Ciepłownictwo węzły ciepłownicze - przykłady 2011

Transkrypt

1 Strona1 Przykład obliczeniowy: Węzeł ciepłowniczy dwufunkcyjny c.o. i c.w.u, typu pośredniego (wymiennikowy). Założenia do obliczeo: Obliczenia węzła szeregowo-równoległego wymiennikowego Założenia do obliczeń: Węzła centralnego ogrzewania 1. Projektowa moc cieplna c.o. Fco= 150 kw 2.Wykres regulacyjny 3. Tempratura zasilania obliczeniowa Tz= 130 C 4. Temperatura powrotu obliczeniowa Tp= 70 C 5. Temperatura zasilania inst. c.o. tz= 80 C 6. Temperatura powrotu inst. C.o. Tp= 60 C Węzła centralnego przygotowania ciepłej wody 7. Jednostkowy rozbiór c.w qj= 110 dm3/md 8. Ilość osób U= Temperatura c.w. tcw= 60 C 10. Temperatura wody zimnej twz= 10 C 11. Temperatura wody cyrkulacyjnej tcyr= Udział wody cyrkulacyjnej Z1= 0,3 13. Czas działania instalacji cw t= 18 h Obliczenia Współczynnik Nh Nh= 3,03 Średnie godz. Zapotrzebowanie na c.w Qcwhś= 35,5 kw Godz. Max moc cieplna c.w. Qhmax= 107,5 kw Czas pracy wymiennika II tau= 5,9 h Schemat obliczeniowy węzła ciepłowniczego tcw Gmaxh+Gcyr Tz Ms Tz MscwII tcwii II tcw Go TpII MscwII M M Tm1 Ms Tz Msco tz Gco tcwi Tm1 MscwI tcyr Gcyr Tm1 Ms co tp Gco I Tp Ms Tm1 Mso tzw Gmaxh Tpco Msco Rys. 1 Schemat węzła szeregowo-równoległego do obliczeo z upustem wody sieciowej przez obejście oraz podmieszaniem wody ciepłej do przewodu cyrkulacyjnego.

2 Strona2 Obliczenia: Obliczenia rozpoczynamy od doboru wymienników ciepła dla temperatury zewnętrznej pkt załamania wykresu regulacyjnego tez=4 C Krok Dobór wymiennika ciepła dla c.o. Współczynnik obciążenia cieplnego Moc cieplna wymiennika ciepła ( ) Parametry obliczeniowe wymiennika ciepła - moc 63,2 kw - temperatura wody sieciowej Tzz=70 C - tempratura zasilania i powrotu instalacji c.o. (wg krzywej grzewczej) Parametry obliczeniowe wody w instalacji c.o. tz/tp=80/60 C t z (t e ) t i + (t zo t po ) φ + ( t zo + t po t i ) φ 1 ν t p (t e ) t z (t e ) φ t zo t po Krzywe grzewcze wg PN EN :2008 Temperatura zewnętrzna obliczeniowa qe -18 C Temperatura wewnetrzna w pomieszczeniach projektowa qi 20 C Temperatura zasilania instalacji c.o. qz 80 C Temperatura powrotu z instalacji c.o. qp 60 C Wykładnik uwzględniający rodzaj grzejnika i parametry n 1,3 1,2..1,4 Temperatura średnia zasilania i powrotu qm 70 C qe j qz qp -18 1,00 80,0 60,0-16 0,95 77,4 58,5-14 0,89 74,8 57,0-12 0,84 72,2 55,4-10 0,79 69,6 53,8-8 0,74 66,9 52,2-6 0,68 64,2 50,5-4 0,63 61,4 48,8-2 0,58 58,6 47,0 0 0,53 55,8 45,3 2 0,47 52,9 43,4 4 0,42 49,9 41,5 6 0,37 46,9 39,5 8 0,32 43,8 37,4 10 0,26 40,5 35,3 12 0,21 37,2 33,0

