Dobór mocy klimatyzatora

Metoda obliczania doboru mocy klimatyzatora

Kalkulator doboru mocy klimatyzatora określa moc chłodniczą potrzebną do schłodzenia pomieszczenia oraz moc grzewczą potrzebną do jego ogrzewania. Obliczenia uwzględniają wymiary pomieszczenia, ściany zewnętrzne, izolację, przeszklenia, warunki temperaturowe i inne czynniki wpływające na obciążenie cieplne.

W trybie chłodzenia obliczenia rozpoczynają się od powierzchni i kolejnych korekt warunków w pomieszczeniu. W trybie ogrzewania wyznacza się straty ciepła przez przegrody budowlane i wymianę powietrza. Wyniki w kW i BTU/h pozwalają oszacować wymaganą moc klimatyzatora lub systemu split.

Wartości orientacyjne i zalecenia

Geometria pomieszczenia i ściany zewnętrzne

Powierzchnia pomieszczenia. Powierzchnię podłogi A w m² oblicza się z długości L i szerokości B podanych w metrach. Pomnożenie powierzchni przez wysokość pomieszczenia H daje jego kubaturę V w m³.

A = L × B

V = A × H

Ściany zewnętrzne. Uwzględniane są wyłącznie ściany stykające się z powietrzem zewnętrznym. Ich łączna długość P_ext wynika z wybranych boków prostokątnego pomieszczenia. Przy czterech ścianach zewnętrznych przyjmuje się pełny obwód.

Pext = 2 × (L + B)

Powierzchnię brutto ścian zewnętrznych przed odjęciem otworów oblicza się, mnożąc ich łączną długość przez wysokość pomieszczenia.

Aext = Pext × H

Jeżeli nie ma ścian zewnętrznych, ich powierzchnię przyjmuje się jako zero. W takim przypadku okna i drzwi zewnętrzne nie zwiększają obciążenia cieplnego. W pomieszczeniu kwadratowym wszystkie boki mają tę samą długość, więc wystarczy podać liczbę ścian zewnętrznych.

Chłodzenie: moc podstawowa i wysokość pomieszczenia

Podstawowa moc chłodnicza. Przy wstępnym doborze klimatyzatora domowego często wykorzystuje się orientacyjną wartość 100 W na 1 m² powierzchni podłogi. Jest to wartość początkowa, następnie korygowana według rzeczywistych warunków.

Qbase = 100 × A

Na przykład pomieszczenie o powierzchni 20 m² ma moc podstawową 2000 W, czyli 2 kW.

Korekta wysokości. Referencyjna wysokość wynosi 2,4 m. Przy innej wysokości moc podstawowa zmienia się proporcjonalnie do stosunku wysokości rzeczywistej i referencyjnej.

Qheight = Qbase × H / 2.4

Przy wysokości 3 m współczynnik wynosi 1,25, zatem moc podstawowa rośnie o 25%. Zależność ta uwzględnia kubaturę pomieszczenia w uproszczony sposób.

Chłodzenie: korekta temperaturowa

Różnica temperatur. Od temperatury zewnętrznej odejmuje się pożądaną temperaturę wewnętrzną. Jeśli powietrze na zewnątrz jest chłodniejsze niż w pomieszczeniu, dla tej korekty przyjmuje się różnicę 0°C.

ΔT = max(0, Tout - Tin)

Współczynnik temperaturowy. Referencyjna różnica temperatur to 8°C, przy której współczynnik wynosi 1,00. Każdy stopień odchylenia zmienia obliczoną moc o 2,5%.

kT = 1 + 0.025 × (ΔT - 8)

Współczynnik jest ograniczony do zakresu 0,85-1,20. Przy różnicy 2°C lub mniejszej stosuje się 0,85, przy 8°C wartość 1,00, a od 16°C wartość 1,20.

Po uwzględnieniu wysokości i temperatur otrzymuje się referencyjną moc chłodniczą, względem której obliczane są pozostałe korekty.

Qref = Qbase × H / 2.4 × kT

Chłodzenie: ściany zewnętrzne i izolacja

Udział ścian zewnętrznych. Powierzchnię ścian zewnętrznych porównuje się z łączną powierzchnią wszystkich czterech ścian pomieszczenia. Otrzymany udział f określa, jaka część pionowych przegród styka się z powietrzem zewnętrznym.

f = Aext / (2 × (L + B) × H)

Przypadek referencyjny zakłada 50% ścian zewnętrznych. Korekta ekspozycji wynosi 20% mocy referencyjnej na jednostkową zmianę tego udziału. Na przykład przy udziale 100% moc zwiększa się o 10%, natomiast bez ścian zewnętrznych zmniejsza się o 10%.

Qexposure = Qref × 0.20 × (f - 0.50)

Izolacja ścian. Dodatkowy współczynnik zależy od jakości izolacji ścian zewnętrznych:

• Słaba izolacja lub starszy budynek: +0,08.
• Średnia izolacja: 0.
• Dobra izolacja lub nowoczesny budynek: -0,08.

Korekta jest skalowana według udziału ścian zewnętrznych. Przy 50% stosuje się cały współczynnik, a przy 100% jego wpływ jest dwukrotny. Mnożnik ograniczono do 2.

Qins = Qref × kins × min(f / 0.50, 2)

Łączna korekta ścian zewnętrznych jest sumą wpływu ekspozycji oraz izolacji.

Qwalls = Qexposure + Qins

Chłodzenie: przeszklenia i obciążenie słoneczne

Udział przeszkleń. Powierzchnię okien porównuje się z powierzchnią podłogi. Referencyjny udział przeszkleń wynosi 15%, dla którego oddzielna korekta jest zerowa.

r = Awin / A

kwin = 0.08 × (r - 0.15) / 0.15

Współczynnik jest ograniczony do zakresu od -0,08 do +0,12. Bez okien korekta wynosi -8%, przy 15% przeszkleń jest zerowa, a przy 30% wynosi +8%. Od udziału 37,5% obowiązuje maksymalna korekta +12%.

Qwin = Qref × kwin

Nasłonecznienie. Dodatkowa korekta uwzględnia intensywność światła słonecznego padającego na okna:

• Mało słońca lub cień przez większą część dnia: -0,05.
• Umiarkowane nasłonecznienie przez część dnia: 0.
• Silne bezpośrednie słońce, zwłaszcza od południa lub zachodu: +0,10.

Współczynnik nasłonecznienia mnoży się przez stosunek rzeczywistego udziału przeszkleń do referencyjnych 15%. Mnożnik jest ograniczony do 2, a końcowa korekta słoneczna do zakresu od -10% do +20% mocy referencyjnej.

ksolar = ksun × min(r / 0.15, 2)

Qsolar = Qref × ksolar

Jeśli nie ma ścian zewnętrznych lub okien, korekta słoneczna jest zerowa. Ujemne współczynniki oznaczają zmniejszenie obliczonego obciążenia względem warunków referencyjnych, a nie fizyczne chłodzenie pomieszczenia przez słońce.

Chłodzenie: dach i wewnętrzne zyski ciepła

Dach i poddasze. Dla pomieszczeń bezpośrednio pod dachem stosuje się dodatkową korektę zależną od izolacji górnej przegrody:

• Inne pomieszczenie powyżej: 0%.
• Dobrze izolowany dach lub poddasze: +5%.
• Średnia izolacja dachu lub poddasza: +10%.
• Słabo izolowany dach lub gorące poddasze: +15%.

Qroof = Qref × kroof

Zyski ciepła od osób. Model podstawowy zakłada zwykłą obecność maksymalnie dwóch osób. Od trzeciej osoby dodaje się 180 W na każdą kolejną. Dla zera, jednej lub dwóch osób korekta jest zerowa.

Qpeople = max(0, N - 2) × 180

Urządzenia domowe. Moc elektryczna urządzeń pracujących jednocześnie jest dodawana bezpośrednio do obciążenia cieplnego w watach. Na przykład urządzenia pobierające 300 W zwiększają obliczone zapotrzebowanie na chłodzenie o 300 W. Zakłada się, że niemal cała energia elektryczna zamienia się w ciepło wewnątrz pomieszczenia.

Qequipment = Pequipment

Chłodzenie: całkowita moc i dobór klimatyzatora

Całkowita moc chłodnicza. Do mocy referencyjnej dodaje się wszystkie dodatnie i ujemne korekty. Wynik nie może być mniejszy od zera.

