Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 1

1. Wodne grawitacyjne instalacje

centralnego ogrzewania

1.1 Wprowadzenie

Krążenie wody w instalacji spowodowane jest przez ciśnienie

grawitacyjne powstałe w wyniku różnicy gęstości wody w przewodach
zasilających i powrotnych. Wielkość ciśnienia grawitacyjnego (

∆∆∆∆

p

gr

)

zależy od różnicy gęstości wody oraz od różnicy wysokości między
ś

rodkiem grzejnika i środkiem źródła ciepła.

(

)

[Pa]

;

81

.

9

h

p

z

p

gr

⋅

⋅

−

=

∆

ρ

ρ

[ 1.1]

gdzie:

ρρρρ

p

- gęstość wody o temperaturze t

p

, kg/m

3

;

ρρρρ

z

- gęstość wody o temperaturze t

z

, kg/m

3

;

h

- różnica wysokości między środkiem grzejnika i środkiem źródła
ciepła (rys. 1.2), m.

Zastosowanie:

•

ogrzewanie niewielkich budynków z własnym źródłem ciepła;

•

odległość źródła ciepła do najdalszego pionu

≤

25 m;

•

różnica wysokości między środkiem najniższego grzejnika i
ś

rodkiem źródła ciepła

≥

2m.

Zalety:

•

pewne działanie (brak pompy obiegowej);

•

niskie koszty eksploatacyjne.

Wady:

•

ograniczony zasięg;

•

znaczna bezwładność;

•

duże średnice przewodów (wysokie koszty inwestycyjne);

1.2 Projektowanie sieci przewodów

Zadaniem sieci przewodów jest doprowadzenie odpowiedniej ilości

czynnika grzejnego do każdego grzejnika. Obliczeniowe strumienie wody
dopływającej do poszczególnych grzejników określa wzór:

(

)

[kg/s]

;

p

z

w

Ogrz

t

t

c

Q

G

−

⋅

=

[ 1.2]

gdzie:

Q

ogrz

- obliczeniowa moc cieplna grzejnika nie uwzględniająca
zysków ciepła, W;

c

w

- ciepło właściwe wody 4186 J/(kg

⋅

K);

t

z

- obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację,

°

C;

t

p

- obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji,

°

C.

Projektowanie sieci przewodów polega na dobraniu średnic przewodów i
elementów regulacyjnych w sposób zapewniający:

•

odpowiedni rozdział czynnika grzejnego do poszczególnych
grzejników;

•

stateczność cieplną i hydrauliczną instalacji;

•

optymalne koszty materiałowe i eksploatacyjne.

1

2

Rys. 1.1. Przykłady działek

1.2.1 Pojęcia podstawowe

Działka

- odcinek przewodu o stałej średnicy wraz z zamontowanymi
na nim urządzeniami, przez który płynie jednakowa ilość
wody

Obieg - w skład obiegu wchodzą:

•

ź

ródło ciepła (kocioł, wymiennik ciepła);

•

grzejnik;

•

przewody łączące źródło ciepła z grzejnikiem.

Obieg najbardziej niekorzystny - obieg przez najniżej zainstalowany

grzejnik znajdujący się w najdalszym pionie w stosunku do
ź

ródła ciepła.

Ciśnienie czynne

∆∆∆∆

p

cz

- różnica ciśnienia powodująca krążenie

czynnika grzejnego w poszczególnych obiegach (dla instalacji
grawitacyjnych

∆∆∆∆

p

cz

=

∆∆∆∆

p

gr

);

o

o

o

Kocioł

Grzejnik

Naczynie
wzbiorcze

Zawór
grzejnikowy

Samoczynny
odpowietrznik

Gał

ą

zki

Pion

Zawory
odcinaj

ą

ce

h

Rys. 1.2. Instalacja grawitacyjna z rozdziałem dolnym

1.2.2 Założenia

Przy projektowaniu sieci przewodów przyjmowane są następujące
założenia:

•

pomijamy wpływ schłodzenia wody w przewodach na wartość
ciśnienia grawitacyjnego (do obliczeń hydraulicznych zakładamy
wartość

ρρρρ

z

= const i

ρρρρ

p

= const odpowiadające obliczeniowym t

z

i

t

p.

);

•

przyjmujemy liniowe schłodzenie wody w źródle ciepła i w
grzejnikach;

•

ciśnienia czynne są różne w poszczególnych obiegach.

1.2.3 Obliczanie ciśnienia czynnego w obiegu

W instalacjach grawitacyjnych ciśnienie czynne w obiegu równe jest

ciśnieniu grawitacyjnemu i wynosi:

(

)

[Pa]

;

81

.

