Λύσεις — Κεφάλαιο 11: Υπολογισμός Φορτίων (σελ. 337) – ΨΥΞΗ – ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 11: Υπολογισμός Φορτίων

Λύσεις στις 2 Ερωτήσεις-Δραστηριότητες (πλήρεις υπολογισμοί φορτίων κλιματισμού-αερισμού πολυκατοικίας) του Κεφαλαίου 11 (Υπολογισμός Φορτίων) του σχολικού βιβλίου «Ψύξη - Κλιματισμός» Γ΄ ΕΠΑΛ.

Φορτία κλιματισμού και αερισμού τετραόροφης πολυκατοικίας (150 m²/όροφο)

Ερώτηση: Να υπολογισθούν όλα τα φορτία κλιματισμού και αερισμού για μία τετραόροφη πολυκατοικία τεσσάρων ατόμων ανά επίπεδο εμβαδού 10×15×4 m² και ύψους 4 m ανά όροφο. Δίνονται επίσης τα εξής: • Η τοιχοποιία είναι μέτριας κατασκευής με ολικό συντελεστή θερμοπερατότητας U=0,7 W/m²K. • Τα παράθυρα είναι αλουμινίου και διπλά με ολικό συντελεστή θερμοπερατότητας 3,2 W/m²K (με σκίαση) σε ποσοστό 20% επί της κάθε όψης. • Οι ένοικοι παραμένουν στην κατοικία για 14 ώρες. • Οι λαμπτήρες των φωτιστικών τους είναι λαμπτήρες πυράκτωσης. • Η επίπλωση της κατοικίας είναι ελαφριά κατηγορίας Α. • Ο αριθμός των ωρών που παραμένουν ανοιχτά τα φωτιστικά (ποσοστού 40% επί των εγκατεστημένων φωτιστικών ισχύος 9000 W) είναι 12, ενώ ο υπολογισμός του φορτίου θα γίνει για 5 ώρες λειτουργίας αυτών. Σημειώνεται ότι τα άτομα παραμένουν στο χώρο για 18 ώρες, ενώ η τελευταία είσοδος έγινε 5 ώρες πριν την έναρξη υπολογισμού των φορτίων. • Γίνεται χρήση απορροφητήρα, ενώ οι συσκευές που λειτουργούν σε κάθε κατοικία είναι ηλεκτρική κουζίνα, φούρνος μικροκυμάτων (τα οποία λειτουργούν συνολικά 6 ώρες, ενώ ο υπολογισμός του φορτίου γίνεται 7 ώρες μετά την έναρξη λειτουργίας τους), ψυγείο, τηλεόραση και πλυντήριο ρούχων (τα οποία λειτουργούν για 8 ώρες, ενώ ο υπολογισμός των φορτίων γίνεται 7 ώρες μετά από την έναρξη λειτουργίας τους). Επιπλέον, να υπολογισθεί το φορτίο αερισμού, αν θεωρηθεί ότι λαμβάνει χώρα μία αλλαγή του συνολικού όγκου του κτιρίου ανά ώρα. Σημειώνεται ότι το φορτίο από τα φωτιστικά σώματα πρέπει να υπολογισθεί λαμβάνοντας υπόψη ότι ο φωτισμός έχει τεθεί σε λειτουργία εδώ και τέσσερις ώρες. Η εξωτερική θερμοκρασία είναι 29 °C, η εσωτερική θερμοκρασία θέλουμε να διατηρηθεί στο επίπεδο των 27 °C ενώ ο άξονας προσανατολισμού του κτιρίου είναι ανατολή-δύση.

