Metodika návrhu sálavých systémů vytápění pro velkoprostorové objekty

transcript

Ondrej.Hojer@fs.cvut.czSálavé a průmyslové vytápění

Metodika návrhu sálavých systémů vytápění pro

velkoprostorové objekty

Ing. Ondřej Hojer

Zóny vlivu na řešení otopných soustav v průmyslové hale

Pracovní oblast – požadavek optimálních teplot a nízkých rychlostí prouděníNeutrální oblast – požadavek nízkého teplotního gradientuPodstropní oblast – požadavek na co nejnižší teplotu (nízké ztráty)

Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX).

Seriál článků www.tzb-info.cz. 2006 až 2007

Cihelka J.: Vytápění, větrání a klimatizace, SNTL – Praha 1985.

irg ttt 5,05,0

Ralčuk N. T.: Panelnoje otoplenije zdanij, Budibelnik – Kijev 1964.

sčkč

mrtsčikčo

mrtstiktg

dýchvypvedskm qqqqqq Rovnice tepelné rovnováhy

Rovnice tepelné pohody

tpetev

Výsledná teplota

Operativní teplota

Výsledná teplota

Teplota, které dosáhne těleso bez vlastního zdroje tepla, situované v místě, v němž zjišťujeme tepelný účinek

[Brož,K.: Vytápění. Skripta ČVUT v Praze. 2002]

Operativní teplota

Operativní teplota je jednotná teplota černého uzavřeného prostoru, ve kterém by tělosdílelo radiací a konvekcí stejně tepla, jako ve skutečném teplotně nehomogenním prostředí

[Zmrhal, V.: Stanovení střední radiační teploty (I). 2006. www.tzb-info.cz]

Střední radiační teplota

Společná teplota všech okolních ploch, při které by bylo celkové množství tepla sdílené sáláním mezi povrchem těla a okolními plochami stejné jako ve skutečném, teplotněnehomogenním prostředí.

[Brož,K.: Vytápění. Skripta ČVUT v Praze. 2002]

Sálavé vytápěníTeplovzdušné vytápění

Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS. 2 500. 80-86176-82-7

Rozdíl mezi teplovzdušným a sálávým vytápěnímVýškový teplotní gradient

Stoupání teploty vnitřního vzduchu po výšce objektupři teplotách venkovního vzduchu θe = + 12 °C ÷ - 3 °C

vytápění nástěnnými teplovzdušnými soupravami

Teplovzdušné - Přechodné období

Stoupání teploty vnitřního vzduchu po výšce objektu při teplotách venkovního vzduchu θe = - 3 °C ÷ - 15 °C

vytápění nástěnnými teplovzdušnými soupravami

Teplovzdušné - Zimní extrém

Stoupání teploty vnitřního vzduchu po výšce objektu - vytápění haly sálavými panely

Sálavé vytápění

1. Směšovací komora2. Keramické destičky3. Nerezový reflektor4. Zapalovací a ionizační elektrody5. Vstupní tryska6. Řídící automatika7. Závěsy

Konstrukce

SVĚTLÉ ZÁŘIČE

Typy zářičů, úhel jádrového a všeobecného sálání

www.gewea.de

www.ambirad.co.uk

www.kaspo.cz

www.adrian.sk

www.schwank.de

www.kotrbaty.cz

1. Skříň hořáku s automatikou(spalinového ventilátoru)

2. Hořáková trubka (ventilátorová trubka)

3. Rozrážecí plech4. Reflexní zákryt5. Izolace6. Závěsy

Konstrukce

TMAVÉ ZÁŘIČE

Úhel jádrového sálání, sálavá účinnost

Geometrie sálání

• Zapuštění trubek – úhel jádrového sálání• Velikost trubek – roste s výkonem• Natočení zářiče – vysoké ztráty

QsálS

Sálavá účinnost

H [J/m3] Výhřevnost plynuV [m3/s] Spotřeba plynuQsál [W] Sálavý výkon

www.gewea.de

www.schwank.de

www.adrian.sk

www.ambirad.co.uk

www.fraccaro.it

www.reverberay.com

www.kotrbaty.cz

Výrobci a dodavatelé:

www.abacusag.comwww.adrian.sk

www.alke.nlwww.ambirad.co.uk

www.fraccaro.itwww.gewea.dewww.gogas.de

www.hainzl.comwww.kaspo.cz

www.kotrbaty.czwww.lersen.czwww.pakole.hu

www.sbm.frwww.schwank.dewww.solaronics.fr

www.siabs.netwww.spaceray.com

www.reverberray.com

Návrh vytápění světlými a tmavými zářiči

• Fyzikálně správné řešení– Vychází ze základních fyzikálních zákonů (celkové tepelné bilance)

