Ciepłownictwo-zapotrzebowanie na moc cieplną ponad 2000 kW

Ogrzewnictwo- zapotrzebowanie na moc cieplną poniżej 2000 kW

Klimat- zespół zjawisk atmosferycznych charakterystycznych dla danego obszaru, jednym z jego czynników jest nasłonecznienie, wpływające na temperaturę, wilgoć i wietrzność

Temperaturę pomieszczenia dobieramy w zależności od jego przeznaczenia-jeśli pracujemy w nim to powinna być niższa niż w pomieszczeniu do wypoczynku. Regulacji temp. pomieszczenia służy instalacja C.O.

W pomieszczeniach w których przebywają ludzie należy zachować komfort cieplny, polegający na braku odczuć cieplnych człowieka, określają go:

-temp. powietrza wewnętrznego ti- ma bezpośredni związek z ilością ciepła oddawaną na drodze konwekcji αk

-temp. promieniowania tr- wpływa na umowny wsp. przejmowania ciepła przez promieniowanie αr; średnia ważona względem powierzchni tr=Σ(ti·Ai)/ΣAi

-wilgotność względna powietrza-wpływa na odparowanie i αk

-prędkość przepływu powietrza-decyduje o αk, optymalna wynosi 0,2m/s dla pomieszczenia o wysokości 2m

-izolacyjność ubrania-obrazuje to skala CLO 1CLO=155m2K/kW

-hałas, jonizacja, natężenie oświetlenia

Równowaga cieplna-nie mogą występować duże różnice miedzy temp. ludzkiego ciała a temp. otoczenia

Rodzaje i podział paliw

Paliwa	Stałe	Ciekłe	Gazowe
Naturalne	węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf, drewno	ropa naftowa	gaz ziemny(suchy) gaz ziemny(zaazotowany)
Sztuczne	koks, brykiet	benzyna, nafta, oleje opałowe, oleje napędowe, mazut, benzen	gaz miejski, gaz koksowniczy, gaz płynny(propan butan), gazy przemysłowe

Zjawiska fizyczne i chemiczne podczas spalania paliw stałych:

Suszenie paliwa-odparowanie wilgoci przemijającej i higroskopijnej(zawarta w strukturze)

Odgazowanie paliwa-wydobywają się łatwopalne subst. gazowe i ulegają spaleniu

Zgazowanie paliwa-utlenianie C pierwiastkowego do CO lub CO2

Spalanie niecałkowite-spalanie tylko części paliwa

Spalanie całkowite-spalanie całej masy paliwa, końcowym produktem jest popiół

Spalanie niezupełne-utlenianie C pierwiastkowego do CO

Spalanie zupełne- utlenianie C pierwiastkowego do CO2

Wartość opałowa(Qi)-ciepło spalania pomniejszone o ciepło potrzebne do odparowania wody zawartej w spalinach

Ciepło spalania-(Qc)-max. ilość ciepła otrzymywana ze spalenia jednostki masy lub objętości paliwa i powietrza, wilgoć zawarta w paliwie zostaje wykroplona

[Qi],[Qc] to [kJ/kg] lub [MJ/um3] dla gazów

Przykładowe wartości opałowe Qi dla różnych paliw:

Węgiel:25MJ/kg

Koks:27-30MJ/kg

Gaz metanowy:33MJ/um3

Drewno:15-17MJ/kg

Olej opałowy:40MJ/kg

Przenikanie ciepła- wsp. U[W/m2K]- gęstość str. ciepła przenikająca przez 1m2 przy jednostkowej różnicy temperatur ośrodków po obu stronach przegrody

Q=U·A·ΔT

q- gęstość strumienia ciepła

q=Q/A=U ·ΔT

U=q/ΔT

Przejmowanie ciepła- wsp. α[W/m2K]- gęstość str. ciepła przejmowana od płynu przez przegrodę (lub odwrotnie) o pow. 1m2 przy jednostkowej różnicy temperatur (1K) między nimi

q= α·ΔT

α=q/ΔT

Przewodzenie ciepła- wsp. λ[W/mK]- gęstość str. ciepła przewodzona przez 1m materiału przegrody przy jednostkowej różnicy temperatur między skrajnymi powierzchniami ograniczającymi warstwy

q= ΔT·λ/d

λ=q·d /ΔT

U=1/(Rsi+ ΣR+ Rse)