Qcool = max(0, Qref + Qwalls + Qwin + Qsolar + Qroof + Qpeople + Qequipment)

Przeliczenie na BTU/h. Obliczoną moc w watach mnoży się przez 3,41214. Aby otrzymać kilowaty, waty dzieli się przez 1000.

QBTU = Qcool × 3.41214

QkW = Qcool / 1000

Dobór klasy mocy. Z nominalnego szeregu 7000, 9000, 12000, 15000, 18000, 21000, 24000, 28000, 30000, 36000, 42000, 48000 i 60000 BTU/h wybiera się najmniejszą wartość nie niższą niż obliczone zapotrzebowanie. Powyżej 60000 BTU/h wartość zaokrągla się w górę do następnych 1000 BTU/h.

Procentowy zapas oblicza się jako stosunek wybranej klasy mocy do obliczonego zapotrzebowania.

Reserve = (Qsize / QBTU - 1) × 100%

Klasa mocy wyrażona w BTU/h ma charakter orientacyjny. Rzeczywista znamionowa moc chłodnicza konkretnego klimatyzatora może różnić się od wartości kW uzyskanej przez bezpośrednie przeliczenie BTU. Przy wyborze urządzenia należy porównać obliczone obciążenie ze specyfikacją modelu.

Ogrzewanie: różnica temperatur i przepływ ciepła

Projektowa różnica temperatur. Do określenia wymaganej mocy grzewczej klimatyzatora stosuje się różnicę między zadaną temperaturą wewnętrzną a zimową temperaturą zewnętrzną.

ΔT = max(0, Tin - Tout)

Na przykład przy +20°C wewnątrz i -15°C na zewnątrz różnica wynosi 35 K. Jeśli temperatura zewnętrzna nie jest niższa od wewnętrznej, przyjmuje się różnicę równą zero.

Przenikanie ciepła przez przegrody. Stratę ciepła oblicza się jako iloczyn powierzchni przegrody, współczynnika przenikania ciepła U i różnicy temperatur.

Q = U × A × ΔT

Tutaj Q to strata ciepła w watach, A to powierzchnia w m², a U to współczynnik przenikania ciepła w W/(m²·K). Im niższy współczynnik U, tym lepsza izolacja i mniejsze straty ciepła.

Ogrzewanie: straty ciepła przez ściany zewnętrzne

Izolacja ścian. Zamiast obliczać każdą warstwę ściany stosuje się orientacyjne współczynniki przenikania ciepła:

• Słaba izolacja lub starszy budynek: 1,30 W/(m²·K).
• Średnia izolacja: 0,60 W/(m²·K).
• Dobra izolacja lub nowoczesny budynek: 0,25 W/(m²·K).

Powierzchnia netto ścian. Powierzchnie okien i drzwi zewnętrznych odejmuje się od powierzchni brutto ścian zewnętrznych. Dzięki temu straty przez tę samą część przegrody nie są liczone dwukrotnie.

Awall = Aext - Awin - Adoor

Qwall = Awall × Uwall × ΔT

Jeżeli łączna powierzchnia okien i drzwi przekracza powierzchnię ścian zewnętrznych, obliczenie nie jest wykonywane do czasu poprawienia danych.

Ogrzewanie: okna i drzwi zewnętrzne

Straty ciepła przez okna. Dla przeszkleń stosuje się następujące orientacyjne współczynniki przenikania ciepła:

• Stare okna z dużymi stratami ciepła: 2,80 W/(m²·K).
• Nowoczesne okna z szybami zespolonymi: 1,40 W/(m²·K).
• Nowoczesne okna energooszczędne: 0,90 W/(m²·K).

Qwin = Awin × Uwin × ΔT

Drzwi zewnętrzne. Dla różnych konstrukcji przyjmuje się typowe powierzchnie i współczynniki przenikania ciepła:

• Ocieplone drzwi jednoskrzydłowe: 2 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Ocieplone drzwi dwuskrzydłowe: 4 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Nieocieplone drzwi zewnętrzne: 2 m², U = 3,00 W/(m²·K).
• Przeszklone drzwi jednoskrzydłowe: 2 m², U = 1,60 W/(m²·K).
• Przeszklone drzwi dwuskrzydłowe lub tarasowe: 4 m², U = 1,60 W/(m²·K).

