PREDAVANJE:
PRORAČUN TOPLINSKE ENERGIJE ZA GRIJANJE, HLAĐENJE I VENTILACIJU Predavač: Igor Balen (Fakultet strojarstva i brodogradnje)
Modul 2
1
Teme predavanja
I.
OSNOVE METEOROLOGIJE, MIKROKLIMA I HIGIJENA PROSTORA (KRATKI PREGLED)
II.
PRORAČUN TOPLINSKIH OPTEREĆENJA (LJETO)
III.
PRORAČUN GODIŠNJE POTREBNE TOPLINSKE ENERGIJE ZA HLAĐENJE (KORISNA ENERGIJA)
IV.
PRORAČUN GODIŠNJIH TOPLINSKIH GUBITAKA TEHNIČKIH SUSTAVA
V.
PRORAČUN GODIŠNJE POTREBNE ENERGIJE ZA VENTILACIJU I KLIMATIZACIJU
VI.
PRORAČUN GODIŠNJE KONAČNE ENERGIJE
VII.
PRORAČUN GODIŠNJE ISPORUČENE ENERGIJE PO IZVORU ENERGIJE
VIII.
PRORAČUN GODIŠNJE PRIMARNE ENERGIJE Modul 2
2
1. Osnove meteorologije
KLIMATSKI PODACI REFERENTNI KLIMATSKI PODACI – skup odabranih klimatskih parametara koji su karakteristični za neko geografsko područje. STVARNI KLIMATSKI PODACI – skup klimatskih podataka dobivenih statističkom obradom prema meteorološkoj postaji najbližoj lokaciji zgrade. REFERENTNI KLIMATSKI PODACI Pravilnik o energetskim pregledima građevina i energetskom certificiranju zgrada (NN81/12) Energetski razred iskazuje za referentne klimatske podatke (na 1. stranici Energetskog certifikata zgrade). - određeni su posebno za kontinentalnu i za primorsku Hrvatsku prema kriteriju stvarnog broja stupanj dana (SD) grijanja.
Modul 2
3
1. Osnove meteorologije REFERENTNI KLIMATSKI PODACI ZA KONTINENTALNU HRVATSKU SIJEČANJ – PROSINAC (I. – XII.) (DIO) I
II
III
IV
V VI VI VIII TEMPERATURA ZRAKA (°C)
IV
X
XI
XII
God
θmm
-0,6
2,2
6,5
11,2
15,9
19,2
21,1
20,1
16,4
11,1
5,6
0,9
10,8
θsdm
2,6
2,8
2,2
1,5
1,4
1,1
1,0
1,1
1,4
1,4
2,1
2,0
0,5
θmin
-3,7
-1,4
1,7
5,8
10,0
13,5
15,0
14,6
11,4
6,8
2,3
-1,9
6,2
θp1
-12,9
-8,8
-5,2
3,3
6,9
11,2
13,2
12,9
9,1
2,7
-4,6
-9,0
-7,8
θp5
-9,1
-4,8
-1,0
4,9
9,7
13,5
15,8
15,0
11,1
4,8
-0,9
-6,2
-2,8
θp10
-6,9
-3,0
1,0
6,2
11,3
14,7
16,9
16,0
12,1
6,4
0,1
-4,2
-0,5
θp90
5,2
8,1
12,1
15,9
20,3
23,4
24,8
24,4
20,4
16,0
11,8
6,4
21,5
θp95
7,2
9,6
13,3
17,0
21,4
24,4
25,6
25,4
21,4
17,2
13,5
9,1
23,2
θp99
10,4
12,1
15,1
18,8
22,9
26,0
27,2
26,6
22,8
18,6
17,0
13,7
25,5
θmax
2,9
6,4
11,9
17,0
21,9
25,1
27,3
26,5
22,8
16,8
9,6
4,0
16,0
VLAŽNOST ZRAKA pmm
5,5
6,2
7,6
9,7
13,4
16,7
18,4
18,2
15,4
11,4
8,2
6,1
11,4
p7h
5,0
5,7
7,0
9,3
12,9
16,2
17,7
16,9
13,6
10,3
7,6
5,7
10,7
p14h
5,9
6,7
7,9
9,9
13,5
16,7
18,1
18,3
16,0
12,2
8,8
6,6
11,7
φmm
88
84
78
75
76
76
75
78
82
84
87
89
81
φ7h
92
92
92
91
91
90
91
94
95
95
93
93
92
φ14h
81
73
62
57
57
58
55
58
62
68
78
83
66
0,9
0,8
0,9
1,0
0,9
1,0
BRZINA VJETRA (m/s) vmm
0,9
1,0
1,2
1,3
1,1
1,1
1,0
Modul 2
4
1. Osnove meteorologije REFERENTNI KLIMATSKI PODACI ZA KONTINENTALNU HRVATSKU SIJEČANJ – PROSINAC (I. – XII.) (DIO) 2
GLOBALNO SUNČEVO ZRAČENJE (MJ/m ) Hs,g,ic nagib [°] mjesec 0 15 30 45 60 75 90 0 15 30 45 60 75 90 0 15 30 45 60 75 90
I
III
V
S 115 141 160 171 175 170 157 340 381 404 407 393 359 310 612 616 596 552 488 406 316
SE, SW 115 133 144 151 150 142 128 340 369 384 384 367 337 294 612 615 602 568 517 450 374
orijentacija NE, E, W NW 115 115 114 110 105 96 85 340 339 333 320 301 273 241 612 605 586 555 512 460 398
115 97 84 71 65 58 51 340 304 266 234 203 153 126 612 588 542 487 432 378 292
orijentacija N
mjesec
115 85 76 71 65 58 51 340 286 220 169 154 141 126 612 575 507 416 311 229 208
Modul 2
II
IV
VI
S
SE, SW
175 207 230 241 241 230 208 461 485 487 468 428 372 301 652 645 613 559 486 397 301
175 198 212 217 213 200 177 461 478 480 464 432 386 327 652 647 624 583 524 451 370
E, W 175 175 173 167 158 145 128 461 457 445 424 395 356 311 652 645 622 588 541 484 418
NE, NW 175 151 130 114 92 81 72 461 430 389 346 308 258 185 652 636 593 534 473 417 333
N 175 137 104 98 90 81 72 461 417 353 276 205 181 163 652 623 556 462 351 235 214
5
1. Osnove meteorologije REFERENTNI KLIMATSKI PODACI ZA PRIMORSKU HRVATSKU SIJEČANJ – PROSINAC (I. – XII.) (DIO) I
II
III
IV
V VI VI VIII TEMPERATURA ZRAKA (°C)
IV
X
XI
XII
God
θmm
6,6
7,5
9,9
13,4
18,0
21,6
24,5
24,0
20,5
16,2
11,6
7,9
15,1
θsdm
1,8
1,9
1,8
1,2
1,3
0,9
1,0
1,2
1,3
1,3
1,4
1,2
0,4
θmin
3,0
3,8
5,9
9,2
13,4
16,8
19,5
19,3
16,1
12,1
7,8
4,3
10,9
θp1
-4,6
-1,2
-0,8
6,7
10,9
15,0
18,5
17,7
13,5
8,3
2,7
-1,3
-0,3
θp5
-0,4
1,0
3,7
8,5
13,3
16,5
20,1
19,2
15,6
10,9
5,3
1,5
3,9
θp10
1,3
2,3
5,8
9,5
14,3
17,9
20,9
20,3
16,9
12,3
6,8
3,2
6,1
θp90
11,1
12,0
14,0
17,1
21,5
25,3
27,6
27,5
24,0
20,0
16,1
12,7
24,5
θp95
12,0
13,0
14,8
18,3
22,4
26,0
28,4
28,4
24,7
20,9
17,1
13,6
26,1
θp99
14,3
14,6
16,7
20,0
24,4
27,9
30,3
29,9
26,0
22,2
18,7
15,3
28,3
θmax
10,2
11,4
14,1
17,7
22,5
26,2
29,4
29,1
25,5
20,9
15,6
11,4
19,5
VLAŽNOST ZRAKA pmm
6,3
6,5
7,4
9,1
12,0
14,7
15,3
15,6
14,2
11,7
9,1
7,0
10,7
p7h
6,1
6,3
7,0
8,9
11,9
14,7
15,0
15,2
13,7
11,1
8,8
6,8
10,5
p14h
6,5
6,7
7,5
9,1
12,0
14,5
15,4
15,7
14,4
12,0
9,3
7,2
10,9
φ mm
60
58
58
58
58
57
50
52
58
61
63
61
58
φ 7h
64
63
63
64
63
62
54
58
65
67
68
65
63
φ 14h
53
50
49
49
49
47
41
43
47
51
55
55
49
2,3
2,4
3,1
3,8
4,2
3,2
BRZINA VJETRA (m/s) vmm
4,4
4,4
3,9
3,4
2,6
2,1
2,5
Modul 2
6
1. Osnove meteorologije REFERENTNI KLIMATSKI PODACI ZA PRIMORSKU HRVATSKU SIJEČANJ – PROSINAC (I. – XII.) (DIO) 2
GLOBALNO SUNČEVO ZRAČENJE (MJ/m ) Hs,g,ic nagib [°] mjesec 0 15 30 45 60 75 90 0 15 30 45 60 75 90 0 15 30 45 60 75 90
I
III
V
S 181 240 288 320 335 331 309 437 501 539 550 532 488 419 694 699 674 622 543 446 337
orijentacija SE, NE, SW E, W NW 181 222 253 272 277 267 243 437 483 509 513 496 455 396 694 699 682 643 583 506 417
181 182 182 180 173 161 144 437 436 430 416 393 359 317 694 686 665 629 581 522 452
181 140 112 86 77 70 64 437 381 325 280 240 171 133 694 666 613 547 482 422 324
orijentacija N 181 114 87 83 77 70 64 437 353 253 173 155 144 133 694 652 569 461 334 225 208
mjesec
II
IV
VI
Modul 2
S
SE, SW
263 332 384 415 423 408 371 563 596 602 578 527 454 361 745 734 696 629 538 431 316
263 311 346 363 363 344 308 563 588 593 576 536 476 403 745 738 711 661 591 505 411
E, W 263 264 263 258 247 229 205 563 558 544 521 485 438 383 745 735 711 671 618 553 477
NE, NW 263 212 170 143 103 88 81 563 519 464 407 359 300 204 745 727 676 605 534 468 372
N 263 181 109 101 95 88 81 563 501 415 310 210 181 167 745 712 630 515 380 237 212
7
1. Osnove meteorologije STVARNI KLIMATSKI PODACI Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN110/08) U prilogu E Tehničkog propisa nalazi se niz klimatskih podataka (mjesečne, godišnje vrijednosti) dobivenih statističkom obradom za oko 30 geografskih lokacija u Hrvatskoj. - slijedeći klimatski podaci vanjskog okoliša iskazani su pretežito u obliku mjesečnih vrijednosti: • temperatura zraka • relativna vlažnost zraka • brzina vjetra • ukupno sunčevo zračenje. - dostupni su i slijedeći podaci: • temperature početka i završetka sezone grijanja • broj dana grijanja u jednoj godini • broj stupanj dana grijanja. Modul 2
8
1. Osnove meteorologije STVARNI KLIMATSKI PODACI – PRIMJER (DIO) ZA MP ZAGREB GRIČ SIJEČANJ – PROSINAC (I. – XII.)
Modul 2
9
1. Osnove meteorologije STVARNI KLIMATSKI PODACI – PRIMJER (DIO) ZA MP ZAGREB GRIČ SIJEČANJ – LIPANJ (I. – VI.)
Modul 2
10
1. Mikroklima prostora
FAKTORI TOPLINSKE UGODNOSTI Faktori koji utječu na toplinsku ugodnost boravka osoba u prostoru: 1. Temperatura zraka u prostoru 2. Temperatura ploha prostorije 3. Vlažnost zraka 4. Strujanje zraka (brzina, smjer) 5. Razina odjevenosti 6. Razina fizičke aktivnosti 7. Ostali - kvaliteta zraka, buka, tlak, namjena prostora i dr. VAŽNO! TOPLINSKA UGODNOST REZULTAT JE ZAJEDNIČKOG DJELOVANJA NAVEDENIH FAKTORA! Promjenom jedne veličine, istu ili sličnu razinu ugodnosti moguće je održati samo uz promjenu jedne ili više drugih veličina. Promjene pojedinih veličina moguće je ostvariti u određenim međusobno zavisnim rasponima koji tvore područje toplinske ugodnosti.
Modul 2
11
1. Mikroklima prostora
KVALITETA ZRAKA Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama (NN110/08) - broj izmjena unutarnjeg zraka s vanjskim zrakom kod zgrade u kojoj borave ili rade ljudi treba iznositi najmanje n = 0,5 h-1. - u vrijeme kada ljudi ne borave u dijelu zgrade koji je namijenjen za boravak ili rad ljudi, potrebno je osigurati izmjenu od najmanje n = 0,2 h-1 unutarnjeg zraka. - najmanji broj izmjena zraka mora biti veći u pojedinim dijelovima zgrade ako je to potrebno: – da se ne ugrozi higijena i zdravstveni uvjeti – zbog uporabe uređaja za grijanje i/ili kuhanje s otvorenim plamenom.
Modul 2
12
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto)
OSNOVNI POJMOVI PRIJENOS OSJETNE TOPLINE – očituje se u promjeni temperature zraka. PRIJENOS LATENTNE TOPLINE – očituje se u promjeni sadržaja vlage (kgw/kgsz) zraka. TOPLINSKI DOBICI – dovedena toplina i izvori topline u prostoru. TOPLINSKO OPTEREĆENJE - toplinski tok kojeg u promatranom trenutku treba odvesti od hlađenog prostora kako bi se održala unutarnja temperatura i vlažnost zraka (u pojedinoj literaturi koristi se naziv rashladno opterećenje). VRLO VAŽNO je uočiti razliku između toplinskih dobitaka i toplinskog opterećenja! Zbroj toplinskih dobitaka NIJE JEDNAK toplinskom opterećenju prostora u promatranom trenutku, jer se dio dobitaka predaje hlađenom prostoru s vremenskim pomakom. Modul 2
13
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) Pretvorba toplinskih dobitaka u toplinsko opterećenje TOPLIN. DOBICI
TOPLIN. OPTEREĆENJE
KONVEKCIJA ZRAČENJE NAMJEŠTAJ, GRAĐA ZGRADE, RAZNI TOPLIN. SPREMNICI
ODVEDENI TOPLIN. TOK
KONVEKCIJA (S VREMENSKIM POMAKOM)
ODSTUPANJE
Efekt toplinskog spremnika (akumulacije) je vrlo bitan pri razlikovanju trenutačnih toplinskih dobitaka prostora od njegovog toplinskog opterećenja u tom trenutku. Modul 2
14
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto)
OSNOVNI POJMOVI VRŠNO TOPLINSKO OPTEREĆENJE - maksimalni toplinski tok kojeg u promatranom trenutku treba odvesti od proračunske zone. Računa se kao najveći zbroj svih komponenti toplinskog opterećenja za pojedinu zonu u promatranom vremenskom trenutku (opterećenje od sunca kroz prozore, prolaz topline kroz zidove i krov, unutarnje opterećenje od električne rasvjete i osoba i dr.) PROJEKTNO TOPLINSKO OPTEREĆENJE ZGRADE - najveći zbroj komponenti toplinskog opterećenja za sve proračunske zone zgrade u istom vremenskom trenutku. Projektno toplinsko opterećenje zgrade ne mora biti jednako zbroju vršnih toplinskih opterećenja proračunskih zona.
