1

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE 6

9. Ogrzewanie parowe.

9.1. Charakterystyka ogrzewań parowych

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków jakim powinny

odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1] zabrania stosowania ogrzewań parowych w
pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi. Przepis ten również określa, aby
temperatura czynnika grzejnego w instalacjach ogrzewania dla tego typu pomieszczeń nie
była wyższa niż 90 st.C. W przypadkach ogrzewań parowych w zasadzie niemożliwe jest do
osiągnięcia tak niskiej temperatury czynnika grzejnego ze względu na temperaturę parowania
wody. Jedynie w przypadku tzw. ogrzewań podciśnieniowych (gdy w instalacji ogrzewania
parowego w celu obniżenia temperatury parowania poniżej 100 st.C wytwarzane jest
podciśnienie) uzyskane może być niższa temperatura czynnika grzejnego, jednak tego typu
ogrzewania, ze względu na problemy występujące podczas ich eksploatacji, mają bardzo
ograniczone zastosowanie.

W Polsce treść rozporządzenia [1] bardzo ogranicza możliwość stosowania ogrzewań

parowych, nie mniej jednak dla pozostałych typów ogrzewanych pomieszczeń, szczególnie
gdy dostępny jest czynnik w postaci pary niskoprężnej (która może np. stanowić produkt
odpadowy procesów technologicznych) zastosowanie tego typu instalacji grzewczej jest
możliwe. Przy analizie wyboru rodzaju czynnika grzejnego należy mieć na względzie, że do
zalet ogrzewań parowych zaliczyć można:
- wielokrotnie mniejszy ciężar właściwy pary niż wody skutkuje dużo mniejszym

ciśnieniem hydrostatycznym niż w przypadku ogrzewań wodnych, jest to bardzo istotne w
przypadku ogrzewań budynków wysokich i bardzo wysokich, gdzie w przypadku
zastosowania instalacji parowej brak jest konieczności strefowania instalacji ze względu
na przekroczenie dopuszczalnych ciśnień roboczych

- wysoka wartość ciepła parowania (w porównaniu z ciepłem właściwym) wody powoduje,

że w jednostce masy przenoszona może być większa ilość ciepła

- ponieważ para wypełnia całą pojemność grzejnika, a przekazywanie ciepła następuje w

wyniku wykroplenia czynnika grzejnego, a nie jego schłodzenia, w ogrzewaniach
parowych uzyskujemy większą różnicę temperatur grzejnika i pomieszczenia, co
ogranicza wielkość (powierzchnię) grzejników

- straty ciepła na przesyle pomiędzy źródłem ciepła, a odbiornikiem pokrywane są poprzez

wykroplenie pary, co powoduje, że nie następuje wychładzanie czynnika grzejnego na
przesyle, jak ma to miejsce w przypadku ogrzewań wodnych

- mała bezwładność cieplna instalacji parowych (brak pojemności cieplnej masy wody

wypełniającej instalacje ogrzewania wodnego) ułatwia szybki ich rozruch i wyłączanie, co
ma szczególne znaczenie w przypadku instalacji pracujących tylko okresowo

- źródło ciepła przetwarzając energię pierwotną zawartą w paliwie na energię cieplną i

wytwarzając parę o odpowiednim ciśnieniu (temperaturze) zapewnia przesył czynnika
grzejnego do odbiornika, bez konieczności montowania dodatkowych urządzeń
przetłaczających czynnik grzejny; przy właściwym ukształtowaniu geometrii przewodów
skroplinowych powrót kondensatu odbywa się w sposób samoczynny; możliwe jest zatem
takie zaprojektowanie instalacji aby nie było konieczności zapewnienia dostawy energii
elektrycznej

2

Poza zaletami instalacje parowe cechują się również jednak wadami, które ograniczają
popularność tych ogrzewań. Do nich zaliczyć można przede wszystkim:
- wysoka temperatura powierzchni grzejnych (możliwość oparzeń, spiekanie kurzu,

oddawanie ciepła na drodze promieniowania)

