Ćwiczenia 1 Dobór kotłów i sezonowe zapotrzebowanie na paliwo

Transkrypt

1 Ćwiczenia 1 Dobór kotłów i sezonowe zapotrzebowanie na paliwo Bilans ciepła kotłowni Bilans ciepła dla typowej kotłowni zasilającej w ciepło budynek mieszkalny wielorodzinny: gdzie: Q Q Qcwu, sr Q - moc obliczeniowa c.o. obliczona według normy PN EN Q CWU,sr - moc układu przygotowania c.w.u., średnio-godzinowa Przy obliczaniu bilansu ciepła dla kotłowni warto sprawdzić poniższe warunki. Może to być pomocne w prawidłowym określeniu mocy urządzeń grzewczyc. 1. Jeśli Q 2. Jeśli Q 3. Jeśli Q, > 20% Q wtedy cwu max cwu max Q Q Q cwu, sr, < 20% Q wtedy Q Q, > Q wtedy Q cwu max Obliczenie mocy cieplnej układu Średnie, dobowe zapotrzebowanie na c.w.u.: Q cwu, max V d cwu, sr n V gdzie: V l j zapotrzebowanie jednostkowe na c.w.u. d os n liczba mieszkańców obiektu d Vcwu, sr l Średnie, godzinowe zapotrzebowanie na c.w.u.: Vcwu, sr [ ] czas 18 Średnia, godzinowa moc do przygotowania c.w.u.: 3 m kg kj Qcwu, sr Vcwu, sr cp tcwu twz K kw 3 s m kgk gdzie: ρ gęstość wody, kg/m 3 cp ciepło właściwe wody, kj/(kgk) t CWU temperatura ciepłej wody użytkowej, o C t WZ temperatura wody zimnej wodociągowej o C Współczynnik nierównomierności rozbioru c.w.u.: N =9,32*n -0,244 Maksymalna godzinowa moc układu do przygotowania c.w.u.: Qcwu, max = N * j Q cwu, sr str. 1

2 Cwilowe zapotrzebowanie na paliwo gdzie: w d - wartość opałowa paliwa Q wymagana moc grzewcza [kw] m Q w d kg m lub * s s 3 wartość opałowa gazu typu E wynosi około: w 35000kJ d 3 m wartość opałowa oleju lekkiego wynosi około: η sprawność kotła lub całego systemu grzewczego wartość opałowa węgla kamiennego wynosi około: Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło i paliwo w d kj kg w d kj Ilość energii zużywanej na ogrzewanie budynku można oszacować na podstawie obciążenia cieplnego przy średniej temperaturze powietrza w sezonie grzewczym. Wyznaczenia tej mocy średniej można dokonać korzystając z poniższej zależności opisującej względne obciążenie cieplne budynku (φ). Q Q Q SR SR Q AU ( t AU ( t ( t ( t t t SR t SR t ) ( t ) ( t ) Q ) t SR t gdzie: Q co SR moc średnia c.o., kw Q co moc obliczeniowa c.o., kw t temperatura wewnętrzna w budynku, C t SR temperatura średnia powietrza zewnętrznego w sezonie grzewczym, C t temperatura obliczeniowa powietrza zewnętrznego, C A powierzcnia przegród w budynku, m 2 U współczynnik przenikania ciepła przegród w budynku, W/(m 2 K) ) ) kg Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania: SR t t Q, SEZ Q * n * * czas Q t t d K / rok s kj [ kw ] K d rok gdzie: n liczba dni sezonu grzewczego Std stopniodni sezonu grzewczego, dk/rok * t Std t *86400 str. 2

3 Sezonowe zapotrzebowanie na paliwo do ogrzewania - wzór Hottingera: 3 Q * Std *86400 kj kg m BSEZ lub[ ] t t * w * kj rok rok rok d kg Roczne zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania c.w.u.:, rzecz., rzecz. Vcwu, sr Vcwu, sr QCWU, ROK Q * czas Q * kJ CWU, ŚR CWU, ŚR V V gdzie:, V rzecz. cwu, sr cwu, sr cwu, sr - urealnione zużycie c.w.u., zazwyczaj pomiędzy 40 a 80 l/(d*os) Roczne zapotrzebowanie na paliwo do przygotowania c.w.u.:, rzecz. QCWU, SR * Vcwu, sr *365*86400 kw * s kj kg BSEZ V w cwu, sr * d * kj / kg kj / kg a Zadanie 1 Dobrać kondensacyjny kocioł gazowy dla budynku wielorodzinnego o Q = 140 kw oraz liczbie mieszkańców n=100osób. Odczytać z karty katalogowej moc nominalną kotła, obciążenie komory paleniskowej, obliczyć sprawność maksymalną urządzenia. Odnaleźć następujące informacje: wymiary kotła, pojemność wodną, średnice króćców, średnicę dymnicy, typ palnika (wentylatorowy, atmosferyczny), ciśnienie maksymalne i temperaturę maksymalną urządzenia, temperaturę spalin. Zadanie 2 Obliczyć cwilowe oraz sezonowe zapotrzebowanie na paliwo dla budynku o bilansie wyznaczonym powyżej w przypadku kotłowni: 2.2 gazowej 2.3 olejowej, 2.3 na paliwo stałe (np. węgiel kamienny lub biomasa). Zadanie 3 Dobrać średnicę przewodu spalinowego na podstawie nomogramu, np. firmy Sciedel. Zadanie 4 Dobrać wymiary przewodów wentylacji nawiewnej i wywiewnej dla pomieszczenia kotłowni na podstawie normy PN-B Zapoznać się z zapisami normy. str. 3

