Tepelná Tepelná pohoda - velič veličiny
ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Stropní sálavé a teplovzdušné vytápění halových objektů
Prostor
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
1
produkce metabolické metabolického tepla poč počet standardní standardních vrstev odě oděvu
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
2
Operativní Operativní teplota
Nař Nařízení zení vlá vlády č.178/2001 z 18.4.2001,ve zně znění 523/2002, kterým se stanoví stanoví podmí podmínky ochrany zdraví zdraví zamě zaměstnanců stnanců při prá práci tepelná tepelná
teplota vzduchu účinná inná teplota okolní okolních ploch (povrchová (povrchová teplota)
Člově lověk
Rychlost proudě proudění vzduchu Relativní Relativní vlhkost vzduchu
Tepelná Tepelná pohodapohoda-pož požadavky
Operativní Operativní teplota
rovnová rovnováhy člově lověka bez pocení pocení rovnomě rovnoměrnost tepelné tepelné zátěže ěže v prostoru
Operativní teplota to (°C) je vypočtená hodnota. Je to jednotná teplota uzavřeného černého prostoru, ve kterém by tělo sdílelo radiací a konvekcí stejně tepla, jako ve skutečném teplotně nehomogenním prostředí. Při známé střední radiační teplotě tr (°C) (účinné teplotě okolních ploch) a teplotě vzduchu ta (°C) se určí z výrazu:
optimá optimální lní
to = tr + A ( ta - tr ),
a čase optimá optimální lní
pomě poměr konvekč konvekčního a radiač radiačního tepla optimá optimální lní tok vodní vodní páry z organismu do prostř prostředí edí TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
kde A je funkcí rychlosti proudění vzduchu
3
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
4
5
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
6
Teplota kulové kulového teplomě teploměru a operativní operativní teplota
Při rychlostech proudě ch než proudění vzduchu menší menších než 0,2 m.s-1 lze nahradit operativní operativní teplotu výslednou teplotou kulové kulového teplomě teploměru tg (°C). Při jiných rychlostech proudě proudění va (m.s-1) lze stř střední ední radiač radiační teplotu tr (°C) pro výpoč výpočet operativní operativní teploty to (°C) stanovit ze vztahu:
[
]
tr = (t g + 273) + 2,9.108.va0,6 (t g − ta ) 4 − 273
1
4
kde tg - výsledná výsledná teplota kulové kulového teplomě teploměru φ 0,10m (°C) ta - teplota vzduchu (°C) va - rychlost proudě proudění vzduchu (m.s-1)
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
1
Přípustné hodnoty mikroklimatických podmínek pro celý rok
Vytá Vytápění velkoprostorových hal Charakter objektu
TZ21 2006/2007
to min je platná pro tepelný odpor oděvu 1 clo to opt je platná pro tepelný odpor oděvu 0,75 clo to max je platná pro tepelný odpor oděvu 0,5 va je rychlost proudění vzduchu SR je intenzita pocení Rh je relativní vlhkost + z hlediska energetického výdeje práce není celosměnově únosná pro ženy ++ z hlediska energetického výdeje práce není celosměnově únosná pro muže +++ platí pro osobu o ploše povrchu těla 1,8 m2 prof.Ing.Karel Kabele,CSc. 7 to stanovena pro 60% relativní vlhkosti vzduchu
TZ21 2006/2007
Systé Systémy
•
Vodní Vodní - radiá radiátory, podlahové podlahové, stropní stropní nízkoteplotní zkoteplotní Teplovzduš Teplovzdušné - větrací trací, cirkulač cirkulační Sálavé lavé - tmavé tmavé a svě světlé tlé zářiče
• • •
ČSN 060215 Výpoč Výpočet vytá vytápění infrač infračervenými zá zářiči ČSN 060210 Výpoč Výpočet tepelných ztrá ztrát budov př při ústř střední edním vytá vytápění ČSN730540 Tepelně Tepelně-technické technické vlastnosti konstrukcí konstrukcí ČSN 386441 Odbě Odběrní rní plynová plynová zař zařízení zení v budová budovách
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
•
9
TZ21 2006/2007
8
niž nižší teplota vzduchu; provozní provozní pohotovost; mož možnost mí místní stního vytá vytápění; nezpů nezpůsobuje prů průvan;
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
10
Zjednoduš Zjednodušený ná návrh
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
Navrhová Navrhování sálavé lavého vytá vytápění 1
Tmavé Tmavé zářiče
TZ21 2006/2007
zajiš zajištění pohody prostř prostředí edí minimá minimální lní investič investiční náklady ekonomický provoz ekologický provoz
Zářiče tmavé tmavé do 550° 550°C, svě světlé tlé od 850° 850°C Vlastnosti
Legislativa
Sálavé lavé vytá vytápění hal •
Krité Kritéria pro ná návrh
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
Vytá Vytápění halových objektů objektů
