OGRZEWNICTWO Ogrzewanie wodne grawitacyjne z rozdziałem dolnym.pdf

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE 3

7. Ogrzewanie wodne grawitacyjne z rozdziałem dolnym .

7.1. Ciśnienie czynne i opory przepływu

Przepływ czynnika grzejnego pomiędzy źródłem ciepła, a grzejnikami wywołane jest tzw.

Ciśnieniem grawitacyjnym wynikającym z różnicy gęstości wody o różnej temperaturze.

Zaletą tego typu ogrzewań jest uniezależnienie się od dostawy energii elektrycznej niezbędnej

do napędu pomp obiegowych jak również tzw. samoregulacja instalacji (wzrost temperatury

w pomieszczeniu powoduje zmniejszenie schłodzenia czynnika grzejnego, a w efekcie

ciśnienia grawitacyjnego, co skutkuje ograniczeniem strumienia krążącego w obiegu czynnika

grzejnego). Problemem jest natomiast dużo trudniejsze wyregulowanie hydrauliczne

instalacji, uzależnienie warunków pracy od geometrii instalacji, możliwość problemów z

rozruchem niektórych obiegów instalacji (warunek Tichelmana), dużo większe średnice

przewodów. Od strony projektowej bardziej złożona jest również procedura obliczeń.

Obliczenia hydrauliczne instalacji c.o. polegają na zrównoważeniu ciśnienia grawitacyjnego

wywołującej przepływ oporami przepływu dla obiegów wszystkich grzejników. W

przypadku obliczeń instalacji pompowych obliczenia przeprowadzone mogą być w ten

sposób, że najpierw określane są opory przepływu, a następnie w oparciu o tę wielkość

dobierane jest urządzenie gwarantujące pokonanie (zrównoważenie) tych oporów, przy

zachowaniu obliczeniowych przepływów. W przypadku obliczeń instalacji grawitacyjnych

najpierw określone jest ciśnienie grawitacyjne, a następnie tak dobierane elementy instalacji

(średnice przewodów), aby jej opory zrównoważyły to ciśnienie. Powoduje to jednak

konieczność przeprowadzenia doboru średnic przewodów metodą kolejnych przybliżeń, gdyż

najpierw dobierana jest średnica przewodów instalacji, następnie dla tak określonych średnic

obliczane są opory przepływu i na koniec porównywane z wielkością ciśnienia czynnego dla

danego obiegu. W przypadku braku zrównoważenia obiegu następuje korekta wcześniej

założonych średnic przewodów.

Ciśnienie czynne w ogrzewaniu grawitacyjnym określa się ze wzoru:

Δp cz = h g ( ρ p – ρ z ), Pa

(7.1)

w którym:

h - różnica poziomów środka grzejnika i środka źródła ciepła, m

g - przyspieszenie ziemskie, m/s 2

ρ p - gęstość wody o temperaturze obliczeniowej powrotu do źródła ciepła, kg/m 3

ρ z - gęstość wody o temperaturze na wyjściu ze źródła ciepła, kg/m 3

Wzór ten dotyczy obliczeń instalacji z rozdziałem dolnym, przy założeniu upraszczającym

braku schłodzeń czynnika grzejnego w przewodach instalacji. Przy innych układach geometrii

prowadzenia przewodów instalacji niezbędne staje się również uwzględnienie dodatkowego

wpływu schłodzenia czynnika grzejnego na poszczególnych odcinkach obliczeniowych

instalacji (działkach)

Tablica 7.1 Gęstość wody w zależności od jej temperatury

t , o C

100

ρ , kg/m 3

999,73 998,23 995,67 992,24 988,07 983,24 977,81 971,83 965,34 961,29 958,40

Na opory przepływu składają się

1. opory liniowe:

gdzie:

R – jednostkowy opór liniowym przyjmowany w oparciu o odpowiednie tabele lub

nomogramy, Pa/m

określany jest w funkcji d – średnicy przewodu, m – strumienia przepływu czynnika

grzejnego, materiału z którego wykonane są przewody oraz temperatury czynnika

grzejnego

l - długość odcinka obliczeniowego instalacji, m

Δp l = R l , Pa

(7.2)

2. opory miejscowe:

Δp m = Z = ζ w 2 / 2 g , Pa

(7.3)

gdzie:

ζ – wspσłczynnik oporów miejscowych

w – prędkość przepływu czynnika grzejnego, m/s

g - przyspieszenie ziemskie, m/s 2

7.2. Tok postępowania przy obliczaniu instalacji c.o. termosyfonowego

1. Założenie parametrów obliczeniowych, temperatury zasilania i powrotu (przyjmuje się, że

w ogrzewaniach grawitacyjnych temperatura zasilania nie powinna przekroczyć 90 o C,

przy założeniu takiej wartości, temperaturę powrotu zazwyczaj przyjmuje się równą nie

mniej niż 70 o C).

