Osnove tehnike klimatizacije

7/22/2019 Osnove tehnike klimatizacije

1/59

1

OSNOVI TEHNIKE KLIMATIZACIJE

1. UVOD

Klimatizacija je grana tehnike i nauna disciplina koja se bavi ostvarivanjem iodravanjem pogodnih uslova za boravak oveka u zatvorenom prostoru. Strogo uzevi,navedena definicija odnosi se na komfornu klimatizaciju gde se uslovi ugodnosti prilagoavaju

prvenstveno ljudima koji tu borave. Za razliku od komforne klimatizacije, osnovni zadatakindustrijske klimatizacije je stvaranje pogodnih uslova za optimalno odvijanje tehnolokog

procesa. Naravno, ti uslovi sredine moraju biti prihvatljivi i za oveka. Na primer, u pojedinimpogonima tekstilne industrije i pojedinim fazama prerade duvana potrebno je odravati visokurelativnu vlanost vazduha (i do 90%) to ovek moe da podnese, mada je za njega idealnavrednost oko 50%.

Za razliku od sistema grejanja koji ostvaruju funkciju zagrevanja prostora i deliminogprovetravanja, sistemi klimatizacije ostvaruju daleko vei broj funkcija u cilju postizanja uslovaugodnosti tokom cele godine. Osnovne funkcije klimatizacionih postrojenja su:

- zagrevanje prostora u zimskom periodu;- hlaenje prostora u letnjem periodu;- ventilacija;- odravanje relativne vlanosti vazduha: vlaenje vazduha u zimskom periodu i

suenje (odvlaivanje) u letnjem;- odravanje istoe vazduha;- odravanje pritiska u cilju kontrolisanog strujanja vazduha izmeu prostorija.

RAZVOJ TEHNIKE KLIMATIZACIJE

Poetak klimatizacije vezuje se za 20-te godine prolog veka u Americi. Vremenom surazvijeni razliiti sistemi klimatizacije tako da se eljeni uslovi ugodnosti praktino mogu postiiu svim sluajevima.

Energetska kriza 70-tih godina prolog veka uticala je na celokupan ivot oveka, pa i naklimatizaciju. Meutim, primena klimatizacije u skoro svim sferama ivota nije zaustavljena, ali

je dolo do modifikacije i razvoja novih tehnikih reenja klimatizacionih postrojenja. Osnovnicilj je da se projektuju i izvode energetski efikasni sistemi klimatizacije.

U cilju tednje energije u klimatizacionim sistemima smanjen je broj izmena sveegvazduha na sat, ali se tada javio problem loeg kvaliteta vazduha u klimatizovanim prostorijama(IAQ Indoor Air Quality). Sniena je unutranja temperatura u zimskom, a poviena u letnjem

periodu. Poveane su tolerancije dozvoljene vrednosti relativne vlanosti vazduha uklimatizovanim prostorima. Nia dozvoljena vlanost vazduha u zimskom, a via u letnjem

periodu dovode do znatnih uteda energije u procesu pripreme vazduha. Korienje otpadnetoplote iz klimatizacionih sistema postalo je standardno tehniko reenje. Sve ove mere suuticale da se smanji jedinina potronja energije u klimatizacionim postrojenjima uzzadovoljavanje termikih uslova ugodnosti.

Savremeni nain gradnje, sve gua naseljenost u gradovima, sve vee zagaenje okolinei sve izraeniji zahtevi za komforom i kvalitetom vazduha u zatvorenom prostoru, uslovili su svevie zahteva za uvoenjem klimatizacije u objektima razliite namene. Perspektive primene


2/59

2

klimatizacije su sve vee. Sve je vie oblasti gde se ne moe zamisliti boravak bez adekvatneklimatizacije:

- veliki poslovni objekti i tzv. blokirane prostorije;- luksuzni objekti (hoteli visoke kategorije, poslovni apartmani,...);- proizvodni pogoni (farmaceutske, hemijske, prehrambene, elektronske industrije);

- objekti opte i javne namene (kongresni centri, pozorita, bolnice, trgovinsko-poslovni centri, itd.);- ivot pod morem, pod zemljom, u svemiru.

ODAVANJE TOPLOTE OVEKA

U ovekovom telu se neprekidno odvijaju fiziko-hemijski procesi koji se nazivajumetabolizam. Pri tim procesima razvija se toplota koju ovek neprekidno mora da odaje okolinida bi ostvario stanje termike ravnotee, odnosno da bi odrao stalnu temperaturu tela. Koliina

proizvedene i odate toplote zavisi od: fizike aktivnosti, odevenosti, temperature okoline, pola,

uzrasta, mase tela, psihiko-zdravstvenog stanja, aklimatizovanosti na podneblje, ishrane,individualnosti, itd.

Kao mera fizike aktivnosti oveka uvedena je jedinica met i ona odgovara odavanjutoplote oveka od 58,2 W/m2povrine tela. Prosena povrina koe odraslog oveka iznosi 1,8m2. U tabeli 1 prikazane su prosene vrednosti odavanja toplote odraslog oveka pri razliitimaktivnostima.

Tabela 1 Odavanje toplote oveka

AktivnostOdavanje toplotemet W

spavanje 0,7 75sedenje 1,0 105hodanje brzinom 3,2 km/h 2,0 210hodanje brzinom 6,4 km/h 3,8 400kancelarijski rad 1,0 1,4 105 150spremanje kue 2,0 3,4 210 355

plesanje 2,4 4,4 250 460koarka 5,0 7,6 580 800maksimalna (kratkotrajna) 11,5 1200

Toplotu stvorenu metabolizmom ovek odaje okolini koristei vie osnovnihmehanizama prenosa toplote. Suva (osetljiva) toplota predaje se uglavnom preko koe i odeekonvekcijom i zraenjem, a manjim delom kondukcijom i zagrevanjem vazduha u pluima.Latentna (vlana) toplota predaje se u pluima i preko koe. Pri tome treba razlikovati da li jekoa suva ili okvaena (oznojana).

ema odavanja toplote oveka razliitim mehanizmima prenosa toplote prikazana je naslici 1. Navedene procentualne vrednosti vae samo za odreene uslove (fizika aktivnost,odevenost, termiki parametri okoline). Za druge uslove, procentualne vrednosti odavanjatoplote pojedinim mehanizmima prenosa toplote mogu biti sasvim razliite.


3/59

3

Slika 1 Odavanje toplote

oveka


4/59

4

2. USLOVI UGODNOSTI

Na intenzitet odavanja toplote oveka i oseaj ugodnosti utie mnogo faktora koji semogu podeliti u dve osnovne grupe:

- termiki uslovi okoline;

- lini uticaji.

Termiki uslovi sredine su:- temperatura vazduha;- srednja temperatura okolnih povrina;- relativna vlanost vazduha;- brzina strujanja vazduha.

Najznaajniji lini uticaji su stepen fizike aktivnosti i odevenost.

TEMPERATURA VAZDUHA tv

Temperatura vazduha utie na odavanje toplote konvekcijom. Prenos toplotekonvekcijom proporcionalan je razlici temperature tela (koja je priblino stalna) i temperatureokolnog vazduha. Na slici 2 prikazan je dijagram odavanja toplote ljudi u funkciji temperaturevazduha za razliite fizike aktivnosti.

Slika 2 Odavanje toplote oveka u zavisnosti od temperature vazduha

Odavanje toplote oveka (i ukupno, a posebno suve toplote) opada sa porastomtemperature vazduha. U jednom intervalu temperatura okoline, ukupno odavanje toplote ovekase ne menja i ta oblast se naziva zona neutralnosti. Unutar zone neutralnosti, i to pomereno ka


5/59

5

oblasti niih temperatura okoline gde je odavanje suve toplote vee a latentne umereno, nalazi sezona ugodnosti. To je oblast koju pokuavamo da ostvarimo radom klimatizacionih ureaja.

TEMPERATURA OKOLNIH POVRINA to

Temperatura okolnih povrina (unutranje povrine zidova, prozora, poda i tavanice)utie na razmenu toplote zraenjem. Toplota razmenjena zraenjem proporcionalna je razlicietvrtih stepena apsolutne temperature tela i srednje vrednosti temperature okolnih povrina. Saspekta uslova ugodnosti oveka, najbolje je kada je zraenje to ravnomernije u svim pravcima,tj. kada temperatura svih okolnih povrina malo odstupa od srednje vrednosti. Meutim, u praksi

je est sluaj da su pojedine povrine u prostoriji razliitih temperatura, pa se moe dogoditi daovek jednim delom tela prima toplotu zraenjem, a drugim odaje (tzv. asimetrino zraenje).Ukoliko se ovek ne kree, asimetrino zraenje je vrlo neugodno. Na primer, kada ovek sedi

jednom stranom okrenut pei na unutranjem zidu, a drugom stranom ka termiki loeizolovanom prozoru.

Mada temperatura vazduha i temperatura okolnih povrina utiu na razliite mehanizmeodavanja toplote oveka, s obzirom da se radi o istim fizikim veliinama, uvedena jerezultujua temperaturakoja objedinjuje obe ove karakteristine temperature.

ovrez tBtAt

Razliiti autori navode razliite vrednosti konstanti A i B. Najee se smatra da suslinog uticaja pa se usvaja A=B=1/2. Generalni je stav da to je nia srednja temperaturaokolnih povrina, potrebna je via temperatura vazduha (i obrnuto) za isti oseaj ugodnosti.

Najbolje je kada su obe karakteristine temperature priblino jednake.

RELATIVNA VLANOST VAZDUHA

Relativna vlanost vazduha utie, pre svega, na odavanje latentne toplote. Odavanjelatentne toplote oveka proporcionalno je razlici parcijalnog pritiska zasienja za temperaturu

povrine tela i parcijalnog pritiska vodene pare u okolnom vazduhu. Naime, uobiajeno sesmatra da je vazduh u neposrednom dodiru sa povrinom koe, usled znojenja oveka, primiomaksimalno moguu koliinu vodene pare, tj. da je zasien.

Uticaj relativne vlanosti na oseaj ugodnosti oveka treba posmatrati u sadejstvu sa

temperaturom vazduha. Pri visokim temperaturama visoka relativna vlanost nije dobra jeronemoguava odavanje latentne toplote (znojenjem) to je najvaniji nain hlaenja tela privisokom temperaturama okoline (slika 2).

Visoka relativna vlanost vazduha nije dobra ni pri niskim temperaturama, jer izazivavlaenje odee ime se smanjuje otpor provoenju toplote i poveava odavanje toplote ovekato nije ugodno pri niskim temperaturama okoline. Zbog toga se ograniava maksimalnodozvoljena vrednost relativne vlanosti u funkciji temperature okolnog vazduha (slika 3). Sadijagrama se moe uoiti da je mnogo znaajniji uticaj relativne vlanosti pri viimtemperaturama okoline, pa su tada dozvoljene nie vrenosti .


6/59

6

Slika 3 Maksimalno dozvoljene vrednosti relativne vlanosti vazduha

Ni preniska vlanost vazduha nije ugodna za oveka jer moe izazvati preterano suenje(isuivanje) koe i naroito sluzokoe (oiju i disajnih puteva). Zato se propisuje i minimalnadozvoljena vlanost vazduha (30%, a u poslednje vreme, zbog tednje energije, i 20%). Smatrase da je u opsegu oubiajenih temperatura vazduha, optimalna vlanost vazduha za oveka 50%.

BRZINA STRUJANJA VAZDUHA w

Brzina strujanja vazduha utie na prenos toplote konvekcijom i odavanje latentne toplote.Poveanjem brzine kretanja vazduha raste koeficijent prelaza toplote, pa se time poveava ikoliina toplote predata konvekcijom. Takoe, intenzivira se i odavanje latentne toplote jer se priveoj brzini vazduha pospeuje isparavanje sa koe time to se zasien vazduh koji je u dodiru s

povrinom koe bre odvodi a na njegovo mesto dolazi okolni suvlji vazduh.

