wykład 10n - cwu bilansowanie dostawy i poboru wody i ciepła na
advertisement
Wykład 10 Bilansowanie dostawy i poboru wody i ciepła na potrzeby przygotowania cwu Tok obliczeń wg PN-92/B-01706 • Wyznaczyć przepływy obliczeniowe w instalacji cwu – wg omówionych wcześniej zależności - GD, Gh,śr, Gh,max, • Obliczeniową moc cieplną wymiennika Φ w kW wyznaczyć ze wzoru: Φ = c w ⋅ ρ ⋅ q ⋅ (t cwu − t wz ) [ kW ] – gdzie za q podstawia się obliczeniowy przepływ cwu, odpowiednio do sposobu przygotowania wody i akumulacyjności urządzeń do podgrzewania wody Zapotrzebowanie na moc • Oblicza się odpowiednio do typu projektowanego układu przygotowania c.w.u.: ‣ maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na moc cieplną ‣ średnie godzinowe zapotrzebowanie na moc cieplną Zapotrzebowanie na moc • Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na moc cwu Qh. max = c w ⋅ ρ ⋅ Gh,max ⋅ (t cwu − t wz ) [ kW ] • Średnie godzinowe zapotrzebowanie na moc cwu Qh, śr = c w ⋅ ρ ⋅ Gh, śr ⋅ (t cwu − t wz ) [ kW ] Zapotrzebowanie na moc • Zapotrzebowanie maksymalne godzinowe charakteryzuje moc urządzeń do przygotowania c.w.u. w układach bez akumulacji ciepła. Układy z pełną akumulacją dobiera się ze względu na średnie zapotrzebowanie mocy. W układach z akumulacją częściową oblicza się zredukowaną moc cieplną potrzebną do przygotowania c.w.u. Podział układów przygotowania cwu • Ze względu na dobór mocy urządzenia: – Bez zasobników (układy przepływowe) – Z zasobnikami cwu – Z podgrzewaczami pojemnościowymi cwu • Wybór odpowiedniego rozwiązania uwzględnia: – Łagodzenie szczytów poboru cwu – Możliwość stosowania priorytetu cwu – Obszar wysokiej sprawności urządzeń Układy z zasobnikami cwu • Zadanie zbiornika: – Gromadzenie ciepłej wody w okresach niższego zapotrzebowania – Oddawanie ciepłej wody ze zbiornika w okresach zwiększonego zapotrzebowania, tzn. wtedy, gdy zapotrzebowanie jest większe od średniego dobowego Układy z zasobnikami cwu • Istotne parametry w obliczaniu układów z zasobnikami – Współczynnik akumulacji – Współczynnik nierównomierności rozbioru wody – Współczynnik redukcji Współczynnik akumulacji φ φ = 0 oznacza brak akumulacji w układzie φ = 1 oznacza pełną akumulację w układzie Współczynnik nierównomierności rozbioru wody Kh • Omawiany wcześniej • Charakteryzuje wielkość zmian w rozbiorze cwu w danym obiekcie • Dla budynków mieszkalnych zależy od liczby mieszkańców – znane są zależności Współczynnik redukcji określa wpływ zasobników na pracę układu przygotowania c.w.u. Pozwala określić zmniejszenie maksymalnej mocy potrzebnej do przygotowania c.w.u. ze względu na akumulację ciepła w układzie. Współczynnik redukcji 1 ψ= ( K h − 1) ⋅ ϕ + 1 Zależy od: • Wielkości współczynnika akumulacji φ • Nierównomierności rozbioru Kh Zredukowana moc układu przygotowania cwu Układy z pełną akumulacją • Układ przygotowania ciepłej wody użytkowej, w którym zastosowano pełną akumulację, jest to układ pozwalający zachować stałą dostawę ciepła niezależnie od wielkości aktualnego poboru ciepłej wody użytkowej. • Współczynnik akumulacji φ = 1 • Zaleta: wyrównanie poboru ciepła przez układ • Wada: duża objętość zasobników Obliczanie