Základy vytápění (2161596)
3. Potřeba tepla a paliva - Denostupňová metoda 31. 10. 2016 Ing. Jindřich Boháč
Základy vytápění Ing. Jindřich Boháč Místnost: Kontakt: Web: Konzultace:
B1-807 (8. patro, Ústav 12116)
[email protected] +420 22435 2488 www.jindrab.webnode.cz/skola/ www.utp.fs.cvut.cz Pondělí 9:00 až 10:30 a 13.00 až 14.30 ale raději po dohodě mailem…
2
Potřeba tepla na vytápění POTŘEBA ≠ SPOTŘEBA projekt
skutečnost
Výpočet teoretické potřeby tepla na vytápění podle denostupňové metody:
𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑡𝑒𝑜𝑟
𝑑. 𝑡𝑖𝑠 − 𝑡𝑒𝑠 = 24.3600. 𝑄𝑐 . . 𝑒𝑖 . 𝑒𝑡 . 𝑒𝑑 [𝐽/𝑜𝑡. 𝑜𝑏𝑑𝑜𝑏í] 𝑡𝑖𝑠 − 𝑡𝑒
𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑡𝑒𝑜𝑟 - teoretická potřeba tepla na vytápění [J/ot.obd] 𝑄𝑐 - celková tepelná ztráta objektu [W] 𝑑 - počet dnů v otopném období [den] 𝐷 - denostupeň: 𝐷 = 𝑑. 𝑡𝑖𝑠 − 𝑡𝑒𝑠 [den. °C] 𝑡𝑖𝑠 - průměrná vnitřní teplota objektu [°C] 𝑡𝑒𝑠 - průměrná venkovní teplota za otopné období [°C] 𝑡𝑒 - venkovní oblastní výpočtová teplota [°C] 𝑒𝑖 - opravný součinitel na nesoučasnost přirážek (dle ČSN 06 0210) [-] - opravný součinitel na nesoučasnost tepelné ztráty větráním a prostupem (dle ČSN EN 12 831) [-] 𝑒𝑡 - opravný součinitel na snížení vnitřní teploty (při přerušovaném vytápění) [-] 𝑒𝑑 - opravný součinitel na zkrácení doby provozu (ot. soustavy při přerušovaném vytápění) [-] 𝜀 - celkový součinitel: 𝜀 = 𝑒𝑖 . 𝑒𝑡 . 𝑒𝑑
3
Potřeba tepla na vytápění Otopné období začíná ve chvíli, kdy průměrná venkovní denní teplota klesne ve dvou po sobě následujících dnech pod + 13 °C a následující den je předpoklad, že tato teplota bude opět nižší než 13 °C. Konec otopného období je definován opačně.
4
Potřeba tepla na vytápění Výpočet průměrné vnitřní teploty celého objektu tis je dle váženého průměru objemů jednotlivých místností: 𝑛
𝑡𝑖𝑠 =
𝑖=1 𝑉𝑖 . 𝑡𝑖 𝑛 𝑖=1 𝑉𝑖
𝑡𝑖𝑠 - průměrná vnitřní teplota objektu [°C] 𝑡𝑖 - vnitřní teplota i-té místnosti [°C] 𝑉𝑖 - objem i-té místnosti [m3]
V praxi se však většinou volí: cca 19 až 19,5 °C pro RD cca 17 °C pro školy a jiné větší budovy
Opravný součinitel na nesoučasnost přirážek / nesoučasnost tepelné ztráty větráním a prostupem:
𝑒𝑖
volí se cca 0,6 (RD) až 0,9 (velké bytové domy, školy)
5
Potřeba tepla na vytápění Výpočet opravného součinitele na snížení vnitřní teploty (při přerušovaném vytápění, např. s nočním útlumem apod.): 𝑡𝑖,𝑠𝑛íž𝑒𝑛á −𝑡𝑒𝑠 𝑒𝑡 = 𝑡 −𝑡 Volíme:
𝑖𝑠
𝑒𝑠
nemocnice = 1 obytné budovy s nepřeruš. vytáp. = 0,95 obytné budovy s nočním přeruš. vytáp. = 0,9 správní budovy = 0,65 až 0,9 dle denního využití školy = 0,8 (1/2 denní vyuč.) až 0,85 (s celodenním vyuč.)
