Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Grawitacyjna instalacja centralnego ogrzewania dla domu jednorodzinnego

Wykonała:

Izabela Kołodziej

COWiG 1

Warszawa, 11.12.2013r.

Spis treści

Załączniki:

• Załącznik nr 1 –Współczynniki przenikania ciepła przez przegrody budowlane

• Załącznik nr 2 – Całkowita projektowa strata ciepła i projektowe obciążenie cieplne ogrzewanych pomieszczeń

• Załącznik nr 3 – Obliczenia hydrauliczne poszczególnych pionów (dobór średni kryz dławiących)

• Załącznik nr 4 – Wyniki obliczeń dla doboru grzejników

• Rysunek nr 1 – Rzut parteru 1:50

• Rysunek nr 2 – Rzut piwnicy 1:50

• Rysunek nr 3 – Rzut piętra 1:50

• Rysunek nr 4 – Przekrój pionowy budynku 1:50

• Rysunek nr 5 – Rozwinięcie instalacji c.o. 1:50

• Rysunek nr 6 – Rzut poziomy kotłowni 1:20

1. Cel i zakres projektu

Celem projektu było zaprojektowanie grawitacyjnej instalacji centralnego ogrzewania dla domu jednorodzinnego.

Projekt obejmuje:

1. obliczenia współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych,

2. obliczenia całkowitej projektowej straty ciepła i projektowego obciążenia cieplnego ogrzewanych pomieszczeń,

3. obliczenia powierzchni źródła ciepła, przekrojów kanałów spalinowych i wentylacyjnych,

4. obliczenia doboru źródła ciepła ,

5. obliczenia średnic kryz dławiących ,

6. obliczenia doboru wielkości grzejników ogniwowych żeliwnych,

7. obliczenia doboru naczynia wzbiorczego typu otwartego,

8. rysunki wyszczególnione w spisie rysunków.

1. Podstawa opracowania

Projekt został opracowany na podstawie zlecenia.

Projekt opracowano na podstawie niżej wymienionych obowiązujących norm i ustaw:

1. PN-EN ISO 6946 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.

2. PN-EN ISO 13370 Właściwości cieplne budynków – Wymiana ciepła przez grunt – Metody obliczania.

3. PN-EN ISO 10211-1 Mostki cieplne w budynkach- strumień ciepła i temperatura powierzchni. Ogólne metody obliczania.

4. PN –EN ISO 10211-2 Mostki cieplne w budynkach- strumień ciepła i temperatura powierzchni. Liniowe mostki cieplne.

5. PN-EN ISO 14683:2001 Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne.

6. PN EN 12831 :2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.

7. PN-EN ISO 10077-1:2002 Właściwości cieplne okien, drzwi i żaluzji. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła. Część 1: metoda uproszczona.

8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12.04.2002 w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. nr 690, poz. 75 z późniejszymi zmianami).

9. PN-82/B-02403. Ogrzewnictwo – Temperatury obliczeniowe zewnętrzne.

10. PN-EN ISO 14683. Mostki cieplne w budynkach – Liniowy współczynnik przenikania ciepła – Metody uproszczone i wartości orientacyjne.

11. PN-EN ISO 10211-2. Mostki cieplne w budynkach – Obliczanie strumieni cieplnych i temperatury powierzchni – Część 2: Liniowe mostki cieplne.

12. PN-83/B-03430/AZ3 Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.

13. PN-EN 13465. Wentylacja budynków – Metody obliczeniowe do wyznaczania wartości strumienia objętości powietrza w mieszkaniach.

1. Charakterystyka obiektu

Projekt grawitacyjnej instalacji centralnego ogrzewania wykonano dla budynku jednorodzinnego położonego w Suwałkach, w V strefie klimatycznej, przy ulicy Warszawskiej. Dla danej strefy klimatycznej jako projektową temperaturę zewnętrzną przyjmuje się −24.

Budynek, dla którego zaprojektowano instalację posiada dwie kondygnacje i jest całkowicie podpiwniczony.