3 Strona3 Temperatura - temperatura wody zasilającej inst. C.o. przy te=4 C tz=49,9 C - temperatura wody powracającej z inst. C.o tp=41,5 C 70 C 49,9 C Tpco C 41,5 C Pow. wymiany ciepła Rys. 3 Wykres temperatur dla wymiennika ciepła c.o. dla temp. zew. tez=4 C Dane do doboru wymiennika c.o. Moc cieplna F co =63,2 kw Temperatura wody w inst c.o. zasilanie / powrót tz/tp=49,9 / 41,5 C Strumieo wody w instalacji c.o. ( ) Temperatura wody sieciowej zasilanie /powrot Tz/Tp= 70 /? C Wymiennik dobieramy korzystając z programów komputerowych np. Cairo. W wyniku doboru wymiennika ciepła co, otrzymujemy strumieo wody sieciowej i temperaturę wody za wymiennikiem ciepła: Msco=0,597 kg/s; Tpco=44,5 C Krok 2. Dobieramy wymiennik cw II - zakładamy udział wymiennika I lub temperaturę wody ciepłej za I - przyjęto udział wymiennika I ai=0,5 Stąd temperatura ciepłej wody za wymiennikiem I wynosi

4 Strona4 Temperatura wody wpływającej na wymiennik II + ( ) + ( ) Temperatura wody przed pompą cyrkulacyjną przy założeniu strumienia wody podmieszywanej do wody cyrkulacyjnej równej ( 0,2 Gmaxh ) o temperaturze tcw=60 C Parametry do doboru wymiennika II Strona ogrzewana Strumieo wody instalacyjnej (c.w.) G cwii =1,4*G maxh =1,4*0,513=0,718 kg/s Temperatura ciepłej wody przed i za wymiennikiem II t cwii / t cw =41,4 / 60 C Temperatura wody sieciowej Tzz=70 C Program Cairo Obliczyliśmy: Moc cieplną wymiennika II Strumieo wody sieciowej F cwii =55,74 kw MscwII=0,703 kg/s Temperatura wody sieciowej za wym II TpII=51 C Krok 3 Dobór wymiennika I - temperatura wody sieciowej w pkt zmieszania Tm strumieo wody sieciowej na wymiennik cw I MscwI=Ms=MscwII+Msco=0,703+0,597=1,3 kg/s Schłodzenie wody na wymienniku I przy przepływie całej ilości wody sieciowej Ms (brak przepływu obejściem).

5 Strona5 ( ) ( ) Strumieo wody sieciowej przy schłodzeniu T I =20 C (schłodzenie pożądane) Parametry do doboru wymiennika I M scwi =0,65 kg/s Strumieo wody instalacyjnej (woda podgrzewana) G maxh =0,513 kg/s Temperatura wody instalacyjnej przed i za wymiennikiem t wz / t cwi = 10/ 35 C Strumieo wody sieciowej M scwi =0,65 kg/s Temperatura wody sieciowej na wlocie do wymiennika T m1 =48 C Dobieramy wymiennik i obliczamy strumieo wody sieciowej przepływającej przez wymiennik, temperaturę wody sieciowej za wymiennikiem (Cairo). Moc wymiennika c.w. I F cwi =53,72 kw Temperatura wody sieciowej TcwI1 / TcwI2 = 48 / 26 C Przepływ wody sieciowej Obliczeniowy spadek ciśnienia MscwI=0,584 kg/s P1=10,88 kpa Strumieo wody sieciowej płynący obejściem Mso=Ms-MscwI=1,3-0,584=0,716 kg/s Opornośd hydrauliczna gałęzi równoległych - przez wymiennik ciepła ( ) Opornośd zastępcza SzI=6,44 kpa/(kg/s)^2 Temperatura wody sieciowej na wylocie do sieci ( )

