Mašinski fakultet Univerziteta u BeograduKatedra za termotehniku

Uputstvo za izradu projektnog zadatka iz predmeta Osnove tehnike grejanja- Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama -

1.1 DEFINICIJA, PODELA I SADRŽAJ PROJEKTA

Pojam projekat je tačno definisan i vodi poreklo od grčke reči ''projektus'', što znači plan, nacrt, predlog, skica ili namera. Čovek koji izrađuje planove ili nacrte je, prema tome, projektant. Ukratko rečeno, projektovanje bi mogli definisati kao fazu u izgradnji jednog objekta. Iako se projekti u oblasti mašinstva, kao najšire i najraznovrsnije grane tehnike, veoma razlikuju, forma svakog glavnog mašinskog projekta bi trebalo da bude ista. Ovde je bitno naglasiti činjenicu da između projekta i konstrukcije, odnosno projektovanja i konstruisanja, postoji velika razlika. Projekti predstavljaju zbir znanja i tehničkih podataka kao dokumenti koji podležu određenim zakonskim aktima, i služe kao podloge za donošenje odluka, izgradnju i puštanje u rad odnosno pogon. Sa druge strane, konstrukcije takođe predstavljaju zbir znanja i tehničkih podataka, koje ne podležu zakonskim aktima u opštem smislu, već prevashodno standardima i normama kvaliteta i materijala.

Sve vrste projekata možemo podeliti u pet grupa, i to na: generalni projekat, idejni projekat, glavni projekat, izvođački projekat i projekat izvedenog stanja. Mašinski projekti mogu se podeliti u tri osnovne grupe, i to na: projekte ugradnje opreme, mašinske projekte energetskih objekata i postrojenja i projekte mašinskih instalacija i uređaja.

Svaki glavni mašinski projekat treba da sadrži:

1. naslovnu stranu sa sadržajem2. opšti deo3. projektni zadatak4. tehnički opis i obrazloženje5. opšte i tehničke uslove6. prilog o primenjenim merama zaštite na radu i zaštite od požara7. potrebne proračune8. specifikaciju materijala9. predmer i predračun radova10. spisak korišćene literature i tehničke regulative11. grafičku dokumentaciju.

Tokom izrade projekta postrojenja za centralno grejanje objekta datog na priloženom crtežu, u okviru predmeta Grejanje i provetravanje, biće urađeni potrebni proračuni i potrebna grafička dokumentacija prema projektnom zadatku. Prema tome, sadržaj projekta će biti adekvatan sadržaju projektnog zadatka.

Uputstvo za izradu projektnog zadatka iz predmeta Osnove tehnike grejanja – Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama

1

1.2 DEFINISANJE OSNOVNIH PODATAKA ZA PRORAČUN

Pre prelaska na sam proračun, potrebno je uraditi sledeće:

1. Odrediti koeficijente prolaza toplote za spoljne zidove. Na osnovu JUS U.J5.600, najveći dozvoljeni koeficijenat prolaza toplote za spoljni zid i II građevinsku klimatsku zonu iznosi kmax = 0,90 W/m2K. Potrebno je odrediti minimalnu debljinu termoizolacionog sloja za spoljne zidove tako da koeficijent prolaza toplote za spoljne zidove bude manji od najveće dozvoljene vrednosti. Dobijenu vrednost za debljinu termoizolacionog sloja zaokružiti na veći ceo broj (obično 3, 5, 8 i 10 cm). Na osnovu usvojene debljine termoizolacionog sloja i datog sastava zida, potrebno je odrediti i usvojiti stvarni koeficijent prolaza toplote za dati spoljni zid. Materijal od koga su izgrađeni spoljni zidovi i termoizolacija definisani su u okviru projektnog zadatka a strukture spoljnjih zidova su date u prilogu. Koeficijent prolaza toplote – k se računa prema obrascu

[W/m2K]

gde su

αu – unutrašnji koeficijent prelaza toplote [W/m2K], tabela 5.I (str.88. udžbenika)

αs – spoljnji koeficijent prelaza toplote [W/m2K] , tabela 5.I (str.88. udžbenika)

λi – koeficijent provođenja toplote i – tog sloja [W/mK] , tabela 5.II (str.89. udžbenika)

δi – debljina i – tog sloja [m]

