125ES Energetické systémy budov Část...

2014

1

125ESB Energetické systémy budovČást 2.

Praha 2014

Evropský sociální fond

Praha a EU: Investujeme do vaší budoucnosti

doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZEFakulta stavební

1

Obsah materiálu

1) Dimenzování teplovodních otopných soustav

2) Návrh zabezpečovacího zařízení otopných soustav

2

2014

2

Dimenzování teplovodních otopných soustav

3

Základní fyzikální vztahy

• Množství tepla Q (W)

Q M c t

QM

c t

Hmotnostní průtok (kg/s) Měrná tepelná kapacita (J/kg.K)

Teplotní rozdíl (K)

Jedná se o množství energie za určité časové období. Při stacionárním

posouzení kdy M je v (kg) množství tepla je v (J). Platí 1kWh=3,6x106 J

• Odvozený hmotnostní průtok M (kg/h;kg/s)

Voda c=4186J/kg.K=1,163Wh/kg.K

0,861,163

Q QM

t t

(kg/h)

Neplatí pro nemrznoucí směsi.

4

2014

3

Hydrostatický tlak

• Hydrostatický tlak p (Pa)

p H g

2 1( )pp H g

Výška sloupce vody (m)Hustota vody (kg/m3)

Tíhové zrychlení (m/s2)

H

• Vztlak pp (Pa)ρ1

ρ2

5

Dynamický tlak

• Dynamický tlak pD (Pa) -představuje energii proudící tekutiny

21

2Dp w

Hustota vody (kg/m3)

Rychlost proudění vody (m/s)

d dp h g

6

ℎ𝑑

𝑣

2014

4

Tlaková ztráta

• Tlaková ztráta třením pzt (Pa)

21

2ztp l w R l

d

2

2 5

8 MR

d

Součinitel tření λ =f(Re,k/d)

Průměr potrubí (m)

Rychlost proudění (m/s)


Dynamický tlak (Pa)

Tlakový spád (Pa/m)

Délka potrubí (m)

• Tlakový spád R(Pa/m) Reynoldsovo číslo-vyjadřuje způsob

proudění tekutiny v potrubí. Ten je ovlivněn

rychlostí proudění w a viskozitou tekutiny ν

(m2/s).

Rew d

7

Viskozita

• udává poměr mezi tečným napětím a změnou rychlosti v závislosti na vzdálenosti mezi sousedními vrstvami při proudění skutečné kapaliny

• viskozita je veličina charakterizující vnitřní tření

• kapaliny s větší přitažlivou silou mají větší viskozitu

8

Látka(18°C)

Kinematická viskozita (m2/s)

x 10-6

voda 1,06

benzín 0,765

glycerín 1314

motorový olej 94

rtuť 11,6

petrolej 2,06

=1,79. 10−6

1 + 0,0337. 𝑇 + 0,000221. 𝑇2

2014

5

Součinitel tření

• Laminární proudění Re<2320

64

Re

• Turbulentní proudění Re>4000

1 2,512log

3,71 Re

k

d

Ekvivalentní drsnost stěny

potrubí (m)

• Přechodová oblast 2320<Re<4000

4000 23202320 Re 2320

4000 2320

9

www.allstar.fiu.edu

10

2014

6

Moodyho diagram

11

Tlaková ztráta

• Tlaková ztráta třením pzt (Pa)

21

2ztp l w R l

d

2

2 5

8 MR

d

Součinitel tření λ =f(Re,k/d)

Průměr potrubí (m)



Dynamický tlak (Pa)

Tlakový spád (Pa/m)

Délka potrubí (m)

• Tlakový spád R(Pa/m) Reynoldsovo číslo-vyjadřuje způsob

proudění tekutiny v potrubí. Ten je ovlivněn

rychlostí proudění w a viskozitou tekutiny ν.

Rew d

12

2014

7

Tlaková ztráta

• Tlaková ztráta úseku délky L

pzt - závisí zejména na rychlosti proudění.

