Praca Inzynierska

praca inżynierska – Bunia P.. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Zakład Systemów Ciepłowniczych i Gazowniczych

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA Piotr Bunia NR ALBUMU: 209264

SPECJALNOŚĆ: INŻYNIERIA KOMUNALNA

MODERNIZACJA INSTALACJI GRZEWCZEJ W BUDYNKU JEDNORODZINNYM NA

PRZYKŁADZIE ISTNIEJĄCEGO OBIEKTU

PROMOTOR: dr inż. Jarosław Olszak

Warszawa 2011 r.

Modernizacja instalacji grzewczej w budynku jednorodzinnym… __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

OŚWIADCZAM, ŻE PRACA JEST ORYGINALNYM DZIEŁEM AUTORA

Warszawa dnia……………………… dnia………………………

……………………………………………….. podpis

2


OŚWIADCZAM, ŻE PRACA JEST ORYGINALNYM DZIEŁEM AUTORA

Warszawa dnia……………………… dnia………………………

……………………………………………….. podpis

2


Składam serdeczne podziękowania Panu dr inż. Jarosławowi Olszakowi za nadanie kierunku pracy

oraz za pomoc i opiekę w czasie jej wykonania.

1


Spis treści 1.

Wprowadzenie. ........................................... .................................................................. .............................................. .............................................. .......................... ... 3

2.

Stan istniejący. ............................................ ................................................................... .............................................. .............................................. .......................... ... 4 2.1.

Konstrukcja budynku. ...................................................................................................................... ............................................................................................................................. ....... 4

2.2.

Instalacja c.o.................................................................................................................................... c.o............................................................................................................................................ ........ 4

2.3.

Instalacja c.w.u................................................................................................................................ c.w.u. ....................................................................................................................................... ........ 5

2.4.

Zasada działania istniejącej instalacji grzewczej. ................................................................................... 5

3.

Problemy do rozwiązania. ............................................ ................................................................... .............................................. ................................ ......... 9

4.

Zastosowanie układu zamkniętego instalacji c.o.. ........................................... ............................................................ ................. 11 4.1.

Dobór membranowego sprężynowego zaworu bezpieczeństwa. .......................................................... 11

4.2.

Dobór przeponowego ciśnieniowego naczynia wzbiorczego. .............................................................. 12

5. Zastosowanie regulacji pogodowej w istniejącej instalacji ogrzewania płaszczyznowego (parter) i konwekcyjnego (poddasze). (poddasze). .............................................. ..................................................................... ........................................ ................. 14

6.

5.1.

Obliczenie współczynników przenikania ciepła dla poszczególnych przegród. .................................. 15

5.2.

Obliczenie współczynnika strat ciepła dla poszczególnych przegród budowlanych zgodnie z [6]: ..... 15

5.3.

Obliczenia strat ciepła pomieszczeń w warunkach projektowych [10]. ............................................... 17

5.4.

Dobór parametrów czynnika grzewczego zasilającego instalację ogrzewania podłogowego. ............. 20

5.5.

Dobór parametrów grzejników konwekcyjnych na piętrze. ................................................................. 27

5.6.

Dobór zaworów mieszających - trójdrogowych. .................................................................................. 32

5.7.

Dobór ustawień regulatora pogodowego. ............................................................................................. 34

Doprowadzenie powietrza do spalania........................ spalania. .............................................. .............................................. ............................... ........ 35 6.1.

Obliczenie strat ciepła wynikających z braku bezpośredniego dostarczania powietrza do spalania. ... 35

7.

Wytyczne do automatyki. ............................................ ................................................................... .............................................. .............................. ....... 37

8.

Uwagi końcowe. .............................................. ..................................................................... .............................................. ........................................... .................... 39

9.

Bibliografia ............................................ ................................................................... .............................................. .............................................. ............................. ...... 40

2


1. Wprowadzenie. W budownictwie mieszkaniowym często dąży się do minimalizacji kosztów inwestycyjnych. Przepisy budowlane dopuszczają wiele różnych rozwiązań i nstalacji centralnego ogrzewania. Niektóre oszczędności, poza obniżeniem komfortu obsługi , skutkują wzrostem kosztów eksploatacyjnych, a nawet zmniejszeniem żywotności instalacji. W przypadku budynku będącego przedmiotem opracowania, zamiast zamkniętego systemu c.o. zastosowano system otwarty. Pozwoliło to na rezygnację z armatury zabezpieczającej, ale jednocześnie obniżony został komfort obsługi – konieczne jest cykliczne uzupełnianie czynnika grzewczego. Instalacja uzupełniana jest nieuzdatnioną wodą sieciową, czego efektem jest przyrost warstwy kamienia kotłowego powodującego obniżenie sprawności kotła. Ponadto ciągłe dostarczanie tlenu do czynnika grzewczego wywołuje korozję w instalacji. Obecność kamienia kotłowego i k orozji skraca żywotność instalacji . Kolejną oszczędnością inwestycyjną była rezygnacja z wykonania bezpośredniego doprowadzenia powietrza do kotła na cele spalania. Pogorszyło to komfort cieplny w pomieszczeniach sąsiadujących z lokalizacją kotła, oraz zwiększyło starty ciepła na wentylację – wzrosły koszty eksploatacji. Dodatkowym problemem jest niefachowo wykonana instalacja ogrzewania podłogowego na parterze. Wykonanie nie było poprzedzone wymaganymi obliczeniami oraz zastosowana została uproszczona auto matyka. W przypadku braku ciągłej kontroli temperatury zasilania ogrzewania podłogowego przez użytkownika, dochodzi do przegrzewania lub niedogrzewania pomieszczeń. Utrzymanie wewnętrznej temperatury projektowej, przy zmiennej temperaturze zewnętrznej, jest praktycznie niemożliwe – obniżony komfort użytkowania. Uproszczona automatyka realizuje regulację ilościową poprzez ciągłe włączanie i wyłączanie pompy obiegowej ogrzewania podłogowego. Efektem tego będzie szybsze zużycie pompy, czyli również tutaj została obniżona żywotność instalacji. Celem pracy jest wykonanie projektu modernizacji instalacji grzewczej oraz jej pełna automatyzacja. Aby go zrealizować konieczne jest wykonanie analizy stanu istniejącego.

Następnie zostanie rozważona możliwość zastosowania zamkniętego systemu c.o. w świetle obowiązujących przepisów. Jeżeli takie rozwiązanie jest dopuszczalne, dobrana zostanie wymagana armatura zabezpieczająca. Do pełnej automatyzacji instalacji konieczne będzie, wykonanie szczegółowego bilansu cieplnego wszystkich obsługiwanych pomieszczeń. Pozwoli to na obliczenie parametrów czynnika grzewczego, nastaw regulatora pogodowego oraz dobór armatury regulacyjnej.

Aby uzasadnić sens stosowania bezpośredniego doprowadzenia powietrza do kotła na cele spalania, wykonane zostaną obliczenia strat ciepła na wentylację, wywołane przez pracę tego źródła ciepła. Podstawowymi efektami modernizacji mają być: • Poprawa komfortu użytkowania • Zwiększenie żywotności instalacji • Obniżenie kosztów eksploatacji 3


2. Stan istniejący. Budynek zlokalizowany jest w III strefie klimatycznej. Jest to podpiwniczony budynek parterowy z poddaszem użytkowym, wykonany w technologii szkieletowej w 2008 roku.

2.1. Konstrukcja budynku.

Ściany zewnętrzne: Szkieletowe drewniane Stropodach: Szkieletowy drewniany

Strop nad piwnicą: Szkieletowy drewniany Stolarka okienna i drzwiowa:

drzwi wejściowe drewniane w dobrym stanie technicznym, okna drewniane również w dobrym stanie technicznym. 2.2. Instalacja c.o. Instalacja c.o. w budynku jest nowa i w dobrym stanie technicznym. Wykonana jest z rur polietylenowych typu pePEX Q&E z warstwą antydyfuzyjną . Zasilana jest z dwóch

źródeł: - Kocioł na paliwo stałe (drewno) o mocy nominalnej 28 kW - 2 grzałki elektryczne j o mocy 3 i 9 kW

Kocioł połączony jest z instalacją za pośrednictwem sprzęgła hydraulicznego, któr ego rolę pełni zbiornik buforowy o pojemności ok. 700 dm3. W przypadku zasilania instalacji c.o. kotłem z załadunkiem ręcznym, jest wymagane zapasowe źródło ciepła [1]. Tym źródłem są grzałki elektryczne umieszczone w zbiorniku buforowym. Instalacja c.o. wykonana jest w systemie otwartym wyposażonym w przelewowe naczynie wzbiorcze, umieszczone w najwyższym punkcie instalacji - na poddaszu. Instalacja składa się z ogrzewania podłogowe go w drewnianej podłodze na parterze , wykonanego z rur PE-RT/AL/PE-RT 16x2 mm z aluminiową warstwą antydyfuzyjną oraz z grzejników płytowych typu C33 PURMO, ogrzewających pomieszczenia na piętrze, wyposażonych w zawory termostatyczne firmy OVENTROP typu AV6 DN15 . Ogrzewanie podłogowe jest oddzielone od reszty układu za pomocą wymiennika typu JAD i jest układem zamkniętym zabezpieczonym naczyniem przeponowym i zaworem bezpieczeństwa. Przepływ w instalacji ogrzewania podłogowego oraz regulacja temperatury zasilania realizowana jest przez zespół mieszająco -pompowy Uponor Push 22N. Posiada on zawór regulacyjny wbudowany w obejście ( by-pass) i jest wyposażony w pompę obiegową 4


Grundfoss UPS 15-60 130. Od strony zasile nia instalacji znajduje się zawór termostatyczny VR20 DN20 z głowicą termostatyczną wraz z kapilarą ENTZ o zakresie 20÷55 °C. Od strony powrotu instalacji znajduje się zawór RVR20 DN20. Termometr umieszczony na zasileniu. Czynnik grzewczy trafia nast ępnie do rozdzielacza z którego zasilane są pętle

ogrzewania podłogowego. W rozdzielaczu zasilającym wbudowane są zawory regulacyjne połączone z przepływomierzami wyskalowanymi od 0,5 do 4,0 dm 3/min dla każdej pętli grzejnej. W rozdzielaczu powrotnym dla każdej wężownicy wbudowany jest zawór kompensacyjny przepływu umożliwiający dokładną regulację hydrauliczną instalacji. Na etapie wykonania instalacji nie były obliczane wymagane długości pętli grzejnych . Dążono jedynie do maksymalnego wykorzystania powier zchni na grzejnik, z zachowaniem podziału na pomieszczenia. 2.3.Instalacja c.w.u. Instalacja c.w.u. w budynku jest nowa i w dobrym stanie technicznym, wykonana jest z rur polietylenowych typu pePEX Q&E z warstwą antydyfuzyjną. Podgrzewanie c.w.u. odbywa się w elektrycznym ogrzewaczu pojemnościowym .

