OGRZEWNICTWO I SIECI CIEPLNE

"Ogrzewnictwo i ciepłownictwo I"









Budowa i podział instalacji c.o. oraz sieci cieplnych
Zapotrzebowanie mocy cieplnej do ogrzewania pomieszczeń i budynków
Czynniki grzewcze oraz ich rozdział w instalacjach.
Procesy w instalacjach ogrzewania i podstawy obliczeń cieplnoprzepływowych.
Podstawy wymiarowania i zasady równoważenia hydraulicznego sieci
przewodów (instalacji c.o. oraz sieci zewnętrznych)
Sposoby zapewnienia równowagi hydraulicznej w instalacjach z
zaworami termostatycznymi.
Zasady wymiarowanie grzejników konwekcyjnych i płaszczyznowych.
Rozkład ciśnienia i sposoby jego stabilizacji w sieciach ciepłowniczych
Układy technologiczno - hydrauliczne źródeł i węzłów cieplnych oraz
podstawy ich wymiarowania
Cele i spodziewane efekty kształcenia:
 Nabycie umiejętności określania potrzeb cieplnych budynków i
pomieszczeń w zakresie ogrzewania.
 Poznanie budowy i podstaw funkcjonowania instalacji ogrzewania,
węzłów i sieci cieplnych.
 Znajomość podstaw procesów zachodzących w instalacjach ogrzewania i
systemach ciepłowniczych.
 Nabycie umiejętność przeprowadzania obliczeń projektowych w
podstawowym zakresie.
Literatura:
S. Mielnicki ; „Centralne ogrzewanie, regulacja i eksploatacja”
Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1985,
Hans Roos ; "Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach ogrzewania
wodnego", tłum z j. niem. PNT CIBET, Warszawa 1997r
Praca zbiorowa „Ciepłownictwo - Poradnik" Fundacja Rozwoju
Ciepłownictwa części: Sieci ciepłownicze oraz Źródła ciepła
Wyd. Zakład Poligraficzno- Wydawniczy eMeR, 1995r
Recknagel, Sprenger, Honmann "Ogrzewanie i klimatyzacja", EWFE,
Gdańsk, 1994r
-1-
Normy Polskie:
PN-90/B-01400* Centralne ogrzewanie. Oznaczenia na rysunkach
PN-90/B-01421 Ciepłownictwo. Terminologia
PN-90/B-01430* Ogrzewnictwo. Instalacje centralnego ogrzewania.
Terminologia
PN-B-03406:1994 Ogrzewnictwo. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło
pomieszczeń o kubaturze do 600 m3
PN-82/B-02402* Ogrzewnictwo. Temperatury ogrzewanych
pomieszczeń w budynkach
PN-82/B-02403* Ogrzewnictwo. Temperatury obliczeniowe zewnętrzne
PN-83/B-03430* Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania
zbiorowego i użyteczności publicznej (ze zmianami :
A1 i Az3 (2000r)
PN-91/B-02413* Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. Zabezpieczenie
instalacji ogrzewań wodnych systemu otwartego.
PN-B-02414:1999* Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. Zabezpieczenie
instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego
naczyniami wzbiorczymi. Wymagania
PN-91/B-02415* Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. Zabezpieczenie
wodnych zamkniętych systemów ciepłowniczych.
PN-91/B-02420 Ogrzewnictwo. Odpowietrzanie instalacji ogrzewań
wodnych. Wymagania.
Ciepłownictwo to dział techniki stosowanej zajmujący się wytwarzaniem,
przesyłaniem i wykorzystaniem ciepła tj. energii termicznej zawartej w
nośnikach ciepła takich jak np. woda gorąca lub para.
Na system ciepłowniczy składa się (wg. PN-90/B-01421 i PN-90/B-01430):
- źródło ciepła
zespół urządzeń do wytwarzania ciepła
- sieć ciepłownicza system przewodów przebiegających na zewnątrz
budynków ogrzewanych, służący do przesyłania
ciepła ze źródła do węzłów)
- węzły cieplne
zespół urządzeń do przekazywania ciepła,
przetwarzania parametrów, pomiaru i regulacji
Dla systemu ciepłowniczego źródłem ciepła może być ciepłownia, pracująca na
potrzeby wielu budynków lub elektrociepłownia ogrzewnicza ( komunalnobytowa). Ciepłownia jest zwykle obiektem wolnostojącym z urządzeniami do
wytwarzania ciepła o mocy zainstalowanej od 10 - 15 MW. Mniejszym źródłem
jest kotłownia wbudowana, zlokalizowana w specjalnie wydzielonym
-2-
pomieszczeniu w budynku. Takie źródło o mocy cieplnej do 2 MW może
zaopatrywać w ciepło również więcej niż jeden budynek z wykorzystaniem
zewnętrznej sieci cieplnej.
