osnove tehnike grejanja - at2

Katedra za termotehniku Osnove tehnike grejanja

2-1

2. KLIMATSKE KARAKTERISTIKE PODNEBLJA I PROJEKTNA TEMPERATURA

2.1 KLIMATSKE KARAKTERISTIKE PODNEBLJA

Postrojenja za grejanje i klimatizaciju podeavaju se prvenstveno uslovima ugodnosti ljudi (Slika 2.1), pa je, prema tome, ovek osnovni faktor od koga zavisi i veliina postrojenja i njegove karakteristike. Meutim, ako je ovek osnovni inilac, spoljna klima sa svojim meteorolokim parametrima, uz termike karakteristike objekta, je svakako najuticajniji faktor.

Klima bitno varira od mesta do mesta, utie direktno na investicione i eksploatacione trokove postrojenja, pa je zato vano da tu oblast projektant poznaje, da bi bio u stanju da uticaj klime uzme u obzir na odgovarajui nain.

h

x

= 0,3 = 0,5

= 0,7 = 1

t=22 Co

t=20 Co

t=18 CoZonaugodnostiw < 0,3 m/st = to v

Slika 2.1 Zona ugodnosti predstavljena u h-x dijagramu za vlaan vazduh

ta remeti termike uslove sredine? Spoljni meteoroloki parametri "spoljna" klima, koja se definie preko sledeih

osnovnih parametara:

1. Temperatura spoljnog vazduha ts,

2. Vlanost vazduha , 3. Brzina vetra w, 4. Sunevo zraenje insolacija. Osim navedenih, tu su jo: oblanost, visina oblaka, vazduni pritisak i padavine.

Meteoroloki parametri spoljne klime su promenljivi, kako tokom dana tako i u toku godine, i znaajno zavise od karakteristika posmatrane lokacije, kao to su:

* geografska irina, * nadmorska visina i * konfiguracija terena (zaklonjenost, blizina vodenih povrina, itd.)


2-2

Prema tome, potrebe za grejanjem zgrada su razliite za razliite krajeve sveta. Ovde e biti stavljen akcenat na uslove grejanja za nae klimatsko podneblje 45o SG, ali e biti predstavljeni osnovni principi zagrevanja zgrada koji su primenljivi svuda. Objekti smeteni na lokacijama sa izrazito razliitim klimatskim karakteristikama mogu imati svoje specifinosti kada je u pitanju postrojenje za grejanje.

U tehnici grejanja, od svih klimatskih i meteorolokih parametara, uzimaju se u obzir temperatura spoljnog vazduha i brzina vetra, dok se uticaj sunevog zraenja uoptava i obuhvata korektornim faktorima. Za razliku od grejanja, kod projektovanja vazdunih postrojenja (klimatizacija, ventilacija, vazduno grejanje) obuhvata se i uticaj relativne valnosti spoljnog vazduha, kao i eljena vrednost relativne vlanosti unutranjeg vazduha. Kod sistema klimatizacije, koji radi i tokom letnjeg perioda, obavezno se uzima u obzir uticaj sunevog zraenja na toplotno optereenje prostorije.

1. TEMPERATURA SPOLJNOG VAZDUHA je sa aspekta grejanja najuticajniji parametar. Spoljni vazduh zagreva energija Sunevog zraenja, indirektno preko povrinskih slojeva zemlje. S obzirom na promenu uslova zraenja Sunca, usled rotacije i kretanja Zemlje oko Sunca, vrednosti temperature vazduha se periodino menjaju u toku dana i godine. Ta periodinost promene moe esto da varira usled promene oblanosti, promene koliine padavina, kao i meanja vazdunih masa razliitih temperatura.

U meteorolokim osmatranjima posebno se mere i izraunavaju srednje dnevne temperature, max i min. dnevne temperature, srednje mesene, srednje godinje, kao i maksimalne odnosno minimalne godinje temperature. Srednja dnevna temperatura se dobija kao aritmetika stredina vrednosti temperatura izmerenih svakog sata u toku 24 asa. Poto je takav nain skup i komplikovan, srednja dnevna vrednost se esto rauna na osnovu temperatura izmerenih u 7, 14 i 21 as, po sledeem obrascu:

42 21147 ttttm++= (2.1)

Rezultati srednje dnevne temperature dobijeni na ovaj nain veoma dobro se poklapaju sa aritmetikom sredinom asovnih vrednosti.

JANUAR

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24vreme (h)

ts (o

C)

Vedar danOblaan dan

Slika 2.2 Promena dnevne temperature u Beogradu za vedar i oblaan dan u januaru

Na osnovu srednjih dnevnih temperatura raunaju se srednje mesene temperature:


2-3

n

tt

n

iim

messr

== 1

,

, , n broj dana u mesecu. (2.2)

Srednja godinja temperature rauna se na osnovu srednjih mesenih temperatura:

12

12

1,,

,

== i

imessr

godsr

tt . (2.3)

-2

2

6

10

14

18

22

26

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meseci

tsr,

mes

(oC

)

t sr, god

Slika 2.3 Godinji tok temperature u Beogradu

Dnevni tok spoljne temperature utie na trenutno odavanje toplote sistema za grejanje. Najnie dnevne temperature se obino javljaju u ranim jutarnjim asovima, kada se i ukljuuje sistem centralnog grejanja, koji, u tim trenucim, mora da zagreje zgradu koja se u toku noi ohladila (period uzgrevanja) i dodatno da nadoknadi trenutne gubitke toplote kroz omota zgrade.

Godinja promena temperature odreuje duinu grejnog perioda, odnosno broj radnih dana sistema za grejanje. Spoljna temperatura vazduha u korelaciji sa duinom grejnog perioda utie na godinju potrebnu toplotu za grejanje, a time i na potronju goriva (eksploatacione trokove). Granice perioda grejanja odreene su onom srednjom dnevnom temperaturom pri kojoj treba poeti, odnosno prekinuti sa grejanjem. Temperatura granice grejanja je u vezi sa uslovima ugodnosti ljudi i iznosi 12oC. Prema tome, grejni period nekog mesta obuhvata broj dana ije su srednje dnevne temperature nie od temperature granice grejanja. Grejna sezona u Beogradu poinje 15. oktobra, a zavrava se 15. aprila, ali i tu moe biti odstupanja u zavisnosti od toka spoljne temperature vazduha.

2. VLANOST SPOLJNOG VAZDUHA neprekidno varira u zavisnosti od koliine vodene pare koja isparava sa povrine zemlje. Pri viim temperaturama vazduha on moe da primi vie vlage, pa sa poveanjem sadraja vlage raste i parcijalni pririsak vodene pare pd, sve do dostizanja pritiska zasienja ps na posmatranoj temperaturi. Kada je dostignut ps(t) tada vazduh na posmatranoj temperaturi sadri maksimalnu koliinu vodene pare, i tada je vrednost relativne vlanosti 100%. Dakle, relativna vlanost vazduha se definie kao:

s

d

pp= . (2.4)


2-4

Tokom zimskog perioda, zbog niskih temperatura, sadraj vlage (apsolutna vlanost) u vazduhu je manja, a vrednosti relativne vlanosti su vie. Tokom letnjeg perioda se javlja suprotna situacija nie vrednosti relativne vlanosti i vie vrednosti apsolutne vlanosti vazduha. Na dijagramu na slici 2.4 prikazan je dnevni tok relativnih vlanosti vazduha u Beogradu za jedan zimski (decembar) i jedan letnji (juli) mesec.

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24doba dana (h)

Rel

ativ

na v

lan

osti

(%) decembar

juli

Slika 2.4 Dnevni tok relativne vlanosti u Beogradu za decembar i juli mesec

3. BRZINA VETRA je stohastika veliina. U atmosferi, usled nejednakog zagrevanja zemljine povrine dolazi do stvaranja temperaturskih razlika i razlika pritisaka u susednim vazdunim masama, to prouzrokuje njihovo kretanje u svim pravcima. Strujanje vazduha u preteno horizontalnom pravcu naziva se vetar, koji predstavlja meteoroloki element definisan pravcem i brzinom strujanja.

