Katedra prostředí staveb a TZB TZB Městské stavitelství Zpracovala: Ing. Irena Svatošová, Ph.D. Nové výukové moduly vznikly za podpory projektu EU a státního rozpočtu ČR: Inovace a modernizace studijního oboru Prostředí staveb Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Číslo projektu: CZ.1.07/2.2.00/15.0125 Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 1
Vytápění objektu Přednáška č. 9 Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 2
Otopné soustavy samotížné a s nuceným oběhem K kotel UT EN expanzní nádoba t 1,2 teplota teplonosné látky OT otopné těleso Č čerpadlo ς 1,2 hustota teplonosné látky Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 3
Klady a nevýhody otopných soustav samotížných a s nuceným oběhem 1) Výhody otopné soustavy s přirozeným oběhem vody Nezávislost provozu otopné soustavy na dodávce elektrického proudu. Vyloučení možného zdroje hluku v otopné soustavě ( čerpadlo ) Nenáročné zařízení a jednoduchá obsluha. 2) Nevýhody otopné soustavy s přirozeným oběhem vody Omezující podmínky pro použití ( půdorysně málo rozlehlé soustavy potřeba minimalizace tlakových ztrát ) s většími výškovými rozdíly ( dosažení většího vztlaku ). Nutnost použití větších průměrů potrubí ( nutnost minimalizace tlakových ztrát ). Nutnost použití armatur s malými tlakovými ztrátami. Pomalý zátop. Nepružnost otopné soustavy. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 4
Účinný tlak v okruhu přirozený oběh Předpoklad: 1. K teplovodnímu kotli je přivedené jediné těleso T umístěné výše než kotel. 2. Po zátopu dojde v horní části kotle ke zvýšení teploty zvětšení měrného objemu vody a snížení hustoty. 3. Pokles hydrostatického tlaku v teplé vodě. 4. Sloupec studené vody začne svým vyšším hydrostatickým tlakem vytlačovat sloupec teplé vody nahoru (přírůstek objemu vody v soustavě je zachycován v expanzní nádobě). Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 5
Vytápění. Zabezpečovací zařízení vytápěcích systémů teplovodních i parních. Expanzní nádoby a zabezpečovací armatury. Návrh, výpočet, seřizování, kontroly. Platí: ČSN 06 08 30 Tepelné soustavy v budovách Zabezpečovací zařízení 9/2006 ČSN 07 02 40 Teplovodní a nízkotlaké parní kotle, základní ustanovení 1/1993 ČSN 07 74 01 Voda a pára pro tepelná energetická zařízení s pracovním tlakem páry do 8 (MPa) 11/1992 ČSN EN 12 828 Tepelné soustavy v budovách Navrhování teplovodních tepelných soustav 3/2005 Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 6
ČSN 06 08 30 Tepelné soustavy v budovách Zabezpečovací zařízení Platí pro: Parní nízkotlaké kotle a vyvíječe páry do nejvyššího pracovního přetlaku 50 ( kpa ) Teplovodní otopné soustavy s nejvyšší pracovní teplotou do 110 0 C s kotli a výměníky Horkovodní uzavřené otopné soustavy s pracovní teplotou nad 110 0 C s kotli a výměníky jakékoliv konstrukce, vytápěné z ústředního zdroje tepla Ohřívače teplé vody, připojené k tepelné soustavě a ohřívající vodu teplem přenášeným teplonosnou látkou a s přihlédnutím k ČSN EN 906 2. Zařízení, která byla projektována a schválena před platností této normy mohou být realizována a provozována dle tohoto projektu. Při rekonstrukcích a generálních opravách však musí být zabezpečovací zařízení provedeno podle ČSN 06 08 30. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 7