Vee brzine vazduha mogu izazvati neprijatan oseaj naroito kada se radi o struji

hladnog vazduha. Zbog toga se propisuju maksimalne brzine strujanja vazduha u zoni boravkaljudi (slika 4). Na dijagramu na slici 4 moe se uoiti da su dozvoljene brzine vrlo male, ali trebanapomenuti da se radi o brzinama strujanja vazduha neposredno pored ljudi (u zoni njihovog

boravka). Preporuuje se da u komfornoj klimatizaciji ta brzina ne prelazi 0,25 m/s, dok se uindustrijskoj klimatizaciji i brzina vazduha od 0,35 m/s smatra prihvatljivom. Dalje od zone

boravka ljudi (na primer na mestima ubacivanja vazduha u klimatizovani prostor) brzinestrujanja vazduha mogu imati znatno vee vrednosti.


7/59

7

Slika 4 Maksimalne dozvoljene brzine strujanja vazduha u zoni boravka ljudi

UTICAJ ODEE

Odea utie na smanjenje odavanja toplote oveka time to poveava otpor provoenjutoplote od tela ka okolini. Temperatura povrine odee je nia od temperature tela, ali je povrinarazmene toplote (konvekcijom i zraenjem) neto vea.

Vrlo je teko tano odrediti vrednost otpora provoenja toplote odee, jer on zavisi odmnogo nedovoljno definisanih elemenata (vrsta materijala, gustina tkanja, kroj, itd.). Da bi selake odredio uticaj vrste odee na odavanje toplote oveka i uslove ugodnosti, uvedena je meraza odevenost koja se oznaava sa clo. Odevenost oznaena sa 1 clo odgovara nainu odevanjatipinog poslovnog oveka, odnosno odei iji je otpor prolazu toplote 0,155 m2K/W.

Na slici 5 prikazan je uticaj odevenosti na odavanje toplote oveka i postizanje termike

ravnotee. Oito je da se pri odreenoj fizikoj aktivnosti oveka, stanje termike ravnoteeuspostavlja pri niim temperaturama okoline ukoliko je ovek vie odeven.


8/59

8

Slika 5 Odavanje toplote oveka u zavisnosti od odevenosti i temperature vazduha

MERA TERMIKE UGODNOSTI

Kada se govori o termikoj ugodnosti ljudi ne postoji adekvatan nain da se onadeterministiki odredi, ve se obino procenjuje na osnovu oseaja veeg broja ljudi.Istraivanja se odvijaju tako to se grupa ljudi izloi dejstvu nekih termikih uslova, i posleodreenog perioda aklimatizacije belei se njihova reakcija i ocena ugodnosti boravka u timuslovima. Kasnije se vri statistika obrada tih podataka i zakljuuje pri kojim uslovima sredinenajvei broj ljudi se ugodno osea. Ovaj metod daje dobre rezultate kada se varira jedan uticajni

parametar (na primer promena temperature: 18, 20, 22, 24oC). Meutim, problem je mnogosloeniji, jer na oseaj ugodnosti deluje vie parametara pri emu je njihovo dejstvo interaktivno(meuzavisno).

Bilo je mnogo pokuaja da se uvede jedna veliina kao pokazatelj termikih uslovasredine:

- kata broj;

- efektivna temperatura ET;- standardna efektivna temperatura SET;- operativna temperatura po vlanom termometru toh;- indeks okvaenosti koe, itd.,

meutim bez mnogo uspeha, jer makakva bila relacija izmeu pojedinih relevantnih parametara(temperature vazduha, srednje temperature okolnih povrina, vlanosti i brzine strujanjavazduha, fizike aktivnosti i odevenosti): linearna, eksponencijalna, stepena, logaritamska,...uvek se kombinacijom ekstremnih vrednosti pojedinih parametara moe dobiti idealan (umeren)opti pokazatelj uslova termike ugodnosti.

S obzirom da je teko odrediti jedan pokazatelj nivoa termike ugodnosti, u cilju boljeg

sagledavanja kombinovanog uticaja vie parametara, sprovedena su mnogobrojna istraivanjakoja prouavaju uslove termikog komfora pri promeni (variranju) vie uticajnih parametara. Iztih istraivanja proistekli su mnogobrojni nomogrami, od kojih su dva prikazana na slikama 6 i 7.


9/59

9

Slika 6 Termiki uslovi ugodnosti u zavisnosti od brzine strujanja vazduha

Slika 7 Termiki uslovi ugodnosti u zavisnosti od fizike aktivnosti

Nomogram na slici 6 pokazuje meuzavisnost temperature vazduha, srednje temperatureokolnih povrina i brzine strujanja vazduha na uslove ugodnosti u klimatizovanom prostoru. Ovoistraivanje se odnosi na lako odevene ljude (0,5 clo) u sedeem poloaju (aktivnost 1 met) pri

relativnoj vlanosti vazduha 50%.

= 50%


10/59

10

Na slici 7 prikazani su uslovi ugodnosti u zavisnosti od temperature i brzine strujanjavazduha za razliite stepene fizike aktivnosti. Pri ovim eksperimentima ljudi su bili lakoodeveni (odevenost 0,5 clo), relativna vlanost vazduha je bila 50%, a srednja temperaturaokolnih povrina bila je jednaka trenutnoj temperaturi vazduha.

Generalni je stav da pri odreivanju prihvatljivih termikih uslova sredine treba teiti dasvaki parametar bude u razumnim granicama za datu namenu objekta (odreena aktivnost ljudii uobiajena odevenost). Pri tome se treba pridravati nekoliko osnovnih principa:

- to je via temperatura vazduha, relativna vlanost vazduha treba da je nia;- to je nia temperatura vazduha, brzina strujanja vazduha treba da je manja;- to je srednja temperatura okolnih povrina via u zimskom periodu, temperatura

vazduha treba (moe) da bude nia.

Osnovni zadatak postrojenja za klimatizaciju je da, bez obzira na poremeaje (spoljanje iunutranje), postigne i odrava u zatvorenom prostoru zadate vrednosti termikih parametarasredine. To se moe postii razliitim sistemima za klimatizaciju, a zadatak projektanta je da

odabere ono tehniko reenje koje najbolje odgovara zahtevima i mogunostima investitora.

I ovek ima sopstveni mehanizam termoregulacije kojim reaguje na promene termikihparametara okoline (irenje/skupljanje perifernih krvnih sudova, intenziviranje metabolizma,pojaano znojenje, drhtanje i dr.), ali su mogunosti samoregulacije relativno ograniene. Tada upomo stupa tehnika (u ovom sluaju klimatizacija) koja u potpunosti ili delimino neutraliete poremeaje i smanjuje opseg variranja termikih parametara sredine, tako da termoregulacijaoveka moe da ih savlada u skladu sa individualnim potrebama.


11/59

11

3. DOBICI TOPLOTE I TOPLOTNO OPTEREENJE

UVODNA RAZMATRANJA

Analiza prenosa toplote kroz graevinski omota zgrade ima za cilj da se to realnijeizraunaju potrebe za grejanjem i hlaenjem unutranjeg prostora i da se prema tim potrebamaodrede merodavni grejni i rashladni kapaciteti elemenata opreme termotehnikih instalacija.

U zimskom periodu se u prostorijama u kojima borave ljudi odrava temperatura vazduhakoja je via od spoljne, pa zgrada gubi toplotu. U cilju odravanja konstantne temperaturevazduha u prostoriji na nivou koji odgovara uslovima ugodnosti, potrebno je nadoknaditi toplotukoja se odaje okolini, tj. nadoknaditi gubitke toplote. Gubici toplote, prema tome, predstavljajukoliinu toplote u jedinici vremena koju prostorija odajeokolini.

Kada je u pitanju letnji period, temperatura spoljnog vazduha je visoka, dani su pretenodugi i vedri sa velikim uticajem Sunevog zraenja. U zgradu dospeva znaajna koliina toplote,koju je potrebno elimisati, kako bi se u prostorijama odravala nia temperatura vazduha odspoljne. Dobici toplotepredstavljaju koliinu toplote u jedinici vremena koju prostorijaprima(bilo od spoljnih ili unutranjih izvora toplote).

Klimatizacija se obino vezuje za letnji period, odnosno za hlaenje vazduha, meutimsistem za klimatizaciju radi tokom cele godine, to znai da se u naim klimatskin uslovima vrii zagrevanje vazduha zimi i hlaenje vazduha tokom leta.

U zimskim uslovima izraunata koliina toplote koju prostorija gubi pri projektnimuslovima (gubici toplote) odgovara koliini toplote koju treba da nadoknadi sistem za grejanje.Proraun se vri za stacionarne uslove razmene toplote prostorije sa okolinom, jer je razlikaizmeu maksimalne i minimalne temperature spoljnjeg vazduha tokom dana mala, a taj uticajvariranja spoljne temperature ublaen je efektom akumulacije toplote u omotau prostorije. I

uticaj Sunevog zraenja je jako mali - dani su kratki i esto sa poveanom oblanou.Za letnji period se takoe definiu projektni uslovi, ali se proraun potrebne koliine

toplote koju je potrebno eliminisati ne moe vriti za stacionarne uslove, pre svega jer je: razlikaekstremnih dnevnih temperatura znatna i intenzitet Sunevog zraenja je veliki i promenljivtokom dana u veoma irokim granicama. Osim toga, zbog izraene nestacionarnosti tokom leta,

pojave razliitih izvora toplote i akumulacione sposobnosti zidova prostorije, dobitak toplote neodgovara koliini toplote koju treba eliminisati iz prostorije. Koliina toplote u jedinici vremena,koju je tokom leta potrebno odvesti iz prostorije naziva se toplotno optereenje. Toplotnooptereenjeobuhvata koliinu toplote koja zagreva iskljuivo sobni vazduh, pa na taj nain imadirektnog uticaja na temperaturu vazduha u prostoriji i na kapacitet rashladnog postrojenja.

Slika 1 Razlika izmeu toplotnog optereenja i dobitaka toplote


12/59

12

Promenljivosti spoljne temperature vazduha moe se pratiti tokom letnjeg perioda.Postavlja se pitanje kako definisati projektne uslove za leto. Za zimski period se usvaja spoljna

projektna tempertura, dok se za letnje definie letnji projektni dan. Letnji projektni dansainjavaju asovne vrednosti temperatura spoljnjeg vazduha tokom 24 asa (slika 2). Spoljna

projektna temperatura za leto je maksimalna temperatura koja se javalja u toku letnjeg

projektnog dana. Za Beograd letnja projektna temperatura iznosi 33o

C.

22

24

26

28

30

32

34

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Vreme (h)

Temperatura(oC)

te, min

te, max

te,()

tsm = 28,5oC

Slika 2 Letnji projektni dan za Beograd

U Americi se letnji projektni dan dan definie preko spoljne projektne temperature za letote,max i razlike izmeu ekstremnih temperatura tokom dana, koja se naziva Daily Range(DR = te,max - te,min), to je prikazano na slici 3a.

t( C)o

DR

te,max

te,min

a) Nain odreivanja DR

t( C)o

DR1

te,max1

te,min2

te,max2

te,min1 DR2

b) Letnji projektni dan za dva mesta sa istim DR irazliitim te,max

t( C)o

DR1

te,max1

te,min2

te,min1

DR2

c) Letnji projektni dan za dva mesta sa razliitin DR iistim te,max

Slika 3 Letnji projektni dan, spoljna projektna temperatura i Daily Range


13/59

13

Definie se funkcija raspodele spoljne temperature u toku jednog dana P(), koja zapravopredstavlja procentualno odstupanje trenutne spoljne temperature od maksimalne vrednosti.Funkcija raspodele temperature je univerzalna funkcija koja se koristi za odreivanje letnjeg

projektnog dana za sve gradove u Americi:

DRP

tt ee 100)(

)( max,

(1)

Potrebno je poznavati spoljnu projektnu temperaturu za neko mesto i DR i na osnovutoga je mogue odrediti tok temperature za letnji projektni dan.

