TZ 21 navrhování otopných soustav

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov TZ 21 navrhování otopných soustav Případov padové studie - výběr r vhodného umíst stění energetické plochy Rodinný dům d obvod. kce.. a okna splňuj ující min. požadavky na tep. odpor Nízkoenergetický bytový dům d konstrukce a okna s vysokým tep. odporem Prodejní hala - Hornbach - standardní obvodová kce., minimáln lní prosklení Administrativní budova prosklená konstrukce lehkého ho obvodového pláš áště Tep.ztráta/m2 Tep.zisky/m2 W/m RD NRD HALA ADMIN Strop Podlaha 1

2 Umíst stění energetické plochy v objektu 70 Měrný chladící výkon[w/m2] Měrná tepelná ztráta [W/m2] Do podlahy Do stropu Do stropu i podlahy Administrativní budova Nízkoenergetický RD Prodejní hala Klasický RD Teplovodní otopné soustavy Princip Otopná soustava zdroj potrubní síť spotřebi ebiče e tepla Teplonosná látka voda (nemrznoucí směs) s) pára T 1,ρ 1 Přívodní potrubí Kotel Expanzní nádoba T 2,ρ 2 Vratné potrubí Otopné těleso H 2

3 Navrhování OS Vstupní informace Umístění stavby Účel objektu (obytná budova, občanská vybavenost, průmysl, sportovní stavby) Provoz objektu (přerušovaný, nepřetržitý, počet provozních jednotek) Konstrukce budovy z hlediska tepelně technických vlastností Konstrukce budovy z hlediska uložení potrubí Rozmístění a typ otopných ploch Navrhování OS Funkční požadavky Propojení otopných těles t se zdrojem Odvzdušnění Možnost vypouštění Integrace do stavby...? 3

4 Navrhování OS Kritéria ria optimalizace délka rozvodů umístění otopných ploch ve vytápěné místnosti způsob regulace hydraulická stabilita míra zásahu do stavebních konstrukcí investiční náklady provozní náklady možnost opravy Návrhov vrhové parametry teplovodních OS geometrické, teplotní, tlakové a materiálov lové parametry (1) (2) (3) (4) (5) Způsob oběhu otopné vody Prostorové uspořádání otopné soustavy Nejvyšší pracovní teplota otopné vody Materiál na potrubní síť Konstrukce expanzní nádoby 4

5 Návrhov vrhové parametry teplovodních otopných soustav Návrhové parametry vodních otopných soustav Prostorové uspořádání soustavy Nejvyšší pracovní teplota Konstrukce expanzní nádoby Oběh otopné vody Materiál rozvodu Vzájemné propojení těles Umístění ležatého rozvodu Vedení přípojek k tělesům Nízkoteplotní do 65 C Otevřená Přirozený Ocel Jednotrubkové Dvoutrubkové Spodní Vertikální Teplovodní od 65 c do 115 C Uzavřená Nucený Měď Průtočná S obtokem Protiproud Souproud Horní Kombinovaná Horizontální Hvězdicová Horkovodní nad 115 C Plasty 1. Oběh h otopné vody Přirozený (samotíž) Expanzní nádoba Nucený (s oběhovým čerpadlem) T 1,ρ 1 Přívodní potrubí Kotel T 2,ρ 2 Vratné potrubí Otopné těleso H F1 F2 5

6 2. Prostorové uspořádání soustavy 2.1 Vzájemn jemné propojení těles jednotrubková,, dvoutrubková soustava 2.2 Umíst stění ležat atého rozvodu spodní,, horní,, kombinované 2.3 Vedení přípojek pojek k tělest lesům horizontáln lní,, vertikáln lní,, hvězdicov zdicové 2. Prostorové uspořádání OS 2.1 Vzájemn jemné propojení těles Dvoutrubkové soustavy Jednotrubkové soustavy 6

7 2.1.1 Dvoutrubkové soustavy Protiproudé zapojení Souproudé zapojení Tichelmann Jednotrubkové soustavy Základní schémata zapojení Horizontální Průtočné S obtokem Jezdecké zapojení Regulovaný obtok ventilem, clonou, zúžením kmenové trubky, zasunutím přípojek do kmenové trubky, fitinkem v místě napojení zpětné přípojky Se směšovac ovací armaturou dvoubodovou jednobodovou 7

8 2.1.2 Jednotrubkové soustavy Napojení těles směšovacími armaturami Vysokodporové - směšovací dvoubodové směšovací jednobodové ventil kompakt Jednotrubkové soustavy Napojení těles nízkoodporovými armaturami Nízkoodporové přímé nebo rohové radiátorové ventily 8

9 2.1.2 Jednotrubkové soustavy varianty Podle uživatelu ivatelů Okruhy bytové a zonové Podle umíst stění stoupaček Okruhy uzavřen ené a rozvinuté Jednotrubková soustava s reverzním provozem 2.1 Vzájemn jemné propojení těles Závěr Srovnání dvoutrubky a jednotrubky Délka rozvodů Oběh otopné vody Měření a regulace Stavební úpravy Tlakové poměry 9

10 2.2 Umíst stění ležat atého rozvodu Spodní rozvod Horní rozvod Kombinovaný rozvod 2.3 Vedení přípojek pojek k těles t lesům Vertikální Horizontální Hvězdicová 10

11 3. Teplotní parametry Pracovní teploty v OS Výpočtová teplota otopné vody na vstupu do otopné soustavy t 1 na výstupu z otopné soustavy t 2 Expanzní nádoba t w1 t Tp,max Otopné těleso na vstupu do otopného tělesa t w1 na výstupu z otopného tělesa t w2 Střední teplota otopného tělesa tw Přívodní potrubí t 1 Kotel t w2 Vratné potrubí t 2 t w Nejvyšší teplota povrchu otopných těles t Tp max Teplotní spád otopného tělesa = t w1 - t w2 Teplotní spád soustavy = t 1 - t 2 3. Teplotní parametry OS Výkon přenp enášený soustavou Q& ( ) = M c t 1 t 2 Výkon přenp enášený tělesem Q& t = h A ( t t ) w i Přívodní potrubí t 1 Kotel Expanzní nádoba t w1 t w2 Vratné potrubí t 2 t p1,max Otopné těleso t w 11

12 3. Teplotní parametry OS kritéria ria pro volbu parametrů Ekonomické faktory (minimalizace nákladů na realizaci i provoz soustavy); Fyzikální vlastnosti pracovní látky ( pro teplovodní soustavy maximální teplota 115 C); Hygienické požadavky na otopnou soustavu resp. na tělesa; Technické možnosti zdroje tepla ( např. nízkoteplotní zdroje určují maximální teplotu otopné vody v soustavě) Legislativní požadavky vyhláška 151/2001 MPO omezuje teplotu otopné vody na 75 C 3. Teplotní parametry OS volba parametrů Teplota otopné vody u soustavy Teplovodní nízkoteplotní t 1 <=65 C Teplovodní otevřené 65 C <t 1 <= 95 C Teplovodní uzavřené 65 C <t 1 <= 115 C Horkovodní t 1 > 115 C Teplotní spád d OS 10K až 25K, u horkovodních soustav 40K až 50K. 90/70 C, 85/75 C, 80/60 C, 75/65 C,70/50 C, 70/60 C. 12

13 3. Teplotní parametry OS volba parametrů Teploty otopných tělest maximáln lní povrchová teplota (85 aža 90 C) t Tp t max = w 1 Teplotní spád 2,5 dvoutrubka = teplotní spád d OS (15 aža 25 K) jednotrubka < teplotní spád d OS (5 aža 10 K) 4. Materiál l rozvodu O materiálu nutno rozhodnout na počátku projektu - různé mechanické vlastnosti mají vliv na koncepci řešení Používan vané materiály ocel měď plasty 13

14 4.Materiál l rozvodu 4.1 Ocel Tradiční materiál, dobré mechanické vlastnosti ocel třídy t do DN 50 se používá trubek ocelových závitových z běžb ěžných, pro většív průměry ry se používá hladkých bezešvých trubek Svařov ování 4. Materiál l rozvodu 4.2 Měď M Menší spotřeba materiálu Citlivá na chem.slo.složení vody ph min7 Nebezpečí vzniku elektrochemické koroze (Al) pájení měkké a tvrdé 14