Výpočet opravného součinitele na zkrácení doby provozu (OS při přerušovaném vytápění):
Volíme:
𝑑´ 𝑒𝑑 = 𝑑 nemocnice a jiné trvale vytáp. budovy = 1 budovy s jednodenním klidem (6/7) = 0,9 budovy s dvoudenním klidem (5/7) = 0,8 školy = 0,7 6
Potřeba tepla na vytápění Výpočet skutečné potřeby tepla na vytápění:
𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡
𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑡𝑒𝑜𝑟 = 𝐽/𝑜𝑡. 𝑜𝑏𝑑𝑜𝑏í 𝜂𝑅 . 𝜂𝑂 . 𝜂𝐾
𝜂𝑅 - účinnost rozvodů tepla - zohledňuje kvalitu izolace a způsob provedení rozvodu tepla [-] (od 0,85 (dálkové výtopny) až po 0,95 či 0,98 u RD) 𝜂𝑂 - účinnost obsluhy zdroje tepla, resp. dnes regulace - zohledňuje typ regulace daného zdroje tepla (ekviterm, zóna ap.)[-] (od 0,9 (kotel tuhá paliva) až po 0,99 pro plynový kotel s rozdělením do zón) 𝜂𝐾 - účinnost zdroje tepla (kotle) - zohledňuje typ daného zdroje tepla [-] cca 0,68 až 0,8 - kotle na tuhá paliva cca 0,83 až 0,96 - kotle na kapalná a plynná paliva cca 0,95 až 0,98 - pro elektrokotle 7
Potřeba tepla na přípravu TV Výpočet roční potřeby tepla na přípravu teplé vody podle denostupňové metody: Nejprve je nutno spočítat denní potřebu tepla pro přípravu TV:
𝑄𝑑,𝑇𝑉,𝑑𝑒𝑛 = 1 + 𝑧 . 𝜌. 𝑐. 𝑉2𝑝 . 𝑡2 − 𝑡1
[𝐽/𝑑𝑒𝑛]
𝑧 - koeficient ztrát závislý na délce rozvodů TV a kvalitě jejich izolace [-] z = 0 pro průtočný ohřev z = cca 0,5 pro RD z = cca 1 až 4 pro velké budovy s cirkulací 𝑉2𝑝 - potřeba teplé vody pro objekt [m3/den] RD cca 40 až 50 litrů na osobu a den (tzn. přenásobit počtem osob!) kancelářské budovy cca 10 l/os.den 𝑡2 - teplota ohřáté vody - standardně 55 [°C] 𝑡1 - průměrná roční teplota přiváděné studené vody - standardně 10 [°C]
8
Potřeba tepla na přípravu TV Výpočet roční potřeby tepla na přípravu TV podle denostupňové metody:
𝑄𝑑,𝑇𝑉
𝑡2 − 𝑡1,𝑙é𝑡𝑜 = 𝑄𝑑,𝑇𝑉,𝑑𝑒𝑛 . 𝑑 + 0,8. 𝑄𝑑,𝑇𝑉,𝑑𝑒𝑛 . . 𝑁 − 𝑑 [𝐽/𝑟𝑜𝑘] 𝑡2 − 𝑡1,𝑧𝑖𝑚𝑎
𝑁 - počet provozních dní soustavy [den] (N = 365 pro RD atp.) 𝑡1,𝑙é𝑡𝑜 - teplota studené přiváděné vody v létě - standardně 15 [°C] 𝑡1,𝑧𝑖𝑚𝑎 - teplota studené přiváděné vody v zimě - standardně 5 [°C]
9
Celková potřeba tepla Výpočet celkové roční potřeby tepla (vytápění + příprava teplé vody):
𝑄𝑑,𝑐𝑒𝑙𝑘 = 𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 + 𝑄𝑑,𝑇𝑉 [𝐽/𝑟𝑜𝑘] Výpočet celkové roční potřeby paliva:
𝑈𝑑,𝑐𝑒𝑙𝑘 = 𝑈𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 + 𝑈𝑑,𝑇𝑉
𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 𝑄𝑑,𝑇𝑉 3 = + [m /rok nebo kg/rok] 𝐻𝑢 𝐻𝑢
𝐻𝑢 - výhřevnost použitého paliva [MJ/m3; MJ/kg] např.: zemní plyn (tranzitní ruský) = 35,9 MJ/m3 palivové dřevo = 14,6 MJ/kg hnědé uhlí (Mostecko) = 17,2 MJ/kg černé uhlí (Ostravsko) = 29,3 MJ/kg
10
Potřeba tepla Př.1) Vypočtěte potřebu tepla a paliva pro vytápění rodinného domu s celkovou tepelnou ztrátou 7,6 kW a dále budovy FS ČVUT s celkovou tepelnou ztrátou cca 750 kW.