13

h=h2-h1

L

p2

h2

p1 h1

d

2 1

Tlaková ztráta

• Tlaková ztráta místními odpory pzm (Pa)

2

1

1

2

n

zm

i

p w Z

2

1

2 5

8n

i

M

Zd

Součinitel místního odporu



Místní ztráta (Pa)

• Místní ztráta Z (Pa)

Zjištěn experimentálně (např. Cihelka).

Závisí na rozměrech daného prvku. Pro

armatury nyní uváděna kv hodnota.

14

2014

8

Tlaková ztráta

• Tlaková ztráta místními odpory pzm (Pa)

2

1

1

2

n

zm

i

p w Z

2

0,1v

mp

k

• Jmenovitý průtok armaturou kv (m3/h)

10V

z

Vk

p

(kg/h)

(m3/h)

(kPa)

15www.mentor.com

www.simscale.de

Tlaková ztráta

• Celková tlaková ztráta pcz (Pa)

cz zt mp p p R l Z

Tlaková ztráta místními odpory (Pa)Tlaková ztráta třením (Pa)

16

2014

9

Dvoutrubková OS s přirozeným oběhem

• Pohyb vody v otopné soustavě (OS) zajišťuje přirozený vztlak vody způsobenými rozdílnými hustotami topného média.

2 1( )pp H g

Hρ2

ρ1p op p

Účinný tlak (Pa)

Tlaková ztráta okruhu (Pa)

Běžně zanedbáváme ochlazení vody

v potrubí. Jediným ochlazovacím

místem je otopné těleso.

Výpočet začínáme nejnepříznivějším okruhem.

Stanovíme předběžný tlakový spád soustavy.

17

Dvoutrubková OS s přirozeným oběhem

• Pohyb vody v otopné soustavě (OS) zajišťuje přirozený vztlak vody způsobenými rozdílnými hustotami topného média. Teplota t

[°C]Hustota ρ[kg/m³]

0 999,941

4 999,973

10 999,701

15 999,099

20 998,205

30 995,651

40 992,220

50 988,040

60 983,200

70 977,760

80 971,790

90 965,300

100 958,350

18

www.tzbinfo.cz

2014

10

Dvoutrubková OS s nuceným oběhem

• Pohyb vody v otopné soustavě (OS) zajišťuje oběhové čerpadlo a přirozený vztlak vody.

p č czp p p

HÚčinný tlak (Pa) Tlaková ztráta soustavy (Pa)

Pokud pp<<pč, potom pp lze zanedbat

(např. nízké rozlehlé soustavy)

Vysoké objekty -T(°C) a m(kg/h) nestálé uvažujeme 50-70% účinného tlaku.

Tlak čerpadla (Pa)

0,5 0,7 p č czp p p

19

Výpočet OS

• Předběžný tlakový spád Rp

1p

p aR

l

Dispoziční tlak (Pa)

Délka okruhu, systému (m)

Podíl místních odporů na

celkové ztrátě (Pa/m)

( )

Za

R l Z

Druh soustavy a

Venkovní rozvody 0,1 - 0,2

OS v rozsáhlých budovách 0,2 - 0,3

Běžné OS v obytných budovách 0,3 - 0,4

OS po rekonstrukcích starých budov 0,4 - 0,55

Teplonosná látka w (m/s) Průměrná w (m/s)

OS s přirozeným oběhem 0,05 - 0,3 0,2

OS s nuceným oběhem 0,2 - 1 0,6

20

2014

11

Metody výpočtu OS

• Metoda optimálních rychlostí– Volba ekonomické rychlosti průměry základního úsekutlaková

ztráta—návrh čerpadla

– Výpočet dalších úseků dle čerpadla (w=0,3-0,9 m/s)

( )cz ekvp R l l

• Metoda ekvivalentních délek

Zejména pro dálkové horkovodní sítě (poměr d/λ při vyšších teplotách konstantní)

.ekv

dl

Ekvivalentní délka (m)

