Vytápění místností a návrh otopných ploch, výpočet tepelných bilancí PŘEDNÁŠKA Č. 8
SDÍLENÍ TEPLA 1 – PROUDĚNÍ (KONVEKCE) VÝKON
• QP=h.S.(tp-tv) • voda h=500÷4000 W/m2K • vzduch h=5÷25 W/m2K v → RYCHLOST PROUDĚNÍ VYŠŠÍ RYCHLOST - VYŠŠÍ h
1
SDÍLENÍ TEPLA 2 – SÁLÁNÍ (RADIACE) VÝKON
T QR1 = ε1.c.S. P1 100
4
T QR 2 = ε2 .c.S. P2 100
(W ) 4
(W )
ZÁŘIVOST • c=5,77 W/m2K4 POHLTIVOST
• ε ⇒ MATNÝ NÁTĚR 0,98 LESKLÝ NÁTĚR 0,05
t = 20°C, ε = 1, ⇒ Q R 1 = 424 W / m2
SDÍLENÍ TEPLA 3 – VEDENÍ (KONDUKCE) VÝKON
Qλ = S
s tp2
tp1
λ (tP1 − tP2 ) (W ) s
• λ → BETON 1 W/mK • λ → OCEL 50W/mK • λ → POLYSTYREN
λ
0,04 W/mK
Qλ
2
SDÍLENÍ TEPLA 4 – PROSTUP (VEDENÍ + PROUDĚNÍ)
Q O = QP + QK
s
Q O = U.S.(t V − t e )
tv
(W )
max QP
• malé λ,velké s → podstatná konvekce (tl.0,5mm)
te
max QK
QO
• velké λ, malé s → podstatná kondukce • k je nově U – součinitel prostupu tepla
VYTÁPĚNÍ PRO POHODU PROSTŘEDÍ A
B ts
tv
tv
tp
ts
tp
LÉTO
ZIMA
t ~t
t p~ t v> ti
tV – teplota vzduchu v místnosti tP – průměrná teplota povrchů ploch
tP =
∑ Si .tPi ∑ Si
3
VÝPOČTOVÁ TEPLOTA D
C tp
tv
t p1
t
ti
t p2
ti =(t p+t v)/2
tp1 << t p2
ti – výpočtová teplota (kulový teploměr) t +t ti = V P 2 ti =20°C (22°C) – obytné místnosti ti =24°C – lázně
NEROVNOMĚRNOST TEPLOTY tS D
t p1
E t t p2 t
D - nerovnoměrnost horizontální - od svislých chladných ploch – různé sálání E - nerovnoměrnost vertikální - konvekce (rozložení teploty vzduchu po výšce)
4
TEPELNÁ ZTRÁTA MÍSTNOSTI 1 M2
M1 -15° 20°
Q0
Qp
-15°
20° -15°
20°
20°
Q0
Qp 20°
20°
20° M1
M2
TEPELNÁ ZTRÁTA MÍSTNOSTI 2 (BUDOVY) PROSTUPEM (součinitel prostupu tepla k – nově U) VÝPOČTOVÉ EXTRÉMNÍ PODMÍNKY Q 0 = ∑ U j .S j .(t i − t ej ) ( w ) j=n
j=1
te= -12, -15, -18, (-21)
t +t ti = V P 2 PRŮMĚRNÝ SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA Uc UC =
Q0 SC .(t i − t e )
(W / m K ) 2
5
TEPELNÁ ZTRÁTA MÍSTNOSTI 2 (BUDOVY) PŘIRÁŽKY: PŘIRÁŽKA p1 (vliv chladných stěn)
p1 = UC .0,15 (nově značeno Uc)
PŘIRÁŽKA p2 (zátop) p2=0 nepřerušované p2=0,1 vytápění τ>16h p2=0,2 vytápění τ<16h PŘIRÁŽKA p3 (na světové strany)
PŘIROZENÉ VĚTRÁNÍ – INFILTRACE 1 (ÚČINEK VĚTRU)
6
PŘIROZENÉ VĚTRÁNÍ – INFILTRACE 2 (ÚČINEK VĚTRU) TLAK VĚTRU PODLE RYCHLOSTI c c2 ∆p = ⋅ ρ e 2 PŘETLAK
c2 ∆p P = 0,67 ⋅ ρ e 2 SÁNÍ
c = 4 ÷ 10m / s B = 3 ÷ 12(18)( Pa 0 , 67 ) M = 1;0,7 ÷ 0,4;0 i V = 0,4 ÷ 1,2m 3s −1 / mPa 0 , 67
c2 ρe 2 VÝKON NA OHŘÁTÍ VZDUCHU 1300 J/m3K ∆p S = 0,33 ⋅
Q V = 1300 ⋅ ∑ (i V ⋅ L ) ⋅ B ⋅ M ⋅ (t i − t e ) 1300 .
