POLITECHNIKA WARSZAWSKA

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA

ZAKŁAD KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWA

OGRZEWNICTWO

Pompowa instalacja centralnego ogrzewania.

Kłobukowska Agnieszka

COWiG3, rok III, semestr 6

rok akademicki: 2008/2009 r.

SPIS TREŚCI.

I. Opis techniczny str.4

1. Zakres opracowania str.4

2. Podstawa opracowania dokumentacji projektowej str.4

3. Założenia str.4

4. Charakterystyka obiektu str.4

5. Bilans cieplny budynku str.4

6. Opis projektowanej instalacji centralnego ogrzewania str.4

6.1. Źródło ciepła i rozwiązanie instalacji centralnego ogrzewania str.4

6.2. Dane charakteryzujące instalację str.5

6.3. Elementy grzejne str.5

6.4. Przewody i armatura str.5

6.5. Regulacja instalacji str.6

6.6. Zabezpieczenie instalacji centralnego ogrzewania str.6

6.7. Izolacja instalacji str.6

II. Obliczenia str.7

1. Dobór wymiennika ciepła w węźle ciepłowniczym str.7

2. Dobór pompy obiegowej oraz armatury po stronie instalacyjnej w węźle

ciepłowniczym str.10

3. Obliczenia hydrauliczne str.11

4. Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów str.12

5. Dobór grzejników str.14

6. Dobór zabezpieczenia instalacji – naczynie wzbiorcze str.15

7. Dobór zabezpieczenia instalacji – dobór zaworu bezpieczeństwa str.17

SPIS ZAŁĄCZNIKÓW.

Załącznik nr.1. Zapotrzebowanie na moc cieplną budynku.

Załącznik nr.2. Karta katalogowa wymiennika ciepła.

Załącznik nr.3. Karty katalogowe armatury po stronie instalacyjnej w węźle ciepłowniczym.

Załącznik nr.4. Karta katalogowa pompy obiegowej.

Załącznik nr.5. Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów dla najbardziej

niekorzystnego obiegu – pion nr.10.

Załącznik nr.6. Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów dla pionu

klatkowego – pion nr.11.

Załącznik nr.7. Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów dla pionu

łazienkowego – pion nr.5.

Załącznik nr.8. Karty katalogowe zaworów przygrzejnikowych oraz podpionowych firmy

Danfoss.

Załącznik nr.9. Obliczenia długości grzejników.

Załącznik nr.10. Karty katalogowe dobranych grzejników.

Załącznik nr.11. Karta katalogowa naczynia wzbiorczego.

Załącznik nr.12. Karta katalogowa zaworu bezpieczeństwa.

SPIS RYSUNKÓW.

Rys.1. Rzut piwnicy z układem przewodów 1:100

Rys.2. Rzut kondygnacji - parter 1:100

Rys.3. Rozwinięcie instalacji centralnego ogrzewania 1:50

Rys.4. Schemat technologiczny węzła ciepłowniczego bez skali

I. Opis techniczny:

1. Zakres opracowania.

Projekt zawiera opracowanie pompowej instalacji centralnego ogrzewania w budynku wielorodzinnym przy ul. Narutowicza 7 w Lublinie.

1. Podstawa opracowania dokumentacji projektowej.

Przy opracowaniu i obliczaniu projektu kierowano się zasadami oraz wytycznymi zawartymi w:

- Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie ( Dz.U. nr.75 poz.690 ; 12.IV.2002; 6.XI.2008 )

- katalogach producentów urządzeń

- podkładzie budowlanym opracowanym w skali 1:100

oraz obowiązujących normach.

1. Założenia.

Ogrzewanie pompowe z instalacją w układzie dwururowym, pionowym z rozdziałem dolnym. Przewody instalacji wykonane z rur stalowych bez szwu. Elementy grzejne – grzejniki firmy Purmo typu Copmact (C11) zainstalowane w pokojach i kuchniach oraz grzejniki firmy Purmo typu Ratea (RAT 08 05) zainstalowane w łazience (Załącznik.nr.10).

1. Charakterystyka obiektu.

Projektowany budynek zlokalizowany jest w Lublinie – strefa klimatyczna III. Zewnętrzna temperatura projektowa to -20 ̊ C.

Budynek przy ul. Narutowicza 7 jest budynkiem mieszkalnym, całkowicie podpiwniczonym, składającym się z 5 kondygnacji, posiadającym dwie klatki schodowe. Wysokość kondygnacji wynosi 2,9 m , wysokość pomieszczenia jest równa 2,6 m , natomiast piwnica ma wysokość 2,4 m.

Temperatura projektowa w pokojach i kuchni wynosi t_i = 20 ̊ C, w łazience wynosi t_i = 24 ̊ C, w klatce schodowej i korytarzu t_i = 16 ̊ C, w piwnicy t_i = 5 ̊ C.

1. Bilans cieplny budynku.

Zapotrzebowanie na moc cieplną budynku wynosi 82,48kW. Zapotrzebowanie na ciepło poszczególnych pomieszczeń zamieszczono w Załączniku nr.1.

1. Opis projektowanej instalacji centralnego ogrzewania.

6.1. Źródło ciepła i rozwiązanie instalacji centralnego ogrzewania.

Instalacja centralnego ogrzewania zasilana z węzła ciepłowniczego kompaktowego. Projektowana instalacja jest instalacją pompową, dwururową w układzie pionowym z rozdziałem dolnym.

Nośnik ciepła – woda o parametrach obliczeniowych 85/65 ̊ C – rozprowadzany jest z węzła ciepłowniczego gałęziami poziomymi. Poziomy w piwnicach prowadzone są pod stropem lub po wierzchu ścian, z minimalnym spadkiem 3‰ w kierunku węzła. Przy prowadzeniu przewodów rozprowadzających należy wykorzystać układy samokompensacji.

Piony wykonane z rur stalowych bez szwu łączonych przez spawanie. Przejścia przez stropy wykonane w rurach osłonowych. Przestrzeń między rura osłonowa, a pionem należy wypełnić pianką izolacyjną. W przypadku prowadzenia pionów wzdłuż bardzo cienkich ścian przewiduje się możliwość osłonięcia przewodów listwami przyściennymi firmy MEIBES.

Na końcu każdego pionu – w najwyższym punkcie – zamontować samoczynne zawory odpowietrzające wraz z zaworem kulowym odcinającym umożliwiającym demontaż odpowietrzacza.

6.2. Dane charakteryzujące instalację.

Całkowite zapotrzebowanie budynku na ciepło: 82,48kW

Parametry obliczeniowe instalacji: 85/65 ̊ C

Kubatura budynku: 4961,5 m³

Wymagane ciśnienie dyspozycyjne na rozdzielaczach 9402 Pa

Zapotrzebowanie na ciepło na m² : 46,82 W/m²

6.3. Elementy grzejne.

W pokojach i kuchniach jako elementy grzejne zastosowano grzejniki firmy Purmo typu Compact (C11) oraz grzejniki firmy Purmo typ Ratea (RAT 08 05) dla pionów łazienkowych. Rozmieszczenie grzejników pokazano na rysunku rzutu kondygnacji. Przejścia przez ściany zabezpieczyć, a otwory uszczelnić pianką izolacyjną.

Przy grzejnikach zastosowano zawory termostatyczne proste typu RTD-N z nastawą wstępną firmy Danfoss.

6.4. Przewody i armatura.

Instalację należy wykonać z rur stalowych bez szwu, oraz armaturę: czwórniki, trójniki, kolana. Piony i poziomy należy mocować typowymi obejmami w odległościach zalecanych przez producentów.

Przejścia pionów przez stropy prowadzić w rurach osłonowych z PCV, a otwory uszczelnić pianką izolacyjną. Przewody w lokalach oraz na klatkach schodowych należy prowadzić w bruzdach.

W instalacji należy zastosować armaturę:

- Dobrany zestaw wymiennikowy JAD XK 3.18 o powierzchni wymiany ciepła w wymienniku A = 2,12 m² firmy Brostal (Załącznik nr.2).

- Na przewodzie powrotnym zainstalowano pompy obiegowe UPS 40-50F firmy Grundfos (Załącznik nr.4).

- Zawory kulowe zainstalowane na powrocie posiadające kurek spustowy na podejściu do pionu typu MSV-M firmy Danfoss (Załącznik nr.8).

- Zawory z nastawą wstęną typu MSV-I zainstalowane na zasileniu na podejściu do pionu firmy Danfoss (Załącznik nr.8).

- Zawory kulowe, gwintowane przy rozdzielaczach głównych na zasileniu każdej gałęzi firmy BROEN-DZT.

- Odpowietrzniki automatyczne miejscowe.

- Przy grzejnikach na zasileniu termostatyczne zawory grzejnikowe proste typu RTD-N firmy Danfoss (Załącznik nr.8).

Termometr należy zamontować na rozdzielaczu zasilającym i na każdym przewodzie powrotnym instalacji.

Głowice zaworów termostatycznych należy montować po dokładnym wypłukaniu instalacji.

6.5. Regulacja instalacji.

Regulacja przepływu nośnika ciepła dokonano przy pomocy termostatycznych zaworów grzejnikowych z podwójną regulacją, zaworów regulacyjnych montowanych na podstawie pionów oraz zaworu upustowego.

6.6. Zabezpieczenie instalacji centralnego ogrzewania.

Instalację należy zabezpieczyć poprzez zastosowanie naczynia wzbiorczego przeponowego zamkniętego, zlokalizowanego w węźle ciepłowniczym i poprzez sprężynowy zawór bezpieczeństwa. Zabezpieczenie należy przyjąć wg. projektu węzła ciepłowniczego.

Dobrano naczynie wzbiorcze przeponowe typu N200 na ciśnienie maksymalne 6,0 bar (Załącznik nr.11) oraz zawór bezpieczeństwa typu Si6303C firmy Armak (Załącznik nr.12).

Naczynie wzbiorcze należy włączyć do przewodu za rozdzielaczem powrotnym.

6.7. Izolacja instalacji.

Przewody biegnące w piwnicach oraz na klatce schodowej należy zaizolować izolacja z pianki poliuretanowej firmy Roster.

II. Obliczenia

1. Dobór wymiennika ciepła w węźle ciepłowniczym.

   • Obliczeniowe zapotrzebowanie na moc cieplną budynku: Q₀ = 82,48kW

   • Obliczeniowe parametry wody sieciowej: T_z/T_p = 125/75 ̊ C

   • Obliczeniowe parametry wody instalacyjnej: t_z/t_p = 85/65 ̊ C

   • Obliczeniowa temperatura w pokojach budynku: t_i = 20 ̊ C

   • Obliczeniowa temperatura zewnętrzna: t_e = -20 ̊ C

Wymiennik ciepła dla instalacji c.o. należy dobrać na warunki pracy w punkcie załamania wykresu regulacyjnego (T_z = 70 ̊ C).

Współczynnik φ_x obciążenia cieplnego budynku dla punktu załamania wykresu regulacyjnego określono metodą iteracyjną za wzoru:

$$T_{\text{zx}} = t_{i} + {t}_{\text{ar}} \bullet \varphi^{\frac{1}{1 + m}} + \left\lbrack \left( T_{p} - t_{p} \right) + \left( T_{z} - T_{p} \right) - \frac{t_{z} - t_{p}}{2} \right\rbrack \bullet \varphi$$

gdzie:

m – współczynnik charakterystyki cieplnej grzejników, m=0,29

Δt_ar – średnia arytmetyczna różnica temperatury wody instalacyjnej i powietrza w pomieszczeniu [K]

$${t}_{\text{ar}} = \frac{t_{z} + t_{p}}{2} - t_{i} = \frac{85 + 65}{2} - 20 = 55K$$

zatem:

T_zx = 70C

$$70 = 20 + 55 \bullet \varphi^{\frac{1}{1 + 0,29}} + \left\lbrack \left( 75 - 65 \right) + \left( 125 - 75 \right) - \frac{85 - 65}{2} \right\rbrack \bullet \varphi$$

$$50 = 55 \bullet \varphi^{\frac{1}{1,29}} + 50 \bullet \varphi$$

φ_x = 0, 4291

Wymagana moc cieplna wymiennika w punkcie załamania wykresu regulacyjnego:

Q_x = φ_x • Q₀ = 0, 4291 • 82480 = 35392W

Obliczeniowy strumień wody instalacyjnej:

$$m_{i} = \frac{Q_{0}}{c_{w} \bullet \left( t_{z} - t_{p} \right)} = \frac{82480}{4186 \bullet \left( 85 - 65 \right)} = 0,9852\frac{\text{kg}}{s}$$

gdzie:

Q₀ – obliczeniowa moc cieplna wymiennika [W]

c_w – ciepło właściwe wody [J/kgK]

t_z – obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację c.o. [ ̊ C]

t_p – obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji c.o. [ ̊ C]

Obliczeniowy strumień wody sieciowej:

$$m_{s} = \frac{Q_{0}}{c_{w} \bullet \left( T_{z} - T_{p} \right)} = \frac{82480}{4186 \bullet (125 - 75)} = 0,3941\frac{\text{kg}}{s}$$

gdzie:

Q₀ – obliczeniowa moc cieplna wymiennika [W]

c_w – ciepło właściwe wody [J/kgK]

T_z – obliczeniowa temperatura wody zasilającej wymiennik c.o. [ ̊ C]

T_p – obliczeniowa temperatura wody powracającej z wymiennika c.o. [ ̊ C]

Temperatura wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

$$T_{\text{px}} = T_{\text{zx}} - \frac{Q_{x}}{m_{s} \bullet c_{w}} = 70 - \frac{35392}{0,3941 \bullet 4186} = 48,55C$$

Temperatura wody zasilającej instalację c.o.:

$$t_{\text{zx}} = t_{i} + {t}_{\text{ar}} \bullet \varphi^{\frac{1}{1 + m}} + \varphi \bullet \frac{\left( t_{z} - t_{p} \right)}{2}$$

$$t_{\text{zx}} = 20 + 55 \bullet {0,4291}^{\frac{1}{1,29}} + 0,4291 \bullet \frac{\left( 85 - 65 \right)}{2} = 52,84C$$

Temperatura wody powrotnej w instalacji c.o.:

$$t_{\text{px}} = t_{i} + {t}_{\text{ar}} \bullet \varphi^{\frac{1}{1,29}} - \varphi \bullet \frac{\left( t_{z} - t_{p} \right)}{2}$$

$$t_{\text{px}} = 20 + 55 \bullet {0,4291}^{\frac{1}{1,29}} - 0,4291 \bullet \frac{\left( 85 - 65 \right)}{2} = 44,25C$$

Założono wymiennik ciepła typu JAD XK 3.18 o parametrach:

• A = 2,12 m²

• C = 3,422141

• m = 0,375628

• n = 0,270342

• d = -0,171287

• e = 0,242605

• f = 0,476285

Sprawność wymiennika ciepła wyrażona jest zależnością:

$$F = \frac{T_{\text{zx}} - T_{\text{px}}}{T_{\text{zx}} - t_{\text{px}}} = \frac{70 - 48,55}{70 - 44,25} = 0,8330$$

Współczynnik przenikania ciepła:

U = C • m_s^m • m_iⁿ • T_zx^d • T_px^e • F^f

U = 3, 422141 • 0, 3941^0, 375628 • 0, 9852^0, 270342 • 70^{−0, 171287} • 48, 55^0, 242605 • 0, 8330^0, 476285

$$U = 2,728\ \frac{\text{kW}}{m^{2}K}$$

Wartość U_eksp wymiennika wynosi:

$$U_{\text{eksp}} = \frac{1}{\frac{1}{U} + R_{\lambda}} = \frac{1}{\frac{1}{2,728} + 0,15} = 1,936\frac{\text{kW}}{m^{2}K}$$

gdzie:

R_λ – obliczeniowy opór przewodzenia przez ściankę rury wraz z zanieczyszczeniami [m²K/kW]

Logarytmiczna różnica temperatury:

$${t}_{\log} = \frac{{t}_{1x} - {t}_{2x}}{\ln\frac{{t}_{1x}}{{t}_{2x}}} = \frac{17,16 - 4,30}{\ln\left( \frac{17,16}{4,30} \right)} = 9,292K$$

t_1x = T_zx − t_zx = 70 − 52, 84 = 17, 16K

t_2x = T_px − t_px = 48, 55 − 44, 25 = 4, 30K

Wymagana powierzchnia wymiany ciepła w wymienniku:

$$A = \frac{Q_{x}}{U_{\text{eksp}} \bullet {t}_{\log}} = \frac{35392 \bullet 10^{- 3}}{1,936 \bullet 9,292} = 1,967m^{2}$$

Sprawdzenie warunku:

$$\delta A = \frac{A_{\text{rz}} - A}{A_{\text{rz}}} \bullet 100\% = \frac{2,12 - 1,967}{2,12} \bullet 100\%$$

δA = 7, 200%<10%     →   warunek  jest spelniony

Opory przepływu wody w rurkach (po stronie sieciowej):

p_r = e^{r_a • ln(m_s) + r_b} = e^{1, 615862 • ln(0,3941) + 4, 574711} = 21, 54kPa

Opory przepływu wody w płaszczu ( po stronie instalacyjnej):

p_p = e^{p_a • ln(m_i) + p_b} = e^{1, 9901902 • ln(0,9852) + 1, 5977422} = 4, 797kPa

Dobrano wymiennik typu JAD XK 3.18 o powierzchni A = 2,12 m² (Załącznik nr.2).

1. Dobór pompy obiegowej oraz armatury po stronie instalacyjnej w węźle ciepłowniczym.

Strumień wody w instalacji:

$$G_{\text{inst}} = \frac{Q_{0}}{c_{w} \bullet \left( t_{z} - t_{p} \right)} = \frac{82,48}{4,186 \bullet \left( 85 - 65 \right)} = 0,9852\frac{\text{kg}}{s}$$

gdzie:

Q₀ – obliczeniowa moc cieplna wymiennika [kW]

c_w – ciepło właściwe wody [kJ/kgK]

t_z – obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację c.o. [ ̊ C]

t_p – obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji c.o. [ ̊ C]

$$V_{\text{inst}} = \frac{G_{\text{inst}}}{\rho} \bullet 3600 = \frac{0,9582}{985,93} \bullet 3600 = 3,597\frac{m^{3}}{h}$$

Dobrano średnicę DN40, dla której prędkość υ = 0,55 m/s.

Opory miejscowe:

element	ζ	kV	szt.	Δp	Σ Δp	Uwagi
[-]	[-]	[-]	[-]	[Pa]	[Pa]	[-]
wymiennik	-	-	1	4797	4797	JAD XK 3.18 Brostal
odmulacz	-	-	1	5000	5000	inercyjno – sutakowy IOW
filtr	-	35	1	1056	1056	siatkowy kołnierzowy FKS Arbud
kolano	1	-	10	148	1480
kolektor	1	-	2	148	296
zawór odcinający	-	69	6	272	1632	Broen-dzt
zwężenie	1	-	2	148	296
zawór zwrotny	-	30	1	1438	1438	Danfoss 290X
				Σ Δp =	15995 Pa
				RL =	1500 Pa
				Δpzc =	17495 Pa

Wymagana wydajność pompy obiegowej:

$$V_{p} = \frac{1,1 \bullet Q_{\text{inst}}}{c_{w} \bullet \left( t_{z} - t_{p} \right) \bullet \rho} = \frac{1,1 \bullet 82480}{4186 \bullet \left( 85 - 65 \right) \bullet 985,93} = 1,099 \bullet 10^{- 3}\frac{m^{3}}{s} = 3,957\frac{m^{3}}{h}$$

gdzie:

Q_inst – obliczeniowa moc cieplna instalacji [W]

c_w – ciepło właściwe wody [J/kgK]

t_z – obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację [ ̊ C]

t_p – obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji [ ̊ C]

ρ – gęstość wody płynącej przez pompę [kg/m³]

Wymagana wysokość podnoszenia pompy:

$$H_{\text{pmin}} = \frac{{p}_{\text{zc}} + \left( 100 \div 250 \right) \bullet \sum_{}^{}L}{9,81 \bullet \rho} = \frac{17495 + 150 \bullet 82,3}{9,81 \bullet 985,93} = 3,09m_{H2O}$$

gdzie:

Δp_zc – opór źródła ciepła [Pa]

ΣL – suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu [m]

ρ – gęstość wody płynącej przez pompę [kg/m³]

Z katalogu firmy Grundfoss dobrano pompę USP 40-50 F, która przy pracy na trzecim biegu ma wysokość podnoszenia 3,5m_H2O (Załącznik nr.4).

Dobór zaworu upustowego:

$$G_{\text{zaw}} = 0,4 \bullet G_{\text{inst}} = 0,4 \bullet 0,9582 = 0,383\frac{\text{kg}}{s}$$

$$V = \frac{G_{\text{zaw}}}{\rho} \bullet 3600 = \frac{0,383}{1000} \bullet 3600 = 1,379\frac{m^{3}}{h}$$

p_stab = p_dysp = p_cz − p_zc = 31267 − 17495 = 13772Pa

p_zaw = 1, 1 • p_stab = 1, 1 • 13772 = 15149Pa

$$k_{v} = \frac{V}{\sqrt{{p}_{\text{zaw}}}} = \frac{1,379}{\sqrt{15149 \bullet 10^{- 5}}} = 3,543\frac{m^{3}}{h}$$

Dobrano zawór upustowy Hydrolux DN25 firmy Heimeier.

1. Obliczenia hydrauliczne.

Ciśnienie wytworzone przez pompę policzono ze wzoru:

p_po = H_p • ρ • 9, 81 = 3, 09 • 985, 93 • 9, 81 = 33665Pa

gdzie:

H_p – wysokość podnoszenia pompy [m_H2O]

Ciśnienie grawitacyjne wyznaczono z zależności:

p_gr = (ρ_p−ρ_z) • g • h = (985,93−975,05) • 9, 81 • 12, 1 = 1291Pa

gdzie:

g – przyspieszenie ziemskie [m/s²]

ρ_p – gęstość wody na powrocie [kg/m³]

ρ_z – gęstość wody na zasileniu [kg/m³]

h – różnica wysokości między środkiem grzejnika i środkiem źródła ciepła [m]

Ciśnienie czynne w instalacji dla najbardziej niekorzystnego obiegu (pion nr.10) wynosi:

p_cz = 0, 9 • p_po + 0, 75 • p_gr = 0, 9 • 33665 + 0, 75 • 1291 = 31267Pa

Minimalny opór działki z grzejnikiem obliczono z zależności:

p_gmin = (ρ_p−ρ_z) • g • h_g = (985,93−975,05) • 9, 81 • 11, 6 = 1238Pa

gdzie:

hg – różnica wysokości pomiędzy środkami skrajnych grzejników w inst. [m]

ρ_p – gęstość wody na powrocie [kg/m³]

ρ_z – gęstość wody na zasileniu [kg/m³]

Minimalny opór hydrauliczny zaworu termostatycznego wyznaczono za pomocą wzoru:

p_υmin = 0, 3 • p_dysp = 0, 3 • 13772 = 4132Pa

1. Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów.

Orientacyjna jednostkowa strata ciśnienia dla najbardziej niekorzystnego obiegu:

$$R_{\text{or}} = \frac{0,67 \bullet \left( {p}_{\text{cz}} - {p}_{\text{zc}} - max\left( {p}_{\text{gmin}};{p}_{\text{υmin}} \right) \right)}{\sum_{}^{}L}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{\text{Pa}}{m} \right\rbrack$$

gdzie:

ƩL – suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu [m]

Δp_cz – ciśnienie czynne w obiegu [Pa]

Δp_zc – opór źródła ciepła [Pa]

Δp_gmin – minimalny opór działki z grzejnikiem [Pa]

Δp_vmin – minimalny opór hydrauliczny zaworu termostatycznego [Pa]

$$R_{\text{or}} = \frac{0,67 \bullet \left( 31267 - 17495 - max(1238;4132) \right)}{83,6} = 77,26\frac{\text{Pa}}{m}$$

Obliczeniowy strumień wody dopływający do poszczególnych grzejników policzono według wzoru:

$$G = \frac{Q_{\text{ogrz}}}{c_{w} \bullet \left( t_{z} - t_{p} \right)}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$$

gdzie:

Q_ogrz – obliczeniowa moc cieplna grzejnika [W]

c_w – ciepło właściwe wody [J/kgK]

t_z – obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację [ ̊ C]

t_p – obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji [ ̊ C]

Opór hydrauliczny działki obliczono ze wzoru:

p_dz = R • L + Z [Pa]

gdzie:

R – jednostkowa liniowa strata ciśnienia w przewodzie [Pa]

L – długość działki [m]

Z – straty ciśnienia wywołane przez opory miejscowe [Pa]

Dane:

• Opór źródła ciepła: Δp_zc = 17495Pa

• Wysokość podnoszenia pompy: H_p = 3,5m_H2O

• Obliczeniowe ciś. wytwarzane przez pompę: Δp_po = 33665Pa

• Ciśnienie dyspozycyjne na rozdzielaczu: Δp_dysp = 13772Pa

• Średnia gęstość wody: ρ_śr = 980,49kg/m³

• Gęstość wody na zasileniu: ρ_z = 975,05kg/m³

• Gęstość wody na powrocie: ρ_p = 985,93kg/m³

• Min. opór działki z grzejnikiem: Δp_gmin = 1238Pa

• Min. opór hydrauliczny zaworu termostatycznego: Δp_vmin = 4132Pa

Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów dla najbardziej niekorzystnego obiegu - pion nr.10 umieszczono w Załączniku nr.5.

Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów dla pionu klatkowego - pion nr.11 umieszczono w Załączniku nr.6.

Obliczenia przewodów, strat ciśnienia oraz nastaw zaworów dla pionu łazienkowego - pion nr.5 umieszczono w Załączniku nr.7.

Karty katalogowe zaworów przygrzejnikowych oraz podpionowych firmy Danfoss umieszczono w Załączniku nr.8.

1. Dobór grzejników.

W projekcie dobrano grzejniki Compact (C11) firmy Purmo w pokojach i kuchniach oraz grzejniki firmy Purmo typ Ratea (RAT 08 05) dla pionów łazienkowych.

Dane:

• Temperatura zasilania: t_z = 85 ̊ C

• Temperatura powrotu: t_p = 65 ̊ C

• Ciepło właściwe czynnika grzejnego: c_w = 4,186 kJ/kgK

Wielkość grzejników dobrano na podstawie wzoru:

$$n = \frac{\left( Q_{0} - Q_{z} \right) \bullet \beta_{2} \bullet \beta_{3} \bullet \beta_{4}}{C_{1} \bullet H^{C_{2}} \bullet \left( t_{\text{zrz}} - 0,5 \bullet t \bullet \frac{Q_{0} - Q_{z}}{Q_{0}} - t_{i} \right)^{1 + m} \bullet \varepsilon_{t}}\text{\ \ }\left\lbrack m \right\rbrack$$

gdzie:

Qstr – obliczeniowe zapotrzebowanie na moc cieplną pomieszczenia [W]

Qzys – zyski ciepła 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 zasilania [ ̊ C]

Δt – obliczeniowa różnica temperatury [K]

C,m – stałe charakterystyki cieplnej dla grzejnika [-]

ε_Δt – współczynnik uwzględniający nieliniową zmianę temperatury czynnika

grzejnego w grzejniku

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

gdzie:

$$X = \frac{{t}_{2}}{{t}_{1}}$$

t₂ = t_p − t_i [K]

t₁ = t_z − t_i [K]

Zyski ciepła od pionu w pomieszczeniu policzono z zależności:

Q_z = h • (q_zz+q_zp)  [W]

gdzie:

h – długość pionu [m]

q_zz, q_zp – moc cieplna rur stalowych [W/m]

Rzeczywiste zyski ciepła w pomieszczeniu wyznaczono na podstawie:

Q_rzgrz = Q_grz − Q_zys  [W]

gdzie:

Q_grz – zapotrzebowanie na moc cieplną dla pomieszczenia [W]

Q_zys – zyski ciepła w pomieszczeniu [W]

Schłodzenie czynnika grzejnego płynącego przez pion:

$$\delta_{T} = \frac{q_{z}}{G_{\text{dz}} \bullet c_{w}}\ \ \lbrack\ \ C\rbrack$$

gdzie:

q_z – moc cieplna rur stalowych [W/m]

G_dz – strumień masowy dopływający do grzejnika [kg/s]

c_w – ciepło właściwe czynnika grzejnego [kJ/kgK]

Rzeczywista temperatura zasilania:

t_zrz = t_z − δ_T  [  C]

gdzie:

t_z – temperatura zasilania [ ̊ C]

δ_T – schłodzenie czynnika grzejnego płynącego przez pion [ ̊ C]

Obliczenia wielkości grzejników umieszczono w Załączniku nr.9, karty katalogowe dobranych grzejników umieszczono w Załączniku nr.10.

1. Dobór zabezpieczenia instalacji - naczynie wzbiorcze.

Ciśnienie wstępne wyliczono na podstawie wzoru:

p = p_st + 0, 2 = 1, 16 + 0, 2 = 1, 36 bar

gdzie: p_st – ciśnienie hydrostatyczne:

p_st = h • ρ • g = 12, 1 • 980, 49 • 9, 81 = 1, 16bar

Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego:

V_u = V • ρ • υ = 2, 25 • 999, 7 • 0, 025 = 57, 58 dm³

gdzie:

V – pojemność wodna instalacji [m³]

ρ – gęstość wody dla temperatury 10 ̊ C [kg/m³]

Δυ – przyrost objętości wody przy jej ogrzaniu od temperatury 10 ̊ C do

temperatury zasilania [dm³/kg]

Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego obliczono z zależności:

$$V_{n} = V_{u} \bullet \frac{p_{\max} + 1}{p_{\max} - p} = 57,58 \bullet \frac{6 + 1}{6 - 1,36} = 86,87\text{dm}^{3}$$

gdzie:

V_u – pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego [dm³]

p_max – maksymalne ciśnienie w naczyniu wzbiorczym [bar]

p – ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym [bar]

Pojemność użytkowa z rezerwą wyznaczono ze wzoru:

V_UR = V_u + V • E = 57, 58 + 2250 • 0, 01 = 80, 08dm³

gdzie:

V_u – pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego [dm³]

E – rezerwa

V – pojemność wodna instalacji [dm³]

Wstępne ciśnienie pracy instalacji:

$$p_{R} = \frac{p_{\max} + 1}{1 + \frac{V_{u}}{V_{\text{UR}} \bullet \left( \frac{p_{\max} + 1}{p_{\max} - p} \right)}} - 1\ \lbrack bar\rbrack$$

gdzie:

p_max – maksymalne ciśnienie w naczyniu wzbiorczym [bar]

p – ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym [bar]

V_u – pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego [dm³]

V_UR – pojemność użytkowa z rezerwą [dm³]

$$p_{R} = \frac{6 + 1}{1 + \frac{57,58}{80,08 \bullet \left( \frac{6 + 1}{6 - 1,36} \right)}} - 1 = 1,90\ bar$$

Pojemność całkowita z rezerwą:

$$V_{\text{nR}} = V_{\text{UR}} \bullet \frac{p_{\max} + 1}{p_{\max} - p_{R}} = 80,08 \bullet \frac{6 + 1}{6 - 1,90} = 136,72\ \text{dm}^{3}$$

gdzie:

V_UR – pojemność użytkowa z rezerwą [dm³]

p_max – maksymalne ciśnienie w naczyniu wzbiorczym [bar]

p_R – wstępne ciśnienie pracy [bar]

Dobrano naczynie wzbiorcze typu N200 firmy Reflex o pojemności całkowitej 200 litrów i ciśnieniu maksymalnym 6,0 bar. Kartę katalogowa naczynia wzbiorczego umieszczono w Załączniku nr.11.

1. Dobór zabezpieczenia instalacji – zawór bezpieczeństwa.

Przepustowość zaworu bezpieczeństwa obliczono z zależności:

$$M = 447,3 \bullet b \bullet A \bullet \sqrt{\left( p_{2} - p_{1} \right) \bullet \rho}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$$

gdzie:

p₂ – ciśnienie nominalne wody sieciowej [bar]

p₁ – ciśnienie dopuszczalne w instalacji ogrzewania wodnego [bar]

A – powierzchnia przekroju poprzecznego jednej rurki wężownicy [m²]

b – współczynnik zależny od różnicy p₂-p₁

ρ – gęstość wody na zasileniu [kg/m³]

$$M = 447,3 \bullet 1 \bullet 3,65 \bullet 10^{- 5} \bullet \sqrt{\left( 10 - 6 \right) \bullet 975,05} = 1,02\frac{\text{kg}}{s}$$

Średnicę króćca dopływowego zaworu bezpieczeństwa dla wymiennika ciepła:

$$d_{0} = 54 \bullet \sqrt{\frac{M}{\alpha_{c} \bullet \sqrt{p_{1} \bullet \rho}}} = 54 \bullet \sqrt{\frac{1,02}{0,63 \bullet \sqrt{6 \bullet 975,05}}} = 7,86\ mm$$

gdzie:

M – przepustowość zaworu [kg/s]

α_c – dopuszczalny współczynnik wypływu zaworu bezpieczeństwa

α_rz – rzeczywisty współczynnik przepływu

p₁ – dopuszczalne ciśnienie w instalacji centralnego ogrzewania

ρ – gęstość wody na zasileniu [kg/m³]

Dobrano sprężynowy zawór bezpieczeństwa typu Si6303C firmy Armak. Kartę katalogową zaworu umieszczono w Załączniku nr.12.