Praca instalacji ciepłej wody użytkowej w budynkach wielorodzinnych wyposażonej w cyrkulacyjne zawory regulacyjne

(1)

Seria: B U D O W N IC TW O z. 93 N r kol. 1514

Agnieszka MAŁYSA*

Politechnika Szczecińska

PRACA INSTALACJI CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ W BUDYNKACH W IELORODZINNYCH WYPOSAŻONEJ W CYRKULACYJNE ZAWORY REGULACYJNE

Streszczenie. P ublikacja dotyczy pracy instalacji ciepłej w ody użytkow ej w yposażonej w zaw ory regulacyj

ne termostatyczne w budynkach w ielorodzinnych. P rzedstaw iono efekty m odernizacji instalacji ciepłej w ody poprzez m ontaż term ostatycznych zaw orów cyrkulacyjnych. Porów nano zużycie w ody oraz ciepła przed i po modernizacji.

WORK OF HOT WATER INSTALLATION WITH CONTROL VALVES AT MULTI-STOREYED BUILDING

S u m m a ry . P aper concerns w ork o f hot w ater installation equipped w ith control valves at m ulti-storeyed building. In the end the p ap er presents results o f ho t w ater installation m odernization. W ater and heat consum p

tion before and after m odernization is com pared.

1. Wstęp

W niniejszym artykule przeanalizow ano pracę instalacji ciepłej w ody z cyrkulacją w bu

dynkach m ieszkalnych w ielorodzinnych. Z w rócono uw agę na utrzym anie zalecanych para

metrów w ody - tem peratury w punktach w ypływ u, poprzez zastosow aniu term ostatycznych zaworów regulacyjnych m ontow anych pod pionam i cyrkulacyjnym i. Porów nano zużycie cie

pła do przygotow ania i utrzym ania tem peratury ciepłej w ody pom iędzy instalacją w yregulo

waną w sposób tradycyjny a w yposażoną w term ostatyczne zaw ory cyrkulacyjne.

‘Opiekun naukowy: D r hab. inż. W acław Szaflik, prof. PSz.

(2)

326 A. Małysa

2. Instalacja ciepłej wody użytkowej

C iepła w oda użytkow a dostarczana do indyw idualnych odbiorców w poszczególnych punktach poborów pow inna posiadać odpow iednie param etry sanitarne i techniczne. Układy zaopatrzenia w ciepłą w odę pow inny zapewniać:

- dostaw ę ciepłej w ody użytkowej do poszczególnych punktów poboru w sposób ciągły i w w ym aganej ilości;

- tem peraturę ciepłej wody w punkcie poboru zgodnie z norm ą [5] na poziomie min.

45°C.

P onadto instalacja ciepłej wody użytkowej musi być łatw a w obsłudze i niezawodna w działaniu, a jej eksploatacja pow inna charakteryzować się niskim i kosztami.

C elem zapew nienia w ym aganej tem peratury w ody w instalacji ciepłej wody użytkowej stosuje się układy z cyrkulacją. Taki układ pow oduje zm niejszenie zużycia ciepłej wody, gdyż nie zachodzi konieczność upuszczania w ody po dłuższej przerw ie, aż do uzyskania wyż

szej (pożądanej) tem peratury.

N a koszty eksploatacji instalacji ciepłej w ody użytkowej, a zatem ekonom ikę jej pracy składa się:

- ilość ciepła zużyw anego na przygotow anie ciepłej w ody użytkowej;

- ilości ciepła niezbędnego do utrzym yw ania tem peratury tej wody na wymaganym po

ziom ie ( 4 5 ° 0 5 5 ° C ) [5],

W arunkiem uzyskania ja k najlepszej pracy instalacji ciepłej w ody użytkowej z cyrkulacją je s t popraw ne jej zaprojektow anie.

M etoda obliczeniow a, stosow ana w Polsce, określa w ym agany strum ień w ody cyrkulacyjnej w całej instalacji na podstaw ie strat ciepła przew odów rozprow adzających ciepłą wodę użytkow ą (poziom ych i pionow ych) przy założonym obliczeniow ym spadku jej temperatury od w ęzła cieplnego do najbardziej niekorzystnie położonego punktu poboru, lub na podstawie wym aganej krotności wym ian w ody w obiegach cyrkulacyjnych [1,2,3,5].

C ałkow ite straty ciepła w instalacji zależą rów nież od sprawności izolacji termicznej przew odów oraz tem peratury otoczenia przewodów . N ajw iększe straty w ystępują w pionach, które zazw yczaj nie posiadają izolacji term icznej [6]. Piony prowadzone najczęściej są w szy

bach instalacyjnych - często w entylow anych, co pow oduje w ystępow anie znacznych różnic tem peratur pom iędzy otoczeniem a pionem. Poziom e przew ody prowadzone przez pomiesz

czenia piw niczne posiadają izolację term iczną.

