Zagadnienia cieplne i hydrauliczne oraz jakości wody w instalacjach grzewczych Wiesław Zima Damian Muniak Piotr Cisek Grzegorz Ojczyk Paweł Pacura Zagadnienia cieplne i hydrauliczne oraz jakości wody w instalacjach grzewczych ISBN 978-7242-783-XXXX Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki Kraków 2015
Wiesław Zima Damian Muniak Piotr Cisek Grzegorz Ojczyk Paweł Pacura Zagadnienia cieplne, hydrauliczne oraz jakości wody w instalacjach grzewczych Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki Kraków 2015
PRZEWODNICZĄCY KOLEGIUM REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI KRAKOWSKIEJ Jan Kazior PRZEWODNICZĄCY KOLEGIUM REDAKCYJNEGO WYDAWNICTW DYDAKTYCZNYCH Maria Misiągiewicz REDAKTOR SERII Wydział Mechaniczny Witold Grzegożek RECENZENT Janusz Wojtkowiak SEKRETARZ REDAKCJI Agnieszka Filosek OPRACOWANIE REDAKCYJNE Michał Stachowski PROJEKT GRAFICZNY Michał Graffstein SKŁAD I ŁAMANIE Michał Graffstein Copyright by Politechnika Krakowska, Kraków 2015 ISBN 978-83-7242-8257 Wydawnictwo PK, ul. Skarżyńskiego 1, 31-866 Kraków; tel.: 012 628 37 25, fax: 012 628 37 60 e-mail: wydawnictwo pk.edu.pl www.wydawnictwo.pk.edu.pl Adres do korespondencji: ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków Druk i oprawę wykonano w Dziale Poligrafii Politechniki Krakowskiej. Ark. wyd. 15,00. Zam. 169/2015 Nakład 200 egz. Cena zł 42,00 z VAT
Spis treści SPIS TREŚCI Ważniejsze oznaczenia... 7 1. Wprowadzenie... 11 2. Uzdatnianie wody na potrzeby instalacji grzewczych oraz ciepłej wody użytkowej... 13 2. 1. Jakość wody... 13 2. 1. 1. Podstawowe wskaźniki jakości wody... 14 2. 1. 2. Kamień kotłowy... 21 2. 2. Wymagania jakości wody... 24 2. 3. Metody jonitowe... 29 2. 3. 1. Wymieniacze jonowe... 29 2. 3. 1. 1. Rodzaje i budowa wymieniaczy jonowych... 30 2. 3. 1. 2. Charakterystyka jonitów... 36 2. 3. 1. 3. Cykl wymiany jonowej... 37 2. 3. 2. Oczyszczanie wody z zastosowaniem jonitów... 38 2. 3. 2. 1. Zmiękczanie wody... 38 2. 3. 2. 2. Dekarbonizacja... 40 2. 3. 2. 3. Demineralizacja... 42 2. 3. 3. Jonity w instalacjach przygotowania wody... 44 2. 4. Metody membranowe... 48 2. 4. 1. Charakterystyka membran... 49 2. 4. 2. Ciśnieniowe procesy membranowe... 54 2. 4. 2. 1. Mikrofiltracja i ultrafiltracja... 55 2. 4. 2. 2. Nanofiltracja... 55 2. 4. 2. 3. Odwrócona osmoza... 56 2. 4. 3. Odwrócona osmoza w instalacjach przygotowania wody... 59 3. Separacja powietrza oraz cząstek stałych w instalacjach grzewczych... 65 3. 1. Separacja powietrza... 65 3. 1. 1. Wolne powietrze odpowietrznik automatyczny... 69 3
Zagadnienia cieplne, hydrauliczne oraz jakości wody w instalacjach grzewczych 3. 1. 2. Powietrze w formie mikropęcherzy separatory przepływowe (liniowe)... 70 3. 1. 3. Separacja podciśnieniowa... 72 3. 2. Separacja cząstek stałych... 75 4. Obliczanie projektowego obciążenia cieplnego przestrzeni ogrzewanych... 81 4. 1. Projektowa strata ciepła przez przenikanie... 83 4. 1. 1. Straty ciepła bezpośrednio na zewnątrz... 86 4. 1. 2. Straty ciepła do otoczenia przez przestrzeń nieogrzewaną... 88 4. 1. 3. Straty ciepła do gruntu... 90 4. 1. 4. Straty ciepła między przestrzeniami ogrzewanymi do różnych wartości temperatury... 93 4. 2. Projektowa wentylacyjna strata ciepła... 94 4. 2. 1. Pomieszczenia bez instalacji wentylacyjnej... 94 4. 2. 2. Pomieszczenia z instalacją wentylacyjną... 96 4. 3. Przestrzenie ogrzewane z przerwami lub osłabieniem... 98 4. 4. Projektowe obciążenie cieplne... 100 4. 4. 1. Projektowe obciążenie cieplne przestrzeni ogrzewanej... 100 4. 4. 2. Projektowe obciążenie cieplne części budynku lub budynku... 101 5. Zasady doboru grzejników konwekcyjnych... 103 5. 1. Dobór grzejników dla ogrzewań dwururowych i parametrów pracy różnych od katalogowych... 106 5. 2. Dobór grzejników dla ogrzewań jednorurowych... 109 6. Ogrzewania płaszczyznowe... 111 6. 1. Wydajność cieplna grzejnika płaszczyznowego... 113 6. 2. Projektowanie instalacji ogrzewania podłogowego... 122 6. 3. Parametry czynnika grzewczego układy regulacji... 125 6. 3. 1. Termostatyczny układ regulacji temperatury z zaworem termostatycznym przelotowym... 126 6. 3. 2. Termostatyczny układ regulacji temperatury z zaworem termostatycznym trójdrogowym na powrocie... 129 6. 3. 3. Termostatyczny układ regulacji temperatury z zaworem termostatycznym trójdrogowym na zasilaniu... 134 6. 4. Temperatura powietrza w pomieszczeniu regulacja... 136 6. 4. 1. Regulacja temperatury powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu z wykorzystaniem głowicy z kapilarą... 137 6. 4. 2. Regulacja temperatury powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu z wykorzystaniem regulatora elektrycznego... 141 6. 4. 3. Regulacja temperatury powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu z wykorzystaniem regulatora elektronicznego... 145 6. 5. Regulacja ogrzewania płaszczyznowego z wieloma pętlami grzewczymi... 148 6. 6. Ogrzewanie ścienne... 155 4
Spis treści 6. 7. Źródła ciepła w budynkach energooszczędnych z ogrzewaniem i chłodzeniem płaszczyznowym... 162 6. 8. Komfort ciepłej podłogi... 164 7. Podstawy obliczeń hydraulicznych instalacji grzewczych... 171 7. 1. Obliczanie strat ciśnienia... 176 7. 2. Wymiarowanie instalacji grzewczych... 183 8. Armatura regulacyjna w instalacjach grzewczych... 193 8. 1. Zawory regulacyjne przy odbiornikach instalacji grzewczych... 194 8. 1. 1. Ręczne regulacyjne zawory grzejnikowe... 195 8. 1. 2. Termostatyczne zawory grzejnikowe (termoregulatory)... 196 8. 2. Współczesne realizacje zasady pojedynczej i podwójnej regulacji w grzejnikowych zaworach regulacyjnych... 205 8. 3. Zawory równoważące... 209 8. 4. Współczynnik przepływu k v oraz charakterystyka regulacyjna zaworu... 222 8. 5. Nowa metodyka wyznaczania nastawy wstępnej zaworu regulacyjnego... 230 9. Zabezpieczenia wodnych instalacji grzewczych... 243 9. 1. Zabezpieczenia instalacji ogrzewań wodnych systemu otwartego... 244 9. 2. Zabezpieczenia instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z kotłami opalanymi paliwami płynnymi... 245 9. 3. Zabezpieczenia instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z kotłami opalanymi paliwami stałymi... 246 10. Zawory bezpieczeństwa... 249 10. 1. Budowa i zasada działania... 249 10. 2. Obliczanie przepustowości zaworów bezpieczeństwa... 253 10. 2. 1. Zasady zabezpieczania zbiorników... 264 10. 2. 2. Zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia w kotłach wodnych oraz parowych... 268 10. 2. 3. Zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia w wymiennikach ciepła... 271 10. 3. Podstawowe zasady instalowania zaworów bezpieczeństwa... 275 10. 4. Przepustowość zaworów bezpieczeństwa według API Recommended Practice 520... 276 11. Naczynia wzbiorcze... 281 11. 1. Otwarte naczynia wzbiorcze... 281 11. 2. Zamknięte przeponowe naczynia wzbiorcze... 286 Literatura... 297 5