Regulacja hydrauliczna systemów ogrzewania i chłodzenia

Viktor Pyrkov
Regulacja hydrauliczna
systemów ogrzewania
i chłodzenia
Teoria i praktyka
Książka powstała w wyniku współpracy podjętej przez
SYSTHERM D. Gazińska s.j. z DANFOSS Sp. z o.o.
Grodzisk Mazowiecki
2007
Poznań
ISBN 978-83-921745-8-5
Tytuł oryginału:
V. V. Pyrkov: Gidrawliczeskoje regulirowanije sistem otoplenija i ochłażdjenija. Teorija i praktika.
Kijew, Danfoss 2005, ISBN 966-7208-29-X
Tłumaczenie: mgr inż. Nina Władimirska
W książce są analizowane idealne i robocze charakterystyki przepływowe zaworów o różnej
konstrukcji. Ponadto omówiono metody doboru zaworów równoważących w oparciu o ich autorytety. Analizuje się wpływ odbiorników na współpracę z termoregulatorem. Przeanalizowano
także wpływ odbiorników, rurociągów i pomp na pracę termoregulatorów, jak również zaworów
ręcznej i automatycznej regulacji. Podano ogólny opis aktualnie stosowanych wodnych systemów grzewczych i systemów klimatyzacyjnych. Omówiono podstawowe aspekty projektowania
takich systemów, ich równoważenia i ekonomicznej oceny efektów automatyzacji.
Książka adresowana jest do projektantów, pracowników nadzoru technicznego, pracowników
naukowych i studentów uczelni technicznych.
Szczególne podziękowania dla profesora Władysława Szaflika za ogromną pomoc przy wyprowadzeniu teoretycznych zależności, Mariuszowi Jędrzejewskiemu za doświadczalne potwierdzenie zawartej w niniejszej książce teorii i Annie Łazarczyk za pomoc w redagowaniu polskiej wersji książki.
Autor: dr inż. Viktor Vasilyevich PYRKOV
JESTEŚMY GOTOWI CI POMÓC:
Potrzebujesz pomocy? Jeśli masz jakieś pytania, problemy lub uwagi dotyczące tej książki
proszę skontaktować się z Panem V. V. Pyrkovem:
е-mail: [email protected]
Jeśli masz jakieś pytania, problemy lub uwagi dotyczące urządzeń i ich zastosowania
proszę skontaktować się z firmą DANFOSS:
www.danfoss.pl
Drukowanie i kopiowanie bez wcześniejszej zgody firmy Danfoss JEST ZABRONIONE!
Wszystkie prawa zastrzeżone.
Wykorzystanie informacji zawartych w tej książce bez odpowiednich odnośników
JEST ZABRONIONE!
Skład, łamanie i opracowanie graficzne: Grzegorz Barciszewski
Redakcja i koordynacja wydania:
Lidia Domagała, Stanisław Ozdowski
Wydawca:
SYSTHERM D. Gazińska s.j.
Poznań, ul. św. Wincentego 7, tel. 061 850 75 98
Druk i oprawa:
Drukarnia Świętego Wojciecha Sp. z o.o.,
ul. Chartowo 5, Poznań
SPIS TREŚCI
Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Oznaczenia literowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Oznaczenia graficzne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Podstawowa terminologia i definicje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1. Komfort cieplny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2. Czynniki grzewcze i czynniki chłodzące . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3. Straty hydrauliczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1. Informacje ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2. Współczynnik przepływu zaworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3. Autorytet zewnętrzny zaworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4. Charakterystyka przepływowa zaworu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.1. Liniowa robocza charakterystyka przepływowa zaworu . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4.2. Stałoprocentowa robocza charakterystyka przepływowa zaworu . . . . . . 52
3.4.3. Paraboliczna robocza charakterystyka przepływowa zaworu . . . . . . . . . . 60
3.4.4. Wykładniczo-liniowa robocza charakterystyka przepływowa zaworu . . 62
3.4.5. Liniowo-liniowa robocza charakterystyka przepływowa zaworu. . . . . . . 68
3.4.6. Robocze charakterystyki przepływowe zaworów trójdrogowych . . . . . . 70
3.4.7. Oddziaływanie wzajemne zaworów równoważących . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.5. Zawory odcinające . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4. Termoregulatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1. Konstrukcja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1.1. Regulatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.1.2. Zawory grzejnikowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2. Charakterystyki termoregulatorów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.2.1. Charakterystyki mechaniczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.2.2. Charakterystyki robocze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2.3. Parametry techniczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.2.4. Autorytety termoregulatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2.4.1. Autorytet zewnętrzny termoregulatora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.4.2. Wewnętrzny autorytet termoregulatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.2.4.3. Ogólny autorytet termoregulatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.2.4.5. Wpływ obejścia (bypassu) na autorytety termoregulatora . . . . 130
