Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

1. W

ę

zeł ciepłowniczy

Węzeł ciepłowniczy łączy zewnętrzną siec ciepłowniczą z instalacją

c.o. i c.w.u. W skład węzła wchodzi zespół przewodów, urządzeń i
armatury znajdujący się między zaworami odcinającymi zewnętrzną siec
ciepłowniczą i zaworami odcinającymi instalację w budynku.

1.1. Zadania w.c.:

•

przekazywanie energii cieplnej z sieci ciepłowniczej do instalacji c.o.
i c.w.u.;

•

obniżenie temperatury i ciśnienia czynnika grzejnego;

•

wywołanie krążenia czynnika grzejnego w instalacji c.o.;

•

zabezpieczenie instalacji c.o. przed wzrostem ciśnienia.

1.2. Rodzaje w

ę

złów cieplnych

W zależności od sposobu przekazywania energii cieplnej węzły

ciepłownicze można podzielić na:

•

Węzły z bezpośrednim połączeniem instalacji z siecią:

◊

węzeł bez możliwości obniżenia temperatury i ciśnienia czynnika
(woda z sieci trafia bezpośrednio do nagrzewnic powietrza);

◊

węzeł

hydroelewatorowy,

dający

możliwość

obniżenia

temperatury i ciśnienia czynnika;

◊

węzeł ze zmieszaniem pompowym, dający możliwość obniżenia
temperatury i ciśnienia czynnika w większym zakresie niż
poprzedni;

•

Węzły z pośrednim połączeniem instalacji z siecią:

◊

są to węzły wymiennikowe;

1.3. Dobór wymienników c.o. w w

ęź

le

ciepłowniczym

1

°°°°

Dane wyjściowe:

•

obliczeniowe parametry wody sieciowej: ...........................T

z

/T

p

[

°°°°

C];

•

obliczeniowe parametry wody instalacyjnej:......................t

z

/t

p

[

°°°°

C];

•

obliczeniowa moc cieplna wymiennika:.............................Qo [W];

•

obliczeniowa temperatura w pomieszczeniach budynku:...t

i

[

°°°°

C];

•

obliczeniowa temperatura na zewnątrz budynku................t

eo

[

°°°°

C].

2

°°°°

Wybór najniekorzystniejszego punktu pracy wymiennika

T

z
X

= 70

o

C

t

ex

t

eo

Punkt załamania wykresu

regulacyjnego ze wzglêdu na

c.w.u.

T

z

Rys. 1. Wykres regulacyjny dla sieci ciepłowniczej

Najbardziej niekorzystnym punktem pracy dla wymiennika c.o. jest punkt
załamania wykresu regulacyjnego (rys. 1). Spadek temperatury T

z

powoduje wzrost lepkości wody w wyniku czego spada współczynnik
przenikania ciepła U wymiennika.

Z tego względu wymienniki ciepła dla instalacji c.o. należy dobierać
na warunki pracy w punkcie załamania wykresu (Tz = 70

°°°°

C).

3

°°°°

Wymagana moc cieplna wymiennika w punkcie załamania

wykresu regulacyjnego:

[W]

;

Q

=

Q

o

x

x

⋅

ϕ

[ 1 ]

gdzie:

ϕ

x

- współczynnik obciążenia cieplnego budynku dla punktu

załamania wykresu regulacyjnego

Wartość

ϕ

x

można określić przekształcając wzór na temperaturę wody

sieciowej w funkcji obciążenia cieplnego postaci:

(

)

ϕ

ϕ

⋅

−

−

−

−

⋅

























2

p

T

1

1

p

t

z

t

p

T

z

T

+

p

t

+

m

+

ar

∆t

+

i

t

=

zx

T

[ 2 ]

gdzie:

m - współczynnik charakterystyki cieplnej grzejników;

∆

t

ar

- średnia arytmetyczna różnica temperatury wody instalacyjnej i

powietrza w pomieszczeniu:

[ ]

K

;

t

t

+

t

=

∆t

i

p

z

ar

−

2

[ 3 ]

4

°°°°

Obliczeniowy strumień wody instalacyjnej:

(

)

]

[

;

t

t

c

Q

=

m

p

z

w

o

i

kg/s

−

⋅

[ 4 ]

gdzie:

Q

o

- obliczeniowa moc cieplna wymiennika, W;

c

w

- ciepło właściwe wody, 4186 J/kg

⋅

K;

t

z

- obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację c.o.,

°

C;

t

p

- obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji c.o.,

°

C.

5

°°°°

Obliczeniowy strumień wody sieciowej:

(

)

]

[

;

T

T

c

Q

=

m

p

z

w

o

s

kg/s

−

⋅

[ 5 ]

gdzie:

T

z

- obliczeniowa temperatura wody zasilającej wymiennik c.o.,

°

C;

T

p

- obliczeniowa temperatura wody powracającej z wymiennika c.o.,

°

C.

Strumienie wody są stałe i nie zmieniają się w funkcji T

z

m

ix

= m

i

= const;

m

śx

= m

ś

= const;

6

°°°°

Parametry wody sieciowej i instalacyjnej w punkcie załamania

wykresu regulacyjnego:

∆∆∆∆

t

1x

∆∆∆∆

t

2x

t

zx

t

px

T

zx

T

px

Q

x

Z punktu za³amania wykresu reg. sieci

Z wykresu reg. instalacji c.o.

t [

o

C]

l [m]

Rys.. 2. Przebieg zmian temperatury czynników w wymienniku

przeciwprądowym

Temperatura wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

[°C]

;

c

m

Q

T

=

T

w

s

x

zx

px

⋅

−

[ 6 ]

Temperatura wody zasilającej instalację c.o.:

(

)

[°C]

;

p

t

z

t

+

m

+

ar

∆t

+

i

t

=

zx

t

2

1

1

−

⋅

⋅

ϕ

ϕ

[ 7 ]

Temperatura wody powrotnej w instalacji c.o.:

(

)

[°C]

;

p

t

z

t

m

+

ar

∆t

+

i

t

=

px

t

2

1

1

−

⋅

−

⋅

ϕ

ϕ

[ 8 ]

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Współczynnik przenikania ciepła U

f

e

px

d

zx

n

i

m

s

F

T

T

m

m

C

=

U

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

;[ kW/m

2

·K ] [ 12 ]

gdzie:
C,m,n,d,e,f – stałe dla danego wymiennika (tabl. 1);

[ - ]

T

z

– temperatura zasilania wody sieciowej;

[ °C ]

T

p

– temperatura powrotu wody sieciowej;

[ °C ]

t

p

– temperatura wody instalacyjnej ogrzewanej („zimnej”);

[ °C ]

t

z

– temperatura wody instalacyjnej ogrzanej („ciepłej”);

[ °C ]

m

s

– przepływ wody sieciowej;

[ kg/s ]

m

i

– przepływ wody instalacyjnej;

[ kg/s ]

F – sprawność wymiennika wyrażona zależnością:

px

zx

px

zx

t

T

T

T

=

F

−

−

;[ - ] [ 13 ]

TYP

JAD XK

3.18

JAD XK

6.50

JAD XK

6.50.10

JAD XK

9.88

JAD XK

12.114

A

[m

2

]

2,12

5,9

4,8

10,8

17,8

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

r

a

1,615862

1,572235

1,877760

1,757390

1,650065

r

b

4,574711

2,708050

1,791759

1,625311

1,7631629

p

a

1,9901902

1,7992744

1,872958

1,950085

1,5032758

p

b

1,5977422

0,7637724

0,0060483

-1,22066

-0,454742

Opory przepływu:

Opory przepływu wody w rurkach (po stronie sieciowej):

b

r

+

)

s

(m

a

r

e

=

r

p

ln

⋅

[ kPa ] [ 14 ]

Opory przepływu wody w płaszczu (po stronie instalacyjnej):

b

p

+

)

i

(m

a

p

e

=

p

p

ln

⋅

[ kPa ] [ 15 ]

Algorytm doboru wymiennika:

1.