Instalacja działa prawidłowo. 2.4. Zasada działania istniejącej instalacji grzewczej. Liczby w nawiasach (#) instalacji na rysunku nr 1.

oznaczają kolejne urządzenia ze s chematu istniejącej

W czasie sezonu grzewczego, podczas poboru ciepłej wody użytkowej, następuje wstępny podgrzew zimnej wody sieciowej, zasilającej elektryczny ogrzewacz pojemnościowy ciepłej wody użytkowej (1). Zimna woda przepływa przez wężownicę w zbiorniku buforowym (4).

Przy częstej eksploatacji kotła w sezonie grzewczym. Kocioł (7) ogrzewa czynnik grzewczy w zbiorniku buforowym (4). Pompa obiegowa pierwotna (3) zasila w czynnik grzewczy wymiennik ciepła ogrzewania podłogowego (16) i rozdzielacze ogrzewania konwekcyjnego (20). Pompa (3) , oraz pompa obiegowa ogrzewania podłogowego (15), włączane są przez użytkownika na stałe na czas trwania s ezonu grzewczego. Temperatura w pomieszczeniach wyposażonych w grzejniki konwekcyjne (18) regulowana jest przez zawory grzejnikowe wyposażone w głowice termostatyczne (19). Nastawa temperatury zasilania ogrzewania podłogowego realizowana jest przez zawór regulacyjny (17) połączony z czujnikiem temperatury zasilania θz (12). Włączona jest również grzałka 3 kW (6) zainstalowany w górnej części zbiornika (6), utrzymując temperaturę w górnej części o zbiornika (4), odczytywaną przez czujnik (5), na poziomie ok 50 C. W wypadku nie korzystania z kotła (7), włączona jest również grzałka 9 kW (21), o który zasilany jest z linii nocno-taryfowej. Grzałka utrzymuje temperaturę 90 C odczytywaną przez czujnik (8) w dolnej części zbiornika (4). Rozmieszczenie pętli grzewczych na parterze, ich długości oraz numery przedstawia rysunek nr 2. Natomiast rozmieszczenie grzejników płytowych na piętrze oraz ich typy przedstawia rysunek nr 3. 5


6


7


7


8


8


3. Problemy do rozwiązania. •



•



Ze względu na zastosowanie otwartego układu hydraulicznego , instalacja c.o. narażona jest na przedwczesne zużycie wywołane zjawiskiem korozji zachodzącej pod wpływem ciągle dostarczanego tlenu. Zauważalne są również ubytki czynnika grzewczego przez parowanie z otwartego naczynia wzbiorczego, co z kolei zwiększa stężenie soli mineralnych przy cyklicznym uzupełnianiu wodą sieciową . Należy przystosować instalację do pracy w układzie zamkniętym . Ogrzewanie

podłogowe pod drewnianą posadzką charakteryzuje się bardzo dużą bezwładnością cieplną – standardowe termostaty pokojowe (regulacja miejscowa) nie znajdują tu zastosowania. Regulacja temperatury w pomieszczeniach możliwa jest jedynie przez ręczną zmianę nastawy temperatury zasilania pętli grzejnych (12) rys.1, poprzez zawór termostatyczny (17) rys.1 (regulacja centralna). Funkcja nocnego obniżenia temperatury wewnętrznej realizowana jest poprzez programator dobowy (13) rys.1. W nocy pompa obiegowa (15) rys.1 wyłączana jest na 15 minut w ciągu godziny pracy (regulacja włącz/wyłącz – ilościowa centralna ). W ten sam sposób realizowane jest obniżenie temperatury wewnętrznej w czasie nieobecności mieszkańców. Ciągłe przerywanie pracy pompy skraca jej żywotność. Należy zawór mieszający sterowany termostatycznie zastąpić zaworem


3. Problemy do rozwiązania. •



•



Ze względu na zastosowanie otwartego układu hydraulicznego , instalacja c.o. narażona jest na przedwczesne zużycie wywołane zjawiskiem korozji zachodzącej pod wpływem ciągle dostarczanego tlenu. Zauważalne są również ubytki czynnika grzewczego przez parowanie z otwartego naczynia wzbiorczego, co z kolei zwiększa stężenie soli mineralnych przy cyklicznym uzupełnianiu wodą sieciową . Należy przystosować instalację do pracy w układzie zamkniętym . Ogrzewanie

podłogowe pod drewnianą posadzką charakteryzuje się bardzo dużą bezwładnością cieplną – standardowe termostaty pokojowe (regulacja miejscowa) nie znajdują tu zastosowania. Regulacja temperatury w pomieszczeniach możliwa jest jedynie przez ręczną zmianę nastawy temperatury zasilania pętli grzejnych (12) rys.1, poprzez zawór termostatyczny (17) rys.1 (regulacja centralna). Funkcja nocnego obniżenia temperatury wewnętrznej realizowana jest poprzez programator dobowy (13) rys.1. W nocy pompa obiegowa (15) rys.1 wyłączana jest na 15 minut w ciągu godziny pracy (regulacja włącz/wyłącz – ilościowa centralna ). W ten sam sposób realizowane jest obniżenie temperatury wewnętrznej w czasie nieobecności mieszkańców. Ciągłe przerywanie pracy pompy skraca jej żywotność. Należy zawór mieszający sterowany termostatycznie zastąpić zaworem miesza jącym sterowanym elektronicznie w funkcji temperatury zewnętrznej (pogodowa regulacja centralna).

•

Grzejniki płytowe ogrzewające piętro , zasilane są czynnikiem o wysokich o parametrach (θz=80÷90 C). Natomiast temperatura w pomieszczeniach regulowana jest miejscowo poprzez głowice termostatyczne zamontowane na wkładkach zaworowych grzejników (regulacja miejscowa). Ma to niekorzystny wpływ na komfort cieplny w budynku. Z e względu na sposób pracy typu włącz/wyłącz, wysoka temperatura odczuwalna w bezpośrednim otoczeniu grzejnika, jest dodatkowo zmienna w czasie. Ponadto wysoka temperatura powierzchni konwekcyjny powietrza o dużym natężeniu.



grzejników, wywołuje ruch Powoduje to porywanie dużej ilości cząstek kurzu i wprowadzanie ich do powietrza w całej kubaturze pomieszczenia, gdz ie przyłączają się do ujemnie zjonizowanych cząsteczek powietrza. Następnie szybko opadają do strefy przypodłogowej, zaburzając jednocześnie równowagę jonową powietrza w wyższych warstwach. W wyższych warstwach pozostaje powietrze z przewagą jonów dodatnich, a takie powietrze odczuwalne jest przez człowieka , jako bardziej suche niż jest w rzeczywistości [2]. Należy obniżyć temperaturę zasilania grzejników. By zapewnić ciągłą pracę grzejników temperatura zasilania powinna być zmienna w funkcji temperatury zewnętrznej. 9


•



Budynek wyposażony jest w wentylację mechaniczną nawiewno wywiewną z odzyskiem ciepła i wilgoci z wywiewanego powietrza. Kocioł na paliwo stałe znajduje się w centralnej części parteru. Powietrze do spalania pobierane jest z pomieszczenia. Wynikiem tego jest powstawanie podciśnienia w budynku, co zakłóca pracę wentylacji mechanicznej i zwiększa infiltrację powietrza zewnętrznego w zimie. Prowadzi to do zwiększenia strat ciepła na wentylację oraz do obniżenia wilgotności względnej powietrza wewnętrznego, ponieważ powietrze zewnętrzne w zimie charakteryzuje się niską wilgotnością bezwzględną. Rozwiązanie to jest nieekonomiczne w eksploatacji i wpływa negatywnie na komfort cieplny , wychładza pomieszczenia sąsiadujące z pomieszczeniem, w którym zainstalowany jest kocioł . A w skrajnym przypadku (wyjątkowo szczelna konstrukcja i brak systemu wentylacji naturalnej) istnieje ryzyko zatrucia tlenkiem węgla . Należy z zewnątrz doprowadzić powietrze na potrzeby spalania, bezpośrednio, z pominięciem kubatury pomieszczeń.

10


4. Zastosowanie układu zamkniętego instalacji c.o.. zamknięcie instalacji z kotłem na paliwo stałe z załadunkiem ręcznym jeżeli jest ona wyposażona w zbiornik akumulacyjny. Minimalną pojemność tego zbiornika wyznacza się z zależności według [3]: Zgodnie z [1] dozwolone jest

Gdzie:

 = 15 1  0,3   [3 ]    

-

{1}

nominalna moc cieplna kotła – 28 kW czas spalania – tu załadunek ręczny, czyli 2h obciążenie cieplne budynku – 6,48 kW minimalna moc cieplna – 0,3  =8,4 kW

  = 646 3

Zbiornik akumulacyjny podłączony do istniejącej instalacji spełnia wymagania normy. Można przystosować tę instalację do pracy w układzie zamkniętym. Wymagane są do tego jeszcze 2 urządzenia zabezpieczające [4]: • •

Zawór bezpieczeństwa Przeponowe ciśnieniowe n aczynie wzbiorcze

4.1. Dobór membranowego sprężynowego zaworu bezpieczeństwa. Zgodnie z [5] średnica nominalna zaworu bezpieczeństwa dla kotła DN15, natomiast minimalna średnica króćca wylotowego to 20 mm.

o mocy do 50 kW to

Dobrano zawór firmy SYR typ 1915.15

11


4.2. Dobór przeponowego ciśnieniowego naczynia wzbiorczego. Zgodnie z [5] dla kotła o mocy do 50 kW , średnica wewnętrzna przewodu przyłączeniowego do przeponowego naczynia wzbiorczego to 20 mm.

