Grejanje klimatizacija i Grejanje klimatizacija i solarna energijasolarna energija

Popović Dušan 16/2005

ENERGETIKA I PROCESNA TEHNIKA

Profesor: Dr. Milorad Bojić

IISTORIJATSTORIJATEvolucija čoveka od najstarijih vremena izazivala je u njemu zahteve za poboljšanjem njegovog života, što je i doprinosilo efektu njegovog rada i umnog razvitka. Danas je naučno dokazano da poboljšanje ugodnosti čovekovog života doprinosi njegovoj produktivnosti i razvoju u svakom pogledu. Prvi uslov ugodnosti čoveka bila je temperatura sredine u kojoj je živeo i radio. Tokom vekova ljudi su saznali da je Sunce svojom energijom omogućilo život na Zemlji i da ga održava.

POČETAK KORIŠĆENJA POČETAK KORIŠĆENJA INDIREKTNE SUNČEVE INDIREKTNE SUNČEVE

ENERGIJEENERGIJE

Jedina energija kojom su raspolagali stari narodi bila je čista i neiscrpljiva Sunčeva energija. Kuće za stanovanje gradili su tako da se maksimalno može koristiti Sunčeva energija u toku celog dana. Problemi su bili noći i dani kada nije bilo Sunca. Ove probleme su rešavali ukopavanjem svojih zemunica, čestim seobama u tople i sunčane krajeve. Veliki napredak je postignut kada je čovek počeo da koristi vatru za razne potrebe i za zagrevanje svoje sredine. Zatim su gradjeni dimnjaci. Dalji napredak je bio u primeni jednostavnih peći koje su služile kao štednjaci za potrebe domaćinstava i za zagrevanje sredine.

Milionima godina Sunčeva energija je akumulirana i sačuvana pod zemljom, a ljudi su je potrošili uglavnom za poslednjih 200 godina. Tako je došlo do energetske krize koja je podsetila čovečanstvo da se mora štedeti energija fosilnih goriva i koristiti novi izvori energije, prvenstveno Sunčeva.

FIZIOLOŠKI USLOVIFIZIOLOŠKI USLOVIČovečije telo je organizam čija je bitna karakteristika da mu se održavakonstantna temperatura od 37°C. Ziveći u raznim delovima sveta, čovek jeizložen izrazito većim spoljnim temperaturama i još češće manjim odtemperature njegovog organizma. Npr.: u afričkim pustinjskim oblastima dnevna temperatura doistiže 53°C uhladu, dok u sibirskim krajevima temperatura pada na -63°C.

TERMOREGULACIJATERMOREGULACIJA Termoregulacija kod zdravog čoveka podešava da se temperatura

njegovogtela ne menja. Ova regulacija se postiže kad spoljna temperatura i

drugi uslovi toomogućavaju. Kad ovi uslovi to više ne dozvoljavaju onda se moraju

preduzetidruge mere u smislu zagrevanja prostorija na potrebne

temperaturske usloverada, a u ređim slučajevima i u smislu rashlađivanja prostorija.

Pored togavažno je vršiti i izmenu vazduha, ali na taj način da se ne remeti i

regulacijatoplote već da se to odvija sinhronizovano.

SASTAV VAZDUHASASTAV VAZDUHAGustina vazduha iznosi 1,293 kg/m3. Glavni sastojci vazduha u prizemnimslojevima izraženi zapreminski u % jesu:

Kiseonik 20,8%Azot 78,2%Argon 0,90%, Ugljen-dioksid 0,04%, Neon 0,03%...

Pored ovih hemijskih sastojaka u vazduhu se uvek nalaze promenljive količine

od oko 0,03% štetnih gasova.

Spoljna temperatura °C`

Količina vazduha u prostoriji po osobi najmanje

sa zabranjenim pušenjem

Sa pušačima

m3/h

-20 8 12

-15 10 15

-10 13 20

-5 16 24

0 do 26 20 30

Preko 26 15 23

O REGULISANJU O REGULISANJU VENTILACIJE VAZDUHAVENTILACIJE VAZDUHA

Ventilacija prostorija ima za zadatak da izvrši obnovu zagađenog vazduha savršenjem još i prečišćavanja svežeg ili obnovljenog vazduha islobađajući ga,raznim filtriranjem.