(3)

Ze strat ciepła w instalacji w ynika, że najw iększe natężenie przepływ u pow inno w ystępo

wać w pionie najdalej położonym w stosunku do w ym iennika ciepłej wody. N atom iast w a

runki hydrauliczne układu spraw iają, że największe ciśnienie dyspozycyjne w ystępuje dla pionu znajdującego się najbliżej w ym iennika ciepłej wody użytkow ej. Czyli w arunki hydrau

liczne układu pow odują przepływ y odw rotne do oczekiwanych.

Należy zapew nić we w szystkich pionach obliczeniow e natężenie przepływ u. W tym celu piony cyrkulacyjne, w których w ystępuje nadw yżka ciśnienia dyspozycyjnego, należy poddać regulacji hydraulicznej.

3. Sposoby regulacji instalacji cyrkulacji

Sposób regulacji cyrkulacji ciepłej w ody zgodny z polsk ą norm ą [5] polega na stosowaniu kryz dławiących lub zaw orów regulacyjnych do dław ienia przepływ ów cyrkulacyjnych w poszczególnych pionach w ew nętrznej instalacji c.w.u.

Minimalna średnica kryz, ja k ie należy stosować w instalacji cyrkulacji, wynosi 5 mm [5], W przypadkach, w których należałoby zastosow ać m niejszą średnicę kryzy (w iększe ciśnienie do zdławienia) - nie stosuje się je j, a co za tym idzie, nie m a m ożliw ości dokładnego w yregu

lowania całości instalacji, gdyż stosow anie kilku kryz w praktyce je s t nie do przyjęcia. M niej

szych średnic kryz nie stosuje się również ze w zględu na m ożliw ość zatykania przewodu.

Dobór kryz dław iących ciśnienie w ym aga długotrw ałych i żm udnych obliczeń hydraulicz

nych całej instalacji [1,2,3], które nie zapew niają w pełni zadow alającego w yrów nania cyr

kulacji. Różnice w w ykonaniu instalacji w stosunku do założeń projektow ych pow odują zmianę przepływ ów przez poszczególne działki i rozregulow anie instalacji. Stąd natężenie przepływu w poszczególnych działkach i rozkład tem peratur w poszczególnych punktach instalacji ustala się sam oczynnie, niezgodnie z założeniam i. Jest to szczególny problem w przypadku instalacji rozległych ze zróżnicow anym i w czasie i przestrzeni poboram i ciepłej wody.

Aby w sposób precyzyjny zapew nić ciąg łą rów now agę cieplną i hydrauliczną, należy za

stosować regulację opartą na sterow aniu tem peraturą w obszarze całej instalacji. Regulację taką zapew niają term ostatyczne zaw ory regulacyjne.

(4)

328 A. Małysa

4. Regulacja za pomocą termostatycznych zaworów regulacyjnych do instalacji cyrkulacyjnych cieplej wody użytkowej

Term ostatyczny zaw ór regulacyjny w yrów nuje przepływ przez poszczególne obiegi - pio

ny cyrkulacyjne w zależności od tem peratury przepływającej wody. Zaw ory m ontuje się na przew odach cyrkulacyjnych u podstaw y pionu.

Stosow anie term ostatycznych zaw ór regulacyjnych w instalacji cyrkulacji pozwala na [4,7]:

- skrócenie czasu oczekiw ania n a w odę o w ym aganej tem peraturze na wylewce;

- ograniczenie i zrów now ażenie przepływ u w zależności od tem peratury wody;

- zm niejszenie zużycia energii przez pom pę cyrkulacyjną;

- autom atyczną regulację natężenia przepływ u, bez niebezpieczeństw a je g o zmniejszenia przez zarośnięcie przekroju instalacji wodnej (np. osadami w apniowym i);

- optym alną pracę całej instalacji cyrkulacyjnej zarówno przy m inim alnym rozbiorze i w ciągu dnia podczas trw ania w iększych rozbiorów;

- obniżenie zużycia ciepła i w ody dzięki utrzym yw aniu jej tem peratury na stałym po

ziomie;

- osiągnięcie optym alnej ochrony przed bakteriam i Legionella.

Przy projektow aniu instalacji cyrkulacji c.w.u. z w ykorzystaniem zaworów termostatycz

nych należy:

- w yznaczyć w artości nastaw zaworów, obliczone na podstaw ie schłodzenia ciepłej wo

dy od urządzenia przygotow ującego ciep łą w odę do zam ontow anego zaworu;

- straty ciśnienia w najbardziej niekorzystnym obiegu przez zam ontow any i otwarty za

w ór term ostatyczny.

