Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa Wartość ϕx można określić przekształcając wzór na temperaturę wody 1. Węzeł ciepłowniczy
sieciowej w funkcji obciążenia cieplnego postaci: 1
Węzeł ciepłowniczy łączy zewnętrzną siec ciepłowniczą z instalacją
t
− t
c.o. i c.w.u. W skład węzła wchodzi zespół przewodów, urządzeń i
∆
T
= t +
t
⋅ ϕ 1 + m
z
p
+
zx
i
ar
T − t + ( T − T
z
p ) −
⋅ ϕ
armatury znajdujący się między zaworami odcinającymi zewnętrzną siec
p
p
2
ciepłowniczą i zaworami odcinającymi instalację w budynku.
[ 2 ]
gdzie:
1.1. Zadania w.c.:
m - współczynnik charakterystyki cieplnej grzejników;
•
∆
przekazywanie energii cieplnej z sieci ciepłowniczej do instalacji c.o.
tar - średnia arytmetyczna różnica temperatury wody instalacyjnej i i c.w.u.;
powietrza w pomieszczeniu:
• obniżenie temperatury i ciśnienia czynnika grzejnego;
•
t + t
wywołanie krążenia czynnika grzejnego w instalacji c.o.;
∆
z
p
t
=
− t ;
[ 3 ]
ar
i
[ K ]
• zabezpieczenie instalacji c.o. przed wzrostem ciśnienia.
2
1.2. Rodzaje węzłów cieplnych
4° Obliczeniowy strumień wody instalacyjnej: Q
W zależności od sposobu przekazywania energii cieplnej węzły m =
o
kg/s
[ 4 ]
i
c ⋅
−
w
( t t
z
p ) ; [
]
ciepłownicze można podzielić na:
• Węzły z bezpośrednim połączeniem instalacji z siecią: gdzie:
◊
węzeł bez możliwości obniżenia temperatury i ciśnienia czynnika Qo - obliczeniowa moc cieplna wymiennika, W;
(woda z sieci trafia bezpośrednio do nagrzewnic powietrza); cw - ciepło właściwe wody, 4186 J/kg⋅K;
◊
węzeł
hydroelewatorowy,
dający
możliwość
obniżenia
t
temperatury i ci
z
- obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację c.o., °C; śnienia czynnika;
tp - obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji c.o., °C.
◊
węzeł ze zmieszaniem pompowym, dający możliwość obniżenia temperatury i ciśnienia czynnika w większym zakresie niż
5° Obliczeniowy strumień wody sieciowej: poprzedni;
Q
•
o
Węzły z pośrednim połączeniem instalacji z siecią: m =
kg/s [ 5 ]
s
c ⋅
−
w
( T T
z
p ) ; [
]
◊
są to węzły wymiennikowe;
gdzie:
1.3. Dobór wymienników c.o. w węźle
Tz - obliczeniowa temperatura wody zasilającej wymiennik c.o., °C; ciepłowniczym
Tp - obliczeniowa temperatura wody powracającej z wymiennika c.o.,
°C.
1° Dane wyjściowe:
Strumienie wody są stałe i nie zmieniają się w funkcji T
•
z
obliczeniowe parametry wody sieciowej: ........................... Tz/Tp [°C]; mix = mi = const;
• obliczeniowe parametry wody instalacyjnej:...................... tz/tp [°C]; mśx = mś = const;
• obliczeniowa moc cieplna wymiennika:............................. Qo [W];
• obliczeniowa temperatura w pomieszczeniach budynku:... t 6° Parametry wody sieciowej i instalacyjnej w punkcie załamania i [°C];
• obliczeniowa temperatura na zewnątrz budynku................ t wykresu regulacyjnego:
eo [°C].