- duża korozja instalacji (krótka żywotność nawet tylko do 5-10 lat)
- brak możliwości centralnej regulacji jakościowej wydajności cieplnej instalacji
- duże straty ciepła na przesyle pary (wysoka temperatura, duże średnice)
- dużo większe średnice przewodów parowych (ale za to dużo mniejsze – niż w przypadku

instalacji wodnych – przewody powrotne – kondensatowe)

- straty czynnika grzejnego w wyniku ubytków pary z przewodów kondensatowych
- wymagania dotyczące zasad prowadzenia przewodów parowych i kondensatowych
- droższa armatura (min. odwadniacze przewodów i odbiorników ciepła)

Ze względu na ciśnienie pary wytwarzanej w źródle ciepła rozróżnia się ogrzewania:
- wysokoprężne - nadciśnienie powyżej 0,7 bara
- niskoprężne - nadciśnienie poniżej 0,7 bara
- podciśnieniowe (próżniowe) ciśnienie 0 do 1 bar abs.

W instalacji ogrzewania parowego przepływ czynnika grzejnego pomiędzy źródłem

ciepła, a grzejnikami wywołane jest różnicą ciśnień panujących w źródle ciepła i w
odbiorniku. W odbiorniku ciepła następuje wykroplenie pary, a tworzący się w odbiorniku
kondensat zostaje odprowadzony z powrotem do źródła ciepła lub do zbiornika kondensatu.
W instalacji przewodów kondensatowych panuje ciśnienie atmosferyczne, a przepływ
skroplin odbywa się w sposób grawitacyjny.

Celem obliczeń hydraulicznych ogrzewania parowego jest określenie oporów

przepływu pomiędzy źródłem ciepła, a najniekorzystniej położonym grzejnikiem przy
obliczeniowym obciążeniu cieplnym instalacji i określenie wymaganego ciśnienia panującego
w źródle ciepła. Przewody kondensatowe dobiera się w zależności od strumienia
przepływającego kondensatu.

9.2. Układy połączeń ogrzewań parowych niskoprężnych

W przypadku gdy przewody kondensatowe odprowadzające skroplony czynnik

grzejny z powrotem do źródła ciepła są bezpośrednio podłączone do kotła (brak zbiornika
kondensatu i pompy ładującej) rozróżnić można 4 podstawowe układy prowadzenia
przewodów instalacji, dwa z nich ze względu na sposób prowadzenia przewodów parowych, a
dwa ze względu na sposób prowadzenia przewodów kondensatowych.

9.2.1 Linia ciśnień

LINIA CIŚNIEŃ – jest to umowna linia poprowadzona na wysokości:

H = h + rez , m

(9.1)

gdzie: h – wysokość ciśnienia roboczego w kotle (p

r

), m

rez – rezerwa, m

dla ciśnienia roboczego p

r

≤ 0,3 bar: rez = 0,2 m

dla ciśnienia roboczego p

r

> 0,3 bar: rez = 10% p

r

ponad poziomem wody w kotle.

3

9.2.2. Przewody kondensatowe

Gdy zbiorcze przewody kondensatowe są prowadzone ponad linią ciśnień określane są

jako PRZEWODY NIEZALANE. W przeciwnym przypadku są to tzw. PRZEWODY
ZALANE. W przypadku niezalanych przewodów, kondensat wypełnia tylko dolną część
przekroju przewodu, pozostała wypełniona jest powietrzem i ewentualnie parą odparowującą
z gorącego kondensatu lub przepuszczaną przez odwadniacze. Na przewodzie niezalanym, w
celu zapewnienia grawitacyjnego spływu kondensatu, napowietrzania i odpowietrzania
montowane są przewody napowietrzające (łączące z atmosferą) lub zawory napowietrzająco-
odpowietrzające.

