Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Strona 1
1. Zabezpieczenia instalacji
ogrzewa
ń
wodnych systemu
zamkni
ę
tego
Zabezpieczenia te wykonuje się zgodnie z PN - B - 02414
“Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z
naczyniami wzbiorczymi przeponowymi”.
Zadaniem zabezpieczenia jest przejmowanie zmian objętości czynnika
grzejnego oraz niedopuszczenie do nadmiernego wzrostu ciśnienia w
instalacji ogrzewczej.
Wymagania:
•
ogrzewania wodne grawitacyjne lub pompowe;
•
temperatura wody w instalacji nie większa niż 100
°
C;
•
Maksymalne ciśnienie w miejscu podłączenia naczynia wzbiorczego
nie większe niż 0.6 MPa;
•
ź
ródłem ciepła jest wymiennikowy węzeł cieplny, kotłownia z kotłami
gazowymi, olejowymi lub elektrycznymi (nie mogą być kotły opalane
paliwem stałym);
W skład urządzeń zabezpieczających instalację ogrzewczą systemu
zamkniętego wchodzą:
•
zawór bezpieczeństwa wraz z przynależnymi do niego rurami;
•
przeponowe naczynie wzbiorcze;
•
rura wzbiorcza;
•
osprzęt;
•
układ automatycznej regulacji przy źródle ciepła.
1. 1. Zawory bezpiecze
ń
stwa
Ź
ródła ciepła (kotły gazowe, kotły olejowe, kotły elektryczne,
wymienniki ciepła) należy wyposażyć w zawór bezpieczeństwa (każdy
kocioł musi mieć własny zawór bezpieczeństwa). Rodzaje zaworów
bezpieczeństwa:
•
ciężarkowy;
•
sprężynowy (preferowany typ);
•
membranowy.
Dobór zaworu
Minimalną
wewnętrzną
ś
rednicę
króćca
dopływowego
zaworu
bezpieczeństwa (d
o
) ustala się w następujący sposób:
a) gdy źródłem ciepła są kotły - wg PN-81/M-35360 i przepisów Urzędu
Dozoru Technicznego.
b) gdy źródłem ciepła są wymienniki - wg wzoru:
[
]
d
M
p
o
c
=
⋅
≥
54
15
1
α
ρ
mm oraz d
mm
o
[1.1]
w którym:
M masowa przepustowość zaworu bezpieczeństwa, kg/s;
α
c
dopuszczony współczynnik przepływu zaworu dla cieczy,
α
c
= 0.9
⋅α
crz
α
crz
rzeczywisty współczynnik wypływu zaworu wg PN-82/M-74101;
p
1
ciśnienie dopuszczalne w instalacji ogrzewania wodnego, bar;
ρ
gęstość wody sieciowej przy jej obliczeniowej temperaturze,
kg/m
3
.
Przepustowość zaworu bezpieczeństwa M, kg/s określa się ze wzorów:
•
jeżeli ciśnienie wody sieciowej jest równe lub mniejsze od ciśnienia
dopuszczalnego instalacji ogrzewania wodnego:
[
]
M
V
=
⋅
0 44
.
kg / s
[1.2]
w którym:
V pojemność instalacji ogrzewania wodnego, m
3
.
•
jeżeli ciśnienie wody sieciowej jest większe od ciśnienia
dopuszczalnego instalacji ogrzewania wodnego:
(
) [ ]
M
b A
p
p
=
⋅ ⋅
−
⋅
447 3
2
1
.
ρ
kg / s
[1.3]
w którym:
p
2
ciśnienie nominalne wody sieciowej, MPa;
p
1
,
ρ
jak we wzorze 1.1;
b
współczynnik zależny od różnicy p
2
- p
1
:
gdy p
2
- p
1
≤
5 bar to b = 1;
gdy p
2
- p
1
> 5 bar to b = 2;
A
powierzchnia
przekroju
poprzecznego
jednej
rurki
wężownicy, m
2
(dla wymienników płytowych A = 1
⋅
10
-4
m
2
, dla wymienników JAD A = 3.65
⋅
10
-5
m
2
).
