Transcript Podstawowa metoda obliczeń charakterystyki energetycznej

Podstawowa metoda obliczeń charakterystyki energetycznej
budynków
Krok 1.
Obliczenie współczynnika strat przez przenikanie H tr
H tr = ∑ [ btr, i x ( A i x U i + ∑ l i x ψ i ) ]
[W/K]
1.14/10921
b tr,i
Współczynnik redukcyjny obliczeniowej różnicy
temperatur i-tej przegrody
-
Ai
Pole powierzchni przegrody otaczającej przestrzeń o
regulowanej temperaturze, obliczanej wg wymiarów
zewnętrznych
m2
Ui
Współczynnik przenikania ciepła przegrody pomiędzy
przestrzenią ogrzewaną i stroną zewnętrzną
W/(m2K)
Li
Długość liniowego mostka cieplnego
m
Ψi
Liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka
cieplnego
W/(mK)
Krok 1.
Przykład obliczeniowy H tr
Wyznacz współczynnik strat przez przenikanie przegród budynku:
Dane:
•
•
•
•
•
•
•
Dla ścian 1120 m2 x 0,90 W/m2K = 1008 W/K
Dla okien 260 m2 x 2,6 W/m2K = 676 W/K
Dla stropodachu 360 m2 x 0,6 W/m2K = 216 W/K
Dla stropu nad piwnicą 360 x 0,8 W/m2K x 0,5 = 144 W/K
Mostki liniowe:
Dla okien i drzwi balkonowych 422 m x 0,35 W/mK = 148 W/K
Dla płyt balkonowych 72 m x o,85 W/mK = 61 W/K
•
Htr = 1008 + 676 + 216 + 144 + 148 + 61 = 2253 W/K
•
Uwaga: btr = 0,5 to współczynnik zmniejszenia temperatury tab.6/10921
Krok 2.
Obliczenie współczynnika strat przez wentylację H ve
• H ve = ρa x ca x ∑ ( b ve,k x V ve,k )
W/K
1.16/10922
ρa x ca Pojemność cieplna powietrza = 1200 J/m3K
J/m3K
b ve
Współczynnik korekcyjny dla strumienia k
-
V ve,k
Uśredniony w czasie strumień powietrza k
m3/s
k
Identyfikator strumienia powietrza
-
• Dla wentylacji grawitacyjnej i mechanicznej wywiewnej
H ve = 0,33 ( V o + V inf ) W/K
• Dla wentylacji mechanicznej nawiewno – wywiewnej
H ve = 0,33 [ V f ( 1 – η oc ) + Vx ] W/K
Vo
Obliczeniowy strumień wentylacji
m3/h
V inf
Strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności
m3/h
Vf
Strumień powietrza nawiewanego lub wywiewanego ( większy )
m3/h
Vx
Dodatkowy strumień powietrza infiltrującego przez nieszczelności wywołany
wpływem wiatru i wyporem termicznym ( przy pracy wentylatorów )
Krok 2.
•
•
Przykład obliczeniowy H ve
Dane:
Budynek 20 mieszkaniowy posiada 20 kuchni, 20 łazienek i 12 oddzielnych WC .
Budynek o ogrzewanej powierzchni 1280 m2 i wysokości 2,6 m
Pomieszczenia
Liczba
pomieszczeń
Strumień powietrza na
jedno pomieszczenie m3/h
Całkowity strumień
powietrza m3/h
kuchnie
20
70
1400
łazienki
20
50
1000
Oddzielne WC
12
30
360
Razem
Klatki schodowe
2760
2 x 225 m3
1/h
450
Ogółem V o
3210
•
•
•
Kubatura ogrzewana ( wentylowana )= 1280 x 2,6 = 3328 m3
V inf = 0,2 x kubatura wentylowana
m3/h
V inf = 0,2 x 3328 = 665 m3/h
1.22/10924
•
H ve = 0,33 ( 3210 + 665 ) = 1279 W/K
Krok 3.