Kada je u pitanju odreivanje spoljne projektne temperature za leto (te,max), postojinekoliko kriterijuma:

Stari kriterijumje obuhvatao samo letnje mesece - od juna do septembra, ukupno 2928 hi spoljna projektna temperatura je odreivana kao temperatura koja se odreeni broj asovadostigne ili prebaci:

1. Kriterijum 1% - tete, proj - 29 h/god,2. Kriterijum 2,5% - tete, proj - 73 h/god,

3. Kriterijum 5% - tete, proj - 146 h/god.

Novi kriterijum se zasniva na bazi godinjih asovnih vrednosti temperatura spoljnjegvazduha i obuhvata 8760 h/god:

1. Kriterijum 0,4% - tete, proj - 35 h/god,

2. Kriterijum 1% - tete, proj - 88 h/god,

3. Kriterijum 2% - tete, proj - 175 h/god.

Dakle, prilikom prorauna toplotnog optereenja, promenljivost temperature spoljnjegvazduha se uzima u obzir preko asovnih vrednosti za letnji projektni dan, ali se ne smezaboraviti intenzitet Sunevog zraenja koji dospeva na povrinu fasadnog zida, koji je takoe

promenljiv tokom dana i koji utie na temperatursko polje u zidu, a samim tim i na transmisijutoplote kroz zid. Taj problem se reava uvoenjem sunano-vazdune temperature. Sunano-vazduna temperatura predstavlja fiktivnu temperaturu koju bi trebalo da ima spoljni vazduh da

bi prouzrokovao toplotni fluks kroz povrinu zida jednak onom toplotnom fluksu koji potie odzbirnog uticaja Sunevog zraenja i spoljne temperature vazduha. Zatim se uvodi pojamekvivalentne temperaturske razlike, pomou koje se izraunava toplotni fluks prilikom prolaza

toplote kroz spoljni zid prostorije. Drugi, optiji model koji slui za proraun toplotnogoptereenja kroz spoljne zidove (prolaz toplote kroz zid pri nestacionarnim uslovima) je Metodprenosnih funkcija (Transfer Function Method). On polazi od trouglastog delovanja impulsatemperature na spoljnoj povrini i reakcije (odziva) na unutranjoj povrini. Koriste se Laplasovetransformacije i veoma sloen matematiki aparat. Kada se primenjuju Laplasove transformacijegubi se fizikalnost problema, pa je prilikom njegove primene potrebno dobro poznavanjefizikalnosti procesa razmene toplote. Prema nemakim normativima koristi se metod prorauna

preko ekvivalentnih temperaturskih razlika.

Osim to Sunevo zraenje zagreva spoljnu povrinu fasadnih zidova i krova objekta, onoprodire u prostoriju kroz transparentne povrine (stakla prozora i vrata). Predata toplota od

Sunevog zraenja zagreva masu zidova i poda prostorije i kada temperatura unutranjihpovrina omotaa prostorije poraste iznad temperature vazduha u prostoriji, zidovi i pod predajuodreenu koliinu toplote vazduhu u prostoriji, i na taj nain poveavaju vrednost toplotnog


14/59

14

optereenja. Da bismo mogli da proraunamo toplotno optereenje neophodno je da znamokoliki se udeo toplote koji u prostoriju prodire Sunevim zraenjem predaje vazduhu u prostoriji,a koliki udeo se akumulie u masi zidova i poda prostorije. Iz navedenog razloga, u prorauntoplotnog optereenja se uvode koeficijenti akumulacije toplote.

Toplotno optereenje, kao i dobici toplote mogu se podeliti prema izvorima toplote i tona:

spoljne: - kroz spoljne zidove (krov) prostorije,

- kroz prozore (transmisijom i od Sunevog zraenja),

- infiltracijom spoljnog vazduha kroz procepe.

unutranje: - od osvetljenja u prostoriji,

- od elektrinih ureeja, maina i aparata (disipacije)

- od ljudi koji borave u prostoriji,

- od susednih neklimatizovanih prostorija,- od tehnolokih procesa koji se odvijaju u prostoriji.

PRORAUN TOPLOTNOG OPTEREENJA

TOPLOTNO OPTEREENJE TRANAMISIJOM KROZ ZIDOVE

Koliina toplote koja prolazi kroz spoljni zid prostorije je promenljiva veliina, jer

odavanje toplote spoljanjih izvora varira u toku dana. Spoljna temperatura je stohastikaveliina, ali se za letnji projektni dan ona moe predstaviti odgovarajuom trigonometrijskomfunkcijom. Posmatrajmo njen uticaj na prolaz toplote kroz spoljni zid debljine (slika 4):

1. Usled akumulacije toplote u zidu javlja se:

- fazno zakanjenje toka koliine toplote,

- smanjenje amplitude oscilacije temperature na unutranjoj povrini zida u odnosuna spoljnu povrinu zida.

Vremensko kanjenje javlja se na unutranjoj strani zida u odnosu na spoljnu stranu.Faktor smanjenja amplitude oscilacije temperature je f. U dva vremenska trenutka obeleeni su

tokovi temperaturskih promena (rafirane povrine) kako bi se videla promena temperaturskoggradijenta x

t

:

1- toplotni fluks sa spoljne strane je usmeren ka unutranjoj i

2- toplotni fluks sa unutranje strane je usmeren ka spoljanjoj strani.

Odnos amplituda temperatura krivih na spoljnoj i unutranjoj strani zida As/Au zove sefaktor priguenja amplitude:

fA

A

u

s

1


15/59


16/59

16

0 - vreme javljanja maksimuma spoljne temperautre,

- ugaona brzina temperaturskih oscilacija.

Oscilacije temperature na unutranjoj strani zida prema srednjoj temperaturi zida tokom24h:

iizmzi fTtt )(cos))(( 00 (3)

gde je:

if - faktor smanjenja amplitude usled akumulacione sposobnosti zida,

i - vremensko kanjenje na unutranjoj strani zida.

Iz jednaina (2) i (3) dobija se veza izmeu spoljne temperature i temperature unutranjestrane zida:

))(())(( emieizmzi ttftt (4)

Iz jednaina (1) i (4) dobija se toplotni fluks u trenutku :

izmemieii ttttfq )()( (5)

Da bi se eliminisala nepoznata temperaturatzmposmatra se stacionaran prenos toplote:

)()( iemizmistac ttkttq (6)

gde je:

k - koeficijent prolaza tolote kroz zid.

Iz jednaina (5) i (6) eliminie se nepoznatatzm:

iememieii ttkttfq )()( (7)

Ako se uvede korigovani koeficijentk

ff ii

, onda je konaan izraz za nestacionaran

prenos toplote:

iememie ttttfkq )()( (8)

SUNANO-VAZDUNA TEMPERATURAVeje ranije bilo rei o sunano-vazdunoj temperaturi. Po definiciji, sunano-vazduna

temperatura predstavlja fiktivnu temperaturu koju bi trebalo da ima spoljni vazduh da bi seprouzrokovao toplotni fluks kroz povrinu zida jednak toplotnom fluksu koji potie od zbirnoguticaja Sunevog zraenja i spoljne temperature vazduha.


17/59

17

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

vreme (h)

t(oC)

ISTOK

ZAPAD

JUG

HORIZONTALNA

SEVER

TEMP. SPOLJ. VAZDUHA

Slika 5 Tok sunano- vazdunih temperatura za juli mesec i 45oSG

Jednaina toplotnog bilansa za spoljnu povrini zida glasi:

Iatttt zeeezese )()( (9)

gde je:

eees

ReIatt

- sunano-vazduna temperatura,

e - koeficijent prelaza toplote sa spoljnjeg vazduha na spoljnu povrinu zida,

et - temperatura spoljnjeg vazduha,

zet - temperatura spoljne povrine zida,

a - apsorptivnost Sunevog zraenja sa spoljne strane zida,I - intenzitet Sunevog zraenja,

e - emisivnost povrine,

R - razlika izmeu dozraenog dugotalasnog zraenja na povrinu i emitovanogzraenja apsolutno crnog tela na temperaturi povrine zida.

Maksimalne vrednosti intenziteta Sunevog zraenja i spoljne temperature ne javljaju seistovremeno. Sunano-vazduna temperatura nije maksimalno zabeleena temperatura (kao toni spoljna projektna nije maksimalna temperatura spoljnog vazduha), ve su to one asovnevrednosti koje mogu biti prevaziene samo u odreenom procentu sluajeva, u periodu od vie

godina za koje je vreeno posmatranje i proraun. Na slici 5 prikazan je tok sunano-vazdunihtemperatura za juli mesec, 45oSG i razliite orijentacije zidova.


18/59

18

EKVIVALENTNA TEMPERATURSKA RAZLIKA

Kada u jednainu (8) uvedemo umesto trenutne spoljne temperature sunano-vazdunutemperaturu, dobija se izraz:

ismsmis ttttfkq )()( (10)

Kako bi bilo mogue da se nestacionaran prolaz toplote rauna kao stacionaran, uvodi sefiktivna temperatura:

smsmisf tttft ))(( (11)

Sada se moe definisati ekvivalentna temperaturska razlika, koja se koristi pri proraunutoplotnog optereenja kroz zidove i krovove:

ismsmisekv ttttft ))(()( (12)

Ekvivalentna temperaturska razlika je fiktivna razlika temperatura koja obuhvata:- fizika svojstva zidova ( ...,,,, pc )

- sve posledice osobina zidova (akumulaciju toplote, vremensko kanjenjetransporta toplote, smanjenje amplitude temperaturske oscilacije)

- spoljne izvore toplote (spoljnu temperaturu i Sunevo zraenje, koje zavisi odorijentacije zida),

- unutranje uslove (eljenu temperaturu vazduha u prostoriji.

Toplotno optereenje koje nastaje prilikom nestacionarnog prolaza toplote kroz zidrauna se za svaki sat preko asovnih vrednosti ekvivalentne temperaturske razlike:

)()( ekvz tkAQ (13)

asovne vrednosti ekvivalentnih temperaturskih razlika daju se tabelarno za razliitevrste i razliite orijentacije zidova.

Ukoliko se tabline vrednosti koriste pri drugaijim uslovima (razliita temperaturavazduha u prostoriji, drugaija zamuenost atmosfere, razliita srednja dnevna temperaturaspoljnjeg vazduha ili neki drugi mesec u godini), neophodna je korekcija tablinih vrednosti:

juli

TiemTekvekv

I

Iatttt

max,

max, )26()5,28( (14)


19/59

19

4SUNEVO ZRAENJE

Sa aspekta klimatizacije prostorija, Sunevo zraenje u letnjem periodu je tetno, zato toprouzrokuje prekomerno zagrevanje prostorija, tako da je potreban utroak energije za hlaenje

kako bi se eliminisala toplota koja potie od Sunevog zraenja. Svako korienje energije, osimtrokova koji su neizbeni, izaziva i odreene ekoloke probleme.

Sunce je zvezda patuljak - velika uarena gasovita lopta prenika priblino 1,4 milionakm. Zemlja se obre oko Sunca po eliptinoj putanji sa vrlo malim ekscentricitetom (e = 0,017)tako da se udaljenost Zemlje i Sunca menja vrlo malo tokom godine. Srednja udaljenost Zemlje iSunca je oko 150 miliona km. U perihelu (taka eliptine putanje najblia fokusu), poetkom

januara, Zemlja je 1,67% blia, a u afelu (taka eliptike putanje najudaljenija od fokusa),poetkom jula, Zemlja je 1,67 % udaljenija od Sunca od prosene vrednosti. Meutim, naintenzitet Sunevog zraenja na Zemljinoj povrini utiu i deklinacija Zemlje (nagnutost oseZemlje u odnosu na putanju), kao i stanje u atmosferi.

Sunce se sastoji se uglavnom od vodonika (80%) i helijuma (19%). U unutranjostiSunca vodonik se nuklearnim reakcijama fuzije pretvara u helijum, to rezultira oslobaanjemvelikih koliina energije. Usled tih reakcija temperatura u unutranjosti Sunca premauje 20miliona K. Meutim, to nije temperatura koja odreuje elektromagnetska svojstva Sunevogzraenja, jer zraenje iz unutranjosti u velikom delu apsorbuje sloj negativnih vodonikovih jona

blizu povrine. Opte je prihvaena teorija po kojoj je temperatura povrine Sunca oko 6000oC, aspektar Sunevog zraenja priblino odgovara spektru crnog tela na temperaturi od 5760 K.Prema tome, temperatura od 5760 K se moe uzeti kao efektivna temperatura Suneve povrine,a primenom Plankovog zakona mogue je odrediti energijski spektar Sunevog zraenja. Snagakojom Sunce zrai sa svoje povrine iznosi oko 951024W i to zraenje sastoji se od razliitih

talasnih duina. Veina Sunevog zraenja (99%) nalazi se u spektru od 0,275 do 4,6 m.Maksimum Sunevog zraenja je na talasnoj duini od 0,48 m. Spektar Sunevog zraenja delise na 3 karakteristina dela: ultraljubiasto zraenje (0,12 0,38 m), vidljivo (0,38 0,76 m) iinfracrveno (> 0,76 m). Ultraljubiasti deo iznosi oko 9%, vidljivi oko 41,5% i infracrveni oko49,5% ukupne energije Sunevog zraenja (slika 6).