VV(m3/s) .
( ti –te )
(W)
Q V = 0,36( Wh / m 3 K ) ⋅ VV (m 3 / h ) ⋅ (t i − t e )
ROČNÍ SPOTŘEBA TEPLA MAX. VÝKON BUDOVY QB, POČET OTOPNÝCH DNÍ – d DENOSTUPNĚ D = ( t iS − t eS ).d
Q .24 QBR = B .D .ei .e t .e d .nr .n0 .e t − t i e ei -nesoučasnost infiltrace a prostupu (0,8 ÷ 0,9) et -snížení teploty během dne (0,8 ÷ 7) ed -zkrácení doby s vyt. přestávkami (0,8 ÷ 1) nr -účinnost rozvodů (0,95 ÷ 0,98) no -účinnost obsluhy (0,9 ÷ 1)
7
PRŮBĚH ROČNÍHO VÝKONU 2 TOPNÁ SEZÓNA (OTOPNÉ OBDOBÍ) 1.9 AŽ 31.5. PRŮMĚRNÁ DENNÍ VENKOVNÍ TEPLOTA ted (Z MĚŘENÍ)
t ed
<13°C dva dny ZAČÁTEK VYTÁPĚNÍ t 7 + t 14 + 2t 21 = >13°C dva dny KONEC VYTÁPĚNÍ 4
ti ODCHYLKA V PROVOZNÍ DOBĚ ± 1,5°C
ROČNÍ SPOTŘEBA
QR = Q MAX .τ.ε [Wh / r ] τ ≅ 6000h(250dní.24hod) ε ≅ 0,5
PRŮBĚH ROČNÍHO VÝKONU 5 VĚTRÁNÍ MAXIMÁLNÍ VÝKON:
Q −15 = 0,36 ⋅ V ⋅ n ⋅ (t i − t e )
(W )
V = VĚTRANÝ OBJEM BUDOV m3 n - intenzita výměny 0,1/h ti → 20°C, te → -15°C ROČNÍ SPOTŘEBA TEPLA:
Q V = Q −15 .τ.ε = Q −15 .6000 .0,488
(Wh )
8
PRŮBĚH ROČNÍHO VÝKONU 6 VÝPOČTOVÝ PRŮBĚH
DODÁVKA TEPLA = ODBĚR 1 Q1=k.A1.(80-20) 90° Q1=m1.c. t 80° t=20.(90-70) 70°
20
-15
Q1
-15
Q2
20°
Q=Q1+ Q2 m=m1+ m2 Q=m.c.(90-70)
Q2=k.A2.(80-20) 90° Q2=m2.c. t 80° t=20.(90-70) 70°
20
20°
m kg.s-1
90°
70°
9
VYTÁPĚNÍ MÍSTNOSTÍ TEPLOVZDUŠNÉ VYTÁPĚNÍ – KONVEKCE (VZDUCH) TEPLOSMĚNNÉ PLOCHY – KONVEKCE, RADIACE A. B.
