ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Vytápění budov Otopné soustavy Systémy vytápění Energonositel Zdroj tepla Přenos tepla Vytápění prostoru Paliva Uhlí Zemní plyn Bioplyn Biomasa Topný olej Energie prostředí Solární energie Geotermální energie Energie vody, země, vzduchu Elekřina Topidla Kotle Kogenerační jednotky Fototermické kolektory Tepelná čerpadla Přímo zdrojem Teplovodní otopná soustava Horkovodní otopná soustava Parní otopná soustava Teplovzdušné vytápění 125TBA1 18/19 ZS - prof. 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 127 1
Princip Otopná soustava zdroj potrubní síť spotřebiče tepla Teplonosná látka Teplovodní otopné soustavy Q M c 1 2 voda nemrznoucí směs pára Θ 1, 1 Přívodní potrubí Zdroj Expanzní nádoba Θ 2, 2 Vratné potrubí Otopné těleso H 128 Základní části teplovodních otopných soustav 129 2
Navrhování OS Funkční požadavky Propojení otopných těles se zdrojem Odvzdušnění Možnost vypouštění Integrace do stavby 131 1. Oběh otopné vody Q vydané Přirozený Expanzní p 1 =h.ρ 1.g p 2 =h.ρ 2.g Vztlak Δp c =Δp ρ =p 2 -p 1 =H.(ρ 2 - ρ 1 ).g Nucený Δp c =Δp č + Δp ρ H P1 P2 θ 1, 1 Přívodní potrubí Q dodané Q Kotel nádoba θ 2, 2 Vratné potrubí Otopné těleso H Q M c 1 2 133 3
2. Prostorové uspořádání OS 2.1 Vzájemné propojení těles 2.1.1 Dvoutrubkové soustavy 2.1.2 Jednotrubkové soustavy 134 2.1.1 Dvoutrubkové soustavy Protiproudé zapojení Souproudé zapojení Albert Tichelmann 1861 1926 135 4
2.2 Umístění ležatého rozvodu Spodní rozvod Horní rozvod Kombinovaný rozvod 137 2.3 Vedení přípojek k tělesům Vertikální Horizontální Hvězdicová 138 5
www.revel.cz 139 140 6
3. Teplotní parametry Pracovní teploty v OS Výpočtová teplota otopné vody na vstupu do otopné soustavy θ 1 na výstupu z otopné soustavy θ 2 Expanzní nádoba θ w1 θ Tp,max Otopné těleso na vstupu do otopného tělesa θ w1 na výstupu z otopného tělesa θ w2 Střední teplota otopného tělesa θ w Přívodní potrubí θ 1 Kotel θ w2 Vratné potrubí θ 2 θ w Nejvyšší teplota povrchu otopných těles θ Tp max Teplotní spád otopného tělesa = θ w1 - θ w2 Teplotní spád Karel soustavy Kabele = θ 1 - θ 2 141 3. Teplotní parametry OS Výkon přenášený soustavou Q M c 1 2 Expanzní nádoba θ w1 θ p1,max Otopné těleso θ i Výkon přenášený tělesem Q f A ) t ( w i Přívodní potrubí θ 1 Kotel θ w2 Vratné potrubí θ 2 θ w 142 7
3. Teplotní parametry OS kritéria pro volbu parametrů Ekonomické faktory (minimalizace nákladů na realizaci i provoz soustavy); Fyzikální vlastnosti pracovní látky (pro teplovodní soustavy maximální teplota 110 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 např. vyhláška 193/2007 Sb. omezuje teplotu otopné vody na vstupu do OT na 75 C 143 3. Teplotní parametry OS volba parametrů Teplota otopné vody u soustavy Teplovodní nízkoteplotní θ 1 <=65 C Teplovodní otevřené 65 C < θ 1 <= 95 C Teplovodní uzavřené 65 C < θ 1 <= 110 C Horkovodní θ 1 > 110 C Teplotní spád OS 10 K až 25 K, u horkovodních soustav 40 K až 50 K. 75/65 C, 70/50 C, 70/60 C, 50/40 C 144 8
4. Materiál rozvodu O materiálu nutno rozhodnout na počátku projektu - různé mechanické vlastnosti mají vliv na koncepci řešení Používané materiály ocel měď plasty 146 4.Materiál rozvodu 4.1 Ocel Tradiční materiál, dobré mechanické vlastnosti ocel třídy 11.353.0. do DN 50 se používá trubek ocelových závitových běžných, pro větší průměry se používá hladkých bezešvých trubek Nerezové potrubí Svařování Lisování Viega Prestabo 147 9
4. Materiál rozvodu 4.2 Měď Viega Profipress S Menší spotřeba materiálu Citlivá na chem.složení vody ph min7 Nebezpečí vzniku elektrochemické koroze (Al) pájení měkké a tvrdé Lisování 148 4. Materiál rozvodu 4.3 Plasty Materiály 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. Uložení potrubí Životnost!!! Kyslíková bariéra? 149 10
