DÁLKOVÉ VYTÁPĚNÍ (DISTRICT HEATING, CZT CENTRALIZOVAN ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM)

Transkript

1 DÁLKOVÉ VYTÁPĚNÍ (DISTRICT HEATING, CZT CENTRALIZOVAN ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM) 125TBA1 - prof. Karel Kabele 160 Zdroj tepla Distribuční soustava Předávací stanice Otopná soustava Dálkové vytápění Zdroj tepla Distribuční soustava Předávací stanice Otopná soustava 125TBA1 - prof. Karel Kabele ZDROJE TEPLA Odpadní teplo Elektrárna Spalovna Technologie Výroba tepla Výtopna Teplárna Okrsková kotelna 161 1

2 Distribuční soustava Uložení potrubí kanály bezkanálové kolektory povrchové 125TBA1 - prof. Karel Kabele a) b) c) d) TBA1 - prof. Karel Kabele 163 2

3 Trubkové U -trubky Stavebnicové Deskové šroubované pájené Výměníky tepla 125TBA1 - prof. Karel Kabele 164 Předávací stanice Tlakově závislá voda-voda Otopná soustava Primární síť Směšovací ejektor 125TBA1 - prof. Karel Kabele 165 3

4 Předávací stanice Tlakově nezávislé voda-voda Primární síť Sekundární síť Oběhové čerpadlo Otopná soustava Výměník tepla Pojistné a zabezpečovací zařízení 125TBA1 - prof. Karel Kabele 166 Předávací stanice Tlakově závislá pára - pára Parní otopná soustava Primární parní síť Odvaděč kondenzátu Redukční ventil Přečerpávání a měření kondenzátu Nádoba na kondenzát 125TBA1 - prof. Karel Kabele 167 4

5 Předávací stanice Tlakově nezávislé pára-voda Primární parní síť Sekundární teplovodní síť Otopná soustava 125TBA1 - prof. Karel Kabele 168 Předávací stanice Tlakově nezávislé pára-voda Primární parní síť Sekundární teplovodní síť Oběhové čerpadlo Otopná soustava Výměník tepla pára/voda Odvaděč kondenzátu Přečerpávání a měření kondenzátu Nádoba na kondenzát 125TBA1 - prof. Karel Kabele Pojistné a zabezpečovací zařízení 169 5

6 Příklad zapojení předávací stanice 125TBA1 - prof. Karel Kabele 170 Příklad předávací stanice 125TBA1 - prof. Karel Kabele 171 6

7 125TBA1 - prof. Karel Kabele 172 ZDROJE ENERGIE A TEPLA I 125TBA1 - prof. Karel Kabele 173 7

8 Zdroje energie a tepla Energonositel Zdroj tepla Distribuce tepla Sdílení tepla do prostoru Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Elekřina Topidla Kotle Kogenerační jednotky Fototermické kolektory Fotovoltaické kolektory Tepelná čerpadla Přímá distribuce zdrojem Teplovodní otopná soustava Horkovodní otopná soustava Parní otopná soustava Teplovzdušné vytápění 125TBA1 - prof. Karel Kabele Otopná tělesa Desková Článková Trubková Konvektory Sálavé panely Otopné plochy Podlahové vytápění Stropní vytápění Stěnové vytápění Přímé sdílení Kamna Krby Plynová topidla Elektrická topidla Zářiče Vzduch 174 Zdroje energie a tepla Energonositel Zdroj tepla Distribuce tepla Sdílení tepla do prostoru Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Elekřina Topidla Kotle Kogenerační jednotky Fototermické kolektory Fotovoltaické kolektory Tepelná čerpadla Přímá distribuce zdrojem Teplovodní otopná soustava Horkovodní otopná soustava Parní otopná soustava Teplovzdušné vytápění 125TBA1 - prof. Karel Kabele Otopná tělesa Desková Článková Trubková Konvektory Sálavé panely Otopné plochy Podlahové vytápění Stropní vytápění Stěnové vytápění Přímé sdílení Kamna Krby Plynová topidla Elektrická topidla Zářiče Vzduch 175 8

9 Vytápění - Zdroje tepla VYTÁPĚNÍ ELEKTRICKOU ENERGIÍ 125TBA1 - prof. Karel Kabele 176 Elektrická energie - výroba Situace v ČR 59% uhelné 35% jádro 4% vodní 2 % ostatní (vítr, fotovoltaická) 125TBA1 - prof. Karel Kabele 177 9

10 Elektrická energie - dodávka 125TBA1 - prof. Karel Kabele 178 Fyzikální principy elektrického vytápění 1 Jouleův - Lenzův zákon vyjadřuje práci W ve stacionárním elektrickém poli: W = UIt = RI 2 t = (U 2 /R).t [J] U - napětí I - proud t - čas R odpor Zákon experimentálně objevil pomocí kalorimetru v roce 1844 James Prescott Joule ( ) a profesor petrohradské univerzity Lenz. Vyvinuté teplo se nazývá Joulovo teplo (Joulova ztráta). Tímto teplem se zahřívá vodič až na teplotu, při které se přiváděný výkon vyrovná se ztrátami tepla do okolí. Při vhodných podmínkách se může vodič roztavit. James Prescott 125TBA1 - prof. Karel Kabele

11 Elektrické vytápění Topidla Kotle Infrazářiče Radiátory Konvektory Přímotopné Teplovzdušné jednotky Sálavé plochy (panely,folie, topné kabely) Teplovodní elektrokotle přímotopné Akumulační Akumulační kamna (statická, dynamická, hybridní) Akumulační elektrokotelna 125TBA1 - prof. Karel Kabele 180 Akumulační elektrokotelna 125TBA1 - prof. Karel Kabele

12 Kotelna samostatná budova, stavební objekt, zvláštní přístavek či místnost nebo vyhrazený prostor, ve kterém je umístěn jeden nebo více kotlů se zařízením nezbytným k jeho bezpečnému provozu (ČSN Kotelny se zařízeními na plynná paliva) 125TBA1 - prof. Karel 185 Kabele Zdroje energie a tepla Energonositel Zdroj tepla Distribuce tepla Sdílení tepla do prostoru Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Elektřina Topidla Kotle Kogenerační jednotky Fototermické kolektory Fotovoltaické kolektory Tepelná čerpadla Přímá distribuce zdrojem Teplovodní otopná soustava Horkovodní otopná soustava Parní otopná soustava Teplovzdušné vytápění Otopná tělesa Desková Článková Trubková Konvektory Sálavé panely Otopné plochy Podlahové vytápění Stropní vytápění Stěnové vytápění Přímé sdílení Kamna Krby Plynová topidla Elektrická topidla Zářiče Vzduch 125TBA1 - prof. Karel Kabele

13 Kotel Zdroj tepla, kde teplo vyráběné spalováním nebo elektrickým ohřevem je odváděno k dalšímu využití teplonosnou látkou vodou, párou nebo vzduchem. Kotel na spalování paliv Přívod teplonosné látky do soustavy Odvod spalin Přívod paliva Přívod spalovacího vzduchu Výměník tepla Spalovací komora Hořák Vratná teplonosná látka ze soustavy Rovnice dokonalého spalování metanu CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O + teplo 125TBA1 - prof. Karel Kabele 187 Kotel Zdroj tepla, kde teplo vyráběné spalováním nebo elektrickým ohřevem je odváděno k dalšímu využití teplonosnou látkou vodou, párou nebo vzduchem. Elektrokotel Přívod teplonosné látky do soustavy Přívod elektrické energie Elektroohřev Vratná teplonosná látky ze soustavy 125TBA1 - prof. Karel Kabele

14 Kotle na spalování paliv Rozdělení kotlů podle paliva Skupenství paliva Původ paliva Fosilní Biopaliva Tuhá Uhlí, koks, brikety Dřevo, peletky Kapalná Zemní plyn Bioplyn Plynná Topný olej Bionafta 125TBA1 - prof. 189Karel Kabele Kotle na spalování paliv Rozdělení podle tlaku ve spalovací komoře kotle atmosférické kotle podtlakové kotle přetlakové Přirozený přívod spalovacího vzduchu Přívod vzduchu zajištěn podtlakem - Přívod vzduchu zajištěn 125TBA1 - prof. 190Karel Kabele ventilátorem ventilátorem - přetlakový hořák 14

15 Kotle na spalování paliv Rozdělení podle přívodu spalovacího vzduchu Otevřené kategorie B plynového spotřebiče Uzavřené kategorie C plynového spotřebiče Přívod vzduchu z prostoru kotelny Přívod vzduchu přímo z vnějšího prostředím samostatným potrubím 125TBA1 - prof. Karel Kabele 191 Kotle na spalování paliv Rozdělení teplovodních kotlů podle teploty otopné vody Standardní Nízkoteplotní Kondenzační θ 1 < 115 C θ 1 < 115 C θ 1 < 115 C θ 2 = 60 C až 70 C V kotli by nemělo docházet ke kondenzaci spalin = cca 91 % V kotli může dojít ke kondenzaci spalin, odolný materiál = cca % 125TBA1 - prof. Karel Kabele θ 2 = 30 C až 70 C θ 2 = 30 C až 55 C Odvod kondenzátu V kotli dochází k řízené kondenzaci spalin = až 108 % 15