1/λ – otpor prolazu toplote vazdušnog sloja [m2K /W] , tabela 5.III (str.92. udžbenika);

2. Odrediti ili usvojiti koeficijente prolaza toplote za sve unutrašnje zidove (tabela 5.VII, str.95. udžbenika), podove i tavanice (tabela 5.VI, str.94. udžbenika). Kod podova voditi računa da li je pod topao (npr. parket) ili hladan (npr. keramičke pločice) kao i da li se razmena toplote vrši odozdo nagore ili obrnuto;

3. Usvojiti koeficijente prolaza toplote za sve prozore i vrata (tabela 5.V, str.93. udžbenika). Za usvojene spoljnje prozore i spoljnja vrata usvojiti koeficijent propustljivosti procepa a [m3/mhPa2/3];

4. Usvojiti vrstu materijala krova i koeficijent prolaza toplote za krov (tabela 5.IV, str.92. udžbenika);

5. Usvojiti unutrašnje projektne temperature tavana i negrejanjih prostorija i kotlarnice u podrumu (tabela 5.IX, str.100. udžbenika);

6. Usvojiti temperaturu tla (tabela 5.IX, str.100. udžbenika);

7. Usvojiti vrednost spoljne projektne temperature za lokaciju datu u projektnom zadatku (tabela 5. X, str.101. udžbenika);

8. Usvojiti unutrašnje projektne temperature grejanih prostorija, zavisno od vrste objekta i namene prostorije (tabela 5. VIII, str.96. udžbenika). Unutrašnju projektnu temperaturu stepeništa usvojiti u zavisnosti od spoljne projektne temperature (tu = 15 oC za spoljnu projektnu temperaturu ts ≥ -8 oC odnosno tu = 12 oC za spoljnu projektnu temperaturu ts < -8 oC);

9. Odrediti vrednost unutrašnje projektne temperature za negrejanje prostorije prema nameni (ostave, ...) na osnovu toplotnog bilansa prema obrascu (zaokružiti na prvi manji ceo broj)

[oC]

gde su

- suma proizvoda kF za površine koje negrejanu prostoriju odvajaju od unutrašnjeg

vazduha;

Uputstvo za izradu projektnog zadatka iz predmeta Osnove tehnike grejanja – Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama

2

- suma proizvoda kF za površine koje negrejanu prostoriju odvajaju od spoljnjeg vazduha;

10. Usvojiti karakteristiku zgrade H [Wh Pa2/3/m3K] (tabela 5.XIX, str. 110. udžbenika);

11. Usvojiti vreme rada postrojenja (tabela 5.XII, strana 104. udžbenika);

12. Napraviti pregled svih izračunatih i usvojenih vrednosti sa obrazloženjem;

13. Na radnim osnovama obeležiti sve prostorije rednim brojem i upisati u svaku prostoriju njenu unutrašnju projektnu temperaturu - tu, bez obzira da li se prostorija greje ili ne. U svaku prostoriju je potrebno upisati njenu namenu. Na osnovama upisati stranu sveta;

14. Odrediti prostoriju u podrumu dovoljne veličine za kotlarnicu, koja ima noseći i spoljni zid i po mogućnosti da je u sredini objekta.

1.3 PRORAČUN POTREBNE KOLIČINE TOPLOTE ZA GREJANJE PO PROSTORIJAMA

Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama odnosno, proračun toplotnih gubitaka, baziran je na DIN-u 4701 iz 1959. godine. Toplotni gubici jedne zgrade predstavljaju karakteristiku zgrade i služe kao osnov za proračun postrojenja za grejanje. Pri proračunu se polazi od pretpostavke da se prostorija za koju se vrši proračun nalazi u stacionarnom stanju, odnosno da su sve merodavne veličine ustaljene. Ove pretpostavke podrazumevaju da je temperatura vazduha u prostoriji ustaljena u vremenu ali i da je ista u svim delovima prostorije. Takođe, ova pretpostavka podrazumeva da je temperatura vazduha izvan prostora ustaljena po omotaču prostorije. Na osnovu ovih pretpostavki, za proračun gubitaka toplote se koristi obrazac za jednodimenzionalan prolaz toplote u stacionarnim uslovima.

