Instalacje ogrzewania cz.1,2

1
Instalacje ogrzewania
Dr inż. Paweł Kędzierski
Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa PW
Narodowa Agencja Poszanowania Energii S.A.
Audytor energetyczny KAPE 0142
2
Charakterystyka ogólna
Ogrzewanie pomieszczeń ma na celu utrzymanie wymaganej temperatury
wewnętrznej w chłodnych okresach
roku, wpływa na:
temperaturę powietrza
i tzw.
temperaturę promieniowania (średnią temperaturę otaczających powierzchni)
3
Higieniczne podstawy ogrzewania
Człowiek w stanie małej aktywności fizycznej wydziela do otoczenia 100-125 W energii
cieplnej
Podstawowe procesy decydujące o przekazywaniu ciepła od człowieka do otoczenia są
następujące:
• konwekcja oraz przewodzenie,
• promieniowanie,
• parowanie potu,
• oddychanie.
4
Przeciętne oddawanie ciepła przez normalnie ubranego człowieka nie wykonującego
aktywnych czynności ruchowych
5
Struktura bilansu ciepła oddawanego przez człowieka do otoczenia (odzież normalna, stan
spoczynku, przeciętne wartości temperatury i wilgotności względnej powietrza
w pomieszczeniu)
6
Przeciętna ilość ciepła wydzielanego przez ciało człowieka przy różnych poziomach
aktywności fizycznej
7
Komfort cieplny
• Zestaw parametrów (zakres) komfortu cieplnego to stan, w którym człowiek nie
odczuwa ani ciepła, ani chłodu
• Czynniki subiektywne: ubranie, płeć, wiek, stan zdrowia, nawyki czy też
predyspozycje psychiczne
8
Podstawowe parametry komfortu
•
•
•
•
Temperatura powietrza.
Prędkość przepływu powietrza wokół człowieka.
Temperatura promieniowania (wynikowa).
Wilgotność powietrza
1
9
Temperatura odczuwalna
Temperatura odczuwalna (to) określa proporcje ciepła traconego przez
człowieka na drodze konwekcji oraz promieniowania:
to = 0,5⋅( ti + τr ) [oC]
Wielkość temperatury odczuwalnej w naszej strefie klimatycznej przyjmuje się
w granicach od 19oC do 20oC
10
Właściwe warunki mikroklimatu wnętrz zapewnia utrzymanie wymaganej
temperatury odczuwalnej i doprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza
świeżego do oddychania i usuwania zanieczyszczeń.
W bilansie cieplnym pomieszczenia należy przewidzieć odpowiednią ilość ciepła
na pokrycie strat ciepła przenikającego przez przegrody zewnętrzne, jak również
do podgrzania powietrza wentylacyjnego.
11
Wymagania stawiane instalacjom ogrzewczym
Nowoczesne instalacje ogrzewcze powinny:
• zapewniać równomierny, przestrzenny rozkład temp. odczuwalnej,
• umożliwiać regulację temperatury odczuwalnej,
• zapewniać odpowiedni mikroklimat wnętrz,
• być wyposażone w grzejniki estetyczne i łatwe do czyszczenia,
• być trwałe i charakteryzować się niskim kosztem eksploatacji,
• być możliwie najmniej uciążliwe dla środowiska naturalnego.
12
Klasyfikacja instalacji ogrzewczych
W skład każdej instalacji ogrzewczej wchodzi: źródło ciepła, sieć przewodów
wraz z armaturą oraz odbiorniki ciepła.
Wyróżnia się:
• ogrzewanie miejscowe i
• ogrzewanie centralne
13
Ogrzewanie centralne ze względu na rodzaj nośnika ciepła dzieli się na:
• ogrzewanie wodne nisko-, średnioi wysokotemperaturowe,
• ogrzewanie parowe,
• ogrzewanie powietrzne,
• ogrzewanie cieczowe z czynnikiem niezamarzającym.
14
Ogrzewanie centralne ze względu na sposób rozdziału czynnika dzieli się na:
• instalacje dwururowe,
• instalacje jednorurowe.