9

dod

z

p

cz

p

h

p

∆

+

⋅

⋅

−

=

∆

ρ

ρ

[ 1.3]

gdzie:

ρρρρ

p

- gęstość wody o temperaturze t

p

, kg/m

3

;

ρρρρ

z

- gęstość wody o temperaturze t

z

, kg/m

3

;

h

- różnica wysokości między środkiem grzejnika i środkiem źródła
ciepła (rys. 1.2), m;

∆∆∆∆

p

dod

- dodatkowe ciśnienie czynne spowodowane schłodzeniem wody

w przewodach rozprowadzających, [Pa]:

∆∆∆∆

p

dod

= 0 - dla rozdziału dolnego;

∆∆∆∆

p

dod

> 0 - dla rozdziału górnego (metoda obliczania w dalszej

części materiałów);

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 2

1.2.4 Określanie oporów hydraulicznych

działek

Opór hydrauliczny działki określa wzór:

∆∆∆∆

p

R L

Z

dz

==== ⋅⋅⋅⋅ ++++

; [Pa]

[ 1.4]

gdzie:

R - jednostkowa liniowa strata ciśnienia w przewodzie obliczona wg.

wzoru, Pa/m;

L - długość działki, m;
Z - straty ciśnienia wywołane przez opory miejscowe (wzór ), Pa;

Jednostkowe straty liniowe można określić ze wzoru:

R

d

w

w

====

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

λλλλ

ρρρρ

2

2

; [Pa / m]

[ 1.5]

gdzie:

λλλλ

- współczynnik oporów liniowych zależny od średnicy i
chropowatości przewodu oraz od prędkości przepływającego
czynnika;

d

w

- średnica wewnętrzna przewodu, m;

ρρρρ

z

- gęstość wody w przewodzie, kg/m

3

;

w - prędkość wody w przewodzie, m/s określona ze wzoru:

w

G

d

w

====

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

4

2

Π

Π

Π

Π

ρρρρ

; [m / s]

[ 1.6]

gdzie:

G - strumień masowy wody płynącej w działce, kg/s;

Wartość R można również odczytać z Nom. 1.1.
Do obliczania strat miejscowych służy wzór:

Z

w

====

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

∑

∑

∑

∑

ζζζζ

ρρρρ

2

2

; [Pa]

[ 1.7]

gdzie:

ΣΣΣΣζζζζ

- suma współczynników oporów miejscowych występujących na

działce;

Opory miejscowe na granicy działek zaliczamy do działki o mniejszym
przepływie.

Wartość Z można również odczytać z Nom. 1.2.

1.2.5 Określanie oporów hydraulicznych

obiegów

Opór hydrauliczny obiegu jest równy sumie oporów działek

wchodzących w jego skład:

(

)

[Pa]

;

1

1

∑

∑

=

=

∆

=

+

⋅

=

∆

n

i

dzi

n

i

i

i

i

obj

p

Z

L

R

p

[ 1.8]

1.2.6 Dobór średnic przewodów

Dobierając średnice należy mieć na uwadze spełnienia następującego

warunku:

Wartości oporu hydraulicznego i ciśnienia czynnego powinny być do
siebie zbliżone. Błąd nie powinien przekraczać 10 %:

∆∆∆∆

∆∆∆∆

p

p

cz

obj

≈≈≈≈

≤≤≤≤

;

10%

δδδδ

Dobór średnic należy rozpoczynać od najbardziej niekorzystnego obiegu.
Do wstępnego doboru średnic określamy orientacyjną jednostkową stratę
ciśnienia która:

•

dla najniekorzystniejszego (pierwszego) obiegu wynosi:

(

)

[Pa/m]

;

67

.

0

5

.

0

1

∑

∆

⋅

÷

=

i

cz

or

L

p

R

[ 1.9]

•

dla kolejnych obiegów wynosi:

(

)

(

)

(

)

[Pa/m]

;

67

.

0

5

.

0

.

.

∑

∑

+

⋅

−

∆

⋅

÷

=

n

wsp

dz

cz

or

L

Z

L

R

p

R

[ 1.10]

gdzie:

∆∆∆∆

p

cz

- ciśnienie czynne w obiegu, Pa;

ΣΣΣΣ

L

- suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu,
m;

ΣΣΣΣ

L

n

- suma długości nowych działek w obiegu, m;

ΣΣΣΣ

(RL+Z)

dz.wsp.

- suma oporów hydraulicznych działek wspólnych, Pa.

Przewody blisko źródła ciepła dobieramy dla R nieco większego od R

or

a

przewody blisko grzejników dla R mniejszego od R

or

.

Po wstępnym dobraniu średnic należy sprawdzić, czy spełniony został
wcześniej podany warunek.