1 PŘÍMOTOPNÉ 2 AKUMULAČNÍ - VODA, KONSTRUKCE (PODLAHA, STĚNA) 1. OTOPNÁ TĚLESA - ČLÁNKOVÁ - DESKOVÁ – VĚTŠÍ RADIACE - TRUBKOVÁ - TRUBKOVÁ S PŘÍDAVNOU PLOCHOU - KONVEKTORY – PODSTATNÁ KONVEKCE 2. VELKOPLOŠNÉ OTOPNÉ PLOCHY - PODLAHOVÉ – KONVEKCE, SÁLÁNÍ - STĚNOVÉ – KONVEKCE, SÁLÁNÍ 3. SÁLAVÉ – STROPNÍ - VELKOPLOŠNÉ – CELÝ STROP - MALOPLOŠNÉ – ČÁST STROPU (PANELY, JEDNOTKY, PÁSY)
OTOPNÁ TĚLESA 1 SDÍLENÍ TEPLA QK2 QK QR1
QR1 QK1
QK+QR1
ε
QD
tP
A
10
OTOPNÁ TĚLESA 2 RADIACE POVRCHOVÁ TEPLOTA TP a SOUČ. ABSORB. ε 4 QR=5,7. ε .( TP ).A (W) 100
TP
VĚTŠÍ VÝKON: VĚTŠÍ A, TP,
ε
t Wm
ε
tV
CELKOVÝ VÝKON TĚLESA:
Q=k.A.(t - t V ) (W)
OTOPNÁ TĚLESA 3 TEPELNÁ ZTRÁTA (VENKOVNÍ STĚNA)
t P2
( ε2)
T
( ε1)
P2
t Pe t Wm
T
P1
Q
R2
4
QR2 =5,7.ε 2.( TP2 ).A 100 4 QR1=5,7.ε1.( T P1 ).A 100
ZTRÁTA Q -Q R1
R2
11
KONVEKTORY 1 KONVEKCE PŘIROZENÁ - PRINCIP t =25° (ρ=1,18)
0,15
V2
pρ
H=0,6
V2
v t V1 =20°
(ρV1=1,204)
pG = v2 ρ 2 V
KONVEKTORY 2
12
KONVEKTORY 3 KONVEKCE NUCENÁ - VENTILÁTOREM 20°
25°
V
PODSTROPNÍ
PODLAHOVÉ
PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 1/1 ZABUDOVANÉ V BET. MAZANINĚ, VOLNĚ V KONSTRUKCI ROHOŽE, DESKY, PANELY
min 60-80mm
DILATAČNÍ PLOCHY ODDĚLIT, ROZTAŽNOST POTRUBÍ (BRÁNÍ BETON)
13
PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 1/2 SCHEMA ROZVODU V PODLAZE
O1
O3
O2
O4
PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 1/3 ZÁSADY NÁVRHU PODLAH. VYTÁPĚNÍ • POVRCHOVÁ TEPLOTA PODLAH. PLOCHY: NA PRACOVIŠTI, KDE SE STOJÍ……………..26°C OBYTNÉ A ADMINISTRATIVNÍ……………...28°C KOUPELNY, CHODBY, BAZÉNY……………..32°C • TEPLOTNÉ OTOPNÉ VODY NESMÍ PŘEKROČIT 50°C • TEPLOTNÍ SPÁD MAX. 10°C, DOPORUČUJE SE 5-6°C • STEJNÝ PRŮMĚR TRUBEK OTOPNÝCH HADŮ • MAXIMÁLNÍ RYCHLOST PROUDĚNÍ v=0,5m/s • DÉLKY OKRUHU PŘIBLIŽNĚ STEJNÉ – max 120m • VELIKOST OTOPNÉ PLOCHY 20m2, MAX. ROZMĚR PŘÍMÉ DÉLKY (ROZTAŽNOST POTRUBÍ) JE 5m úhel o 90° • KLADENÍ DO PARABOLY DÁVÁ úhel o 180° LEPŠÍ HYDRAULICKÉ PARAMETRY I ROZLOŽENÍ TEPLOT
5
14
PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 1/4 ZÁSADY NÁVRHU PODLAH. VYTÁPĚNÍ • • • •