Obliczenie miesięcznych strat ciepła przez przenikanie i
wentylację Q H, ht
• Q H,ht = Q tr + Q ve
• Q tr = H tr ( θ int – θ e ) tm /1000
• Q ve = H ve ( θ int - θ e ) tm /1000
kWh/miesiąc
kWh/miesiąc
kWh/miesiąc
1.11/10920
1.12/10921
1.13/10921
H tr
Współczynnik strat mocy cieplnej przez przenikanie przez wszystkie
przegrody zewnętrzne
W/K
H ve
Współczynnik strat mocy cieplnej na wentylację
W/K
Θ int
Temperatura wewnętrzna zgodna z przepisami w WT
°C
Θe
Średnia miesięczna temperatura zewnętrzna wg najbliższej stacji
meteorologicznej
°C
tm
Liczba godzin w miesiącu
h
Krok 3.
Przykład obliczeniowy Q H, ht
• Dane:
•
•
•
•
•
Miesiąc marzec
Htr = 2253 W/K
Hve = 1279 W/K
Θ int = 20°C
Θ e = 2°C
• Miesięczne straty ciepła w marcu przez przenikanie i wentylację:
• Q H, ht = ( 2253 + 1279 ) ( 20 - 2 ) 744/1000 = 47301 kWh/miesiąc
Krok 4.
• Q sol = Q s1 + Q s2
Miesięczne zyski od nasłonecznienia Q sol
kWh/miesiąc
1.24/10925
Q s1
Miesięczne zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna
zamontowane w przegrodach pionowych
Q s2
Miesięczne zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez okna
zamontowane w połaciach dachowych
• Q s1,s2 = ∑ C i x A i x I i x g x k α x Z kWh/miesiąc
kWh/miesiąc
1.25/10925
C i Udział powierzchni szklonej do całkowitego pola powierzchni ( średnia = 0,7 )
-
A i Pole powierzchni okien lub drzwi przeszklonych w świetle otworu
m2
Ii
Wartość energii promieniowania słonecznego na płaszczyznę pionową, w której kWh/m2
jest usytuowane okno według danych z najbliższej stacji meteo
m-ąc
g
Współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego przez
oszklenie wg tab. 7/10925
kα Współczynnik korekcyjny wartości I i ze względu na nachylenie płaszczyzny
połaci dachowej do poziomu, wg tab. 8/10925
-
Krok 4.
Przykład obliczeniowy Q s1
• Dane:
• C = 0,7 – udział pola powierzchni płaszczyzny szklonej do całkowitego pola
powierzchni okna
• A1 = 190 m2 – powierzchnia okien w kierunku E
• A2 = 70 m2 – powierzchnia okien w kierunku W
• I1 = 57,75 kWh/m2 x m-ąc – promieniowanie słoneczne w marcu, na kierunek E
• I2 = 60,18 kWh/m2 x m-ąc – promieniowanie słoneczne w marcu , na kierunek W
• g = 0,75 – współczynnik przepuszczalności przez oszklenie
• Kα = 1 – dla płaszczyzny pionowej
• Z = 0,95 – współczynnik zacienienia
• Miesięczne zyski ( marzec ) promieniowania słonecznego przez okna pionowe Q s1
= [ 190 x 57,75 + 70 x 60,18 ] x 0,7 x 0,75 x 0,95 = 7574 kWh/m-ąc
Krok 4.
Przykład obliczeniowy Q S2
• Dane:
• C = 0,7 – udział pola powierzchni płaszczyzny szklonej do całkowitego pola
powierzchni okna
• A1 = 12 m2 – powierzchnia okien dachowych
• Ii = 57,75 kWh/m2m-ąc – promieniowanie słoneczne w marcu na kierunek E
• g = 0,75 – współczynnik przepuszczalności przez oszklenie
• Kα = 1,2 dla 45° i kierunku E
• Z=1
• Miesięczne zyski od słońca w marcu przez okna pionowe
Q s2 = 12 x 57,75 x 0,7 x 0,75 x 1,2 = 437 kWh/m-ąc
Krok 5.