Απάντηση:

• §11.3, σχέσεις (11.1)-(11.8), και λυμένο Παράδειγμα §11.4. Επειδή πρόκειται για πολυκατοικία, χρησιμοποιούμε τους πίνακες πολυκατοικιών: Πίνακας 11.2 (CLTD, τοιχοποιία μέτριας κατασκευής, 29 °C, χαμηλή διακύμανση Χ όπως στο Παράδειγμα: Β=7, Ν=12, Α=17, Δ=21 K) και Πίνακας 11.4 (GLF, διπλός υαλοπίνακας με κουρτίνες/στόρια, 29 °C: Β=57, Ν=126, Α=192, Δ=249 W/m²). Άνθρωποι: Πίνακας 11.5 (ελαφριά δουλειά: αισθητό 75 W, λανθάνον 75 W) και Πίνακας 11.6 (18 ώρες στο χώρο, 5 ώρες μετά την είσοδο: CLF=0,85). Φωτισμός: Πίνακας 11.10 (12 ώρες λειτουργίας), με α=0,55 όπως στο Παράδειγμα για ελαφριά επίπλωση και b=A (κατηγορία Α), 4 ώρες σε λειτουργία: CLF=0,78. Συσκευές: Πίνακας 11.13 (με απορροφητήρα: κουζίνα 600 W, φούρνος μικροκυμάτων 410 W· ψυγείο 40 W, τηλεόραση 25 W, πλυντήριο 35 W), Πίνακας 11.14 (6 ώρες λειτουργίας, 7η ώρα: CLF=0,48) και Πίνακας 11.15 (8 ώρες λειτουργίας, 7η ώρα: CLF=0,85).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γεωμετρία. Κάτοψη 10 m × 15 m, ύψος 4 m ανά όροφο. Με άξονα ανατολή-δύση, οι μεγάλες όψεις (15 m) βλέπουν Β και Ν και οι μικρές (10 m) Α και Δ. Όψεις Β, Ν: 15×4 = 60 m², παράθυρα 20% = 12 m², τοίχος 48 m². Όψεις Α, Δ: 10×4 = 40 m², παράθυρα 8 m², τοίχος 32 m².

1. Τοίχοι (σχέση 11.1, Πίνακας 11.2): Q = U·A·CLTD = 0,7×(48×7 + 48×12 + 32×17 + 32×21) = 0,7×2128 ≈ 1490 W ανά όροφο.

2. Παράθυρα (σχέση 11.2, Πίνακας 11.4): Q = A·GLF = 12×57 + 12×126 + 8×192 + 8×249 = 684 + 1512 + 1536 + 1992 = 5724 W ανά όροφο (ο συντελεστής U=3,2 W/m²K των παραθύρων έχει ήδη ληφθεί υπόψη στις τιμές GLF).

3. Άνθρωποι (σχέσεις 11.3, 11.4): Q_PS = 4×75×0,85 = 255 W, Q_PL = 4×75 = 300 W, σύνολο 555 W ανά όροφο.

4. Φωτισμός (σχέσεις 11.5, 11.6): HG = 9000×0,4×1 = 3600 W (λαμπτήρες πυράκτωσης, Fsa=1, ισχύς 9000 W ανά κατοικία-όροφο)· Q = 3600×0,78 ≈ 2808 W ανά όροφο.

5. Συσκευές (σχέση 11.7): Q = (600 + 410)×0,48 + (40 + 25 + 35)×0,85 = 484,8 + 85 ≈ 570 W ανά όροφο.

6. Σύνολο ανά όροφο: 1490 + 5724 + 555 + 2808 + 570 ≈ 11146 W· για τους 4 ορόφους: 4×11146 ≈ 44586 W. (Για τον τελευταίο όροφο θα προστίθετο και φορτίο οροφής, για το οποίο δεν δίνεται συντελεστής U.)

7. Αερισμός (σχέση 11.8, QVL=0): Όγκος κτιρίου 10×15×4×4 = 2400 m³, V = 2400×1000/3600 ≈ 666,7 l/s· Q_V = 1,23×666,7×(29 − 27) ≈ 1640 W.