2. Obliczenie strat ciepła pomieszczeń, dobór grzejników, rozmieszczenie grzejników, dobór

źródła ciepła

3. Rozmieszczenie na rzutach kondygnacji pionów (długość gałązek przyłączeniowych

grzejniki nie powinna przekraczać 2m)

4. Rozmieszczenie pionów na rzucie piwnicy (analogicznie do rozmieszczenia na rzutach

kondygnacji) i zaprojektowanie rozprowadzenia przewodów w piwnicy oraz podłączenia

instalacji do źródła ciepła (kotła).

5. Wykonanie rysunku rozwinięcia instalacji c.o.

6. Sprawdzenie warunku rozruchu instalacji

Do wad ogrzewań grawitacyjnych zaliczyć należy trudności z rozruchem instalacji lub

niektórych obiegów grzejników. Szczególnie problem może dotyczyć okresowo

wyłączonych z eksploatacji pionów, kiedy to po odkręceniu zaworów odcinających,

pomimo tego, że pozostała część instalacji centralnego ogrzewania pracuje nie

uzyskujemy przepływu czynnika grzejnego przez ten pion (lub grzejnik). Aby

zapobiec takim zjawiskom instalację należy w taki sposób zaprojektować aby

spełniony został warunek rozruchu. W przypadku instalacji dwururowych z

rozdziałem dolnym warunek ten sprowadza się do sprawdzenia, czy wysokość na

której będą poprowadzone poziome przewody rozprowadzające będzie co najmniej

równa 2/3 różnicy wysokości pomiędzy środkiem kotła a środkiem najniżej

położonego grzejnika w pionie do którego doprowadzają one czynnik grzejny.

Sprawdzić również można warunek, czy opory przepływu poziomych przewodów

rozprowadzających (od źródła ciepła do przejścia przewodu w pion zasilający

grzejniki) są mniejsze od ciśnienia grawitacyjnego obliczonego dla różnicy wysokości

pomiędzy środkiem kotła, a tymi przewodami.

7. Obliczenia hydrauliczne instalacji i dobór średnic

7.1 Podział instalacji na działki obliczeniowe (odcinki instalacji o stałym strumieniu masy i

stałej średnicy)

w przypadku instalacji c.o. dwururowej z rozdziałem dolnym, jako jedną działkę

obliczeniową można wspólnie rozpatrywać odcinek przewodu zasilającego i

powrotnego

7.2 Określenie ciśnień czynnych w instalacji dla obiegów wszystkich grzejników

obiegiem grzejnika nazywamy zamknięty ciąg działek obliczeniowych pomiędzy

źródłem ciepła i grzejnikiem

7.3 Wybór najniekorzystniej usytuowanego grzejnika

Jako najniekorzystniej usytuowany grzejnik w instalacji ogrzewania wodnego

grawitacyjnego z rozdziałem dolnym przyjmuje grzejnik

najniżej położony – najniższe ciśnienie czynne,

najdalej położony od źródła – największa długość poziomych przewodów

rozprowadzających,

o większym obciążeniu cieplnym – większy strumień przepływu czynnika

grzejnego

7.4 Określenie orientacyjnego oporu liniowego dla przyjętego obiegu

gdzie:

Δp cz,o - ciśnienie czynne grawitacyjne określone dla analizowanego obiegu, Pa Σ l

Σ Z - suma oporów miejscowych obiegu

a - orientacyjny udział oporów miejscowych, można przyjmować równy 0,33 lub 0,5

Σ l - sumaryczna długość działek obliczeniowych obiegu, m

(7.4)

7.5 Określenie strumieni przepływu w działkach obliczeniowych

m = 3600 Q / c p (t z – t p ) = 0,86 Q/(t z -t p ), kg/h

(7.5)

gdzie:

Q – obciążenie cieplne działki obliczeniowej, kW

c p – ciepło właściwe wody, kJ/kgK

t z – temperatura zasilania, o C

t p – temperatura powrotu, o C

7.6 Wstępny dobór średnic działek obiegu

7.7 Określenie oporów liniowych i miejscowych poszczególnych działek i zsumowanie ich

dla całego obiegu.

R or = (Δp cz,o – Σ Z ) / Σ l = (1 –a) Δp cz,o / Σ l

7.8 Porównanie oporów przepływu obiegu z wartością ciśnienia czynnego (grawitacyjnego).

W przypadku różnicy większej niż 5-10% dokonać należy wstępnie dobranych średnic

i przeprowadzić ponownie obliczenia (czynność tę powtarzać do momentu

zrównoważenia ciśnienia czynnego oporami przepływu). Dla obiegów najniżej

położonych grzejników ciśnienie czynne nie powinno być mniejsze od oporów

przepływu

UWAGA:

- dla instalacji wykonanej z rur stalowych nie dobierać średnic przewodów mniejszych niż

15mm

- pomimo tego, że kierujemy się przy doborze średnic instalacji wartością R or , nie należy

bać się przyjęcia średnicy przewodu, dla której opór liniowy, przy założonym przepływie

odbiega od tej wartości (w górę lub w dół)

- ponieważ konieczne jest zrównoważenie ciśnienia czynnego oporami przepływu również

dla obiegów pozostałych grzejników, starajmy się nierównomiernie (nieliniowo)

rozkładać opory przepływu, “kumulując” je w działkach wspólnych z obiegami bardziej

“uprzywilejowanymi” (tzn. bliżej kotła lub z większymi ciśnieniami czynnymi)

- w razie konieczności, wstępnie założoną jako jedną (stały przepływ) działkę obliczeniową

można podzielić na dwie o różnych średnicach, a długość “nowych” działek tak dobrać,

aby zrównoważyć do żądanych opory przepływu.

