Λύσεις — Κεφάλαιο 11: Υπολογισμοί θερμικών απωλειών (σελ. 180) – ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΕΩΝ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 11: Υπολογισμοί θερμικών απωλειών (σελ. 180)

Λύσεις των 6 ερωτήσεων του κεφαλαίου 11 (η 6 πλήρες φύλλο υπολογισμού — 3668 kcal/h).

Ερώτηση 1 — Είδη θερμικών απωλειών χώρου και αιτίες

Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη των θερμικών απωλειών ενός χώρου και πού οφείλονται;

Απάντηση:

• Οι θερμικές απώλειες ενός χώρου οφείλονται στη ροή θερμότητας από τον χώρο προς το περιβάλλον του, όταν αυτό έχει χαμηλότερη θερμοκρασία (σελ. 167). Διακρίνονται σε δύο είδη: 1. Απώλειες διάβασης θερμότητας (Qσ) — μέσα από τις κάθε είδους διαχωριστικές επιφάνειες μεταξύ χώρου και περιβάλλοντος: εξωτερικοί και εσωτερικοί τοίχοι προς ψυχρότερους χώρους, οροφές, δάπεδα, πόρτες, παράθυρα· οφείλονται στη διάβαση (αγωγή μέσα από το στοιχείο + συναγωγή στις δύο επιφάνειες) λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας εσωτερικού-εξωτερικού και εξαρτώνται από τον συντελεστή θερμοπερατότητας K, την επιφάνεια και τη Δt (Qσ = K·F·Δt). 2. Απώλειες μεταφοράς θερμότητας — αερισμού (Qα) — από τις αέριες μάζες που ανανεώνουν τον αέρα του χώρου, είτε με φυσικό τρόπο από τα ανοίγματα και τις χαραμάδες τους (διείσδυση ψυχρού εξωτερικού αέρα λόγω ανέμου/διαφοράς πίεσης, που πρέπει να θερμανθεί) είτε αναγκαστικά με τη χρήση εξαεριστήρων· εξαρτώνται από το μήκος των χαραμάδων Ιολ, τη διείσδυση, τον άνεμο, τη θέση (όροφο) και τη Δt (Qα ≈ (10-30)·Ιολ). Το συνολικό ποσό θερμότητας που πρέπει να αποδίδει η θέρμανση είναι Qολ = Qσ + Qα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οφείλονται στη ροή θερμότητας από τον χώρο προς το ψυχρότερο περιβάλλον. Δύο είδη: απώλειες διάβασης Qσ μέσα από τις διαχωριστικές επιφάνειες (τοίχοι, οροφές, δάπεδα, ανοίγματα — αγωγή/συναγωγή λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, K·F·Δt) και απώλειες μεταφοράς-αερισμού Qα από τις αέριες μάζες που ανανεώνουν τον αέρα (χαραμάδες-ανοίγματα ή εξαεριστήρες)· Qολ = Qσ + Qα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Διάβασης + αερισμού.

Ερώτηση 2 — Βασικές θερμοκρασίες για τον υπολογισμό απωλειών

Ερώτηση: Ποιες θερμοκρασίες είναι βασικές για τον υπολογισμό των θερμικών απωλειών ενός χώρου;

Απάντηση:

• Οι απαραίτητες αρχικές παράμετροι είναι δύο θερμοκρασίες (σελ. 167-169), αφού οι απώλειες εξαρτώνται από τη διαφορά τους: 1. Η θερμοκρασία του περιβάλλοντος (tεξ) — εξωτερικού ή γειτονικού χώρου. Είναι πρακτικά δεδομένη: για τις εξωτερικές επιφάνειες, η εξωτερική θερμοκρασία της τοποθεσίας του κτιρίου, που προκύπτει από σύγκριση θερμοκρασιών μεγάλης χρονικής περιόδου και δίνεται σε πίνακες (πίν. 11.1: μέση ελάχιστη εξωτερική θερμοκρασία ανά πόλη με υψόμετρο, ανέμους και κλιματική ζώνη Α/Β/Γ — π.χ. Αθήνα +1 °C, Ηράκλειο +3, Θεσσαλονίκη −5, Ιωάννινα −6, Λάρισα −7, Κοζάνη −10, Φλώρινα −11, Πτολεμαΐδα −12 °C)· δεν επιλέγεται η ακριβώς ελάχιστη (αντιοικονομικό — πολύ σπάνια) ούτε αρκετά ψηλότερη (η εγκατάσταση δεν θα ανταποκρινόταν στις ψυχρότερες ημέρες)· αν ο χώρος συνορεύει ολικά ή μερικά με άλλο εν χρήσει (θερμαινόμενο) χώρο, ως θερμοκρασία περιβάλλοντος λαμβάνεται η επιθυμητή θερμοκρασία εκείνου (π.χ. Γ: 18 °C στο παράδειγμα). 2. Η επιθυμητή θερμοκρασία του χώρου (tεσ) — επιλέγεται ανάλογα με τη χρήση του και την παρουσία ανθρώπων, μηχανημάτων, υλικών (πίν. 11.2): δωμάτια, γραφεία, αίθουσες σχολείων-εκθέσεων, εστιατόρια 20 °C· λουτρά, θάλαμοι νοσοκομείων 22 °C· βοηθητικοί χώροι, διάδρομοι 18 °C· σκάλες, ναοί 15 °C· χειρουργεία 25-35 °C· θέατρα, κινηματογράφοι 18 °C· σταθμοί αυτοκινήτων, χώροι εργασίας εργοστασίων 10-15 °C.

Σύνοψη: (ενδεικτική) 1) Η θερμοκρασία του περιβάλλοντος tεξ — η εξωτερική της τοποθεσίας από πίνακες μέσων ελάχιστων θερμοκρασιών (Αθήνα +1, Θεσσαλονίκη −5, Κοζάνη −10 °C…) ή, για γειτονικό θερμαινόμενο χώρο, η επιθυμητή του· 2) η επιθυμητή θερμοκρασία του χώρου tεσ κατά τη χρήση (δωμάτια-γραφεία 20 °C, λουτρά-θάλαμοι 22, διάδρομοι-θέατρα 18, σκάλες-ναοί 15, χειρουργεία 25-35, εργοστάσια 10-15 °C).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• tεξ + tεσ.

Ερώτηση 3 — Παράγοντες απωλειών διάβασης

Ερώτηση: Από ποιους παράγοντες εξαρτώνται οι απώλειες διάβασης;

Απάντηση:

• Από τη θεωρία μετάδοσης θερμότητας (σελ. 169-170): Qσ = Kσ · Fσ · (tεξ − tεσ) (σε απόλυτη τιμή), άρα εξαρτώνται από: 1. Τον συντελεστή θερμοπερατότητας Kσ του δομικού στοιχείου (kcal/m²·h·°C) — που καθορίζεται από το υλικό, το πάχος και τη δομή του στοιχείου (τούβλο/σκυρόδεμα/τσιμεντόλιθοι, επιχρίσματα, ξύλινα/μεταλλικά κουφώματα, απλό/διπλό τζάμι, τύπος δαπέδου-οροφής) και κυρίως από την ύπαρξη θερμομόνωσης (μειώνει σημαντικά το K, όπως επιβάλλει η νομοθεσία)· τιμές από πίνακες 11.3-11.6 (π.χ. μεταλλική μπαλκονόπορτα 5, τοίχος τούβλου 30 cm 1,2, οροφή με τσιμεντόπλακες 2,6, παρκέτο 1,7). 2. Την επιφάνεια Fσ (m²) του στοιχείου (μετά την αφαίρεση των ανοιγμάτων) — μεγαλύτερος χώρος/περισσότερες εξωτερικές επιφάνειες → μεγαλύτερες απώλειες. 3. Τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιθυμητής του χώρου tεσ και της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος tεξ (εξωτερική ή γειτονικού χώρου) — μηδενική Δt = μηδενικές απώλειες (Α→Β στο παράδειγμα). 4. Τις προσαυξήσεις που εφαρμόζονται στη συνέχεια: προσανατολισμός (Β +5 %, Ν −5 %), διακοπτόμενη λειτουργία (10-35 %), ύψος χώρου, όροφος (4 %/όροφο, ≤ 20 %) — που εκφράζουν την έκθεση σε ανέμους/ηλιασμό, την ανάγκη επαναθέρμανσης της μάζας και τις συνθήκες ψηλών χώρων/ορόφων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Από τον συντελεστή θερμοπερατότητας K του δομικού στοιχείου (υλικό, πάχος, δομή, θερμομόνωση — πίνακες), την επιφάνειά του F (μετά την αφαίρεση ανοιγμάτων) και τη διαφορά θερμοκρασίας εσωτερικού-περιβάλλοντος (tεσ − tεξ): Qσ = K·F·Δt· συν τις προσαυξήσεις προσανατολισμού, διακοπτόμενης λειτουργίας, ύψους και ορόφου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• K, F, Δt + προσαυξήσεις.