ROZTEČ TRUBEK 100 – 300 mm U OBVODOVÝCH STĚN HUSTŠÍ VEDENÍ TRUBEK TRUBKY NEKLÁST TĚSNĚ K OBVODOVÝM STĚNÁM BETONOVOU VRSTVU ODDĚLIT OD OBVODOVÉ STĚNY IZOLACÍ – ZMÍRNĚNÍ PŘESTUPU TEPLA Z TOPNÉ PLOCHY DO OBVODOVÉ ZDI • NÁŠLAPNÁ VRSTVA LÉPE S VYŠŠÍ TEP. VODIVOSTÍ: PVC, KERAMIKA • NÁBYTEK NA NOŽKÁCH SNIŽUJE VÝKON NA 1/3 - 1/2 (STŮL A ŽIDLE ZANEDBAT) • U VYŠŠÍCH BUDOV KONTROLOVAT PŘETLAK VE SPODNÍCH PODLAŽÍCH
PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 2 SDÍLENÍ TEPLA 1 VEDENÍ NA POVRCHU DOPRAVENÉ:
Q V= A. s (t -t P )
t =40-50°
Z POVRCHU DO MÍSTNOSTI
VEDENÍ
t
PŘEDANÉ:
Q
K
>
Q V= Q K+Q R
QR(εmax) VEDENÍ
εmax
Q=95%Q U t P=26-30°C
Q= 5%Q (SÁLÁNÍ)
15
PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 3 SDÍLENÍ TEPLA 3 - CHLAZENÍ
t =30° P
s t=20° t s=60mm
1 QV=A. λs .(t t-tP)= (20-30)= -166,67W 0,06
λBET=1W/mK 2
A=1m
PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 4 TOPNÉ TRUBKY VOLNĚ V KONSTRUKCI
ROHOŽE, FÓLIE
16
SÁLAVÉ VYTÁPĚNÍ 1 SDÍLENÍ TEPLA
A1 T Q K1 R1(ε1)
QK2
VÝKON
Q=QR1-QR2
4 4 R1 =C. ε1.ε2.τA. A1,2 .[(T )-(TR2 )] 100 100
QR1 TV TR2(ε2)
Q R2
A2 0°
PROPUSTNOST VZDUCHU τa = 1-α SOUČINITEL ZNEČIŠTĚNÍ VZDUCHU (PRACH,HO,CO) 2 2
20°
SÁLAVÉ VYTÁPĚNÍ 2 KONSTRUKCE VELKOPLOŠNÉ - AKUMULAČNÍ ZABUDOVANÉ HADY
55/45° (max 60°)
T=35-45° R
2
Q=210W/m
PODHLED
R1
VELKOPLOŠNÉ - PŘÍMOTOPNÉ
2
110/70°
T=85-95° C R
Q=600-1000W/m R1
17
SÁLAVÉ VYTÁPĚNÍ 3 PANELY PANELY - PÁSY
ZAVĚŠENÉ ZABUDOVANÉ DO PODHLEDU
SÁLAVÉ VYTÁPĚNÍ 4 SÁLAVÉ PANELY-PLYNOVÉ,ELEKTRICKÉ PLYNOVÉ ZÁŘIČE TMAVÉ(SPALINOVÉ TRUBKY + ODVOD SPALIN) (B,C)
ε min (ZRCADLO)
PLYN
ε max t=250-350° C R
LOKÁLNÍ P
VZDUCH ODVOD SPALIN
LINIOVÉ
S H
H
V
H H-HOŘÁK, P-PLYN, V-VZDUCH, S-SPALINY
18
SÁLAVÉ VYTÁPĚNÍ 5 PLYNOVÉ ZÁŘIČE SVĚTLÉ(BEZ PLAMENE, SPALOVÁNÍ BEZ ODVODU SPALIN)(A) V
INJEKTOR DIAFRAGMA
P
t=800-1000°C R
V
SPALINY-VĚTRACÍ SYSTÉM
SÁLAVÉ CHLAZENÍ 1 ODVOD TEPLA STROPEM (VODA,VZDUCH) A2 TR1
TR2
TV
ODVOD TEPLA Z POVRCHŮ (STĚN, PODLAHY) RADIACE 4 4 R1 QR=C. 1 2 a A .[(100 )-(TR2 )] 1,2
TR1 TR1
TR1
100
ODVOD TEPLA ZE VZDUCHU KONVEKCE QK= .A2.(TR2-TV) A1
A1
19
SÁLAVÉ CHLAZENÍ 2 TEPLOTA ROSNÉHO BODU VÝKON JE VĚTŠÍ ČÍM JE: VZDUCHU - NIŽŠÍ POVRCHOVÁ TEPLOTA CHL. STROPU TR2> TR - VYŠŠÍ TEPLOTA POVRCHŮ (STĚN, PODLAH) TR1 - VYŠŠÍ TEPLOTA VZDUCHU TV - VYŠŠÍ SOUČINITEL PŘESTUPU TEPLA α (U STROPU NUCENÉ PROUDĚNÍ) TEPELNÉ ZISKY OD SLUNCE (OKNO, PODLAHA, STROP)
20