układu z pełną akumulacją • Ze względu na stałą dostawę ciepła, konieczne jest dokładne obliczenie systemu, aby bez względu na wielkość poboru zachowana została temperatura wody. • W tym celu należy przygotować całkowy wykres zużycia c.w.u. Wykres 1 %Qdt 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 9:00 10:00 11:00 Godzina 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 Schodkowy wykres rozbioru ciepłej wody użytkowej 8:00 Wykres 2 Całkowy wykres dostawy i rozbioru ciepła 110 100 90 80 %Qdtt 70 60 50 Cmax 40 30 Wykres rozbioru ciepła Wykres dostawy ciepła Styczna do wykresu rozbioru ciepła Cmax 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 czas [h] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Objętość użytkową zasobnika (podgrzewacza pojemnościowego) ustala się wg zależności: VU C max ⋅ Q dt = [m 3 ] ρ ⋅ cw ⋅ ∆ t w której: Cmax – największa różnica rzędnych miedzy wykresem rozbioru, a styczną do wykresu rozbioru (prostą pomocniczą), [%] Qdt – dobowe teoretyczne zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania ciepłej wody, [kJ] ρ= 1000 kg/m3 – gęstość wody cw =4,19 kJ/kg·K- ciepło właściwe wody ∆t – obliczeniowa różnica temperatury w zasobniku [K], Qdt oblicza się wg wzoru: Qdt = Gd ⋅ (tcwu − twz ) ⋅ ρ ⋅ cw [kJ / doba] gdzie: Gd = n·qj [m3/doba] n- liczba mieszkańców qj =110-130 dm3/(osoba·doba) – wg PN-92/B-01706 dla budynków mieszkalnych tcwu = 60°C – obliczeniowa temperatura ciepłej wody twz = 10°C (5 °C) – obliczeniowa temperatura zimnej wody ∆t należy przyjmować następująco: – dla zasobników o stałej temperaturze magazynowanej wody: ∆t = (tcwu – twz) – dla zasobników o zmiennej temperaturze magazynowanej wody (podgrzewacze pojemnościowe – bojlery): ∆t = (tx – twz)= 30 ÷ 40 K Układy z niepełną akumulacją • Dużo częściej stosowane niż układy z pełną akumulacją, w znacznym stopniu wyrównują wahania rozbioru cwu • Współczynnik akumulacji 0<φ <1 • Zaleta: mniejsza objętość zasobników niż w układach z pełną akumulacją Układy z niepełną akumulacją • Pojemność zasobnika o danej akumulacji φ opracowana na podstawie badań przez Mańkowskiego: V z = 90 ⋅ ϕ obl ⋅ n ⋅ lg K h [dm ] 3 Φobl – założony współczynnik akumulacji, przyjmowany z przedziału 0,15 – 0,35 n- liczba mieszkańców Podział instalacji c.w.u. INSTALACJE RÓŻNICUJE TYP ODBIORCY CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ (mieszkania, hotele, przemysł, ...) DECENTRALNE przygotowanie cwu Przygotowanie cwu w układach z zasobnikami wody ciepłej Układy bezpośrednie CENTRALNE przygotowanie cwu Przygotowanie cwu w układach bez zasobników Układy pośrednie Różne nośniki energii cieplnej Podział instalacji c.w.u. Układy bezpośrednie Układy pośrednie Paliwo płynne (olej opałowy) Paliwo gazowe Paliwo stałe Energia elektryczna Ciepło odpadowe Energia słoneczna Energia słoneczna Pompy ciepła Układy bezpośrednie W układach bezpośrednich paliwo stałe, płynne, gazowe lub prąd elektryczny oddaje swoją energię cieplną z przestrzeni spalania przez ścianę zbiornika bezpośrednio ogrzewanej wodzie. – DAWNIEJ TYPOWE ROZWIĄZANIE to piece kąpielowe (na paliwo stałe lub olejowe), – OBECNIE SZEROKO STOSOWANE są podgrzewacze elektryczne