Συνολικό ψυκτικό φορτίο κτιρίου: 44586 + 1640 ≈ 46226 W ≈ 46,2 kW.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πολυκατοικία → Πίνακες 11.2 και 11.4 (όχι 11.1/11.3 των μονοκατοικιών)· ανά όροφο: τοίχοι ≈1490 W, παράθυρα 5724 W, άνθρωποι 555 W, φωτισμός ≈2808 W, συσκευές ≈570 W· αερισμός 1640 W· σύνολο ≈46,2 kW

Φορτία κλιματισμού και αερισμού εξαώροφης πολυκατοικίας (300 m²/όροφο)

Ερώτηση: Να υπολογισθούν όλα τα φορτία κλιματισμού και αερισμού για μία εξαώροφη πολυκατοικία τεσσάρων ατόμων ανά επίπεδο εμβαδού 20×15×4 m² και ύψους 3,6 m ανά όροφο. Δίνονται επίσης τα εξής: • Η τοιχοποιία είναι μέτριας κατασκευής με ολικό συντελεστή θερμοπερατότητας U=0,65 W/m²K. • Τα παράθυρα είναι αλουμινίου και μονά με ολικό συντελεστή θερμοπερατότητας 5,8 W/m²K (με σκίαση) σε ποσοστό 30% επί της κάθε όψης. • Οι ένοικοι παραμένουν στην κατοικία για 12 ώρες. • Οι λαμπτήρες των φωτιστικών τους είναι λαμπτήρες πυράκτωσης. • Η επίπλωση της κατοικίας είναι ελαφριά κατηγορίας Β. • Ο αριθμός των ωρών που παραμένουν ανοιχτά τα φωτιστικά (ποσοστό 40% επί των εγκατεστημένων φωτιστικών συν. ισχύος 9000 W) είναι 12, ενώ ο υπολογισμός του φορτίου θα γίνει για 5 ώρες λειτουργίας αυτών. Σημειώνεται ότι τα άτομα παραμένουν στο χώρο για 18 ώρες, ενώ η τελευταία είσοδος έγινε 5 ώρες πριν την έναρξη υπολογισμού των φορτίων. • Γίνεται χρήση απορροφητήρα, ενώ οι συσκευές που λειτουργούν σε κάθε κατοικία είναι ηλεκτρική κουζίνα, φούρνος μικροκυμάτων (τα οποία λειτουργούν συνολικά 5 ώρες, ενώ ο υπολογισμός του φορτίου γίνεται 5 ώρες μετά την έναρξη λειτουργίας τους), ψυγείο, τηλεόραση και πλυντήριο ρούχων (τα οποία λειτουργούν για 5 ώρες ενώ ο υπολογισμός των φορτίων γίνεται 6 ώρες μετά από την έναρξη λειτουργίας τους). Επιπλέον να υπολογισθεί το φορτίο αερισμού, αν θεωρηθεί ότι λαμβάνει χώρα μία αλλαγή του συνολικού όγκου του κτιρίου. Σημειώνεται ότι το φορτίο από τα φωτιστικά σώματα πρέπει να υπολογισθεί λαμβάνοντας υπόψη ότι ο φωτισμός έχει τεθεί σε λειτουργία εδώ και τέσσερις ώρες. Η εξωτερική θερμοκρασία είναι 29 °C, η εσωτερική θερμοκρασία θέλουμε να διατηρηθεί στο επίπεδο των 26 °C, ενώ ο άξονας προσανατολισμού του κτιρίου είναι ανατολή-δύση.

Απάντηση:

• §11.3, σχέσεις (11.1)-(11.8), και λυμένο Παράδειγμα §11.4. Πολυκατοικία → Πίνακας 11.2 (CLTD, μέτρια κατασκευή, 29 °C, χαμηλή διακύμανση Χ: Β=7, Ν=12, Α=17, Δ=21 K) και Πίνακας 11.4 (GLF, μονός υαλοπίνακας με κουρτίνες/στόρια, 29 °C: Β=66, Ν=142, Α=211, Δ=281 W/m²). Άνθρωποι: Πίνακες 11.5 και 11.6 (18 ώρες στο χώρο, 5 ώρες μετά την είσοδο: CLF=0,85). Φωτισμός: Πίνακας 11.10 (12 ώρες), α=0,55 και b=B (όπως στο Παράδειγμα), 4 ώρες σε λειτουργία: CLF=0,74. Συσκευές: Πίνακας 11.13· οι Πίνακες 11.14 και 11.15 δεν έχουν γραμμή για 5 ώρες λειτουργίας, οπότε: συσκευές με απορροφητήρα στην 5η ώρα (ακόμη σε λειτουργία) CLF≈0,65 (τιμή της 5ης ώρας λειτουργίας, Πίνακας 11.14, γραμμή 6 ωρών)· συσκευές χωρίς απορροφητήρα 1 ώρα μετά το σβήσιμο CLF≈0,26 (ενδιάμεση τιμή των 0,23 και 0,29 του Πίνακα 11.15 για 4 και 6 ώρες λειτουργίας, 1 ώρα μετά το σβήσιμο).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γεωμετρία. Κάτοψη 20 m × 15 m, ύψος 3,6 m ανά όροφο. Με άξονα ανατολή-δύση, οι όψεις των 20 m βλέπουν Β και Ν και οι όψεις των 15 m Α και Δ. Όψεις Β, Ν: 20×3,6 = 72 m², παράθυρα 30% = 21,6 m², τοίχος 50,4 m². Όψεις Α, Δ: 15×3,6 = 54 m², παράθυρα 16,2 m², τοίχος 37,8 m².

1. Τοίχοι (σχέση 11.1, Πίνακας 11.2): Q = 0,65×(50,4×7 + 50,4×12 + 37,8×17 + 37,8×21) = 0,65×2394 ≈ 1556 W ανά όροφο.

2. Παράθυρα (σχέση 11.2, Πίνακας 11.4): Q = 21,6×66 + 21,6×142 + 16,2×211 + 16,2×281 = 1425,6 + 3067,2 + 3418,2 + 4552,2 ≈ 12463 W ανά όροφο.

3. Άνθρωποι: Q_PS = 4×75×0,85 = 255 W, Q_PL = 4×75 = 300 W, σύνολο 555 W ανά όροφο.

4. Φωτισμός: HG = 9000×0,4×1 = 3600 W· Q = 3600×0,74 = 2664 W ανά όροφο.

5. Συσκευές: Q = (600 + 410)×0,65 + (40 + 25 + 35)×0,26 = 656,5 + 26 ≈ 683 W ανά όροφο.

6. Σύνολο ανά όροφο: 1556 + 12463 + 555 + 2664 + 683 ≈ 17921 W· για τους 6 ορόφους: 6×17921 ≈ 107525 W. (Για τον τελευταίο όροφο θα προστίθετο και φορτίο οροφής, για το οποίο δεν δίνεται συντελεστής U.)

7. Αερισμός (σχέση 11.8, QVL=0): Όγκος κτιρίου 20×15×3,6×6 = 6480 m³, V = 6480×1000/3600 = 1800 l/s· Q_V = 1,23×1800×(29 − 26) ≈ 6642 W.

Συνολικό ψυκτικό φορτίο κτιρίου: 107525 + 6642 ≈ 114167 W ≈ 114,2 kW. Το φορτίο είναι πολύ μεγαλύτερο από της Δραστηριότητας 1, κυρίως λόγω των μεγαλύτερων και μονών παραθύρων (30%), της μεγαλύτερης κάτοψης και του μεγαλύτερου αριθμού ορόφων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πολυκατοικία → Πίνακες 11.2 και 11.4· ανά όροφο: τοίχοι ≈1556 W, παράθυρα ≈12463 W, άνθρωποι 555 W, φωτισμός 2664 W, συσκευές ≈683 W· αερισμός 6642 W· σύνολο ≈114,2 kW· οι CLF συσκευών για 5 ώρες λειτουργίας εκτιμώνται, γιατί οι Πίνακες 11.14-11.15 δίνουν μόνο άρτιες διάρκειες