W przypadku przewodów zalanych, do wysokości ciśnienia roboczego w kotle (licząc

od poziomu wody w kotle) czyli tzw. LINII ZALANIA, przewody są wypełnione w całym
przekroju wodą z drobnymi pęcherzykami pary i gazów. Przy tym sposobie prowadzenia
przewodów możliwe jest stosowanie mniejszych średnic przewodów kondensatowych. W
przypadku przewodów kondensatowych zalanych niezbędne jest jednak wykonanie
dodatkowych PRZEWODÓW ODPOWIETRZAJĄCYCH poprowadzonych co najmniej
300mm powyżej linii ciśnień. Problemem przy takim rozwiązaniu instalacji jest również
możliwość występowania kolizji przewodów kondensatowych z otworami drzwiowymi, co
wymaga zastosowania odpowiednich rozwiązań prowadzenia przewodów.

300 mm

rezerwa

ciśnienie
robocze

300 mm

rezerwa

ciśnienie
robocze

Linia ciśnień

Linia ciśnień

Przewód odpowietrzający

Odwadniacz
syfonowy

4

Wszystkie przewody kondensatowe poziome powinny być prowadzone ze spadkiem

minimum 0,5% w kierunku kotła.

9.2.3. Przewody parowe

Przewody parowe powinny być prowadzone powyżej linii ciśnień, jeżeli jest to

możliwe - ze spadkiem w kierunku przepływu pary (0,3-0,5%).

Ze względu na wykraplający się w przewodach kondensat należy zapewnić właściwe

odwodnienie przewodów. W przypadku przewodów parowych nieizolowanych odległości
pomiędzy kolejnymi odwadniaczmi powinny być mniejsze niż 15-30m (wielkość strat ciepła
jest proporcjonalna do średnicy rurociągu, można przyjmować, że odległość pomiędzy
odwadniaczami w metrach równa jest średnicy przewodu odwadnianego wyrażonej w mm)
[2]. Ze względu na konieczność zachowania efektywności energetycznej instalacji
grzewczych przewody parowe rozprowadzające są zazwyczaj izolowane, jedynie gdy
przewody rozdzielcze prowadzone są w ogrzewanych pomieszczeniach można rozważyć
wykorzystanie ich jako dodatkowego źródła ciepła i zaniechać ich izolacji.

Gdy przewody są zaizolowane cieplnie, odległość pomiędzy odwadniaczami wynosić

powinna nie więcej niż 20-50m. (równa dwukrotnej średnicy przewodu odwadnianego
wyrażonej w mm).

Krótkie odcinki przewodów mogą być układane ze spadkiem przeciwnym do

przepływu, wówczas jednak powinien on wynosić co najmniej 3%. W takich przypadkach
maksymalnie dopuszczalna prędkość przepływu pary jest dużo mniejsza (ok. 2-3 razy), a
odległość pomiędzy kolejnymi odwadniaczami przewodu parowego powinna ulec
zmniejszaniu.

Aby wysokość pomieszczeń lub kanałów, którymi prowadzone są przewody parowe

nie była zbyt wysokie, stosowane jest prowadzenie przewodów w tzw. piłę. Odwodnienie
montowane jest w najniższych punktach sieci przewodów parowych

strop

Linia ciśnień

posadzka

W przypadku instalacji z przewodami kondensatowymi zalanymi podłączenie odwodnienia
przewodu parowego (bez odwadniacza) może zostać wykonane jako bezpośrednie połączenie
z przewodem odprowadzającym kondensat do kotła. Zamknięcie pomiędzy przestrzenią
parową, a atmosferą stanowić w tym przypadku będzie wypełniający przewody kondensat.

Odwadniacz
syfonowy

Odwadniacz
mechaniczny

5

Instalacja parowa wykonana może być z ROZDZIAŁEM GÓRNYM (przewody
rozprowadzające czynnik grzejny powyżej grzejników) lub z ROZDZIAŁEM DOLNYM. W
przypadku rozdziału górnego brak jest problemu związanego z koniecznością lokalizacji tych
przewodów pomiędzy płaszczyzną wyznaczaną przez linię ciśnień, a płaszczyzną stropu
piwnic. W przypadku rozdziału górnego odwodnienie przewodów parowych podłączane jest
poprzez odwadniacz do przewodów kondensatowych pionów. Należy unikać odwadniania
przewodów poziomych poprzez piony zasilające grzejniki. Odejście pionu od przewodu
rozprowadzającego powinno być wykonane w górnej części przewodu rozprowadzającego.
Jedynie w przypadku pionów o małym obciążeniu cieplnym dopuszcza się podłączenie pionu
„od dołu”.