4 Ćwiczenia 2 Wykresy ciśnień instalacji grzewczyc Zadanie 1 Narysować wykresy ciśnień dla różnyc konfiguracji instalacji grzewczyc. str. 4

5 str. 5

6 str. 6

7 str. 7

8 str. 8

9 str. 9

10 Ćwiczenia 3 Obliczenia ydrauliczne kotłowni gazowyc Zadanie 1 Narysować kompletny scemat ydrauliczny kotłowni wodnej ze zwrotnicą ydrauliczną wyposażonej w dwie jednostki kotłowe, zasilającej jeden obieg centralnego ogrzewania i podgrzewacz pojemnościowy c.w.u.. Nazwać wszystkie elementy układu ydraulicznego. Zadanie 2 Uzupełnić scemat ydrauliczny z zdania 1 o scemat automatycznej regulacji. Nazwać elementy scematu automatycznej regulacji i omówić zasadę działania układu regulacji. Zadanie 3 Zastanowić się czy w przypadku opracowanego układu ydraulicznego jest możliwość pracy kotłowni w przypadku braku kotłowyc pomp obiegowyc? Zadanie 4 Obliczyć przepływy i temperatury na wszystkic działkac dla następującyc danyc: przepływ wody grzewczej w obiegu pogrzewacza c.w.u. m P,cwu=3,0m 3 /; moc podgrzewacza c.w.u. Q P,cwu=80kW; moc c.o. Q = 105 kw; parametry instalacji c.o. 70/50 C; stała temperatura zasilania na kotłac 70 C. str. 10

11 Zadanie 5 Przy założeniu pracy wyłącznie układu c.o. oraz jednego kotła obliczyć temperaturę powrotu T PK dla danyc z zadania 4. Zadanie 6 Wykonać obliczenia wykresu regulacyjnego dla t Z/t P=70/50 o C dla temperatur powietrza zewnętrznego t = -18 C, -10 C, 0 C, +12 C i +20 C przy założeniu temperatury w pomieszczeniu t = 20 o C. Wyniki zestawić w tabeli i wykonać wykres. T, o C φ, % t,sr, o C t Z, o C t P, o C Krzywa grzewcza Zapotrzebowanie na moc grzewczą zależne jest od temperatury powietrza zewnętrznego. Przy pominięciu wpływu zysków ciepła zależność ta jest zależnością liniową. Stosunek cwilowej mocy grzewczej (Q ) do mocy obliczeniowej (Q ) nazywany jest względnym obciążeniem cieplnym i oznaczane jest jako φ. Q Q AU ( t AU ( t t t ') ( t ) ( t t t ') ) Rysunek 1. Przykładowy wykres zmiany zapotrzebowania na moc w zależności od temperatury zewnętrznej str. 11

12 Moc grzewcza dostarczana do budynku poprzez pracę instalacji grzewczej zależna jest od strumienia czynnika grzewczego i wartości temperatur czynnika grzewczego. Q m cp Aby dostosować moc instalacji grzewczej do cwilowyc potrzeb budynku stosuje się regulację jakościową (zmiana temperatur) lub ilościową (zmiana przepływu). Częściej stosowana jest regulacja jakościowa. t Z t P Rysunek 2. Przykładowy wykres regulacyjny Wykres opisujący zmiany wartości temperatury zasilania i powrotu w zależności od wartości temperatury powietrza zewnętrznego nosi nazwę KRZYWEJ GRCZEJ. W procesie projektowania bardzo często istnieje konieczność obliczenia wymaganej temperatury na zasilaniu i powrocie instalacji grzewczej przy różnyc temperaturac zewnętrznyc. Wzory pozwalające na wykonanie takic obliczeń podano poniżej. Obliczeniowa różnica pomiędzy średnią temperaturą czynnika w instalacji grzewczej a pomieszczeniem: t t Z t 2 P t o C Średnia cwilowa temperatura czynnika w instalacji grzewczej: t, SR' t t 1 n o C Cwilowa temperatura czynnika na zasilaniu instalacji grzewczej: t ' t Z, SR t ' Z t 2 P t t Z t 2 P t 1 n t Z t 2 P Cwilowa temperatura czynnika na powrocie instalacji grzewczej: o C t P ' t, SR t ' Z t 2 P t t Z t 2 P t 1 n t Z t 2 P o C str. 12

