background image

Obliczanie zapotrzebowania ciepła na przygotowanie  

ciepłej wody użytkowej 

 
Zapotrzebowanie mocy cieplnej do przygotowania c.w.u. w budynkach mieszkalnych 
wyznacza się zgodnie z normami polskimi w oparciu o zapotrzebowanie ciepłej wody dla 
jednej osoby przyjmowane w wysokości 110 – 130 dm

3

/osobę i dobę. 

 

        

 

background image

Uzyskane w oparciu o te wskaźniki oraz współczynniki nierównomierności godzinowej 
poboru wody maksymalne zapotrzebowanie na moc cieplną 

max

cwu

Q&

 jest wielkością 

zawyżoną (w Niemczech zużycie ciepłej wody kształtuje się, w zależności od standardu 
mieszkania, na poziomie 10 – 80 dm

3

/osobę i dobę). 

 

 

background image

 

background image

 

background image

 

 
Przyjmuje się, że temperatura zimnej wody wynosi +10

o

C, jednakże może się ona wahać 

w granicach 5…15

o

C. 

Temperaturę ciepłej wody przyjmuje się następująco; dla umywalni, natrysków i łazienek: 
35 do 45

o

C; dla kuchni: 55 do 60

o

C oraz dla celów przemysłowych: do 100

o

C. 

background image

W celu ograniczenia szkód korozyjnych i strat energii nie powinno się przekraczać 
temperatury 60

o

C dla ciepłej wody w punkcie poboru (z uwzględnieniem możliwości 

wychłodzenia wody w wannie lub umywalce). 
 

1. Obliczenia na podstawie współczynnika jednoczesności (metoda Sandera) 

 
Obliczając godzinowe zapotrzebowanie na c.w.u. należy znać liczbę punktów 
czerpalnych ciepłej wody jednocześnie wykorzystywanych lub znać współczynnik 
jednoczesności działania 

ϕ

. Współczynnik ten uzyskuje się doświadczalnie. 

Maksymalne zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową jest wyznaczane dla budynków 
mieszkalnych w oparciu o liczbę wanien lub natrysków. 
Przy założeniu, że podczas normalnej kąpieli w wannie zużywa się 200 dm

3

 wody o 

temperaturze 40

o

C wciągu 12 min (system przepływowy), chwilowa wartość maksymalna 

zapotrzebowania ciepła dla jednego mieszkania wynosi: 
 

(

)

kW

35

10

40

19

,

4

60

12

200

max

=

=

=

t

c

m

Q

p

cwu

Δ

&

&

 

 
- jest więc bardzo wysoka, większa od zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania. 
Całkowite roczne zużycie ciepła do przygotowania c.w.u. jest nieznaczne i stanowi ok. 
15 – 20% zużycia ciepła do ogrzewania. 

background image

1.1. System pojemnościowy 

 
Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę 

V&

 dla n przeciętnych mieszkań 

przy zapotrzebowaniu dla jednej kąpieli 200 l/h wynosi: 
 

]

/h

dm

[

200

3

ϕ

=

n

V&

 

 
Przy czasie pracy (poboru) z

B

 = 2h, dzienne zapotrzebowanie na c.w.u. wynosi: 

 

]

/d

dm

[

400

2

3

ϕ

=

=

n

V

V

dz

&

&

 

 
Maksymalne zapotrzebowanie na ciepło dla temperatury ciepłej wody 40

o

C, 

c = 4,19 kJ/(kgK) = 1,16

⋅10

-3

 kWh/(kgK); 

(1kWh = 3600 kJ)  oraz 

ρ = 1 kg/dm

3

 

(

)

kW]

[

7

10

16

,

1

10

40

200

3

n

n

Q

=

=

ϕ

ϕ

&

 

 
gdzie: 

ϕ – współczynnik jednoczesności (lub wykorzystania); n – liczba wanien. 