6 Strona Sprawdzenie 1 ( ) Analiza przy temperaturze C te 4 Rodzaj wymiennika co cwii cwi Jedn Oznaczenia Moc cieplna wymiennika kw Fw 63,2 55,7 53,7 Przewymiarowanie % Typ wymiennika JAD 3.18 JAD 3.18 JAD 3.18 Układ R/S Ilość szt Powierzchia wymiennika m2 A 2,2 2,2 2,2 Temperatura T11 C T ,0 Temperatura T12 C T12 44,5 51,0 26,0 Temperatura T21 C T21 41,5 41,4 10,0 Temperatura T22 C T22 49,9 60,0 35,0 Strumień wody sieciowej m1 kg/s Ms 0,597 0,703 0,584 Opory hydrauliczne p1 kpa Dps 11, ,88 Strumień wody sieciowej m2 kg/s Gi 1,811 0,718 0,513 Opory hydrauliczne p2 kpa Dpi 16,79 2,86 1,58 Obliczenia pomocnicze Współczynnik obc. cieplnego - j 0,42 Udział wymiennika I cw - a 0,5 Temperatura cw za I C tcwi 35 Temperatura wody cyr po domieszaniu C tcyr+cw 57,5 Strumień wody cyrkulacyjnej po domieszaniu kg/s Gpcyr 0,205 Temperatura cw przed II C tcwii 41,4 Strumień cw na I kg/s GcwI 0,513 Strumień cw na II kg/s GcwI+Gcyr 0,718 Temperatura pkt zmieszania C Tm1 48,0 Przepływ wody sieciowej kg/s Ms 1,300 Przepływ wody sieciowej przez obejście kg/s Mso 0,716 Oporność odgałęzienia z wym cwi kpa/(kg/s)^2 ScwI 31,90 Oporność odgałęzienia kpa/(kg/s)^2 SocwI 21,25 Opornośc zastepcza kpa/(kg/s)^2 SzI 6,44 Temperatura wody sieciowej wylot C Tp 38,1

7 Strona7 Krok 4 Obliczenie wymienników ciepłej wody w okresie lata (wymiennik c.o. nie pracuje) Analiza przy temperaturze C te Rodzaj wymiennika Jedn Oznaczenia Moc cieplna wymiennika kw Fw 66,23 40,9 Przewymiarowanie % 4 3 Typ wymiennika JAD 3.18 JAD 3.18 Układ R/S Ilość szt. 1 1 Powierzchia wymiennika m2 A 2,2 2,2 Temperatura T11 C T Temperatura T12 C T12 50,0 23,0 Temperatura T21 C T21 37,9 10,0 Temperatura T22 C T22 60,0 30,0 Strumień wody sieciowej m1 kg/s Ms 0,793 0,355 Opory hydrauliczne p1 kpa Dps 18,9 4,22 Strumień wody sieciowej m2 kg/s Gi 0,718 0,513 Opory hydrauliczne p2 kpa Dpi 2,87 1,62 Obliczenia pomocnicze Współczynnik obc. cieplnego - j Udział wymiennika I cw - a 0,4 Temperatura cw za I C tcwi 30 Temperatura wody cyr po domieszaniu C tcyr+cw 57,5 Strumień wody cyrkulacyjnej po domiesza kg/s Gpcyr 0,205 Temperatura cw przed II C tcwii 37,9 Strumień cw na I kg/s GcwI Strumień cw na II kg/s GcwI+Gcyr 0,718 Temperatura pkt zmieszania C Tm1 Przepływ wody sieciowej kg/s Ms 0,793 Przepływ wody sieciowej przez obejście kg/s Mso 0,438 Oporność odgałęzienia z wym cwi Oporność odgałęzienia Opornośc zastepcza Sprawdzamy czy spadek ciśnienia przy przepływie przez obejście wymiennika cw I odpowiada spadkowi ciśnienia na wymienniku cw I (gałąź równoległa). cwii 20 cwi kpa/(kg/s)^2 ScwI 33,48542 kpa/(kg/s)^2 SocwI 21,99704 kpa/(kg/s)^2 SzI 6,71 C Tp 4, Temperatura wody sieciowej wylot 37,9