Rozwiązanie którego należy unikać

prawidłowe

Rys. Sposób podłączenia pionu do przewodu rozprowadzającego w instalacji z rozdziałem

górnym

9.2.4. Grzejniki i odbiorniki ciepła

Projektując podłączenie grzejników instalacji parowej należy pamiętać aby:

- kondensat z przewodów parowych nie spływał do grzejnika
- kondensat nie powinien się gromadzić przed zaworem grzejnikowym w przypadku jego

zamknięcia (lub przed zaworami odcinającymi montowanymi na przewodach)

- przewód kondensatowy powinien być poprowadzony ze spadkiem w kierunku kotła
Aby to zapewnić, gałązka doprowadzająca parę do grzejnika powinna być prowadzona ze
spadkiem 0,5% przeciwnym do kierunku przepływu pary, a gałązka odprowadzająca
kondensat ze spadkiem 0,5% w kierunku kotła. Czasami jednak, aby uniknąć dodatkowych
kosztów, mało obciążone piony w instalacji z rozdziałem górnym są odwadniane poprzez
najniżej położony grzejnik. Wówczas taka gałązka doprowadzająca parę do grzejnika
prowadzona jest ze spadkiem 10% w jego kierunku. Aby para z grzejników nie przedostawała
się do instalacji kondensatowej, należy grzejniki wyposażać w odwadniacze. Jedynie w
przypadku znanych i ustabilizowanych warunków odbioru ciepła, gdy jesteśmy w stanie tak
wyregulować dopływ pary, aby ilość powstającego kondensatu w pełni zamykała odpływ z
grzejnika możliwa jest rezygnacja z odwadniacza. W praktyce warunek taki jest bardzo
trudny do uzyskania i dlatego rozwiązanie tego typu raczej nie jest stosowane.

długa gałązka (kompensacja)

6

9.3. Tok postępowania przy obliczaniu instalacji c.o. parowego

Kryterium doboru średnic przewodów parowych jest maksymalna dopuszczalna prędkość
przepływu. Rozróżnia się przy tym dwa przypadki, pierwszy, gdy wykroplony kondensat
przepływa w tym samym kierunku co para (spadek przewodów zgodny z kierunkiem
przepływu), drugi, gdy przepływ pary jest przeciwny do kierunku przepływu kondensatu
(spadek przewodu przeciwny do kierunku przepływu). Reguły te dotyczą również przewodów
pionowych.

Maksymalne prędkości przepływu pary w instalacji centralnego ogrzewania niskoprężnego [2], m/s

Przepływ pary i kondensatu

Średnica nominalna przewodu,

mm

zgodny

Przeciwny

do 15

15

6

20

18

7

25

22

8

32

23

9

40

25

10

50

30

12

powyżej 50

40

15

Średnice przewodów kondensatowych zalanych przyjmuje się w zależności od długości „l”
(odległość od kotła do najniżej i najdalej położonego grzejnika. Średnice przewodów
odpowietrzających przewody kondensatowe zalane przyjmuje się (niezależnie od długości
instalacji) wg kol. 4 tabeli,

Średnice przewodów kondensatowych [2]:

Przewody nie zalane

Przewody zalane

poziome lub pionowe

poziome

pionowe

l < 50 m oraz

odpowietrzające

50 m < l < 100 m

l > 100 m

Średnica

nominalna
przewodu,

mm

Ilość ciepła jaką oddaje para w trakcie kondensacji w odbiornikach ciepła, z których pochodzi kondensat, W