Źródłem ciepła dla miejskich (komunalnych) systemów ciepłowniczych
mogą być także elektrociepłownie lub ciepłownie przemysłowe.
Rys.1 Schemat systemu ciepłowniczego
Najważniejszymi cechami systemu ciepłowniczego są:
- rodzaj użytego nośnika tj. czynnika przenoszącego
energię od źródła do węzłów
- parametry wykorzystywanego czynnika.
W komunalnych sieciach cieplnych najczęściej wykorzystywanym
nośnikiem jest woda. W sieciach niskoparametrowych temperatura wody nie
przekracza 115oC. Takie parametry są stosowane w lokalnych (np. osiedlowych)
systemach ciepłowniczych. W wysokoparametrowych wodnych sieciach
komunalnych obejmujących swym zasięgiem całe miasto temperatury czynnika
ciepłowniczego nie przekraczają zwykle 135oC.
Systemy ciepłownicze mieszane przemysłowo-komunalne bardzo często
wykorzystują parę jako nośnik energii. Jeżeli ciśnienie pary w sieci
ciepłowniczej przekracza 70 kPa (nadciśnienia) to taki system należy
zakwalifikować do wysokoparametrowego (wysokoprężnego).
Węzły cieplne zwykle zaopatrują w ciepło pojedynczy budynek (B).
Czasem występuje nawet kilka węzłów w jednym budynku, stanowiąc źródło
ciepła dla instalacji: ogrzewania, instalacji ciepłej wody użytkowej, wentylacji i
klimatyzacji występujących w powtarzalnych częściach (segmentach) budynku.
W takim przypadku węzeł cieplny jest elementem granicznym pomiędzy siecią
cieplną oraz instalacją wewnętrzną w budynku.
-3-
Niekiedy budowane są tzw. węzły grupowe (W- na rys.1), stanowiące
układ pobierający energię zawartą w czynniku o wysokich parametrach (z sieci
wysokoparametrowej) i przetwarzający ją do poziomu czynnika krążącego
w sieci o niskoparametrowej. Wówczas grupowy węzeł cieplny separuje dwa
rodzaje sieci ciepłowniczych.
Ogrzewnictwo zajmuje się systemami ogrzewania oraz związanymi z nimi
instalacjami, których zadaniem jest ogrzewanie pomieszczeń. Głównym
przedmiotem badań ogrzewnictwa są instalacje centralnego ogrzewania.
Przeciwieństwem ogrzewań centralnych są ogrzewania miejscowe występujące
wtedy, gdy w każdym pomieszczeniu w budynku jest zainstalowane oddzielne
źródło np. piec kaflowy, elektryczny ogrzewacz akumulacyjny, kominek itp.
Instalacja centralnego ogrzewania to zespół urządzeń służących :
- przygotowaniu czynnika grzewczego ( temperatura i ciśnienie),
- doprowadzeniu tego czynnika do ogrzewanych pomieszczeń,
- przekazaniu ciepła w pomieszczeniu.
Rys.2 Instalacja ogrzewania zasilana z kotłowni wbudowanej
a- kocioł , c- zawór regulacyjny, b i d - elementy systemu zabezpieczenia
e- pompa, f- grzejniki, h- grzejnikowe zawory termostatyczne
-4-
W przypadku instalacji centralnego ogrzewania ciepło zawarte w czynniku
grzewczym, stosowane do ogrzewania zespołu pomieszczeń jest otrzymywane z
jednego (centralnego) źródła, znajdującego się w budynku. Strumień czynnika
grzewczego jest rozdzielany, a następnie rozprowadzany systemem przewodów,
tworzących instalację do poszczególnych pomieszczeń, oddając tam energię.
