Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Strona 1
1. Projektowanie sieci przewodów
instalacji pompowej
Zadaniem sieci przewodów jest doprowadzenie odpowiedniej ilości
czynnika grzejnego do każdego grzejnika. Obliczeniowe strumienie wody
dopływającej do poszczególnych grzejników określa wzór:
(
)
[kg/s]
;
p
z
w
Ogrz
t
t
c
Q
G
−
⋅
=
[ 1. 1. ]
gdzie:
Q
ogrz
- obliczeniowa moc cieplna grzejnika nie uwzględniająca zysków
ciepła, W;
c
w
- ciepło właściwe wody 4186 J/kg
⋅
K;
t
z
- obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację,
°
C;
t
p
- obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji,
°
C.
Projektowanie sieci przewodów polega na dobraniu średnic przewodów i
elementów regulacyjnych w sposób zapewniający:
•
odpowiedni rozdział czynnika grzejnego do poszczególnych grzejników;
•
stateczność cieplną i hydrauliczną instalacji;
•
optymalne koszty materiałowe i eksploatacyjne.
1. 1. Dobór pompy obiegowej
Wymagana wydajność pompy obiegowej:
(
)
]
/
[m
;
1
.
1
3
s
t
t
c
Q
V
w
z
w
inst
p
ρ
⋅
−
⋅
⋅
=
[ 1. .2]
gdzie:
Q
ins
- obliczeniowa moc cieplna instalacji, W;
c
w
- ciepło właściwe wody 4186 J/kg
⋅
K;
t
z
- obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację,
°
C;
t
p
- obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji,
°
C;
ρρρρ
- gęstość wody płynącej przez pompę, kg/m
3
.
Orientacyjna wysokość podnoszenia pompy:
(
)
]
[m
;
81
.
9
250
100
2
H
min
O
zc
p
L
p
H
ρ
⋅
⋅
÷
+
∆
=
∑
[ 1. .3]
]
[m
;
81
.
9
4
2
H
2
2
1
1
max
O
zc
p
L
R
L
R
p
H
ρ
⋅
⋅
+
⋅
⋅
+
∆
=
[ 1. .4]
gdzie:
∆∆∆∆
p
zc
- opór źródła ciepła np. opór wymiennika ciepła po stronie
instalacyjnej, Pa;
ΣΣΣΣ
L
- suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu, m;
R
1
- jednostkowa strata ciśnienia w przewodzie przy przepływie
całkowitej ilości czynnika (G
cał
) z prędkością 0.7
÷
0.8 m/s, Pa/m;
(
)
]
/
[kg
;
µ
s
t
t
c
Q
G
w
z
w
inst
ca
−
⋅
=
[ 1. 5]
L
1
- długość działek, przez które płynie całkowita ilości czynnika
(G
cał
), m;
R
2
- jednostkowa strata ciśnienia w przewodzie przy przepływie
wody z prędkością 0.7
÷
0.8 m/s przez pierwszą za rozdzielaczem
działkę najniekorzystniejszego obiegu, Pa/m;
L
2
- długość działek najniekorzystniejszego obiegu pomniejszona o
długość działek, przez które płynie całkowita ilości czynnika
(G
cał
), m;
L
L
L
2
1
====
−−−−
∑
∑
∑
∑
; [m]
[ 1. .6]
ρρρρ
- gęstość wody płynącej przez pompę, kg/m
3
.
H
V
H
p
V
p
H
pmin
H
pmax
Rys. 1. .1. Dobór pompy obiegowej
1. 2. Obliczanie ci
ś
nienia czynnego w
obiegu
Ciśnienie
wytworzone
przez
pompę
wraz
z
ciśnieniem
grawitacyjnym wywołanym różnicą gęstości wody w przewodach
zasilającym i powrotnym wywołuje krążenie czynnika grzejnego w
przewodach
Obliczeniowe ciśnienie wytwarzane przez pompę:
∆∆∆∆
p
H
po
p
====
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅
0 9
9 81
.
.
;
ρρρρ
[Pa]
[ 1. 7. ]
gdzie:
H
p
- wysokość podnoszenia dobranej pompy, m;
ρρρρ
- gęstość pompowanej wody, kg/m
3
.
Ciśnienie czynne w obiegu:
(
)
[Pa]
;
81
.
9
75
.
0
h
p
p
z
p
po
cz
⋅
⋅
−
⋅
+
∆
=
∆
ρ
ρ
[ 1. 8. ]
gdzie:
ρρρρ
p
- gęstość wody o temperaturze t
p
, kg/m
3
;
ρρρρ
z
- gęstość wody o temperaturze t
z
, kg/m
3
;
h
- różnica wysokości między środkiem grzejnika i środkiem źródła
ciepła , m.
1. 3. Minimalny opór działki z grzejnikiem
Aby nie dopuścić do rozregulowania hydraulicznego instalacji w
obrębie pionu, objawiającego się niedogrzewaniem i przegrzewaniem
skrajnych kondygnacji, należy zapewnić odpowiedni opór działek z
grzejnikami.