Modul 2
15
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto)
OSNOVNI POJMOVI Osnovna podjela toplinskog opterećenja: 1) VANJSKO opterećenje nastaje uslijed toplinskih dobitaka od vanjskih izvora kroz vanjsko oplošje zgrade ili kroz vanjske i pregradne zidove, a to su: toplinski dobici kroz vanjske zidove i krov toplinski dobici od Sunca kroz ostakljenja toplinski dobici provođenjem kroz ostakljenja toplinski dobici kroz pregradne zidove infiltracija vanjskog zraka u hlađeni prostor. 2) UNUTARNJE opterećenje nastaje uslijed dobitaka osjetne i latentne topline od toplinskih izvora unutar prostora, a to su: osobe rasvjeta oprema i uređaji. Modul 2
16
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto)
Izvori toplinskog opterećenja
električna rasvjeta sunčevo zračenje
toplinski dobici provođenjem
računala i oprema
osobe
infiltracija topli zrak
Modul 2
17
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto)
OPĆENITI TIJEK PRORAČUNA 1) izračunati toplinsko opterećenje za nekoliko sati za redom u projektnom danu 2) odrediti trenutak (sat) maksimalnog toplinskog opterećenja prostora 3) odrediti vršno toplinsko opterećenje za svaki prostor/zonu koju treba hladiti 4) odrediti projektno toplinsko opterećenje zgrade. Za izračunavanje toplinskog opterećenja: - uzima se 1% (0.4%) projektna temperatura suhog termometra i pripadajuća temperatura vlažnog termometra za dimenzioniranje klasične rashladne opreme - hladnjaka zraka (1% ili 0.4% sati tijekom ljeta će biti toplije od projektne temperature) ili - uzima se 1% (0.4%) projektna temperatura vlažnog termometra za dimenzioniranje posebne opreme (evaporativni hladnjaci, rashladni tornjevi, evaporativni kondenzatori). Modul 2
18
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) PRORAČUNSKE METODE - dva osnovna pristupa prema ASHRAE: 1. Energetska analiza - izračunavanje potrošnje energije i uspoređivanje proračunskih opcija METODA TOPLINSKE BILANCE - HB (Heat Balance) 2. Proračun toplinskog opterećenja - proračun projektnog opterećenja za dimenzoniranje/izbor opreme 1. METODA VREMENSKIH REDOVA ZRAČENJA - RTS (Radiant Time Series) 2. METODA PRIJENOSNIH FUNKCIJA - TFM (Transfer Function Method) 3. METODA UKUPNE EKVIVALENTNE TEMPERATURNE RAZLIKE / VREMENSKO OSREDNJAVANJE - TETD/TA (Total Equivalent Temperature Differential / Time Averaging) 4. METODA TEMPERATURNE RAZLIKE TOPLINSKOG OPTEREĆENJA / TOPLIN. OPTEREĆENJA OD SUNCA / FAKTORA TOPLIN. OPTEREĆENJA CLTD/SCL/CLF (Cooling Load Temperature Differential / Solar Cooling Load / Cooling Load Factor) Modul 2
19
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF Cooling Load Temperature Differential / Solar Cooling Load / Cooling Load Factor -razvijena je kao postupak ručnog proračuna u jednom prolazu temeljen na TFM metodi. - TFM metodom izračunati su toplinski dobici, koji se zatim pretvaraju u toplinsko opterećenje i prikazuju u nizu tablica za različite građevne dijelove u obliku CLTD, SCL i CLF faktora. - pogreške uvedene ovim postupkom ovise o razlikama između stvarnog građevnog dijela za koji se provodi proračun i onog korištenog za određivanje tabličnog CLTD faktora. - metoda se koristi u slučaju kad je potrebna procjena ili gruba provjera proračuna toplinskog opterećenja pomoću neke preciznije računarske metode. - toplinsko opterećenje prostorije se dobiva kao zbroj opterećenja zasebnih komponenti (zidova, krova, ostakljenja, osoba, rasvjete, opreme, itd.) - za detalje pogledati ASHRAE Handbook of Fundamentals 1997; Wang: Handbook of Air Conditioning and Refrigeration 2001 Modul 2
20
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF CLTD [ºC] je temperaturna razlika koja kombinira utjecaj temperature vanjskog zraka i sunčeva zračenja, određena je za različite karakteristične građevne dijelove i dana u nizu tablica u literaturi. Tablični CLTD faktori se mogu primjenjivati direktno pri slijedećim uvjetima: - sunčevo zračenje karakteristično za vedar dan, 21. dana u mjesecu na 40° SGŠ - tamna, ravna površina - unutarnja temperatura zraka 25.5°C - projektna vanjska temperatura 35.2°C; srednja temperatura 29.4°C; dnevni raspon vanjske temperature (maksimum - minimum) 11.6°C - vanjski koeficijent prijelaza topline 17 W/(m2K); unutarnji koeficijent prijelaza topline 8.3 W/(m2K) - pri uvjetima različitim od navedenih, CLTD se mora korigirati prema:
CLTDCORR = (CLTD + LM ) K + (25.5 − θ r ) + (θ m − 29.4) [°C] LM – faktor ispravka geografske širine i mjeseca [°C] θr – unutarnja temperatura [°C] K – faktor prilagodbe boje zida, θm – srednja vanjska temperatura [°C] Modul 2
21
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF - u SR Njemačkoj VDI 2078 “Berechnung der Kühllast klimatisierter Räume” slična CLTD metodi. Ulazni podaci: 1) Meteorološki podaci vanjskog okoliša na lokaciji zgrade - vanjska projektna temperatura za ljeto θe, °C - srednja vanjska temperatura za projektni dan θm, °C - dnevni raspon vanjske temperature za projektni dan Δθd,e, °C - relativna vlažnost vanjskog zraka, φe, % 2) Unutarnji projektni uvjeti - unutarnje projektne temperature prostora u zgradi θr, °C - relativna vlažnost unutarnjeg zraka, φr, % - temperature susjednih neklimatiziranih prostora θi, °C Modul 2
22
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF Ulazni podaci: 3) Podaci o zgradi - površine i orijentacije svih građevnih dijelova zgrade, Ak, m2 - koeficijenti prolaska topline svih građevnih dijelova zgrade Uk, W/(m2K) - geografska lokacija zgrade, ° SGŠ - boja vanjskih ploha zgrade - infiltracijski protok zraka uslijed propuštanja ovojnice zgrade Vinf, m3/s - unutarnji toplinski izvor osobe – broj, period korištenja - unutarnji toplinski izvor rasvjeta – instalirana snaga, W, period korištenja - unutarnji toplinski izvor oprema – instalirana snaga, W, period korištenja
Modul 2
23
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF VANJSKO TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno kroz pojedini vanjski građevni dio (vanj. zid, krov, provođenje kroz staklo) u promatranom satu t:
qc ,t = UA(CLTD )t [W] U – koeficijent prolaska topline, W/(m2K) A – površina građevnog dijela kroz koju se izmjenjuje toplina, m2 CLTD – temperaturna razlika toplinskog opterećenja – tablični faktor, °C - osjetno zračenjem kroz staklo prozora od Sunca u promatranom satu t:
qs ,t = A( SC )( SCL)t [W] SCL – solarno toplinsko opterećenje za suncem obasjane staklene površine određene orijentacije – tablični faktor, W/m2 SC – koeficijent zasjenjenja, Modul 2
24
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF VANJSKO TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno kroz pojedini pregradni građevni dio (unut. zid, strop, pod, vrata) u promatranom satu t:
qa ,t = UA(θi ,t − θ r ) [W] θi,t – temperatura susjednih (neklimatiziranih) prostora, °C - ukupno vanjsko osjetno toplinsko opterećenje prostorije u promatranom satu t:
qex − s ,t = ∑ (qc ,t + qs ,t + qa ,t ) [W]
Modul 2
25
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF VANJSKO TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE Ventilacija i infiltracija zraka - strujanje vanjskog zraka u unutrašnjost zgrade kroz zazore i otvore na vanjskoj ovojnici zgrade uslijed razlike tlaka između vanjskog okoliša i unutarnjeg prostora. - razlika tlaka se može pojaviti uslijed: 1. Vjetar 2. Efekt uzgona zbog razlike vanjske i unutarnje temperature 3. Mehanička ventilacija (podtlak) - osjetno od infiltracije u promatranom satu t:
qinf − s ,t = Vinf ρ e (c p + 1.86 xe,t )(θ e ,t − θ r ) [W] Vinf – infiltracijski protok zraka, m3/s x e – sadržaj vlage u vanjskom zraku, kgw/kgsz θe – vanjska temperatura, °C θr – unutarnja temperatura, °C Modul 2
26
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto)
CLTD/SCL/CLF VANJSKO TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - latentno od infiltracije u promatranom satu t:
qinf −l ,t = Vinf ρ e 2501( xe,t − xr ) [W] x r – sadržaj vlage u unutarnjem zraku, kgw/kgsz
Modul 2
27
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF UNUTARNJE TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno od osoba u promatranom satu t:
qP − s ,t = N ( SGP)(CLFP )t [W] - latentno od osoba u promatranom satu t:
qP −l ,t = N ( LGP) [W] N – broj osoba SGP – osjetni toplinski dobitak od jedne osobe, W LGP – latentni toplinski dobitak od jedne osobe, W CLFP – faktor toplinskog opterećenja od osoba – tablični faktor, Napomena: CLF=1 za 24-satni boravak u prostoru; za prostore s gustom popunjenošću (kazališta, kino dvorane, gledališta); ako se sustav klimatizacije isključuje noću ili tijekom vikenda Modul 2
28
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF - osjetni i latentni toplinski dobitak od jedne osobe prema VDI 2078: Aktivnost
Temperatura zraka [oC]
-mirovanje ili laki rad uz stajanje (stupanj aktivnosti I i II prema DIN 1946-2)
Predaja topline -ukupno ΦUK [W] -osjetno ΦS [W] -latentno ΦL [W] Predaja vlage -mD g/h
-srednje teški rad (stupanj aktivnosti III prema DIN 1946-2)
-vrlo teški rad (stupanj aktivnosti IV prema DIN 1946-2)
Predaja topline -ukupno ΦUK [W] -osjetno ΦS [W] -latentno ΦL [W] Predaja vlage -mD g/h Predaja topline -ukupno ΦUK [W] -osjetno ΦS [W] -latentno ΦL [W] Predaja vlage -mD g/h
18
20
22
23
24
25
26
125 100 25
120 95 25
120 90 30
120 85 35
115 75 40
115 75 40
115 70 45
35
35
40
50
60
60
65
190 125 65
190 115 75
190 105 85
190 100 90
190 95 95
190 90 100
190 85 105
95
110
125
135
140
145
150
270 155 115
270 140 130
270 120 150
270 115 155
270 110 160
270 105 165
270 95 175
165
185
215
225
230
240
250
Modul 2
29
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF UNUTARNJE TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno od rasvjete u promatranom satu t:
qL ,t = PL Fu Fs (CLFL )t [W] PL – ukupna električna snaga sve instalirane rasvjete, [W] Fu – faktor korištenja – omjer snage koja se trenutačno koristi prema ukupno instaliranoj snazi Fs – faktor vrste rasvjete - za rasvjetu koja odaje toplinu veću od nazivne snage – odnosi se prvenstveno na gubitke prigušenja; primjer - Fs = 1.2 za 40W fluorescentno svijetlo CLFL – faktor toplinskog opterećenja od rasvjete – tablični faktor, Napomena: CLF=1 za 24-satno korištenje rasvjete; ako se sustav klimatizacije isključuje noću ili tijekom vikenda Modul 2
30
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF UNUTARNJE TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno od opreme u promatranom satu t:
qE − s ,t = qinput FU FR (CLFE )t [W] qinput – nazivni toplinski dobitak od uređaja [W] FU – faktor korištenja – omjer snage koja se trenutačno koristi prema ukupno instaliranoj snazi FR – faktor zračenja – primijenjen na prosječni iznos potrošnje energije uređaja CLFE – faktor toplinskog opterećenja od opreme – tablični faktor, Napomena: CLF=1 za 24-satno korištenje opreme; ako se sustav klimatizacije isključuje noću ili tijekom vikenda - latentno od opreme u promatranom satu t:
qE −l ,t = ∑ ( LGE ) [W] Modul 2
31
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF UNUTARNJE TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno od elektromotora kada je elektromotor izvan, a oprema unutar prostora, u promatranom satu t:
qEM − s ,t = PM FUM FLM (CLFM )t [W] PM – instalirana snaga elektromotora, [W] FUM – faktor korištenja elektromotora – omjer snage koja se trenutačno koristi prema ukupno instaliranoj snazi FLM – faktor opterećenja elektromotora – dio nazivne snage koja se koristi u uvjetima promatranog sata toplinskog opterećenja CLFM – faktor toplinskog opterećenja od elektromotora – tablični faktor, Napomena: CLF=1 za 24-satno korištenje elektromotora; ako se sustav klimatizacije isključuje noću ili tijekom vikenda Modul 2
32
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF UNUTARNJE TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno od elektromotora kada su elektromotor i oprema unutar prostora, u promatranom satu t:
qEM − s ,t =
PM
ηM
FUM FLM (CLFM )t [W]
ηM – stupanj korisnosti elektromotora, - ukupno unutarnje osjetno toplinsko opterećenje u promatranom satu t:
qin − s ,t = ∑ (qP − s ,t + qL ,t + qE − s ,t ) [W] - ukupno unutarnje latentno toplinsko opterećenje u promatranom satu t:
qin −l ,t = ∑ (qP −l ,t + qE −l ,t ) [W] n
Modul 2
33
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) CLTD/SCL/CLF UKUPNO TOPLINSKO OPTEREĆENJE PROSTORIJE - osjetno vanjsko, unutarnje, od infiltracije u promatranom satu t:
qs ,t = qex − s ,t + qin − s ,t + qinf − s ,t [W] - latentno unutarnje, od infiltracije u promatranom satu t:
ql ,t = qin −l ,t + qinf −l ,t [W] - ukupno toplinsko opterećenje u promatranom satu t:
qtot ,t = qs ,t + ql ,t
[W]
→ proračun se mora provesti za nekoliko sati za redom u projektnom danu kako bi se pronašao projektni sat s najvećim zbrojem svih komponenata toplinskog opterećenja → max. toplinsko opterećenje prostorije → proračun svih hlađenih prostorija → sat u kojem je najveći zbroj topl. opterećenja svih prostorija daje projektno toplinsko opterećenje zgrade. Modul 2
34
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto) - s izračunatim osjetnim i latentnim projektnim toplinskim opterećenjem zone/zgrade moguće je dimenzionirati sustav klimatizacije: Projektni volumenski protok kondicioniranog zraka:
qs ,t − max VAC = ρ c p Δθ AC
[m3/s]
Sadržaj vlage stanja ubacivanja kondicioniranog zraka:
ql ,t − max [kgw/kgsz] xS = xr − ρ r V
0 AC qs,max – projektno osjetno toplinsko opterećenje prostora, W ql,max – projektno latentno toplinsko opterećenje prostora, W r0 – toplina isparavanja vode ≈ 2501 kJ/kg ΔθAC – temperaturna razlika između dobavnog zraka i zraka u prostoru za ljetno razdoblje – odabrati u rasponu 3 - 8(10)ºC za sustav komforne klimatizacije Modul 2
35
2. Projektno toplinsko opterećenje (ljeto)
Odnos rezultata između TFM, CLTD/SCL/CLF i TETD/TA metoda kod izračunavanja osjetnog projektnog toplinskog opterećenja Modul 2
36
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje OSNOVNI POJMOVI GODIŠNJA POTREBNA TOPLINSKA ENERGIJA ZA GRIJANJE ILI HLAĐENJE ZGRADE - računski određena količina topline koju sustavom grijanja (hlađenja) treba tijekom jedne godine dovesti (odvesti) u (iz) zgradu (zgrade) za održavanje unutarnje projektne temperature u zgradi tijekom razdoblja grijanja (hlađenja) zgrade (KORISNA ENERGIJA) - prema PEPGECZ (NN 81/2012) proračun se provodi odvojeno za referentne klimatske podatke i za stvarne klimatske podatke. - načelno, godišnja potrebna toplinska energija za grijanje je razlika toplinskih gubitaka i toplinskih dobitaka grijanog dijela zgrade:
Q H = Q H,ht − Q H,gn [kWh/a] - suprotno, godišnja potrebna toplinska energija za hlađenje je razlika toplinskih dobitaka i toplinskih gubitaka hlađenog dijela zgrade:
QC = QC,gn − QC,ht [kWh/a] Modul 2
37
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
Norma HRN EN ISO 13790:2008 Energetska svojstva zgrada – Proračun potrebne energije za grijanje i hlađenje prostora - omogućuje izračunavanje potrebne količine topline za grijanje i hlađenje zgrade za odabrani vremenski period (satni proračun, mjesečni/sezonski proračun) Norma sadrži: - kriterije za podjelu zgrade na različite proračunske zone - metode proračuna prijenosa topline transmisijom i ventilacijom - metode proračuna unutarnjih i sunčevih toplinskih dobitaka - djelovanje toplinske inercije zgrade na potrebnu energiju u vezi s prekidima u grijanju i hlađenju zgrade - metodu proračuna godišnje potrebne energije za grijanje i hlađenje (korisna energija, samo osjetna toplina) - metodu proračuna godišnje potrebne energije za sustav grijanja i hlađenja (konačna energija) - godišnju potrebnu energiju za sustav ventilacije Modul 2
38
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 Osnovni ulazni podaci: 1) Meteorološki podaci vanjskog okoliša - srednji toplinski tok od sunčeva zračenja za proračunski period Isol, W/m2 - srednja vanjska temperatura za proračunski period θe, °C 2) Podaci o mikroklimi u zgradi - unutarnje projektne temperature svih proračunskih zona θint, °C - broj izmjena zraka svake proračunske zone u jednom satu n, h-1 3) Podaci o zgradi - površine svih građevnih dijelova zgrade, Ak, m2 - neto podna površina kondicioniranog dijela zgrade, Af, m2 - koeficijenti prolaska topline svih dijelova zgrade Uk, W/(m2K) - koeficijenti prolaska topline svih točkastih toplinskih mostova χ, W/K - dužinski koeficijenti prolaska topline linijskih toplinskih mostova Ψ, W/(mK) - duljine linijskih toplinskih mostova l, m Modul 2
39
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 4) Podaci o sustavima u zgradi - značajke ugrađenih sustava grijanja, pripreme potrošne tople vode, hlađenja, ventilacije, drugih vrsta opreme i rasvjete - raspored ugrađenih sustava unutar zgrade, način korištenja - značajke sustava regulacije ugrađenih sustava - značajke unutarnjih izvora topline - preporučena min. infiltracija nmin = 0.5 h-1 za prostore u kojima borave ljudi. - ako ne postoji preporučena vrijednost za unutarnje toplinske dobitke, proračun se provodi s qi = 5 W/m2 za stambene zgrade, qi = 6 W/m2 za poslovne zgrade i qi = 5 W/m2 za ostale nestambene zgrade javne namjene. - podjela na proračunske zone vrši se za zgrade čiji se dijelovi razlikuju: - u pogledu namjene (10% i više u drugoj namjeni od osnovne) - u pogledu ugrađenog termotehničkog sustava i njegova režima uporabe - u vrijednosti unutarnje projektne temperature za više do 4°C. Modul 2
40
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 PRIMJER - ulazni podaci - referentna kontinentalna klima
30°
30°
- unutarnja proj. temperatura (srednja) 20°C - min. infiltracija nmin = 0,5 h-1 - neto kondicionirana površina A = 150 m2 - visina grijanog dijela H = 3 m S 2 - površina prozora AW1 = 7 m (sjeverni i južni zid) - površina prozora AW2 = 4,5 m2 (istočni i zapadni zid) - površina vanjskih vrata AD = 2 m2 (južni zid) - kosi krov nagiba 30° - negrijano potkrovlje - toplinski mostovi paušalno dodatak ΔU = 0,1 W/(m2K)
10
m
15
m
- oplošje grijanog/hlađenog dijela zgrade Ag = 450 m2 - volumen grijanog/hlađenog dijela zgrade Vg = 450 m3 - faktor oblika fo = Ag/Vg = 1 m-1 – stalni pogon Modul 2
41
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 PRIMJER - ulazni podaci - koeficijenti prolaska topline građevnih dijelova: - prozor U = 1,8 W/(m2K) U = 2,8 W/(m2K) - vrata - vanjski zid U = (0,45 + 0,1) W/(m2K) - pod prema tlu U = (0,4 + 0,1) W/(m2K) - strop negr. potkr. U = (0,5 + 0,1) W/(m2K) - krov U = (0,3 + 0,1) W/(m2K) S
30°
10
m
30°
15
m
Odabrane su granične vrijednosti U – koeficijenata prema Tehničkom propisu. - unutarnji toplinski dobici paušalno qi = 5 W/m2 (stambene z.) - ventilacijski gubici prema min. infiltraciji nmin = 0,5 h-1
Modul 2
42
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 PRIMJER - ulazni podaci (Excel) Mjesec Broj dana Broj sati Broj sekundi
I. 31 744 2678400
II. 28 672 2419200
III. 31 744 2678400
REFERENTNA KLIMA KONTINENTALNA RH Mjesec I. II. III. Temperatura -0,6 2,2 6,5 srednja °C Ozračenost horizontalna 31,94 48,61 94,44 kWh/m2 Ozračenost 90° 43,61 57,78 86,11 J kWh/m2 Ozračenost 90° 23,61 35,56 66,94 I,Z kWh/m2 Ozračenost 90° 14,17 20,00 35,00 S kWh/m2 Ozračenost 30° 44,44 63,89 112,22 J kWh/m2 Ozračenost 30° 21,11 28,89 61,11 S kWh/m2
IV. 30 720 2592000
IV.
