Wykład 12 Centralne przygotowanie cwu przykład obliczeniowy doboru zasobnika i obliczenia mocy do przygotowania cwu dla różnej akumulacyjności Kompensacja wydłużeń
Dla instalacji cwu o rozbiorze dobowym zgodnym z rysunkiem, dla dobowego zużycia ciepłej wody na poziomie 20 m 3 /dobę, obliczyć objętość zasobnika oraz moc układu przygotowania cwu dla założonej akumulacyjności. Założenia: liczba osób: n=154 osoby jednostkowe zapotrzebowanie na cwu: q j =130 l/(os doba) temperatury wody zimnej/ciepłej: 10/60ºC
UKŁAD Z PEŁNĄ AKUMULACJĄ CIEPŁA
Układ z pełną akumulacją Pojemność zasobnika dla pełnej akumulacji ciepła określa się w zależności od maksymalnej różnicy rzędnych między wykresem dostawy ciepłe i rozbioru cwu Dla układu z pełną akumulacją dostawa ciepła jest stała, równa średniemu zapotrzebowaniu na moc do przygotowania cwu
Całkowy wykres dostawy ciepła i zużycia cwu Cmax - maksymalna odległość między krzywa rozbioru a krzywa dostawy ciepła (lub prosta pomocnicza, gdy krzywa dostawy przecina sie z krzywa rozbioru), [%]
Objętość użytkową zasobnika ustala się wg zależności: w której: V U C = ρ C max = 34,3 %Q dt wg wykresu Q t [ max dt m 3 Q dt = 4190000 kj dobowe teoretyczne zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania ciepłej wody ρ= 1000 kg/m 3 gęstość wody c w =4,19 kj/kg K- ciepło właściwe wody c w t = 60-10 = 50K - obliczeniowa różnica temperatury w zasobniku ]
Q dt oblicza się wg wzoru: Q dt = G ( t t ) ρ c [ kj / doba] d cwu wz w gdzie: G d = n q j = 154 130= 20020 dm 3 /doba= 20,0 m 3 /doba Q dt 20 = G ( t t ) ρ d cwu wz (60 10 ) 1000 4,19 c = w = 4190000 kj / doba
Objętość zasobnika przy pełnej akumulacji: C Q 0,343 4190000 V = = = U ρ c t 1000 4,19 50 max dt 6, 86 w m 3
Moc potrzebna do przygotowania cwu przy pełnej akumulacji: Średnie godzinowe zapotrzebowanie cwu: ś = = = 0,833 3 /h=833l/h =0,23 l/s Średnie zapotrzebowanie mocy wyniesie zatem : Q hśr cwu = G hśr c w (t cwu -t wz )=0,23 4,19 (60-10) = 48,2 kw
Układ z pełną akumulacją wymaga zasobnika o pojemności 6,86 m 3 i mocy wymiennika wynoszącej 48 kw.
UKŁAD Z CZĘŚCIOWĄ AKUMULACJĄ CIEPŁA
Układ z częściową akumulacją Założono współczynnik akumulacji ϕ=0,25 Objętość zasobnika powinna wynieść: V Z = 0,25 6,86 = 1,715 m 3 Do wyznaczenia zredukowanej mocy cieplnej konieczne jest obliczenie współczynnika nierównomierności rozbioru i współczynnika redukcji
Ghmax
Układ z częściową akumulacją Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na cwu, zgodnie z wykresem rozbioru cwu, wynosi (maksymalny procent zużycia to 12% Q d dla godziny między 19:30 a 20:30): = 0,12 20000 = 2400 l/h = 0,67 l/s
Układ z częściową akumulacją Maksymalne zapotrzebowanie na moc wynosi: =! " #!$ "!& = 0,67 4,19 (60-10)= 140 kw
Układ z częściową akumulacją Współczynnik nierównomierności rozbioru: K h = ś =,-., / = 2,9 Współczynnik redukcji mocy: ψ = ( K h 1 1) ϕ + 1 = (2,9 1 1) 0,25 + 1 = 0,68
Układ z częściową akumulacją Zredukowane zapotrzebowanie na moc cieplną: &#!$ = 0 = 140 0,68 = 95 kw
Układ z częściową akumulacją wymaga zasobnika o pojemności 1,715 m 3 i mocy wymiennika wynoszącej 95 kw.
UKŁAD BEZ AKUMULACJI CIEPŁA
Układ bezakumulacyjny Maksymalne zapotrzebowanie na moc wynosi: =! " #!$ "!& = 0,67 4,19 (60-10)= 140 kw
Układ bez akumulacji ciepła wymaga mocy wymiennika wynoszącej 140 kw.
KOMPENSACJA WYDŁUŻEŃ TERMICZNYCH
Wydłużenia termiczne przewodów W większości instalacji temperatura pracy różni się od temperatury, w jakiej odbywał się jej montaż. Dodatkowo podczas eksploatacji występują często wahania temperatury, efektem czego są wydłużenia termiczne przewodów, którego wielkość zależy od rodzaju materiału, z którego wykonane są przewody.
Wydłużenia termiczne przewodów Jest to zjawisko na tyle istotne, że jego zlekceważenie może doprowadzić w skrajnym przypadku do uszkodzenia przewodów.
Wydłużenia termiczne przewodów Wydłużalność temperaturowa materiałów stosowanych w technice instalatorskiej nie jest wielkością liniową, jednak dla uproszczenia obliczeń, w pewnym zakresie temperatur, aproksymuje się ją do postaci liniowej, wprowadzając pojęcie współczynnika rozszerzalności liniowej α.
Współczynnik rozszerzalności liniowej Współczynnik ten określa, o jaką wartość nastąpi przyrost długości materiału przy zmianie temperatury o 1 K. Dla potrzeb techniki instalatorskiej wartość tego współczynnika podaje się w mm/(m K), a więc jako przyrost w mm, o jaki zwiększy się metrowy odcinek przewodu przy zmianie temperatury o 1 K.
Wartości współczynnika α dla materiałów instalacyjnych Materiał Stal Miedź PVC CPVC PE PEX PP PP Stabi PB Rura wielowarstwowa α [mm/(mk) 0,0115 0,0166 0,08 0,07 0,16 0,14 0,183 0,06 0,13 0,025
Wydłużenie termiczne rurociągu Oblicza się z zależności: 3 = 3 4 5 [] gdzie: L początkowa długość przewodu [m] RT różnica temperatur [K] α współczynnik rozszerzalności liniowej [mm/(mk)]
Wydłużenie termiczne rurociągu Za wartość L należy przyjąć odcinek pomiędzy punktem stałym (nieprzesuwnym) umieszczonym na przewodzie i elementem kompensującym wydłużenie. Różnicę temperatur DT należy przyjmować jako różnicę pomiędzy temperaturą, w której przeprowadzono montaż przewodów (t m ) i maksymalną temperaturą roboczą czynnika w instalacji (t i ). DT=t i -t m
Rury miedziane
Rury PP i PP Stabi
Niemal od razu widoczna jest różnica, n.p. 10-metrowy odcinek rury miedzianej przy przyroście temperatury 40K wydłuży się o 8,3mm, podczas gdy tej samej długości rura z PP wydłuży się o 90mm, a PP Stabi o 17,5mm. Zatem rura miedziana wydłuży się o około 90% mniej niż rura z PP i około 50% mniej nią rura z PP Stabi
Dodatkowo nasuwa się jeszcze jeden istotny wniosek: ROZSZERZALNOŚĆ RUR NIE ZALEŻY OD ICH ŚREDNICY Średnica ma znaczenie dopiero przy doborze kompensacji.
METODY KOMPENSACJI
Rozwiązanie kompensacji wymaga zastosowania trzech podstawowych elementów: podpór przesuwnych PP, punktów stałych PS, kompensatorów kształtowych KK lub kompensatorów osiowych (mieszkowych) KO. Prawidłowy dobór i montaż wszystkich tych elementów gwarantuje bezpieczną pracę instalacji i podczas przenoszenia wydłużeń.
Podpory przesuwne Jako podpory przesuwne wykorzystuje się zwykle uchwyty do rur z przekładką gumową. Mają one za zadanie utrzymywać rurociąg w osi montażu, pozwalając jednocześnie na swobodne przesuwanie się rur wewnątrz. nie należy ich montować tuż przy złączach, gdyż może to prowadzić do zablokowania przesunięcia przewodów. Należy również zwrócić uwagę na ich usytuowanie względem kompensatorów, gdyż uniemożliwiają one ruch poprzeczny do osi rurociągu. Powinny być wykonane solidnie, tak aby nie uległy zniszczeniu, narażając tym samym na zniszczenie miejsca kompensacji.
Punkty stałe Są to miejsca, które dzielą niejako instalację na odcinki poddane kompensacji. Ich zadaniem jest niedopuszczenie do przemieszczenia się rur pod wpływem działania sił działających na instalacje podczas pracy. Chodzi tu zarówno o naprężenia od zmian długości, jak i od ciśnienia wewnątrz.
Punkty stałe montaż podpór stałych jest obowiązkowy w następujących wypadkach: o przy punktach czerpalnych, o przed i za instalowaną na przewodzie armaturą lub dodatkowym uzbrojeniem (filtry, wodomierze, osadniki, itp.). o powinny być montowane przy złączach np. po obu stronach trójnika
Podpory stałe a) podpora stała wykonana z dwóch złączek, 1 - uchwyt mocujący, 2 -złączka, 3 trójnik b) podpora stała wykonana przy użyciu złączki i trójnika
Uchwyty stałe w instalacjach miedzianych można uzyskać za pomocą: nalutowania nakładek ustalających nieprzesuwne położenie przewodu w uchwycie mocującym, dwustronne mocowanie nalutowanej tulei.
