TOPLOTNO OPTEREĆENJE I KLIMATIZACIJA

TOPLOTNO OPTEREĆENJE I KLIMATIZACIJA Uvodna razmatranja Dobici toplote predstavljaju količinu toplote u jedinici vremena koju prostorija prima Toplotno opterećenje obuhvata svu količinu toplote koja zagreva isključivo sobni vazduh Razlika između toplotnog opterećenja i dobitaka toplote LETNJI PROJEKTNI DAN (1) 34 32 θ te, max Temperatura ( o C) 3 2 26 θ tsm = 2,5 o C θ te, min θte,( ) τ 1 2 3 4 5 6 7 9 1 11 13 14 15 16 17 1 19 2 21 23 Vreme (h) Letnji projektni dan za Beograd

LETNJI PROJEKTNI DAN (2) Letnji projektni dan, spoljna projektna temperatura i Daily Range a) Način određivanja DR o θ( C) θe,max DR θ e( τ ) = θe, max P( τ ) DR 1 θe,min τ LETNJI PROJEKTNI DAN (3) Letnji projektni dan, spoljna projektna temperatura i Daily Range b) Letnji projektni dan za dva mesta sa istim DR i različitim θe,max o θ( C) θe,max1 θe,max2 DR1 θe,min1 DR2 o θ( C) θe,max1 θe,min2 τ DR2 θe,min2 DR1 θe,min1 τ c) Letnji projektni dan za dva mesta sa različitin DR i istim θe,max

TOPLOTNO OPTEREĆENJE Toplotno opterećenje, kao i dobici toplote mogu se podeliti prema izvorima toplote i to na: spoljne: - kroz spoljne zidove (krov) prostorije, - kroz prozore (transmisijom i od Sunčevog zračenja), - infiltracijom spoljnog vazduha kroz procepe. unutrašnje: - od osvetljenja u prostoriji, - od električnih uređeja, mašina i aparata (disipacije toplote) - od ljudi koji borave u prostoriji, - od susednih neklimatizovanih prostorija, - od tehnoloških procesa koji se odvijaju u prostoriji. OPTEREĆENJA (1) Toplotno opterećenje tranamisijom kroz zidove Usled akumulacije toplote u zidu: fazno zakašnjenje toka količine toplote, smanjenje amplitude oscilacije temperature na unutrašnjoj površini zida u odnosu na spoljnu površinu zida. Transport toplote kroz spoljni zid

OPTEREĆENJA (2) Svaka promena uslova razmene toplote na graničnim površinama građevinske konstrukcije izazvaće nestacionarnost u temperaturnoj raspodeli i u vrednosti toplotnog fluksa koji se razmenjuje na površini elementa. Dinamičke karakteristike građevinske konstrukcije opisuju vremenski odgovor nekog građevinskog elementa na toplotnu promenu iz njegove okoline. Proračun se sprovodi prema standardu SRPS EN ISO 1376. Svojstva koja određuju dinamičke karakteristike građevnog elementa su: toplotna provodljivost λ, W/(mK), specifični toplotni kapacitet c, J/(kg K) i gustina materijala ρ, (kg/m 3 ). Za zgradu je povoljno da je prigušenje temperaturnih oscilacija što veće i da je što veći fazni pomak. OPTEREĆENJA (3) Toplotno opterećenje tranamisijom kroz zidove Promena temperaturske oscilacije i kašnjenje toplotnog fluksa za građevinski element sa provetravanom fasadom

OPTEREĆENJA (4) Toplotno opterećenje tranamisijom kroz zidove Promena temperaturske oscilacije i kašnjenje toplotnog fluksa za laku građevinsku konstrukciju OPTEREĆENJA (5) Sunčano-vazdušna temperatura Temperatura ( o C) HORIZONTALNA 7 ZAPAD JUG 6 ISTOK 5 4 SEVER 3 TEMP. SPOLJ. VAZDUHA 2 1 1 2 3 4 5 6 7 9 1 11 13 14 15 16 17 1 19 2 21 23 vreme (h) Sunčano-vazdušna temperatura predstavlja fiktivnu temperaturu koju bi trebalo da ima spoljni vazduh da bi se prouzrokovao toplotni fluks na površinu zida jednak onom toplotnom fluksu koji potiče od zbirnog uticaja Sunčevog zračenja i spoljne temperature vazduha: a I e R θs = θe + + α α e e Tok sunčano- vazdušnih temperatura za juli mesec i 45 o SGŠ