Zgodnie z normą PN-82/B-O2403 i PN-EN 12831 przyjęto następujące temperatury wewnątrz budynku:

1. w pokojach oraz na korytarzu: +20,

2. w łazienkach: +24,

3. w piwnicy -2,

4. stropodach -14,

1. Rozwiązania techniczne

Kotłownię umieszczono w części piwnicznej budynku, gdzie przygotowywana jest woda grzewcza na potrzeby instalacji c.o.. Instalację zaprojektowano w systemie dwururowym z rozdziałem dolnym o parametrach czynnika grzejnego: 75/50.

Przewody rozprowadzono pod stropem piwnicy.

Regulowanie instalacji będzie możliwe za pomocą kryz dławiących.

Piony instalacji C.O.

Instalację zaprojektowano w układzie dwururowym z rozdziałem dolnym. Piony instalacji wykonano z rur stalowych ze szwem, łączonych przez spawanie. W najwyższych punktach poszczególnych pionów umieszczono samoczynne zawory odpowietrzające. Sposób doboru średnic pionów przedstawiono w części obliczeniowej.

Przewody rozprowadzające w piwnicy

Przewody poprowadzono pod stropem piwnicy ze spadkiem 3⁰/₀₀ w kierunku kotła.

Dobór grzejników

Dla wszystkich ogrzewanych pomieszczeń dobrano grzejniki typu T1.

Kotłownia

Kotłownia znajduje się w pomieszczeniu piwnicznym. Znajduje się tam wentylacja nawiewno-wywiewna (kanał wentylacja nawiewnej o przekroju 20x20 cm, a wentylacji wywiewnej o przekroju 14x14 cm).

Źródło ciepła

Źródłem ciepła jest kocioł żeliwny, wodny na paliwo stałe typu KZ-3K, czteroczłonowy, o znamionowej mocy cieplnej 22,3 kW, powierzchni ogrzewalnej wynoszącej 1,65 m², masie równej 290 kg oraz o wymiarach: 390x500x1120.

Naczynie wzbiorcze

Dobrano naczynie wzbiorcze o pojemności użytkowej 5,3 dm³i pojemności całkowitej 8 dm³. Główne wymiary naczynia wynoszą:

Dw=211 mm;
A=235 mm;
masa: 3 kg.

Naczynie podłączono do instalacji rurą wzbiorczą DN20.

1. Obliczenia

1. Obliczenia współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych

Współczynnik przenikania ciepła:

$$U = \frac{1}{R_{T}}\ \lbrack\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$$

Całkowity opór cieplny przegrody:

$$R_{T} = R_{\text{si}} + R_{1} + R_{2} + \ldots + R_{n} + R_{\text{se}}\ \lbrack\frac{m^{2}K}{W}\rbrack$$

gdzie:

R_si – opór cieplny przejmowania od strony wewnętrznej przegrody [m²K/W],

R₁,R₂,…R_n – opory cieplne przewodzenia poszczególnych warstw [m²K/W],

R_se – opór cieplny przejmowania od strony zewnętrznej przegrody [m²K/W].

R_si oraz R_se są wartościami stałymi. Przyjęto je z tablic w zależności od kierunku przepływu strumienia ciepła, R₁…R_n policzono ze wzoru:

$$R = \frac{d}{\lambda}\ \lbrack\frac{m^{2}K}{W}\rbrack$$

Gdzie:

d– grubość warstwy [m];

λ– współczynnik przewodzenia ciepła warstwy, odczytywany z tablic dla danego materiału [W/mK]

Przykładowe obliczenia dla ściany zewnętrznej

Dane:

R_si = 0, 13 m²K/W

Tynk wewnętrzny: d = 0, 015 m;  λ = 0, 82 W/mK

YTONG: d = 0, 3 m;  λ = 0, 3 W/mK

Styropian: d = 0, 15 m;  λ = 0, 04 W/mK

Tynk zewnętrzny: d = 0, 015 m;  λ = 0, 82 W/mK

R_se = 0, 04 m²K/W

$$U = \frac{1}{R_{T}} = \frac{1}{0,13 + \frac{0,015}{0,82} + \frac{0,3}{0,3} + \frac{0,15}{0,04} + \frac{0,015}{0,82} + 0,04} = \frac{1}{4,957} = 0,202\ \lbrack\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$$

Pozostałe stabelaryzowane wyniki obliczeń współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych umieszczono w załączniku nr 1.

