Vytápění a větrání mateřské školy 2017/2018 VYTÁPĚNÍ A VĚTRÁNÍ MATEŘSKÉ ŠKOLY. HYDRAULICKÝ VÝPOČET OTOPNÉ SOUSTAVY Část B.

Transkript

1 VYTÁPĚNÍ A VĚTRÁNÍ MATEŘSKÉ ŠKOLY HYDRAULICKÝ VÝPOČET OTOPNÉ SOUSTAVY Část B. 1

2 Výpočet tepelného výkonu Výpočet součinitele prostupu tepla U Výpočet součitelů prostupu tepla byl proveden dle platných předpisů a norem ČSN :2011 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky [4]. Součinitel prostupu tepla vyjadřuje, kolik tepla unikne konstrukcí o ploše 1 m2 při rozdílu teplot jejích povrchů 1 K. Výpočet tepelných ztrát jednotlivých místností Výpočet tepelných ztrát jednotlivých místností dle ČSN EN [3]. Tento výpočet je podkladem pro návrh otopných těles pro ústřední vytápění. Základem pro efektivní a ekonomické vytápění je volba optimálního výkonu zdroje tepla. Výkon topné soustavy se stanovuje na základě výpočtu tepelných ztrát objektu, které jsou určující pro celkovou spotřebu energie na vytápění domu. Přehled potřebného tepelného výkonu Místnost Název místností Plocha místnosti (m2) Teplota ( C) Tepelný výkon pro tepelné ztráty větraním s rekuperaci Фv (W) Tepelný výkon pro tepelné ztráty prostupem Фt (W) Celkový tepelný výkon Ф (W) 1.01 TERASA 41, ZÁDVEŘÍ 8, ,28 514,37 555, HALA 8, ,73 0,00 40, CHODBA 34, ,45 89,84 174, ŠATNY 28, , , , SKLAD HRAČEK A VOZÍTEK 16, ,53 68,13 101, TŘÍDA 1 44, , , , UMÝVÁRNA A WC 16, ,47 442, , WC 2, ,61 97,24 198, TERASA 40, ,00 0,00 0, TŘÍDA 2 42, , , , TŘÍDA 3 42, , , ,52 2

3 1.13 UMÝVÁRNA A WC 14, ,47 528, , TERASA 50, TŘÍDA 4 56, , , , PŘÍJEM JÍDLA 4, ,11 176,35 185, PŘÍPRAVNA A PŘÍJEM JÍDLA 16, ,79 296,69 522, CHODBA 3, ,32 0,00 13, ÚKLIDOVÁ MÍSTNOST, KOTEL 1, ,00 0,00 0, WC 1, ,16 0,00 45, PŘEDSÍŇ 1, ,26 0,00 75, ŘEDITELNA 6, ,41 232,15 248, JEDNACÍ MÍSTNOST 8, ,49 231,13 252,62 ŠATNA PERSONÁLU 3, ,26 0,00 75,26 SKLAD PRÁDLA 1, ,16 0,00 45,16 PRÁDELNA, SUŠÁRNA 2, ,00 0,00 0,00 CELKEM 366, , , ,08 Zdroj: [vlastí tvorba] 3

