Cel instalacji ogrzewczych
Stworzenie warunków, mozliwie dobrze odpowiadajacych potrzebom cieplnymludzi lub procesów technologicznych.
Realizacja celu:Dostarczenie odpowiedniej ilosci ciepla,
równowazacego straty ciepla przez
przenikanie oraz dodatkowo
umozliwiajacego ogrzanie powietrza
wentylacyjnego
Komfort cieplny
Zestaw parametrów (zakres) komfortu
cieplnego to stan, w którym czlowiek nie
odczuwa ani ciepla, ani chlodu.
Czynniki subiektywne: ubranie, plec,
wiek, stan zdrowia, nawyki czy tez
predyspozycje psychiczne.
Parametry ksztaltujace
komfort cieplny:
- temperatura powietrza,
- predkosc przeplywu powietrza wokól
czlowieka,
- srednia temperatura powierzchni
przegród,
- wilgotnosc wzgledna powietrza.
Na podstawie badan stwierdzono, ze dla
wiekszosci osób parametry komfortu cieplnego
sa spelnione, gdy:
- temperatura powietrza mierzona na wys. 1,7 m
nad poziomem podlogi wynosi 20 - 23oC, a róznica
temperatury miedzy poziomem glowy i nóg nie
przekracza 3 - 4oC,
- predkosc przeplywu powietrza, nie wieksza niz
0,2 m/s,
- srednia temperatura powierzchni przegród nie
powinna róznic sie o wiecej niz 3 - 5oC od
temperatury powietrza,
- wilgotnosc wzgledna powietrza, 40 - 50%.
Ogrzewanie wplywa bezposrednio na:
- temperature powietrza,
- srednia temperature powierzchni przegród.
czyli na temperature odczuwalna:
to = 0,5( ti + tr ) [oC]
Wielkosc temperatury odczuwalnej w naszej strefie
klimatycznej przyjmuje sie w granicach od 19oC do
20oC
Przenikanie ciepla to wymiana ciepla miedzy
dwoma plynami oddzielonymi przegroda z
ciala stalego (scianka).
strumien ciepla Q = U×A × (ti - te) [W]
gestosc strumienia cieplnego
q = U× (ti - te) [W/m2]
Wspólczynnik przenikania ciepla U
Okresla strumien ciepla
przenikajacego od jednego
plynu do drugiego przez 1m2
powierzchni przegrody, przy
róznicy temperatury plynów
równej 1 K.
Przejmowanie ciepla to wymiana ciepla
miedzy powierzchnia ciala stalego, a plynem,
z którym powierzchnia ta sie kontaktuje.
strumien ciepla Q = hi×A×(ti - ti) [W]
Q = he×A×(te- te) [W]
gestosc strumienia cieplnego
q = hi ×(ti - ti) [W/m2]
q = he × (tie- te) [W/m2]
Wspólczynnik przejmowania ciepla, h [W/(m2K)],
okresla gestosc strumienia ciepla przejmowanego
przy jednostkowej róznicy temperatury wynoszacej
1 K miedzy powierzchnia przegrody i plynu.
h = (hc+hr)
gdzie:
hc - wspólczynnik przejmowania przez konwekcje,
[W/m2K],
hr - wspólczynnik przejmowania ciepla przez
promieniowanie, [W/m2K].
Przewodzenie to zjawisko przekazywania energii
cieplnej droga bezposredniego kontaktu stale tych
samych czastek ciala wystepujace przede
wszystkim w cialach stalych oraz plynach, gdy
wymianie ciepla nie towarzyszy ruch.
strumien ciepla Q = d/ ×A × (ti - te) [W]
gestosc strumienia cieplnego
q = d/ × (ti - te) [W/m2]
Wspólczynnik przewodzenia ciepla l [W/(m×K)]
okresla gestosc strumienia ciepla przewodzonego
przez przegrode na dlugosci 1 m przy
jednostkowej róznicy temperatury wynoszacej 1 K
na krawedziach scianki.
Slabo wentylowana warstwa powietrzna
Jezeli wartosc oporu cieplnego
konstrukcji pomiedzy warstwa
powietrza i srodowiskiem
zewnetrznym przekracza 0,15 m2K/W,
do obliczen nalezy przyjmowac 0,15
m2K/W.
Dobrze wentylowana warstwa powietrza
Opór cieplny komponentu
budowlanego oblicza sie pomijajac
opór cieplny warstwy powietrza i
innych warstw znajdujacych sie miedzy
warstwa powietrza a srodowiskiem
zewnetrznym i dodajac wartosc
zewnetrznego oporu przejmowania
ciepla, odpowiadajacej nieruchomemu
powietrzu.
Straty ciepla na wentylacje
Qw = V×cp ×rp (ti - tw) [W]
gdzie:
V - strumien powietrza infiltrujacego do pomieszczenia,
[m3/s],cp - cieplo wlasciwe powietrza, [kJ/(kg K)], cp = 1,002 kJ/(kg K),rp - gestosc, [kg/m3], ρp = 1,2 kg/m3
ti - obliczeniowa temperatura powietrza w pomieszczeniu, [°C],tw - obliczeniowa temperatura powietrza wentylacyjnego, [°C],
Qw = 0,34 × V× (ti - tw) [W]
gdzie:
Wymagania stawiane instalacjom
ogrzewczym:
- równomierny przestrzenny rozklad
temperatury odczuwalnej,
- indywidualna regulacja temperatury,
- realizacja zmiennego w czasie programu
ogrzewania (np. oslabienia nocnego),
- odpowiedni mikroklimat wnetrz,
- umozliwienie utrzymania w czystosci
elementów instalacji, zwlaszcza grzejników,
- trwalosc,
- mozliwie niskie koszty eksploatacji,
- mozliwosc indywidualnego rozliczania
kosztów ciepla,
- mozliwie mala uciazliwosc dla srodowiska,
- latwa aranzacja pomieszczen,
- estetyka
Ilosc ogrzewanych pomieszczen:
- ogrzewania miejscowe, w którym zródlo
przekazuje cieplo tylko do pomieszczenia, w
którym sie znajduje
(piece kaflowe, kominki,
przenosne grzejniki
elektryczne)
ogrzewania centralne, w których mozna
wyraznie wyodrebnic 3 podstawowe elementy
zródlo ciepla, przewody, grzejniki
Nosnik ciepla:
- woda (najczesciej stosowana z uwagi na dostepnosc, taniość i dobre parametry fizyczne),
- roztwór glikolu (zabezpiecza przed zamarznieciem),
- olej (b. rzadko),
- powietrze (spelnia równiez w okresie letnim funkcje
wentylacji mechanicznej lub klimatyzacji),
- para wodna (rzadko, w budynkach przemyslowych i
uzytkowanych okresowo),
- energia elektryczna (rzadko z uwagi na wysokie koszty
eksploatacyjne),
Sposób wywolania krazenia czynnika:
Centralne ogrzewanie grawitacyjne -
krazenie wody nastepuje jedynie na skutek
róznicy gestosci wody ogrzanej i ochlodzonej.
Wady:
- duze przekroje przewodów (wieksza
bezwladnosc i koszt inwestycyjny),
- ograniczona mozliwosc prowadzenia
przewodów i zasieg ogrzewania,
- wymaganie minimalnych oporów
hydraulicznych dla armatury i zródla ciepla.
Sposób wywolania krazenia czynnika:
Centralne ogrzewanie pompowe - obieg wody
wymusza pompa, która wytwarza róznice
cisnienia potrzebna do pokonania oporów
hydraulicznych instalacji.
Zalety (w stosunku do ogrzewania grawitacyjnego):
- duzo wiekszy zakres zastosowania,
uniezalezniony od wysokosci i dlugosci
ogrzewanego obiektu,
- mozliwosc stosowania mniejszych srednic
przewodów (mniejsze transportowe straty ciepla) i
wieksza swoboda w prowadzeniu przewodów
- duzo mniejsza bezwladnosc instalacji,
skuteczniejsza regulacja centralna i miejscowa,
- mozliwosc umieszczania grzejników ponizej
zródla ciepla.
Wady centralnego ogrzewania pompowego :
- mniejsza niezawodnosc (awaria pompy,
okresowy zanik napiecia) i wieksze koszty
eksploatacyjne (energia elektryczna do zasilania
pompy).
Ilosc przewodów:
instalacje dwururowe, instalacje jednorurowe
Schemat instalacji:
- instalacje pionowe:
rozdzial dolny, rozdzial górny,
- instalacje poziome:
uklad rozdzielaczowy, uklad trójnikowy,
uklad rozdzielaczowo-trójnikowy, uklad petli.
Instalacje poziome
Zalety w porównaniu z instalacjami pionowymi :
- duza statecznosc hydrauliczna (zwiekszone opory
instalacji poziomych),
- mozliwosc indywidualnego rozliczania odbiorców
na podstawie wskazan cieplomierza,
- zmniejszenie liczby pionów kosztem zwiekszenia
ich obciazenia (mniejsze ochlodzenie wody zasilajacej),
- mozliwosc odcinania instalacji domowych bez
koniecznosci wylaczania z ruchu calej instalacji,
- wieksza estetyka wnetrz (likwidacja pionów,
mozliwosc ukrycia przewodów).
Centralne ogrzewanie parowe
Nosnikiem ciepla jest para wodna wytwarzana w
kotle i doprowadzana przewodami do grzejników,
w których skrapla sie oddajac cieplo i w postaci
skroplin (kondensatu) powraca do kotla.
Stosowanie:
przy dzialaniu okresowym, gdzie w przerwach
eksploatacyjnych istnialoby niebezpieczenstwo
zamarzniecia instalacji wodnych, np. w halach
targowych, wystawowych.
w pomieszczeniach, gdzie para technologiczna
jest wytwarzana i wykorzystywana do innych
potrzeb, np. kuchniach, pralniach, fabrykach.
Podzial wg cisnienia wytwarzanej pary:
ogrzewania niskoprezne (nadcisnienie pary do
70 kPa, któremu odpowiada temperatura 115°C),
wysokoprezne (nadcisnienie pary wieksze niz 70 kPa,
temperatura 140 150°C)
podcisnieniowe (podcisnienie w stosunku do cisnienia
atmosferycznego utrzymywane przez pompe prózniowa).
Zalety ogrzewania parowego w porównaniu z ogrzewaniem
wodnym
- duzo mniejsza bezwladnosc cieplna,
- brak niebezpieczenstwa zamarzniecia
- mniejsze koszty inwestycyjne (mniejsze srednice
przewodów i wielkosci grzejników),
Wady ogrzewania parowego w porównaniu z ogrzewaniem wodnym
- brak mozliwosci regulacji wydajnosci kotla,
- wysoka i praktycznie stala temperatura grzejników,
- brak akumulacji ciepla w grzejnikach,
- szybka korozja przewodów (szczególnie
kondensacyjnych) oraz grzejników.
Nosnikiem ciepla jest nagrzane powietrze .
Podzial w zaleznosci od sily napedowej powodujacej
obieg powietrza :
ogrzewania grawitacyjne
ogrzewania wentylatorowe
Podzial w zaleznosci od udzialu powietrza zewnętrznego
ogrzewanie powietrzem zewnetrznym
ogrzewania powietrzem obiegowym
ogrzewania powietrzem mieszanym
Zalety ogrzewania powietrznego
- mala bezwladnosc cieplna,
- wymiana powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu
(wentylacja)
- mozliwosc centralnego oczyszczania powietrza,
- brak grzejników i przewodów (estetyka)
Wady ogrzewania powietrznego
- koniecznosc budowy w stropach lub scianach kanalów
wentylacyjnych,
- halas powstajacy w czasie dzialania wentylatorów,
- podatnosc na dzialanie wiatru.
Grzejniki sa to najczesciej przeponowe
wymienniki ciepla o rozbudowanej
powierzchni od strony pomieszczenia. Ich
zadaniem jest przekazywanie strumienia
ciepla, dostarczanego przez czynnik
grzejny do ogrzewanego pomieszczenia.
Grzejniki przekazuja cieplo do
pomieszczenia na drodze konwekcji i
promieniowania.
Grzejniki oddajace wieksza czesc ciepla
na drodze konwekcji :
- grzejniki czlonowe zeliwne, stalowe,
aluminiowe (stop zawierajacy AL),
- grzejniki stalowe plytowe,
- grzejniki z rur stalowych gladkich i
ozebrowanych,
- grzejniki konwektorowe.
Grzejniki oddajace wieksza czesc ciepla
na drodze promieniowania :
- grzejniki plaszczyznowe (podlogowe,
sufitowe, scienne)
- tasmy promieniujace,
- promienniki gazowe i elektryczne.
Grzejniki z ogniw zeliwnych:
- odpornosc na korozje i wysokie cisnienie,
- odpornosc na urazy mechaniczne,
- duza pojemnosc wodna (wplyw na duza
bezwladnosc instalacji c.o.)
- duzy ciezar,
- zastosowanie w instalacjach wodnych i
parowych.
Grzejniki z ogniw stalowych i
aluminiowych:
- wymagaja dobrej jakosci wody (zgodnej z
odpowiednimi normami) ,
- mniej wytrzymale na urazy mechaniczne,
- niewielka pojemnosc wodna,
- zastosowanie jedynie w instalacjach
wodnych.
Grzejniki z rur stalowych ozebrowanych:
- stosowane najczesciej w
pomieszczeniach produkcyjnych,
- odpornosc na wysokie cisnienie,
- zastosowanie w instalacjach wodnych i
parowych.
Grzejniki konwektorowe:
oddaja cieplo do pomieszczenia prawie
wylacznie na skutek konwekcji.
Skladaja sie z:
- elementu grzejnego wykonanego z
ozebrowanych rur,
- blaszanej obudowy majacej wlot zimnego
powietrza u dolu i otwory wylotowe na
górze.
Usytuowanie grzejników - najkorzystniej
w poblizu miejsca o najwiekszych stratach
mocy cieplnej: pod oknem, na scianie
zewnetrznej.
Przewody
Stalowe, miedziane, tworzywowe
Przewody stalowe - polaczenia
- spawane (najczesciej)
- skrecane (laczenie gwintowane)
- kolnierzowe (duze srednice)
Przewody miedziane
W porównaniu do przewodów stalowych:
- wieksza odpornosc na korozje,
- mniejsza chropowatosc.
Polaczenia
- polaczenia rozlaczne (ksztaltki)
- polaczenia nierozlaczne (lutowanie)
Oznaczenie:
srednica zewnetrzna x grubosc ścianki
Przewody tworzywowe
W porównaniu do przewodów stalowych:
- mniej odporne na wysoka temperature (w
zaleznosci od rodzaju tworzywa temp. max. 60 - 90oC),
- mniejsza chropowatosc,
- odporne na korozyjne dzialanie wody,
- latwe polaczenia,
- mniejsza przewodnosc cieplna
( = 0,24 W/(m K),
- duzy wspólczynnik rozszerzalnosci liniowej
Przewody tworzywowe
Materialy:
Polipropylen, polibutylen, polichlorek winylu.
Polaczenia:
Zgrzewane, zaciskane, skrecane, klejone
Zródla ciepla
- bezposrednie - kotly
- posrednie - wezly ciepłownicze
Kotly
Urzadzenia, w których spala sie paliwo, a
powstajace cieplo jest przekazywane
przez jego scianki do nosnika ciepla.
Podzial wg materialu:
- kotly stalowe
- kotly żeliwne
Podzial wg rodzaju nosnika ciepla:
- kotly wodne
- kotly parowe
Podzial wg rodzaju spalanego paliwa:
- kotly na paliwo stale (wegiel, biomasa:
drewno, pelety, sloma)
- kotly na paliwo ciekle (olej, gaz plynny)
- kotly na paliwo gazowe
Wezly cieplownicze
Wezel cieplowniczy laczy zewnetrzna siec
cieplownicza z instalacja c.o. i c.w.u.
W sklad wezla wchodzi zespól przewodów,
urzadzen i armatury znajdujacy sie
miedzy zaworami odcinajacymi
zewnetrzna siec cieplownicza i zaworami
odcinajacymi instalacje w budynku.
Zadania wezla cieplowniczego
- przekazywanie energii cieplnej z sieci
cieplowniczej do instalacji c.o. i c.w.u.,
- obnizenie temperatury i cisnienia
czynnika grzejnego;
- wywolanie krazenia czynnika grzejnego
w instalacji c.o.;
- zabezpieczenie instalacji c.o. przed
wzrostem cisnienia.
Rodzaje wezlów cieplowniczych
- wezly z bezposrednim polaczeniem
instalacji z siecia cieplownicza (wezel bez
mozliwosci obnizenia temperatury i cisnienia
czynnika) ,
- wezly ze zmieszaniem pompowym (daja
mozliwosc obnizenia temperatury i cisnienia
czynnika) ,
- wezly z posrednim polaczeniem instalacji
z siecia cieplownicza
- wezly wymiennikowe
Zabezpieczenie instalacji c.o. systemu otwartego
Zakres stosowania:
- instalacje ogrzewan wodnych,
- temperatura wody nie przekracza 100oC.
Zabezpieczenie:
- naczynie wzbiorcze,
- rury zabezpieczajace (bezpieczenstwa i
wzbiorcza),
- rury: odpowietrzajaca, przelewowa,
sygnalizacyjna,
- osprzet.
Zabezpieczenie instalacji c.o. systemu otwartego
Zadanie naczynia wzbiorczego otwartego:
- przejecie przyrostu objetosci nosnika
ciepla, powstalego na skutek wzrostu
jego temperatury
- zabezpieczenie przed wzrostem
cisnienia w instalacji.
Dobór naczynia wzbiorczego otwartego
= × n × r × n n 1 V 1,1
gdzie :
Vn - minimalna pojemnosc naczynia wzbiorczego [dm3]
- pojemnosc wodna instalacji ogrzewania wodnego [m3]
ρ1 - gestosc wody w temperaturze 10°C [kg/m3]
- przyrost objetosci wody przy jej ogrzaniu od temperatury
10°C do sredniej temperatury obliczeniowej instalacji
tsr = 0.5*(tz-tp); [dm3/kg]
tz - obliczeniowa temperatura wody instalacyjnej na zasileniu
°C
tp - obliczeniowa temperatura wody instalacyjnej na powrocie °C
Zabezpieczenie instalacji c.o. systemu zamknietego
Zakres stosowania:
- instalacje ogrzewan wodnych,
- temperatura wody nie przekracza 100oC,
- maksymalne cisnienie w miejscu podlaczenia
naczynia wzbiorczego nie wieksze niz 0.6 Mpa,
- zródlem ciepla jest wymiennikowy wezel cieplny,
kotlownia z kotlami gazowymi, olejowymi lub
elektrycznymi (nie moga byc kotly opalane
paliwem stalym);
Zabezpieczenie:
- zawór bezpieczenstwa wraz z przynaleznymi
do niego rurami,
- przeponowe naczynie wzbiorcze ,
- rura wzbiorcza ,
- osprzet,
- uklad automatycznej regulacji przy zródle
ciepla.
Zadanie naczynia wzbiorczego
zamknietego:
- przejecie przyrostu objetosci nosnika
ciepla, powstalego na skutek wzrostu
jego temperatury
Zadanie zaworu bezpieczenstwa:
- zabezpieczenie przed wzrostem
cisnienia w instalacji.