Wykład 9. Instalacje ciepłej wody użytkowej (cwu) - wprowadzenie

Transkrypt

1 Wykład 9 Instalacje ciepłej wody użytkowej (cwu) - wprowadzenie

2 Definicja Ciepła woda użytkowa (CWU): Woda w instalacji wodociągowej spełniająca wymagania stawiane wodzie pitnej, podgrzana do temperatury maksymalnie 90 C, przygotowana w urządzeniach służących do tego celu.

3 Wymagania w stosunku do instalacji cwu Ciepła woda użytkowa powinna być dostarczana w sposób równomierny w każdej chwili, w wymaganej ilości oraz o określonej temperaturze; Temperatura ciepłej wody wypływającej z punktu czerpalnego powinna być regulowana; Instalacje ciepłej wody użytkowej powinny być niezawodne w działaniu;

4 Wymagania cd. Ciepła woda użytkowa pod względem cech fizykochemicznych i sanitarnych powinna odpowiadać wymogom stawianym w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi Obsługa instalacji cwu powinna być łatwa; Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne instalacji ciepłej wody powinny być możliwie niskie.

5 Wpływ temperatury cwu na korozję oraz wytrącanie się osadów i kamienia

6 Instalacje c.w.u. zasilane są wodą wodociągową, od której wymaga się spełnienia norm sanitarnych. Uzdatnianie głównie prowadzone jest pod tym kątem, często jednak składniki zawarte w wodzie, chociaż są obojętne lub nawet korzystne z punktu widzenia zdrowotnego mogą nadawać wodzie silne własności korozyjne.

7 Pierwszym czynnikiem, od którego zależna jest szybkość procesu korozji jest stosunek zawartych w wodzie składników ochronnych (jak kwaśne węglany, wodorotlenki, jony wapniowe) i korozyjnych (jak chlor, chlorki, azotany oraz tlen i dwutlenek węgla).

8 Drugim czynnikiem jest temperatura wody, która wpływa na zmianę składu i struktury powstających produktów korozji cynku, a tym samym na ich własności ochronne. Podczas, gdy w wodzie zimnej produkty korozji tworzą szczelnie i dobrze przywierającą do podłoża warstwę ochronną, to w temp C stają się ziarniste i luźno związane z metalem. Maksimum korozji cynku zachodzi przy temperaturze 65 C - dla przykładu szybkość korozji w tym środowisku jest 10 razy wyższa niż w temperaturze 55 C!

9 Temperatura a korozja Zgodnie z Rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych ( ) temperatura cwu powinna wynosić od C, z możliwością okresowego przegrzewu do min. 70 C (rozwój bakterii Legionella). Ze względu na ochronę rurociągów przed korozją i ich trwałość temperatura cwu powinna powinna zawierać się w granicach C.

10 Temperatura a korozja Temperatura wody [ C] Proces korozji Materiał instalacji powolny miedź, stal ocynkowana intensywny miedź, stal ocynkowana 70 i więcej szybkie skorodowanie przewodów zwiększenie intensywności możliwe do przewidzenia stal ocynkowana miedź

11 Wytrącanie się osadów i kamienia z ciepłej wody Na szybkość powstawania osadów węglanowych ma wpływ wiele czynników. Do najważniejszych zaliczyć należy: Temperatura wody. Początkowe stężenie wodorowęglanów w wodzie. Czas i sposób podgrzewania.

12 Wysoka twardość wody oraz wysoka temperatura przyspieszają szybkość rozkładu wodorowęglanu wapnia, co może być powodem przyśpieszonego procesu wytrącania się osadów wapniowych. Wzrost temperatury z 45 C do 60 C powoduje czterokrotne zwiększenie szybkości rozkładu Ca(HCO3)2 - głównego składnika kamienia kotłowego.

13 Dla użytkowników instalacji c.w.u. zasilanych w wodę o wysokiej twardości jest to sygnał o bezwzględnym obowiązku utrzymywania odpowiednich temperatur, w przeciwnym razie mogą ulec całkowitemu zarośnięciu nawet po okresie kilkuletniej eksploatacji.

14 Wytrącanie się osadów i kamienia z ciepłej wody Twardość węglanowa wody [ n] 7,0 10,0 15,0 16,0 17,0 Czas do rozpoczęcia powstawania kamienia [godz] 30 C 40 C 50 C 60 C 80 C Natychmiast Natychmiast Natychmiast Natychmiast Natychmiast

15 Wpływ temperatury na rozwój flory bakteryjnej w wodzie i przewodach

16 Legionella- bakteria pałeczkowata, która występuje: w instalacjach wód ciepłych, w głowicach do natrysków higienicznych, w zbiornikach wody ciepłej, w basenach termalnych kąpielowych, w basenach kąpielowych rekreacyjnych w instalacjach chłodniczych, w instalacjach wód termalnych w uzdrowiskach W wodach gruntowych. Szczególne nagromadzenie tej bakterii występuje w wodnych strefach stagnacyjnych instalacji lub zbiorników. Nie występują w słonych wodach morskich.

17 Pierwsze zachorowanie wywołane tą bakterią stwierdzono w lipcu 1976r. w Filadelfii. Miał tam miejsce zjazd weteranów Legii Amerykańskiej, podczas którego wystąpiła nierozpoznawalna choroba o charakterze epidemiologicznym objawami podobnymi do grypy. Na skutek tej choroby 182 osoby były hospitalizowane, a kilkadziesiąt osób zmarło z objawami ciężkiego zapalenia płuc. Wypadek ten nazwano chorobą legionistów, a odkrytą bakterię od miejsca jej wystąpienia nazwano Legionella pneumophila i jest ona odpowiedzialna za 1 5% wszystkich przypadków zapalenia płuc u dorosłych

18 Intensywność rozmnażania lub obumierania bakterii Legionella pneumophila w zależności od temperatury Rozwój bakterii Obumieranie/ pasteryzacja Przykładowy przebieg rozwoju/ obumierania bakterii zależny od temperatury

19 Materiał instalacji a bakterie Legionella

20 Sposoby dezynfekcji instalacji cwu Dezynfekcja chemiczna: chlorem jonami miedzi i srebra jodem ozonem Dezynfekcja za pomocą promieni ultrafioletowych UV Dezynfekcja termiczna

21 Dezynfekcja chemiczna polega dodaniu do wody odpowiedniej dawki chemicznego środka dezynfekującego. Powinien on dotrzeć do wszystkich punktów instalacji. Realizowane jest to przez krótkotrwałe otwarcie każdego punktu czerpalnego instalacji. Czas kontaktu powinien wynosić od 1 2 godzin. Metody chemiczne ze względu na konieczność monitorowania stężenia dodawanego środka chemicznego do wody oraz niekorzystnego wpływu stosowanych środków na właściwości wody i podwyższenie jej agresywności skłaniają do stosowania fizycznych metod dezynfekcji instalacji cwu.

22 Dezynfekcja promieniami UV pozwala uniknąć wprowadzania do wody środków chemicznych, nie zmienia jej składu fizykochemicznego, smaku i zapachu. Nie grozi również przedawkowaniem środka dezynfekcyjnego. Działanie to polega na absorpcji promieni UV przez struktury genetyczne DNA bakterii, uniemożliwiając jego ponowne odtworzenie. Dzięki tej reakcji mikroorganizmy albo zostają zabite, albo też tracą możliwość rozmnażania się.

23 Proces dezynfekcji przebiega w sposób ciągły. Woda dopływa do urządzenia króćcem dopływowym i po napromieniowaniu odpływa króćcem odpływowym. Kompaktowe urządzenie do dezynfekcji wody promieniami UV, o dużym stopniu skuteczności, składa się z komory napromieniowania oraz zamontowanego wewnątrz niej promiennika, który omywa woda poddawana dezynfekcji. Konstrukcja lampy zapewnia odpowiednią grubość warstwy cieczy poddawanej dezynfekcji.