Izolace potrubí Vyhláška 193/2007 Sb. Na všech vnitřních rozvodech s teplonosnou látkou o teplotě vyšší než 40 C musí být instalována tepelná izolace, pokud nejsou určeny k vytápění nebo temperování okolního prostoru. Tepelná izolace u vnitřních rozvodů s teplonosnou látkou do 115 C se navrhuje tak, že její povrchová teplota je o méně než 20 K vyšší oproti teplotě okolí a součinitel prostupu tepla U musí být menší nebo roven hodnotám dle tabulky DN 10 až 15 20 až 32 40 až 65 80 až 125 150 až 200 U [W/mK] 0,15 0,18 0,27 0,34 0,40 Tloušťka izolace 20 mm 30 mm 30 mm 45 mm 70 mm Výpočet U se provádí na základě vztahu pro prostup tepla válcovou stěnou (viz http://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/44-tepelnaztrata-potrubi-s-izolaci-kruhoveho-prurezu) 150 Délková teplotní roztažnost. Změna teploty roztažnost látek kompenzátory (osové vlnovcové, gumové) kompenzace trasou PB KU KU KU KU PB KS PB KU KU PB PB Ocel Měď PEX/ALU/PE C-PVC PB PP PE 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Součinitel délkové teplotní roztažnosti (mm/m.k) PB KU KU PB PB Pevný bod KU Kluzné uložení KS Kompenzační smyčka http://medenerozvody.cz/ 151 11
Návrhové parametry OS Shrnutí Návrhové parametry vodních otopných soustav Prostorové uspořádání soustavy Nejvyšší pracovní teplota Oběh otopné vody Materiál rozvodu Vzájemné propojení těles Umístění ležatého rozvodu Vedení přípojek k tělesům Nízkoteplotní do 65 C Přirozený Ocel Jednotrubkové Dvoutrubkové Spodní Vertikální Teplovodní od 65 c do 110 C Nucený Měď Průtočná S obtokem Protiproud Souproud Horní Kombinovaná Horizontální Hvězdicová Horkovodní nad 110 C Plasty 152 VÝPOČTY TEPLOVODNÍCH OTOPNÝCH SOUSTAV 153 12
Výpočet otopné soustavy Cíl: Dimenze potrubí Návrh čerpadla Nastavení regulačních armatur Vstupní údaje: Výkony otopných prvků, prostorové uspořádání soustavy, teplotní spád OS. Výpočet ve dvou krocích: A) Návrh dimenzí potrubí B) Návrh čerpadla a nastavení regulačních prvků 500 W 500 W 300 W 500 W 500 W 300 W 154 A. Návrh dimenzí potrubí Přenášený výkon, teplotní spád, rychlost Hmotnostní průtok M (kg/s) Objemový průtok V (m 3 /s) Q M c Rovnice kontinuity V S v Plocha kruhu d S 4 2 V M d Q : Tepelný výkon přenášený úsekem soustavy (W=J/s) C : Měrná tepelná kapacita teplonosné látky (J/kg.K) θ: Teplotní spád (K) ρ : Hustota vody (kg/m 3 ) S: Průřez potrubí (m 2 ) d: průměr potrubí (m) v: Rychlost proudění vody (m/s) Průměr potrubí 4 Q c v 155 13
A. Návrh dimenzí potrubí 1. Volba teplotního spádu 2. Stanovení přenášeného výkonu 3. Výpočet hmotnostního průtoku v jednotlivých úsecích 4. Volba rychlosti/měrné tlakové ztráty 5. Výpočet průměru potrubí Potrubní síť uvnitř obytných budov pro přípojky k otopným tělesům a stoupací potrubí uvnitř obytných budov pro horizontální rozvodné potrubí ve sklepě vně obytných budov u CZT uvnitř průmyslových objektů pro přípojky k otopným tělesům a stoupací potrubí vně průmyslových objektů u CZT rychlost w m/s 0,3 až 0,7 0,8 až 1,5 2,0 až 3,0 0,8 až 2,0 2,0 až 3,0 měrná tlak. ztráta R Pa/m 60 až 100 110 až 200 200 až 400 110 až 250 200 až 400 156 B. Návrh oběhového čerpadla 1. Nalezení okruhu nejnepříznivěji položeného tělesa 2. Stanovení přenášených výkonů a hmotnostního průtoku v úsecích okruhu 3. Výpočet tlakové ztráty prouděním otopné vody v okruhu tření a místní odpory, přídavek na regulační armaturu 500 W 500 W 300 W 800 W 34 kg/h 500 W 500 W 300 W 12 kg/h 300 W 1600 W 69 kg/h 2600 W 111 kg/h 157 14
Výpočet tlakových ztrát Tlaková ztráta třením vřazenými odpory 2 v pzt l R. l d 2 2 v pzm Z 2 p 1 p 2 p1 p2 pzt pzm R l Z 158 Stanovení součinitele tření λ 159 15
Stanovení součinitele tlakové ztráty vřazenými (místními) odpory Experimentálně Tabulka vřazených odporů 160 Návrh oběhového čerpadla Dopravní množství M (kg/h) = hmotnostní průtok prvního úseku sítě Dopravní tlak (měrná energie, dopravní výška) (Pa, J/kg,m) = tlaková ztráta nejnepříznivějšího okruhu 500 W 500 W 300 W 500 W 500 W 300 W Charakteristika soustavy 2600 W 111 kg/h 7400 Pa Pracovní bod soustavy 7400 Pa 2600 W 111 kg/h 161 16
B. Návrh oběhového čerpadla a regulačních armatur Výpočet tlakové ztráty nejnepříznivějšího okruhu tělesa Charakteristika čerpadla Dopravní množství m (kg/h) Dopravní výška (měrná energie, dopravní tlak) 500 W 500 W 300 W 500 W 500 W 300 W Charakteristika soustavy Pracovní bod soustavy 162 17