V. 31 744 2678400
V.
VI. 30 720 2592000
VII. 31 744 2678400
VI.
VII.
VIII. 31 744 2678400
VIII.
IX. 30 720 2592000
IX.
X. 31 744 2678400
X.
XI.
XII.
30 720 2592000
XI.
31 744 2678400
XII.
UKUPNO 365 8760
God.
11,2
15,9
19,2
21,1
20,1
16,4
11,1
5,6
0,9
10,8
128,06
170,00
181,11
187,78
159,44
118,61
74,44
34,72
24,17
1253,33
83,61
87,78
83,61
90,28
94,17
99,72
88,06
45,56
32,22
892,50
86,39
110,56
116,11
121,94
106,94
84,72
55,56
25,56
17,22
851,11
45,28
57,78
59,44
59,44
51,67
37,78
26,67
15,28
11,39
433,89
135,28
165,56
170,28
179,72
163,61
138,61
98,61
47,50
32,78
1352,50
98,06
140,83
154,44
156,94
124,44
76,67
39,44
22,50
16,94
941,39
Modul 2
43
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 → ODABRANO: MJESEČNI PRORAČUN, uz mogućnost toplinskog povezivanja više proračunskih zona (ako je razlika u vrijednosti unutarnje projektne temperature između susjednih zona 5°C ili veća). - potrebna toplinska energija za grijanje – stalni pogon (izraz vrijedi i za mjesečni proračun):
Q H,nd = Q H,ht − ηH,gn Q H,gn [kWh] QH,ht – uk. toplinski gubici zgrade u periodu grijanja prema vanjskom okolišu, kWh QH,gn – ukupni toplinski dobici zgrade u periodu grijanja, kWh ηH,gn – bezdimenzijski faktor iskorištenja toplinskih dobitaka za grijanje, Napomena: U gornji izraz nije uključena latentna toplina, npr. za ovlaživanje.
Modul 2
44
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - potrebna toplinska energija za hlađenje – stalni pogon:
QC,nd = QC,gn − ηC,ls QC,ht [kWh] QC,ht – ukupni topl. gubici zgrade u periodu hlađenja prema vanjskom okolišu, kWh QC,gn – ukupni toplinski dobici zgrade u periodu hlađenja, kWh ηC,ls – bezdimenzijski faktor iskorištenja toplinskih gubitaka za hlađenje, Napomena: U gornji izraz nije uključena latentna toplina, npr. za odvlaživanje. Moguće je u pojedinim proračunskim periodima dobiti negativnu vrijednost QC,ht, a u tom slučaju ηC,ls =1 i negativni gubici pribrajaju se kao dobici.
Modul 2
45
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - bezdimenzijski faktor iskorištenja toplinskih dobitaka za grijanje (računa se za svaki mjesec i za svaku proračunsku zonu):
1 − γ H aH η H , gn = ako je γH > 0 i γH ≠ 1 aH +1 1− γ H aH ako je γH = 1 η H , gn = aH + 1 1 ako je γH < 0 η H , gn = γH
- gdje je γH omjer toplinskih dobitaka i gubitaka:
γH =
Q H,gn Q H,ht
- bezdimenz. numerički parametar aH je funkcija vremenske konstante zgrade τ:
τ aH = a0 + τ0
a0
τ 0 [h]
Mjesecni proracun
1
15
Sezonski proracun
0.8
30
Modul 2
46
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - bezdimenzijski faktor iskorištenja toplinskih gubitaka za hlađenje (računa se za svaki mjesec i za svaku proračunsku zonu):
ηC ,ls ηC ,ls
1− γ = 1− γ aC = aC + 1
− aC C ako je − ( aC +1) C
ηC ,ls = 1
γC > 0 i γC ≠ 1 - gdje je γC omjer toplinskih dobitaka i gubitaka:
ako je γC = 1
γC =
ako je γC < 0
Q C,gn Q C,ht
- bezdimenzijski numerički parametar aC je funkcija vremenske konstante zgrade τ:
τ aC = a0 + τ0
a0
τ 0 [h]
Mjesecni proracun
1
15
Sezonski proracun
0.8
30
Modul 2
47
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
HRN EN ISO 13790 - vremenska konstanta zgrade:
C m / 3600 τ= H tr + H Ve
[h]
- unutarnji toplinski kapacitet zgrade (ili proračunske zone):
Cm = ∑ κ jA j
[J/K]
j
κj – unutarnji toplinski kapacitet građevnog dijela zgrade j prema EN ISO 13786, J/(m2K) Aj – površina građevnog dijela zgrade j , m2 Modul 2
48
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - unutarnji toplinski kapacitet može se odrediti pojednostavnjeno prema izrazima (nacionalni Algoritam):
gdje je Af površina kondicionirane zone zgrade [m2], proračunata s vanjskim dimenzijama. Modul 2
49
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 „Vrlo lagana“ Vanjska ovojnica - lagane montažne i polumontažne konstrukcije od drveta ili metala s ispunom od toplinsko-izolacijskih materijala i tankim završnim oblogama, ili toplinskim panelima kao završnom oblogom. Unutarnji zidovi izvedeni kao suhomontažni, od porobetona, šuplje ili pune opeke debljine do 15,00 cm. „Lagana“ Zgrada izvedena pretežno od laganih građevnih materijala – vanjska ovojnica od porobetona (plino ili pjenobetona), šuplje opeke od gline gustoće ≤ 900 kg/m3, te laganih pregradnih zidova (suhomontažni, od porobetona, opeke debljine do 15,00 cm i sl.). „Srednje teška“ Zgrada izvedena pretežno od šuplje opeke od gline gustoće >900 kg/m3 i s udjelom armirano-betonskih dijelova do 15% ukupne ploštine vanjskih zidova, zgrada s vanjskim zidovima od pune opeke od gline, te s laganim ili masivnim pregradnim zidovima. Modul 2
50
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 „Teška“ Zgrada izvedena od šuplje ili pune opeke od gline gustoće >900 kg/m3 i debljine > 20,00 cm i s udjelom armirano-betonskih dijelova više od 15% ukupne ploštine vanjskih zidova, zgrada sa zidovima od šupljih blokova od betona, te masivnim unutarnjim pregradnim zidovima. „Masivna gradnja“ Zgrada od vanjskih armirano-betonskih zidova debljine ≥ 20,00 cm, te masivnim unutarnjim pregradnim zidovima.
Modul 2
51
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 Omjer toplinskih dobitaka i gubitaka γH - PRIMJER - Cm = 260 kJ/(m2K) • Af OMJER DOBITAKA I GUBITAKA gamaH Mjesec I. II. III.
IV.
V.
VI.
gamaH
0,2381544 0,336798 0,582846 0,978618 2,337555 12,43687
Cm, kJ/K tau, h aH
39000 42,31 3,8203864
VII. -9,1315
VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
-94,532 2,419528 0,797729 0,354215 0,230669
Omjer toplinskih dobitaka i gubitaka γC - PRIMJER OMJER DOBITAKA I GUBITAKA gamaC Mjesec I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. gamaC 0,1844354 0,251891 0,403509 0,581881 0,948909 1,463161 2,049928 1,602237 0,907323 0,476496 0,250034 0,175529 Cm, kJ/K tau, h aC
39000 42,31 3,8203864
Modul 2
52
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - koeficijent transmisijskih toplinskih gubitaka određuje se prema normi EN ISO 13789 iz slijedećeg izraza:
H tr = H D + H g + H U + H A
[W/K]
HD – koeficijent transmisijskog gubitka prema vanjskom okolišu, W/K Hg – stacionarni koeficijent transmisijskog gubitka prema tlu, W/K HU – koeficijent transmisijskog gubitka kroz negrijani prostor prema vanjskom okolišu, W/K HA – koeficijent transmisijskog gubitka prema susjednoj zgradi, W/K - općeniti izraz za pojedini od gore navedenih koeficijenata sastoji se iz tri dijela (detaljno u normi EN ISO 13789):
⎡ ⎤ H x = b tr,x ⎢ ∑ A i U i + ∑ lk Ψ k + ∑ χ j ⎥ k j ⎣ i ⎦ Modul 2
[W/K] 53
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - faktor prilagodbe btr,x ≠1 ukoliko je temperatura s druge strane građevnog dijela zgrade različita od vanjske θe - primjerice, btr,U za gubitke kroz negrijani prostor prema vanjskom okolišu prema EN ISO 13789: koef. transmisijskog gubitka od H ue negrijanog prostora prema b = koef. transmisijskog gubitka od vanjskom okolišu (W/K) H iu + H ue grijanog prostora prema negrijanom prostoru (W/K) srednji protok dijela zraka k - koeficijent ventilacijskih gubitaka (prema normi): u proračunskom periodu (m3/s)
H Ve = ρc p ∑ b Ve,k q Ve,k,mn [W/K]
faktor prilagodbe (bVe,k ≠1 ukoliko je temperatura dobavnog zraka različita od vanjske θe)
k
Modul 2
54
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - vremenski osrednjeni protok zraka za element sustava k u proračunskom periodu:
q Ve,k,mn = f Ve,t,k q Ve,k
[m3/s]
qVe,k – protok zraka za element sustava k određen prema EN 15242 i EN 15241, m3/s fVe,t,k – vremenski udio pogona elementa sustava k kao dio od 24 sata, - (za 24satni pogon = 1) - ukoliko sustav grijanja ima ugrađen sustav povrata topline, to značajno utječe na toplinsku bilancu proračunske zone: ηhru – stupanj korisnosti sustava povrata topline, b Ve,k = 1 − f Ve,frac,k ηhru fVe,frac,k – udio protoka elementa sustava k koji prolazi kroz sustav povrata topline, θsup,k − θe θsup,k – izlazna temperatura zraka iz sustava ηhru = povrata topline, °C θint − θe Modul 2
55
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - zbog poteškoća pri određivanju protoka zraka qVe,k prema EN 15242 i EN 15241, izmjena topline za ventilaciju prema nacionalnom Algoritmu:
QVe = QVe ,inf + QVe , win + QVe,mech [kWh] - tri dijela: infiltracija + otvaranje prozora + prisilna ventilacija - usvojena metoda nije sasvim u skladu s normom, infiltracija i prozračivanje otvaranjem prozora adaptirani su prema njemačkoj normi DIN V 18599-2
Modul 2
56
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - izmjena topline za ventilaciju uslijed infiltracije:
QVe,inf = HVe,inf (θint − θ e )t
[kWh]
- koeficijent ventilacijskog gubitka uslijed infiltracije:
HVe ,inf = 0.34Vninf
[W/K]
- broj izmjena zraka uslijed infiltracije:
ninf = ewind n50
[1/h]
Modul 2
57
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - tablični koeficijenti:
Modul 2
58
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - izmjena topline za ventilaciju uslijed prozračivanja otvaranjem prozora :
QVe, win = HVe, win (θint − θ e )t
[kWh]
- koeficijent ventilacijskog gubitka uslijed prozračivanja otvaranjem prozora :
HVe, win = 0.34Vnwin [W/K] - ako nema prisilne ventilacije, tada vrijedi:
ninf + nwin = max {ninf + nwin ;0.5} [1/h] Modul 2
59
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
HRN EN ISO 13790 PRIMJER – koeficijenti transmisijskih i ventilacijskih toplinskih gubitaka KOEFICIJENT TRANSMISIJSKOG GUBITKA HT, W/K HD, W/K 115,75 HU, W/K
43,50
b
Hg, W/K
38,68
Hue Hiu
HT, W/K HT', W/m2K
0,483352 84,2 90
197,93 0,440
KOEFICIJENT VENTILACIJSKOG GUBITKA HVe, W/K nmin, h-1 0,5 Vinf-n50, n50, h-1 3 71,82 m3/h Vinf-min, Ve, m3 342 171 m3/h Vinf, m3/h 171 HVe, W/K
58,14
Modul 2
60
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - za potrebe pojedinog proračuna (grijanje, hlađenje), toplinski gubici proračunske zone za promatrani vremenski period t su:
Q ht = (H tr + H Ve )(θint − θe )t
[Wh]
Htr – koeficijent transmisijskih gubitaka proračunske zone prema EN ISO 13789, W/K HVe – koeficijent ventilacijskih gubitaka proračunske zone, W/K θint – unutarnja projektna temperatura zone (grijanje - hlađenje), °C θe – srednja vanjska temperatura za proračunski period (npr. mjesečna), °C t – proračunski vremenski period, h Napomena: Toplinski tok izračunat prema gornjem izrazu ili njegov dio mogu u nekim vremenskim periodima imati negativan predznak.
