Fakulta strojní Ústav techniky prostředí Cvičení 6 Závěsné sálavé panely Ing. Ondřej Hojer, Ph.. otrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX). a průmyslové vytápění Seriál Sálavé článků www.tzb-info.cz. 2006 až 2007 1
Návrh vytápění sálavými panely Teorie vs. Praxe Rozdělení objektu horizontálně výškou zavěšení Tepelná bilance pro osálané stěny (3 rovnice podlaha, spodek stěny, vršek stěny a strop) Tepelná bilance vnitřního vzduchu (2 rovnice spodní a vrchní část) Rovnice tepelné pohody Výsledek 6 rovnice o 6 neznámých (povrchové teploty stěn podlahy, střechy, teploty vzduchu horní a spodní části a povrchová teplota panelů) Výpočtem určíme tepelný příkon panelů Qp (kontroluje se podle rovnice pro tepelnou ztrátu) Odhad rozmístění panelů dle možností zavěšení a doporučení odstupů od výrobce Rozdělení objektu na části ochlazované stejným způsobem Výpočet tepelné ztráty standardními postupy (teplota pod podlahou 10 C, venkovní teplota pro výpočet infiltrace te = tev - 8 C, teplotní gradient 0,5 /m, zátopová přirážka 0,1 až 0,2 ) Výpočet požadovaného výkonu z tepelných ztrát koeficienty podle výšky zavěšení (naklopení, teplota vzduchu) Podělení požadovaného výkonu uvažovanou délkou panelů, volba teplotního spádu podle zdroje tepla ontrola maximální intenzity sálání Výpočet hydrauliky Návrh větrání, zdroje tepla, čerpadlo, ejektor Rozmísťování Aby bylo dosaženo rovnoměrnosti vytápění mezi jednotlivými pasy, je nutné dodržet následující rozteče jejich zavěšení : - pasy, kde šířka š < 0,5 m; L1,2,...n = h - 0,5 m - pasy, kde šířka š > 0,5 m; L1,2,...n = h - u větších ploch zasklení L0 = 0,3 h - pro dobře izolované venkovní stěny L0 = 0,5 h otrbatý: Stavebnicová otopná soustava pro velkoprostorové objekty navrhování. Prospekt 2005. 2
Rozmísťování Rozmístění a zapojení sálavých pasů v hale 60 x 54 x 8 m Horká voda 135 / 130 / 70 C Rozmísťování Rozmístění a zapojení sálavých pasů v hale 60 m x 54 m x 8 m Teplá voda 95 / 90 / 70 ºC 3
Výška zavěšení Qkor = Qz. f1 Qkor [] Qz [] f1 [ -] výkon panelu korigovaný tepelná ztráta korekční součinitel výška zavěšení, negativní vliv H (m) f1 (-) 6 1,00 8 1,08 10 1,12 12 1,18 15 1,25 20 1,30 do H = 6 m nad H = 6 m Qkor = Qz. f2 Qkor = Qz. f1. f2 Qkor [] Qz [] f1 [ -] výkon panelu korigovaný tepelná ztráta korekční součinitel výška zavěšení, pozitivní vliv otrbatý: Stavebnicová otopná soustava pro velkoprostorové objekty navrhování. Prospekt 2008. Náklon a teplota v prostoru Tepelný výkon je pro ti ve vnitřním prostoru 20 C, pro jiné teploty je třeba uplatnit korekční součinitel f3 Qkor Qz f3 [ ] ti [ C] 24 22 20 18 16 14 12 10 f3 [-] 1,03 1,01 1,00 0,99 0,97 0,96 0,95 0,94 Při šikmém osazení panelů se s ohledem na zvýšení konvekční složky musí zvýšit tepelný výkon aplikací korekčního součinitele f4 : a = 30 f4 = 1,10 a = 45 f4 = 1,15 Qkor Qz f 4 [ ] otrbatý: Stavebnicová otopná soustava pro velkoprostorové objekty navrhování. Prospekt 2008. 4