Sunevo zraenje na ulazu u Zemljinu atmosferu nazivamo ekstraterestrijskim zraenjem.Kako se udaljenost Zemlje od Sunca menja tokom godine i ekstraterestrijsko zraenje(iradijansa) se menja od najmanje vrijednosti 1321 W/m2do najvee 1412 W/m2.

Zraenje na granici Zemljine atmosfere upravno na Suneve zrake za srednju udaljenost

Zemlje od Sunca naziva se Solarna konstanta. Na osnovu satelitskih merenja, utvreno je daSolarna konstanta nije konstanta, ve se menja kako se i Suneva aktivnost menja. Sunevaaktivnost ima u proseku 11-godinji ciklus (tzv. Schwabe-ov ciklus), a na zraenje utiu i drugifenomeni, kao to je 27-dnevna rotacija Sunca oko svoje ose, Suneve pege i erupcije. Svetskameteoroloka organizacija je 1981. godine standardizovala Solarnu konstantu ija vrednostiznosi Io=1367 W/m

2.

Pri prolasku kroz Zemljinu atmosferu Sunevo zraenje slabi u zavisnosti od duine putazraka do povrine Zemlje (to je funkcija geografske irine, doba godine, doba dana, nadmorskevisine i zamuenosti atmosfere). Intnzitet Sunevog zraenja na povrini Zemlje kree se ugranicama od 100 - 1000 W/m2. Na slici 7 prikazano je slabljenje Sunevog zraenja pri prolasku

kroz atmosferu.


20/59

20

Najvei intenzitet Sunevog zraenja javlja se u delutalasne duine zraenja koja odgovara vidljivom zraenju uoblasti zelene boje - 0,48 m.

Slika 6 Spektar Sunevog zraenja

Slika 7 Slabljenje Sunevogzraenja pri prolasku kroz

atmosferu

SOLARNA GEOMETRIJA

Intenzitet Sunevog zraenja koji dospeva na povrinu Zemlje zavisi od mesta, odnosnopoloaja posmatrane lokacije. Osa oko koje Zemlja rotira nagnuta je prema ravni njene ekliptike(putanje oko Sunca) za 23,5o. Zbog nagiba ose rotacije, Zemlja ima 5 klimatskih pojaseva.Poloaj nekog mesta na Zemljinoj povrini odreen je geografskom irinom, asovnim uglom ideklinacijom (slika 8). Deklinacija Zemlje predstavlja ugao izmeu linije koja povezuje centarSunca i Zemlje i njene projekcije na ekvatorijalnu ravan. asovni ugao H predstavlja ugao kojise meri u ekvatorijalnoj ravni izmeu projekcije linije koja spaja centar Zemlje sa takom P(posmatrane lokacije) na ekvatorijalnu ravan i projekcije na ekvatorijalnu ravan linije koja

povezuje centar Sunca i Zemlje. Geografska irina L je ugao izmeu linije koja povezuje centarZemlje i taku P i njene projekcije na ekvatorijalnu ravan.

U tabeli 1 prikazana je deklinacija Zemlje tokom godine.

Tabela 1 Deklinacija Zemlje u pojedinim mesecima tokom godine.

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

-20.0 -10.8 0.0 11.6 20.0 23.4 20.6 12.3 0.0 -10.5 -19.8 -23.4


21/59

21

O

P Sunevi zraci

Ekvator

L

H

Slika 8 Deklinacija Sunca, asovni ugao i geografska irina

UGLOVI POLOAJA SUNCA

Trenutni poloaj Sunca prema nekoj taki na Zemlji odreuje se pomou dva ugla: uglavisine Sunca hi azimuta Sunca (slika 9).

Z

S

I

J n

h

n = -

Slika 9 Uglovi poloaja Sunca : upadni ugao , azimut Sunca , ugao visine Sunca hi azimutpovrine

Ugao visine Sunca je ugao izmeu direktnog Sunevog zraka i njegove horizontalneprojekcije. Meri se u vertikalnoj ravni. Azimut Sunca je ugao izmeu pravca severa ihorizontalne projekcije Sunevog zraka i meri se u horizontalnoj ravni. Upadni gao je ugao kojidirektan Sunev zrak zaklapa sa normalom na posmatranu vertikalnu povrinu. Azimut povrine

je ugao izmeu pravca severa i normale na posmatranu vetrikalnu povrinu - meri se uhorizontalnoj ravni, kao i azimut Sunca.

Za razliite proraune, kao i za proraun toplotnog optereenja koje potie od prodora

direktnog Sunevog zraenja kroz staklo, koristi se dijagram putanje Sunca, koji se konstruie zaodreenu geografsku irinu. Na slici 10 prikazan je dijagram putanje Sunca (na kome se moguoitati uglovi poloaja Sunca) se severnu geografsku irinu od 45o.


22/59

22

Slika 10 Dijagram putanje Sunca za 45oSG

SUNEVO ZRAENJE I FIZIKA SVOJSTVA ATMOSFERE

Propustljivost atmosfere za Sunevo zraenje zavisi od njene zamuenosti, usled egadolazi do gubitka u energiji direktnogSunevog zraenja. Gubici nastaju usled:

- sudara Sunevih zraka sa molekulima O2, N2, vodene pare i esticama praine(kada najvie oslabe zraci manjih talasnih duina - ultraljubiasto zraenje),

- selektivne apsorpcije Sunevih zraka od strane troatomnih gasova (najvie CO2ivodene pare H2O) kada slabe ili se potpuno gube zraci iz crvenog dela sprektravidljivog zraenja i infracrvenog dela spektra.

Ovi gubici su utoliko vei ukoliko zraci prolaze dui put kroz atmosferu (npr. kada jeSunce blie horizontu). Deo energije Sunca koji je apsorbovan u atmosferi dolazi opet do Zemljeu vidu difuznog zraenja neba. Difuzno zraenje varira u toku dana i zavisi od:

- visine Sunca,- vremenskih prilika,


23/59

23

- intenziteta oblanosti,- zagaenosti vazduha esticama neistoa.

Globalnim zraenjem se naziva zbir direktnog i difuznog Sunevog zraenja kojedospeva na Zemljinu povrinu na horizontalnu ravan.

ematski prikaz prolaza Sunevog zraenja kroz atmosferu prikazan je na slici 11.

Refleksija Sunevih zraka na povrini Zemlje nastaje od ukupnog zraenja koje dospe naZemljinu povrinu. Jedan deo se apsorbuje, a jedan deo se reflektuje. Odnos zraenja koji sereflektuje i energije koja dospeva na zemlju nazova se albedo. Najvee vrednosti albeda imaju

povrina snega i mirna vodena povrina.

Sunce

PrainaO , H O,CO2 2 2

D

DN

E

R

I

I=D+Ddif= D+R+N+E

Oznake:

D - direktno zraenje

Ddif- difuzno zraenje

N - zraenje neba

R - reflektovano zraenje

E - emisija Zemljinepovrine

I - energija zraenjakoju prima neka

povrina

Slika 11 ematski prikaz prolaza Sunevog zraenja kroz atmosferu

Linke uvodi faktor zamuenosti atmosfere i koristi pojam vazdune mase. Pod jedinicomvazduene mase podrazumeva se debljina vazdunog sloja koja odgovara zenitalnom poloajuSunca u mestu na nivou morske povrine. Odreena vrednost vazdune mase oznaava duinu

puta koji treba da preu Sunevi zraci kroz atmosferu, u odnosu na jedininu masu, kojaodgovara najkraem moguem putu. Vrednost vazdune mase na nivou morske povrine zavisi

od:- ugla visine Sunca,- geografske irine i- doba dana.

Meutim, vrednost vazdune mase zavisi i od nadmorske visine mesta, pa tako planinskipredeli imaju manje vrednosti vazdune mase.

Po Linkeu, faktor zamuenosti atmosfere pokazuje koliko puta treba uveati duinu putakoju Sunevi zraci treba da preu kroz sasvim istu i suvu atmosferu, da bi oslabili onolikokoliko oslabe pri prolasku kroz stvarnu, zamuenu atmosferu. Zamuenost atmosfere se menja

tokom godine. Leti je najvea, jer je vee isparavanje vode sa Zemljine povrine, ima viepraine u vazduhu i izraenija su verzikalna strujanja vazduha, koja prainu podiu u vie slojeve


24/59

24

atmosfere. Faktor zamuenosti daje se po mesecima u godini za neko mesto. Za Beograd sevrednosti kreu od 4,5 u julu mesecu do 3 u decembru (srednje mesene vrednosti).

PRODOR SUNEVIH ZRAKA KROZ STAKLO

Sunev zrak koji dospeva na spoljnu povrinu stakla delimino se reflektuje, apsorbuje iproputa:

1 dar

Odnos energija zraenja koje se reflektuje, apsobuje i propusti zavisi od:

1. Upadnog ugla Sunevih zraka i2. Vrste stakla.

Spoljanje zraenjei prelaz toplote

Unutranje zraenjei prelaz toplote

Proputenozraenje

Upadniugao

Reflektovanozraenje

Direktnozraenje

apsorpcija

apsorpcija

Slika 12 Bilans toplote Sunevogzraenja za prozorsko staklo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Upadni ugao ( o)

R,A,D

(%)

D

R

A

Slika 13 Odnos propustljivosti D, apsorpcije A irefleksije R direktnog Sunevog zraenja za obino

staklo debljine 3 mm

Upadni ugao se menja za odreenu geografsku irinu i zavisi od:

- doba godine,- doba dana i- orijentacije prozora.

Za upadne uglova koji su manji od 40o, propustljivost D je skoro konstantna i iznosi 87%.apsorbovani deo energije skoro i da ne zavisi od upadnog ugla i iznosi oko 6%. U unutranjost

prostorije se konvekcijom i zraenjem prenosi priblino 1/3 apsorbovane energije.

Za difuzno zraenje propustljivost, apsorpcija i refleksija su konstantne veliine koje nezavise od upadnog ugla (difuzno zraenje je raspreno zraenje i prostire se u svim pravcima) iiznose: D = 0,79, A = 0,06 i R = 0,15.

Za specijalna ostakljenja (apsorpciono, refleksiono staklo) oblik krivih na slici 13 moebiti potpuno drugaiji. Poznatiji proizvoai stakla imaju ove dijagrame za svoja stakla.


25/59

25

5 AKUMULACIJA TOPLOTE U ZIDOVIMA

Sunevi zraci koji prodru u prostoriju kroz staklo prozora i dospeju na zidove sedelimino apsorbuju (aI) a delimino reflektuju (rI). Apsorbovani deo energije zagreva povrinuzida, tako da dolazi do:

- konvektivnog prelaza toplote na sobni vazduh- provoenje toplote u unutranjost zida.

Deo energije Sunevog zraenja koji se provodi ka unutranjosti zida nazivamoakumulisanom toplotom, dok deo koji se preda vazduhu prostorije usled konvekcije predstavljatoplotno optereenjeod Sunevog zraenja koje je potrebno eliminisati iz prostorije.

Na slici 14 prikazana je raspodela Sunevog zraenja koja dospe kroz prozor naunutranje zidove prostorije.

Slika 14 Raspodela Sunevog zraenja koja dospe kroz prozor na unutranje zidove prostorije

Ako bi se u obzir uzeo dobitak od Sunevog zraenja kroz prozor, a ne toplotnooptereenje, onda bi hladnjak u klimatizacionom postrojenju bio predimenzionisan.

Matematiki model prenosa toplote od Sunevog zraenja kroz prozor uvodi sledeepretpostavke:

1. Klimatizovane prostorije koje razdvaja unutranji zid imaju jednaku i konstantnutemperaturu;

2. Obe strane zida apsorbuju jednake koliine Sunevog zraenja;3. Unutranji zid je homogen;

4. Sunevo zraenje koje apsorbuje svaka strana zida dato je trigonometrijskomfunkcijom:

)(sin)(sin)( DDDddd IIfF (15)

gde su:

Id, ID - maksimalno difuzno, odnosno direktno zraenje Sunca, - vreme u toku dana,d, D - vreme poetka difuznog, odnosno direktnog zraenja,

f - deo ukupnog zraenja koji apsorbuje jedinica povrine posmatranog zida.