 
Dla mieszkań z natryskami przy zużyciu 50 dm

3

 ciepłej wody na natrysk i dwóch 

natryskach na godzinę: 
 

(

)

kW]

[

5

,

3

10

16

,

1

10

40

100

3

n

n

Q

=

=

ϕ

ϕ

&

 

background image

 

Przykład 1: 
 
Dla 28 mieszkań  
z łazienką, maksymalne 
zapotrzebowanie na 
ciepło: 
 

kW

72

28

0,37

7

7

=

=

=

n

Q

ϕ

&

 

 
 
Przykład 2: 
 
Moc kotła dla zasobnika 
4800 l przy wymaganym 
czasie jego nagrzewania 
3 h oraz 

Δt = 35K: 

 

=

=

t

c

m

Q

p

Δ

&

 

kW

65

3600

3

35

19

,

4

4800

=

 

background image

1.2. System przepływowy 

 

 

Z powodu wysokich 
obciążeń, zapotrzebowanie 
na ciepło w systemie 
przepływowym jest 
większe:  
- dla łazienek z wanną: 

kW]

[

15

n

Q

=

ϕ

&

 

 
- dla łazienek z natryskiem: 

kW]

[

6

n

Q

=

ϕ

&

 

 
------------------------------------- 
 
Moc kotła dla zasobnika 
2700 l przy wymaganym 
czasie jego nagrzewania 
2,5 h oraz 

Δt = 50K: 

=

=

t

c

m

Q

p

Δ

&

&

 

kW

63

50

19

,

4

3600

5

,

2

2700

=

background image

1.3. Zaopatrzenie w ciepło z sieci ciepłowniczej 

 
Zapotrzebowanie na ciepło jest w znacznym stopniu zależne od liczby mieszkań  
i systemu przygotowania c.w.u. (przepływowy lub pojemnościowy). 
Dla jednego mieszkania zapotrzebowanie na c.w.u. wynosi: 
 
- dla systemu pojemnościowego: 

1 kąpiel/h = 200/3600

⋅(40 - 10)⋅4,2 = 7 kW 

 

- dla systemu przepływowego przy chwilowym przepływie 20 l/min: 
 20/60

⋅(50 - 10)⋅4,2 = 56 kW

 
Współczynnik jednoczesności 

ϕ dla 1000 mieszkań wynosi: 

 

dla systemu pojemnościowego 

ϕ = 0,20 

 

dla systemu przepływowego 

ϕ = 0,03….0,05. 

 
Wobec powyższego, dla n = 1000 mieszkań, jednostkowe zużycie ciepła wynosi: 
 

7

⋅0,20 = 1,4 kW (dla systemu pojemnościowego), 

 56

⋅0,04 = 2,24 kW (dla systemu przepływowego). 

 
Dla innej liczby mieszkań można wykorzystać poniższy wykres. 

background image

 

 
Przykład: 
Jak duże jest zapotrzebowanie na wodę grzewczą do podgrzania c.w.u. dla jednego 
mieszkania w zimie przy -15

o

C przy 1000 mieszkań? Woda grzewcza 110/60

o

C, 

wychłodzenie do 45

o

C. 

background image

Rozwiązanie: 

•  Dla systemu pojemnościowego: 

 

(

)

kg/h

18

45

110

19

,

4

3600

1

2

,

0

7

7

7

=

=

=

=

=

t

c

n

m

t

c

m

n

Q

Δ

ϕ

Δ

ϕ

&

&

&

 

•  Dla systemu przepływowego: 

 

(

)

kg/h

30

45

110

19

,

4

3600

1

04

,

0

56

56

56

=

=

=

=

=

t

c

n

m

t

c

m

n

Q

Δ

ϕ

Δ

ϕ

&

&

&

 

 
 

2. Obliczenia według liczby znamionowej mocy 

 
Zapotrzebowanie na ciepłą wodę dla budynku opisuje liczba znamionowa 
zapotrzebowania N, która zależy od liczby mieszkań jednostkowych. Podgrzewacze wody 
dobrane innymi metodami muszą tej liczbie odpowiadać. 
 

2.1. Mieszkanie jednostkowe 

 
Mieszkanie jednostkowe (charakterystyczne) to: 
- ilość pomieszczeń mieszkalnych (bez kuchni, przedpokoju, korytarza i łazienki) r = 4; 
- ilość zamieszkałych osób p = 3,5; 

background image

- wyposażone w wannę 150 l i dwa punkty poboru; 
- czas napełniania 10 min; 

- zapotrzebowanie na ciepło: 

Wh

5820

h

6

1

K

50

K

kg

J

4190

s

60

10

kg

100

=

=

v

w

 

 
- liczba znamionowa zapotrzebowania N = 1. 
 