• Zjednodušené řešení - Praxe– Protože téměř nic se nedá řešit přesně

Fyzikálně správné řešení

• Rovnice tepelné rovnováhy prostoru (bilance stěn)• Rovnice tepelné rovnováhy vzduchu• Rovnice tepelné pohody při sálavém vytápění

ppnnsnpik ttSttSttS 1111111111 Pro plochu S1

Rovnice tepelné rovnováhy prostoru

211 10 ppn

ppnns tt

n ….. Číslo n-té stěny

tpetev

5,67e-8 W/m2K45,67 W/m2K4

23 W/m2K

Rovnice tepelné rovnováhy vzduchu

ispspspspippkp

nipnnkn

eviiivet

ttcVttSttS

p otopná plochasp spalinypn povrchová n-té plochy

Rovnice tepelné pohody pro sálavé vytápění

15,27344

nBjpnr Tt

Qz [W] Výkon zářičůSod [m2] Povrch člověka (oděvu)as [W/m2K] Součinitel přestupu tepla sáláním u člověkaak [W/m2K] Součinitel přestupu tepla konvekcí u člověkafj-B [-] Poměr osálání mezi j-tým povrchem a bodem BTj [K] Absolutní teplota j-té stěnytr [°C] Střední radiační teplotati [°C] Teplota vzduchutg [°C] Výsledná teplota

Odvození rovnice tepelné pohody pro sálavé vytápění zářiči

Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL 1961. Praha. 376 str.

Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT 2002. Praha. 205 str. 205

Tepelná bilance oděvu

Rovnice tepelné rovnováhy

dýchvypvedskm qqqqqq

skm qqq 75,0

mrtodsiodkm ttttq 75,0

mrtsodsikodkm ttttq 75,0

mrtsikodskm tttq 75,0

m tttq

igkgmrts

Výsledná teplota

75,075,01

75,075,0

75,075,011

Obecná rovnice tepelné pohody člověka

mrtodsiodkpm ttttqq 75,0

Rovnice tepelné rovnováhypři vytápění zářiči

Tepelná bilance oděvu

75,075,0

dýchvypvedskpm qqqqqqq

skpm qqqq 75,0

mrtsodsikodkpm ttttqq 75,0

mrtsikodskpm tttqq 75,0

m tttqq

igkgmrts

Výsledná teplota

75,075,01

75,075,0

75,075,011

Obecná rovnice tepelné pohody člověka

pmrti t

5,05,0

Zjednodušená rovnice tepelné pohody pro sálavé vytápění

(5 do 7)

Metodika návrhu

• Fyzikálně správné řešení– Vychází ze základních fyzikálních zákonů (celkové tepelné bilance)

• Zjednodušené řešení - Praxe– Protože se téměř nic nedá řešit přesně

Ondrej.Hojer@fs.cvut.czSálavé a průmyslové vytápěníKolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS. 2 500. 80-86176-82-7

celkevgk

celkevginst QfAtt

QAttCQ

014,01

Druh zářiče Koeficient C1

Tmavý neizolovaný 0,0122

Tmavý izolovaný 0,0120

Světlý s otevřenou komorou 0,0125

Světlý s delta komorou

neizolovaný0,0119

Světlý s delta komorou izolovaný

s mřížkou0,0098

ek [-] součinitel využití spalinek = 0,95 nepřímý odvod spalin

z vytápěného prostoruek = 0,86 přímý odvod spalin mimo vytápěný

prostor (kouřovody) teplota spalinu tmavých zářičů 180°C

ek = 0,70 přímý odvod, vyšší teplota spalin

A [m2] vytápěná podlahová plochaQcelk [kW] celková potřeba teplaQinst [kW] instalovaný výkon

Odvozeno z DIN 3372 - 1

Podle DIN 3372 – je zde ve vzorci tr, „Behaglichkeitstemperatur“ teplota, kterou bych spíš zadával jako výslednou (operativní)(teplota pohody prostředí)

KAf Ss

celkevgk

celkevginst QfAtt

QAttCQ

014,01

F [-] střední sálavý účinekF = 0,40 při vodorovném osazeníF = 0,70 při šikmém osazení

Zářič T-N T-I S-O S-DN S-DI

sálavá účinnost hS [-]vodorovné 0,630 0,720 0,580 0,670 0,820

šikmé 0,580 0,670 0,550 0,620 0,780

osazení v prostoru, konstr. a provoz

f [-]vodorovné 0,190 0,217 0,174 0,193 0,195

šikmé 0,307 0,355 0,277 0,313 0,325

osazení v prostoru f’ [-]vodorovné 0,214 0,245 0,197 0,228 0,279

šikmé 0,345 0,398 0,327 0,369 0,464

konstanta K [-] - 0,890 0,890 0,880 0,850 0,700

absorpce AS [-] - 0,850

Odvozeno z DIN 3372 - 1

Vít, M., B. Málek, and Z. Matthauserová, Měření mikroklimatických parametrů pracovního prostředí a vnitřního prostředí staveb,

V.M. ČR, Editor. 2004, Ministerstvo Zdravotnictví. p. 16-28

Kontrola maximální intenzity sálání

Hygienické požadavky Intenzita osálání temena hlavy nesmí překročit 200 W/m2

Příklad:Při sálavém vytápění haly je výsledná teplota ve výšce hlavy pracovníka tg = 27 °C (měřeno kulovým teploměrem Vernon-Jokl, tj. 100 mm), teplota vzduchu ti = 18 °C, rychlost proudění vzduchu wa = 0,25 m.s-1. Zkontrolujte požadavek podle nařízenívlády č. 178/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů – intenzita osálání hlavy pracovníka nesmí být větší než 200 W.m-2. Podle vztahu (1) je radiační teplota tmrt = 37 °C, dosazením do vztahu (2) vychází intenzita sálání 33,9 W.m-2.

QfI instS

273109,22734/16,084 igagmrt ttwtt

694 103,17/1065,8273 mrttI

Měření:

Návrh:

Schéma pro navrhování světlých zářičů v příčném a podélném směru

Rozmisťování

Projekční podklady, světlé tmavé zářiče firma KOTRBATÝ

Doporučené vzdálenosti tmavých zářičů v podélném směru

Rozmisťování

Minimální vzdálenosti světlých a tmavých zářičů od hořlavých (nehořlavých) konstrukcí

Rozmisťování

Minimální výšky zavěšení světlých a tmavých zářičů –

projekční podklady výrobce

Rozmisťování

Řešení krytí konstrukcí v oblasti jádrového sálání

Petráš, D., M. Kotrbatý, a kolektiv, Vytápění velkoprostorových a halových objektů.

1. ed. 2006, Bratislava: JAGA GROUP, s.r.o. 205 str. ISBN 80-8076-040-3

Regulace

DOPORUČENÍ PRO NÁVRH:

• Referenční zářič (funkce

spojena s během ventilátoru)

• Typ čidla (ti, tg )

• Umístění čidla (neosluněné,

mimo průvan, v oblasti sálání

referenčního zářiče)• Týdenní program dle požadavků

Vypínání jednotlivých zářičů

(sekcí) • Dálkové ovládání• Ovládání přes PC

Návrh plynovoduDOPORUČENÍ PRO NÁVRH:

• Zapojení do rámu• Přípojky k sekcím mírně naddimenzovat• Uvažovat požární úsekykaždý požární úsek (místnost) musí mít samostatně uzavíratelný přívod plynu• Měrná tlaková ztráta do 2 Pa / m

332211 VkVkVkVr

nk10log

]/[ mPaL

Návrh plynovodu

Celý výpočet se provádí dle TPG G 704 01.1.Plynovod se rozdělí na úseky ve kterých se nemění průtok (dělícími uzly potrubní sítě jsou odbočky nebo stoupačky)2.Stanovíme potřebu plynu V = součet potřeb plynu pro spotřebiče připojené na řešený úsek

Stanovíme počet spotřebičů stejného druhu v úseku, určíme součinitel současnosti pro daný úsek a vypočteme redukovanou potřebu Vr. Na tuto potřebu potom dimenzujeme potrubí

kde V1 je součet spotřeb zapojených spotřebičů pro vaření a průtokový ohřev TUV [m3/h];

V2 suma jmenovitých potřeb lokálních topidel [m3/h];

n = 1 nebo 2………………… k2 = 1,0

n ≥ 3 ………………………… k2 = 0,8

V3 suma jmenovitých potřeb kotlů [m3/h];

n = 1 nebo 2………………… k3 = 1,0

n ≥ 3 ………………………… k3 = 0,8

Odměříme délku úseků l

Stanovíme ekvivalentní délku místních odporů lx = 0,5.l

Celková výpočtová délka L = l + lx = 1,5.l

Předběžná tlaková ztráta

kde n je počet spotřebičů

Hojer, O.: Geometrie sálání světlých zářičů. Praha 2005. 61 str.

Diplomová práce na Ú 12116, ČVUT v Praze, Fakulta strojní.

Podle tabulky pro měrné tlakové ztráty a průtok určíme vhodný průměr a kontrolujeme Dp. Minimální provozní přetlak před každým zářičem je stanoven pro jednotlivé typy zářičů výrobcem. Většinou se tato hodnota pohybuje okolo 2,5 kPa. U stoupacích vedení nesmí Dp určený pro Vr

překročit hodnotu vztlaku. Pokud je objekt zapojen do více regulačních sekcí s rozdílným provozem, existuje riziko, že při rázovém sepnutí celé sekce najednou dojde k podtlaku v síti a v druhé sekci toto může automatika vyhodnotit jako rizikový stav a zářiče odstavit. Proto je při návrhu plynového rozvodu pro tato zařízení dobré, pokud je to možné, navrhnout rozvod plynu do rámu, nebo příslušná potrubí mírně předimenzovat. Je ovšem nutné dodržet také normu požární ČSN 06 1008. Ta stanoví, že celý přívod plynu do jedné požární sekce musí být z dostupného místa uzavíratelný.

Návrh plynovodu

Hojer, O.: Geometrie sálání světlých zářičů. Praha 2005. 61 str.

Diplomová práce na Ú 12116, ČVUT v Praze, Fakulta strojní.

Odkouření

Schéma odkouření tmavých zářičů do střechy

Odkouření

Schéma odkouření tmavých zářičů do stěny

Co všechno může ovlivnit výsledný návrh:

Finance!!!Požadavky na provoz

SměnnostTyp pracovištěVytížení pracovištěOtevírání dveří

TechnologieVnitřní ziskyKonstrukce haly

VazníkyStřechaVýška

Na co nezapomenout!

Regulace (čidla, sekce)PlynOdvod spalinVětrání

Návrh vytápění zářiči1. Volba druhu a typu zářiče dle výšky haly, možností zavěšení

(hmotnost), charakteru provozu (rychlost náběhu), konstrukce haly)

2. Rozmístění zářičů dle úhlu jádrového sálání, možností zavěšení (vazníky, střecha), provozu a charakteru budovy

3. Rozdělení objektu na části ochlazované stejným způsobem a se stejným druhem a typem zářiče

4. Výpočet tepelné ztráty standardními postupy ČSN 06 0210, EN 12 831 (teplota pod podlahou 10°C, venkovní teplota pro výpočet infiltrace te = tev - 8°C, teplotní gradient 0,5 K/m, zátopová přirážka 0,1 až 0,2 ostatní přirážky 0, rozlehlé haly M = 1)

5. Výpočet potřebného instalovaného výkonu z tepelných ztrát koeficienty podle způsobu zavěšení, druhu a typu zářiče

6. Podělení výsledného instalovaného výkonu uvažovaným počtem zářičů

7. Kontrola maximální intenzity sálání (Minimální hygienické výšky zavěšení)

8. Návrh větrání, odvodu spalin, přívodu plynu, regulace

9. Výpočet finančních nákladů

Systémové řešení kombinovaného

vytápění halového objektu

Děkuji za pozornost!

Použitá literatura

• Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL 1961. Praha. 376 str.

• Kotrbatý, M.: Sálavé vytápění – sálavé panely, infrazářiče. Společnost pro techniku prostředí 1993. Praha. 39 str.

• Kotrbatý, M.; Seidl, J.: Průmyslové otopné soustavy. Společnost pro techniku prostředí 2000. České Budějovice. 64 str.

• Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS. 2 500. 80-86176-82-7• Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT 2002. Praha. 205

str. 205 • ASHRAE: ASHRAE Handbook – HVAC Applications 2003. 2003 • Vít, M., Málek, B. a Z. Matthauserová: Měření mikroklimatických parametrů

pracovního prostředí a vnitřního prostředí staveb. Věstník MZ. ČR, Editor. 2004, Ministerstvo Zdravotnictví. p. 16-28

• ČNI: ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – část 2: Požadavky. 2005• Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-

IVX). Seriál článků www.tzb-info.cz. 2006 až 2007

Rešerše

• Google (www.google.com)

• Wikipedia (www.wikipedia.org)

• Články v časopisech– Národní (VVI, Topin, Tzb-info, …)– Mezinárodní (www.knihovny.cvut.cz – brána EIZ)

• Databáze (Elsevier, Scopus, Iconda, Picarta, …)• Časopisy (HLH - Heizung, Lüftung / Klima Haustechnik, TZB

Haustechnik, Energy and Building, Journal of Heat Transfer)

• Dostupná literatura• Knihovny ČVUT (www.knihovny.cvut.cz)• Státní technická knihovna (www.stk.cz)• Národní knihovna (www.nkp.cz)

Přednášky a cvičení ve škole

Odtržení od realityOtázka náhledu na vzdělání (univerzitní x průmyslová škola)Neschopnost řešit samostatně problém

Některá cvičení opisování z tabule

Nepoužitelnost pro praxiPřirozená nedůvěra k informacímSpousta koeficientů, bůhví odkud (žádné reference)Bezmoc ovlivnit co a jak se budu učit…

Buďte kritičtí k informacím!Nebojte se zeptat (nejlépe hned) !

Metodika návrhu sálavých systémů vytápění pro velkoprostorové objekty

Documents