Ερώτηση 4 — Παράγοντες απωλειών αερισμού και απλοποιημένος υπολογισμός

Ερώτηση: Από ποιους παράγοντες εξαρτώνται οι απώλειες αερισμού και πώς γίνεται ο απλοποιημένος υπολογισμός τους;

Απάντηση:

• Οι απώλειες αερισμού Qα προκύπτουν από τη θέρμανση του ψυχρού αέρα που εισέρχεται από τις χαραμάδες (ανοχές) των εξωτερικών ανοιγμάτων (σελ. 170). Αναλυτικά υπολογίζονται από τη σχέση Qα = α · Ιολ · R · H · ΖΓ · (tεξ − tεσ) (11.2.3), δηλαδή εξαρτώνται από: α — τον συντελεστή διείσδυσης αέρα (ποιότητα/στεγανότητα των κουφωμάτων, m³/h ανά m χαραμάδας)· Ιολ — το συνολικό μήκος (m) των ανοχών/χαραμάδων των εξωτερικών ανοιγμάτων του χώρου (περίμετρος φύλλων παραθύρων-πορτών)· R — τον χαρακτηριστικό αριθμό χώρου (δυνατότητα διαφυγής του αέρα προς εσωτερικούς χώρους — αναλογία εξωτερικών/εσωτερικών ανοιγμάτων)· H — τον συντελεστή προσβολής ανέμου (θέση κτιρίου, τοποθεσία, ύψος ορόφου, προσανατολισμός ως προς τους επικρατούντες ανέμους — πίν. 11.1)· ΖΓ — τον συντελεστή γωνιακών παραθύρων (χώροι με ανοίγματα σε δύο εξωτερικούς τοίχους)· και τη διαφορά θερμοκρασίας (tεσ − tεξ). Απλοποιημένος υπολογισμός: στην πράξη χρησιμοποιείται η εμπειρική σχέση Qα = (10 ÷ 30) · Ιολ (kcal/h) (11.2.4), για διαφορά θερμοκρασίας ≈ 20 °C — με μεγάλη όμως πιθανότητα σφάλματος· ο συντελεστής επιλέγεται από τον πίνακα 11.8 ανάλογα με τη θέση του χώρου σε κτίρια πολλών ορόφων: ανοίγματα ημιυπόγειων και α΄ ορόφου 15·Ιολ, ενδιάμεσων ορόφων 20·Ιολ, τελευταίων ορόφων 25·Ιολ, τελευταίας καθ' ύψος κατοικίας (ρετιρέ) 30·Ιολ (η προσβολή του ανέμου αυξάνει με το ύψος). Παράδειγμα: Ιολ = 6 + 8 = 14 m, ενδιάμεσος όροφος → Qα = 20 × 14 = 280 kcal/h.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Αναλυτικά Qα = α·Ιολ·R·H·ΖΓ·Δt: συντελεστής διείσδυσης αέρα α (στεγανότητα κουφωμάτων), μήκος χαραμάδων Ιολ, χαρακτηριστικός αριθμός χώρου R, συντελεστής προσβολής ανέμου H, συντελεστής γωνιακών παραθύρων ΖΓ και διαφορά θερμοκρασίας. Απλοποιημένα: Qα = (10÷30)·Ιολ kcal/h (Δt ≈ 20 °C) με συντελεστή 15 για ημιυπόγεια/α΄ όροφο, 20 ενδιάμεσους, 25 τελευταίους, 30 ρετιρέ (πίν. 11.8) — π.χ. 20 × 14 m = 280 kcal/h.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• α, Ιολ, R, H, ΖΓ · (10-30)·Ιολ.