Usytuowanie zaworu
Zawory bezpieczeństwa należy umieszczać bezpośrednio na kotłach
lub wymiennikach ciepła w górnej części ich przestrzeni wodnych lub na
rurach
odprowadzających
wodę
instalacyjną
przed
zaworami
odcinającymi , zgodnie z przepisami UDT.
Na odcinkach rur łączących przestrzeń wodną kotła lub wymiennika
ciepła z króćcem dopływowym zaworu bezpieczeństwa nie dopuszczalne
jest montowanie żadnej armatury odcinającej lub zmniejszającej pole
przekroju wewnętrznego rury.
Nastawianie zaworu
Zawór należy tak nastawić aby ciśnienie początku otwarcia (p
o
) było
równe dopuszczalnemu ciśnieniu roboczemu (p
rob
) wody w instalacji
ogrzewczej, a ciśnienie zamknięcia nie było mniejsze niż 0.8
⋅
p
o
. Po
nastawieniu zawór należy zaplombować.
1. 2. Przeponowe naczynie wzbiorcze
Dobór
•
Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego
V
V
u
= ⋅ ⋅
ρ
1
3
∆ν
dm
[1.4]
gdzie:
V
pojemność instalacji centralnego ogrzewania, m
3
ρ
1
gęstość wody instalacyjnej w temperaturze początkowej t
1
,
kg/m
3
; temperaturę początkową należy przyjmować t
1
= 10
o
C
∆ν
przyrost objętości właściwej wody instalacyjnej przy jej
ogrzaniu od temperatury początkowej t
1
do obliczeniowej
temperatury wody instalacyjnej na zasileniu t
z
, dm
3
/kg ;
wartości liczbowe podano w tablicy 1
t
z
obliczeniowa temperatura wody instalacyjnej na zasileniu,
o
C
t
p
obliczeniowa temperatura wody instalacyjnej na powrocie,
o
C
•
Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego powiększona o
rezerwę na ubytki eksploatacyjne wody
V
V
V E
uR
u
=
+ ⋅ ⋅
10
3
dm
[1.5]
gdzie:
V
u
, V jak we wzorze 1.4, m
3
E
ubytki
eksploatacyjne
wody
instalacyjnej
między
uzupełnieniami, %; przyjmuje się 1.0 %
•
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego
V
V
p
p
p
n
u
=
⋅
+
−
max
max
1
3
dm
[1.6]
gdzie:
V
u
pojemność użytkowa naczynia, dm
3
p
max
maksymalne obliczeniowe ciśnienie w wzbiorczym, bar,
wyznaczone wg tabeli 1.1;
p
ciśnienie wstępne w przestrzeni gazowej naczynia
wzbiorczego przeponowego przy temperaturze wody t
1
wyznaczone wg tabeli 1.1.
Tab. 1.1 Wartości ciśnienia wstępnego, maksymalnego oraz ciśnienia
początku otwarcia zaworu bezpieczeństwa.
Wariant podł.
p
p
max
p
o
1 rys 1.3
p
≥
p
st
+ 0.2
p
max
≤
p
o
p
o
≤
p
rob
2 rys 1.4
p
≥
p
st
+ H
po
p
max
≤
p
o
p
o
≤
p
rob
3 rys 1.5
p
≥
p
st
+ 0.2
p
max
≤
p
o
p
o
≤
p
rob
- H
po
[ ]
p
g h
st
n
=
⋅ ⋅
⋅
ρ
1
5
1 10
bar
[1.7]
gdzie:
p
o
ciśnienie początku otwarcia zaworu bezpieczeństwa;
p
rob
maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze w instalacji
ogrzewczej;
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Strona 2
H
po
maksymalna wysokość podnoszenia pompy obiegowej (przy
braku przepływu czynnika);
h
n
różnica wysokości między najwyższym punktem instalacji a
punktem podłączenia naczynia wzbiorczego, m
ρ
1
gęstość wody instalacyjnej w temperaturze początkowej t
1
,
kg/m
3
; temperaturę początkową należy przyjmować t
1
= 10
o
C
g
przyspieszenie ziemskie;
•
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego z uwzględnieniem
rezerwy na nieszczelności
V
V
p
p
p
nR
uR
R
=
⋅
+
−
max
max
1
3
dm
[1.8]
gdzie:
V
uR
, p
max
; jak we wzorze 1.6
p
R
ciśnienie wstępne w przestrzeni gazowej naczynia
wzbiorczego przeponowego uwzględnieniu rezerwy na
nieszczelności,bar, wyznaczone wg wzoru 1.9.
