Mat. 11

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
1.
Węzeł ciepłowniczy
Węzeł ciepłowniczy łączy zewnętrzną siec ciepłowniczą z instalacją
c.o. i c.w.u. W skład węzła wchodzi zespół przewodów, urządzeń i
armatury znajdujący się między zaworami odcinającymi zewnętrzną siec
ciepłowniczą i zaworami odcinającymi instalację w budynku.
1.1. Zadania w.c.:
•
•
•
•
przekazywanie energii cieplnej z sieci ciepłowniczej do instalacji c.o.
i c.w.u.;
obniżenie temperatury i ciśnienia czynnika grzejnego;
wywołanie krążenia czynnika grzejnego w instalacji c.o.;
zabezpieczenie instalacji c.o. przed wzrostem ciśnienia.
1
t − tp 
1
+
m + T − t − z
T zx = t i + ∆t ar ⋅ ϕ
 z
 ⋅ϕ [2 ]
p
2


gdzie:
m - współczynnik charakterystyki cieplnej grzejników;
∆tar - średnia arytmetyczna różnica temperatury wody instalacyjnej i
powietrza w pomieszczeniu:
∆t ar =
W zależności od sposobu przekazywania energii cieplnej węzły
ciepłownicze można podzielić na:
• Węzły z bezpośrednim połączeniem instalacji z siecią:
◊
węzeł bez możliwości obniżenia temperatury i ciśnienia czynnika
(woda z sieci trafia bezpośrednio do nagrzewnic powietrza);
◊
węzeł
hydroelewatorowy,
dający możliwość
obniżenia
temperatury i ciśnienia czynnika;
◊
węzeł ze zmieszaniem pompowym, dający możliwość obniżenia
temperatury i ciśnienia czynnika w większym zakresie niż
poprzedni;
• Węzły z pośrednim połączeniem instalacji z siecią:
◊
są to węzły wymiennikowe;
1.3. Dobór wymienników c.o. w węźle
ciepłowniczym
1°°
•
•
•
•
•
Dane wyjściowe:
obliczeniowe parametry wody sieciowej: ........................... Tz/Tp [°°C];
obliczeniowe parametry wody instalacyjnej: ...................... tz/tp [°°C];
obliczeniowa moc cieplna wymiennika:............................. Qo [W];
obliczeniowa temperatura w pomieszczeniach budynku: ... ti [°°C];
obliczeniowa temperatura na zewnątrz budynku ................ teo [°°C].
2°° Wybór najniekorzystniejszego punktu pracy wymiennika
2
− t i ; [K ] [ 3 ]
4°° Obliczeniowy strumień wody instalacyjnej:
mi =
1.2. Rodzaje węzłów cieplnych
tz + tp
Qo
; [ kg/s ] [ 4 ]
c w ⋅ (t z − t p )
gdzie:
Qo - obliczeniowa moc cieplna wymiennika, W;
cw - ciepło właściwe wody, 4186 J/kg⋅K;
tz - obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację c.o., °C;
tp - obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji c.o., °C.
5°° Obliczeniowy strumień wody sieciowej:
ms =
Qo
; [ kg/s ]
c w ⋅ (T z − T p )
[5]
gdzie:
Tz - obliczeniowa temperatura wody zasilającej wymiennik c.o., °C;
Tp - obliczeniowa temperatura wody powracającej z wymiennika c.o.,
°C.
Strumienie wody są stałe i nie zmieniają się w funkcji Tz
mix = mi = const;
mśx = mś = const;
6°° Parametry wody sieciowej i instalacyjnej w punkcie załamania
wykresu regulacyjnego:
t [oC]
Tzx
Z punktu za³amania wykresu reg. sieci
Tz
∆t1x
Tpx
Qx
∆t2x
tzx
Z wykresu reg. instalacji c.o.
tpx
Punkt załamania wykresu
regulacyjnego ze wzglêdu na
c.w.u.
Tz = 70 oC
X
tex
l [m]
teo
Rys. 1. Wykres regulacyjny dla sieci ciepłowniczej
Najbardziej niekorzystnym punktem pracy dla wymiennika c.o. jest punkt
załamania wykresu regulacyjnego (rys. 1). Spadek temperatury Tz
powoduje wzrost lepkości wody w wyniku czego spada współczynnik
przenikania ciepła U wymiennika.
Z tego względu wymienniki ciepła dla instalacji c.o. należy dobierać
na warunki pracy w punkcie załamania wykresu (Tz = 70 °C).
3°° Wymagana moc cieplna wymiennika w punkcie załamania
wykresu regulacyjnego:
Q x = ϕ x ⋅ Qo ; [W] [ 1 ]
gdzie:
ϕx - współczynnik obciążenia cieplnego budynku dla punktu
załamania wykresu regulacyjnego
Rys.. 2. Przebieg zmian temperatury czynników w wymienniku
przeciwprądowym
Temperatura wody sieciowej wypływającej z wymiennika:
1
tz − t p 

T px = t i + ∆t ar ⋅ ϕ 1 + m + T p − t p −
 ⋅ ϕ [6]
2


Temperatura wody zasilającej instalację c.o.:
1
t zx = t i + ∆t ar ⋅ ϕ 1 + m + ϕ ⋅
(t z − t p ) ; [°C] [ 7 ]
2
Temperatura wody powrotnej w instalacji c.o.:
1
t px = t i + ∆t ar ⋅ ϕ 1 + m − ϕ ⋅
(t z − t p ) ; [°C]
[8]
2
Wartość ϕx można określić przekształcając wzór na temperaturę wody
sieciowej w funkcji obciążenia cieplnego postaci:
strona 1
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Arz − A
⋅ 100 ≤ 5%
Arz
Współczynnik przenikania ciepła U
U = C ⋅ m sm ⋅ min ⋅ Tzxd ⋅ T pxe ⋅ F f
;[ kW/m2·K ] [ 12 ]
gdzie:
C,m,n,d,e,f – stałe dla danego wymiennika (tabl. 1);
Tz – temperatura zasilania wody sieciowej;
Tp – temperatura powrotu wody sieciowej;
tp – temperatura wody instalacyjnej ogrzewanej („zimnej”);
tz – temperatura wody instalacyjnej ogrzanej („ciepłej”);
ms – przepływ wody sieciowej;
mi – przepływ wody instalacyjnej;
F – sprawność wymiennika wyrażona zależnością:
F=
ra
rb
pa
pb
T zx − t px
6.
Jeżeli warunek 5. nie jest spełniony wówczas
a) dobieramy inny typ wymiennika
b) zmniejszamy strumień wody sieciowej
c) łączymy szeregowo lub równolegle wymienniki i przechodzimy
do p-ktu 2.
;[ - ] [ 13 ]
JAD XK
3.18
JAD XK
6.50
JAD XK
6.50.10
JAD XK
9.88
JAD XK
12.114
2,12
5,9
4,8
10,8
17,8
3,422141
0,375628
0,270342
-0,171287
0,242605
0,476285
1,135708
0,2981
0,3592
-0,13457
0,304
0,2326
0,56215
0,44708
0,30142
-0,13494
0,49475
0,37480
0,85637
0,3911
0,2822
-0,2690
0,4437
0,5841
0,62769
0,43418
0,28525
-0,03647
0,18319
0,664
TYP
A
[m2]
C
m
n
d
e
f
T zx − T px
[-]
[ °C ]
[ °C ]
[ °C ]
[ °C ]
[ kg/s ]
[ kg/s ]
[ 21 ]
Współczynniki do wzoru na opory przepływu
1,615862
1,572235
1,877760
1,757390
4,574711
2,708050
1,791759
1,625311
1,9901902
1,7992744
1,872958
1,950085
1,5977422
0,7637724
0,0060483
-1,22066
1,650065
1,7631629
1,5032758
-0,454742
Opory przepływu:
Opory przepływu wody w rurkach (po stronie sieciowej):
pr = e
ra ⋅ln (ms )+rb
[ kPa ] [ 14 ]
Opory przepływu wody w płaszczu (po stronie instalacyjnej):
pp = e
pa ⋅ln (mi )+ pb
[ kPa ] [ 15 ]
Algorytm doboru wymiennika:
1.
2.
3.
Obliczenie wartości wyjściowych: Qx, Tp, tz, tp;
Obliczenie wartości U wymiennika;
Obliczenie wartości Ueksp wymiennika z zależności:
U eksp =
1
1
+ Rλ
U
[ kW/m2·K ] [ 16 ];
gdzie:
Rλ – obliczeniowy opór przewodzenia przez ściankę rury wraz z
zanieczyszczeniami (0,1 ÷ 0,2 m2·K/kW);
4. Obliczenie wymaganej powierzchni wymiany ciepła w
wymienniku:
A=
Qx
U eksp ⋅ ∆t log
[ m2 ] [ 17 ];
∆t 2x − ∆t 1x [ K ] [ 18 ]
∆t log =
;
 ∆t 2x 