Nejvyšší pracovní přetlak: Přetlak, na který je nastaveno pojistné zařízení ( kpa, MPa ). Pracovní přetlak: Přetlak, který se při provozu zpravidla udržuje ( kpa, MPa ). Nejnižší přetlak: Přetlak, při kterém je ještě zajištěno plné zavodnění otopné soustavy a zamezeno odpařování vody ve všech místech otopné soustavy, a to za všech provozních stavů. Nejvyšší dovolená teplota otopné soustavy: Teplota stanovená z minima dovolených teplot jednotlivých prvků otopné soustavy a s ohledem na hygienické požadavky ( 0 C ). Nejvyšší pracovní teplota: Teplota teplonosné látky, na kterou je nastaveno zabezpečovací zařízení ( 0 C ). Zdroj tepla: Zařízení, kterým se dodává teplo do otopné soustavy ( kotle, výměníky tepla, ohřívače,teplé vody, redukční zařízení ( tlaku ) a směšovací zařízení v případě, kdy T1>t dov. Jmenovitý výkon: Výkon, který musí zdroj tepla nebo soustava trvale dosahovat při dodržení jmenovitých hodnot základních parametrů, tj.pracovního přetlaku páry nebo pracovní teploty otopné vody ( kw ). Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 8
Zabezpečovací zařízení: Úplné zařízení zajišťující bezpečnost provozu ústředního vytápění a ohřívání teplé vody a to v rozsahu jednotlivých ustanovení této normy. Pojistné místo: Horní část zdroje tepla a část výstupního potrubí ze zdroje tepla končící ve vzdálenosti nejvýše 20 DN výstupního potrubí od hrdla. U redukčních zařízení se za pojistné místo považuje i úsek až k nejbližšímu rozdělovači, včetně tohoto rozdělovače. Pojistný úsek: Část otopné soustavy, ve které je zdroj tepla, je vymezen uzavíracími armaturami na vstupu a na výstupu ze zdroje tepla. Pojistné zařízení: Zařízení, které chrání zdroj tepla proti nedovolenému přetlaku, podtlaku, teplotě a proti nedostatku vody v soustavě. Pojistný výkon: Tepelný výkon, který ze zdroje tepla musí odvést pojistné zařízení ( kw ). Pojistné potrubí: Potrubí propojující pojistné zařízení s pojistným místem. Neutrální bod: Místo v otopné soustavě, kde je napojeno expanzní zařízení. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 9
Všeobecné technické požadavky Návrh a výpočet zabezpečovacích zařízení je součástí projektu tepelných soustav v budovách. Pro každou otopnou soustavu či její úsek musí být stanoven nejvyšší pracovní přetlak, minimální přetlak a nejvyšší pracovní teplota. Zabezpečovací zařízení se sestává z následujících ochran proti: - překročení nejvyššího pracovního přetlaku, příp. podtlaku - překročení nejvyšší pracovní teploty - nedostatku vody v soustavě Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 10
Každé přetlakové zařízení má samostatné výfukové potrubí. Na vratné trubce je připojena nálevka s uzávěrem. Výfuková trubka je svedena k podlaze tak, aby její konec nebyl výše než 100 (mm) nad úrovní podlahy kotelny. Celková délka parního připojovacího potrubí mezi kotlem a zabezpečovacím zařízením nemá překročit 10 (m). Pokud je potrubí delší, zvětšuje se průměr potrubí dle tabulky normy. Pojistné přetlakové zařízení musí být umístěno v prostoru kotelny. Na nejnižší místě musí být opatřeno zátkou pro možnost vypouštění a čištění. Automatické napájení kotlů musí být řízeno kromě jiného podle výšky hladiny vody v kotli nebo ve vyrovnávacím potrubí či nádrži. Při současném provozu více nízkotlakých parních kotlů otopné soustavy je třeba zamezit vzájemnému kolísání vodních hladin kotlů vyrovnávacím potrubím, popř. použitím vyrovnávací nádrže. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 11
Zabezpečovací zařízení vodních tepelných soustav Pojistné a expanzní potrubí musí být provedeno s takovým spádem, aby se samočinně odvzdušňovalo, nebo musí být vybaveno automatickým odvzdušňovacím zařízením. Každý zdroj tepla musí být vybaven neuzavíratelně připojeným pojistným zařízením. Každá tepelná soustava musí být vybavena expanzním zařízením, které umožňuje změny objemu vody. U otopných soustav vertikálně rozdělených na více pásem z důvodů tlakové odolnosti použitých funkčních prvků, musí být každé pásmo vybaveno samostatným expanzním zařízením. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 12
Pojistné zařízení Pojistné zařízení musí být připojeno v pojistném místě. V pojistném místě musí být osazen teploměr, tlakoměr, snímače tlaku a teploty a případně i snímač nedostatku vody. V pojistném místě nesmí být uzavírací armatura. Na pojistném místě mohou být pouze takové armatury, které za všech provozních stavů dovolují spojení zdroje tepla s pojistným zařízením či atmosférou ( zpětné nebo střídací armatury ). Pojistné potrubí společné pro několik zdrojů tepla může mít na přípojkách od těchto zdrojů osazeny zpětné armatury stejné DN jako DN příslušné přípojky, které musí za všech provozních stavů umožnit tok otopné vody od zdroje k pojistnému zařízení. Tyto zpětné armatury se zpravidla osazují ochozy s uzavírací armaturou o menší velikosti. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 13
Ochrana proti překročení nejvyššího pracovního přetlaku Ochrana tepelné soustavy ( zdroje tepla ) proti překročení nejvyššího dovoleného přetlaku vzniklého provozem zdroje tepla bez odběru tepla nebo při dopouštění vody do otopné soustavy se provádí: a) Hydrostaticky sloupcem vody v pojistném potrubí a nádobě b) Pojistným ventilem Oba systémy lze kombinovat zejména v případech, kdy hrozí nebezpečí zamrznutí otevřené nádoby. Zdroje tepla ze z hlediska pojistných zařízení zařazují do skupin podle skupenství vody, které by odcházelo z pojistného zařízení v případě, že by zdroj tepla pracoval bez odběru tepla. Dimenzování částí pojistného zařízení se provádí s ohledem na skupenství vody vystupující ze zdroje tepla při přerušení odběru tepla. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 14
Výpočet pojistného zařízení Pojistné zařízení musí spolehlivě a bezpečně odvést ze zdroje tepla pojistný výkon. Pojistný výkon Φ p = Φ n platí pro zdroje tepla skupiny A vyjma výměníků tepla A2 a zdroje tepla skupiny B (tabulka skladba pojistného zařízení). Pro výměníky tepla skupiny A2 platí: Φ p = 2. Φ n ( kw ) a pojistný průtok se stanoví pro vodu. Pojistný průtok - pro vodu: V p = 10-3. Φ p ( m 3.h -1 ) - pro páru : M p = Φ p. r -1 ( kg.h -1 ) Φ p : pojistný výkon ( kw ) Φ n : jmenovitý výkon zdroje tepla ( kw ) V p : pojistný průtok pro vodu ( m 3.h -1 ) M p :pojistný průtok pro páru ( kg.h -1 ) Výparné teplo r se dosazuje v hodnotě odpovídající nejvyššímu pracovnímu přetlaku resp. otevíracímu přetlaku pojistného ventilu. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 15
Expanzní zařízení Rozdělujeme podle zdroje přetlaku, který může být: Hydrostatický tlak ( svislé potrubí s nádobou ). Čerpadlo s přepouštěcí armaturou. Přepouštění z vyšší tlakové hladiny na nižší. Přetlak plynového nebo parního polštáře působícího přímo na vodní hladinu v systému nebo přes membránu či vak s konst. nebo proměnným množstvím plynu. Tlaková expanzní nádoba s membránou musí vyhovovat ČSN EN 13 831. Přesný výpočet velikosti tlakové expanzní nádoby ČSN EN 12 828. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 16
Ochrana proti nadměrné teplotě Systém musí pracovat tak, aby při dosažení dovolené teploty byla automaticky odstavena dodávka energie do zdroje tepla. Pro zdroje tepla skupiny A platí tento požadavek i při ztrátě elektrického napětí. U výměníků tepelných soustav nepřímo vytápěných párou o přetlaku vyšším než 50 ( kpa ) nebo horkou vodou a u redukčních a směšovacích stanic musí být nainstalováno automatické omezovací zařízení. U teplovodních kotlů na tuhá paliva musí být při návrhu zabezpečovacího zařízení přihlédnuto k regulačním prvkům na tepelné soustavě a instalováno automatické omezovací zařízení, jež při dosažení nejvyšší provozní teploty uzavře přívod spalovacího vzduchu, příp. samočinně vypne pohon roštů a vzduchových a spalinových ventilátorů. Kotle na tuhá paliva teplovodních soustav s ruční obsluhou a oběhovými čerpadly musí být vybaveny dusivkou napojenou na regulátor tahu nebo zařízením, které odstaví přívod spalovacího vzduchu. V případě výpadku oběhového čerpadla musí být vybaveny zařízením schopným chladit kotel odparem vody do páry po dobu alespoň 3 hodin ( 0,5 hod. při trvalé přítomnosti obsluhy ). Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 17