13 Oznaczenia: φ względne obciążenie cieplne cp ciepło właściwe czynnika grzewczego, kj/(kgk) m strumień masowy czynnika grzewczego, kg/s t Z obliczeniowa temperatura czynnika na zasilaniu instalacji grzewczej, C t P obliczeniowa temperatura czynnika na powrocie instalacji grzewczej, C t Z cwilowa temperatura czynnika na zasilaniu instalacji grzewczej, C t P cwilowa temperatura czynnika na powrocie instalacji grzewczej, C t obliczeniowa temperatura pomieszczenia, o C Δt obliczeniowa różnica pomiędzy średnią temperaturą czynnika w instalacji grzewczej a temperaturą pomieszczenia, C t,sr średnia cwilowa temperatura czynnika w instalacji grzewczej, C t, obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego, C t cwilowa temperatura powietrza zewnętrznego, C Q obliczeniowa moc grzewcza, kw Q cwilowa moc grzewcza, kw A powierzcnia przegród w budynku, m 2 U współczynnik przenikania ciepła przegród w budynku, W/(m 2 K) n - wykładnik carakterystyki cieplnej grzejnika; typowe wartości tego wykładnika: radiatory n=1,3 grzejniki płytowe n=1,2 1,3 konwektory n=1,25-1,45 ogrzewanie podłogowe n=1,1 Zadanie 7 Wykonać zadania 4 i 5, dla temperatury końca sezonu grzewczego, np. dla t zew =12 C Zadanie 8 Policzyć strumień podmieszania gorącego dla następującyc danyc: Q K=100kW, T ZK=80 C, T PI=35 C, wymagana temperatura przed kotłem T PK=53 C. str. 13

14 Ćwiczenia 4 Pompy ciepła Bilans mocy dla PC: Q f Q Q CWU Q - moc obliczeniowa c.o. (uwaga: doboru pomp powietrze/woda dokonuje się na moc przyjmowaną w punkcie biwalentnym a nie w punkcie obliczeniowej temperatury powietrza zewnętrznego) Q CWU dodatek mocy na cele układu przygotowania c.w.u.: - może być pomijany w układac o większej mocy na cele c.o. niż na c.w.u., - może być określany szacunkowo, jako 0,2kW/osobę, - może wynikać z założonego czasu pracy PC na cele c.w.u.. f współczynnik korekcyjny wynikający z ewentualnyc planowyc (zawartyc w umowie) przerw w dostawie energii elektrycznej f = 24 / (24 - czas przerwy) Bilans energii PC: str. 14

15 Zadanie 1 Dobrać pompę ciepła solanka-woda dla domu jednorodzinnego uwzględniając poniższe informacje: moc obliczeniowa na c.o. Q = 7 kw, pompa ciepła pracuje ze stałą temperaturą zasilania na c.o. wynoszącą 35 o C i stałą temperaturą zasilania na c.w.u. wynoszącą 55 o C, maksymalny godzinowy rozbiór ciepłej wody 160 litrów (4 kolejne kąpiele), całkowite dobowe zużycie c.w.u. wynosi 250 litrów, oczekiwany maksymalny czas pracy pompy ciepła na c.w.u. 1 godzina, obliczeniowa temperatura powietrza zewnętrznego T zew,obl=-18 o C, temperatura średnia sezonu grzewczego: T zew,śr=3,5 o C, czas trwania sezonu grzewczego Zadanie 2 Ocenić poprawność doboru pompy ciepła powietrze-woda dla domu jednorodzinnego. Moc obliczeniowa na cele ogrzewania wynosi Q = 7 kw (dla T zew,obl=-18 o C). Dobrano pompę ciepła powietrze/woda WPL 10 firmy Stiebel Eltron. str. 15

16 Tabela 1. Obliczenie SP pompy ciepła powietrze / woda tzew o C Qpc kw φ - Qco kw czas Qpc kw QBUD kw Qel,grzałaka kw P - Qel. kw < (-13 do -17) (-12 do -8) (-7 do -3) (-2 do +2) (+3 do +7) (+8 do +12) (+13 do +17) 716 > str. 16

17 Wybrane dane z katalogu pompy ciepła glikol / woda WPF Stiebel Eltron str. 17

18 str. 18

19 str. 19

20 Wybrane dane z katalogu pompy ciepła powietrze / woda WPL 10 Stiebel Eltron str. 20