Podstawa opracowania
Podstawą wykonania projektu jest temat wydany przez prowadzącego ćwiczenia projektowe z przedmiotu „Ogrzewnictwo i ciepłownictwo”. Przy opracowywaniu projektu kierowano się zasadami i wytycznymi zawartymi w:
Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznym, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. nr 75 z 2002 r., z późniejszymi zmianami).
Polskich Normach w tym min.:
- PN-B-02025:2001 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego.,
- PN-EN ISO 6946:1999 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynniki przenikania ciepła. Metoda obliczeń.,
- PN-B-03406:1994 Obliczenia zapotrzebowania ciepła pomieszczeń o kubaturze do 600m3, - PN-B-02403:1982 Temperatury obliczeniowe zewnętrzne.,
- PN-B-20414:1999 Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z naczyniami wzbiorczymi przeponowymi. Wymagania.,
- PN-B-20431:1999 Kotłownie wbudowane na paliwa gazowe o gęstości względnej mniejszej niż 1., - PN-B-10425:1989 Przewody dymowe, spalinowe i wentylacyjne murowane z cegły. Wymagania techniczne i badania przy odbiorze.,
- PN-C-04607:1993 Woda w instalacjach ogrzewania. Wymagania i badania dotyczące jakości wody., - PN-M-35630:1981 Kotły parowe i wodne. Zawory bezpieczeństwa.,
- PN-B-02420:1991 Odpowietrzanie instalacji ogrzewań wodnych.,
- PN-B-02421:2000 Izolacja cieplna rurociągów, armatury i urządzeń. Wymagania i badania przy odbiorze.
Charakterystyka obiektu
Projektowany budynek zlokalizowany jest w Zakopanem. Strefa klimatyczna V. Temperatura zewnętrzna obliczeniowa –24°C. Jest to budynek wielorodzinny, wolnostojący, 3-
kondygnacyjny, podpiwniczony, ze stropodachem i jedną-wspólną klatką
schodową(nieogrzewaną). Składa się z 6 identycznych mieszkań(po 2 mieszkania na kondygnację). W każdym mieszkaniu znajduje się pokój, kuchnia, łazienka, wc oraz salon .
Obliczenia projektowego obciążenia cieplnego dla wybranego mieszkania i całego budynku
Metoda obliczenia projektowego obciążenia cieplnego dla wybranego mieszkania kondygnacji pośredniej została zaczerpnięta z normy PN-EN 12831: 2006. Na tej podstawie dobrano grzejniki dla poszczególnych pomieszczeń. Obciążenie cieplne dla pozostałych kondygnacji wyznaczono ze współczynnika obciążenia cieplnego na jednostkę powierzchni. Współczynnik ten to obciążenie na jednostkę powierzchni pomieszczenia o największych stratach ciepła kondygnacji pośredniej, liczone dla rozpatrywanej kondygnacji. Mając całkowite obciążenie cieplne dla budynku dobrano źródło ciepła.
Założono, że nie występują straty ciepła pomiędzy mieszkaniami(przestrzenie ogrzewane do tej samej wartości temperatur), a na klatce schodowej mamy zyski ciepła od mieszkań. Zastosowano
uproszczoną metodę do wyznaczenia strat przez przenikanie(zastosowanie współczynników korekcyjnych). Obliczenia wykonano przy pomocy poniższych tabel.
Dobór grzejników
Współczynniki β pozwalają obliczyć skorygowane obciążenie dla pomieszczenia,
uwzględniając położenie grzejnika(pod parapetem, przy oknie), jego obudowę(brak), sposób podłączenia(boczne, wg. zaleceń producenta), zastosowanie GZT(dobrano). Następnie wyznaczamy rzeczywiste φ grzejnika(W), biorąc pod uwagę temperaturę zasilania i powrotu czynnika grzejnego(tu woda), poprzez współczynnik f, podany przez producenta grzejników.
Dla ogrzewanych pomieszczeń dobrano grzejniki stalowe płytowe PURMO (produkcji firmy Rettig) typ Compact C11, C21 i C22 wszystkie o wysokości 600 mm. Wielkość grzejników dla poszczególnych pomieszczeń wg tab. 14. Klatka schodowa nie wymaga dodatkowego grzejnika, straty ciepła kompensowane są w wystarczającym zakresie zyskami ciepła od otaczających pomieszczeń. Nie zaprojektowano grzejników w ubikacjach (moc uwzględniono w mocy grzejników przyległych pomieszczeń mieszkania-pokoju). Grzejniki montować na ścianie za pomocą zestawu montażowego (na wyposażeniu grzejnika) na wysokości 15 cm nad posadzką (wolna przestrzeń do parapetu 10 cm), podłączenie boczne, jednostronne.