R-opór przewodności cieplnej

R=d/ λ[m2·K/W]

U=1/Rt

Rt-opór całkowity

Rp-opór szczeliny powietrznej

Rt= Rsi+ ΣR+ Rse +Rp

Rsi	▲stropy0,10	►ściany0,13	►podłoga0,17
Rse	0,04	0,04	0,04

Węzeł cieplny- połączenie inst. zew. z wew. tak, że stanowi on źródło ciepła dla inst. wew.

zadania:

-zapewnienie przepływu w instalacji(pompa)

-zapewnienie odpowiedniego ciśnienia(pompa, zbiornik otwarty, zbiornik z membraną)

-kontrola pracy sieci zewnętrznej

-pomiar zużycia ilości ciepła

podział węzłów cieplnych ze względu na rodzaj nośnika energii:

• parowe

+małe średnice przewodów, szybko przenosi powietrze

- trudna regulacja ciśnieniowa, gorąca para(wysoka temp. pary), odprowadzenie skroplin, łatwo koroduje

• wodne

+łatwa regulacja ilościowa i jakościowa, umiarkowane ciśnienie, jednorodny wynik obiegu

-większe średnice przewodów, duża korozyjność

podział węzłów:

• bezpośrednie- parametry sieci inst. zew. są takie same jak sieci wew.; węzły hydroelewatorowe- obniżają ciśnienie i temperaturę wody w instalacji; są tanie ale rozregulowanie sieci wew. powoduje rozregulowanie całej inst.

• pośrednie(wymiennikowe)- woda sieciowa nie miesza się z wodą sieci zew.; wpuszczamy w rurki wodę o wyższym ciśnieniu a w płaszcz o niższym; zaleta- oddzielne instalacje, wada- wyższy koszt inwestycyjny

pompa wirowa-wydatek taki aby dostać odpowiednią temp. zasilania inst. i ciśnienie

naczynie wzbiorcze- najczęściej usytuowane w kotłowni, źródło ciepła musi mieć wodę odpowiednio przygotowaną

Węzeł wymiennikowy

woda sieciowa trafia do wymiennika z 2-ch stron, wymiana odbywa się w przeciwprądzie, odseparowanie 2 obiegów, obieg inst. może mieć inne parametry

Stosujemy wymienniki: rura w rurze, typu JAD, płytowe(lutowane lub rozbierane)-pozawalają na pracę gdy w inst. nie ma wody, przez wymiennik staramy się zapewnić dużą prędkość przepływu

Węzły wymiennikowe

-indywidualne (zasilają 1 obiekt)-zapewniają niezależne dostawy ciepła, ich praca jest dostosowana do charakteru obiektu, korzystne w przypadku awarii gdyż dotyczy ona tylko tego budynku, wysoki koszt inwestycyjny

-grupowe (zasilają grupę obiektów)-dużo tańszy inwestycyjnie(ale koszt znacznie podnosi wliczenie sieci niskoparametrowej), częste awarie sieci niskoparametrowej, gdy temp wody spadnie(nawet o 1-1,5°C) to odczuwamy znaczne ochłodzenie budynku, wpływ izolacyjności przewodów na temp. w budynkach, zależność kilku budynków od 1 węzła, niedostosowanie pracy do charakterystyki indywidualnej obiektu

Wobec tego gdzie tylko możliwe stosujemy węzły indywidualne

Analiza kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych w pewnym przedziale czasowym:

• Żywotność instalacji:

-z miedzi- 30-40lat

-ze stali- 20lat

-z tworzyw sztucznych- 50lat

• Koszty inwestycyjne =robocizna+

-przegrody budowlane

-kotły

-armatura

-przewody

-grzejniki

• Koszty eksploatacyjne:

-paliwa

-dozór techniczny

-en. elektryczna

Przeznaczenie pomieszczeń w zależności od temperatury:

+5°C-(temp dyżurnego ogrzewania)pomieszczenia nie dla stałego pobytu ludzi oraz przemysłowe podczas działania dyżurnego ogrzewania

+8°C-nie występują zyski ciepła(pobyt ludzi do 1h), klatki schodowe budynków mieszkalnych, hale sprężarek, pompownie

+12°C-ludzie(praca o wydatku energet. powyżej 300W), gdy zyski ciepła od urządzeń wynoszą 10-25W

+20°C-(temp podstawowa)stały pobyt ludzi nie wykonujących stałej pracy bez okryć zewn.