24 Dezynfekcja termiczna powinna obejmować cały układ instalacji wraz ze wszystkimi punktami poboru wody. Przy stosowaniu temperatury powyżej 70 C komórki bakterii Legionella są niszczone w czasie 5 minut. W podgrzewaczach cieplej wody należy także podnosić temperaturę powyżej 70 C. Każdy punkt poboru wody w instalacji powinien być dezynfekowany przy pełnym otwartym wylocie przez przynajmniej trzy minuty przy temperaturze powyżej 70 C. Do uzyskania dezynfekcji termicznej instalacji należy mierzyć czas i temperaturę u podstawy każdego pionu cyrkulacyjnego. W każdym punkcie poboru należy sprawdzić temperaturę wypływającej wody.

25 Dezynfekcji termicznej instalacji cyrkulacyjnej musi być poddany cały system. Podczas podgrzewu pompa cyrkulacyjna ma być włączona, a zawory czerpalne zamknięte aż do uzyskania temperatury 70 C w punkcie zasilania podgrzewacza wodą. Następnie należy otwierać kolejne punkty czerpalne w celu przeprowadzenia ich dezynfekcji.

26 W praktyce bardzo rzadko dotrzymywane są prawidłowe parametry przeprowadzenia metody termicznej. Przyczyn może być wiele: brak wystarczającej temperatury do podgrzewu wody (wysokiego parametru) na przykład poza sezonem grzewczym oszczędzanie środków finansowych (przegrzew systemu wiąże się z podwyższeniem kosztów podgrzewania wody) niedostosowanie instalacji lub technologii obiegu c.w.u. do przeprowadzenia przegrzewu (stare skorodowane lub zarośnięte instalacje, z niestabilizowanego plastiku, automatyka, ) nie wszystkie punkty czerpania są dostępne (np. w budynkach mieszkalnych) zagrożenie poparzeniem dla odbiorców wody

27 DYNAMIKA POBORU CWU

28 Charakterystyka poboru cwu W poborze c.w.u. występuje zmienność dobowa i tygodniowa. Strumień pobieranej wody jest wartością losową. W różnych dniach o tych samych godzinach, przy identycznych pozostałych warunkach mało prawdopodobne jest zaobserwowanie dokładnie tego samego strumienia.

29 Wykres słupkowy zużycia wody w budynku mieszkalnym Godzinowe zużycie wody [m 3 ] 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 średni godzinowy przepływ cwu maksymalny godzinowy przepływ cwu 0, Godziny

30 Charakter zmienności Wartości strumienia są zarówno większe lub mniejsze od wartości przyjętych do obliczeń. Wielkość układu przygotowania c.w.u. jest silnie zależna od wartości poboru stąd konieczna jest znajomość charakteru zmienności i ewentualnego wpływu innych czynników.

31 Charakter zmienności Rozkład wartości poboru ciepłej wody w czasie doby zależy od czynników: związane z charakterystyką obiektu związane ze społecznością zasiedlającą budynek

32 Zmienność poboru Czynniki związane z obiektem: liczba mieszkań i ich wyposażenie w urządzenia pobierające ciepłą wodę sposób rozliczania za ciepłą wodę (ilościowo czy ryczałtowo) temperatura ciepłej wody ciśnienie w sieci wodociągowej właściwości instalacji rozprowadzającej ciepłą wodę, w tym szczególnie rozwiązanie instalacji ze względu na cyrkulację c.w.u.