Minimalny opór działki z grzejnikiem określa wzór:
(
)
[Pa]
;
81
.
9
min
g
z
p
g
h
p
⋅
⋅
−
=
∆
ρ
ρ
[ 1. 9. ]
gdzie:
h
g
- różnica wysokości pomiędzy środkami skrajnych grzejników w
instalacji, m.
1. 4. Minimalny opór hydrauliczny zaworu
termostatycznego
W celu zapewnienia prawidłowych warunków pracy dla zaworów
termostatycznych przy ich doborze należy zadbać aby spełnione było
kryterium dławienia (autorytet zaworu). Spadek ciśnienia na zaworze
termostatycznym powinien stanowić od 30 do 70 % strat ciśnienia w
obiegu lub w części obiegu w której ciśnienie jest stabilizowane przez
zawór utrzymujący stałą różnicę ciśnienia w instalacji. Minimalny opór
zaworu termostatycznego można wyznaczyć ze wzoru:
∆∆∆∆
∆∆∆∆
p
p
v
po
min
.
====
⋅⋅⋅⋅
0 3
; Pa
[ 1. .10], gdy brak zaworu upustowego
∆∆∆∆
∆∆∆∆
p
p
v
stab
min
.
====
⋅⋅⋅⋅
0 3
; Pa
, gdy zainstalowany zawór upustowy
Jeśli
zawór
upustowy
stabilizuje
ciśnienie
dyspozycyjne
na
rozdzielaczach, to
∆∆∆∆
∆∆∆∆
p
p
stab
dysp
=
, gdzie
∆
p
dysp
- dyspozycyjne ciśnienie na
rozdzielaczach, [Pa]
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Strona 2
1. 5. Dobór
ś
rednic przewodów
Dobierając średnice należy mieć na uwadze spełnienia następujących
warunków:
1.
Wartości oporu hydraulicznego i ciśnienia czynnego powinny być do
siebie zbliżone. Błąd nie powinien przekraczać 10 %:
10%
;
≤
∆
≥
∆
δ
obj
cz
p
p
2.
Opór działki z grzejnikiem powinien być większy lub równy
minimalnemu oporowi działki z grzejnikiem:
;
min
g
g
p
p
∆
≈
∆
3.
Opór zaworu termostatycznego powinien zapewnić spełnienie
kryterium dławienia.
Dobór średnic należy rozpoczynać od najbardziej niekorzystnego obiegu. Do
wstępnego doboru średnic określamy orientacyjną jednostkową stratę
ciśnienia która:
•
dla najniekorzystniejszego (pierwszego) obiegu wynosi:
(
)
(
)
[Pa/m]
)
,
max(
67
.
0
5
.
0
min
min
1
∑
∆
∆
−
∆
−
∆
⋅
÷
=
L
p
p
p
p
R
v
g
zc
cz
or
[1.11]
•
dla kolejnych obiegów wynosi:
(
)
(
)
(
)
[Pa/m]
)
,
max(
67
.
0
5
.
0
.
.
min
min
∑
∑
+
⋅
−
∆
∆
−
∆
−
∆
⋅
÷
=
n
wzp
dz
v
g
zc
cz
or
L
Z
L
R
p
p
p
p
R
[1.12]
gdzie:
∆∆∆∆
p
cz
- ciśnienie czynne w obiegu, Pa;
∆∆∆∆
p
zc
- opór źródła ciepła np. opór wymiennika ciepła po stronie
instalacyjnej, Pa;
∆∆∆∆
p
gmin
- minimalny opór działki z grzejnikiem, Pa;
∆∆∆∆
p
vmin
- minimalny opór hydrauliczny zaworu termostatycznego, Pa;
ΣΣΣΣ
L
- suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu, m;
ΣΣΣΣ
L
n
- suma długości nowych działek w obiegu, m;
ΣΣΣΣ
(RL+Z)
dz.wsp.
- suma oporów hydraulicznych działek wspólnych, Pa.
Przewody blisko źródła ciepła dobieramy dla R nieco większego od R
or
a
przewody blisko grzejników dla R mniejszego od R
or
.
Jednostkowa strata ciśnienia nie powinna być większa
niż 100 – 120 Pa/m.
Po wstępnym dobraniu średnic należy sprawdzić, czy spełnione zostały
wcześniej podane warunki. Jeśli nie, to należy zmienić średnice przewodów,
a w przypadku wyczerpania wszystkich możliwości zastosować elementy
dławiące. Przy doborze średnic należy zadbać aby spełniony został warunek:
(
)
(
)
%
10
%
100
)
,
max(
≤
⋅
∆
∆
+
∆
∆
+
+
⋅
−
∆
=
∑
cz
zc
vdod
gdod
obiegu
cz
p
p
p
p
Z
L
R
p
δ
[1.13 ]
gdzie:
∆∆∆∆
p
cz
- ciśnienie czynne w obiegu, Pa;
ΣΣΣΣ
(RL+Z)
obiegu
- suma oporów hydraulicznych działek w obiegu, Pa.