8 Strona8 Strumień wody sieciowej, kg/s Strumienie wody sieciowej w punktach obliczeniowych te Msco 0,537 0,597 0,287 0 MscwII 0,166 0,703 0,753 0,793 MscwI 0,309 0,584 0,466 0,355 MsocwI 0,394 0,716 0,574 0,438 Ms 0,703 1,300 1,040 0,793 Tp 42,0 38,1 35,8 37,9 Kolorem żółtym zaznaczono max strumienie wody sieciowej odpowiednio: dla c.o Msco=0,597 kg/s przez wymiennik cw II MscwII=0,793 kg/s (okres lata) dla węzła Ms=1,3 kg/s (dla temperatury tez=4 C) Wykres strumieni wody sieciowej w okresie całorocznym Strumienie wody sieciowej w okresie całorocznym 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 Msco MscwII MScwI MsocwI Ms 0, Temperatura zewnetrzna, C Priorytet ciepłej wody użytkowej Ustalenie strumienia wody sieciowej w priorytecie. Metoda 1. Obliczamy współczynnik

9 Strona9 A następnie ze wzoru : Metoda 2. Strumieo wody sieciowej priorytetowy obliczamy ze wzoru: Współczynnik a= 0,56 Strumieo wody sieciowej w priorytecie Mspr= 0,932 kg/s Metoda 2 Strumieo wody sieciowej w priorytecie Mspr= 0,989 kg/s Przyjęto strumieo wody sieciowej priorytetowy Mspr= 0,989 kg/s Osłabienie i wzmocnienie ogrzewania Ms pr X max Msco Wymagane maksymalne wzmocnienie ogrzewania Gdzie X min ( Mspr MscwII ) / Msco X maxobl 18 Nh ( X min τ) ( τ) Zaniżenie strumienia wody sieciowej na co Xmin= 0,48 Zawyżenie strumienia wody sieciowej na co Xmax= 1,66 Czas działania wymiennika ciepła II t= 5,9 h Obliczeniowa wartośd wzmocnienia co Xmaxobl= 1,17 <1,66

10 Strona10 Strumień wody sieciowej, kg/s Strumienie wody sieciowej w okresie całorocznym 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 Msco MscwII MScwI MsocwI Ms 0, Temperatura zewnetrzna, C Rys. 3 Ograniczenie strumienia wody sieciowej wskutek zastosowania funkcji priorytetu c.w. Dobór układów automatycznej regulacji Założenia: Ciśnienie zasilania Pz 678 kpa Ciśnienie powrotu Pp 283 kpa Minimalne ciśnienie zasilania (manometryczne) Pzmin 600 kpa m Ciśnienie parowania przy temperaturze 130 C Pv kpa

11 Strona11 Strumienie wody sieciowej do doboru zaworów regulacyjnych Strumieo wody sieciowej max dla co Mscomax= 0,699 kg/s Strumieo wody sieciowej min dla co Mscomin= 0,286 kg/s Strumienie wody sieciowej miarodajne do doboru zaworów regulacyjnych cw MsL= 0,793 kg/s co Mscomax= 0,699 kg/s rrcip Mspr= 0,989 kg/s 977,02 Strumienie wody sieciowej miarodajne do doboru zaworów regulacyjnych Temp cw VsL= 2,922 m3/h 70 co Vscomax= 2,538 m3/h 42 rrcip Vspr= 3,593 m3/h 42 Dobór średnic przewodów w węźle ciepłowniczym po stronie wody sieciowej. Średnice rurociągów w (m/s) V (m3/h) d (mm) DN kv (m3/h) p (kpa) 1 m L (m) p (kpa) cw 0,75 2,922 37, ,40 2,27 2 4,54 co 0,65 2,538 37, ,45 1,70 2 3,40 moduł przyłącz 0,92 3,593 37, ,46 3,41 2 6,82 Średnica DN32 dz x g = 42,4 x 2,6 mm d(mm) = 37,2 Opory przepływu w gałęziach równoległych c.o. i c.w. Spadek ciśnienia w gał. Cw okres lata przy przepływie VsL= 2,922 m3/h przewody 4,54 kpa wymiennik cwii dla MsL 18,9 kpa wymiennik cwi dla lata 4,22 kpa Całkowity spadek cisnienia 27,66 kpa Opory przepływu przez gał co przy Vscomax= 2,538 m3/h przewody 3,40 kpa wymiennik co 11,02 kpa 0,597 kg/s wymiennik co 15,12 kpa 0,699 kg/s 2,538 m3/h wymiennik cwi 3,1 kpa 21,66 kpa p S zi M scomax Dobór zaworu regulacyjnego dla obiegu c.o. Zakładamy autorytet zaworu reg co Aco= 0,6 Spadek ciśnienia na zaworze reg. Dpzco= 32,50 kpa Współczynnik kv= 4,45 m3/h

