Wykład 1 [1/10]

Ciepło -

Temperatura –

Rozszerzalność cieplna (liniowa, objętościowa) α – ilość ciepła jaka jest potrzebna, aby podgrzać substancję; zależy od ciepła właściwego, masy i od wzrostu temperatury.

Ciepło właściwe – współczynnik określający skłonność substancji do zmiany temperatury

Pojemność cieplna – ilość ciepła jaką układ wymienia z otoczeniem przy zmianie temperatury o 1 K

Strumień cieplny (moc cieplna) – prędkość przepływu ciepła [W]

Gęstość strumienia cieplnego [W/m²]

Wartość opałowa Wg [kJ/kg; kJ/m³] ilość ciepła jaką uzyska się przy spaleniu jednostki paliwa przy spaleniu całkowitym i zupełny (para wodna nie ulegnie skropleniu)

Ciepło spalania Qg [kJ/kg; kJ/m³] – ilość ciepła jaką uzyska się przy spaleniu jednostki paliwa przy spaleniu całkowitym i zupełnym (para wodna ulega całkowitemu wykropleniu)

Wymiana ciepła:

• Promieniowanie

• Przewodzenie

• Konwekcja/ unoszenie ciepła

Wykład 2 [8/10]

Czynniki wpływające na samopoczucie człowieka:

• Temperatura powietrza

• Prędkość ruchu powietrza

• Wilgotność względna powietrza

• Temperatura powierzchni przegród

• Stężenie zanieczyszczeń

Człowiek jest w dynamicznej relacji energetycznej z otoczeniem. Podstawową rolę w kształtowaniu mikroklimatu pełni: ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja

Człowiek i otoczenie

Człowiek wymienia ciepło z otoczeniem na drodze:

- konwekcji (wymiana ciepła z otaczającym powietrzem)

- przewodzenia (przede wszystkim z podłogą)

- promieniowania pomiędzy powierzchnią ciała lub ubrania i otaczającymi powierzchniami

- odparowanie wody (potu) z powierzchni skóry

- oddychania

- w mniejszym zakresie wraz z wydzielinami i poprzez przyjmowanie pokarmów

Komfort cieplny i jakość powietrza

Wpływ:

• Osoba

• Pomieszczenie (rodzaj i stan konstrukcji budynku, temperatura powietrza, rozkład temperatury powietrza, źródło ciepła i substancji szkodliwych)

• Instalacja wentylacyjna i klimatyzacyjna

• Warunki klimatyczne

Parametry techniczno – procesowe człowieka

• Powierzchnia ciała – 1,7 – 1,9 m³

• Temperatura powierzchni skóry – 32 - 33°C

• Częstotliwość oddechów – 16/min

• Objętość wydychanego powietrza – 0,5 m^3/h

• Temperatura powietrza wydychanego - 35°C

Optymalne parametry powietrza

Dostosowanie do przeznaczenia pomieszczenia i przebywających w nim ludzi wykonujących określone działania

Lato: t = 23 ÷ 25 ^oC ± 1 + 1,5 ^oC; ϕ= 50±10%; w = 0,1 ÷ 0,5 m/s

Zima: t = 21 ÷ 22 ^oC ± 1 + 1,5 ^oC; ϕ= 45±10%; w = 0,1 ÷ 0,3 m/s

- ciśnienie zapewniającym nieprzedostawanie się zanieczyszczeń z zewnątrz, bądź szybkie usuwanie zużytego powietrza na zewnątrz

Temperatura odczuwalna

Miernikiem komfortu cieplnego przyjęto temperaturę odczuwalną – uwzględnia ona ciepło wymieniane przez człowieka z otoczeniem zarówno na drodze konwekcji jak i promieniowania

$$t_{o} = \ \frac{t_{i} + \ \tau_{r}}{2},\ \ C$$

t_o – temperatura odczuwalna

t_i – temperatura powietrza w pomieszczeniu

τ_r – temperatura promieniowania

Zakres komfortu cieplnego

Komfort cieplny – temperatura powietrza wewnętrznego (wg PN – EN 12831)

[na egzaminie będzie komfort cieplny]

Poszanowanie energii

Energia zaoszczędzona jest równie dobra jak dostarczona

Energia zaoszczędzona jest niemal zawsze tańsza od wyprodukowanej.

Ciekawostka – 2/3 kosztów utrzymania budynku to koszt ogrzewania

Energia

Energia pierwotna – w postaci nie przerobionej – zgromadzona jest w paliwach kopalnych i odnawialnych źródłach energii

Energia wtórna – w postaci przerobionej, zawarta w produktach energetycznych

Energia finalna/użyteczna – energia dostarczana do odbiorcy

Energia netto – służy do pokrycia potrzeb energetycznych

Energia brutto – netto razem ze stratami

Energia końcowa – energia brutto

Efektywność cieplna

Jest to zespół działań, zachowań, warunków i mechanizmów, które powodują taki sposób użytkowania i wykorzystania energii, któremu towarzysza możliwie najmniejsze straty (rozproszenia) energii do otoczenia .

Poprawa efektywności wytwarzania energii

- Techniczno – ekonomiczne możliwości efektywnego wykorzystania energii w mieszkalnictwie wydają się być ogromne

- największy potencjał termomodernizacji dla budynków najstarszych

- poprawa sprawności wytwarzania ciepła (skojarzenie, modernizacja, obniżenie temperatury wody powrotnej, regulacja przepływu, automatyka)

Obieg ciepła w budynku

Izolacyjność techniczna przegród

Zdolność przegród do ochrony pomieszczeń przed przenikaniem ciepła na zewnątrz

Najistotniejszy jest współczynnik przewodzenia ciepła – λ [W/(m∙K)]

Energochłonność budynku

Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na energię E [kWh/m² rok], [kWh/m rok]

Obliczanie zapotrzebowania na olej opałowy (budynek 3-litrowy, 15-litrowy).

Energochłonność uzależniona od:

- Architektura budynku, usytuowanie budynku względem stron świata, wielkość przegród przezroczystych, rozmieszczenie pomieszczeń, geometria budynku

- rozwiązania konstrukcyjne przegród budowlanych

- izolacyjność przegród budowlanych

- rodzaj wentylacji, czy jest naturalna, czy mechaniczna z możliwością odzysku energii i usuwanego powietrza

- rodzaj i sprawność systemu grzewczego

- na potrzeby c.o. i c.w.u.

- system zarządzania budynkiem, który pozwala również sterować produkcją energii

„standard budynku” dom z lat 70-tych (ściany z cegły pełnej 38 cm o wartości współczynnika przenikania ciepła U = 1,5 W/(m²K), okna drewniane dwuszybowe o U= 3,0 W/(m²K), dach o U = 0,85 W/(m²K), strop nad piwnicą o U = 0,9 W/(m²K)

Dom obecnie budowany (bloczki ceramiczne z 12 cm styropianu (U= 0,25 W/(m²K)), okna tworzywowe u = 1,7 W/(m²K), dach 0,25 W/(m²K)

Koszty ogrzewania w różnych okresach czasu przy zakupie nieruchomości powinno się zwracać uwagę na koszty eksploatacji budynku

Budynki obecnie budowane nie są energooszczędne !!! spełniają jedynie wymagania minimalne

Koszty energetyczne budynku w unii europejskiej 4,5%, w Polsce 12% wielkość mocy potrzebnej na cele grzewcze ciepła i ciepłej wody planowana norma europejska 37 – 47 kWh/m²/a

Audyting energetyczny

Szczególny rodzaj rzeczoznawstwa – stały cel – racjonalizowanie zużycia energii, stałe kryterium oceny, którym jest efektywność ekonomiczna oraz interdyscyplinarność analizowanych problemów dotyczących stanu obiektu oraz procesu jego użytkowania, w zakresie technicznym, ekonomicznym, prawnym i organizacyjnym przy uwzględnieniu zachowań użytkowników.

Jako audyting określany jest pełen zakres czynności rzeczoznawcy a jako audyt sporządzony przez n niego raport, opinia.

Świadectwo energetyczne

charakterystyka energetyczna – wartość energii zużyta faktycznie lub oszacowana do spełnienia różnych potrzeb związanych z użytkowaniem budynku c.o., c.w.u., wentylacja itp.

Audyt energetyczny daje odpowiedz na pytanie:

Co zrobić?

Jak wykonać?

Jak sfinansować?

Świadectwo energetyczne – dokument wydany przez upoważnionego eksperta, zawierający podstawowe dane i wskaźniki dotyczące ochrony cieplnej budynku i zużycia energii , oraz ocenę poziomu jakości energetycznej budynku w przyjętej skali ocen

Budownictwo pasywne i niskoenergetyczne

	energooszczędny	niskoenergetyczny	pasywny
Zapotrzebowanie na ciepło	Do 70 kWh/m^2a	45 kWh/m^2a	15 kWh/m^2a
Zapotrzebowanie na moc grzewczą	Do 30 kWh/m^2a		10 kWh/m^2a
Energia pierwotna	Do 250 kWh/m^2a		Do 120 kWh/m^2a

Dom pasywny jest budynkiem o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania wnętrza 15 kWh/m²rok, w którym komfort termiczny zapewniony jest przez pasywne źródła ciepła (mieszkańcy, urządzenia elektryczne, ciepło słoneczne, ciepło odzyskane z wentylacji, tak że budynek nie potrzebuje autonomicznego, aktywnego systemu ogrzewania. Potrzeby cieplne realizowane są przez odzysk ciepła i dogrzewanie powietrza wentylującego budynek

Architektura, mająca wpływ na bilans energetyczny, ograniczenie powierzchni przegród zewnętrznych o ok 30%, zmniejszenie współczynnika np. poniżej 1 (30 %), zwiększenie powierzchni przeszklenia o ok 50 % na przegrodach słonecznych, zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło 10 razy, redukcja emisji CO2 ok 10 razy zmniejszona.

Dom pasywny jest przykładem technologii zrównoważonego rozwoju

Zapotrzebowanie na energię do ogrzania 1 m² powierzchni podczas sezonu grzewczego poniżej 15 kWh/m²rok

Nowe technologie w budownictwie pasywnym

- izolacja próżniowa

- technologia inteligentnego zacieniania

- nowoczesne okna

- systemy światła dziennego

Wykład 3 [15/10]

Paliwa i spalanie

Nośniki energii;

• Gaz ziemny

• Gaz płynny – propan

• Olej opałowy

• Węgiel, eko-groszek

• Zrębki

• Palety

• Inna biomasa

• Oleje rośline

• Energia elektryczna

Rodzaje paliw:

• Sztuczne – koks, brykiety, benzyna, nafta, gaz miejski, gaz płynnym

• Naturalne – węgiel kamienny i brunatny, torf, drewno, biomasa, ropa naftowa, gaz ziemny.

Węgiel kamienny:

• Składniki palne; węgiel, wodór, siarka

• Składniki niepalne: azot, tlen, popiół i wilgoć

• Skład chemiczny: C(78%), H (5,2%), S (2%) O+N (14)

• Stopień rozdrobnienia – gruby, orzech, groszek, miał, niesortowany.

• Jakość wartość opałowa 12 500 do 30000 kJ/kg

Koks:

• Produkt otrzymywany sztucznie podczas odgazowania węgla kamiennego

• Stosowany w kotłach CO

• Wartość opałowa 29000 kJ/kg

• Występują klasy ze względu na wymiar ziaren, wartość opałową i zawartość siarki.

Olej opałowy:

• Bardziej wygodne w użyciu i ekologiczniejsze paliwo niż węgiel

• Powstaje z przeróbki ropy naftowej

• Wartość opałowa 38900 – 43500 kJ/kg

• Zawartość siarki od kilkudziesiąt do 3 %

• Wyróżnia się 3 rodzaje olejów opałowych - lekkie, średnie i ciężkie

Gaz ziemny - wysokometanowy:

• Metan stanowi 90 %, azot 7%

• Gęstość gazu ziemnego 0,78 kg/m3

• Gaz bezbarwny i bez zapachu, z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową

• Wartość opałowa 34300 kJ/Nm3

Gaz płynny – gaz rafineryjny

• Główne składniki C3H8 i C4H10

• Mieszanka handlowa propan – butan, propan

• Wartość opałowa do 50200 kJ/kg

• Przechowywany w stalowych butlach ciśnieniowych

Proces wytwarzania ciepła odbywa się na drodze spalania.

Spalanie – proces chemiczny w którym paliwo łączy się gwałtowanie z tlenem wydzielając duże ilości ciepła w postaci spalin o wysokiej temperaturze

Warunki dobrego spalania:

• Paliwo i powietrze muszą być dobrze ze sobą zmieszane

• Do spalania potrzebny jest nadmiar powietrza

Temperatura zapłonu – temperatura w której zaczyna si® palić paliwo

Spalanie całkowite i zupełne – cała zawartość węgla w postaci czystej chemicznie spala się do CO2, wodór do H2O, zaś siarka do SO2, a w pozostałych pa spaleniu ciałach stałych nie ma części palnych

C_nH_m + (n+0,5)O₂ nCO₂ + 0,5 mH₂O + CIEPŁO

Powietrze do spalania

Dla węgla zapotrzebowanie na powietrze podczas spalania zmienia się – dopływ należy regulować

Wyróżnia się powietrze pierwotne i wtórne

Zawsze stosuje się odpowiedni nadmiar ilości powietrza. Zbyt duży nadmiar, jak też niedobór jest niekorzystny.

Spalanie paliw stałych (etapy):

1. Suszenie i podgrzewanie paliwa

2. Wydzielanie się gazów z paliwa i ich spalanie

3. Spalanie i dopalanie się części stałych

Kontrola procesu spalania

• Analiza spalin.

• Określenie współczynnika nadmiaru powietrza – λ

• Dopasowanie ilości powietrza do spalanego paliwa i paleniska.

Skład gazów odlotowych

• CO2

• Produkty niezupełnego i niecałkowitego spalania

• Tl. Azotu i siarki

• Pyły

• Śladowe ilości innych pierwiastków

STRATY PODCZAS SPALANIA

Straty kominowe < 10%

Starta niezupełnego/niezupełnego spalania ~1%

Starta do otoczenia < 10 %

Strata pylenia i popielnikowa ok 5%

Straty inne 1-2%

ŋ =Q_użyt/Q_wytw= 1 - Єstrat

Płomień

• Płomień składa się z 3 stref – rozkładu, redukująca, utleniająca

• Kształt płomienia uzależniony jest od prądów konwekcyjnych

• Ze względu na rozkład temperatur wyróżnia się płomień laminarny i burzliwy

Podział systemów ogrzewania

Ogrzewanie wg rodzajów źródła:

• Miejscowe

• Centralne

• Zdalczynne – z systemu ciepłowniczego

Ogrzewanie wg rodzajów nośnika:

• Systemy ogrzewania wodnego – ciepłą, gorącą

• Systemy ogrzewania powietrznego

• Systemy ogrzewania parowego

Ogrzewanie wg sposobu oddawania ciepła w pomieszczeniu

• Systemy ogrzewania konwekcyjnego

• Przez promieniowanie

• Ogrzewanie nawiewowe – ciepłym powietrzem

• Kombinowane

Ogrzewanie wg wykorzystywanego paliwa:

• Ogrzewanie węglowe

• Gazowe

• Olejowe

• Wykorzystujące energię odnawialną

Urządzenie grzewcze:

Zadaniem urządzeń grzewczych – kotłów, wymienników ciepła – jest dostarczanie ciepła do instalacji C.O. oraz instalacji cieplnej wody użytkowej.

Zadania systemu ogrzewania –

1. Maksymalnie równomierny rozkład temperatury powietrza i ścian w pomieszczeniu w pionie, w poziomie i w czasie

2. Możliwość płynnej regulacji mocy grzewczej (w wymaganym zakresie); regulacja ta powinna zapewniać możliwie małą bezwładność czasową (szybki czas rozgrzewania pomieszczeń)

3. Jakość powietrza w pomieszczeniach nie powinna ulegać pogorszeniu (wilgoć, pyłu, szkodliwe gazy, hałas)

4. Powietrze zewnętrze doprowadzane i ogrzewane do pomieszczeń nie powinno powodować szkodliwych przeciągów i nadmiernych zawirowań

5. Niskie koszty instalacji i użytkowania

6. Mała uciążliwość dla środowiska naturalnego

Indywidualne wytwarzanie ciepła:

• Palenisko kominkowe – otwarte paleniska na nieprzetworzone paliwa stałe, oddające ciepło głównie na drodze promieniowania (sprawność energetyczna do 30 %); układy tanie lecz uciążliwe w eksploatacji.

• Kominki grzewcze – paleniska zamknięte wykonane ze stali

• Piece kaflowe – działają na zasadzie akumulacji ciepła wy7zwoloneo w procesie spalania długopłomiennych paliw stałych .

• Piece żelazne – zamknięte k0omory spalania wykonane ze stali lub żeliwa.

• Grzejniki gazowe

• Grzejniki elektryczne

Ogrzewanie elektryczne miejscowe bezpośrednie –

• Przenośne nagrzewnice powietrza.

• Stałe grzejniki konwekcyjne z konwekcją naturalną/wymuszoną.

• Grzejniki powierzchniowe.

• Stałe grzejniki promiennikowe

Ogrzewanie elektryczne miejscowe akumulacyjne:

• Elektryczne piece akumulacyjne

• Akumulacyjne ogrzewanie podłogowe

Scentralizowane źródła ciepła

• Kotłownie wbudowane

• Kotłownie lokalne

• Ciepłownie

• Elektrociepłownie

Kotłownia - instalacja kotłowa zbudowana jest z kotła (źródło ciepła), jego osprzętu, oraz elementów automatyki i aparatury kontrolno – pomiarowej.

• Usytuowana centralnie do ogrzewanych pomieszczeń

• Wymagana jest minimalna wysokość i kubatura pomieszczenia oraz odległości od elementow kotłowni

• Rodzaje i wydajności wymaganych instalacji

• Ognioodporność i gazooszczędność

• Kocioł, komin, magazyn paliwa

Wykład 4 [22/10]

Aspekt ekologiczny pracy kotła

Od 01.01.2006 nie obowiązuje rozporządzenie o standardach emisyjnych z instalacji i zastąpiono je rozporządzeniem z dn. 20.12.2005, które dopuszcza zapylenie (dla kotłowni < 5MW) 1900 mg/m³ do dn. 31.12.2006, po tym terminie dopuszczalne stężenie pyłów spada do 700 mg/m³, a po 2015 – do 200 mg/m³. Stężenie ditlenku siarki do końca 2007 roku powinno być mniejsze niż 2000 mg/m³, apo tym terminie musi być mniejsze niż 1500 mg/m³.

Kotły wodne

• Ciepło wytworzone w palenisku kotła zużywane jest do podniesienia temperatury wody w kotle, która w sposób grawitacyjny lub wymuszony pompą krąży między kotłem a odbiornikami

• „zwykłe” kotły c.o. (c.w.u.) najczęściej stosowane

• Najczęściej niskotemperaturowe (do 100 ⁰C)

• Urządzenia zabezpieczające: przeponowe naczynia wzbiorcze, termiczne zabezpieczenie odpływu.

Kotły parowe

• Ciepło wykorzystywane jest na wytworzenie pary, która płynie rurociągami do odbiorników, gdzie skraplając się oddaje ciepło parowania.

• Typ kotła technologicznego wykorzystywanego również do celów grzewczych

• Formy konstrukcyjne kotłów parowych dzieli się na kotły o dużej pojemności wodnej, kotły wodnorurkowe i szybkie wytwornice pary.

• Kotły magazynują dużą ilość energii a ze względu na swoje ciśnienie wewnętrzne zawierją duży potencjał zagrożenia.

Zastosowany materiał kotła

• Kotły żeliwne

• Kotły stalowe

Kotły żeliwne

• Zastosowanie w małych i średnich instalacjach (od kilku do ok 600 kW)

• Kotły wodne lub parowe

• Kotły o budowie czołowej

• Zwyczajowym paliwem głównie koks lub mieszanka koksowo – węglowa

• Nowoczesne kotły gazowe i olejowe

Zalety	Wady
Łatwy transport i montaż	Wrażliwość na gwałtowne zmiany temperatury
Możliwość wymiany członów, powiększania	Gorsze wykorzystanie ciepła spalin konieczność stosowania lepszego paliwa
Małe opory przepływu spalin	Wymagana wysoka jakość wody
Dobre tłumienie dźwięku
Prosta budowa
Odporność na korozję

Kotły stalowe

• Zastosowanie w małych, średnich i dużych instalacjach

• Mogą być stosowane przy wysokich temperaturach czynnika obiegowego i wysokich ciśnieniach roboczych

• Duża różnorodność konstrukcji

• Zwyczajowym paliwem jest węgiel

• Mogą być wyposażone w palnik na olej lub gaz

Zalety	Wady
Optymalna geometria komory spalania	Mała odporność na działanie korozji
Możliwość naprawiania przez spalanie	Duże zapotrzebowanie ciągu
Odporność na wysokie temperatury i ciśnienia i wyższe obciążenia cieplne	Kłopotliwy transport i montaż
Mniejsza wrażliwość na osadzanie się kamienia kotłowego	Brak możliwości powiększenia

Kotły na paliwo stałe

• Najważniejszy element – komora spalania – obejmuje ruszt i popielnik

• Kotły mogą być konstrukcyjnie przygotowane do spalania węgla w kawałkach, o drobnej granulacji, jako miał węglowy lub tzw. ekogroszku

• Najczęściej proste konstrukcje z ograniczoną regulacją

• Koszt eksploatacji: niski koszt paliwa, konieczność jego magazynowania i bardziej skomplikowana obsługa

Regulacja kotłów na paliwo stałe

Układ regulacji jest bardzo ograniczony i polega wyłącznie na regulacji ilości dochodzącego powietrza do komory paleniskowej

Regulacja odbywa się przez:

• Regulację ręczną

• Regulację automatyczną

Najskuteczniejszą i najbardziej efektywną regulacją kotłów na paliwo stałe, jest regulacja za pomocą wentylatora podmuchowego.

Paleniska rusztowe (warstwowe)

Palenisko kotła zaopatrzone jest w ruszt

Najważniejszy element paleniska na którym odbywa się spalanie

W małych kotłach jest to ruszt prosty (stały), w dużych ruszt mechaniczny

Dla małych mocy – jest to ruszt poziomy płaski

Kotły fluoidalne i pyłowe

W kotłach pyłowych spalane są ziarna o najmniejszej średnicy (poniżej 0,1 mm), z największą szybkością w największej temperaturze (powyżej 1200⁰C).

W kotłach fluoidalnych osiągane są wartości pośrednie, zarówno w czasie i szybkości spalania jak też w wielkości spalanego ziarna węgla. Ziarna 1-5 mm, paliwo pokruszone, temperatura spalania 800-900⁰C.

W kotłach rusztowych ziarna węgla mają największą średnice (5-50 mm), najmniejszą szybkość spalania (~ 1 K/s), a temperatura spalania w tego typu kotłach jest najniższa (<800⁰C).

Dostosowania do konkretnego rodzaju paliwa:

Węgiel kamienny,

Węgiel eko-groszek,

Miał węglowy

Drewno kawałkowe

Zrębki (również roślin energetycznych)

Pelety

Ziarna zbóż i słoma.

Sposób spalania paliwa

• Spalanie górne

• Spalanie dolne

• Zgazowanie paliwa

• Kotły wielopaliwowe

Kotły z załadunkiem ręcznym

• Proste, niewielkie kotły na paliwo stałe o zróżnicowanej najczęściej (dużej) granulacji i kształcie

• Najczęściej z bardzo ograniczoną automatyką

• Wymagają okresowego załadunku (co kilka – kilkanaście godzin)

• Konieczność ręcznego usuwania pozostałości po spaleniu

• Sprawność kotłów mocno ograniczona

Kotły automatyczne

• Załadunek paliwa, sterowanie spalaniem jak i często usuwanie popiołu – automatyczne

• Najczęściej kotły z komorą zasypową

• Paliwa (m.in. kruszony koks klasy III i IV, antracyt, węgiel) są podawane samoczynnie

• Wyposażone często w wentylator nadmuchowy

• Kotły pracować mogą przy min. obciążeniu (np. 15%) bez konieczności wygaszania.

Kotły retortowe

• Są odmianą kotłów ze spalaniem dolnym, automatycznych

• Przeznaczone do spalania paliwa o drobnej granulacji

• Paliwo dozowane jest do palnika przez podajnik

• Kotły zaopatrzone często w dodatkowy ruszt

Zasobniki ciepła do kotłów na paliwa stałe

• Kocioł na paliwo stałe pracuje najczęściej w sposób nieciągły

• Zasobnik pełni funkcję magazynu nadmiaru ciepła w okresie palenia paliwa

• Zasobnik oddaje ciepło w okresie postoju kotła

• Zalecane w nowoczesnym budownictwie

Uwagi dotyczące spalania paliw stałych

• Paliwa bogate w gazy (surowy węgiel brunatny, paliwo rozdrobnione) wymagają odprowadzenia powietrza wtórnego, które z pominięciem rusztu doprowadzane jest przez wąskie kanały nad palenisko i tam miesza się ze spalinami.

• Paliwa ubogie w dym: koks, antracyt, węgle chude, mogą być spalane w większości kotłów, jednak paliwo musi być podawane częściej i w małych ilościach. Wymagają częstszego czyszczenia kanału spalin

• Kotły opalane węglanem różnią się od kotłów opalanych koksem regulowanym odpływem powietrza wtórnego i węższymi szczelinami w ruszcie i mniejszą wysokością warstwy

• Dla każdego procesu spalania ważna jest prawidłowa wielkość ziarna

Sprawność kotłów na paliwa stałe

Sprawność operacyjna (dla zmiennego obciążenia) spalanie górne koksu 50-60%

Sprawność operacyjna (dla zmiennego obciążenia) spalanie górne węgla 45-50%

Sprawność operacyjna dla spalania dolnego węgla 50-60%

Kotły wielopaliwowe

• Kocioł węglowy z podgrzewaczem elektrycznym

• Kocioł węglowy z palnikiem olejowym/gazowym

• Pompy ciepła z podgrzewaczem elektrycznym

Kotły jedno i dwukomorowe

• Po wymianie palnika mogą być zasilane drugim paliwem

• Komora zasypowa staje się komorą spalania

• Zastosowanie w małych kotłowniach

• Posiadają dwie komory spalania umożliwiające spalanie w jednej komorze gazu lub oleju, w drugiej węgla lub drewna

• Kotły posiadać mogą wspólne lub oddzielne powierzchnie grzejne

• Przy spalaniu paliw stałych potrzebne jest częstsze czyszczenie kotła

Wyposażenie kotła na paliwa stałe

• Regulator paleniska

• Baterię bezpieczeństwa

• Komorę zasypową z drzwiczkami

• Regulację ilości dopływającego powietrza wtórnego

• Kanały konwekcyjne o dużej powierzchni

Wskazówki dla kupujących kocioł na paliwo stałe

• Rozważenie miejsca gromadzenia paliwa i usuwania produktów spalania

• Konieczny atest

• Dobra izolacja cieplna

• Po modernizacji cieplnej moc nominalna kotła winna być mniejsza niż poprzedniego

Konserwacja kotła

Podczas spalania paliw stałych na ścianach kanałów spalinowych osadzają się żrące sadze i lotny popiół.

Celem zachowania pełnej sprawności i trwałości kotła konieczne jest jego czyszczenie

Czyszczenie kotła z żrących sadz i lotnego popioły (pozostałości po spaleniu) raz na parę tygodni

Czyszczenie z kamienia kotłowego raz na 5 lat.

Kotły opalane gazem lub olejem

• Nie posiadają takich elementów jak: ruszt, popielnik, drzwiczek zasypowych, dmuchaw

• Głównym elementem kotła jest palnik i regulator

• Wielkość, kształt komory spalania dostosowana jesy do konkretnego paliwa

• W zdecydowanej większości to kotły: wodne, niskotemperaturowe, automatyczne, stalowe

• Wysoka sprawność – przekraczająca 90 %

• Jednostki od kilku kW do kilku MW

Zalety kotłów gazowych/olejowych w porównaniu na paliwa stałe

• Wysoka sprawność

• Mała emisja zanieczyszczeń

• Praktycznie bezobsługowa eksploatacja

• Stała gotowość do pracy i możliwość automatycznej regulacji mocy kotła w zależności od chwilowych obciążeń cieplnych.

Klasyfikacja kotłów gazowych (i olejowych)

W zależności od:

• Wydajności

  • Małe

  • Średnie

  • Duże

• Konstrukcji

  • Przepływowe podgrzewacze wody

  • Kotły kondensacyjne

  • Kotły z podgrzewaczem wody lub bez

• Zastosowanych materiałów

  • Żeliwne

  • Miedziane

  • Stalowe

• Rodzajów używanych gazów

  • Jeden rodzaj

  • Kilka rodzajów

  • Wszystkie rodzaje

  • Na gaz miejski

  • Na gaz ziemny

• Stosowanego nośnika ciepła

  • Wodne niskotemperaturowe

  • Wysokotemperaturowe

  • Parowe

• Jedno, dwufunkcyjne, dwufunkcyjne ze zbiornikiem c.w.u.

• Z otwartą komorą spalanie lub z zamkniętą

• Tradycyjne i kondensacyjne

• Stojące i wiszące

Kotły gazowe

• Zaopatrzone są w palniki inżektorowe (atmosferyczne) lub wentylatorowe (nadmuchowe);

• Kotły zasilane są z sieci niskoprężnej (ok 10 kPa) lub dla dużych kotłów średnioprężnej (0,5 MPa)

• Kotłownie gazowe winny być wyposażone w niezawodnie działającą wentylację

• Kotły wyposażone w elektryczno – elektroniczne zespole zabezpieczająco – regulacyjne

• Zawierają oprócz kotła: automatykę, pompę obiegową, zawór bezpieczeństwa, przeponowe naczynie wzbiorcze.

Kotły gazowe pracują w instalacjach c.o. systemu zamkniętego, zabezpieczonych zaworem bezpieczeństwa i przeponowym naczyniem wzbiorczym

Wyposażenie

Kotły wiszące jednofunkcyjne są fabrycznie wyposażone w niezbędną armaturę tzn. pompę przeponową, naczynie wzbiorcze, zawór bezpieczeństwa, armaturę sterującą pracę kotła.

Palniki kotłów gazowych

Jednostopniowe

Wielostopniowe (dwustopniowe)

Modulacyjne

Palniki gazowe

W palnikach gazowych spalana jest mieszanina gazu i powietrza. W zależności od sposobu doprowadzenia powietrza rozróżnia się palniki:

• Bez dmuchawy (atmosferyczne)

• Z dmuchawą (wentylatorowe)

W zależności od rodzaju gazu wyróżnia się palniki:

• Na gaz miejski

• Na gaz ziemny

• Na wielogaz i na wszystkie gazy.

Najczęściej wykorzystywane typy kotłów gazowych

• Kotły stojące jednofunkcyjne

• Kotły stojące jednofunkcyjne z zasobnikiem ciepłej wody

• Kotły wiszące jednofunkcyjne

• Kotły wiszące dwufunkcyjne przepływowe

• Kotły wiszące dwufunkcyjne z zasobnikiem ciepłej wody

• Kotły kondensacyjne

Kotły z otwartą komorą spalania (atmosferyczne)

• Pobierają powietrze potrzebne do pracy z pomieszczenia, w którym kocioł jest zamontowany

• Są tańsze

• Wymagają odnośnie miejsca instalacji i kubatury pomieszczenia, w którym mają się znajdować, są ostrzejsze

Praca kotłów atmosferycznych

• Powietrze zasysane jest dzięki podciśnieniu wytwarzanemu przez gazi wymieszane (inżektor)

• Zapalanie następuje przez płomień lub elektrody zapłonowe. Powietrze wtórne wnika do płomienia z komory paleniskowej

• Moc cieplna kotła regulowana jest przez dławienie strumienia gazu dopływającego do palnika

Kotły z zamkniętą komorą spalania

• Kotły tzw. turbo

• Proces spalania całkowicie odizolowany

• Powietrze potrzebne do pracy jest pobierane z zewnątrz budynku

• Przewód kominowy – współśrodkowy – powietrzno-spalinowy

• Wewnątrz kotła znajduje się wentylator wymuszający przepływ świeżego powietrza i spalin.

Konstrukcja kotłów nadmuchowych?

Kotły kondensacyjne

• W kotłach kondensacyjnych zostaje użytecznie wykorzystane ciepło skraplania

• Umożliwiają prawie całkowicie wykorzystanie energii chemicznej paliwa i zmniejszenie zużywanego paliwa

• Zbudowane są z dwóch połączonych szeregowo wymienników ciepła

• Temperatura spalin 40-55⁰Cuniemożliwia ich grawitacyjne usuwanie

• Kotły kondensacyjne są niemal dwukrotnie droższe, przy sprawności ok 11% lepszej

• Kotły kondensacyjne sprawdzają się z automatyką pogodową

• Wymienniki większe, zbudowane z lepszych materiałów

• Efekt kondensacji rozpoczyna się poniżej 57⁰C

• Zastosowanie kotła ma sens gdy temperatury nie przekraczają 80-90⁰C

• Każdy kocioł spełnia swą rolę do ogrzewania domu, nie każdy zapewni komfort do ogrzania c.w.u .

Wykorzystuje się:

Kotły dwufunkcyjne

Kotły jednofunkcyjne z podgrzewaczem

Kotły – urządzenia kompaktowe z wbudowanym podgrzewaczem

Kondensacja w kotłach olejowych

W oleju ze względu na większy stosunek węgla do wodoru – podczas spalania powstaje mniej pary wodnej (nawet o 40%)

Temperatura punktu rosy wynosi 47⁰C

Powstający kondensat ma niższe pH – wymagania lepszych materiałów.

Kotły wiszące czy stojące?