∆∆∆∆
p
gdod
- wymagana dodatkowa strata ciśnienia w działce z grzejnikiem
wynikająca z konieczność spełnienia warunku na
∆
p
gmin
obliczona z zależności:
[Pa]
;
min
g
g
gdod
p
p
p
∆
−
∆
=
∆
... gdy
∆∆∆∆
p
g
<
∆∆∆∆
p
gmin
;
gdzie:
∆∆∆∆
p
g
- opór hydrauliczny działki z grzejnikiem, Pa.;
∆∆∆∆
p
vdod
-
wymagana
dodatkowa
strata
ciśnienia
na
zaworze
termostatycznym wynikająca z konieczność spełnienia warunku
na
∆
p
vmin
obliczona z zależności:
[Pa]
;
min
v
v
vdod
p
p
p
∆
−
∆
=
∆
..... gdy
∆∆∆∆
p
v
<
∆∆∆∆
p
vmin
;
gdzie:
∆∆∆∆
p
v
- opór hydrauliczny zaworu termostatycznego z otwartą
nastawą wstępną, Pa.;
1. 6. Dławienie
nadmiaru
ci
ś
nienia
w
obiegach
Namiary ciśnienia w obiegach należy dławić w działkach z grzejnikami
oraz u podstawy pionu. Przy czym u podstawy pionu dławimy nadmiar
ciśnienia wspólny dla wszystkich obiegów w obrębie pionu. Poniżej podano
algorytm określania nadmiarów ciśnienia.
1) Obliczenie nadmiarów ciśnienia dla wszystkich obiegów w pionie:
(
)
[Pa]
;
,
,
,
∑
∆
−
+
⋅
−
∆
=
∆
zc
i
obiegu
i
cz
i
nad
p
Z
L
R
p
p
[1.14]
gdzie:
∆∆∆∆
p
cz,i
- ciśnienie czynne w i-tym obiegu, Pa;
ΣΣΣΣ
(RL+Z)
obiegu,i
- suma oporów hydraulicznych działek w i-tym
obiegu, Pa.
2) Wyznaczenie nadmiarów ciśnienia do zdławienia u podstawy
pionu dla kolejnych obiegów:
[Pa]
);
,
max(
,
,
,
,
i
vdod
i
gdod
i
nad
i
nadp
p
p
p
p
∆
∆
−
∆
=
∆
[1.15]
gdzie:
∆∆∆∆
p
gdod,i
-wymagana dodatkowa strata ciśnienia w i-tej działce z
grzejnikiem wynikająca z konieczność spełnienia warunku na
∆
p
gmin
, Pa.
3) Określenie zastępczego nadmiaru ciśnienia do zdławienia u
podstawy pionu wspólnego dla wszystkich obiegów w obrębie
pionu:
[Pa]
);
,...,
,
min(
,
2
,
1
,
n
nadp
nadp
nadp
nadpz
p
p
p
p
∆
∆
∆
=
∆
[1.16
]
gdzie:
n
- liczba obiegów w obrębie pionu.
Nadmiar ciśnienia dławimy u podstawy pionu po połowie na
przewodach zasilającym i powrotnym, lub w całości na przewodzie
powrotnym.
4) Wyznaczenie nadmiarów ciśnienia do zdławienia na zaworach
termostatycznych:
[Pa]
;
,
,
nadpz
i
nad
i
nadv
p
p
p
∆
−
∆
=
∆
[1.17]
Powyższy algorytm można stosować tylko w instalacjach, w których na
końcach pionów zainstalowane są samoczynne zawory odpowietrzające.
1. 7. Dobór elementów dławi
ą
cych.
Do dławienia nadmiaru ciśnienia w obiegu należy stosować armaturę
służącą do regulacji wstępnej (zawory grzejnikowe i zawory odcinające z
regulacją wstępną), lub kryzy dławiące. W przypadku kryz dławiących
ich średnicę można określić ze wzoru:
[mm]
;
192
4
2
zdł
kr
p
G
d
∆
⋅
=
[1.18.]
gdzie:
G
- strumień masowy wody płynącej przez kryzę, kg/s;
∆∆∆∆
p
zdł
- nadmiar ciśnienia do zdławienia, Pa.
Dla armatury umożliwiającej regulację wstępną należy z charakterystyki
dobrać odpowiednią nastawę zapewniającą odpowiedni dodatkowy
spadek ciśnienia.
1
2
3
4
N
∆∆∆∆
p
[Pa]
G [kg/s]
∆∆∆∆
p
zd³
Charakterystyka
przy pe³nym otwaciu
Nastawy
Rys. 1. 2. Przykład doboru nastawy wstępnej dla zaworu z regulacja
wstępną
Dobór elementów dławiących można dokonać za pomocą obliczenia
współczynnika k
v
.
Współczynnik k
v
jest wartością przepływu wody (m
3
/h) przy różnicy
ciśnień wynoszącej 1 bar.
]
h
m
[
;
p
Q
k
3
zdl
v
∆∆∆∆
====
[1.19.]
gdzie:
Q
- strumień objętościowy wody płynącej przez element
dławiący, m
3
/s;
∆∆∆∆
p
zdł
- nadmiar ciśnienia do zdławienia, bar.