15
Ogrzewanie centralne ze względu na schemat instalacji dzieli się na:
2
•
•
•
•
•
instalacje pionowe z rozdziałem dolnym,
instalacje pionowe z rozdziałem górnym,
instalacje poziome układ rozdzielaczowy,
instalacje poziome układ trójnikowy,
instalacje poziome układ pętli.
16
17
Części składowe instalacji ogrzewczych
Konwencjonalne źródła ciepła
• Kotły (na paliwo stałe, gazowe, olejowe, elektryczne)
• Wymienniki ciepła (sieć ciepłownicza)
• Pompy ciepła (zasilane en. elektryczną, pozyskują ciepło z otoczenia i
umożliwiają jego wykorzystanie na wyższym poziomie temperatury do celów
grzewczych)
18
19
Niekonwencjonalne źródła ciepła
Można do nich zaliczyć:
• energię promieniowania słonecznego,
• energię wiatru,
• energię rzek i wód morskich,
• energię geotermalną,
• energię z biopaliw i
• energię jądrową.
20
Sieć przewodów
Stosuje się rury:
• stalowe ze szwem, gwintowane, lekkie,
• miedziane,
• z tworzyw sztucznych.
Aby zmniejszyć transportowe straty ciepła
w przewodach instalacji ogrzewczych, rurociągi izoluje się.
21
Grzejniki
• Grzejniki konwekcyjne oddają większą część ciepła na drodze konwekcji (np.
grzejniki członowe żeliwne, grzejniki z rur gładkich i ożebrowanych, grzejniki
stalowe płytowe, konwektory)
• Grzejniki promieniujące oddają ciepło głównie na drodze promieniowania
(grzejniki płaszczyznowe)
22
23
24
Ze względu na proporcje ciepła emitowanego do pomieszczenia na drodze
3
konwekcji i promieniowania, różnorodne konstrukcje grzejników sklasyfikować
można następująco:
• Grzejniki płytowe,
• Grzejniki z ogniw żeliwnych,
• Grzejniki z wewnętrznymi kanałami powietrznymi,
• Konwektory.
25
26
Armatura, pompy i urządzenia zabezpieczające
Wyróżniamy armaturę odcinającą i sterująco-regulującą, zabezpieczającą,
uzbrojenie pomocnicze oraz inne urządzenia zabezpieczające.
Armatura odcinająca to zawory i zasuwy: proste, skośne, gwintowane, służy do
zamykania, otwierania i regulowania przepływu, temperatury i ciśnienia nośnika
ciepła
27
Do armatury sterująco-regulującej zalicza się: zawory redukcyjne, zawory
regulacyjne dwu-, trój- lub czterodrogowe, podpionowe regulatory przepływu,
temperatury i różnicy ciśnień, regulatory nadmiarowo-upustowe, ograniczniki
temperatury i różnicy ciśnień.
28
Do armatury zabezpieczającej należą zawory bezpieczeństwa oraz zawory
zwrotne.
Do uzbrojenia pomocniczego zalicza się urządzenia do odpowietrzania i
odwadniania instalacji oraz do oczyszczania nośnika ciepła
29
Centralne ogrzewanie wodne
• grawitacyjne
• pompowe
30
Ogrzewanie pompowe ma w stosunku do ogrzewania grawitacyjnego
następujące zalety:
• dużo większy zakres zastosowania,
• możliwość stosowania mniejszych średnic przewodów,
• wysoka sprawność źródła ciepła i armatury,
• dużo mniejsza bezwładność instalacji,
• możliwość umieszczania grzejników poniżej źródła ciepła.
31
Wady systemowe tradycyjnego układu ogrzewczego
• pionowe rozregulowanie hydrauliczne i cieplne spowodowane centralną
regulacją jakościową i niewielką statecznością hydrauliczną instalacji
• nadmierne zyski ciepła od przewodów i ochłodzenie wody zasilającej grzejniki,
spowodowane zaleceniem podwyższania minimalnych średnic przewodów
32
Wady systemowe tradycyjnego układu ogrzewczego
• krążenie wody przez sieć odpowietrzającą pracującą przy nadciśnieniu (mała
skuteczność zamknięć syfonowych)
4
• ubytki wody instalacyjnej powodujące konieczność uzupełniania instalacji wodą
nieuzdatnioną, co skraca okres eksploatacji instalacji
33
34
35
Ogrzewania mieszkaniowe mają cechy nowoczesnej instalacji:
•
•
•
•
•
dużą stateczność hydrauliczną
możliwość indywidualnego rozliczania odbiorców,
zmniejszenie liczby pionów,
możliwość odcinania instalacji domowych,
zapewniają większą estetykę wnętrz.