Wymagają starannego doboru układu hydraulicznego

Podstawowy typ: kotły niskotemperaturowe i automatyce stałotemperaturowej (dla instalacji z jednym obiegiem grzewczym)

Kotły kondensacyjne z automatyką pogodową – zalecana dla obiegów ogrzewania podłogowego

Kotły stojące zdecydowanie większa pojemność wodna (50 l), większa uniwersalność.

Kotły jednofunkcyjne z podgrzewaczem

Możliwość zmagazynowania większej ilości wody. Stosowane gdy wymagane więcej wody w krótkiej chwili

Priorytet c.w.u.

Zwiększyć można komfort z wody stosując cyrkulację

Zastosowanie dla domów jednorodzinnych

Urządzenie kompaktowe

Kocioł jednofunkcyjny z podgrzewaczem

Pojemność zbiornika zintegrowanego jest ograniczona

Wykorzystuje się system ładowania warstwowego

Rozwiązanie charakteryzuje się najwyższą całoroczną sprawnością

Kotły dwufunkcyjne

Stosowane są gdy punkty poboru wody są blisko siebie (kilka metrów) i ilość zużywanej wody jednorazowo nie przekracza 11 l/min

Znajdują zastosowanie w mieszkaniach

Kotły przepływowe:

Kotły jednofunkcyjne

Kotły dwufunkcyjne

Kotły jedno i dwufunkcyjne

Jednofunkcyjne – są to tzw. kotły grzewcze – ogrzewają wodę instalacji centralnego ogrzewania

Dwufunkcyjne – przygotowują c.w.u. w sposób przepływowy – w kocioł wbudowany jest wymiennik (umieszczony w komorze spalania), w którym jest podgrzewana przepływająca woda;

Są też rozwiązania pośrednie w celu zapewnienia natychmiastowego dostępu do ciepłej wody, w kotle montuje się mały zbiorniczek do magazynowania podgrzanej wody

Zalety i wady kotłów gazowych

Zalety	Wady
Przy prawidłowym ustawieniu uzyskuje się całkowite spalanie i czyste spaliny	Zależność od miejscowego przedsiębiorstwa zaopatrującego w gaz
Oszczędność miejsca – brak zbiorników magazynujących	Dodatkowe koszty niezależne od zużycia a związane z przesyłem
Stała gotowość do pracy i szybkie uruchamianie
Liczne możliwości konstrukcyjne
Duża łatwość i czystość obsługi

Urządzenia gazowe

Do urządzeń gazowych zaliczamy:

• Kotły centralnego ogrzewania,

• Podgrzewacze c.w.u.,

• Ogrzewacze pomieszczeń

• Kuchenki gazowe jedno i wielopalnikowe

Grzewcze urządzenia dzielą się na trzy typy: A, B, C.

Instalacja gazowa typu A kończy się na urządzeniu gazowym

Instalacja gazowa typu B i C kończy się na kominie spalinowym

Kotły olejowe

• Olej jest trudniej spalany niż gaz

• Większe skomplikowanie i duża różnorodność w budowie palników

• Wykorzystuje się głównie palniki wentylatorowe

• Urządzenia zabezpieczające analogiczne jak w kotłach gazowych

Zagadnienie: umieszczenie zbiornika z olejem.

Budowa palnika olejowego:

• Pompa olejowa

• Wentylator

• Układ rozpylania oleju i mieszania z powietrzem

• Układ zapłonowy

• Układ sterowniczo-zabezpieczający.

Instalacja olejowa:

• Zbiornik oleju

• Układ zasilania palnika

Wykład 5 [29/10]

Kanały dymowe, spalinowe i wentylacyjne.

Przewody prowadzić należy w ścianach kominowych wykonanych z cegły ceramicznej pełnej lub ze specjalnych elementów prefabrykowanych.

Dopuszczalne jest włączenie do jednego kanału dymowego – max. 3 palenisk co 2-a kondygnacja.

Kanały wentylacyjne i spalinowe muszą być samodzielne dla każdej kondygnacji

Zalecane (minimalne) pole kanału – przewodu dymowego spalinowego i wentylacyjnego 14*14 cm

Kominy

• Zadaniem konina jest odprowadzanie i rozproszenie spalin oraz wytworzenie ciągu pozwalające na zasysanie powietrza do spalania w kotle

• Umieszcza się w środkowej części budynku, jak najbliżej kotła

• Powinien być pionowy na całej długości

• Komin musi być szczelny

System kominowy

• W obecnych systemach grzewczych słowo komin zastępowane jest systemem kominowym

• Preferowany kształt przekroju poprzecznego – kołowy, o gładkiej powierzchni wewnętrznej

• Komin odporny na wchłanianie, przymarzanie i destrukcyjne działanie mokrych spalin.

• Wyróżnia się: koniny stalowe, stalowe z hermetyczną komorą spalania i ceramiczne.

Spaliny z nowoczesnych kotłów

• Nowe systemy grzewcze pracują z ciągle malejącymi temperaturami spalin

• Objętość spalin się zmniejsza

• Czasy pracy się wydłużają

Problemy eksploatacji komina

• Główna strata ciepła kotła – strata kominowa – do kilkunastu %

• Kondensacja w kominie – H2O i H2SO4

• Zmiana temperatury pracy komina przy przerywanej pracy kotła.

Kotły/piece elektryczne

Najmniej problemowe w instalacji i eksploatacji.

Duża sprawność, nie emitują zanieczyszczeń.

Urządzenia małe gabarytowo

• Dostępne są w wersji jedno i dwufunkcyjne

• Wyposażone są w kilka grzałek, sterowanych elektronicznie, dzięki czemu mogą pracować z różnym obciążeniem

• Zakres mocy kotłów elektrycznych wynosi od 4 do 24 kW – najdroższe źródło energii.

Wymienniki ciepła

Typy JAD (płaszczyznowo - rurowe)

Wymienniki płytowe

Węzły blokowe dwufunkcyjne (wyposażone są w licznik ciepła i automatykę pogodową).

Definicje

Ciepłownictwo – to dział techniki stosowanej zajmujący się wytwarzaniem, przesyłaniem i wykorzystywaniem ciepła, tj. energii termicznej zawartej w nośnikach ciepła takich jak np. woda gorąca lub para

Ogrzewnictwo zajmuje się systemami ogrzewania oraz związanymi z nimi instalacjami, których zadaniem jest ogrzewanie pomieszczeń. Głównym przedmiotem badań ogrzewnictwa są instalacje centralnego ogrzewania.

System ciepłowniczy

W ogrzewaniu zdalczynnym ciepło grzewcze ze źródła ciepła doprowadzane jest za pomocą sieci cieplnej do odbiorców końcowych.

Źródło ciepła – zespół urządzeń do wytwarzania ciepła

Sieć ciepłownicza – system przewodów przebiegających na zewnątrz budynków ogrzewanych, służących do przesyłania ciepła ze źródła do węzłów

Węzły cieplne – zespół urządzeń do przekazywania ciepła, przetwarzania parametrów, pomiaru i regulacji

Rurociąg preizolowany

Technologia montażu sieci cieplnych, cechy:

• Wysoka jakość i niezawodność

• Łatwość i szybkość montażu

• Zoptymalizowana grubość

1 – Falista rura przewodowa CrNi

2 – Folia ochronna

3 – Rura płaszczowa zewnętrzna PE-LD

4 – Giętka pianka PIR

5 – Przewody kontrolne

Cechy systemu ciepłowniczego

• Rodzaj użytego nośnika od źródła do węzłów.

• Parametry wykorzystywanego czynnika.

Zalety: wyeliminowanie konieczności transportu palowa i popiołu do pojedynczych budynków – odciążenie ruchu; możliwość zastosowania tańszych paliw – opadów komunalnych, węgla brunatnego czy biomasy; bardziej ekonomiczne i ekologiczne wykorzystanie paliw;

Oszczędność miejsca u poszczególnych odbiorców;

Zminimalizowanie obsługi;

Podwyższona ochrona przeciwpożarowa

Warszawski system ciepłowniczy

• 300 km magistrali

• 700 km sieci rozdzielczych

• 700 km przyłączy

• Pokrywa zapotrzebowanie w 80 %

• Obszar 190 km2

• Zasila 19000 obiektów o kubaturze 230 mln m3

• Rury preizolowane 35% sieci

• Ciepło dostarczane jest z 2 elektrociepłowni (Siekierki, Żerań) i 2 ciepłowni (Kawęczyn, Wola), spalarnia odpadów

• System zasilany ciepłą wodą

• 10 000 GWh ciepła

• 10% strat zimn, do 30% lato

• 15000 węzłów cieplnych

Instalacje centralnego ogrzewania

Zadaniem instalacji centralnego ogrzewania jest utrzymanie w pomieszczeniu wymaganej temperatury.

Instalacja centralnego ogrzewania – zespół urządzeń służących do:

• Przygotowania czynnika grzewczego (temperatura i ciśnienie)

• Doprowadzenia tego czynnika do ogrzewanych pomieszczeń

• Przekazywania ciepła w pomieszczeniu

Instalacje centralnego ogrzewania – budowa

Instalacje centralnego ogrzewania zbudowana jest z grzejników, przewodów oraz armatury. Każde urządzenie grzewcze, aby prawidłowo funkcjonowało, powinno mieć aparaturę kontrolno-pomiarową wraz z elementami automatyki.

Czynnikiem grzewczym jest woda grzewcza o max. temperaturze 95⁰C

Podział instalacji CO

Temperatura czynniki (*):

• Nieskotemperaturowe (do 100⁰C)

• Średniotemperaturowe (do 115⁰C)

• Wysokotemperaturowe (powyżej 115⁰C)

• Zasilanie z kotłowni

• Zasilanie z węzłów cieplnych

Sposób zabezpieczenia:

• Instalacje wodne systemu otwartego

• Instalacje wodne systemu zamkniętego

• Instalacje dwururowe

• Instalacje jednorurowe

Sposób wymuszenia krążenia czynnika grzewczego:

• Ogrzewanie grawitacyjne

• Ogrzewanie pompowe

Sposób rozprowadzenia przewodów:

• Z rozdziałem górnym

• Z rozdziałem dolnym (w układzie tradycyjnym poziomym lub rozdzielaczowym)

Sposób zabezpieczenia instalacji:

• Naczyniem wzbiorczym typu otwartego

• Zaworem bezpieczeństwa i przeponowym naczyniem wzbiorczym

Instalacja otwarta czy zamknięta?

Układ grzewczy budynku może pracować w systemie otwartym, zamkniętym.

Historycznie pierwszym stosowanym systemem był otwarty system grawitacyjny;

Kotły na paliwo stałe powinny pracować w układzie otwartym

Kotły na paliwo płynne większości przypadków mają odpuszczenia na pracę w układzie zamkniętym

Instalacja otwarta (już się z tego nie korzysta)

Kotły na paliwa stałe instalowane w domach jednorodzinnych muszą być (wg PN-91/B-02413) zamontowane w instalacji c.o. systemu otwartego z otwartym naczyniem wzbiorczym. Zdecydowanie większość kotłów na naszym rynku przystosowana jest wyłącznie do montażu w takich instalacjach. Instalacja c.o. z kotłem na paliwo stałe może być zaprojektowana jako grawitacyjna (wykorzystująca zjawisko zmiany gęstości zamontowaną na przewodzie zasilającym lub powrotnym)

Ogrzewanie grawitacyjne (już się z nich nie korzysta)

Zasada działania ogrzewania grawitacyjnego polega na wykorzystaniu zjawiska zmiany gęstości wody, wywołanej zmianą jej temperatury (ogrzewanie grawitacyjne nie ma pompy).

Parametry ogrzewania grawitacyjnego to najczęściej 90⁰C na zasilaniu i 70⁰C na powrocie (skrót 90/70⁰C)

Zalety i wady ogrzewania grawitacyjnego

Zalety	Wady
Pewność działania (nie potrzebna jest energia z zewnątrz np. do napędu pompy )	Duża bezwładność (brak możliwości regulacji)
	Duże średnice przewodów w porównaniu z ogrzewaniem pompowym
Niskie ciśnienie wody wynikające tylko z ciśnienia hydrostatycznego	Duża pojemność wodna instalacji
	Kłopoty z prowadzeniem przewodów

Instalacja zamknięta (ciśnieniowa)

• Instalacja będąca obecnie standardem i instalowana w nowych i modernizowanych budynkach

• Zapewnia większy komfort użytkowania i większą trwałość

• Każda instalacja zamknięta musi być zaopatrzona w zawór bezpieczeństwa, zamknięte naczynie wzbiorcze, manometr…

Ogrzewanie pompowe

Jest najbardziej rozpowszechnione.

Zadaniem pompy jest pokonanie oporów przepływu wody w instalacji spowodowanych oporami tarcia w przewodach oraz oporami miejscowymi (kształtki, armatura i urządzenia).

Ogrzewanie pompowe pozwala na większą swobodę prowadzenia przewodów, a ich średnice są mniejsze niż w ogrzewaniu grawitacyjnym.

Zalety i wady ogrzewania pompowego

Zalety	Wady
Łatwe mieszanie wody dolotowej i powrotnej	Stały pobór energii elektrycznej
Łatwiejsza regulacja centralna i miejscowa	Wyższe koszty konserwacji i obsługi
Mniej średnice rurociągów

Układ dwururowy

Woda obiegowa cyrkuluje w sieci podzielonej wg poziomu temperatury na rurociąg zasilający (40-95⁰C) i rurociąg powrotny (30-70⁰C); każdy grzejnik jest indywidualnie przyłączony do obydwu rurociągów – na dopływie występuje zbliżony poziom temperatury gorącej; regulacja wydajności odbywa się indywidualnie dla każdego z grzejników za pomocą zaworu regulacyjnego (ręcznego lub automatycznego)

Sposoby prowadzenia przewodów ogrzewania centralnego

Układ poziomy:

• Układ rozdzielaczowi

• Układ trójkowy

• Układ rozdzielaczowo – trójkowy

• Układ pętli poziomej

Układ pionowy:

• Z rozdziałem dolnym

• Z rozdziałem górny

Układ rozdzielaczowy

Nie występują połączenia przewodów w podłodze.

Ograniczenia przejść przez przegrody

Zawory odcinające umożliwiają odcinanie

Wyższy koszt materiałów

Wymagana wyższa staranność wykonania

Układ rozgałęziony trójnikowy

Przewody rozgałęziają się w posadzce

Mniejsza ilość materiałów – niższe koszty inwestycyjne

Brak możliwości zamykania układów

Bardziej wrażliwa na niedokładności w regulacji wstępnej

Układy rozdzielaczowo – trójkowy

Grzejniki o stosunkowo małej mocy – położenie blisko siebie przyłączane są do jednej pary przewodów.

Układ pętli poziomej

Jeden pion do którego na każdej kondygnacji prowadzone są równolegle dwa przewody (zasilający i powrotny) tworzące pętle.

Układ pionowy

Stosowany w starych i częściowo modernizowanych budynkach

Prosty montaż

Niski koszt materiałowy

Wybór sposobu ogrzewania

Budynek nowo wznoszony	Budynek istniejący
System rozdzielaczowi System trójnikowy Rozdzielaczowo-trójnikowy	Układ pionowy Układ pętli zalistwowej

Ogrzewanie grzejnikowe to głównie ogrzewanie wysokotemperaturowe, choć mogą również pracować na niskich parametrach.

Ogrzewanie płaszczyznowe jest zawsze niskotemperaturowe.

Grzejniki

To podstawowe, tradycyjne odbiorniki ciepła

Zadanie – przekazywanie ciepła od wody krążącej w instalacji do pomieszczenia

W zależności od sposobu oddawania ciepła: grzejniki konwekcyjne i promieniujące

W zależności od materiału: żeliwne, stalowe, miedziano-aluminiowe

W zależności od konstrukcji: grzejniki z ogniw żeliwnych, stalowych, miedziano-aluminiowych; grzejniki z rur stalowych gładkich i ożebrowanych, stalowe płytowe, płyty promieniujące, radiatory konwektorowe, specjalne np. łazienkowe.

Ogrzewanie grzejnikowe – wymagania

Grzejniki powinny być optycznie dopasowane do pomieszczenia

Nie powinny mieć ostrych krawędzi

Oddawanie ciepła winno być regulowane

Łatwy montaż i konserwacja (czyszczenie)

Niewielkie gabaryty, przy jednocześnie intensywnej wymianie ciepła

Pojemność wodna i ciężar grzejnika możliwie niewielkie

Odporność na korozję

Tanie rozwiązanie

Ogrzewanie grzejnikowe

Grzejniki w pomieszczeniach oddają ciepło na skutek konwekcji (unoszenia ciepła) i w mniejszym stopniu promieniowania cieplnego

Powinny być umieszczone w obszarze największej różnicy temperatur (np. pod oknem, o szerokości okna)

Zaleca się stosowanie termicznej folii – zmniejsza przekazywanie ciepła na zewnątrz

Wykład 6 [5/11]

Grzejniki – sposoby przekazywania ciepła

• Promieniujące (promienniki, grzejniki płaszczyznowe)

• Konwekcyjne (grzejniki z ogniw, płytowe, konwektory, ogrzewanie powietrzne).

W zasadzie w każdym przypadku występuje zarówno konwekcja, jak i promieniowanie, ale różna jest proporcja między nimi

Oddawanie ciepła przez grzejniki jest określone przez moc cieplną

Moc cieplna jest uzależniona od:

• Żądanej temperatury w pomieszczeniu

• Maksymalnej temperatury w pomieszczeniu

• Typu i wymiarów grzejników

Rodzaje grzejników

Konwekcyjne (przekazują ciepło głównie przez konwekcję)

• Ogniowe żeliwne (odporne na korozję, duża pojemność wodna)

• Ogniwowe aluminiowe (odporne na korozję, dobra przewodność cieplna, mała odporność mechaniczna, nie zalecane do instalacji z miedzią)

• Stalowe płytowe (wygodne w montażu, mała pojemność wodna, podatne na korozję)

• Konwektorowe (element grzejny oraz obudowa, która wymusza ruch powietrza z dołu do góry, np. miedź – rury, aluminium - obudowa)

• Rurowe gładkie (higieniczne, estetyczne)

• Rurowe ożebrowane (odporne mechanicznie)

Promieniujące (przekazują ciepło gównie przez promieniowanie)

• Promienniki sufitowe (w pomieszczeniach o wysokości >5m)

• Grzejniki płaszczyznowe (ogrzewanie podłogowe ścienne)

Grzejniki płytowe

Produkowane są głównie z blachy stalowej (płaskiej lub ryflowanej)

Każdy grzejnik należy wyposażyć w grzejnikowy zawór termostatyczny (zasilanie), zawór powrotny (powrót) oraz ręczny zawór odpowietrzający

Podłączanie grzejników płytowych

• Podłączenie boczne (typ C)

• Podłączenie odpodłogowe (typ V)

Są to grzejniki o niewielkiej bezwładności – precyzyjne sterowania pracą.

Spotyka się najczęściej grzejniki o wysokościach: 300, 450, 600, 900 mm oraz w typoszeregu długości od 400 do 3000mm.

Grzejniki typu V posiadają fabrycznie wmontowany zawór termostatyczny

Grzejniki płytowe montuje się w pomieszczeniach o małej wilgotności.

Typy grzejników:

• Typ 11 – jednopłytowe z radiatorem

• Typ 21s – dwupłytowe z jednym radiatorem

• Typ 22 – dwupłytowe z dwoma radiatorami

• Typ 33 – trójpłytowe z trzema radiatorami

Zasady rozmieszczenia grzejników konwekcyjnych

Grzejniki należy umieszczać przy ścianach zewnętrznych, w pobliżu drzwi balkonowych i pod oknami

Stosować nad grzejnikiem półki w celu wymuszenia cyrkulacji powietrza.

Umieszczać w miejscach niezabudowanych

Na podkładach architektoniczno-budowlanych nanosi się symbole graficzne grzejników podając: typ grzejnika/wysokość w milimetrach/długość w metrach, np. C-22/600/1,2m

Rury w instalacjach grzewczych

Rury stalowe gwintowane

Rury stalowe spawane

Rury stalowe nierdzewne (kondensacja spalin)

Rury miedziane (ewentualnie z płaszczem tworzyw.)

Rury PVC

Rury PE

Rury PP

Rury PB

Nowoczesne rury tworzywowe (PEX, PERT, PPRCT)

Rury zespolone (z wkładka aluminiową, włókno szklane)

Wymiarowanie rur

Średnica nominalna rury DN – parametr stosowany przy opisie rur stalowych. Parametr ten określa jakie rury, załączniki i armatura pasują do siebie.

Parametr nie ma jednostki

DN 20, 25, 32, 40, 50, 60, 65, 80, 100, 125, 150, 200.

Wielkość PN – odnosi się do wspólnych cech mechanicznych i wymiarowych przewodów.

Wielkość bezwymiarowa.

Ciśnienie dopuszczalne rur zależy od materiału oraz od temperatury.

PN 2,5; 6; 10; 16; 25; 40.

Rury miedziane

Obróbka na zimno i gorąco

Łączenie: lutowanie (miękkie, twarde), spawanie, skręcanie, zaciskanie

Duża odporność na działanie korozyjne

Niewielka chropowatość i mała skłonność do zarastania

Dobre właściwości higieniczne

Rury z tworzyw sztucznych

Zalety	Wady
Szybkie i proste układanie Wytrzymałość chemiczna na korozję Niewielkie straty ciepła Niewielki ciężar Niewielkie straty ciśnienia Dobra izolacja przeciwdźwiękowa Możliwość kontaktu z środkami spożywczymi	Wydłużalność termiczna Potencjalna dyfuzja tlenu Ograniczone temperatury pracy Wrażliwość na UV Nieodporne na ogień

Rury wielowarstwowe

Zbudowane są z 3-5 warstw

PERT/AI/PERT

PEX/AI/PEX

PP/AI/PP

PPR/PPGF/PPR

Średnice: 14, 16, 18, 20, 26, 32 mm

Zalety:

Szczelność dyfuzyjna

Niewielka wydłużalność

Niewielki ciężar

Łatwo obrabialne

Odporność na korozje

Łączenie rur

Wybór połączenia uzależniony jest od warunków pracy, sposobu ułożenia, transportowanego płynu, zastosowanych materiałów, przepisów, itp.

Wyróżnia się połączenia rozłączne i nierozłączne (trwałe). Połączenia wykorzystywane są do łączenia rur ze są do łączenia rur ze sobą, jak i rur z kształtami, armaturą i urządzeniami.

Wszystkie połączenia rurowe muszą być stale szczelne (również w zmiennych warunkach pracy zmienność temperatury i ciśnienia).

Połączenie trwałe: lutowanie, spawanie, zgrzewanie, klejenie.

Połączenia trwałe

Połączenia z użyciem spoiwa:

Lutowanie (miękkie do 450⁰C, twarde powyżej 450⁰C)

Spawanie

Klejenie

Połącznia z użyciem siły:

Zaciski, gwintowanie

Połączenia rozłączne

Połączenia wielokrotnego użytku – możliwość rozłączenia i ponownego łączenia bez pogorszenia jakości poszczególnych elementów.

Rozróżnia się:

Śrubunki

Połączenia kołnierzowe

Złączniki wtykowe

Montaż rur

Kompensacja wydłużeń (podpory stałe, przesuwane), wydłużki, kompensatory

Mocowanie rur (podpory i podwieszenia, mocowanie na ścianie na szlichcie)

Wykorzystanie izolacji dźwiękochłonnej

Izolacja cieplna rur

Izolacja cieplna rur

Zadania:

Redukcja strat ciepła/strat chłodu

Ograniczone oddziaływanie na otoczenie

Zapobiega skraplaniu się pary wodnej i powstawaniu korozji zewnętrznej

Ograniczenie rozprzestrzeniania się dźwięku

Zmniejszenie wzrostu legionelli

W Polsce stosowana grubość izolacji rur jest dalece nie wystarczająca. Grubość 9mm dla średnicy 32, 40 mm uważa się za wystarczającą.

Wełny mineralne (naturalna, wata szklana)

Pianka z tworzywa sztucznego (miękka, twarda, PVC, PUR, PE, PS)

Ogrzewanie niskotemperaturowe

Ogrzewanie płaszczyznowe

Ogrzewanie powietrzne

Ogrzewanie konwekcyjne (obniżona temperatura)

(5 – idealny pod względem fizjologicznym dla człowieka rozkład temperatur)

Ogrzewanie płaszczyznowe

Wymiana ciepła na drodze promieniowania.

Korzystniejszy rozkład temperatur

Najczęściej stosowane wodne ogrzewanie podłogowe

Wysoka bezwładność regulacji

Wymagane duże „wolne” powierzchnie

Parametry ogrzewania płaszczyznowego

• Niskie temperatury pracy np. 35/29⁰C (max. Zasilenie 55⁰C)

• Temperatura podłogi 27⁰C (norma do 29⁰C)

• Prędkość przepływu 0,1 do 0,5 m/s

• Maksymalny opór na obiegu 20 kPa

Mocowanie rur grzewczych

Najczęściej są to spinki, listwy.

Płyta grzewcza na płycie systemowej

1 ściana

2 tynk

3 wykończeniowa warstwa podłogi

4 – jastrych (wylewka)

5 – dylatacja

6 – rura grzewcza

7 – spinka

8 – płyta systemowa

9 – warstwa nośna

10 folia budowlana

Zdj rysunek

Płyta grzewcza na styropianie budowlanym

1 ściana

2 tynk

3 wykończeniowa warstwa podłogi

4 – jastrych (wylewka)

5 – dylatacja

6 – rura grzewcza

7 – spinka

8 styropian budowlany

9 warstwa nośna

10 szyna do mocowania rur

11 folia polietylenowo-polipropylenowa

Zdj rysunek

Ogrzewanie podłogowe

Temperatura podłogi w pomieszczeniach ogrzewanych zapewniających uzyskanie komfortu

• W pomieszczeniach o ciągłym przebywaniu ludzi - 29⁰C

• W pomieszczeniach o okresowym przebywaniu ludzi - 30⁰C

• W łazienkach i pomieszczeniach basenowych - 30⁰C

• W strefach przejściowych, pod oknami, balkonami i w pasie nie szerszym niż 1 m - 35⁰C

• Temperatura wody grzanej powinna mieścić się w zakresie 40-55⁰C

Ogrzewanie ścienne

Realizowane może być w systemie wodny, jak też z rurkami ciepła

Temperatura ściany może być wyższa niż podłogi (do 35⁰C)

Ogrzewanie sufitowe

Celem zachowania odpowiedniego komfortu cieplnego w pomieszczeniu ogrzewanie stosować dla wysokości co najmniej 3 m.

Najczęściej wykorzystuje się rurowe ogrzewanie sufitowe.

Bardzo dobrze sprawdza się opcja chłodzenia sufitowego

Systemy rozdzielaczowe

Rozdzielacze służą do rozdziału cieczy grzewczej na obiegi grzewcze, regulację hydrauliczną, odpowietrzania układu, opcjonalnie do zamykania obiegu

Wyposażone w grupę pompową pozwala na wykorzystanie czynnika wysokotemperaturowego celem wykorzystania w instalacji niskotemperaturowej.

Porównanie systemów grzewczych

Ogrzewanie grzejnikowe	Ogrzewanie podłogowe	Ogrzewanie ścienne
Oddawanie ciepła głównie na drodze konwekcji	Oddawanie ciepła głównie na drodze promieniowania	Oddawanie ciepła głównie przez promieniowanie
Rozkład temperatury: ciepło u góry, zimno na dole	W miarę równomierny rozkład temperatury: ciepło na dole, chłodniej na górze	Równomierny rozkład temperatury na całej wysokości pomieszczenia
Wysoka temperatura zasilania: stare instalacje 90⁰C, nowe 75⁰C (min 55⁰C)	Temperatura zasilania 35-45 ⁰C	Temperatura zasilania 35-45⁰C
Wysoka temperatura powierzchni grzejnej	Temperatura powierzchni grzejnej: 23-28⁰C	Temperatura powierzchni grzejnej 24-27⁰C
Przeciętna temperatura powietrza w pomieszczeniu 22⁰C	Przeciętna temperatura powietrza w pomieszczeniu: 18-20⁰C	Przeciętna temperatura powietrza w pomieszczeniu: 17-18⁰C
Dodatnia – niekorzystna jonizacja powietrza	Nie powoduje niekorzystnej jonizacji powietrza	Nie powoduje niekorzystnej jonizacji powietrza
Cyrkulacja kurzu i alergenów	Czasami powoduje cyrkulację kurzu i alergenów	Nie powoduje cyrkulacji kurzu i alergenów
Ograniczenia	Zachowanie pokrycia podłogi podczas eksploatacji tak jak w projekcie ogrzewania

Wykład 7 [12/11]

Pompy

Pompa obiegowa służy do wytworzenia niezbędnego ciśnienia roboczego koniecznego do cyrkulacji (pokonania oporów sieci).

Pompy bezdławicowe – zwarta konstrukcja silnika i korpusu

Pompy dławicowe

Współczesne pompy charakteryzują się niezawodnością działania, długą żywotności a, bezobsługowością, niskim poziomem szumów i oszczędnością energii.

Pompę możemy zamontować zarówno na przewodzie zasilającym jak i przewodzie powrotnym

Każda pompa powinna być wyposażona w zawór zwrotny oraz filtr

Filtr montujemy po stronie ssawnej pompy, a zawór zwrotny po stronie tłocznej pompy.

Ciśnienie w pompowym ogrzewaniu wodnym

W zakresie ciśnieniowym: (nadciśnienie) pompa podwyższa ciśnienie całkowite, a obniża je w zakresie ssawnym (podciśnienie).

Przejście od zakresu ciśnieniowego (tłoczenia) do zakresu ssawnego jest oznaczane jako punkt zerowy

Ciśnienie całkowite w określonym miejscu pompowego ogrzewania wodnego składa się z ciśnienia statycznego (ciśnienie hydrostatyczne, ciśnienie od naczynia wzbiorczego) i ciśnienia dynamicznego (ciśnienie pompy)

Charakterystyka ruchowa pompy i rurociągów

Charakterystyka przepływowa pompy (zależność wysokości podnoszenia pompy H od wydajności objętościowej V) wyznaczana jest eksperymentalnie

Charakterystyka rurociągów opisuje zależność wysokości strat hydraulicznych rurociągów od ich wydajności przepływowe.

Punkt pracy układu pompa-rurociąg wynika z przecięcia się obu charakterystyk.

Armatura

Pewna eksploatacja wszelkiego rodzaju instalacji m.in. instalacji grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych możliwa jest dzięki zabudowanej wszelkiego rodzaju armaturze

Podział zadaniowy armatury:

Armatura zaporowa

Armatura regulacyjna

Armatura pomiarowa i sygnalizująca

Armatura bezpieczeństwa

Armatura zaporowa

Odcina i dławi przepływ. Może być uruchamiana ręcznie lub za pomocą siłowników

Zawory

Zasuwy

Zawory kurkowe

Zawory klapowe

Zawory elektromagnetyczne, zawory klapowe (z możliwością też ręcznego uruchamiania)

Zawór zwrotny

Zawór zwrotny należy do armatury zaporowo-zwrotnej

Zadaniem zaworu zwrotnego jest niedopuszczenie do cofnięcia się wody czyli przepływu wody w odwrotnym kierunku.

W instalacji centralnego ogrzewania zawory zwrotne montowane za pompami, czyli po stronie tłocznej pomp.

Zawór trójdrogowy

Zawory trójdrogowe mogą pracować jako zawory mieszające lub rozdzielające.

W instalacjach kotłowych za pomocą zaworu trójdrogowego możemy utrzymać:

• Żądaną temperaturę wody powracającej do kotła

• Żądaną temperaturę wody zasilającej instalacji c.o.

Armatura regulująca

Ma za zadanie porównać fizyczne wielkości z ustalonymi zadanymi wielkościami, a następnie koryguje nastawy w urządzeniach celem osiągnięcia ustalonych wartości.

Regulator ciśnienia

Mieszacz

Zawór termostatyczny

Regulator poziomu napełnienia

Armatura pomiarowa i sygnalizująca

Ma za zadanie wykryć parametry pracy, wyświetlić lub przekazać w postaci sygnału do dalszego przetwarzania

Termometry

Manometry

Wskaźniki poziomu napełnienia

Armatura bezpieczeństwa

Ma za zadanie chronić istniejącą w tym jej elementy przed przeciążeniem i zakłóceniami. Unika się zagrożeń dla zdrowia i życia użytkowników.

Zawory bezpieczeństwa

Czujniki ciśnienia gazu

Termiczne zabezpieczenie odpływu

Zabezpieczenie przed brakiem wody

Zadaniem zaworu bezpieczeństwa jest zabezpieczenie instalacji centralnego ogrzewania przed przekroczeniem dopuszczalnego ciśnienia

Przeponowe naczynie wzbiorcze

Przeponowe naczynie wzbiorcze wraz z zaworem bezpieczeństwa, stanowią zabezpieczenie instalacji centralnego ogrzewania systemu zamkniętego.

Zadaniem przeponowego naczynia wzbiorczego jest kompensowanie zmiany objętości wody w instalacji, spowodowanej zmianami jej temperatury.

Oprócz powyższych istnieje dodatkowa armatura niezakwalifikowana do żadnej z grup:

Filtry, odkraplacze, osadniki, odpowietrzniki.

Powietrze w instalacji ogrzewczej

• Dostaje się podczas napełniania i uzupełniania instalacji

• Może być zasysane (szczególnie w górnej części instalacji)

• W układach otwartych powietrze dostaje się przez naczynie wzbiorcze

Powietrze w instalacji powoduje:

• Zakłócenie cyrkulacji

• Odgłosy „bulgotania”

• Korozje

• Zmniejszone oddawanie ciepła w kotle grzewczym

• Zużycie i uszkodzenie pompy obiegowej

Odpowietrzanie instalacji

Należy układać rury z wzniosem w kierunku urządzenia odpowietrzającego

Zaplanować urządzenie odpowietrzające w miejscach zbierania/wydzielania się powietrza (najwyższe grzejniki, przy kotle grzewczym)

Odpowietrzać instalacje w regularnych odstępnych czasu

Odpowietrzanie miejscowe – zawory odpowietrzające

Odpowietrzanie pionów – automatyczne zawory odpowietrzające

Odpowietrzanie centralne – separatory powietrza

Odpowietrzniki (zawory odpowietrzające)

W instalacjach centralnego ogrzewania stosuje się ręczne i automatyczne odpowietrzniki

Zadaniem zaworów odpowietrzających (odpowietrzników) jest usuwanie powietrza z instalacji.

Separatory powietrza

Przeznaczone są do usuwania powietrza rozpuszczonego w wodzie. Stosuje sir je w instalacjach grzewczych w miejscu gdzie temperatura wody jest najwyższa

Armatura

Wymagania w stosunku do armatury

• Odporność na korozję

• Przydatność do instalacji wody użytkowej

• Długa żywotność, łatwa konserwacja i naprawa

• Łatwa i pewna obsługa

• Niewielkie straty ciśnienia

• Łatwy montaż

Armatura zaopatrzona jest w przyłącza gwintowane, kołnierzowe, końcówki do spawania/zgrzewania.

Armatura powinna mieć prawie ten sam przekrój co przewód rurowy, nie powodować zmian w kierunku przepływu

Pomiar, sterowanie, regulacja

Pomiar – proces eksperymentalny w wyniku którego jest ustalana wartość wielkości fizycznej

Sterowanie – proces w którym wielkości wyjściowe w złożony sposób (np. zgodnie z programem) wpływają na wielkości wyjściowe

Regulacja – proces w którym wielkości wejściowe wpływają na wielkości wyjściowe, te zaś z kolei oddziałują na wielkości wejściowe przez tzw. ujemne sprzężenie zwrotne.

Regulacja hydrauliczna instalacji grzewczej

Regulacja hydrauliczna polega na takim dopasowaniu ciśnień przepływów w instalacji grzewczej, aby każdy odbiorca ciepła był zaopatrzony w wodę grzewczą odpowiednio do swego zapotrzebowania na ciepło.

Regulacja hydrauliczna jest podstawowym warunkiem prawidłowej pracy instalacji grzewczej

Regulację hydrauliczną można przeprowadzić przez regulację różnicy ciśnień, ograniczenie natężenia przepływu lub zastosowania tzw. sprzęgła hydraulicznego.

Regulacja jest bagatelizowana!

Krzywe grzania

Brak regulacji powoduje

• Nierównomierne oddawanie ciepła przez grzejniki w rożnych pomieszczeniach

• Hałasy przepływu w instalacji

• Nieosiąganie obliczeniowych schłodzeń czynnika w instalacji

• Problemy regulacyjne i pomiarowe

Skutki braku regulacji:

Nieprawidłowa praca automatyki sterującej

Instalacja nie osiąga zakładanej mocy maksymalnej

Instalacja niewyregulowana zużywać może do 40% energii więcej.

Ogrzewanie powietrza

Ogrzewanie za pomocą nawiewu ciepłego powietrza

Nawiew odbywa się mechanicznie.

Powietrze może cyrkulować w obiegu zamkniętym, otwartym lub mieszanym.

Obecnie coraz częściej łączy się funkcje grzewcze układów nawiewnych z funkcją wentylacyjną, a także klimatyzacyjną.

Podsumowanie

• Przewody służą do doprowadzenia nośnika ciepła z kotła (wymiennik ciepła) do grzejników

• Grzejniki – przeponowe wymienniki ciepła woda – powietrze

• Pompa obiegowa – powoduje przepływ wody w przewodach w układzie zamkniętym

• Naczynie wzbiorcze – stabilizuje ciśnienie w instalacji

• Zwór bezpieczeństwa – zabezpiecza przed nadmiernym wzrostem ciśnienia w instalacji

• Zawory odpowietrzające – usuwają powietrze z instalacji (zabezpieczają przed korozją i zanieczyszczeniami mechanicznymi )

• Podpionowe zawory regulacyjne – służą do zrównoważenia hydraulicznego instalacji jednopompowych

• Zawory przygrzejnikowe z głowicami termostatycznymi służą jako:

  • Zawory odcinające

  • Urządzenia do regulacji hydraulicznej

  • Urządzenia do regulacji strumienia ciepła dostarczanego do pomieszczeń

Ciepła woda użytkowa (c.w.u.)

Ciepła woda użytkowa to woda o podwyższonej temperaturze (max. Temperatura 60 st. C), przeznaczona do utrzymania czystości i higieny osobistej oraz na potrzeby gospodarstw domowych

Ilość ciepłej wody jest trudna do określenia, zależy m.in. od:

• Pory roku

• Pory dnia

• Dnia tygodnia

• Wyposażenia sanitarnego mieszkania (budynku)

• Kultury osobistej mieszkańca

• Rodzaju budownictwa (budynki mieszkalne, budynki służby zdrowia)

Wymagania c.w.u.

Nieograniczona dostępność pod względem czasowym i ilościowym

Odpowiednia, regulowana temperatura

Spełnia wymagania sanitarno – epidemiologiczne

Niezawodne i bezpieczne instalacje

Wytworzona w sposób energooszczędny i atrakcyjny cenowo

Wykonanie instalacji c.w.u.

• Instalacja c.w.u. rozpoczyna się bezpośrednio za zaworem na zasilaniu z.w.u. urządzenia do przygotowania c.w.u.

• Instalacje możemy wykonać z rur stalowych ocynkowanych, miedzialych lub tworzywowych

• Instalacje ciepłej wody użytkowej należy projektować z instalacją cyrkulacyjną

• Rury należy izolować

• Instalacja powinna mieć rozwiązanie zabezpieczające przed namnażaniem się mikroorganizmów szkodliwych dla zdrowia (np. bakterie Legionella)

Instalacja c.w.u.

Regulacja instalacji ciepłej wody – po otworzeniu punktu czerpalnego wody ciepłej, w czasie krótszym niż jedna minuta, wypływa woda ciepła o temperaturze w granicach 55-60⁰C

Głównym problemem niskiej temperatury na wylewce jest niewłaściwa izolacja

Pobór wody

Systemy miejscowe:

Systemy jedno czerpalne

Systemy wielo czerpalne

Centralne instalacje c.w.u.

Rodzaje podgrzewaczy

Pojemnościowy podgrzewacz – może zapewnić duże przepływy wody. Ogrzanie wody wymaga czasu.

Przepływowy podgrzewacz – woda jest podgrzewana podczas jej poboru w wyniku przepływu przez wymiennik ciepła. Ograniczone przepływy wody, niemal natychmiastowe przygotowanie wody.

Zdjrys

Centralne instalacje przygotowania c.w.u.

Instalacje c.w.u. wymagają znacznych ilości energii :

Podgrzanie przepływowe w 20 min. wanny wody (200l) wymaga mocy cieplnej 21 kW.

Dla całorocznego zaopatrzenia w c.w.u. wykorzystuje się najczęściej systemy pośrednie: pojemnościowe i przepływowe podgrzewcze.

Dla systemów okresowych stosowane są systemy bezpośrednie: podgrzewacze gazowe i elektryczne

Korozja

W warunkach zewnętrznych metale „wracają” do swoich stabilnych chemicznie – ubogich w energię form

Podczas korozji metal reaguje z otaczającym środowiskiem. Prowadzi to do zmian w metalu a następnie do jego zniszczenia

Korozja elektrochemiczna jest najczęściej występującą formą korozji

Na proces korozji mają szczególny wpływ zawarte w wadzie:

• Tlen

• Kwasy (węglowe)

• Sole (podwyższające przewodność elektryczną)

• Ciała obce (konopie, piasek, wapń)

Korozja ogranicza naturalne pH wody 6,5-8

Korozja chemiczna

Następuje na skutek reakcji metalu z medium w stanie gazowym (bez udziału elektrolitu). Proces zachodzi w temperaturze pokojowej i ulega przyśpieszeniu przy wzroście temperatury (np. warstwa tlenu na rurze miedzianej która musi być usunięta).

Dla aluminium i miedzi utlenianie jest pożądane – tworzy się trwała warstwa ochronna

Wykład 8 [19.11]

Normy, wymagania prawne, komfort, zanieczyszczenia powietrza, strumień powietrza wentylacyjnego, wymagania dotyczące wentylacji, rodzaje wentylacji.

Wymagania prawne:

Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki – Rozporządzenie Ministra Infrastruktury, aktualizacja z dnia 12 marca 2009

Normy w Polsce mają charakter ogólny i zostały opracowane głównie pod kątem wentylacji grawitacyjnej, określają tylko podstawowe wielkości i parametry powietrza.

Normy

PN – 76/B – 03420. Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego

PN – 78/B – 03421. Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi

PN – EN 1507: 2007 Wentylacja budynków. Przewody wentylacyjne z blachy o przekroju prostokątnym. Wymagania dotyczące wytrzymałości i szczelności

PN – EN 12237: 2005 Wentylacja budynków. Sieć przewodów. Wytrzymałość i szczelność przewodów z blachy o przekroju okrągłym

PN – 83/B – 03430/Az 3: 2000: Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej

Itp……..

Wentylacja – jest zorganizowanym procesem wymiany powietrza z jednoczesnym usuwaniem na zewnątrz substancji wydzielających się w pomieszczeniu

Klimatyzacja – jest procesem nadawania powietrzu w pomieszczeniu określonych parametrów i właściwości pożądanych ze względów higienicznych oraz technologicznych

Miejsca stosowania wentylacji:

Wg §147 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury:

Wentylację mechaniczną lub grawitacyjną należy zapewnić w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi, w pomieszczeniach bez otwieranych okien, a także w innych pomieszczeniach, w których ze względów zdrowotnych, technologicznych, lub bezpieczeństwa, konieczna jest wymiana powietrza.

Czynniki wpływające na samopoczucie człowieka:

- temperatura powietrza

- prędkość ruchu powietrza

- wilgotność względna powietrza

- temperatura powierzchni przegród

- stężenie zanieczyszczeń

Strefa przebywania ludzi

Zakres komfortu cieplnego wykresy 2

Rodzaje i źródła zanieczyszczeń powietrza:

Pyły – cząstki ciał stałych o średnicy poniżej 100µm, powstające w procesach kruszenia, mielenia, szlifowania

Dymy – produkty niecałkowitego spalania, którego szczególną odmianą jest dym tytoniowy

Wyziewy – zapachy powstające w węzłach sanitarnych, kuchniach, zakładach produkcyjnych

Zanieczyszczenia gazowe – o ich obecności świadczy obecność dwutlenku węgla, tlenku węgla, czasami związków siarki i azotu

Kurz – szczególnie niebezpieczny o rozmiarze 0,3µm, ponieważ powoduje pylicę i inne schorzenia organizmu

Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego podane są w Dzienniku Ustaw nr 87, poz796 z 2002 r oraz rn 217, poz. 1833 z 2002 r.

Komfort chemiczny:

Na komfort chemiczny składa się głównie wymóg czystości chemicznej powietrza, czyli brak (lub znikome stężenie, niepowodujące negatywnych skutków dla organizmu) zanieczyszczeń stałych, ciekłych i gazowych.

Zanieczyszczenie powietrza:

W miejscach przebywania ludzi ustanawiane są maksymalne wartości graniczne stężeń zanieczyszczeń.

Na ich podstawie określa się udział powietrza zewnętrznego.

Dla pomieszczeń w których nie zachodzą procesy, zanieczyszczenia emitowane przez człowieka są charakteryzowane zawartością CO₂.

Zapach – miara zanieczyszczenia powietrza

Komfort termiczny a/i komfort chemiczny?

Oddziaływania termomodernizacji (często negatywne) na działanie wentylacji.

Ogrzewanie świeżego – zimnego powietrza;

Doprowadzenie do pomieszczeń zbyt małych ilości powietrza zewnętrznego;

Czystość powietrza a zdrowotność człowieka/budynku

Powietrze w pomieszczeniach zamkniętych ulega zabrudzeniu w wyniku aktywności człowieka (m.in. oddychanie), zachodzących procesów (np. gotowanie), „oddychania budynku” (m.in. wydzielanie związków zawartych w materiałach budowlanych).

Brak doprowadzenia odpowiedniej ilości czystego powietrza przyczynia się do złego samopoczucia, a następnie chorób.

Sick Buildings

Sposoby ograniczenia ilości zanieczyszczeń

• Odciągi miejscowe

• Szczelna instalacja kominowa

• Skuteczny wyciąg zużytego powietrza

• Poprawne doprowadzenie powietrza świeżego

Komfort akustyczny

Hałasem nazywa się fale akustyczne o różnych częstotliwościach i amplitudach.

Jednostką natężenia dźwięku L jest decybel (dB):

L = 10lg (p/p0)2

Komfort mikrobiologiczny:

Zarazki są mikroorganizmami pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego o grubości 0,5 – 1,0 µm i długości 1-5µm. koncentracja zarazków wzrasta wraz ze stopniem zapylenia. Niewielka część zarazków działa chorobotwórczo, wywołując grypę, odrę (wirusy), cholerę, dyfteryt, gruźlicę (bakterie).

Stosuje się następujący metody zwalczania chorobotwórczych zarazków pyłowych w powietrzu (zwłaszcza w wypadku instalacji klimatyzacyjnych):

• Promienniki ultrafioletowe

• Zamglenie powietrza przez chemikalia, np. glikol trójetylenowy

• Wysoko skuteczne filtry z zawiesiną koloidalną umieszczane w kanałach dolotowych powietrza

Komfort zapachowy

Jako miara stopnia komfortu zapachowego wprowadzono zapach pochodzący od jednego człowieka; inne źródła zapachów (w wyniku palenia, od dywanów, wykładzin, etc.) są odnoszone do tej jednostki.

1 olf = zapach emitowany przez dorosłego człowieka o standardowych cechach*

*ok. 1,8 m² powierzchni skóry, ciepło metabolizmu na poziomie 1 met, częstość kąpieli 0,7 razy w ciągu doby, bielizna zmieniana codziennie

Natężenia źródła zapachu w przypadku organizmu ludzkiego:

• 1 osoba w pozycji siedzącej (1 met): 1 olf

• 1 dziecko (12 lat): 2 olfy

• 1 sportowiec (15 met):30 olfów

• 1 palacz: 5-25 olfów

Natężenia źródła zapachu dla materiałów budowlanych:

• Dywany (wełna): 0,2 olf/m²

• Dywany (włókno syntetyczne): 0,4 olf/m²

• PCV/linoleum: 0,2 olf/m²

• Uszczelki gumowe: 0,6 olf/m²

Strumień powietrza wentylacyjnego odniesiony jest w stosunku do:

• Osoby

• Powierzchni

• Krotność wymian powietrza

Krotność wymiany określa zapotrzebowanie na powietrze wentylacyjne w pomieszczeniach o stałej i niewielkiej ilości występowania czynników szkodliwych i uciążliwych dla zdrowia oraz zastosowanych prostych urządzeniach wentylacyjnych.

Dla typowych budynków jednorodzinnych minimalny strumień powietrza wentylacyjnego (wg PN – 83/B -03430) wynosi od 150 do 300 m³/h, przy krotności wymiany od 0,5 do 1 wym/h.

Ogrzanie powietrza (temperatura zewnętrzna -20^oC) potrzeba ok. 2.3 kW dla 150 m³/h, 4,6kW dla 300m³/h.

Strumień powietrza

Strumień objętości powietrza wentylacyjnego w budynku mieszkalnym jest określony przez sumę strumieni powietrza usuwanego z pomieszczeń pomocniczych.

Strumienie te powinny wynosić co najmniej:

- w kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchenkę gazową lub węglową: 70 m³/h

- w łazience (z WC lub bez): 50 m³/h

- w wydzielonym WC: 30 m³/h

- w pomocniczym pomieszczeniu beokiennym: 15 m³/h

- dla pokoju mieszkalnego oddzielonego od pomieszczeń kuchni, łazienki i WC, więcej niż dwojgiem drzwi: 30 m³/h

Zaleca się ponadto projektowanie urządzeń wentylacyjnych umożliwiających okresowe zwiększanie strumienia objętości powietrza do co najmniej 120 m³/h.

Jakość powietrza w pomieszczeniu jest determinowana przez jakość powietrza nawiewanego oraz przez obciążenie pomieszczenia substancjami szkodliwymi.

Wentylacja mieszkań

- dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnię gazową lub węglową – 70m³/h

- dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnię elektryczną ?

- w mieszkaniu do 3 osób: 30m³/h, w mieszkaniu dla więcej niż 3 osób: 50m³/h

- dla kuchni bez okna zewnętrznego lub dla wnęki kuchennej, wyposażonej w kuchnię elektryczną: 50m³/h

- dla łazienki (z ustępem lub bez): 50m³/h

- dla oddzielnego ustępu: 30m³/h

- dla pomocniczego pomieszczenia bezokiennego: 15m³/h

- dla pokoju mieszkalnego: 30m³/h

Wentylacja w budynkach zamieszkania zbiorowego:

- dla pokojów mieszkalnych i sypialnych – 20m³/h dla każdego mieszkańca, przy czym łączny strumień powietrza dla pokoju nie powinien być niższy od 1 wymiany/h

- dla pokojów zbiorowego przebywania ludzi (np. świetlice, pokoje nauki, jadalnie): 20m³/h dla każdej przebywającej osoby

- dla pokojów klimatyzowanych oraz wentylowanych o nieotwieranych oknach: 30m³/h

Strumień powietrza wentylacyjnego dla kuchni i pomieszczeń sanitarno – higienicznych, przeznaczonych dla wspólnego użytku mieszkańców, oraz innych nie wymienionych pomieszczeń – powinien odpowiadać obowiązującym przepisom lub szczegółowym wymaganiom technicznym i sanitarnym.

Wentylacja w budynkach użyteczności publicznej

- dla pomieszczeń przeznaczonych do stałego i czasowego pobytu ludzi dopływ co najmniej 20m³/h powietrza dla każdej przebywającej osoby,

- w pomieszczeniach publicznych, w których jest dozwolone palenie tytoniu, minimalny strumień powietrza powinien wynosić 30m³/h na osobę

- dla pomieszczeń w żłobkach i przedszkolach przeznaczonych do przebywania dzieci, strumień powietrza zewnętrznego może być obniżony do 15m³/h dla każdego dziecka

- strumień powietrza wentylacyjnego dla pomieszczeń, w których występuje inne poza ludźmi źródło zanieczyszczeń powietrza, należy określić na podstawie odrębnych wymagań

Wymagania dotyczące wentylacji

Piwnice:

Wentylacja piwnic powinna zapewnić minimum 0,3 wymiany na godzinę

Poddasza:

Poddasza winny mieć zapewniony dopływ i odpływ powietrza przez otwory w zewnętrznych przegrodach budowlanych

Klatki schodowe:

Powinny mieć w górnej części otwór wywiewny o przekroju netto 200cm²

Zsypy śmieci:

Rura zsypu śmieci powinna mieć wylot ponad dachem a strumień powietrza wywiewanego powinien wynosić co najmniej 200m³/h

Pralnie:

Pomieszczenia pralni domowych powinny mieć zapewnioną wentylację odpowiadającą minimum 2-krotnej wymianie powietrza na godzinę

Suszarnie:

Pomieszczenia suszarni bielizny powinny mieć zapewnioną wentylację odpowiadającą 1 wymianie powietrza na godzinę

W budynku o wysokości do 9 kondygnacji może być stosowana wentylacja grawitacyjna lub mechaniczna, w budynkach wyższych wentylacja mechaniczna wywiewna lub nawiewno – wywiewna

Strumień powietrza przepływającego przez całkowicie otwarty nawiewnik, przy różnicy ciśnienia po obu jego stronach 10 Pa, powinien mieścić się w granicach:

- od 20 do 50m³/h, jeśli zastosowana jest wentylacja grawitacyjna

- od 15 – 30m³/h, jeśli zastosowana jest wentylacja mechaniczna wywiewna

Dopuszcza się odprowadzenie powietrza z pokoi przez szczeliny pomiędzy dolną krawędzią drzwi a podłogą (otwory wyrównawcze). Przekrój netto otworów lub szczelin powinien wynosić co najmniej 80cm²

Dopływ powietrza wewnętrznego do kuchni, łazienek itd. Powinien być zapewniony przez otwory lub szczeliny o przekroju min. 200 cm²

Do poszczególnych pionów wentylacyjnych powinny być przyłączone tylko pomieszczenia o tym samym charakterze (kuchenne, sanitarno – higieniczne, itd.). nie dopuszcza się pionów obsługujących mieszkania do usuwania powietrza z pomieszczeń niemieszkalnych (piwnice, pralnie, suszarnie, itd.)

W mieszkaniach wyposażonych w paleniska na paliwo stałe, kominki lub gazowe podgrzewacze wody z grawitacyjnym odprowadzeniem spalin, może być stosowana tylko wentylacja grawitacyjna lub mechaniczna wentylacja nawiewno – wyciągowa

W pomieszczeniach klimatyzowanych oraz wentylowanych o nieotwieranych oknach, strumień powietrza powinien wynosić co najmniej 30m³/h dla każdej przebywającej osoby, a w przypadku dozwolonego palenia w tych pomieszczeniach – co najmniej 50m³/h dla każdej osoby

Określenie obciążenia cieplnego:

Dla określenia obciążenia cieplnego wentylowanych pomieszczeń, które ma wpływ na ustalenie ilości powietrza potrzebnego do utrzymania założonej temperatury w pomieszczeniu należy określić i uwzględnić:

• Zyski ciepłą i zyski pary wodnej od ludzi

• Zyski ciepła od silników i maszyn

• Zyski ciepłą od oświetlenia elektrycznego

• Zyski ciepła i zyski pary wodnej w wyniku infiltracji powietrza

• Zyski ciepła od sąsiadujących pomieszczeń

• Zyski ciepła od nasłonecznienia

Zadania wentylacji:

Wentylacja ma za zadanie zapewnić przede wszystkim odpowiedni wywiew powietrza z pomieszczeń sanitarnych oraz wymagany nawiew (wynikający z potrzeb higienicznych) bilansujący układ ciśnień

Zadania wentylacji w budownictwie mieszkalnym

• Dostarczenie tlenu niezbędnego do oddychania

• Dostarczenie tlenu do zapewnienia prawidłowego przebiegu spalania

• Obniżenie zawartości wilgoci w powietrzu

• Obniżenie stężenia zanieczyszczeń gazowych i pyłowych emitowanych przez człowieka

Rodzaje wentylacji;

NATURALNA, może przybierać formy:

Przewietrzenia

Infiltracji

Wentylacji grawitacyjnej

Aeracji

SZTUCZNA, (mechaniczna), rozróżnia się wentylację:

- Ogólną

- Miejscową

• Odciągi miejscowe

• Nawiewy miejscowe

• Zasłony powietrzne

• Pożarową

• Hybrydową

MIESZANA

Techniki obróbki powietrza:

Instalacje wentylacyjne (klimatyzacyjne), służą do obróbki powietrza w pomieszczeniach, umożliwiającej odciągnięcie parametrów komfortu cieplnego, chemicznego, zapachowego, etc.

W technice obróbki powietrza pomieszczeń wyróżnia się :

mechaniczne instalacje powietrzne:

- instalacje o funkcji wentylacyjnej:

a). instalacje wentylacyjne

b). instalacje częściowo klimatyzacyjne

c). instalacje klimatyzacyjne

- instalacje bez funkcji wentylacyjnej

a). recyrkulacyjne instalacje wentylacyjne

b). recyrkulacyjne instalacje częściowo klimatyzacyjne

c). recyrkulacyjne instalacje klimatyzacyjne

systemy wentylacji naturalnej:

- wentylacja poprzez przegrody okienne

- wentylacja szybami

- wentylacja wywietrznikami dachowymi

Rodzaje wentylacji:

• Zwykła, czyli zapewnia wymaganą temperaturę w pomieszczeniach wentylowanych tylko zimą

• Z chłodzeniem, czyli utrzymaniem wymaganej temperatury niezależnie od temperatury zewnętrznej

• Z osuszaniem, która powoduje zmniejszenie wilgotności powietrza do zadanych wartości

Zakres instalacji wentylacji/klimatyzacji zależny jest od czynników powodujących zmianę stanu powietrza w pomieszczeniu, należy więc uporządkować procesy technologiczne i poprawnie zaprojektować układy wentylacyjne i klimatyzacyjne. Ustalenie wartości czynników powodujących zmianę stanu powietrza stanowi podstawę do obliczenia objętości strumienia powietrza wentylacyjnego i ustalenia procesów technologicznych

Rodzaje wentylacji – podsumowanie

Wykład 9 [26.11.12]

Wentylacja naturalna - wywoływana „siłami natury”, czyli: różnicą temperatur, wiatrem (wysysanie, wdmuchiwanie powietrza), różnicą ciśnień

Stosowana w pomieszczeniach o niewielkiej wymianie powietrza (pomieszczenia mieszkalne i niewielkie zakłady przemysłowe)

Typy wentylacji naturalnej:

• grawitacyjna – infiltracja świeżego powietrza do pomieszczenia i wyciąg zużytego przez pionowe kanały wentylacyjne

• przewietrzanie – okresowe otwieranie okien lub innych otworów

• infiltracja – stały napływ powietrza do pomieszczenia i jego odpływ na zewnątrz przez porowate ściany, nieszczelne okna i drzwi

• aeracja – przeciąg (np. w stodole jak mamy otwory z jednej i drugiej strony)

• wentylacja okienna (otwieranie okien) ← to nie to samo co przewietrzanie?

• wywietrznikami dachowymi

• szczelinowa

Wentylacja grawitacyjna – nawiew gdy temperatura na zewnątrz budynku jest niższa niż w jego wnętrzu.

Współczynnik infiltracji

a = 0,5 - 1,0

m – metr

h – godzina

1 daPa – 10 Pa

Nawiew powietrza przez okna

Dopuszcza się doprowadzenie powietrza przez okna charakteryzujące się współczynnikiem infiltracji „a” wyższym niż 0,5 a nie większym niż 1,0 m3/( , pod warunkiem, że okna wyposażone są w skrzydło uchylno – rozwieralne, górny wywietrznik uchylny lub górne skrzydło uchylne.

Nawiewniki (nawietrzaki) [nie zamykają się całkowicie]:

• ręczne

• automatyczne:

- higrosterowane

- ciśnieniowe

(+ nawietrzaki z grzałką - służą do doprowadzenia powietrza do wnętrza budynku i wstępnego podgrzania gdy temperatura na zewnątrz jest zbyt niska np. poniżej 8 st. C)

Montaż nawiewników

Nawiewniki montowane są najczęściej w oknach. Montuje się również w obudowie rolet zewnętrznych lub w górnej części ścian zewnętrznych.

Powinny być montowane na wysokości powyżej 2 m od podłogi.

Praktycznie montowane są na górnym fragmencie okna

Montaż w oknie:

• pomiędzy górną krawędzią szyby zespolonej a profilem skrzydła nawiewnik tego typu przypomina listwę wypełniającą część przeszklenia okiennego

• na profilu skrzydła okiennego lub ościeżnicy. Taki nawiewnik nie zmniejsza rozmiarów szyby

Strefy obciążenia wiatrem – dla II i III przewody dymowe i spalinowe muszą być wyposażane w nasady kominowe zabezpieczające przed odwróceniem ciągu.

Przewody wentylacyjne

Przekroje przewodów wentylacji grawitacyjnej powinny zapewniać usuwanie wymaganych normą strumieni objętości powietrza w następujących warunkach:

• temperatura zewnętrzna 12° C

• temperatura powietrza z którego usuwane jest powietrze, równa temperaturze obliczeniowej wg normy…. Dla pomieszczeń nieogrzewanych 16° C

• regulowane otwory doprowadzające powietrze w położeniu otwartym

• nie należy uwzględniać różnic ciśnień spowodowanych działaniem wiatru

Wentylacja grawitacyjna – warunki obliczeniowe

• Temperatura zewnętrzna = 12° C

• Temperatura wewnętrzna = 20° C

• Prędkość wiatru = 0 m/s

Ciąg kominowy zależy od:

• różnicy temperatur (naturalny wypór termiczny)

• wysokości komina i pola przekroju przewodu (im większy tym lepiej)

• wiatru

• konstrukcji komina

• ukształtowania terenu

Wnioski z badań dotyczących efektywności wentylacji naturalnej

Niedostateczna wymiana powietrza jest jedną z głównych przyczyn występowania w pomieszczeniach nadmiernych stężeń różnych substancji zanieczyszczających, a także negatywnego odbioru warunków wewnętrznych przez użytkowników.

Kształtowanie jakości powietrza i występowanie wielu symptomów chorobowych, a tym samym zagrożeń nie tylko zdrowia użytkowników jest uzależniona od intensywności wentylacji.

Głównym zagrożeniem w budynkach (szczególnie w budynkach wielorodzinnych), wyposażonych w urządzenia gazowe do przygotowywania ciepłej wody i posiłków, jest okresowy wzrost stężeń produktów niecałkowitego spalania gazu – głównie CO – i jego migracji w pomieszczeniach i budynkach. W okresie wiosny i jesieni częste są przypadki kilkunastokrotnego przekroczenia stężenia dopuszczalnego CO

Wentylacja mieszana (hybrydowa):

• Wentylatory dachowe (zwiększenie wywiewu, brak kontroli nad nawiewem)

• Wentylacja mechaniczna (nadciśnienie, podciśnienie)

• Nawiewna, wywiewna, nawiewno-wywiewna

Wentylacja mieszana:

• Stosuje się mechaniczne wspomaganie ciągu (kanałów grawitacyjnych)

• Realizowane jest to poprzez wentylatory naścienne / wentylatory dachowe

• Plusem rozwiązania jest – zwiększenie wywiewu, minusem – brak kontroli na nawiewem.

Wykład 10 [3/12]

Elementy instalacji mechanicznej

Elementy prowadzące powietrze:

• Przewody wentylacyjne

• Kształtki

Kończące układy wentylacyjne

• Czerpanie powietrza

• Wyrzutnie powietrza

• Kratki wentylacyjne: nawiewniki i wywiewniki

Urządzenia do oczyszczania powietrza

• Komory kurzowe

• Filtry powietrza

Urządzenia do podgrzewania lub chłodzenia powietrza

• Nagrzewnice

• Chłodnice

Urządzenia regulacyjne

• Przepustnice

• Zasuwy

• Kryzy

• Żaluzje

Urządzenia pomocnicze

• Otwory rewizyjne i wzierniki

• Tłumiki akustyczne

• Wentylatory

• Silniki napędowe

Wentylacja mechaniczna

W zależności od sposobu wymiany powietrza wentylację mechaniczną możemy podzielić na:

• Ogólną, czyli zapewniającą równomierną wymianę powietrza w całym pomieszczeniu

• Miejscową, przeciwdziałającą zanieczyszczeniu powietrza w miejscu wydzielania zanieczyszczeń.

Istotnym aspektem jest spełnienie odpowiednich wymagań akustycznych i zredukowanie hałasu pochodzącego od instalacji

Wentylacja miejscowa

Stosowana w procesach technologicznych, w których powstają zanieczyszczenia: pyły, opiłki, trociny, opary i wyziewy.

Nie wolno dopuścić do rozprzestrzeniania się tych zanieczyszczeń w powietrzu, należy je usunąć najlepiej w miejscu ich powstawania.

Do tego celu służą odciągi miejscowe.

Podział odciągów:

• Odciągi których zadaniem jest wytworzenie podciśnienia wewnątrz obudowy, co zapobiega przedostawaniu się zanieczyszczeń do pomieszczenia pracy (ssawki, okapy)

• Odciągi, których zadaniem jest odprowadzenie całej ilości powstających zanieczyszczeń (odciągi hermetyczne).

Budowa instalacji odciągu miejscowego

• Urządzenie do chwytania zanieczyszczeń, typu ssawki, okapy, obudowy hermetyczne

• Przewody ssawne i tłoczne

• Urządzenie wymuszające przepływ powietrza – wentylator

• Urządzenie do oczyszczania powietrza przed usunięciem do atmosfery – filtr

• Wyrzutnia – urządzenie do odprowadzania powietrza do atmosfery

Kanały wentylacyjne, kształtki, elementy regulacyjne, rewizje, wentylatory, filtry.

Zalety i wady wentylacji mechanicznej:

Zalety	Wady
Możliwość kształtowania parametrów powietrza w pomieszczeniu	Wysokie koszty inwestycyjne
Możliwość filtracji powietrza doprowadzonego do pomieszczenia	Konieczność systematycznej konserwacji
Możliwość kształtowania prawidłowego rozdziału powietrza w pomieszczeniu	Ryzyko stworzenia dyskomfortu akustycznego spowodowanego pracą wentylatora lub turbulencją i drganiami występującymi przy przepływie powietrza.
Możliwość realizacji różnych procesów uzdatniania powietrza w tym odzysku energii z powietrza usuwanego
Uniezależnienia intensywności wymiany powietrza od szczelności obudowy budynku, zabezpieczenie przed hałasem zewnętrznym
Duża efektywność

Elementy instalacji mechanicznej

Przewody powietrzne

Przekroje poprzeczne: prostokątne, okrągłe (niekiedy również owalne)

Do konserwacji służą otwory wyczystkowe, rewizyjne.

Ze względu na występujące na występujące zanieczyszczenia i niewielkie opory – przewody powinny być gładkie

Dla instalacji o niewielkich prędkościach przepływu (≤8m/s) stosuje się głównie przewody prostokątne.

Kanały powietrzne – materiały

Wykonywane są najczęściej z blachy stalowej ocynkowanej lub czarnej, zabezpieczonej przed korozją przez malowanie farbą ochronną. Nie stosuje się kanałów murowanych ze względu na dużą chropowatość i nieszczelność.