4 Návrh vytápění Otopná tělesa Pro vlastní vytápění jsou navrženy deskové ocelové radiátory RADIK VK v provedení na stěnu, nebo před prosklenými stěnami na nožičkách. Je navržen dvoutrubkový rozvod vedený v podlahách a drážkách ve stěnách. Otopná soustava je uvažována s teplotním spádem C. Návrh otopných těles Místnost Název místností Teplota ( C) Tepelný výkon pro tepelné ztráty prostupem Фt (W) Typ otopného tělesa Výkon otopné plochy Qot (W) 1.02 ZÁDVEŘÍ , ŠATNY , TŘÍDA , UMÝVÁRNA A WC , TŘÍDA , TŘÍDA ,77 UMÝVÁRNA A 1.13 WC , TŘÍDA , PŘÍJEM JÍDLA , PŘÍPRAVNA A PŘÍJEM JÍDLA , ŘEDITELNA ,15 RADIK 22 VK 500/ RADIK 22 VK 500/1000 RADIK VK 500/700 RADIK 21 VK 500/1800 RADIK VK 500/1800 RADIK 21 VK 500/ KOROTHERM HORIZONTAL K44H 218/ KOROTHERM HORIZONTAL K44H 218/ RADIK 22 VK 500/ RADIK 21 VK 500/1600 RADIK VK 500/1800 RADIK 21 VK 400/ RADIK 21 VK 400/ RADIK 21 VK 500/

5 1.23 JEDNACÍ MÍSTNOST ,13 RADIK 10 VK 500/ CELKEM 10677, Zdroj: [vlastí tvorba] Dimenzování otopných těles Rozvody budou realizovány z trubek REHAU RAUTHERM pro podlahové topení. Materiál potrubí je PE-Xa (zesítěný polyethylen). Plynová kotelna Lokalita: Říčany Výpočet přípravy TV zásobníkový ohřev a) Potřeba TV za časovou periodu V2p V2p = n * 0,02 m 3 /osobu (dle ČSN ) V2p = 50 * 0,02 = 1 m 3 /osobu n = 50 - počet lidí b) Potřeba tepla odebraného z ohřívače E2p E2p = E2t + E2z [Wh/den] Teoretické teplo pro ohřátí množství E2t E2t = V2p ρ c (t2 t1) [Wh/den] kde: c měrná tepelná kapacita vody (4182J/kg.K = 1,163Wh/kg.K) t1 teplota studené vody (10 C) t2 teplota teplé vody (55 C) ρ hustota vody (1000kg/m3) E2t = ,163 (55 10) 1000 Teplo ztracené při ohřevu a dopravě TV E2z = E2t * z [Wh/den] kde: z ztráta tepla při ohřevu = 0,5 = 52,3 [kwh/den] 5

6 E2z = 0,5 52,3 = 26,2 [kwh/den] E2p = 52,3 + 26,2 = 78,45 [kwh/den] Vz = kde: c) Velikost zásobníku Emax ρ c (t2 t1) [m3] Δemax - z grafu [kwh] Vz = Emax ,163 (55 10) [m3] 1. Křivka pro E2t 0h-6h 0% E2t = 0 6h-10h 20% E2t = 10,46 10h-13h 50% E2t = 26,15 13h-18h 30% E2t = 15,69 18h-24h 0% E2t = 0 2. Křivka E2z 3. Součet E2t + E2z 4. Spojnice 0 a maximum křivky 3 5. Rovnoběžka s křivkou 4 v místě maxima křivky 3 6. Úrčení maximálního rozdílu tepla mezi křivkou dodávky a odběru tepla 6

7 ΔEmax = 26,175 [kwh] Velikost zásobníku Vz = = 0,36 [m3] ,163 (55 10) Navrhuji zásobníkový ohřívač vody zásobník R0BC 400, umístěný vedle kotle, objem 420 litrů. Trvalý výkon je 7,5 kw. Dodávka pouze od 6 do 18 hodin (12 hodin). Tepelná roční bilance a) Roční potřeba tepla na přípravu teplé vody Qtv, r = Qtv, d d + 0,8 QTV, d Kde: 55 tsvl (N d) [Wh/rok] 55 tsvz QTV,d =E2p - denní potřeba tepla na přípravu TV 7

