Vytápění zavěšenými sálavými panely

Transkript

1 Vytápění zavěšenými sálavými panely 1. Všeobecně Vytápění pomocí sálavých panelů zaručuje bezhlučný provoz, při kterém nedochází k proudění vzduchu, dále stálou teplotu v celé místnosti a žádné nebezpečí vzniku požáru. Používá se pro vytápění velkoprostorových objektů, jako např. v průmyslových halách, tělocvičnách, sportovních halách, tržnicích apod. Pomocí stavebnicového systému sálavých panelů lze navrhovat otopnou plochu libovolných rozměrů a to jak do délky, tak i do šířky. Panely se zavěšují pod stropem objektů. Teplonosná látka bývá teplá voda, horká voda do 180 C, nebo pára do 6 barů. Jednotlivé panely svařené do pásů slouží jako otopná plocha a dále také jako rozvodné potrubí. 2. Konstrukce panelů Sálavé panely se skládají ze tří hlavních komponentů: vyzařovacího ocelového nebo hliníkového plechu, teplonosných trubek a izolace, která je součástí dodávky. Podle výrobce existují různé rozměrové řady: a. K dispozici jsou panely se dvěmi nebo třemi teplonosnými trubkami, o šířce 300, 600 a 900 mm, což umožňuje alternativní volbu s ohledem na potřebný sálavý výkon, případně oblast působení. Panel se dodává jako samostatná jednotka v modulárních délkách 4 nebo 6 metrů. Sálavý panel se skládá ze tří částí - vstupního, vnitřního a výstupního modulu, které po spojení vytváří jeden průtočný celek. Vstupní obsahuje přívodní rozdělovač topného média a výstupní modul obsahuje sběrače. Jednotlivé panely se spojují v místě rozvodných trubek svařováním. b. Soustava se sestavuje z panelů konstruovaných ze základních modulů (hliníkový plech 0,8 mm) šířky 150 mm, které jsou spojeny příčnými nosníky. Na horní stranu sálavé plochy je položena tepelná izolace opatřená hliníkovou folií. V každém modulu je zapuštěna otopná trubka 28/2,6. Z těchto modulů lze sestavit otopnou plochu šířky 300, 450, 600, 750, 900, 1050 a 1200 mm. Délka jednotlivých panelů 2000, 3000, 4000 a 6000 mm.

2 3. Výpočet tepelných ztrát Stavebnicová sálavá otopná soustava se navrhuje na základě výpočtu tepelných ztrát s přihlédnutím ke způsobu dodávky tepla do vytápěného prostoru. Základní tepelná ztráta se určí dle platných ČSN. Při výpočtu se musí respektovat následující úpravy: Celkové tepelné ztráty se určí ze vztahu Q = (Q1 + Q2 + Q3 + Q4). p [W] kde Q je celková potřeba tepla Q 1 tepelná ztráta podlahy Q 21, Q 22 tepelná ztráta obvodových konstrukcí Q 3 tepelná ztráta střechy Q 4 tepelná ztráta infiltrací p přirážka na zátop 3.1. Q 1 tepelná ztráta podlahy Jelikož při sálavém vytápění se teplo do vytápěného prostoru dostává převážně sáláním, vytváří podlaha druhou otopnou plochu. Při výpočtu tepelných ztrát podlahou se tato odlišnost projeví tak, že místo součinitele prostupu tepla (U) se použije tepelná převodnost (Λ 1 ). Q1 = A1. Λ1. (t i1 - te1) [W] te1 teplota pod podlahou Tepelná převodnost [W/m 2 K] Přestupní součinitel na povrchu podlahy α 1 = 5,8 W/(m 2 K). Tabulka 1. Tepelné převodnosti Λ 1 U 1 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,07 0,75 0,8 0,85 Λ 1 0,207 0,261 0,312 0,372 0,414 0,488 0,547 0,607 0,669 0,732 0,796 0,861 0,928 1,0 Pomocné výpočty Povrchová teplota podlahy t 1 [ C] se určí pomocí korekčního rozdílu Δt 1 ti1 = tg + Δt1 [ C] kde t g je globální teplota Δt 1 určíme z tabulky

