Węzły ciepłownicze

Rodzaje węzłów ciepłowniczych

 

• Węzły ciepłownicze są elementem połączenia sieci

ciepłowniczej z instalacją w budynku.

• W odpowiednio wyposażonych węzłach ciepło może

być przetwarzane na potrzeby instalacji co. (węzły

co.), ciepłej wody użytkowej (węzły c.w.u.) lub

instalacji technologicznych (węzły technologiczne).

• W węźle mogą być zgrupowane urządzenia

przygotowujące nośnik ciepła przeznaczony do

różnych instalacji np. dla co. i c.w.u.

• Węzły ciepłownicze mogą być wykonywane jako:

• indywidualne - usytuowane w każdym budynku,

• grupowe - oddzielnie stojące budynki, w których

zgrupowane są urządzenia do przetwarzania ciepła

dostarczanego do instalacji co. i c.w.u., skąd nośnik

ciepła o obniżonych parametrach jest przesyłany do

kilku lub kilkunastu budynków.

Węzły bezpośrednie zasilania co

•Połączenie sieci ciepłowniczej z węzłem rozpoczyna się zaworami odcinającymi na zasileniu z
sieci (zawór 1) i na powrocie do sieci (zawór 2). Zaworami odcinającymi można zamknąć
dopływ nośnika ciepła do węzła ciepłowniczego podczas przerw eksploatacyjnych, awarii itd.
Aby umożliwić przepływ wody w sieci podczas odcięcia przepływu przez węzeł stosuje się tzw.
złącza obiegowe. Podczas pracy węzła, zawór na złączu jest zamknięty. Z chwilą zamknięcia
zaworów 1 i 2 otwiera się zawór 3 i nośnik ciepła przepływa przez złącze obiegowe. Każdy
węzeł jest wyposażony w manometry do pomiaru ciśnienia na zasileniu i powrocie w sieci
ciepłowniczej oraz w instalacji co. i termometry. Odmulacz służy do zatrzymywania
zanieczyszczeń. Kryza dławiąca służy do redukowania ciśnienia panującego w sieci do
ciśnienia wymaganego w instalacji co., a kryza pomiarowa - do ewentualnego pomiaru spadku
ciśnienia w węźle. Zawór bezpieczeństwa chroni instalację co. przed wzrostem ciśnienia
ponad wartość dopuszczalną. Na schemacie węzła pokazany jest także zawór regulacyjny,
którego otwarcie jest regulowane temperaturą powietrza zewnętrznego. Przed zaworem
umieszczono hydrocyklon.

• W węźle bezpośredniego zasilania, nośnik ciepła

wpływa bezpośrednio do instalacji wewnętrznej co.,

a jego parametry, tj. ciśnienie i temperatura, nie

zmieniają się - są takie jak w sieci.

• W związku z tym węzły tego typu mają dość

ograniczone zastosowanie.

• Nadają się tylko do budynków, gdzie instalacja może

mieć parametry takie jak sieć ciepłownicza.

• Do sieci o wysokich parametrach mogą być

podłączane w ten sposób budynki, w których

instalacje są wytrzymałe na zwiększone ciśnienie.

• Węzły bezpośrednie nadają się również do zasilania

budynków przemysłowych w ciepło technologiczne.

• Węzeł hydroelewatorowy jest

rodzajem węzła bezpośredniego
zasilania instalacji c.o. W węźle tym
następuje zmiana parametrów
nośnika ciepła, tzn. pewna redukcja
ciśnienia oraz zmiana temperatury.

•

Na rysunku pokazano rozkład ciśnienia,

prędkości i temperatury w

hydroelewatorze. Woda grzejna o

wysokiej temperaturze t

1

dopływa z sieci

ciepłowniczej do hydroelewatora o

ciśnieniu p

x

, z prędkością v

1

. U wylotu

dyszy wartość ciśnienia spada do p

m

, a

prędkość wzrasta do wartości v'

1

. W

przewodzie powrotnym sieci i w węźle

ciepłowniczym ciśnienie wody wynosi p

2

,

a jej prędkość - v

2

. Na skutek

podciśnienia panującego w komorze

podsysania, woda z przewodu

powrotnego jest zasysana do komory

podsysania, w której ciśnienie spada do

wartości p

m

, a prędkość wzrasta do v

2

. Na

wlocie do komory mieszania wartości

ciśnienia wody zasilającej i powrotnej

wyrównują się, natomiast prędkość wody

zasilającej v’

1

jest większa od prędkości

wody powrotnej v

2

. W komorze mieszania

następuje zmieszanie wody zasilającej z

wodą powrotną, a prędkość wody osiąga

wartość pośrednią v

3

. Wartość ciśnienia

nie zmienia się. W dyfuzorze prędkość

wody maleje do v

4

, a ciśnienie wzrasta

do p

3

. Uzyskuje się w ten sposób wzrost

ciśnienia wody powrotnej o wartość Δp

= p

3

- p

2

, co odpowiada wartości oporów

przepływu wody grzejnej w instalacji co.

•

Aby temperatura wody wchodzącej do instalacji w budynku miała żądane parametry,

wydatek hydroelewatora i średnicę dyszy dobiera się na podstawie obliczeń.

•

W komorze mieszania temperatura wody zasilającej i powrotnej osiągają wartość t

3

, która

zależy od współczynnika zmieszania hydroelewatora a. Współczynnik ten można obliczyć za

pomocą wzoru

•

(1)

•

w którym:

•

m

2

- strumień masy wody podsysanej przez hydroelewator,

•

m

1

- strumień masy wody w przewodzie zasilającym sieci ciepłowniczej.

•

Moc cieplna zawarta w wodzie sieciowej Q

1

zostaje oddana instalacji co, jako

•

Rozwijając powyższą równość, można ułożyć równania bilansu mocy cieplnych

•

(2)

•
•

Rozwijając powyższa równość, można ułożyć równania bilansu mocy cieplnych

•

(3) (4)

•

w których:

•

m

3

- strumień masy wody płynącej do instalacji co.,

•

m

1

- jak we wzorze (1),

•

t

x

- temperatura wody sieciowej (zasilanie),

•

t

2

- temperatura wody sieciowej (powrót) równa temperaturze wody podsysanej przez

hydroelewator,

•

t

3

- temperatura wody zasilającej instalację co.,

•

c

p

- ciepło właściwe wody w sieci ciepłowniczej,

•

c'

p

- ciepło właściwe wody w instalacji co.

•

 

•

Przyjmując, że w przybliżeniu c

p

= c'

p

można napisać, że

•

(5)

•

 

•

Po wprowadzeniu do układu równań

•

(6)

•

podzieleniu stronami powyższej równości przez m

1

i odpowiednim przekształceniu, otrzymano

zależność współczynnika zmieszania hydroelewatora w funkcji temperatury

•

(7)

•

Ciśnienie dyspozycyjne w sieci ciepłowniczej niezbędne do właściwej pracy instalacji wynosi

•

(8)

•

gdzie d to średnica dyszy hydroelewatora określona wg wzoru

•

(9)

•

 

•

w którym:

•

k - współczynnik doświadczalny (k = 1,15),

•

d

1

- średnica komory mieszania,

•

- wydatek równoważnikowy,

•

•

h - suma oporów przepływu nośnika ciepła przez węzeł i w instalacji co.

 

h

m

U

/

3





• Węzły zmieszania pompowego są jeszcze jednym typem węzłów

bezpośredniego zasilania (woda sieciowa wpływa bezpośrednio do
instalacji). Pompy mieszające wymuszają obieg nośnika ciepła w instalacji
co. oraz obniżają temperaturę wody zasilającej z sieci. Obniżenie
temperatury wody następuje w wyniku mieszania w określonym stosunku
wody sieciowej i wody powracającej z instalacji co. Stopień zmieszania
ustala się tak samo jak współczynnik zmieszania w hydroelewatorach.
Usytuowanie pomp mieszających (zasilenie lub powrót instalacji) zależy od
ciśnienia, jakie ma być wytworzone w instalacji co.

