Obliczenia 12831

Obliczenia 12831, Instalacje Budowlane

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
1
dr inż. Krzysztof Kasperkiewicz
Nowe zasady obliczania projektowego obciążenia cieplnego pomieszczeń i budynków wg
PN-EN 12831:2006 „Instalacje ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania
projektowego obciążenia cieplnego”
1. Wstęp
Obliczenia strumienia ciepła dostarczanego do pomieszczeń w celu zapewnienia w nich
wymaganej temperatury wewnętrznej, są niezbędne do doboru większości elementów w
instalacji ogrzewczej, przede wszystkim grzejników i źródła ciepła. Z tego względu norma
podająca sposób wykonywania takich obliczeń ma podstawowe znaczenie dla projektowania
instalacji ogrzewczych. W czerwcu bieżącego roku ukazała się PN-EN 12831:2006
„Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego”
[1], będącą tłumaczeniem angielskiej wersji normy europejskiej EN 12831:2003 „Heating
systems in Buildings - Method for calculation of the designed heat load”, która powinna
zastąpić dotychczas stosowaną w Polsce normę krajową PN-B-03406:1994 „Ogrzewnictwo –
Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m
3
[2].
Zakres stosowania, terminologia i symbole oraz metody obliczeniowe podane w obydwu
normach znacznie się różnią. Wynika to przede wszystkim z faktu, że norma krajowa została
opracowana około dziesięć lat wcześniej, w okresie kiedy najprawdopodobniej nie istniał
projekt normy europejskiej, a harmonizacja normalizacji krajowej z europejską w dziedzinie
ogrzewnictwa jeszcze się nie rozpoczęła.
2. Ogólna charakterystyka normy PN-EN 12831:2006
Norma PN-EN 12831 jest znacznie obszerniejsza niż PN-B-03406:1994 - z załącznikami
krajowymi liczy aż 82 strony. Jej postanowienia dotyczą wszystkich rodzajach budynków,
tzn.: mieszkalnych, użyteczności publicznej i przemysłowych, bez dodatkowych ograniczeń
ze względu na liczbę kondygnacji lub kubaturę ogrzewanych pomieszczeń. Podano w niej
dwie wersje metody obliczeniowej: szczegółową i uproszczoną. Pierwsza znajduje
zastosowanie w podstawowych przypadkach, tzn. w budynkach z pomieszczeniami, których
wysokość nie przekracza 5 m, ogrzewanych w warunkach projektowych do stanu ustalonego,
a stosowanie drugiej ograniczone jest tylko do budynków mieszkalnych charakteryzujących
się dużą szczelnością obudowy. Trzy załączniki informacyjne do normy EN 12831 dotyczą
następujących zagadnień:
- podstawowych parametrów komfortu cieplnego w środowisku wewnętrznym - załącznik
A,
- obliczeń w odniesieniu do specjalnych przypadków, tzn. budynków z pomieszczeniami o
dużej wysokości lub takich, w których występuje znaczna różnica miedzy temperaturą
powietrza i średnią temperaturą promieniowania powierzchni - załącznik B,
- przykładu obliczeń - załącznik C,
a załącznik normatywny D wartości orientacyjnych do obliczeń.
Do normy międzynarodowej wprowadzone zostały dwa załączniki krajowe zawierające:
- wykaz odpowiedników krajowych norm i dokumentów powołanych - załącznik NA,
- krajowe dane do obliczeń - załącznik NB.
W PN-EN 12831 konsekwentnie przyjęto terminologię i symbole stosowane w innych
normach PN-EN z dziedziny ogrzewnictwa, wentylacji oraz ochrony cieplnej budynków. Z
2
tego powodu niektóre definicje podane w PN-EN 12831 różnią się od dotychczas
stosowanych w normach i przepisach krajowych.
Najbardziej istotne zmiany w stosunku do terminologii stosowanej w normie krajowej PN-B-
03406:1994 polegają na nazwaniu:
- strumienia ciepła dostarczanego do przestrzeni ogrzewanej w celu zapewnienia w niej
wymaganej temperatury „obciążeniem cieplnym”, co jest dosłownym tłumaczeniem
angielskiego terminu „heat load” (w normie krajowej stosowana była nazwa
„zapotrzebowanie na ciepło”),
- temperatur, strat ciepła i obciążenia cieplnego w warunkach, dla których wykonywane są
obliczenia wartościami „projektowymi”, co jest również dosłownym tłumaczeniem
terminu „design” (dotychczas stosowano nazwę wartości „obliczeniowe”).
Należy zaznaczyć, że przyjęta w PN-B-03406:1994 nazywa „zapotrzebowanie na ciepło” w
odniesieniu do strumienia cieplnego doprowadzonego do pomieszczenia, już w momencie
ustanawiania tej normy budziła wątpliwości ze względu na jej poprawność merytoryczną -
nazwa ta kojarzyła się z sezonowym zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania, czyli ilością
ciepła doprowadzonego do budynku do jego ogrzewania w ciągu roku, wyrażaną w MJ/rok
lub kWh/rok.
W normie międzynarodowej wprowadzono pojęcie przestrzeni oznaczające część budynku
wydzieloną przegrodami budowlanymi. Jest to pojęcie szersze niż pomieszczenie, ponieważ
nie każda przestrzeń jest pomieszczeniem, np. przestrzeń podpodłogowa. Rozróżnia się
przestrzenie ogrzewane, w których określoną temperaturę w warunkach projektowych
powinny zapewnić urządzenia ogrzewcze i przestrzenie nieogrzewane, w których temperatura
wynika z bilansu strat ciepła do otoczenia i zysków ciepła z przyległych przestrzeni
ogrzewanych.
W PN-EN 12831 używane jest pojęcie temperatury operacyjnej, dawniej nazywanej
temperaturą odczuwalną [3], która obliczana jest jako średnia arytmetyczna z wartości
temperatury powietrza zewnętrznego i średniej temperatury promieniowania.
Inaczej niż w przepisach krajowych definiowane jest podziemie budynku. W normie
międzynarodowej pomieszczenie klasyfikowane jest jako podziemie budynku, jeśli więcej niż
70% powierzchni jego ścian zewnętrznych styka się z gruntem, natomiast przepisy krajowe
do kondygnacji podziemnych zaliczają te kondygnacje, w których więcej niż połowa
wysokości w świetle, ze wszystkich stron budynku, znajduje się poniżej poziomu
przylegającego do niego terenu [4].
W PN-EN 12831 bardzo często stosowane są odwołania do przepisów krajowych, dotyczy to
większości danych źródłowych do obliczeń, takich jak projektowe wartości temperatury,
krotności wymiany powietrza oraz współczynniki korekcyjne i redukcyjne. W krajowych
dokumentach brak jest znacznej liczby tych danych, w związku z tym w załączniku krajowym
NB przyjęto wartości orientacyjne proponowane w omawianej normie.
Podstawowa metoda obliczania obciążenia cieplnego wg omawianej normy również znacznie
różni się od metody używanej dotychczas, a podstawowe zmiany polegają na:
- wprowadzeniu do obliczeń strat ciepła nowej, niestosowanej dotychczas w Polsce
wielkości, jaką jest współczynnik strat ciepła,
- uwzględnianiu w obliczeniach strat ciepła przez przenikanie wpływu liniowych mostków
cieplnych,
- uzależnieniu wielkości strumienia powietrza wentylacyjnego od sposobu wentylacji
pomieszczeń – norma dotyczy również niespotykanego w Polsce przypadku pomieszczeń
nie wyposażonych w instalacje wentylacyjne,
3
- uwzględnieniu nadwyżki mocy cieplnej w przypadku ogrzewania z okresowym
osłabieniem i przerwami,
- zmianie sposobu obliczania strat ciepła z przestrzeni ogrzewanych do nieogrzewanych.
W obliczeniach obciążenia cieplnego wg PN-EN 12831 nie są uwzględniane ani zyski ciepła,