4.3. Napędy elektryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5. Automatyczne zawory równoważące . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.1. Zawory nadmiarowo-upustowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.2. Automatyczne zawory równoważące . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6. Odbiorniki końcowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.1. Dane ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.2. Regulacja mocy cieplnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.3. Autorytet cieplny pomieszczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7. Rurociągi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8. Pompy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8.1. Emisja hałasu w systemie zapewnienia mikroklimatu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8.2. Przetwornice częstotliwości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
8.3. Ciśnienie obiegowe pompy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
8.4. Dobór pomp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
9. Systemy zapewnienia mikroklimatu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
9.1. Warunki hydrauliczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
9.2. Projektowanie systemów chłodzenia wodnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
9.3. Projektowanie systemów ogrzewania wodnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.3.1. Prowadzenie rurociągów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.3.2. Połączenie gałęzi i pionów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9.3.3. Połączenie odbiorników końcowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
9.4. Stateczność hydrauliczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
10. Hydrauliczne równoważenie systemów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
10.1. Dane ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
10.2. Metoda spadku temperatury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
10.3. Metoda wstępnej nastawy zaworów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
10.4. Metoda proporcjonalna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
10.5. Metoda kompensacyjna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
10.6. Metoda komputerowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
11. Automatyczne równoważenie systemów za pomocą zaworów
wielofunkcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
12. Oszczędności energii automatycznych systemów zapewnienia
mikroklimatu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
WPROWADZENIE
Opracowanie, które trzymacie Państwo w ręku jest pokaźnym źródłem wiedzy zarówno dla studentów, jak i czynnych zawodowo inżynierów, którzy spotykają się w praktyce z projektowaniem i eksploatacją instalacji centralnego ogrzewania i klimatyzacji.
Książka adresowana jest do studentów inżynierii środowiska, projektantów i badaczy
zainteresowanych wprowadzaniem na praktyczny grunt teorii hydraulicznej równoważenia instalacji. Książka dostarczy im niezbędnej wiedzy w nowoczesnym wydaniu,
a omawiane w niej rozwiązania zilustrowane są wieloma przykładami z dziedziny projektowania i eksploatacji instalacji. Taki sposób prezentowania zagadnień kształtuje w studentach umiejętność praktycznego i kreatywnego spojrzenia na tezy i założenia przedstawione w części teoretycznej, a doświadczonym inżynierom umożliwia zweryfikowanie
stosowanych do tej pory metod.
Podręcznik ma przejrzysty układ: na końcu każdego rozdziału powtórzone zostały
wnioski i wymienione najważniejsze informacje omawiane w danym rozdziale, co ma
ułatwić studentom przyswojenie materiału.
Wyróżniającą cechą książki jest fakt, że Autor wykorzystuje produkty Danfoss do
zilustrowania przykładowych instalacji. Dzięki temu, materiał w jeszcze większym stopniu nabiera cech praktycznego podręcznika. Przykłady oparte na produktach Danfoss
są pouczające i zasługują na uwagę, ponieważ pomagają studentom w nauce metod
doboru urządzeń, jak i w zrozumieniu praktycznych zastosowań omawianych tez. Pomimo tego, że materiał ogranicza się do urządzeń jednego producenta, studenci nie
powinni mieć problemu w zastosowaniu przedstawionych metod w projektowaniu instalacji opartych na urządzeniach innego producenta. Podsumowując, książka stanowi
cenne źródło informacji dla studentów, jak i pragnących rozszerzyć swoje kompetencje,
doświadczonych inżynierów.
Prof. dr hab. inż. Edward SZCZECHOWIAK
Politechnika Poznańska
Dr hab. inż. Janusz WOJTKOWIAK, prof. P.P.
Politechnika Poznańska
Zakład Ogrzewnictwa, Klimatyzacji i Ochrony Powietrza
na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Poznań Politechnika Poznańska
Systherm D. Gazińska s.j.
5