5. Provoenje toplote se odvija u pravcu normale na zid;6. Debljina zida je 2 .


26/59

26

Slika 15 Susedne klimatizovane prostorije Slika 16 Bilans na povrinama unutranjeg zida

Slika 17 Raspodela Sunevog zraenja koje dospeva na obe povrine unutranjeg zida

Polazi se od Furijeove jednaine prostiranja toplote:

2

2

x

ta

t

(16)

Granini uslovi se dobijaju iz toplotnog bilansa i uslova simetrinosti:

)()( 0 Fttx

txi

(17)

0

xxt

(18)

Poetni uslov je: temperatura unutranjeg zida pre poetka Sunevog zraenja jednaka jetemperaturi unutranjeg vazduha klimatizovanih prostorija:

consttxt id ),( (19)

Reenje jednaine (16) dobija se u vidu beskonanog reda. Reenje se trai za svakustranu sveta posebno i za svaki period Sunevog zraenja (od prvog do etvrtog perioda).


27/59

27

Na slici 18 prikazana je temperatura zida na povrini (x=0) i u unutranjim slojevima, ana slici 19 temperatura povrina zidova razliitih debljina.

Slika 18 Temperatura zida na povrini (x=0) i u unutranjim slojevima

Slika 19 Temperatura povrina zidova razliitih debljina

Za unutranje slojeve zida je karakteristino:

1. Maksimalna temperatura se javlja kasnije - fazni pomeraj i2. Maksimum temperature u unutranjosti je manji - smanjenje amplitude.

to je unutranji zid deblji temperatura na povrini zida je nia jer je izraenijaakumulacija toplote, odnosno vie se toplote provodi ka unutranjosti zida. S obzirom datoplotno optereenje obuhvata samo onu koliinu toplote koja zagreva sobni vazduh, potrebno jereenja Furijeove jednaine nai na povrini zida, pa je onda toplotno optereenje prostorije od

proputenog Sunevog zraenja:

)()( 0 ix ttq (20)

Reenje Furijeove jednaine daje tane vrednosti temperatura zida u toku dana, ali jepotrebno znati:

1. Koliinu Suneve energije koja dospeva na zid

2. Tano odreen koeficijent apsorpcije zida

3. Termo-fizike karakteristike zida.


28/59

28

KOEFICIJENTI AKUMULACIJE TOPLOTE

Kada su u pitanju dobici toplote, njih je relativno lako odrediti (izraunati), ali je mnogotee odrediti toplotno optereenje prema kome se dimenzionie postrojenje za klimatizaciju.Dobici toplote, koji predstavljaju polazni podatak za raunanje toplotnog optereenja, zavise odmnogo veliina u samoj prostoriji (mase zidova i poda, materijala zidova, geometrije prostorije,itd.) S obzirom da je preraunavanje dobitaka toplote u toplotno optereenje prilinomatematiki sloeno i obimno, nije pogodno da se vri za svaki konkretan sluaj prorauna. Zatose problem reava uvoenjem koeficijenata akumulacije toplote.

Po definiciji koeficijent akumulacije toplote je odnos izmeu trenutnog toplotnogoptereenja i maksimalne vrednosti dobitaka toplote:

max,

)()(

dob

opt

Q

Qs

Za odreene, karakteristine tipove prostorija odreene su sloenim detaljnimmatematikim modelom krive toplotnog optereenja za zadatu krivu dobitaka toplote i na osnovutih prorauna su odreeni koeficijenti akumulacije toplote za odreene tipine sluajeve.

Strogo uzevi, naziv koeficijent akumulacije toplote je potpuno pogrean, jer on nepokazuje akumulisanu toplotu, ve sasvim suprotno - deo toplotnog dobitka koji predstavljatrenutno toplotno optereenje. Naziv potie od striktnog prevoda sa nemakog i engleskog jezika(wrmespeicher, heat storage factor), mada se u novijoj amerikoj literaturi koristi nazivfaktortoplotnog optereenja(cooling load factor) to i jeste njegova fizikalna sutina.

Domen promene koeficijenta akumulacije toplote za referentni sluaj najvie zavisi odtipa gradnje; tako se vrednosti koeficijenta akumulacije uzimaju iz tablica za najpribliniji sluaji rauna se toplotno optereenje:

)()( max, sQQ dobopt

Ovaj koncept koriste skoro sve u svetu poznate metode prorauna toplotnog optereenjaklimatizovanih prostorija, izuzev TFM (Transfer Function Method), ali ga koriste ak i metodekoje su izvedene iz TFM, kao i najnovije metode bazirane na bilansu toplote za svaku povrinu u

prostoriji.

TOPLOTNO OPTEREENJE OD SUNEVOG ZRAENJA KROZ PROZORrauna se prema jednaini:

)()()()( max,maxmax, sbIFFaIFsQQ difososdob (21)

gde je:

osF - osunana povrina stakla prozora,

F - ukupna povrina stakla prozora,

maxI - ukupni intenzitet Sunevog zraenja za posmatranu orijentaciju proputen kroz

jednostruko obino staklo debljine 3 mm,

max,difI - intenzitet difuznog Sunevog zraenja proputen kroz jednostruko obino staklo

debljine 3 mm,a - korekcija za zamuenost atmosfere,

b - koeficijent propustljivosti stakla prozora i zastora za Sunevo zraenje u odnosuna jednostruko obino staklo,)(s - koeficijent akumulacije toplote od Sunevog zraenja.


29/59

29

Koeficijent akumulacije toplote od Sunevog zraenja bira se u zavisnosti od:- vrste gradnje (akumulacione sposobnosti graevinskog omotaa prostorije),- orijentacije prozora,- doba godine i- doba dana.

Na slici 20 prikazani su koeficijenti akumulacije toplote od Sunevog zraenja zarazliite tipove gradnje i dve orijentacije prostorije.

Juna orijentacija

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 2 4 6 810

12

14

16

18

20

22

24

vreme (h)

Koe

f.a

kumu

lac

ije(-)

Laki

Srednji

Teki

Severna orijentacija

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 2 4 6 810

12

14

16

18

20

22

24

vreme (h)

Koef.akumulacije(-)

Laki

Srednji

Teki

Slika 20 Uticaj tipa gradnje na koeficijente akumulacije toplote od Sunevog zraenja

Tip gradnje odreuje se prema masi graevinskog omotaa prostorije koja se raunaprema jednaini:

A

GGG

is 2

1

(22)

gde je:

sG - masa spoljnih zidova, poda i tavanice (za prostorije na poslednjem spratu)

iG - masa unutranjih zidova i meuspratnih konstrukcija,

A - povrina poda prostorije.

Ako je akumulaciona masa zidova prostorije veoma mala, gotovo zanemarljiva (izuzetnolaka konstrukcija, npr. staklena bata, montana hala...) onda trenutni dobici toplote

predstavljaju toplotno optereenje:

bIFFaIFQQ difosukosdob )())(()()()()( (23)


30/59

30

6 TOPLOTNO OPTEREENJE SA PRODUENIM EFEKTOM AKUMULACIJE

Za analizu produenog efekta akumulacije toplote posmatraemo neki prosean dan izdueg perioda rada klimatizacionog postrojenja. Razlikujemo dva sluaja:

a) Masa zidova prostorije je mala, pa se akumulisana toplota brzo oslobaa i nemauticaja na toplotno optreenje narednog dana (slika 21).

A - akumulisana koliina toploteB - osloboena koliina toplote

Slika 21 Tok dnevnih tolotnih optereenja pri malom efektu akumulacije

b) Masa zidova prostorije ima vei stepen akumulacije, pa akumulisana toplotaostaje dui period vremena u zidovima prostorije i utie na poveanje toplotnogoptereenja narednog dana (slika 22).

A - akumulisana koliina toploteB - osloboena koliina toploteC,D - ostaci akumulisane toplote od prethodnog dana

Slika 22 Tok dnevnih tolotnih optereenja pri veem efektu akumulacije

Jo izraeniji uticaj akumulacije javlja se u prostorijama gde klimatizacija radi sadnevnim prekidima (kao to su poslovne prostorije - npr. ukljuuje se ujutro u 6 h a iskljuuje u20 h) to je prikaazano na slici 23.

A - akumulisana koliina toploteB - osloboena koliina toploteC - toplota koja ostaje akumulisana u toku prekida rada postrojenja

D - prethodno akumulisana toplota koja se oslobaa narednog dana


31/59

31

Slika 23 Tok dnevnih tolotnih optereenja pri radu klimatizacionog postrojenja sa prekidom

Kada se postrojenje iskljui, temperatura vazduha u prostoriji brzo poraste, pa vie nepostoje uslovi za razmenu toplote pri konvekciji, tako da akumulisana toplota u zidovima tuostaje sve do ponovnog ukljuenja postrojenja narednog dana, kada se sniava temperatura

vazduha u prostoriji i ponovo uspostavljaju uslovi za prelaz toplote sa povrine zidova na vazduhu prostoriji. Narednog dana, prilikom ukljuenja postrojenja za klimatizaciju, osim zaostaleakumulisane toplote javljaju se novi dobici i novo toplotno optereenje. Sve to rezultuje

poveanim toplotnim optereenjem u trenutku ukljuivanja klimatizacionog postrojenjanarednog dana.

Na slici 24. prikazan je tok toplotnog optereenja prostorije orijentisane ka jugu zarazliite reime rada klimatizacije - bez prekida i sa razliitom duinom prekida.

0

200

400

600

800

10001200

1400

1600

0 816

24

32

40

48

56

64

72

80

88

96

104

112

120

128

136

144

152

160

168

Vreme (h)

Top

lotnoop

tereenje

(W)

8-16h 6-22h 0-24hJUG

Slika 24 Tok dnevnih tolotnih optere

enja pri razli

itim reimima rada klimatizacionogpostrojenja

TOPLOTNO OPTEREENJE TRANSMISIJOM TOPLOTE KROZ PROZOR

S obzirom da su prozori sainjeni preteno od tankih staklenih povrina i da imaju maliotpor provoenju toplote, smatra se da ne postoji akumulacija toplote u prozorima i da je prolaztoplote kroz prozore takorei trenutan. Zbog toga se toplotno opterenje transmisijom toplotekroz prozor rauna za posmatrani vremenski trenutak sa trenutnom razlikom temperaturaspoljnjeg i unutranjeg vazduha:

))(()( iep ttFkQ (24)


32/59

32

gde je:

pk - koeficijent prolaza toplote kroz prozor,

F - povrina prozora (graevinskog otvora),

et () - temperatura spoljnjeg vazduha,

it - temperatura vazduha u prostoriji.

INFILTRACIJA SPOLJNJEG VAZDUHA

Infiltracija spoljnjeg vazduha u klimatizovanim prostorijama je, po pravilu, znatno manjanego u prostorijama koje imaju neki od uobiajenih sistema grejanja. est je sluajklimatizovanih zgrada u kojima su prozori fiksni i ne otvaraju se - tada je propustljivost procepazanemarljiva.

U sluaju kada dolazi do infiltracije spoljnog vazduha, posebno se rauna latentno i suvotoplotno optereenje usled infiltracije:

))((, iepsINF ttcVQ

(25)

))((, ielatINF xxrVQ

(26)

TOPLOTNO OPTEREENJE OD UNUTRANJIH IZVORA

Toplotno optrereenje koje potie od unutranjih izvora toplote esto nadmauje toplotnooptereenje od spoljnih izvora. Unutranji izvori toplote su:

- ljudi,- osvetljenje,- maine i aparati,- susedne neklimatizovane prostorije,- tehnoloki procesi (u industriji).

TOPLOTA KOJU ODAJU LJUDI

Toplotno optereenje od ljudi je uvek prisutno, s obzirom da se komforna klimatizacija

uvek uvodi zbog prisustva ljudi u prostorijama, da bi se obezbedili uslovi ugodnosti. Toplotakoju odaju ljudi moe biti veoma znaajna kada se radi o prostorijama u kojima boravi velikibroj ljudi, kao to su: bioskopi, pozorita, sportske dvorane, itd.

n

nljlj qQ1

,

ali se razdvaja osetna (suva) i latentna toplota koju ljudi odaju:

sljslj qnQ ,,

latljlatlj qnQ ,, (27)

gde je:


33/59

33

n - broj ljudi koji boravi u prostoriji

ljq - koliina toplote koju odaje jedan ovek pri datim uslovima.

