Poradnik klimatyzacji

Baumgarth / Hörner / Reeker (Hrsg.)
Poradnik
klimatyzacji
Tom 1: Podstawy
Wydanie 1 polskie na podstawie
5. zmienionego i rozszerzonego
wydania niemieckiego
Poznań 2010
Tytuł oryginału:
Handbuch der Klimatechnik. Band 1: Grundlagen
Tytuł wydania polskiego:
Poradnik klimatyzacji. Tom I: Podstawy
Przekład z języka niemieckiego:
mgr Piotr Andrzejczak
Konsultacje i korekta merytoryczna:
prof. zw. dr inż. Ferdynand Dembecki
Korekta merytoryczna i redakcja:
dr inż. Grzegorz Krzyżaniak, doc. P.P.
Weryfikacja:
dr inż. Bolesław Gaziński, mgr Krystyna Suwiczak
Copyrights:
First published as „Handbuch der Klimatechnik - Band I: Grundlagen“ by Prof. Dr.-Ing. Siegfried
Baumgarth (Ed.), Prof. Dr.-Ing. Berndt Hörner (Ed.), Prof. Dr.-Ing. Josef Reeker (Ed.).
© 2008 by C. F. Müller, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH, Heidelberg, Munich, Berlin,
Germany. www huethig-jehle-rehm.de. All rights reserved.
2010 Wydanie polskie – SYSTHERM D. Gazińska sp. j.
Książka w całości ani we fragmentach nie może być powielana ani rozpowszechniana za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym również nie może
być umieszczana ani rozpowszechniana w postaci cyfrowej zarówno w internecie, jak i w sieciach
lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich.
Wydawca nie ponosi odpowiedzialności za treść opublikowanych reklam.
Koordynacja: dr inż. Bolesław Gaziński, mgr inż. Joanna Jóźwiak
Korekta: Jolanta Trębicka
Skład i opracowanie graficzne: mgr Karolina Dolata-Szczęsna, Wojciech Zalewski
Druk i oprawa:
Poznańskie Zakłady Graficzne S. A., ul. Wawrzyniaka 39, 60-502 Poznań
Wydawca:
SYSTHERM D. Gazińska sp. j., ul. św. Wincentego 7, 61-003 Poznań
Tel. 61 850 75 98, fax. 61 850 75 55, www.systherm.pl, [email protected]
Od Wydawcy
Wydawnictwo SYSTHERM specjalizujące się w wydawaniu książek technicznych pragnie
przedstawić Państwu najnowszą książkę z dziedziny klimatyzacji.
„Poradnik klimatyzacji. Tom 1: Podstawy” jest wiernym tłumaczeniem niemieckiego
bestsellera, znanego fachowcom od ponad 30 lat, wydanego przez Wydawnictwo C. F. Müller pt.
„Handbuch der Klimatechnik“. Tom 1: Grundlagen, Tom 2: Anwendungen (ponad 820 stron)
– zespół autorski pod kierunkiem: Baumgarth, Hörner, Reeker. Poprawność merytoryczną
tłumaczenia zapewnili znani specjaliści, wieloletni pracownicy Politechniki Poznańskiej – Zakładu
Ogrzewnictwa, Klimatyzacji i Ochrony Powietrza: prof. zw. dr inż. Ferdynand Dembecki, dr inż.
Bolesław Gaziński oraz dr inż. Grzegorz Krzyżaniak, doc. P.P.
W części wstępnej przedstawiono wybrane zagadnienia klimatyczne i meteorologiczne ze
szczególnym uwzględnieniem problemów związanych z wymianą ciepła oraz odczuwaniem komfortu
cieplnego, takich jak: bilans cieplny człowieka, energetyczna przemiana materii, konwekcja swobodna
i wymuszona, dyfuzja gazów i przejmowanie masy, wymiana ciepła przy zmianie stanu.
Przedstawiono prawa wilgotnego powietrza oraz ich zastosowanie, omówiono zmiany stanu
powietrza wilgotnego w urządzeniach klimatyzacyjnych.
W sposób przejrzysty przedstawiono podstawy techniki chłodniczej i stosowanych urządzeń
chłodniczych, dokonano ich przeglądu pod kątem rozwiązań konstrukcyjnych i zasad działania.
W rozdziale poświęconym podstawom chłodnictwa scharakteryzowano m.in. chłodnie wyparne oraz
sprężarkowe i absorpcyjne urządzenia chłodnicze.
W kolejnych rozdziałach omówiono podstawy przepływu płynów ze szczególnym
uwzględnieniem ruchu powietrza w pomieszczeniach dla różnych typów wentylacji i rozmieszczenia
nawiewników o zróżnicowanej konstrukcji. Ponadto przedstawiono podstawy akustyki w tym analizę
szumów, dopuszczalne poziomy akustyczne, dodawanie hałasu z kilku źródeł i problemy izolacji
akustycznej.
Podano też zasady oczyszczania powietrza, budowę urządzeń i przykłady zastosowań różnych
rodzajów filtrów.
Omówiono szczegółowo technikę regulacji dla instalacji klimatyzacyjnych: zachowania
statyczne i dynamiczne, węzły regulacyjne ciągłe i nieciągłe, sterowanie za pomocą systemów
cyfrowych, zasady strojenia metodami: Chiena, Hronesa i Reswicka a także Zieglera i Nicholsa.
