Dimenzování vodní otopné soustavy - etážová soustava s nuceným oběhem -

Transkript

1 ČVUT v PRAZE, Fakulta stavební - katedra technických zařízení budov Dimenzování vodní otopné soustavy - etážová soustava s nuceným oběhem - Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. Ing. Roman Musil, Ph.D. katedra technických zařízení budov Princip výpočtu cílem je vyvážená funkční soustava, která je charakterizována rovnováhou mezi dynamickým přetlakem a tlakovými ztrátami postup výpočtu : návrh profilu potrubí dle hmotnostního průtoku hydraulické posouzení tlakových ztrát s dynamickým tlakem nastavení regulačních prvků soustavy

2 Schéma soustavy - nucený x přirozený oběh tlak čepradla rozdíl hustoty T T Schéma etážové soustavy s nuceným oběhem etážová soustava je charakteristická pro lokální bytové vytápění bytových domů se samostatnými zdroji tepla a jednopodlažní RD (bungalov) není převýšení mezi zdrojem a OT - nutný nucený oběh (použití přirozeného oběhu je v případě použití závěsného plynového kotle nemožné)

3 Hydraulický výpočet otopné soustavy Návrh potrubí 1. zakreslení schématu pro výpočet (izometrie, rozvinutý řez ) 2. stanovení okruhu s největší tlakovou ztrátou 3. stanovení úseků pro okruh s největší tlakovou ztrátou 4. přenášený výkon jednotlivých úseků 5. výpočet hmotnostního průtoku 6. předběžný návrh světlostí Hydraulické posouzení tlakových ztrát 1. výpočet tlakové ztráty třením (přesný nebo z tabulek) 2. stanovení vřazených odporů úseků součinitel ξ (dzéta) 3. výpočet tlakové ztráty vřazenými odpory 4. stanovení celkové ztráty soustavy Návrh čerpadla 1. dle tlakové ztráty a průtoku Zaregulování soustavy 1. výpočet tlakové ztráty dalšího okruhu 2. stanovení tlaku a průtoku pro zaregulování 3. nastavení regulační armatury Výpočet otopné soustavy Návrh potrubí 1. zakreslení schématu pro výpočet (izometrie, rozvinutý řez ) 2. stanovení okruhu s největší tlakovou ztrátou 3. stanovení úseků pro okruh s největší tlakovou ztrátou

4 Výpočet otopné soustavy Návrh potrubí 1. zakreslení schématu pro výpočet (izometrie, rozvinutý řez ) 2. stanovení okruhu s největší tlakovou ztrátou 3. stanovení úseků pro okruh s největší tlakovou ztrátou 4. přenášený výkon jednotlivých úseků 5. výpočet hmotnostního průtoku Přenášený výkon úseku a hmotnostní průtok Q = m. c. t [W] 0,004 kj/m 3.K 4186 J/kg.K m hmotnostní průtok [kg/s] c měrná tepelná kapacita otopné vody [J/kg.K] t teplotní spád otopné soustavy [K] 4,2 kj/kg.k 1,163 Wh/kg.K stačí jen dosadit dobře jednotky kapacity 1, kwh/m 3.K 4186 Ws/kg.K Q Q 1 Q Q m = = = = 0,86 c ( t t ) 1,163 ( t t ) 1,163 ( t t ) ( t ) t kj kws 4,186 kwh 4186 Wh Wh c = 4,186 = 4,186 = = = 1,163 kg K kg.k 3600 kg.k 3600 kg.k kg.k Q Q 1 Q Q m = = = = 0,00024 c ( t t ) 4186 ( t t ) 4186 ( t t ) ( t ) t 2 2 Výpočet otopné soustavy Hydraulické posouzení tlakových ztrát 1. výpočet tlakové ztráty třením (přesný nebo z tabulek) METODA OPTIMÁLNÍ RYCHLOSTI V POTRUBÍ Teplonosná látka Rozsah w (m.s -1 ) (max) Průměrná w (m.s -1 ) Teplovodní soustava s přirozeným oběhem vody 0,05 až 0,3 (1,0) 0,2 Teplovodní soustava s nuceným oběhem vody 0,2 až 1,0 (3,0) 0,6 Dálkové horkovodní rozvody 1,0 až 4,0 1,5 METODA EKONOMICKÉ MĚRNÉ TLAKOVÉ ZTRÁTY Potrubní síť Rychlost w (m s-1) měrná tlaková ztráta R (Pa m-1) uvnitř obytných budov pro přípojky k otopným tělesům a stoupací potrubí 0,3 až 0,7 60 až 100 uvnitř obytných budov pro horizontální rozvodné potrubí ve sklepě 0,8 až 1,5 110 až 200 vně obytných budov u CZT 2,0 až 3,0 200 až 400 uvnitř průmyslových objektů pro přípojky k otopným tělesům a stoupací potrubí 0,8 až 2,0 110 až 250 vně průmyslových objektů u CZT 2,0 až 3,0 200 až 400

5 Výpočet otopné soustavy Hydraulické posouzení tlakových ztrát 1. výpočet tlakové ztráty třením (přesný nebo z tabulek) R [Pa/m] Výpočet otopné soustavy Hydraulické posouzení tlakových ztrát 1. výpočet tlakové ztráty třením (přesný nebo z tabulek) 2. stanovení vřazených odporů úseků součinitel ξ (dzéta) 3. výpočet tlakové ztráty vřazenými odpory 4. stanovení celkové ztráty soustavy

6 Výpočet otopné soustavy Hydraulické posouzení tlakových ztrát 1. výpočet tlakové ztráty třením (přesný nebo z tabulek) 2. stanovení vřazených odporů úseků součinitel ξ (dzéta) 3. výpočet tlakové ztráty vřazenými odpory 4. stanovení celkové ztráty soustavy p = R. l + Z [Pa] ztráty třením : Σ (R. l) [Pa] ztráty místními odpory : Z = Σξ. v 2. ρ / 2 [Pa] Návrh čerpadla nebo posouzení tlaku čerpadla a OS Návrh čerpadla podle vypočtené tlakové ztráty a průtoku 1. celková tlaková ztráta soustavy 2. hmotnostní průtok soustavy 3. návrh čerpadla z diagramu 4. nastavení výkonového stupně čerpadla (v případě vícestupňového ) Charakteristické křivky čerpadla a potrubní sítě

7 Návrh čerpadla nebo posouzení tlaku čerpadla a OS Návrh čerpadla podle vypočtené tlakové ztráty a průtoku 1. celková tlaková ztráta soustavy 2. hmotnostní průtok soustavy 3. návrh čerpadla z diagramu 4. nastavení výkonového stupně čerpadla (v případě vícestupňového ) návrh vyhoví (nastavení stupně výkonu) návrh nevyhoví (volba jiného čerpadla) Návrh čerpadla nebo posouzení tlaku čerpadla a OS Návrh inteligentního čerpadla 1. elektronickou regulací umožňuje udržovat konstantní tlak či tlakový rozdíl 2. šetří elektrickou energii při snižování průtoku (výkonu) soustavy

8 Výpočet otopné soustavy Zaregulování soustavy 1. výpočet tlakové ztráty dalšího okruhu 2. stanovení tlaku a průtoku pro zaregulování tlaková ztráta okruhu 1 = tlaková ztráta okruhu 2 (škrcení na okruhu 2) 3. nastavení regulační armatury okruh 1 okruh 2 Výpočet otopné soustavy Zaregulování soustavy regulační armatury a připojení otopného tělesa DETAIL NAPOJENÍ OTOPNÉHO TÌ LESA

9 Zaregulování soustavy regulační armatury a připojení žebříkového otopného tělesa Jednovtoková regulační armatura Připojovací regulační armatura přívodní potrubí Připojovací šroubení zpětné potrubí Výpočet otopné soustavy Zaregulování soustavy nastavení regulační armatury

10 Regulace výkonu zdroje tepla: Histogram venkovních teplot vytápění databáze Meteonorm: Četnost výskytu Lokalita: Praha Počet topných dní: 233 Průměrná teplota: 4,1ºC T e (-13 až 0ºC) 25,3% T e (1 až 5ºC) 33,4% T e (6 až 10ºC) 26,6% T e (11 až 13ºC) 14,7% Venkovní teplota [ºC] T e (výpočtová -12ºC a vyšší) 1% z topného období!!! Až 80% tepelné energie v objektech je spotřebováno při T e > 0 Regulace v otopných soustavách: otopná soustava je dimenzovaná na extrémní výpočtový stav (-12,-15, nebo -18 C) pro extrémní výpočtovou teplotu volíme teplotní spád otopné soustavy průměrné využití otopné soustavy je 55% obvykle i nižší obvyklá vnitřní teplota je 20±1 C pro obytné místnosti a 22 C pro administrativní budovy každé přetápění o 1 C vede ke zvýšení nákladů na vytápění o 6% pokud soustavu nebudeme regulovat ztratíme přebytečný výkon (min. 45%) ve formě tepelných ztrát objektu regulační technika vytápění objektu!!! Špatný hydraulický výpočet nenahradí žádný sebelepší regulační systém!

11 Kvalitativní regulace = změna teploty topného média v závislosti na venkovní teplotě nižší teplotní režim => nižší tepelné ztráty v potrubí konstantní průtok otopnou soustavou mění se pouze teplota protékající látky => hydraulická stabilita zůstane zachovaná relativně lineární závislost mezi teplotou topné vody a výkonem spotřebiče =>nižší nároky na kvalitu regulátoru nevýhodou je špatná reakce kvantitativní regulace na vnitřní i vnější zisky => přetápění místností objektu nezbytným požadavkem je volba správného zdroje tepla, případně správný hydraulický návrh akčního členu regulace Závislost teploty topné vody na venkovní výpočtové teplotě:

12 Ekvitermní regulace = regulace teplé vody v závislosti na venkovní teplotě: a) regulace na zdroji tepla b) regulace na potrubní síti Obr. č. schéma ekvitermněřízeno topného okruhu se směšovacím ventilem Regulace teploty topné vody dle prostorového termostatu: regulátor osazený v jedné referenční místnosti novější regulátory kombinace s ekvitermnou umístění regulátoru do místnosti, kde nejsou tepelné zisky či vývin vlhkosti stále stejný teplotní spád v potrubí => vyšší distribuční tepelné ztráty po natopení referenční místnosti na požadovanou teplotu dojde k vypnutí zdroje tepla funguje systémem on /off

13 Kvantitativní = regulace změnou průtočného množství regulace otopných těles: regulátory tlaku a průtoku: výhodou je poměrně rychlá reakce na tepelné zisky nevýhodná je ztráta hydraulické stability při nižších průtocích Sdružená regulace = kombinace kvalitativní a kvantitativní regulace

14 Půdorys bytové jednotky:

15 Úsek Z PROJEKTU NÁVRH Z TABULKY VÝPOČET Přenášený R Z Hmotnostní Délka w ξ R. l DN výkon průtok úseku l [m/s] [Pa/m] [-] [Pa] [Pa] Dispoziční R. l + Z tlak na konci úseku Yt [-] [W] [kg/h] [m] [Pa] [Pa] 58 D17x2, ,0 0, ,0 22,1 26,1 3346,5 0,79 58 D17x2, ,0 0, ,7 4,0 23,0 27,0 53,1 (R. l + Z) 3372,6 Dispoziční tlak vstupující do úseku (2) Zbytný tlak pro snížení na RRV 3319,5 >p min=3kpa => VYHOVÍ Nastavení RRV otopného tělesa v ,5 Výpočet p na konci úseku č.4-4 : DTk 4-4 =CZTo-(R.l+Z) 5 -(R.l+Z) 5 -(R.l+Z) 4 -(R.l+Z) 4 Zbytný tlak na RRV = dispoziční p vstupující do úseku - (R.l+Z) přívodního+zpětného vedlejšího úseku Přednastavení regulačního ventilu těleso VK Přednastavení regulačního ventilu žebříkové těleso ventil V-exakt

16 Nutno zredukovat: p=25-5,5 = 19,5kPa Obr. č. 2 Schéma zapojení závěsného kotle s zásobníkem TV Nomogram pro návrh vyvažovacího ventilu Levá svislá osa: průtok ventilem Prostřední svislá osa: Kvs ventilu Pravá svislá osa: tlaková ztráta ventilu Kvs hodnota ventilu k VS = V p p o V kde: V je objemový průtok armaturou [m 3 /h] p V tlaková ztráta ventilu [kpa] p o referenční tlak 100kPa