Wymiarowanie instalacji o stałym wydatku powietrza wentylacyjnego CAV (cz. 1)

Szczegółowe obliczenia zysków ciepła stanowią o wielkości urządzeń przeznaczonych do obróbki powietrza wentylacyjnego. W wielu przypadkach przyjmowane są szacunkowe wartości zysków ciepła odniesione do 1 m2 powierzchni pomieszczenia klimatyzowanego, bez wnikliwej analizy zagadnień związanych z charakterystyką zmienności obciążeń cieplnych budynku oraz dynamiki bilansów cieplnych w nim zachodzących.

Poniżej przedstawiono właściwy sposób postępowania przy obliczeniach zysków ciepła, w oparciu o tabele zawarte w jednej z pozycji literaturowej [1], która pomimo daty swojego wydania stanowi w dalszym ciągu źródło wiedzy dla studentów uczelni krajowych. W oparciu o dane z zakresu fizyki budowli, zawarte w wspomnianej publikacji, dokonano obliczeń zysków ciepła dla małego pomieszczenia użyteczności publicznej.

Założenia projektowe

Obliczenia zysków ciepła zawsze muszą być poprzedzone pewnymi założeniami, dzięki którym możliwe jest ich dokonanie. Na potrzeby tego artykułu przyjęto za przykład obliczeniowy mały budynek użyteczności publicznej – czytelnię główną. Dla obiektu założono następujące dane techniczne, które odzwierciedlają charakter i specyfikę tego rodzaju pomieszczeń:

• położenie: kierunek północny, wymiary, kształt i rozmieszczenie rozpatrywanego pomieszczenia zostały pokazane na rysunku poglądowym (rys. 1);
• przyjęto, że budynek będzie użytkowany w godzinach 8–20;
• przyjęto, że całkowite straty ciepła przez przegrody w okresie zimowym są całkowicie pokrywane przez centralne ogrzewanie;
• dobrane zostały następujące parametry powietrza zewnętrznego i w pomieszczeniu klimatyzowanym:
  - w okresie letnim: t_z = 30°C, t_w = 24°C, φ_z = 45%, φ_w = 50%;
  - w okresie zimowym: t_z = –20°C, t_w = 20°C, φ_z = 100%, φ_w = 55%;
• okna drewniane szwedzkie pojedynczo oszklone, grubość szkła: 3 mm, przy oknie zastosowane są żaluzje wewnętrzne, ustawione pod kątem 45° – jasne o dużym połysku (wymiary okna 5,0 × 1,8 m);
• liczba osób w pomieszczeniu n = 45, przyjęto na podstawie możliwości usytuowania ławek oraz przestrzeni komunikacyjnej pomiędzy nimi;
• umiarkowana aktywność fizyczna osób przebywających w pomieszczeniu;
• oświetlenie – lampy fluorescencyjne posiadające oprawę przymocowaną do sufitu i niewentylowaną;
• moc świetlna: 32 W/m2;
• czas działania oświetlenia: 12 h (8–20);
• sprzęt komputerowy w liczbie 3 komputerów o mocy zasilacza 300 W;
• szczegóły konstrukcyjne przegród budowlanych: ściany zewnętrzne (z 3 oknami) × 2, ściany wewnętrzne × 2, strop i podłoga;
• charakterystyka ścian zewnętrznych:
  a) ściana zewnętrzna pierwsza, kierunek N-E; mur z cegły ceramicznej pełnej na zaprawie cementowo-wapiennej o grubości jednej cegły (28,5 cm) obustronnie tynkowany. Dane z tablicy 7, str. 150 wg [1]. Współczynnik przenikania ciepła przez przegrody dla tej ściany wynosi:
  
  G – ciężar ściany odniesiony do m2 powierzchni (wartość obliczona dla podanej ściany) wynosi:
  G = 513 kg/m2,
  a F_zI = L × H = 8 × 3 = 24 m2
  b) ściana zewnętrzna druga, kierunek N-W; mur z cegły ceramicznej pełnej na zaprawie cementowo-wapiennej o grubości jednej cegły (28,5 cm), obustronnie tynkowany.
  
  Dla ściany z oknem:
  
• strop z płytek PCV o grubości 0,003 m, gładzi cementowej 0,04 m, płyty żelbetowej 0,1 m oraz tynku cementowo-wapiennego 0,015 m (tab. 2);
  
  F_st – powierzchnia stropu, gdzie F_st = L × L = 23 × 8 = 184 m2