UTICAJ VLAGE NA ZDRAVLJE UTICAJ VLAGE NA ZDRAVLJE ČOVEKAČOVEKA

Ugodnost za čovečjeg organizma se preporučuje stepen vlažnosti negde

između 45-55%. Ako su u pitanju i drugi materjalni i laboratorijski uslovi

ove brojke dobijaju drugu vrednost. Suv vazduh je higroskopan tj.

Apsorbuje određenu količinu vlage pri određenim temperaturama. Ona

količina vodene pare koju sadrži jedan m2 vazduha, merena obično u

gramima, naziva se apsolutna vlažnost vazduhaapsolutna vlažnost vazduha.. Postoji granica do koje

vazduh na određenoj temperaturi može primiti maksimalnu količinu vodene

pare. Pod ovim uslovima apsorbovana količina vlašnosti nazvana je

vlažnost zasićenjavlažnost zasićenja.. Odnos između stvarne vlažnosti i vlažnosti zasićenja

naziva se relativna vlažnostrelativna vlažnost i izražava se u %.

PRAŠINA I OSTALE NE PRAŠINA I OSTALE NE ČISTOĆE U VAZDUHUČISTOĆE U VAZDUHU

U atmosferi se uvek nalazi izvesna količina organske (od raspadanjabiljnog ili životinjskog porekla) i neorganske prašine (čađ, pesak,metali,...) i drugi škodljivi sastojci. Problem dima se umanjujeprimenom centralnog grejanja na tečno ili gasovito gorivo. Postoje vrloefikasni filtri za prečišćavanje vazduha, ali im je otpor vrlo veliki tako dasu vrlo neekonomični, a postoji i još jedna druga vrsta komplikovanih filterasa ispiranjem vazduha.

UTICAJ VAZDUHA NA UTICAJ VAZDUHA NA PROIZVOD I PROIZVODNJUPROIZVOD I PROIZVODNJU

Poznato je da je preterana temperatura, vlažnost, hladnoća ili isušenost

vazduha u nekim prostorijama gde se drže neke vrste proizvoda, naročito

škodljiva. Zbog toga je potrebno znati uslove koji se preporučuju za

određene vrste delatnosti i industrije.

ODAVANJE TOPLOTE ODAVANJE TOPLOTE ČOVEČIJEG ORGANIZMAČOVEČIJEG ORGANIZMA

Opšta razmatranja i reakcije organizma na klimatsku Opšta razmatranja i reakcije organizma na klimatsku promenuj sredinepromenuj sredine

Sve instalacije i uređaji za grejanje, provetravanje i klimatizaciju su ispravni ako čoveku pružaju u svim pravcima najpovoljnije uslove za radnu sposobnost i njegovo prijatno osećanje u sredini u kojoj se bavi i radi. Treba voditi računa prilikom projektovanja instalacija i uređaja za grejanje i klimatizaciju.

VLAŽNOST VAZDUHA I VLAŽNOST VAZDUHA I TEMPERATURA KOŽETEMPERATURA KOŽE

Pomenut je značaj koji koža ima u termoregulaciji čovečjeg organizma. Ovo je dostaVažna činjenica još i stabilizacija temperature kože u zavisnosti vlažnosti vazduha.

Na odavnje toplote čoveka utiču-Veličina fizičkog napora-Temperatura okoline-Brzina vazduha-Starost i osobenost lica.

Qu=Qd+Qi [W]

Qd – količina direktne odavne toploteQi – količina indirektne toplote

ODAVANJE TOPLOTE ODAVANJE TOPLOTE ČOVEČIJEGČOVEČIJEG ORGANIZMA ORGANIZMA

POMOĆU VLAGE IZRAŽENE POMOĆU VLAGE IZRAŽENE MASOM VODENE PAREMASOM VODENE PARE

Kod proračuna klima – uređaja bolje je uzimati u obzir masu vodene pare GWL koja

odgovara sadržini vlage, umesto količine odate toplote usled isparavanja Qi . Ona se

računa po formuli: [gh-1]Kod odevenog čoveka sa nepokrivenim delovima tela srednje temperature površine su od

25° do33°, pa je r = 2430 Jkg-1, tj. [gh-1] Ako se označi toplota odedena konvekcijom sa Qkv a zračenjem odvedena sa Qzronda će

biti: Gde je:

- koeficijent prelaza toplote konvencijom [Wm-2K-1]- koeficijent prelaza toplote zračenjem [Wm-2K-1]

A - spoljna površina tela, [m2]- temperaturska razlika između okolnog vazduha i srednje temperature tela odnosno odela [C°]- temperaturska razlika između površina zidova i tela odnosno odela [C°]