Inne materiały:

• Blacha lub taśma stalowa aluminiowa

• Blacha stalowa ołowiana

• Blacha cynkowa

• Płyty z PCV

• Płyty z polietylenu i polipropylenu

Wymiary znormalizowane przewodów prostokątnych

100x160

100x200

100x250

A/I – o przekroju prostokątnym wykonywane na zakładke

Wymiary znormalizowanych przewodów kołowych

100, 125, 160, 200, 250 ew. 315 mm (wymiar wewnętrzny)

Elementy o przekroju kołowym to są zazwyczaj spiro S

Kanały elastyczne (tzw. DEC)

Rury (przewody) elastyczne, izolowane lub nieizolowane. Stosowane są na zakończeniach instalacji wentylacyjnych na podejściach do kratek nawiewnych i wywiewnych.

Po przycięciu się na łącznik nyplowy lub króciec i mocuje przy użyciu nitów.

Uwaga na kanały elastyczne:

Większe opory transmisji powietrza, brak możliwości oczyszczenia, dużo trudniej ustabilizować ich położenie, podatne na zagniecenia i deformacje.

Łączenie przewodów wentylacyjnych

Technika łączenia elementów instalacji:

Elementy prostokątne łączone są najczęściej za pomocą kołnierzy z przyspawanych kątowników. Pomiędzy kątowniki wkładana jest uszczelka. Kołnierze łączone są śrubami.

Elementy okrągłe – spiro – łączone za pomocą nypla, a kształtki za pomocą mufy. Uszczelnienie za pomocą pierścienia samouszczelniającego z gumy EPDM (na kształtce – w specjalnym rowku).

Mocowanie przewodów wentylacyjnych

Przewody wentylacyjne mocowane są do konstrukcji budowlanej za pomocą podwieszeń i podpór wykonanych z płaskowników i kątowników.

Wytyczne:

• Nie powinny one dotykać ścian

• Przejścia przewodów przez przegrody budynku należy wykonać w otworach, których wymiary są od 50 do 100 mm większe od wymiarów zewnętrznych przewodów lub przewodów z izolacją

• Odstęp pomiędzy podwieszeniami powinien wynosić 2-3 m

• Podpory nie powinny znajdować się w miejscach połączeń przewodów

• Konstrukcja podpory lub podwieszenia powinna wytrzymać obciążenie równe co najmniej trzykrotnemu ciężarowi i przypadającej na nią odcinka kanału z osprzętem i izolacją

• Podpory i powieszenia w obrębie maszynowni powinny być wykonane jako elastyczne z zastosowaniem podkładek z materiałów elastycznych lub wibroizolatorów

• Przewody przechodzące przez stropy powinny być amortyzowane

Kształtki wentylacyjne

Do zmiany kierunku kanału, zmiany wymiaru lub wykonania rozgałęzienia oraz dostosowania systemu rozprowadzania powietrza do istniejących warunków przestrzennych służą kształtki wentylacyjne

W zależności od przeznaczenia rozróżnić można kształtki:

• Łuki

• Kolana

• Zwężki symetryczne/niesymetryczne

• Trójniki

• Czwórniki

• Odsadzki

• Łuki pomiarowe

Urządzenia regulacyjne

Do regulowania strumieni powietrza obiegowego i świeżego, dopływających do komory mieszania oraz do zamykania dopływu powietrza zewnętrznego do instalacji w momencie włączenie wentylatora służą przepustnice

Zasuwy

Otwory rewizyjne i wzierniki

Umożliwiają kontrolę stanu technicznego urządzenia wentylacyjnego oraz czyszczenia przewodów z osadów. Umieszcza się je przed każdym wentylatorem, przed każdą nagrzewnicą ramową oraz w pobliżu luków i odgałęzień.

Drzwiczki lub zasuwy zamykające otwory rewizyjne muszą być szczelne – zamykane za pomocą śrub lub odciskane sprężyną.

Zabezpieczanie kanałów przed zawilgacaniem i ucieczką ciepła

Kanały wentylacyjne, w których przepływa powietrze o wilgotności względnej powyżej 80 %, należy układać ze spadkiem co najmniej 5% w kierunku ruchu powietrza, w najniższym punkcie umieścić króciec odwadniający z zaworem lub syfonem.

Kanały izolować gdy różnica temperatur pomiędzy powietrzem w przewodzie a otoczeniem przekracza 10

Wykorzystuje się: włókna mineralne, polistyrol, moltopren – zabezpieczone z płaszczem z blachy aluminiowej.

Izolacja łączona jest na zakładkę

Wykorzystać można gotowe kształtki łączone na zakładkę

Wentylatory

Jest maszyną wirnikową przekazującą energię mechaniczną strumieniowi powietrza w celu spowodowania jego przepływu.

Stosunek ciśnienie tłoczenia do ciśnienia ssania nazywane jest sprężem. Różnica ciśnienia tłoczenia i ciśnienia ssania nazywane jest sprężem. Różnica ciśnienia tłoczenia i ciśnienia ssania nazywa się spiętrzeniem całkowitym

Urządzenia do transportu powietrza o ciśnieniach do 30000 Pa

Wg. Budowy podzielić je można na:

• Wentylatory osiowe

• Wentylatory promieniowe

• Wentylatory diagonalne

• Wentylatory poprzeczne

Budowa wentylatora

Porównanie wentylatorów osiowych i promieniowych

Wentylatory osiowe	Wentylatory promieniowe
Niewielkie koszty zakupu	Mniejsze szumy
Mniejsze zapotrzebowanie na miejsce	Łatwiejsze dopasowanie wydajności
	Prostsza konserwacja

Rodzaje wentylatorów i ich charakterystyka

Wentylatory dachowe – stosowane głównie do wentylacji wywiewnej, konstrukcja osiowa lub promieniowa.

Wentylatory kanałowe – przystosowane są do montażu bezpośrednio w instalacjach kanałowych wewnątrz pomieszczeń. Przeznaczone są do przetłaczania powietrza niezapylonego.

Wentylatory wysokociśnieniowe

Przeznaczone są do przetłaczania powietrza w warunkach, w których jest wymagane wysokie nadciśnienie lub podciśnienie. Posiadają one zaletę szczególnie ważną i docenianą w okresie zimy. Odciągają zanieczyszczone powietrze, filtrują je a oczyszczone pozostawiają w pomieszczeniach nie powodując strat ciepła.

Zadania wentylatora

Wytworzenie ciśnienia niezbędnego do:

• Pokonania oporu hydrostatycznego (różnicy ciśnień)

• Pokonanie oporów przepływu (w przybliżeniu można przyjąć, iż opory zmieniają się wprost proporcjonalnie do kwadratu prędkości średniej gazu)

Filtry

Służą do wyłapywania z powietrza cząstek stałych, częściowo również płynnych i gazowych.

Wielkość zanieczyszczeń: 0,001: 500 µm

Początkowa i końcowa różnica ciśnień

Na kanale prostym mamy straty 1 – 2 Pa na metrze przewodu

Kanał elastyczny – 2-4 Pa na metrze przewodu

Na kolanach ok 4 Pa

Nawiewniki nawet do 30 Pa

Wyrzutnie, czerpnie do 20 Pa

Filtry do 40-50 Pa (CZYSTE FILTRY)

Zjawiska wykorzystywane w technice filtracji:

• Zjawiska dyfuzji – cząsteczka zanieczyszczenia osiada na filtrze w wyniku ruchów molekularnych Browna.

• Zjawisko bezwładności – cząstka zanieczyszczenia osadza się na filtrze gdy ma określone wymiary i nie może się z tego powodu poruszać wzdłuż linii przepływu

• Zjawisko bariery – cząstka osadza się na filtrze gdy porusza się wzdłuż linii przepływu, której odległość od włókna filtru jest mniejsza niż pół średnicy cząstki zanieczyszczenia

• Zjawisko sita – cząstka zanieczyszczenia osadza się na filtrze gdy jej średnica jest większa niż swobodny przekrój między włóknami filtru. Stopień odpylenia filtru (sprawność) bada się przed i za filtrem

Sprawność filtrów rośnie wraz ze stopniem zaburzenia (kosztem zwiększenia strat ciśnienia)

Klasyfikacja filtrów

Ze względu na:

• Budowę (powierzchniowe płaskie – działkowe, kasetonowe, powierzchniowe V – kieszeniowe, workowe)

• Rodzaj materiału (włóknina, metal, zawiesina, węgiel aktywny)

• Sposób użytkowania (jednorazowe, regenerowane)

• Klasy odpylania (zgrubne, dokładne, bardzo dokładne, zawiesinowe)

Filtry powietrza

Klasy filtracji od G3 do F5 PN-EN 779

Wykład 11 [10/12]

Czerpanie, wyrzutnie, tłumiki dźwięku, nawiewniki i wywiewniki, jednostki centralne

Czerpnie i wyrzutnie

Czerpnie powietrza służą do pobierania powietrza z zewnątrz. Wyróżnia się:

• Terenowe

• Ścienne

• Dachowe

Konstrukcje czerpni i wyrzutni są podobne.

Dolna krawędź otworu czerpni i wyrzutni dachowej od powierzchni dachu powinna wynosić 0,6 m, a od rur dymowych i wyrzutni lub czerpni co najmniej 12 m.

Czerpnie

§152.

Czerpnie powietrza w instalacjach wentylacji i klimatyzacji powinny być zabezpieczone przed opadami atmosferycznymi i działaniem wiatru oraz być zlokalizowane w sposób umożliwiający pobieranie w danych warunkach jak najczystszego i w okresie letnim, najchłodniejszego powietrza. 3. Czerpnie powietrza sytuowane na poziomie terenu lub na ścianie … najniższych kondygnacji nadziemnych budynku … w odległości, co najmniej 8 m w rzucie poziomym od ulic i zgrupowania miejsc postojowych … odległość dolnej krawędzi otworu wlotowego czerpni od poziomu terenu powinna wynosić, co najmniej 2 m.

Wyrzutnie

9. Dopuszcza się sytuowanie wyrzutni powietrza w ścianie budynku, pod warunkiem, że :

1) powietrze wywiewane nie zawiera uciążliwych zapachów oraz zanieczyszczeń szkodliwych dla zdrowia

2) przeciwległa ściana sąsiedniego budynku z oknami znajduje się w odległości co najmniej 10 m lub bez okien w odległości co najmniej 8 m.

3) okna znajdujące się w tej samej ścianie są oddalone w poziomie od wyrzutni co najmniej 3 m, a poniżej lub powyżej wyrzutni – co najmniej 2 m.

4) czerpnia powietrza, usytuowana w tej samej ścianie budynku, znajduje się poniżej lub na tym samym poziomie co wyrzutnia, w odległości co najmniej 1,5 m.

Hałas

Hałas zewnętrzny

Hałas wewnętrzny – wywołany instalowanymi urządzeniami

Na powstanie hałasu wewnętrznego mają wpływ:

• Dźwięki przenoszone przez ciała stałe

• Dźwięki przenoszone przez powietrze

• Szumy przepływającego powietrza

Tłumienie dźwięków

Najskuteczniejszym sposobem zredukowania lub obniżenia uciążliwych dźwięków powstających podczas pracy wentylatorów jest zastosowanie odpowiedniej konstrukcji maszyn poprzez:

• Sztywne obudowy i ramy tłumiące dźwięki

• Stosowanie kołpaków dźwiękochłonnych

• Dobre wyważenie elementów obrotowych

• Niską liczbę obrotów

• Unikanie rezonansu przy regulacji liczby obrotów wentylatorów

Jeżeli nie ma możliwości zastosowania powyższych wskazań, można obniżyć poziom ciśnienia akustycznego poprzez zbudowanie ekranu dla odbicia dźwięku lub umieścić urządzenie w innym miejscu.

Tłumiki dźwięku

Źródłem hałasu w instalacji są wentylatory i chillery (wytwornice wody lodowej).

Część dźwięku przekształcana jest na ciepło – na przewodach (naturalnie tłumienie dźwięków). Urządzenie służące tłumieniu dźwięków (sztuczne tłumienie):

• Pasywne tłumiki absorpcyjne

• Aktywne tłumiki absorpcyjne.

Tłumiki kanałowe i komorowe

Tłumiki kanałowe powstają w wyniku wykładania ścian przewodów (wewnątrz lub na zewnątrz) materiałami dźwiękochłonnymi, niepalnymi, odpornymi na uszkodzenia mechaniczne. Najczęściej tłumiki kanałowe wykonywany jest z wełny mineralnej, na którą nakłada się gęstą siatkę metalową, blachę perforowaną, płótno workowe lub inną rzadką tkaninę.

Tłumiki komorowe mają postać gwałtownie poszerzonego przewodu lub komory wyłożonej materiałem dźwiękochłonnym. Aby tłumik dobrze spełniał swoją funkcję – przekrój poprzeczny komory powinien być ok 10 razy większy od przekroju wlotu przewodu do komory.

Puszki rozprężne

Służą do stabilizacji przepływu i powietrza i [ewentualnie] rozdziału na mniejsze strumienie.

Maga być izolowane, nieizolowane, z przepustnicą lub bez.

Rozdział powietrza

Wykorzystuje się różne kształty nawiewników i wywiewników:

• Kratki wentylacyjne

• Urządzenia indukcyjne (nawiewniki wirowe, kwadratowe, szczelinowe, dysze dalekiego zasięgu, nawiewniki talerzowe)

• Nawiewniki do wentylacji źródłowej

Kratki wentylacyjne

Są widocznym elementem instalacji wentylacyjnej

Zasięg działania strumieni powietrza zależny jest od następujących wielkości:

• Prędkości wypływu powietrza z nawiewnika

• Objętościowego strumienia powietrza

• Kształtu geometrycznego kratek nawiewnych

• Rozmieszczenia nawiewników w pomieszczeniu

• Ustawienia przestawnych płytek nawiewnika.

Anemostaty

Są szczególnym przypadkiem nawiewników lub wywiewników – umieszczane w suficie.

Rozprowadzają one powietrze w taki sposób, że unika się przeciągu i uczucia chłodu

Odpowiednia konstrukcja anemostatów umożliwia ich zastosowanie zarówno do rozprowadzania ciepłego jak i zimnego powietrza.

Centrale wentylacyjne

Centrala wentylacyjna to urządzenie wymuszające mechaniczna wymianę powietrza w pomieszczeniach. Usuwa powietrze zużyte i dostarcza świeże o odpowiednich parametrach.

Zużyte powietrze transportowe jest z pomieszczeń z systemem kanałów centrali wentylacyjnej, a następnie po filtracji wyrzucane jest przez wyrzutnie. Świeże powietrze zasysane jest przez wyrzutnie kanału wlotowego gdzie zostaje odfiltrowane i doprowadzone do wentylowanych pomieszczeń.

W celu odzyskania energii cieplnej zawartej w powietrzu zużytym i przekazania jej do powietrza świeżego stosuje się wymiennik ciepła.

Zadania centrali wentylacyjnej

• Przygotować powietrze nawiewane do pomieszczeń (temperatura, czystość)

• Odzyskanie ciepła z powietrza usuwanego,

• Zapewnić spręż umożliwiający pokonanie oporów przepływu na instalacji

• Dostarczenie powietrza z odpowiednią przędnością w elementach dystrybucyjnych – nawiewnikach

Rekuperator – kompaktowa centrala wentylacyjna

Rekuperacja czyli odzyskiwanie ciepła z powietrza wywiewanego na zewnątrz budynku jest podstawą efektywnej energetycznie wentylacji.

Ciepło przekazywane jest powietrzu nawiewanemu do pomieszczenia z wysoką sprawnością, ograniczając w sposób znaczący nakłady energetyczne na podgrzanie powietrza nawiewanego.

Rekuperatory – małe, kompaktowe urządzenia, zamknięte w metalowej lub tworzywowej obudowie, montowane najczęściej w pozycji stojącej, niekiedy mającej możliwość zawieszenia o wadze 30-150 kg.

Najsprawniejsze są wymienniki przeciwprądowe.

Odzysk ciepła

Odzysk ciepła to stosunek osiąganej w praktyce różnicy temperatury do teoretycznej możliwej jej różnicy (dla nieskończenie dużej powierzchni wymiennika).

Wyróżnia się

Sprawność całkowitą (ciepło jawne i utajone)

Sprawność temperaturową (ciepło jawne);

$$n = \ \frac{t_{R} - \text{t\ }_{Z}\ }{t_{p} - \text{t\ }_{Z}}\ \lbrack\%\rbrack$$

Wymienniki ciepła central wentylacyjnych

Przeponowe (regeneratory, rekuperatory) i bezprzeponowe wymienniki ciepła (mokre)

Rekuperatory

Wymienniki przeponowe lub powierzchniowe. Oba płyny, tj. oddający i pobierający ciepło, płyną po obu stronach ściany (przepony) w sposób ciągły. Wymiana ciepła i temperatura obu płynów najczęściej nie zmienia się w czasie.

