Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

1. W

ęzeł 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

ęzłów 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

ęźle

ciep

łowniczym

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 za

łamania wykresu

regulacyjnego ze wzgl

êdu 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

⋅

−

−

−

−

⋅





















2

p

T

1

1

p

t

z

t

p

T

z

T

+

p

t

+

m

+

ar

Δt

+

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

=

Δt

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 za

³amania 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

Δt

+

i

t

=

zx

t

2

1

1

−

⋅

⋅

ϕ

ϕ

[ 7 ]

Temperatura wody powrotnej w instalacji c.o.:

(

)

[°C]

;

p

t

z

t

m

+

ar

Δt

+

i

t

=

px

t

2

1

1

−

⋅

−

⋅

ϕ

ϕ

[ 8 ]

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 ]

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

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

Δt

eksp

U

x

Q

=

A

⋅

[ m

2

] [ 17 ];

;

Δt

Δt

Δt

Δt

=

Δt















−

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

=

Δt

zx

zx

1x

−

[ 19 ]

[K]

;

t

T

=

Δt

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

ęzłów

ciep

łowniczych

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.

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

W

ĘZEŁ BEZPOŚREDNI C.O.

W

ĘZEŁ HYDROELEWATOROWY C.O.

W

ĘZEŁ ZMIESZANIA POMPOWEGO

W

ĘZEŁ WYMIENNIKOWY

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

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

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com