1000r

QG iWL

2430

1000iWL QG

z

u

zr

kv

zzr

ukv

zr

kv

t

t

tA

tA

Q

Q

kv

zr

ut

zt

Način odavanja toplote [W]% od ukupno odate toplote

Konvencijom sa sprovođenjem 35 35

Zračenjem 35 35

Isparavanjem 18 18

Disanjem 6 6

Usled ishrane i dr. 6 6

UKUPNO: 100 100

Raspodela ukupne toplote koju odaje čovek, normalno odeven, u miru, pri srednjoj temperaturi i vlažnosti

PODRUČJE UGODNOSTIPODRUČJE UGODNOSTIRASPON TEMPERATURE I RASPON TEMPERATURE I

RELATIVNE VLAŽNOSTIRELATIVNE VLAŽNOSTI Čovek se relativno lako prilagodi spoljnjem klimatskom stanju širih granica ali

ipak postoji izvesno uže područje ugodnosiipodručje ugodnosii u kome se najprijatnije oseća i njegova aktivnost dolazi do najefikasnijeg izražaja. Neka stroga granica ovoga područja ne može se precizirati jer mnoge činjenice na to utiču, kako je ranije pomenuto: individualnost, navike, poreklo, odevanje, starost, godisnje doba, vrsta delatnosti i dr. Mogu se dati samo prosečne vrednosti stanja u kome se ljudi najugodnije osećaju sa izuzecima oko 5%. Četiri elementa stanja su od bitnog značaja: ternperatura i vlažnost vazduha, promaja i temperatura okolnih zidova.

Očigledno da variranjem odeće može se temperatura ugodnosti menjati u izvesnim granicama. Približna zavisnost temperaturske promene od 1° je oko 12,5 cloa. Relacija bi se mogla izraziti relacijom:

Pored napred pomenutih činjenica ovde se navode još neki rezultati ispitivanja koja su vršena da bi se ustanovio uticaj dnevnog ritma, buke, boja i elektrostatickog polja atmosfere na ugodnost i aktivnost čoveka.

Dnevni ritam, tj. različitost doba tokom 24 časa, zatim buka i boje nemaju nikakvog praktičnog uticaja na termičku ugodnost čoveka a samim tim i na njegovu aktivnost.

Što se tiče uticaja elektrostatickog polja atmosfere ispitivanja su još u toku i za sada nema odrežđenih rezultata.

tclo8

15,31

OSNOVI PRENOSA OSNOVI PRENOSA TOPLOTETOPLOTE

Radi obezbeđenja grejanja jednog objekta, potrebno je najpre utvrditi koliku količinu toplote je potrebno uneti na jedan najpodesniji način a u najnepovoljnije doba godine, tj. pri najvećim gubicima toplote. Ovi gubici zavise od spoljnih meteoroloških i klimatskih uslova za pojedina mesta a zatim i od same vrste objekta usled čega se moraju za svaki objekat zasebno i računati. Proračun ovih gubitaka je veoma složen posao i treba ga što tačnije izvršiti uzimajući u obzir sve specifične elemente kako u pogledu mesta na kome se objekat nalazi tako i u pogledu njegove konstrukcije. Ovaj proračun ne zavisi od vrste sistema grejanja koji će se primeniti već tek posle svršetka proračuna treba izvrsiti analizu primene onih sistema grejanja koji bi već prema konstrukciji i nameni objekta mogli doći u obzir. 

PRENOPRENOŠŠENJE TOPLOTEENJE TOPLOTE

Razlika između tri osnovna slučaja prenošenja toplote: Sprovođenje (kondukcija).Sprovođenje (kondukcija). To je prenošenje toplote u unutrašnjosti nekog tela

preko njegovih sastavnih čestica, pri čemu ne postoji nikakvo međusobno kretanje tih čestica (čvrsta tela).

Strujanje (konvekcija).Strujanje (konvekcija). Prenošenje toplote kretanjem čestica tela u gasovitom ili tečnom stanju.

Zračenje (radijacija).Zračenje (radijacija). Prenošenje toplote s jednih na druga tela energijom zračenja bez direktnog dodira. Prenošenje toplote sprovođenjem (kondukcijom) se pre svega vrši samo kod čvrstih tela.