Obě stavby se nachází v Praze (d = 225 dní; tes = 4,3 °C; te = -12 °C) a) Rodinný dům: tis = 19,5 °C; ei = 0,6; et = 0,95; ed = 1; vytápění plynovým kondenzačním kotlem: 𝜂𝐾 = 97 %; 𝜂𝑅 = 96 %; 𝜂𝑂 = 99 %; Hu = 35,9 MJ/m3 b) FS ČVUT: tis = 17 °C; ei= 0,8; et = 0,85; ed = 0,64 (→225 - 82 = 143 tzn. 31 víkendů a cca 20 dní svátků a volných dnů); vytápění plynovým kondenzačním kotlem: 𝜂𝐾 = 98 %; 𝜂𝑅 = 85 %; 𝜂𝑂 = 99 %; Hu = 35,9 MJ/m3 11
Potřeba tepla Řešení: Teoretická potřeba tepla na vytápění: 225. 19,5 − 4,3 . 0,95.1.0,6 = 40640 𝑀𝐽 19,5 − (−12)
a)
𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑡𝑒𝑜𝑟 = 24.3600.7600.
b)
225. 17 − 4,3 . 0,85.0,64.0,8 = 2780 𝐺𝐽 𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑡𝑒𝑜𝑟 = 24.3600.750000. 17 − (−12)
Skutečná potřeba tepla na vytápění: a)
40640 𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 = 0,96.0,97.0,99 = 44090 𝑀𝐽
b)
2780 𝑄𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 = = 3371 𝐺𝐽 0,98.0,85.0,99 12
Potřeba paliva Potřeba paliva na vytápění
44090 a) 𝑈𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 = = 1228 𝑚3 35,9 3371000 b) 𝑈𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 = = 93900 𝑚3 35,9 Cena paliva na vytápění a) 𝐶𝑑,𝑣𝑦𝑡 = 1228 . 10,5 𝐾č/ 𝑚3 + 12 . 330 𝐾č/𝑚ě𝑠í𝑐 = 16900 𝐾č/𝑟𝑜𝑘 b) 𝐶𝑑,𝑣𝑦𝑡 = 3371.500 𝐾č/ 𝐺𝐽 = 1,69 𝑚𝑖𝑙. 𝐾č/𝑟𝑜𝑘
13
Potřeba tepla Př.2) Vypočtěte potřebu tepla a paliva pro celoroční přípravu teplé vody zadaného rodinného domu v Praze: Počet osob 6; spotřeba vody 40 l/os.den; voda je ohřívána na 55 °C; z = 0,5
𝑉2𝑝 = 6.0,040 = 0,24 𝑚3/𝑑𝑒𝑛 𝑄𝑑,𝑇𝑉,𝑑𝑒𝑛 = 1 + 0,5 . 1000.4200.0,24. 55 − 10 = 68 𝑀𝐽/𝑑𝑒𝑛 𝑄𝑑,𝑇𝑉 𝑈𝑑,𝑇𝑉
55 − 15 = 68.225 + 0,8.68. . 365 − 225 = 21400 𝑀𝐽/𝑟𝑜𝑘 55 − 5 21400 = = 596 𝑚3 /𝑟𝑜𝑘 (𝑈𝑑,𝑣𝑦𝑡,𝑠𝑘𝑢𝑡 = 1228 𝑚3/𝑟𝑜𝑘) 35,9 tj. 16900 Kč / rok
𝐶𝑑,𝑇𝑉 = 596 . 10,5 𝐾č/ 𝑚3 + 12 . 330 𝐾č/𝑚ě𝑠í𝑐 = 10220 𝐾č → 𝑪𝒅,𝒄𝒆𝒍𝒌 = 𝟐𝟕𝟏𝟐𝟎 𝑲č/𝒓𝒐𝒌 14
Děkuji za pozornost