Regeneratory

W wymiennikach tych nie ma przepony oddzielającej oba gazy, a ich przepływ odbywa się w tych samych kanałach na zmianę. Gaz grzewczy oddaje swe ciepło wypełnieniu, ogrzewając je, a gaz ogrzewany odbiera ciepło zmagazynowane w tym wypełnieniu.

Rurki ciepła – układ glikolowy

Wymiennik ciepła z czynnikiem pośredniczącym

System antyzamrożeniowy

W pewnych warunkach istnieje prawdopodobieństwo wymrażania (już dla temperatur powietrza zewnętrznego wynoszącego ok. -5 st. C), do której nie można dopuścić

Układ realizowany może być:

Z wykorzystaniem grzałki

Dodatkowy układ nawiewu

Wytworzenie okresowego podciśnienia.

Wentylatory w centralach wentylacyjnych

W rekuperatorach stosowane są wentylatory dla wymuszenia obiegu powietrza w układzie nawiewu i wyciągu powietrza.

Rodzaj zastosowanego wentylatora (wytworzony spręż, zużycie prądu) ma decydujące znaczenie o komforcie korzystania z wentylacji (czy dostarczy/usunie potrzebną ilość powietrza, czy nie hałasuje, czy koszt energii nie jest nadmierny)

Nowoczesne wentylatory EC (elektrycznie komutowane) zapewniają wysoką sprawność (przy niskim zużyciu prądu), w przeciwieństwie do AC

Automatyka

Fundamentalna rola w systemie wentylacji z odzyskiem ciepła.

Zaopatrzona w standardowe tryby pracy

Programowane tryby: bazujące na wielkości przepływu, porze dnia, rodzaju wykorzystywanej czerpni itd.

Współpraca z czujnikami (wilgotności, stężenia CO2)

Współpraca z nagrzewnicą, chłodnicą, odkurzacz centralny wentylacja łazienki.

Automatyka inteligentnego budynku.

Eksploatacja

Centrale wentylacyjne przeznaczone są do pracy ciągłej

Obsługa eksploatacyjna ograniczona jest do minimum, obejmuje okresową wymianę filtrów, sprawdzenie stanu wymiennika (ewentualne jego czyszczenie)

Należy pamiętać o dostępnie do urządzenia podczas jego eksploatacji

Obsługę serwisową najlepiej zlecić wyspecjalizowanemu serwisowi.

Wykład 13 [7.01.2013r]

Klimatyzacja jest udoskonaloną formą wentylacji mechanicznej. Zadaniem klimatyzacji jest zapewnienie oprócz odpowiedniego stopnia czystości powietrza, temperatury i składników chemicznych, właściwej wilgotności powietrza.

Funkcję systemów wentylacyjnych jest utrzymanie odpowiedniej czystości powietrza oraz temperatury powietrza w okresie zimowym a także odpowiedniego pola prędkości w strefie przebywania ludzi. W odniesieniu do pozostałych parametrów, tj. wilgotności względnej powietrza oraz temperatury w okresie letnim, to wentylacja zdolna jest jedynie do niedopuszczenia do nadmiernego przekroczenia tych parametrów.

Funkcją systemów pełnej klimatyzacji jest utrzymanie wszystkich podstawowych parametrów mikroklimatu, tj. temperatury, wilgotności względnej, prędkości i czystości powietrza w ciągu całego okresu działania w wymaganym zakresie wartości (przedział komfortu).

Zadaniem urządzeń klimatyzacyjnych jest odpowiednie przygotowanie powietrza pod względem termodynamicznym (zmiana parametrów cieplnych i wilgotnościowych).

Realizuje kilka procesów uzdatniania powietrza……

Dodatkowo oczyszczanie powietrza , rozprowadzanie powietrza oraz dostosowywanie parametrów do zmieniających się warunków.

Powody większej powszechności klimatyzacji:

Stosowanie nowych technologii w budownictwie, poprawa izolacyjności – zmniejszenie wymiany ciepła – mniejsze doprowadzenie ciepła , większe obciążenie cieplne sprzętem (np. oświetleniem halogenowym)

Ciągłe dążenie do poprawy komfortu przebywania w pomieszczeniu

Procesy klimatyzacyjne:

Łączą w sobie 4 termodynamiczne sposoby obróbki powietrza (grzanie, chłodzenie, nawilżanie, osuszanie) oraz obróbkę chemiczną (usuwanie zanieczyszczeń stałych, ciekłych i gazowych)

Są najdoskonalszą, choć najbardziej skomplikowaną metodą technicznej obróbki powietrza.

Kompletna instalacja klimatyzacyjna może w pełni przejąć funkcje grzewcze, chłodnicze i wentylacyjne.

Podział:

1. Instalacje z powietrzem zewnętrznym

2. Instalacje z pełną recylkulacją (uzdatniają jedynie powietrze)

a). z jedną funkcją klimatyzacji

b). z dwoma funkcjami klimatyzacji (ogrzewanie – chłodzenie / chłodzenie – nawilżanie…)

c). z trzema funkcjami klimatyzacji

d). z czterema funkcjami klimatyzacji

Procesy przygotowania powietrza są energochłonne

Zadaniem klimatyzacji komfortowej jest wytworzenie i utrzymanie stanu powietrza warunkujące dobre samopoczucie ludzi przebywających w pomieszczeniu.

Zadaniem klimatyzacji przemysłowej jest zapewnienie wymaganych w procesie technologicznym warunków środowiskowych.

Czynnikiem roboczym w urządzeniach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych jest powietrze wilgotne.

Przemiany powietrza w aparaturach klimatyzacyjnych

Powietrze wilgotne przed nawiewem do pomieszczenia podlega przemianom termodynamicznym.

Cały proces w centrali składa się z kilku procesów jednostkowych.

Komora mieszania

Mieszanie powietrza wywiewanego z powietrzem świeżym jest realizowane w komorze mieszania

Podgrzewanie powietrza

Jest realizowane w nagrzewnicy przeponowej. Czynnikiem grzejnym może być woda, para lub energia elektryczna.

Zmiana stanu powierza na wentylatorze

Powietrze przepływające przez wentylator nico się podgrzewa

Chłodnica przeponowa

Chłodnica powietrza w układzie klimatyzacyjnym spełnia dwa zadania, tj. służy do schładzania i osuszania powietrza. Osuszanie jest osiągane, gdy temperatura powietrza chłodnicy tA TP ma wartość poniżej punktu rosy tT.

tA TP > tT – występuje chłodzenie bez wykraplania wilgoci

tA TP <tT – występuje chłodzenie z wykraplaniem wilgoci

Nawilżacz parowy

Nawilżanie parą wodną polega na bezpośrednim wprowadzaniu pary o niskim ciśnieniu do kanału powietrznego.

Jest to para nasycona o temp. 105 – 110^oC, przy nawilżaniu parą praktycznie się nie zmienia temperatura powietrza.

Nawilżanie adiabatyczne – najczęściej stosowane – nawilżanie bez zmiany energii powietrza

Energooszczędność klimatyzacji:

- wykorzystanie ciepła skraplania dla potrzeb nagrzewnic wtórnych lub podgrzewu ciepłej wody

- optymalne schładzanie powietrza, osuszanie powinno być stosowane w niezbędnie koniecznych przypadkach

- zastosowanie wolnego chłodzenia (free cooling) – bezpośrednio lub pośrednio

Komfort przebywania w pomieszczeniach a klimatyzacja:

Klimatyzacja jest jednym z elementów, który wpływa na warunki mikroklimatu w pomieszczeniach

Może się zdarzyć, że instalacja klimatyzacyjna sama w sobie będzie optymalna ale nieoptymalnie dobrana do określonego obiektu

Współdziałanie branż: architektonicznej, konstrukcyjnej, klimatyzacyjnej, technologicznej

Klimatyzacja – sposób działania:

Główną częścią instalacji klimatyzacyjnej jest agregat klimatyzacyjny, w którym nastepuje obróbka powietrza. Powietrze zewnętrzne zostaje zassane , wstępnie obrobione, następnie ogrzane lub ochłodzone. W razie potrzeby zostaje nawilżone wodą lub parą wodną w komorze zraszania. Końcoym etapem jest dogrzanie w nagrzewnicy końcowej.

6 – 8 ^oC różnica przy chłodzeniu

Systemy klimatyzacyjne:

- powietrzne

- powietrzno – wodne

- wodne (systemy sufitów chłodzących)

- instalacje z małymi pompami ciepła

- układy miejscowe z klimatyzatorami

Powietrzne systemy klimatyzacyjne:

Powietrze zostaje przygotowane w centralach i tłoczone jest kanałami do pomieszczeń, bez żadnej dodatkowej obróbki.

1. Instalacje jednoprzewodowe o stałym przepływie objętościowym – wszystkie pomieszczenia otrzymują powietrze o tych samych parametrach

2. Instalacje jednoprzewodowe o zmiennym natężeniu przepływu (VAV) – stała temperatura, zmienny strumień powietrza, brak recyrkulacji powietrza, koszty eksploatacyjne: transport powietrza, przygotowanie

3. Instalacje dwuprzewodowe – w pomieszczeniach o odmiennych potrzebach parametrów powietrza na nawiewie – VRF – zmienna ilość czynnika chłodniczego

4. Instalacje indukcyjne

Powietrzno – wodne:

Obróbka powietrza – 2 etapy:

1. Wstępny w centrali

2. Końcowy zachodzi w klimatyzowanych pomieszczeniu (szafki nawiewne – wyposaża się w wodne nagrzewnice i chłodnice końcowe)

Sufity chłodzące:

- energia promieniowania

- udział konwekcji ciepła po schłodzeniu powietrza w pomieszczeniu – jego powolne opadanie w rejon podłogi

- 100 kW/m² – sufity

- 25 – 30 kW/ m² – zwykłe klimatyzacje

Wilgotność powinna być regulowana przez równolegle biegnący system wentylacyjny

Konwektory wentylatorowe:

Możliwość indywidualnego wyłączenia - montuje się w ścianie wewnętrznej

Indukcyjne instalacje klimatyzacyjne:

Centralnie przygotowywane jest powietrze pierwotne, korekcja temperatury odbywa się w aparatach indukcyjnych

Wykład 15 [14/01]

Zadania klimatyzacji mogą realizować zarówno centrale klimatyzacyjne, jak i urządzenia klimatyzacyjne, popularnie nazywane klimatyzatorami.

Klimatyzacja centralna

Klimatyzacja centralna zbudowana jest z centralnej maszynowni (składająca się z centrali klimatyzacyjnej i agregatów chłodniczych), skraplaczy (umieszczonych na dachu), elementów wykonawczych w pomieszczeniach.

Inny system centralny: prostszy i tańszy w postaci centrali dachowej

Budowa centrali klimatyzacyjnej

• Przepustnice

• Nagrzewnica wstępna

• Nagrzewnica wtórna

• Komora mieszania

• Filtr powietrza

• Komora zraszania

• Wentylator nawiewny

NAGRZEWNICE

Wodne i parowe

Nagrzewnice zbudowane są z pofałdowanych blach aluminiowych, połączonych z rurami miedzianymi.

Odstęp y pomiędzy poszczególnymi rzędami blach wyznacza się na podstawie mocy cieplnej, strat ciśnienia i wymagań dotyczących konserwacji

Elektryczne

Stosowane w małych instalacjach.

Zbudowane są z drutów lub taśm oporowych ze stopów niklu i chromu, rozpięte i przymocowane za pomocą uchwytów ceramicznych

Chłodnice

Budowa analogiczna do nagrzewnic z tym iż ze względu na możliwość wystąpienia kondensatu wyposażony jest w wannę i odkraplacz

W chłodzeniu wyróżnić można dwa przypadki:

Temperatura na powierzchni chłodnicy wyższa od temperatury punktu rosy powietrza.

Temperatura na powierzchni chłodnicy jest niższa od temperatury punktu rosy

Komora zraszania

Jej zadaniem jest nawilżanie powietrza lub też nawilżanie i chłodzenie powietrza.

Komora zraszania zasilana może być wodą z instalacji wodociągowej lub wodą lodową z urządzenia chłodniczego

Chillery (wytwornice wody lodowej)

Agregat wody lodowej schładza czynnik roboczy (wodę lodową). Jeśli woda jest schłodzona temperatury niższej od 0 st C, to często jest stosowana mieszanina woda/glikol

Urządzenia klimatyzacyjne w pomieszczeniach

• Klimatyzatory okienne

• Kompaktowe

• Urządzenia systemu split.

Klimatyzatory

Są to urządzenia:

• Lokalizowane wewnątrz obsługiwanych pomieszczeń

• O niewielkim strumieniu objętości powietrza

• Obsługujące zazwyczaj jedno pomieszczenie

Podział ze względu na funkcje

• Wentylacyjno chłodzące

• Wentylacyjno chłodząco-ogrzewające

• Pełnej klimatyzacji z możliwością wentylacji, grzania, chłodzenia oraz regulacji wilgotności względnej powietrza.

Budowa klimatyzatora (pełna klimatyzacja)

• Układ chłodniczy

• Nagrzewnica powietrza

• Nawilżacz powietrza

• Wentylator obiegu powietrza

• Filtr powietrza

• Kierownice i przepustnice powietrza służące do rozdziału powietrza

• Osprzęt automatycznej regulacji

• Elementy pomocnicze

Automatyczna regulacja klimatyzatora

• Układ regulacji temperatury powietrza

• Układ regulacji wilgotności powietrza

• Czasowy programator pracy klimatyzatora

• Automatyczny układ intensywności grzania, chłodzenia, nawilżania oraz regulacji prędkości obrotowej wentylatora

• Układ alarmujący o konieczności wymiany lub oczyszczenia filtra, uzupełnienia wody w nawilżaczu, opróżnienia zbiornika skroplin – w przypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości parametrów powietrza.

Podział klimatyzatorów

Klimatyzatory monoblokowe (jednoczęściowe)

Montowane w przegrodzie zewnętrznej pomieszczenia lub jako urządzenia wolnostojące.

Klimatyzatory rozdzielane (split) zbudowane z:

• Jednostki zewnętrzne: na balkonach, tarasach, dachu, elewacji zewnętrznej

• Jednostki wewnętrzne: w wersji przenośnej, wolnostojącej, ściennej, sufitowej, przewodowej.

Instalacja klimatyzatora

Doprowadzane instalacje podczas montażu klimatyzatora:

• Przewodów łączących część zewnętrzną i wewnętrzna

• Odprowadzenia skroplin z parownika (chłodnicy powietrza)

• Doprowadzenie wody do nawilżacza

• Instalacji elektrycznej odpowiedniej mocy zainstalowanego urządzenia

Klimatyzatory typu okiennego

Typu kompaktowego (monoblokowego), czyli wszystkie elementy znajdują się w jednej obudowie

Klimatyzator monoblok wolno-stojący

Klimatyzatory przenośne nie wymagają specjalistycznego montażu, gdyż umieszczone w podstawie kółka umożliwiają przemieszczanie klimatyzatora.

Przewód odprowadzający gorące powietrze można umieścić w uchylonym oknie lub otwartych drzwiach.

Klimatyzatory typu split

Zbudowane z dwóch jednostek: wewnętrznej – parownika, zewnętrznej – skraplacza

System MULTI SPLIT

Składają się z 2, 3, 4 jednostek wewnętrznych i jednej jednostki zewnętrznej.

W jednostce zewnętrznej znajduje się jeden lub dwa „obiegi chłodnicze” (sprężarka, wymiennik, zawór rozprężny), w jednostkach wewnętrznych wymiennik

VRF – system ze zmiennym przepływem oparty na bezpośrednim odparowaniu

Dobór klimatyzatora

To kompromis pomiędzy kryteriami technicznymi a oczekiwaniami użytkownika

Najważniejszym kryterium jest określenie minimalnych wymagań i spełnienie wymagań technicznych, legislacyjnych i estetycznych.

Należy ustalić dopuszczalny poziom hałasu

Efektywność energetyczna – EER

Instalacja skroplinowa (najlepiej grawitacyjna)

Jednostka wewnętrzna:

Zapewnić odprowadzenie zysków ciepła

Zapewnić równomierny rozkład temperatury w pomieszczeniu

Zapewnić właściwą prędkość powietrza w strefie przebywania ludzi

Zapewnić nie przekroczenie dopuszczalnego hałasu

Moc chłodnicza – najważniejsze kryterium doboru

Klimatyzator musi mieć taką moc aby odebrać ciepło z klimatyzowanego pomieszczenia

Zyski ciepła uwzględniają temperaturę zewnętrzną i wewnętrzną oraz zyski od nasłonecznienia, ludzi, urządzeń, zyski wilgoci

Porównanie klimatyzatorów

Korzystając z danych katalogowych klimatyzatorów, parametry podawane są zgodnie programem nadawczym EUROVENT

PARAMETRY:

Temperatura zewnętrzna +35 st. C

Temperatura wewnętrzna + 27 st. C

Temperatura odparowania + 5 st. C

Długość instalacji chłodniczej 7 m.b. i brak różnicy wysokości pomiędzy jednostką zewnętrzną i wewnętrzną.