστθµίζετι µε την µεγάλη θερµοκρσική διφορά που έχουµε (εσωτερικού κι εξωτερικού χώρου), την µικρή 3
ντίστση θερµοδιφυγής του σκυροδέµτος κι τον συντελεστή µετβίβσης θερµότητς του περιβάλλοντος που είνι υξηµένος. ιερευνώντς πως επηρεάζοντι οι πώλειες πό την οροφή σε συνάρτηση µε το πάχος του µονωτικού υλικού που προσθέτουµε προκύπτει το ιάγρµµ (). Aπό το ιάγρµµ () βλέπουµε ότι η µείωση των πωλειών είνι νάλογη της ύξησης του µονωτικού υλικού. Γι ν τηρείτι ο Κ.Θ.Κ. που ορίζει συντελεστή θερµοπερτότητς γι την οροφή Κ οροφ. 0,4 kcal/ h C (νεξάρτητ πό ζώνη στην οποί βρίσκετι η οροφή) θ πρέπει ν τοποθετήσουµε 7 c µονωτικού υλικού. Στην συνέχει διερευνώντς ποιο είνι το βέλτιστο πάχος της µόνωσης γι πόλεις που βρίσκοντι στις τρεις διφορετικές κλιµτολογικές ζώνες που χρκτηρίζουν την Ελλάδ κι µε κριτήριο την Κ.Π.Α. (Η Κ.Π.Α. έχει υπολογιστεί γι 5 χρόνι τεχνολογικής ζωής του µονωτικού υλικού κι ποπληθωρισµένο επιτόκιο 7%) βλέπουµε ότι: Α). Γι το Ηράκλειο, µι πόλη που βρίσκετι στην Α ζώνη, η µέγιστη Κ.Π.Α. άρ κι το βέλτιστο πάχος µονωτικού υλικού επιτυγχάνοντι γι 3 c µονωτικού υλικού (Κ.Π.Α. 3.090,86 ). Β). Γι την Αθήν, µι πόλη που βρίσκετι στην Β ζώνη, η µέγιστη Κ.Π.Α. άρ κι το βέλτιστο πάχος µονωτικού υλικού επιτυγχάνοντι γι 4 c µονωτικού υλικού (Κ.Π.Α. 5.707,43 ). Γ). Γι την Θεσσλονίκη, µι πόλη που βρίσκετι στην Γ ζώνη, η µέγιστη Κ.Π.Α. άρ κι το βέλτιστο πάχος µονωτικού υλικού επιτυγχάνοντι γι 5 c µονωτικού υλικού (Κ.Π.Α..3,4 ). Γι ν τηρείτι ο Κ.Θ.Κ πρέπει ν έχουµε όµως 7 c µονωτικού υλικού νεξάρτητ πό την ζώνη. Η Κ.Π.Α. γι 7 c µονωτικού υλικού είνι ρκετά µικρότερη τόσο γι το Ηράκλειο όσο κι γι την Αθήν κι την Θεσσλονίκη..000 ιάγρµµ Κ.Π.Α. µε το ντίστοιχο πάχος µονωτικού υλικόυ γι το Ηράκλειο, την Αθήν, κι την Θεσσλονίκη Ηράκλειο Αθήν Θεσσλονίκη 0.000 Κ.Π.Α. ( ) 8.000 6.000 4.000.000 0 3 4 5 6 7 8 9 Πάχος µονωτικού υλικού (c) ιάγρµµ. Κ.Π.Α. µε το ντίστοιχο πάχος µονωτικού υλικού γι το Ηράκλειο, την Αθήν, κι την Θεσσλινίκη. 3
Μελέτη 3 η. ιµόρφωση δπέδου σε δπεδοθέρµνση Θερµικές ροές προς τ πάνω κι προς τ κάτω Βέλτιστη θερµοµόνωση. Το δάπεδο του σχήµτος νήκει σε κτίριο που θερµίνετι µε εγκτάστση θέρµνσης δπέδου (δπεδοθέρµνση). Μέσ στο ενδιάµεσο στρώµ, πάχους 6, έχουν τοποθετηθεί κτάλληλ οι πλστικοί σωλήνες κυκλοφορίς του θερµντικού νερού. Έτσι, το στρώµ υτό ποκτά ενιί σ όλη τη µάζ του θερµοκρσί, οπότε θερµότητ µετβιβάζετι τόσο προς τον θερµινόµενο χώρο (ωφέλιµη) όσο κι προς το έδφος (πώλει). Σ υτές τις θερµάνσεις, η µέγιστη επιτρεπόµενη θερµοκρσί της επιφάνεις του δπέδου είνι 9 C, ενώ ο ολικός συντελεστής µετβίβσης της θερότητς πό το δάπεδο στο θερµινόµενο χώρο λµβάνετι,67 W/. ίνοντι: - Συντελ. θερµικής γωγιµότητς πλστικού : 0,35 W/ - Συντελ. θερµικής