33 Zmienność poboru Czynniki związane ze społecznością zasiedlającą budynek: liczba mieszkańców w poszczególnych mieszkaniach przyzwyczajenia i czynności mieszkańców związane z porą dnia i rodzajem dnia strukturę demograficzną mieszkańców strukturę społeczną mieszkańców i związany z nią czas pracy

34 Zmienność poboru Czynniki związane ze społecznością zasiedlającą budynek: stopę życiową mieszkańców i ich nawyki higieniczne zachowanie mieszkańców związane z porą dnia, roku i warunkami meteorologicznymi atrakcyjność programów telewizyjnych

35 Zmienność poboru Czynniki najbardziej istotne - całkowite zużycia: liczba mieszkańców rodzaj dnia wyposażenie mieszkań w urządzenia pobierające ciepłą wodę sposób rozliczania zużycia wody

36 Zmienność poboru Czynniki najbardziej istotne - zmienność w czasie dnia: rodzaj dnia przyzwyczajenia i czynności

37 Typowy dobowy rozbiór c.w.u. w budynku mieszkalnym zarejestrowany na przepływomierzu Zużycie c.w.u. Zmiany od średniego dobowego zużycia wody o % maksymalne szczytowe maksymalne godzinowe średnie

38 Rozbiór ciepłej wody użytkowej w budynku mieszkalnym w czasie wieczornego, szczytowego zużycia ciepła

39 Charakter rozbioru ciepłej wody użytkowej w budynkach mieszkalnych określają następujące cechy: zapotrzebowanie na wodę w przekroju dobowym ulega gwałtownym zmianom, co powoduje bardzo duże wahania natężenia przepływu wody w instalacji (od 0 do ok. 500% średniego godzinowego natężenia przepływu), maksymalne zapotrzebowanie na c.w.u. w dniach roboczych występuje w porze wieczornej pomiędzy 20 i 23; w dniach wolnych od pracy najczęściej rano pomiędzy 7 a 11h

40 Charakter rozbioru ciepłej wody użytkowej w budynkach mieszkalnych określają następujące cechy: szczytowe rozbiory wody tworzące w poszczególnych godzinach doby lokalne maksimum trwają zazwyczaj krótko, od kilku s do kilku min w okresie nocnym zazwyczaj pomiędzy 23h30 a 05h00 w zasadzie nie występuje zapotrzebowanie na c.w.u. charakter rozbioru c. w. u. w danym obiekcie jest na ogół podobny w odpowiadających sobie dniach tygodnia, zapotrzebowanie na c.w.u. trwa przeciętnie w ciągu doby przez okres 18 godz. od 5h30 do 23h30

41 wzrostśredniego dobowego zużycia c.w.u. powoduje zmniejszenie nierównomierności jej rozbioru

42 Rozbiór c.w.u. w budynkach innych niż mieszkalne - Budynek hotelowy

43 Szpital

44 Umywalnia zakładu przemysłowego

45 Umywalnia z natryskami przy szkolnej sali gimnastycznej

46 Zapotrzebowanie na wodę G d - dobowe G hśr -średnie godzinowe G h max - maksymalne godzinowe q s - maksymalne chwilowe

47 Rozbiór cwu Dobowy przepływ cwu: GD = GD, j U [ m / d] Średni godzinowy przepływ cwu: G h G D,j dobowe jednostkowe zapotrzebowanie na wodę dla jednego użytkownika instalacji U liczba użytkowników instalacji τ czas użytkowania instalacji w ciągu doby 3 GD 3, śr = [ m / h] τ

48 Przeciętne zużycieśrednie c.w.u. na mieszkańca i dobę Zużycie [l/(d os)] Według PN-92/B praktyka inżynierska Rozp. Min. Infra W sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku jpg

49 Rozbiór cwu Maksymalny godzinowy przepływ cwu G h, max = Gh, śr Kh [ m / h] K h współczynnik godzinowej nierównomierności poboru wody Sekundowy przepływ cwu -przepływ chwilowy, na który wymiaruje się instalację wg zależności podanych w PN- 92/B