W skład instalacji centralnego ogrzewania wchodzą:
- źródło dostarczające energię (kocioł lub węzeł cieplny)
- sieć przewodów instalacji wewnątrz budynku
- grzejniki przekazujące energię
-5-
KLASYFIKACJA INSTALACJI OGRZEWANIA ( wg. PN-90/B-01430*)
Systemy ogrzewania mogą być podzielone według następujących cech:
1. według rodzaju źródła na:
 ogrzewania miejscowe
 ogrzewania centralne
 ogrzewania zdala-czynne (z systemu ciepłowniczego)
2. według rodzaju nośnika energii na :
 systemy ogrzewania wodnego
 systemy ogrzewania powietrznego
 systemy ogrzewania parowego
3. według sposobu oddawania ciepła w pomieszczeniu na:
 systemy ogrzewania konwekcyjnego
 przez promieniowanie
 ogrzewania nawiewowe (ciepłym powietrzem)
 kombinowane
4. według rodzaju wykorzystywanego paliwa lub nośnika energii na:
 ogrzewanie węglowe
 gazowe
 olejowe
 wykorzystujące energię odnawialną (np. słoneczną, geotermalną)
Pomiędzy mocą cieplną Qg oddawaną przez instalację oraz strumieniem „m”
[kg/s] nośnika ciepła (czynnika grzewczego) nie podlegającego przemianie
fazowej, który opuszcza źródło zachodzi zależność:


Qg  m c p t1  t 2  [W]
gdzie : t1 i t2 oznaczają odpowiednio temperatury nośnika opuszczającego
źródło i powracającego do niego
cp [J/(kg*K)] jest ciepłem właściwym dla nośnika.
Powyższa zależność dotyczy ogrzewań wodnych i powietrznych w których
nośnik nie podlega przemianie fazowej, lecz zmienia tylko swoją temperaturę.
W przypadku ogrzewań parowych zależność ta ma postać:


Q g  m r
[W]
gdzie: r = i” – i’ [J/kg] jest entalpią parowania wody
-6-
PODZIAŁ INSTALACJI CENTRALNEGO OGRZEWANIA:
1. według rodzaju czynnika grzewczego (nośnika ciepła)
 ogrzewanie wodne
 ogrzewanie parowe
 ogrzewanie powietrzne
2. według najwyższej temperatury czynnika:
 niskotemperaturowe (do 100oC)
 średniotemperaturowe (do 115oC )
 wysokotemperaturowe (powyżej 115oC )
3. według źródła ciepła:
 zasilanie z kotłowni
 zasilanie z węzłów cieplnych
4. według sposobu zabezpieczenia:
 instalacje wodne sytemu otwartego (czynnik styka się z atmosferą)
 instalacje wodne sytemu zamkniętego (czynnik nie styka się z
atmosferą)
5. według rozdziału czynnika grzewczego:
 instalacje dwururowe – dwa przewody (zasilający i powrotny) obok
siebie
 instalacje jednorurowe – każdy kolejny grzejnik jest zasilany przez
czynnik o coraz niższej temperaturze (korzystne: mniejsze zużycie
rur ale grzejniki muszą być coraz większe)
 etażowe instalacje na jednej kondygnacji
 rozdzielaczowy – każdy grzejnik ma własne połączenie z
rozdzielaczem
 pierścieniowy – przewód rozprowadzający idzie pętlą
 rozgałęźny – przewody prowadzone najkrótsza drogą
-7-
-8-
PODZIAŁ SIECI GRZEWCZYCH
Ze względu na:
1. czynnik grzewczy:
 parowe (raczej obiekty przemysłowe)
 wodne (budynki)
2. parametry czynnika:
 niskoparametrowe (t =115oC, p = 70 kPa)
 wysokotemperaturowe (powyżej 115oC)
3. ilość przewodów:
 jednoprzewodowe (bardzo rzadki przypadek)
 dwuprzewodowe
 trójprzewodowe
 czteroprzewodowe
4. sposób połączenia źródła i odbiorników (układ geometryczny)
 pajęcza – duże bezpieczeństwo zaopatrzenia ale trzeba użyć dużą
ilość przewodów
 promieniowa – wada: jeśli pęknie rurociąg magistralny to poważny
problem
 pierścieniowa
-9-
 rozdzielcza (osiedlowa) istnieje węzeł grupowy, który zaopatruje
kilka budynków
5. podział ze względu na budowę:
 podziemne – kiedyś: kanałowe
obecnie: bezkanałowe (w rurze ochronnej przykrytej
gruntem)
 napowietrzne – na niskich podporach (50 – 70 cm nad ziemią)
zasłania się je zielenią, ukrywa czasem na wysokich podporach, by
ominąć mosty itp.
Rys. Rodzaje sieci ciepłowniczych (pajęcza, promieniowa i pierścieniowa)
- 10 -
- 11 -
Rys. Sieci podziemne kanałowe (a, b) i sieć napowietrzna na niskich
podporach..
- 12 -