8 Teplo E2p = 78,45 [kwh/rok] d = 225 [dnů] - počet dnů za rok s teplotou viz. tab. venk. výpočtové teploty a ot. období dle lokalit. 0,8 - součinitel zohledňující snížení potřeby TV v létě tsvl = 15 C - teplota studené vody v léte tsvz = 10 C - teplota studené vody v zimě N = 360 [dnů] - počet pracovních dní soustavy v roce, kdy se přípravuje TUV QTV, r = , QTV,r = ,45 kwh = 25,2 MWh ( ) = ,45 [Wh/rok] Qvyt, r = kde: b) Roční potřeba tepla na vytápění denostupňová metoda 24 Qc ε D tis te [Wh/rok] Qc - tepeplná ztráta objektu na vytápění [W] tis - průměrná vnitřní výpočtvá teplota [ C] pro mateřskou školku uvažuji 20 C te - vnější výpočtová teplota [ C] dle lokality D - počet denostupňů [K*den] D = (tis tes) d [K den] kde: ti,s - průměrná teplota v budově [ C] te,s - průměrná venkovní tep. v otopném období [ C] d - počet dnů za rok s teplotou <13 C D = (20 4.3) 225 = 3532,5 [K den] ε opravný součinitel na snížení teploty, zkrácení doby vytápění, nesoučasnost, tepelné ztráty infiltrací [-] (0,7-0,8) ε = ei et ed η0 ηr [ ] 8

9 kde: ei nesoučasnost tepelné ztráty infiltrací a tepelné ztráty prostupem (0,8-0,9) et snížení teploty v místnosti během dne respektive v noci (0,8-1,0) ed zkrácení doby vytápění u objektu s přestávkami v provozu (MŠ 0,8) η0 účinnosti obsluhy resp. možnosti regulace soustavy (1,0 kotelna na plyn) ηr účinnost rozvodu vytápění (0,95-0,98 podle provedení) ε = 0,9 * 0,8 * 0,8 * 1,0 = 0,58 Qvyt, r = ,9 0, ,5 20 ( 12) = ,6 [Wh/rok] = 16,41 [MWh/rok] c) Celková roční potřeba tepla Qr = Qvyt,r + Qtv,r [Wh/rok] kde: Qr - celková roční potřeba tepla na vytápění a ohřev teplé vody [Wh/rok] Qvyt,r - roční potřeba tepla na vytápění [Wh/rok] Qtv,r - roční potřeba tepla na ohřev teplé vody [Wh/rok] Qr = 16, ,2 = 41,61 MWh/rok d) Roční potřeba paliva Br = Qr 3600 η H [m3/rok] kde: QR - roční potřeba tepla celkem (VYT+TV) [Wh/časový úsek]tj. [Wh/rok] η - roční účinnost zařízení η = 0,80(dle druhu kotle) H - výhřevnost paliva HZP = 34 [MJ/m3] Br = 41, ,8 34 = 4 074,5 [m3/rok] 1000 e) Roční náklady na vytápění a přípravu TV Dle Cena za rok je Kč (BOHEMIA ENERGY) 9

10 Návrh výkonu ohřívače pro VZT Návrh ohřívače pro VZT se ZZT o účinnosti 86%. Výkon teplovodního výměníku je nadimenzován na teplotu přívodního vzduchu 22 C. Stanovení průtoku vzduchu: V = kde: Qvet, h ρ c t Qvet,h - ztráty větráním [W] ρ = 1,2 [kg/m 3 ] hustota vzduchu c = 1010 [J/kg*K] - měrná tepelná kapacita vzduchu Δt rozdíl teplot V = 41858,44 = 3,5 m3/s ,2 10 Tepelný výkon ohřívače: Qo = V c ρ (t2 t1) Qo = 3,5 1, (22 ( 12)) = W Účinnost VZT jednostky (ZZT) je 86%: Qvet, h = 144,228 0,14 = 20,19 kw Celkový potřebný výkon pro ohřívač VZT je 20,19 kw Výpočet výkonu a počet kotlů pro ohřev TV a vytápění Potřebný výkon pro vytápění Qvyt,h = Qc = ,9 [W] Potřebný výkon pro vzduchotechniku Qvet,h = [W] Potřebný výkon pro ohřev TV Qtv,h = E2p/12 = 78450/12 = 6 537,5 [W] 10