+24°C-pobyt ludzi bez odzieży

Strefy klimatyczne w Polsce z wartościami temp. zewn.:

• zima:

I str.=-16°C

II str. =-18°C

III str.=-20°C

IV str.=-22°C

V str.=-24°C

Podstawową strefą jest III, obejmująca 60% terytorium Polski

• lato:

I str.=

II str.=

Przegroda chłodząca- przegroda pomieszczenia, dla której temp. pow. po str. chłodzącej jest niższa co najmniej o 18°C od temp po str. wew.

Zapotrzebowanie na moc cieplną pomieszczenia:

Q=Qp(1+d1+d2)+Qw

Qp-str. ciepła przez przenikanie

Qp=ΣQo

Qo=U·A· ΔT

Qw-str. ciepła na wentylację

Qw=V·ρpow·Cp·ΔT, po wyrażeniu V w m3/h i uwzględnieniu zysków ciepła:

Qw=(0,34ΔT-9lub7)V

V-kubatura pomieszczenia

ρpow=1,2kg/m3

Cp=1,002

d1-dodatek uwzględniający wzrost strat wynikający z umiejscowienia bud., liczbę przegród chłodzących dla pośredniej kondygnacji a w przypadku parteru również infiltrację

d2-dodatek uwzględniający usytuowanie bud. względem stron świata(nasłonecznienie pomieszczeń i charakter przegród)

liczba przegród chłodzących		1	2	3	4 i więcej
d1	Ip i wyżej	0	0,03	0,05	0,08
		parter	0,10	0,13	0,15	0,18

rodzaj przegrody	d2
stropodach	-0,05
przegrody pionowe	dla strony świata
		NE-0	N-0	NW-0	W-0,05	SW-0,10	S-0,10	SE-0,10	E-0,05

Pomieszczenia normatywne- na pośredniej kondygnacji w bud., mają jedną przegrodę chłodzącą ukierunkowaną na północ

Przegroda pozioma- stropodach(strop musi być dobrze zaizolowany, najlepiej sprawdza to długo leżący na dachu śnieg)

Zakładamy, że do pomieszczenia dopływa tyle powietrza ile wynosi jego kubatura w świetle przegród

Średnie zyski ciepła w pomieszczeniach eksploatowanych:

-do 12h wynoszą 7W/m3

-ponad 12h wynoszą 9W/m3

Straty ciepła liczymy, gdy różnica między płynami rozdzielonymi przegrodami wynosi min.4°C

Powierzchnie danego elementu wyliczamy:

-dla przegród w ich osiach i w osiach stropów

-dla przegród przezroczystych- wymiar w świetle

Obowiązuje dokładność:

-do 2 miejsc po przecinku

-str. ciepła z dokł. do 1W a na końcu obliczeń do 10W

Określenie str. ciepła na klatce schodowej(+8°C)- będzie miała zyski od sąsiednich pomieszczeń, liczymy je oddzielnie dla każdej kondygnacji, przyjmując gradient temp. +2°C np. parter 8°C, I piętro 10°C, II piętro 12°C

Grzejnik-najprostszy wymiennik ciepła, który pobiera ciepło od nośnika(wody) i przekazuje do pomieszczeń, ciepło oddawane jest do nieskończenie wielkiej objętości; ich wydajność zależy od pow. wymiany ciepła; rodzaje grzejników:

• kryterium przekazywania ciepła do pomieszczeń:

-konwekcyjne-oddają ciepło gł. przez konwekcję 60-70%, w mniejszym stopniu przez promieniowanie 30-40%musi być tak usytuowany aby był dobry dostęp powietrza

-promieniujące-(podłogi grzejne, sufitowe) zabetonowana w podłodze(suficie) grzejnica, promieniowanie 70-80%, konwekcja 20-30%

• materiał wykonania:

-żeliwne- masywne, ciężkie, chropowate, trudne do formowania

-stalowe-kiedyś wężownice łączono ze sobą rurami ale dawały mało ciepła, więc rury stalowe użebrowano

-blaszane(lata70)początkowe egzemplarze nieszczelne i niestabilne

-miedziane

-aluminiowe

2 ostatnie-plastyczne, można z nich formować dowolne odlewy

niekorzystne połączenie: miedż+aluminium(ogniwa korodują)jeśli chcemy połączyć te materiały to dajemy połączenie np. mosiężne

Usytuowanie grzejnika w danym pomieszczeniu:

-najlepiej jeśli jest na całej długości(wysokości)ściany

-zawsze w osi okna, by wypełniał jak najszerzej niszę podokienną

-konwekcyjne-(nośnik ciepła do temp. 95°C)oddawanie ciepła punktowe przy pow. chłodnych pod oknami, na ścianach zewn.

-żeliwne-w 80% budownictwa, mało estetyczne(żeliwo trudno spawalne), eksploatacja ok. 100lat, nie korodują; typ130-między dwoma słupami wody przepona zamknięta; typ130A- została wyrzucona przepona, bardziej smukły, delikatniejszy, lżejszy o 2kg

Nowe grzejniki:

-żeliwne o symbolu T: T1 i TA-1(ogniwa w kształcie kości)

-płytowe Purmo: typ P,V,C

Dobór ilości ogniw n dla grzejników typu T1:

parametry instalacji: tz/tp

ΔT1=tz-ti

ΔT2=tp-ti

x= ΔT2/ΔT1

εΔt=

m-współczynnik charakterystyki cieplnej grzejnika

m: 0,25-0,33-konwekcja

m:0,05-0,1-promieniowa

n=

β1-uwzględnia liczbę ogniw

β2-uwzględnia usytuowanie grzejnika(przy oknie=1, dla innych więcej)

β3-uwzględnia sposób podłączenia grzejnika(standard- na górze=1, jeśli na dole to=1,2)

β4-uwzględnia sposób osłonięcia grzejnika(np. drewniane szczebelki)

Dla grzejnika żeliwnego T:

c=3

f=0,24

m=0,29

Zaokrąglanie:

końcówka>0,5↑

końcówka<0,5 i końcówka>5%wartości↑

końcówka>0,5 i końcówka>5%wartości↓

Systemy grzewcze stosowane w instalacjach:

-dostosowane do wymagań inwestora

-projektowane na warunki optymalne

Podział ze względu na miejsce usytuowania:

-miejscowe- syst. których urządzenia grzewcze są w danym pomieszczeniu(np. kozy- piecyki stalowe i żeliwne, piece kaflowe, miejscowe ogrzewanie na paliwa płynne-olej, naftę; promienniki- elektryczne grzejniki członowe- lekkie, elastycznie wykonane)

-centralne- ogrzewanie którego zadaniem jest ogrzanie pomieszczeń oddalonych od źródła ciepła

Centralne ogrzewanie składa się z 3 podstawowych elementów:

-żródła ciepła, wytwarzającego en. cieplną

-przewodów rozprowadzających nośnik ciepła

-grzejników, przekazujących energię cieplną do ogrzewanego pomieszczenia

Każdy z elementów musi być prawidłowo zaprojektowany

Rodzaj nośnika ciepła(podst. parametry-gęstość i ciepło właść.):

-woda- ρ=1000kg/m3, cw=4,19 kJ/kg

-para niskoprężna- ρ=0,63kg/m3, cw=2,15 kJ/kg

-para wysokoprężna- ρ=112lub205kg/m3, cw=2,2 kJ/kg

-powietrze- ρ=1,2kg/m3, cw=2,4 kJ/kg

-elektryczność(trudno rozróżnić czy są miejscowe czy centralne)

dwukrotny wzrost gęstości powoduje dwukrotny wzrost oporów

Wodne ogrzewanie centralne:

Kryteria podziału instalacji:

1)sposób wywołania krążenia czynnika ciepła

- grawitacyjne(zmienność parametrów wody- w miarę wzrostu temp. gęstość wody maleje)

- pompowe- mechaniczna pompa napędzana silnikiem; można stosować różne wielkości średnic; wada- nie działa przy braku prądu