lub gazowe (zazwyczaj w układach z indywidualnym przygotowaniem cwu). Układy pośrednie Ciepło paliwa, jak np. gaz lub olej opałowy, prąd elektryczny lub promieniowanie słoneczne itp. podgrzewa najpierw nośnik ciepła (czynnik grzejny), jak np. gorąca woda, lub czynnik zawarty w kolektorze słonecznym (glikol). Zgromadzone w tym nośniku ciepło jest oddawane w wymienniku ciepła wodzie ogrzewanej. Bezpośrednie i pośrednie ogrzewanie wody woda ciepła woda ciepła woda ciepła woda zimna woda ciepła woda zimna woda grzejna co zasilanie co powrót Decentralne instalacje c.w.u. Ogólny schemat instalacji ŹRÓDŁO CIEPŁA PRZEWODY WODY CIEPŁEJ PUNKT CZERPALNY PRZEWODY WODY ZIMNEJ MIEJSCOWE I LOKALNE UKŁADY PRZYGOTOWANIA CWU PODGRZEWACZE ELEKTRYCZNE Elektryczne podgrzewacze wody • podgrzewacze przepływowe Elektryczne przepływowe podgrzewacze wody • jednopunktowe– moc 3 – 12 kW, od 6 KW sieć trójfazowa • wielopunktowe – moc 12-27 kW, sieć trójfazowa Elektryczne pojemnościowe podgrzewacze wody Są to izolowane cieplnie zbiorniki wyposażone w elektryczne elementy grzejne: • podgrzewacze otwarte (bezciśnieniowe) • podgrzewacze zamknięte (ciśnieniowe) Podgrzewacze pojemnościowe otwarte • mogą obsługiwać jedno miejsce poboru wody • montowane mogą być nad lub pod punktem czerpalnym • produkowane są w różnych wielkościach – ze zbiornikami o objętości 5 i 10 l dla umywalek, lub o większych pojemnościach – 80 – 100 l dla wanien/ natrysków • współpracują ze specjalną armaturą Mały podgrzewacz zasobnikowy umieszczony pod umywalką Podgrzewacze pojemnościowe zamknięte (ciśnieniowe) Podgrzewacze pojemnościowe zamknięte (ciśnieniowe) • Urządzenia, które pracują pod ciśnieniem wody w wodociągu; • Zazwyczaj zasilają więcej punktów czerpalnych w lokalach mieszkalnych, kuchniach zakładów gastronomicznych, pralniach, natryskach zakładów przemysłowych, zakładach usługowych (fryzjer, piekarnia itp.); • Podgrzewacze o pojemności do 300 i więcej litrów; Podgrzewacze pojemnościowe zamknięte (ciśnieniowe) • Zapewniają stałą temperaturę wody – zwykle 60°C; • Muszą być zabezpieczone zgodnie z obowiązującą normą PN-76/B-02440; • Zbiorniki wykonane są ze stali stopowej lub emaliowanej, mogą być też miedziane; • Jako elementy grzejne stosowane są grzejniki prętowe; • Sprawność podgrzewaczy wynosi około 98% PODGRZEWACZE GAZOWE • Ze względu na wygodę użytkownika oraz wysoką sprawność gazowe podgrzewacze wody stosuje się w gospodarstwach domowych, lokalach usługowych czy przemyśle. • Jako paliwo służy gaz ziemny lub gaz płynny • Produkowane jako: przepływowe lub zasobnikowe • Wyróżnia się podgrzewacze: – Z otwartą komorą spalania (pobierają powietrze do spalania z pomieszczenia) – muszą być podłączone do komina, a pomieszczenie w którym są montowane musi posiadać odpowiedną wentylację – Z zamkniętą komorą spalania (pobierają powietrze do spalania z zewnątrz budynku) – spaliny z nich mogą być odprowadzane przez ścianę zewnętrzną Przepływowe podgrzewacze gazowe • Podgrzewają ciepłą wodę w sposób ciągły, służą do podgrzewania dużych ilości wody • Najczęściej spotykane w handlu moce podgrzewaczy to 17,4 kW, 19,2 kW, 22,7kW i 24,4 kW. • Możliwa do osiągnięcia