WYKŁAD 6

ROZKŁAD CIŚNIENIA W INSTALACJACH OGRZEWANIA I SIECIACH CIEPŁOWNICZYCH

Instalacje ogrzewania.

Ciśnienie statyczne lub (hydrostatyczne) występuje w instalacji ogrzewania, gdy ona nie pracuje ale jest wypełniona nie podgrzanym czynnikiem.

Instalacja centralnego ogrzewania typu otwartego.

Ciśnienie statyczne (hydrostatyczne) pochodzi od parcia słupa wody, im bardziej rozległa instalacja c.o. w kierunku pionowym tym większe ciśnienie w dolnej części instalacji. Instalacje ogrzewania budowane są w Polsce na ciśnienie maksymalne wynoszące 600 kPa. W bardzo wysokich budynkach (powyżej 50m) mogłoby dojść do przekroczenia tej wartości ciśnienia dopuszczalnego, dlatego instalacje buduje się dla pewnej ilości kondygnacji (np. 15) aby następnie powyżej zbudować kolejną, następną instalację grzewczą jako całkowicie nowy system przewodów.

W instalacji systemu zamkniętego zabezpieczonej hermetycznym naczyniem wzbiorczym ciśnienie statyczne jest sumą ciśnienia wyznaczonego jak dla instalacji otwartej (ciśnienia hydrostatycznego) oraz ciśnienia wstępnego gazu w tym naczyniu. W odniesieniu do ciśnienia wstępnego wymaga się, aby było co najmniej równe 0,2 bara czyli

ok.20 kPa, ze względu na potrzebę stworzenia w całej instalacji ogrzewania pewnego nadciśnienia.

Rys.1 Rozkład ciśnienia statycznego w instalacji zamkniętej.

Ciśnienie robocze w instalacji ogrzewania tzn. występujące w czasie jej pracy tj. podczas krążenia czynnika i podgrzewania go zmienia się. Mówi się, że dla pracy instalacji potrzebne jest wystąpienie pewnego ciśnienia czynnego, tzn. posiadającego zdolność do wywołania krążenia (ruchu) czynnika grzewczego. To ciśnienie czynne jest przede wszystkim spowodowane w instalacji ogrzewania pracą pompy cyrkulacyjnej

Zmiana ciśnienia zachodząca w instalacji w odniesieniu do poziomu ciśnienia statycznego zależy od usytuowania miejsca włączenia rury wzbiorczej (połączenia z naczyniem) względem króćców ssawnego i tłocznego pompy. Jeżeli miejsce włączenia znajduje się bliżej króćca ssawnego (jak na rysunku po lewej stronie) to w wyniku pracy pompy w większości instalacji ciśnienie wzrośnie. Poziom wody w piezometriach pokazanych na rysunku podniesie się. Wielkość tego przyrostu ciśnienia jest różna dla różnych części instalacji, ale największa przyrost nie przekracza ciśnienia pompy czyli całkowitej straty ciśnienia w instalacji.

Jeżeli zaś miejsce włączenia naczynia wzbiorczego znajduje się bliżej króćca tłocznego (jak na rysunku po prawej stronie) to w wyniku pracy pompy w większości instalacji ciśnienie obniży się. Poziom wody w piezometriach pokazanych na rysunku opadnie, gdyż pompa zasysa czynnik grzewczy z naczynia wzbiorczego poprzez całą instalację. Wielkość tego spadku ciśnienia jest różna dla różnych części instalacji, ale największa wartość nie przekroczy ciśnienia pompy czyli całkowitej straty ciśnienia w instalacji. Tylko w krótkim odcinku pomiędzy króćcem tłocznym i punktem włączenia rury wzbiorczej ciśnienie w bardzo nieznacznym stopniu wzrośnie. Podobnie można przedstawić te zmiany ciśnienia na rysunku z aksonometrycznym przedstawieniem instalacji ogrzewania systemu otwartego.

Rys.3 Rozkład ciśnienia w otwartej instalacji ogrzewania w wyniku pracy pompy cyrkulacyjnej zamontowanej :

1. króciec ssawny bliżej punktu włączenia naczynia wzbiorczego do instalacji

2. króciec tłoczny bliżej punktu włączenia naczynia wzbiorczego do instalacji

Podobnie zmiany ciśnienia spowodowane działaniem pompy występują w instalacji zamkniętej, zabezpieczonej hermetycznym naczyniem wzbiorczym.

Także tutaj usytuowanie króćca ssawnego pompy bliżej miejsca włączenia rury wzbiorczej powoduje zwiększenie średniego ciśnienia w instalacji w wyniku uruchomienia pompy.

Rys.4 Zmiana ciśnienia w instalacji zamkniętej w wyniku uruchomienia pompy, dla dwóch sposobów włączenia naczynia wzbiorczego.