Węzły wymiennikowe c.o.

• Węzły wymiennikowe są węzłami pośredniego zasilania. Woda sieciowa i

woda w instalacji wewnętrznej znajdują się w odrębnych obiegach.
Odpowiednią temperaturę nośnika ciepła uzyskuje się w wymienniku ciepła,
gdzie woda sieciowa przekazuje ciepło wodzie ogrzewanej, krążącej w
instalacji c.o. Zaletami węzłów wymiennikowych są:

•  

uniezależnienie ciśnienia w instalacji c.o. od ciśnienia panującego w sieci

ciepłowniczej,

• zmniejszenie ubytków uzdatnionej wody

sieciowej.

Elementy węzłów co.

• W hydroelewatorze uzyskuje się wymagane

obniżenie temperatury wody sieciowej. Dysza

hydroelewatora jest wymienna, a jej średnicę

dobiera się na podstawie obliczeń.

• Do instalacji co. stosowane są

przeciwprądowe wymienniki ciepła.

• Aby zapewnić obieg nośnika ciepła w

instalacjach co., stosuje się pompy wirowe.

Najczęściej montuje się pompy na

przewodach bez konieczności wykonywania

fundamentów

Pompę typu CL - wirową odśrodkową o przepływie liniowym
stosuje się do maksymalnej temperatury 110°C . Wydajność
pomp o wysokości podnoszenia 1,0-3,6 m słupa wody wynosi
4,5-16,5 m

3

/h.

Charakterystyki i wymiary pomp typu CL

Wysokość

Prędkość

Silnik

elektryczny

Wymiary

Wydajność

Typ i wielkość

podnoszenia obrotowa

moc

napięcie

[m

3

/h]

[l/min

]

[m]

[obr/min] [kW]

[V]

H

K

d

L

[mm]

4,5

75

3,6

6,0

100

3,5

9,0

150

3,4

CL3.01

12,0

15,0

16,5

200

250

275

3,2 2,7

2,8

1370

0,25

1 faza 220

275

280

150

65

4,5

75

2,6

6,0

100

2,5

1450

0,22

3 fazy

220/380

278

CL 3.02

9,0

150

2,4

lub

lub

lub

lub

12,0

200

2,0

1350

0,25

1 faza 220

254

15,0

250

1,4

16,5

275

1,0

Pompy typu BW mogą być stosowane do ciepłej wody

użytkowej, a pompy typu HZ - do centralnego

ogrzewania.

a) typu BW, b) typu HZ

Charakterystyki pomp: a) typu BW, b) typu HZ400, c) typu
HZ600

• Do ochrony instalacji przed zanieczyszczeniami stosuje się

odmulacze (najczęściej pojemnościowe siatkowe. Zanieczyszczenia,
które znajdują się w sieci, mogą pochodzić z budowli (piasek, kawałki
betonu lub stali itp.) lub z eksploatacji sieci ciepłowniczej (osady
węglanowe, tlenki żelaza itp.). Zawiesiny te gromadzą się w
odmulaczu, gdyż prędkość wody wprowadzonej do tego urządzenia
maleje. Skuteczność zatrzymywania zanieczyszczeń można zwiększyć
dzięki wyposażeniu odmulaczy w siatki

• Filtroodmulniki magnetyczne służą do wychwytywania

zanieczyszczeń ferrytyczny. Działają na zasadzie wykorzystania sił
bezwładności, sił pola magnetycznego i zjawiska filtracji. Strumień
wody jest kierowany do dolnej części zbiornika. Po zmniejszeniu
prędkości przepływu, siłą bezwładności są wytrącane większe
zanieczyszczenia. Magnesy stałe wychwytują zanieczyszczenia
ferrytyczne. Małe zanieczyszczenia osiadają na filtrze.

Filtry siatkowe są stosowane do ochrony

urządzeń, zwłaszcza liczników ciepła i zaworów

regulacyjnych.