Miesięczne wewnętrzne zyski ciepła Q int
• Q int = q int x Af x tm / 1000
kWh/miesiąc
1.26/10926
q int
Obciążenie cieplne pomieszczenia zyskami wewnętrznymi
W/m2
Af
Powierzchnia pomieszczeń o regulowanej temperaturze
m2
Krok 5.
Przykład obliczeniowy Q int
• Dane:
• Af = 1280 m2 – powierzchnia ogrzewana pomieszczeń
• tm = 744 h – liczba godzin w miesiącu
• Q int = 5 W/m2 – średnia moc wewnętrznych źródeł ciepła
• Miesięczne zyski wewnętrzne
Q int = 5 x 1280 x 744 / 1000 = 4762 kWh/m-ąc
Krok 6. Miesięczne zapotrzebowanie ciepła do ogrzewania i wentylacji
Q H,nd,n
• Q Hnd = ∑ Q H,nd,n
• Q H,nd,n = Q H,ht – ηQ H,gn
kWh/rok
kWh/m-ąc
1.7/10919
1.8/10919
Q H,nd
Ilość ciepła niezbędna na pokrycie potrzeb ogrzewczych budynku
w okresie miesięcznym
kWh/m - ąc
Q H,ht
Straty ciepła przez przenikanie i wentylację w okresie miesięcznym
kWh/m - ąc
Q H,gn
Zyski ciepła od słońca i wewnętrzne w okresie miesięcznym
kWh/m - ąc
ηH,gn
Współczynnik efektywności wykorzystania zysków ciepła
-
Krok 6.
•
•
•
•
•
•
•
•
Przykład obliczeniowy współczynnika wykorzystania zysków
zapotrzebowania ciepła do ogrzewania i wentylacji
Cm = 260 000 x 1280 = 332 800 000 J/K ( ciężki budynek )
QH, ht = 47 033 kWh/m-ąc
straty ciepła
QH, gn = 12 773 kWh/m-ąc
zyski ciepła
γ = QH,gn/QH,ht = 122 773 = 0,27
Htr = 2 253 W/K
Hve = 11 279
ț = 332 800 000/[ 3600 x ( 2253 + 1279 ) ] 18,3
a H = 1 + 18,3/15 = 2,22
2,22
3,22
• η H, gn = ( 1 – 0,27
) / ( 1 – 0,27
) = 0,9446/0,9850 = 0,9590
• Q H,gn,n = 47033 – 0,959 x 12 7333 34 822 kWh/m-ąc
Krok 7.
Roczne zapotrzebowanie na energię użytkową Q H,nd
• Q H, nd = ∑ Q H, nd,n
kWh/rok
1.7/10919
Roczne zapotrzebowanie ciepła użytkowego do ogrzewania i wentylacji
oblicza się metodą bilansów miesięcznych.
Rozpatruje się miesiące od stycznia do maja i od września do grudnia.
Krok 7.
Przykład bilansu miesięcznego
Lp
1 2 3
1
Średnie temp m- ca
Θe
2
2
Różnica temp
Θ int – θ e
18
3
Liczba godzin w m-cu
tm
744
4
Suma strat
Q H,ht = ( Htr + H ve )
( θ int – θ e ) x tm
47033
5
Zyski słoneczne
Q sol
8011
6
Zyski wewnętrzne
Q int
4762
7
Suma zysków
Q H,gn = Q sol + Q int
12773
8
Zyski / straty
γ = Q H,gn / Q H,ht
0,27
9
Współczynnik
efektywności
wykorzystania zysków
η
0,959
10
Bilans
Q H,nd,n = Q H,ht –
η H,gn x Q H,gn
34822
4 5 9 10 11 12
Krok 8.