Prema veini metoda za proraun toplotnog optereenja klimatizovanih prostorija neuzima se koeficijent akumulacije toplote od ljudi, ve se toplota koju odaje ovek smatra

trenutnim toplotnim optereenjem, odnosno smatra se da se celokupno odata suva toplota predajevazduhu prostorije. Po novom ASHRAE standardu usvaja se koeficijent toplotnog optereenjaod ljudi CLF (Cooling Load Factor), to ima smisla kada u prostoriji boravi mali broj ljudi koji

predaju toplotu zraenjem prema okolnim povrinama u prostoriji. Meutim, kada u prostorijiboravi vei broj ljudi, onda bi trebalo uzeti u obzir meusobno razmenjenu toplotu zraenjemizmeu ljudi.

TOPLOTNO OPTERENJE OD OSVETLJENJA

Svetiljke odaju toplotu zraenjem i prelazom toplote na vazduh u prostoriji. Usledpredaje toplote zraenjem javlja se efekat akumulacije toplote u podu i zidovima prostorije,slino kao kod Sunevog zraenja.

Na slici 25 prikazan je tok toplotnog optereenja od osvetljenja za neprekidan radklimatizacionog postrojenja.

Slika 25 Tok toplotnog optereenja od osvetljenja za neprekidan rad klimatizacionog postrojenja

Dobici toplote od osvetljenja su konstanti sve vreme rada osvetljenja, od trenutkaukljuenja 1 do trenutka iskljuenja 2. Povrina A na dijagramu predstavlja akumulisanutoplotu u zidovima i podu prostorije, a povrina B je naknadno odata toplota, koja se odaje odtrenutka iskljuenja osvetljenja 2 pa sve do nekog trenutka 3. Ukoliko prethodno akumulisanatoplota (povrina A) uspe da se u potpunosti oslobodi pre ponovnog ukljuenja osvetljenja, onda

je naknadno osloboena toplota (povrina B) koja predstavlja toplotno optereenje po iskljuenjuosvetljenja jednaka prethodno akumulisanoj toploti (A = B, iz bilansa toplote).

Ako je osvetljenje neprekidno ukljueno, dobici toplote i toplotno optereenje seizjednaavaju pa je i toplotno optereenje konstantno, i tada efekat akumulacije toplote ne dolazido izraaja.

Kada klimatizaciono postrojenje radi sa prekidom, onda se sva akumulisana toplota ne

prenosi na sobni vazduh, vedeo akumulisane toplote ostaje u zidovima i oslobaa se narednogdana, kada se toplotno optereenje poveava (slika 26).


34/59

34

Slika 26 Tok toplotnog optereenja od osvetljenja u sluaju rada klimatizacionog postrojenja saprekidom

Ako se klimatizacija iskljui u trenutku 4, onda se akumulisani deo toplote A ne moe

preneti na sobni vazduh, pa dolazi do produenog efekta akumulacije toplote i poveanjatoplotnog optereenja sledeeg dana, kada se klimatizaciono postrojenje ponovo ukljuuje.

Ako se klimatizacija ranije iskljui, npr. u trenutku 3, onda vea koliina toplote (A+B)podlee efektu produene akumulacije toplote.

Praktino raunanje toplotnog optereenja od osvetljenja vri se pomou koeficijenataakumulacije:

)()( max, BdobB sQQ (28)

odnosno kada se zameni izraz za dobitke toplote od osvetljenje

)()( 21 BB sllPQ (29)

gde je:

P - ukupna instalisana snaga svetiljki u prostoriji,l1 - koeficijent jednovremenosti ukljuenja osveteljenja (odreuje se u saradnji sa

projektantom elektrinih instalacija)l2 - koeficijent ostatka toplote kod provetravanih svetiljki

)(Bs - koeficijent akumulacije toplote od osvetljenja.

Koeficijent l2pokazuje koji deo instalisane snage svetiljke optereuje vazduh prostorijepri stalnom ukljuenju osvetljenja. Prema VDI normama, razlikuju se tri osnovna nainaprovetravanja svetiljki:

1. Provetravanje kroz svetiljku vazduh opstrujava svetiljku po celoj duini;


35/59

35

2. Provetravanje cirkulacijom vazduha oko svetiljke vazduh opstrujava zatvoreno telosvetiljke. Cev svetiljke se ne hladi direktno vazduhom za provetravanje;

3. Delimino provetravanje kroz svetiljku na gornjoj strani svetiljke se nalazi otvor zaizvlaenje vazduha. Samo deo cevi svetiljke koji se nalazi u blizini otvora bie

prinudno opstrujavan vazduhom za provetravanje.

Osim od naina provetravanja svetiljki, koeficijent l2zavisi i od:

- protoka vazduha za provetravanje (m3/h)- naina odvoenja vazduha iz prostorije (kroz plenum, neizolovane ili izolovane

kanale).

Koeficijent akumulacije toplote od osvetljenja uzima u obzir da svetiljke nisu ukljuene24 h tokom dana. to je vreme ukljuenosti svetla krae efekat akumulacije toplote je izraeniji.

Koeficijenti akumulacije toplote zavise od:

- mase zidova i poda prostorije;- poloaja svetiljki, koji utie na koliinu toplote koja se preda pri konvekciji

svodi se na dva sluaja: slobodno obeene svetiljke i svetiljke u tavanici iliugraene na samoj tavanici;

- vremenskog perioda ukljuenosti osvetljenja; sa porastom duine trajanjaukljuenosti, vrednosti koeficijenata akumulacije toplote od osvetljenja se

pribliavaju jedinici. Usvaja sesB= 1 kada je osvetljenje ukljueno 20 ili vie satiu toku dana.

TOPLOTNO OPTEREENJE OD MAINA U PROSTORIJI

Obino se u praksi smatra da je disipacija toplote od rada elektrine maine jednakainstalisanoj snazi maine i da se predaje vazduhu prostorije, tako da ini toplotno optereenje:

elM PQ (30)

Ako se u prostoriji nalazi vie maina, onda se toplotno optereenje optereenje raunakao:


36/59

36

21

aa

NQ iM

(31)

gde je:

Ni - instalisana snaga i-te maine, - srednji stepen iskorienja motora,a1 - koeficijent optereenja i-te maine u posmatrano vreme,a2 - koeficijent jednovremenosti ukljuenosti maina.

TOPLOTNO OPTEREENJE OD SUSEDNIH PROSTORIJA

Toplota koja se transmisijom prenese u prostoriju od susednih neklimatizovanihprostorija (kroz pod, zidove, tavanicu, vrata...) predstavlja toplotno optereenje od susednihprostorija:

iiiR tFkQ (32)

gde je:

ki - koeficijent prolaza toplote kroz i-tu pregradu,Fi - povrina posmatrane pregrade,

it - razlika temperatura vazduha neklimatizovane prostorije i vazduha klimatizovane

prostorije.

Ukupno toplotno optereenje prostorije je zbir trenutnih toplotnih optereenja od sviizvora toplote:

GRMBLJTSZieukup QQQQQQQQQQQ (33)


37/59

37

7 ODREIVANJE KOLIINE VAZDUHA ZA KLIMATIZACIJU

U vazdunim sistemima klimatizacije, u kojima je vazduh jedini radni fluid, koliinavazduha koja se koristi za klimatizaciju prostorija odreuje se na osnovu tri kriterijuma:

- gubitaka toplote u zimskom periodu;

- toplotnog optereenja u letnjem periodu;- potrebne koliine vazduha za provetravanje (ventilaciju).

Provetravanje (ventilacija) obavlja se sveim (spoljnim) vazduhom. Potrebna koliinasveeg vazduha diktirana je uslovima obezbeivanja kvaliteta vazduha u zatvorenim

prostorijama. U komfornoj klimatizaciji zadatak klimatizacionog postrojenja je da ostvaripovoljne uslove za disanje i eliminie stvorene mirise i neistoe. Koliina sveeg vazduha moeda se odredi jednim od sledeih naina:

- preko obroka po oveku;- preko dozvoljene koncentracije zagaivaa;- preko broja izmena vazduha na sat.

OBROK SVEEG VAZDUHA PO OVEKU

Ovaj metod primenjuje se u komfornoj klimatizaciji gde su ljudi osnovni, a esto i jedinizagaivai. Zadatak ventilacije je da se obezbede odgovarajui uslovi za disanje, odnosno, uirem smislu, povoljni uslovi za ugodan boravak ljudi u zatvorenom prostoru. Preporuenevrednosti sveeg vazduha po oveku iznose:

- 20 do 30 m3/h ako se u prostoriji ne pui;- 30 do 40 m3/h ako je u prostoriji dozvoljeno puenje.

Navedene vrednosti obroka sveeg vazduha po oveku su minimalne. Ako se ima u viduda je osnovni zadatak klimatizacije da stvori povoljne klimatske uslove u kojima e se ljudiugodno oseati, razumljivo je da su prethodno navedene koliine sveeg vazduha esto bileuveavane. Treba imati na umu da koliina sveeg vazduha direktno utie i na investicione i naeksploatacione trokove. Posle energetskih kriza 70-tih godina prolog veka, kao jedna odefikasnih mera za smanjenje potronje energije u klimatizacionim postrojenjima bila jesmanjenje koliine sveeg vazduha. U traganju za minimalno potrebnom koliinom sveegvazduha, ponekad se ilo u drugu krajnost, pa je u praksi bilo klimatizovanih objekata sa vrloloim kvalitetom vazduha. Nedovoljan kvalitet vazduha izazivao je niz zdravstvenih problema(glavobolja, munina, alergija, oseaj suvoe u disajnim putevima, crvenilo oiju i dr.). ak jeuveden i poseban termin za stanje ovih zgrada - sindrom bolesnih zgrada (Sick Building

Syndrom). Uraen je i veliki broj istraivakih projekata na temu kvaliteta unutranjeg vazduha(Indoor Air Quality) tako da se moe konstatovati da je ovaj problem reen.

U izvesnim sluajevima moe dosta da se odstupa od prethodno navedenih preporuenihvrednosti za obrok sveeg vazduha po oveku:

- u sklonitima se rauna sa koliinom sveeg vazduha 6 m3/h po oveku u normalnomreimu korienja, a 2,5 m3/h po oveku u zatitnom reimu rada;

- kancelarije modernih poslovnih zgrada obino se rade sa 50 m3/h sveeg vazduha pooveku;

- u hotelima visoke kategorije radi se sa 100 i vie m3/h sveeg vazduha po oveku.


38/59

38

MAKSIMALNA DOZVOLJENA KONCETRACIJA ZAGAIVAA MDK

Ovaj kriterijum za odreivanje koliine sveeg vazduha za ventilaciju obino seprimenjuje u industrijskim objektima u kojima su definisani izvori zagaenja (po vrstizagaivaa i intenzitetu zagaivanja). Ventilacijom treba obezbediti onu koncentraciju tetnih

materija u vazduhu koja nee tetno delovati na oveka, tj. nee izazvati trovanje, eksploziju ilipoar. Otpadnim vazduhom izvlae se zagaivai iz prostora, a ubacivanjem sveeg vazduhakoncentracija zagaivaa u vazduhu se smanjuje dok ne bude manja od maksimalno dozvoljene

MDK.

Potrebna koliina vazduha za ventilaciju odreuje se iz bilansa zagaivaa:

maxkVKkV s gde je:

V [m3/h] potrebna koliina sveeg vazduha za ventilacijuks[m

3/m3] koncentracija odreenog zagaivaa (zbog koga se vri ventilacija) u sveemvazduhu

kmax [m3/m3] maksimalna dozvoljena koncentracija (MDK) odreenog zagaivaa uventilisanoj (klimatizovanoj) prostoriji

K [m3/h] asovno zagaenje od izvora u prostoriji

Minimalan asovni protok sveeg vazduha za ventilaciju iznosi:

skk

KV

max

Jedinice za merenje i izraavanje koncentracije zagaivaa su mg/m3 ili ppm (parts permillion = cm3/m3). Maksimalne dozvoljene koncentracije zagaivaa (MDK) usvajaju se prema

preporukama Instituta za zatitu zdravlja (tabela 1). Navedene vrednosti su podlonepromenama, i pri svakoj promeni, po pravilu, Zakonodavac ih pootrava u cilju bolje zatitezdravlja radnika.