Ochrana proti nedostatku vody Kotle, zejména umístěné nad tepelnou soustavou, musí být vybaveny pojistným zařízením proti nedostatku vody v otopné soustavě. Zařízení pracuje automaticky a při nedostatku vody či průtoku kotel odstaví nebo uzavře přívod primární energie do předávací stanice. Následný provoz je možný až po ručním zásahu obsluhy. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 18
Otevřené teplovodní soustavy Přepadové potrubí expanzní nádoby musí mít vnitřní průměr nejméně takový jako pojistné potrubí. Výtok přepadu musí být kontrolovatelný z místa obsluhy. Vodorovná osa mezi svislou osou beztlaké EN a zdroje tepla, má být co nejmenší. Celková vodorovná délka přívodního pojistného potrubí nemá překročit desetinásobek přímé vzdálenosti přívodního pojistného potrubí nad teplovodním zdrojem. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 19
Uzavřené teplovodní soustavy Užívají se za předpokladu, že soustava bude chráněna proti nárůstu objemu vody danému provozními podmínkami. Při použití doplňování soustavy přepouštěcími ventily musí být přepouštění konstruováno tak, aby se při výpadku elektrické energie uzavřelo. Snímače přetlaku pro doplňování zařízení se umísťují v neutrálním bodě soustavy. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 20
Zabezpečovací zařízení ohřívačů teplé vody Každý samostatně uzavíratelný ohřívač musí mít pojistný ventil, jenž zabraňuje, aby nejvyšší pracovní přetlak v ohřívači nebyl překročen. Jmenovité průměry pojistného ventilu pro zásobníkové ohřívače se řídí obsahem ohřívače a volí se podle tabulky. Pojistné ventily průtokových ohřívačů se navrhují dle výpočtu pojistných zařízení a pojistných ventilů. Pro skupinu samostatně uzavíratelných ohřívačů může být na hlavním přívodním potrubí SV umístěn zpětný ventil ( zpětná klapka ) s uzavírací a zkušební armaturou. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 21
Malé zdroje tepla Výkon 50 70 ( kw ) Do 50 ( kw ): pokud spalují plynná paliva, považují se za spotřebiče navrhovány dle ČSN EN 625 Kotle na plynná paliva pro ústřední vytápění Zvláštní požadavky na kombinované kotle s jmenovitým tepelným příkonem nejvýše 70 (kw ) provozované za účelem přípravy TV pro domácnost zdroje tepla na tuhá a kapalná paliva jsou navrhovány dle ČSN 07 02 45 Teplovodní a nízkotlaké parní kotle. Teplovodní kotle do výkonu 50 ( kw ). Technické požadavky. Zkoušení Od 50 do 500 ( kw ) domovní nízkotlaké kotelny a dle druhu spalovaného paliva platí: ČSN 07 04 20 Teplovodní a nízkotlaké parní kotle. Základní ustanovení ČSN 07 07 03 Plynové kotelny ČSN EN 303 1-6 Kotle pro ústřední vytápění Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 22
Střední zdroje tepla Tepelný výkon 500 3 500 ( kw ) Domovní zdroje tepla: zásobují tepelnou energií pro vytápění, ohřev TV 1 2 budovy. Blokové zdroje tepla: tepelnou energií zásobují menší urbanistický celek např. nákupní centrum, menší obytný celek, polyfunkční středisko apod. zdroj tepla a) přímo v zásobovaném objektu b) v jeho blízkosti Další dělení je dle zdroje tepla, výšky provozních tlaků, druhu teplonosné látky apod. Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 23
Použitá literatura a materiály [ 1] ČSN 06 08 30 Tepelné soustavy v budovách Zabezpečovací zařízení [ 2] Tajbr,S.: Vytápění [ 3] ČSN 06 0830 Tepelné soustavy v budovách-zabezpečovací zařízení Tento projekt je spolufinancován Tento projekt je Evropským spolufinancován sociálním Evropským fondem sociálním a státním fondem rozpočtem a státním České republiky. rozpočtem České republiky. 24