velká velká výš výška haly velké velké rozpony přeruš erušovaný provoz pohyb vzduchu a otví otvírání vrat tepelně tepelně-tech.vlastnosti tech.vlastnosti obvodových konstrukcí konstrukcí častý pož požadavek na místní stní vytá vytápění
11
Stanovení Stanovení pož požadované adované výsledné výsledné teploty a teploty vzduchu Výpoč Výpočet tepelné tepelné ztrá ztráty haly prostupem Vypoč Vypočte se tepelná tepelná ztrá ztrátu vě větrá tráním Qv Stanoví Stanoví se celkový př příkon zá zářičů Pro orientač orientační stanovení stanovení výš výšky a rozteč rozteče infrazá infrazářičů se použ použije údajů dajů nomogramu výrobce
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
12
2
Navrhová Navrhování sálavé lavého vytá vytápění 2
Navrhová Navrhování sálavé lavého vytá vytápění 3
Výpoč Výpočet dle ČSN 060215
Poč Počítač tačová ová simulace
stanoví stanoví se pož požadovaná adovaná výsledná výsledná teplota v mí místnosti provede se př ný ná předběž edběžný návrh rozmí rozmístě stění a výkonu zářičů stanoví stanoví se rozlož rozložení ení intenzity osá osálání (W.m-2) z tepelné tepelné rovnová rovnováhy osá osálaných ploch a vě větrací tracího vzduchu se vypoč vypočet výsledná výsledná teplota a porovná porovná s pož požadovanou optimalizuje se navrž navržené ené řešení ení z hlediska minimá minimální lního př příkonu př při dodrž dodržení ení pož požadované adované
stanovení stanovení pož požadované adované výsledné výsledné teploty hledá hledá se takový př příkon zá zářičů Q(W) př při které kterém je dosaž dosaženo tepelné tepelné rovnová rovnováhy osá osálané lané podlahy vnitř vnitřního vzduchu tepelné tepelné bilance člově lověka
rozmí rozmístě stění dle rovnomě rovnoměrnosti osá osálání plochy omezení omezení maximá maximální lního osá osálání hlavy
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
výsledné výsledné teploty 13
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
14
Aplikace - Případová padová studie
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
15
Krok 1. – využ využití ití statické statického modelu
Prů Průběh operativní operativní teploty Spotř Spotřeba energie Optimalizace provozní provozního rež režimu
Nástroj pro ná návrh a analýzu vytá vytápění tmavými plynovými zá zářiči
Obr.1 - Intenzita sálavého toku
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
16
SW Hefaistos
Optimá Optimální lní rozmí rozmístě stění zářičů
Krok 2. – využ využití ití dynamické dynamického modelu
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
Modelová Modelování–Krok 1. Rozmí Rozmístě stění zářičů
Metodika řešení ení
TZ21 2006/2007
Optimalizace ná návrhu a nastavení nastavení provozní provozních parametrů parametrů sálavé lavého vytá vytápění prů průmyslové myslové haly
17
TZ21 2006/2007
Obr.2 - Intenzita osálání temene hlavy
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
18
3
Modelová Modelování – Krok 2. Provoz systé systému ESPESP-r
Analýza prů průběhu operativní operativní a stř střední ední radiač radiační teploty
–Model tmavé tmavého zá zářiče + 1 zó zónový model haly
Temperature - Tr, Tg [°C]
Mean radiant and operative temperature in different locations of the hall
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
Daytime
19
Monthly energy consumption 9000
TZ21 2006/2007
5074
4854
5000
4146
4000
3006
3000
2142
2060 1080
837,5
833,1 124 0 0
00
00
00
83
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
21
TZ21 2006/2007
Voda 4186 980
Vzduch 1010 1,28
10 až 25
20 až 30
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
t m be r Oc to be No r ve m be De r ce m be r
y
us
te
Ju l
ug
A
-10 -5 0 5 10 Average ambient temperature 12:00-24:00 day before [°C]
ar y ar ch A pr il M ay Ju ne
0 -15
original
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
optimal
22
Použ Použití ití
TZ21 2006/2007
6000
1000
Princip - do mí místnosti se př přivá ivádí vzduch o teplotě teplotě vyšší vyšší,, než než je pož požadovaná adovaná Parametr měrné teplo c [J.kg-1.K-1] hustota [kg.m-3] teplotní spád používaný pro vytápění obytných budov [K]
7424
7069 6507
6058
2000
Teplovzduš Teplovzdušné vytá vytápění
7720
7000
Se p
Average ambient temperature 12:00-24:00 day before [°C]
8000
-0,0858x
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
M
10
20
Výsledky simulace : spotř spotřeba energie na vytá vytápění
ar y
5
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
Ja nu
0
MRT sens 2 Operative temp.