1. Obliczanie całkowitej projektowej straty ciepła i projektowego obciążenia cieplnego ogrzewanych pomieszczeń

Projektowe obciążenie cieplne obliczono ze wzoru:

ϕ_HL = ϕ_i − ϕ_TU [W],

gdzie:

ϕ_i - całkowita projektowa strata ciepła [W],

ϕ_TU - straty ciepła do sąsiada [W].

W zadanych projekcie brak jest strat ciepła do sąsiada, a więc ϕ_TU = 0.

Natomiast całkowitą projektową stratę ciepła obliczono ze wzoru:

ϕ_i = ϕ_T + ϕ_V,

gdzie:

ϕ_T - projektowa strata ciepła przez przenikania [W],

ϕ_V - projektowa wentylacyjna strata ciepła [W].

Do obliczenia wyżej wymienionych wielkości użyto wzorów:

ϕ_T = H_T • projektowa roznica temperatury

ϕ_V = H_V • projektowa roznica temperatury

H_T – współczynnik straty ciepła przez przenikanie [W/K], liczony ze wzoru:

$$H_{T} = \sum_{}^{}H_{T}\ \lbrack\frac{W}{K}\rbrack$$

H_V - współczynnik projektowej wentylacyjnej straty ciepła [W/K], liczony ze wzoru:

$$H_{V} = V \bullet n \bullet 0,34\ \left\lbrack \frac{W}{K} \right\rbrack,$$

gdzie:

V – kubatura pomieszczenia [m³],

N – projektowana krotność wymian [1/h].

Przykładowe obliczenia wykonano dla pomieszczenia 1:

Obliczenia dla ściany zewnętrznej południowej:

A_c = 4, 5 • 3 − 1, 8 • 1, 5 = 10, 8m²

$\frac{b_{u}}{f_{i}} = \frac{20 - ( - 24)}{44} = 1$

$H_{T} = A \bullet U \bullet \frac{b_{u}}{f_{i}} = 10,8 \bullet 0,2 \bullet 1 = 2,18\ W/K$

Obliczenia dla ściany zewnętrznej wschodniej:

A_c = 2, 25 • 3 = 6, 8m²

$\frac{b_{u}}{f_{i}} = \frac{20 - ( - 24)}{44} = 1$

$H_{T} = A \bullet U \bullet \frac{b_{u}}{f_{i}} = 6,8 \bullet 0,2 \bullet 1 = 1,36\ W/K$

Obliczenia dla ściany zewnętrznej zachodniej:

A_c = 6 • 3 − 1, 8 • 1, 5 = 15, 3m²

$\frac{b_{u}}{f_{i}} = \frac{20 - ( - 24)}{24} = 1$

$H_{T} = A \bullet U \bullet \frac{b_{u}}{f_{i}} = 15,3 \bullet 0,2 \bullet 1 = 3,09\ W/K$

Obliczenia dla okna na ścianie zachodniej i południowej:

A_c = 1, 8 • 1, 5 = 2, 7m²

$\frac{b_{u}}{f_{i}} = \frac{20 - ( - 24)}{24} = 1$

$H_{T} = A \bullet U \bullet \frac{b_{u}}{f_{i}} = 2,7 \bullet 1,2 \bullet 1 = 3,24\ W/K$

Obliczenia dla stropu nad piwnicą:

A_c = 20, 4m²

$\frac{b_{u}}{f_{i}} = \frac{20 - ( - 2)}{24} = 0,5$

$H_{T} = A \bullet U \bullet \frac{b_{u}}{f_{i}} = 20,4 \bullet 0,24 \bullet 0,5 = 2,46\ W/K$

$$\sum_{}^{}{H_{T} = 3,09 + 2,18 + 1,36 + 3,24 + 3,24 + 2,46 = 15,57W/K}$$

Opis	Symbol	ψ	L	bu	HT	Uwagi
-	-	-	m	-	W/K	-
Okno	W12	0,10	13,2	1	1,32	S, W
Strop nad piwnicą	GF13	-0,05	3,00	1	-0,15	x2
Mostek narożny	C1	-0,05	3	1	-0,147
				$$\sum_{}^{}H_{T}$$	3,65

H_T = 15, 57 + 3, 65 =  19, 21 W/K

H_V = 62, 20 • 0, 5 • 0, 34 = 10, 57W/K

ϕ_T = 19, 21 • 44 = 845 W

ϕ_V = 10, 57 • 44 = 465 W

ϕ_i = 845 + 465 = 1311 W

Stabelaryzowane wyniki obliczeń projektowych obciążeń cieplnych dla pozostałych pomieszczeń umieszczono w załączniku nr 2.

Całkowite zapotrzebowanie na moc cieplną budynku wynosi 7,783 kW.

Zrobiono rozdział strat z pomieszczenia komunikacyjnego. Rozdzielono 420W pomiędzy pomieszczenia na parterze.

strata ciepła [W]	nr	pomieszczenie	+ komun.	SUMA
420	3	komunikacyjne - parter
788	2	kuchnia	96	883
1311	1	pokój dzienny	159	1470
1055	4	pokój	128	1184
299	6	sień	36	335
3452		SUMA	420

1. Obliczanie powierzchni źródła ciepła, przekrojów kanałów spalinowych i wentylacyjnych

Jako źródła ciepła użyto żeliwnego kotła wodnego na paliwo stałe, typu KZ-3K-4 o znamionowej mocy cieplnej 22,3 kW, o liczbie członów – 4 i powierzchni ogrzewalnej 1,65 m². Długość kotła wynosi 390 mm, wysokość 112 cm a masa 290 kg.

Dane wyjściowe:

• obliczeniowe zapotrzebowanie na moc cieplną Q_o = 7,783 kW,

• kocioł żeliwny bez atestu, opalany węglem

• instalacja C.O. bez regulacji,

• budynek usytuowany w Suwałkach

Wymagane pole powierzchni ogrzewalnej kotła obliczono ze wzoru:

$$F_{\text{OK}} = \frac{Q_{0} \bullet (1 + a)}{q}\ \left\lbrack m^{2} \right\rbrack,$$

gdzie:

q – moc cieplna uzyskiwana z 1m² powierzchni ogrzewalnej kotła, dla kotła żeliwnego;

q = 7800 W/m²,

a – dodatek na nieuwzględnione straty ciepła, dla kotłów wodnych z rozdziałem dolnym;

a = 0,15.

$$F_{\text{OK}} = \frac{7783 \bullet (1 + 0,15)}{7800} = 1,15\ m^{2}$$

Zatem dobrano kocioł żeliwny wodny typu KZ-3K-4.

Minimalne pole przekroju komina wyliczono ze wzoru:

$$F_{K} = \frac{0,026 \bullet Q_{\text{Kmax}}}{\sqrt{h}}\left\lbrack \text{cm}^{2} \right\rbrack,$$

Gdzie:

Q_Kmax - maksymalna moc cieplna kotła, Q_Kmax = 22, 3 kW ,

h – wysokość komina od rusztu kotła do wylotu; h=13,6m;

$$F_{K} = \frac{0,026 \bullet 22,3}{\sqrt{13,6}} = 157,22\ \text{cm}^{2}$$

Minimalne dopuszczalne wymiary komina to: 20x20 cm =400 cm², dlatego dobrano komin o przekroju 20x20 i polu F_Krz=400cm².

Minimalne pole przekroju czopucha obliczono ze wzoru:

F_cz = 1, 2 ÷ 1, 5 • F_K,

Obliczone pole czopucha to:

F_cz = 1, 5 •  400 = 600cm²

Założono wymiary czopucha 20x30 cm.

Pole powierzchni kanału nawiewnego policzono ze wzoru:

F_n = 0, 5 • F_Krz [cm²]

Stąd:

F_n = 0, 5 • 400 = 200 cm²

Minimalne wymiary kanału nawiewnego to 20x20 cm, a pole to 400 cm². Dobrano właśnie taki kanał.

Pole powierzchni kanału wywiewnego policzono ze wzoru:

F_w = 0, 25 • F_Krz[cm²]

Stąd:

F_w = 0, 25 • 400 = 100 cm²

Minimalne wymiary kanału wywiewnego to 14x14 cm, a pole 196cm². Dobrano właśnie taki kanał.

1. Obliczanie zapotrzebowania na paliwo, powierzchni potrzebnej do składowania paliwa oraz żużla

Roczne zapotrzebowanie na paliwo wyliczono ze wzoru:

$$B = \frac{86400 \bullet Q_{0} \bullet S_{d} \bullet w_{t} \bullet w_{d}}{Q_{i} \bullet \eta_{g} \bullet \eta_{d} \bullet \eta_{e} \bullet \eta_{s} \bullet (\theta_{\text{int}} - t_{e})}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{rok}} \right\rbrack,$$

gdzie:

Q_o = 6,009 kW

S_d – liczba stopniodni okresu ogrzewania w danej miejscowości

w_t – współczynnik uwzględniający przerwy w ogrzewaniu w okresie tygodnia, w_t = 1,00

w_d – współczynnik uwzględniający przerwy w ogrzewaniu w okresie doby, w_d = 1,00

Q_i – wartość opałowa paliwa, dla węgla wynosi 24000 [kJ/kg]

η_g – sprawność wytwarzania ciepła, η_g = 0,75

η_d– sprawność dystrybucji ciepła, η_d = 0,95

η_e – sprawność regulacji i wykorzystania ciepła, η_e = 0,92

η_s – sprawność akumulacji ciepła η_s = 1,00

Liczbę stopniodni obliczamy ze wzoru:

$$S_{d} = \sum_{m = 1}^{\text{Lg}}{\left\lbrack t_{\text{wo}} - t_{e}\left( m \right) \right\rbrack \bullet \text{Ld}\left( m \right)\left\lbrack \text{dzie}n \bullet \frac{K}{\text{rok}} \right\rbrack,}$$

gdzie:

t_wo – obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego;t_wo = 20

t_e(m) – średnia wieloletnia temperatura danego miesiąca dla Suwałk

Ld(m) – liczba dni ogrzewanych w danym miesiącu dla Suwałk

Liczba Sd dla Suwałk
miesiąc
Ld(m)
te(m)
Sd

$$\mathbf{\text{Sd}}\mathbf{= 4434,7 = 4435}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{dzie}}\mathbf{n}\mathbf{\bullet}\mathbf{K}}{\mathbf{\text{rok}}} \right\rbrack$$

Stąd:

$$B = \frac{86400 \bullet 7,783 \bullet 4435 \bullet 1,0 \bullet 1,0}{24000 \bullet 0,75 \bullet 0,95 \bullet 0,92 \bullet 1,00 \bullet (20 - \left( - 24 \right))} = 5285\frac{\text{kg}}{\text{rok}} \approx 5,3\ \text{ton}/\text{rok}$$

1. Obliczenia hydrauliczne

Ciśnienie czynne policzono ze wzoru:

p_cz = (ρ_p−ρ_z) • g • h [Pa],

Gdzie:

ρ_z – gęstość wody powracającej z instalacji [kg/m³]; $\rho_{z} = 974,9\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

ρ_p – gęstość wody zasilającej instalację [kg/m³]; $\rho_{p} = 988,1\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

g – przyspieszenie ziemskie [m/s²];

h – różnica pomiędzy geometrycznymi środkami kotła i grzejnika [m].

Dla parteru:

h=2,41m

p_cz = (988,1−974,9) • 9, 81 • 2, 41 = 311, 6 [Pa]

Dla piętra:

h=5,41m

p_cz = (988,1−974,9) • 9, 81 • 5, 41 = 699, 5 [Pa]

Do obliczenia strumienia masowego czynnika wykorzystano wzór:

$$\dot{G} = \frac{Q}{c_{w}\left( t_{z} - t_{p} \right)}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack,$$

Gdzie:

Q – moc cieplna płynąca przez daną działkę [W],

t_z – obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację, t_{z =}75^oC,

t_p – obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji, t_{p =} 50^oC,

c_w – ciepło właściwe wody, c_w = 4186 J/kgK.

Opór hydrauliczny działki obliczono ze wzoru:

p_dz = R • L + Z [Pa],

gdzie:

L – długość działki, m;

R - jednostkowa liniowa strata ciśnienia w przewodzie odczytana z nomogramu, na podstawie strumienia masowego, oraz średnicy przewodu, Pa/m

Z – straty ciśnienia wywołane przez opory miejscowe, odczytane z nomogramu, na podstawie sumy wartości oporów miejscowych armatury, oraz prędkości przepływu czynnika, Pa

Warunek prawidłowego wymiarowania obiegu sprawdzono na podstawie wzoru:

$$\delta = \frac{\lbrack{p}_{\text{cz}} - (\sum_{}^{}{{(R \bullet L + Z)}_{\text{obiegu}}\rbrack}}{{p}_{\text{cz}}} \bullet 100\% \leq 10\%$$

Nadmiar ciśnienia do zdławienia policzono ze wzoru:

$${p}_{\text{nad}} = {p}_{\text{cz}} - {\sum_{}^{}(R \bullet L + Z)}_{\text{obiegu}}\ \lbrack\text{Pa}\rbrack$$

Do obliczenia średnicy kryzy dławiącej wykorzystano wzór

$$d_{\text{kr}} = 192 \bullet \sqrt[4]{\frac{{\dot{G}}^{2}}{{p}_{\text{nad}}}}\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack,$$

Gdzie:

d_kr – średnica kryzy [mm];

G – strumień masowy [kg/s];

Δp_nad – różnica ciśnienia [Pa].

Przykładowe obliczenia wykonano dla grzejnika 3 w pomieszczeniu nr 05, pion 2.

Dane:

ρ_z = 974, 9 kg/m³

t_z = 75

ρ_p = 988, 1 kg/m³

t_p = 50

c_w = 4186 J/kgK

Q_ogrz = 494W

Stąd strumień masowy:

$$\dot{G} = \frac{494}{4186\left( 75 - 50 \right)} = 0,0047\ kg/s$$

Ciśnienie czynne wynosi:

p_cz = (988,1−974,9) • 9, 81 • 2, 41 = 311, 6 [Pa]

Obliczono prędkość przepływu dla założonej średnicy, a z wykresu i podkładu odczytano wartość oporu jednostkowego i długość działki:

v = 0, 04 m/s

R = 1 Pa/m

L = 1, 6 m 

d = 15 mm

Straty liniowe na tym odcinku wynoszą:

R • L = 1 • 1, 6 = 1, 6 Pa

Suma współczynników oporów miejscowych występujących na odcinku to:

$$\sum_{}^{}\zeta = 0,5 \bullet 2 + 3 \bullet 2 + 2,5 + 0,5 + 0,5 = 10,5\ \text{Pa}/m$$

Straty miejscowe to odczytano z wykresu:

Z = 6, 3Pa

Całkowite straty na danym odcinku wynoszą:

R • L + Z = 1, 6 + 6, 3 = 7, 9 Pa

Dobrano przewód o średnicy: 15mm

Całkowite straty na pionie pierwszym to odcinku łączącym kocioł z grzejnikiem nr 3wynoszą 256,8 Pa.

Następnie sprawdzono warunek prawidłowego wymiarowania obiegu:

$$\delta = \frac{|311,6 - 256,8|}{311,6} \bullet 100\% = 17,6\% \geq 10\%$$

Zatem warunek nie został spełniony, więc obliczono nadmiar ciśnienia do zdławienia:

p_nad = 311, 6 − 256, 8 = 54, 80 Pa

Następnie policzono średnicę kryzy dławiącej:

$$d_{\text{kr}} = 192 \bullet \sqrt[4]{\frac{{\dot{0,0047}}^{2}}{54,80}} = 4,85\ \text{mm}$$

Na podstawie obliczeń dobrano kryzę o średnicy: 5mm.

Stabelaryzowane wyniki obliczeń dla pozostałych pionów umieszczono w załączniku nr 3.

1. Dobór grzejników

Zyski ciepła od pionów policzono ze wzoru:

Q_zysk = Q_zysk z + Q_zysk p = l_z • q_z + l_p • q_p[W],

gdzie:

Q_{zysk z} – zyski ciepła od pionu zasilającego [W],

Q_{zysk p}– zyski ciepła od pionu powrotnego [W],

l_z – długość pionu zasilającego w pomieszczeniu [m],

l_p – długość pionu powrotnego w pomieszczeniu [m],

q_z – jednostkowy strumień ciepła oddawany przez 1m pionu zasilającego[W/m],

q_z – jednostkowy strumień ciepła oddawany przez 1m pionu powrotnego [W/m].

Rzeczywiste zapotrzebowanie na moc cieplną policzono ze wzoru:

Q_rzg = Q − Q_zysk[W],

gdzie:

Q – zapotrzebowanie na moc cieplną pomieszczenia [W],

Q_zysk – zyski ciepła od pionu [W].

Schłodzenie wody wyliczono ze wzoru:

$$\delta_{t} = \frac{l_{z} \bullet q_{z}}{\dot{G \bullet}c_{w}}\ \left\lbrack K \right\rbrack,$$

gdzie:

G – strumień masowy [kg/s]

c_w – ciepło właściwe wody dla średniej temperatury nośnika (4186 J/kgK).

Rzeczywistą temperaturę wody dopływającej do grzejnika policzono ze wzoru:

τ_dzzas = t_z − δ_t[]

Liczbę ogniw grzejnika policzono z zależności:

$$n = \left( \frac{\left( Q_{\text{str}} - Q_{\text{zysk}} \right)\beta_{1}\beta_{2}\beta_{3}\beta_{4}}{0,827 \bullet \left( t_{\text{zrz}} - 0,5 \bullet t \bullet \left( \frac{Q_{\text{str}} - Q_{\text{zysk}}}{Q_{\text{str}}} \right) - t_{i} \right)^{1,29} \bullet \varepsilon_{t}} \right)^{1,064}\left\lbrack \text{szt}. \right\rbrack.$$

gdzie:

Q_str – zapotrzebowanie na moc cieplną pomieszczenia [W];

Q_zysk – zyski ciepła od pionu w pomieszczeniu [W];

β₂ – współczynnik uwzględniający sposób usytuowania grzejnika;

β₃ – współczynnik uwzględniający sposób podłączenia grzejnika;

β₄ – współczynnik uwzględniający sposób osłonięcia grzejnika;

t_zrz – rzeczywista temperatura zasilenia grzejnika [ºC];

Δt – obliczeniowa różnica temperatury [ºC];

t_i – temperatura wewnątrz pomieszczenia [ºC];

ε_Δt – współczynnik obliczany ze wzoru:

$$\varepsilon_{t} = \frac{m \bullet (1 - x)}{\left( \frac{1}{x^{m}} - 1 \right){(\frac{x + 1}{2})}^{m - 1}}\ ,$$

gdzie:

m – współczynnik charakterystyki cieplnej grzejnika, dla grzejnika typu T1, m= 0,28

$$x = \frac{{t}_{2}}{{t}_{1}} = \frac{t_{p} - t_{i}}{t_{z} - t_{i}}$$

Przykład obliczeniowy wykonano dla grzejnika nr 3 w pomieszczeniu nr 05 (pion 2)

Dane:

t_z = 75

t_p = 50

Q_str = 494W

t_i = 24

d_pionu = 15mm

t_z = 75 − 24 = 51

t_p = 50 − 24 = 26

Odczytana wartość zysku mocy cieplnej dla gładkich rur stalowych pionowych, dla wody zasilającej :

t_z = 51 i d_pionu = 15mm wynosi q_z = 37 W/m,

A dla wody powracającej:

t_p = 26 i d_pionu = 15mm wynosi q_zp = 15 W/m,

Wysokość pionów wynosi 2,7 m, więc zyski ciepła od pionów wody zasilającej i powrotnej wynoszą:

Q_zz = q_z • l = 37 • 2, 74 = 101 W

Q_zp = q_p • l = 15 • 2, 74 = 41 W

Q_zysk = Q_zz + Q_zp = 101 + 41 = 142

Rzeczywista wartość mocy grzejnika to:

Q_grz = 494 − 142 = 352 W

Strata temperatury na zasilaniu to:

$$\delta_{\text{tz}} = \frac{Q_{\text{str}}}{c_{w} \bullet \dot{G}} = \frac{101}{4186 \bullet 0,0114} = 2,1$$

Dane do obliczania liczby ogniw grzejnika:

$$\varepsilon_{t} = \frac{0,29 \bullet (1 - 0,545)}{\left( \frac{1}{{0,545}^{0,29}} - 1 \right){(\frac{0,545 + 1}{2})}^{0,29 + 1}} = 0,96\ $$

Stąd:

$$n = \left( \frac{Q_{\text{rzgrz}} \bullet \beta_{1} \bullet \beta_{2} \bullet \beta_{3} \bullet \beta_{4}}{0,827 \bullet {t_{\text{arz}}}^{1,29} \bullet \varepsilon_{t}} \right)^{1,064}$$

$$n = \left( \frac{352 \bullet 1,0 \bullet 1,0 \bullet 1,0 \bullet 1,0}{0,827 \bullet {43,9}^{1,29} \bullet 0,96} \right)^{1,064} = 3,52$$

Dobrano 4 ogniwa.

Pozostałe wyniki doboru grzejników przedstawiono w postaci stabelaryzowanej w załączniku nr 4.

1. Dobór naczynia wzbiorczego

Gęstość wody dla temperatury napełnienia 10^o C:

Pojemność wodną instalacji ogrzewania wodnego obliczono ze wzoru:

y = y_inst + y_rur + y_kotla[m³]

Rury
Średnica
DN15
DN20
DN25

y_rur = 0, 02639m³

y_inst = 0, 090m³

y_kotla = 0, 039m³

y = 0, 02639 + 0, 090 + 0, 039 = 0, 155m³

Przyrost objętości właściwej (odczytane z tabeli dla wartości ) wynosi:

y = 18, 15 • 10⁻³dm³/kg

Minimalną wartość objętości naczynia wzbiorczego w instalacji wyliczono ze wzoru:

V_n = 1, 1 • y • ρ₁ • y [dm³]

V_n = 1, 1 • 0, 155 • 999, 8 • 0, 01815 = 3, 1dm³

Zatem dobrano naczynie wzbiorcze o pojemności użytkowej 5,3 dm³, pojemność całkowita wynosi 8,0 dm³. Główne wymiary D_w=211 mm, A=235 mm i orientacyjnej masie 3,0 kg.

Znamionowa moc cieplna kotła to:

Q = 22, 3 kW

Wewnętrzna średnica rury bezpieczeństwa wynosi:

$$r_{\text{RB}} = 8,08 \bullet \sqrt[3]{Q} = 8,08 \bullet \sqrt[3]{22,3} = 22,74\ \text{mm}$$

Wewnętrzna średnica rury wzbiorczej wynosi:

$$r_{\text{RW}} = 5,23 \bullet \sqrt[3]{Q} = 5,23 \bullet \sqrt[3]{22,3} = 14,72\ \text{mm}$$

Dobrano rurę bezpieczeństwa, wzbiorczą i przelewową o DN25. Natomiast rura sygnalizacyjna i odpowietrzająca mają średnice DN20.