Teplotní spád Experimentálně stanovená závislost měrného výkonu na teplotním spádu Údaje výrobce stanovené zkušebnou q0 1,1 t n [ / m] t t m1 t m 2 ti [ ] 2 š [mm] [^n] n [-] 1,52 1,18 2,17 1,18 2,67 1,19 3,24 1,19 3,78 1,19 4,32 1,19 4,85 1,19 Příklad: Stanovit q0 pro tpřívod = 130 C (a po 10 dolů), tzpátečka = 70 C, ti = 20 C a š =,, mm otrbatý: Stavebnicová otopná soustava pro velkoprostorové objekty navrhování. Prospekt 2008. Řešení: Tepelné výkony panelů dle EN 14037 Δt Šířka panelu (mm) Δt 30 93 131 166 201 237 272 32 101 141 180 218 256 294 35 112 157 200 242 38 123 173 220 267 40 131 184 234 42 139 195 43 143 45 Šířka panelu (mm) () 307 62 219 395 478 561 644 727 332 63 223 315 402 487 572 657 741 327 369 65 232 327 418 594 682 769 313 360 407 68 244 345 441 533 626 719 812 333 383 432 70 253 357 456 552 648 744 840 248 301 353 406 458 75 274 387 495 599 704 808 912 201 255 363 417 471 80 296 418 535 647 760 872 985 150 212 270 326 383 440 497 85 318 449 575 696 817 937 1058 47 158 223 344 404 464 523 90 340 481 615 745 874 1003 1132 48 162 228 291 352 414 475 537 95 362 512 656 794 932 1070 1208 50 170 240 306 370 434 499 563 100 385 544 698 844 991 1137 1283 52 178 251 320 388 455 523 590 105 407 577 739 895 1205 1360 53 182 257 328 397 466 535 604 110 430 609 781 946 1110 1274 1437 55 190 268 342 414 487 559 631 115 453 642 824 997 1170 1343 1515 57 199 280 357 432 508 583 658 120 477 676 867 1049 1231 1412 1594 58 203 286 365 441 518 595 672 125 500 709 910 1101 1292 1483 1673 60 211 297 380 460 540 620 700 130 524 743 953 1154 1354 1553 1753 () otrbatý: Stavebnicová otopná soustava pro velkoprostorové objekty navrhování. Prospekt 2008. 5
ělení panelů Sestavy sálavých panelů (kompaktní x dělené) otrbatý, M.: Zvyšování hospodárnosti vytápění průmyslových hal zavěšenými sálavými panely. VVI (x) 2008. Vyhodnocení výkonů - kompaktních a - dělených sálavých panelů. 90/70 C, tg =18 C, Δt = 62 B q0 r qs qk q0kor qskor mm % qkkor 219 66.4 145 74 1 68.3 211 98 1464 464 395 70.2 277 118 1425 425 480 71.5 343 137 1399 399 561 72.7 408 153 1376 376 644 74.0 477 167 1351 351 727 75.1 546 181 1332 332 2x 438 66.4 290 148 1 1x 219 66.4 145 74 1 1x 68.3 211 98 1464 464 Σ 528 67.4 356 172 1483 483 3x 657 66.4 435 222 1 2x 438 66.4 290 148 1 1x 68.3 211 98 1464 464 Σ 747 67.1 501 246 1491 491 4x 876 66.4 580 296 1 otrbatý, M.: Zvyšování hospodárnosti vytápění průmyslových hal zavěšenými sálavými panely. VVI (x) 2008. 6
Vyhodnocení výkonů - kompaktních a - dělených sálavých panelů. 110/70 C, tg =18 C, Δt = 72 B q0 r qs qk q0kor qskor mm % qkkor 261 68.1 178 83 1468 468 369 69.8 258 111 1433 433 472 71.6 338 134 1397 397 573 72.8 417 156 1374 374 670 74.0 496 174 1351 351 770 75.2 579 191 1330 330 869 76.5 665 204 1307 307 2x 522 68.1 356 166 1468 468 1x 261 68.1 178 83 1468 468 1x 369 69.8 258 111 1433 433 Σ 630 69.2 436 194 1445 445 3x 783 68.1 534 249 1468 468 2x 522 68.1 356 166 1468 468 1x 369 69.8 258 111 1433 433 Σ 891 68.9 614 277 1451 451 4x 1044 68.1 712 332 1468 468 otrbatý, M.: Zvyšování hospodárnosti vytápění průmyslových hal zavěšenými sálavými panely. VVI (x) 2008. Vyhodnocení výkonů - kompaktních a - dělených sálavých panelů. 130/70 C, tg =18 C, Δt = 82 B q0 r qs qk q0kor qskor mm % qkkor 305 69.9 213 92 1 72.5 312 119 1379 379 551 73.0 402 149 1370 370 669 74.2 496 173 1348 348 783 75.5 591 192 1325 325 898 76.8 690 208 1302 302 1014 78.0 791 223 1282 282 2x 610 69.9 426 184 1 1x 305 69.9 213 92 1 1x 72.5 312 119 1379 379 Σ 736 71.3 525 211 1402 402 3x 915 69.9 639 276 1 2x 610 69.9 426 184 1 1x 72.5 312 119 1379 379 Σ 1041 70.9 738 303 1411 411 4x 1220 69.9 852 368 1 otrbatý, M.: Zvyšování hospodárnosti vytápění průmyslových hal zavěšenými sálavými panely. VVI (x) 2008. 7
Procentní hodnocení vlivu teplot otopného media na využití sálavé složky panelu kompaktní a dělené B 90/70 C 110/70 C 130/70 C mm Δt = 62 Δt = 72 Δt = 82 5,68 % 5,08 % 4,45 % 6,00 % 5,24 % 4,01 % 9,44 % 8,66 % 8,00 % 10,36 % 9,10 % 8,37 % 13,06 % 12,30 % 11,62 % 2x 1x +1x 3x 2x +1x 4x PROČ LESÁ? Větší podíl sálavé složky otrbatý, M.: Zvyšování hospodárnosti vytápění průmyslových hal zavěšenými sálavými panely. VVI (x) 2008. Sálavá účinnost Závislost sálavého podílu r (sálavé účinnosti) na teplotním rozdílu a šířce sálavého panelu 8
Příklad Zadání Porovnat sálavý výkon panelu o různých šířkách (B =,, mm), střední teplotě teplonosné látky tm = 80 C, teplotě referenční tg = 18 C a tedy o teplotním rozdílu Δt = 62. Celkový potřebný tepelný výkon zařízení je Q = 100 000. Tepelné výkony panelů dle EN 14037 Δt Šířka panelu (mm) Δt 30 93 131 166 201 237 272 32 101 141 180 218 256 294 35 112 157 200 242 38 123 173 220 267 40 131 184 234 42 139 195 43 143 45 Šířka panelu (mm) () 307 62 219 395 478 561 644 727 332 63 223 315 402 487 572 657 741 327 369 65 232 327 418 594 682 769 313 360 407 68 244 345 441 533 626 719 812 333 383 432 70 253 357 456 552 648 744 840 248 301 353 406 458 75 274 387 495 599 704 808 912 201 255 363 417 471 80 296 418 535 647 760 872 985 150 212 270 326 383 440 497 85 318 449 575 696 817 937 1058 47 158 223 344 404 464 523 90 340 481 615 745 874 1003 1132 48 162 228 291 352 414 475 537 95 362 512 656 794 932 1070 1208 50 170 240 306 370 434 499 563 100 385 544 698 844 991 1137 1283 52 178 251 320 388 455 523 590 105 407 577 739 895 1205 1360 53 182 257 328 397 466 535 604 110 430 609 781 946 1110 1274 1437 55 190 268 342 414 487 559 631 115 453 642 824 997 1170 1343 1515 57 199 280 357 432 508 583 658 120 477 676 867 1049 1231 1412 1594 58 203 286 365 441 518 595 672 125 500 709 910 1101 1292 1483 1673 60 211 297 380 460 540 620 700 130 524 743 953 1154 1354 1553 1753 () otrbatý: Stavebnicová otopná soustava pro velkoprostorové objekty navrhování. Prospekt 2008. 9
Sálavá účinnost Závislost sálavého podílu r (sálavé účinnosti) na teplotním rozdílu a šířce sálavého panelu Příklad Zadání Porovnat sálavý výkon panelu o různých šířkách (B =,, mm), střední teplotě teplonosné látky tm = 80 C, teplotě referenční tg = 18 C a tedy o teplotním rozdílu Δt = 62. Celkový potřebný tepelný výkon zařízení je Q = 100 000. Řešení Sálavý panel š = mm, qo = 219 : - potřebná délka (plocha) sálavých pasů L = 456,6 m S = 137,0 m2, - sálavá účinnost r = 66,5 %, - sálavý výkon Qr = 100 000 x 0,665 = 66 500. Sálavý panel š = mm, qo = 395 : - potřebná délka (plocha) sálavých pasů L = 253,2 m S = 151,9 m2, - sálavá účinnost r = 72,0 %, - sálavý výkon Qr = 100 000 x 0,720 = 72 000. Sálavý panel š = mm, qo = 727 : - potřebná délka (plocha) sálavých pasů L = 137,6 m S = 165,1 m2, - sálavá účinnost r = 75,5 %, - sálavý výkon Qr = 100 000 x 0,755 = 75 500. 10