21

Metody výpočtu OS

• Metoda ekonomického tlakového spádu

– Omezíme maximální rychlost

– Výpočet provedeme dle zvoleného R (Pa/m)

Potrubní síť w (m/s) REK (Pa/m)

obytné budovy - přípojky k

tělesům, stoupací potrubí 0,3 - 0,7 60 - 110

obytné budovy - horizontální

rozvody v technických

prostorech

0,8 - 1,5 110 - 200

obytné budovy - venkovní

rozvody CZT2,0 - 3,0 200 - 400

průmyslové objekty - přípojky

k tělesům, stoupací potrubí0,8 - 2,0 110 - 250

průmyslové objekty -

venkovní rozvody CZT2,0 - 3,0 200 - 400

22

2014

12

Vyhláška č. 193/2007 Sb. kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu

Teplota teplé vody ≤ 90 °C (případně 115 °C)Teplota zpátečky ≤ 70 °CVstupní teplota vody do tělesa:

Nucený oběh ≤ 75 °CPřirozený oběh ≤ 90 °C

Podlahové vytápění: max. délka okruhu 180 m, max. tlaková ztráta 2 kPa

Rámec výpočtu otopné soustavy

23

• Nucený oběh– metoda ekonomického tlakového spádu

• 60 až 200 Pa.m-1

– metoda optimálních rychlostí• 0,05 až 1,0 m.s-1 (!!! Hluk)

– metoda daného tlaku• čerpadlo + přídavný vztlak, 10-70 kPa

Přirozený oběh metoda daného tlaku účinný tlak + přídavný vztlak etážová soustava ?

24

Rámec výpočtu otopné soustavy

2014

13

Etážová OS s přirozeným oběhem

• Otopná tělesa leží přibližně v rovině kotle.

• Účinný tlak vyvozen ochlazováním vody v potrubí.

ρ2

ρ1

Návrh dle předběžných rozměrů.

Kontrola tlaků nejdelšího a nejkratšího okruhu.

Neizolované potrubí

ρ3

2 1( )

0

pp H g

H na OT

25

Etážová OS s přirozeným oběhem

1. Ochlazení na otop. tělesech

2. Určení ochlazovacích míst

3. Hmotnostní průtok v úsecích

(tab.)

4. Předběžné dimenze (tab.)

5. Výpočet teplot v úsecích

6. Výpočet účinných tlaků

7. Kontrola tlakových ztrát

č.ú. m L d w R R.L Σξ Z Σ(R.L+Z)

kg/h m mm m/s Pa/m Pa Pa Pa

1 418.0 5 50 0.06 1 5 1.5 3 8

2 191 10 32 0.06 1.8 18 6 11 29

3 191 8 32 0.07 1.8 14 3 7 22

4 418 5 50 0.06 1 5 2 4 9

67

ρ2ρ1

ρ3

18°C20°C

5500W 4000W

12

34

26

2014

14

Výpočet dvoutrubkové OS

OS 85/65°C

Výpočet okruhu tělesa 1.

2300W 1800W

1400W2300W

1

3´

3

22´

1´

1 2

3 4

č.ú. m L d w R R.L Σξ Z Σ(R.L+Z)

kg/h m mm m/s Pa/m Pa Pa Pa

1 335.0 1.4 20 0.26 55 77 1 34 111

1/ 335.0 0.7 20 0.26 55 39 1 34 72

2 176 3 15 0.26 75 225 3 101 326

2/ 176 3 15 0.26 76 228 1 34 262

3 99 5.5 10 0.24 95 523 3 86 609

3/ 99 5.5 10 0.24 95 523 5.5 158 681

2061

27

Výpočet jednotrubkové otopné soustavy

• Výpočet

– Teplotní – určuje teploty v jednotlivých otopných tělesech při výpočtových podmínkách

– Hydraulický – určuje nastavení armatur, dimenze potrubí a parametry čerpadla

28

2014

15


Vstupní údaje

• Rozdělení na okruhy, způsob oběhu, zapojení

(směšovací, jezdecké)

• Tepelný výkon okruhu Qo [W]

• Teplotní spád okruhu to [K] (10-15 K)

• Součinitel zatékání do tělesa [-] (0,3-0,5)

29


• Výpočet okruhu

oo

o

QM

c t

T oM M

tm

t1

t2

Hmotnostní průtok tělesem

(kg/s)

Hmotnostní průtok okruhem

(kg/s)

m

T N

N

tQ Q

t

1 0,5o i T

mT

o T

t Q Qt t

Q c M

Střední teplota libovolného

tělesa (°C)

Výkon tělesa - přepočet ze standardních podmínek (kW)

Součinitel zatékání

TT

T

Qt

c M

Teplotní rozdíl na tělese (°C)

ti

Δt

30

2014

16

o

oo

tc

QM

1. Hmotnostní průtok okruhem Mo

uo pnRLp 5. Tlaková ztráta okruhu pc,

n - počet těles, pu, -tlaková ztráta uzlu tělesa

dlekv 3. Ztráty místními odpory vyjádříme pomocí

ekvivalentní délky lekv

2. Návrh profilu potrubí (podle R nebo v)

ekvllL 4. Výpočtová délka okruhu L

31


OS 85/65°C, Q0=5000W

1200W/ 20°C 2000W/ 18°C1800W/ 20°C

QT

ti

αT

MT

ΔtT

t1TtmT

W °C --- kg/h °C °C °C

1 1200 20 0.4 86 12 85 79

2 1800 20 0.4 86 18 80.2 71.2

3 2000 18 0.4 86 20 73 63

85

73

80.2

85 7362.280.2

73

79

53

71.2

65

63

1 1 2(1 )T T Tt t t


32

2014

17

• Hmotnostní průtok + dopravní tlak• Návrh čerpadla dle výkonu

g V H p VP

Dopravní množství (m3/s)

Jmenovitý výkon čerpadla (W)

Skutečný výkon čerpadla zvolit o 10-20% větší než vypočtený.

Dopravní tlak (Pa)

1m v.s.=10kPa

Pozor na tlakové ztráty

termostatických ventilů a jejich

hlučnost (do 20kPa).

Účinnost čerpadla (W)

Návrh čerpadla

33

Návrh čerpadla

• Návrh čerpadla

34

2014

18

Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav

• Výpočet tlakové ztráty pro navržené dimenze potrubí

– třením

– místními odpory

• Tlakové ztráty okruhu porovnáme s dispozičním tlakem (přirozený oběh x nucený oběh)

Přebytek tlaku regulujeme nastavením regulačních

armatur

Nedostatek tlaku buď zvýšením tlaku nebo

snížením tlakových ztrát

35


• Regulační ventily u těles

– ve většině případů

• Regulační ventily v okruhu

– při rozsáhlých soustavách, kde je nutné vyvážit více objektů nebo částí

• Clonky v potrubí

– nedoporučuje se (zarůstání, koroze)

36

2014

19


• kv, kvs hodnota

• průtok V v m3.h-1 regulační armaturou při jednotkovém rozdílu tlaku pz=100kPa

• slouží k volbě přednastavení regulační armatury

– z daného průtoku V a požadované tlakové ztráty p určím potřebnou kv

hodnotu armatury

37

10V

z

Vk

p


Příklad: Hledáme nastavení ventilu u tělesa s výkonem 1580W a přetlakem 0,1 bar = 10 kPa

13

13

22,010,0

070,0

070,0970204196

360015803600

hmp

Vk

hmtc

QV

v

38

2014

20

Hydraulická stabilita

• Proč ?