15 Materiály 4. Materiál l rozvodu 4.3 Plasty síťovaný polyetylén (PEX, VPE), polybuten (polybutylen, polybuten-1,pb), statistický polypropylen (PP-R, PP-RC,PP-3), chlorované PVC (C-PVC, PVC-C) vrstvená potrubí s kovovou vložkou. Uložen ení potrubí Životnost!!! Kyslíkov ková bariéra ra? 5. Konstrukce expanzní nádoby Otevřen ená jistota provozu zamrzání zavzdušňov ování Uzavřen ená vyšší pracovní teploty 15

16 TEPLOVZDUŠNÉ VYTÁPĚNÍ Vytápění + větrv trání objektu současn asně Použit ití nízkoteplotních zdrojů - kondenzační kotel, tepelné čerpadlo Možnost klimatizace Snížen ení tepelných ztrát t? Absence sálavs lavé složky vytápění Výhodné pro nízkoenergetickn zkoenergetické domy? Zpětn tné získávání tepla SYSTÉMY TEPLOVZDUŠNÉHO VYTÁPĚNÍ - ROZVODY 16

17 Řízené větrání - rozvody - Řízené větrání - návrh rozvodů - Příklad řešení distribuční sítě pomocí sw Right-Suite Residential (USA) 17

18 Řízené větrání -zdroje tepla - Analýza vnitřního prostředí místnosti s teplovzdušným vytápěním Legenda <19 C 20,4 C Základní kladní varianta Francouzské Francouzské okno 21,8 C 23,2 C 24,6 C >26,5 C Te=-12 C Starý Starý obvodový pláš plášť ášť Vyú Vyústka u vnitř vnitřní stě stěny 18

19 Teplota vzduchu x operativní teplota T comfort T air Legenda <19 C 20,4 C 21,8 C 23,2 C 24,6 C >26,5 C Analýza vnitřního prostředí místnosti s teplovzdušným vytápěním Aplikace CFD? Optimalizace obrazu proudění v místnostech Vizualizace teplotních a rychlostních polí Pozor: Interpretace výsledků! Statický výpočet okrajové podmínky!! 19

20 Integrovaný přístup p k řešen ení vytápění a větr v trání Měrná spotřeba energie? Nízká měrná spotřeba energie na vytápění 80 do 140 kwh/m 2 a), ČSN kwh/m 2 a Charakteristické rysy Běžná výstavba Kvalitní obálka budovy Větrání budovy Využit ití tepelných zisků regulace vytápění Dopad na vytápění a větrv trání? Nižší požadovan adované výkony Regulace výkonu % (přeru erušované vytápění) Minimalizace množstv ství větracího vzduchu 100 až 250 kwh/m 2 a Energeticky úsporné domy 50 až 100 kwh/m 2 a Nízkoenergetické domy 5 až 50 kwh/m 2 a Quazi nulové domy 0 až 5 kwh/m 2 a Otopné soustavy Teplovodní Nízkoteplotní,, pružné soustavy X Teplovzdušné Cirkulační Ventilační 20

21 Teplovodní vytápění Přirozen irozené větr trání + Nejnižší cena Klasické řešení Setrvačnost soustavy Zdroj tepla - Nekontrolovatelné větrání Viditelné rozvody Špatné zohlednění tepelných zisků Teplovodní vytápění Hybridní větr trání + Hygienické minimum pro větrání Řízené větrání Snížení tepelné ztráty infiltrací Zdroj tepla - Vyšší náklady Nepřetržitý provoz ventilátoru Hluk 21

22 Teplovzdušné vytápění Přirozen irozené větr trání + Lepší zohlednění tepelných zisků Lepší regulace pružnější systém Zdroj tepla - Problematická individuální regulace teploty v místnostech Teplovodní vytápění Řízen zené větr trání s rekuperací + Minimalizace tepelných ztrát větráním Výborné zohlednění tepelných zisků Zdroj tepla - Energie na ventilátory Dvě soustavy Náklady 22

23 Teplovzdušné vytápění Řízen zené větr trání s rekuperací Zdroj tepla Teplovzdušné vytápění s předeh edehřevem evem větrac v tracího vzduchu a rekuperací Zdroj tepla 23

24 Děkuji za pozornost 24