Do niniejszej publikacji dołączono również tablice dotyczące pary wodnej i powietrza
wilgotnego oraz właściwości wybranych czynników chłodniczych – nieocenioną pomoc przy
wszelkiego typu pracach projektowych.
Powyższy tytuł kierujemy do określonej grupy czytelników – specjalistów z branży
klimatyzacyjnej, wentylacyjnej i chłodniczej, mając nadzieję na ułatwienie im pracy. Zainteresowani
jesteśmy także dotarciem do środowisk akademickich oraz szkół średnich technicznych.
Słowa podziękowania kieruję do dr inż. Bolesława Gazińskiego za podjęcie inicjatywy
wydawniczej oraz umożliwienie wydania niniejszego dzieła. Pragnę również podziękować prof. zw.
dr inż. Ferdynandowi Dembeckiemu za przygotowanie weryfikacji naukowej oraz dr inż. Grzegorzowi
Krzyżaniakowi, doc. P.P. za rady, szczegółową analizę i redakcję tekstu oraz korektę merytoryczną.
Dziękuję również w imieniu wydawnictwa i swoim własnym wszystkim reklamodawcom,
a zwłaszcza prasie branżowej i portalom internetowym za poparcie inicjatywy wydawniczej.
Mgr inż. Joanna Jóźwiak
Kierownik Wydawnictwa
Baumgarth / Hörner / Reeker (Wyd.)
Handbuch der Klimatechnik
Band 1: Grundlagen
C.F. Müller Verlag, Heidelberg
Wymienione w książce nazwy produktów, które jednocześnie są zarejestrowanymi znakami towarowymi,
nie zostały w sposób szczególny oznaczone. Nie należy więc na podstawie braku oznaczenia TM lub ®
wnioskować, że wykorzystana w książce nazwa jest wolnym znakiem towarowym. Nie można również
na tej podstawie dowiedzieć się, czy dane produkty są opatentowane lub czy są one objęte ochroną
wzorów użytkowych.
Wszystkie informacje, dane, wyniki itd., zawarte w tej książce, zostały sporządzone przez autorów
zgodnie z ich najlepszą wiedzą, a następnie także przez nich oraz przez wydawnictwo sprawdzone
z największą możliwą dokładnością. Pomimo tego nie można całkowicie wykluczyć możliwości
występowania błędów. Informacje zawarte w książce nie podlegają zatem jakimkolwiek zobowiązaniom
lub gwarancjom wydawnictwa lub autorów. Dlatego też nie biorą oni w żaden sposób odpowiedzialności
za ewentualnie występujące nieprawidłowości.
Spośród zacytowanych w tej książce przepisów VDI oraz norm DIN ważność wiążącą mają zawsze
tylko ostatnie wydania.
Informacja bibliograficzna Niemieckiej Biblioteki Narodowej
Niemiecka Biblioteka Narodowa odnotowuje tę publikację w Niemieckiej Bibliografii Narodowej.
Szczegółowe dane bibliograficzne są dostępne w internecie na stronie http://dnb.d-nb.de
ISBN: 978-3-7880-7820-1
Wydanie piąte, nowoopracowane i rozszerzone 2008
© C. F. Müller, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH, Heidelberg, München, Landsberg, Berlin
Praca ta, łącznie ze wszystkimi jej częściami jest chroniona prawem autorskim. Każdy sposób
wykorzystania wykraczający poza wąskie granice ustawy o prawie autorskim jest bez zgody
wydawnictwa niedopuszczalny oraz podlega karze. Szczególnie dotyczy to kopiowania, tłumaczeń,
filmowania z użyciem mikrofilmu lub zapisywania oraz przerabiania w ramach systemów
elektronicznych.
Skład: Mitterweger & Partner, Plankstadt
Druk: Kessler Druck + Medien, Bobingen
Printed in Germany
Przedmowa do 1. wydania polskiego
Od 40 lat interesuję się zagadnieniami chłodnictwa i klimatyzacji. Podczas swojej
wieloletniej pracy naukowo-dydaktycznej oraz projektowej zauważyłem, iż na rynku polskim
brakuje podstawowej literatury z branży klimatyzacyjnej, natomiast specjaliści korzystają
bardzo często z opracowań niemieckich.
Stwierdzenie tego faktu zainspirowało mnie do zainicjowania wydania książki
znanej na rynku niemieckim od ponad 30 lat. Książki, która jest biblią każdego specjalisty
z zakresu klimatyzacji, chłodnictwa i wentylacji.
Książka wydawnictwa C.F. Müller „Handbuch der Klimatechnik. Band 1:
Grundlagen” doczekała się już piątego wydania w Niemczech. Na przestrzeni wielu lat
została sprzedana w kilkudziesięciu tysiącach egzemplarzy na całym świecie i służy za
podstawę zdobywania wiedzy z zakresu klimatyzacji, chłodnictwa i wentylacji.
W kolejnych wydaniach Autorzy uaktualniali treść poradnika w oparciu o najnowsze
wyniki publikowanych badań.