• Ve výpočtu uvažujeme ustálený stav x proměnná realita způsobená především: – proměnlivými hodnotami přídavného vztlaku vlivem

měnící se teploty otopné vody

– proměnlivými tlakovými poměry v OS vlivem funkce termostatických ventilů

• Řešení:– pasivní vyregulování přesným výpočtem

– aplikace automatických regulačních prvků

39


• Pasivní regulace výpočtem

– pravidla pro navrhování jednotlivých částí OS

– např. u soustav s přirozeným oběhem:

• nejvíce tlaku spotřebovat na tělesech

• tlaková ztráta ve stoupačce = účinnému tlaku vzniklému ve stoupačce

• tlaková ztráta v ležatých rozvodech = účinnému tlaku vzniklému v ležatých rozvodech

– náročné početně, problém realizace

40

2014

21


• Aplikace automatických regulačních prvků

– přepouštěcí ventily

• otvírá se podle odchylky diferenčního tlaku, umisťuje se do obtoku čerpadla nebo mezi přívodní a vratné potrubí OS

– regulátory diferenčního tlaku

• škrtící (!) ventil v potrubí řízený diferenčním tlakem

– čerpadla s řízenými otáčkami

• konstantní tlak čerpadla při proměnném průtoku

41

• Komerční - zpravidla kvalitní profesionální řešení, stabilní verze programu, podpora v případě chyby programu, odborná školení, otevřená databáze výrobků.

• Firemní – databáze výrobků omezeny, velké rozdíly v kvalitě a podpoře uživatelů, obtížné řešení chyb. Kvalita závislá na verzi.

• Ostatní – zcela individuálně hodnotitelné. Studentské programy, pomůcky projektantů.

Pouze textový výstup X Textový i grafický výstup

Kvalita programu předběžně posouditelná dle úrovně manuálu a uvedení příkladů řešení, verze programu, informacích o školení.

Výpočetní programy

42

2014

22

• Protech [ www.protech.cz] výpočtová linka se souborem programů pro výpočty v oblasti TZB. Tepelný výkon, dimenzování soustavy, větrání kotelny. Komerční program.

• IMI international [www.imi-international.net] Soubor programů IMItop. Databáze výrobků firmy. Zdarma. (Dále program pro náhrady armatur a přepočty kv hodnot)

• Uponor [www.uponor.cz] Programy pro výpočet vytápění včetně podlahového. Zdarma s firemní databází, komerčně plná verze.

• TechCon [www.techcon.cz] Projekční a výpočtový CAD systém s firemními databázemi.


43

• Rychlost editace

• Výpis materiálu

• Detailní vlastnosti výrobků

• Grafické rozhraní


44

2014

23


45

• Ukázka výpočetního výstupu


46

• Ukázka grafického výstupu

2014

24

Návrh zabezpečovacího zařízení otopných soustav

47

• Tepelné soustavy musí být zabezpečeny proti:

– Nejvyššímu přetlaku

– Nejvyšší teplotě

– Změnám objemu vody v soustavě

Výpočet těchto parametrů je součástí návrhu zabezpečovacího zařízení otopné soustavy.

Všechny části soustavy musí konstrukčně vyhovovat těmto nejvyšším požadavkům. Zabezpečovací zařízení se rozdělují dle normy na zařízení pro nízkotlaké parní kotle (do 50kPa), teplovodní otopné soustavy s nejvyšší pracovní teplotou 110 °C a ohřívače teplé vody.

Pojistné zařízení

Terminologie: Systém a Soustava 48

2014

25

• Přetlak - tlak nad atmosférickým tlakem vzduchu (obvykle 100 kPa). Srovnávací rovinou je tak tlak vzduchu.

• Absolutní tlak - tlak měřený k absolutní tlakové nule, tedy včetně tlaku atmosférického.

• Normální tlak - přibližně průměrná hodnota tlaku vzduchu při mořské hladině na 45° s.š. při teplotě 15 °C a tíhovém zrychlení gn = 9,80665 m.s-2.