Obliczenie wartości wyjściowych: Q

x

, T

p

, t

z

, t

p

;

2.

Obliczenie wartości U wymiennika;

3.

Obliczenie wartości U

eksp

wymiennika z zależności:

λ

eksp

R

+

U

=

U

1

1

[ kW/m

2

·K ] [ 16 ];

gdzie:
R

λ

– obliczeniowy opór przewodzenia przez ściankę rury wraz z

zanieczyszczeniami (0,1 ÷ 0,2 m

2

·K/kW);

4.

Obliczenie wymaganej powierzchni wymiany ciepła w
wymienniku:

log

∆t

eksp

U

x

Q

=

A

⋅

[ m

2

] [ 17 ];

;

∆t

∆t

∆t

∆t

=

∆t















−

1x

2x

ln

1x

2x

log

[ K ] [ 18 ]

gdzie:

∆∆∆∆

t

1x,

∆∆∆∆

t

2x

- różnice temperatury w wymienniku (Rys. 2.) obliczone ze

wzorów:

[K]

;

t

T

=

∆t

zx

zx

1x

−

[ 19 ]

[K]

;

t

T

=

∆t

px

px

2x

−

[ 20 ]

5.

Sprawdzenie warunku:

%

5

100

≤

⋅

−

rz

rz

A

A

A

[ 21 ]

6.

Jeżeli warunek 5. nie jest spełniony wówczas

a)

dobieramy inny typ wymiennika

b)

zmniejszamy strumień wody sieciowej

c)

łączymy szeregowo lub równolegle wymienniki i przechodzimy
do p-ktu 2.

Wymiary geometryczne wymienników pokazane są na załączonych
kartach katalogowych.
Przykładowe wymiary wymiennika (JAD XK 3.18)

1.4. Pomieszczenia w

ę

złów

ciepłowniczych

W pomieszczeniu węzła ciepłowniczego wszystkie elementy

wyposażenia powinny być łatwo dostępne podczas eksploatacji i
konserwacji. Należy przyjmować następujące odległości od ścian i między
urządzeniami:

•

odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu od ściany lub
powierzchni izolacji sąsiedniego przewodu nie mniejszą niż 0.2 m.,

•

odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu i urządzenia od
podłogi pomieszczenia węzła nie mniejszą niż 0.3 m.,

•

wysokość prowadzenia przewodów w miejscach przejścia (drogi
komunikacyjne) - min. 2 m. licząc od spodu izolacji cieplnej,

•

odległość między fundamentami pomp lub zestawu dwu pomp co
najmniej 0.5 m.,

•

odległość między fundamentami pomp a ścianą pomieszczenia węzła
co najmniej 0.5 m.,

•

odległość między zewnętrzną powierzchnią izolacji cieplnej
wymiennika, a ścianą pomieszczenia nie mniejszą niż 0.3 m.

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

W

Ę

ZEŁ BEZPO

Ś

REDNI C.O.

W

Ę

ZEŁ HYDROELEWATOROWY C.O.

W

Ę

ZEŁ ZMIESZANIA POMPOWEGO

W

Ę

ZEŁ WYMIENNIKOWY

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

2

11

1

6

9

15

14

5

t

i

t

e

1

3

11

17

16

10

4

7

8

12

13

1. Wymienniki
2. Odmulacz siatkowo - inercyjny
3. Regulator przepływu
4. Siłownik regulatora przepływu
5. Elektroniczny regulator temperatury c.o.
6. Wodomierz
7. Przelicznik wskazujący
8. Czujnik temperatury
9. Filtr siatkowy

10. Kryza dławiąca
11. Zawór kulowy kołnierzowy
12. Zawór kulowy gwintowany, spawany lub kołnierzowy
13. Zawór zwrotny
14. Zawór bezpieczeństwa sprężynowy
15. Naczynie wzbiorcze przeponowe
16. Pompa obiegowa c.o.
17. Odmulacz