2° Wybór najniekorzystniejszego punktu pracy wymiennika t [oC]
T z
T
Z punktu za³amania wykresu reg. sieci
zx
∆t1x
Tpx
Qx
t
∆t2x
zx
T
Punkt załamania wykresu
z = 70 o C
regulacyjnego ze wzglêdu na
X
c.w.u.
tpx
Z wykresu reg. instalacji c.o.
l [m]
t
ex
t eo
Rys.. 2. Przebieg zmian temperatury czynników w wymienniku przeciwprądowym
Rys. 1. Wykres regulacyjny dla sieci ciepłowniczej Temperatura wody sieciowej wypływającej z wymiennika: Najbardziej niekorzystnym punktem pracy dla wymiennika c.o. jest punkt załamania wykresu regulacyjnego (rys. 1). Spadek temperatury Tz Q
powoduje wzrost lepkości wody w wyniku czego spada współczynnik T
= T
x
−
; [°C] [ 6 ]
px
zx
przenikania ciepła U wymiennika.
m ⋅ c
s
w
Z tego względu wymienniki ciepła dla instalacji c.o. należy dobierać Temperatura wody zasilającej instalację c.o.:
na warunki pracy w punkcie załamania wykresu (Tz = 70 °C).
1
3° Wymagana moc cieplna wymiennika w punkcie załamania ( t − t
z
p )
wykresu regulacyjnego:
1 + m
∆
t
= t +
t
⋅ ϕ
+ ϕ ⋅
; [°C] [ 7 ]
zx
i
ar
2
Q = ϕ ⋅ Q ; [W] [ 1 ]
x
x
o
Temperatura wody powrotnej w instalacji c.o.:
gdzie:
ϕ
1
x -
współczynnik obciążenia cieplnego budynku dla punktu ( t − t
z
p )
załamania wykresu regulacyjnego
1 + m
∆
t
= t +
t
⋅ ϕ
− ϕ ⋅
; [°C] [ 8 ]
px
i
ar
2
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
A
A
rz −
Współczynnik przenikania ciepła U
⋅100 ≤ %
5
[ 21 ]
m
n
d
e
f
U = C ⋅ m ⋅ m ⋅ T ⋅ T ⋅ F
A
;[ kW/m2·K ] [ 12 ]
rz
s
i
zx
px
6.
Jeżeli warunek 5. nie jest spełniony wówczas
gdzie:
a)
dobieramy inny typ wymiennika
C,m,n,d,e,f – stałe dla danego wymiennika (tabl. 1);
[ - ]
b)
zmniejszamy strumień wody sieciowej
Tz – temperatura zasilania wody sieciowej;
[ °C ]
c)
łączymy szeregowo lub równolegle wymienniki i przechodzimy Tp – temperatura powrotu wody sieciowej;
[ °C ]
do p-ktu 2.
tp – temperatura wody instalacyjnej ogrzewanej („zimnej”);
[ °C ]
tz – temperatura wody instalacyjnej ogrzanej („ciepłej”);
[ °C ]
ms – przepływ wody sieciowej;
[ kg/s ]
mi – przepływ wody instalacyjnej;
[ kg/s ]
F – sprawność wymiennika wyrażona zależnością:
T
− T
zx
px
F =
;[ - ] [ 13 ]
T
− t
zx
px
JAD XK
JAD XK
JAD XK
JAD XK
JAD XK
TYP
3.18
6.50
6.50.10
9.88
12.114
A
2,12
5,9
4,8
10,8
17,8
[m2]
C
3,422141
1,135708
0,56215
0,85637
0,62769
m
0,375628
0,2981
0,44708
0,3911
0,43418
n
0,270342
0,3592
0,30142
0,2822
0,28525
d
-0,171287
-0,13457
-0,13494
-0,2690
-0,03647
e
0,242605
0,304
0,49475
0,4437
0,18319
f
0,476285
0,2326
0,37480
0,5841
0,664
Współczynniki do wzoru na opory przepływu
ra
1,615862
1,572235
1,877760
1,757390
1,650065
rb
4,574711
2,708050
1,791759
1,625311
1,7631629
pa
1,9901902
1,7992744
1,872958
1,950085
1,5032758
pb
1,5977422
0,7637724
0,0060483
-1,22066
-0,454742
Opory przepływu:
Opory przepływu wody w rurkach (po stronie sieciowej): l
⋅ n (m +
) r
a
r
s
b
p
= e
r
[ kPa ] [ 14 ]
Opory przepływu wody w płaszczu (po stronie instalacyjnej): l
⋅ n (m +
) p
a
p
i
b
p
= e
p
[ kPa ] [ 15 ]
Algorytm doboru wymiennika:
1.