Roczne zapotrzebowanie energii końcowej Q K,H
• Q K,H = Q H,nd / η H,tot
• η H,tot = η H,g x η H,s x η H,d x η H,e
kWh/rok
1.5/10914
1.6/10914
Q H,nd
Zapotrzebowanie na energię użytkową
kWh/rok
η H,tot
Średnia sezonowa sprawność całkowita systemu grzewczego
-
η H,g
Średnia sezonowa sprawność wytworzenia nośnika ciepła
-
η H,s
Średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepła w elementach
pojemnościowych
-
η H,d
Średnia sezonowa sprawność dystrybucji nośnika ciepła
-
η H,e
Średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania ciepła
-
Krok 8.
Przykład obliczenia rocznego zapotrzebowania na energię
końcową Q K,H
• Dane:
•
•
•
•
•
Q H,nd = 232610 kWh/a
η H,g = 0,86 (kocioł gazowy)
η H,s = 1
( nie ma buforu )
η H,d = 0,93
η H,e = 0,9
• η H,tot = 0,86 x 1 x 0,93 x 0,9 = 0,72
• Q K,H = 232610 / 0,72 = 323 069 kWh/rok
Krok 9.
Roczne zapotrzebowanie energii pomocniczej E el,pom
• E el,pom,H = ∑ q el,H,i x A f x t el i / 1000
• E el,pom,v = ∑ q el,v,i x A f x t el i / 1000
kWh/rok
kWh/rok
1.30/10931
1.31/10931
q el,H,i
Zapotrzebowanie mocy elektrycznej do napędu urządzenia
pomocniczego w systemie ogrzewania
W/m2
q el,H,i
Zapotrzebowanie mocy elektrycznej do napędu urządzenia
pomocniczego w systemie wentylacji
W/m2
t el,i
Czas działania urządzenia pomocniczego w ciągu roku
h/rok
Krok 9.
Przykład obliczenia energii pomocniczej E el,pom
• Dane:
• W budynku o powierzchni ogrzewanej 980 m2 jest pompa obiegowa w
systemie ogrzewania i pompa cyrkulacyjna dla ciepłej wody.
• E el,pom,H = [ 0,2 x 5000 + 0,05 x 5840 ] x 980 / 1000 = 1266 kWh/rok
Krok 10. Roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną Q P
• Q P = Q P,H + Q P,W
• Q P,H = w H x Q K,H + w el x E el,pom,H
• Q P,W = w W x w el x E el,pom,W
kWh/rok
kWh/rok
kWh/rok
1.2/10913
1.3/10913
Krok 10. Tabela 1/10913 Współczynnik nakładu nieodnawialnej energii
pierwotnej w
Nośniki energii
Współczynnik nakładu
w
Paliwo
Olej opałowy
1,1
Paliwo
Gaz ziemny
1,1
Paliwo
Gaz płynny
1,1
Paliwo
Węgiel kamienny
1,1
Paliwo
Węgiel brunatny
1,1
Paliwo
Biomasa
0,2
Źródło energii
Kolektor słoneczny
0
Kogeneracja
Węgiel, gaz, olej
0,8
Kogeneracja
Biomasa, biogaz ( en. odn.)
0,15
Systemy ciepłownicze
Ciepłownia węglowa
1,3
Systemy ciepłownicze
Ciepłownia gazowa lub olejowa
1,2
Systemy ciepłownicze
Ciepłownia na biomasę
0,2
Energia elektryczna
Elektrownia
3
Krok 10.
Przykład obliczenia zapotrzebowania nieodnawialnej energii
pierwotnej Q P
• Dane :
•
•
•
•
Energia końcowa Q K,H = 323 069 kWh/rok
Energia pomocnicza E el, pom,H = 1654 kwh/rok
W H ( ogrzewanie gazowe ) = 1,1
W el = 3
• Q P = 1,1 x 323069 + 3 x 1654 = 355380 + 4962 = 360338 kWh/rok
Dziękuję za uwagę