Tłumaczenie polskie wydane dzięki staraniom Wydawnictwa SYSTHERM
zostało poddane weryfikacji merytorycznej przez znanego specjalistę, założyciela zakładu
ogrzewnictwa, klimatyzacji i ochrony powietrza Politechniki Poznańskiej – prof. zw. dr inż.
Ferdynanda Dembeckiego. Nad poprawnością merytoryczna tłumaczenia czuwał również
dr inż. Grzegorz Krzyżaniak, doc. P.P., któremu szczególnie dziękuję za wnikliwą analizę
i wniesione cenne uwagi.
Książka zawiera wybrane zagadnienia klimatyczne i meteorologiczne, dlatego też
wydanie polskie zostało uzupełnione o informacje dotyczące klimatu Polski, a także o spis
polskich norm i literatury.
W niniejszej publikacji w sposób przejrzysty wytłumaczono podstawy zagadnień
związanych z klimatyzacją, chłodnictwem i wentylacją. Zamieszczono wiele ciekawych
przykładów obliczeniowych, których liczba i szczegółowość stanowi duże ułatwienie
w przyswojeniu sobie tych niejednokrotnie zawiłych problemów występujących w inżynierii
środowiska.
Jestem zainteresowany Państwa opiniami na temat tej publikacji. Wszelkie uwagi
dotyczące książki proszę kierować na adres Wydawnictwa SYSTHERM.
Autorzy poszczególnych części podręcznika:
Wprowadzenie (1)
Prof. dr inż. B. Hörner – Fachhochschule München
Podstawy meteorologiczne (2)
Prof. dr inż. hab. M. Schmidt – Fachhochschule Zittau/Görlitz
Podstawy fizjologiczne (3)
Prof. dypl. inż. R. Lochau – Fachhochschule Berlin
Wymiana ciepła (4)
Prof. dr inż. F. R. Stupperich – Fachhochschule Münster, Oddział: Steinfurt
Powietrze wilgotne – prawa i ich zastosowanie (5)
Prof. dr inż. K. Müller – Fachhochschule Braunschweig-Wolfenbüttel
Podstawy techniki chłodniczej (6)
Prof. dr inż. H. R. Engelhorn – Fachhochschule Gießen-Friedberg
Podstawy przepływu płynów (7)
Prof. dr inż. J.Janssen – Fachhochschule Berlin
Podstawy akustyki (8)
Prof. dr inż. H. Bley / prof. dr inż. B. Hörner
Fachhochschule Köln / Fachhochschule München
Podstawy oczyszczania powietrza (9)
Prof. dr inż. H. R. Engelhorn / dypl. inż. M. Sauer-Kunze
Fachhochschule Gießen-Friedberg / Firma Delbag w Berlinie
Technika regulacji instalacji klimatyzacyjnej (10)
Prof. dr inż. S. Baumgarth – Fachhochschule Braunschweig-Wolfenbüttel
Tablice dla pary wodnej i powietrza wilgotnego (11)
Prof. dr inż. H. Schedwill
Fachhochschule Esslingen
Koordynatorzy:
Prof. dr inż. H. Brüggemann – Fachhochschule Braunschweig-Wolfenbüttel
Prof. dr inż. H. Löber – Fachhochschule Zittau/Görlitz
Prof. dypl. inż. J. Reeker – Fachhochschule Münster
Prof. dr inż. H. Schedwill – Fachhochschule Esslingen
Przedmowa do wydania piątego
Ten trzytomowy podręcznik techniki klimatyzacyjnej, wydany był po raz pierwszy w roku
1974 i ukazał się jeszcze w trzech wydaniach.
W roku 1989 zespół docentów, specjalistów w dziedzinie techniki klimatyzacyjnej, wraz
z rozszerzonym zespołem autorów przeredagował jego treść, przez co stał się bardziej
odpowiedni dla wykonujących swój zawód inżynierów jak również dla studentów.
Część autorów pierwotnie pracujących nad książką odeszła z zespołu. Nowi koledzy,
wywodzący się przede wszystkim z nowych federalnych krajów związkowych, uzupełnili
grono autorów podręcznika.
Od roku 1999 z powodów organizacyjnych zespół docentów specjalizujących się
w klimatyzacji nie jest już wydawcą książki, a w jej miejsce zadanie to bierze na swoje barki
zespół wydawców wybrany spośród jej członków.
Niniejsze zaktualizowane nowe wydanie pierwszego tomu „Podręcznika techniki
klimatyzacyjnej” powinno służyć projektantom instalacji klimatyzacyjnych jako kompendium wiedzy a studentom ułatwić wdrożenie się w zagadnienia dotyczące klimatyzacji.
W ciągu ubiegłego ćwierćwiecza w obszarze techniki klimatyzacyjnej oraz wentylacyjnej
zaszły duże zmiany. Wypracowano nowe normy biorąc pod uwagę wyzwania wynikające
z integracji państw należących do Unii Europejskiej. Zmiany te zostały uwzględnione
w nowym wydaniu podręcznika.
