Systemy ogrzewania Dr inŝ. Paweł Kędzierski

Transkrypt

1 Systemy ogrzewania Dr inŝ. Paweł Kędzierski Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa PW Narodowa Agencja Poszanowania Energii S.A. Audytor energetyczny KAPE 0142

2 Charakterystyka ogólna Ogrzewanie pomieszczeń ma na celu utrzymanie wymaganej temperatury wewnętrznej w chłodnych okresach roku, wpływa na: temperaturę powietrza i tzw. temperaturę promieniowania (średnią temperaturę otaczających powierzchni)

3 Higieniczne podstawy ogrzewania Człowiek w stanie małej aktywności fizycznej wydziela do otoczenia W energii cieplnej Podstawowe procesy decydujące o przekazywaniu ciepła od człowieka do otoczenia są następujące: konwekcja oraz przewodzenie, promieniowanie, parowanie potu, oddychanie.

4 Przeciętne oddawanie ciepła przez normalnie ubranego człowieka nie wykonującego aktywnych czynności ruchowych 160 Strumień oddawanego ciepła, W odpa rowywa nie 80 konwe kcja prze wodze nie 20 promieniowanie i in Temperatura powietrza, ºC

5 Struktura bilansu ciepła oddawanego przez człowieka do otoczenia (odzieŝ normalna, stan spoczynku, przeciętne wartości temperatury i wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu) Sposób oddawania ciepła Strumień cieplny Konwekcja i przewodzenie Promieniowanie Parowanie Oddychanie Inne Razem W udział %

6 Przeciętna ilość ciepła wydzielanego przez ciało człowieka przy róŝnych poziomach aktywności fizycznej Pozycja leŝąca Pozycja siedząca zrelaksowana Pozycja stojąca zrelaksowana Praca siedząca (np. w biurze, w domu, w szkole) Lekki wysiłek w pozycji stojącej (np. zakupy, lekka praca) Średni wysiłek (np. sprzedawca, prace domowe, praca przy maszynie) CięŜki wysiłek Aktywność fizyczna Moc cieplna, W

7 Komfort cieplny Zestaw parametrów (zakres) komfortu cieplnego to stan, w którym człowiek nie odczuwa ani ciepła, ani chłodu Czynniki subiektywne: ubranie, płeć, wiek, stan zdrowia, nawyki czy teŝ predyspozycje psychiczne

8 Podstawowe parametry komfortu Temperatura powietrza. Prędkość przepływu powietrza wokół człowieka. Temperatura promieniowania (wynikowa). Wilgotność powietrza

9 Temperatura odczuwalna Temperatura odczuwalna (t o ) określa proporcje ciepła traconego przez człowieka na drodze konwekcji oraz promieniowania: t o = 0,5 ( t i + τ r ) [ o C] Wielkość temperatury odczuwalnej w naszej strefie klimatycznej przyjmuje się w granicach od 19 o C do 20 o C

10 Właściwe warunki mikroklimatu wnętrz zapewnia utrzymanie wymaganej temperatury odczuwalnej i doprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza świeŝego do oddychania i usuwania zanieczyszczeń. W bilansie cieplnym pomieszczenia naleŝy przewidzieć odpowiednią ilość ciepła na pokrycie strat ciepła przenikającego przez przegrody zewnętrzne, jak równieŝ do podgrzania powietrza wentylacyjnego.

11 Wymagania stawiane instalacjom ogrzewczym Nowoczesne instalacje ogrzewcze powinny: zapewniać równomierny, przestrzenny rozkład temp. odczuwalnej, umoŝliwiać regulację temperatury odczuwalnej, zapewniać odpowiedni mikroklimat wnętrz, być wyposaŝone w grzejniki estetyczne i łatwe do czyszczenia, być trwałe i charakteryzować się niskim kosztem eksploatacji, być moŝliwie najmniej uciąŝliwe dla środowiska naturalnego.

12 Klasyfikacja instalacji ogrzewczych W skład kaŝdej instalacji ogrzewczej wchodzi: źródło ciepła, sieć przewodów wraz z armaturą oraz odbiorniki ciepła. WyróŜnia się: ogrzewanie miejscowe i ogrzewanie centralne

13 Ogrzewanie centralne ze względu na rodzaj nośnika ciepła dzieli się na: ogrzewanie wodne nisko-, średnioi wysokotemperaturowe, ogrzewanie parowe, ogrzewanie powietrzne, ogrzewanie cieczowe z czynnikiem niezamarzającym.

14 Ogrzewanie centralne ze względu na sposób rozdziału czynnika dzieli się na: instalacje dwururowe, instalacje jednorurowe. Ogrzewanie centralne ze względu na rodzaj połączenia z atmosferą dzieli się na: instalacje otwarte, instalacje zamknięte.

15 Ogrzewanie centralne ze względu na schemat instalacji dzieli się na: instalacje pionowe z rozdziałem dolnym, instalacje pionowe z rozdziałem górnym, instalacje poziome układ rozdzielaczowy, instalacje poziome układ trójnikowy, instalacje poziome układ pętli.

16 Podział centralnego ogrzewania wodnego Kryterium podziału Rodzaj obiegu wody: Sposób połączenia z atmosferą: PołoŜenie głównych przewodów rozprowadzających: Materiał sieci przewodów: Sposób podłączenia odbiorników ciepła: ogrzewanie pompowe system zamknięty rozdział dolny instalacje z tworzyw sztucznych ogrzewanie dwururowe Charakterystyka instalacje stalowe pętlicowe mieszka niowe ogrzewanie grawitacyjne system otwarty rozdział górny instalacje z miedzi rozdzielaczowe mikroprze wodowe jednoruro we

17 Części składowe instalacji ogrzewczych Konwencjonalne źródła ciepła Kotły (na paliwo stałe, gazowe, olejowe, elektryczne) Wymienniki ciepła (sieć ciepłownicza) Pompy ciepła (zasilane en. elektryczną, pozyskują ciepło z otoczenia i umoŝliwiają jego wykorzystanie na wyŝszym poziomie temperatury do celów grzewczych)

18

19 Niekonwencjonalne źródła ciepła MoŜna do nich zaliczyć: energię promieniowania słonecznego, energię wiatru, energię rzek i wód morskich, energię geotermalną, energię z biopaliw i energię jądrową.

20 Sieć przewodów Stosuje się rury: stalowe ze szwem, gwintowane, lekkie, miedziane, z tworzyw sztucznych. Aby zmniejszyć transportowe straty ciepła w przewodach instalacji ogrzewczych, rurociągi izoluje się.

21 Grzejniki Grzejniki konwekcyjne oddają większą część ciepła na drodze konwekcji (np. grzejniki członowe Ŝeliwne, grzejniki z rur gładkich i oŝebrowanych, grzejniki stalowe płytowe, konwektory) Grzejniki promieniujące oddają ciepło głównie na drodze promieniowania (grzejniki płaszczyznowe)

22

23

24 Ze względu na proporcje ciepła emitowanego do pomieszczenia na drodze konwekcji i promieniowania, róŝnorodne konstrukcje grzejników sklasyfikować moŝna następująco: Grzejniki płytowe, Grzejniki z ogniw Ŝeliwnych, Grzejniki z wewnętrznymi kanałami powietrznymi, Konwektory.

25

26 Armatura, pompy i urządzenia zabezpieczające WyróŜniamy armaturę odcinającą i sterująco-regulującą, zabezpieczającą, uzbrojenie pomocnicze oraz inne urządzenia zabezpieczające. Armatura odcinająca to zawory i zasuwy: proste, skośne, gwintowane, słuŝy do zamykania, otwierania i regulowania przepływu, temperatury i ciśnienia nośnika ciepła

27 Do armatury sterująco-regulującej zalicza się: zawory redukcyjne, zawory regulacyjne dwu-, trój- lub czterodrogowe, podpionowe regulatory przepływu, temperatury i róŝnicy ciśnień, regulatory nadmiarowo-upustowe, ograniczniki temperatury i róŝnicy ciśnień.

28 Do armatury zabezpieczającej naleŝą zawory bezpieczeństwa oraz zawory zwrotne. Do uzbrojenia pomocniczego zalicza się urządzenia do odpowietrzania i odwadniania instalacji oraz do oczyszczania nośnika ciepła

29 Centralne ogrzewanie wodne grawitacyjne pompowe

30 Ogrzewanie pompowe ma w stosunku do ogrzewania grawitacyjnego następujące zalety: duŝo większy zakres zastosowania, moŝliwość stosowania mniejszych średnic przewodów, wysoka sprawność źródła ciepła i armatury, duŝo mniejsza bezwładność instalacji, moŝliwość umieszczania grzejników poniŝej źródła ciepła.

31 Wady systemowe tradycyjnego układu ogrzewczego pionowe rozregulowanie hydrauliczne i cieplne spowodowane centralną regulacją jakościową i niewielką statecznością hydrauliczną instalacji nadmierne zyski ciepła od przewodów i ochłodzenie wody zasilającej grzejniki, spowodowane zaleceniem podwyŝszania minimalnych średnic przewodów

32 Wady systemowe tradycyjnego układu ogrzewczego krąŝenie wody przez sieć odpowietrzającą pracującą przy nadciśnieniu (mała skuteczność zamknięć syfonowych) ubytki wody instalacyjnej powodujące konieczność uzupełniania instalacji wodą nieuzdatnioną, co skraca okres eksploatacji instalacji

33 napowietrzanie wody w naczyniu wzbiorczym duŝe ubytki przez odparowanie wody ubytki wody przy odpowietrzaniu zbiornika (zbiornik wadliwie zabudowany) krąŝenie wody przez sieć odpowietrzającą między pionami zróŝnicowane schłodzenie wody zasilającej (rozregulowanie cieplne instalacji) zapowietrzanie się grzejników na najwyŝszych kondygnacjach intensywne krąŝenie wody tzw. "martwy obieg" pionowe rozregulowanie hydrauliczne znaczące i nieefektywne zyski ciepła od przewodów prowadzonych po wierzchu ścian ubytki wody przez dławnice zaworów Źródło ciepła ubytki wody przez dławnice pomp obiegowych

34 zmniejszone średnice pionów i gałązek, stosować φ10 mm samoczynne zawory odpowietrzające zawory bezdławicowe dwustawne z głowicami termostatycznymi hermetyczne (bezdławicowe) pompy obiegowe (poŝądana regulacja obrotów pompy) źródło ciepła o właściwej charakterystyce regulacyjnej (hydraulicznej i cieplnej) przeponowe naczynie wzbiorcze

35 Ogrzewania mieszkaniowe mają cechy nowoczesnej instalacji: duŝą stateczność hydrauliczną moŝliwość indywidualnego rozliczania odbiorców, zmniejszenie liczby pionów, moŝliwość odcinania instalacji domowych, zapewniają większą estetykę wnętrz.

36 Ogrzewania dwururowe mieszkaniowe wieloobwodowe licznik ciepła przewody prowadzone w podłodze

37 Zalety Ogrzewanie parowe duŝo mniejsza bezwładność cieplna, brak niebezpieczeństwa zamarznięcia, mniejsze koszty inwestycyjne (mniejsze średnice przewodów i wielkości grzejników)

38 Wady Ogrzewanie parowe brak moŝliwości regulacji wydajności kotła, wysoka i praktycznie stała temperatura grzejników, brak akumulacji ciepła w grzejnikach, szybka korozja przewodów (szczególnie kondensacyjnych) oraz grzejników

39 Ogrzewanie powietrzne Zalety mniejsze wymiary i większa dowolność prowadzenia przewodów, niŝsza temperatura nawiewu, większa moc źródła ciepła przy tej samej powierzchni grzejnej, mniejsza bezwładność cieplna i większa moŝliwość regulacji temperatury oraz strumienia objętości powietrza, moŝliwość zastosowania urządzeń do obróbki powietrza.

40 Wady hałas Ogrzewanie powietrzne gorszy pionowy rozkład temperatury mniej korzystny sposób przekazywania ciepła

41 Ogrzewanie przez promieniowanie Zalety lepsze warunki higieniczne i podwyŝszony komfort cieplny: niŝsza temperatura powietrza, równomierny rozkład temperatury w całym pomieszczeniu, mniejsze konwekcyjne ruchy powietrza unoszące kurz i brudzące ściany, brak grzejników, większa estetyka wnętrz, łatwość utrzymania czystości,

42 Zalety (cd) obniŝenie sezonowego zuŝycia ciepła dzięki niŝszej temperaturze nośnika ciepła, moŝliwość efektywnego zastosowania niekonwencjonalnych, ekologicznych źródeł ciepła jak kondensacyjny kocioł gazowy czy pompa ciepła, właściwości samoregulacji (samoczynna zmiana mocy cieplnej grzejnika w wyniku zmiany temperatury wewnętrznej w pomieszczeniu).

43 Ogrzewanie przez promieniowanie Wady duŝą bezwładność cieplną oraz podwyŝszone wymagania w odniesieniu do regulacji eksploatacyjnej, konieczność bardzo precyzyjnego wymiarowania (obliczeń), ograniczanie mocy cieplnej grzejnika (dywan, meble), brak moŝliwości późniejszych zmian wielkości grzejnika, wyŝsze koszty inwestycyjne.

44 C Pionowe rozkłady temperatury wewnętrznej dla tradycyjnych systemów centralnego ogrzewania 20 C profil idealny grzejniki konwekcyjne usytuowane przy ścianach zewnętrznych j.w. lecz przy ścianach wewnętrznych profil idealny grzejniki sufitowe 20 C profil idealny ogrzewanie powietrzne 20 C profil idealny ogrzewanie podłogowe Pionowy rozkład temperatury wewnętrznej dla ogrzewania podłogowego C

45 Najbardziej zbliŝony do profilu idealnego jest rozkład temperatury w pomieszczeniu w przypadku ogrzewania podłogowego, najmniej korzystny układ występuje dla ogrzewania powietrznego. Ogrzewanie płaszczyznowe oznacza system ogrzewania, w którym ciepło do pomieszczenia przekazywane jest przez otaczające przegrody. WyróŜnia się ogrzewania: sufitowe, podłogowe lub ścienne

46 Rozmieszczenie róŝnych typów płaszczyzn grzejnych w przegrodach pomieszczenia: 1 podłogowe, 2 sufitowe, 3 ścienne, 4 cokołowe, 5 podparapetowe, 6 ryglowe, 7 konturowe

47 Regulacja instalacji ogrzewczych Regulacja wstępna zapewnia załoŝony w projekcie rozkład temperatury i strumieni nośnika ciepła, w warunkach obliczeniowych, moce dobranych grzejników. Regulacja eksploatacyjna zapewnia temperaturę wewnętrzną stosownie do upodobań uŝytkowników mimo zmian temperatury zewnętrznej.

48 Regulacja eksploatacyjna w zaleŝności od jej zasięgu moŝe być: centralna, strefowa, miejscowa. Ze względu na rodzaj korygowanej wielkości regulacja eksploatacyjna moŝe być: jakościowa, ilościowa, mieszana.

49 Sprawność systemu ogrzewania Stosunek energii jaka byłaby rozpraszana z pomieszczeń budynku w ciągu sezonu ogrzewczego przy załoŝeniu utrzymania w nich określonej temperatury wewnętrznej do energii dostarczonej do systemu w ciągu całego sezonu ogrzewczego. Iloczyn współczynników sprawności.

50 W praktyce ogólną sprawność systemu ogrzewania określa się na podstawie sprawności składowych, a więc: wytwarzania ciepła przemiany energii chemicznej paliwa w ciepło przesyłania ciepła ze źródła do odbiorników ciepła (miejsca wykorzystania) wykorzystania ciepła emisji od odbiornika ciepła do powietrza wewnętrznego regulacji dostawy ciepła dopasowania ilości dostarczanego ciepła do chwilowych potrzeb cieplnych budynku/pomieszczenia

51 Dyrektywa 2002/91/EC i Rozporządzenia nakładają obowiązek oceny systemu ogrzewania budynku/lokalu mieszkalnego określają kompetencje osób uprawnionych do dokonania oceny i sposób ich szkolenia będą precyzowały metodykę obliczeń i formę/wzór świadectwa są wprowadzane równolegle ze zmianami w prawie budowlanym

52 Ekspert sporządzający świadectwo zbiera informacje dotyczące zastosowanego systemu ogrzewania (identyfikacja) przypisuje współczynniki sprawności czasem dokonuje równieŝ oceny subiektywnej (np. określa stan techniczny urządzeń) określa punkt odniesienia oceny (wskazuje budynek referencyjny) wykonuje obliczenia i nadaje klasę

53 Wartość współczynnika sprawności wytwarzania zaleŝy od konstrukcji urządzenia produkującego ciepło, rodzaju paliwa bądź źródła energii przesyłania zaleŝy od odległości na jaką przesyłane jest ciepło i stopnia izolacji cieplnej instalacji (głównie sieci przewodów)

54 Wartość współczynnika sprawności wykorzystania zaleŝy od rodzaju odbiorników ciepła regulacji zaleŝy od rodzaju instalacji i zastosowanych urządzeń regulacyjnych (regulacja centralna, strefowa, miejscowa) Wartości współczynników sprawności zostały w większości przypadków jednoznacznie określone.