p
p
V
V
p
p
p
R
u
uR
o
=
+
+
⋅
+
−
−
−
max
max
max
1
1
1
1
1 bar
[1.9]
gdzie:
oznaczenia jak we wzorach wcześniejszych
•
Obliczenie średnicy rury wzbiorczej
Wewnętrzna średnica rury wzbiorczej powinna wynosić co najmniej:
d
V
u
=
⋅
0 7
.
mm
[1.10]
lub
d
V
uR
=
⋅
0 7
.
mm
[1.11]
lecz nie mniej niż 20 mm
Usytuowanie i podłączenie naczynia i rury wzbiorczej
•
W pomieszczeniu źródła ciepła lub w pomieszczeniu przylegającym
(w innych miejscach tylko w uzasadnionych przypadkach);
•
podłączenie przy pomocy rury wzbiorczej do przewodu zasilającego
lub powrotnego instalacji ogrzewczej za zaworami odcinającymi
poszczególne kotły lub wymienniki (np. wg rys. 1.2);
•
temperatura otoczenia nie mniejsza niż +5
°
C;
•
rura wzbiorcza prowadzona ze spadkiem (min 5
o
/
oo
) w kierunku
naczynia lub źródła ciepła;
Osprzęt
•
manometr na rurze wzbiorczej;
•
zawór odpowietrzający przestrzeń wodną naczynia i rurę wzbiorczą;
•
zawór spustowy umożliwiający całkowite opróżnienie rury wzbiorczej
i przestrzeni wodnej naczynia.
Układy automatycznej regulacji źródła ciepła
•
zabezpieczenie przed przekroczeniem obliczeniowej temperatury
zasilającej;
•
dla kotłów o łącznej mocy przekraczającej 100 kW automatyczne
wyłączanie kotłów przy braku wody na poziomie wyjścia z kotła.
Schematy podłączenia przeponowego naczynia wzbiorczego
Rys. 1.1. Schemat zabezpieczenia instalacji ogrzewania wodnego
systemu zamkniętego naczyniem wzbiorczym przeponowym z górną
przestrzenią gazową
Rys. 1.2. Schemat zabezpieczenia instalacji ogrzewania wodnego
systemu zamkniętego naczyniem wzbiorczym przeponowym z dolną
przestrzenią gazową
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Strona 3
Warianty podłączenia przeponowego naczynia wzbiorczego
Rys. 1.3. Wariant 1 podłączenie przed pompą na powrocie.
Rys. 1.4. Wariant 2 podłączenie za pompą na powrocie.
Rys. 1.5. Wariant 3 podłączenie na powrocie pompa na zasileniu.
1. 3. Przykład doboru naczynia
wzbiorczego i rury wzbiorczej
Dane wyjściowe:
pojemność zładu ok.: ............................................................... V = 3.8 m
3
;
różnica wysokości między najwyższym punktem
instalacji a punktem podłączenia naczynia wzbiorczego: ........ h
n
= 9 m;
maksymalna wysokość podnoszenia pompy ........................... H
po
= 0.25 bar;
maksymalne ciśnienie robocze w instalacji ............................ p
rob
= 5 bar;
maksymalna moc cieplna instalacji c.o. ................................... Q = 228 kW;
parametry pracy instalacji t
z
/t
p
................................................ 90/70
°°°°
C;
podłączenie naczynia ............................................................... wg wariantu nr 1.
Ciśnienie statyczne (wstępne) panujące w punkcie podłączenia naczynia
wzbiorczego:
p
p
st
=
+
=
⋅
⋅
⋅
+
=
0 2
999 7 9 81 9
1 10
0 2
11
5
.
.
.
.
. bar
ρρρρ
1
= 999.7 kg/m
3
dla t
1
= +10
°
C;
Jednostkowy przyrost objętości właściwej czynnika grzejnego dla t
z
-
t
i
=80K:
∆∆∆∆νννν
= 0.0356 dm
3
/kg
Wymagana pojemność użytkowa naczynia:
V
V
V
u
= ⋅ ⋅
=
⋅
⋅
=
ρ ∆
3 8 999 7 0 0356
135 2
3
.