Tabela 1 MDK vrednostiZagaiva ppm mg/m3

aceton 1000 2400amonijak 50 35fluor 0,1 0,2hlor 0,5 1,5

naftalin 10 50nikotin 0,07 0,5ozon 0,1 0,2sumpordioksid 2 5ugljendioksid 5000ugljenmonoksid 50

Vrednosti navedene u tabeli 1 predstavljaju tzv. maksimalno dozvoljene trajnekoncentracije kojima radnici mogu biti izloeni tokom celokupnog radnog vremena. Postoje ikratkotrajne dozvoljene koncentracije zagaivaa na radnom mestu, ali je njihovo vreme trajanjaogranieno.


39/59

39

BROJ IZMENA VAZDUHA NA SAT

Broj asovnih izmena vazduha u prostoriji predstavlja odnos koliine sveeg vazduhakoja se uvodi u prostoriju u toku jednog sata i zapremine prostorije:

prost

vazd

V

Vn [1/h]

Preporueni broj izmena vazduha na sat zavisi od:- namene prostorije;- vrste zagaivaa;- veliine (zapremine) prostorije.

Odreivanje koliine sveeg vazduha za klimatizaciju (ventilaciju) prema broju izmenavazduha na sat koristi se kadgod izvori zagaenja nisu dovoljni definisani. Takoe, koristi se ikao kontrolni metod kada se koliina sveeg vazduha za ventilaciju odreuje nekim drugimmetodom. Preporuene vrednosti broja izmena vazduha za tipine namene prostorija date su u

tabeli 2.Tabela 2 Broj izmena vazduha na satNamena objekta n [1/h]toaleti (u stanovima, ustanovama, javni) 4 6 15kupatila 4 6

biblioteke 3 5kancelarije 3 6farbare 5 15lakirnice (prostorije za prskanje bojom) 20 50garae 4 5

robne kue 4 6bolnice (zavisno od odeljenja) 3 20laboratorije 8 15 (25)komercijalne kuhinje 15 20zatvoreni bazeni 3 6

Treba napomenuti da se broj izmena vazduha na sat esto navodi ne prema koliinisveeg vazduha, nego prema ukupnoj koliini vazduha koja se izvlai ili ubacuje u prostoriju(sve + recirkulacioni). Broj izmena vazduha u prostoriji definisan na ovaj nain ukazuje nakvalitet ispiranja prostorije pripremljenim vazduhom. Broj izmena vazduha na sat odreen prema

ukupnoj koliini vazduha koji se dovodi klimatizovanoj prostoriji moe biti viestruko vei odbroja izmena sveeg vazduha. Na primer, u prostorijama sa laminarnom ventilacijom, ukupanbroj izmena vazduha moe biti i do 600 1/h.

ODREIVANJE KOLIINE VAZDUHA PREMA ZIMSKOM REIMU

Potrebna koliina vazduha za zimske projektne uslove:

zp

g

unubp

gz tC

Q

ttC

QV

3600

)(

3600

gde je:

Vz[m

3

/h] koliina vazduha za klimatizacijuQg[W] toplotni gubici prostorijeCp[J/kgK] specifini toplotni kapacitet vazduha[kg/m3] gustina vazduha


40/59

40

tub[oC] temperatura vazduha koji se ubacuje u klimatizovani prostor

tun[oC] temperatura u prostoriji

tz[oC] razlika temperature ubacnog i vazduha u prostoriji

Temperatura vazduha koji se u zimskom periodu ubacuje u klimatizovani prostor zavisi

od:- namene prostorije;- visine prostorije;- predvienog sistema klimatizacije.

U komfornoj klimatizaciji obino se usvaja temperatura vazduha 30 do 40oC, dok uindustrijskoj moe da bude i via (do 50oC).

ODREIVANJE KOLIINE VAZDUHA PREMA LETNJEM REIMU

Potrebna koliina vazduha za letnje projektne uslove:

Lp

optt

ubunp

opttL tC

QttC

QV

... 3600)(

3600

gde je:VL [m

3/h] koliina vazduha za klimatizacijuQt.opt[W] toplotno optereenje prostorijeCp[J/kgK] specifini toplotni kapacitet vazduha[kg/m3] gustina vazduhatub[

oC] temperatura vazduha koji se ubacuje u klimatizovani prostortun[

oC] temperatura u prostorijitL[

oC] razlika temperature vazduha u prostoriji i ubacnog vazduha

Temperatura klimatizovanih prostorija leti obino se usvaja 22 do 28oC, pri emu unaim klimatskim uslovima najee se projektuje na 26oC. Radi postizanja odgovarajuihuslova ugodnosti, uobiajeno se usvaja da je tL= 4 do 12

oC. Na izbor projektne temperatureubacnog vazduha leti najvie utie izabrani sistem klimatizacije. to je manja temperaturskarazlika izmeu temperature u prostoriji i temperature vazduha koji se ubacuje u klimatizovani

prostor, termiki uslovi ugodnosti bie bolji, ali se poveava koliina vazduha koja mora da sedovodi u prostoriju.

USVAJANJE UKUPNE KOLIINE VAZDUHA

Merodavna koliina vazduha za klimatizaciju u vazdunim sistemima je najvea vrednostkoliine vazduha odreena prema zimskim i letnjim projektnim uslovima, kao i za potrebeventilacije:

},,max{ svLzuk VVVV

Ukoliko je od ove tri koliine vazduha najvea koliina sveeg vazduha, onda se usvajada je ukupna koliina vazduha za klimatizaciju prostorije jednaka koliini (protoku) sveegvazduha. U tom sluaju sistem radi sa 100% sveim vazduhom. Takoe, potrebno je izvritikorekciju temperature ubacivanja vazduha u letnjem i zimskom reimu rada jer je poveanakoliina vazduha u odnosu na minimalno potrebnu da bi se eliminisalo toplotno optereenje leti,

odnosno nadoknadili gubici toplote zimi (i tz i tL e se smanjiti u odnosu na prvobitnousvojene veliine).


41/59

41

Ukoliko je najvea koliina vazduha odreena prema letnjem periodu, onda se usvaja daje Vuk= VL. U ovom sluaju sistem klimatizacije e raditi sa koliinom sveeg vazduha Vsvdoke ostatak initi recirkulacioni vazduh jer se tako postie uteda energije tokom eksploatacije

postrojenja, a nii su i investicioni trokovi. Koliina recirkulacionog vazduha jednaka je:

svukrec VVV

Naravno, i u ovom sluaju potrebno je korigovati temperaturu ubacnog vazduha uzimskom periodu jer je poveana koliina vazduha, pa e tzbiti manje od prvobitno usvojenog.

Analogan postupak sprovodi se i u sluaju kada je najvea koliina vazduha odreenaprema zimskim projektnim uslovima.


42/59

42

8ELEMENTI KLIMA KOMORE

Na slici 1 dat je ematski prikaz jedne horizontalne klima komore, koja radi sa meavinomsveeg i recirkulacionog vazduha. Konstrukcija klima komore i broj i vrsta elemanata kojekomora sadri zavise od namene samog sistema za klimatizaciju (npr. da li se eli rad samo sa

sveim vazduhom, da li se eli samo hlaenje tokom letnjeg perioda, da li je potrebno vlaenjevazduha, da li se eli korienje otpadne toplote, da li je potrebno priguivanje buke i vibracija,itd.).

Osnovni elementi klima komore su:

- filterska sekcija(za preiavanje vazduha koji se uvodi u sistem),

- greja(koji moe biti podeljen na predgrejai dogreja to je est sluaj kada se vrivlaenje vodom);

- hladnjak(koji najee u klimatizaciji koristi hladnu vodu kao radni fluid);

- maglena komoraza vlaenje vazduha vodom;

- ventilatorska sekcija(najee su u pitanju centrifugalni ventilatori).

Recirkulacionivazduh

Svevazduh

Menakomora

Filter

Greja

HladnjakMaglenakomora

Ventilatorskasekcija

Pripremljenvazduh

Slika 1 ematski prikaz klima komore

GREJA

Greja slui za zagrevanje vazduha u zimskom i prelaznim periodima (mada se nekadkorisiti i tokom leta). Zagrevanje vazduha se kree u granicama od -20oC do +50oC maksimalno.

U sistemu klimatizacije moe postojati jedan ili vie grejaa, to zavisi od izbora samog sistemaklimatizacije. Mesto ugradnje grejaa moe biti:

- klima komora (jedan grejaili predgrejai dogreja),- kanal pripremljenog vazduha (kanalski greja, koji je najee dogreja kod zonskih

sistema),- ureaj u prostoriji (najee dogrejakod vodenih ili vazduno-vodenih sistema; tada

se u prostoriji nalaze aparati kao to je ventilator-konvektor (fan-coil) ili indukcioniaparat).

Kao radni fluid najee se koristi topla voda. Mogu se koristiti razliiti temparaturskireimi (90/70oC, 80/60oC, 60/45oC u kanalskim dogrejaima...). Grejni fludi takoe moe biti i

vodena para niskog pritiska.

Zahtevi koje treba da ispuni grejasu:


43/59


44/59

44

u

s

us F

F

k

111- otpor prolazu toplote sa grejnog fluida na vazduh

iz

ul

izulm

tt

ttt

ln

- srednja temperaturska razlika grejnog i grejanog fluida.

Srednja temperaturska razlika zavisi od tipa strujanja koji moe biti:

1. Istosmerni tok,2. Suprotnosmerni tok i3. Unakrsni tok.

Kod grejaa se javlja kombinacija suprotnosmerno-unakrsnog toka grejnog i grejanogfluida, Tana vrednost koeficijenta prolaza toplote moe se oderediti samo eksperimentalno.Zbog navedenih razloga projektanti ne vre proraun povrine grejaa, ve taj podatak daje

proizvoana osnovu sledeih podataka:- protoka vazduha kroz greja,- temperature vazduha na ulazu i izlazu iz grejaa- temperaturskog reima grejnog fluida.

Na bazi datih podataka, odnosno uslova u kojima greja mora da radi, proizvoaodreuje:

- povrinu grejaa,- maseni protok grejnog fluida,- pad pritiska sa vodene i vazdune strane

- brzinu strujanja vazduha kroz greja.

90 Co

70 Co

Konstantan

protok

Promenljiv

protok

Slika 4a Regulacija pomou trokrakog menogventila

Regulacija odavanja toplote grejaa jekvalitativna maseni protok grejnog fluidaostaje konstantan, dok se menja temperaturatople vode na ulazu u greja:

constmw

, constt ulw ,

Regulacija se vri pomou trokrakog ventilakoji je smeten u razvodnom vodu grejaa i

koji radi kao meni u potrebnom odnosumea razvodnu i povratnu toplu vodu i na tajnain se dobija eljena temperatura vode naulazu u greja(slika 4a). Trokraki ventil moe

biti postavljen i u povratnom vodu, spojenkratkom vezom sa razvodnim (slika 4c).


45/59

45

90 Co

>70 Co

Promenljiv

protok

Slika 4b Regulacija pomou menog trokrakog

ventila i kratkom vezom

90 Co

>70 Co

Promenljiv

protok

Slika 4c Regulacija pomou trokrakog ventila u

povratnom vodu (tzv. ajnpric sistem)

HLADNJAK

Hladnjak slui za hlaenje i suenje vazduha u letnjem i prelaznim periodima.Konstruktivno se ne razlikuje od grejaa. I hladnjaci su, kao i grejai, izraeni od orebrenih cevi.Mogu se izraivati od bakarnih cevi, to je dobro zbog otpornosti na koroziju. Rebra bakarnihcevi se izrauju od aluminijuma ili bakra. Takoe se mogu izraivati od elinih cevi sa elinim

orebrenjem. Oblik rebara moe biti pravougaoni, kruni ili spiralni.

Kod hladnjaka se, u odnosu na greja, razlikuju uslovi razmene toplote:

- manja je temperaturska razlika izmeu vazduha i povrine hladnjaka

GRGRsrVsrWHLsrWsrVHL tttttt )()( ,,,,

16 25 9 80 10 70

to ima za posledicu:FHLFGR, tj. povrina hladnjaka je vea od povrine grejaaza slina toplotna optereenja leti i zimi;

- uz hlaenje se obino vri i suenje vazduha, tj. dolazi do izdvajanja vlage izvazduha koji se hladi i stvaranja kondenzata na povrini hladnjaka. To ustvariznai da se u hladnjaku odvodi i suvai latentnatoplota.

Da li e doi do izdvajanja vlage prilikom hlaenja vazduha zavisi od:

- stanja vazduha koji struji preko povrine hladnjaka (temperature take rose tTR)- temperautre povrine hladnjaka tPH.

Kada je : PHTR tt doi e do izdvajanja vlage iz vazduha prilikom hlaenja.

Prema vrsti rashladnog fluida hladnjaci se mogu podeliti na:


46/59

46

a) Hladnjake sa direktnim isparavanjem, kada je radni fluid neki od rashladnihfluida (freon, amonijak, CO2...) Tada je ispariva rashladne maine hladnjak uklima komori i tada je povrina hladnjaka na konstantnoj temperaturi kojaodgovara temperaturi isparavanja;

b) Protone hladnjake, kada je radni fluid hladna voda (ili vodeni rastvor antifrizaako su potrebne nie temperature radnog fluida). U ovom sluaju temperaturapovrine hladnjaka nije konstantna, ve se menja kako se voda zagreva odtemperature na ulazu u hladnjak do temperature na izlazu iz hladnjaka. Danas se uklima komorama preteno koristi ovaj tip hladnjaka (sa sekundarnim rashladnimfluidom). Voda potrebna za hlaenje celog objekta se priprema u rashladnojmaini. Na ovaj nain se izbegava opasnost od curenja freona u klima komori iobezbeuje centralna priprema hladne vode, ime je smanjena koliina primarnograshladnog fluida u sistemu. Meutim, rad sa sekundarnim rashladnim fluidom jetermodinamiki nepovoljniji zbog dodatnog posrednika u predaji toplote.

Prema mestu ugradnje hladnjaci se mogu podeliti na:

a) Hladnjake u klima komori, kada je hladnjak jedna od sekcija klima komore

b) Hladnjake u elementimaza doradu ili ubacivanje vazduha u prostoriju; tada seobino u hladnjacima vri samo odvoenje suve toplote bez izdvajanja vlage.

HLADNJACI KOJI RADE SA VODOM kao rashldnim fluidom obavezno koristesuprotnosmerno-unakrsno strujanje rashladnog i hlaenog fluida jer je tada vei efekat

razmenjene koliine toplote.Uobiajene temperature koje se javljaju prilikom procesa hlaenja su:

VAZDUH : Ct oulV 3526, , Cto

izV 1510,

VODA : Ct oulW 65, , Cto

izW 1211,

to daje uobiajenu vrednost Ct oW 65 .

Efekat hlaenja nekog hladnjaka moe tano da se odredi jedino eksperimentalnimputem. Ipak postoje izrazi za priblian, krajnje uproen proraun, koji pokazuje uticaj pojedinihparametara na razmenjenu koliinu toplote.

Ukupno odvedena toplota u hladnjaku jednaka je zbiru suve i latentne:

lS QQQ

msS tFQ

ml xrFQ

gde su:


47/59

47

s - koeficijent prelaza suve toplote sa vazduha na povrinu hladnjaka,

F - povrina hladnjaka,

mt - srednja temperaturska razlika rashladnog i hlaenog fluida,

p

s

c

- Luisov broj,

r - toplota promene faze (kondenzacije vlage)

mx - razlika apsolutnih vlanosti vazduha koji se hladi i zasienog vazduha na tPH,

Korienjem Luisovog zakona dobija se izraz:

p

ms

p

mms c

hF

c

xrtFQ

)( ,

gde je:

mh - srednja razlika entalpija vazduha koji se hladi i zasienog vazduha na tPH.

Ako se uvede neki fiktivni, korigovani koeficijent prelaza toplote k , koji obuhvata

prelaz i suve i latentne toplote, onda se moe napisati:

p

msmk c

hFtF

odakle sledi:

mp

msk tc h

odnosno da je sk .

U projektantskoj praksi potrebnu veliinu hladnjaka odreuje proizvoa na osnovusledeih podataka koje dostavlja projektant:

- protoka vazduha kroz hladnjak,- stanja vazduha na ulazu i izlazu iz hladnjaka (temperature i vlanosti)- temperaturskog reima hladne vode.

Na bazi datih podataka, odnosno uslova u kojima hladnjak radi, proizvoaodreuje:

- povrinu hladnjaka,- maseni protok rashladnog fluida (vode),- pad pritiska sa vodene i vazdune strane i- brzinu strujanja vazduha kroz hladnjak.

HLADNJACI SA DIREKTNIM ISPARAVANJEM rade sa primarnim rashladnimfluidom. Toplota potrebna za isparavanje rashladnog fluida oduzima se od vazduha koji strujikroz hladnjak. Smer strujanja nije bitan kao kod vodenih hladnjaka, jer je temperatura povrine

hladnjaka konstantna. Temperatura isparavanja rashladnog fluida (a samim tim i pritisakisparavanja) odreuje se iz uslova hlaenja vazduha. Analizom potrebnog hlaenja vazduha u


48/59

48

"h-x" dijagramu odreuje se i usvaja temperatura povrine hladnjaka, dok se za temperaturuisparavanja usvaja vrednost koja je za oko 3oC nia.

Temperatura isparavanja mora biti iznad 0oC, inae bi dolo do smrzavanja izdvojenevlage iz vazduha, to prouzrokuje:

- smanjenje poprenog preseka za strujanje vazduha kroz hladnjak,- smanjenje kapaciteta hladnjaka, jer se poveava otpor provoenju toplote zbog

naslage leda,- prekid rada postrojenja zbog otapanja leda.

Regulacija rashladnog uinka hladnjaka vri se kvantitativno, promenom protokarashladnog fluida, dok temperatura na ulazu u hladnjak ostaje nepromenjena:

constmw

, constt ulw , .

Zbog malih razlika temperatura vode na ulazu i izlazu iz hladnjaka kvalitativna regulacijanije dobra - bila bi jako gruba - povienjem temperature vode u razvodu za samo 1oC rezultovalo

bi smanjenjem rashladnog uinka hladnjaka za 17%. Na slici 5 prikazani su naini kvantitativneregulacije hladnjaka.

6 Co


49/59

49

9 ELEMENTI ZA VLAENJE VAZDUHA

MAGLENA KOMORA

Maglena komora je deo klima komore u kojoj se vri vlaenje vazduha vodom. Maglena komora

se sastoji od kuita od pocinkovanog lima, nerajueg elika ili nekog vetakog materijala(plastike). Donji deo maglene komore je kada za skupljanje i dopunu vode. Na jednoj stranimaglene komore nalaze se mlaznice ija je uloga rasprivanje vode u to sitnije kapi. Da bi seintenzivirao proces razmene materije (ostvarilo bolje vlaenje), potrebno je da rasprene kapivode budu jako sitne, u cilju poveanja povrine kontakta izmeu vode i vazduha. ematski

prikaz maglene komore u 3 projekcije (sa strane, frontalno i odozgo) prikazan je na slici 6.

Osnovni elementi:

1 - kada za vodu

2 - korpa na usisnoj cevi

3 - ovod za pranjenje

4 - cevni registar samlaznicama

5 - prelivna cev

6 - odvod vika vode

7 - cirkulaciona pumpa

8 - prikljuak za dolivanje

9 - plovak

10 - eliminator kapi

Slika 6 Maglena komora sa osnovnim elementima

Veina mlaznica za rasprivanje vode je sa unutranje strane obraena u obliku spirale,

pa struja vode dobija rotaciju i postie se bolje rasprivanje. Mlaznica je vezana za cevni registar(verikalne cevi koje su povezane sa horizontalnim razdelnikom). esto se stavlja zatitnamreica kako bi se spreio prodor neistoa koje mogu da zapue mlaznicu. Mlaznice se izraujuod mesinga, bronze, elika, porcelana, plastinih materijala, otvora 15 mm. Veliina rasprenihkapi vode kree se od 0,011 mm u preniku.

Kadica ima prikljuak za dolivanje vode, sa ventilom koji je povezan sa plovkom zaregulisanje nivo vode u kadi. Kada nivo vode u kadi opadne, otvara se ventil na prikljuku zadovod svee vode. Na kadi se nalazi i prelivna cev, kao i cev za pranjenje, koja je vezana zadno kade. U kadu je potopljen usisni deo cevovoda koji je zatien mreom za spreavanje

prodora neistoa. Cirkulaciona pumpa usisava vodu iz kade i alje je u cevni registar.


50/59

50

Slika 7 Eliminator kapi

Izlazni presek (a nekada i ulazni) snabdeven jeeliminatorom kapi, ija je uloga da izdvoji izstuje vazduha kapi vode koje nisu isparile.Eliminator kapi je sainjen od paralelnih ploau koje udaraju kapljice vode i slivaju se ukadu, dok struja vazduha prolazi krozeliminator (slika 7). Ploe eliminatora mogu

biti izraene od pocinkovanog lima ili odnekog vetakog materijala. Vano je da jematerijal eliminatora kapi otporan na koroziju.

Duina maglene komore je 12 m, a brzina strujanja vazduha je 23 m/s, tako da jevreme kontakta izmeu vode i vazduha neto ispod 1s. Voda u maglenoj komori se, po pravilu,

termiki ne obrauje niti se zagreva, niti se hladi.Regulacija vlaenja se moe vriti na dva naina:

1. Ukljuivanjem i iskljuivanjem pumpe (ON/OFF sistem)2. Delovanjem na ventil na dovodnoj cevi priguivanjem (pritvaranjem

ventila) smanjuje se protok vode koji dolazi do mlaznica.

Smer strujanja vazduha kroz maglenu komoru moe biti istosmeran ili suprotnosmeran(slika 8). Pri suprotnosmernom strujanju vazduha, u odnosu na pravac rasprivanja vode,ostvaruje se bolji efekat vlaenja.

vazduh

mlaznice

eliminatorkapi

a)

vazduh

eliminatorkapi

eliminatorkapi

mlaznice

b)

Slika 8 Smerovi strujanja vazduha kroz maglenu komoru: a)istosmerni, b)suprotnosmerni

Proces vlaenja vodom u maglenoj komori smatra se izentalpskim procesom (h= const)jer je entalpija vode zanemarljivo mala ( 401019,4 WWW tch kJ/kg) i ne utie bitno napravac promene stanja prilikom vlaenja (slika 9).


51/59

51

h

1

2

h=co

nst

=100%

1 - 2 proces vlaenja vodom

t1

t2

2

1

Slika 9 Proces vlaenja u h-x dijagramu

Pored maglene komore postoje i lokalniovlaivai vazduha sa vodom, koji se postavljajuu prostoriji. Oni su veoma jednostavnekonstrukcije: u kuitu, koje je uglavnom lepooblikovano, nalazi se posuda sa vodom(rezervoar) i mali aksijalni ventilator kojim seostvaruje cirkulacija vazduha kroz aparat (sl. 10).

kada

ventilator

ubacivanjevazduha uprostoriju

u sis

v a zd

u ha

ku tei

Slika 10 Lokalni ovlaivavazduha

S obzirom da se pri procesu vlaenja vodom vazduh hladi (to se vidi sa dijagrama naslici 9), esto se deava da proizvoai lokalnih ovlaivaa reklamiraju svoje ureaje kaoekoloke ureaje za hlaenje leti, koji troe jako malo energije (potrebne za rad ventilatora, koji

je obino jako male instalisane snage), bez kompresora i freona! Njihov efekat i efikasnost su zadiskusiju - tano je da hlade vazduh, ali i poveavaju vlanost; nekada je mnogo ugodnije imati

niu relativnu vlanost pri vioj temperaturi, nego obrnuto.

esto se moe nai u literaturi ili uti u praksi za pojam adijabatsko hlaenje, to nijenita drugo nego izentalpsko vlaenje vodom.

VLAENJE VAZDUHA VODENOM PAROM

Uporeba vode za vlaenje vazduha povlai zauzimanje znatnog prostora u klima komori,kao i cirkulisanje vee koliine vode od one koja ispari. Pri tome dolazi do sniavanja

temperature vazduha u procesu vlaenja, pa je porebno imati ukupno ve

Documents

Osnove tehnike klimatizacije