Qdoor = Adoor × Udoor × ΔT

Jeśli nie ma drzwi zewnętrznych, ich powierzchnia i straty ciepła są zerowe.

Ogrzewanie: strop i podłoga

Straty ciepła przez strop. Dla górnej przegrody wykorzystuje się całą powierzchnię podłogi. Współczynnik zależy od tego, co znajduje się nad pomieszczeniem:

• Ogrzewane pomieszczenie powyżej: U = 0.
• Dobrze izolowany dach lub poddasze: U = 0,18 W/(m²·K).
• Średnia izolacja dachu lub poddasza: U = 0,35 W/(m²·K).
• Słaba izolacja lub zimne poddasze: U = 0,90 W/(m²·K).

Qceiling = A × Uceiling × ΔT

Straty ciepła przez podłogę. Dla dolnej przegrody pomieszczenia stosuje się następujące współczynniki:

• Ogrzewane pomieszczenie poniżej: U = 0.
• Nieogrzewana piwnica lub garaż: U = 0,35 W/(m²·K).
• Dobra izolacja podłogi: U = 0,20 W/(m²·K).
• Średnia izolacja podłogi: U = 0,40 W/(m²·K).
• Słaba izolacja podłogi lub jej brak: U = 0,80 W/(m²·K).

Qfloor = A × Ufloor × ΔT

Dla stropu i podłogi stosuje się tę samą różnicę temperatur wewnętrznej i zewnętrznej. Są to uproszczone wartości efektywne. Temperatury poddasza, piwnicy i gruntu nie są obliczane oddzielnie.

Ogrzewanie: wymiana powietrza i infiltracja

Straty ciepła na wentylację. Gdy do pomieszczenia napływa zimne powietrze zewnętrzne, trzeba je ogrzać do temperatury wewnętrznej. Straty zależą od kubatury, krotności wymiany powietrza i różnicy temperatur.

Qair = 0.34 × n × V × ΔT

Współczynnik 0,34 odpowiada przybliżonej objętościowej pojemności cieplnej powietrza. Krotność wymiany n wyraża się w h^-1 i określa, ile objętości powietrza w pomieszczeniu jest zastępowanych powietrzem zewnętrznym w ciągu godziny.

Do orientacyjnego obliczenia stosuje się następujące wartości:

• Niska wymiana powietrza: 0,3 h^-1.
• Zwykła wymiana powietrza: 0,5 h^-1.
• Umiarkowanie podwyższona wymiana powietrza: 0,8 h^-1.
• Podwyższona wymiana powietrza: 1,0 h^-1.
• Wysoka wymiana powietrza: 1,5 h^-1.
• Bardzo wysoka wymiana powietrza: 2,0 h^-1.

Dla typowych pomieszczeń mieszkalnych we wstępnych szacunkach często przyjmuje się krotność około 0,5 h^-1. Większa wymiana powietrza proporcjonalnie zwiększa związane z nią straty ciepła.

Ogrzewanie: całkowita moc grzewcza

Całkowite straty ciepła. Sumuje się straty przez ściany zewnętrzne, okna, drzwi, strop, podłogę i wymianę powietrza. Wynik oznacza moc grzewczą potrzebną do pokrycia tych strat przy zadanych temperaturach.

Qheat = Qwall + Qwin + Qdoor + Qceiling + Qfloor + Qair

Całkowita moc jest podawana w watach i kilowatach. Do przeliczenia na BTU/h stosuje się ten sam współczynnik 3,41214.

QkW = Qheat / 1000

QBTU = Qheat × 3.41214

Jednostkowe obciążenie cieplne. W obu trybach moc jest również obliczana w odniesieniu do jednostki powierzchni podłogi i kubatury pomieszczenia.

qA = Q / A

qV = Q / V

Pierwsza wartość jest wyrażana w W/m², druga w W/m³. Umożliwiają one porównanie obciążeń cieplnych pomieszczeń o różnych rozmiarach.

Dobór klimatyzatora do ogrzewania. Obliczoną moc grzewczą należy porównać z wydajnością konkretnego urządzenia przy wybranej temperaturze zewnętrznej. W klimatyzatorach z pompą ciepła dostępna moc grzewcza może maleć wraz ze spadkiem temperatury na zewnątrz. Sama moc znamionowa nie wystarcza.