OPTEREĆENJA (6) Ekvivalentna temperaturska razlika, koja se koristi pri proračunu toplotnog opterećenja: θ ) ekv( τ ) = f ( θs( τ τ i ) θsm + θsm θi Toplotno opterećenje koje nastaje prilikom nestacionarnog prolaza toplote kroz zid računa se za svaki sat preko časovnih vrednosti ekvivalentne temperaturske razlike: Q ( τ ) = A U θ ( τ ) z ekv Ekvivalentna temperaturska razlika obuhvata: fizička svojstva zidova δ, λ, ρ, c p, ε... sve posledice osobina zidova (akumulaciju toplote, vremensko kašnjenje transporta toplote, smanjenje amplitude temperaturske oscilacije) spoljne izvore toplote (spoljnu temperaturu i Sunčevo zračenje, koje zavisi od orijentacije zida), unutrašnje uslove (željenu temperaturu vazduha u prostoriji). OPTEREĆENJA (7) Sunčevo zračenje Najveći intenzitet Sunčevog zračenja javlja se u delu talasne dužine zračenja koja odgovara vidljivom zračenju u oblasti zelene boje -,4 µm. Spektar Sunčevog zračenja Slabljenje Sunčevog zračenja pri prolasku kroz atmosferu

OPTEREĆENJA () Solarna geometrija Ekvator O L H P σ Sunčevi zraci Deklinacija Sunca σ Časovni ugao H Geografska širina L mesec 1 2 3 4 5 6 7 9 1 11 σ [ ] -2. -1.. 11.6 2. 23.4 2.6.3. -1.5-19. -23.4 OPTEREĆENJA (9) Uglovi položaja Sunca S h Z θ I α β n = α - β J n Uglovi položaja Sunca : upadni ugao θ, azimut Sunca α, ugao visine Sunca h i azimut površine β

OPTEREĆENJA (1) Uglovi položaja Sunca - Dijagram putanje Sunca za 45 o SGŠ OPTEREĆENJA (11) Sunčevo zračenje i fizička svojstva atmosfere N E Prašina O 2, H2 O,CO2 D Sunce D I I=D+Ddif= D+R+N+E Oznake: D - direktno zračenje Ddif - difuzno zračenje N - zračenje neba R - reflektovano zračenje E - emisija Zemljine površine I - energija zračenja koju prima neka površina R Šematski prikaz prolaza Sunčevog zračenja kroz atmosferu

apsorpcija apsorpcija OPTEREĆENJA () Toplotno opterećenje usled prodora Sunčevih zraka kroz staklo Direktno zračenje Upadni ugao θ Unutrašnje zračenje i prelaz toplote Reflektovano zračenje Propušteno zračenje Spoljašnje zračenje i prelaz toplote Bilans toplote Sunčevog zračenja za prozorsko staklo OPTEREĆENJA (13) Toplotno opterećenje usled prodora Sunčevih zraka kroz staklo R,A,D (%) 1 9 7 6 5 4 3 2 1 D 1 2 3 4 5 6 7 9 Upadni ugao ( o ) Odnos propustljivosti D, apsorpcije A i refleksije R direktnog Sunčevog zračenja za obićno staklo debljine 3 mm A R

OPTEREĆENJA (14) Akumulacija toplote u zidovima Temperatura zida na površini (x=) i u unutrašnjim slojevima OPTEREĆENJA (15) Akumulacija toplote u zidovima Temperatura površina zidova različitih debljina

OPTEREĆENJA (16) Akumulacija toplote u zidovima t( o C) 5 45 4 35 3 25 Južna orijentacija Izolacija 2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Čvorovi h 2 h 4 h 6 h h 1 h h 14 h 16 h 1 h 2 h h Severna orijentacija 2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Promena temperaturskog polja unutar fasadnog zida u toku dana za južnu i severnu orijentaciju prostorije (letnji projektni dan) t( o C) 5 45 4 35 3 25 Izolacija Čvorovi h 2 h 4 h 6 h h 1 h h 14 h 16 h 1 h 2 h h OPTEREĆENJA (17) Koeficijenti akumulacije toplote Kada su u pitanju dobici toplote, njih je relativno lako odrediti (izračunati), ali je mnogo teže odrediti toplotno opterećenje prema kome se dimenzioniše postrojenje za klimatizaciju. Problem se rešava uvođenjem koeficijenata akumulacije toplote. Po definiciji koeficijent akumulacije toplote je odnos između trenutnog toplotnog opterećenja i maksimalne vrednosti dobitaka toplote: Qopt ( τ ) s( τ ) = Q dob,max