55 Subiektywna ocena eksperta 0,50 0,65 (sprawność wytwarzania kotłów węglowych wyprodukowanych przed 1980 r.) 0,25 0,40 (wytwarzanie, piece kaflowe) 0,92 0,95 (przesył, izolowane przewody) 0,80 0,95 (przesył, sieć osiedlowa) 0,96 0,98 (miejscowa regulacja instalacji c.o.) 0,98 0,99 (regulacja centralna i miejscowa)

56 Charakterystyka energetyczna budynku - pojęcia podstawowe - Budynek referencyjny (WT 2008) Roczne zapotrzebowanie energii w budynku (do ogrzewania i wentylacji), Q H,nd, kwh/rok Roczne zuŝycie energii w budynku (uwzględnia sprawność systemu), Q H, kwh/rok Wskaźnik EP, kwh/m 2 /rok Wskaźnik zintegrowanej oceny energetycznej WZE

57 Budynek referencyjny spełnia aktualne przepisy techniczno-budowlane takie same wymiary i współczynnik kształtu jak budynek/lokal mieszkalny oceniany poszczególne sprawności równe górnej granicy przedziałów ich zmienności sprawność wytwarzania z osobnej tabeli minimalne wartości współczynników sprawności przesyłu, wykorzystania i regulacji

58 Dotychczasowe kryteria oceny poziom komfortu cieplnego koszt inwestycyjny i eksploatacyjny estetyka i łatwość obsługi efektywność energetyczna niezawodność działania poziom zaawansowania rozwiązań wpływ źródła ciepła na środowisko

59 Świadectwo charakterystyki energetycznej (system ogrzewania) identyfikacja systemu ogrzewania obiektu określenie sprawności systemu ogrzewania budynku ocenianego i referencyjnego określenie rocznego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i wentylacji budynku ocenianego i referencyjnego określenie rocznego zuŝycia energii (brutto) do ogrzewania i wentylacji przy normatywnych warunkach uŝytkowania

60 Elementy systemu ogrzewania źródło ciepła: nośnik energii (sieć miejska, paliwo gazowe/płynne, węgiel, biomasa, energia elektryczna, energia odnawialna); rodzaj/konstrukcja źródła (kocioł, wymiennik, pompa ciepła) odbiorniki ciepła: grzejniki (ogniwowe, płytowe, konwektory, płaszczyznowe); rodzaj czynnika grzewczego (woda, powietrze, energia elektryczna)

61 Elementy systemu ogrzewania sieć przewodów: stopień izolacji cieplnej, lokalna sieć osiedlowa, ogrzewanie mieszkaniowe, ogrzewanie miejscowe rodzaj instalacji: centralna (regulacja pogodowa, strefowa, miejscowa); miejscowa (np. elektryczne grzejniki bezpośrednie); bezwładność regulacji (piece akumulacyjne, odbiorniki promieniujące, konwekcyjne lub konwektorowe)

62 Obliczenie rocznego zapotrzebowania na ciepło i zuŝycia energii metoda bilansów miesięcznych od września do maja, jeśli dodatnia wartość zapotrzebowania ciepła do ogrzewania i wentylacji róŝnica w okresie miesięcznym strat i zysków ciepła z uwzględnieniem współczynnika wykorzystania zysków ciepła

63 Zakończenie Dyrektywa = instrument realizacji celów Unii (redukcja zuŝycia energii, redukcja emisji CO 2, wzrost bezpieczeństwa energetycznego) Systematyka w zakresie klasyfikacji energetycznej budynków/lokali mieszkalnych Promocja systemów o wysokiej efektywności energetycznej i źródeł odnawialnych Brak ostatecznej wersji Rozporządzenia, nadal nie ustalono metodyki obliczeń

64 Dziękuję za uwagę.