2)sposób połączenia instalacji z powietrzem

-inst. systemu otwartego- charakterystyczny element- naczynie wzbiorcze na ostatniej kondygnacji; woda podnosząc się wypycha powietrze siecią przewodów odpowietrzających; wada- naczynie łączy się bezpośrednio z atmosferą co powoduje napowietrzenie instalacji i odparowanie wody

-inst. systemu zamkniętego- naczynia przepompowe, instalacja ciśnieniowa nie może dopuszczać ciśnienia atmosferycznego, występuje nadciśnienie- łatwiej pokonuje opory

3)sposób prowadzenia przewodów zasilających

-inst. CO z rozdziałem dolnym- przewód zasilający prowadzący poniżej wszystkich odbiorników; rurka przelewowa podłączona do kanalizacji, odprowadza nadmiar wody gdy wzrasta gęstość i ciśnienie; rurka bezpieczeństwa, połączona z atmosferą; rurka sygnalizacyjna, zaopatrzona w hydrant, który w momencie zamknięcia zaworów pokazuje poziom wody w naczyniu wzbiorczym

-inst. CO z rozdziałem górnym- przewód zasilający prowadzący powyżej wszystkich odbiorników; woda jest przenoszona do naczynia odpowietrzającego rurą zbiorczą; zalety: większa wartość ciśnienia grawitacyjnego(zwiększony przepływ), nie potrzeba instalacji odpowietrzających; wady: przewody prowadzone na poddaszu gdzie zimą temp. jest niższa- a więc droższa ze względu na grubszą izolację

-inst. CO z rozdziałem mieszanym

4)liczba rur stosowanych w instalacji

-inst. dwururowa- zasilająca, powrotna

-inst. jednorurowa- grzejniki połączone szeregowo- łatwo obliczyć ile każde mieszkanie zużywa ciepła,

5)temperatury nośnika

-inst. niskotemperaturowa do 100(bezciśnieniowe)

-inst. średniotemperaturowa 100-115

-inst. wysokotemperaturowa pow. 115

Zalety i wady wodnych ogrzewań centralnych:

+prosta obsługa i możliwość zastosowania automatycznej regulacji

+pewność działania, zwłaszcza ogrzewania grawitacyjnego

+łatwość centralnej regulacji temp. nośnika ciepła wypływającego ze źródła

+dostępność wszystkich elem. instalacji i możliwość samodzielnego wykonania

-duża bezwładność ciepła, zwłaszcza inst. grawitacyjnej

-niebezpieczeństwo zamarznięcia i uszkodzenia mało wytrzymałych elem. żeliwnych

-duże koszty inwestycyjne instalacji

Parowe ogrzewania centralne:

Kryteria podziału instalacji:

1)sposób połączenia instalacji z powietrzem atmosferycznym:

-inst. systemu otwartego

-inst. systemu zamkniętego

2)sposób prowadzenia przewodów parowych(zasilających):

-inst. z rozdziałem dolnym(przewody poniżej odbiorników)

-inst. z rozdziałem górnym

3)sposób prowadzenia przewodów kondensacyjnych(powrotnych):

-inst. z przewodami zalanymi

-inst. z przewodami niezalanymi

4)sposób powrotu kondensatu do kotła:

-inst. z grawitacyjnym spływem kondensatu do kotła

-inst. z przepompowaniem kondensatu do kotła

5)liczba prze4wodów:

-inst. dwuprzewodowa

-inst. jednoprzewodowa

6)temperatura nośnika ciepła w instalacji:

-inst. podciśnieniowa(próżniowa) p=0,02-0,11MPa

-inst. niskociśnieniowa(niskoprężna) p=0,11-0,17MPa

-inst. wysokociśnieniowa(wysokoprężna) p>0,17MPa

Zalety i wady parowych ogrzewań centralnych:

+dużo mniejsza bezwładność cieplna(zw. z prędkością przepływu)

+brak niebezpieczeństwa zamarznięcia

+mniejsze koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

-brak możliwości regulacji wydajności kotła

-wysoka i praktycznie stała temp. grzejników(wyjątek- inst. próżniowa)

-brak akumulacji cieplnej grzejników, które muszą być odporne na korozję

-szybsza korozja przewodów, zwłaszcza kondensacyjnych

---