Varčno ogrevanje 5.del
Energetsko varčno zračenje prostorov
S pomočjo znanja srednješolske fizike bomo poskusili na poljuden način odgovoriti na naslednja vprašanja:
- Koliko toplotne energije zgubimo pri zračenju stanovanja?
- Kako naj zračimo, da bomo izgubili čim manj toplotne energije?
- Kako deluje zračenje s pomočjo izmenjevalca toplote?
Naravno zračenje prostora
Z naravnim zračenjem nadomestimo topel notranji zrak s hladnim zunanjim, ki ga moramo nato segreti.
Za segrevanje zraka, potrebujemo energijo:
specifična toplota zraka pri stalnem tlaku. Pove nam, koliko J toplote potrebujemo, da 1 kg zraka segrejemo za 1K.
Maso zraka je gostota krat volumen:
Zgled 1:
Vzemimo 60 kvadratnih metrov veliko stanovanja (višina stropa je 2,6 m). Zrak (ne pa tudi stene in predmeti v stanovanju) je ohlajen na nič stopinj C in ga želimo ogreti na 20 stopinj C. Koliko energije potrebujemo?
Izračunamo prostornino:
Če želimo zrak v stanovanju segreti za 20 stopinj Celzija, potrebujemo energijo:
Če zračimo enkrat na dan, porabimo za zračenje približno 4% dnevne porabe energije. Če bi se v stanovanju ohladile tudi stene, bi potrebovali bistveno več toplote (glej Zgled 2).
Zgled 2
Koliko energije bi potrebovali, da bi segreli opečni zid stanovanja iz zgleda 1 iz temperature 0 stopinj C na srednjo temperaturo 10 stopinj C (zunanja temperatura je 0 stopinj C, notranja pa 20 stopinj C). Podatki so:
Potrebovali bi torej približno 80 krat več energije, kot če bi morali segrevati samo zrak.
Kaj smo se naučili do sedaj ?
Pri zračenju stanovanja naj se zamenja le zrak, ne pa tudi ohladijo stene in predmeti v prostorih. To dosežemo tako, da ne zračimo predolgo (največ 10 minut).
Uporaba izmenjevalca toplote – rekuperatorja
Izmenjevalec toplote ali rekuperator izmenjuje toploto med “izrabljenim” toplim zrakom v stanovanju in mrzlim, svežim zrakom, s katerim želimo zračiti stanovanje. Sestavljen je lahko iz dveh istoosnih (koaksialnih) cevi. Prihajajoči in odhajajoči zrak tečeta po obeh ceveh v isto smer ali nasprotno smer in izmenjujeta toploto. Zrak iz stanovanja se ohladi, preden zapusti stanovanje in mrzel zunanji zrak segreje, predno pride v stanovanje.
Pr istosmernem rekuperatorju tečeta zračna tokova v isto smer in je zato največja temperaturna razlika med obema tokovoma na vhodu v rekuperator, na izhodu pa pa gre proti nič. Če poenostavimo, da ima vstopajoč hladen zrak približno enako specifično toploto kot izstopajoč topel, je padec temperature toplega zraka enaka porastu temperature hladnega zraka. Teoretičen izkoristek tega rekuperatorja je zato 50%.
Istosmerni izmenjevalec toplote
Boljše lastnosti ima nasprotnosmerni rekuperator, kjer lahko prihranimo tudi do 90% toplote, ki bi jo izgubili z zračenjem. To bomo pokazali na Zgledu 3.
Nasprotnosmerni izmenjevalec toplote ali rekuperator
Zgled 3:
V stanovanju iz Zgleda 1 je temperatura 20 stopinj C, zunanja temperatura pa 0 stopinj C. Stanovanje zračimo s pomočjo nasprotnosmernega izmenjevalca toplote tako, da se zrak v stanovanju zamenja vsakih 6 ur. Notranja cev rekuperatorja je iz bakra debeline 0,5 mm in ima radij 6 mm. Želimo, da pred vstopom v stanovanje rekuperator segreje zunanji zrak na 18 stopinj C. Koeficient toplotne prestopnosti baker zrak je podan v podatkih. Kakšna naj bo dolžina cevi izmenjevalca toplote?
Podatki so:
Zaradi poenostavitve izračuna smatramo, da je gostota zraka v podanem temperaturnem področju neodvisna od temperature.
Masa zraka, ki se zamenja vsakih 6 ur je:
Tok toplega zraka iz stanovanja navzven je enak toku mrzlega zraka, ki prihaja v stanovanje:
Temperaturna razlika:
omogoča prehod toplote prečno na cev v smeri nižje temperature:
pri čemer je R upornost prehoda toplote (dvakrat prestop in prevajanje skozi bakreno steno – slednje bi lahko tudi zanemarili):
Izračunamo stično površino:
Iz nje dobimo dolžino cevi:
Komentar:
Če je stična površina med izstopajočim in vstopajočim zrakom dovolj velika, lahko zunanji hladni zrak segrejemo na temperaturo, ki je le malo nižja od sobne temperature. Predpostavljam, da oba tokova tečeta v nasprotno smer.
To se v manjšem obsegu dogaja tudi pri naravnem zračenju, če ni prepiha. Izstopajoči topel zrak odda del toplote vstopajočemu hladnemu zraku. Tako hladen zrak nikoli ne pride v prostor na temperaturi, ki je enaka zunanji temperaturi, pač pa vedno že nekoliko segret.
Zračenje s prepihom, ko hladen zrak, ki prihaja skozi prvo okno odriva topel zrak skozi drugo okno zanesljivo ni ekonomično, saj ne pride do izmenjave energij.
-
Andrej Lavrič
-
Andrej Lavrič
-
Andrej Lavrič
-
neodvisni