Węzeł cieplny dwufunkcyjny na potrzeby c.o. i c.w.u., jednostopniowy z połączeniem równoległym.

Obiekt: Węzeł cieplny na potrzeby c.o. i c.w.u., jednostopniowy, z połączeniem równoległym przy ulicy XYZ

Adres: XYZ

Inwestor: XYZ

Branża: Węzeł cieplny - część technologiczna

Projektant: inż. Tomasz Stankowski

Data opracowania: maj, 2013 rok

Zawartość opracowania

1. OPIS TECHNICZNY.

2. OBLICZENIA I DOBÓR URZĄDZEŃ.

3. WYKAZ ELEMENTÓW DWUFUNKCYJNEGO WĘZŁA CIEPLNEGO NA C.O. ORAZ C.W.U.

4. ZAŁĄCZNIKI:

• Karta doboru wymiennika c.o.

• Karta doboru wymiennika c.w.u.

• Karta doboru pompy obiegowej c.o.

• Schemat technologiczny węzła dwufunkcyjnego dla potrzeb c.o. oraz c.w.u.

• Literatura.

1. OPIS TECHNICZNY

Niniejsze opracowanie jest projektem części technologicznej dwufunkcyjnego, jednostopniowego węzła cieplnego w połączeniu równoległym w nowopowstałym budynku wielorodzinnym, mieszczącym się przy ulicy XYZ w XYZ. Łączna moc węzła wynosi 330 kW, w tym na potrzeby centralnego ogrzewania Q_co=300 kW oraz na potrzeby ciepłej wody użytkowej Q_cwu=30 kW.

1. ZAŁOŻENIA TECHNICZNE:

Projektowany węzeł cieplny będzie przygotowywał czynnik grzewczy o następujących parametrach:

• obliczeniowe parametry c.o. dla sezonu grzewczego:

  • woda grzewcza instalacyjna o parametrach 65/50^oC

  • całkowite zapotrzebowanie ciepła dla potrzeb c.o. Q_co=300 kW

  • temperatura na zasilaniu po stronie sieci ciepłowniczej 144^oC

• obliczeniowe parametry c.w.u.:

  • ciepła woda użytkowa o parametrach 10/60^oC.

  • zapotrzebowanie ciepła na c.w.u. Q_cwu=30 kW

2. POMIESZCZENIE WĘZŁA.

Zaprojektowany węzeł cieplny zlokalizowany został w pomieszczeniu piwnicznym spełniającym wymogi określone w normie PN-B-02423:1999 "Węzły ciepłownicze. Wymagania i badania przy odbiorze".

W pomieszczeniu węzła, gałązką Dn15mm, należy wykonać podejście zimnej wody. Podejście zakończyć zaworem czerpalnym Dn15mm, ze złączką do węża.

Posadzkę w pomieszczeniu węzła cieplnego należy ukształtować ze spadkiem do studzienki kanalizacyjnej.

Nawiew powietrza zewnętrznego należy wykonać za pomocą kanału wentylacyjnego o średnicy D=160mm, wykonanego ze stalowych ocynkowanych kształtek wentylacyjnych. Otwór czerpny powietrza nawiewanego na wys. minimum 2,5 m nad terenem. Nawiew sprowadzić w pomieszczeniu węzła na wysokość 0,5 m nad posadzką. Wywiew powietrza wentylującego z pomieszczenia węzła zapewniają istniejący pion wentylacyjny z wlotem zlokalizowanym pod stropem węzła. Wloty i wyloty powietrza z kanałów wentylacyjnych zaopatrzyć w kratki wentylacyjne zabezpieczone siatką.

3. UWAGI KOŃCOWE.

Całość robót montażowych węzła cieplnego wykonać zgodnie z:

• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowania (Dz.U.Nr 75 poz.690 z 2002 roku, z późniejszymi zmianami),

• PN-90/B-01421 Ciepłownictwo terminologia.

• PN-B-02423:1999 Węzły ciepłownicze. Wymagania i badania przy odbiorze.

• PN-B-02414:1999 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z naczyniami wzbiorczymi.

• PN-82/M-74101 Armatura przemysłowa. Zawory bezpieczeństwa. Wymagania i badania (w razie zmian - uaktualnienia tej normy).

• PN-B-02421:2000 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. Izolacja cieplna przewodów, armatury i urządzeń. Wymagania i badania przy odbiorze.

• Montażu urządzeń dokonać w oparciu o instrukcje montażowe producentów urządzeń.

2. OBLICZENIA I DOBÓR URZĄDZEŃ

1. DOBÓR WYMIENNIKA CIEPŁA DLA C.O.

Dla danych przedstawionych w rozdziale "Opis techniczny" (podrozdział "Założenia techniczne"), przy użyciu programu Cairo 3.4.0 firmy Secespol, dla c.o. wybrany został wymiennik JAD X 12.114.08.50. Dokładne parametry tego wymiennika zostały przedstawione w karcie doboru w rozdziale "Załączniki". Poniższa tabelka przedstawia najważniejsze parametry wymiennika potrzebne do dalszych obliczeń:

Tabela 1. Parametry obliczeniowe wymiennika c.o.

Parametr	Strona gorąca - rurki	Strona zimna - płaszcz
Płyn	Woda	Woda
Temperatura wejściowa	144^oC	50^oC
Temperatura wyjściowa	71^oC	65^oC
Przepływ masowy	0,973836 kg/s	4,792141 kg/s
Wejściowy przepływ objętościowy	3,794989 m^3/h	17,478933 m^3/h
Wyjściowy przepływ objętościowy	3,590547 m^3/h	17,603783 m^3/h
Max. spadek ciśnienia	20 kPa	20 kPa

2. DOBÓR WYMIENNIKA C.W.U

Dla danych przedstawionych w rozdziale "Opis techniczny" (podrozdział "Założenia techniczne"), przy użyciu programu Cairo 3.4.0 firmy Secespol, dla c.o. wybrany został wymiennik JAD X 2.11.08.68. Dokładne parametry tego wymiennika zostały przedstawione w karcie doboru w rozdziale "Załączniki". Poniższa tabelka przedstawia najważniejsze parametry wymiennika potrzebne do dalszych obliczeń:

Tabela 2. Parametry obliczeniowe wymiennika c.w.u.

Parametr	Strona gorąca - rurki	Strona zimna - płaszcz
Płyn	Woda	Woda
Temperatura wejściowa	144^oC	10^oC
Temperatura wyjściowa	70^oC	60^oC
Przepływ masowy	0,096086 kg/s	0,143575 kg/s
Wejściowy przepływ objętościowy	0,374441 m^3/h	0,516870 m^3/h
Wyjściowy przepływ objętościowy	0,354052 m^3/h	0,526344 m^3/h
Max. spadek ciśnienia	20 kPa	20 kPa

3. DOBÓR ŚREDNIC PRZEWODÓW DLA WĘZŁA.

Rurociągi po stronie sieciowej należy wykonać z rur stalowych przewodowych bez szwu według normy PN-80/H-74219 łączonych przez spawanie. Rurociągi po stronie instalacyjnej c.o. i c.w.u. – z rur stalowych instalacyjnych ze szwem według normy PN-79/H-74244. Rurociągi wody zimnej wykonać ze stali ocynkowanej. W poniższej tabeli został przedstawiony dobór rurociągów do projektowanego węzła cieplnego:

Tabela 3. Dobór rurociągów.

Odcinek węzła	Temperatura średnia [^oC]	Gęstość wody [kg/m^3]	Przepływ objętościowy [m^3/h]	Przepływ masowy [kg/s]	DN [mm]	d [mm]	w [m/s]	R [Pa/m]
STRONA SIECI CIEPŁOWNICZEJ
Zasilanie (c.o.)	144	923	3,794989	0,973	50	54,5	0,54	282,3
Zasilanie (c.w.u)	144	923	0,374441	0,096	32	37,2	0,17	316,0
Zasilanie (c.o.+c.w.u.)	144	923	4,16943	1,069	50	54,5	0,59	282,3
Powrót (c.o.)	71	977	3,590547	0,974	50	54,5	0,51	282,3
Powrót (c.w.u.)	70	978	0,354052	0,096	32	37,2	0,16	316,0
Powrót (c.o.+c.w.u.)	71	977	3,944599	1,07	50	54,2	0,55	282,3
STRONA INSTALACJI
Wejście do węzła c.o.	50	988	17,478933	4,80	100	107,1	0,62	258,1
Wyjście z węzła c.o.	65	980	17,603783	4,79	100	107,1	0,62	258,1
Wejście do węzła c.w.u.	10	999	0,516870	0,14	32	37,2	0,21	316,0
Wyjście z węzła c.w.u.	60	983	0,526344	0,14	32	37,2	0,21	316,0

UWAGA: Grubości izolacji rurociągów w węźle po stronie sieci ciepłowniczej i instalacyjnej należy przyjmować zgodnie z normą „Izolacja cieplna przewodów, armatury i urządzeń” PN-B-02421 lipiec 2000 rok.

3. DOBÓR FILTRA WODY SIECIOWEJ NA ZASILANIU.

Strumień wody sieciowej = 4,16943 m³/h

DN=50 mm

Dobiera się filtroodmulinik TerFO50 (firma Termen). Montować zgodnie z instrukcją producenta.

4. DOBÓR FILTRA WODY INSTALACYJNEJ C.O.

Strumień wody instalacyjnej = 17,478933 m³/h

DN=100 mm

Dobiera się filtr siatkowy kołnierzowy firmy Jafar, model DN100. Montować zgodnie z instrukcją producenta.

Spadek ciśnienia przy przepływie strumienia wody instalacyjnej - Δp_f = 1,63 kPa

5. DOBÓR FILTRA WODY INSTALACYJNEJ C.W.U.

Strumień wody instalacyjnej = 0,516870 m³/h

DN=32 mm

Dobrano filtr siatkowo mufowy firmy VALVEX, model DN32. Montować zgodnie z instrukcją producenta.

6. DOBÓR NACZYNIA WZBIORCZEGO PRZEPONOWEGO.

Obliczenia przeprowadzone zgodnie z normą PN-B-02414:1999.

Pojemność zładu (sam węzeł bez części mieszkalnej) - V = 0,24 m³

Gęstość wody dla 10^oC - ρ₁ = 999,7 kg/m³

Temperatura zasilania c.o. - t_z = 65^oC

Δv = 0,0196 dm³/kg

ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym - p = 2,20 bar

Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego:

V_u=V•ρ₁• Δv

V_u = 4,7 dm³

Całkowita pojemność naczynia wzbiorczego:

V_n=V_u•($\frac{\text{pmax} + 1}{\text{pmax} - 1}$) p_max = 5 bar - maksymalne obliczeniowe ciśnienie w naczyniu.

V_n= 7,05 dm³

Wewnętrzna średnica rury wzbiorczej:

d=0,7•$\sqrt{\text{Vu}}$

d= 1,52 mm

przyjęto d = 25 mm

Wybrano naczynie wzbiorcze przeponowe REFLEX NG8/6 (producent Winkelmann+Pannhoff GmbH, numer katalogowy: 72.30.113) o następujących parametrach:

• pojemność nominalna = 8 l

• maksymalne ciśnienie robocze = 6 bar

• ciśnienie wstępne = 2,20 bar

• wysokość naczynia = 286 mm

• średnica zewnętrza = 206 mm

UWAGA: Dla mieszkalnej instalacji c.o. należy dobrać naczynie wzbiorcze dopasowane do objętości danej instalacji c.o.

7. DOBÓR ZAWORU BEZPIECZEŃSTWA DLA INSTALACJI C.O.

Dobór zaworu bezpieczeństwa przeprowadzono zgodnie z normą PN-B-02414:1999.

• ciśnienie nominalne sieci ciepłowniczej według PN-89/H-02650 - p₁ = 16 bar

• ciśnienie nastawy zaworu bezpieczeństwa - p₂ = 5 bar

• b = 2

• A = 0,0001

• gęstość wody sieciowej przy jej obliczeniowej temperaturze - ρ = 952,3 kg/m³

• α_c=0,9•α_crz = 0,9•0,36 = 0,324 (według normy PN-82/M-74101)

Wymagana przepustowość masowa zaworu bezpieczeństwa:

M=447,3•b•A•$\sqrt{(p2 - p1) \rho}$

M=9,2 kg/s

Dobiera się 2 zawory bezpieczeństwa o przepustowości M=4,6 kg/s każdy.

Średnica zaworu bezpieczeństwa:

d_o=54•$\sqrt{\frac{M}{\alpha c \sqrt{p1 \rho}}}$

d_o=24,4 mm

Dobrany został membranowy zawór bezpieczeństwa typu: SYR 1915 o parametrach:

• do=27 mm

• d1xd2 = 32/40

• nastawa sprężyny = 0,5 MPa

• ciśnienie zrzutowe = 0,55 MPa

Producent: Hans Sasserath & CO. KG Husty

SZTUK: 2

8. DOBÓR LICZNIKA CIEPŁA DLA WĘZŁA.

Dla całkowitego objętościowego strumienia wody sieciowej - V_s = 4,16943 m³/h

Kryterium doboru licznika: Q_n>V_s

Dobrany został ciepłomierz typu MULTICAL-601; producent: KAMSTRUP; Dn25x260mm; poł. gwintowane; o parametrach:

• klasa metrologiczna: DS/EN1434-kl.C

• Przepływ nominalny - Q_n=6 m³/h

• Przepływ maksymalny - Q_max=18 m³/h

• Przepływ minimalny - Q_min=0,012 m³/h

• ciśnienie nominalne-PN=16 bar

• spadek ciśnienia przy Q_n = 0,2 bar

• współczynnik przepływu - K_vs=13,4 m³/h

Rzeczywisty spadek ciśnienia na przepływomierzu dla strumienia wody sieciowej Vs:

Δp_LC=($\frac{\text{Vs}}{\text{Kvs}}$)²

Δp_LC=0,097 bar=9,7 kPa

W skład urządzenia wchodzi ultradźwiękowy przetwornik przepływu: ULTRAFLOW typ 54 - poł. gwintowane - montować na przewodzie zasilającym zgodnie z instrukcją producenta.

Czujniki zanurzeniowe typu: Pt500 typ 66-00-0F0 w oparciu o EN 60751B

Zasilanie: Bateria główna typ 66-00-200-000, o żywotności 10 lat.

UWAGA: Dobór wodomierza przewidziany jest po określeniu całkowitej pojemności instalacji c.o. (pionów, grzejników, itd.).

9. OBLICZENIA HYDRAULICZNE INSTALACJI C.O.

Obiekt	Ilość sztuk	Lz [m]	R [Pa/m]	R [Pa]
Zawór kulowy	2	0,8	109	174
Kolano R=1,5D	5	1,3	109	709
Zwężki	3	4,6	109	1504
Rura prosta	-----	5	109	545
Wymiennik ciepła	1	------	109	15500
			kPa	18,43

UWAGA: Ilość kolan, zwężek i rur dobrano za podstawie najbardziej ergonomicznego ułożenia armatury węzła w pomieszczeniu.

10. DOBÓR POMPY OBIEGOWEJ C.O.

Masowy strumień wody dla instalacji - Gi=4,8 kg/s

Temperatura średnia wody w instalacji - t_śr=58^oC ρ=984,2 kg/m³

Objętościowy strumień wody dla instalacji - V_i = 17,56 m³/h

Wymagana wydajność pompy - V_p = 17,56 m³/h

Opory hydrauliczne instalacji (przyjęte szacunkowo) h_inst = 48 kPa

Opory hydrauliczne w węźle po stronie instalacji c.o. - h_węzła = 18,43 kPa

Wymagana wysokość podnoszenia pompy - H_p = 66,43 kPa

Wybrano pompę firmy GRUNFOS - NK 40-160/154. Charakterystyka oraz szczegółowe dane pompy zawarte są w karcie produktu umieszczonej w "Załącznikach".

11. TERMOMETRY.

Do pomiaru temperatur w węzłach zaleca się stosować szklane termometry przemysłowe

w oprawie metalowej wg PN-80/M-53750 z działką elementarną nie większą niż 1°C. Zakresy

termometrów muszą być dostosowane do parametrów roboczych mierzonych czynników:

– wysokie parametry : 0 - 150°C,

– niskie parametry c.o. : 0 - 100°C

– niskie parametry c.w.u. : 0 - 100°C - króciec ze stali nierdzewnej

Dopuszcza się zastosowanie termometrów tarczowych bimetalicznych wg PN-EN 13190:2004

po stronie niskich parametrów o średnicy tarczy 80mm.

Termometry należy lokalizować w miejscach wskazanych na załączonych do niniejszego

opracowania zalecanych schematach węzłów cieplnych.

12. MANOMETRY.

Do pomiaru ciśnień w węzłach należy stosować manometry zwykłe wskazówkowe z

elementami sprężystymi o zakresie pomiaru dostosowanym do ciśnień roboczych, z tarczą o

średnicy nie mniejszej niż 100 mm. Manometry należy lokalizować w miejscach wskazanych

na załączonych do niniejszego opracowania zalecanych schematach.

Manometry powinny być wyposażone w armaturę, tj. kurki manometryczne dostosowane do

zakresu pomiarowego. Typowy zakres pomiarowy manometrów to :

– wysokie parametry: 0 - 1,6 MPa kl. 1,0

– niskie parametry c.o. : 0 - 0,6 MPa lub 0 - 1,0 MPa kl.1,0

– niskie parametry c.w,u : 0 - 1,0 MPa kl.1,0

Dopuszcza się grupowanie pomiarów ciśnienia w celu ograniczenia ilości zastosowanych

punktów pomiarowych. W takim przypadku należy zapewnić łatwy dostęp do poszczególnych

punktów pomiarowych oraz uniemożliwić krążenie czynnika pomiędzy punktami

pomiarowymi.

13. DOBÓR ZAWORU AUTOMATYCZNEJ REGULACJI DLA OBIEGU PRZEZ WYMIENNIK C.O.

Masowy strumień wody sieciowej przepływający przez zawór regulacyjny - G_s1=0,973 kg/s

Temperatura średnia - t_śr= 107^oC ρ=952,5 kg/m³

Objętościowy strumień wody sieciowej przepływającej przez zawór regulacyjny - V_s1=3,68 m³/h

Spadek ciśnienia w obiegu wymiennika - Δp=0,2 kPa = 0,002 bar

Wstępnie zakładamy, że całkowity spadek obiegu, łączenie z zaw. regulacyjnym nie przekroczy Δp_max=1 bar

Wymagany spadek ciśnienia na zaworze wyniesie:

Δp_z= Δp_max - Δp= 0,998 bar

Wymagana przepustowość zaworu regulacyjnego c.o. wyniesie:

k_v=1,1•$\ \frac{\text{Vs}1}{\sqrt{\text{Δpz}}}$

kv=4,05 m³/h

Dobrano zawór regulacyjny jednodrogowy typu VVG41.25 z siłownikiem typu SKD32.51 .

Parametry zaworu:

• średnica nominalna: Dn=25 mm

• wsp. przepływu k_vs:10 m³/h

• maksymalny skok grzyba: h=20mm

Parametry siłownika:

• napięcie robocze - 230V AC

• pobór mocy - 15VA

• skok nominalny - 20 mm

Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze w pełni otwartym:

Δp^rzz=($\frac{Vs1}{\text{kvs}}$)²

Δp^rzz=0,135 bar

Autorytet zaworu:

A= Δp^rzz/( Δp^rzz+ Δp)

A=0,985

14. DOBÓR ZAWORU AUTOMATYCZNEJ REGULACJI DLA OBIEGU PRZEZ WYMIENNIK C.W.U.

Masowy strumień wody sieciowej przepływający przez zawór regulacyjny - G_s2=0,096 kg/s

Temperatura średnia - t_śr= 107^oC ρ=952,5 kg/m³

Objętościowy strumień wody sieciowej przepływającej przez zawór - V_s2=0,363 m³/h

Spadek ciśnienia w obiegu wymiennika - Δp=0,22 kPa=0,0022 bar

Wstępnie zakładamy, że całkowity spadek obiegu, łączenie z zaw. regulacyjnym nie przekroczy Δp_max=1 bar

Wymagany spadek ciśnienia na zaworze wyniesie:

Δp_z= Δp_max - Δp= 0,9978 bar

Wymagana przepustowość zaworu regulacyjnego c.o. wyniesie:

k_v=1,1•$\ \frac{\text{Vs}2}{\sqrt{\text{Δpz}}}$

kv=0,41 m³/h

Dobrano zawór regulacyjny jednodrogowy typu VVF21.22 z siłownikiem typu SKD32.21 .

Parametry zaworu:

• średnica nominalna: Dn=25 mm

• wsp. przepływu k_vs:1,9 m³/h

• maksymalny skok grzyba: h=20mm

Parametry siłownika:

• napięcie robocze - 230V AC

• pobór mocy - 15VA

• skok nominalny - 20 mm

Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze w pełni otwartym:

Δp^rzz=($\frac{Vs2}{\text{kvs}}$)²

Δp^rzz=0,037 bar

Autorytet zaworu:

A= Δp^rzz/( Δp^rzz+ Δp)

A=0,944

15. DOBÓR REGULATORA PRZEPŁYWU.

Masowy strumień wody sieciowej przepływający przez zawór regulacyjny - G_s2=1,069 kg/s

Temperatura średnia - t_śr= 107^oC ρ=952,5 kg/m³

Objętościowy strumień wody sieciowej przepływającej przez zawór - V_s2=4,04 m³/h

Opory hydrauliczne przepływu przez obieg i przez węzeł - Δp_c=0,22 bar

Ciśnienie dyspozycyjne w punkcie wpięcia do sieci cipłowniczej - Δp_dysp= 2 bar

Wymagany spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym - Δp_reg= Δp_dysp - Δpc= 1,78 bar

Wymagana przepustowość zaworu regulacyjnego wyniesie:

k_v=1,3•$\ \frac{\text{Vs}}{\sqrt{\text{Δpreg}}}$ = 3,94 m³/h

Dobiera się zawór regulacyjny jednodrogowy typu 45-9 firmy SAMSON.

Parametry urządzenia:

• średnica nominalna: D_n=32 mm

• współczynnik przepływu: kvs=12,5 m³/h

• maksymalna temperatura pracy: T_max=150^oC

• zakres przepływu dla zaworu: 0,3-10 m³/h

Nastawa regularora: V_s=4,2 m³/h

3. ZAŁĄCZNIKI

LITERATURA:

1. H. Foit - "Indywidualne węzły cieplne".

2. A. Szarkowski - "Ciepłownictwo".

3. MPEC oddział w Białymstoku - "Wytyczne projektowanie węzłów ciepnych".

4. Normy wspomniane w opracowaniu normy.

5. M.Miernik - przykładowy projekt węzła.