(

)

(

)

%

10

%

100

≤

⋅

∆

+

⋅

−

∆

=

∑

cz

obiegu

cz

p

Z

L

R

p

δ

[ 1.11]

gdzie:

∆∆∆∆

p

cz

- ciśnienie czynne w obiegu, Pa;

ΣΣΣΣ

(RL+Z)

obiegu

- suma oporów hydraulicznych działek w obiegu, Pa.

Jeśli powyższa zależność nie jest spełniona, to należy zmienić średnice
przewodów, a w przypadku wyczerpania wszystkich możliwości
zastosować elementy dławiące nadmiar ciśnienia w obiegu.

1.2.7 Określanie nadmiarów ciśnienia w

obiegach

Nadmiary ciśnienia do zdławienia w poszczególnych obiegach wyznacza
się z zależności:

(

)

[Pa]

;

,

,

,

∑

+

⋅

−

∆

=

∆

i

obiegu

i

cz

i

nad

Z

L

R

p

p

[ 1.12]

gdzie:

∆∆∆∆

p

cz,i

- ciśnienie czynne w i-tym obiegu, Pa;

ΣΣΣΣ

(RL+Z)

obiegu,i

- suma oporów hydraulicznych działek w i-tym

obiegu, Pa.

1.2.8 Dobór elementów dławiących.

Namiary ciśnienia w obiegach należy dławić w działkach z

grzejnikami.
Do ich zdławienia należy stosować armaturę służącą do regulacji wstępnej
(zawory grzejnikowe i zawory odcinające z regulacją wstępną), lub kryzy
dławiące. W przypadku kryz dławiących ich średnicę można określić ze
wzoru:

d

G

p

kr

nad

====

⋅⋅⋅⋅

192

2

4

∆∆∆∆

; [mm]

[ 1.13]

gdzie:

G

- strumień masowy wody płynącej przez kryzę, kg/s;

∆∆∆∆

p

nad

- nadmiar ciśnienia do zdławienia, Pa.

1.2.9 Zasady rozmieszczania grzejników i

prowadzenia przewodów

Grzejniki:

Ze względu na warunki wymiany ciepła grzejniki należy umieszczać

pod oknami lub przy drzwiach balkonowych, przy ścianach zewnętrznych,
w miejscach zapewniających swobodny przepływ powietrza. Należy
unikać umieszczania grzejników pod stropem pomieszczenia oraz nie
dopuszczać do zbytniego osłonięcia grzejników przez obudowy.
Przewody:

Przy projektowaniu sieci przewodów należy zapewnić możliwość

prawidłowego odpowietrzenia i odwodnienia instalacji. Sieć przewodów
powinna możliwie najkrótszą drogą łączyć źródło ciepła z grzejnikami.

Zarówno w przypadku grzejników jak i przewodów należy brać pod

uwagę względy architektoniczne (estetyka, kolizje z konstrukcją budynku
i z innymi instalacjami).

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 3

Nom. 1.1. Określanie jednostkowych liniowych strat ciśnienia w przewodach

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 4

Nom. 1.2. Określanie strat ciśnienia w oporach miejscowych

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 5

1.2.10 Przykład projektowania sieci przewodów z rozdziałem dolnym

W oparciu o rzuty i rozwinięcie instalacji c.o. dobrać średnice przewodów dla obiegów przez grzejniki nr 1i nr 7 w pionie nr 7.

Dane wyjściowe:

•

parametry wody instalacyjnej: t

z

/t

p

= 90/70

°°°°

C;

•

w instalacji zastosowano grzejniki typu: T1;

•

oznaczenia działek i obciążenia cieplne oraz wymiary należy przyjąć zgodnie z załączonymi rysunkami.

Rys. 1. Rzut piwnic skala 1:100

3

4

2

1

6

5

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

Rys. 2. Rzut typowej kondygnacji skala 1:100

5

6

1

2

3

4

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 6

RB

H

NW

6

5

4

12

112

212

312

11

111

211

311

10

110

210

310

8

108

308

208

307

207

107

7

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

17

16

18

20

19

21

22

23

24

25

28

26

27

29

30

31

32

34

33

35

3.0

3.0

3.0

3.0

3.0

3.00

-

0.00

3.00

6.00

9.00

- 2.48

650

470

470

560

360

320

340

490

510

360

360

460

780

580

570

680

560

460

460

680

920

1710

2520

3660

460

820

1180

1690

5350

1240

2270

3310

4770

10120

10120

20240

"a"

"a"

Rys. 1.3. Rozwinięcie instalacji c.o. skala pionowa 1:100

0.25 m

0.25 m

0.20 m

0.30 m

0.10 m

Rys. 1.4. Schemat podłączenia grzejnika

t

°°°°

C

ρρρρ

kg/m

3

60

983.2

70

977.8

80

971.8

90

965.3

100

958.4

Gęstość wody w funkcji temperatury