Obliczenie wartości wyjściowych: Qx, Tp, tz, tp;
2.
Obliczenie wartości U wymiennika;
3.
Obliczenie wartości Ueksp wymiennika z zależności: 1
U
=
[ kW/m2·K ] [ 16 ];
eksp
1 + Rλ
U
Wymiary geometryczne wymienników pokazane są na załączonych gdzie:
kartach katalogowych.
Rλ – obliczeniowy opór przewodzenia przez ściankę rury wraz z Przykładowe wymiary wymiennika (JAD XK 3.18)
zanieczyszczeniami (0,1 ÷ 0,2 m2·K/kW);
4.
Obliczenie wymaganej powierzchni wymiany ciepła w wymienniku:
1.4. Pomieszczenia węzłów
Q x
ciepłowniczych
A =
[ m2 ] [ 17 ];
∆
U
⋅ t
W pomieszczeniu węzła ciepłowniczego wszystkie elementy eksp
log
wyposażenia powinny być łatwo dostępne podczas eksploatacji i
∆
∆
t
− t
konserwacji. Należy przyjmować następujące odległości od ścian i między
∆
2x
1x
t
=
; [ K ] [ 18 ]
log
urządzeniami:
∆t
2x
• odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu od ściany lub ln
powierzchni izolacji sąsiedniego przewodu nie mniejszą niż 0.2 m.,
∆t
1x
• odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu i urządzenia od gdzie:
podłogi pomieszczenia węzła nie mniejszą niż 0.3 m.,
∆t ∆
•
1x, ∆t2x - różnice temperatury w wymienniku (Rys. 2.) obliczone ze wysokość prowadzenia przewodów w miejscach przejścia (drogi wzorów:
komunikacyjne) - min. 2 m. licząc od spodu izolacji cieplnej,
• odległość między fundamentami pomp lub zestawu dwu pomp co
∆t
= T
− t ; [K] [ 19 ]
najmniej 0.5 m.,
1x
zx
zx
• odległość między fundamentami pomp a ścianą pomieszczenia węzła co najmniej 0.5 m.,
∆t
= T
− t ; [ K] [ 20 ]
• odległość między zewnętrzną powierzchnią izolacji cieplnej 2x
px
px
wymiennika, a ścianą pomieszczenia nie mniejszą niż 0.3 m.
5.
Sprawdzenie warunku:
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
WĘZEŁ BEZPOŚREDNI C.O.
WĘZEŁ ZMIESZANIA POMPOWEGO
WĘZEŁ HYDROELEWATOROWY C.O.
WĘZEŁ WYMIENNIKOWY
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa 5
te
ti
16
2
14
13
10
4
8
3
7
11
11
1
17
1
12
9
15
6
1. Wymienniki
2. Odmulacz siatkowo - inercyjny
10. Kryza dławiąca
3. Regulator przepływu
11. Zawór kulowy kołnierzowy
4. Siłownik regulatora przepływu
12. Zawór kulowy gwintowany, spawany lub kołnierzowy 5. Elektroniczny regulator temperatury c.o.
13. Zawór zwrotny
6. Wodomierz
14. Zawór bezpieczeństwa sprężynowy
7. Przelicznik wskazujący
15. Naczynie wzbiorcze przeponowe
8. Czujnik temperatury
16. Pompa obiegowa c.o.
9. Filtr siatkowy
17. Odmulacz