Wykład 9. Zabezpieczenie urządzeń przygotowania cwu Instalacja cyrkulacyjna cwu Kompensacja wydłużeń termicznych

Transkrypt

1 Wykład 9 Zabezpieczenie urządzeń przygotowania cwu Instalacja cyrkulacyjna cwu Kompensacja wydłużeń termicznych

2 ZABEZPIECZENIE URZĄDZEŃ PRZYGOTOWANIA CWU NORMA PN-76/B-02440

3 SCHEMATY ZABEZPIECZEŃ DLA SYSTEMU ZAMKNIĘTEGO

4 ART Z automatyczny regulator temperatury zamykający RO rura odprowadzająca

5 ART Z automatyczny regulator temperatury zamykający ART o automatyczny regulator temperatury otwierający RO rura odprowadzająca

6 Urządzenia zabezpieczające i uzbrojenie dla systemu zamkniętego

7 ZAWORY BEZPIECZEŃSTWA

8 Lokalizacja zaworu bezpieczeństwa Bezpośrednio na podgrzewaczu cwu lub na przewodzie odprowadzającym wodę z podgrzewacza, jeżeli temp. czynnika grzejnego przekracza 90% temp. wrzenia wody przy dopuszczonym ciśnieniu podgrzewacza Na dopływie zimnej wody do podgrzewacza, jeżeli temp. czynnika grzejnego nie przekracza 90% temp. wrzenia wody przy dopuszczonym ciśnieniu podgrzewacza

9 Średnica kanału dolotowego 1. Dla urządzeń cwu zasilanych czynnikiem grzejnym o temperaturze do 165 C i ciśnieniu czynnika grzejnego niższym od ciśnienia dopuszczonego podgrzewacza, jak również dla podgrzewaczy elektrycznych

10 G przepustowość ZB [kg/h] G = 0,16 V V - pojemność wodna podgrzewacza lub podgrzewacza i zasobnika ciepłej wody, l

11 Średnica kanału dolotowego 2. Dla urządzeń cwu zasilanych czynnikiem grzejnym o temperaturze do 165 C i ciśnieniu czynnika grzejnego wyższym od ciśnienia dopuszczonego podgrzewacza

12 G przepustowość ZB [kg/h]

13 Oznaczenia: α c współczynnik wypływowy zaworu bezpieczeństwa (dla wody) wg karty kat. α c1 współczynnik wypływowy wody grzejnej dla pękniętej rury grzejnej - α c1 =1 niezależnie od średnicy rury (wężownicy) γ ciężar objętościowy wody użytkowej przy temperaturze dopuszczonej tej wody, kg/m 3 γ 1 ciężar objętościowy wody grzejnej przy najniższej, występującej na zasileniu podgrzewacza, temperaturze tej wody, kg/m 3

14 Oznaczenia: b współczynnik zależny od różnicy ciśnienia czynnika grzejnego i ciśnienia dopuszczonego podgrzewacza należy przyjmować: b=1 gdy (p 3 -p 1 ) 5 kg/cm 2 - b=2 gdy (p 3 -p 1 )>5 kg/cm 2 F powierzchnia przekroju wewnętrznego rury grzejnej (wężownicy), mm 2 p 1 ciśnienie dopuszczone podgrzewacza, kg/cm 2 p 2 ciśnienie na wylocie z zaworu (przy wylocie do atmosfery równe 0), kg/cm 2 p 3 ciśnienie czynnika grzejnego na zasileniu podgrzewacza, kg/cm 2

15 INSTALACJA CYRKULACYJNA CWU W JAKIM CELU STOSOWANA? KIEDY POTRZEBNA?

16 Dlaczego? W budynkach z centralnym przygotowaniem cwu instalacja cwu jest rozległa, tzn odległość między układem przygotowania cwu a odbiorcami jest duża, dochodząca do 100m. Ciepła woda wytwarzana w wymienniku, podgrzewaczu płynąc do odbiorców wychładza się (straty ciepła na przesyle do otoczenia, zależne od temperatury otoczenia, w którym prowadzony jest przewód wody ciepłej).

17 W momencie, kiedy instalacja cwu nie jest użytkowana (brak poboru wody) woda w przewodach stoi i ochładza się osiągając do odpowiednio długim czasie temperaturę otoczenia. W takiej sytuacji użytkownik instalacji po odkręceniu baterii czerpalnej po dłuższej przerwie, nie ma do dyspozycji wody o odpowiedniej temperaturze, lecz wodę zimną. Aby otrzymać wodę o odpowiedniej temperaturze musi najpierw opróżnić przewody z zimnej wody generując koszty (wylewanie zimnej wody do kanalizacji). Aby zapobiec temu wychłodzeniu (a tym samym marnowaniu energii na podgrzanie wody i samej wody wodociągowej), projektowana jest instalacja cyrkulacyjna.

18 Instalacja cyrkulacyjna zapewnia stały obieg wody w instalacji wody ciepłej i działa w przypadku braku rozbioru wody ciepłej w budynku. Poprawne jej zaprojektowanie i wykonanie pozwala na uzyskanie przez użytkowników instalacji wody o odpowiedniej temperaturze po upływie czasu nie dłuższego niż kilka sekund, niezależnie od odległości punktu poboru wody od źródła przygotowania ciepłej wody.

19 Kiedy? wg Rozp. w sprawie warunków technicznych ( )

20 Dodatkowo projektując instalację ciepłej wody i cyrkulacyjną należy pamiętać, że:

21 PN-B-02421:2000 Zgodnie z normą PN-B-02421:2000, na przewodach poziomych i pionowych instalacji ciepłej wody i instalacji cyrkulacyjnej, niezależnie od otoczenia, w jakim są usytuowane, należy stosować odpowiednią izolację termiczną.

22 Ogólne zasady stosowania izolacji cieplnych

23 Minimalne wymagania izolacji cieplnej przewodów cwu i cyrkulacyjnych

24 TOK OBLICZEŃ WG NORMY PN-92/B-01706

25 Do obliczeń hydraulicznych przewodów cyrkulacyjnych przyjmuje się założenie, że wszystkie punkty czerpalne zasilane z instalacji wody ciepłej są zamknięte, a przepływ wody ciepłej odbywa się w obiegach zamkniętych od urządzenia do przygotowania ciepłej wody przez przewody instalacji ciepłej wody, a następnie pionami i przewodami cyrkulacyjnymi z powrotem do urządzenia przygotowującego ciepłą wodę. W celu wymuszenia obiegu wody stosowane są pompy cyrkulacyjne.

26 Schemat instalacji

27 Obliczeniowy strumień wody cyrkulacyjnej W metodzie uproszczonej (krotności wymian wody w instalacji) strumień wody cyrkulacyjnej wyznacza się z zależności: G vc = V p 3,6 u 3 [ dm / s ]

28 w której: u - stopień cyrkulacji: praktycznie pożądana krotność wymiany wody w układzie instalacji w warunkach obliczeniowych; przyjąć u = 3 5 na godzinę, Vp objętość wody w przewodach zasilających (ciepłej wody użytkowej) i cyrkulacyjnych [m 3 ]

29 W metodzie dokładnej (wg strat ciepła) strumień wody cyrkulacyjnej wyznacza się z zależności: G vc = ρ c w Q c t cwu 1000[ dm 3 / s]

30 gdzie: Q c straty mocy cieplnej w instalacji [kw] ρ gęstość wody [kg/m 3 ] cw ciepło właściwe wody [kj/kgk] Nt cwu obliczeniowy spadek temperatury na drodze od węzła cieplnego do najniekorzystniej usytuowanego punktu czerpalnego [K] 5K

31 Po policzeniu strumieni metodą krotności wymian i strat ciepła, należy przyjąć do dalszych obliczeń większą wartość strumienia wody cyrkulacyjnej. Na podstawie całkowitego strumienia przepływu obliczonego dla całej instalacji cyrkulacyjnej należy ustalić przepływy cyrkulacyjne w poszczególnych odcinkach instalacji.

32 W stosowanej dawniej w Polsce normie strumień wody cyrkulacyjnej dla każdego pionu ustalano proporcjonalnie do obciążenia tego pionu wyrażonego sumą normatywnych wypływów Σq np, w stosunku do sumy wypływów normatywnych dla całej instalacji Σq n : Q p Σq = Σ q np n Q c [ dm 3 / s]

33 Inną obecnie stosowaną metodą przy podziale strumienia cyrkulacyjnego na piony jest podział na podstawie objętości wewnętrznej przewodów cwu metodą punktów węzłowych wg zależności: G odg c = G dop ł c V odg cwu V + odg cwu V przep ł cwu [ dm 3 / s]

34 G odg, V odg c cwu G c dopł przepł c G, V przepł cwu

35 Kolejność obliczeń 1. Dokonać wstępnego doboru średnic dla instalacji cyrkulacyjnej posługując się tabelą wg PN-92/B-01706:

36 2. Wyznaczyć objętość wody wewnątrz przewodów cwu i cyrkulacyjnych (piony i przewody rozprowadzające) 3. Przyjąć krotność wymiany wody w instalacji i wyznaczyć całkowity strumień wody cyrkulacyjnej G vc a następnie podzielić go na poszczególne piony

37 4. Dla policzonych strumieni wody cyrkulacyjnej sprawdzić poprawność doboru średnic, kierując się kryterium prędkości przepływu wody w instalacji curkulacyjnej, która zgodnie z PN-92/B powinna wynosić od 0,2 0,5 m/s 5. Policzyć straty ciśnienia w instalacji cyrkulacyjnej i instalacji cwu przy strumieniach cyrkulacyjnych

38 6. Wyznaczyć straty ciśnienia w obiegach poszczególnych pionów (od wymiennika przez dany pion cwu i powrót przewodami cyrkulacyjnymi do wymiennika) PIII PII PI 3' 2' w w m l PIII w w m l PII w w m l PI p p p p p p p p p p + = + = + = = 3' 5 3 3' 2' ' 2' max ) ( ) ( ) ( Σ Σ Σ

39 7. Wyznaczyć ciśnienia do zdławienia w poszczególnych pionach (z wyjątkiem najniekorzystniejszego): p = p p dł max pion

40 8. Dokonać doboru zaworów równoważących dla instalacji cyrkulacyjnej W tym celu policzyć wartość k v dla zaworu według zależności: k v = 0, 01 G cpion p Uwaga! G cpion w dm 3 /h, p dł w kpa dł

41 9. Po doborze zaworów wyznaczyć dla obiegów poszczególnych pionów straty ciśnienia (z uwzględnieniem strat na zaworach) i ustalić wysokość podnoszenia pompy cyrkulacyjnej (dla strat w najniekorzystniejszym obiegu): H p = ( p + p ) + p [ kpa ] pion z max gdzie: p w [kpa] strata na wymienniku do którego wpinana jest cyrkulacja przy strumieniu G vc w

42 10. Dobrać pompę cyrkulacyjną o parametrach obliczeniowych: G H 0 0 G H vc p

43 KOMPENSACJA WYDŁUŻEŃ TERMICZNYCH

44 Wydłużenia termiczne przewodów W większości instalacji temperatura pracy różni się od temperatury, w jakiej odbywał się jej montaż. Dodatkowo podczas eksploatacji występują często wahania temperatury, efektem czego są wydłużenia termiczne przewodów, którego wielkość zależy od rodzaju materiału, z którego wykonane są przewody.

45 Wydłużenia termiczne przewodów Jest to zjawisko na tyle istotne, że jego zlekceważenie może doprowadzić w skrajnym przypadku do uszkodzenia przewodów.

46 Wydłużenia termiczne przewodów Wydłużalność temperaturowa materiałów stosowanych w technice instalatorskiej nie jest wielkością liniową, jednak dla uproszczenia obliczeń, w pewnym zakresie temperatur, aproksymuje się ją do postaci liniowej, wprowadzając pojęcie współczynnika rozszerzalności liniowej α.

47 Współczynnik rozszerzalności liniowej α Współczynnik ten określa, o jaką wartość nastąpi przyrost długości materiału przy zmianie temperatury o 1 K. Dla potrzeb techniki instalatorskiej wartość tego współczynnika podaje się w mm/(m K), a więc jako przyrost w mm, o jaki zwiększy się metrowy odcinek przewodu przy zmianie temperatury o 1 K.

48 Wartości współczynnika α dla materiałów instalacyjnych Materiał Stal Miedź PVC CPVC PE PEX PP PP Stabi PB Rura wielowarstwowa α [mm/(mk) 0,0115 0,0166 0,08 0,07 0,16 0,14 0,183 0,06 0,13 0,025

49

50 Wydłużenie termiczne rurociągu Oblicza się z zależności: = [ ] gdzie: L początkowa długość przewodu [m] NT różnica temperatur [K] α współczynnik rozszerzalności liniowej [mm/(mk)]

51 Wydłużenie termiczne rurociągu Za wartość L należy przyjąć odcinek pomiędzy punktem stałym (nieprzesuwnym) umieszczonym na przewodzie i elementem kompensującym wydłużenie. Różnicę temperatur ST należy przyjmować jako różnicę pomiędzy temperaturą, w której przeprowadzono montaż przewodów (t m ) i maksymalną temperaturą roboczą czynnika w instalacji (t i ). ST=t i -t m

52 Rury miedziane

53 Rury PP i PP Stabi

54 Dodatkowo nasuwa się jeszcze jeden istotny wniosek: ROZSZERZALNOŚĆ RUR NIE ZALEŻY OD ICH ŚREDNICY Średnica ma znaczenie dopiero przy doborze kompensacji.

55 METODY KOMPENSACJI

56 Rozwiązanie kompensacji wymaga zastosowania trzech podstawowych elementów: podpór przesuwnych PP, punktów stałych PS, kompensatorów kształtowych KK lub kompensatorów osiowych (mieszkowych) KO. Prawidłowy dobór i montaż wszystkich tych elementów gwarantuje bezpieczną pracę instalacji i podczas przenoszenia wydłużeń.

57 Podpory przesuwne Jako podpory przesuwne wykorzystuje się zwykle uchwyty do rur z przekładką gumową. Mają one za zadanie utrzymywać rurociąg w osi montażu, pozwalając jednocześnie na swobodne przesuwanie się rur wewnątrz. nie należy ich montować tuż przy złączach, gdyż może to prowadzić do zablokowania przesunięcia przewodów. Należy również zwrócić uwagę na ich usytuowanie względem kompensatorów, gdyż uniemożliwiają one ruch poprzeczny do osi rurociągu. Powinny być wykonane solidnie, tak aby nie uległy zniszczeniu, narażając tym samym na zniszczenie miejsca kompensacji.

58 Punkty stałe Są to miejsca, które dzielą niejako instalację na odcinki poddane kompensacji. Ich zadaniem jest niedopuszczenie do przemieszczenia się rur pod wpływem działania sił działających na instalacje podczas pracy. Chodzi tu zarówno o naprężenia od zmian długości, jak i od ciśnienia wewnątrz.

59 Punkty stałe montaż podpór stałych jest obowiązkowy w następujących wypadkach: o przy punktach czerpalnych, o przed i za instalowaną na przewodzie armaturą lub dodatkowym uzbrojeniem (filtry, wodomierze, osadniki, itp.). o powinny być montowane przy złączach np. po obu stronach trójnika

60 Podpory stałe a) podpora stała wykonana z dwóch złączek, 1 - uchwyt mocujący, 2 -złączka, 3 trójnik b) podpora stała wykonana przy użyciu złączki i trójnika

61 Uchwyty stałe w instalacjach miedzianych można uzyskać za pomocą: nalutowania nakładek ustalających nieprzesuwne położenie przewodu w uchwycie mocującym, dwustronne mocowanie nalutowanej tulei.