TZ21 2006/2007
kWh.month-1
Start-up pe rio d [min]
y = 337,34e Start-up pe riod [min]
-5
3 -2
-0,1275x
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -10
8
Start-up period after weekend break
Start-up period after night break
-15
13
MRT sens 3 MRT sens 1
Modelová Modelování – Krok 2. Optimá á Optim lní lní doba startu vytá vytápění po otopné otopné přestá estávce y = 142,31e
18
ru
TZ21 2006/2007
Typický zimní zimní den Přeruš erušované ované vytá vytápění 8:008:00-16:00 Pož Požadovaná adovaná teplota 18° 18°C
23
00 h0 5 01 h4 5 03 h2 5 05 h0 5 06 h4 5 08 h2 5 10 h0 5 11 h4 5 13 h2 5 15 h0 5 16 h4 5 18 h2 5 20 h0 5 21 h4 5 23 h2 5
Hliník Minerální vlna Hliník + tepelný tok
28
Fe b
Modelová Modelování – Krok 2. Provozní Provozní parametry
24
halové halové prostory prů průmyslové myslové shromažď ovacíí místnosti shromažďovac klimatizované klimatizované místnosti přeruš erušované ované vytá vytápění nízkoenergetické zkoenergetické budovy kombinace s př přívodem čerstvé erstvého vzduchu (odvod škodlivin) 30 m3/hod/osobu
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
25
4
Problé Problémové mové okruhy
Principy
přívod čerstvé erstvého vzduchu zdroj tepelné tepelné energie umí umístě stění ventilá ventilátoru x hluk rozvody - obrazy proudě proudění Dimenzová Dimenzování - množ množství ství vzduchu (podle hygieny) + teplotní teplotní spá spád (podle výš výšky výdechu do 3m 44-5K, prů průmysl až až 50 K)
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
26
Podle umí umístě stění strojovny
centrá centrální lní decentralizované decentralizované
Provoz
cirkulač cirkulační, ventilač ventilační kombinovaný
TZ21 2006/2007
Konstrukce teplovzduš teplovzdušných jednotek
Teplovzduš Teplovzdušné nebo sá sálavé lavé vytá vytápění ? Vliv sá sálavé lavého vytá vytápění na vlhkost v objektu? Výš Výška zavě zavěšení ení? Použ Použití ití propanu? Regulace výkonu?
VZT jednotka (ventilá (ventilátor, tlumič tlumič hluku,filtr, ohř ohřívák, smě směšovací ovací komora) + potrubí potrubí + výú výústky napojení napojení VZT jednotky na UT rekuperace
Loká Lokální lní
konvektory s nucenou cirkulací cirkulací vzduchu podlahové podlahové, ná nástě stěnné nné, podstropní podstropní elektrické elektrické, teplovodní teplovodní, parní parní,plynová ,plynová rekuperač rekuperační jednotky
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
27
Diskuse
Centrá Centrální lní - přívod+odvod
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
28
TZ21 2006/2007
prof.Ing.Karel Kabele,CSc.
29
5