Praw idłow y dobór nastaw zaw orów w arunkuje uzyskanie żądanej tem peratury w punkcie czerpalnym i dynam iczne zrów now ażenie instalacji.

N a rynku polskim dostępne są różne rodzaje zaw orów term ostatycznych produkowanych przez różne firm y, ja k np. zawór T A -Therm firm y TA H Y DR O N ICS, zawór „alw a Kombi - 4” , term ostatyczne zaw ory regulacyjne firm y O V EN TRO P, zawory „Tem -Con” oraz zawór regulacyjny TC V firm y D A NFOSS, na którego przykładzie om ów iono zasadę działania za

woru.

(5)

5. Zasada działania termostatycznego zaworu regulacyjnego do instalacji cyrkulacji ciepłej wody użytkowej

Działanie zaw oru term ostatycznego do instalacji cyrkulacji c.w .u je s t takie samo, ja k grzejnikowych zaw orów term ostatycznych. T em peratura wody odbierana je s t przez um iesz

czony w przepływ ającym strum ieniu w oskow y elem ent term ostatyczny. Jeżeli tem peratura płynącej w ody przekroczy w artość zadaną, elem ent term ostatyczny rozszerza się, a grzybek zaworu przesuw any je s t w kierunku gniazda i przepływ je s t zm niejszany. Jeżeli tem peratura opada poniżej w artości zadanej, elem ent term ostatyczny kurczy się, a grzybek zaw oru odsu

wany jest od gniazda - przepływ je s t zw iększany. W kręcając śrubę nastaw czą m ożna zam knąć przepływ [7],

1. Korpus zaworu 2 Sprężyna 3. G rzybek

4. Elem ent term ostatyczny 5. Głowica

6 U szczelka typu O-ring 7. Ś ruba nastaw cza 8. Sprężyna zabezpieczająca 9 Nakrętka blokująca 10. U szczelka typu O-nng 11. Uszczelka gumowa 12. Znak odniesienia

Rys. 1. Z aw ór term ostatyczny TCV Fig. 1. TCV - term ostatic valve

Zawór TC V utrzym uje m inim alny przepływ tak, aby tem peratura w ody przepływającej przez zaw ór była na nastaw ionym poziom ie w zakresie 30-70°C . B udow a zaworu (m asyw ny korpus, m ożliw ość plom bow ania) pozw ala na je g o m ontaż w m iejscach ogólnie dostępnych (korytarze, ciągi kom unikacyjne w piw nicach itp.). M oże on pracow ać w now ych i m oderni

zowanych układach cyrkulacyjnych ciepłej w ody użytkowej.

(6)

330 A. Mahsa

N astaw a m aksym alna (odpow iadająca tem peraturze 70°C), um ożliw ia okresow ą termiczną dezynfekcję instalacji bez konieczności dem ontażu zaworu, co zabezpiecza przed bakteriami Legionella.

6. Analiza pracy termostatycznych zaworów regulacyjnych do instalacji cyrkulacji ciepłej wody użytkowej

Porów nano zużycie ciepła na przygotow anie c.w.u. w budynkach m ieszkalnych wieloro

dzinnych przy ul. G om brow icza 5 i 6 w Szczecinie, o takiej samej liczbie mieszkańców i kon

strukcji. Przedstaw iono zużycie ciepła na c.w.u. w budynku w ielorodzinnym przy ul. Różo

wej przed i po zam ontow aniu term ostatycznych zaw orów cyrkulacyjnych TCV firmy D A NFO SS. Dane przedstaw iono z badań m onitorowych. Pokazano rów nież zużycie wody w analizow anych obiektach.

N a rysunkach ciem nym kolorem przedstaw iono zużycie ciepła oraz ciepłej wody w insta

lacji bez term ostatycznych zaw orów regulacyjnych, zaś jasnym kolorem z zamontowanymi zaw oram i term ostatycznym i. M iesiąc, w którym zam ontow ano zaw ory (lipiec 1999 r.) zazna

czono czarnym kolorem .

120

Rys. 2. Z użycie ciepła na potrzeby ciepłej w ody użytkow ej w [GJ/m -s] w budynkach p rzy ul. Gombrowicza 5 i 6 (08.1999-12.2000 r.)

Fig. 2. H eat consum ption [G J/m onth] in building G om brow icza 5 and 6 (08.1999-12.2000)

(7)

Rys. 3. Zużycie ciepła n a potrzeby ciepłej w ody użytkow ej w [G J/m -s] w budynku przy ul. Różowej Fig. 3. Heat consum ption [G J/m 3] in building R óżow a Street

...