62 Maksymalne odległości pomiędzy punktami mocowania przewodów poziomych wykonanych ze stali ocynkowanej Średnica nominalna DN[mm] Odległość między podporami [m] ,5 25 2,2 32 2,6 40 3,0 50 3,5 65 3,8 80 4, ,5

63 Odległości pomiędzy punktami mocowania przewodów pionowych wykonanych ze stali ocynkowanej Rury stalowe mocuje się do ścian jednym uchwytem umieszczonym w połowie kondygnacji (nie wyższej niż 3,0 m) w przypadku przewodów pionowych. Istnieje jednak przypadek, w którym uchwyt będzie zbędny, ponieważ w przejściu przez kondygnację zastosowano tuleję, a średnica użytej rury jest nie mniejsza niż 15 mm oraz posiada jeden punkt stały. W pozostałych przypadkach dla kondygnacji wyższych odstęp między uchwytami nie powinien przekraczać wartości podanych w tabeli Tabela 4. Odstęp między uchwytami przy kondygnacjach wyższych Średnica rury w mm Odstęp między uchwytami mm 3,0 m mm 4,0 m mm 6,0 m

64 Tabela Maksymalne odległości pomiędzy punktami mocowania przewodów poziomych wykonanych z miedzi

65 Dla pionowo mocowanych odcinków rur miedzianych odległości pomiędzy uchwytami można zwiększyć: dla rur o średnicach do 22 mm o 30%, dla rur o średnicach powyżej 22 mm o 10%.

66 Tabela 7. Maksymalne odległości pomiędzy punktami mocowania przewodów poziomych wykonanych z PVC, PE, PP, PB

67 Mocowanie przewodów Przewody poziome powinny być mocowane do istniejących w obiekcie elementów konstrukcyjnych za pomocą podpór stałych i ruchomych. Odstępy między miejscami podparcia powinny być tak dobrane aby zapewnić kompensację przewodów. Rozstawienie podpór stałych powinno wynikać z usytuowania kompensatorów na trasie przewodu oraz lokalizacji punktów czerpalnych. Dla przewodów prowadzonych pionowo odległości pomiędzy podporami mogą być zwiększone o 30 % w stosunku do przewodów poziomych. W miejscu odgałęzienia przewodu na kondygnacje powinno być zastosowane ramię kompensacyjne. Na przewodach pionowych prowadzonych w wydzielonych wnękach instalacyjnych, bruzdach można pominąć stosowanie kompensacji biorąc pod uwagę możliwości wystąpienia wyboczeń przewodów. W przypadkach montowania na odcinkach przewodów elementów armatury powinno się przed i za nimi lokalizować podpory stałe bądź przesuwne.

68 KOMPENSACJA NATURALNA

69 Polega na odpowiednim ułożeniu instalacji, dzięki któremu, w celu kompensacji zmian długości przewodów, można wykorzystać elastyczność rur. W tym celu konieczne jest stworzenie ruchomego ramienia o odpowiednich wymiarach poprzez prawidłowe rozmieszczenie mocowań.

70 Konieczną długość ramienia (A) L s mocowań, w zależności od zmian długości przewodów rurowych, określa się na podstawie obliczeń lub tabel. Dla instalacji układanych pod tynkiem swobodne rozszerzenie cieplne należy zapewnić poprzez osłonięcie instalacji elastycznym materiałem o odpowiedniej grubości. Szczególną uwagę zwrócić trzeba na miejsca przechodzenia instalacji przez stropy - o ile nie wyznaczono tam celowo stałego punktu mocowania.