Modul 2
61
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - unutarnja projektna temperatura pojedine zone može se odrediti iz niza temperatura prostorija unutar iste zone (međusobno se ne razlikuju za više od 4°C) prema udjelu koji površina s pojedinom temperaturom zauzima u ukupnoj površini zone. - unutarnja projektna temperatura zone u sezoni grijanja:
θ int, H
∑ A ⋅θ = ∑A f,s
int, H,s
s
[°C]
f,s
s
- unutarnja projektna temperatura zone u sezoni hlađenja:
θ int,C
∑ A ⋅θ = ∑A f,s
int,C,s
s
[°C]
f,s
s
Modul 2
62
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - ponuđene vrijednosti unutarnje projektne temperature prema namjeni prostora (prilog G – tablica u nacionalnom Algoritmu daje drugačije vrijednosti!): Vrsta prostora
Unutarnja projektna temperatura zimi, ºC
Unutarnja projektna temperatura ljeti, ºC
Obiteljske kuće Stambene zgrade Uredi Obrazovne ustanove Bolnice Restorani Trgovine Sportski objekti Industrijske zgrade Skladišta Zatvoreni bazeni
20 20 20 20 22 20 20 18 18 18 28
26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 28
Modul 2
63
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 PRIMJER - unutarnja projektna temperatura zone I u sezoni grijanja:
Prostor za sastanke 20 °C A = 370 m2
Radni prostor 22 °C A = 410 m2 ZONA I
ZONA II 25 °C A = 480 m2
Spremište 18 °C A = 240 m2
Modul 2
64
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
HRN EN ISO 13790 PRIMJER - unutarnja projektna temperatura zone I u sezoni grijanja:
θint,H
∑A ⋅θ = ∑A f,s
int,H,s
s
f,s
s
θ int,H
370 × 20 + 410 × 22 + 240 × 18 20740 = = = 20,33 °C (370 + 410 + 240) 1020
Modul 2
65
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - ukupni toplinski dobici za proračunski period:
Q H,gn = Qint + Qsol
[Wh]
- unutarnji toplinski dobici (osobe, rasvjeta, oprema) za promatrani vremenski period t [h]:
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ Qint = ⎢ ∑ Φ int,mn,k ⎥ t + ⎢ ∑ (1 − b tr,l )Φ int,mn,u,l ⎥ t [Wh] ⎣ k ⎦ ⎣ l ⎦
Фint,mn,k – srednji topl. učin unutarnjeg izvora topline u grijanom prostoru za prorač. period, W Фint,mn,u,1 – srednji topl. učin unutarnjeg izvora topline u susjednom negrijanom prostoru, W btr,1 – faktor smanjenja za susjedni negrijani prostor s unutarnjim toplinskim izvorom 1 prema EN ISO 13789 Susjedni negrijani prostor je negrijani prostor izvan granica proračunske zone. Modul 2
66
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - sunčevi toplinski dobici za promatrani vremenski period t [h]:
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ Qsol = ⎢ ∑ Φ sol,mn,k ⎥ t + ⎢ ∑ (1 − b tr,l )Φ sol,mn,u,l ⎥ t [Wh] ⎣ k ⎦ ⎣ l ⎦ Фsol,mn,k – srednji toplinski tok od sunčanog toplinskog izvora k u grijani prostor za proračunski period, W Фsol,mn,u,1 – srednji toplinski tok od sunčanog toplinskog izvora 1 u susjedni negrijani prostor, W btr,1 – faktor smanjenja za susjedni negrijani prostor s unutarnjim toplinskim izvorom 1 prema EN ISO 13789
Modul 2
67
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
HRN EN ISO 13790 - srednji toplinski tok od sunčeva zračenja kroz građevni dio zgrade k:
Φ sol,k = Fsh,k Isol,k A sol,k − Fr,k Φ r,k
[W]
Fsh,k – faktor smanjenja zbog sjene od vanjskih prepreka direktnom upadu sunčeva zračenja na površinu građevnog dijela k Isol,k – srednji toplinski tok od sunčeva zračenja na površinu građevnog dijela k za proračunski period (mjesečni), W/m2 Asol,k – efektivna površina građevnog dijela k u proračunskoj zoni ili prostoru, pripadajuće orijentacije i nagiba od vodoravnog položaja, na koju upada sunčevo zračenje, m2 Fr,k – faktor oblika između građ. dijela k i neba (npr. Fr,k = 1 za nezasjenjeni vodoravni krov, Fr,k = 0.5 za nezasjenjeni okomiti zid) Φr,k – toplinski tok zračenjem od površine građ. dijela k prema nebu, W Modul 2
68
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - efektivna površina prozirnog građevnog dijela (prozora) na koju upada sunčevo zračenje: 2
A sol = Fsh,gl g gl (1 − FF )A w,p
[m ]
Fsh,gl – faktor smanjenja zbog sjene od pomičnih sjenila, ggl – propusnost prozirnog građevnog dijela (stakla) za sunčevo zračenje, FF – udio okvira u ukupnoj projiciranoj površini građevnog dijela, - (ponuđena vrijednost = 0.3) Aw,p – ukupna projicirana površina prozirnog građevnog dijela, m2 - efektivna površina neprozirnog građevnog dijela (zida) na koju upada sunčevo zračenje: 2
A sol = α s,c R se U C A C
[m ]
αs,c – apsorpcijski koeficijent neprozirnog građevnog dijela za sunčevo zračenje, Rse – toplinski otpor vanjske površine neprozirnog građevnog dijela prema ISO 6946, (m2K)/W UC – toplinska propusnost neprozirnog građevnog dijela prema ISO 6946, W/(m2K) AC – ukupna projicirana površina neprozirnog građevnog dijela, m2 Modul 2
69
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 U slučaju promjene unutarnje temperature ili prekidanog grijanja i hlađenja, norma sadrži proračunske postupke za smanjenje potrebne energije s obzirom na trajanje prekida grijanja i hlađenja. Prekid grijanja i hlađenja ne mora se posebno proračunavati (može se proračunati kao stalno grijanje i hlađenje s prilagođenom unutarnjom temperaturom) ukoliko je: - oscilacija unutarnje temperature tijekom prekida < 3 °C. - vremenska konstanta zgrade τ < 20% vremena trajanja najkraćeg prekida grijanja ili hlađenja. Također, prekid grijanja i hlađenja ne mora se posebno proračunavati (može se proračunati kao stalno grijanje i hlađenje s projektnom unutarnjom temperaturom) ukoliko je: - vremenska konstanta zgrade τ 3 x veća od vremena trajanja najduljeg prekida grijanja ili hlađenja. Modul 2
70
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - u slučaju kraćeg prekida grijanja ili režima sa sniženom unutarnjom temperaturom (npr. noću, vikendom), a kada nisu ispunjeni prethodni zahtjevi, za proračun potrebne energije za grijanje za proračunski period koristi se izraz:
QH ,nd ,interm = aH ,red QH ,nd
aH ,red = 1 − bH ,red
[kWh]
τ0 γ H (1 − f H ,hr ) τ
(a H,red)min = fH,hr (a H,red)max = 1
bH,red – iskustveni korelacijski faktor, - (ponuđena vrijednost = 3) fH,hr – vremenski udio broja sati pogona s projektnom unutarnjom temperaturom grijanja kao dio od jednog tjedna, - (npr. za 14 sati pogona s θint tijekom 5 radnih dana = (14x5)/(24x7)=0.42)
Modul 2
71
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - u slučaju kraćeg prekida hlađenja ili režima sa povišenom unutarnjom temperaturom (npr. vikendom), za proračun potrebne energije za hlađenje za proračunski period koristi se izraz:
QC ,nd ,interm = aC ,red QC ,nd aC ,red = 1 − bC ,red
[kWh]
τ0 γ C (1 − fC ,d ) τ
(a C,red)min = fC,d (a C,red)max = 1
bC,red – iskustveni korelacijski faktor, - (ponuđena vrijednost = 3) fC,d – vremenski udio broja dana pogona s projektnom unutarnjom temperaturom hlađenja (barem tijekom dana) kao dio od jednog tjedna, - (npr. za pogon s θint tijekom 5 radnih dana = 5/7=0.71)
Modul 2
72
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje HRN EN ISO 13790 - u slučaju duljeg prekida grijanja i hlađenja (npr. škole tijekom praznika) ili režima sa promijenjenom unutarnjom temperaturom, za proračun potrebne energije za grijanje i hlađenje u proračunskom periodu u kojem se zgrada ne koristi, vrijede izrazi:
QH ,nd = (1 − f H ,nocc )QH ,nd ,occ + f H ,nocc QH ,nd ,nocc [kWh] QC ,nd = (1 − fC ,nocc )QC ,nd ,occ + f C , noccQC , nd , nocc
[kWh]
QH,nd,occ – potrebna energija za grijanje za cijeli mjesec uz projektnu unutarnju temperaturu, kWh QH,nd,nocc – potrebna energija za grijanje za cijeli mjesec uz promijenjenu unutarnju temperaturu (zgrada se ne koristi), kWh QC,nd,occ – potrebna energija za hlađenje za cijeli mjesec uz projektnu unutarnju temperaturu, kWh QC,nd,nocc – potrebna energija za hlađenje za cijeli mjesec uz promijenjenu unutarnju temperaturu (zgrada se ne koristi), kWh fH,nocc – vremenski udio broja dana u jednom mjesecu kada se zgrada ne koristi u sezoni grijanja, - (npr. 10/31) fC,nocc – vremenski udio broja dana u jednom mjesecu kada se zgrada ne koristi u sezoni hlađenja, - (npr. 10/31) Modul 2 73
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
HRN EN ISO 13790 - godišnja potrebna toplinska za grijanje i hlađenje proračunske zone predstavlja zbroj rezultata za sve proračunske periode i (npr. mjeseci) u jednoj godini:
QH ,nd ,an = ∑ QH ,nd ,i
[kWh/a]
QC ,nd ,an = ∑ QC ,nd ,i
[kWh/a]
i
i
Modul 2
74
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
HRN EN ISO 13790 Potrebna toplinska energija za grijanje (stalni pogon) – PRIMJER - unutarnji toplinski dobici od osoba i rasvjete Φint = 5 W/m2 TOPLINSKA ENERGIJA ZA GRIJANJE QHndREF, kWh/a Mjesec I. II. III. IV. V. VI. QHht, kWh 3924,7 3063,0 2572,0 1622,5 781,1 147,5 Qint, kWh 558 504 558 540 558 540 Qsol, kWh 376,7 527,6 941,1 1047,8 1267,9 1294,4 QHgn, kWh 934,7 1031,6 1499,1 1587,8 1825,9 1834,4 etaHgn 0,996826 0,989569 0,942712 0,801025 0,418086 0,080401 QHnd, kWh 2993,0 2042,2 1158,8 350,6 17,7 0,0
VII. -209,6 558 1355,7 1913,7 -0,10951 0,0
VIII. IX. X. XI. XII. -19,1 663,7 1695,6 2655,0 3638,9 558 540 558 540 558 1243,0 1065,9 794,6 400,4 281,4 1801,0 1605,9 1352,6 940,4 839,4 -0,01058 0,404892 0,871441 0,987668 0,997163 0,0 13,5 516,9 1726,1 2801,9
God.
11620,7
Q"HndREF, kWh/m2a 77,5 ENERGETSKI RAZRED C
Modul 2
75
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
HRN EN ISO 13790 Potrebna toplinska energija za hlađenje (stalni pogon) – PRIMJER - unutarnji toplinski dobici od osoba i rasvjete Φint = 5 W/m2 TOPLINSKA ENERGIJA ZA HLADJENJE QCndREF, kWh/a Mjesec I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. QCht, kWh 5067,8 4095,5 3715,1 2728,7 1924,2 1253,7 933,5 1124,1 Qint, kWh 558 504 558 540 558 540 558 558 Qsol, kWh 376,7 527,6 941,1 1047,8 1267,9 1294,4 1355,7 1243,0 QCgn, kWh 934,7 1031,6 1499,1 1587,8 1825,9 1834,4 1913,7 1801,0 etaCls 0,1842 0,250918 0,395902 0,548701 0,771273 0,911994 0,965934 0,930793 QCnd, kWh 1,2 4,0 28,3 90,5 341,8 691,0 1011,9 754,7
IX. X. XI. XII. 1770,0 2838,7 3761,2 4782,0 540 558 540 558 1065,9 794,6 400,4 281,4 1605,9 1352,6 940,4 839,4 0,75237 0,461381 0,249093 0,175341 274,3 42,9 3,5 0,9
God.
3245,1
Q"CndREF, kWh/m2a 21,6
Modul 2
76
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
Upis rezultata u energetski certifikat (1. stranica): 77,5
Specifična godišnja potrebna toplinska energija za grijanje (referentni klimatski podaci)
Modul 2
77
3. Toplinska energija za grijanje i hlađenje
Upis rezultata u energetski certifikat (2. stranica): Godišnja potrebna toplinska energija za grijanje (referentni klimatski podaci)
11620,7
Godišnja potrebna toplinska energija za grijanje (stvarni klimatski podaci)
77,5
Modul 2
78
3. Toplinska energija za PTV Norma HRN EN 15316-3-1 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 3-1: Sustavi za pripremu potrošne tople vode, pokazatelji potreba prema izljevnom mjestu - sadrži metode proračuna potrebne toplinske energije za pripremu potrošne tople vode (PTV) u zgradi Ulazni podaci: - temperatura potrošne tople vode θW,del, °C - temperatura vodovodne vode θW,0, °C - volumen dnevne potrošnje tople vode VW,day, m3/d - četiri proračunske metode dnevne potrebne toplinske energije: • prema programu potrošnje (dodatak A) • prema utrošenom volumenu (dodatak B) • prema površini zgrade (provedivo samo uz nacionalni aneks) • prema vrsti zgrade s tabličnim podacima o profilu potrošnje. Modul 2
79
3. Toplinska energija za PTV
HRN EN 15316-3-1 ODABRANO : 1. PRORAČUN PREMA UTROŠENOM VOLUMENU (za temperaturu PTV 60°C i temperaturu vodovodne vode 13.5°C), za nestambene zgrade 2. PRORAČUN PREMA POVRŠINI ZGRADE za stambene zgrade s ponuđenom vrijednosti: - za obiteljske kuće od 12.5 kWh/(m2a) iz PEPGECZ (NN81/12), - za zgrade s više od 3 stana 16 kWh/(m2a) iz PEPGECZ (NN81/12)
Modul 2
80
3. Toplinska energija za PTV
HRN EN 15316-3-1 1. PRORAČUN PREMA UTROŠENOM VOLUMENU - dnevna potrebna toplinska energija prema utrošenom volumenu:
QW ,day = 4.182VW ,day (θW ,del − θW ,0 ) / 3.6 [kWh/d] - mjesečna potrebna toplinska energija za pripremu PTV dobije se množenjem dnevne vrijednosti s odgovarajućim brojem dana N u mjesecu:
QW ,month = N ⋅ QW ,day [kWh/m] - godišnja vrijednost: 12
QW ,an = ∑ QW ,i
[kWh/a]
i =1
Modul 2
81
3. Toplinska energija za PTV
HRN EN 15316-3-1 - volumen dnevne potrošnje PTV za nestambene zgrade:
VW ,day = VW , f ,day f / 1000
[m3/d]
VW,f,day – dnevna potrošnja po karakterističnoj jedinici (lit/jed d) (ponuđene vrijednosti prilog B, tablica B.1) f - broj karakterističnih jedinica (-) PRIMJER - ulazni podaci - obiteljska kuća A = 150 m2
DNEVNA POTROŠNJA PTV Vw,d m3/d 0,2 θPTV 45 θwo 12 DNEVNA ENERGIJA ZA PRIPREMU PTV Qwd, kWh/d 7,656 Modul 2
82
3. Toplinska energija za PTV
HRN EN 15316-3-1 Potrebna toplinska energija za pripremu PTV – PRIMJER TOPLINSKA ENERGIJA ZA PRIPREMU PTV Mjesec I. II. III. Broj dana 31 28 31 Broj dana 8 8 9 vikenda Broj radnih 21 20 22 dana RH Nestambena 160,776 153,12 168,432 zgrada Stambena zgrada 12,5 159,247 143,836 159,247 kWh/m2a Stambena zgrada na bazi dnevne 237,336 214,368 237,336 potrošnje
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
UKUPNO
30
31
30
31
31
30
31
30
31
9
8
9
9
8
10
8
8
10
104
20
22
18
22
21
20
22
21
19
248
153,12
168,432
137,808
168,432
160,776
153,12
168,432
160,776
145,464 1898,688 kWh
154,110
159,247
154,110
159,247
159,247
154,110
159,247
154,110
159,247
1875 kWh
12,5 kWh/m2a
229,68
237,336
229,68
237,336
237,336
229,68
237,336
229,68
237,336
2794,44 kWh
18,6296 kWh/m2a
Modul 2
12,65792 kWh/m2a
83
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-x-x - za potrebe proračuna toplinskih gubitaka sustava grijanja, potrebno je sustav podijeliti na podsustave izmjene (em), razvoda (dis) i izvora (gen). - primjer podjele:
Modul 2
84
4. Toplinski gubici sustava
Norma HRN EN 15316-2-1 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 2-1: Sustavi za grijanje prostora izmjenom topline Osnovni ulazni podaci: - toplinska energija koju podsustav predaje zgradi ili proračunskoj zoni u proračun. periodu je ulazni podatak QH,em,out=QH,nd (prema EN ISO 13790), kWh - pomoćna energija za pogon elemenata podsustava u proračun. periodu W, kWh - položaj i značajke ogrjevnih tijela, energ. povezanost ogr. tijela i grijanog prostora - regulacijska strategija i oprema u proračunskoj zoni ODABRANO: MJESEČNI PRORAČUN – METODA SA STUPNJEM KORISNOSTI PODSUSTAVA ηem, tzv. NJEMAČKI PRISTUP PREMA DIN V 18599-6
Modul 2
85
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-2-1 Norma sadrži (izlazni rezultat): - metode proračuna toplinskih gubitaka podsustava izmjene topline (ogrjevna tijela,...) - metodu proračuna pomoćne energije za pogon elemenata podsustava (regulacija, pumpe, ventilatori...) - metodu proračuna povratnih toplinskih gubitaka podsustava. - godišnji toplinski gubici podsustava izmjene topline dobiju se zbrajanjem mjesečnih vrijednosti.