Potrebna količina toplote za grejanje jedne zgrade QG se izračunava kao zbir tzv. transmisionih gubitaka QT i infiltracione QINF količine toplote:

QG = QT + QINF [W]

Transmisioni gubici toplote QT nastaju u određenoj prostoriji prolazom (transmisijom) toplote kroz površine koje omeđuju i razdvajaju prostoriju od prostora koji ima drugu vrednost temperature. Kako bi se uzele u obzir specifičnosti grejanog prostora, izvršene su i određene korekcije transmisionih gubitaka toplote tzv. dodacima. Na osnovu toga, potrebna količina toplote za nadoknađivanje transmisionih gubitaka QT se računa prema obrascima:

[W]

[W],

gde je Qo - količina toplote koja prostorija transmisijom gubi kroz određene površine [W];ki - koeficijent prolaza toplote kroz površinu ''i'' [W/m2K];Fi - povšina (zida, prozora, vrata, poda, tavanice) kroz koju prolazi toplota. Visina zidova

podrazumeva rastojanje od poda do poda [m2];tu - unutrašnja projektna temperatura [oC];ti - spoljna projektna temperatura ako posmatrana površina razdvaja prostoriju od spoljne sredine ili

temperatura susedne prostorije, ako površina F razdvaja dve prostorije [oC];ZS - dodatak – korektura za uticaj orijentacije prostorije prema stranama sveta (tabela 5.XIV, strana

105. udžbenika). Za položaj jedne prostorije merodavna je orijentacija spoljnjeg zida, kod prostorija sa jednim spoljnim zidom. Za prostorije sa dva spoljnja zida važna je orijentacija ugla prostorije, a ako ima tri ili četiri spoljnja zida, uzima se maksimalni dodatak.

ZD - dodatak za zagrevanje prostorija posle prekida u grejanju Zu, kao i za neutralisanje uticaja hladnih spoljnih zidova Za (ZD = Zu + Za) (tabela 5.XII, strana 104. udžbenika). Ova vrednost se bira u zavisnosti od prekida rada postrojenja i srednje vrednosti koeficijenta prolaza toplote prostorije kD

koja se računa preko obrasca:

Uputstvo za izradu projektnog zadatka iz predmeta Osnove tehnike grejanja – Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama

3

[W/m2K];

F - ukupna unutrašnja površina prostorije: zbir svih spoljnih zidova sa prozorima, svi unutrašnji zidovi sa vratima, pod i plafon, bez obzira da li kroz neku od ovih prostorija nema razmene toplote (drugim rečima, celokupni omotač prostorije). I u ovom slučaju se kao visina zidova uzima odstojanje od poda do poda [m2];

(tu - ts) - razlika između unutrašnje i spoljne projektne temperature [oC];

Usled razlike pritisaka između spoljne okoline i prostorije dolazi do prodora spoljnjeg vazduha u prostoriju. Količina spoljnjeg vazduha koji prodire u prostoriju zavisi od veličine procepa prozora i vrata, kao i od razlike pritisaka sa obe strane prostorije. Ovo su osobenosti svake prostorije i uzimaju se u obzir preko karakteristike prostorije R. Za praktične proračune i stambene zgrade uobičajene gradnje ova vrednost se bitno ne menja. Stoga se određuje tabelarno u zavisnosti od vrste vrata i prozora i odnosa površina elemenata kroz čije procepe vazduh struji u prostoriju Fs i elemenata kroz koji vazduh struji iz prostorije Fu (Fs / Fu). Drugi bitan uticaj na količinu spoljnjeg vazduha koja prodire u prostoriju je jačina vetra koja zavisi od vetrovitosti predela, položaja zgrade i vrste gradnje. Ovaj uticaj se uzima u obzir preko karakteristike zgrade H. Izračunavanje potrebne količine toplote za zagrevanje vazduha koji prodire pod dejstvom vetra QINF, vrši se prema obrascu:

[W],

gde je a - propustljivost procepa (tabela 5.XVI, strana 108. udžbenika) [m3/mhPa2/3]. Propustljivost procepa

predstavlja količinu vazduha koja u vremenu od 1 h prodire kroz procep dužine 1 m, pri razlici pritisaka od 1 Pa;

l - dužina procepa [m] (pogledati prilog);R - karakteristika prostorije (tabela 5.XVIII, strana 109. udžbenika);H - karakteristika zgrade (tabela 5.XIX, strana 110. udžbenika) [Wh Pa2/3/m3K];ZE - dodatak za prozore koji se nalaze na uglu dva spoljna zida ZE = 1,2. U svim drugim slučajevima je

ZE = 1,0;Σ(a∙l)s - predstavlja zbir proizvoda dužine svih procepa, koji se uzimaju u obzir i njihovih propustljivosti. U

slučaju da se prozori nalaze u naspramnim zidovima, uzimaju se prozori sa većom propustljivošću. Ukoliko su prozori u dva susedna zida, onda se oba prozora obuhvataju proračunom; spoljna vrata se računaju kao prozori.