Statistikom obradom podataka dolo se do dijagrama koji se naziva RUA VETROVA, dge se prikazuje pravac i uestanost. Pravac je predstavljen u obliku dui koja je u srazmeri sa uestanou duvanja i ima odgovarajui pravac prema strani sveta. Uz ruu vetrova daje se i dijagram sa prosenim brzinama vetra za razliite pravce. U centralnom krugu, u promilima, upisan je podatak o trajanju tiine, tj. o duini perioda bez vetra.

Dominantni zimski vetrovi za Beograd su Koava (jugoistoni vetar) i Severac, koji je dominantan po jaini, ali je zapadni vetar uestaliji.

Slika 2.5 Rue vetrova za Beograd za letnji, zimski i celogodinji period


2-5

4. SUNEVO ZRAENJE Sunce zrai energiju kao crno telo ija je temperatura povrine 6000oC, dok je u centru

Sunca, prema teorijskim proraunima, temperatura reda veliine 40.106 oC. Sunevo zraenje koje dospeva na spoljnu ivicu zemljine atmosfere ima intenzitet od 1372 W/m2, i naziva se Solarnom konstantom, mada varira nekoliko procenata tokom godine proporcionalno kvadratu odstojanja Zemlje od Sunca. Ovo zraenje naziva se jo i EKSTRATERESTIRIJSKO zraenje.

Na putu kroz zemljinu atmosferu Sunevo zraenje slabi zbog sudaranja zraka sa esticama praine i zbog apsorpcije od strane troatomnih i vieatomnih molekula gasova.

Sunevo zraenje koje dospeva na zemljinu povrinu sastoji se od direktnog i difuznog:

difDIRuk III += . (2.5) Ako se posmatra ukupno Sunevo zraenje k oje dospeva na horizontalnu povrinu, onda

se ono jo naziva globalno zraenje.

GLHORuk II =, . (2.6)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meseci

Mes

ene

sum

e gl

obal

nog

zra

enja

(kJ/

cm2 )

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meseci

Pro

sen

o tra

janj

e dn

evno

g si

janj

a S

unca

(h/d

an)

Slika 2.6 Srednje mesene sume globalnog zraenja Sunca u Beogradu (levo) i

proseno trajnje dnevnog sijanja Sunca za Beograd (desno)

Intenzitet Sunevog zraenja na povrini Zemlje zavisi od geografske irine i nadmorske visine za odreenu lokaciju, a takoe se menja tokom dana i tokom godine.

Zbog deklinacije Zemlje (ugla nagiba ose rotacije Zemlje u odnosu na putanju oko Sunca) tokom godine se menjaju uglovi poloaja Sunca na nebu, kao i putanja Sunevih zraka do povrine Zemlje. Samim tim, znaajno se razlikuje intenzitet Sunevog zraenja leti i zimi.

Sunevo zraenje koje dospe na povrinu fasadnog zida zgrade zagreva ga, na taj nain smanjujui koliinu toplote koju treba zimi dovesti za grejanje.


2-6

2.2 SPOLJNA PROJEKTNA TEMPERATURA Grejanje zgrada poinje kada spoljna temperatura padne ispod neke odreene granice,

koju obino nazivamo temperaturom granice grejanja (tgg). Koja e to temparatura biti zavisi od:

termikih karakteristika objekta i individualnih zahteva korisnika.

-20

-10

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meseci

Tem

pera

tura

spo

ljnog

vaz

duha

( o C

)

Model godina za Beograd

-20

-10

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

meseci

Tem

pera

tura

spo

ljnog

vaz

duha

( o C

)

t u =20 o C

t gg

krajgrejanja

poetakgrejanja

Slika 2.7 Godinji tok spoljne temperature i granica grejanja

Za spoljnu projektnu temperaturu tsp nekog mesta ne uzima se najnia temperatura koja se javila u nekom periodu u posmatranom mestu, jer se ona javlja jako retko i kratko vremenski traje. Postrojenje za grejanje, koje bi bilo projektovano na osnovu takvog apsolutnog minimuma, bilo bi predimenzionisano investiciono skupo i eksploataciono neekonomino, jer bi jako retko radilo punim kapacitetom. Zato se za vrednost spoljne projektne temperature usvaja neka via vrednost, ali dovoljno niska. Spoljna projektna temperatura za Beograd iznosi -15oC.