Obliczenie minimalnej pojemności przeponowego naczynia wzbiorczego: Pojemności elementów instalacji zestawiono w tabeli nr 1: tab.1. Pojemność instalacji element zbiornik akumulacyjny wymiennik typu JAD

pojemność [m3]

rura Ø20mm L=20m rura Ø10mm L=110m grzejniki C33600900 4szt. grzejniki C33600400 1szt

0,728 0,002 0,05 0,0063 0,0086 0,0324 0,0036

∑ = V a

0,831

płaszcz kotła

Obliczenia minimalnej pojemności nacz ynia wzbiorczego, oraz ciśnienia początkowego przestrzeni gazowej wykonano zgodnie z [4]. Obliczenie ciśnienia hydrostatycznego: p st

=

h × g × ρ = 6 × 9,81× 999.7 / 100000

=

0,59 bar

{2}

gdzie: h – wysokość statyczna (od przyłącza NW do najwyższego punktu instalacji ) 2 g – przyśpieszenie ziemskie 9,81 m/s 3 ρ1 – gęstość wody w temperaturze początkowej t 1=10˚C kg/m →

ρ1 = 999,7 kg/m3

Obliczenie ciśnienia wstępnego: po ≥ p st + p D = 0,59 ≈ 0,6 bar

{3}

gdzie: pD – dodatek uwzględniający nadciśnienie pary nasyconej, odpowiadający o maksymalnej temperaturze zasilania ( poniżej 100 C wartość ta nie ma

istotnego wpływu , dla 100 oC → pD=0,013 bar)

12


Ciśnienie końcowe oblicza się z zależności: pe = p dop − ∆ p ZB + ∆ z × gρ 90 = pdop − 0,5 + 0,095 = 1,6 bar

{4}

gdzie: pdop – dopuszczalne

ΔpZB

Δz g

ρ90

ciśnienie najsłab szego elementu instalacji [bar] → pdop = 2 bary (dla kotła) – tolerancja zadziałania zaworu bezpieczeństwa ( w instalacjach o pdop ≤ 3 bar przyjmuje się 0,5 bar) → ΔpZB = 0,5 bar – różnica rzędnych połączenia NW i ZB [m] →Δz =1 m 2 – przyśpieszenie ziemskie 9,81 m/s 3 – gęstość wody w temperaturze zasilania tz=90˚C [kg/m ] 3 → ρ90 = 965,3 kg/m

Pojemność ekspansywną oblicza się ze wzoru: V e = V a × ρ 1 × ∆v

= 4,397× 999,7 × 0,0356 = 29,6 dm3

{5}

gdzie: 3 Va – pojemność instalacji [m ] 3 ρ1 – gęstość wody w temperaturze początkowej t 1=10˚C kg/m

ρ1 = 999,7 kg/m3 Δv – przyrost objętości właściwej wody przy jej podgrzaniu od temperatury θ 1 do temperatury na zasilaniu θz [dm3 /kg] 3 → Δv=0,0356 dm /kg dla θ = 90 – 10 = 80 ˚C Minimalną pojemność nominalną oblicza się ze wzoru: →

V n

min

=

(V e

+ V V ) ×

pe pe

+1

− po

=

37,9 ×

1,6 + 1 1,6 − 0,6

=

3

98,6 dm

{6}

gdzie: 3 Ve – Pojemność ekspansywna [dm ] VV – Rezerwa na ubytki wody w instalacji, przyjmuje się na poziomie 0,5-1,5% pojemności instalacji (do obliczeń przyjęto 1%) [dm3] →

po pe

V v

= 1% × V a = 8,31

dm3

– ciśnienie wstępne w naczyniu [bar] – ciśnienie końcowe, maksymalne w naczyniu [bar]

Dobrano 1 naczynie firmy Reflex model N 100 o pojemności Vn = 100 dm3.

13


Obliczenie wynikowej rezerwy dobranego naczynia wzbiorczego:

V V 2

= V n ×

pe

− po

pe

+1

− V e = 100 ×

1,6 − 0,6 1,6 + 1

− 29,6 = 8,8

dm3

{7}

Ciśnienie przestrzeni gazowej w naczyniu podłączonym do instalacji: p a

=

Vn × ( po

+ 1)

Vn − Vv

−1 =

100 × (0,6 + 1) 100 − 8,8

−1 =

0,75 bar

{8}

5. Zastosowanie regulacji pogodowej w istniejącej instalacji ogrzewania płaszczyznowego (parter) i konwekcyjnego (poddasze). Jedyną udostępnioną na potrzeby tego opracowania dokumentacją budynku są rzuty architektoniczne wraz z opisem konstrukcji przegród budowlanych. Instalacja c.o. ma za zadanie równoważyć straty ciepła przez przegrody budynku. Straty ciepła na wentylację równoważone są przez instalację mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła wyposażoną w elektronicznie nagrzewnicę elektryczną.

budowlane wentylacji sterowaną

Konieczne jest obliczenie współczynnika projektowej straty ciepła przez przenikani e dla całego budynku. Na tej podstawie możliwe jest określenie zapotrzebowania na moc do ogrzewania pomieszczeń.

14


5.1. Obliczenie współczynników przenikania ciepła dla poszczególnych przegród. Obliczenia te wykonano przy pomocy darmowego programu „Purmo OZC” v.4.01b. Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli nr 2:

Tab.2. Zestawienie współczynników przenikania ciepła U poszczególnych p rzegród budowlanych

5.2. Obliczenie współczynnika strat ciepła dla poszczególnych przegród budowlanych zgodnie z [6]: Htr = Σi [btr,i x (Ai x Ui +Σili x Ψi)] [W/K]

{9}

gdzie: btr,i – współczynnik

redukcyjny obliczeniowej różnicy temperatur i-tej przegrody; dla przegród pomiędzy przestrzenią ogrzewaną i środowiskiem zewnętrznym btr,i = 1 – pole powierzchni i- tej przegrody otaczającej przestrzeń o regulowanej temperaturze, obliczanej wg wymiarów zewnętrznych przegrody, (wymiary okien i drzwi przyjmuje się jako wymiary otworów w ścianie) [m 2] – współczynnik przenikania ciepła i -tej przegrody pomiędzy przestrzenia →

Ai

Ui

ogrzewaną i strona zewnętrzną, obliczany w przypadku przegród nieprzezroczystych według normy [7], w przypadku okien, świetlików i drzwi przyjmuje się według Aprobaty Techniczne j lub zgodnie z norma wyrobu PNli

Ψi

EN 14351-1 [W/m2K] – długość i -tego liniowego mostka cieplnego [m] – liniowy współczynnik przenikania ciepła mostka zgodnie z [8]. [W/mK]

cieplnego obliczony

15


Obliczenie współczynnika redukcji temperatury dla stropu nad piwnicą :

 = − −− ,

,

(

)

=

20−8 = 0,3 20−(−20)

{10}

gdzie:

    ,

– temperatura przestrzeni ogrzewanej [°C] – temperatura przestrzeni przyległej, ogrzewanej do innej temperatury [°C] – projektowa temperatura zewnętrzna dobrana na podstawie [9] [°C]

Ze względu na niejednorodną konstrukcję ścian zewnętrznych oraz dachu, obliczone zostały zamienne współczynniki przenikania ciepła U dla tych przegród. Niejednorodność wynika z konstrukcji budynku. W ścianach oprócz izolacji, występują drewniane krokwie szerokości 4 cm, w zagęszczeniu około 2,5 szt na metr bieżący ściany , czyli 0,1 m/mb. Natomiast w konstrukcji dachu około 1,2 szt na metr bieżący dachu , czyli 0,048 m/mb.

Obliczenie zamiennego współczynnik a przenikania

ciepła ściany zewnętrznej:

 =  × (1  ) +  ×  = 0,2175 W/m K 2

gdzie: Us –Współczynnik przenikania ciepła części ściany pomiędzy 2 →Us=0,184 W/m K Xs – Stopień zagęszczenia krokwi w konstrukcji ściany zewnętrznej

{11}

krokwiami

Xs=0,1 m/mb

→

Uk

–Współczynnik przenikania 2 →Uk =0,519 W/m K

ciepła przez krokwie

Obliczenie zamiennego współczynnik a przenikania

ciepła dachu:

 =  × (1   ) +  ×  = 0,2 W/m K 2

gdzie: Ud – →

Xd

{12}

Współczynnik przenikania ciepła części dachu pomiędzy krokwiami 2

Ud=0,184 W/m K

– Stopień zagęszczenia krokwi w konstrukcji dachu Xd=0,048 m/mb

→

Uk

– Współczynnik przenikania 2 →Uk =0,519 W/m K

ciepła przez krokwie 16


5.3. Obliczenia strat ciepła pomieszczeń w warunkach projektowych [10].

Obliczenie strat ciepła przez przegrodę w

warunkach projektowych:

 =  (   ()) [] ×

,

{13}

gdzie:

    ,

– współczynnik strat ciepła przegrody budowlanej [W/K] – temperatura przestrzeni ogrzewanej [°C] – projektowa temperatura zewnętrzna [°C]

Wyniki obliczeń współczynników strat ciepła przez przenikanie, oraz całkowitych strat ciepła pomieszczeń w warunkach projek towych zestawiono w tabeli nr 3. Całkowite straty ciepła budynku przez przenikanie:

∑ΦT = 5781,5 W

17


tab.3. Zapotrzebowanie na moc grzewczą c.o. Proj. temperatura wewnętrzna:

θint,1 θext θe θint,2

Proj. Temperatura zewn.

Proj. Temperatura pod podłogą Proj. temperatura wewnętrzna podwyższona:

20 °C -20 °C 8 24

Strata ciepła przez przenikanie - parter 1

2

e i n e z c z s e i m o P

3

a d o r g e z r P

a b z c i L

4

ć ś o k o r e z S

5

ć ś o g u ł d / ć ś o k o s y W

6

7

i n h c z r e i w o p a j c k u d e R

o t t u r b a i n h c z r e i w o P

8

o t t e n a i n h c z r e i w o P

-

-

n

b

h/l

A

A red

A

-

-

-

[m]

[m]

[m²]

[m²]

[m²]

Ściana zew. 1.1

1.2

1.4

10

y n a ł a z p ą e i i c w z m a i a y n ł n l a p k e p i i e n c i c e ń z i m r p m e i u k k r i t t n s s n y o y m z w c o z ł k ó t p a s d W o D U ψ x l [W/m²K]

[W/K]

11

y r u t a r e p m e t i j c k u d e r k i n n y z c ł ó p s W

12

y t a r e t s i j e n a k w o i n t e k z e r j p o r p z z k e r i p n n a y ł z p c e ł i ó c p s W

13

14

y r u t a r e p m e t a c i n ż ó R

e i n a k i n e z r p z e z r p a ł p e i c a t a r t S

15

a n z r t ę n w e w

a r u t a r e p m e t a w o t k e j o r P

16

j e i g u r d o y p d a r o u r g t e a z r e r p p e m e i n t o r a t w s o t k e j o r P

17

a ł p e i c i a a n t e a r z t z s c s a i e w m o t o k p e j o r P

btr

H tr

θ int,i-θe

ΦT

θ int,i

θ e,i

Φstr

-

[W/K]

[K]

[W]

[°C]

[°C]

[W]

1

2,0

2,7

5,4

2,2

3,2

0,22

1,00

0,70

40

27,8

20

2,20

0,30

0,98

0,94

1,00

5,31

-0,10

-0,15

4

-20

piwnicą

1

2,0

1,5

3,1

-

3,1

0,35

Drzwi zew.