• Do zmiany temperatury wody zasilającej

instalację co., wentylacji i klimatyzacji stosuje

się regulację o działaniu ciągłym. W skład

układu regulacyjnego wchodzą:

• automatyczny zawór regulacyjny,

• napęd zaworu w postaci odpowiedniego silnika,

• regulator temperatury wody zasilającej w

funkcji warunków meteorologicznych,

• czujnik termometru oporowego do pomiaru

wartości wielkości regulowanej,

• czujnik termometru oporowego do pomiaru

temperatury powietrza zewnętrznego.

Regulacja

węzła

wymienni

kowego

c.o. i

wentylacj

i

Schemat montażowy licznika ciepła za

wodomierzem

Zasada pomiaru zużytego ciepła

• W skład układu pomiarowego wchodzą: wodomierz,

przelicznik i 2 czujniki temperatury umieszczone na

zasilaniu i powrocie. Wodomierz wysyła do przelicznika

impulsy, które odpowiadają ilości przepływającej cieczy.

Przelicznik oblicza zużytą moc cieplną Q, którą można

przyrównać do energii E, zgodnie ze wzorami:

•  

•

(10) (11)

•  

• w których:
• m

s

- strumień masy nośnika ciepła [kg/s],

• c

p

- ciepło właściwe nośnika ciepła [kJ/(kgK)j,

• ∆τ- różnica temperatury nośnika ciepła na zasilaniu x

z

i

powrocie x

p

[K],

• t - czas poboru mocy cieplnej [h],

• K - współczynnik korekcji entalpii i gęstości nośnika ciepła,

• V - objętość wody zmierzona przez wodomierz [m

3

].

•  

Pomieszczenia węzłów ciepłowniczych

• W dobrze zaprojektowanym węźle ciepłowniczym wszystkie elementy

wyposażenia są 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 instalacji przewodu i urządzenia od podłogi

pomieszczenia węzła nie mniejszą niż 0,3 m,

• wysokość prowadzenia przewodów w miejscach przejścia (drogi

komunikacyjne) - minimum 2 m, licząc od spodu izolacji cieplnej,

• odległość między fundamentami pomp lub zestawu 2 pomp co najmniej 0,5 m,

• odległość między fundamentami pomp a ścianą pomieszczenia węzła - co

najmniej 0,5 m,

• odległość między rozdzielaczami zestawu pomp a ścianą - co najmniej 0,15 m,

a odległość między bokiem zestawu pompowego a ścianą - co najmniej 0,7 m,

• odległość między fundamentami pomp lub zestawami pomp a elementami

węzła ciepłowniczego - co najmniej 1 m,

• odległość od kołnierza głowicy wymiennika rozbieralnego do ściany - co

najmniej 0,7 m,

• odległość między czołem wymiennika rozbieralnego a ścianą niezbędna do

demontażu wymiennika - równą długości wężownicy zwiększonej o 0,5 m,

• z jednej strony każdego wymiennika - wolną przestrzeń szerokości minimum 1

m,

• odległość między zewnętrzną powierzchnią izolacji cieplnej wymiennika lub

zasobnika a ścianą pomieszczenia - nie mniejszą niż 0,7 m, a w przypadku

wymienników nierozbieralnych pionowych - nie mniejszą niż 0,3 m.

Kompaktowe węzły ciepłownicze

•Węzeł kompaktowy jest to zespolona konstrukcja

przewodów i urządzeń wykonana w układach:

•jednofunkcyjnych (na cele co. lub c.w.u.),
•dwufunkcyjnych (co. + c.w.u.),
•trzyfunkcyjnych (co. + c.w.u. + wentylacja),
•do budynków jednorodzinnych.

•Węzeł jest dostarczany jako kompletnie zmontowany

zespół, który należy tylko połączyć z siecią ciepłowniczą

instalacjami (łącznie z elektryczną). Węzły te odznaczają

się:
•zwartą konstrukcją - co ogranicza do minimum wielkość

potrzebnego pomieszczenia,
•prostą i funkcjonalną automatyką,

•cichą pracą - na ogół stosuje się pompy bezdławnicowe,

•możliwością tworzenia różnych funkcjonalnie układów.

Kompaktowy węzeł ciepłowniczy