∑ ∑

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
1. Projektowanie sieci przewodów
instalacji pompowej
H
Zadaniem sieci przewodów jest doprowadzenie odpowiedniej ilości
czynnika grzejnego do kaŜdego grzejnika. Obliczeniowe strumienie wody
dopływającej do poszczególnych grzejników określa wzór:
G=
QOgrz
c w ⋅ (t z − t p )
Hpmax
Hp
; [kg/s] [ 1. 1. ]
Hpmin
gdzie:
Qogrz
- obliczeniowa moc cieplna grzejnika nie uwzględniająca
zysków ciepła, W;
cw
- ciepło właściwe wody 4186 J/kg⋅K;
- obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację, °C;
tz
tp
- obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji, °C.
Rys. 1. .1. Dobór pompy obiegowej
Projektowanie sieci przewodów polega na dobraniu średnic przewodów i
elementów regulacyjnych w sposób zapewniający:
• odpowiedni rozdział czynnika grzejnego do poszczególnych
grzejników;
• stateczność cieplną i hydrauliczną instalacji;
• optymalne koszty materiałowe i eksploatacyjne.
1. 2. Obliczanie
obiegu
gdzie:
Qins
cw
tz
tp
ρ
Ciśnienie czynne w obiegu:
∆p cz = ∆p po + 0.75 ⋅ (ρ p − ρ z ) ⋅ 9.81 ⋅ h; [Pa] [ 1. 8. ]
- obliczeniowa moc cieplna instalacji, W;
- ciepło właściwe wody 4186 J/kg⋅K;
- obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację, °C;
- obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji, °C;
- gęstość wody płynącej przez pompę, kg/m3.
H p min =
H p max =
gdzie:
ρp - gęstość wody o temperaturze tp, kg/m3;
ρz - gęstość wody o temperaturze tz, kg/m3;
h - róŜnica wysokości między środkiem grzejnika i środkiem źródła
ciepła , m.
∆pzc + (100 ÷ 250 ) ⋅ ∑ L
; [m H 2 O ]
9.81 ⋅ ρ
∆p zc + 4 ⋅ R1 ⋅ L1 + R2 ⋅ L2
; [m H 2 O ]
9.81 ⋅ ρ
[ 1. .3]
1. 3. Minimalny opór działki z grzejnikiem
Aby nie dopuścić do rozregulowania hydraulicznego instalacji w
obrębie pionu, objawiającego się niedogrzewaniem i przegrzewaniem
skrajnych kondygnacji, naleŜy zapewnić odpowiedni opór działek z
grzejnikami.
Minimalny opór działki z grzejnikiem określa wzór:
[ 1. .4]
∆p g min = (ρ p − ρ z ) ⋅ 9.81 ⋅ hg ; [Pa] [ 1. 9. ]
gdzie:
∆pzc - opór źródła ciepła np. opór wymiennika ciepła po stronie
instalacyjnej, Pa;
ΣL - suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu, m;
R1
- jednostkowa strata ciśnienia w przewodzie przy przepływie
całkowitej ilości czynnika (Gcał) z prędkością 0.7÷0.8 m/s, Pa/m;
Gca µ =
R2
L2
Qinst
; [kg / s ]
cw ⋅ (t z − tw )
gdzie:
hg - róŜnica wysokości pomiędzy środkami skrajnych grzejników w
instalacji, m.
1. 4. Minimalny opór hydrauliczny zaworu
termostatycznego
[ 1. 5]
W celu zapewnienia prawidłowych warunków pracy dla zaworów
termostatycznych przy ich doborze naleŜy zadbać aby spełnione było
kryterium dławienia (autorytet zaworu). Spadek ciśnienia na zaworze
termostatycznym powinien stanowić od 30 do 70 % strat ciśnienia w
obiegu lub w części obiegu w której ciśnienie jest stabilizowane przez
zawór utrzymujący stałą róŜnicę ciśnienia w instalacji. Minimalny opór
zaworu termostatycznego moŜna wyznaczyć ze wzoru:
- długość działek, przez które płynie całkowita ilości czynnika
(Gcał), m;
- jednostkowa strata ciśnienia w przewodzie przy przepływie
wody z prędkością 0.7÷0.8 m/s przez pierwszą za
rozdzielaczem działkę najniekorzystniejszego obiegu, Pa/m;
- długość działek najniekorzystniejszego obiegu pomniejszona
o długość działek, przez które płynie całkowita ilości czynnika
(Gcał), m;
L 2 = ∑ L − L 1 ; [m]
ρ
w
gdzie:
Hp - wysokość podnoszenia dobranej pompy, m;
ρ - gęstość pompowanej wody, kg/m3.
[ 1. .2]
Orientacyjna wysokość podnoszenia pompy:
L1
czynnego
∆p po = 0.9 ⋅ Hp ⋅ ρ ⋅ 9.81; [Pa][ 1. 7. ]
Wymagana wydajność pompy obiegowej:
1.1 ⋅ Qinst
; [m3 / s ]
cw ⋅ (t z − tw ) ⋅ ρ
ciśnienia
Ciśnienie wytworzone przez pompę wraz z ciśnieniem grawitacyjnym
wywołanym róŜnicą gęstości wody w przewodach zasilającym i
powrotnym wywołuje krąŜenie czynnika grzejnego w przewodach
Obliczeniowe ciśnienie wytwarzane przez pompę:
1. 1. Dobór pompy obiegowej
Vp =
V
Vp
∆p v min = 0.3 ⋅ ∆p po ; Pa [ 1. .10], gdy brak zaworu upustowego
[ 1. .6]
∆p v min = 0.3 ⋅ ∆p stab ; Pa , gdy zainstalowany zawór upustowy
- gęstość wody płynącej przez pompę, kg/m3.
Jeśli zawór upustowy
rozdzielaczach, to
∆p stab = ∆p dysp
rozdzielaczach, [Pa]
Strona 1
stabilizuje
ciśnienie
dyspozycyjne
na
, gdzie ∆pdysp - dyspozycyjne ciśnienie na
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
gdzie:
1. 5. Dobór średnic przewodów
∆pcz,i - ciśnienie czynne w i-tym obiegu, Pa;
Dobierając średnice naleŜy mieć na uwadze spełnienia następujących
Σ(RL+Z)obiegu,i - suma oporów hydraulicznych działek w i-tym
warunków:
obiegu, Pa.
1. Wartości oporu hydraulicznego i ciśnienia czynnego powinny być do
2) Wyznaczenie nadmiarów ciśnienia do zdławienia u podstawy
siebie zbliŜone. Błąd nie powinien przekraczać 10 %:
pionu dla kolejnych obiegów:
∆p cz ≥ ∆p obj ; δ ≤ 10%
2.
Opór działki z grzejnikiem powinien być większy lub równy
minimalnemu oporowi działki z grzejnikiem:
∆p nadp ,i = ∆p nad ,i − max(∆p gdod ,i , ∆p vdod ,i ); [Pa] [1.15]
gdzie:
∆pgdod,i -wymagana dodatkowa strata ciśnienia w i-tej działce z
grzejnikiem wynikająca z konieczność spełnienia warunku na
∆pgmin, Pa.
3) Określenie zastępczego nadmiaru ciśnienia do zdławienia u
podstawy pionu wspólnego dla wszystkich obiegów w obrębie
pionu:
∆p g ≈ ∆p g min ;
3.
Opór zaworu termostatycznego powinien zapewnić spełnienie
kryterium dławienia.
Dobór średnic naleŜy rozpoczynać od najbardziej niekorzystnego obiegu.
Do wstępnego doboru średnic określamy orientacyjną jednostkową stratę
ciśnienia która:
• dla najniekorzystniejszego (pierwszego) obiegu wynosi:
Ror1 =
•
(0.5 ÷ 0.67) ⋅ (∆pcz − ∆pzc − max(∆pg min , ∆pv min ) )
∑L
[Pa/m]
∆p nadpz = min(∆p nadp ,1 , ∆p nadp , 2 ,..., ∆p nadp ,n ); [Pa] [1.16]
gdzie:
n - liczba obiegów w obrębie pionu.
Nadmiar ciśnienia dławimy u podstawy pionu po połowie na
przewodach zasilającym i powrotnym, lub w całości na przewodzie
powrotnym.
4) Wyznaczenie nadmiarów ciśnienia do zdławienia na zaworach
termostatycznych:
[1.11]
dla kolejnych obiegów wynosi:
Ror =
(0.5 ÷ 0.67 ) ⋅ (∆pcz − ∆p zc − max(∆p g min , ∆pv min ) − ∑ (R ⋅ L + Z )dz.wzp . )
∑L
[1.12]
[Pa/m]
∆pnadv ,i = ∆pnad ,i − ∆pnadpz ; [Pa] [1.17]
n
gdzie:
∆pcz
∆pzc
- ciśnienie czynne w obiegu, Pa;
- opór źródła ciepła np. opór wymiennika ciepła po stronie
instalacyjnej, Pa;
∆pgmin - minimalny opór działki z grzejnikiem, Pa;
∆pvmin - minimalny opór hydrauliczny zaworu termostatycznego, Pa;
ΣL
- suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu,
m;
ΣLn
- suma długości nowych działek w obiegu, m;
Σ(RL+Z)dz.wsp. - suma oporów hydraulicznych działek wspólnych, Pa.
Przewody blisko źródła ciepła dobieramy dla R nieco większego od Ror a
przewody blisko grzejników dla R mniejszego od Ror.
Po wstępnym dobraniu średnic naleŜy sprawdzić, czy spełnione zostały
wcześniej podane warunki. Jeśli nie, to naleŜy zmienić średnice
przewodów, a w przypadku wyczerpania wszystkich moŜliwości
zastosować elementy dławiące. Przy doborze średnic naleŜy zadbać aby
spełniony został warunek:
δ=
∆pcz − (∑ (R ⋅ L + Z )obiegu + max( ∆p gdod , ∆pvdod ) + ∆p zc )
∆pcz
⋅ 100% ≤ 10%
PowyŜszy algorytm moŜna stosować tylko w instalacjach, w których na
końcach pionów zainstalowane są samoczynne zawory odpowietrzające.
1. 7. Dobór elementów dławiących.
Do dławienia nadmiaru ciśnienia w obiegu naleŜy stosować armaturę
słuŜącą do regulacji wstępnej (zawory grzejnikowe i zawory odcinające z
regulacją wstępną), lub kryzy dławiące. W przypadku kryz dławiących ich
średnicę moŜna określić ze wzoru:
d kr = 192 ⋅ 4
G2
; [mm] [1.18.]
∆p zdł
gdzie:
G
- strumień masowy wody płynącej przez kryzę, kg/s;
∆pzdł
- nadmiar ciśnienia do zdławienia, Pa.
Dla armatury umoŜliwiającej regulację wstępną naleŜy z charakterystyki
dobrać odpowiednią nastawę zapewniającą odpowiedni dodatkowy spadek
ciśnienia.
[1.13 ]
gdzie:
∆pcz
- ciśnienie czynne w obiegu, Pa;
Σ(RL+Z)obiegu - suma oporów hydraulicznych działek w obiegu, Pa.
∆pgdod - wymagana dodatkowa strata ciśnienia w działce z grzejnikiem
wynikająca z konieczność spełnienia warunku na ∆pgmin
obliczona z zaleŜności:
∆p
[Pa]
4
3
Nastawy
2
1
N
∆p gdod = ∆p g min − ∆p g ; [Pa] ... gdy ∆pg < ∆pgmin;
gdzie:
∆pg - opór hydrauliczny działki z grzejnikiem, Pa.;
∆pvdod - wymagana dodatkowa strata ciśnienia na zaworze
termostatycznym wynikająca z konieczność spełnienia warunku
na ∆pvmin obliczona z zaleŜności:
∆pzd³
Charakterystyka
przy pe³nym otwaciu
∆p vdod = ∆p v min − ∆p v ; [Pa] ..... gdy ∆pv < ∆pvmin;
gdzie:
∆pv
- opór hydrauliczny zaworu termostatycznego z
otwartą nastawą wstępną, Pa.;
1. 6. Dławienie
obiegach
nadmiaru
ciśnienia
G [kg/s]
w
Rys. 1. 2. Przykład doboru nastawy wstępnej dla zaworu z regulacja
wstępną
Namiary ciśnienia w obiegach naleŜy dławić w działkach z
grzejnikami oraz u podstawy pionu. Przy czym u podstawy pionu dławimy
nadmiar ciśnienia wspólny dla wszystkich obiegów w obrębie pionu.
PoniŜej podano algorytm określania nadmiarów ciśnienia.
1) Obliczenie nadmiarów ciśnienia dla wszystkich obiegów w pionie:
∆pnad ,i = ∆pcz ,i − ∑ (R ⋅ L + Z )obiegu ,i − ∆p zc ; [Pa] [1.14]
Strona 2