Wolfenbüttel, Monachium, Münster – czerwiec 2008
Zespół autorski
Siegfried Baumgarth
Berndt Hörner
Josef Reeker
OFERTA WYDAWNICTWA
Wydawnictwo SYSTHERM jest częścią
ią firmy SYSTHERM D. Gazińska s. j. Zostało utworzone w 1999 roku. Podstawowym celem działalności wydawnicw
nicznych i przybliżanie czytelnikom wiedzy z zakresu chłodnictw
chłodnictwa,, klimatyzacji, ogrzewni
ogrzewnictwa,
wentyla i innych
twa jest promowanie nowości technicznych
twa, wentylacji
dziedzin techniki.
Autorami książek technicznych, poradników, kalendarzy branżowych są pracownicy naukowi wyższych uczelni oraz specjaliści firm zajmujących się
produkcją i eksploatacją różnego typu urządzeń. Recenzentami wydawanych przez nas publikacji są najwybitniejsze autorytety w Polsce.
Publikacje te, zawierają niezbędne dla każdego fachowca wiadomości, wykresy i zestawienia tabelaryczne, umożliwiające optymalizację doboru
urządzeń i technologii. Niejednokrotnie można również w nich znaleźć dane katalogowe oraz przykłady obliczeń i praktycznych zastosowań poparte
wieloletnim doświadczeniem autorów.
Powstałe w wydawnictwie SYSTHERM książki adresowane są do osób zawodowo związanych z szeroko rozumianą problematyką chłodniczą, klimatyzacyjną, ogrzewniczą, motoryzacyjną etc., a więc projektantów, monterów, serwisantów oraz innych osób i firm poszukujących praktycznych
i niezbędnych informacji o branży. Książki te rozprowadzane są poprzez różnorodne kanały dystrybucji, takie jak: internetowe księgarnie, portale
branżowe, księgarnie techniczne na terenie całego kraju, uczelnie wyższe, oddziały firmy SYSTHERM Chłodnictwo i Klimatyzacja, etc.
Działalność wydawnictwa SYSTHERM to nie tylko publikacja książek z branży technicznej ale również wydawanie publikacji tworzonych na potrzeby
reklamowo – promocyjne poszczególnych firm, takich jak ARMACELL, BORYSZEW, DAIKIN, DANFOSS, LAB-EL, LG - ELECTRONICS, AES, i inne.
Ponadto wydawnictwo SYSTHERM oferuje także przygotowanie do druku książek, broszur oraz doradztwo i zastępstwo wydawnicze, projekty graficzne, ilustracje do książek, wykonanie katalogów, folderów, druków reklamowych i ulotek oraz kalendarzy reklamowych (książkowych z wkładką
merytoryczną o wybranej tematyce, ściennych, biurkowych, kieszonkowych), a także obsługę reklamową działań i produktów firmowych oraz realizację zamówień nietypowych i specjalnych.
Kontakt i składanie zamówień:
mgr inż. Joanna Jóźwiak
8, 603 663 910
tel. 61 850 75 98
[email protected]
mgr Magdalena Pa
Paszkowska
tel. 61 850 75 96
[email protected]
Jolanta Trębicka
tel. 61 850 75 13
[email protected]
mgr Krystyna Suwiczak
tel. 61 850 75 94
[email protected]
SYSTHERM D. Gazińska s.j. · ul. św. Wincentego 7 · 61-003 Poznań · tel. 61 850 75 98 · fax 61 850 75 55 · www.systherm.pl
Ogrzewnictwo praktyczne.
Projektowanie, montaż, certyfikacja
energetyczna, eksploatacja.
pod red. prof. dr hab. inż. Haliny Koczyk
Poradnik zawiera niezbędne informacje dotyczące najczęściej
stosowanych systemów ogrzewań wodnych oraz ich elementów
składowych. Sposób projektowania poparto przykładowymi projektami instalacji dla budynku jednorodzinnego wraz z kosztorysami. Omówiono także zagadnienia związane z termomodernizacją
budowlaną oraz oceną efektywności ekonomicznej jej stosowania.
Przedstawione zostały ponadto informacje dotyczące projektowania i wykonania ogrzewań podłogowych oraz zamieszczono
rozdział o układach solarnych. Ponadto drugie wydanie zostało
rozszerzone o takie zagadnienia jak certyfikacja energetyczna
budynków w świetle aktualnych przepisów, obliczanie projektowego obciążenia cieplnego oraz nowe tendencje w projektowaniu
budynków. Publikacje kierujemy do specjalistów z zakresu ogrzewnictwa i branży ciepłowniczej, a także do środowisk akademickich,
w tym zwłaszcza studentów kierunków technicznych oraz osób
szukających wiedzy praktycznej.
Technika klimatyzacyjna
dla praktyków.
Klimatyzacja pojazdów
samochodowych.
pod red. dr inż. Bolesława Gazińskiego
Kompendium wiedzy z zakresu klimatyzacji pojazdów samochodowych. Pierwsza taka książka na rynku polskim napisana przez
zespół polskich autorów (z Krakowa, Łodzi, Warszawy i Poznania).
Omówiono w niej zarówno zagadnienia teoretyczne, szczegółową
budowę jak i problemy eksploatacji klimatyzacji pojazdów samochodowych. Poruszono tutaj tematykę klimatyzacji samochodów
osobowych, samochodów ciężarowych, autobusów oraz maszyn
budowlanych. Publikacja skierowana zarówno do firm i osób związanych z branżą klimatyzacyjną i samochodową oraz środowisk
naukowców, studentów i uczniów kierunków związanych z motoryzacją.