OPTEREĆENJA (1) Toplotno opterećenje od Sunčevog zračenja kroz prozor,9,,7,6,5,4,3,2,1 Južna orijentacija 6 1 14 16 1 2 2 4 Koef. akumulacije (-) Laki Srednji Teški,9,,7,6,5,4,3,2,1 Severna orijentacija Laki Srednji Teški 2 4 6 1 14 16 1 2 Koef. akumulacije (-) vreme (h) vreme (h) Uticaj tipa gradnje na koeficijente akumulacije toplote od Sunčevog zračenja OPTEREĆENJA (19) Domen promene koeficijenta akumulacije toplote za referentni slučaj najviše zavisi od tipa gradnje; tako se vrednosti koeficijenta akumulacije uzimaju iz tablica za najpribližniji slučaj i računa se toplotno opterećenje: Q opt ( τ ) = Qdob max s(, τ ) Ovaj koncept koriste skoro sve u svetu poznate metode proračuna toplotnog opterećenja klimatizovanih prostorija, izuzev TFM (Transfer Function Method), ali ga koriste čak i metode koje su izvedene iz TFM, kao i najnovije metode bazirane na bilansu toplote za svaku površinu u prostoriji. Toplotno opterećenje od Sunčevog zračenja kroz prozor prema VDI 27: [ F I a + ( F F ) I ] b s( ) Q( τ ) = Qdob max s( τ ) = os max os dif, max, τ

OPTEREĆENJA (2) Toplotno opterećenje sa produženim efektom akumulacije Tok dnevnih tolotnih opterećenja pri malom efektu akumulacije OPTEREĆENJA (21) Toplotno opterećenje sa produženim efektom akumulacije Tok dnevnih tolotnih opterećenja pri većem efektu akumulacije

OPTEREĆENJA () Toplotno opterećenje sa produženim efektom akumulacije Tok dnevnih tolotnih opterećenja pri radu klimatizacionog postrojenja sa prekidom OPTEREĆENJA (23) Toplotno opterećenje sa produženim efektom akumulacije 1 15 Dobici toplote -16h 6-h -h 9 6 3 9 1 11 13 14 15 16 17 1 19 2 21 23 1 2 3 4 5 6 7 Toplotno opterećenje (W) Vreme (h) Tok dnevnih tolotnih opterećenja pri različitim režimima rada klimatizacionog postrojenja

OPTEREĆENJA () Toplotno opterećenje transmisijom toplote kroz prozor S obzirom da su prozori sačinjeni pretežno od tankih staklenih površina i da imaju mali otpor provođenju toplote, smatra se da ne postoji akumulacija toplote u prozorima i da je prolaz toplote kroz prozore trenutan. Zbog toga se toplotno opterćenje transmisijom toplote kroz prozor računa za posmatrani vremenski trenutak sa trenutnom razlikom temperatura spoljnog i unutrašnjeg vazduha: Q( τ ) = U w F w ( θe( τ ) θi ) OPTEREĆENJA (25) Infiltracija spoljnog vazduha Infiltracija spoljnog vazduha je u klimatizovanim prostorijama, po pravilu, znatno manja nego u prostorijama koje imaju neki od uobičajenih sistema grejanja. Čest je slučaj klimatizovanih zgrada u kojima su prozori fiksni i ne otvaraju se - tada je propustljivost procepa zanemarljiva. U slučaju kada dolazi do infiltracije spoljnog vazduha, posebno se računa latentno i suvo toplotno opterećenje usled infiltracije: Q = V ρ c ( θ ( τ ) θ ) Q = V ρ r ( x ( τ ) x ) INF, s p e i INF, lat e i

OPTEREĆENJA (26) Toplotno opterćenje od osvetljenja Tok toplotnog opterećenja od osvetljenja za neprekidan rad klimatizacionog postrojenja Tok toplotnog opterećenja od osvetljenja u slučaju rada klimatizacionog postrojenja sa prekidom OPTEREĆENJA (27) Toplotno opterćenje od osvetljenja Provetravanje kroz svetiljku vazduh opstrujava svetiljku po celoj dužini; Provetravanje cirkulacijom vazduha oko svetiljke QB( τ ) = Qdob, max sb( τ ) QB ( τ ) = P l l2 s ( 1 B τ ) Delimično provetravanje kroz svetiljku

OPTEREĆENJA (2) Toplota koju odaju ljudi Toplotno opterćenje od ljudi je uvek prisutno, s obzirom da se komforna klimatizacija uvek uvodi zbog prisustva ljudi u prostorijama, kako bi se obezbedili uslovi ugodnosti. Toplota koju odaju ljudi može biti jako značajna kada se radi o prostorijama u kojima boravi veliki broj ljudi, kao što su: bioskopi, pozorišta, sportske dvorane, itd. Q lj, s = n qlj, s Q lj, lat = n qlj, lat OPTEREĆENJA (29) Toplotno opterećenje od mašina u prostoriji Obično se u praksi smatra da je disipacija toplote od rada mašine jednaka instalisanoj snazi mašine i da se predaje vazduhu prostorije, tako da čini toplotno opterećenje: Q M = P el Ako se u prostoriji nalazi više mašina, onda se toplotno opterećenje opterećenje računa kao: Q M = η N i a2 a 1

OPTEREĆENJA (3) Toplotno opterećenje od susednih prostorija Toplota koja se transmisijom prenese u prostoriju od susednih neklimatizovanih prostorija (kroz pod, zidove, tavanicu, vrata...) predstavlja toplotno opterećenje od susednih prostorija: Q R = Ui Fi θi Ukupno toplotno opterećenje prostorije je zbir toplotnih opterećenja od svih izvora toplote: Q = Q + Q = Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q ukup e i Z S T LJ B M R G OPTEREĆENJA (31) Vreme 9 1 11 13 14 Q lj 27 27 27 27 27 27 Q B Q R Q M 25 25 25 25 25 25 Q Z Q T 1 51 56 Q S 2 21 23 Quk 11 576 577 57 579 1153 115 Q (W) 14 1 6 4 Qlj QB QR QM QZ QT QS Quk 15 16 27 27 25 25 43 434 1135 16 2 17 27 25 4 152 1 19 2 366 337 31 561 532 56-2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Vreme

ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA (1) Za efikasnu zaštitu od intenzivnog osvetljenja primjenjuje se: arhitektonska rešenja: zelenilo, tremovi, nadstrešnice, balkoni elementi spoljne zaštite od Sunca: pokretni i nepokretni brisoleji, spoljne žaluzine - horizontalne i vertikalne roletne, tende, savremena ostakljenja elementi unutrašnje zaštite od Sunca: roletne, žaluzine, rolo i obične zavese elementi unutar stakla za zaštitu od Sunca i usmeravanje svetla hologramski elementi, reflektirajuća stakla i folije, staklene prizme i dr. višefunkcionalni konstruktivni elementi zgrada. ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA (2) Primeri spoljnih elemenata za zaštitu od Sunčevog zračenja

ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči

ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči

ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči

ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči

ZAŠTITA OD SUNČEVOG ZRAČENJA - Jedna slika, hiljadu reči UTICAJ POJEDINIH FAKTORA NA TOPLOTNO OPTEREĆENJE (1) Uticaj različitog režima rada osvetljenja dužine trajanja i instalisane snage svetiljki 1 9 Bez osvetljenja 11 Bez osvetljenja 1 9 Bez osvetljenja Toplotno opterećenje (W) 7 6 5 4 3 Sa osvetljenjem -h i 16-2h Toplotno opterećenje (W) 1 9 7 6 5 4 Sa osvetljenjem -16h Sa osvetljenjem 1-1h Sa osvetljenjem -2h Toplotno opterećenje (W) 7 6 5 4 3 2 2 4 Sa osvetljenjem -h Sa osvetljenjem 16-2h 2 6 1 14 16 1 2 Vreme (h) 2 4 6 1 14 16 Vreme (h) Toplotno opterećenje (W) 1 2 14 13 11 1 9 7 6 5 Bez osvetljenja Sa osvetljenjem 2 W Sa osvetljenjem 4 W Sa osvetljenjem 6 W 3 2 2 4 6 1 14 16 Vreme (h) 1 2 4 3 2 2 4 6 1 14 16 1 2 Vreme (h)

UTICAJ POJEDINIH FAKTORA NA TOPLOTNO OPTEREĆENJE (2) Uticaj zastora i veličine prozora Toplotno opterećenje (W) 1 9 7 6 5 4 3 2 1 2 Bez senke Senka 2% Senka 4% Senka 6% Senka % Senka 1% 4 6 1 14 16 Vreme (h) 1 2 Toplotno opterećenje (W) 1 9 7 6 5 4 3 2 1 2 4 Ap = 3,6 m2 Ap = 2,16 m2 Ap =,72 m2 6 1 14 Vreme (h) Ap = 2, m2 Ap = 1,44 m2 Bez prozora 16 1 2 Uticaj veličine senke na prozoru i veličine prozora UTICAJ POJEDINIH FAKTORA NA TOPLOTNO OPTEREĆENJE (3) Uticaj prirodnog provetravanja tokom noći 13 7 Toplotno opterećenje (W) 11 1 9 n =,25 1/h n =,65 1/h n = 1,3 1/h n = 2, 1/h n = 3,3 1/h n = 5, 1/h Qvent (W) 6 5 4 3 2 1 n =,25 1/h n =,65 1/h n = 1,3 1/h n = 2, 1/h n = 3,3 1/h n = 5, 1/h -1-2 7 2 4 6 1 14 16 1 2 2 4 6 1 14 16 1 2 Vreme (h) Vreme (h) Uticaj prirodne ventilacije tokom noćnih sati (od 2 do h ujutro) -3-4