ln 
 ∆t 
 1x 
gdzie:
∆t1x, ∆t2x - różnice temperatury w wymienniku (Rys. 2.) obliczone ze
wzorów:
∆t 1x = T zx − t zx ; [K] [ 19 ]
∆t 2x = T px − t px ; [K] [ 20 ]
5.
Sprawdzenie warunku:
Wymiary geometryczne wymienników pokazane są na załączonych
kartach katalogowych.
Przykładowe wymiary wymiennika (JAD XK 3.18)
1.4. Pomieszczenia węzłów
ciepłowniczych
W pomieszczeniu węzła ciepłowniczego wszystkie elementy
wyposażenia powinny być łatwo dostępne podczas eksploatacji i
konserwacji. Należy przyjmować następujące odległości od ścian i między
urządzeniami:
• odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu od ściany lub
powierzchni izolacji sąsiedniego przewodu nie mniejszą niż 0.2 m.,
• odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu i urządzenia od
podłogi pomieszczenia węzła nie mniejszą niż 0.3 m.,
• wysokość prowadzenia przewodów w miejscach przejścia (drogi
komunikacyjne) - min. 2 m. licząc od spodu izolacji cieplnej,
• odległość między fundamentami pomp lub zestawu dwu pomp co
najmniej 0.5 m.,
• odległość między fundamentami pomp a ścianą pomieszczenia węzła
co najmniej 0.5 m.,
• odległość między zewnętrzną powierzchnią izolacji cieplnej
wymiennika, a ścianą pomieszczenia nie mniejszą niż 0.3 m.
strona 2
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
WĘZEŁ BEZPOŚREDNI C.O.
WĘZEŁ ZMIESZANIA POMPOWEGO
WĘZEŁ ZMIESZANIA POMPOWEGO
WĘZEŁ HYDROELEWATOROWY C.O.
WĘZEŁ WYMIENNIKOWY
strona 3
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
5
te
16
14
2
10
ti
13
4
8
3
7
11
11
9
1
1
17 12
15
6
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Wymienniki
Odmulacz siatkowo - inercyjny
Regulator przepływu
Siłownik regulatora przepływu
Elektroniczny regulator temperatury c.o.
Wodomierz
Przelicznik wskazujący
Czujnik temperatury
Filtr siatkowy
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Kryza dławiąca
Zawór kulowy kołnierzowy
Zawór kulowy gwintowany, spawany lub kołnierzowy
Zawór zwrotny
Zawór bezpieczeństwa sprężynowy
Naczynie wzbiorcze przeponowe
Pompa obiegowa c.o.
Odmulacz
strona 4