Tlak

49

Manometr (tlakoměr)

-měřidlo tlaku tekutiny

- deformační – membrány, vlnovce

-porovnávací (u plynu)

Tlak tekutiny

en.wikipedia.org

Barometr- rtuťový- aneroid

www.tlakoměry-teplomery.cz

50

2014

26

• Odvozenou jednotkou SI jsou pro tlak jednotky „Pascal“ (Pa). V technické praxi se však ve většině zahraničních zemí používá jednotka „bar“ a její užívání je dočasně povolené.

• Je nutné dodržovat pravidlo, kdy u jednoho projektu jsou použity pro tlak pouze jedny shodné jednotky.

Tlak

Platí 100 kPa = 1 bar

Blaise Pascal (1623 Clermont –1662 Paříž) byl francouzský matematik, fyzik, spisovatel, teolog a náboženský filosof.

Bar je vedlejší jednotkou tlaku v soustavě SI. Bar je stále užíván pro svou

názornost, neboť přibližně odpovídá starší jednotce tlaku jedné atmosféry

anebo hydrostatickému tlaku 10 m vodního sloupce.

1 mbar = 0,001 bar = 100 Pa = 1 hPacs.wikipedia.org/wiki/Blaise_Pascal

51

• Vzhledem k velké stlačitelnosti plynů není barometrický tlak lineární funkcí výšky

• Barometrická rovnice

• Boyleův-Mariottův zákon

• Stavová rovnice - určuje vztah mezi jednotlivými stavovými veličinami charakterizujícími daný termodynamický systém

• Ideální plyn:

Tlak vzduchu

n - látkové množství plynuR - molární plynová konstanta T - absolutní teplota plynu

52

en.wikipedia.org

2014

27

• Hydrostatický tlak je tlak, který vzniká v kapalině její tíhou.

• Tlak v kapalině 𝑝 = ℎ. 𝜌. 𝑔

• Působí-li na hladině kapaliny ještě nenulový aerostatický (atmosférický, barometrický) tlak b, je nutno ho přičíst:

𝑝 = ℎ. 𝜌. 𝑔+b (Pa)

Hydrostatický tlak

www.zs-fyzika.webnode.cz

www.tlakoměry-teplomery.cz

53

• Každý zdroj tepla musí být vybaven neuzavíratelně připojeným pojistným zařízením.

• Pojistné zařízení se připojuje k otopné soustavě v pojistném místě.

• Pojistné místo je horní část zdroje tepla a část výstupního potrubí ze zdroje tepla končící ve vzdálenosti nejvýše 20 DN výstupního potrubí od hrdla. V pojistném místě musí být umístěn také teploměr, tlakoměr a případné snímače teploty, tlaku nebo nedostatku vody v soustavě.


www.reflexcz.cz54

2014

28

• Pojistný úsek je část otopné soustavy, ve které je zdroj tepla; je vymezen uzavíracími armaturami na vstupu a na výstupu ze zdroje tepla.

• Pojistné potrubí je potrubí propojující pojistné zařízení s pojistným místem. Pojistné a expanzní potrubí musí být umístěno tak, aby se samočinně odvzdušňovalo. Pokud to není možné, je nutné instalovat automatické odvzdušňovací zařízení.


55

Zdroj tepla Ochrana proti

překročení

nejvyššího

dovoleného

přetlaku

Ochrana proti

překročení

nejvyšší dovolené

teploty

Kotel ano (+ podtlak) ano

Výměník ano ano

Ohřívák TV ano ano

Redukční zařízení

tlaku

ano -

Směšovací zařízení - ano


Skladba pojistného zařízení:

56

2014

29

• Ochrana - musí být navržena tak, aby byla schopna odvést příslušné množství teplonosné látky určené výkonem zdroje tepla, které může vzniknout provozem zdroje tepla bez odběru tepla nebo při dopouštění vody do otopné soustavy.

• Ochrana může být řešena hydrostaticky pomocí sloupce vody v pojistném potrubí a expanzní nádobě nebo pojistným ventilem. Oba systémy mohou být kombinovány.