Prenošenje toplote konvekcijom je kod tečnih i gasovitih materija a prouzrokovano je bilosopstvenom razlikom u temperaturi ili gustini bilo razlikom pritiska postignutom

prinudnimputem. Prvi slučaj je slobodnoslobodno a drugi prinudnoprinudno strujanje.

PRELAZ TOPLOTEPRELAZ TOPLOTE

Često se izmena toplote konvekcijom pitpliće sa zračenjem. Takođe je bitna izmena toplote koja

se vrši između čvrstih zidova i tečnosti ili gasova koji su njima obuhvaćeni. Ovaj način izmene

toplote se naziva prelaz toplote.prelaz toplote. 

PROLAZ TOPLOTEPROLAZ TOPLOTE

Kretanje toplote treba deliti na tri dela, naime prelaz toplote od zagrejanog prostora na njegove

unutrašnje površine, zatim od unutrašnje do spoljainčš površine zida i još jedan prelaz toplote od

ove spoljašnje površine zida na hladan prostor napolju. Obrnut smer kretanja toplote bio bi kod

hlađenja prostorija.

SPROVOĐENJE TOPLOTE SPROVOĐENJE TOPLOTE (KONDUKCIJA)(KONDUKCIJA)

Za termotehničke proračune od naročitog značaja je sprovođenje toplote u stacionarnom stanjustacionarnom stanju

kroz ravne i cilindrične zidove.

Sprovođenje toplote kroz ravan zid

Prolaz toplote krozhomogenu ravnu ploču

Prolaz toplote kroz višeslojnu ploču

Iz gornjeg izraza vidi se da je tempereturska razlika površina zida proporcionalna odnosu: δ/ λ , koji se naziva otpor toplotnoj propustljivosti sloja.Recipročna vrednost ovoga izraza se obeležava sa i naziva se toplotnatoplotnapropustljivost slojapropustljivost sloja [Wm-2K-1].

)( 21 ttA

Qk

δ - debljina zida i - temperature površine zidaA - površina zidaQk - količina toplote koja prođe kroz površinu zida na časλ - koeficient toplotne provodljivosti

SPROVODENJE TOPLOTE SPROVODENJE TOPLOTE KROZ CILINDRILAN ZIDKROZ CILINDRILAN ZID

(ZID CEVI)(ZID CEVI)dtLD

DddQh

2

1

Znak - dolazi usled opadanja temperature porastom prečnika

Transformacijom i integracijom ovog izrazau granicama od D1 do D2 dobija se:

PRELAZ TOPLOTEPRELAZ TOPLOTEU sredini u kojoj vlada izvesno strujanje izmena toplote se poboljšava relativnim kretanjem čestica. Računska analiza ovih procesa se otežava isprepletanjem procesa strujanja i sprovođenja toplote. Ovo se takođe ispoljava kod najvažnije oblasti prenosa toplote a to je prelaz toplote između jedne čvrste povrišine i njome pregrađene tečnosti.

KOEFIIJENTI PRELAZA TOPLOTEKOEFIIJENTI PRELAZA TOPLOTEIzmena toplote između jedne površine čija je temperatura tv i jedne ograničene tečnosti temperature tt zavisi od velicine površine A i temperaturske razlike (tp - tt). Pri tome temperatura tečnosti se menja sa rastojanjem od površine. Može se pretpostaviti da je na određenom odstojanju od zida podjednaka temperatura tečnosti, koja se u proračune uvodi sa oznakom tt. Ako se predpostavi da je prenesena količina toplote u jedinici vremena proporcionalna padu temperature, onda najprostiji oblik jednačine prelaza toplote glasi: tph ttAQ α – koeficijent prelaza toplote

ODREĐIVANJE ODREĐIVANJE KPEFICIJENTA PROLAZA KPEFICIJENTA PROLAZA

TOPLOTETOPLOTE

Koeficijent prelaza toplote zavisi od osobina i stanja tečnosti, brzine strujanja kao Ioblika, dimenzija i rapavosti površina u kojima se vrši strujanje i prenošenje toplote.Kao oznake preseka strujanja često je dovoljno malo dužinskih podataka, na primer zapravu cev kružnog preseka unutrašnji prečnik Du, kod strujanja okolo cilindra spoljni

prečnici, kod savijene cevi još i poluprečnik krivine R.

UTICAJNE VELIČINEUTICAJNE VELIČINE

])[( 111 WttAQh )( 21

ttAQh )( 222 ttAQh

21 i

21 itt

- koeficienti prelaza

- temperature na površini zida

21itt - temperature tečnosti