Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa

Instalacja grawitacyjna centralnego ogrzewania

Wykonał : Jacek Płochocki

Prowadzący : dr inż. Zenon Spik

Załączniki:

Załącznik 1 - Obliczenia współczynników przenikania ciepła przez przegrody.

Załącznik 2 - Obliczenia projektowej straty ciepła w pomieszczeniach.

Załącznik 3 - Dobór średnic rur instalacji c.o. oraz dobór elementów dławiących

Załącznik 4 – Dobór wielkości grzejników

Spis rysunków:

Rysunek 1 – Rzut piwnicy skala 1:100

Rysunek 2 – Rzut parteru skala 1:100

Rysunek 3 – Rzut piętra skala 1:100

Rysunek 4 – Przekrój budynku skala 1:100

Rysunek 5 – Rozwinięcie instalacji c.o. skala 1:50

Rysunek 6 – Rzut kotłowni skala 1:20

Rysunek 7 – Przekrój kotłowni nr 1 skala 1:20

Rysunek 8 – Przekrój kotłowni nr 2 skala 1:20

Opis techniczny

Cel i zakres projektu

Przedmiotem opracowania jest projekt wykonawczy instalacji grawitacyjnej centralnego ogrzewania domu znajdującego się Zielonej Górze przy ulicy Jacka i Agatki.

Zakres opracowania:

• Obliczenie współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych

• Obliczenie zapotrzebowania cieplnego budynku

• Obliczenie powierzchni źródła ciepła, przekrojów kanałów spalinowych i wentylacyjnych

• Dobór źródła ciepła

• Dobór średnic kryz dławiących

• Dobór wielkości grzejników ogniwowych żeliwnych

• Dobór naczynia wzbiorczego typu otwartego

Podstawa opracowania dokumentacji projektowej

Przy opracowaniu projektu kierowano się zaleceniami i wytycznymi zawartymi w :

• Umowa z inwestorem zawarta 18.10.2010 na wykonanie projektu

• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 06.11.2008 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. nr 75, poz. 690) z późniejszymi zmianami

• PN-EN ISO 6946:1999 „Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynniki przenikania ciepła. Metoda obliczenia”

• PN-EN 12831:2006 ,,Instalacje grzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego”

• PN-82/B-02403 „Temperatury obliczeniowe zewnętrzne”

• PN-87/B-02411 „Kotłownie wbudowane na paliwo stałe”

• PN-91/B-02413 „Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu otwartego. Wymagania”

• Literatura przedmiotu, „Ogrzewnictwo, wentylacja, klimatyzacja” – Krystyna Krygier, Tomasz Klinke, Jerzy Sewerynik.

• Podkład budowlany w skali 1:100

Charakterystyka obiektu

Zaprojektowany budynek znajduje się w Zielonej Górze przy ulicy Jacka i Agatki 4. Według normy PN-EN 12831:2006 jest to II strefa klimatyczna, więc zewnętrzna temperatura obliczeniowa wynosi -18 °C.

Budynek posiada 2 kondygnacje mieszkalne i jest całkowicie podpiwniczony oraz posiada poddasze. Piwnica oraz poddasze są pomieszczeniami nieogrzewanymi.

Na pierwszej kondygnacji znajdują się następujące pomieszczenia: jadalnia, kuchnia, łazienka, przedpokój, sypialnia, pokój i salon.

Układ drugiej kondygnacji jest podobny do pierwszej kondygnacji.

W piwnicy została umieszczona kotłownia, w pomieszczeniu pod łazienką oraz skład paliwa wraz z pomieszczeniem technicznym.

Zestawienie współczynników (wraz z obliczeniami i rozwiązaniami) przenikania ciepła dla przegród w budynku zostały przedstawione w Załączniku nr 1, natomiast dokładne obliczenia znajdują się na stronie 7. Budynek spełnia wymagania ochrony cieplnej.

Zgodnie z zaleceniami w normie PN-EN 12831:2006 i PN-82/B-02403 przyjęto temperatury obliczeniowe w pomieszczeniach

• Jadalnia, kuchnia, przedpokój, sypialnia, pokój i salon 20 °C

• Łazienka 24 °C

• Klatka schodowa 8 °C

• Piwnica 10 °C

• Poddasze -8 °C

Dla zadanych warunków obliczeniowych zapotrzebowanie na moc cieplną budynku wynosi 17,37 kW. Dokładne obliczenia znajdują się na stronie 9, natomiast pełne zestawienie znajduje się w Załączniku nr 2.

Rozwiązania techniczne

Rodzaj instalacji ogrzewczej

Grawitacyjna instalacja centralnego ogrzewania, z rozdziałem dolnym(czynnik grzejny dostarczany rurami poniżej grzejników – w piwnicy), w układzie dwururowym (prowadzone równolegle do siebie piony zasilania i powrotu), zabezpieczone naczyniem wzbiorczym typu otwartego, posiada 8 pionów.

Parametry instalacji ogrzewczej

Instalacja zasilana jest wodą przygotowywaną w kotłowni, w piwnicy, w kotle opalanym paliwem stałym – węglem kamiennym. Kocioł przygotowuje czynnik grzejny do parametrów 75 °C na zasileniu oraz 50 °C na powrocie.

Kotłownia

Kotłownia została umieszczona w piwnicy w pomieszczeniu K pod łazienką.

Wejście należy wyposażyć w drzwi otwierane pod naporem na zewnątrz o odporności ogniowej minimum 60 minut.

Kotłownia posiada naturalną wentylację nawiewno-wywiewną. Kanał wentylacji wywiewnej o przekroju 14x14 cm umieszczony w bloku kominowym z wlotem 15 cm pod stropem. Kanał wyprowadzony ponad dach. Należy prowadzić go przy kanale spalinowym. Kanał wentylacji nawiewnej, blaszany o przekroju 21x21 cm. Nawiew do pomieszczenia wyprowadzony nad poziom posadzki (licząc do dolnej krawędzi otworu nawiewnego).

Komin o przekroju 20x20 cm prowadzić w ścianie wewnętrznej. Kanał powinien być obudowany z cegły dobrze wypalonej i dobrze zatartej. Na dole komina należy wykonać rewizję.

Czopuch wykonać z rury stalowej o polu powierzchni przekroju 600 mm², z atestem. Zaizolować wełną mineralną

Źródłem ciepła jest kocioł żeliwny wodny na paliwo stałe, typ KZ-3K-6 o znamionowej mocy cieplnej 32,6 kW. Kocioł ma następujące parametry: liczba członów – 6, powierzchnia ogrzewalna – 2,55 m², długość kotła – 570 mm, masa kotła – 370 kg.

Skład paliwa znajduje się w pomieszczeniu SP. Wymagana powierzchnia wynosi 8 m². Składowanie żużla odbywa się w pojemniku metalowym, niepalnym o pojemności 0,13 m3. Przy opróżnianiu pojemnika raz na tydzień wymagany jest jeden pojemnik.

Obliczenia dotyczące kotłowni znajdują się na stronie 15.

Zabezpieczenie instalacji

Dobrano naczynie wzbiorcze systemu otwartego typu A o pojemności użytkowej 8,3 dm³ i pojemności całkowitej 12,2 dm³. Wymiary naczynia to

• Dw – 211 mm

• A – 362 mm

• Masa - 4,7 kg

Naczynie należy podłączyć rurą wzbiorczą o średnicy wewnętrznej 25 mm, rurę bezpieczeństwa o średnicy wewnętrznej odpowiadającej DN32, rurę sygnalizacyjną o średnicy DN 15, rurę przelewowa o DN 20. Obliczenia dla naczynia wzbiorczego znajdują się na stronie 24.

Naczynie podłączyć w najwyższym punkcie instalacji c.o., co najmniej 0,7 m nad najwyższym odbiornikiem ciepła, na poddaszu. Podłączyć do instalacji c.o. po wykonaniu próby ciśnieniowej.

Obliczenia dotyczące naczynia wzbiorczego znajdują się na stronie 25.

Przewody

Przewody poziome i piony wykonać z rur stalowych czarnych ze szwem wg normy PN-H74200. Połączenia rur powinny być spawane. Dokładne obliczenia do doboru zostały przedstawione na stronie 19, a pełne zestawienie doboru średnic zamieszczono w załączniku nr 3.

Rury w piwnicy prowadzić 10 cm pod stropem na uchwytach podwieszanych. Prowadzić z 3 promilowym spadkiem w kierunku kotłowni. Rury należy zaizolować pianką polietylenową.

Instalacja ogrzewcza składa się z 8 pionów usytuowanych po wewnętrznych stronach ścian. Mocowanie pionów do ścian w połowie długości pomieszczenia. Do pionów podłączone są grzejniki o odpowiedniej mocy. Piony w pomieszczeniach pozostają nie osłonięte, natomiast przejścia przez stropy powinny być znajdować się w rurach osłonowych wypełnionych pianką poliuretanową. Zakłada się naturalną kompensację przewodów.

Na zakończeniu każdego pionu należy umieścić odpowietrznik z zaworem kulowym umożliwiającym demontaż tej armatury.

Armatura

Do wykonania instalacji wykorzystano następującą armaturę:

• Łuki

• Odsadzki

• Trójniki

• Kryzy dławiące

• Zawory kulowe

• Zawory odpowietrzające

Zawory odpowietrzające powinny znajdować się na końcach pionów oraz przy każdym grzejniku. Kryzy dławiące natomiast umiejscowić należy na gałązce powrotnej z grzejnika. Dokładne obliczenia i dobór kryz znajduje znajdują się na stronie 22.

Grzejniki

Dla ogrzewanych pomieszczeń dobrano grzejniki żeliwne typu T1. Pomieszczenia 104 i 204 nie wymagają dodatkowego grzejnika gdyż straty ciepła są kompensowane w wystarczającym zakresie zyskami ciepła od otaczających pomieszczeń. Szczegółowe rozmieszczenie grzejników znajduje się na rysunkach 2, 3. Grzejniki podłączone do pionu gałązkami o średnicy 15 mm. Połączenie grzejnika z gałązką zabezpieczyć plombą metalową. Gałązki prowadzić ze spadkiem umożliwiającym odpowietrzenie grzejników.

Obliczenia

Obliczenie współczynnika przenikania ciepła przez przegrody

Przykładowe obliczenie współczynnika przenikania ciepła dla ściany zewnętrznej

Schemat przegrody:

Rys.1

1. Powierzchnia wewnętrzna

2. Tynk cementowo-wapienny

3. Mur z cegły ceramicznej pełnej

4. Wełna mineralna

5. Tynk cementowo-wapienny

6. Powierzchnia zewnętrzna

Wartość współczynnika przejmowania ciepła obliczamy ze wzoru:

$$U = \frac{1}{R_{\text{si}} + \sum R + R_{\text{se}}}\ \left\lbrack \frac{W}{m^{2}K} \right\rbrack\ (1)$$

Gdzie:

U – współczynnik przenikania ciepła [W/m²K]

R_si – jednostkowy opór ciepła powierzchni wewnętrznej [m²K/W]

R_se – jednostkowy opór ciepła powierzchni zewnętrznej [m²K/W]

R_i – jednostkowy opór przewodzenia ciepła przez i-tą warstwę[m²K/W]

R_i obliczamy ze wzoru:

$$R_{i} = \frac{d_{i}}{\lambda_{i}}\ \left\lbrack \frac{m^{2}K}{W} \right\rbrack\ \left( 2 \right)$$

d_i – grubość warstwy przegrody [m]

λ_i – współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK]

Numer	Rodzaj warstwy	d	λ	R
-	-	m	W/(mK)	m^2*K/m
1	Powierzchnia wewnętrzna	-	-	0,13
2	Tynk cementowo wapienny	0,030	0,82	0,04
3	Mur z cegły ceramicznej pełnej	0,240	0,77	0,31
4	Wełna mineralna	0,150	0,043	3,49
5	Tynk cementowo wapienny	0,030	0,82	0,04
6	Powierzchnia zewnętrzna	-	-	0,04
			Suma	4,04
			U	0,25

Tabela 1

Kierunek strumienia ciepła poziomy, więc dobrane opory ciepła powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej mają wartość:

R_si =0,13 m²K/W

R_se=0,04m²K/W

Podstawiając do wzoru wartości otrzymujemy:

$$U = \frac{1}{0,13 + \frac{0,03}{0,82} + \frac{0,24}{0,77} + \frac{0,15}{0,043} + \frac{0,03}{0,82} + 0,04} = 0,25\ \left\lbrack \frac{W}{m^{2}K} \right\rbrack\ $$

Obliczenia współczynników przenikania ciepła pozostałych przegród zostały umieszczone w Załączniku nr 1

Przykładowe obliczenie grubości izolacji dla ściany zewnętrznej

U_max = 0,3 W/m²K - maksymalny współczynnik przenikania ciepła dla przegród stykających się ze środowiskiem zewnętrznym

$$U_{\max} = \frac{1}{R_{\text{si}} + \frac{d_{1}}{\lambda_{1}} + \frac{d_{2}}{\lambda_{2}} + \frac{d_{3}}{\lambda_{3}} + \frac{d_{4}}{\lambda_{4}} + R_{\text{se}}}\left\lbrack \frac{W}{m^{2}K} \right\rbrack\ (4)$$

Poszukujemy wartość d₃ co jest obliczeniową wartością izolacji ściany zewnętrznej. Przekształcamy wzór (4) do postaci:

$$d_{3} = \lambda_{3}*\left( \frac{1}{U_{\max}} - R_{\text{si}} - \frac{d_{1}}{\lambda_{1}} - \frac{d_{2}}{\lambda_{2}} - \frac{d_{4}}{\lambda_{4}} - R_{se} \right)\left\lbrack m \right\rbrack\ (5)$$

Do wzoru (5) wstawiamy wartości liczbowe:

$$d_{3} = 0,043*\left( \frac{1}{0,3} - 0,13 - 0,04 - 0,31 - 0,04 - 0,04 \right) = 0,12\ \lbrack m\rbrack$$

Pomimo uzyskania obliczeniowej grubości izolacji 12 cm, do wykonania przegrody zaleca się wykonanie izolacji o grubości 15 cm dla uzyskania mniejszych strat ciepła.

Zestawienie współczynników przenikania ciepła dla przegród

Przegroda	Skrót	Wartość U [W/m2K]	Uwagi
Ściana zewnętrzna	SZ45	0,25	-
Ściana wewnętrzna łazienka	SW24Ł	1,53	-
Ściana wewnętrzna	SW24	1,8	-
Strop poddasze	StrPod	0,23	-
Strop nad piwnicą	StrPiw	0,32	-
Strop nad piwnicą w kuchni i łazience	StrPiwKŁ	0,3	-
Podłoga w piwnicy	Strpodłoga	0,2	Ueq
Ściana zewnętrzna stykająca się z gruntem	SZ45g	0,179	Ueq
Strop poddasze	Strdach	0,23	-
Drzwi	DW	2,6	-
Drzwi wejściowe	DWW	4,75	-
Okna	OD12	1,5	-

Obliczenia projektowej straty ciepła pomieszczeń

Przykładowe obliczenia projektowej straty ciepła dla pomieszczenia 101 – Jadalni

Obliczenia wykonywane wg. normy PN-EN 12821:2006.

Całkowitą projektową stratę ciepła obliczamy ze wzoru :

Φ_i = Φ_T, i + Φ_T, j [W] (6)

Gdzie,

Φ_T,i – projektowa strata ciepła ogrzewanej przestrzeni (i) przez przenikanie [W]

Φ_T,j – projektowa wentylacyjna strata ciepła ogrzewanej przestrzeni (i) [W]

Projektową stratę ciepła ogrzewanej przestrzeni (i) przez przenikanie obliczamy ze wzoru :

Φ_T, i = (H_T, ie+H_T, iue+H_T,  ig+H_T, ij) * (θ_int,  i−θ_e)[W] (7)

Gdzie,

H_T,ie – współczynnik strat ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez obudowę budynku [W/K]

H_T,iue – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otocznia (e) przez przestrzeń nieogrzewaną [W/K]

H_T,Ig – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do gruntu (ig) w warunkach ustalonych [W/K]

H_T,ij – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do inej przestrzeni ogrzewanej (j), przy występującej różnicy temperatury [W/K]

Θ_int,i – projektowa temperatura przestrzeni ogrzewanej [°C]

• Dla pomieszczeń 20 °C

• Dla łazienki 24 °C

• Dla klatki schodowej 8 °C

Θ_e – projektowa temperatura zewnętrzna [°C]

• Dla drugiej strefy klimatycznej -18 °C

Współczynnik redukcji temperatury b_u lub f_ij obliczamy z następującego wzoru :

$$b_{u} = \frac{\theta_{int,\ i} - \theta_{\text{przylglej\ przestrzeni}}}{\theta_{int,\ i} - \theta_{e}}\left\lbrack - \right\rbrack\ \left( 8 \right)$$

Θ_int,i – projektowa temperatura przyległej przestrzeni [°C]

Pozostałe oznaczenia jak wyżej.

Współczynniki strat ciepła zostały obliczone wg wzoru:

$$H_{T} = A_{c}*U*b_{u}\left\lbrack \frac{W}{K} \right\rbrack\ (9)$$

A_c – powierzchnia całkowita przegrody [m²]

U – współczynnik przenikania ciepła [W/m²K]

b_u – jak wyżej

We wzorze (9) zamiast b_u może pojawić się f_ij w zależności od przypadku.

Mostki cieplne oblicza się w sposób następujący :

$$H_{T} = l*\Psi_{l}\ \left\lbrack \frac{W}{K} \right\rbrack\ \left( 10 \right)$$

Gdzie,

l – długość mostka cieplnego [m]

Ψ_l – współczynnik liniowego mostka cieplnego (l) miedzy przestrzenią wewnętrzna i zewnętrzną [W/mK]

Projektową wentylacyjną stratę ciepła oblicza się wg. następującego wzoru :

Φ_V = H_V, i * (θ_int,  i−θ_e)[W] (11)

HV,i – współczynnik projektowej wentylacyjnej straty ciepła [W/K]

Pozostałe oznaczenia jak wyżej.

Współczynnik projektowej wentylacyjnej straty ciepła oblicza się w następujący sposób :

$$H_{V,i} = V_{i}*\rho*c_{p}\left\lbrack \frac{W}{K} \right\rbrack\ \left( 12 \right)$$

V_i – strumień objętości powietrza wentylacyjnego przestrzeni ogrzewanej (i) [m³/s]

ρ – gęstość powietrza w temperaturze θ_int,  i [kg/m3]

c_p – ciepło właściwe powietrza w temperaturze θ_int,  i [J/kgK]

lecz stosując uproszczenie, ponieważ w budynku nie będzie zainstalowana instalacja wentylacyjna, wyżej wymieniony współczynnik przyjmuje następującą postać:

$$H_{V,i} = V_{i}*0,34\left\lbrack \frac{W}{K} \right\rbrack\ \left( 12.a \right)$$

Zestawienie obliczeń dla Jadalni w formie tabelarycznej:

Pomieszczenie	101	-
Pomieszczenie powierzchnia	15	m^2
Kubatura	43,5	m^3
Typ pomieszczenia	Jadalnia	-
Projektowana krotność wymian	0,5	1/h
Projektowana tempratura wewnętrzna	20	°C
Projektowana różnica temperatury	38	K
Symbol	L	H	Ac	U
-	m	m	m^2	W/m^2K
SZ45	5,57	3,40	15,10	0,25
SZ45	3,51	3,40	11,21	0,25
OD12	1,20	1,60	3,84	1,50
OD12	1,20	0,60	0,72	1,50
StrPiw	5,57	3,51	19,55	0,32
Opis	Symbol	Ψl	l	bu
-	-	-	m	-
-	C1	-0,05	3,4	1
-	F1	0	16	1
-	IW1	0	6,4	1
-	W1	0	16,8	1
Współczynnik straty ciepła przez przenikanie	HT	14,89
Współczynnik projektowejwentylacyjnej straty ciepła	HV	7,40
Projektowa strata ciepła przez przenikanie	ΦT	565,99
Projektowa wentylacyjna strata ciepła	ΦV	281,01
Całkowita projektowa strata ciepła	Φi	847,00

Tabela 2

Obliczenia zapotrzebowania na ciepło pozostałych pomieszczeń znajdują się w Załączniku nr 2

Zestawienie projektowych strat ciepłą w pomieszczeniach:

Pomieszcznie	oznacznie	Φi [W]
Jadalnia	101	847,00
Kuchnia	102	786,02
Łazienka	103	822,52
Przedpokój	104	1246,07
Sypialnia	105	1190,10
Pokój	106	1087,34
Salon	107	1899,57
Jadalnia	201	910,34
Kuchnia	202	849,37
Łazienka	203	932,59
Przedpokój	204	1358,75
Sypialnia	205	1263,11
Pokój	206	1185,98
Salon	207	2054,23
Klatka schodowa	X	939,34
	∑Φc	17372,34

Tabela 3

Przyjęto, że pomieszczenia 104 i 204 nie będą ogrzewane, a temperatura projektowa będzie uzyskana przez przenikanie ciepłą z innych pomieszczeń. Nastąpi rozdział ciepła na pomieszczenia:

• parter

nr pom.	Obciążenie [W]	Udział [%]	ΔΦ [W]	Φ'[W]
101	847,00	0,00		847,00
102	786,02	0,12	145,64	931,67
103	822,52	0,12	152,41	974,92
104	1246,07	0,00	0,00	0,00
105	1190,10	0,18	220,52	1410,62
106	1087,34	0,16	201,48	1288,82
107	1899,57	0,28	351,97	2251,55
X	939,34	0,14	174,05	1113,40
suma	8817,96		suma	8817,96

Tabela 4

• 1 piętro

nr pom.	Obciążenie [W]	Udział [%]	ΔΦ [W]	Φ'[W]
201	910,34	0,00	0,00	910,34
202	849,37	0,12	159,74	1009,11
203	932,59	0,13	175,39	1107,99
204	1358,75	0,00	0,00	0,00
205	1263,11	0,17	237,56	1500,67
206	1185,98	0,16	223,05	1409,03
207	2054,23	0,28	386,34	2440,58
X	939,34	0,13	176,66	1116,01
suma	9493,72		suma	9493,72

Tabela 5

Klatka schodowa:

939,34+174,05+176,66=1290,06 [W]

Zestawienie końcowe zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń:

Pomieszcznie	oznacznie	Φi [W]
Jadalnia	101	847,00
Kuchnia	102	931,67
Łazienka	103	974,92
Przedpokój	104	0,00
Sypialnia	105	1410,62
Pokój	106	1288,82
Salon	107	2251,55
Jadalnia	201	910,34
Kuchnia	202	1009,11
Łazienka	203	1107,99
Przedpokój	204	0,00
Sypialnia	205	1500,67
Pokój	206	1409,03
Salon	207	2440,58
Klatka schodowa	X	1290,06
	∑Φc	17372,34

Tabela 6

Dobór źródła ciepła

Dobór kotła

Dane wyjściowe :

• Q₀ = 17,37 kW – obliczeniowe zapotrzebowanie na moc cieplną

• KZ-3K – typ kotła, żeliwny

• Grawitacyjna instalacja c.o. z rozdziałem dolnym

• Wysokość komina – 11,5 m

• Kotłownia umieszczona w pomieszczeniu w piwnicy „K”

Obliczenie powierzchni ogrzewalnej kotła:

$$F_{\text{ok}} = \frac{Q_{0}*\left( 1 + a \right)}{q}\left\lbrack m^{2} \right\rbrack\ \left( 13 \right)$$

Q₀ – obliczeniowe zapotrzebowanie na moc cieplną

q – moc cieplna uzyskiwana z 1 m² powierzchni ogrzewalnej kotła, dla kotłów żeliwnych 7800 W/m²

a – dodatek na nieuwzględnione straty ciepła, dla kotłów wodnych, dla instalacji z rozdziałem dolnym a=0,15 [-]

Podstawiając wartości do wzoru (13) otrzymujemy :

$$F_{\text{ok}} = \frac{17,37*\left( 1 + 0,15 \right)}{7800} = 2,56\left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

Na tej podstawie dobrano kocioł KZ-3K-6

Obliczenia dotyczące paliwa

Dane: paliwem będzie węgiel kamienny

Obliczenia rocznego zapotrzebowania na paliwo kotłowni opalanej paliwem stałym:

$$B = \frac{86400*Q_{0}*S_{d}*w_{t}*w_{d}}{Q_{i}*\eta_{w}*\eta_{e}*\eta_{p}*\eta_{r}*\left( t_{i} - t_{e} \right)}\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{rok}} \right\rbrack\left( 14 \right)$$

Gdzie

Q₀ – oznaczenie jak wyżej

S_d – liczba stopniodni [dzien*K/rok] na podstawie PN-B-2025 Sd=3728[dzien*K/rok]

w_t – współczynnik uwzględniający przerwy w ogrzewaniu w okresie tygodnia. Okres ogrzewania 7 dni w_t=1

w_d – współczynnik uwzględniający przerwy w ogrzewaniu w przeciągu doby. Okres ogrzewania 24 h w_d=1

Q_i – wartość opałowa paliwa, dla węgla kamiennego Q_i = 24000 kJ/kg

η_w – sprawność wytwarzania ciepła [-]η_w=0,75 – kocioł wyprodukowany po 1980 r

η_e – sprawność wykorzystania ciepła [-]η_e =0,95 ogrzewanie tradycyjne, grzejniki prawidłowo usytuowane w pomieszczeniu

η_p – sprawność przesyłania ciepła [-]η_p =0,95 instalacja z przewodami c.o. w dobrym stanie technicznym

η_r – sprawność regulacji systemu grzewczego [-]η_r = 0,7 oblicza się ze wzoru (15)

t_i – temperatura wewnątrz kotłowni =20°C

t_e – temperatura zewnętrzna = -18°C

Sprawność regulacji systemu grzewczego:

$$\eta_{r} = 1 - \left( 1 - \eta_{\text{co}} \right)*2*\sqrt{\text{GLR}}\ \left\lbrack \right\rbrack\ \left( 15 \right)$$

η_co – współczynnik regulacji η_co =0,85 system grzewczy z centralnym systemem regulacji. Z automatyką pogodową, lecz bez zaworów termostatycznych,

GLR - stosunek sum zysków ciepła budynku do sum strat ciepłą zgodnie z Polską Normą dotyczącą obliczania sezonowego zapotrzebowania na ciepła do ogrzewania budynków mieszkalnych GLR=1

Wstawiając wartości do wzoru (15) otrzymujemy :

$$\eta_{r} = 1 - \left( 1 - 0,85 \right)*2*\sqrt{1} = 0,7\ \left\lbrack \right\rbrack\ $$

Natomiast wstawiając wartości do wzoru (14) otrzymujemy:

$$B = \frac{86400*17,37*3728*1*1}{24000*0,75*0,95*0,95*0,7*\left( 20 - \left( - 18 \right) \right)} = 12950\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{rok}} \right\rbrack$$

Powierzchnia składu paliwa :

$$F_{\text{sp}} = \frac{B}{\rho_{p}*h_{p}}*\left( 1 + a \right)\left\lbrack m^{2} \right\rbrack\ \left( 16 \right)$$

Gdzie,

B – jak wyżej

ρ_p – gęstość nasypowa paliwa [kg/m³] – węgiel kamienny = 800[kg/m³]

h_p – wysokość składowania paliwa h_p=1,7

a – dodatek uwzględniający drogę komunikacyjną a=0,1

Wstawiając wartości do wzoru (16) otrzymujemy:

$$F_{\text{sp}} = \frac{12950}{800*1,7}*\left( 1 + 0,1 \right) = 10,47\left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

Liczba pojemników na składowanie żużla:

$$N_{z} = \frac{B_{z}*Z_{z}}{\rho_{z}*S_{0}*0,13}*(1 + a)\ \left\lbrack \text{szt.} \right\rbrack\ \left( 17 \right)$$

Gdzie,

B_ż – ilość składowanego żużla [kg/rok] – B_ż=0,25*B – dla węgla kamiennego

Z_ż – długość składowania żużla [dni] – Z_ż=7

ρ_ż – gęstość żużla i popiołu [kg/m³] – ρ_ż=800 kg/m³

S₀ – liczba dni sezonu grzewczego [dni] – S₀=227 – dla Zielonej Góry wg. PN-B-2025

a – dodatek uwzględniający drogę komunikacyjną – a = 0 –pojemnik

0,13 – pojemność pojemnika [m³]

Podstawiając wartości do wzoru (17) otrzymujemy:

$$N_{z} = \frac{0,2*12950*7}{800*227*0,13}*\left( 1 + 0 \right) = 0,77\ \left\lbrack \text{szt.} \right\rbrack$$

Przyjęto 1 pojemnik na składowanie żużla.

Kanały wentylacyjne

Komin

Przekrój poprzeczny komina obliczono ze wzoru:

$$F_{k} = \frac{0,026*Q_{\max}}{\sqrt{h}} = \frac{0,026*32600}{\sqrt{11,5}} = 250\ \left\lbrack \text{cm}^{2} \right\rbrack$$

Gdzie,

Qmax – moc maksymalna kotła [W], Qmax=32000 W

h – wysokość komina od rusztu kotła do wylotu [m]

przyjęto F_krz = 400cm²

Czopuch

Przekrój poprzeczny czopucha obliczono ze wzoru:

F_cz = 1, 5 * F_krz = 1, 5 * 400 = 600[cm²]

F_krz – oznaczenie jak wyżej

Wentylacja nawiewna

Przekrój poprzeczny kanały nawiewnego obliczono ze wzoru:

F_n = 0, 5 * F_krz = 0, 5 * 400 = 200[cm²]

F_krz – oznaczenie jak wyżej

Przyjęto kanał 21x21 cm

Wentylacja wywiewna

Przekrój poprzeczny kanały nawiewnego obliczono ze wzoru:

F_n = 0, 25 * F_krz = 02, 5 * 400 = 100[cm²]

F_krz – oznaczenie jak wyżej

Przyjęto kanał 20x20 cm

Dobór średnic rur instalacji c.o.

Przykładowy dobór średnic rur instalacji c.o.

Jako przykład podano obieg przez grzejnik 1 w pionie nr 1 co jest najniekorzystniejszym obiegiem –najdalej od źródła ciepła oraz położone najniżej.

Obliczenie ciśnienia czynnego (grawitacyjnego) pcz (pg):

Ciśnienie grawitacyjne obliczamy ze wzoru:

p_g = (ρ_p−ρ_z) * g * h + ρ_dod[Pa] (18)

Gdzie,

ρ_p – gęstość wody o temperaturze powrotu tp [kg/m³] ρ_p =988,04 kg/m³

ρ_z – gęstość wody o temperaturze zasielnia tz [kg/m³] ρ_z = 974,8 kg/m³

g – przyspieszenie ziemskie [m/s²] g=9,81 m/s²

h – różnica wysokości po miedzy środkiem grzejnika a środkiem źródła ciepła [m] h=2,6 m

Δp_dod – dodatkowe ciśnienie czynne spowodowane schłodzeniem wody w przewodach rozprowadzających [Pa], Δp_dod =0 – przy rozdziale dolnym

Podstawiając wartości do wzoru (18) otrzymujemy:

p_g = (988,04−974,8) * 9, 81 * 2, 6 + 0 = 337, 7[Pa]

Obliczeniowy strumień wody przepływający przez daną działkę:

Daną wielkość obliczono ze wzoru:

$$G = \frac{Q_{\text{ogrz}}}{c_{w}*(t_{z} - t_{p})}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack\ (19)$$

Gdzie,

Q_ogrz – moc cieplna przepływająca przez daną działkę, nie uwzględniająca zysków ciepła [W]

c_w – ciepło właściwe wody [J/kgK], c_w =4187 J/kgK

t_z – temperatura zasilenia [°C]. tz=75°C

t_p – temperatura powrotu [°C]. tz=50°C

Przykładowo dla działki nr w pionie nr 1:

$$G = \frac{710}{4187*(70 - 55)} = 0,0068\left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$$

Obliczenie oporu orientacyjnego:

Daną wielkość dla obiegu najniekorzystniejszego obliczono wg. wzoru:

$$R_{\text{or}} = \frac{0,67*\Delta p_{g}}{{\sum L}_{i}}\left\lbrack \frac{\text{Pa}}{m} \right\rbrack\ \left( 20 \right)$$

Gdzie,

Δp_g – ciśnienie grawitacyjne w obiegu [Pa] Δp_g= 337,7 Pa

∑L_i – długość obiegu [m], ∑L_i = 37,5 m

Podstawiając dane do wzoru (20):

$$R_{\text{or}} = \frac{0,67*337,7}{37,5} = 6,0\left\lbrack \frac{\text{Pa}}{m} \right\rbrack$$

Z nomogramów:

Z nomogramów odczytujmy wartości oporu oraz prędkości :

dla 1 działki z pionu nr 1

v=0,04 m/s

R=2,3 Pa/m

Obliczenie oporu liniowego:

Wartość oporu liniowego obliczamy wg. wzoru:

R_l = R * L [Pa](21)

R – wartość oporu na danej działce [Pa/m]

L – długość działki [m]

Dla 1 działki dla pionu nr 1:

R_l = 2, 3 * 1 = 2, 3 [Pa]

Obliczenie oporów miejscowych:

Straty miejscowe na obiegu przez grzejnik nr 1 w pionie nr 1:

• Trójnik odnoga zasilenie

• Trójnik odnoga powrót

• Grzejnik

• Odsadzka, szt. 2

• Zawór przy grzejnikowy

Wartości oporów odpowiednich oporów miejscowych:

Opór miejscowy	ζ
Odsadzka	0,5
Łuk 90° r/d=1,5	0,5
Grzejnik	2,5
Kocioł	2,5
Trójnik odnoga zasilenie	1,5
Trójnik odnoga powrót	2
Trójnik przelot zasilenie	0
Trójnik przelot powrót	0,5
Trójnik przeciwprąd zasilenie	3
Trójnik przeciwprąd powrót	3
Zawór przygrzejnikowy przelotowy (DN10-15)	8,5

Opory miejscowe obliczamy ze wzoru:

$$Z = \sum\zeta*\frac{v^{2}}{2}*\rho\ \left\lbrack \text{Pa} \right\rbrack\ \left( 22 \right)$$

Gdzie,

∑ζ – suma oporów miejscowych na danej działce [-],

v – prędkość czynnika na danej działce [m/s]

ρ – gęstość czynnika [kg/m³]

dla działki 1 w pionie nr 1:

$$Z = 15,5*\frac{{0,04}^{2}}{2}*983,2 = 12,2\left\lbrack \text{Pa} \right\rbrack\ $$

Obliczenie sumy oporów:

R_l + Z[Pa]

Dla działki 1 w pionie nr 1

2, 3 + 12, 2 = 14, 5[Pa]

Obliczenie ciśnienia całkowitego obiegu:

Δp_ob = ∑(R_l+Z)[Pa] (23)

Wstawiając otrzymane wartości :

Δp_ob = 336, 5 [Pa]

Sprawdzenie warunku dobrego doboru:

$$\delta = \left| \frac{{p}_{g} - {p}_{\text{ob}}}{{p}_{g}} \right|*100 < 10\%\left\lbrack \% \right\rbrack\ \left( 24 \right)$$

Dla obiegu przez grzejnik nr 1 w pionie nr 1:

$$\delta = \left| \frac{337,7 - 336,5}{337,7} \right| = 0,36\ \left\lbrack \% \right\rbrack < 10\%$$

Warunek spełniony.

Wyniki w formie tabelarycznej znajdują się w Załączniku nr 3

Dobór elementów dławiących

Obieg przez grzejnik 8 w pionie pierwszym po obliczeniach wg. algorytmu powyżej nie spełnia warunku dobrego doboru.

Opór orientacyjny dla pozostałych obiegów:

$$R_{\text{or}} = \frac{0,67*\left( \Delta p_{g} - {\sum\left( R_{l} + Z \right)}_{dzial\ wspol} \right)}{{\sum L}_{n}}\left\lbrack \frac{\text{Pa}}{m} \right\rbrack\ \left( 25 \right)$$

∑(R_l+Z)dział wspól – suma oporów hydraulicznych działek wspólnych [Pa]

∑L_n – długość działek nowych [m]

Wstawiając wartości dla obiegu przez grzejni 8 w pionie nr 1:

$$R_{\text{or}} = \frac{0,67*\left( 753,3 - 322 \right)}{7,4} = 39,1\left\lbrack \frac{\text{Pa}}{m} \right\rbrack\ $$

Ciśnienie do zdławienia:

P_k = p_g − ∑(R_l+Z)[Pa](26)

Oznaczenia jak wyżej.

Wstawiając odpowiednie wartości:

ΔP_k = 753, 3 − 386, 3 = 367[Pa]

Dobór kryzy:

Średnice kryzy obliczamy wg wzoru:

$$d_{\text{kr}} = 192*\sqrt[4]{\frac{G^{2}}{\Delta P_{k}}}\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack(27)$$

Oznaczenia jak wyżej.

Wstawiając odpowiednie wartości:

$$d_{\text{kr}} = 192*\sqrt[4]{\frac{{0,0072}^{2}}{367}} = 3,71\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

Dobrano kryzę 4 mm.

Dobór pozostałych kryz znajduje się w Załączniku nr 3.

Dobór wielkości grzejników

W projekcie użyto grzejników typu T1.

Przykładowy dobór dla grzejnika nr 1 w pomieszczeniu nr 5

Dane wyjściowe:

• Temperatura zasilenia 75 °C

• Temperatura powrotu 50 °C

• Różnica temperatur po miedzy zasileniem i powrotem 25 °C

• Q_grz = 710 W – moc cieplna grzejnika

• Strumień masowy wody dla grzejnika G=0,0068

Dane charakterystyczne dla grzejnika typu T1 podane przez producenta:

• C₁ = 3,163 [-]

• C₂ = 0,94 [-]

• m = 0,29 [-]

• F_el = 0,24 [m²]

Współczynnik ε_Δt uwzględniający nie liniową zmianę temperatury czynnika grzejnego w grzejniku:

$$\varepsilon_{\text{Δt}} = \frac{m*\left( 1 - X \right)}{\left( \frac{1}{X^{m}} - 1 \right)*\left( \frac{X + 1}{2} \right)^{m + 1}}\ \left\lbrack \right\rbrack\left( 28 \right)$$

Gdzie

m – dana charakterystyczna dla grzejnika [-]

$$X = \frac{{t}_{p}}{{t}_{z}} = \frac{30}{55} = 0,55\ \left\lbrack \right\rbrack$$

Różnica temperatury pomiędzy temperatura powrotu a temperaturą pomieszczenia:

t_p = t_p − t_i = 50 − 20 = 30

Różnica temperatury pomiędzy temperatura zasilenia a temperaturą pomieszczenia:

t_z = t_z − t_i = 75 − 20 = 55

Wstawiając odpowiednie wartości do wzoru (28)

$$\varepsilon_{\text{Δt}} = \frac{0,29*\left( 1 - 0,55 \right)}{\left( \frac{1}{{0,55}^{0,29}} - 1 \right)*\left( \frac{0,55 + 1}{2} \right)^{0,29 + 1}} = 0,96\ \left\lbrack \right\rbrack$$

Odczytanie z tabeli mocy cieplnej wytwarzanej przez piony grzejne(w zależności od średnicy i średniej arytmetycznej temperatur zasilenia i powrotu):

dla DN25 oraz Δt_Art =(t_z+t_i)/2 lub Δt_Art =(t_p+t_i)/2

q_zz=64 W/m

q_zp =29 W/m

Obliczenia zysków ciepła od pionów:

Q_z = l * q_zz + l * q_zp[W] (29)

l –długość pionu [m]

q_zz i q_zp oznaczenia jak wyżej

Wstawiając odpowiednie wartości:

Q_z = 3, 2 * 64 + 3, 2 * 29 = 297, 6[W]

Rzeczywista moc grzejna grzejnika:

Q_rzgrz = Q_grz − Q_z[W](30)

Oznaczenia jak wyżej.

W tym pomieszczeniu do tego pionu są podłączone 2 grzejniki wiec zysk ciepła od pionów jest podzielony na oba grzejniki:

Q_rzgrz = 710 − 0, 5 * 297 = 561[W]

Obliczenie schłodzenia pionu zasilającego:

Długość schłodzenia pionów – od podłogi parteru do gałązki zasilającej l =0,7 m

$$\tau = \frac{l*q_{\text{zz}}}{G*c_{w}}\ \left\lbrack K \right\rbrack\ \left( 31 \right)$$

Oznaczenia jak wyżej

Wstawiając odpowiednie wartości:

$$\tau = \frac{0,7*64}{0,0068*4187} = 1,57\ \left\lbrack K \right\rbrack$$

Rzeczywista temperatura pionu:

τ_dzrz = t_z − Δτ = 75 − 1, 57 = 73, 43

Dobór wielości grzejnika

Obliczamy wg wzoru:

$$n = \left( \frac{\left( Q_{\text{grz}} - Q_{z} \right)*\beta_{2}*\beta_{3}*\beta_{4}}{0,827*\left( \tau_{\text{dzrz}} - 0,5*t*\frac{Q_{\text{grz}} - Q_{z}}{Q_{\text{grz}}} - t_{i} \right)^{1,29}*\varepsilon_{t}} \right)^{1,064}\ \left\lbrack \text{szt.} \right\rbrack\ \left( 32 \right)$$

gdzie,

Q_grz, Q_z, t_grz, t_i, ε_Δt oznaczenia jak wyżej

Δt=75-50-25 [°C] – różnica temperatur po między zasileniem i powrotem

β₂ – współczynnik uwzględniający sposób usytuowania grzejnika, β₂ =1 przy ścianach zew. oknach

β₃ – współczynnik uwzględniający podłączenie grzejnika, β₃ =1 zasilanie górą, odpływ dołem

β₄ – współczynnik uwzględniający osłonięcie grzejnika, β₄ =1 grzejnik nie osłonięty

Wstawiając wartości do wzoru (32):

$$n = \left( \frac{\left( 710 - 297 \right)*1*1*1}{0,827*\left( 73,43 - 0,5*25*\frac{710 - 297}{710} - 20 \right)^{1,29}*0,96} \right)^{1,064} = 6,08$$

Dobrano grzejnik z 6 modułami.

Pozostałe wyniki w formie tabelarycznej znajdują się w Załączniku nr 4

Dobór naczynia wzbiorczego

Minimalną objętość naczynia wzbiorczego obliczamy ze wzoru:

V_n = 1, 1 * v * ρ * v [m³] (33)

Gdzie,

v – pojemność wodna instalacji ogrzewania wodnego, obliczona wg PN-91/B-01430 [dm³]

ρ – gęstość wody w temperaturze 10 °C [kg/m³] ρ =999,7

Δv – przyrost objętości wody przy jej ogrzaniu od temperatury 10 °C do średniej temperatury obliczeniowej instalacji tsre [dm³/kg]

$$t_{\text{sre}} = \frac{t_{z} + t_{p}}{2} = \frac{75 + 50}{2} = 62,5\ \left\lbrack \right\rbrack$$

Dla zadanego t _sre Δv =0,01815 [kg/m³]

Pojemność wodna instalacji:

Armatura	Pojemność [ dm^3]	DN
kocioł	53,00	-
grzejniki	238,80	-
przewody	26,71	15
	10,03	20
	30,15	25
	3,29	40
suma	361,99

Wstawiając wartości do wzoru (33) otrzymujemy:

$$V_{n} = 1,1*361,99*\frac{999,7}{1000}*0,01815 = 7,22\ \left\lbrack m^{3} \right\rbrack$$

Obliczenie minimalnej średnicy rury bezpieczeństwa:

$$r_{\text{RB}} = 8,08*\sqrt[3]{Q}\ \left\lbrack \text{mm} \right\rbrack\left( 34 \right)$$

Gdzie,

Q – moc znamionowa kotła [W]

Wstawiając wartości:

$$r_{\text{RB}} = 8,08*\sqrt[3]{32600} = \ 25,81\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

Obliczenie minimalnej średnicy rury wzbiorczej:

$$r_{\text{RB}} = 5,23*\sqrt[3]{Q}\ \left\lbrack \text{mm} \right\rbrack\left( 34 \right)$$

Gdzie,

Q – moc znamionowa kotła [W]

Wstawiając wartości:

$$r_{\text{RB}} = 5,23*\sqrt[3]{32600} = \ 16,71\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

Wytyczne branżowe

Branża architektoniczna

Grzejniki zaprojektowano pod oknami. Wymagana jest dostateczna ilość miejsca pod nimi. Grzejniki zaprojektowano nieosłonięte.

Branża budowlana

Kotłownia

Pomieszczenie usytuowane w centralnej części budynku. Drzwi wejściowe do kotłowni powinny być stalowe lub drewniane, obite blachą stalową o szerokości co najmniej 90 cm, otwierane na zewnątrz pod lekkim naciskiem.

Wykonać indywidualny fundament pod kotłem o wysokości 10 cm nad poziom posadzki.

Podłoga winna mieć spadek w kierunku kratki odpływowej o nachyleniu 1%.

Komin

Komin powinien zostać wykonany wewnątrz ściany budynku z cegły ceramicznej pełnej. Nie powinien być tynkowany, możliwe tylko wyrównywanie spoin. Zaleca się umiejscowić jak najbliżej kotła, by czopuch był jak najkrótszy.

Branża wentylacyjna

Kotłownia

Kotłownia posiada naturalną wentylację nawiewno-wywiewną. Kanał wentylacji wywiewnej o przekroju 14x14 cm umieszczony w bloku kominowym z wlotem 15 cm pod stropem. Kanał wyprowadzony ponad dach. Należy prowadzić go przy kanale spalinowym. Kanał wentylacji nawiewnej, blaszany o przekroju 21x21 cm. Nawiew do pomieszczenia wyprowadzony nad poziom posadzki (licząc do dolnej krawędzi otworu nawiewnego).

Komin o przekroju 20x20 cm prowadzić w ścianie wewnętrznej. Kanał powinien być obudowany z cegły dobrze wypalonej i dobrze zatartej. Na dole komina należy wykonać rewizję.

Czopuch wykonać z rury stalowej o polu powierzchni przekroju 600 mm², z atestem. Zaizolować wełną mineralną

Pomieszczenia

Kanał wentylacji nawiewnej powinien znajdować się najwyżej 30 cm nad posadzką. Kanał wentylacji nawiewnej winien mieć przekrój 200cm². Dopuszczalne jest nawiewanie powietrza z innego pomieszczenia.

Kanał wentylacji wywiewnej powinien znajdować się możliwe blisko stropu. Wymiary kanału wywiewnego nie mniej 14x14cm. Stosowanie wentylacji wywiewnej mechanicznej niedopuszczalne.

Branża elektryczna

Należy zapewnić sztuczne oświetlenie w kotłowni naprzód od kotłów o mocy 220V.

Należy zapewnić jedno gniazdo wtykowe o napięciu nie większym jak 24 V.

Branża wodno-kanalizacyjna

W kotłowni powinna zostać zamontowany wpust podłogowy mogący pomieścić co najmniej ilość wody odpowiadającej pojemności kotła. Wpust podłogowy nie może mieć połączenia z kanalizacją, lecz możliwość odprowadzenia wody poza obręb budynku.

Należy zamontować umywalkę z punktem czerpalnym, z zimną wodą (woda ciepła nie jest konieczna, z możliwością podłączenia przewodu elastycznego, w celu napełnienia kotła i instalacji c.o.