3 Tabulka 2. Zaokrouhlené hodnoty korekčního teplotního rozdílu Δt 1 [K] h 2 /A 1 0,03 0,03 0,07 0,07 Δt 1 2,5 2,0 1,5 h [m] výška zavěšení panelů; A 1 [m 2 ] osálaná plocha podlahy Typ činnosti člověka Tabulka 3. Globální teplota t g [ C] Minimální výsledná teplota tg C Komfortní výsledná teplota tg C Odpočinek Velmi lehká fyzická práce (úředníci, švadleny, ruční sazeči, jeřábníci apod.) Lehká fyzická práce (nástrojáři, mechanici, zámečníci, svářeči, kuchyňský personál,..) Středně těžká fyzická práce Těžká fyzická práce Obytné místnosti, kanceláře Učebny, restaurační místnosti Shromažďovací místnosti Tělocvičny, sportovní haly hrací plocha hlediště Výpočtová teplota vzduchu v pracovní oblasti t i [ C] se určí pomocí rozdílu teplot Δt i ti = tg Δti [ C] Tabulka 4. Zaokrouhlené hodnoty korekčního teplotního rozdílu Δt i [K] h 2 /A 1 0,03 0,03 0,07 0,07 Δt 1 2,5 2,25 2, Q 21, Q 22 tepelná ztráta obvodových konstrukcí Teplota vzduchu po výšce objektu stoupá. Při sálavém vytápění se dá počítat s teplotním gradientem g = 0,3 až 0,5 K na 1m výšky objektu. Konstrukce pro výpočet se rozdělí po výšce na dvě části: od podlahy po rovinu zavěšení panelů a konstrukce nad touto rovinou. Pro určení teploty vzduchu k výpočtu tepelné ztráty stěnami se pak volí průměrná hodnota v rozmezí podlaha rovina zavěšení panelů (h). ( ( ) ) ( ) kde h 1 je referenční bod nad podlahou (obvykle 1,5 m)

4 Příklad t i = 16 C; h = 6 m; g 1 = 0,5 K/m; h 1 = 1,5 m ( ( ) ) ( ) Tepelná ztráta stěnou do výše roviny panelů Q21 = A2.U2.(ti21 te) [W] Tepelná ztráta části obvodového pláště nad rovinou panelů se počítá dle vztahu Q22 = A2.U2.(ti22 te) [W] kde ti22 = ti21 + g2/2 [ C] g 2 viz. odstavec 3.3. Příklad t i22 = 16,84 + 3/2 = 18,34 C 3.3. Q 3 Tepelná ztráta střechou Nad rovinu panelů vznikne vlivem konvekční složky panelů vrstva teplejšího vzduchu. Velikost zvýšení teploty závisí na výšce vrstvy (čím větší vrstva, tím menší teploty (1 m a více g 2 = 1 až 2 K, do 1 m g 2 = 2 až 5 K). Vyšší hodnota pak u lépe izolované střechy. Q3 = A3 U3.(ti3 te) Příklad t i3 = t i21 + g 2 =16,34+3 = 19,34 C [W] 3.4. Tepelná ztráta infiltrací U sálavého vytápění je vliv vnikání studeného vzduchu do objektu obzvláště výrazný a může velice nepříznivě ovlivnit vnitřní podmínky. Proto je zapotřebí tuto složku tepelné ztráty objektu posuzovat velice pečlivě. Použijeme vztahy z ČSN, ale s úpravou výpočtové vnější teploty te,inf = te - 8 Důvodem pro snížení venkovní teploty je skutečnost, že venkovní výpočtová teplota t e je stanovena z pětidenního průměru. Zařízení však musí vyhovět i při okamžité teplotě venkovního vzduchu dané amplitudou denního průběhu venkovní teploty. Volí se rozdíl 8 K. Proto se musí infiltrovaný vzduch ohřát z extrémních podmínek t e - 8 na teplotu t i. [ C]

5 H H p přirážka na zátop Velikost osazené plochy ovlivňuje provozní režim ve vytápěném objektu. Při větších přestávkách je zapotřebí volit větší plochu, která zajistí odpovídající rychlost zátopu. Tabulka 5. přirážka na zátop p[ ] sedmidenní pracovní týden pětidenní pracovní týden 1.15 při jedné směně 1.10 při dvou směnách 1.20 při jedné směně 1.15 při dvou směnách V pracovních přestávkách se předpokládá regulace výkonu na hodnotu t gmin = t g - 5 K. 4. Korekce výkonu v závislosti na výšce zavěšení Za základní výšku zavěšení panelů nad podlahou se považuje pro výpočty 6 m Korekční součinitel f 1 vyšší výška než 6 m Při vyšších výškách zavěšení zářičů se zvyšuje tepelný výkon následovně: Q 1 kor = Q. f1 [W] H [m] f 1 6 1,00 8 1, , , , ,30 Důvodem zvýšení výkonu je vliv nečistot v ovzduší vytápěného prostoru a tím i pokles sálavého výkonu dopadajícího na podlahu Korekční součinitel f 2 - nižší výšky než 6 m Umožňuje-li technologický proces ve vysokých halách zavěsit sálavé panely níže, potom může podstatně klesnout jak velikost otopné plochy, tak i spotřeba tepla. Korekční součinitel f 2 je závislý na půdorysných rozměrech vytápěného prostoru (B x L). 1 h B L

6 Potřebný korigovaný výkon bude Q 2 kor = Q. f 2 [W] L/B ,0 0,904 0,944 0,969 0,95 0,874 0,927 0,959 0,9 0,845 0,910 0,949 0,85 0,904 0,944 0,969 0,8 0,874 0,927 0,959 0,75 0,845 0,910 0,949 0,7 0,817 0,839 0,939 0,65 0,790 0,877 0,930 0,6 0,764 0,861 0,920 0,55 0,739 0,845 0,911 0,5 0,715 0,830 0,902 0,45 0,692 0,816 0,893 0,4 0,670 0,802 0,884 Příklad: Rozměry haly: L = 60 m; B = 18 m; H = 10 m. Panely lze zavěsit do výšky h = 5m. Poměr výšky zavěšení se určí ze vztahu: Korekční součinitel f 2 z tabulky je 0,845 ; L / B = 60 / 18 = 3,33 tj. v rozmezí 2-5. Otopná plocha v takto navržené soustavě může být cca o 15% menší Korekční součinitel f 3 - šikmé zavěšení Při šikmém osazení panelů se s ohledem na zvýšení konvekční složky (větší únik tepla pod střešní plášť) musí zvýšit tepelný výkon následovně: Úhel sklonu : α = 30 f 3 = 1,10 Potom: α = 45 f 3 = 1,15 Q 3 kor = Q.f 1.f 3 nebo Q 3 kor = Q.f 2.f 3

7 5. Výška zavěšení panelů - hygienické hledisko Intenzita osálání v místě pobytu člověka nesmí překročit 200W/m 2. Tato hodnota se určí ze vztahu: [ W/m 2 ] kde I s je intenzita osálání Q p celkový výkon nainstalovaných panelů (W) α s sálavá účinnost(-) α s = 0,69 pro střední teplotu media t m = 80 C α s = 0,69 až 0,62 pro střední teplotu media t m < 80 C α s = 0,69 až 0,72 pro střední teplotu media t m > 80 C A plocha podlahy (m 2 ) Příklad: Nainstalovaný výkon panelů Q = 190 kw, plocha podlahy A = 1080 m 2, střední teplota topného média t m = = 110 C α s = 0,72 ; W/m 2 < 200 W/m 2 návrh vyhovuje Kromě intenzity osálání je nutné vzít v úvahu i výšky zavěšení panelů. Orientační hodnoty lze odečíst z následujícího diagramu NE tm ( C) h=10 m h=9 m h=8 m h=7 m ANO h=5 m h=4,5 m h=6 m 70 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,15 So=Sp/S1 0,20 0,25 0,30 0,40 0,50

8 Diagram: Dovolené výšky zavěšení sálavých panelů s ohledem na poměr zakrytí podlahové plochy sálavými panely S o, střední teploty média t m a výšky zavěšení h. S o [ - ] - poměr zakrytí podlahové plochy S p [ m 2 ] - plocha sálavých panelů S 1 [ m 2 ] - plocha podlahy t m [ C ] - střední teplota média h [ m ] - výška zavěšení panelů Příklad: S p = 246 m 2, S 1 = 1080 m 2, h = 6 m, t m = 110 C; s o = S p S1 = = 0,227 Z diagramu pro S o = 0,227 může být střední teplota média t m,max =107 C nevyhovuje, neboť t m = 100 C. Je nutné teplotu snížit a přepočítat nutnou plochu panelů a následující výpočty. 6 Rozmístění panelů Ovlivňujícím činitelem z hlediska pořizovacích nákladů je šířka panelů. Čím jsou panely širší, tím je jejich množství menší a pořizovací náklady se snižují. Jednotková cena 1 m 2 otopné plochy jakož i montážní práce jsou u úzkých panelů vyšší. Podmínkou pro volbu šířky panelů je však dosažení rovnoměrnosti vytápění. Toho je dosaženo, nepřekročí-li rozteč zavěšení (L) výšku zavěšení (h) panelů. Aby bylo dosaženo rovnoměrnosti vytápění mezi jednotlivými panely, je nutné dodržet následující maximální rozteče jejich zavěšení: panely nebo pásy, kdy š 0,5 L 1, L 2 až L N = h 0,5 m panely nebo pasy kdy š 0,5 m L 1, L 2 až L N = h pro dobře izolované venkovní stěny L 0 = 0,5 h u větších ploch zasklení obvodových stěn L 0 = 0,3 h š šířka pásu; h výška zavěšení panelů L0 L1 L2 L3 L0 L L1 L0 L1,L2,..Ln? h Lo? h/2 h L1? h Lo? h/2 h Maximální vzdálenost panelů v příčném směru Maximální vzdálenost panelů v podélném směru

9 Na rovnoměrnost vytápění při sálavém vytápění má podstatný vliv poměr osálání jednotlivých míst ve vytápěném prostoru. Při rovnoměrném rozmístění otopné plochy a stejné teplotě panelů je poměr osálání zcela rozdílný uprostřed a u okrajů haly. Kromě toho působí na kvalitu prostředí u okraje objektu také chladné sálání z obvodového pláště. 0,4 0,3 h=5 m h=6 m h=8 m 0,5 0,4 h=5 m h=6 m h=8 m h=10 m h=12 m h=15 m 0,2 h=10 m h=12 m 0,3 0, B (m) Poměr osálání v úzkých halách 0, B (m) Poměr osálání v širokých halách Pro dosažení rovnoměrnosti vytápění po celé šířce haly je vhodné zvětšit šířky panelů umístěných po obvodu haly nebo zmenšit rozteče zavěšení Zvětšení šířky pásů u okraje haly Nerovnoměrné rozmístění pásů o stejné šířce Rozvodné potrubí otopné plochy tvoří minimální část celé soustavy. Jednotlivé panely se zapojují za sebou a tvoří otopné pásy. Rozšiřují se nebo se zužují podle potřeby tepla dodávaného do jednotlivých částí vytápěného objektu. Základní požadavek minimální rychlosti proudění v otopných trubkách panelů w min = 0,3 m/s umožňuje zavěšovat sálavé panely vodorovně (bez spádu) a odvzdušňovat jedním zařízením na konci sálavého pásu. Typ armatur na počátku a konci pásu je uveden na obrázku. KK TRUBKA PŘÍVOD AOV 15 ZPÁTEČKA KK VK 20 PANEL ROZDĚLOVAČ PANEL SBĚRAČ TRUBKA

10 Zapojování sálavých pasů lze provádět do "hadu" při malém teplotním rozdílu přívodu a zpátečky média t 20 K, maximální délka pásu L max = 40 m. Střední teplota pásu je po celé délce pásu stejná. Pokud je nutné zapojit lichý počet trubek, je možné panel zapojit podle následujících obrázků. Zapojování jednotlivých otopných panelů do registru umožňuje vytvářet velice dlouhé pásy a to až 200 m dlouhé při velkém teplotním rozdílu topného média, např. 150/70 C. Rovnoměrnost vytápění se dosáhne vhodným zapojováním přívodního a zpětného pásu tak, aby byla průměrná teplota pásů v příčném řezu po celé délce stejná. Při nestejnoměrném rozložení teploty se vždy teplejší pásy umísťují u vnějších stěn po obvodu hal, chladnější pak do středu hal. Lze použít zvětšení plochy u čelní stěny, kde jsou umístěna např. velká vrata. Trubky jsou připojeny přes registry. 100 C 115 C 130 C 100 C 100 C 85 C 85 C 70 C 70 C 100 C 115 C 130 C

11 Příklad spojení panelů s různým počtem trubek je uveden na dalším obrázku. spojovací registr trubka panel t1 = 90 C t2 = 70 C ~ 80 C t1 = 110 C t1 = 70 C tm = 80 C 100 C 80 C tm = 80 C 90 C 90 C Zapojení průběžné Zapojení přes registr Upozornění na závěr: dlouhé pásy panelů se musí opatřit kompenzátory stejně jako pouhé trubní rozvody. Podle teploty topného média a podle celkové délky trubek v panelech se určí velikost a typ osových kompenzátorů nebo velikost vyložení U kompenzátorů.