Grzejniki w łazience(drabinkowe- PURMO Santorini) montować pod stropem, na wysokości ok. 1,00 m od posadzki).
Wymiarowanie pionów i poziomów instalacji oraz przewodów rozdzielczych Piony instalacji c.o.
Instalację zaprojektowano w układzie “wielopionowym”(tutaj dwa piony) tj. dla każdego pionu grzejników odrębny pion doprowadzający i odprowadzający czynnik grzejny, z rozdziałem dolny.
Piony wykonać z rur stalowych łączonych przez spawanie. Piony prowadzone na ścianie wewnętrznej (SW2) poprzez klatkę schodową i obudowane (po malowaniu i zaizolowaniu) płytami
gipsokartonowymi. Rozmieszczenie i numeracja pionów wg załączonych rysunków. Średnice przewodów wg. tabeli obliczeń hydraulicznych.
Przejścia przez strop wykonać w rurach osłonowych. Przestrzeń pomiędzy rurą osłonową, a pionem wypełnić masą plastyczną. W połowie wysokości pionu wykonać za pomocą obejm mocujących do ściany punkt stały. Kompensacja wydłużeń przewodów – naturalna. Na przewodzie zasilającym i powrotnym, w najwyższych punktach (min. 30 cm powyżej grzejnika) zamontować samoczynne zawory odpowietrzające .
Przewody rozdzielcze
Bezpośrednio do pionów włączamy skrzynkę ciepłomierzową(umieszczoną dla każdej kondygnacji na klatce schodowej) wraz z zaworami kulowymi, odcinającymi urządzenie ciepłomierza. Ze skrzynki prowadzimy przewód do rozdzielacza(umieszczonego w każdym mieszkaniu przy drzwiach wejściowych), gdzie następuje rozdział przewodów elastycznych na konkretne grzejniki.
Podejścia od rozdzielaczy do grzejników wykonane są pod podłogą w systemie dwururowym – rozdzielacze zasilane z pary centralnie usytuowanych pionów. Zastosowano rury elastyczne typu PEX firmy Kisan. Obliczono dodatkowo straty hydrauliczne ze względu na kompensację. Następnie przewody prowadzimy w ścianie i wychodzimy nimi na wysokości podłączenia grzejnika.
Przewody rozprowadzające w piwnicy
Przewody prowadzić pod stropem piwnicy (w odległości ok. 20 cm). Mocowanie na uchwytach podwieszonych do stropu. Przewody prowadzić ze spadkiem 5‰ w kierunku kotłowni.
Rozmieszczenie i średnice przewodów wg rysunków i tabeli średnic. Przewody instalacji wykonać z rur stalowych łączonych przez spawanie. Połączenia z armaturą gwintowane, uszczelniane taśmą teflonową. Na odejściu do każdego pionu na przewodzie zasilającym i powrotnym zamontować zawory odcinające kulowe. Zawory powinny być zlokalizowane na korytarzach piwnicy w miejscach łatwo dostępnych.
Wykonano obliczenia hydrauliczne instalacji, obliczono straty ciśnienia dla wszystkich obiegów. Jest to suma start liniowych i miejscowych. Współczynniki strat miejscowych- ζ, z podziałem na działki i
kondygnacje zamieszczono w tabelach 45-47(wg. katalogu Kisan dla przewodów elastycznych, dla rur stalowych-z nomogramu- Recknagel).
Dobrano średnice rur oraz prędkości i oporności panujące w instalacji. Starano się trzymać maksymalnej wartości oporności R=100 Pa/m, prędkość do 0,5m/s w przewodach pionowych i rozprowadzających w piwnicy. Posłużono się danymi z katalogu producenta rur, oraz nomogramem przepływu dla rur stalowych bez szwu.
Izolacja cieplna rurociągów
Piony oraz przewody poziome w piwnicy, przewody i armaturę w kotłowni zabezpieczyć przed stratami ciepła izolacją cieplną wykonaną w technologii Termaflex plus. Na przewodach (izolacji) zaznaczyć kierunki przepływu czynnika grzejnego. Grubość izolacji w zależności od średnicy przewodów: piony:
DN 15-25= 2 cm, DN 25-40= 3 cm – zasilanie, 2 cm-powrót, przewody w piwnicy: DN 32 – 40 =4 cm – zasilanie,3 cm – powrót.
Dobór zaworów termostatycznych i ich nastaw wstępnych
Najniekorzystniej usytuowanym grzejnikiem(największe straty ciśnienia) jest ten najdalej położony-na kondygnacji II, pionu 2 w pomieszczeniu nr. 26. Wg. tych strat określamy starty instalacji i zakładamy teoretyczny autorytet GZT=0,5. W tym wypadku starty ciśnienia na pompie= stratom ciśnienia owego obiegu(13,1 kPa). Przy założonej(obliczonej) stracie na zaworze wyznaczamy nastawę wstępną, oraz autorytet zaworu. Tą czynność obliczeniową przeprowadzamy dla każdego następnego obiegu, zakładając, że starty na instalacji=
ciśnienie pracy pompy+ straty ciśnienia na najniekorzystniej usytuowanym GZT. Nastawy mogą mieć również wartości pośrednie między całkowitymi.
Dobór kotła, komina, armatury
Źródło ciepła
Źródłem ciepła jest kocioł gazowy (gaz GZ-50), typ LogoBloC-50 produkcji firmy BRÖTJE, o mocy 50 kW. (sprawność nominalna 94%). Jest to kocioł stalowy, bez palnika. Kocioł pracuje na potrzeby c.o. i jest przeznaczony do pracy z płynnie obniżaną temperaturą wody w kotle do minimalnego jej poziomu wynoszącego 48°C w przypadku stosowania palnika gazowego i możliwością całkowitego wyłączenia poza sezonem grzewczym.
Wymagana minimalna temperatura wody na powrocie w przypadku stosowania gazu wynosi 35°C. Warunek ten spełniamy przez podniesienie temperatury wody na powrocie przez 50%
przepływ strumienia objętości wody grzewczej. Funkcję tą można zrealizować za pomocą pompy obejściowej dobranej na 50% przepływu masowego wody grzewczej:
(50 kW), temp. projektowa 85/65°C (Δt = 20 K).
VB = 0,5 x 50000/(1,163 x 20 x 1000)= 1,1 m3/h.
Dobrano pompę zalecaną przez producenta kotła- Wilo RS 25/2.
Kocioł powinien być ustawiony na podeście betonowym (o krawędziach zabezpieczonych kątownikiem), na wysokości 5cm powyżej poziomu posadzki.
Komin
Spaliny z kotła odprowadzane są kominem izolowanym Schiedel Rondo Plus montowanym z seryjnych, prefabrykowanych elementów-rura ceramiczna, płyta izolacyjna, pustak
zewnętrzny. Kanał znajdujący się obok ciągu kominowego nadaje się idealnie do wentylacji kotłowni.
Dobrano komin dla kotła grzewczego z zapotrzebowaniem na ciąg o temperaturze gazów wylotowych na końcu kotła 160-165°C. Wysokość komina to 12m, średnica=14 cm, zapotrzebowanie na ciąg=13 Pa. Komin wyprowadzony 1 m ponad połać dachową zakończony kominkiem ochronnym, u podstawy komina zamontować wyczystkę oraz zbiornik kondensatu z przewodem doprowadzonym don neutralizatora skroplin. Kocioł do komina podłączony jest przewodem stalowym o średnicy 150mm.
Pompa obiegowa
Krążenie czynnika grzejnego w instalacji utrzymuje pompa obiegowa Wilo-Stratos 40/1-8.
Jest to bezdławnicowa pompa z przyłączem kołnierzowym DN40, silnikiem wykonanym w technologii EC z automatycznym dopasowaniem wydajności(sterowana elektronicznie) Korpus pompy jest wykonany z żeliwa szarego, a wirnik z tworzywa sztucznego (PPS).
Parametry pracy pompy: wysokość podnoszenia 26 kPa, przepływ 2,2 m3/h, o mocy P1=50W. Należy zamontować manometr różnicowy(krócieć ssawny i tłoczny), oraz zawór zwrotny bezpośrednio za pompą.
Filtroodmulnik
Dla zabezpieczenia urządzeń kotłowni przed uszkodzeniem w wyniku zanieczyszczeń krążących wraz z czynnikiem grzejnym w instalacji, na przewodzie powrotnym
zaprojektowano filtroodmulnik FOM-40 produkcji Termen Wrocław. Przed i za filtroodmulnikiem zamontować manometry i armaturę odcinającą.
Projekt układu zabezpieczeń instalacji systemu zamkniętego
Naczynie wzbiorcze przeponowe jest to zbiornik ze szczelną elastyczną przeponą
oddzielającą przestrzeń wodną od przestrzeni gazowej, przejmującej zmiany objętości wody wywołane zmianami jej temperatury w instalacji ogrzewania wodnego systemu zamkniętego.
Obliczona pojemność całkowita naczynia powinna wynosić co najmniej 51,2 litra.
Dobrano naczynie wzbiorcze typu NG wielkość NG80 z niewymienną membraną i przyłączem gwintowanym. Ciśnienie w naczyniu wzbiorczym przy temperaturze wody w instalacji 10°C 1,5 bara. Naczynie wzbiorcze podłączyć do instalacji rurą wzbiorczą o średnicy minimalnej= 20 mm(DN 20). Na rurze wzbiorczej zamontować manometr, oraz zawór odcinający. Naczynie podłączyć do instalacji c.o. dopiero po przeprowadzeniu próby ciśnieniowe.
Projekt pomieszczenia kotłowni
Kotłownia znajduje się w centralnie zlokalizowanym pomieszczeniu w piwnicy. Wejście do kotłowni
bezpośrednio z zewnątrz, oraz od strony klatki schodowej. Wejście wyposażyć w drzwi, otwierane na zewnątrz o szerokości 1 m, metalowe, o odporności ogniowej min. 60 minut.
Powierzchnia pomieszczenia kotłowni 30 m2, kubatura 87 m3.
Kocioł podłączany do komina prostym przewodem o długości około 1m. Przewody rurowe zasilania i powrotu do kotła prowadzone są przy ścianie, pod sufitem ze spadkiem ok. 5‰.
Pompa obiegowa, oraz filtroodmulnik umieszczone są na wysokości 1 m nad posadzką.
Przewody wyprowadzone są z pomieszczenia kotłowni na wysokości około 2,7m nad posadzką przez ścianę wewnętrzną(SW2) i podłączone kolejno do pionów.
Obliczenie sezonowego zapotrzebowania na gaz dla kotłowni
Ilość paliwa oblicza się w oparciu o zapotrzebowanie na moc cieplną obiektu i danego okresu w którym instalacja c.o. będzie pracować. Sezonowe zapotrzebowanie na paliwo można obliczyć wg.
wzoru Hottingera:
gdzie:
γ- współczynnik zmniejszający: 0,82 – przerwa w eksploatacji 10 h/d Q [W] – zapotrzebowanie na moc cieplną
Sd – liczba stopniodni okresu ogrzewania (wg tabel w literaturze), Zakopane - 4200 Kd/rok a – współczynnik zwiększający (dla budynku z cegły-otynkowanego, w I okresie
grzewczym=1,25)
wd [kJ/m3] – wartość opałowa paliwa= 34 020kJ/m3(zastosowano GZ-50) tz [oC] – obliczeniowa temperatura zewnętrzna (strefa klimatyczna-24°C) ti [oC] – temperatura wewnętrzna ogrzewanego obiektu (+20°C)
nw - sprawność urządzenia centralnego ogrzewania (kotłów oraz sieci wewnętrznej=0,9 dla kotłów gazowych)
ns - sprawność sieci przewodów zewnętrznych (BRAK).
Literatura
Warunki techniczne wykonania i odbioru kotłowni na paliwa gazowe i olejowe, II wydanie – Polska Korporacja Techniki Sanitarnej, Grzewczej, Gazowej i Klimatyzacji, Warszawa 2000,
Recknagel, Spranger, Schramek, ”Kompendium wiedzy-Ogrzewnictwo, Klimatyzacja, Ciepła woda, Chłodnictwo 08/09”, wyd. Omni Scala,
Pieńkowski, Krawczyk,” Ogrzewnictwo, tom 1 i 2”, rok 1999,