Powiązane normy europejskie

EN ISO 52016-1 „Charakterystyka energetyczna budynków. Zapotrzebowanie na energię do ogrzewania i chłodzenia, temperatury wewnętrzne oraz jawne i utajone obciążenia cieplne. Część 1: Procedury obliczeniowe”. Norma opisuje metody oceny zapotrzebowania energetycznego i obciążeń cieplnych budynków. Kalkulator korzysta z uproszczonego modelu stacjonarnego ze stałymi współczynnikami, a nie z pełnych obliczeń według normy.

EN 12831-1 „Charakterystyka energetyczna budynków. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego. Część 1: Obciążenie cieplne do ogrzewania pomieszczeń”. Norma określa metody ustalania wymaganej mocy grzewczej na podstawie strat przez przenikanie i wentylację. Składowe te są wykorzystywane w uproszczonej formie w trybie ogrzewania.

EN ISO 6946 „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metody obliczeń”. Norma opisuje obliczanie oporu cieplnego i współczynników przenikania ciepła przegród. Kalkulator korzysta z przybliżonych wartości wstępnie ustalonych zamiast obliczeń poszczególnych warstw.

EN 14511-2 „Klimatyzatory, agregaty chłodnicze cieczy i pompy ciepła do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń z elektrycznie napędzanymi sprężarkami. Część 2: Warunki badań”. Norma określa warunki badania urządzeń, w tym wyznaczania mocy chłodniczej i grzewczej. Przy wyborze klimatyzatora należy sprawdzić dane producenta dotyczące odpowiednich warunków temperaturowych.

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego klimatyzator potrzebuje innej mocy do chłodzenia i ogrzewania?

Przy chłodzeniu szacuje się zyski ciepła związane z powierzchnią, słońcem, przeszkleniami, osobami i sprzętem. Przy ogrzewaniu oblicza się moc potrzebną do pokrycia strat przez przegrody i wymianę powietrza. Dlatego wyniki dla tego samego pomieszczenia mogą się znacznie różnić.

Czy można dobrać moc klimatyzatora wyłącznie na podstawie powierzchni pokoju?

Wartość orientacyjna 100 W/m² nadaje się do wstępnego oszacowania mocy chłodniczej w zwykłych warunkach. Pomieszczenia o tej samej powierzchni mogą jednak mieć różne obciążenia z powodu wysokości, przeszkleń, izolacji i nasłonecznienia. Dla ogrzewania szczególnie ważne są straty ciepła budynku i projektowa zimowa temperatura zewnętrzna.

Jaką temperaturę zewnętrzną przyjąć do obliczenia mocy?

Dla chłodzenia należy wybrać reprezentatywną wysoką temperaturę zewnętrzną, przy której klimatyzator ma utrzymywać temperaturę wewnętrzną. Dla ogrzewania stosuje się projektową temperaturę zimową w danym regionie, a nie średnią sezonową. Większa różnica temperatur zwiększa obliczone obciążenie, choć korekta temperatury w chłodzeniu jest ograniczona do ustalonego zakresu.

Dlaczego przy ogrzewaniu nie wybiera się najbliższej większej klasy BTU?

Znamionowa moc grzewcza klimatyzatora może znacznie różnić się od rzeczywistej wydajności przy niskich temperaturach zewnętrznych. Dwa urządzenia tej samej klasy BTU mogą dostarczać różną moc w czasie mrozu. Dlatego obliczone zapotrzebowanie jest pokazywane oddzielnie, a model trzeba dobierać według deklarowanej mocy grzewczej przy wymaganej temperaturze zimowej.

Jak izolacja pomieszczenia wpływa na wymaganą moc klimatyzatora?

W chłodzeniu izolacja zmienia obliczone obciążenie za pomocą korekt procentowych związanych z udziałem ścian zewnętrznych. W ogrzewaniu współczynniki przenikania ciepła bezpośrednio wyznaczają straty przez ściany, okna, strop i podłogę. Na przykład zmniejszenie współczynnika ściany zewnętrznej z 1,30 do 0,25 W/(m²·K) obniża obliczone straty przez jej nieprzezroczystą część o około 81% przy tej samej powierzchni i różnicy temperatur.