[: V f

<SS

^ty

I zużycie c.w.u.- Gombrowicza 5 [m3] □ zużycie c.w.u.- Gombrowicza 6 [m3]

Rys. 4 Z użycie ciepłej w ody użytkow ej w n r w budynkach przy ul. G om brow icza Fig. 4. Hot w ater consum ption [m3] in buildings G om brow icza Street

Rys. 5. Z u ży cie ciepłej w ody użytkow ej w m 3 w budynku przy ul. Różowej Fig. 5. H ot w ater consum ption [m 3] in building R óżow a Street

(8)

332 A. Małysa

■ zużycie ciepia na c.w.u Gom browicza 5 [GJ/m3} □ zużycie ciepia na c.w.u Gombrowicza 6 [GJ/ra3|

Rys. 6. Z użycie ciepła n a przygotow anie ciepłej w ody użytkow ej w [G.I/m3] w budynkach przy ul. Gombro

w icza

Fig. 6. H eat consum ption for w arm w ater preparing [G J/m 3] in buildings G om brow icza Street

0>- . V & ^{r v T}

Rys. 7. Z użycie ciepła n a przygotow anie ciepłej w ody użytkow ej w [GJ/m3] w budynku przy ul. Różowej Fig. 7. H eat consum ption for w arm w ater preparing [G J/m 3] in building R óżow a Street

W analizow anych budynkach m ieszkalnych w ielorodzinnych w skaźnik określający stosu

nek zużycia ciepła na c.w.u. do zużycia wody po zastosow aniu zaw orów term ostatycznych na cyrkulacji zm niejszył się z 0,38 G J/m 3 na 0,22 G J/m 3 w budynku przy ul. Różowej. Natomiast w budynkach przy ul. G om brow icza kształtow ał się na tym samym poziom ie 0,25 GJ/m’.

S pow odow ane je s t to tym , że ze zm niejszeniem zużycia energii cieplnej spada zużycie wody.

Zm niejszyło się średnie zużycie energii cieplnej do przygotow ania ciepłej wody o 11% w obiekcie przy ul. G om brow icza i 43% przy ul. Różowej.

(9)

7. Podsumowanie

- M odernizacja instalacji cyrkulacyjnych poprzez m ontow anie zaw orów regulujących tem peratury pow rotu pozw ala na ograniczenie zużycia energii cieplnej do przygotow a

nia ciepłej w ody użytkowej.

- W raz ze zm niejszeniem zużycia ciepłej w ody m aleje zużycie energii cieplnej do jej przygotow ania, a co za tym idzie, koszty jej wytw orzenia.

- M ontaż zaw orów term ostatycznych polepsza warunki użytkow ania instalacji ciepłej wody poprzez uzyskanie wym aganej tem peratury w poszczególnych punktach poboru ciepłej wody.

- N a podstaw ie analizy danych ze spółdzielni m ieszkaniow ych, które zm odernizow ały ju ż instalacje w sw oich budynkach (poprzez m ontaż term ostatycznych zaw orów regu

lacyjnych), m ożna w yw nioskow ać, że rozw iązanie to pozw ala na obniżenie zużycia ciepła od 10% do 40% .

LITERATURA

1. Chybowski B.: Instalacje ciepłej w ody użytkow ej. W arszawa, A rkady 1973.

2. Jeżowiecki J., M archew ka P .:0 O kreśleniu obliczeniow ego strum ienia w ody cyrkulacyjnej w układach ciepłej w ody użytkow ej. The 9-th International C onferency o f A ir C ondi

tioning & D istrict H eating, Szklarska Poręba 04-07.06.1998, s. 227-232

3. M ałysa A., Szaflik W.: Praca układu cyrkulacji instalacji ciepłej w ody użytkow ej. C ie

płownictw o, O grzew nictw o, W entylacja nr 9, 2000.

4. M ańkowski S.: Projektow anie instalacji ciepłej w ody użytkowej. W ydaw nictw o Arkady, W arszaw a 1981.

5. W ollerstrand J.: C yrkulacja c.w.u. w św ietle now ych w ym agań tem peraturow ych i sani

tarnych., III F orum C iepłow ników Polskich 8 K onferencja K rajow a, M iędzyzdroje 20- 22.09.1999, s. 192-202.

6. P N -92/B -01706: Instalacje w odociągow e. W ym agania w projektowaniu.

(10)

334 A. Matysa

7. P N -85/B -02421: Izolacja cieplna rurociągów , arm atury i urządzeń. W ym agania i badania.

8. K atalog inform acyjny firm y DA NFO SS: Term ostatyczny zaw ór regulacyjny do instalacji cyrkulacyjnych ciepłej w ody użytkowej. 0 4 ,2 0 0 1 .

Recenzent: Dr hab. inż. M arian Nantka, prof. PŚ1

Abstract

The paper presents w ork o f hot w ater installation equipped with control valves at multi- storeyed building. In the end the paper presents results o f hot w ater installation modernization -w ater and heat consum ption before and after modernization.