γωγιµότητς θερµοµπετόν :,38 W/ - Θερµοκρσί χώρου : 0 C - Θερµοκρσί εδάφους : 3 C - Πλστικοί σωλήνες θερµού νερού : Εξωτ. διάµετρος 6 Πάχος - Συντελεστής εκποµπής του πλστικού PVC : 0,90 Ζητούντι : Α. Η (µέγιστη) πυκνότητ θερµορροής που µπορεί ν µετβιβσθεί πό το σύστηµ προς το χώρο, η θερµοκρσί στην άνω πλευρά του θερµοµπετόν κι η θερµοκρσί που ποκτά το στρώµ τοποθέτησης των θερµντικών σωλήνων. Β. Πόσο ποσοστό πό την πυκνότητ θερµοροής (του Α. ερωτήµτος) µετβιβάζετι στο χώρο µε κτινοβολί. (θεωρείστε ότι τ τοιχώµτ του χώρου έχουν την ίδι θερµοκρσί µε τον έρ του χώρου). Γ. Αν επιθυµούµε η πυκνότητ θερµορροής προς το έδφος ν είνι το 0% της θερµοροής προς το χώρο, πόσο πρέπει ν είνι το πάχος του µονωτικού υλικού (κάτω πό το στρώµ τοποθέτησης των θερµντικών σωλήνων).. Ν γίνει το διάγρµµ µετβολής του ποσοστού πωλειών προς το έδφος σε συνάρτηση µε το πάχος του µονωτικού υλικού. (Τιµές πό έως 0 c νά c). E. Ν βρεθεί το βέλτιστο πάχος της µόνωσης υτής, µε το δεδοµένο ότι το θερµό νερό της εγκτάστσης πράγετι σε λέβητ µε κυστήρ πετρελίου ντίζελ, µε βθµό πόδοσης 80%. Το κόστος πετρελίου είνι 0,55 ευρώ/l κι η εγκτάστση λειτουργεί 000 ώρες το έτος. Θεωρείστε µικτό (ποπληθωρισµένο) ετήσιο επιτόκιο 8% κι διάρκει ζωής 5 έτη. Το κόστος της µόνωσης είνι 6+5 x /, όπου x το πάχος του µονωτικού σε c. 33
4 45 6 Πλστικό PVC Θερµοµπετόν Στρώµ θερµ. σωλήνων x Θερµοµονωτικό υλικό (σύνθετο διογκωµένο) Έδφος Σχήµ. Τοµή εγκτάστσης δπέδου θέρµνσης (οι διστάσεις σε ). Λύση: q θ 3 θ 0 C q ax θ θ 0ax 9 C 6 45 4 Πλστικό PVC Θερµοµπετόν Στρώµ θερµ. σωλήνω θ 3 C qεδφ. x Θερµοµονωτικό υλικό (σύνθετο διογκωµένο) Έδφος Σχήµ. Τοµή εγκτάστσης δπέδου θέρµνσης κι συνθήκες που επικρτούν στο χώρο. Ερώτηµ Α: Η µέγιστη πυκνότητ θερµορροής που θ µετβιβστεί πό το σύστηµ προς το χώρο είνι υτή που θ φύγει πό την επιφάνει του πλστικού ότν υτό έχει την µέγιστη θερµοκρσί 9 C κι θ µετδοθεί µέσω της συνγωγής στο χώρο. Η πυκνότητ θερµορροής υτή θ δοθεί πό την πρκάτω εξίσωση. q ax (θ 0 θ ) (Εξίσωση ) q ax: Η µέγιστη πυκνότητ θερµορροής πό το σύστηµ στο χώρο W/ : Ολικός συντ. µετβίβσης θερµότητς πό το δάπεδο στο χώρο W/ Κ θ 0 : Θερµοκρσί πάνω στην επιφάνει του πλστικού C θ : Θερµοκρσί χώρου C Αντικθιστώντς στην εξίσωση () προκύπτει: 34
q ax (θ 0 θ ),67 W/ θ 0 9 C, θ 0 C q ax,67 (9 0) 05,03 W/ q 05 ax W/ Η θερµοκρσί που ποκτά η άνω επιφάνει του θερµοµπετόν θ βρεθεί πό τον πρκάτω τύπο µετάδοσης µε γωγή γι επίπεδ τοιχώµτ λύνοντς ως προς θ. q θ θ 0 ax (Εξίσωση ) δ λ q ax : Η µέγιστη πυκνότητ θερµορροής πό το σύστηµ στο χώρο W/ θ : Θερµοκρσί πάνω στην άνω πλευρά του θερµοµπετόν C θ 0: Θερµοκρσί πάνω στην επιφάνει του πλστικού C δ : Πάχος του πλστικού λ : Συντελ. θερµικής γωγιµότητς πλστικού W/Κ Λύνοντς