KOMPENSACJA NATURALNA
Polega na odpowiednim ułożeniu instalacji, dzięki któremu, w celu kompensacji zmian długości przewodów, można wykorzystać elastyczność rur. W tym celu konieczne jest stworzenie ruchomego ramienia o odpowiednich wymiarach poprzez prawidłowe rozmieszczenie mocowań.
Konieczną długość ramienia (A) L s mocowań, w zależności od zmian długości przewodów rurowych, określa się na podstawie obliczeń lub tabel. Dla instalacji układanych pod tynkiem swobodne rozszerzenie cieplne należy zapewnić poprzez osłonięcie instalacji elastycznym materiałem o odpowiedniej grubości. Szczególną uwagę zwrócić trzeba na miejsca przechodzenia instalacji przez stropy - o ile nie wyznaczono tam celowo stałego punktu mocowania.
W technice instalacyjnej stosowane są następujące sposoby kompensacji wydłużeń cieplnych: a) przy pomocy odcinka giętkiego
b) z wykorzystaniem ramienia elastycznego najczęściej wykorzystywane w praktyce Oznaczenia: PP - podpora przesuwna, PS - podpora stała, Ls - długość odcinka giętkiego, L - wydłużenie odcinka przewodu.
Obliczenie długości ramienia elastycznego L s ; 3 8 = 9 : & 3 [mm] gdzie: L s wymagana długość odcinka giętkiego [mm] K stała materiałowa wg katalogu producenta [-] K=30 dla PP-3 K=20 dla PP-R D z średnica zewnętrzna rury [mm] RL wydłużenie odcinka przewodu obliczone dla danej różnicy temperatur [mm]
Długość ramienia elastycznego dla miedzi i PVC Miedź wg tabeli w wytycznych COBRTI
PVC wg katalogu NIBCO
KOMPENSACJA KSZTAŁTOWA
Jeżeli naturalne ułożenie instalacji nie umożliwia wystarczającej kompensacji zmian długości, należy zamontować dedykowany do tego zadania element, tj. kompensator kształtowy - kompensator U-kształtowy. Zbudowany on jest z dwóch połączonych ze sobą ramion elastycznych. Umożliwia to kompensację dwukrotnie większych wydłużeń niż w przypadku pojedynczego ramienia elastycznego.
Kompensator U-kształtowy Oznaczenia: PP - podpora przesuwna, PS - podpora stała, L - wydłużenie odcinka przewodu, SA - odstęp bezpieczeństwa, Lu - długość ramion kompensatora, Wu - szerokość kompensatora.
W przypadku kompensatora U-kształtowego należy oprócz wymiaru Ls, dodatkowo określić szerokość kompensatora, czyli odstęp pomiędzy jego pionowymi ramionami (wg wzoru lub tabel w zależności od materiału) Dla PP-R: < = = 2 3 +?@ [] gdzie: W u odległość między ramionami kompensatora [mm] SA odstęp bezpieczeństwa, dla PP-R=150 mm
Dla PVC wg katalogu NIBCO: wg wykresu
Dla rur miedzianych wg wytycznych COBRTI: Kompensator z czterech kolan 90º
KOMPENSATORY OSIOWE
Kompensatory osiowe, zwane także od ich konstrukcji kompensatorami mieszkowymi, przejmują zmiany długości wzdłuż przewodów rurowych wywołane zmianami temperatury. Konstrukcja kompensatorów tego typu oparta jest na mieszkach sprężystych, których sztywność jest znacznie mniejsza od sztywności kompensowanych przewodów. Stosowane w rurach miedzianych.
Stosowane jeśli przy układaniu przewodu jest mało miejsca, co najczęściej ma miejsce podczas układania przewodów w szachtach instalacyjnych. Podstawą prawidłowej pracy tego typu kompensatorów są właściwie zwymiarowane i umieszczone punkty stałe oraz podpory przesuwne. Należy przy tym pamiętać, ze każdy kompensator ma ograniczoną zdolność kompensacji, a zatem podstawą właściwego doboru kompensatora jest określenie długości odcinka rurociągu, którego zmiany długości będą kompensowane.
Wiąże się to z prawidłowym podziałem rurociągu na odcinki kompensowane, tj. zaprojektowaniem rozstawu podpór stałych tak, aby przy maksymalnych zmianach temperatury nie została przekroczona zdolność kompensacyjna mieszków. Zapewni to prawidłową pracę instalacji i zagwarantuje ich trwałość zmęczeniową, obliczoną zwykle na około 1000 pełnych cykli pracy, tj. katalogowa wartość rozciągnięcia i ściśnięcia przy maksymalnym ciśnieniu roboczym temperaturze ok. 20 o C.
Kompensatory mieszkowe wymagają podczas montażu ścisłego przestrzegania wytycznych producenta, nie wolno ich przeciążać.