Modul 2
86
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-2-1 - unesena toplinska energija u podsustav prema nacionalnom Algoritmu (mjesečna):
QH ,em,in = QH ,em ,out − 0.75 ⋅ Wother + QH ,em,ls [kWh]
Wother – pomoćna energija za rad dodatnih pumpi, ventilatora i dr., kWh - iskoristiva (povratna) pomoćna energija:
Qem,aux ,rbl = 0,25 Wothers + Wctr
[kWh]
- iskoristivi toplinski gubici podsustava izmjene topline:
Qem,ls ,rbl = 0 Modul 2
87
4. Toplinski gubici sustava
Norma HRN EN 15316-2-3 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 2-3: Razvodi sustava grijanja prostora Osnovni ulazni podaci: - projektni toplinski učinak sustava grijanja u proračunskoj zoni ΦH,em,out (prema EN 12831), kW - projektni temperaturni režim ogrjevnog medija u podsustavu razvoda θH,sup i θH,ret , °C - unutarnja projektna temperatura u proračunskoj zoni θi , °C - duljina cjevovoda L, m - projektni pad tlaka cirkulacijskog kruga u proračunskoj zoni Δp, Pa - pomoćna energija za pogon elemenata podsustava (pumpe) u proračun. periodu W, kWh - broj sati grijanja godišnje top,an , h/a - dužinski koeficijenti prolaska topline cjevovoda Ψ, W/(mK) Modul 2
88
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-2-3 ODABRANO: POJEDNOSTAVLJENI PRORAČUN Norma sadrži (izlazni rezultat): - metode proračuna topl. gubitaka podsustava razvoda sustava grijanja (cijevi) - metodu proračuna pomoćne energije za pogon elemenata podsustava (pumpe) - metodu proračuna povratnih toplinskih gubitaka podsustava. - energija na izlazu iz podsustava razvoda je ulazni podatak:
QH ,dis ,out = Qem,in
[kWh]
Modul 2
89
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-2-3 - unesena toplinska energija u podsustav prema nacionalnom Algoritmu (mjesečna):
QH ,dis ,in = QH ,dis ,out − 0,75 WH ,dis ,aux + QH ,dis ,ls [kWh]
- godišnji toplinski gubici podsustava razvoda dobivaju se zbrajanjem mjesečnih vrijednosti pomoću koeficijenta linearne toplinske vodljivosti Ψ (tablica u Algoritmu) i nadtemperature ogrjevnog medija :
QH ,dis ,ls ,an = ∑ Ψ j (θm − θi , j ) L j top ,an
[kWh/a]
j
Modul 2
90
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-2-3 - iskoristiva pomoćna energija:
QH ,dis ,aux ,rbl = k 0,25 WH ,dis ,aux [kWh] k – udio iskoristivih gubitaka pomoćne energije u ukupnim gubicima (-) - k=1 tj. 100% ukupnih gubitaka ako je komponenta smještena u grijanoj zoni - k=0,5 tj. 50% ako je komponenta smještena u negrijanoj zoni - k= 0 tj. 0% ako je komponenta smještena izvan zgrade
Modul 2
91
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-2-3 - iskoristivi toplinski gubici podsustava razvoda topline:
QH ,dis ,ls ,rbl = ∑ k1k 2 Ψ j (θ m − θ i , j ) L j top [kWh] j
k1 – udio iskoristivih gubitaka u ukupnim gubicima za pojedinu dionicu u ovisnosti o vrsti prostora (-) k1=1 tj. 100% ukupnih gubitaka ako dionica prolazi kroz grijani prostor k1=0,5 tj. 50% ukupnih gubitaka ako dionica prolazi kroz negrijani prostor koji graniči s grijanim k1=0 tj. 0% ukupnih gubitaka ako dionica prolazi kroz negrijani prostor koji ne graniči s grijanim
k2 – udio iskoristivih gubitaka u ukupnim gubicima za pojedinu dionicu u ovisnosti o načinu ugradnje (-) k2=1 tj. 100% ukupnih gubitaka ako dionica prolazi kroz unutarnji zid ili uz zid k2=0,9 tj. 90% ukupnih gubitaka ako dionica prolazi kroz vanjski zid izoliran izvana k2=0,6 tj. 60% ukupnih gubitaka ako dionica prolazi kroz neizolirani vanjski zid Modul 2
92
4. Toplinski gubici sustava Norma HRN EN 15316-3-2 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 3-2: Sustavi za pripremu potrošne tople vode, razvod Osnovni ulazni podaci: - dnevna toplinska energija za pripremu PTV QW,d (prema EN 15316-3-1), kWh/d - projektni temperaturni režim ogrjevnog medija u podsustavu razvoda θW,del , °C - unutarnja projektna temperatura u proračunskoj zoni θamb , °C - duljina cjevovoda L, m - volumen vode u cijevima VW, m3 - specifični toplinski kapacitet materijala cijevi cp, kJ/(kgK) - masa pojedinih dionica cijevi mp,i, kg - dužinski koeficijenti prolaska topline cjevovoda UW, W/(mK) - pomoćna energija za pogon pumpi u proračun. periodu W, kWh - broj otvaranja izljevnih mjesta tijekom dana ntap, - dnevno trajanje pogona recirkulacijske pumpe tW, h/d - broj pogonskih ciklusa recirkulacijske pumpe tijekom jednog dana nnorm, Modul 2
93
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-3-2 Norma sadrži (izlazni rezultat): - metode proračuna toplinskih gubitaka podsustava razvoda potrošne tople vode - metodu proračuna pomoćne energije za pogon elemenata podsustava (recirkulacijske pumpe) - metodu proračuna povratnih toplinskih gubitaka podsustava. Proračun toplinskih gubitaka provodi se odvojeno za: • polazne (individualne) vodove PTV prema izljevnim mjestima • recirkulacijske vodove, nakon čega se dobiveni rezultati zbrajaju.
Modul 2
94
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-3-2 - unesena toplinska energija u podsustav prema nacionalnom Algoritmu (mjesečna):
QW ,dis ,in = QW − 0, 75 WW ,dis ,aux + QW ,dis ,ls
[kWh]
- pomoćna energija WW,dis,aux odnosi se na (re)cirkulacijsku pumpu (75% energije vraćeno ogrjevnom mediju) - u Algoritmu se odstupilo od norme gdje se predlaže koeficijent 0,80 za iskorištenu pomoćnu energiju
Modul 2
95
4. Toplinski gubici sustava
Norma HRN EN 15316-3-3 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 3-3: Sustavi za pripremu potrošne tople vode, zagrijavanje Osnovni ulazni podaci: - dnevna toplinska energija za pripremu PTV QW,d (prema EN 15316-3-1), kWh/d - ukupni dnevni toplinski gubici podsustava razvoda PTV QW,dis,ls (prema HRN EN 15316-3-2), kWh/d - projektni temperaturni režim ogrjevnog medija u podsustavu razvoda θW,del , °C - projektni temperaturni režim ogrjevnog medija u spremniku θW,gen , °C - unutarnja projektna temperatura u proračunskoj zoni θamb , °C - pomoćna energija za pogon elemenata podsustava (regulacija, pumpa) WW,gen,aux, kWh Akumulacijski sustav pripreme potrošne tople vode može koristiti: • indirektno grijani spremnik potrošne tople vode (detaljnije u normi EN 12897) • direktno loženi spremnik potrošne tople vode. Modul 2
96
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-3-3 Norma sadrži (izlazni rezultat): - metodu proračuna toplinskih gubitaka podsustava zagrijavanja potrošne tople vode (izvor topline) - metodu proračuna pomoćne energije za pogon elemenata podsustava (regulacija, pumpe primarnog kruga) - metodu proračuna povratnih toplinskih gubitaka podsustava. - tjedna, mjesečna ili godišnja vrijednost toplinskih gubitaka za toplinski izvor dobije se množenjem dnevne vrijednosti s odgovarajućim brojem dana.
Modul 2
97
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-3-3 Izračunavanje ukupnih toplinskih gubitaka podsustava zagrijavanja potrošne tople vode QW,gen,ls provodi se za: • kotao s plinskim ili uljnim loženjem (dodatak A) • spremnik PTV s direktnim plinskim loženjem (dodatak B) • spremnik PTV sa stalno uključenim električnim grijačem (dodatak C) • spremnik PTV s električnim grijačem s vremenskim upravljanjem (dodatak D) Ako se isti podsustav toplinskog izvora koristi i za grijanje i za pripremu PTV, proračun rada podsustava treba se provesti odvojeno (vodeći računa o pripadajućim parametrima pogona) za ljetni period kada sustav služi samo za pripremu PTV i za zimski period kada sustav ima dvojaku funkciju.
Modul 2
98
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-3-3 - unesena toplinska energija u podsustav za kotlove koji tijekom čitave godine ili u periodu izvan sezone grijanja rade samo u režimu pripreme PTV:
QW , gen ,in = QW , gen ,out − 0, 75 (Wgnr ,aux + WW , p , aux ) + QW , gen,ls [kWh] - pomoćna energija Wgnr,aux i WW,p,aux odnosi se na kotlovske pumpe, plamenike, pumpu primarnog kruga (Wgnr,aux se određuje kao u normi HRN EN 15316-4-1) - energija na izlazu iz podsustava zagrijavanja PTV:
QW , gen ,out = QW ,dis ,in + QW , st ,ls + QW , p ,ls
[kWh]
QW,dis,in – ulazna energija u podsustav razvoda PTV (HRN EN 15316-3-2) [kWh] QW,st,ls – dnevni toplinski gubici spremnika PTV (ako postoje) [kWh] QW,p,ls – dnevni toplinski gubici primarnog razvoda PTV (ako postoje) [kWh] Modul 2
99
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-3-3 - iskoristiva pomoćna energija primarnog razvoda:
QW , p ,aux ,rbl = k 0, 25 WW , p ,aux
[kWh]
k – udio iskoristivih gubitaka pomoćne energije u ukupnim gubicima (-) - k=1 tj. 100% ukupnih gubitaka ako je komponenta smještena u grijanoj zoni - k=0,5 tj. 50% ako je komponenta smještena u negrijanoj zoni - k= 0 tj. 0% ako je komponenta smještena izvan zgrade - iskoristivi toplinski gubici kroz oplatu kotla koji se koristi samo za pripremu PTV te pripadajuća pomoćna energija, QW,gen,env,rbl (indirektno zagrijavanje) i QW,gnr,aux,rbl računaju se analogno normi HRN EN 15316-4-1
Modul 2
100
4. Toplinski gubici sustava
Norma HRN EN 15316-4-1 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 4-1: Sustavi za proizvodnju topline izgaranjem (kotlovi) Osnovni ulazni podaci: - potrebna toplinska energija za podsustav razvoda grijanja QH,dis,in (prema HRN EN 15316-2-3) - potrebna toplinska energija za podsustav razvoda PTV QW,dis,in (prema HRN EN 15316-3-2 – ako se kotao koristi za PTV) - nazivni ogrjevni učin kotla ΦPN, kW - vrijeme trajanja pogona kotla u proračunskom periodu tgen, h - podatke o kotlu od proizvođača ispitanog u skladu s važećim normama - pomoćna energija za pogon elemenata podsustava (regulacija, pumpe) Wgen,aux, kWh
Modul 2
101
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-4-1 Norma sadrži (izlazni rezultat): - proračun toplinske energije iz goriva - proračun ukupnih toplinskih gubitaka podsustava izvora topline - proračun povratnih toplinskih gubitaka - proračun pomoćne energije za pogon elemenata podsustava. - tri proračunske metode energetskih značajki podsustava izvora topline: • metoda sezonske pogonske značajke kotla (tipološka metoda) • metoda specifične korisnosti kotla • ciklička metoda.
Modul 2
102
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-4-1 ODABRANO : METODA SPECIFIČNE KORISNOSTI KOTLA (oslanja se na direktivu Boiler Efficiency Directive 92/42/EEC). Proračun metodom specifične korisnosti kotla dijeli toplinske gubitke na tri režima pogona: • nazivni učinak (100%) • djelomični učinak (ponuđena vrijednost ulje/plin 30%) • mirovanje (prazni hod 0% - standby). Proračun za pojedini izvor topline vrši se linearnom interpolacijom rezultata za navedena tri režima pogona. Proračunski period je jedan mjesec, a godišnja vrijednost toplinskih gubitaka dobije se zbrajanjem.
Modul 2
103
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-4-1 - unesena toplinska energija u podsustav (mjesečna energija goriva):
QH , gen ,in = QH , gen ,out − f rvd ,aux ⋅ Wgen ,aux + QH , gen ,ls [kWh] frvd,aux – iskorišteni dio pomoćne energije (podatak od proizvođača kotla ili se uzme ponuđena vrijednost = 0.75), Wem,aux – pomoćna energija za pogon elemenata podsustava (kotlovska pumpa, plamenik, i sl.), kWh - energija na izlazu iz podsustava proizvodnje je ulazni podatak:
QH , gen,out = QH ,dis ,in [kWh]
Modul 2
104
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-4-1 - faktor opterećenja kotla (za proračunski period) za jedan kotao:
β gnr =
Φ H , gen,out Φ Pn
[-]
-srednja toplinska snaga podsustava proizvodnje:
Φ H , gen,out =
QH ,dis ,in t gnr
[kW]
ΦPn – nazivna snaga kotla [kW] tgnr – broj sati u proračunskom periodu (promatranom mjesecu) [h] - ako sustav ima više kotlova, vrši se korekcija faktora opterećenja za dva slučaja: • regulacija bez prioriteta (kotlovi rade istovremeno) • regulacija s prioritetom (kotlovi se uključuju kaskadno prema trenutačnoj toplinskoj bilanci zgrade) Modul 2
105
HRN EN 15316-4-1 - kada se kotao koristi za grijanje i pripremu PTV, tada se povećava opterećenje kotla i energija na izlazu iz podsustava postaje:
QHW , gen ,out = QH ,dis ,in + QW , gnr ,out [kWh] - ako kotao vrši samo pripremu PTV (izvan sezone grijanja), proračun toplinskih gubitaka kotla provodi se prema normi EN 15316-3-3. - proračun toplinskih gubitaka za pojedini kotao vrši se linearnom interpolacijom rezultata za navedena tri režima pogona. Kriterij za izbor proračunskog izraza je vrijednost stvarne (srednje) izlazne snage kotla u proračunskom periodu:
Φ Px = Φ Pn β gnr
[kW]
Modul 2
106
4. Toplinski gubici sustava
HRN EN 15316-4-1 - toplinski gubici izvora topline (snaga) ukoliko je 0 < ΦPX ≤ ΦPint određuju se iz izraza:
φ H , gen , PX ,ls
φ PX (φ H , gen , P int,ls ,cor − φ H , gen , P 0,ls ,cor ) + φ H , gen , P 0,ls ,cor = φ P int
[W]
- toplinski gubici izvora topline (snaga) ukoliko je ΦPint < ΦPX ≤ ΦPN određuju se iz izraza:
φ H , gen , PX ,ls
φ PX − φ P int = (φ H , gen , PN ,ls ,cor − φ H , gen , P int,ls ,cor ) + φ H , gen , P int,ls ,cor [W] φ PN − φ P int
- ukupni toplinski gubici za jedan kotao tijekom proračunskog perioda:
QH , gen ,ls = φ H , gen , PX ,ls ⋅ t gen [kWh] Modul 2
107
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-1 - povratni toplinski gubici iz pomoćne energije podsustava (toplina predana zraku grijanog prostora):
QH , gen ,aux ,rbl = Wgen ,aux (1 − bbrm ) f rbl ,aux
[kWh]
frbl,aux – iskoristivi dio pomoćne energije za grijanje = 1-frvd,aux (ponuđena vrijednost = 0,25), bbrm – faktor smanjenja temperature prema poziciji ugradnje kotla (tablica), - povratni toplinski gubici kroz oplatu kotla:
QH , gen ,env ,rbl = φ H , gen , P 0,ls ,cor (1 − bbrm ) f gen ,env t gen [Wh] fgen,env – iskoristivi dio gubitaka kroz oplatu kotla kao dio gubitaka praznog hoda (0.5 za atmosferski plamenik; 0.75 za ventilatorski plamenik),- ukupni iskoristivi toplinski gubici podsustava izvora topline:
QH , gen ,ls ,rbl = QH , gen ,aux ,rbl + QH , gen ,env ,rbl [kWh] Modul 2
108
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-1 Kondenzacijski kotao, proračun prema podacima od proizvođača Podaci o kotlu Tip kotla
Kondenzacijski kotao
Vrsta goriva
Zemni plin
Vrsta plamenika
Modulirajući, s ventilatorom
Smještaj kotla
Kotlovnica
Vrsta regulacije
Regulacija na temelju vanjske temperature
Opća tipologija kruga kotla
Direktno priključenje na kotao Φpn
70
kW
ηgnr,Pn
30 96
% %
full-load net efficiency, θgnr,w,test,Pn = 70 C
ηgnr,Pint
106
%
30% part-load net efficiency, θgnr,w,test,Pint = 30 C
Pomoćna električna snaga pri punom opterećenju
Paux,Pn
210
W
Pomoćna električna snaga pri djelomičnom opterećenju
Paux,Pint
60
W
Pomoćna električna snaga u praznom hodu
Paux,P0
10
W
Nazivna snaga Postotak snage pri djelomičnom opterećenju Ispitna energetska korisnost
o
o
Projektni podaci Potrebno vrijeme rada kotla Predana toplina
tgen QH,gen,out
2592000 80,9
Srednja temperatura vode pri generaciji topline
θgen,f
22472 48,9
Povratna temparatura vode pri generaciji topline
θgen,r
37,7
Volumenski protok
Vdis
1207
Modul 2
s
720 h
GJ kWh o C o
C
l/h
109
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-1 Proračun Srednja snaga generacije topline Faktor opterećenja Korigirana korisnost pri punom opterećenju Korigirani toplinski gubici pri punom opterećenju Korigirana korisnost pri djelomičnom opterećenju Korigirani toplinski gubici pri djelomičnom opterećenju
Toplinski gubici pri praznom hodu (stand-by)
Korigirani toplinski gubici pri praznom hodu Korigirani toplinski gubici pri stvarnom opterećenju Ukupni toplinski gubici kotla
ΦH,gen,out
31,2
βgnr
0,446
f corr,Pn
0,2
kW o
%/ C o
C
θgen,test,Pn
70
ηgnr,Pn,corr
100,22
Φgnr,ls,Pn,corr
-154
f corr,Pint
0,2
θgen,test,Pint
30
ηgnr,Pint,corr
104,46
%
Φgnr,ls,Pint,corr
W o %/ C o
C
-897
W
4,8
%
c6
-0,35
Δθgnr,test,P0
50
Φgnr,ls,P0
760
θl,brm
13
W o C
Φgnr,ls,P0,corr
502
W
Φgnr,ls,Px
-742
W
-534
kWh
-1923
MJ
Modul 2
Tablica B.3, plinski kondenzacijski kotao
%
c5
Qgnr,ls
Tablica B.3, plinski kondenzacijski kotao
Tablica B.4, plinski kondenzacijski kotao Tablica B.4, plinski kondenzacijski kotao
Tablica B.2, plinski kondenzacijski kotao, nakon 1994 Tablica B.2, plinski kondenzacijski kotao, nakon 1994
o
C
Tablica B.2, plinski kondenzacijski kotao, nakon 1994 Tablica B.7, za kotlovnicu
110
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-1 Pomoćna snaga grijača pri stvarnom opterećenju
Paux,Px
Ukupna pomoćna energija grijača
W gnr,aux
Povratna pomoćna energija (prema grijanom prostoru)
Ukupna generirana toplina
65,7
kWh
236,5
MJ
0,75
f rbl,aux
0,25
bbrm
0,3
f gnr,env
Ukupni povratni toplinski gubici
W
f rvd,aux
Qgnr,aux,rbl
Toplinski gubici generatora topline (kroz kućište)
91,3
Qgnr,aux,rbl QH,gen,ls,rbl EH,gen,in
Tablica B.7, za kotlovnicu
11,5
kWh
41,4
MJ
0,75
Tablica B.6, plamenik s ventilatorom
189,8
kWh
683,1
MJ
201,3
kWh
724,5
MJ
21938
kWh
78977
MJ
Modul 2
111
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-1 Izlazni podaci Potrebna toplina goriva
EH,gen,in
Ukupni toplinski gubici kotla
QH,gnr,ls
Ukupna pomoćna energija grijača
W gnr,aux
21938
kWh
78977
MJ
-534
kWh
-1923
MJ
65,7
kWh
236,5
MJ
201,3
kWh
724,5
MJ
Ukupni povratni toplinski gubici
QH,gen,ls,rbl
Donja ogrjevna vrijednost goriva
Pretvorba in neto u bruto vrijednosti 3 MJ/Nm Hi 31,65 Tablica C.13, za zemni plin 3 MJ/Nm Hs 35,17 Tablica C.13, za zemni plin
Gornja ogrjevna vrijednost goriva Latentna toplina kondenzacije
Qlat
Korekcija potrošnje goriva
EH,gen,in,grs
Ukupni toplinski gubici kotla
QH,gnr,ls,grs
2440
kWh
8784
MJ
24378
kWh
87761
MJ
1906
kWh
6861
MJ
Modul 2
112
4. Toplinski gubici sustava
Norma HRN EN 15316-4-2 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 4-2: Sustavi za proizvodnju topline, sustavi dizalica topline Osnovni ulazni podaci: - potrebna toplinska energija za podsustav razvoda grijanja QH,dis,in (prema EN 15316-2-3) - potrebna toplinska energija za podsustav razvoda PTV QW,dis,in (prema EN 153163-2) - vrstu i izvedbu dizalice topline - značajke dizalice topline kao kapacitet, faktor hlađenja i faktor grijanja (COP) prema EN 14511 - značajke dizalice topline pri djelomičnom opterećenju prema CEN/TS 14825 - nazivni učinak dizalice topline prema HRN EN 12831, kW - pomoćna energija za pogon elemenata podsustava (regulacija, pumpe) Wgen,aux, kWh - meteorološki podaci za geografsku lokaciju zgrade Modul 2
113
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 Proračun obuhvaća slijedeće vrste dizalica topline: • s električnim kompresorom • s plinskim motorom • apsorpcijske dizalice topline. Proračun obuhvaća slijedeće izvedbe dizalica topline: • zrak – zrak (uključivo istrošeni zrak) • zrak – voda • voda – voda • rasolina – voda • direktna ekspanzija – voda Norma sadrži (izlazni rezultat): - proračun potrebne energije, električne ili iz goriva, za grijanje i pripremu PTV - proračun ukupnih toplinskih gubitaka podsustava dizalice topline - proračun povratnih toplinskih gubitaka - proračun pomoćne energije za pogon elemenata podsustava. Modul 2
114
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 - dvije proračunske metode energetskih značajki podsustava dizalice topline: • pojednostavljeni postupak (provedivo uz nacionalni aneks) • detaljni postupak (BIN metoda). ODABRANO: DETALJNI POSTUPAK PRORAČUNA (BIN METODA) Proračun prema bin metodi podrazumijeva podjelu godine na temperaturne raspone (bin-ove), jer učinkovitost dizalice topline može znatno ovisiti o vanjskoj temperaturi. Za određivanje trajanja pojedinih temperaturnih intervala treba imati satne podatke o vanjskoj temperaturi za promatranu geografsku lokaciju u formatu ispitne referentne godine. Alternativno, iz poznatih srednjih mjesečnih vrijednosti vanjske temperature može se generirati satna razdioba pomoću odgovarajućeg računalnog programa po priznatoj metodi proračuna (npr. software Meteonorm). Modul 2
115
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 Dizalica topline s električnim kompresorom - unesena pogonska električna energija u podsustav (odnosi se na pogonsku energiju prema ispitivanju u EN 14511):
Egen ,in = Qgen ,out − Qgen ,in − krvd ,aux ⋅ Wgen ,aux + Qgen ,ls
[kWh]
Qgen,out – potrebna topl. energija za podsust. razvoda grijanja i razvoda PTV, kWh Qgen,in – toplinska energija okoliša za pogon dizalice topline, kWh krvd,aux – iskorišteni dio pomoćne energije, Wgen,aux – pomoćna energija za pogon elemenata podsust. (regulacija, pumpe), kWh Qgen,ls – toplinski gubici podsustava dizalice topline, kWh
Modul 2
116
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 Dizalica topline s plinskim motorom - unesena energija goriva za pogon podsustava dizalice topline:
Ggen ,in = Qgen ,out − Qgen ,in − krvd ,aux ⋅ Wgen ,aux − Qgen ,rvd ,mot + Qgen ,ls [kWh] Qgen,out – potrebna topl. energija za podsust. razvoda grijanja i razvoda PTV, kWh Qgen,in – toplinska energija okoliša za pogon dizalice topline, kWh krvd,aux – iskorišteni dio pomoćne energije, Wgen,aux – pomoćna energija za pogon elemenata podsust. (regulacija, pumpe), kWh Qgen,rvd,mot – iskorišteni toplinski gubici motora dizalice topline, kWh Qgen,ls – toplinski gubici podsustava dizalice topline, kWh Iskorišteni toplinski gubici motora Qgen,rvd,mot predstavljaju ostvareni povrat topline kod hlađenja ispušnih plinova (podatak proizvođača). Ako nema podataka proizvođača, procjenjuju se na 40% unesene energije goriva Ggen,in.
Modul 2
117
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 Tijek proračuna prema nacionalnom Algoritmu sastoji se iz sljedećih osnovnih koraka (detalji u Algoritmu): 1. Podjela pogona na temperaturne raspone (obično 1-5 °C) i određivanje potrebne energije za pojedine raspone. • Utjecaj temperature toplinskog izvora/ponora na učin i COP. • Gubici spremnika (međuspremnik grijanja, PTV) integriranih u sustav. 1. Određivanje energije pomoćnog grijača za pojedine raspone. 2. Proračun vremena rada za 3 karakt. režima – gri, PTV, gri+PTV. 3. Pomoćna energija toplinskog izvora/ponora. 4. Proračun toplinskih gubitaka i iskoristivih toplinskih gubitaka podsustava. 5. Proračun unesene energije za pogon podsustava. 6. Prikaz rezultata proračuna.
Modul 2
118
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 - općenito, potrebna toplinska energija za podsustav razvoda grijanja za pojedini temperaturni raspon (bin):
QH , gen ,out ,i = QH , gen ,out wi
[kWh]
QH,gen,out – ukupna potrebna topl. energija za podsustav razvoda grijanja, kWh wi – težinski faktor za raspon i, - težinski faktor za pojedini temperaturni raspon određuje se prema učestalosti pojave temperatura iz promatranog raspona u ukupnom periodu grijanja preko stupanj sati grijanja:
HDH θU − HDH θL wi = HDH t
HDHθU – broj stupanj sati grijanja do gornje granice raspona, Kh HDHθL – broj stupanj sati grijanja do donje granice raspona, Kh HDHt – ukupni broj stupanj sati u sezoni grijanja, Kh Modul 2
119
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 - općenito, potrebna toplinska energija za podsustav razvoda PTV za pojedini temperaturni raspon (bin):
QW , gen ,out ,i = QW , gen ,out
ni nt
[kWh]
QW,gen,out – ukupna potrebna toplinska energija za podsustav razvoda PTV, kWh ni – kumulativni broj sati pogona za raspon i, h nt – ukupni broj sati pogona za pripremu PTV (max. vrijednost 8760), h - ukoliko se uz dizalicu topline koristi dodatni grijač (npr. pri vrlo niskim vanjskim temperaturama ili za vršno opterećenje), tada se udio energije od dodatnog grijača u ukupnoj potrebnoj energiji određuje preko omjera površina u krivulji kumulativne godišnje frekvencije vanjskih temperatura.
Modul 2
120
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 - primjer krivulje kumulativne godišnje frekvencije vanjskih temperatura za pogon dizalice topline: HDH θi
DT
DG θe Modul 2
121
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 Dizalica topline s električnim kompresorom - unesena pogonska električna energija u podsustav za grijanje: nbin
QH , gen,out ,sin,i − (1 − pH ,comb )k rvd , genWH , gen ,i
i =1
COPsin,i
EH , gen,in = ∑
nbin
QH , gen,out ,comb,i − pH ,comb k rvd , genWH , gen,i
i =1
COPcomb,i
+∑
QH,gen,out,sin,i – potrebna topl. energija za grijanje za temperaturni raspon i, kWh QH,gen,out,comb,i – potrebna topl. energija za grijanje i pripremu PTV za temp. raspon i, kWh pH,comb – udio kombiniranog pogona za grijanje i pripremu PTV, krvd,gen – povraćeni dio pomoćne energije, WH,gen,i – pomoćna energija za pogon u režimu grijanja, kWh COPsin,i – faktor grijanja za režim grijanja za temperaturni raspon i, W/W COPcomb,i – faktor grijanja za kombinirani režim pogona za temp. raspon i, W/W - unesena pogonska električna energija u podsustav za pripremu PTV EW,gen,in izračuna se zasebno iz izraza danog u normi, sličnog gore navedenom izrazu. Modul 2
122
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-2 Dizalica topline s plinskim motorom - unesena energija goriva u podsustav za grijanje: nbin
GH , gen ,in = ∑ i =1
QH , gen ,out ,i − k rvd , genWH , gen ,i COPi
[kWh]
QH,gen,out,i – potrebna toplinska energija za grijanje za temperaturni raspon i, kWh krvd,gen – povraćeni dio pomoćne energije, WH,gen,i – pomoćna energija za pogon u režimu grijanja, kWh COPsin,i – faktor grijanja za režim grijanja za temperaturni raspon i, W/W
Modul 2
123
4. Toplinski gubici sustava Norma HRN EN 15316-4-3 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 4-3: Sustavi za proizvodnju topline, toplinski sustavi sunčevog zračenja Osnovni ulazni podaci: - potrebna toplinska energija za podsustav razvoda grijanja QH,dis,in (prema HRN EN 15316-2-3) - potrebna toplinska energija za podsustav razvoda PTV QW,dis,in (prema HRN EN 15316-3-2) - značajke solarnog sustava kao površina i tip kolektora, volumen spremnika, lokacija i dr. - pomoćna energija za pogon elemenata podsustava (regulacija, pumpe) Wgen,aux, kWh - meteorološki podaci za geografsku lokaciju zgrade Proračun obuhvaća sljedeće vrste solarnih sustava: • samo solarni sustav • solarni sustav s dodatnim grijačem. Modul 2
124
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 Norma sadrži (izlazni rezultat): - proračun proizvedene energije za grijanje i pripremu PTV - proračun ukupnih toplinskih gubitaka podsustava - proračun povratnih toplinskih gubitaka - proračun pomoćne energije za pogon elemenata podsustava. - dvije proračunske metode energetskih značajki solarnog sustava: • metoda A – korištenje podataka ispitivanja sustava prema EN 12976-2 • metoda B – korištenje podataka ispitivanja komponenata. Proračunski period je jedan mjesec, a godišnji rezultati dobiju se zbrajanjem.
Modul 2
125
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 ODABRANO: METODA B Proračun se temelji na priznatoj f-chart metodi (solarni stupanj pokrivanja). Osnovni ulazni podatak je potrebna toplina za sustav grijanja i pripreme PTV uvećana za gubitak podsustava razvoda. Proračun uključuje podjelu potrebne topline na dio za grijanje i dio za pripremu PTV preko podjele površine kolektora i podjele volumena spremnika (ukoliko je samo jedan spremnik u sustavu). Negativni rezultati izračunate topline izjednače se s nulom, a rezultati veći od potrebne topline izjednače se s potrebnom toplinom.
Modul 2
126
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 Solarni sustav samo za pripremu PTV ili samo za grijanje - proizvedena toplina za pojedinu primjenu za proračunski period dobije se iz izraza:
Qsol ,out ,m = (aY + bX + cY 2 + dX 2 + eY 3 + fX 3 )Qsol ,use,m
[kWh]
Qsol,use,m – mjesečna korištena topl. energija (grijanje ili PTV) od solarnog sustava, kWh a, b, c, d, e – korelacijski faktori koji ovise o načinu akumulacije topline (spremnik) (prilog B.1), f – korelacijski faktor za direktno solarno podno grijanje (prilog B.1), X, Y – bezdimenzijski proračunski faktori, Solarni sustav za kombinirano grijanje i pripremu PTV - proizvedena ukupna toplina je zbroj rezultata za pojedinu primjenu:
Qtot , sol ,out = QW , sol ,out + QH , sol ,out
[kWh]
QW,sol,out – korištena toplinska energija solarnog sustava za zagrijavanje PTV, kWh QH,sol,out – korištena toplinska energija solarnog sustava za grijanje, kWh Modul 2
127
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 Solarni sustav za kombinirano grijanje i pripremu PTV - proizvedena toplina za pojedinu primjenu za proračunski period dobije se iz prikazanog izraza za Qsol,out,m, s tim da se površina kolektora i volumen spremnika moraju podijeliti između pojedinih primjena koristeći koeficijente:
PW = PH =
QW , sol ,use QH , sol ,use + QW , sol ,use QH , sol ,use QH , sol ,use + QW , sol ,use
- dio površine kolektora ili volumena spremnika koji se u proračunskom periodu koristi za pripremu PTV pomnoži se s PW, a dio koji se koristi za grijanje pomnoži se sa PH i dalje se koriste za odvojeno određivanje proračunskih faktora za pojedinu primjenu. Modul 2
128
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 - određivanje bezdimenzijskog proračunskog faktora X:
X = AU loopηloop (θ ref − θ e ,avg ) f st t m / Qsol ,use ,m Qsol,use,m – mjesečna korištena topl. energija (grijanje ili PTV) od solar. sustava, Wh A – površina otvora kolektora određena prema EN 12975-2, m2 Uloop – koeficijent topl. gubitka solar. cirkulacijskog kruga (detaljno u normi), W/(m2K) ηloop – stupanj korisnosti solarnog cirkulacijskog kruga (prilog B.2), θref – referentna temperatura ovisna o primjeni i tipu spremnika (prilog B.4), °C θe,avg – srednja vanjska temperatura za proračunski period (prilog B.4), °C fst – korekcijski faktor za kapacitet spremnika (prilog B.3), tm – broj sati u proračunskom mjesecu, h
Modul 2
129
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 - određivanje bezdimenzijskog proračunskog faktora Y:
Y = A IAM η 0ηloop I mt m / Qsol ,use ,m Qsol,use,m – mjesečna korištena topl. energija (grijanje ili PTV) od solar. sustava, Wh A – površina otvora kolektora određena prema EN 12975-2, m2 IAM – modifikacija upadnog kuta = K50(τα) prema EN 12975-2 (prilog B.5), η0 – stupanj korisnosti solarnog cirkulacijskog kruga bez gubitaka prema EN 12975-2 (prilog B.2), ηloop – stupanj korisnosti solarnog cirkulacijskog kruga (prilog B.2), Im – srednja sunčana ozračenost površine kolektora u prorač. periodu (prilog B.5), W/m2 tm – broj sati u proračunskom mjesecu, h
Modul 2
130
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 - toplinski gubici spremnika za pripremu PTV u proračunskom periodu:
QW , sol , st ,ls ,m = U st (θ set − po int − θ a ,avg )(QW , sol ,out ,m / QW , sol ,use ,m )t m [kWh] - toplinski gubici spremnika za grijanje u proračunskom periodu:
QH , sol , st ,ls ,m = U st (θ set − po int − θ a ,avg )(QH , sol ,out ,m / QH , sol ,use ,m )t m [kWh] Ust – koeficijent topl. gubitka spremnika (približno određivanje u prilogu B.6), W/(m2K) θset-point – postavljena vrijednost temp. vode u spremniku (ponuđeno 60), °C θa,avg – srednja temperatura okoliša spremnika za proračunski period, °C tm – broj sati u proračunskom mjesecu, h - ukoliko se koristi dodatni grijač, toplinski gubici razvoda između solarnog sustava i dodatnog grijača određuju se metodom danom u prilogu B.7. Modul 2
131
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 Solarni sustav za predgrijavanje potrošne tople vode Podaci o sustavu Površina kolektora
2
2,702 0,8026
m
Koeficijent toplinskog gubitka prvog reda
3,723
W/m K
Koeficijent toplinskog gubitka drugog reda
0,0135 50
W/m K W
Stupanj korisnosti kolektora bez gubitaka
A η0
Nazivna snaga pumpe kruga kolektora Snaga pumpe kruga kolektora u pogonu Volumen spremnika vode
Vsol
20 120
2 2
W l
Potrošnja vode
110
Početna temperatura hladne vode
15
o
Početna temperatura tople vode
65
o
Nagib kolektora
45
°
Modifikator kuta upada
l/dan C C prema jugu
IAM
0,94
Prilog B.5
Korekcijski faktor a
a
1,029
Prilog B.1
Korekcijski faktor b
b
-0,065
Prilog B.1
Korekcijski faktor c
c
-0,245
Prilog B.1
Korekcijski faktor d
d
0,0018
Prilog B.1
Korekcijski faktor e
e
0,0215
Prilog B.1
Korekcijski faktor f
f
0
Prilog B.1
Modul 2
132
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 Proračun 22990
Dnevna potrošnja energije za pripremu PTV
6,39
Postotak toplinskih gubitaka cijevi prema pomoćnom grijaču
10
Toplinski gubici cijevi prema pomoćnom grijaču
0,64
Toplinski gubici između pomoćnog grijača i spremnika vode
kJ/dan kWh/dan % kWh/dan
Referetni volumen spremnika vode
Vref
0 75
Korekcijski faktor za kapacitet spremnika vode
f st
1,14
ηloop
0,9
Ukupni koeficijent prolaza topline cijevi kruga kolektora
Uloop,p
6,351
. 2 W/m K
Ukupni koeficijent prolaza topline kolektora s cijevima
Uloop
6,613
W/m K
θw
40
θcw
12
Iskoristivost kruga koletora
Željena temperatura tople vode Temperatura vodovodne vode
kWh/dan 2 l/m of collector
Prilog B.3 Prilog B.2
2
o
C
o
C
Tablica B.2
A.2.4 Proračun toplinske energije dobivene solarnim sustavom QW,sol,us,m [kWh]
θref
X
Y
Međurezultat
QW,sol,out,m [kWh]
Siječanj
218
101,82
6,22
0,251
-20
0
Veljača
197
101,556
6,19
0,407
9
9
Ožujak
218
97,728
5,77
0,790
77
77
Travanj
211
94,56
5,42
1,047
112
112
Svibanj
218
89,412
4,86
1,210
142
142
Lipanj
211
84,66
4,33
1,310
153
153
Srpanj
218
82,68
4,11
1,172
145
145
Kolovoz
218
83,472
4,20
1,291
158
158
Rujan
211
86,904
4,58
0,871
98
98
Listopad
218
90,336
4,96
0,589
54
54
Studeni
211
97,2
5,71
0,320
-2
6,09
0,207
-28
Prosinac
218
Ukupno tijekom godine dana
2564
Modul 2 100,632
133
0 0 949
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 A.2.5 Proračun potrošnje pomoćne energije tpump [h]
Qaux,m [kWh]
Siječanj
55
1,1
Veljača
80
1,6
Ožujak
170
3,4
Travanj
215
4,3
Svibanj
260
5,2
Lipanj
275
5,5
Srpanj
250
5
Kolovoz
280
5,6
Rujan
180
3,6
Listopad
125
2,5
Studeni
65
1,3
45
0,9
2000
40
Prosinac Ukupno tijekom godine dana
Modul 2
134
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 A.2.6 Proračun toplinskih gubitaka solarnog sustava Koeficijent gubitaka topline
Ust
1,75
Srednja temperatura prostorije sa spremnikom
θa
20
θset point
60
Odabrana temperatura vode u spremniku Distribucijske cijevi - ako su izolirane 0.02, ako ne 0.05
W/K C
o o
C
0,02 QW,sol,st,ls,m [kWh]
Qbu,dis,ls,m [kWh]
Siječanj
0
0
Veljača
2,4
0,2
Ožujak
18,5
1,5
Travanj
27,8
2,2
Svibanj
34,0
2,8
Lipanj
38,0
3,1
Srpanj
34,8
2,9
Kolovoz
37,8
3,2
Rujan
24,2
2,0
Listopad
12,9
1,1
Studeni
0
0
Prosinac
0
0
231
19
Ukupno tijekom godine dana
Modul 2
135
4. Toplinski gubici sustava HRN EN 15316-4-3 A.2.7 Proračun iskoristivog dijela toplinskih gubitaka solarnog sustava Qsol,aux,rbl,m [kWh]
Qsol,st,ls,rbl,m [kWh]
Qbu,dis,ls,rbl,m [kWh]
Qsol,ls,rbl,m [kWh]
Siječanj
0,6
0
0
0,6
Veljača
0,8
2,4
0,183156187
3,4
Ožujak
1,7
18,5
1,547478066
21,8
Travanj Svibanj Lipanj
Tijekom ovih mjeseci ne traje sezona grijanja
Srpanj Kolovoz Rujan Listopad
1,3
12,9
1,078661488
15,2
Studeni
0,7
0
0
0,7
Prosinac
0,5
0
0
0,5
Ukupno tijekom godine dana
42
Modul 2
136
4. Toplinski gubici sustava Za druge vrste podsustava izvora topline/energije, na raspolaganju su sljedeće norme (nacionalni Algoritam): Norma EN 15316-4-4 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 4-4: Sustavi za proizvodnju topline, sustavi kogeneracije uklopljeni u zgradu Norma EN 15316-4-5 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 4-5: Sustavi za proizvodnju topline za grijanje prostora, pokazatelji i kvaliteta daljinskog grijanja i sustava velikih volumena Norma EN 15316-4-6 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 4-6: Sustavi za proizvodnju topline, fotonaponski sustavi Norma EN 15316-4-7 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – Dio 4-7: Sustavi za proizvodnju topline izgaranjem biomase Modul 2
137
4. Toplinski gubici sustava Norma HRN EN 15316-1 Sustavi grijanja u zgradama – Metoda proračuna energijskih zahtjeva i učinkovitosti sustava – 1. dio: Općenito - ukupni iskoristivi toplinski gubici sustava grijanja u proračun. periodu (općenito):
QH ,ls ,rbl = QH , gen ,ls ,rbl + QH ,dis ,ls ,rbl + QH ,em,ls ,rbl [kWh] - ukup. iskoristivi topl. gubici sustava pripreme PTV u proračun. periodu (općenito):
QW ,ls ,rbl = QW , gen ,ls ,rbl + QW , st ,ls ,rbl + QW ,dis ,ls ,rbl + QW ,em,ls ,rbl [kWh] Općenito, gornji rezultati mjesečnih iskoristivih topl. gubitaka trebaju se zbrojiti s mjesečnim topl. dobicima zgrade (unutarnji + sunčevi) tijekom perioda grijanja QH,gn (EN ISO 13790), nakon čega treba ponoviti proračun potrebne godišnje toplinske energije za grijanje QH,nd (EN ISO 13790). To je tzv. cjeloviti (eng. holistic) pristup prema normi EN 15603. Zatim treba ponovno proračunati topl. gubitke svih tehničkih sustava. Cjelokupni postupak treba ponoviti kroz najmanje 2 iteracije. Razlika između rezultata potrebne toplinske energije na početku i na kraju iteracije predstavlja stvarno iskorištene toplinske gubitke sustava. Modul 2
138
4. Toplinski gubici sustava Nacionalna Metodologija - ukupni godišnji toplinski gubici (nepovratni) sustava grijanja (općenito):
QH, ls = QH, em, ls + QH, dis, ls + QH, gen, ls
[kWh/a]
- ukupni godišnji toplinski gubici (nepovratni) sustava pripreme PTV (općenito):
QW, ls = QW, dis, ls + QW, st, ls + QW, gen, ls
Modul 2
[kWh/a]
139
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju Norma HRN EN 15241 Ventilacija u zgradama – Metode proračuna energijskih gubitaka zbog ventilacije i infiltracije u poslovnim zgradama Proračun obuhvaća: • strujanje zraka kroz zazore i otvorene prozore • strujanje zraka kroz projektirane otvore za prirodnu ventilaciju • strujanje zraka kroz projektirane otvore za prisilnu ventilaciju. Norma sadrži (izlazni rezultat): • proračun protoka zraka (prema normi HRN EN 15242), temperature i vlažnosti uslijed ventilacije i infiltracije na ulazu u kondicionirani prostor • proračun pomoćne energije za pogon ventilatora. Proračun omogućuje: • izračunavanje temperature i vlažnosti struje zraka na ulazu u kondicionirani prostor • izračunavanje energije potrebne za pripremu zraka. Modul 2
140
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15241 Metode proračuna prema periodu: • satna • mjesečna • statistička. Prije odabira metode proračuna treba definirati tip i značajke regulacije u skladu s normom EN 15232. ODABRANO: MJESEČNA METODA PRORAČUNA Pojednostavljeni model proračuna izmjenjivača tlo-zrak (strujanje zraka kroz kanale ukopane u tlu) dan je u prilogu A norme.
Modul 2
141
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15241 - promjena temperature zraka u zračnom kanalu:
ΔTduct
H duct ⎛ 0,34 q = (θ1 − θ amb ) ⎜1 − e v ,duct ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
[°C]
θ1 – ulazna temperatura zraka u kanalski razvod, °C θamb – temperatura zraka okoliša kanalskog razvoda, °C Hduct – koeficijent toplinskog gubitka zračnog kanala, W/K qv,duct – protok zraka kroz zračni kanal, m3/h - povišenje temperature zraka strujanjem kroz ventilator:
ΔT fan =
Pfan R fan ,r 0,34qv , fan
[°C]
Pfan – snaga ventilatora, W Rfan,r – omjer povraćene snage ventilatora (0.9 – motor u struji zraka; 0.6 – motor izvan struje zraka), qv,fan – protok zraka kroz ventilator, m3/h Modul 2
142
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15241 - temperatura površine hladnjaka zraka (ugradnja bez obilaznog voda) pri odvlaživanju do sadržaja vlage xset,dehumid (g/kg):
θ coil
4110,34 = − 235 18,8161 − ln( xset ,dehumid )
[°C]
- kod hladnjaka s obilaznim vodom, sadržaj vlage se određuje uzimajući u obzir faktor obilaznog voda (bypass) BP.
Modul 2
143
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15241 Volumenski protok zraka kroz ventilator/kanal Ulazna temperatura zraka u ventilator/kanal Temperatura okoliša kanala Duljina kanala Duljina stranice presjeka - širina kanala Duljina stranice presjeka - visina kanala Površina poprečnog presjeka kanala Brzina zraka kroz kanal Debljina toplinske izolacije kanala Koeficijent toplinske vodljivosti kanala Koeficijent prolaska topline izolacije kanala Koeficijent toplinskih gubitaka kanala Snaga ventilatora Omjer povraćene snage Ulazna temperatura zraka u izmjenjivač Ulazni sadržaj vlage zraka u izmjenjivač Izlazna temperatura zraka iz izmjenjivača Izlazni sadržaj vlage zraka iz izmjenjivača
Projektni podaci qvduct 30000 θ1 14 θamb 30 L 200 a 1,6 b 0,8 A 1,28 w 6,51 s 20 λ 0,04 Uduct 1,6 Hduct 1536 Pfan 18000 Rfan,r 0,9 θ1 -7 x1 1 θ2 14 x2 7
m3/h °C °C m m m m2 m/s mm W/(mK) W/(m2K) W/K W °C g/kg °C g/kg
Proračun promjene temperature zraka pri prolasku kroz ventilator i zračni kanal Promjena temperature zraka u ventilatoru ΔTfan 1,59 °C Izlazna temperatura iz ventilatora θ2,fan 15,59 °C Promjena temperature zraka u kanalu Izlazna temperatura iz kanala
ΔTduct θ2,duct
2,24 16,24
°C °C
Proračun toplinskog učinka za predgrijanje, predhlađenje i odvlaživanje Potrebna površinska temperatura hladnjaka θcoil 8,65 °C Toplinski učinak predgrijača Ppreheat 214200,00 W Toplinski učinak predhladnjaka Pprecool 0,00 W Toplinski učinak ovlaživača Phumid Modul 149400,00 W 2
144
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju Norma HRN EN 15242 Ventilacija u zgradama – Metode proračuna za određivanje protoka zraka u zgradama uključujući infiltraciju Podjela zgrade na toplinske zone pretpostavlja slijedeće: • različite zone pokrivaju različiti ventilacijski sustavi (jedan ventilacijski sustav nije povezan s više zona) • nema prestrujavanja zraka između toplinskih zona (prijelaz zraka između zona je dovoljno mali da se može zanemariti). Metoda proračuna predstavljena u normi je trenutačna ili iteracijska metoda. Proračunski period je jedan mjesec, uz korištenje srednje mjesečne razlike temperatura, podjele perioda korištenja prostora na korišteno (zauzeto) i nekorišteno (slobodno), pet brzina vjetra karakterističnih za promatrani mjesec u godini kod sustava prirodne ventilacije. Godišnji rezultati dobiju se zbrajanjem mjesečnih vrijednosti. Modul 2
145
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 - propuštanje zračnih kanala (protok) kod prisilne ventilacije prema Algoritmu:
qv ,duct ,leak = qv ,req (Cduct ,leak − 1)
[m3/h]
- koeficijent propuštanja kanala:
Modul 2
146
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 - propuštanje klima jedinice (protok) kod prisilne ventilacije prema Algoritmu:
qv , AHU ,leak = qv ,req (C AHU ,leak − 1)
[m3/h]
- koeficijent propuštanja klima jedinice:
Modul 2
147
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 Proračun prisilne ventilacije - koeficijent unutarnjeg i vanjskog propuštanja sustava ako je ventilacijska jedinica smještena unutra:
Cindoor ,leak = Cduct ,leak C AHU ,leak Coutdoor ,leak = 1 - koeficijent unutarnjeg i vanjskog propuštanja sustava ako je ventilacijska jedinica smještena vani:
Cindoor ,leak = 1 + Coutdoor ,leak
Aindoor ,duct Atot ,duct
(1 − Cduct ,leak )
⎛ Aindoor ,duct = 1 + (1 − Cduct ,leak ) ⎜1 − ⎜ Atot ,duct ⎝ Modul 2
⎞ ⎟⎟ C AHU ,leak ⎠ 148
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 Proračun prisilne ventilacije - bilanca protoka dovedenog i odvedenog zraka za proračunsku zonu:
qv ,sup =
qv ,sup,req Ccont Cindoor ,leak Crec
qv ,exh =
qv ,exh ,req Ccont Cindoor ,leak Crec
εv εv
[m3/h]
[m3/h]
- bilanca protoka dovedenog i odvedenog zraka za ventilacijsku jedinicu:
qv ,sup, AHU =
qv ,sup,req Ccont Cindoor ,leak Coutdoor ,leak Crec
qv ,exh , AHU =
qv ,exh ,req Ccont Cindoor ,leak Coutdoor ,leak Crec
εv εv Modul 2
[m3/h]
[m3/h] 149
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 Potreban volum. protok zraka za ventilaciju Duljina kanala Duljina stranice presjeka - širina kanala Duljina stranice presjeka - visina kanala Površina oplošja kanala Pad tlaka u kanalu Koef. zrakotjesnosti pravokut. kanala prema EN1507 Koncentracija zagađivača u prostoru Koncentracija zagađivača u dobavnom zraku Koncentracija zagađivača u odsisnom zraku Efikasnost ventilacije pri uklanjanju zagađivača Koeficijent omjera protoka Koeficijent sustava Volumenski protok propuštanja ventilacijske jedinice
Projektni podaci qvreq 30000 m3/h L 100 m a 1,6 m b 0,8 m Aduct 480 m2 treba odrediti prema EN 14239 Δpduct 400 Pa K 0,000027 m3/(sm2Pa) klasa A cIDA 800 ppm cSUP 350 ppm cETA 800 ppm εv 1,000 Ccont 1 pogl. 7.2.2.1 Csys 1,2 pogl. 7.2.2.1 qvAHUleak 800 m3/h treba odrediti prema EN 1886
Proračun protoka zraka za ventilacijsku jedinicu i kanalski razvod unutar zgrade Volumenski protok propuštanja kanala qvductleak 2292,17 m3/h Koeficijent propuštanja kanala Cductleak 1,063671341 Koeficijent propuštanja ventilacijske jedinice CAHUleak 1,022222222 Koeficijent propuštanja unutarnji Cindoorleak 1,087308482 Koeficijent propuštanja vanjski Coutdoorleak 1 Koeficijent recirkulacije Crec 1,01 treba odrediti prema pril. C, ali je nešto krivo Volumenski protok zraka za zonu dobavni qvsup 32945,45 m3/h Volumenski protok zraka ventilac. jedinice dobavni qvsupAHU 32945,45 m3/h
Modul 2
150
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 Proračun prirodne ventilacije otvaranjem prozora prema Algoritmu - osrednjeni dnevni broj izmjena zraka:
nwin
tuse = 0.1 + Δnwin 24
[h-1]
- korekcija broja izmjena zraka uslijed infiltracije:
Δnwin = max(0; nreq − (nreq − 0.2)ninf − 0.1) Δnwin = max(0; nreq − ninf − 0.1)
Modul 2
[h-1]
[h-1] za nreq<1.2 h-1 za nreq≥1.2 h-1
151
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 Proračun prirodne ventilacije otvaranjem prozora prema Algoritmu - min. potrebni protok vanjskog zraka za stambene zgrade (sustav s konst. protokom):
nreq
⎧ qV ,mech ,design ⎫ ;0.5⎬ = max ⎨ V ⎩ ⎭
[h-1]
- min. potrebni protok vanjskog zraka za nestambene zgrade (sustav s konst. protokom):
nreq
⎧ qV ,mech ,design VA A ⎫ ; = max ⎨ ⎬ V V ⎭ ⎩
[h-1]
qV,mech,design – projektni (nazivni) protok vanjskog zraka, m3/h VA – min. protok sveden na jedinicu kondicionirane površine, m3/(m2h) V – volumen proračunske zone, m3 Modul 2
152
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15242 Proračun prirodne ventilacije otvaranjem prozora prema Algoritmu - min. potrebni protok vanjskog zraka sveden na jedinicu kondicionirane površine:
Modul 2
153
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju Norma HRN EN 15243 Ventilacija u zgradama – Proračun temperatura, opterećenja i energije u prostorijama zgrada sa sustavima klimatizacije prostora Norma sadrži (izlazni rezultat): • proračun godišnje potrebne energije za tehničke sustave hlađenja i klimatizacije (članci 13-14) • proračun potrebnog ogrjevnog / rashladnog učinka sustava (članci 1-12). Podrazumijeva se kako je proračun potrebnog učina sustava proveden ranije i kako su veličine koje proizlaze iz dimenzioniranja sustava poznat ulazni podatak. Norma daje proračun energetskog svojstva zgrade koja je opremljena tehničkim sustavom klimatizacije s funkcijom hlađenja. U prilozima se nudi nekoliko metoda proračuna, no te metode podrazumijevaju niz tablica s proračunskim parametrima razvijenim na nacionalnoj razini koje nisu cjelovito predstavljene u normi. Korisna energija za grijanje i hlađenje zgrade izračunava se prema HRN EN ISO 13790 i predstavlja ulazni podatak za proračun potrebne energije tehničkog sustava klimatizacije. Modul 2
154
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Kod proračuna energije za ovlaživanje i odvlaživanje ODABRANO: METODA BEZ UZIMANJA U OBZIR AKUMULACIJE VLAGE U DIJELOVIMA ZGRADE I NAMJEŠTAJU u kojem slučaju bilanca vlage uključuje: • vlagu koja ulazi / izlazi u / iz prostorije zgrade • vlagu iz unutarnjih izvora • vlagu koja kondenzira na rashladnim izmjenjivačima u prostoru zgrade. Opći postupak proračuna energije sustava se sastoji iz određivanja: • isporučene toplinske energije sustava (izvora) za grijanje i hlađenje uključivo svi pripadajući toplinski gubici • pomoćne energije elektro pogona za grijanje i hlađenje (pumpe, ventilatori,...). Ukoliko se isporučena toplinska energija dobiva korištenjem različitih energenata (plin, loživo ulje, električna energija) tada treba provesti odvojeni proračun za svaki energent, a na kraju zbrojiti rezultate u sveukupnu toplinsku energiju. Modul 2
155
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Energetski proračun tehničkog sustava klimatizacije može se provesti na dva načina: • pojednostavljena ili implicitna metoda – koristi osrednjene parametre tehničkog sustava kroz dulji vremenski period (dan, mjesec). Obzirom na vrlo velik mogući broj konfiguracija sustava, složen zadatak predstavlja razvitak parametara tih konfiguracija za različite vanjske klimatske uvjete. • detaljna ili eksplicitna metoda – koristi algoritam za direktno povezivanje toplinske bilance zgrade i funkcije tehničkog sustava uz najčešće satne vrijednosti parametara kroz cijelu godinu. Proračunski period je jedan mjesec, a godišnji rezultati dobiju se zbrajanjem. Postupak proračuna općenito sadrži slijedeće postupke uključene u druge norme: • zračne sustave ventilacije i klimatizacije (dio proračuna prema HRN EN 15241 i HRN EN 15242) • zasebne sustave grijanja (prema HRN EN 15316-2-1) • sustave s ventilacijom noću (protoci zraka prema HRN EN 15242) • panelne sustave hlađenja (prema EN 15377-3). Modul 2
156
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Pojednostavljeni energetski proračun i gubici sustava uključuju: • toplinske gubitke izmjene topline (tablični podaci u prilogu G) • pomoćnu energiju za podsustav izmjene topline (postupak proračuna za ventilatore opreme u prostoriji u prilogu L) • toplinske gubitke razvoda topline (postupak proračuna i tablični podaci u prilogu K) • pomoćnu energiju za podsustav razvoda topline (postupak proračuna za pumpe razvoda hladne vode u prilogu J) • toplinsku energiju za ovlaživanje i odvlaživanje (proračun energije za ovlaživanje i odvlaživanje u centralnoj klimatizacijskoj jedinici prema HRN EN 15241, proračun pomoćne energije za ovlaživanje u prilogu J.4.3) • toplinsku energiju za hlađenje iz izvora rashladne energije – rashladnika (proračun toplinske energije u prilogu I, proračun pomoćne energije za opremu za odbacivanje viška topline u prilogu M).
Modul 2
157
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 - općenita struktura i tokovi energije sustava za klimatizaciju s podjelom na podsustave:
Modul 2
158
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 - unesena energija u sustav klimatizacije za pogon u režimu grijanja:
Qh,in,g = Qh,dem + Qh,loss,e + Qh,loss,ia,e + Qh,loss,d + Qh,loss,ia,d + Qh,loss,s + Qh,loss,g [kWh] Qh,dem - potrebna korisna energija za grijanje prostora, kWh Qh,loss,e - toplinski gubici podsustava izmjene topline, kWh Qh,loss,ia,e – topl. gubici podsust. izmjene topline zbog međudjelovanja sa sustavom hlađenja, kWh Qh,loss,d - toplinski gubici podsustava razvoda, kWh Qh,loss,ia,d - toplinski gubici podsustava razvoda zbog međudjelovanja sa sustavom hlađenja, kWh Qh,loss,s - toplinski gubici podsustava spremnika, kWh Qh,loss,g - toplinski gubici podsustava izvora (proizvodnje) energije, kWh
Modul 2
159
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 - unesena energija u sustav klimatizacije za pogon u režimu hlađenja:
Qc,in,g = Qc,dem + Qc,loss,e + Qc,loss,ia,e + Qc,loss,d + Qc,loss,ia,d + Qc,loss,s + Qc,loss,g [kWh] Qc,dem - potrebna korisna energija za hlađenje prostora, kWh Qc,loss,e - toplinski gubici podsustava izmjene topline, kWh Qc,loss,ia,e – toplin. gubici podsust. izmjene topline zbog međudjelovanja sa sustavom grijanja, kWh Qc,loss,d - toplinski gubici podsustava razvoda, kWh Qc,loss,ia,d - toplinski gubici podsustava razvoda zbog međudjelovanja sa sustavom grijanja, kWh Qc,loss,s - toplinski gubici podsustava spremnika, kWh Qc,loss,g - toplinski gubici podsustava izvora (proizvodnje) energije, kWh
Modul 2
160
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 - ukupni godišnji toplinski gubici sustava klimatizacije (nepovratni) u režimu hlađenja (općenito):
Qc,loss = Qc,loss,e + Qc,loss,ia,e + Qc,loss,d + Qc,loss,ia,d + Qc,loss,s + Qc,loss,g [kWh/a] - ukupna pomoćna energija (električna) za pogon pomoćnih uređaja sustava klimatizacije u režimu grijanja i u režimu hlađenja (općenito):
Wh,aux,tot = Wh,in,e + Wh,in,d + Wh,in,s + Wh,in,g
[kWh/a]
Wc,aux,tot = Wc,in,e + Wc,in,d + Wc,in,s + Wc,in,g
[kWh/a]
- ukupna pomoćna energija sustava klimatizacije uključuje energiju za podsustave izmjene, razvoda, spremnika i proizvodnje toplinske (rashladne) energije. Modul 2
161
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Aneks E sadrži tri različita primjera pojednostavljenog modela energetskog proračuna i to su: • nizozemski prijedlog metode • njemački prijedlog metode • mjesečni proračun energije za hlađenje prema metodi stupanj dana hlađenja. ODABRANO: 1. NJEMAČKI PRIJEDLOG METODE PRORAČUNA (godišnja bilanca). Treba razviti nacionalne godišnje energetske indekse za različite geografske lokacije. - sustav se dijeli u energetskom smislu na temeljni (osigurava potrebnu ventilaciju prostorije) i vršni (osigurava pokrivanje toplinskog opterećenja ljeti).
Modul 2
162
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Njemački prijedlog metode proračuna - prijedlog metode uključuje: • podjelu promatranog geografskog područja (SR Njemačke) na klimatske zone s karakterističnim meteorološkim podacima • podjelu tehničkih sustava klimatizacije u 46 karakterističnih varijanti sustava • tablične podatke s energetskim indeksima za svaku karakterističnu varijantu sustava za cijelu godinu dobivene na temelju satne simulacije • troškove razvoda zraka određene na temelju odgovarajućih fizikalnih jednadžbi. - primjer tabličnih podataka dan je za jednu geografsku lokaciju (Würzburg) za temperaturu dobavnog zraka 18 °C i za trajanje pogona 12 h dnevno. Podatke iz tablica dozvoljeno je linearno interpolirati za raspon temperatura dobavnog zraka 14 do 22 °C i dnevno trajanje pogona 8 do 24 h. U njemačkom nacionalnom dodatku spominje se korištenje proračunskih metoda prema normama DIN V 18599 (svi dijelovi), a posebno DIN V 18599-3, DIN V 18599-6 i DIN V 18599-7. Primjer je prikazan u prilogu E.2. Modul 2
163
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Njemački prijedlog metode proračuna – prikaz tijeka proračuna
Meteorološki podaci Ispitna referentna godina (TRY)
Prijenos parametara za bilanciranje zgrade (HRN EN ISO 13790)
Ulazni podaci / opis GViK sustava
Proračun / simulacija Baza podataka
Simulacija GViK sustava
Specifične vodeće vrijednosti: klimatizacija
Primjena metode Provjera specifičnih vodećih vrijednosti
Mjesečna metoda proračuna za zgradu
Interpolacija / konverzija specifičnih vodećih vrijednosti
Proračun potrebne energije za pripremu i transport zraka
Rezultati Godišnja potrebna energija: - klimatizacija - transport Modul 2 zraka
Godišnja potrebna energija: - grijanje prostora - hlađenje prostora
164
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243
Modul 2
165
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243
Modul 2
166
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 PRIMJER - Njemački prijedlog metode proračuna: Varijanta zračnog sustava 41: - visok zahtjev na regulaciju vlažnosti (xsup = 8 g/kgsz) - parni ovlaživač - sustav povrata topline sa stupnjem povrata topline Φ2 = 38 % Proračun potrebne energije za sustav klimatizacije - njemački pristup Projektni podaci Stupanj povrata topline Projektna temperatura dobavnog zraka
Φ tzu
38 16
o
Vrijeme trajanja pogona sustava (dnevno)
zh
24
h
Vrijeme trajanja pogona sustava (godišnje)
zd
350
Volumenski protok dobavnog/odsisnog zraka
VL
30000
dana 3 m /h
Stupanj korisnosti ventilatora
ηges
65
%
Razlika tlaka na dobavnom ventilatoru
Δpges,su
1400
Pa
Razlika tlaka na odsisnom ventilatoru
Δpges,ex
1000
Pa
Modul 2
% C
167
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Proračun Ukupna snaga ventilatora (dobavni+odsisni)
30,8
kW
Porast temperature dobavnog zraka
1,79
K
Potrebna energija
Interpolacijski stupnjevi povrata topline
Specifična potrošnja energije za grijanje
258462 Φ'
Φ''
0
45
q'
g''
12604
4837
kWh
%
3
Iz tablice E.10 (varijanta 40-41)
3
Iz tablice E.10 (varijanta 40-41)
3
Iz tablice E.10 (varijanta 40-41)
Wh/(m /h)
Specifična potrošnja energije za paru
9658
9633
Wh/(m /h)
Specifična potrošnja energije za hlađenje
5333
5282
Wh/(m /h)
Temperatura dobavnog zraka (uz dT na ventilatoru) Gradijent za grijanje gW,u
14,21 1265
14,21 930
o
Gradijent za hlađenje gK,u
201
203
Korekcija vrijednosti q (temperaturna), grijanje
7815
1316
Korekcija vrijednosti q (temperaturna), hlađenje
4572
4513
Modul 2
C 3 Wh/(Km /h) Iz tablice E.10 (varijanta 40-41) 3 Wh/(Km /h) Iz tablice E.10 (varijanta 40-41)
168
5. Toplinska energija za ventilaciju i klimatizaciju HRN EN 15243 Korekcijski faktor f h,H
1,050
1,050
Iz dijagrama E.2
Korekcijski faktor f h,D
1,000
1,000
Iz dijagrama E.2
Korekcijski faktor f h,K
0,875
0,875
Iz dijagrama E.2 3
Korekcija vrijednosti q (vremenska), grijanje
15737
2650
Wh/(m /h)
Korekcija vrijednosti q (vremenska), para
18522
18474
Wh/(m /h)
Korekcija vrijednosti q (vremenska), hlađenje
7672
7574
Wh/(m /h)
Interpolacija za stvarni Φ, grijanje
4686
Wh/(m /h)
Interpolacija za stvarni Φ, para
18482
Wh/(m /h)
Interpolacija za stvarni Φ, hlađenje
7589
Wh/(m /h)
Potrebna energija za grijanje
3 3
3 3 3
140575
kWh
Potrebna energija za paru
554451
kWh
Potrebna energija za hlađenje
227677
kWh
Potrebna električna energija
258462
kWh
Modul 2
169
6. Godišnja konačna energija Nacionalna Metodologija GODIŠNJA KONAČNA ENERGIJA (potrebna energija tehničkih sustava) - zbroj godišnje potrebne energije pojedinih sustava i neiskoristivih godišnjih gubitaka sustava u zgradi. - godišnja potrebna konačna energija sustava grijanja i pripreme PTV (općenito):
QH = QH,nd + QW + QH,ls + QW, ls
[kWh/a]
- godišnja potrebna konačna energija sustava hlađenja (općenito):
Q C = Q C, nd + Q C, ls
Modul 2
[kWh/a]
170
6. Godišnja konačna energija Nacionalna Metodologija - godišnja potrebna konačna energija sustava ventilacije (općenito):
Q Ve = Q duct -leak + Q V,sys,preheat,an + Q V,sys,precool,an + Q fan
[kWh/a]
- godišnja potrebna konačna energija za pomoćne sustave (općenito):
Q aux = WH,aux + WC,aux + WVe,aux
Modul 2
[kWh/a]
171
7. Godišnja isporučena energija Nacionalna Metodologija GODIŠNJA ISPORUČENA ENERGIJA (po izvoru energije) - energija dovedena tehničkim sustavima zgrade tijekom jedne godine za pokrivanje energetskih potreba za grijanje, hlađenje, ventilaciju, potrošnu toplu vodu, rasvjetu i pogon pomoćnih sustava umanjena za energiju proizvedenu iz obnovljivih izvora na lokaciji zgrade. - godišnja isporučena energija (općenito):
Edel = QH , gen ,in + QW , gen ,in + QC , gen ,in + QVe ,in + ∑ Waux,i [kWh/a] i
Modul 2
172
8. Godišnja primarna energija Nacionalna Metodologija GODIŠNJA PRIMARNA ENERGIJA (po izvoru energije) - računski određena količina energije za potrebe zgrade tijekom jedne godine koja nije podvrgnuta nijednom postupku pretvorbe. - godišnja primarna energija (općenito):
Eprim = ∑ Qgen,in,i f P,i + ∑ Waux,j f P,el [kWh/a] i
j
Qgen,in,i – godišnja isporučena energija za pogon i-tog izvora topline [kWh/a] Waux,j – godišnja pomoćna energija za pogon j-tog uređaja [kWh/a] fP,i – faktor primarne energije za i-ti izvor topline (tablica u nacionalnoj Metodologiji), - godišnja emisija CO2 za i-ti izvor topline (tablica koeficijenata u nacionalnoj Metodologiji)
Modul 2
173
HVALA NA PAŽNJI !
Modul 2
174