την εξίσωση () ως προς θ κι ντικθιστώντς προκύπτει: θ q ax (q ax 05 δ ) + θ λ W/ λ 0,35 W/,, 0 δ θ 0 0,004 9 C, θ (05 0,004 ) 0,35 + 9 3 C θ 3 C Η πυκνότητ θερµορροής µπορεί ν δοθεί κι πό την πρκάτω σχέση λµβάνοντς υπ όψιν την γωγή µετξύ των τοιχωµάτων κι την συνγωγή πό το σύστηµ στο χώρο. q θ θ 3 ax (Εξίσωση 3) δ δ + + λ λ q ax : Η µέγιστη πυκνότητ θερµορροής πό το σύστηµ στο χώρο W/ : Ολικός συντ. µετβ. θερµότ. πό το δάπεδο στον χώρο W/ θ 3 : Θερµοκρσί στρώµτος τοποθέτησης των σωλήνων C θ : Θερµοκρσί χώρου C δ : Πάχος του πλστικού λ : Συντελ. θερµικής γωγιµότητς πλστικού W/Κ δ : Πάχος του θερµοµπετόν λ : Συντελ. θερµικής γωγιµότητς του θερµοµπετόν W/Κ Λύνοντς ως προς θ 3 την εξίσωση (3) κι ντικθιστώντς προκύπτει: 35
θ q δ ( + λ δ + λ ) + θ 3 ax q ax 05 W/,,67 W/, δ 0,004 δ 0,045, λ 0,35 W/ λ,38 W/, θ 0 C Ερώτηµ Β: θ 3 05 (,67 0,004 0,045 + + ) + 0 34, C 0,35,38 θ 3 34, C Γι ν βρούµε το ποσοστό της πυκνότητς θερµορροής που µετβιβάζετι στο χώρο µε κτινοβολί θ χρησιµοποιήσουµε την πρκάτω εξίσωση. 4 4 q ε Cµ (Θ0 Θ ) (Εξίσωση 4) q : Η πυκνότητ θερµ. µε κτινοβολί πό το πλστικό στο χώρο W/ ε : Συντελεστής εκποµπής του πλστικού Τ 0 : Απόλυτη θερµοκρσί πλστικού (Θ 0 Τ 0 /00) Κ Τ : Απόλυτη θερµοκρσί περιβάλλοντος (Θ Τ 0 /00) Κ Το Θ 0 είνι ίσο µε: Θ θ 0 0 θ 0 + 73 00 Θ 9 C 0 9 + 73 3,0 00 Θ 0 3,0 Κι το Θ είνι ίσο µε: θ + 73 Θ 00 Θ θ 0 C 0 + 73,93 00 Θ,93 Αντικθιστώντς στην εξίσωση (4) προκύπτει: q ε Θ 0 4 4 ε Cµ (Θ 0 Θ ) 0,90 Cµ 5,67 W/ 3,0, Θ,93 4 q 0,90 5,67 (3,0 4 4,93 ) 48,4 W/ q 48,4 W/ Το ποσοστό της πυκνότητς θερµορροής που µετβιβάζετι στο χώρο µε κτινοβολί θ δοθεί πό την σχέση: 36
q P % q ax (Εξίσωση 5) P%: Το ποσοστό της θερµορροής που µετβιβάζετι µε κτινοβολί % q : Η πυκνότητ θερµ. µε κτινοβολί πό το πλστικό στο χώρο W/ q ax : Η µέγιστη πυκνότητ θερµορροής που µετβιβάζει το σύστηµ W/ Αντικθιστώντς στην εξίσωση (5) προκύπτει: q P% q q ax 48,4 W/ q ax 05 W/ P% 48,4 0,46 05 P% 46 % Ερώτηµ Γ: Αν θέλουµε η πυκνότητ θερµορροής προς το έδφος ν είνι το 0% του ρεύµτος θερµότητς προς το χώρο τότε θ την βρούµε πό την πρκάτω εξίσωση. q εδφ. χωρ. q 0% (Εξίσωση 6) Αντικθιστώντς στην προηγούµενη εξίσωση προκύπτει: q q εδφ. χωρ. q χωρ. 05 0% W/ q εδφ. 05 0% 0,5 W/ q 0,5 εδφ. W/ Το πάχος που θ πρέπει ν έχει το µονωτικό υλικό γι ν έχουµε πώλειες προς το έδφος ίσες µε το 0% της πυκνότητ θερµορροής προς το χώρο θ βρεθεί πό την πρκάτω εξίσωση λύνοντς ως προς δ µ. q θ 3 εδφ. (Εξίσωση 7) δµ λ θ µ q εδφ. : Η πυκνότητ θερµορροής προς το έδφος W/ θ 3 : Θερµοκρσί στο στρώµ των θερµντικών σωλήνων C θ : Θερµοκρσί εδάφους C λ µ : Συντελεστής θερµικής γωγιµότητς µονωτικού W/ δ µ : Πάχος µονωτικού υλικού Λύνοντς την εξίσωση (7) ως προς δ µ κι ντικθιστώντς προκύπτει: 37