11 Návrh výkonu plynových kotlů provádíme na tzv. přípojnou hodnotu, tj. tu vyšší z hodnot QPŘÍP. Qprip, 1 = 0,7 Qvyt, h + 0,7 Qvet, h + Qtv, h [W] Qprip, 2 = Qvyt, h + Qvet, h [W] Qprip = max(qprip, 1; Qprip, 2)[W] Qprip, 1 = 0,7 10,68 + 0,7 20,19 + 6,54 = 27,98 [kw] Qprip, 2 = 10, ,19 = 30,87 [kw] Qprip = max(27 984,03; 30,87) = 30,87 [kw] Návrh kotle Qprip 100 kw navrhujeme jeden kotel Qprip =35 kw Objemový tok Bh = 3,01 m3/hod Navrhuji jeden kotel VITOCROSSAL 300 CU3A Větrání kotelny kde: a) Přívod vzduchu pro spalování Vs = Bh Vsi [m3/h] Bh - hodinová spotřeba paliva [m3 /h] Bh = 3,01 [m3 /h] Vsi= 10,3 [m3 ] - skutečné množství vzduchu pro spalování kde: Vs = 3,01 10,3 = 31 [m3/h] b) Minimální množství vzduchu Vi na odvod škodlivin Vi = n O [m3/h] Vi - množství vzduchu pro odvod škodlivin [m3 /h] n - doporučená intenzita větrání kotelny n = 0,5 [l/h] O - vnitřní objem větraného prostoru kotelny [m3 ] Vi = 0,5 * 7,4 = 3,7 m3 /h c) Množství vzduchu na odvod tepelných zisků výpočet pro letní a zimní období 11

12 kde: Vz = Qk/(ρ c Δt) [m3/h] 0, kotlová ztráta Qk = [W] - výkon kotlů pro zimu max. výkon Qprip, pro léto výkon pro TV, tedy QTV,h ρ - hustota vzduchu ρ = 1,2 [kg/m3 ] c - měrná tepelná kapacita vzduchu c = 1010 [J/kg.K] = 0,28 [Wh/kg.K] Δt - rozdíl teplot vzduchu V létě Δt = (ti te) = = 5K V zimě Δt = (ti te) = 5 - (-15) = 20K Vz, leto = 0,0025 Vz, zima = 0, ,5 (1,2 0,28 5) = 10,9 [m3/h] = 14,6 [m3/h] 1,2 0,28 20 Vmax = max (Vs; Vi; Vz, zima; Vz, leto) = max(31; 3,7; 14,6; 10,9) = 31 [m3/h] Velikost přívodního otvoru pro větrání kotelny S = Vmax 3600 v [m3/h] kde: S - plocha větracího otvoru [m2 ] Vmax - maximální množství větracího vzduchu [m3 /h] v = 0,8 [m/s] - rychlost větracího vzduchu [m/s] 3600 převod hodin na sekundy S = Navrhuji otvor 0,15 * 0,15 m 31 = [m2] ,8 Odvod spalin Navrhuji komín o průměru 80/125 mm dle navrženého kotle. 12

13 Výpočet expanzní nádoby Vodní objem otopné soustavy Nastavení pojistného ventilu 3,0 bar Objem vody v otopných tělesech (výpočet je proveden v Techconu) Kotel Vk = 49 l Potrubí Vp = 3 l/kw * 10,677 kw= 32 l Otopná tělesa Vot = 10 l/kw * 10,677 kw = 106,77 l Objem vody v soustavě = 163 l Průtok = 881 kg/h = 0,881 m3/h Vypočítaný objem expanzní tlakové nádoby Vet = 8 l (výpočet je proveden dle vytapeni.tzb-info.cz) Navrhuji expanzní nádobu od firmy Reflex typ NG 12/6, o objemu 12l, o průměru 280mm. Pracovní rozsah Nastavení tlaku plynu P0: P0 [bar] = H[m] /10 + 0,2 bar + Pd + Pp P0 [bar] = 4,15/10 + 0,2 bar = 0,615 bar = 1bar (pro nízkou zástavbu se statickou výškou méně než 10 m) Naplňění expanzního potrubí: PF [bar] P0 + 0,3 baru PF [bar] 1 + 0,3 baru PF [bar] 1,3 baru Konečný tlak: Pe [bar] PSV - 0,5 baru Pe [bar] 3-0,5 baru 13