Każde inne mieszkanie odpowiadające takiemu wyposażeniu sanitarnemu jest 
przeliczane na mieszkanie jednostkowe, np. wg poniższej tabeli, która podaje 
zapotrzebowanie na ciepło dla różnych punktów poboru: 
 

 

background image

Dla budynków projektowanych z n mieszkaniami, liczba znamionowa N wynosi: 

 

(

)

(

)

820

,

5

5

,

3

=

=

h

v

h

w

p

n

w

p

w

p

n

N

υ

υ

 

gdzie: 

υ - liczba punktów poboru. Do obliczeń można wykorzystać formularz jak poniżej: 

 

 

background image

2.2. Zapotrzebowanie na ciepłą wodę 

 
Zapotrzebowanie na c.w.u. ulega w ciągu dnia znacznym wahaniom. Przebieg 
zapotrzebowania na ciepło można ująć w zależności od liczby znamionowej N (rysunek 
poniżej). Krzywe na rysunku obrazują przebieg zapotrzebowania na ciepło w zależności 
od czasu.  
 

 

Przykładowo dla N = 100 
mieszkań standardowych 
zapotrzebowanie wynosi: 
 
dla 10 min   

65 kWh 

dla 30 min   

150 kWh 

dla 1 godz.   

230 kWh 

dla 7 godz.   

680 kWh 

 

background image

3. Moc kotła 

 
Moc kotła dla instalacji podgrzewania wody w budynkach mieszkalnych: 
 

]

kW

[

B

A

B

K

z

z

z

Q

Q

+

=

&

&

 

gdzie: 
z

A

 – liczba godzin nagrzewania do całkowitego podgrzania objętości zasobnika, 

z

B

 – liczba godzin pracy (użytkowania), 

Q&

 – zapotrzebowanie na ciepło, kW. 

 
Im większe z

A

, tym mniejszy kocioł, lecz większy zasobnik. 

 
Pojemność cieplna zasobnika:  
 

]

kWh

[

K

A

Q

z

C

&

=

 

background image

4. Objętość zasobnika 

 

4.1. System pojemnościowy 

 
Objętość zasobnika w systemie pojemnościowym wylicza się, dla dowolnie 
zakumulowanego ciepła, jako: 
 

(

)

]

l

[

b

t

c

C

b

t

t

c

C

V

u

o

s

=

=

Δ

 

gdzie: 
c = 1,16 

⋅ 10

-3

 kWh/(l 

⋅ K), 

t

o

 – średnia temperatura górnej warstwy wody w zasobniku, 

o

t

u

 – dopuszczalna temperatura dolnej warstwy wody w zasobniku (zależy od rodzaju 

zasobnika),

 o

C, 

b – współczynnik dodatkowy dla objętości martwej poniżej powierzchni grzewczej  

w zasobniku 

≈ 1,1…1,2. 

 
Przy dobrym uwarstwieniu, np. w pionowych zbiornikach ciepłej wody, można przyjąć: 
Δt = 60 – 10 = 50 K. 
Przy częściowym zmieszaniu: 

Δt = 60 – 25 = 35 K. 

 
Przy zaopatrzeniu w c.w.u budynków mieszkalnych określa się liczbę znamionową N,  
a następnie dobiera z katalogu producenta wielkość zasobnika. 

background image

4.1. System przepływowy 

 
Dla instalacji projektowanych w systemie przepływowym mają zastosowanie te same 
zależności, które obowiązują dla systemu pojemnościowego. 
Temperatura górnej warstwy wody t

o

 może być wyższa niż w systemie pojemnościowym, 

ponieważ woda magazynowana nie jest c.w.u., lecz wodą grzewczą. 
Dla t

o

 = 75

o

C i t

u

 = 45

o

C objętość zasobnika: 

 

]

l

[

6

,

28

30

16

,

1

1000

b

C

b

C

V

s

=

=

 

 

 

Przykład dla 100 mieszkań z wannami: 

kW

196

100

28

,

0

7

7

=

=

=

n

Q

ϕ

&

 

kWh

196

2

2

2

196

2

=

+

=

=

+

=

=

B

A

B

A

K

A

z

z

z

Q

z

Q

z

C

&

&

 

 

l

5300

1

,

1

35

16

,

1

196

1000

1000

=

=

=

b

t

c

C

V

s

Δ

 

 
 
Objętość zasobnika c.w.u. dla 
budownictwa mieszkaniowego 

background image

5. Powierzchnia grzewcza podgrzewaczy pojemnościowych 

 
Przy założeniu przekazywania do podgrzewacza pełnej mocy kotła: 
 

]

m

[

2

m

K

s

t

k

Q

A

Δ

=

&

 

 
k – współczynnik przenikania ciepła, W/(m

2

K), 

Δt

m

 – średnia różnica temperatur między czynnikiem grzewczym i wodą w podgrzewaczu. 

