Mat. 11

1.
Węzeł ciepłowniczy
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Wartość ϕx moŜna określić przekształcając wzór na temperaturę wody
sieciowej w funkcji obciąŜenia cieplnego postaci:
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.;
obniŜenie temperatury i ciśnienia czynnika grzejnego;
wywołanie krąŜenia czynnika grzejnego w instalacji c.o.;
zabezpieczenie instalacji c.o. przed wzrostem ciśnienia.
(
)
[2]
gdzie:
m - współczynnik charakterystyki cieplnej grzejników;
∆tar - średnia arytmetyczna róŜnica temperatury wody instalacyjnej i
powietrza w pomieszczeniu:
∆t ar =
tz + tp
2
− t i ; [K ] [ 3 ]
4°° Obliczeniowy strumień wody instalacyjnej:
1.2. Rodzaje węzłów cieplnych
W zaleŜności od sposobu przekazywania energii cieplnej węzły
ciepłownicze moŜna podzielić na:
• Węzły z bezpośrednim połączeniem instalacji z siecią:
◊
węzeł bez moŜliwości obniŜenia temperatury i ciśnienia czynnika
(woda z sieci trafia bezpośrednio do nagrzewnic powietrza);
◊
węzeł
hydroelewatorowy,
dający moŜliwość
obniŜenia
temperatury i ciśnienia czynnika;
◊
węzeł ze zmieszaniem pompowym, dający moŜliwość obniŜenia
temperatury i ciśnienia czynnika w większym zakresie niŜ
poprzedni;
• Węzły z pośrednim połączeniem instalacji z siecią:
◊
są to węzły wymiennikowe;
1.3. Dobór wymienników c.o. w węźle
ciepłowniczym
1°°
•
•
•
•
•
1
t − tp 
1
+
m +   T − t  + T − T − z
T zx = t i + ∆t ar ⋅ ϕ
 p
 ⋅ϕ
z
p
p
2


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
mi =
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]
Tz
Tzx
Z punktu za³amania wykresu reg. sieci
∆t1x
Tpx
Qx
∆t2x
tzx
Punkt załamania wykresu
regulacyjnego ze wzglêdu na
c.w.u.
Tz = 70 oC
X
tex
tpx
Z wykresu reg. instalacji c.o.
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. naleŜy 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 obciąŜenia cieplnego budynku dla punktu
załamania wykresu regulacyjnego
Rys.. 2. Przebieg zmian temperatury czynników w wymienniku
przeciwprądowym
Temperatura wody sieciowej wypływającej z wymiennika:
T px = T zx −
Qx
; [°C]
ms ⋅ cw
[6]
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]
2
[8]
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 wyraŜona zaleŜnością:
F=
ra
rb
pa
pb
T zx − t px
[-]
[ °C ]
[ °C ]
[ °C ]
[ °C ]
[ kg/s ]
[ kg/s ]
JeŜeli 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
6.
[ 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 zaleŜności:
U eksp =
1
[ kW/m2·K ] [ 16 ];
1
+ Rλ
U
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
∆t log =
[ m2 ] [ 17 ];
∆t 2x − ∆t 1x [ K ] [ 18 ]
;
 ∆t 2x 

ln 
 ∆t 
 1x 
gdzie:
∆t1x, ∆t2x - róŜnice 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
wyposaŜenia powinny być łatwo dostępne podczas eksploatacji i
konserwacji. NaleŜy przyjmować następujące odległości od ścian i między
urządzeniami:
• odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu od ściany lub
powierzchni izolacji sąsiedniego przewodu nie mniejszą niŜ 0.2 m.,
• odległość zewnętrznej powierzchni izolacji przewodu i urządzenia od
podłogi pomieszczenia węzła nie mniejszą niŜ 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 niŜ 0.3 m.
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
WĘZEŁ BEZPOŚREDNI C.O.
WĘZEŁ ZMIESZANIA POMPOWEGO
WĘZEŁ HYDROELEWATOROWY C.O.
WĘZEŁ WYMIENNIKOWY
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 spręŜynowy
Naczynie wzbiorcze przeponowe
Pompa obiegowa c.o.
Odmulacz