14 Návrh oběhových čerpadel Navrhuji oběhová čerpadla v kotli Q = 3010 l/hod - hmotnostní průtok ΔP = 28,620 kpa - celková tlaková ztráta Výpočet tlakových ztrát armatur otopných soustav je proveden dle grafů (viz. [6], [7], [8], [9] ). Navrhuji oběhové čerpadlo firmy Grundfos typu ALPHA2 L

15 Navrhuji oběhová čerpadla pro větev ÚT Q = l/hod - hmotnostní průtok ΔP = 18,020 kpa - celková tlaková ztráta Výpočet tlakových ztrát armatur otopných soustav je proveden dle grafů (viz. [6], [7], [8], [9] ) Navrhuji oběhové čerpadlo firmy Grundfos typu ALPHA2 L

16 Navrhuji oběhová čerpadla pro VZT Q = l/hod - hmotnostní průtok ΔP = 30,450 kpa - celková tlaková ztráta Výpočet tlakových ztrát armatur otopných soustav je proveden dle grafů (viz. [6], [7], [8], [9] ) Navrhuji oběhové čerpadlo firmy Grundfos typu ALPHA2 L

17 Navrhuji oběhová čerpadla pro OT Q = 881 l/hod - hmotnostní průtok ΔP = 20,308 kpa - celková tlaková ztráta Výpočet tlakových ztrát armatur otopných soustav je proveden dle grafů (viz. [6], [7], [8], [9] ) Navrhuji oběhové čerpadlo firmy Grundfos typu ALPHA2 L

18 Tlakové ztráty armatur otopných soustav [6] 18

19 [7] 19

20 [8] 20

21 [9] 21

22 Návrh HVDT Hydraulický vyrovnávač dynamických tlaků zajistí vytvoření hydraulické stability otopné soustavy. Eliminuje se přebytek dynamického tlaku oběhových čerpadel kotlového okruhu přenášený do otopné soustavy. Qkotel = 35 [kw] výkon kotle Δt = 10 [K] teplotní dpád c = 4186 [J/kg*K] měrná tepelná kapacita vody Průtok m = Qkotel c t [m3/hod] m = = 0,84 [kg/s] = 3 [m3/hod] Pro správnou funkci hydraulického vyrovnávače dynamických tlaků by měl být průtok kotlovým okruhem o 5 10% větší než průtok otopnou soustavou. m = 3 [m3/hod] + 10% = 3,3 m3/hod Navrhuji hydraulický vyrovnávač dynamických tlaků HVDT I od firmy AQUA product o průtoku 4 m3/hod. Návrh rozdělovače a sběrače Potřebný výkon pro OT Qvyt,h = 10,68 [kw] Potřebný výkon pro VZT Qvet,h 20,19 [kw] Potřebný výkon pro ohřev TV Qtv,h = 6,54 [kw] Hmotnostní průtok m = Qvyt, h + Qvet, h + Qtv, h c t [m3/hod] m = = 0,89 [kg/s] = 3,2 [m3/hod] Navrhuji rozdělovač a sběrač od firmy ETL - TYP RS MINI 3.0 pro 3 větve. Vstupy od zdroje jsou přírubové DN50/0,6, všechny výstupy 48mm (1 1/2"), s definovanými roztečemi 200mm 22