- patrząc od grzejnika, w kierunku źródła ciepła, średnice działek obiegu nie powinny

maleć (poza przypadkiem redukcji średnicy w celu podłączenia do króćców kotła)

7.9 Obliczamy kolejny obieg instalacji, przy czym R or określamy przy uwzględnieniu

dobranych już średnic działek wspólnych

PRZYKŁAD OBLICZENIOWY (Przykład 7.1) :

1. Dobór kotła

Q k = Q obl x (1+a) / 0,9 = 25900 x (1+015) / 0,9 = 33095 W

(7.6)

Q k – moc źródła ciepła, W

Q obl – zapotrzebowanie na ciepło odbiorców, W

a – współczynnik uwzględniający straty ciepła na przesyle (0,15 – kotłownie wodne, 0,1 – kotłownie parowe)

0,9 – współczynnik uwzględniający starzenie się kotła

(uwaga: wzór stosować wyłącznie do kotłowni na paliwo stałe)

Przyjęto kocioł żeliwny, członowy KZ 3 – K – 6 o mocy nominalnej Qk = 32,6kW, paliwo:

koks (lub mieszanka koksu i węgla kamiennego 1:1)

2. Określenie przekroju komina (np. wg wzoru uproszczonego – Sandera)

┌─┐ ┌──┐

Fk = 0,86*a*Qk / √ h = 0,86*0,03*32600 / √ 12,9 = 235 cm 2

(7.7)

Q k – moc dobranego źródła ciepła, W

a – współczynnik uwzględniający rodzaj paliwa i sposób prowadzenia komina, dla kotłów na paliwo stałe 0,03

h – wysokość czynna komina (od podłączenia czopucha do wylotu)

Przyjęto najmniejszy dopuszczalny przekrój 0,2x0,2m (400 cm2) murowany z cegły

3. Wymagana wysokość komina ze względu na zapewnienie niezbędnego ciągu

kominowego:

Dla kotła KZ 3 – K – 6 wymagany ciąg kominowy wynosi 26 Pa (wg karty katalogowej),

temperatura spalin 165 o C

Niezbędną wysokość komina zapewniającą uzyskanie odpowiedniego podciśnienia w

komorze paleniskowej w uproszczeniu obliczyć można ze wzoru:

h min = 39 S / ((1/(273+t z ) - (1/(273+t s )) P b ) , m

(7.8)

S - wymagany ciąg kominowy dla kotła, Pa

t z – temperatura powietrza zewnętrznego (najniekorzystniejsze warunki tj. 12 lub 20), o C

t z – średnia temperatura spalin, o C

P b - ciśnienie barometryczne, Pa (przy braku danych można przyjąć 101325 Pa)

h min = 39 x 26 / ((1/(273+12) - (1/(273+165)) 101325) = 8,16 m (warunek spełniony)

4. Zabezpieczenie instalacji c.o. systemu otwartego (PN-91/B-02413):

4.1 Naczynie wzbiorcze

Pojemność wodna zładu c.o. V=520 dm3 = 0,52 m3 (wg nomogramu z katalogu Reflex)

W praktyce należy pojemność określić jako sumę pojemności kotłów, grzejników,

przewodów i armatury

Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego:

Vu = 1,1*V* ρ 1 *Δv = 1,1*0,52*1000*0,0304=17,2 dm 3

(7.9)

V – pojemność wodna zładu instalacji, m 3

ρ 1 – gęstość wody o temperaturze 10 o C (instalacja w stanie spoczynku)

Δv – przyrost objętości wody od temperatury spoczynku do średniej temperatur zasilania i powrotu (tz+tp)/2,

dm 3 /m 3

Przyjęto NW typu “A” zgodne z PN-91/B-02413 o Vc=25dm3 (Vu=19,8 dm3)

4.2 Rura bezpieczeństwa

┌─┐ ┌──┐

rb = 8,08 √ Q k = 8,08 √ 32,5 = 25,8 mm

(7.10)

Q k – moc kotła , kW

Przyjęto rurę stalową ze szwem dn=25mm (dw=26,8)

4.3 Rura wzbiorcza

┌─┐ ┌──┐

d rw = 5,23 √ Q źr = 5,23 √ 32,5 = 16,7 mm

(7.11)

Q k – moc źródła ciepła , kW

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: