WYKŁAD 4

REGULACJA MOCY CIEPLNEJ DOSTARCZANEJ PRZEZ INSTALACJE OGRZEWANIA I SIECI CIEPŁOWNICZE

CHARAKTERSTYKA STATYCZNA OBIEKTU OGRZEWANEGO:

T_i - temperatura w obiekcie ogrzewanym [^oC]

T_e - temperatura zewnętrzna [^oC]

Q - moc cieplna (strumień ciepła) dostarczany do obiektu [W]

jednostkowe straty przenikania, wentylacyjne oraz infiltracyjne dla obiektu ogrzewanego w [W/K]

- stopień obciążenia instalacji ogrzewania lub systemu ciepłowniczego

dla temperatur T_e <

np. dla T_i=20^oC ,
^oC

dla T_e= -10 ^oC

dla T_e= -5 ^oC

dla T_e= 0 ^oC

dla T_e= 5 ^oC

dla T_e= 10 ^oC

Jak widać z przykładowych obliczeń zmiana temperatury zewnętrznej powoduje, że instalacje muszą dostarczać różne moce cieplne, zwykle mniejsze od wymaganej w warunkach obliczeniowych (normatywnych). Moc taka powinna być tym mniejsza im wyższa jest temperatura zewnętrzna. Przy pewnej temperaturze zewnętrznej np. t_e = +12 lub 15^oC (niekoniecznie równej temperaturze średniej w budynku) w ogóle nie jest potrzebne dostarczanie ciepła do ogrzewania, bo niewielkie straty obiektu są w zupełności pokrywane przez zyski wewnętrzne w budynku Q_z.

Jak można regulować wielkość dostarczanej mocy cieplnej przez

instalację ogrzewania w budynku?

Grzejnik w pomieszczeniu jest wymiennikiem ciepła, podgrzewającym powietrze przy użyciu czynnika grzewczego, najczęściej wody. Moc cieplna oddawana przez grzejnik zależy zarówno od średniej temperatury wody w grzejniku jak również od przepływu. Można zapisać to przy użyciu zależności wynikających z bilansu energii oraz przy użyciu wzoru Pecleta dla przenikania:

t_i - temperatura powietrza w pomieszczeniu ogrzewanym [^oC]

t₁, t₂ - temperatury wody: zasilającej i opuszczającej grzejnik [^oC]

m - masowy przepływ czynnika grzewczego [kg/s]

A_g, k _g, - powierzchnia i współczynnik przenikania ciepła grzejnika,

[m²], [W/(m²K]

Równania te można przekształcić, zapisując związek pomiędzy moca cieplna przekazywana przez grzejnik i wyłącznie temperatura zasilania oraz temperaturą powietrza w pomieszczeniu. Taki wzór nazywa się równaniem regulacyjnym grzejnika :

Regulacja wielkości dostarczanej do ogrzewania mocy cieplnej może odbywać się w systemie:

- regulacji jakościowej, poprzez zmianę temperatury wody

zasilającej grzejnik - t₁

- regulacji ilościowej, poprzez zmianę strumienia nośnika ciepła

- „m”

- regulacji mieszanej ilościowo-jakościowej

Jeśli regulacja jest mieszana oprócz temperatury zmienia się również przepływ nośnika ciepła.

Możliwe jest jeszcze wpływanie na wartość współczynnika przenikania ciepła dla grzejnika (k_g), na przykład poprzez intensyfikację ruchu powietrza wokół grzejnika (przy użyciu wentylatora) - ale ten sposób regulacji jest bardzo rzadko wykorzystywany.

Podstawowym sposobem regulacji jest zmiana parametrów zasilania, gdyż oddawana moc cieplna prawie proporcjonalnie zależy od temperatury czynnika dostarczanego do grzejnika. Regulacja ilościowa jest znacznie mniej efektywna, wymaga wielokrotnej zmiany przepływu dla uzyskania nieznacznej zmiany oddawanej mocy cieplnej.

Dla celów regulacyjnych można wyprowadzić równanie regulacji jakościowej:

skąd :

Takie równanie jest wykorzystywane do regulacji dostarczania ciepła w instalacjach ogrzewania i systemach ciepłowniczych. Równanie to czasem jest przedstawiane w trochę innej postaci:

gdzie: t_1,min - minimalna temperatura zasilania, przy granicznej temperaturze zewnętrznej (t_e,gr), przy której ogrzewania jest jeszcze potrzebne, zaś powyżej której budynku już nie trzeba ogrzewać

K=F/h - współczynnik nachylenia wykresu regulacji jakościowej

Wykres regulacji jakościowej dla instalacji ogrzewania.

PODSTAWY WYMIAROWANIA PRZEWODÓW INSTALACJI OGRZEWANIA

Wymiarowanie przewodów nie opiera się na jednym kryterium. Bierzemy pod uwagę zarówno prędkość czynnika w działce, jak również opory tarcia wywołujące spadki ciśnienia. Znając wymagany przepływ „m” w działce, związany z jej obciążeniem cieplnym Q_dz można dobrać odpowiednią średnicę wewnętrzną d_w, przewodu kołowego, aby prędkość czynnika w nim zawierała się w pewnym, wymaganym przedziale:

Możemy się w tym celu posłużyć katalogiem średnic produkowanych przewodów, z których buduje się instalacje ogrzewania:

- stalowych

- miedzianych

- z tworzyw sztucznych (polietylen, polipropylen)

Na przykład dla przewodów stalowych (regulują to norma hutnicze PN-H)

Przewody z tworzyw sztucznych wykonywane są w różnych systemach i wytwórcy podają programy produkcji w zakresie średnic przewodów.

Jakie przyjmować prędkości wody w instalacjach ogrzewania?

- generalnie z zakresu od 0,3 -1,5 m/s

- w gałązkach grzejnikowych i przewodach rozdzielczych 0,2-0,4 m/s

- w długich przewodach poziomych i pierścieniach ogrzewań jednorurowych do 1,0 m/s i nie mniej niż 0,3 m/s ze względu na odpowietrzanie (zalecane prędkości 0,7 m/s)

- w pionach do 1,0 m/s

Dla tak określonych średnic możemy wstępnie ustalić średnicę przewodu, przy której prędkości są zbliżone do zalecanych zakresów.

Dla wodnych sieci ciepłowniczych i przewodów skroplinowych sieci parowych:

- dla rurociągów magistralnych od 2- 3 m/s, a nawet powyżej

- w odgałęzieniach od 1-2 m/s

- w przyłączach, na zakończeniach sieci do 1 m/s.

Rurociągi parowe od 20 -40 m/s w zależności od rodzaju i ciśnienia pary (przegrzana, nasycona) oraz oraz rodzaju rurociągu (magistralny, odgałęźny).

Ogrzewnictwo i ciepłownictwo - wykłady

- 1 -

---