Wykład 11 Centralne przygotowanie cwu Zabezpieczenie urządzeń przygotowania cwu Instalacja cyrkulacyjna cwu
CENTRALNE PRZYGOTOWANIE CWU
System centralny Dotyczy budynków mających możliwość dostarczenia energii cieplnej z sieci ciepłowniczej/ kotłowni; Ciepła woda przygotowywana jest w jednym dla budynku (lub grupy budynków) węźle (kotłowni) dwufunkcyjnym zintegrowanym z systemem grzewczym;
System centralny instalacja cwu w tym systemie to system przewodów rozdzielczych i pionów cwu oraz cyrkulacyjnych rozciągłość instalacji cwu od węzła wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset (dla węzłów grupowych) metrów
System centralny Po stronie instalacji cwu w układach centralnych wyróżnia się dwa podstawowe rozwiązania: 1. czyste układy przepływowe; 2. układy magazynujące podgrzaną wodę: układy z podgrzewaczem pojemnościowym; układy z podgrzewaczem przepływowym i zasobnikiem ciepłej wody.
Węzły cieplne cwu są to układy przygotowania cwu zasilane z sieci ciepłowniczej; Najczęściej współpracują i są zblokowane z węzłami c.o. Wyróżnia się: Węzły indywidualne zasilają w wodę mieszkańców jednego budynku Węzły grupowe zasilają w wodę kilka budynków
Podział węzłów ze względu na podłączenie do sieci ciepłowniczej względem węzła c.o. Węzły jednostopniowe: Szeregowe Równoległe Węzły dwustopniowe: Szeregowo równoległe Szeregowo - szeregowe
SCHEMATY POŁĄCZEŃ POSZCZEGÓLNYCH RODZAJÓW WĘZŁÓW Z SIECIĄ CIEPŁOWNICZĄ
Węzeł równoległy
Węzeł szeregowy
Węzeł szeregowo - równoległy
Węzeł szeregowo - szeregowy
Węzły dwustopniowe Stosowane w celu lepszego wykorzystania czynnika grzejnego poprzez obniżenie temperatury wody powracającej do źródła ciepła Obniżenie temperatury ma duże znaczenie przy zasilaniu sieci z elektrociepłowni Utrzymywanie niskiej temperatury powrotnej wody grzejnej zapewnia ekonomiczną pracę źródła ciepła
Ewolucja układów przygotowania cwu w systemach ciepłowniczych + Podgrzewacz objętościowy Wymiennik i zasobnik Wymiennik płytowy 15
Układy z podgrzewaczem pojemnościowym
Układy z podgrzewaczem pojemnościowym Zalety: Możliwość zmniejszenia zapotrzebowania szczytowego na cwu za pomocą zasobnika; Możliwość dostarczenia znacznych ilości cwu w krótkim czasie; Łatwość regulacji temperatury wody; Wady: Szybka korozja zbiorników i wężownic; Odkładanie się kamienia kotłowego na zbiornikach i wężownicach
Układy zasobnikowe Zalety: Obniżenie nierównomierności poboru wody grzejnej z sieci ciepłowniczej; Niewielka wrażliwość na wahania rozbiorów; Możliwość ładowania zasobnika w okresach poza szczytem poboru;
Schemat węzła cwu i c.o. szeregowo równoległego z zasobnikiem, pompą ładującą i cyrkulacyjną tcwu Tz II cwu PŁ PC Z Tp c.o. I cwu z wodociągu twz
Wady stwierdzone podczas eksploatacji: Bardzo częste przewymiarowanie układów skutkowało jedynie częściowym wykorzystaniem pojemności wyrównawczej zasobnika na początku eksploatacji
Wady stwierdzone podczas eksploatacji: Osadzanie kamienia kotłowego w wymiennikach ciepła, przewodach i pompie wzrost oporów hydraulicznych układu zmniejszenie wysokości podnoszenia pompy zmniejszenie strumienia ładowania wzrost oporów cieplnych wymiennika ciepła
Wady stwierdzone podczas eksploatacji: SKUTEK: Rozregulowanie hydrauliczne i cieplne układu, w wyniku którego w okresie szczytu poboru przepływ ładujący zmniejszał się na tyle, że następowało całkowite rozładowanie zasobnika i do lokatorów płynęła woda o obniżonej temperaturze w wyniku zmieszania wody gorącej z wymiennika z zimną z zasobnika
Wady stwierdzone podczas eksploatacji: Możliwość rozwoju bakterii Legionellae Obniżona temperatura wody w zasobniku i jej przetrzymywanie Obecność osadów w zasobniku Korozja zasobników po kilku, kilkunastu latach eksploatacji i konieczność ich wymiany
PRZEPŁYWOWE UKŁADY PRZYGOTOWANIA CWU
Węzły wymiennikowe bez zasobnika Powody stosowania: Dostęp do wymienników płytowych o małych gabarytach i dużych wydajnościach cieplnych Dostęp do doskonalszej i tańszej automatyki Najczęściej obecnie projektuje się i wykonuje przepływowe węzły cwu z priorytetem przygotowania ciepłej wody w układzie jednostopniowym
Priorytet przygotowania cwu Wielorodzinne budynki mieszkalne mają najczęściej znaczną bezwładność cieplną. Niedomiar ciepła odczuwalny jest po stosunkowo długim czasie - zależnie od: izolacyjności przegród strumienia powietrza wentylacyjnego
Priorytet przygotowania cwu W okresie maksymalnego poboru, następuje zmniejszenie dopływu czynnika grzejnego na c.o. i skierowanie go do układu przygotowania c.w.u., zaś poza szczytem poboru sytuacja jest odwracalna.
Zalety systemu przepływowego przygotowania cwu: Ograniczenie strat ciepła w stosunku do układu zasobnikowego cwu Zmniejszenie niebezpieczeństwa rozwoju bakterii w źródle wytwarzania cwu (woda podgrzewana jest na bieżąco) Oszczędność miejsca w budynku
Schemat jednostopniowego węzła c.o. i cwu z priorytetem przygotowania ciepłej wody tcwu cwu PC Tz Tp c.o. z wodociągu twz
ZABEZPIECZENIE URZĄDZEŃ PRZYGOTOWANIA CWU NORMA PN-76/B-02440
SCHEMATY ZABEZPIECZEŃ DLA SYSTEMU ZAMKNIĘTEGO
ART Z automatyczny regulator temperatury zamykający RO rura odprowadzająca
ART Z automatyczny regulator temperatury zamykający ART o automatyczny regulator temperatury otwierający RO rura odprowadzająca
Urządzenia zabezpieczające i uzbrojenie dla systemu zamkniętego
ZAWORY BEZPIECZEŃSTWA
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
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
G przepustowość ZB [kg/h] G = 0,16 V V - pojemność wodna podgrzewacza lub podgrzewacza i zasobnika ciepłej wody, l
Średnica kanału dolotowego 2. Dla urządzeń cwu zasilanych czynnikiem grzejnym o temperaturze do 165 C i ciśnieniu czynnika grzejnego wyższym od ciśnienia dopuszczonego podgrzewacza
G przepustowość ZB [kg/h]
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
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
INSTALACJA CYRKULACYJNA: W JAKIM CELU STOSOWANA? KIEDY POTRZEBNA?
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.
Kiedy? wg Rozp. w sprawie warunków technicznych ( )
Dodatkowo projektując instalację ciepłej wody i cyrkulacyjną należy pamiętać, że:
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.
Ogólne zasady stosowania izolacji cieplnych
Minimalne wymagania izolacji cieplnej przewodów cwu i cyrkulacyjnych
TOK OBLICZEŃ WG NORMY PN-92/B-01706
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.
Schemat instalacji
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 ]
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 ]
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]
gdzie: Q c straty mocy cieplnej w instalacji [kw] ρ gęstość wody [kg/m 3 ] cw ciepło właściwe wody [kj/kgk] Vt cwu obliczeniowy spadek temperatury na drodze od węzła cieplnego do najniekorzystniej usytuowanego punktu czerpalnego [K] 5K
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.
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]
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]
G odg, V odg c cwu G c dopł przepł c G, V przepł cwu
Kolejność obliczeń 1. Dokonać wstępnego doboru średnic dla instalacji cyrkulacyjnej posługując się tabelą wg PN-92/B-01706:
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
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-01706 powinna wynosić od 0,2 0,5 m/s 5. Policzyć straty ciśnienia w instalacji cyrkulacyjnej i instalacji cwu przy strumieniach cyrkulacyjnych
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' 3 5 4 2 1 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' 4 2 3 3' 2' 1 2 3 max ) ( ) ( ) ( Σ Σ Σ
7. Wyznaczyć ciśnienia do zdławienia w poszczególnych pionach (z wyjątkiem najniekorzystniejszego): p = p p dł max pion
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
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
10. Dobrać pompę cyrkulacyjną o parametrach obliczeniowych: G H 0 0 G H vc p