12 Strona12 Dobrano zawór regulacyjny typ 3222 z siłownikiem el (z funkcją awaryjnego zamykania) DN20 kvs= 4 m3/h Termostat typu STW typ zakres C Rzeczywisty spadek cisnienia na zaworze regulacyjnym ΔPzco= 40,3 kpa Prędkośd wody wzco= 2,2 m/s Spadek ciśnienia przez gał co ΔPgco= 61,91 kpa <3,0 m/s Dobór zaworu regulacyjnego na gałęzi c.w. Zakładamy autorytet zaworu reg cw Acw= 0,6 Spadek ciśnienia na zaworze reg. pzcw= 41,49 kpa Współczynnik kv= 4,54 m3/h Dobrano zawór regulacyjny (cw) typ 3222 z siłownikiem el (z funkcją awaryjnego zamykania) DN 20 kvs= 4 m3/h Termostat typu STB typ zakres C Rzeczywisty spadek cisnienia na zaworze regulacyjnym ΔPzcw= 53,4 kpa Prędkośd wody wzcw= 2,6 m/s <3,0 m/s Spadek ciśnienia przez gał cw ΔPgcw= 81,02 kpa Ciśnienie stabilizacji (ciśnienie nastawione na regulatorze różnicy ciśnieo i przepływu) Ciśnienie stabilizacji pstab= 81,02 kpa Sprawdzenie autorytetów zaworów regulacyjnych Autorytety zaworów Aco= 0,50 Acw= 0,66 Dobór i sprawdzenie zaworu regulacyjnego różnicy ciśnieo i przepływu p/v

13 Strona13 Dobór regulatora różnicy ciśnień i przepływu p/v Minimalne ciśnienie zasilania Pzmin= 600 kpa Spadek ciś na zasilaniu węzła do rrcip pzas= 13 kpa przewody +FOM Ciśnienie przed zaworem r rci p p1= 587 kpa Ciśnienie minimalne (parowania) pmin= 275 kpa absolutne dla 130 C

14 Strona14 Współczynnik kawitacji z= 0,55 Dopuszczalny spadek ciś na zaworze prdopkaw= 171,6 kpa Przepływ przez zawór Vspr= 3,593 m3/h Współczynnik kv kv= 2,74 m3/h przy 100% otwarciu Dobrano zawór różnicy ciśnień i przepływu typ 47-1 kvs= 8,00 m3/h DN 25 Zakres nastaw 0,1 do 1 bar nastawa 0,81 bar zakres przepływu 0,8 5 m3/h Spadek ciśnienia na zaworze 100% pzrc= 20,17 kpa Spadek ciśnienia na zaworze 30% Minimalny spadek ciśnienia na zaworze (30% +spadek mierniczy) 224,08 kpa 244,08 kpa Spadek ciś na dławiku (mierniczy) pm= 20 kpa Spadek ciś na powrocie węzła ppow= 13 kpa Warunek A Maksymalna dyspozycyjna różnica ciś bez kawitacji pdyspmaxkaw 298,62 kpa <Pz-Pp= 395 k Ciśnienie do zdławienia na kryzie antykawitacyjnej pkr kaw= 96,38 kpa Średnica kryzy dkr akaw= 34,6 mm Warunek B Spadek ciśnienia na zaworze reg przy 30% otwarciu pzr30%= 224,1 kpa Maksymalna dyspozycyjna różnica ciś przy 30% pdyspmax30% 351,10 kpa Ciśnienie do zdławienia na kryzie warunek 30% pkr 30%= 43,90 kpa Decyduje warunek A dkr 30%= Spadek ciśnienia na zaworze reg przy 30% otwarciu LATO pzr30%l= 148,2 kpa mm