W instalacji zamkniętej ponadto dochodzi również do zwiększenia ciśnienia na wskutek podgrzewania czynnika. Przyrost objętości jest kierowany do naczynia wzbiorczego, powodując sprężenie gazu i wzrost ciśnienia zarówno w przestrzeni gazowej jak i po stronie cieczy w instalacji. Im jest wyższa temperatura czynnika grzewczego tym większe ciśnienie będzie panować w instalacji.

Innym sposobem wywołania krążenia czynnika grzewczego (poza użyciem pompy) jest spowodowanie zróżnicowania temperatur czynnika w instalacji. Takie zróżnicowanie powoduje powstanie ciśnienia czynnego typu termodynamicznego lub grawitacyjnego.

Rys. 5 Schemat wyjaśniający mechanizm powstawania ciśnienia czynnego typu termodynamicznego w elementarnym obiegu ogrzewania.

Rys. 6 Zmiany gęstości wody wraz z temperaturą.

Powstające ciśnienie czynne wynika z różnych ciężarów słupów wody o tej samej wysokości. Spośród dwóch słupów cięższy jest ten, którego temperatura jest niższa (większa gęstość wody). Dla ciśnienia czynnego można wyprowadzić następująca zależność, dotyczącą obiegu na rys.5

gdzie; g - przyspieszenie ziemskie [m/s²]

h- odległość środka kotła i grzejnika [m]

- gęstość wody przy temperaturze powrotu i zasilania [kg/m³]

Na przykład dla temperatur 70 i 90 ^oC oraz h=1 m wielkość ciśnienia termodynamicznego wynosi p_T = 122,3 Pa.

Takie ciśnienie czynne mogą powodować rozregulowanie przepływu w instalacji pompowej tylko w przypadku budynków o znacznej wysokości, w których piony mają wysokość 30 m lub więcej. Wówczas następuje rozregulowanie przepływu w pionie jak na rysunku poniżej. Termodynamiczne ciśnienie czynne wspomaga przepływ przez grzejniki znajdujące się w górnej części pionu, natomiast utrudnia (hamuje) przepływ przez grzejniki znajdujące się w dolnej części pionu. W takim przypadku należy podjąć odpowiednie kroki zapobiegające temu rozregulowaniu. Działania takie sprowadzają się do wywołania większych spadków ciśnienia w działkach grzejnikowych, znacznie przekraczających największą wartość oczekiwanego ciśnienia termodynamicznego. Wówczas w działkach grzejnikowych stosuje się dodatkowe elementy wywołujące spadki ciśnienia. W przypadku instalacji w obiektach o niewielkiej wysokości (małej liczbie kondygnacji) wpływ termodynamicznego ciśnienia czynnego na rozkład ciśnienia w instalacji może być zaniedbany.

Rys. Krążenie czynnika grzewczego w pionie ogrzewania dwururowego spowodowane działaniem termodynamicznego ciśnienia czynnego.

Rozkład ciśnienia w sieci ciepłowniczej.

Jest on podobny do rozwiniętego wykresu ciśnień dla instalacji ogrzewania. Przedstawia wykres zmian ciśnienia w przewodzie zasilającym i powrotnym. Pochylenie tych linii zależy od jednostkowej straty ciśnienia w sieci.

W sieci musi być utrzymywane pewne wymagane ciśnienie zapobiegające odparowaniu czynnika grzewczego. Takie ciśnienie zwane ciśnieniem stabilizacji powinno być zachowane niezależnie od tego czy pompy obiegowe działają czy też nie. Dla sieci wodnych ciśnienia są znacznie wyższe niż dla instalacji ogrzewania z uwagi na ich rozległość oraz działanie ciśnienia hydrostatycznego w terenie zróżnicowanym wysokościowo.

Ciśnienie robocze wodnej (lub skroplinowej) sieci jest to maksymalne ciśnienie w przewodzie tłocznym za pompą obiegową zwiększone (lub zmniejszone) o hydrostatyczną różnicę ciśnienia, wynikającą z wysokości położenia najniższego punktu sieci i osią pompy.

Według największego ciśnienia roboczego dobiera się nominalne ciśnienie dla sieci ciepłowniczej (dla rur, armatury, złączek itp.)

Gdy robocze do 0,4 MPa to nominalne 0,4 MPa

gdy robocze od 0,4 -0,6 MPa to nominalne 0,6 MPa

gdy robocze do 0,6 - 1,0 MPa to nominalne 1,0 MPa

gdy robocze do 1,0 - 1,6 MPa to nominalne 1,6 MPa\

Ciśnienie próbne, któremu poddaje się wykonany odcinek sieci w czasie badań szczelności jest równe 1,25 ciśnienia roboczego, gdy ciśnienie robocze jest większe od 0,5 MPa.

Ogrzewnictwo i ciepłownictwo - wykłady

1

---