1.4 PRAKTIČNI PRIMER PRORAČUNA

Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama se izvodi tabelarno (pogledati tabelu u prilogu). Proračun treba da bude razumljiv i treba ga raditi po redosledu po kom su označene prostorije. Označavanje prostorija se najčešće vrši tako da prvi broj predstavlja oznaku etaže a drugi broj predstavlja oznaku prostorije na etaži (npr. 1.25 – predstavlju prostoriju broj 25 na prvom spratu). Prihvatljiv je i svaki drugi logičan način označavanja prostorija koji omogućava lako i razumljivo praćenje proračuna i crteža. Stepenište i ulazni deo u zgradu potrebno je pregradnim zidom i vratima odvojiti od podruma i tavana.

Nakon definisanja svih potrebnih, prethodno navedenih polaznih parametara, formira se pregled usvojenih i izračunatih vrednosti sa kratkim objašnjenjem šta, odakle i zašto je usvojeno, kao i oznaku koja će se kasnije pojavljivati u proračunu.

Za svaku prostoriju potrebno je u zaglavlju tabele navesti oznaku prostorije, naziv prostorije, unutrašnju projektnu temperaturu prostorije, orijentaciju prostorije i površinu i zapreminu prostorije. Redosled unošenja površina kroz koje se vrši razmena toplote nije jednoznačno određen. Jedna od mogućnosti je da se najpre unose svi prozori i vrata koji se nalaze u okviru nekog spoljnjeg zida. Odmah iza toga se unosi taj spoljni zid. Pri tom se od površine zida odbijaju površine svih vrata i prozora koja se nalaze u okviru tog zida. Ovaj postupak se ponavlja dok se ne iscrpe sve površine kroz koje se vrši razmena toplote. Površine kroz koje se ne vrši razmena toplote ne treba unositi u tabelu. Debljinu vrata i prozora takođe ne treba upisivati u tabelu. Na kraju se unose podovi, međuspratne kostrukcije i tavanice kroz koje postoji razmena toplote. Kada su unete sve površine kroz koje postoji razmena toplote, određuje se gubitak toplote kroz svaku površinu pojedinačno a zatim se sve te vrednosti sabiraju. Vrednosti gubitaka toplote potrebno je zaokruživati na ceo broj (može i tako da zadnja cifra bude 5 ili 0).

Uputstvo za izradu projektnog zadatka iz predmeta Osnove tehnike grejanja – Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama

4

Nakon određivanja ukupne količine toplote koja se razmeni kroz omotač prostorije Qo potrebno je izvršiti korekcije. Određuje se ukupna površina omotača prostorije As i izračunava se vrednost kD. Na osnovu ove vrednosti se određuje dodatak ZD a na osnovu orijentacije prostorije određuje se dodatak ZS. Ukoliko je prostorija viša od 4 m (na pr. stepenište) dodaje se i dodatak na visinu prostorije Zh (strana 110. udžbenika). Sada se izračunavaju ukupni transmisioni gubici toplote QT.

Za određivanje količine toplote potrebne za zagrevanje spoljnjeg vazduha koji prodire u prostoriju potrebno je prethodno odrediti sumu proizvoda propustljivosti procepa i dužine procepa za sve prozore i vrata kroz koje prodire vazduh kao i karakteristiku prostorije. Nakon toga se izračunava potrebna količina toplote za zagrevanje spoljnjeg vazduha koji prodire kroz procepe i sabiranjem sa transmisionim gubicima toplote dobijaju se ukupni toplotni gubici date prostorije. Kao kontrolni parametar određuje se specifična potrebna količina toplote q = QG / V [W/m3].

U prilogu je dat primer proračuna potrebne količine toplote.

Uputstvo za izradu projektnog zadatka iz predmeta Osnove tehnike grejanja – Proračun potrebne količine toplote za grejanje po prostorijama

5