16 Tepelný výkon a příkon kotle Tepelný výkon ϕ O (W) vyjadřuje teplo, dodané do teplonosné látky mezi jejím vstupem a výstupem do kotle. jmenovitý tepelný výkon kotle ϕ N (W). maximální trvalý výkon stanovený výrobcem pro určitý druh paliva, nejmenší tepelný výkon ϕ N, min (W). - nejmenší trvalý výkon stanovený výrobcem pro určitý druh paliva. Např. u plynových kotlů závisí na typu hořáku a regulace, která může být plynulá u atmosférického hořáku (ϕ N, min = cca 30 % až 100 % ϕ N ), plynulá u přetlakového hořáku (ϕ N, min = cca 20 % až 100 % ϕ N ), dvoustupňová (ϕ N, min = 100 %, 50 % ϕ N ) Tepelný příkon φ D (W). vyjadřuje energii obsaženou v palivu přiváděném do kotle: φ D φ D = Q i / m pal kde Q i [J/kg] je výhřevnost paliva (nebo spalné teplo) m pal [kg/s] je množství paliva spáleného v kotli za jednotku času ϕ N 125TBA1 - prof. Karel Kabele 194 Jmenovitá účinnost kotle Podíl výkonu a příkonu kotle za standardních podmínek O D D A ϕ S (W) kotlová ztráta (sáláním a prouděním vzduchu v okolí kotle, projevuje se zvýšením teploty v kotelně.), ϕ F (W) ztráta nedopalem (v kotli neproběhne vždy dokonalé spálení všeho paliva, zbytky ve strusce a popelu vzniklých při spalování pevných paliv, nespálený CH 4 ve spalinách) ϕ A (W) komínová ztráta (nevyužité teplo ve spalinách odváděných do venkovního prostředí). D S 125TBA1 - prof. Karel Kabele 195 ϕ S F ϕ F ϕ A = 90 % až 108 % 16

17 Účinnost > 100 %?????? Rovnice dokonalého spalování metanu CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O + teplo Spalné teplo a výhřevnost paliva Q S = Q i + r. m H2 O m H2O r hmotnost vody ve spalinách na jednotku spáleného paliva [kg/kg] skupenské teplo vypařování vody 2500 ~ 2453 [J/kg] Zemní plyn výhřevnost Q i = 35 [MJ/m 3 ] spalné teplo Q s = 38,6 [MJ/m 3 ] Kondenzát 0,14 kg/kwh 125TBA1 - prof. Karel Kabele 196 Sezónní energetická účinnost NAŘÍZENÍ KOMISE (EU) č. 813/2013 ze dne 2. srpna 2013,kterým se provádí směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/125/ES, pokud jde o požadavky na ekodesign ohřívačů pro vytápění vnitřních prostorů a kombinovaných ohřívačů sezónní energetickou účinností vytápění (ηs ) se rozumí poměr mezi potřebou tepla pro vytápění v určeném otopném období, zajišťovaném ohřívačem, a roční spotřebou energie potřebné k uspokojení této potřeby, vyjádřený v %; 125TBA1 - prof. Karel Kabele

18 Plynový kondenzační kotel Příklady užívaných kotlů 125TBA1 - prof. Karel Kabele 198 Příklady užívaných kotlů Plynový atmosférický kotel 125TBA1 - prof. Karel Kabele

19 Příklady užívaných kotlů Plynový přetlakový kotel 125TBA1 - prof. Karel Kabele 200 Příklady užívaných kotlů Podtlakový kotel na spalování dřeva Podtlakový kotel na spalování dřeva a peletek 125TBA1 - prof. Karel Kabele

20 Kotelna samostatná budova, stavební objekt, zvláštní přístavek či místnost nebo vyhrazený prostor, ve kterém je umístěn jeden nebo více kotlů se zařízením nezbytným k jeho bezpečnému provozu (ČSN Kotelny se zařízeními na plynná paliva) 125TBA1 - prof. Karel 202 Kabele Kotelna je samostatná budova, stavební objekt, zvláštní přístavek či místnost nebo vyhrazený prostor, ve kterém je umístěn jeden nebo více kotlů se zařízením nezbytným k jeho bezpečnému provozu (ČSN Kotelny se zařízeními na plynná paliva) 125TBA1 - prof. Karel 203 Kabele 20

21 Rozdělení plynových kotelen kotelna III. kategorie s instalovaným výkonem jednoho kotle nad 50 kw nebo s více kotli menšími se součtovým výkonem nad 100 kw do 500 kw) se umisťuje ve skříňovém objektu, skříni nebo samostatné místnosti; kotelna II. kategorie s instalovaným výkonem od 500 kw do 3,5 MW se umisťuje v budově v samostatné místnosti k tomu určené, přednostně v nejvyšším podlaží, výjimečně v budově se shromažďovacím prostorem se zvláštními bezpečnostními opatřeními; kotelna I. kategorie s instalovaným výkonem nad 3,5 MW se umisťuje v samostatné budově nebo v budově v samostatném požárním úseku 125TBA1 - prof. Karel Kabele 204 Funkce kotelny Přívod vzduchu Spalování Větrání Odvod tepelné zátěže Odvod spalin atmosférický tlakový turbo kotle Odvod vzduchu Větrání Odvod tepelné zátěže 125TBA1 - prof. Karel 205 Kabele 21

22 Přívod paliva Funkce kotelny pevná, kapalná, plynná (ZP x propan) Distribuce tepla vytápění příprava teplé vody VZT technologie 125TBA1 - prof. 206Karel Kabele Pojistné a zabezpečovací zařízení Objemové změny Tlak Teplota Regulace výkonu Požadavky na stavební konstrukce Funkce kotelny Prostupy, podpory, základy Provoz 125TBA1 - prof. 207Karel Kabele 22

23 Schéma zapojení kotelny Příklad funkčního schématu kotelny bez zakreslených armatur. 125TBA1 - prof. Karel Kabele 208 Dispoziční řešení kotelny 125TBA1 - prof. Karel Kabele