temp cwu zależy od ilości pobieranej wody. • Przepływowy podgrzewacz gazowy przeznaczony dla jednego punktu czerpalnego nosi nazwę termy gazowej. Przepływowe podgrzewacze pojemnościowe Urządzenia z bezpośrednim podgrzewaniem wody wyposażone we własny palnik gazowy. Wyposażone są w zasobnik, z którego można zasilać kilka punktów czerpalnych. Mają one pojemność od kilkudziesięciu do kilkuset litrów. Wyposażone są w regulator, który utrzymuje temp zgromadzonej wody na zadanym poziomie, może ona wynosić od 40 do 75 stopni. Podgrzewacze mogą być wyposażone w zbiorniki otwarte lub ciśnieniowe. Mogą pracować w układzie z cyrkulacją. Ich sprawność jest wyższa niż przepływowych. MOC PODGRZEWACZA PRZEPŁYWOWEGO W UKŁADZIE INDYWIDUALNYM Moc podgrzewacza • W przypadku podgrzewaczy przepływowych ich moc powinna zapewnić możliwość natychmiastowego podgrzewu wody do wymaganej temperatury przy odpowiednim dla danego punktu czerpalnego przepływie wody – Dla podgrzewaczy jednopunktowych moc określić należy z zależności: dobrana Φ = c w ⋅ ρ ⋅ q n ⋅ (t cwu − t wz ) [ kW ] Moc podgrzewacza – Dla podgrzewaczy wielopunktowych – należy do powyższego wzoru podstawić qn dla punktu czerpalnego o największym wypływie jeśli są w jednym pomieszczeniu lub przeliczyć q przy możliwym jednoczesnym korzystaniu z kilku punktów czerpalnych, jeżeli urządzenie obsługuje punkty czerpalne w różnych pomieszczeniach (np kuchnia i łazienka) Temperatura cwu • Przy indywidualnych podgrzewaczach temperaturę cwu ustala się w zależności od przeznaczenia wody: – Mycie naczyń: 35°C - 54°C – średnio 48°C – Kąpiel: • Dorośli: 31°C - 46°C – średnio 41°C • Dzieci: 32°C - 41°C – średnio 37°C Temperatura wody zimnej twz • twz – temperatura wody zimnej – zleży od typu ujęcia wody – Ujęcia wody: • Podziemne 7 - 12°C • Powierzchniowe 3 - 23°C – Zmiana temperatury wody w czasie transportu: • Podziemne – ogrzanie o 1-2°C w ciągu całego roku • Powierzchniowe – ogrzanie zimą, ochłodzenie latem o 1-2°C Temperatura wody zimnej twz • twz – obliczeniowa temperatura wody zimnej wg PN-92/B-01706 – twz = 5°C jeżeli źródłem zasilania wodociągu w wodę są ujęcia wód powierzchniowych – twz = 10°C jeżeli źródłem zasilania wodociągu w wodę są ujęcia wód podziemnych LOKALNE UKŁADY PRZYGOTOWANIA CWU • W systemie lokalnym źródło ciepłej wody użytkowej (kocioł jedno- lub dwufunkcyjny względnie podgrzewacz elektryczny) przygotowuje ją dla kilku punktów czerpalnych, tworzących tzw. węzeł sanitarny, który np. w budownictwie wielorodzinnym obejmuje jedno mieszkanie. • W takim rozwiązaniu, ze względu na małą rozciągłość instalacji, nie wykonuje się zazwyczaj obiegu (cyrkulacji) ciepłej wody użytkowej. • Pomimo niższego komfortu użytkowania lokalnych instalacji ciepłej wody użytkowej, mają one nadal wielu zwolenników. Zwiększające się zainteresowanie systemami lokalnymi ciepłej wody użytkowej można tłumaczyć: • stale rosnącym poziomem sanitarnotechnicznego wyposażenia mieszkań (zwłaszcza w budynkach nie mających możliwości zasilania w energię cieplną ze źródła zdalczynnego), • dość prostym i niekonfliktowym sposobem rozliczania należności za zużywaną energię cieplną. Lokalne przygotowanie cwu
