Teraz, kiedy wiemy, ile
energii trzeba dostarczyć do domu aby funkcjonował jako pasywny, możemy zająć
się drugą stroną przedsięwzięcia. Policzyć (w daleko idącym przybliżeniu), ile
taki dom energii oddaje do otoczenia przez przegrody. Niestety tutaj obliczenia
nie są już takie łatwe i trzeba się do tego trochę przyłożyć. Oczywiście są
specjalne programy, które liczą to szybciej, ale o ile przyjemniej jest samemu
dojść do pewnych danych. W tym przypadku także będziemy mogli posłużyć się
magicznymi kilowatami, ale tym razem nie będziemy liczyli mocy (tak jak w
poście o dostarczaniu energii do domu pasywnego), tylko wyznaczymy strumień energii przechodzący
przez przegrody w kierunku otoczenia i zabierający ze sobą nasze cenne kilowaty
„na dwór”.
Trochę teorii.
Dział nauki który
rozpatruje tego typu problemy nazywamy termodynamiką. Problem, który my
będziemy rozwiązywać, dotyczy gęstości przenikania strumienia ciepła w zależności od gradientu
temperatury, inaczej prawa Fouriera. Przekładając to z łaciny na nasze dowiemy
się, jak szybko i w jakiej ilości nasze kilowaty „wyprowadzą się” na zewnątrz i
jak ich tę ucieczkę będziemy mogli zminimalizować.
Zgodnie z prawem Fouriera
niestety nie możemy zatrzymać przenikania ciepła z ośrodka o wyższej
temperaturze do niższej, natomiast możemy je znacznie spowolnić. Służy do tego
współczynnik λ (lambda), współczynnik przewodzenia ciepła. λ jest wyrażona w
jednostkach W/m·K, co znaczy, że powie nam ona, ile watów energii przeszło
przez ośrodek o szerokości 1 metra przy różnicy temperatur 1°K (przy
temperaturach względnych można używać stopnia Celsjusza). Mając to wszystko
potrzebujemy jeszcze tylko do szczęścia obliczyć opór cieplny „R”, który pozwoli
poznać rzeczywiste straty energii w domu, podkładając do równania konkretne
wymiary. R, czyli opór cieplny, jest to grubość przegrody podzielona przez jego
współczynnik przewodzenia ciepła, czyli nasze λ. Więc liczymy:
- zaczynamy od współczynnika przewodzenia
ciepła, a za przegrodę przyjmiemy pół metra betonu; współczynniki dostępne są w
tablicach, bez problemu można odszukać je w na przykład na stronie:
λ= 1,7 [W/m·K]
- czyli beton o grubości
1 metra przepuści 1,7 wata energii przy zmianie temperatury po dwóch stronach przegrody
o 1°C
- teraz wyliczymy opór
cieplny przegrody
R=0,5[m]/1,7[W/m·K] =
0,294[W/m²·K]
- wiemy już, że 1m²
ściany z betonu o grubości 0,5 metra i zmianie temperatury o 1°C przeniesie 0,294 wata energii
- teraz potrzebna jest
nam bryła, żeby obliczyć, ile energii ucieknie nam z jakiegoś pomieszczenia; do
obliczeń przyjmiemy bunkier o wymiarach 10x10x10m i grubości ściany oraz
podłogi 0,5m; zaczynamy od obliczenia pola powierzchni bocznej ścian (dla
ułatwienia pomijam obliczanie narożników)
Ppb = 6 ścian ( 10m·10m )
= 6·100m = 600m² powierzchni
- podstawiamy wszystko i
liczymy ilość ciepła, które przenika przez wszystkie przegrody:
U = 0,294[W/m²·K]·600[m²]
= 176,4[W/K]
Tyle watów energii ucieka
przez cały bunkier przy różnicy temperatur 1°C.
Postaram się to zwizualizować: mamy bunkier o
wymiarach jak wcześniej, przez cały dzień temperatura powietrza wynosiła 20°C;
nadeszła noc i temperatura otoczenia spadła do 15°C; wtedy zgodnie z prawem
Fouriera za jakiś czas temperatura wewnątrz bunkra także spadłaby do 15°C. Aby
temu przeciwdziałać wystarczy aby w bunkrze grzał (176,4*5°C) 882 watowy
grzejnik aby zrekompensować straty ciepła, a temperatura w bunkrze przez cała
noc utrzyma się na poziomie 20°C.
Oczywiście obliczenia te
są teoretyczne, nie obejmują zarówno ciepła właściwego materiałów, jak i też znacznie
upraszczają model bryły. Do obliczania tych wartości dla domku, trzeba bryłę
domu rozłożyć na drzwi, okna, ściany (ściany na warstwy), dachy i dla każdej
przegrody zrobić te obliczenia oddzielnie, a następnie zsumować otrzymane
wyniki.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz