Dost Przypomnienie ę pne metody Obliczanie zapotrzebowania ciep ł a na cele c.w.u.

Obliczanie

zapotrzebowania ciepła na cele c.w.u.

Wykład 8

1

Przypomnienie

Systemy rozdzielne

m

= m

= m

+ m

m

= m

+ m

m

≥ m

2

Dostępne metody

‣ bezpośrednie wyliczenie, obliczenia samodzielne

‣ norma PN-92/B-01706

‣ norma DIN 4708

‣ certyfikaty energetyczne

3

Sprawność instalacji c.w.u.

4

Obliczenie bezpośrednie

Zastosowanie:

‣ podgrzewacze przepływowe

‣ składowa zapotrzebowania na c.w.u.

w kotłach dwufunkcyjnych bez zasobnika

5

E cw = c cw · ϱ · Q cw · (t c - t z )

ccw - ciepło właściwe wody, 4,2 kJ/(kg·°C) ϱ - gęstość wody [kg/m³]

Qcw - strumień podgrzewany [dm³/s]

tc - temperatura wody na wyjściu z podgrzewacza [°C]

tw - temperatura wody zimnej [°C]

E

- energia potrzebna do przygotowania ciepłej wody [kJ]

6

Q

- strumień podgrzewany [dm

/s]

‣ pojedynczy punkt czerpalny

‣ więcej punktów czerpalnych q - strumień rzeczywisty

7

t

- temperatura wody na wyjściu z podgrzewacza [°C]

‣ wymagana max 60°C

‣ wymagana min 55°C

‣ użytkowa max ∼44°C (mycie i kąpiel 38°C)

8

t

- temperatura wody zimnej [°C]

Ujęcie wody:

‣ podziemne 7÷12°C

‣ powierzchniowe 3÷23°C

Zmiana temperatury w czasie transportu:

‣ podziemne cały rok 1÷2°C

‣ powierzchniowe, ogrzanie zimą, ochłodzenie latem o 1÷2°C

9

Woda powierzchniowa ujmowana z Wisły 1988-1993

10

Jednostkowa energia potrzebna do przygotowania 1 dm

wody ciepłej

12

Udział wody ciepłej i zimnej podczas poboru wody z baterii czerpalnej

13

PN-92/B01716

Przepływ obliczeniowy do doboru centralnego urządzenia przygotowania wody ciepłej.

14

PN-92/B01716

q dśr = U · q c

q hśr = q dśr / τ q hmax = q hśr · N h

15

PN-92/B01716

q

= U · q

q

= q

/ τ q

= q

· N

qdśr - średnie dobowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę; m³/d, dm³/d, kg/h

qhśr - średnie godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę; m³/h, dm³/h, kg/h

qhmax - maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę; m³/h, dm³/h, kg/h

Dopuszczalne uproszczenie: 1dm³ = 1 kg

16

PN-92/B01716

q

= U · q

q

= q

/ τ q

= q

· N

U - liczba użytkowników zaopatrywanych z węzła ciepłej wody

qc - jednostkowe dobowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę dla użytkownika, dm³/(M·d) τ - liczba godzin użytkowania instalacji w ciągu

doby, h/d

Nh - współczynnik nierównomierności godzinowej rozbioru wody

17

PN-92/B01716

Dla budynków mieszkalnych:

1 użytkownik = 1 mieszkaniec qc = 110÷130 dm³/(M·d) τ = 18 h/d 06h00-24h00 Nh = 9,32 · U^-0,244

Dla innych użytkowników powyższe wielkości należy ustalić analizując sposób korzystania z instalacji ciepłej wody.

18

PN-92/B01716

Obliczeniowa moc cieplna wymiennika ϕ [kW]

ϕ = q · c w · ϱ · (t c - t z )

q - obliczeniowy przepływ ciepłej wody,

odpowiednio do sposobu podgrzewania wody i akumulacyjności urządzeń do podgrzewania wody

19

PN-92/B01716

Obliczeniowa moc cieplna wymiennika ϕ [kW]

ϕ = q · c w · ϱ · (t c - t z )

q = q

q = q

q = q

20

PN-92/B01716

Obliczeniowa moc cieplna wymiennika ϕ [kW]

ϕ = q · c w · ϱ · (t c - t z )

cw - ciepło właściwe wody ϱ - gęstość wody

tc - obliczeniowa temperatura wody ciepłej 60°C tz - obliczeniowa temperatura wody zimnej 10°C

21

PN-92/B01716

Uzyskane w wyniku tej metody wskaźniki zużycia ciepłej wody oraz jej

nierównomierności poboru dają zawyżone wyniki zapotrzebowania na moc cieplną, z uwagi na przyjęcie zawyżonych w chwili obecnej wskaźników zapotrzebowania i nierównomierności poborów ciepłej wody.

22

Układy z zasobnikiem ciepłej wody

Współczynnik akumulacji:

φ = 0 oznacza brak akumulacji w układzie φ = 1 oznacza pełną akumulację w układzie

23

Współczynnik nierównomierności rozbioru wody

Charakteryzuje wielkość zmian w rozbiorze cwu w danym obiekcie.

K

= G

/ G

http://static.wix.com/media/a8f6db349d2d23ecd465776772ab08cd.wix_mp

Współczynnik nierównomierności rozbioru wody

K h

Zależy od:

‣

‣

Budynki mieszkalne - zależy od liczby mieszkańców

Inne obiekty - wartości poboru max i śr. należy opracować na podstawie analizy zużycia wody.

Sposoby wyznaczania

współczynnika nierównomierności

Wg PN-92/B-01706

K h = 9.32 · n ^-0.244

n - liczba mieszkańców

Sposoby wyznaczania

współczynnika nierównomierności

Inny sposób wg literatury

Liczba

mieszkańców Współczynnik Kh

50 100 150 200 300 500 1000 3000 6000

4.5 3.5 3.0 2.9 2.7 2.5 2.3 2.1 2.0

Sposoby wyznaczania

współczynnika nierównomierności

Inny sposób wg literatury: Mańkowski

Współczynnik redukcji

określa wpływ zasobników na pracę układu przygotowania c.w.u. Pozwala określić zmniejszenie maksymalnej mocy potrzebnej do przygotowania c.w.u. ze względu na akumulację ciepła w układzie.

Współczynnik redukcji

Zależy od:

‣ wielkości współczynnika akumulacji φ

‣ nierównomierności rozbioru K

Zredukowana moc układu przygotowania c.w.u.

Układy z pełną akumulacją

Układ przygotowania ciepłej wody użytkowej, w którym zastosowano pełną akumulację, jest to układ pozwalający zachować stałą dostawę ciepła niezależnie od wielkości aktualnego poboru ciepłej wody użytkowej.

Współczynnik akumulacji φ = 1

Zaleta: wyrównanie poboru ciepła przez układ Wada: duża objętość zasobników

Obliczanie układu z pełną akumulacją

Ze względu na stałą dostawę ciepła, konieczne jest dokładne obliczenie systemu, aby bez względu na wielkość poboru zachowana została temperatura wody.

W tym celu należy przygotować całkowy wykres zużycia c.w.u.

Wykres 1

0 3 6 8 11

1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

Schodkowy wykres rozbioru ciepłej wody użytkowej

% Qdt

Godzina

Całkowy wykres dostaw i zużycia c.w.u.

Cmax - maksymalna odległość między krzywą rozbioru a krzywą dostawy ciepła (lub prostą pomocniczą, gdy krzywa dostawy przecina się

z krzywą rozbioru), [%]

Objętość użytkowa zasobnika na podstawie wykresu

Cmax - maksymalna odległość między krzywą rozbioru a krzywą dostawy ciepła (lub prostą pomocniczą, gdy krzywa dostawy przecina się

z krzywą rozbioru), [%]

Objętość użytkowa zasobnika na podstawie wykresu

Qd - dobowe zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania c.w.u., kJ

ρ - gęstość wody w temperaturze panującej w zasobniku, kg/m³

cp - ciepło właściwe wody w temperaturze w zasobniku, kJ/(kg·K)

tg - maksymalna temperatura w zasobniku, °C td - minimalna temperatura w zasobniku, °C

Przykład z procedury

obliczeniowej

• Objętość całkowita podgrzewaczy przy założeniu, że wężownice zajmują około 15% objętości:

Przyjęto 4 podgrzewacze pojemnościowe WP6 nr 9 o V_c = 4m³ każdy. Pojemność użytkowa:

V_u = 0,85·V_c = 0,85·16,0 = 13,6 m³

• Dobór wężownic:

m²

– Qh – średnie godzinowe zapotrzebowanie ciepła:

GODZINA 24:00

WARSTWA I

C’

= 16,8%·Q

= 774 312 kJ t’

= t

= 60°C

Pozostała objętość bojlerów będzie wypełniona wodą o temperaturze niższej (WARSTWA II):

V’’

= V

– V’

= 13,6 – 3,7 = 9,9 m

Zasób ciepła zmagazynowany w tej ilości wody:

C’’

= 20,8%·Q

= 958 672 kJ

Ponieważ:

Zatem:

Przykład obliczenia układu wymiennik - zasobnik (fragment)

43

Schemat układu Chłudowa

1. Połączenie szeregowe 2. Połączenie równoległe

Praca układu Chłudowa przy różnych warunkach rozbioru wody

G=0 G=10

G=10 G=10

G=10

G=0

G=3 G=10

G=7 G=7

G=10

G=3 a) Brak rozbioru wody (ładowanie

zasobnika)

b) Rozbiór wody jest mniejszy od ilości wody dostarczanej przez pompę

A B

A B

Praca układu Chłudowa przy różnych warunkach rozbioru wody

G=10 G=10

G=0 G=0

G=10

G=10

G=30 G=10

G=20 G=20

G=10

G=30 c) Rozbiór wody równa się ilości wody

podawanej przez pompę

d) Maksymalny rozbiór wody (rozładowanie zasobnika)

A B

A B

Układy z zasobnikiem ciepłej wody - z niepełną akumulacją

47

Układy z niepełną akumulacją

Obliczeniową objętość zbiornika można wyznaczyć z:

V z obl = 90 · φ obl · n · log K h , dm ³

Układy z niepełną akumulacją

φ

złożony współczynnik akumulacji pozwalający uzyskać zmniejszenie objętości zasobnika (w stosunku do pełnej akumulacji) i w wyraźnym stopniu wyrównać dostawę ciepła zaleca się przyjmować φ = 0,15 ÷ 0,35

Układy z niepełną akumulacją

Po wyznaczeniu obliczeniowej objętości zasobnika należy dokonać jego doboru, następnie, gdy znamy jego objętość rzeczywistą, wyznaczamy rzeczywisty współczynnik akumulacji:

φ rz = ( V z rz / V z obl ) · φ obl

Układy z niepełną akumulacją

Gdy znany jest współczynnik akumulacji, można wyznaczyć współczynnik redukcji, umożliwiający prawidłowe obliczenie układu przygotowania c.w.u.

z uwzględnieniem wpływu zasobnika na jego pracę:

Ψ = 1 / ((K h - 1) · φ +1)

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

52

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Dla instalacji c.w.u. o rozbiorze dobowym, zgodnym z rysunkiem, dla dobowego zużycia ciepłej wody na poziomie 20 m³/d, obliczyć objętość zasobnika oraz moc układu przygotowania c.w.u. dla założonej pełnej akumulacji oraz dla akumulacji częściowej.

Wymagana temperatura c.w.u. wynosi 60°C.

Temperatura wody zimnej wynosi 10°C.

Wykres dobowego rozbioru

c.w.u. dla budynku mieszkalnego

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z pełną akumulacją

Pojemność zasobnika dla pełnej akumulacji określa się w zależności od maksymalnej różnicy rzędnych między wykresem dostawy ciepła i rozbioru c.w.u..

Dla układu z pełną akumulacją dostawa ciepła jest stała, równa średniemu zapotrzebowaniu na moc do przygotowania c.w.u.

Całkowy wykres dostaw i zużycia c.w.u.

Cmax - maksymalna odległość między krzywą rozbioru a krzywą dostawy ciepła (lub prostą pomocniczą, gdy krzywa dostawy przecina się

z krzywą rozbioru), [%]

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z pełną akumulacją

Dla rozbioru zgodnego z wykresem całkowym

Cmax wynosi 34,3%

Objętość zasobnika dla pełnej akumulacji:

Vmax = Cmax · Qd = 0,343 · 20000 = 6860 l

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Średnie godzinowe zapotrzebowanie na c.w.u. wynosi:

G

= 20000 / 24 = 833 l/h = 0,23 l/s Średnie zapotrzebowanie na moc wynosi:

Q

= q

· c

· (t

- t

) = 0,23·4,19·50=

= 48 kW

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z pełną akumulacją wymaga mocy wymiennika wynoszącej 48 kW oraz zasobnika o pojemności 6860 litrów.

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z częściową akumulacją (częściej projektowane)

Założono współczynnik akumulacji: φ = 0,25 Objętość podgrzewacza powinna wynieść:

VZrz = 0,25 · 6860 = 1715 litrów

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z częściową akumulacją

Do wyznaczenia zredukowanej mocy cieplnej konieczne jest obliczenie współczynnika nierównomierności rozbioru i współczynnika redukcji.

Wykres dobowego rozbioru c.w.u. dla budynku mieszkalnego

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z częściową akumulacją

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na c.w.u., zgodnie z wykresem zużycia ciepłej wody, wynosi (maksymalny procent zużycia to 12% QD dla godziny między 19 a 20):

G

= 0,12 · 20000 = 2400 l/h = 0,67 l/s

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z częściową akumulacją

Maksymalne zapotrzebowanie na moc wynosi:

Q

= q

· c

· (t

- t

) =

= 0,67·4,19·50 = 140 kW

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z częściową akumulacją

Współczynnik nierównomierności rozbioru:

Kh = Ghmax / Ghśr = 0,67/0,23 = 2,9 Współczynnik redukcji:

Ψ = 1/((2,9 - 1)·0,25 + 1) = 0,68

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Układ z częściową akumulacją

Zredukowane zapotrzebowanie na moc cieplną:

Q^zrcwu = Qcwuhmax · Ψ = 0,68 · 140 = 95 kW

Układ z akumulacją częściową wymaga doboru podgrzewacza pojemnościowego o mocy 95 kW oraz pojemności 1715 litrów.

Przykład obliczenia objętości zasobnika oraz zapotrzebowania

Porównanie wyników

Akumulacja pełna: mocy wymiennika wynoszącej 48 kW oraz zasobnika o pojemności 6860 litrów.

Akumulacją częściowa: podgrzewacza

pojemnościowego o mocy 95 kW oraz pojemności 1715 litrów.

DIN 4708

68

DIN 4708

Podstawą do obliczeń zapotrzebowania ciepła przy przygotowaniu ciepłej wody wg DIN 4708 jest liczba znamionowa zapotrzebowania N dla budynku mieszkalnego.

69

DIN 4708

Przy doborze podgrzewacza liczba N

w dokumentacji musi być:

N

> N

N - liczba z obliczeń dla instalacji

70

DIN 4708

Liczba N

- informuje o tym ile

standardowych mieszkań może być zaopatrzonych przez konkretny podgrzewacz

71

DIN 4708

Standardowe mieszkanie:

Liczba pokoji r = 4

Obliczeniowa liczba mieszkańców p=3,5 osoby

Wyposażenie mieszkania w przybory sanitarne: 1 wanna, 1 umywalka, 1 zlewozmywak

74

DIN 4708

Standardowe mieszkanie:

Pobór ciepła na jedną kąpiel w wannie:

W

= 5820 Wh

Współczynnik zapotrzebowania N = 1

75

DIN 4708

W budynkach mieszkalnych do obliczeń

zapotrzebowania na ciepło uwzględnia się tylko wannę.

Mieszkania lepiej wyposażone przelicza wg wyposażenia na wielokrotność mieszkania standardowego.

76

DIN 4708

Liczba znamionowa:

N = ∑ ( n · p · v · w

) / (3,5 · 5820) =

= ∑ ( n · p · v · w

) / 20370

n - liczba mieszkań (takich samych pod względem liczby pokoji, wyposażenia i mieszkańców)

p - liczba osób (rzeczywista liczba osób w

mieszkaniu, lub na podstawie liczby pokoji i tabeli)

77

DIN 4708

v - ilość punktów poboru ciepłej wody w każdym mieszkaniu, uwzględniane w obliczeniach

(mieszkanie standardowe lub komfortowe) wv - zapotrzebowanie na ciepło dla punktów poboru [Wh]

78

Liczba pomieszczeń

79

Zapotrzebowanie na ciepło

80

Świadectwa charakterystyki energertycznej budynku

81

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dn. 6 listopada 2008

Dz.Ust. 2008 nr 201 poz.1240

w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części

budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno- użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw

ich charakterystyki energetycznej

Metoda: Świadectwa charakterystyki

Zużycie energii potrzebnej do przygotowania c.w.u.

‣ tok obliczeniowy do określenia charakterystyki energetycznej budynków i mieszkań

‣ metoda ta nie służy do określania bezwzględnej wartości energii potrzebnej do przygotwania c.w.u.

82

Pr ocedura

/138

Roczne zapotrzebowanie na energię użytkową

wzór 1.29 s.38 Rozporządzenia

Jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody użytkowej należy przyjmować na podstawie dokumentacji projektowej, pomiarów zużycia w obiekcie istniejącym lub w przypadku braku danych na podstawie Tabeli 15.

liczba jednostek odniesienia

czas użytkowania (miesiąc, rok - przeważnie 365 dni), czas użytkowania należy zmniejszyć o przerwy urlopowe i wyjazdy i inne uzasadnione sytuacje, średnio w ciągu roku o 10% - dla budynków mieszkalnych

mnożnik korekcyjny dla temperatury ciepłej wody innej niż 55°C, wg dokumentacji projektowej lub Tabeli 14

ciepło właściwe wody, przyjmowane jako 4,19 kJ/(kgK),

gęstość wody, przyjmowana jako 1000 kg/m3

temperatura ciepłej wody w zaworze czerpalnym,55°C

temperatura wody zimnej, przyjmowana jako 10°C 84

Dobowe ilo ści wody

Roczne zapotrzebowanie na energię końcową

Q K,W = Q W,nd / η W,tot

QK,W - roczne zapotrzebowanie na en. końcową QW,nd - zapotrzebowanie ciepła na podgrzanie

ciepłej wody kWh/a

ηW,tot - sprawność całkowita układu przygotowania c.w.u.

/138

Sprawność instalacji c.w.u.

średnia sezonowa sprawność całkowita systemu przygotowania cwu od wytworzenia do dostarczenia do punktu czerpalnego

średnia sezonowa sprawność wytworzenia nośnika ciepła z energii dostarczanej do granicy bilansowej budynku (energii końcowej),

średnia sezonowa sprawność transportu (dystrybucji) ciepłej wody w obrębie budynku (osłony bilansowej lub poza nią),

średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepłej wody w elementach

pojemnościowych systemu ciepłej wody (w obrębie osłony bilansowej lub poza nią), średnia sezonowa sprawność wykorzystania (przyjmuje się 1,0)

87

Sprawność wytwarzania

Sprawność przesyłu wody

Sprawność zasobnika

Urządzenia pomocnicze

Nośnik energii końcowej

Zawór bezpieczeństwa w układach przygotowania c.w.u.

PN-76 / B-02440

Zabezpieczenie urządzeń ciepłej wody użytkowej. Wymagania;

Norma wycofana bez zastąpienia

Rozporządzenie nadal odwołuje się do tej normy

.

93

Wzór #1

Dla urządzeń ciepłej wody zasilanych czynnikiem grzejnym o temperaturze do 165°C i ciśnieniu czynnika grzejnego niższym od ciśnienia dopuszczonego podgrzewacza, jak również dla

podgrzewaczy elektrycznych.

Średnica kanału dolotowego

G - przepustowość zaworu bezpieczeństwa, kG/h G = 0.16 · V

V - pojemność wodna podgrzewacza lub podgrzewacza i zasobnika ciepłej wody, l

Wzór #2

Dla urządzeń ciepłej wody zasilanych wodą grzejną o temperaturze do 165°C i ciśnieniu wyższym od ciśnienia

dopuszczonego podgrzewacza.

Średnica kanału dolotowego

p1 - ciśnienie dopuszczalne podgrzewacza

p2 - ciśnienie na wylocie z zawory (przy wylocie do atmosfery p2 = 0), kG/cm²

α - współczynnik wypływowy zaworu bezpieczeństwa wg danych katalogowych (podany dla gazu)

ɣ1 - ciężar objętościowy wody grzejnej przy najniższej, występującej na zasilaniu podgrzewacza, temperaturze tej wody

Średnica kanału dolotowego

αc1 - współczynnik wypływowy wody dla pękniętej rury grzejnej αc1 = 1 niezależnie od średnicy rury (wężownicy) F - powierzchnia przekroju wewnętrznego rury grzejnej (wężownicy), mm²

p3 - ciśnienie czynnika grzejnego na zasilaniu podgrzewacza, kG/cm²

Średnica kanału dolotowego

b - współczynnik zależny od różnicy ciśnienia czynnika grzejnego i ciśnienia dopuszczonego dla podgrzewacza (p3-p1) ≤ 5 kG/cm² b = 1

(p3-p1) > 5 kG/cm² b = 2

Literatura

102

Literatura

103