 

5.1. System pojemnościowy 

 

]

K)/W

m

[(

1

1

1

2

a

i

k

α

α

+

=

 

 
Przy przekazywaniu ciepła woda/woda: 
 

(

)

4

85

,

0

6

,

2

116

;

014

,

0

1

3370

d

t

t

w

R

a

w

i

+

=

+

=

α

α

 

gdzie: t

R

 – temperatura przewodu, 

o

C. 

background image

 

 
Wartości doświadczalne dla K = k 

⋅ Δt

m

•  gdy woda grzewcza 90/70

 o

C, a woda użytkowa 10/60

o

C: 

K = 11000…17000 W/m

2

 = 11…17 kW/m

2

•  gdy para 0,1 bar, a woda użytkowa 10/60

o

C: 

K = 45000 W/m

2

 = 45 kW/m

2

←  Współczynnik przenikania ciepła k 

dla średniej temperatury wody 
grzewczej t

w

 = 80

o

C przy różnych 

prędkościach przepływu wody w 

background image

5.2. Wymienniki przepływowe 

 
W tym systemie podstawą obliczeń jest minutowe szczytowe zapotrzebowanie na c.w.u. 
Dla budownictwa mieszkaniowego oraz dla temperatury w punkcie czerpalnym 60

o

C: 

 

]

l/min

[

n

P

a

L

 

gdzie: 
P – liczba osób w gospodarstwie domowym, 
n – liczba gospodarstw domowych, 
a – 8…12 zależnie od wyposażenia. 
 
Stąd powierzchnia grzewcza wymiennika: 
 

(

)

]

m

[

5

,

3

60

10

60

19

,

4

2

m

m

m

s

t

k

L

t

k

L

t

k

Q

A

Δ

Δ

Δ

=

=

=

&

 

 
Wartości doświadczalne: 
k = 1100…1700 W/(m

2

K) = 1,1…1,7 kW/(m

2

K), 

Δt

m

 = 20…25 K dla wody grzewczej 90/70

o

C, 

K = k 

⋅ Δt

m

 = 25000…35000 W/m

2

 = 25…35 kW/m

2

 
Dla wymienników ożebrowanych z zewnątrz, strata ciśnienia wynosi ok. 0,3…0,5 bar. 

background image

 

Zalecenia dotyczące wyboru systemu c.w.u.: 

 
 

•  dla instalacji zdecentralizowanych z jednym lub dwoma punktami czerpalnymi 

(łazienka i kuchnia) można stosować bezpośrednie przepływowe podgrzewacze 
wody zasilane gazem, energią elektryczną lub wymienniki ciepła. 

 
• dla małych obiektów w przypadku instalacji c.w.u. z jednym lub dwoma punktami 

czerpalnymi w niewielkiej odległości od kotła i na tej samej kondygnacji można 
zastosować kocioł dwufunkcyjny lub dwufunkcyjny z mini zasobnikiem ciepłej wody. 
Dzięki zasobnikowi uzyskujemy rezerwę wody o stałej temperaturze do 60

o

C, 

stabilizację temperatury c.w.u. z tolerancją do 1,5

o

C oraz możliwości poboru wody 

nawet przy bardzo małym przepływie  
0 – 2 dm

3

/min i niemal zerowym zapotrzebowaniu. 

 

 
•  dla centralnych instalacji c.w.u. o większej liczbie punktów czerpalnych usytuowanych 

na różnych kondygnacjach i z możliwością stosowania cyrkulacji można zastosować 
kocioł jednofunkcyjny współpracujący z podgrzewaczem pojemnościowym lub kocioł 
dwufunkcyjny z zasobnikiem. 