Ερώτηση 5 — Προσαυξήσεις μετά τον αρχικό υπολογισμό απωλειών διάβασης

Ερώτηση: Τι είδους προσαυξήσεις γίνονται μετά τον αρχικό υπολογισμό των απωλειών διάβασης;

Απάντηση:

• Οι τιμές των απωλειών διάβασης Qσ (K·F·Δt) πρέπει να προσαυξάνονται (σελ. 170, 172, 175) λόγω: 1. Προσανατολισμού του χώρου (πίν. 11.7 — επαύξηση %): Β, ΒΑ, ΒΔ: +5 % (βόρειοι χώροι: χωρίς ηλιασμό, εκτεθειμένοι στους ψυχρούς ανέμους), Α, Δ: 0 %, Ν, ΝΑ, ΝΔ: −5 % (μείωση — ηλιακά κέρδη). 2. Διακοπτόμενης λειτουργίας της θέρμανσης: 10-35 % — όταν η εγκατάσταση δεν λειτουργεί συνεχώς, χρειάζεται επιπλέον ισχύς για την επαναθέρμανση των ψυχρών δομικών στοιχείων (μαζών) μετά τη διακοπή· μεγαλύτερες τιμές για μεγάλες διακοπές/βαριές κατασκευές. 3. Ύψους του χώρου: σε ψηλούς χώρους ο θερμός αέρας συγκεντρώνεται ψηλά (στρωμάτωση) και οι απώλειες από οροφή-ψηλά τμήματα αυξάνουν (π.χ. +4 % στο παράδειγμα). 4. Ορόφου: αρκετοί μελετητές, για λόγους ασφάλειας, προσαυξάνουν το Qσ και ανάλογα με τον όροφο — 4 % ανά όροφο με μέγιστο 20 % (μεγαλύτερη έκθεση σε ανέμους ψηλότερα). Οι προσαυξήσεις αθροίζονται αλγεβρικά σε έναν τελικό συντελεστή (1 + %): στο παράδειγμα ΝΔ −5 % + διακοπτόμενη 25 % + ύψος 4 % = +24 % → Qσ = 2730 × 1,24 = 3388 kcal/h (στήλες 13-15 του φύλλου υπολογισμού). Στις απώλειες αερισμού δεν εφαρμόζονται προσαυξήσεις (ο συντελεστής του πίν. 11.8 ενσωματώνει τον όροφο).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Προσαύξηση λόγω προσανατολισμού (Β/ΒΑ/ΒΔ +5 %, Α/Δ 0, Ν/ΝΑ/ΝΔ −5 %), λόγω διακοπτόμενης λειτουργίας (10-35 % — επαναθέρμανση μαζών), λόγω ύψους του χώρου (στρωμάτωση) και, από πολλούς μελετητές, ανά όροφο (4 %/όροφο, μέγιστο 20 %)· αθροίζονται σε τελικό συντελεστή, π.χ. −5 + 25 + 4 = +24 % → 2730 → 3388 kcal/h.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Προσανατολισμός, διακοπές, ύψος, όροφος.

Ερώτηση 6 — Συμπλήρωση φύλλου υπολογισμού θερμικών απωλειών με το παράδειγμα 11.3

Ερώτηση: Να συμπληρώσετε το φύλλο υπολογισμού θερμικών απωλειών της σελίδας 178 με τα στοιχεία του παραδείγματος της παραγράφου 11.3.

Απάντηση:

• Δεδομένα (§11.3): χώρος Α 4 × 5 m, ύψος 2,8 m, tεσ = 20 °C· γειτονικοί: Β 20 °C (καμία απώλεια), Γ 18 °C (Δθ = 2), εξωτερικοί Δ, Ε 0 °C (Δθ = 20)· pilotis (δάπεδο προς 0 °C), οροφή ακάλυπτη· προσανατολισμός ΝΔ· ενδιάμεσος όροφος. Φύλλο υπολογισμού (Ιδιοκτήτης/Θέση: παράδειγμα Αθήνα, Όροφος: —, Φύλλο: 1 — χώρος Α):

  1 Είδος επιφάνειας	2 Προσαν.	3 Πάχος (cm)	4 Μήκος (m)	5 Ύψος/πλάτος (m)	6 Αρ. όμοιων	7 Επιφ. (m²)	8 Αφαιρ. (m²)	9 Τελική (m²)	10 K	11 Δθ (°C)	12 Απώλειες (kcal/h)
  Εσωτ. πόρτα ξύλινη Α→Γ	—	—	1,0	2,0	1	2,0	—	2,0	2	2	8,0
  Εσωτ. τοίχος τούβλου Α→Γ	—	20	5,0	2,8	1	14,0	2,0	12,0	1,33	2	31,9
  Μπαλκονόπορτα μεταλλική Α→Δ	ΝΔ	—	2,0	2,0	1	4,0	—	4,0	5	20	400,0
  Εξωτ. τοίχος τούβλου Α→Δ	ΝΔ	30	4,0	2,8	1	11,2	4,0	7,2	1,2	20	172,8
  Παράθυρο μεταλλικό διπλό Α→Ε	ΝΔ	—	(2 m²)	—	1	2,0	—	2,0	3	20	120,0
  Εξωτ. τοίχος τούβλου Α→Ε	ΝΔ	30	5,0	2,8	1	14,0	2,0	12,0	1,2	20	288,0
  Δάπεδο (pilotis) παρκέτο κολλητό	—	10	4,0	5,0	1	20,0	—	20,0	1,7	20	680,0
  Οροφή πλάκα 15 cm τσιμεντόπλακες	—	15	4,0	5,0	1	20,0	—	20,0	2,6	20	1040,0
  Σύνολο απωλειών χωρίς προσαυξήσεις (στ. 12)											≈ 2730

  (Το άθροισμα των γραμμών δίνει 2740,7 kcal/h· το βιβλίο στρογγυλεύει στα 2730 — 31,92 → 31,2 — και συνεχίζει με 2730.) Στήλες 13-16: 13 προσαύξηση προσανατολισμού ΝΔ: −5 %· 14 προσαύξηση διακοπών λειτουργίας +25 % (+ ύψους +4 %)· 15 τελικός συντελεστής 1 + (−5 + 25 + 4) % = 1,24· Qσ = 2730 × 1,24 = 3388 kcal/h. Απώλειες αερισμού: Ιολ = 6 + 8 = 14 m, ενδιάμεσος όροφος → Qα = 20 · Ιολ = 280 kcal/h. 16 Σύνολο θερμικών απωλειών χώρου: Qολ = Qσ + Qα = 3388 + 280 = 3668 kcal/h (≈ 4,27 kW). Με βάση αυτό επιλέγεται το σώμα (Q60 = 3668/σδ) και αθροίζεται για τον λέβητα.

Σύνοψη: Φύλλο: 8 γραμμές επιφανειών (πόρτα Α→Γ 8· τοίχος Α→Γ 20 cm 12 m² ×1,33×2 = 31,9· μπαλκονόπορτα Α→Δ 4 m² ×5×20 = 400· τοίχος Α→Δ 30 cm 7,2 m² ×1,2×20 = 172,8· παράθυρο Α→Ε 2 m² ×3×20 = 120· τοίχος Α→Ε 12 m² ×1,2×20 = 288· δάπεδο 20 m² ×1,7×20 = 680· οροφή 20 m² ×2,6×20 = 1040) → Qσ ≈ 2730 kcal/h· προσαυξήσεις ΝΔ −5 %, διακοπών +25 %, ύψους +4 % → συντελεστής 1,24 → 3388· Qα = 20 × 14 m = 280· σύνολο Qολ = 3668 kcal/h.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πίνακας + 3668 kcal/h.