Kada je ts > tsp sistem mora da zadovolji ostvarivanje eljene unutranje temperature; Kada je ts < tsp sistem ne mora da odrava eljenu unutranju temperaturu, ali obino

moe forsiranim radom, bez nonog prekida.

Kako se odreuje spoljna projektna temperatura?

Postoji vie grupa metoda za odreivanje spoljne projektne temperature. One se uglavnom zasnivaju na statistikoj obradi spoljnih temperatura u duem vremenskom periodu 20 godina ili due od toga. Ovde e biti rei o 3 razliite grupe metoda za odreivanje tsp.

I GRUPA Metode na bazi razliitih kombinacija minimalnih godinjih temperatura.

1. n

tt

n

iiGOD

sp

== 1

min,,

, gde je n broj godina (20, 30...) (2.7)

Po ovoj metodi je definisana spoljna projektna temperatura po ranijem Nemakom normativu 4701, da bi u danas vaeem normativu uveo novi nain njenog odreivanja.


2-7

2. Formula Rusa aplina

min,, 6,04,0 apsmessrsp ttt += , (2.8) gde su: tsr,mes srednja temperatura najhladnijeg meseca u godini i

taps, min apsolutni minimum za posmatrani vremenski period. Za veinu gradova u Srbiji spoljna projektna temperatura je odreena po ovoj formuli.

II GRUPA Metode na bazi asovnih vrednosti spoljne temperature. Razvojem meteoroloke slube i primene raunara, poelo je redovno praenje i beleenje

asovnih vrednosti temperatura spoljnog vazduha.

Tako je uveden kriterijum: procenat pojavljivanja asovne vrednosti temperature vazduha iznad neke referentne vrednosti u duem vremenskom periodu. Ta referentna temperatura je spoljna projektna temperatura.

Ovaj metod je iroko prihvaen u Americi. Prema Amerikim propisima (ASHRAE) postoje dva razliita kriterijuma: 99% i 97,5% asovnih vrednosti temperatura tokom 3 najhladnija meseca (decembar, januar i februar 2160 h/god) kada je temperatura spoljnog vazduha jednaka ili via od referentne. To praktino znai da primena kriterijuma 99% dozvoljava da samo u 1% sluajeva spoljna temperatura vazduha bude nia od spoljne projektne. Kriterijum 99% je stroiji i njegovom primenom dobija se vrednost spoljne projektne temperature koja je za 1-2oC nia u odnosi na vrednost dobijenu promenom kriterijuma 97,5%. Ovo su stari ASHRAE kriterijumi, ali se u mnogim publikacijama mogu nai vrednosti tsp za neko mesto izraunate prema ovoj metodi.

U izdanju ASHRAE Fundamentals iz 1997. navode se novi kriterijumi za odreivanje tsp:

Otriji kriterijum je 99,6%, ali raunato prema asovinim vrednostima za celu godinu (8760 h), a ne za 3 najhladnija meseca, a to znai da je u 35 h/god spoljna temperatura nia od tsp, to priblino odgovara ranijem kriterijumu 99%.

Blai kriterijum je 99% raunato prema asovinim vrednostima za celu godinu, a to znai da je u 88 h/god spoljna temperatura nia od tsp, to priblino odgovara ranijem kriterijumu 97,5%.

U ASHRAE postoje podaci o tsp za oko 1500 gradova irom sveta. Spoljne projektne temperature su raunate za periode od 12 ili 25 godina, zavisno od raspoloivih meteorolokih podataka.

III GRUPA Metode na bazi dinamikog ponaanja zgrada u termikom smislu. Umesto izdvojenih asovnih temperatura analiziraju se nizovi sa sukcesivnim

vrednostima spoljne temperature onako kako su se stvarno pojavile u prirodi. Sutina je u tome da se temperatura vazduha u prostoriji odrava kroz odreeni period daleko dui od 1 h, to je posledica akumulacione sposobnosti zgrade (toplota se akumulie u masi zidova prostorije, tako da je toplotna inercija izraena).

Po ovoj metodi je definisana spoljna projektna temperatura po novom Nemakom normativu 4701. Kao projektna se usvaja srednja dvodnevna temperatura, koja je u poslednjih 20 godina bila dostignuta ili podbaena 10 puta.

osnove tehnike grejanja - at2

Documents