.
.
. dm
Pojemność użytkowa naczynia z rezerwą na nieszczelności
V
uR
=
+
⋅
=
135 2 1% 3800
173 2
3
.
. dm
Ciśnienie wstępne pracy instalacji
p
r
=
+
+
⋅
+
−
−
− =
5 1
1
135 2
173 2
5 1
5 11
1
1 1 45
.
.
.
.
bar
Pojemność całkowita naczynia z rezerwą na nieszczelności
V
V
p
p
p
u
uR
r
=
⋅
+
−
=
⋅
+
−
=
max
max
.
.
.
1
173 2
5 1
5 1 45
292 7
3
dm
Dobrano naczynie wzbiorcze firmy REFLEX typ 300 N o następujących
parametrach:
•
pojemność całkowita: ................................................. V
n
= 300 dm
3
;
•
pojemność użytkowa przy p. = 5 bar i H
st
= 9 m: ....... V
u
= 196 dm
3
;
•
ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa ................. 5 bar,
•
ciśnienie zamknięcia zaworu bezpieczeństwa ............. 4 bar,
Sprawdzenie ciśnienia wstępnego w naczyniu wzbiorczym:
(
)
(
)
p
p
V
V
p
s
uR
n
=
−
⋅
+ =
= −
⋅ + =
≥
max
max
.
.
1
5
173 2
300
5 1
15 bar
0.9 bar
Ponieważ skorygowana wartość ciśnienia statycznego jest większa od
ciśnienia statycznego panującego w punkcie podłączenia (p
s
= 1.5 MPa),
naczynie wzbiorcze zostało dobrane prawidłowo (spełniony warunek
p
s
≥
p)
Ś
rednica rury wzbiorczej:
m
V
d
uR
m
2
.
9
2
.
173
7
.
0
7
.
0
=
⋅
=
⋅
=
Przyjęto rurę wzbiorczą Dn 25. Jest to średnica króćca wylotowego
naczynia przeponowego.
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Strona 4
1. 4. Przykład doboru zaworu
bezpiecze
ń
stwa
Wewnętrzna średnica króćca dopływowego
d
M
p
o
c
iR
=
⋅
54
α
Rzeczywisty współczynnik wypływu
α
rz
= 0.28
Dopuszczalny współczynnik przepływu
α
c
= 0.25
Maksymalne ciśnienie w sieci
p
2
= 16.0 bar
Maksymalne ciśnienie w instalacji
p
1
= 5.0 bar
Powierzchnia przekroju 1 rurki wężownicy
A = 3.62 10
-5
m
2
Przepustowość zaworu bezpieczeństwa
(
)
M
=
⋅ ⋅
⋅
⋅
− ⋅
=
−
447 3 2 3 62 10
16 5 930 5
3 28
5
.
.
.
.
kg / s
Wewnętrzna średnica króćca dopływowego zaworu bezpieczeństwa
d
o
= 54
3.28
0.25
5 930.5
= 23.7 mm
⋅
⋅ ⋅
Przyjęto zawór bezpieczeństwa sprężynowy, pełnoskokowy 32
×
50 mm
typu Si 6301, nastawa 5 bar, ciśnienie otwarcia 5 bar, ciśnienie
zamknięcia 4 bar, sprężyna 0.48
÷
0.63 MPa.
Rys. 1.6. Nomogram do określania orientacyjnej pojemności instalacji
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Strona 5
Rys. 1.7. Rozkład ciśnienia w instalacji c.o. wywołany przez pompę obiegową.
a)
Brak punktu stabilizacji ciśnienia (brak naczynia wzbiorczego)
b)
Układ z naczyniem wzbiorczym zamontowanym na powrocie pompy
c)
Układ z naczyniem wzbiorczym zamontowanym na zasileniu pompy
d)
Układ z naczyniem wzbiorczym zamontowanym na powrocie i zasileniu pompy
Rys. 1.8. Schemat ogrzewania pompowego z rozdziałem dolnym i wykres rozkładu ciśnienia.