ani dodatki do strat ciepła.
W normie międzynarodowej nie określono w sposób jednoznaczny sposobu wymiarowania
przegród budynku ograniczając się do stwierdzeń, że:
 wybór tego sposobu powinien być jasno określony,
 w obliczeniach powinny być uwzględnione straty ciepła przez całą powierzchnię przegród
zewnętrznych,
 raz przyjęty sposób wymiarowania powinien być konsekwentnie stosowany bez zmian w
całych obliczeniach.
W normie PN-EN ISO 13789:2001 [5], powołanej w normie międzynarodowej, określono
trzy typy wymiarów przegród budynku:
 wewnętrzne - mierzone w świetle przegród ograniczających daną przegrodę,
 całkowite wewnętrzne - uwzględniające grubość przegród wewnętrznych - ścian
działowych i stropów międzykondygnacyjnych,
 zewnętrzne - mierzone w obrysie zewnętrznym budynku.
Żaden z tych typów wymiarów nie odpowiada sposobowi wymiarowania przegród
przyjętemu w PN-B-03407, w których wymiary poziome i pionowe przegrody
nieprzezroczystej, ściany lub stropu, przyjmowano jako odległości między osiami przegród ją
ograniczających.
Należy podkreślić, że typ wymiarów przegród w obliczeniach wykonywanych wg PN-EN
12831 musi być zgodny z typem wymiarów zastosowanym do określania wartości liniowego
współczynnika przenikania ciepła mostków cieplnych w katalogu tych mostków
wykorzystywanym przy wykonywaniu obliczeń strat ciepła przez przenikanie. Np. katalog
mostków cieplnych w formie książkowej [6] narzuca stosowanie wymiarów wewnętrznych,
podczas gdy katalog w wersji elektronicznej pozwala na stosowanie dowolnego typu
wymiarów [7].
3. Charakterystyka metody obliczania obciążenia cieplnego
3.1. Założenia oraz zależności podstawowe
Obliczenia projektowego obciążenia cieplnego w odniesieniu do podstawowych przypadków
wykonywane są przy przyjęciu następujących założeń:
- rozkład temperatury (temperatury powietrza i temperatury projektowej) w przestrzeni
ogrzewanej do określonej temperatury, jest równomierny,
- wartości temperatury powietrza wewnętrznego i temperatury operacyjnej są takie same,
- warunki przepływu ciepła są ustalone,
- wartości wielkości charakteryzujących właściwości elementów budynku, np.
współczynnika przewodzenia ciepła materiałów budowlanych są stałe.
Określone zostały dwie procedury obliczeniowe, jedna stosowana w odniesieniu do
pojedynczej przestrzeni ogrzewanej - w celu określenia wymaganej mocy cieplnej
grzejników, a druga do budynku lub jego części w celu określenia mocy cieplnej źródeł
ciepła. W kolejnych krokach obydwu procedur obliczeniowych określane są dane źródłowe
do obliczeń, takie jak: wartości projektowe temperatury wewnętrznej i zewnętrznej, statut
4
poszczególnych przestrzeni – ogrzewana lub nieogrzewana, charakterystyki wymiarowe
elementów budynku oraz obliczenia współczynników strat ciepła, a następnie straty ciepła i w
przypadku ogrzewania z przerwami lub osłabieniem, także nadwyżki mocy cieplnej.
Podstawowa różnica między tymi metodami polega na tym, że w przypadku obliczeń
wykonywanych w odniesieniu do budynku lub jego części, nie uwzględnia się strumieni
ciepła wymienianego między poszczególnymi przestrzeniami, jeśli sa one ogrzewane jedną
instalacją ogrzewczą.
Wszystkie rodzaje strat ciepła przez przenikanie i wentylację, niezależnie od tego czy
odbywają się bezpośrednio do otoczenia przez przegrodę obudowy budynku, lub przez grunt
albo przez przyległą przestrzeń nieogrzewaną obliczane są w jednakowy sposób z zależności:




H




(1)
int,
i
e
gdzie:
H - współczynnik straty ciepła specyficzny dla danego rodzaju przepływu ciepła
(straty ciepła przez przenikanie), lub przepływu ciepła i masy (wentylacyjne
straty ciepła),W/K,

int,i
- projektowa temperatura wewnętrzna przestrzeni ogrzewanej (i), C,

e
- projektowa temperatura zewnętrzna, C.
Pojęcie współczynnika strat ciepła zdefiniowane zostało w [5], w której podano również
sposób obliczania temperatury w przestrzeni nieogrzewanej. W przypadku obliczania strat
ciepła przestrzeni ogrzewanych nie jest konieczne korzystanie z wyżej podanej normy,
ponieważ wszystkie wzory służące do obliczenia współczynników H w poszczególnych
przypadkach podane zostały w PN-EN 12831. Należy zaznaczyć, że współczynniki strat
ciepła obliczone w odniesieniu do tej samej przestrzeni ogrzewanej lub nieogrzewanej można
sumować.
Wartości temperatury zewnętrznej i wewnętrznej są danymi źródłowymi do obliczeń, zatem
poprawność i dokładność obliczeń strat ciepła zależy od obliczeń współczynników strat
ciepła.
4. Obliczanie projektowych strat ciepła przez przenikanie
4.1. Zależność podstawowa
Rozróżnia się cztery przypadki strat ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej:
- bezpośrednio do otoczenia przez obudowę budynku,
- do otoczenia przez przestrzeń nieogrzewaną,
- do otoczenia przez grunt,
- do sąsiedniej przestrzeni ogrzewanej o znacząco różnej temperaturze projektowej.
W ogólnym przypadku, projektowa strata ciepła przez przenikanie obliczana jest z zależności:


(
H

H

H

H
)

(



)
[W]
(2)
T
,
i
T
,
ie
T
,
iue
T
,
ig
T
,
ij
int,
i
e
gdzie:
H
T,ie
; H
T,iue
; H
T,ig
; H
T,ij
- współczynniki strat ciepła przez przenikanie, odpowiednio: przez
obudowę budynku, przestrzeń nieogrzewaną, grunt oraz do sąsiedniej przestrzeni ogrzewanej,
W/K.
5
4.2. Straty ciepła przez przenikanie bezpośrednio do otoczenia budynku
Współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej bezpośrednio
przez elementy obudowy budynku do otoczenia oblicza się uwzględniając liniowe mostki
cieplne:


H
,

A

U

e



l

e
[W/K]
(3)
T
ie
k
k
k
i
i
i
k
i
gdzie:
A
k
– powierzchnia elementu budynku (k), m
2
,
e
k
,e
i
– współczynniki korekcyjne,
U
k
– współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), W/m
2.
K,
l
i
– długość liniowego mostka cieplnego (i), m,

i
– współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka cieplnego (i), W/m
.
K.
Zasada obliczania współczynnika przenikania ciepła U
k
, w omawianej normie jest zbliżona do
dotychczas stosowanej wg normy krajowej, a szczegółowy sposób jego obliczania podany jest
w PN-EN ISO 6946:2004 [8]. Projektowe wartości współczynnika przewodzenia ciepła
materiałów budowlanych (z wyjątkiem materiałów do izolacji cieplnej), konieczne do
obliczenia oporu cieplnego poszczególnych warstw przegród, podane są w PN-EN
12524:2003 [9], a w odniesieniu do niektórych materiałów izolacyjnych w normach
krajowych np. w PN-B-20132:2005 [10] w odniesieniu do styropianu, a także w aprobatach
technicznych lub certyfikatach. W krajowych aprobatach technicznych podawane są również
wartości współczynnika przenikania ciepła niektórych przegród, w których występują obszary
o złożonej strukturze geometryczno-materiałowej, np. płyt warstwowych.
Elementami budowlanymi o najbardziej złożonej strukturze geometryczno-materiałowej są
okna, drzwi oraz ściany osłonowe metalowo-szklane. Stabelaryzowane wartości projektowe
współczynnika U okien podane są w PN-EN ISO 10077-1:2002 [11]. Wartości te odnoszą się
do typowych rozwiązań okien z ramami z PVC i aluminium istniejących w okresie
opracowywania normy, a więc w ostatnich latach XX wieku (obecnie norma EN-ISO10077-1
jest aktualizowana). Dane do obliczania w prosty sposób współczynnika przenikania ciepła
nowocześniejszych okien, charakteryzujących się lepszą izolacyjnością cieplną, podawane są
w krajowych aprobatach technicznych.
Liniowy współczynnik przenikania ciepła charakteryzuje izolacyjność cieplną połączenia dwu
elementów budynku. Typowe mostki cieplne (rys.1) występują w obszarze połączenia ściany
zewnętrznej budynku z:
 drugą ścianą zewnętrzną w narożu wypukłym lub wklęsłym,
 płytą stropową,
 oknem lub drzwiami,
 ścianą wewnętrzną.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

happyhour.opx.pl