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

15

4.650

6.980

32.565

20.935

9.305

20

17.450

25.590

81.410

52.335

29.075

25

32.560

48.845

145.375

93.040

46.520

32

79.085

116.300

314.010

203.525

98.885

40

120.950

180.265

436.125

290.750

133.745

50

250.045

372.160

755.959

511.720

250.045

65

581.500

872.250

1.744.500

1.221.150

581.500

80

872.250

1.302.560

2.616.750

1.744.500

872.250

100

1.453.750

2.151.550

9.885.500

2.791.200

1.453.750

Kolejność postępowania przy projektowaniu instalacji:
1. Obliczenie strat ciepła pomieszczeń, dobór i rozmieszczenie grzejników, dobór i

rozmieszczenie źródła ciepła

2. Rozmieszczenie pionów na rzutach kondygnacji, rozmieszczenie pionów na rzucie

piwnicy (analogicznie do rozmieszczenia na rzutach kondygnacji), rozprowadzenie
przewodów w piwnicy oraz podłączenie instalacji do źródła ciepła (kotła).

3. Wykonanie rysunku rozwinięcia instalacji c.o.
4. Obliczenia hydrauliczne i dobór średnic przewodów parowych
4.1 Określenie wymaganego ciśnienia pary w odbiornikach pary (grzejnikach)

Jeżeli nie dysponujemy danymi producenta można przyjąć [2]:
grzejniki konwekcyjne: 200 dPa, nagrzewnice wentylacyjne i wymienniki ciepła: 300 dPa

7

4.2 Podział instalacji na działki obliczeniowe (odcinki instalacji o stałym strumieniu masy,

stałej średnicy i zgodności kierunku przepływu pary z przepływem wykroplonego
kondensatu)

4.3 Określenie strumieni przepływu pary w działkach obliczeniowych

m = 3600 Q / r, kg/h

(9.5)

gdzie:
Q – obciążenie cieplne działki obliczeniowej, kW
r – ciepło parowania wody dla danego ciśnienia, kJ/kg

4.4 Określenie oporów liniowych i miejscowych poszczególnych działek i zsumowanie ich

dla obiegu grzejnika najniekorzystniej usytuowanego.

4.5 Określenie wymaganego ciśnienia roboczego w kotle (co najmniej równego sumie

oporów przepływu i ciśnienia w odbiorniku ciepła dla obiegu najniekorzystniejszego)

4.6 Dobór zabezpieczeń kotła (jednosyfonowy przyrząd bezpieczeństwa)
4.7 Obliczenia i dobór średnic obiegów pozostałych grzejników. Nadmiar ciśnienia (liczony

jako ciśnienie robocze w kotle pomniejszone o opory przepływu dla obiegu grzejnika) nie
powinien przekroczyć 25% ciśnienia dyspozycyjnego [2]. Dlatego też warto pamiętać,
aby dla magistrali obliczeniowej (obieg najniekorzystniej usytuowanego grzejnika)
kierując się maksymalnymi prędkościami przepływu stosować pewien zapas, który
pozwoli na zrównoważenie hydrauliczne pozostałych obiegów – bez konieczności
przekraczania prędkości przepływu w pozostałych obiegach lub kryzowania obiegów

W przypadku nadwyżki ciśnienia powyżej wskazanej dopuszczalnej wielkości można
dobrać kryzę o niezbędnej średnicy korzystając np. ze wzoru [2]:

4

┌───┐

d

kr

= 0,52 √ Q

2

/Δp , mm

(7.13)

gdzie:

Q – moc cieplna przenoszona przez parę niskoprężną przepływającą przez przewód na którym montowana

jest kryza, W

Δp – spadek ciśnienia na kryzie, dPa

Średnica kryzy nie powinna być mniejsza niż 4 mm.

opracował
dr. inż Bogdan Nowak,
Wrocław, 1-4 maja 2003

Literatura:
1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002r w sprawie warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75 poz.
690)

2. K. Pieńkowski, D. Krawczyk, W. Tumel, Ogrzewnictwo t. 2, Rozprawy naukowe nr 65,

Politechnika Białostocka, Białystok 1999

3. Rietschel/Rais, Ogrzewanie i klimatyzacja t. 2, Arkady, Warszawa 1973.
4. Recknagel-Sprenger-Honman-Schramek, Ogrzewanie i klimatyzacja, EWFE, Gdańsk

1994

5. PN-75/B-02412 Zabezpieczenie urządzeń wytwarzających parę niskoprężną. Wymagania