Technika chłodnicza dla praktyków.
Urządzenia i automatyka
chłodnicza.
pod red. dr inż. B. Gazińskiego,
prof. dr hab inż. W. Zalewski, dr hab. inż. J. Górski prof. PRz,
dr hab. inż. B. Zakrzewski prof. PSz, dr inż. B. Gaziński,
mgr inż. A. Głowala i inni
W książce omówiono budowę i zasadę działania sprężarek tłokowych, sprężarek typu scroll, śrubowych oraz rotacyjnych. Podano metody regulacji wydajności sprężarek. Omówiono budowę
i zastosowanie chłodniczych wymienników ciepła: skraplaczy,
parowników, chłodnic międzystopniowych etc. Dokonano przeglądu urządzeń i automatyki chłodniczej pod względem rozwiązań
konstrukcyjnych i zasad działania. Zamieszczono charakterystyki
urządzeń regulacyjnych i zabezpieczających, armatury oraz podano
zasady regulacji instalacji chłodniczych. Przedstawiono możliwości
zastosowań agregatów do schładzania wody, a także eksploatację
urządzeń chłodniczych w kontekście aktualnych regulacji prawnych.
Niniejszy tytuł kierujemy do specjalistów z branży chłodniczej,
a także do środowisk naukowo – technicznych, studentów wyższych uczelni technicznych.
Spis treści
1. Wprowadzenie...................................................................................................1
1.1 Klimat, klimatyzacja pomieszczeń, technika klimatyzacyjna............................................1
1.2 Wymagania stawiane technice klimatyzacyjnej.................................................................1
1.2.1 Uczucie komfortu i jakość powietrza w pomieszczeniu............................................2
1.2.2 Uczucie komfortu cieplnego......................................................................................3
1.2.3 Uczucie komfortu nietermicznego.............................................................................3
1.3 Wpływ klimatu na koncepcję obróbki powietrza i eksploatację instalacji klimatyzacyjnych...............................................................................................5
1.3.1 Redukcja obciążeń zewnętrznych lub ilości powietrza..............................................5
1.3.2 Kształtowanie przepływu powietrza w pomieszczeniu.............................................6
1.3.3 Wymagania w stosunku do obróbki powietrza..........................................................7
1.3.4 Wymagania w stosunku do regulacji..........................................................................7
1.4 Normy, wytyczne, literatura, adresy..................................................................................8
Literatura.....................................................................................................................................9
2. Podstawy meteorologiczne.............................................................................11
2.1 Wstęp................................................................................................................................13
2.2 Pogoda, stan pogody, klimat............................................................................................14
2.2.1 Pogoda......................................................................................................................14
2.2.2 Stan pogody..............................................................................................................15
2.2.3 Klimat.......................................................................................................................15
2.2.4 Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego...................................................17
2.3 Techniczne opracowywanie danych meteorologicznych.................................................21
2.3.1 Klimatologia wartości średnich...............................................................................21
2.3.2 Dane dotyczące częstości występowania stanów meteorologicznych.....................22
2.4 Elementy meteorologiczne...............................................................................................24
2.4.1 Barometryczne ciśnienie powietrza i gęstość powietrza zewnętrznego..................24
2.4.2 Wiatr.........................................................................................................................26
2.4.3 Temperatura powietrza zewnętrznego......................................................................29
2.4.4 Wilgotność powietrza zewnętrznego.......................................................................35
2.4.5 Natężenie promieniowania słonecznego..................................................................38
2.5 Techniczne opracowanie danych meteorologicznych......................................................50
2.5.1 Korelacja elementów meteorologicznych................................................................50
2.5.2 Stopniodni, stopniogodziny, gramodni i gramogodziny..........................................51
2.5.3 Typowy rok meteorologiczny..................................................................................54
2.5.4 Dane klimatyczne ważne dla celów praktycznych..................................................55
Literatura...................................................................................................................................56
3. Podstawy fizjologiczne....................................................................................59
3.1 Wprowadzenie..................................................................................................................60
3.2 Bilans cieplny człowieka..................................................................................................60
3.2.1 Energetyczna przemiana materii..............................................................................61
3.2.2 Regulacja temperatury ciała.....................................................................................61
3.2.3 Produkcja ciepła.......................................................................................................63
3.2.4 Oddawanie ciepła.....................................................................................................64
3.2.5 Odzież......................................................................................................................69
3.3 Klimat cieplny pomieszczenia i uczucie komfortu..........................................................70
3.3.1 Odczuwanie temperatury przez człowieka..............................................................71
3.3.2 Uczucie komfortu.....................................................................................................71
II
Spis treści
3.3.3 Wielkości wpływające na uczucie komfortu............................................................74
3.3.3.1 Temperatura...................................................................................................75
3.3.3.2 Prędkość powietrza.......................................................................................82
3.3.3.3 Wilgotność powietrza....................................................................................86
3.3.4 Metody pomiarowe..................................................................................................88
3.4 Jakościowe i ilościowe zapotrzebowanie powietrza przez człowieka.............................89
3.4.1 Oddychanie..............................................................................................................89
3.4.2 Zapotrzebowanie na powietrze oraz minimalny strumień objętościowy powietrza zewnętrznego..........................................................................................91
3.4.3 Zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniu przez gaz, pary, pyły oraz mikroorganizmy.......................................................................................................96
3.5 Wpływ szumów, oświetlenia i elektryczności na klimat pomieszczeń.......................... 103
3.6 Wymagania higieniczne w stosunku do instalacji urządzeń klimatyzacyjnych i wentylacyjnych...............................................................................105
3.6.1 Wymagania w stosunku do projektowania, produkcji i wykonania – zasysanie powietrza zewnętrznego........................................................................106
3.6.2 Wymagania w stosunku do eksploatacji i konserwacji..........................................108
3.6.3 Sanitarne kontrole higieniczne...............................................................................109
3.6.4 Inspekcje higieniczne (sanitarne)...........................................................................109
3.6.5 Szkolenie w zakresie higieny.................................................................................111
Literatura.................................................................................................................................111
4. Wymiana ciepła.............................................................................................113
Wstęp......................................................................................................................................118
4.1 Przewodzenie ciepła.......................................................................................................119
4.1.1 Współczynnik przewodzenia ciepła.......................................................................120
4.1.2 Stacjonarne przewodzenie ciepła...........................................................................122
4.1.3 Przenikanie ciepła..................................................................................................122
4.1.4 Przenikanie ciepła przez żebra...............................................................................132
4.1.5 Niestacjonarne przewodzenie ciepła......................................................................138
4.2 Konwekcja.....................................................................................................................149
4.2.1 Płyta z opływem wzdłużnym.................................................................................150
4.2.2 Ciała opływane.......................................................................................................154
4.2.3 Ciała złożone z płynem przepływającym...............................................................156
4.2.4 Konwekcja swobodna pojedynczych ciał..............................................................158
4.2.5 Konwekcja swobodna w warstwach......................................................................160
4.2.6 Kanały z przepływającym płynem.........................................................................165
4.3 Wymiana ciepła przy zmianie stanu...............................................................................173
4.3.1 Wymiana ciepła przy parowaniu............................................................................173
4.3.2 Skraplanie...............................................................................................................178
4.4 Wymiana ciepła przez promieniowanie.........................................................................182
4.4.1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego............................................................183
4.4.2 Promieniowanie ciała rzeczywistego.....................................................................185
4.4.3 Prawo Kirchhoffa...................................................................................................185
4.4.4 Promieniowanie pomiędzy powierzchniami..........................................................186
4.4.5 Radiacyjny współczynnik przejmowania ciepła....................................................189
4.4.6 Temperatura odczuwalna.......................................................................................193
4.5 Wymiana masy...............................................................................................................196
4.5.1 Dyfuzja gazów i przejmowanie masy....................................................................196
Spis treści
III
4.5.2 Dyfuzja pary przez substancje stałe.......................................................................202
4.5.3 Osadzanie się skroplin na powierzchniach wewnętrznych....................................204
4.5.4 Osadzanie się skroplin na elementach budowlanych pomieszczeń nieklimatyzowanych..............................................................................................204
4.5.5 Wyznaczanie wykraplania wilgoci pod względem przepływu wilgoci dla pomieszczeń klimatyzowanych.......................................................................210
4.6 Właściwości fizyczne.....................................................................................................222
Literatura.................................................................................................................................236
5. Powietrze wilgotne - prawa i ich zastosowanie...........................................239
5.1 Wprowadzenie................................................................................................................240
5.2 Parametry powietrza wilgotnego....................................................................................241
5.3 Wykres h1+x, x dla powietrza wilgotnego według Moliera ...........................................248
5.4 Prawo zachowania masy oraz I zasada termodynamiki w technice klimatyzacyjnej i wentylacyjnej.....................................................................................249
5.4.1 Prawo zachowania masy........................................................................................250
5.4.2 Pierwsza zasada termodynamiki dla układów otwartych......................................250
5.5 Parowanie (dyfuzyjne)...................................................................................................252
5.6 Wykres t, x według Carriera ........................................................................................255
5.7 Zmiany stanu powietrza wilgotnego w urządzeniach instalacji klimatyzacyjnej i wentylacyjnej.....................................................................................257
5.7.1 Komora mieszania..................................................................................................257
5.7.2 Nagrzewnica...........................................................................................................259
5.7.3 Wentylator..............................................................................................................261
5.7.4 Przeponowa chłodnica powietrza...........................................................................262
5.7.5 Nawilżacz parowy..................................................................................................265
5.7.6 Nawilżacz dyszowy (komora zraszania)................................................................267
5.7.7 Wymienniki do odzysku ciepła..............................................................................270
5.7.8 Filtr.........................................................................................................................272
Literatura.................................................................................................................................273
6. Podstawy techniki chłodniczej.....................................................................275
6.1 Wprowadzenie................................................................................................................276
6.2 Chłodnie wyparne..........................................................................................................276
6.2.1 Funkcja i budowa...................................................................................................276
6.2.2 Zmiany stanu powietrza oraz wody.......................................................................279
6.3 Otwarte sorpcyjne agregaty chłodnicze.........................................................................280
6.3.1 Funkcja i budowa urządzenia.................................................................................280
6.3.2 Wielkości obliczeniowe.........................................................................................282
6.4 Sprężarkowe urządzenia chłodnicze..............................................................................284
6.4.1 Wprowadzenie........................................................................................................284
6.4.2 Przegląd funkcji.....................................................................................................285
6.4.3 Obieg Carnota ......................................................................................................287
6.4.4 Procesy zachodzące w obiegu rzeczywistym.........................................................290
6.4.4.1 Obieg...........................................................................................................290
6.4.4.2 Składniki instalacji......................................................................................292
6.4.5 Czynniki chłodnicze...............................................................................................295
6.4.5.1 Początki i rozwój.........................................................................................295
6.4.5.2 Właściwości................................................................................................295
6.4.5.3 Nomenklatura..............................................................................................298
IV
Spis treści
6.4.6 Wykres log p, h ( p, h)...........................................................................................298
6.4.6.1 Budowa.......................................................................................................298
6.4.6.2 Obieg na wykresie p, h ..............................................................................300
6.4.7 Wykresy dla czynników chłodniczych, tablice własności czynników chłodniczych...........................................................................................................302
6.5 Absorpcyjne agregaty chłodnicze..................................................................................327
6.5.1 Wprowadzenie........................................................................................................327
6.5.2 Funkcja...................................................................................................................328
6.5.3 Obieg Carnota........................................................................................................330
6.5.4 Rzeczywiste agregaty chłodnicze..........................................................................332
6.5.5 Wykres log p, 1/T . ................................................................................................333
Literatura.................................................................................................................................337
7. Podstawy przepływu płynów........................................................................339
7.1 Wiadomości ogólne........................................................................................................340
7.2 Przepływ wolny od tarcia...............................................................................................341
7.2.1 Równanie ciągłości................................................................................................342
7.2.2 Równanie energii (równanie Bernoulliego)...........................................................343
7.2.3 Ciśnienie całkowite, ciśnienie statyczne i dynamiczne.........................................345
7.3 Zasada zachowania pędu................................................................................................349
7.4 Przepływ z uwzględnieniem tarcia.................................................................................350
7.4.1 Równanie energii dla przepływu z uwzględnieniem tarcia....................................351
7.4.2 Lepkość płynów.....................................................................................................351
7.4.3 Prawo podobieństwa..............................................................................................352
7.4.4 Formy przepływu...................................................................................................354
7.4.5 Stopień turbulencji.................................................................................................358
7.4.6 Przepływ przy wlocie do rury i warstwa graniczna...............................................359
7.5 Opory przepływu w kanałach.........................................................................................361
7.5.1 Opory przepływu w rurze prostej...........................................................................362
7.5.1.1 Współczynnik tarcia w rurach λ przy przepływie laminarnym..................362
7.5.1.2 Współczynnik tarcia w rurach λ przy przepływie turbulentnym................363
7.5.1.3 Wysokość chropowatości k ........................................................................365
7.5.2 Średnica hydrauliczna............................................................................................367
7.5.3 Średnica równoważna............................................................................................368
7.6 Opory miejscowe...........................................................................................................370
7.6.1 Rozszerzenie przekroju poprzecznego (dyfuzor)...................................................370
7.6.2 Zwężenie przekroju poprzecznego.........................................................................374
7.6.3 Zmiany kierunku (łuki, kolana).............................................................................376
7.6.4 Rozgałęzienia rur...................................................................................................379
7.7 Pomiar przepływu..........................................................................................................381
7.8 Przepływ powietrza w pomieszczeniu – wentylacja naturalna i mechaniczna.................................................................................................................382
7.8.1 Wentylacja mieszana..............................................................................................386
7.8.1.1 Wprowadzenie oraz charakterystyczne właściwości strumieni powietrza.386
7.8.1.2 Efekt Coandy .............................................................................................399
7.8.1.3 Zapory i przeszkody zamontowane przy suficie.........................................400
7.8.1.4 Otwory wywiewne......................................................................................400
7.8.1.5 Przepływ w pomieszczeniach zamkniętych................................................401
Spis treści
V
7.8.2 Wentylacja wyporowa............................................................................................408
7.8.3 Wentylacja źródłowa (miejscowa).........................................................................409
7.8.4 Skuteczność wentylacji..........................................................................................418
7.8.4.1 Sprawność wymiany powietrza..................................................................419
7.8.4.2 Efektywność wentylacji..............................................................................421
7.8.4.3 Metody pomiarowe.....................................................................................422
7.8.5 Numeryczne obliczanie przepływu powietrza w pomieszczeniu..........................423
Literatura.................................................................................................................................427
8. Podstawy akustyki........................................................................................431
8.1 Wprowadzenie................................................................................................................432
8.2 Podstawy fizyczne oraz definicje...................................................................................432
8.2.1 Powstawanie dźwięku............................................................................................432
8.2.2 Częstotliwość oraz amplituda ciśnienia akustycznego..........................................434
8.2.3 Moc akustyczna i natężenie akustyczne.................................................................435
8.3 Tworzenie i dodawanie poziomów hałasu.....................................................................439
8.4 Analiza szumów.............................................................................................................444
8.4.1 Pasma oktawowe i tercjowe...................................................................................444
8.4.2 Głośność.................................................................................................................446
8.4.3 Krzywe graniczne .................................................................................................448