ontrola maximální intenzity sálání Hygienické požadavky Intenzita osálání temena by neměla překročit 200 2 IS Příklad: Q p s A Zkontrolujte maximální intenzitu sálání u následujícího řešení vytápění sálavými panely. Hala 120 x 36 x 13 m, výška zavěšení h1 = 12 m, h2 = 5 m, ttepl.lát = 130 / 70 / 20 C, Qztr = 842,4 k (Celková tepelná ztráta při měrné ztrátě q = 15 3), Natočení panelů 0 Řešení: f3 = 1,00 teplota v místnosti je 20 C f4 = 1,00 natočení je 0 Qp = Qztr. f1. f2 Qp1 = 842,4. 1,20. 1,00 Qp2 = 842,4. 1,20. 0,807 H (m) f1 (-) 6 1,00 8 1,08 10 1,12 12 1,18 15 1,25 20 1,30 11
ontrola maximální intenzity sálání Hygienické požadavky Intenzita osálání temena hlavy by neměla překročit 200 2 IS Příklad: Q p s A Zkontrolujte maximální intenzitu sálání u následujícího řešení vytápění sálavými panely. Hala 120 x 36 x 13 m, výška zavěšení h1 = 12 m, h2 = 5 m, ttepl.lát = 130 / 70 / 20 C, Qztr = 842,4 k (Celková tepelná ztráta při měrné ztrátě q = 15 3), Natočení panelů 0 Qp1 = 1010,9 k H (m) f1 (-) Qp2 = 815,8 k 6 1,00 8 1,08 10 1,12 12 1,18 15 1,25 20 1,30 Při nižší výšce zavěšení stačí nižší instalovaný výkon Is1 = 173,1 2 Vyhovuje! Is2 = 139,7 2 Vyhovuje! Vyjde větší, protože pokud zavěsím panely níže, stačí nižší výkon nižší intenzita ontrola minimální výšky zavěšení 12
Příklad: Určete, zda vyhovuje minimální výška zavěšení, pro šířku panelu mm viz. předchozí příklad. Uvažujte 2 lodní halu, rozmístění viz. obrázek Řešení: Hala - 120 m Uvažována délka panelů: L = 8 * 114 m = 912 m Panely - 114 m Q1 = 1010,9 k Q2 = 815,8 k Požadovaný měrný výkon na metr panelu: q1min = Q1 / L = 1108 q2min = Q2 / L = 895 18 m 18 m Tepelné výkony panelů dle EN 14037 Δt Šířka panelu (mm) Δt 30 93 131 166 201 237 272 32 101 141 180 218 256 294 35 112 157 200 242 38 123 173 220 267 40 131 184 234 42 139 195 43 143 45 Šířka panelu (mm) () 307 62 219 395 478 561 644 727 332 63 223 315 402 487 572 657 741 327 369 65 232 327 418 594 682 769 313 360 407 68 244 345 441 533 626 719 812 333 383 432 70 253 357 456 552 648 744 840 248 301 353 406 458 75 274 387 495 599 704 808 912 201 255 363 417 471 80 296 418 535 647 760 872 985 150 212 270 326 383 440 497 85 318 449 575 696 817 937 1058 47 158 223 344 404 464 523 90 340 481 615 745 874 1003 1132 48 162 228 291 352 414 475 537 95 362 512 656 794 932 1070 1208 50 170 240 306 370 434 499 563 100 385 544 698 844 991 1137 1283 52 178 251 320 388 455 523 590 105 407 577 739 895 1205 1360 53 182 257 328 397 466 535 604 110 430 609 781 946 1110 1274 1437 55 190 268 342 414 487 559 631 115 453 642 824 997 1170 1343 1515 57 199 280 357 432 508 583 658 120 477 676 867 1049 1231 1412 1594 58 203 286 365 441 518 595 672 125 500 709 910 1101 1292 1483 1673 60 211 297 380 460 540 620 700 130 524 743 953 1154 1354 1553 1753 () otrbatý: Stavebnicová otopná soustava pro velkoprostorové objekty navrhování. Prospekt 2008. 13
Příklad: Určete, zda vyhovuje minimální výška zavěšení, pro šířku panelu mm viz. předchozí příklad. Uvažujte 2 lodní halu, rozmístění viz. obrázek Řešení: Požadovaný měrný výkon na metr panelu: q1min = Q1 / L = 1108 q2min = Q2 / L = 895 Z tabulky výkonů vyplývá, že pro náš teplotní spád 130 / 70 / 20 C není možné při vyšší výšce zavěšení zajistit potřebný výkon : je třeba pověsit panely níže. Hala - 120 m Uvažována délka panelů: L = 8 * 114 m = 912 m Panely - 114 m Q1 = 1010,9 k Q2 = 815,8 k 18 m 18 m Pro výšku zavěšení h = 5 m jsme již schopni potřebný výkon panelem šířky mm zajistit. Tzn. plocha panelů bude: Sp = / * 912 = 1094,4 m2 Sp / S1 = 1094,4 / (120 * 36) = 0,2533 tm = 100 C a Sp / S1 = 0,2533 14