1

1,0

2,1

2,2

-

2,2

2,00

12

11,7

20

8

40

212,4

20

-20

Ściana wew.

1

1,5

2,7

4,0

-

4,0

0,37

-0,6

20

24

1

3,8

1,6

6,1

-

6,1

0,35

0,30

0,63

12

7,6

20

8

1

3,6

2,5

9,0

2,0

7,0

0,22

1,00

1,52

40

60,9

20

-20

piwnicą

1

3,5

2,2

7,8

-

7,8

0,35

0,30

1,97

12

23,6

20

8

Okno typ 1

1

1,4

1,4

2,0

-

2,0

1,60

0,84

1,00

3,98

40

159,0

20

-20

Ściana zew.

1

6,5

2,7

17,6

2,0

15,6

0,22

-0,40

1,00

2,99

40

119,7

20

-20

piwnicą

1

3,1

3,1

9,8

-

9,8

0,35

6,88

0,30

3,08

12

37,0

20

8

Okno typ 1

1

1,4

1,4

2,0

-

2,0

1,60

0,84

1,00

3,98

40

159,0

20

-20

Ściana zew.

1

14,0

2,7

37,7

13,8

23,9

0,22

-2,02

1,00

3,17

40

126,9

20

-20

piwnicą

1

8,9

4,5

40,4

-

40,4

0,35

14,79

0,30

8,66

12

103,9

20

8

Okno typ 7

1

3,0

2,2

6,6

-

6,6

1,60

1,56

1,00

12,12

40

484,8

20

-20

Okno typ 6

1

3,0

1,8

5,3

-

5,3

1,60

1,43

1,00

9,83

40

393,0

20

-20

Okno typ 1

1

1,4

1,4

2,0

-

2,0

1,60

0,84

1,00

3,98

40

159,0

20

-20

Ściana zew.

1

9,5

2,7

25,5

3,9

21,6

0,22

-0,40

1,00

4,28

40

171,4

20

-20

piwnicą

1

4,7

4,3

20,4

-

20,4

0,35

9,96

0,30

5,12

12

61,4

20

8

Okno typ 1

2

1,4

1,4

3,9

-

3,9

1,60

1,68

1,00

7,95

40

318,1

20

-20

Ściana wew. Ściana zew.

1

4,6

2,7

12,5

-

12,5

0,37

1,00

4,58

40

183,0

20

-20

1

2,3

2,5

5,6

0,6

5,0

0,22

1,00

1,10

44

48,2

24

-20

piwnicą

1

3,3

1,6

5,3

-

5,3

0,35

0,79

0,36

0,95

16

15,2

24

8

Okno typ 3

1

0,8

0,8

0,6

-

0,6

1,60

0,45

1,00

1,35

44

59,4

24

-20

Ściana wew.

1

4,6

2,5

11,5

1,8

9,7

0,37

0,09

0,33

4

1,3

24

20

strop

1

3,3

1,6

5,3

-

5,3

1,25

0,94

0,09

0,69

4

2,7

24

20

Drzwi wew.

1

0,9

2,0

1,8

-

1,8

4,00

0,09

0,65

4

2,6

24

20

Ściana zew.

1

4,6

2,5

11,5

0,6

10,9

0,22

-0,37

1,00

2,01

44

88,3

24

-20

piwnicą

1

2,6

1,9

5,0

-

5,0

0,35

2,25

0,36

1,45

16

23,2

24

8

Okno typ 3

1

0,8

0,8

0,6

-

0,6

1,60

0,45

1,00

1,35

44

59,4

24

-20

Ściana wew.

1

1,8

2,5

4,5

-

4,5

0,37

0,09

0,15

4

0,6

24

20

strop

1

3,4

3,4

11,7

-

11,7

1,25

0,09

1,33

4

5,3

24

20

Ściana zew.

1

1,8

2,5

4,5

0,6

3,9

0,22

1,00

0,85

40

34,1

20

-20

piwnicą

1

1,7

1,8

3,1

-

3,1

0,35

1,87

0,30

0,88

12

10,6

20

8

Okno typ 3

1

0,8

0,8

0,6

-

0,6

1,60

0,45

1,00

1,35

40

54,0

20

-20

Ściana wew.

1

1,8

2,5

4,5

-

4,5

0,37

-0,10

-0,17

4

-0,7

20

24

Strop nad 251,9

Strop nad

piwnicą Ściana zew. 1.3

9

7,0

Strop nad 3,86

243,6

Strop nad 315,8

Strop nad 1.5

1267,6

Strop nad 1.6

733,9

Strop nad 1.7

129,5

Strop nad 1.8

176,8

Strop nad 1.9

98,1

18


Strata ciepła przez przenikanie - piętro 1

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2

3

4

5

6

7

8

9

2,0

11,0

0,20

-

1,0

1,71

10

11

12

13

14

15

16

Ściana zew.

1

3,7

3,5

13,0

Okno typ 4

2

0,8

0,7

1,0

1,00

2,19

40

87,7

20

-20

1,98

1,00

3,69

40

147,5

20

-20

Stropodach

1

2,9

2,9

8,5

-

8,5

0,26

Ściana wew.

1

3,7

2,5

9,3

1,8

7,5

0,37

1,00

2,19

40

87,7

20

-20

-0,10

-0,27

4

-1,1

20

24

Drzwi wew.

1

0,9

2,0

1,8

-

1,8

4,00

-0,10

-0,72

4

-2,9

20

24

Ściana zew.

1

7,9

3,5

27,6

3,5

24,1

0,20

-0,53

1,00

4,29

40

171,8

20

-20

Okno typ 2

1

0,6

1,3

0,8

-

0,8

1,71

1,30

1,00

2,58

40

103,1

20

-20

Okno typ 5

1

1,3

1,3

1,6

-

1,6

1,71

1,75

1,00

4,42

40

176,9

20

-20

Stropodach

1

2,5

2,5

6,1

-

6,1

0,26

1,00

1,56

40

62,5

20

-20

Ściana zew.

1

8,1

3,5

28,4

3,5

24,9

0,20

-0,53

1,00

4,46

40

178,2

20

-20

Okno typ 2

1

0,6

1,3

0,8

-

0,8

1,71

1,30

1,00

2,58

40

103,1

20

-20

Okno typ 5

1

1,3

1,3

1,6

-

1,6

1,71

1,75

1,00

4,42

40

176,9

20

-20

Stropodach

1

1,9

1,9

3,6

-

3,6

0,26

1,00

0,93

40

37,3

20

-20

Ściana zew.

1

4,3

3,5

15,2

0,5

14,7

0,20

1,00

2,93

44

129,0

24

-20

Okno typ 5

1

1,3

1,3

1,6

-

1,6

1,71

1,75

1,00

4,42

44

194,6

24

-20

Okno typ 4

1

0,8

0,7

0,5

-

0,5

1,71

0,99

1,00

1,84

44

81,1

24

-20

Ściana wew.

1

3,7

2,5

9,3

1,8

7,5

0,37

0,09

0,25

4

1,0

24

20

-

1,8

4,00

0,09

0,65

4

2,6

24

20

-

5,9

0,26

1,00

1,53

44

67,2

24

-20

Drzwi wew.

1

0,9

2,0

1,8

Stropodach

1

2,4

2,4

5,9

strop

1

3,7

2,5

9,3

-

9,3

1,16

3,72

0,09

1,32

4

5,3

24

20

Ściana zew.

1

5,1

3,5

17,7

3,5

14,2

0,20

-0,53

1,00

2,31

40

92,5

20

-20

Okno typ 2

1

0,6

1,3

0,8

-

0,8

1,71

1,30

1,00

2,58

40

103,1

20

-20

Stropodach

1

1,3

0,6

0,8

-

0,8

0,26

1,00

0,20

40

8,1

20

-20

Ściana zew.

1

8,4

3,5

29,3

3,5

25,8

0,20

-0,53

1,00

4,64

40

185,5

20

-20

Okno typ 2

1

0,6

1,3

0,8

-

0,8

1,71

1,30

1,00

2,58

40

103,1

20

-20

Okno typ 5

1

1,3

1,3

1,6

-

1,6

1,71

1,75

1,00

4,42

40

176,9

20

-20

Stropodach

1

2,8

2,8

7,6

-

7,6

0,26

1,00

1,96

40

78,5

20

-20

Strata ciepła przez przenikanie dla całego budynku

HT,i=

162,9

ƩΦT =

17

318,9

514,3

495,4

480,8

203,7

544,0

5781,4

19


5.4. Dobór parametrów czynnika grzewczego zasilającego instalację

ogrzewania podłogowego. Sposób wykonania

ogrzewania podłog owego przedstawia rysunek nr 4.

Rys.4. Układ warstw podłogowych i sposób zamontowania rury grzejnej w podłodze [11]

Nie są dostępne nomogramy ani ogrzewania wykonanego w tym systemie.

algorytmy obliczeniowe do doboru parametrów

Parametry zostaną obliczone na podstawie szczegółowego bilansu cieplnego podłogi i pomieszczeń. Model podłogi grzewczej przedstawia rysunek nr 5 , w obliczeniach przyjęto założenie , że średnia temperatura warstwy grzejnej jest równa średniej temperaturze zasilania i powrotu danej pętli ogrzewania podłogowego. Założenie to wynika z tego, że rura grzejna ogrzewania podłogowego umieszczona jest w panelach z wyprofilowanej blachy aluminiowej. Czyli jest to materiał dobrze przewodzący ciepło, równomiernie zasilany w ciepło, zamknięty pomiędzy dwiema warstwami izolatora. Przepływ ciepła wewnątrz warstwy grzejnej będzie znacznie szybszy, niż z warstwy grzejnej przez warstwy podłogowe do pomieszczenia. Panele aluminiowe pokrywają 95% powierzchni podłogi. Błąd obliczeniowy wynikający z przyjęcia uproszczonego modelu przepływu ciepła i modelu podłogi grzewczej, może być skorygowany w czasie regulacji układu. Po uruchomieniu układu i wykonaniu pomiarów rzeczywistej temperatury zewnętrznej i wewnętrznej, będzie należało skorygować maksymalną temperaturę zasilania pętli θ z, tak by osiągnąć wymaganą temperaturę w pomieszczeniu. Zniweluje to również błąd wynikający z niedokładnego określenia strat ciepła przez przenikanie. Grzejnik tej konstrukcji charakteryzuje się bezwładnością cieplną, temperatura w pomieszczeniu θint reaguje z opóźnieniem na zmiany parametrów czynnika grzewczego. Regulacja miejscowa, za pomocą regulatorów ściennych sterujących przepływem czynnika na podstawie pomiarów temperatury θ int, jest nieskuteczna. Prawidłowym sposobem regulacji jest regulacja centralna, realizowana przez regulator pogodowy sterujący armaturą regulacyjną w funkcji temperatury zewnętrznej θ ext, na podstawie obliczonych i zaprogramowanych krzywych grzania.

20


21


W celem

doboru parametrów czynnika grzewczego zasilającego instalację ogrzewania podłogowego, wykorzystano metodę na dobór wielkości powierzchni grzejnej przedstawioną w [12]. Obliczenie granicznych mocy jednostkowych ogrzewania podłogowego , wynikając ych z maksymalnej temperatury powierzchni podłogi , będącej w zakresie komfortu cieplnego :

 = �θ  θ  

{14}

×

gdzie:

 θ θ 

– maksymalna dopuszczalna moc jednostkowa powierzchni grzejnej o o – maksymalna temperatura podłogi, dla  = 20 C jest równa 28 C

θ dla θ = 24 C jest równa 32 o

o

C

– temperatura projektowa w pomieszczeniu – współczynnik przejmowania ciepła do góry, jest zależny od temperatury,

od prędkości omywającego powietrza i od przewodności cieplnej warstw 2 →  = 11,63 W/m K – przyjęto zgodnie z wytycznymi w [12]



o

W pomieszczeniach o temperaturze projektowej równej 20 C W pomieszczeniach o temperaturze projektowej równej 24 oC

 = 93 W/m  = 93 W/m

2 2


W celem

doboru parametrów czynnika grzewczego zasilającego instalację ogrzewania podłogowego, wykorzystano metodę na dobór wielkości powierzchni grzejnej przedstawioną w [12]. Obliczenie granicznych mocy jednostkowych ogrzewania podłogowego , wynikając ych z maksymalnej temperatury powierzchni podłogi , będącej w zakresie komfortu cieplnego :

 = �θ  θ  

{14}

×

gdzie:

 θ θ 

– maksymalna dopuszczalna moc jednostkowa powierzchni grzejnej o o – maksymalna temperatura podłogi, dla  = 20 C jest równa 28 C

θ dla θ = 24 C jest równa 32 o

o

C

– temperatura projektowa w pomieszczeniu – współczynnik przejmowania ciepła do góry, jest zależny od temperatury,

od prędkości omywającego powietrza i od przewodności cieplnej warstw 2 →  = 11,63 W/m K – przyjęto zgodnie z wytycznymi w [12]



o

W pomieszczeniach o temperaturze projektowej równej 20 C W pomieszczeniach o temperaturze projektowej równej 24 oC

 = 93 W/m  = 93 W/m

2 2

Dla każdej pętli grzejnej należy obliczyć parametry czynnika grzewczego, czyli wartości średniej temperatury θ śr oraz objętościowego strumienia przepływu mv. Określenie wartości wymaganego jednostkowego strumienia ciepła q :

 = /  

{15}

gdzie:

Φstr Ared

A

– straty ciepła pomieszczenia [W] 2 – wielkość zredukowanej powierzchni grzejnej [m ] 2 → Ared= A x 0,95 [m ] redukcja powierzchni wynika z niecałkowitego pokrycia

powierzchni podłogi warstwą aluminiowych paneli rozprowadzających ciepło – wielkość powierzchni grzejnej [m 2]

22


Obliczenie wymaganej wartości

średniej temperatury warstwy grzejnej θ śr :

 θ ś =  ∗ + θ [oC]  

{16}

gdzie:

θint Ug

o

– wartość temperatury projektowej [ C] – współczynnik przenikania ciepła przez warstwy posadzkowe do góry obliczony w punkcie 5.1. [W/m²K] Ug = 2,97 W/m²K – pomieszczenia

z posadzką drewnianą →Ug = 2,752 W/m²K – pomieszczenia z posadzką ceramiczną →

Gdyby układ składał się tylko z jednej pętli grzejnej , możliwe byłoby określenie wymaganej wartości temperatury zasilaniaθ z. Ale nie jest możliwe, ponieważ powinna spełniać wymagania wszystkich pętli w układzie. Jest to temperatura zasilania rozdzielacza ogrzewania podłogowego. Należy obliczyć wartości, wymaganego jednostkowego strumienia ciepła q {15} i średniej temperatury warstwy grzejnej θ ś {16}, dla wszystkich pętli i dopiero wtedy określić wartość θ z. Powinna być większa od najwyższej obliczonej średniej temperatury warstwy grzejnej θśr {16} o maksymalnie 1 stopień. Temperatura zasilania rozdzielacza ogrzewania płaszczyznowego spełniająca ten warunek: θz = 39 oC

→

Pozwoli to na uniknięcie wystąpienia odczuwalnych różnic wartości temperatury posadzki w obrębie jednej pętli grzejnej. W meandrowym sposobie układania pętli grzejnych istnieje takie ryzyko.

Mając daną temperaturę zasilania rozdzielacza ogrzewania płaszczyznowego θz można obliczyć pozostałe parametry wszystkich pętli grzejnych. Obliczenie temperatury powrotnej z pętli grzejnej θ p: θ = 2 × θ ś

 θ[ C] o

{17}

Obliczenie strumienia ciepła przekazywanego z pętli grzejnej do pomieszczenia:

 =   [] ×

gdzie: q

–

{18}

wymagany jednostkowy strumień ciepła dla pętli [W/m 2], {15}

23


Następnie należy określić wielkość strat ciepła do dołu z warstwy grzejnej Φ d:

 =   �θ+2θ  θ  [] ×

gdzie:



–

{19}

współczynnik przenikania ciepła do dołu przez izolację podłogi

 = 0,348 W/m K 2

→

θ

–

temperatura pod podłogą = 8 oC

Całkowite obciążenie pętli Φ c:

 =  +  [] Określenie

{20}

wielkości masowego przepływu strumienia czynnika przez pętlę grzejną m g:

 = / �θ  θ  [/] ×

{21}

gdzie: – ciepło właściwe wody [kJ/(kg × K)] →cw = 4186 J/(kg × K)

cw

Określenie

wielkości objętościowego przepływ u strumienia czynnika przez pętlę grzejną m g:

 × 60 ×     = 1000  

{22}

gdzie:

ρ

– gęstość →

czynnika grzewczego w temperaturze zasilania θz [kg/m3]

ρ = 988 kg/m3

dokładnego wyznaczenia parametrów dla wszystkich pętli, obliczenia wykonano w arkuszu kalkulacyjnym, uwzględniając tranzyty pętli grzewczych , czyli rury w posadzce doprowadzające czynnik grzewczy z rozdzielacza ogrzewania podłogowego do pomieszczeń . Dotyczy to głównie pomieszczenia 1.2 oraz 1.3. Duża część powierzchni grzejnej w tych pomieszczeniach zasilana jest rur ogrzewania podłogowego zasilających pętle grzejne w pozostałych pomieszczeniach, w przypadku pomieszczenia 1.2 jest to 100% powierzchni grzejnej i nie posiada ono własnej pętli. Tranzyty te prowadzone są tak jak normalne pętle grzejne (zamontowane w aluminiowych panelach) i zostały określone ich Celem

powierzchnie.

Należy obliczyć parametry pętli obsługujących pozostałe pomieszczeni a, pozwoli to określić strumień ciepła przekazywany do pomieszczeń 1.2 oraz 1.3, przez odcinki tranzytowe

24


Jednostkowy strumień ciepła q wyznaczony wyżej wymienioną metodą był mniejszy od dopuszczalnego obliczonego wg zależności {14}, za wyjątkiem pętli nr 1 ogrzewającej pomieszczenie nr 1.1. W tym przypadku q 1=142 W/m2, a temperatura posadzki θ = 32,2 o C co teoretycznie, ze względu na to, że pomieszczenie nr 1.1 nie jest przeznaczone na stały pobyt ludzi, jest dopuszczalne. Ale jednocześnie θ ś w tym przypadku jest równa co do wartości 72 oC. Wynikająca z tego wymagana θ  = 73 oC prowadziła do ujemnej wartości θ  dla pozostałych pętli (poza pętlą nr 9, gdzie θ  = 3,6 oC, co również jest nieosiągalne) . Kolejną pętlą grzejną o najwyższej θ ś jest pętla nr 9, gdzie θś = 38,3 oC. Jednocześnie w bezpośrednim sąsiedztwie pomieszczenia 1.1 prowadzone są w podłodze nieizolowane tranzyty, przegrzewające pomieszczeni a nr 1.2 i 1.3 mocą ponad 200 W . W związku z tym, należy obniżyć jednostkową moc q1 pętli nr 1. Wielkość strumienia o jednostkowego q1 należy doprowadzić do takiej, przy której wartość θ ś ≤ 38 C - po to by dopasować ten obieg do pozostałych, dla których reszta parametrów jest poprawna*(wnioski). Jednocześnie należy kontrolować czy niedobór ciepła w pomieszczeniu nr 1.1 nie przekracza nadwyżki ciepła w pomieszczeniach nr 1.2 i 1.3. Zapewnienie powyższych warunków osiągnięto przy q1=45 W/m. Tabela nr 4 przedstawia obliczenia parametrów ogrzewania podłogowego . •

Założenia przyjęte do obliczeń:

Ze względu na duży otwór pomiędzy kondygnacjami w obrębie schodów oraz brak grzejnika w pomieszczeniu 2.1, straty ciepła tego pomieszczenia wliczone zostały do strat ciepła pomieszczenia 1.5. Ze względu na brak drzwi pomiędzy pomieszczeniami 1.1 i 1.9 oraz brak ogrzewania w pomieszczeniu 1.9, straty ciepła pomieszczenia 1.9 zostały doliczone do strat ciepła pomieszczenia 1.1. Dodatkową nadwyżkę ciepła zapewniają tranzyty pętli grzewczych prowadzone w podłodze pomieszczenia 1.2.

25


tab.4. Dobór parametrów ogrzewania podłogowego współczynnik przejmowania ciepła do góry

αg

11,63

ciepło właściwe czynnika grzewczego gęstość czynnika grzewczego

cw

4186

ρ θe

988,04

temperatura projektowa przestrzeni pod podłogą

1

2

a i n e z c z s e i m o p r N

3

4

a n j e z r g a i n h c z r e i w o p

j e n j e z r g i l t ę p r N

5

a n j e z r g a i n h c z r e i w o p % 5 o a n a w o k u d e r z

z e z r p

y r ó g o d e a w ł o p e k i d c z a a s i o n p a k y i w n t e s z r r p a w k i n n y z c ł ó p s w

6

7

8

nr wzoru

1.1

1.2

1

1.5

1.6

Ared

Ug

θint oC

Φstr

10

y r ó g o d ń e i m u r t s

{15}

{18}

q

Φg

[m²]

[m²]

[W/m²K]

[ ]

[W]

[W/m²]

[W]

2,565

2,44

2,752

20

350,0

45,0

109,7

∑

109,7

0,348

θz

40

oC

11

12

13

o g e z c w e z r g a k i n n y z c a n t o r w o p a r u t a r e p m e t

j e n j e z r g y w t s r a w a r u t a r e p m e t a i n d e r ś

W/m²K

14

i g o ł d o p i n h c

z r e i w o p a r u t a r e p m e t

15

u ł o d o d a ł p e i c ń e i m u r t s

{16}

{17}

Φnad

θśr

θp

θpos

[W]

oC

[ ]

oC

[ ]

oC

[ ]

[W]

36,4

32,7

23,9

24,0

16

17

o g e z c w e z r g a k i n n y z c y w o i c ś o t ę j b o ń e i m u r t s

o g e z c w e z r g a k i n n y z c y w o s a m ń e i m u r t s

a ł p e i c ń e i m u r t s y t i w o k ł a c

{19}

{20}

{21}

{22}

Φd

Φc

mg

mv

[W]

[kg/s]

[dm3/min]

133,7

0,00438

0,26

-240,3

0,76

0,72

2,97

20

45,0

32,5

35,2

30,3

23,9

6,8

39,3

tranzyt

6

1,48

1,41

2,97

20

39,5

55,6

33,3

26,6

23,4

12,4

67,9

tranzyt

7

0,63

0,60

2,97

20

39,5

23,7

33,3

26,6

23,4

5,3

28,9

tranzyt

8

1,54

1,46

2,97

20

34,5

50,5

31,6

23,2

23,0

12,0

62,5

tranzyt

1,47

1,40

41,5

58,0

34,0

28,0

23,6

12,6

70,6

tranzyt

∑

220,2

2,97

7,0

y c o m a k ż y w d a n

oC

8

1

9

1.3+1.4

A

o g e w o g o ł d o p a i n a w e z r g o a w o k t s o n d e j c o m

a i n e z c z s e i m o p a ł p e i c a t a r t s a w o t k e j o r p

a w o t k e j o r p a r u t a r e p m e t

9

kg/m³

Ud

współczynnik przenikania ciepła przez izolację podłogi do dołu temperatura zasilania ogrzewania płaszczyznowego

J/kg

20

213,2

2

16,84 16,00

2,752

20

35,0

559,4

32,7

25,4

23,0

137,5

696,9

1

0,27

0,26

2,97

20

45,0

11,5

35,2

30,3

23,9

2,4

14,0

tranzyt

8

0,27

0,26

2,97

20

34,5

8,9

31,6

23,2

23,0

2,1

11,0

tranzyt

9

0,27

0,26

2,97

20

41,5

10,7

34,0

28,0

23,6

2,3

13,0

tranzyt

∑

590,4

559,4

0,01141

0,68

31,1

3

15,22 14,46

2,97

20

42,0

606,9

34,1

28,3

23,6

131,5

738,4

0,01503

0,89

4

12,82 12,18

2,97

20

42,0

511,2

34,1

28,3

23,6

110,8

621,9

0,01266

0,75

5

11,75 11,16

2,97

20

42,0

468,5

34,1

28,3

23,6

101,5

570,0

0,01160

0,69

∑

1586,5

6

11,3 10,74

2,97

20

7

8,25

7,84

2,97

20

8

3,95

3,75

2,752

24

1.7

9

0,54

0,51

2,752

24

1.8

9

4,48

4,26

2,752

24

1586,5

733,9

129,5

176,8

0,0

39,5

424,2

33,3

26,6

23,4

94,5

518,8

0,00926

0,55

39,5

309,7

33,3

26,6

23,4

69,0

378,7

0,00676

0,40

∑

733,9

34,5

129,5

36,5

33,1

27,0

37,3

166,8

0,00576

41,5

21,3

39,1

38,2

27,6

5,6

26,9

39,1

38,2

27,6

46,1

222,8

∑

813,8

∑

150,8

41,5

176,8

∑

176,8

0,0 0,34 tranzyt

21,3 0,02935

1,74

0,0 25,2

26


Następnie, aby poprawnie wyregulować system ogrzewania podłogowego , konieczne jest obliczenie oporów przepływu przez każdą z pętli. Po określeniu pętli charakteryzującej się największym oporem przepływu, należy zwiększyć opory przepływu na pozostałych, tak by opory wszystkich pętli były równe co do wartości. Wykonuje się to poprzez zdławienie ich zaworami na rozdzielaczu powrotnym, w edług nomogramu producenta systemu [11]. Wyniki obliczeń oporów przepływu zestawiono w tabeli nr 5.

tab.5. Równoważenie pętli grzejnych pętla nr

L [m]

przepływ przepływ [dm3

/s]

3 [dm

R [3] /h]

R zaworu [3] [Pa/m]

wymagane

R całkowite [Pa]

dławienie [Pa]

[Pa]

1 2

28

0,006

21,4

5

200,0

340

6310

90

0,013

47,0

21

300,0

2190

4460

3

82

0,018

64,4

35

350,0

3220

3430

4

52

0,015

54,3

26

300,0

1652

4998

5

85

0,014

49,7

23

300,0

2255

4395

6 7

71

0,011

38,7

16

250,0

1386

5264

65

0,008

28,3

7

200,0

655

5995

8 9

33

0,008

28,8

5

200,0

365

6285

45

-0,283

-1017,8

130

800,0

6650

0

∑

-0,19

-685,0

5.5. Dobór parametrów grzejników konwekcyjnych na piętrze. W celu doboru parametrów grzejników wielkości grzejników przedstawiona w [13].

wykorzystana została procedura doboru

Wstępnym założeniem był oczekiwany spadek temperatury czynnika grzewczego Δθ przepływającego przez grzejnik i, konieczny do osiągnięcia wymaganej mocy grzewczej. Następnie sprawdzane były różne temperatury zasilania grzejników. Celem było osiągnięcie wymaganych obliczonych wielkości grzejników , nieznacznie mniejszych od zainstalowanych, oraz jednocześnie przepływów w zakresie 0.1~0.5 m/s. Wynikające z obliczeń wielkości grzejników, powinny być mniejsze (lecz jak najbardziej zbliżone) od zainstalowanych, tak by mieć niewielką nadwyżkę mocy grzejnej. Zawór regulacyjny z głowicą termostatyczną zamontowany na przyłączu grzejnika będzie zmniejszać średni przepływ w miarę potrzeb. Gdyby parametry były dobrane tak, że powierzchnia grzejnika byłaby mniejsza od wymaganej, to groziłoby to niedogrzewaniem pomieszczeń. Tabela nr 6 przedstawia dobór wielkości grzejników dla Δθ = 10 K oraz θ z = 54 oC: 27


tab.6. Dobór parametrów grzejników konwekcyjnych

Stałe wyznaczone doświadczalnie [13]

Dane

ciepło właściwe czynnika grzewczego

cw

4186

J/kg

gęstość czynnika grzewczego

988

kg/m³

przyjęta różnica temperatur

ρ ∆ θ

10

przyjęta temperatura zasilania

θ z

54

Stała

Purmo C11

Purmo C22

Purmo C33

K

C [-]

6,75

10,57

14,32

o

m [-]

0,29

0,31

0,32

C

Dobór wielkości grzejników

e i n e z c z s e i m o p

a k i n j e z r g r n

a ł p e i c i a a n t e a r z t z s c s a i e w o m t o k e p j o r p

a w o t k e a j n o r z r p t ę a r n u t w e a w r e p m e t

a o n g t o z r e c w o w p e z a r r u g a t k a i r e n p n y m c e z t

Φstr

θint

θp

Δθ ar

X

εΔθ

-

-

y r u t a r e p m e t e i n e c ó ł k a z

a c i n ż r ó u r t a a r n e z c p y m t e t e m t y r a

-

-

[W]

[oC]

[oC]

[K]

2.2

1

514

20

44,0

23,0

2.3

2

495

20

44,0

2.4

3

481

24

2.5

4

204

2.6

5

544

a n a g a m y w ć ś o g u ł d

a n a w o l a t s n i a z ć ś o g u ł d

o g a k e i n n a j e w z o r l g t a p y s n T i a z

o g e n a a w k o i l n a j t s e n z r i a z g c o M

y c o m a k ż y w d a n

a k i n n y z c o y g e w z c o s a w z m e r g ń e i m u r t s

y o w o g e i c z c ś o w t ę e z j r b o g a ń e k i i n m n y u z r t s c

Φg

Φnad

mg

mv

[W]

[kg/s]

[m /h]

3

[m]

[m]

-

[W]

0,706 0,985

0,87

0,9

C33600900

534,2

19,9

0,013

0,046

23,0

0,706 0,985

0,83

0,9

C33600900

534,2

38,7

0,013

0,046

44,0

19,0

0,667 0,979

0,96

0,9

C33600900

450,4

-30,4

0,011

0,039

20

44,0

23,0

0,706 0,985

0,34

0,4

C33600400

237,4

33,8

0,006

0,021

20

44,0

23,0

0,706 0,985

0,92

0,9

C33600900

534,2

-9,8

0,013

0,046

∑

52,2

∑

0,199

28


Obliczenie nastaw wstępnych zaworów termostatycznych wykonano według [13] oraz [14]. Obliczenie wymaganego strumienia przepływu przez grzejnik:

   = 3600  ∆ ℎ ×

×

×

{23}

gdzie:

 ∆  

– projektowa strata ciepła [W] – różnica temperat ury między zasilaniem i powrotem [K] – gęstość nośnika ciepła przy średniej temperaturze [kg/m3] – ciepło właściwe nośnika ciepła [kJ/(kg × K)]

Obliczenie prędkości przepływu przez przewody doprowadzające:

 =  

{24}

gdzie: 3 mv – natężenie przepływu [ m /s]

A

– pole przekroju przewodu, A =

D

– średnica przewodu [m]

π × D 2

4

[m2]

Obliczenie chropowatości względnej : ε =

gdzie: k – chropowatość

k D

[-]

{25}

bezwzględna. Na podstawie [5] przyjęto k = 0,007 mm

29


Obliczenie liczby Reynoldsa:

Re =

D × w

ν

[-]

{26}

gdzie: ν

– kinematyczny

Obliczenie współczynnika

współczynnik lepkości, ν = 0,56 × 10-6 m2 /s dla 323 K [5].

oporów liniowych :  6,1  + 0,268 × ε ) − 2 [-] 0 , 915  Re 

λ = ( −2 × lg× 

{27}

Obliczenie oporów w przewodach doprowadzających : RL = λ ×

L D

×

w2

2× g

[m]

{28}

gdzie:

λ L w D g

– współczynnik oporów liniowych [ -] – długość odcinka badanego przewodu [m] – prędkość przepływu [m/s] – średnica przewodu [m] – przyspieszenie ziemskie g = 9,81 m/s 2

Opory przepływu przez grzejnik i przez w pełni otwartą wkładkę zaworową (nastawa 6) odczytano z nomogramów producenta [11].

Po określeniu całkowitych oporów przepływu d la wszystkich grzejników wraz z przewodami doprowadzającymi, określony został obieg o najwyższym oporze. Następnie dla pozostałych grzejników został obliczony wymagany spadek ciśnienia na zaworach termostatycznych. Pozwoliło to określić kryterium dławienia zaworów, będące stosunkami przepływów do wymaganego straty ciśnienia. Na podstawie nomogramów producenta wyznaczone zostały nastawy wstępne zaworów termostatycznych.

Tabela nr 7 przedstawia obliczenia hydrauliczne autorytetów zaworów.

i obliczenia kryterium dławienia oraz

30


tab.7. Dobór parametrów grzejników konwekcyjnych na piętrze Dane

Dobór nastaw wstępnych zaworów termostatycznych

∆pst ∆pnadg

∆pv

k v

Nastawa

Autorytet zaworu

[m³/h]

[Pa]

[Pa]

[Pa]

[m³/h]

-

-

2.2

0,046

511

0

511

0,65

6

0,20

988,04 [kg/m³]

2.3

0,046

511

709

1221

0,42

4

0,49

2500 [Pa]

2.4

0,039

1280

246

1526

0,32

3

0,61

2.5

0,018

74

1598

1673

0,14

2

0,67

2.6

0,047

554

1122

1676

0,37

4

0,67

Σζ

Z

RL+Z

θ zg

54 [°C]

θ pg

44 [°C]

cw

4187 [J/kg]

ρ ∆pdys ν k

Nr pom.

5,60E-07 [m2/s] 0,007 [mm]

mv

Obliczenia hydrauliczne Działka

Φ

mg

l

dw

v

ε

Re

λ

R

RL

[W]

[kg/s]

[m]

[mm]

[m/s]

[-]

[-]

[-]

[Pa/m]

[Pa]

[-]

[Pa]

[Pa]

Uwagi

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1

534

0,0128

44,4

25,3

1125

2,7

17,4

1142 odsadzka -

Obieg przez grzejnik w pomieszczeniu

Grzejnik z wkładką termostatyczną Zawór termostatyczny

12

0,11

0,00058

2447

2.2 0,047

Q= 0,046

[m³/h]

kv=

3,1 [m³/h]

Q= 0,046

[m³/h]

kv=

0,65 [m³/h]

∆p= ∆p=

Σ ∆pnad= Obieg przez grzejnik w pomieszczeniu 2

534

0,0128


16,4

12

0,11

0,00058

2447

0,0108

0,047

25,3

415

2,7

[m³/h]

kv=

3,1 [m³/h]

Q= 0,046

[m³/h]

kv=

0,65 [m³/h]


6,4

12

0,10

0,00058

2063

824 17,4

∆p= ∆p=

0,0049

19,1

122

2,7

[m³/h]

kv=

3,1 [m³/h]

Q= 0,039

[m³/h]

kv=

0,65 [m³/h]


12,4

12

Q= 0,018 Q= 0,018

0,04

0,00058

933

544

0,0130


30,4

12

5,3

65

2,7

kv=

3,1 [m³/h]

[m³/h]

kv=

0,65 [m³/h]

0,12

0,00058

2492

511 967

12,4

∆p= ∆p=

134 odsadzka -

1 x 0,5, łuk 4 * 0,3, łuk 2 * 0,5

16 1280 1430 1070

2,5

68 odsadzka -

∆p= ∆p=

74

Σ ∆pnad= 5

22

2.5 0,067

[m³/h]

Obieg przez grzejnik w pomieszczeniu

1 x 0,5, łuk 4 * 0,3, łuk 2 * 0,5

2.4 0,050

Q= 0,039

Obieg przez grzejnik w pomieszczeniu 204

433 odsadzka -

1533

Σ ∆pnad= 4

511

2.3

Q= 0,046

Obieg przez grzejnik w pomieszczeniu 450

22 1676

Σ ∆pnad= 3

1 x 0,5, łuk 4 * 0,3, łuk 2 * 0,5

1 x 0,5, łuk 4 * 0,3, łuk 2 * 0,5

3 78 2422

2.6 0,047

26,1

794

2,7

Q= 0,047

[m³/h]

kv=

3,1 [m³/h]

Q= 0,047

[m³/h]

kv=

0,65 [m³/h]

Σ ∆pnad= ∆pnadmin=

18,0

812 odsadzka -

∆p= ∆p=

530

1 x 0,5, łuk 4 * 0,3, łuk 2 * 0,5

23 554 1946 824

31


5.6. Dobór zaworów mieszających - trójdrogowych.

Zawory te są umieszczona na przewodach zasilających obiegi grzewcze, zapewniają płynną regulację temperatury wody zasilającej poszczególne przepływy. Zastosowanie zaworów mieszających zapewnia niezależność poszczególnych obiegów i regulację temperatury za pomocą regulatora pogodowego. Dobór wielkości zaworów wykonano na podstawie [4]. Strata ciśnienia na zaworze całkowicie otwartym : a

∆ p z100 =

1− a

∆p r

{29}

gdzie: a

Δpr •

– autorytet zaworu (zawór trójdrogowy b>3 → przyjęto a = 0, 5) – całkowita strata ciśnienia w obiegu, lecz z pominięciem zaworu [bar] Dla obiegu ogrzewania konwekcyjnego [1]:

Δpr = 2,5 kPa = 0,025 bar ∆ p z100 = Współczynnik

1 − 0,5

0,025 = 0,025 bar

przepływu : K v100 =

•

0,5

V

∆ p z100

=

0,19 0,025

= 1,24 m 3 / h {30}

Dla obiegu ogrzewania podłogowego [2]:

Δpr = 6,65 kPa = 0,065 bar ∆ p z100 =

0,5 1 − 0,5

0,065 = 0,065 bar

32


Współczynnik przepływu: K v100

=

V ∆ p z100

0,42

=

0,065

= 1,65m

3

/ h

{30}

gdzie: V

–

strumień wody przepływającej przez zawór w warunkach obliczeniowych 3

[m /h] Zalecane jest aby Kvs

≤Kv100.

Dobrano zawory regulacyjne trójdrogowe firmy Polna S.A. typ Z-3

DN zaworu

Δpr

Δpz100

V

[bar]

[bar]

[m3

Obieg [1]

0,025

0,025

0,19

20

1,24

1

15

Obieg [2]

0,065

0,065

0,42

20

1,65

1,6

15

DN rury /h]

[mm]

K v100

Kvs

3

3 [m

[m/h]

/h]

[mm]

Tab.8. Parametry zaworów mieszających trójdrogowych.

33


5.7. Dobór ustawień regulatora pogodowego.

Regulator pogodowy ma zmieniać temperatury zasilania obiegów w funkcji temperatury zewnętrznej. Regulator sterować będzie nastawą dwóch zaworów trójdrogowych. Oblicza się kody liczbowe określające nachylenie krzywych grzewczych. Kod liczbowy jest równy co do wartości zmianie temperatury zasilania przy zmianie temperatury zewnętrznej o 1 K. Obliczenie kodów liczbowych które należy wprowadzić w ustawieniach sterownika wykonano na podstawie [4]:

Kod liczbowy dla zaworu mieszającego ogrzewania płaszczyznowego: Kp = ∆θzp / ∆θext

{31}

gdzie:

∆θzp – możliwa zmiana temperatury zasi lania [K] ∆θext – zmiana temperatury zewnętrznej w sezonie grzewczym [K] →∆θext = 20-(-20) = 40 K ∆θzp=θzp-θint [K]

{32}

gdzie:

θzp

– temperatura zasilania projektowych [oC]

rozdzielacza ogrzewania podłogowego w warunkach

θzp=40 oC – temperatura projektowa w pomieszczeniu o najwyższych wymaganiach →

θint

o

temperaturowych [ C] →

θint=24 oC

Więc: Kp = ∆θzp / ∆θext = 16/40 =0,4

{31}

Kod liczbowy dla zaworu mieszającego ogrzewania konwekcyjnego: Kg = ∆θzg / ∆θext

{33}

gdzie:

∆θzg – możliwa zmiana temperatury zasi lania [K] ∆θext – zmiana temperatury zewnętrznej w sezonie grzewczym [K] →∆θext= 20-(-20) = 40 K

34


∆θzg=θzg-θint [K]

{32}

gdzie

θzg

– temperatura zasilania rozdzielacza ogrzewania grzejnikowego w warunkach o projektowych [ C]

θzg=55 oC – temperatura projektowa w pomieszczeniu o najwyższych wymaganiach →

θint

o

temperaturowych [ C] →

θint=24 oC

Więc: Kp = ∆θzg / ∆θext = 31/40 =0,775

{33}

6. Doprowadzenie powietrza do spalania. W rzeczywistości w budynku jest już wykonane doprowadzanie z zewnątrz powietrza do spalania. Zainstalowana jest rura elastyczna Ø355 w izolacji, od ściany zewnętrznej poprzez przestrzeń pod podłogą aż do dolnej części kotła. Lecz ten element został wprowadzony przez i nwestora, ze względu na montaż instalacji wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej. Zgodnie z [15]

ten element powinien być wykonany przez wykonawcę jako nieodłączna część tego typu kotła, ale może być również zastąpione przez kompensacyjny napływ powietrza przez nieszczelności konstrukcji budynku . Wykorzystanie infiltracji jako źródła powietrza na potrzeby spalania, pociąga za sobą wymienione w rozdziale 3 niniejszego opracowania skutki.

6.1. Obliczenie strat ciepła wynikających z braku bezpośredniego dostarczania powietrza do spalania.

Dane widoczne na tabliczce znamionowej kotła: Sprawność kotła - = 76,5%



Moc nominalna - 28 kW Zgodnie z [16] wartość opałowa stosowanego paliwa (drewno - grab, dąb, buk) wynosi w = 4,2 kWh/kg. Zgodnie z [5] minimalne zapotrzebowanie na powietrze do spalania wynosi 3 3,8 m /kg. Jest to wartość teoretycznie wymagana do całkowitego spalenia paliwa. W rzeczywistości dla uzyskania całkowitego spalania należy doprowadzić większą ilość powietrza do paleniska. Zgodnie z [5] minimalny współczynnik nadmiaru powietrza w paleniskach zasilanych ręcznie wynosi λ = 1,5. Przy założeniu ciągłej pracy kotła z mocą pokrywającą sumę projektowych strat ciepła przez przenikanie  = 6,5 kW, wymagana moc w palenisku to:



35


 =  = 0765 = 8,5 kW

{34}

 = 8,5 = 2 kg/h  4,2

{35}

,

Ilość spalonego paliwa:

Teoretycznie zapotrzebowanie powietrza do spalania 3

Vt=2 × 3,8=7,6 m

/h

Rzeczywiste zapotrzebowanie na powietrze do spalania po uwzględnieniu współczynnika nadmiaru powietrza: 3

Vr=1,5 × 7,6=11,6 m

/h

Straty ciepła na ogrzanie powietrza:

=  ×

gdzie:

 



θ θ ) = 1200 × 11,6 × (20

×(

 (20))/3600 = 155W

{38}

3

- pojemność cieplna powietrza = 1200 J/m K

O tyle zwiększone zostają straty ciepła budynku, czyli o 2,5%, w przypadku braku doprowadzenia powietrza do spalania bezpośrednio z zewnątrz. pracy kotła z maksymalną wydajnością, chwilowe straty ciepła na ogrzanie powietrza równe są co do wartości  = 500 . Jest to odczuwalne jako strumień chłodnego powietrza napływającego ze źródeł nieszczelności (okna) we wszystkich pomieszczeniach sąsiadujących z kotłem, mając negatywny wpływ na komfort cieplny. Natomiast w przypadku





36


7. Wytyczne do automatyki. Schemat instalacji po pełnej modernizacji przedstawia rysunek nr 6.

Zakłada się częste korzystanie z kotła na paliwo stałe (drewno) w sezonie grzewczym. Kocioł (7) ogrzewa czynnik grzewczy w zbiorniku buforowym (4). Pompa obiegowa pierwotna (3) zasila w czynnik grzewczy wymiennik ciepła ogrzewania podłogowego (16) i rozdzielacze ogrzewania konwekcyjnego (20). Pompa (3), pompa obiegowa ogrzewania podłogowego (15) oraz pompa obiegowa ogrzewania konwekcyjnego (24) włączają się jeżeli cz u jnik temperatury zewnętrznej (26) wykrywa temperaturę poniżej 20 oC, lub gdy temperatura dolnej części zbiornika buforowego o (8) przekroczy temperaturę 60 C (przy zbyt intensywnym dekoracyjnym paleniu w kotle poza sezonem grzewczym, zabezpieczy to przed utratą czynnika grzewczego ).

Temperatury obiegów grzewczych regulowane są przez regulator pogodowy (13X), poprzez zmianę nastawy zaworu mieszającego ogrzewania podłogowego (17) oraz zaw oru mieszającego ogrzewania konwekcyjnego (23). Regulator pogodowy dokonuje nastaw na podstawie odczytów z czujników temperatury zasilania obiegów grzewczych (12) i (25) oraz czujnika temperatury zewnętrznej (26).

Jeżeli temperatura górnej części zbiornika (4) jest niższa od temperatury wymaganej przez regulator na czujniku θz ogrzewania konwekcyjnego (25) (obieg o najwyższych parametrach pracy) oraz temperatura zewnętrzna jest mniejsza niż 20 oC ale większa niż 0 oC, to musi włączyć się grzałka 3 kW (6). Jeżeli natomiast temperatura zewnętrzna jest mniejsza niż 0 oC to włączyć powin na się grzałka 9 kW (21). Wyłączenie grzejnika następuje w momencie odczytu przez czujnik (5) temperatury większej o 10 K od wymaganej temperatury na czujniku (25).

37


38


8. Uwagi końcowe. Rozwiązano większość p ostawionych problemów. Przepisy zezwalają na zastosowanie układu zamkniętego w przypadku tej instalacji. Dobrana została armatura zabezpieczająca. Obliczenia strat ciepła przez infiltrację powietrza, wywołanych podciśnieniem w komorze spalania kotła, uzasadniają stosowanie bezpośredniego doprowadzenia powietrza do źródła ciepła. Wykonane zostały szczegółowe obliczenia parametrów ogrzewania podłogowego i grzejników konwekcyjnych. Umożliwiło to dobór armatury regulacyjnej oraz obliczenie parametrów potrzebnych do poprawnej pracy regulatora pogodowego. * Największą przeszkodą, w doborze parametrów czynnika grzewczego, był taki sam rozstaw rur grzejnych we wszystkich pomieszczeniach. Przy jednakowej temperaturze zasilania wszystkich pętli , skutkuje to ponad sześciokrotną różnicą wielkości strumienia przepływającego czynnika , pomiędzy pętlami o najwyższym i najniższym obciążeniu cieplnym. Mimo tego, zmodernizowana instalacja będzie dostarczać ciepło w ilości potrzebnej w danej chwili. Nie będzie występować zjawisko niedogrzewania i przegrzewania pomieszczeń. Nie udało się jedynie uporać z gradientem temperatury podłogi. W pętlach ogrzewania podłogowego o niższym obciążeniu cieplnym, występuje zbyt duża różnica temperatur y zasilania i powrotu czynnika grzewczego. Wynika to z narzuconej, przez pętle o wyższym obciążeniu cieplnym, temperatury zasilania rozdzielacza ogrzewania płaszczyznowego . Pętle o niskim obciążeniu cieplnym wymagają , w tym przypadku, dużego spadku temperatury czynnika grzewczego, aby osiągnąć wymaganą średnią temperaturę warstwy grzejnej.


8. Uwagi końcowe. Rozwiązano większość p ostawionych problemów. Przepisy zezwalają na zastosowanie układu zamkniętego w przypadku tej instalacji. Dobrana została armatura zabezpieczająca. Obliczenia strat ciepła przez infiltrację powietrza, wywołanych podciśnieniem w komorze spalania kotła, uzasadniają stosowanie bezpośredniego doprowadzenia powietrza do źródła ciepła. Wykonane zostały szczegółowe obliczenia parametrów ogrzewania podłogowego i grzejników konwekcyjnych. Umożliwiło to dobór armatury regulacyjnej oraz obliczenie parametrów potrzebnych do poprawnej pracy regulatora pogodowego. * Największą przeszkodą, w doborze parametrów czynnika grzewczego, był taki sam rozstaw rur grzejnych we wszystkich pomieszczeniach. Przy jednakowej temperaturze zasilania wszystkich pętli , skutkuje to ponad sześciokrotną różnicą wielkości strumienia przepływającego czynnika , pomiędzy pętlami o najwyższym i najniższym obciążeniu cieplnym. Mimo tego, zmodernizowana instalacja będzie dostarczać ciepło w ilości potrzebnej w danej chwili. Nie będzie występować zjawisko niedogrzewania i przegrzewania pomieszczeń. Nie udało się jedynie uporać z gradientem temperatury podłogi. W pętlach ogrzewania podłogowego o niższym obciążeniu cieplnym, występuje zbyt duża różnica temperatur y zasilania i powrotu czynnika grzewczego. Wynika to z narzuconej, przez pętle o wyższym obciążeniu cieplnym, temperatury zasilania rozdzielacza ogrzewania płaszczyznowego . Pętle o niskim obciążeniu cieplnym wymagają , w tym przypadku, dużego spadku temperatury czynnika grzewczego, aby osiągnąć wymaganą średnią temperaturę warstwy grzejnej. W meandrowym sposobie układa nia rury grzejnej efektem tego, będzie odczuwalny nierównomierny rozkład temperatury podłogi. Z powodu przyjęcia na etapie obliczeń uproszczenia modelu podłogi grzejnej , istnieje wysokie prawdopodobieństwo niedoskonałości regulacji opartej jedynie na wstę pnych obliczeniach. Z tego powodu, po wykonaniu modernizacji i uruchomieniu instalacji, planuje się ręczą korektę ustawień temp eratury zasilania: A. Zmierzyć temp. zewnętrzną i sprawdzać tą wartość w czasie całego cyklu (powinna

być stała). Pomiar ten należy wykonywać wykorzystując zewnętrzny czujnik temperatury obecny w nowej instalacji. Nawet jeżeli ma stały błąd, to nie ma to wpływu, gdyż chodzi o wartość która będzie później porównywana, przez sterownik, z odczytami z tego właśnie czujnika. Natomiast gdyby mierzyć tą temperaturę za pomocą innego przyrządu, do wyniku regulacji zostanie wprowadzony jego błąd . B. Wykonać pomiar ustabilizowanej temperatury wewnętrznej, najprawdopodobniej będzie się różnić od wartości zadanej. Pomiar ten należy wykonywać nocą, gdy brak jest wpływu słońca na ten parametr. C. Mając daną rzeczywista temperaturę w pomieszczeniu, należy wyznaczyć wartość rzeczywistego współczynnika przenikania ciepła . D. Następnie znając współczynnik przenikania ciepła podłogi Ug, można wyznaczyć prawidłową temperaturę zasilania θ z, korzystając z obliczeń pokazanych w tabela nr 4. E. Następnie, korzystając z zależności { 31} można obliczyć nowy k od liczbowy dla zaworu mieszającego ogrzewania płaszczyznowego . 39

Praca Inzynierska

Recommend Documents