8.4.4 Szumy impulsowe..................................................................................................450
8.4.5 Poziom uśredniony (norma DIN 45 641)...............................................................451
8.4.6 Poziom oceny (norma DIN 45 645).......................................................................451
8.5 Dopuszczalne poziomy akustyczne (wymagania w stosunku do „pomieszczeń wymagających ochrony”)............................ 452
8.6 Wpływ pomieszczenia...................................................................................................455
8.6.1 Pomieszczenie quasi-sześcienne............................................................................457
8.6.2 Pomieszczenie płaskie i pomieszczenie długie......................................................464
8.7 Izolacja akustyczna........................................................................................................466
8.7.1 Izolacja dźwięku w powietrzu................................................................................467
8.7.2 Szacowany wskaźnik izolacyjności akustycznej R’W . ..........................................469
8.7.3 Normowana różnica poziomu akustycznego.........................................................480
8.7.4 Różnica poziomu w szybie....................................................................................480
8.8 Podsumowanie...............................................................................................................481
Literatura.................................................................................................................................481
9. Podstawy oczyszczania powietrza...............................................................483
9.1 Informacje wstępne........................................................................................................483
9.2 Pył i jego zachowanie....................................................................................................485
9.2.1 Pojęcia podstawowe...............................................................................................485
9.2.2 Wyznaczanie rozdrobnienia...................................................................................487
9.2.3 Prawo opadania cząstek pyłu.................................................................................488
9.3 Oddzielanie pyłu w filtrach powietrza...........................................................................490
9.4 Filtry powietrza dla ogólnej techniki klimatyzacyjnej i wentylacyjnej............................... 493
9.4.1 Wymagania.............................................................................................................493
9.4.2 Sprawdzenie filtra oraz podział na klasy według normy DIN EN 779 [8]............496
9.4.2.1 Aktualny stan unormowania, opis przebiegu sprawdzenia filtra.................496
9.4.2.2 Wielkości oraz ich definicje........................................................................499
9.5 Wysokosprawne filtry powietrza....................................................................................502
9.5.1 Wstęp......................................................................................................................502
VI
Spis treści
9.5.2 Teoria filtrów..........................................................................................................502
9.5.3 Sprawdzenie filtra oraz podział na klasy według normy DIN EN 1822-1.............504
9.5.4 Różnice ciśnienia...................................................................................................507
9.6 Elektrofiltry powietrza...................................................................................................507
9.7 Filtry adsorpcyjne gazu..................................................................................................509
9.7.1 Wstęp......................................................................................................................509
9.7.2 Rodzaje budowy i wielkości znamionowe.............................................................510
9.7.3 Okres użytkowania.................................................................................................511
9.8 Przykłady wykonania.....................................................................................................512
9.8.1 Filtry powietrza dla ogólnej techniki klimatyzacyjnej i wentylacyjnej.................512
9.8.1.1 Elementy filtrujące powietrze.....................................................................512
9.8.1.2 Filtry kieszeniowe.......................................................................................513
9.8.2 Wysokosprawne filtry powietrza............................................................................514
9.8.3 Filtry adsorpcyjne gazu..........................................................................................515
Literatura.................................................................................................................................515
10 Technika regulacji instalacji klimatyzacyjnej...........................................517
10.1 Podstawy, definicje.......................................................................................................517
10.2 Obiekty regulowane.....................................................................................................519
10.2.1 Zachowanie statyczne..........................................................................................519
10.2.2 Zachowanie dynamiczne......................................................................................521
10.3 Regulator......................................................................................................................523
10.3.1 Regulator ciągły...................................................................................................523
10.3.2 Regulator nieciągły..............................................................................................526
10.3.3 Specjalne wymagania w stosunku do regulatorów dla instalacji klimatyzacyjnej....................................................................................................527
10.3.4 Technika DDC......................................................................................................530
10.4 Optymalizacja regulatora.............................................................................................533
10.4.1 Nastawy regulacyjne wg metod Chien, Hronesa i Reswicka ............................533
10.4.2 Nastawy regulacyjne wg metod Zieglera i Nicholsa .........................................534
10.5 Stabilność obwodów regulacyjnych.............................................................................535
10.5.1 Wpływ zachowania dynamicznego......................................................................536
10.5.2 Wpływ zachowania statycznego..........................................................................537
10.5.3 Obliczanie zaworów.............................................................................................539
10.5.4 Wpływ zachowania statycznego i dynamicznego na stabilność obwodu
regulacyjnego.......................................................................................................545
10.6 Przykłady regulacji temperatury..................................................................................547
10.6.1 Instalacja z recyrkulacją powietrza obiegowego i regulacją kaskadową.............549
10.6.2 Instalacja w eksploatacji VVS z ciągłym sterowaniem wentylatorów................551
10.7 Przykłady regulacji temperatury i wilgotności............................................................553
10.7.1 Instalacja klimatyzacyjna z komorą zraszania powietrza....................................554
10.7.2 Instalacja z nawilżaczem parowym......................................................................558
Literatura.................................................................................................................................561
11. Tablice dla pary wodnej i powietrza wilgotnego......................................563
Literatura.................................................................................................................................563