71 W technice instalacyjnej stosowane są następujące sposoby kompensacji wydłużeń cieplnych: a) przy pomocy odcinka giętkiego

72 b) z wykorzystaniem ramienia elastycznego najczęściej wykorzystywane w praktyce Oznaczenia: PP - podpora przesuwna, PS - podpora stała, Ls - długość odcinka giętkiego, L - wydłużenie odcinka przewodu

73 Obliczenie długości ramienia elastycznego L s = [mm] gdzie: L s wymagana długość odcinka giętkiego [mm] K stała materiałowa wg katalogu producenta [-] K=30 dla PP-3 K=20 dla PP-R D z średnica zewnętrzna rury [mm] L wydłużenie odcinka przewodu obliczone dla danej różnicy temperatur [mm]

74 Długość ramienia elastycznego dla miedzi i PVC Miedź wg tabeli w wytycznych COBRTI

75 PVC wg katalogu NIBCO

76 KOMPENSACJA KSZTAŁTOWA

77 Jeżeli naturalne ułożenie instalacji nie umożliwia wystarczającej kompensacji zmian długości, należy zamontować dedykowany do tego zadania element, tj. kompensator kształtowy - kompensator U-kształtowy. Zbudowany on jest z dwóch połączonych ze sobą ramion elastycznych. Umożliwia to kompensację dwukrotnie większych wydłużeń niż w przypadku pojedynczego ramienia elastycznego.

78 Kompensator U-kształtowy Oznaczenia: PP - podpora przesuwna, PS - podpora stała, L - wydłużenie odcinka przewodu, SA - odstęp bezpieczeństwa, Lu - długość ramion kompensatora, Wu - szerokość kompensatora.

79 W przypadku kompensatora U-kształtowego należy oprócz wymiaru Ls, dodatkowo określić szerokość kompensatora, czyli odstęp pomiędzy jego pionowymi ramionami (wg wzoru lub tabel w zależności od materiału) Dla PP-R: =2 + [ ] gdzie: W u odległość między ramionami kompensatora [mm] SA odstęp bezpieczeństwa, dla PP-R=150 mm

80 Dla PVC wg katalogu NIBCO: wg wykresu

81 Dla rur miedzianych wg wytycznych COBRTI: Kompensator z czterech kolan 90º

82 KOMPENSATORY OSIOWE

83 Kompensatory osiowe, zwane także od ich konstrukcji kompensatorami mieszkowymi, przejmują zmiany długości wzdłuż przewodów rurowych wywołane zmianami temperatury. Konstrukcja kompensatorów tego typu oparta jest na mieszkach sprężystych, których sztywność jest znacznie mniejsza od sztywności kompensowanych przewodów. Stosowane w rurach miedzianych.

84 Stosowane jeśli przy układaniu przewodu jest mało miejsca, co najczęściej ma miejsce podczas układania przewodów w szachtach instalacyjnych. Podstawą prawidłowej pracy tego typu kompensatorów są właściwie zwymiarowane i umieszczone punkty stałe oraz podpory przesuwne. Należy przy tym pamiętać, ze każdy kompensator ma ograniczoną zdolność kompensacji, a zatem podstawą właściwego doboru kompensatora jest określenie długości odcinka rurociągu, którego zmiany długości będą kompensowane.

85 Wiąże się to z prawidłowym podziałem rurociągu na odcinki kompensowane, tj. zaprojektowaniem rozstawu podpór stałych tak, aby przy maksymalnych zmianach temperatury nie została przekroczona zdolność kompensacyjna mieszków. Zapewni to prawidłową pracę instalacji i zagwarantuje ich trwałość zmęczeniową, obliczoną zwykle na około 1000 pełnych cykli pracy, tj. katalogowa wartość rozciągnięcia i ściśnięcia przy maksymalnym ciśnieniu roboczym temperaturze ok. 20 o C.

86 Kompensatory mieszkowe wymagają podczas montażu ścisłego przestrzegania wytycznych producenta, nie wolno ich przeciążać.

87 Uwaga!!! odbędzie się kolokwium zaliczeniowe Proszę przynieść: linijkę, kalkulator oraz coś do pisania. Kartki będą rozdawane. Kolokwium odbędzie się w godz. 15:45 16:30, pierwsze 45 minut poświęcone będzie kanalizacji deszczowej