 

background image

 

Schemat współpracy zasobnika 
Celectic z kotłem dwufunkcyjnym
 
 
 
•  a) pompa zasilająca pracuje tylko w 

razie potrzeby, tzn. zanim zostanie 
uruchomiona, zostaje najpierw pobrana 
lub schłodzona pewna część wody 
użytkowej. Dla większego poboru 
należy więc zaprojektować pojemność 
zasobnika nieco większą niż w 
przypadku „b”. 

 
 

• b)pompa zasilająca pracuje w sposób 

ciągły – prawie zawsze cała zawartość 
zasobnika posiada zakładaną 
temperaturę (każde pobranie wody 
powoduje natychmiastowe podgrzanie).  

 

a) 

b) 

background image

 

background image

Moc cieplna podgrzewacza c.w.u. oraz kotła dwufunkcyjnego wynika z chwilowego 
poboru c.w.u. i dla standardowego mieszkania lub domu jednorodzinnego wynosi do 35 
kW. 

 
Najpopularniejszym źródłem ciepła dla układu przygotowania c.w.u. są zasobnikowe 
podgrzewacze pojemnościowe wody użytkowej. Dobór zasobnika przeprowadza się na 
podstawie stabelaryzowanych wartości współczynników wydajności N

L

 dla zasobników-

podgrzewaczy przygotowanych przez ich producentów. Zalecane stosowanie przewodu 
cyrkulacyjnego. 
 

background image

 

 
Przy projektowaniu wymienników pojemnościowych należy zwrócić uwagę na wymagania 
sanitarne, polegające na zabezpieczeniu przed skażeniem biologicznym c.w.u. głownie 
przez bakterie Legionella (zapalenie płuc, dolegliwości grypowe). Bakterie te rozmnażają 
się w ciepłej wodzie (32 – 42

o

C), a ulegają zniszczeniu w temperaturze 60 – 65

o

C. 

Najnowszym rozwiązaniem jest utrzymywanie temperatury wody w zasobniku na 
poziomie 60 – 65

o

C i mieszaniu jej z wodą zimną dla uzyskania wymaganej temperatury 

40 – 45

o

C (z wykorzystaniem zaworu mieszającego). 

background image

 

 

Warunek doboru zasobnika: 

N

N

L

 

gdzie: 
N

L

 – współczynnik wydajności podgrzewacza, 

N – współczynnik zapotrzebowania grupy mieszkań obsługiwanych przez zasobnik. 

background image

 
Podstawą doboru podgrzewacza zasobnikowego może być także zdolność (wydajność) 
grzewcza podgrzewacza [kWh], która określa przekazywaną ilość ciepła w podgrzewaczu 
przy założeniu, że temperatura c.w.u. w punktach czerpalnych wynosi 45

o

C.  

 

 

Dla systemu zasobnikowego przygotowania c.w.u. dla budynku o zapotrzebowaniu ciepła 
na cele c.o. > 20 kW, kocioł dobiera się na cele c.o. przyjmując, że c.w.u. będzie 
przygotowywana z pełnym priorytetem, tzn. na okres przygotowania c.w.u. zostanie 
wyłączona pompa obiegu c.o., a sam obieg zostanie odcięty tak, aby cała moc kotła 
służyła przygotowaniu c.w.u. Według wytycznych niemieckich wpływ zapotrzebowania 
ciepła dla przygotowania c.w.u. uwzględnia się poprzez dodanie do mocy ogrzewania 
instalacji do 20 kW dodatku „z

K

” na podgrzewanie wody użytkowej. Wielkość tego 

dodatku zależy od współczynnika N

L

 i min. czasu podgrzewu podgrzewacza. 

W wielu przypadkach kocioł dobrany dla instalacji c.o. można wykorzystać do 
równoczesnego przygotowania c.w.u. 

background image

 

Przygotowanie c.w.u. następuje w 
dwóch trybach pracy kotłowni: 
 

• pełen priorytet przygotowania 

c.w.u. (pompa ładowania 
zasobnika załączona, pompa 
instalacji c.o. wyłączona), 

 
• półpriorytet c.w.u. – moc cieplna 

wykorzystana do przygotowania 
c.w.u. i częściowo do ogrzewania 
budynku.  

 

background image

 

background image

 

 

background image

          

 

background image

 

 

Kocioł dwufunkcyjny z mini zasobnikiem c.w.u.