36
Ogrzewania dwururowe mieszkaniowe wieloobwodowe
37
Ogrzewanie parowe
Zalety
• dużo mniejsza bezwładność cieplna,
• brak niebezpieczeństwa zamarznięcia,
• mniejsze koszty inwestycyjne (mniejsze średnice przewodów i wielkości
grzejników)
38
Ogrzewanie parowe
Wady
• brak możliwości regulacji wydajności kotła,
• wysoka i praktycznie stała temperatura grzejników,
• brak akumulacji ciepła w grzejnikach,
• szybka korozja przewodów (szczególnie kondensacyjnych) oraz grzejników
39
Ogrzewanie powietrzne
Zalety
• mniejsze wymiary i większa dowolność prowadzenia przewodów,
• niższa temperatura nawiewu,
• większa moc źródła ciepła przy tej samej powierzchni grzejnej,
• mniejsza bezwładność cieplna i
• większa możliwość regulacji temperatury oraz strumienia objętości powietrza,
• możliwość zastosowania urządzeń do obróbki powietrza.
40
Ogrzewanie powietrzne
Wady
• hałas
• gorszy pionowy rozkład temperatury
• mniej korzystny sposób przekazywania ciepła
41
Ogrzewanie przez promieniowanie
Zalety
• lepsze warunki higieniczne i podwyższony komfort cieplny: niższa temperatura
powietrza, równomierny rozkład temperatury w całym pomieszczeniu, mniejsze
konwekcyjne ruchy powietrza unoszące kurz i brudzące ściany,
5
• brak grzejników, większa estetyka wnętrz, łatwość utrzymania czystości,
42
Zalety (cd)
• obniżenie sezonowego zużycia ciepła dzięki niższej temperaturze nośnika
ciepła,
• możliwość efektywnego zastosowania niekonwencjonalnych, ekologicznych
źródeł ciepła jak kondensacyjny kocioł gazowy czy pompa ciepła,
• właściwości samoregulacji (samoczynna zmiana mocy cieplnej grzejnika w
wyniku zmiany temperatury wewnętrznej w pomieszczeniu).
43
Ogrzewanie przez promieniowanie
Wady
• dużą bezwładność cieplną oraz podwyższone wymagania w odniesieniu do
regulacji eksploatacyjnej,
• konieczność bardzo precyzyjnego wymiarowania (obliczeń),
• ograniczanie mocy cieplnej grzejnika (dywan, meble),
• brak możliwości późniejszych zmian wielkości grzejnika,
• wyższe koszty inwestycyjne.
44
45
Najbardziej zbliżony do profilu idealnego jest rozkład temperatury
w pomieszczeniu w przypadku ogrzewania podłogowego, najmniej korzystny
układ występuje dla ogrzewania powietrznego.
Ogrzewanie płaszczyznowe oznacza system ogrzewania, w którym ciepło do
pomieszczenia przekazywane jest przez otaczające przegrody.
Wyróżnia się ogrzewania: sufitowe, podłogowe lub ścienne
46
47
Regulacja instalacji ogrzewczych
• Regulacja wstępna zapewnia założony w projekcie rozkład temperatury i
strumieni nośnika ciepła, w warunkach obliczeniowych, moce dobranych
grzejników.
• Regulacja eksploatacyjna zapewnia temperaturę wewnętrzną stosownie do
upodobań użytkowników mimo zmian temperatury zewnętrznej.
48
Regulacja eksploatacyjna w zależności od jej zasięgu może być:
• centralna,
• strefowa,
• miejscowa.
Ze względu na rodzaj korygowanej wielkości regulacja eksploatacyjna może być:
• jakościowa,
• ilościowa,
• mieszana.
6