ontrola minimální výšky zavěšení Pro výšku zavěšení h = 5 m jsme již schopni potřebný výkon panelem šířky mm zajistit. Tzn. plocha panelů bude: Sp = / * 912 = 1094,4 m2 Sp / S1 = 1094,4 / (120 * 36) = 0,2533 Pokud nyní provedeme kontrolu minimální výšky zavěšení pomocí diagramu na předchozím slidu (tm = 100 C a Sp / S1 = 0,2533) dostáváme bod, který je nad křivkou h = 5 m to znamená: Nevyhovuje! Je třeba provést změnu návrhu! Zkusíme zmenšit šířku panelů. Panely sice budou mírně nedotápět při extrémních venkovních teplotách, ale rozdíl cca 2,5 % je z tohoto hlediska téměř zanedbatelný. Sp = / * 912 = 957,6 m2 Sp / S1 = 957,6 / (120 * 36) = 0,2217 Nyní již kontrola: Vyhovuje! 15
Hydraulika a vyřešení regulačního uzlu Schéma ejektorového bloku POZNÁMY NÁVRHU SÁLAVÝCH PASŮ: Čím větší šířka, tím menší tepelná ztráta konvekcí Čím větší střední teplota panelu tím vyšší účinnost Stejný výkon panely větší šířky je úspornější Při potřebě zvýšit výkon do nějaké části haly je možné Zvýšit šířku Změnit zapojení Přidat sálavé panely oporučuje se minimalizovat počet armatur do prostoru pod stropem Jeden regulační uzel Panely vodorovně, potom podmínka minimální rychlosti v potrubí panelu nad w = 0,15 m/s Od regulačního uzlu k panelům by mělo kvůli odvzdušnění potrubí stoupat Od panelů do místa nad regulační uzel také stoupat oporučuje se izolovat komplet potrubí přívodní i zpětné 16
Shrnutí návrhu vytápění sálavými panely 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Odhad rozmístění panelů dle možností zavěšení a doporučených odstupů od výrobce Rozdělení objektu na části ochlazované stejným způsobem Výpočet tepelné ztráty standardními postupy (teplota pod podlahou 10 C, venkovní teplota pro výpočet infiltrace te = tev 8 C, teplotní gradient 0,5 /m, zátopová přirážka 0,1 až 0,2) Výpočet požadovaného výkonu z tepelných ztrát koeficienty podle výšky zavěšení (naklopení, teploty vzduchu) Podělení požadovaného výkonu uvažovanou délkou panelů, volba teplotního spádu podle zdroje tepla ontrola maximální intenzity sálání Výpočet hydrauliky Návrh větrání, zdroje tepla, čerpadlo, ejektor Použitá literatura Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL 1961. Praha. 376 str. otrbatý, M.: Sálavé vytápění sálavé panely, infrazářiče. Společnost pro techniku prostředí 1993. Praha. 39 str. otrbatý, M.; Seidl, J.: Průmyslové otopné soustavy. Společnost pro techniku prostředí 2000. České Budějovice. 64 str. olektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS. 2 500. 80-86176-82-7 Brož,.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT 2002. Praha. 205 str. Vít, M., Málek, B. a Z. Matthauserová: Měření mikroklimatických parametrů pracovního prostředí a vnitřního prostředí staveb. Věstník MZ. ČR, Editor. 2004, Ministerstvo Zdravotnictví. p. 16-28 ČNI: ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov část 2: Požadavky. 2005 otrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (IIVX). Seriál článků www.tzb-info.cz. 2006 až 2007 www.ptas.cz Pražská teplárenská 17