• Zdroje tepla se rozdělují do skupin podle skupenství vody, která by procházela pojistným zařízením v případě, kdy by nebyl odběr tepla ze zdroje. Dimenzování pojistného zařízení se následně provádí podle příslušné skupiny zařízení.

Ochrana proti překročení nejvyššího dovoleného přetlaku

57

• Skupina A výměníky tepla, nepřímo vytápěné ohřívače TV, redukční a směšovací zařízení. U zdroje tepla skupiny A1 může být pojistné zařízení umístěno na zpětné části pojistného úseku.

• Skupina B kotle a přímo vytápěné ohřívače TV.

Θ1 teplota vstupu ohřívací látky (°C), Θ2x teplota ohřívané vody na mezi odparu při nejvyšším dovoleném přetlaku (°C)

Skupiny zdrojů tepla

Zdroj tepla Varianta Teplotní rozsah (°C) Vstup do

pojistného

zařízení

Výstup

z pojistného

zařízení

A 1 Θ1 < 100°C voda voda

2 100°C < Θ1 < Θ2x voda směs

3 100°C < Θ2x < Θ1 pára pára

B - - pára pára

58

2014

30

• ČSN 134309-2 Průmyslové armatury. Pojistné ventily. Část 2: Technické požadavky. 1994.

• ČSN 134309-3 Průmyslové armatury. Pojistné ventily. Část 3: Výpočet výtoků. 1994.

• nejběžnější pojistné zařízení

• nainstalován přímo na zdroji tepla nebo v soustavě co nejblíže zdroji tepla nejlépe NEUZAVIRATELNĚ

• při použití více pojistných ventilů musí mít nejmenší z nich kapacitu minimálně 40 % celkového pojistného výkonu

• minimální rozměr ventilu je DN 15

• při umístění nesmí být na přívodním potrubí tlaková ztráta vyšší než 3 % nastaveného přetlaku ventilu, na výfuku pak 10 %

• pojistné potrubí za pojistným ventilem nesmí mít menší průměr než pojistný ventil

• umístění pojistného ventilu je nutné řešit s ohledem na jeho přístupnost.

• odvod teplonosné látky je nejvhodnější provést viditelným odvodem do kanalizace

Pojistný ventil

59

• V případě výkonu zdroje vyššího než 300kW je nutné, pokud nemá zdroj instalován dodatečný omezovač teploty a přetlaku, na výfukové potrubí instalovat odlučovač vody a páry. Výfukové potrubí páry je vhodné odvádět do ovzduší.

• Při překročení mezního přetlaku v soustavě nebo při přerušení dodávky pomocné, nejčastěji elektrické energie, musí omezovač přetlaku uzavřít dodávku paliva nebo tepla. Tlakový omezovač musí být nastaven tak, aby byl uveden v činnost dříve než pojistný ventil. Omezovače přetlaku nejsou nutné, pokud zdrojem tepla soustavy je výměník tepla.

Pojistný ventil

www.spirax.cz

60

2014

31

Ochrana proti překročení nejvyššího dovoleného přetlaku

www.herz.cz

www.spiraxsarco.com 61

• Pojistné zařízení musí zajistit odvod pojistného výkonu Φp (kW) ze zdroje tepla.

• Pro zařízení skupiny A1, A3 a B platí, že Φp=Φn , kde Φn je jmenovitý výkon zdroje tepla (kW).

• Pojistný průtok pro vodu (m3.h-1) je 𝑉𝑝 =Φ𝑝

1000

• Pojistný průtok pro páru (kg.h-1) je 𝑀𝑝 =Φ𝑝

𝑟, kde r je

výparné teplo při otevíracím přetlaku pojistného ventilu.

Výpočet pojistného zařízení

62

2014

32

• Průřez sedla pojistného ventilu A0 (mm)se stanoví podle vztahu:

• Pro vodu 𝐴0 =2.Φ𝑝

𝛼𝑣. 𝑝𝑃𝑉

• Pro páru 𝐴0 =Φ𝑝

𝛼𝑣.𝐾

• Vnitřní průměr pojistných potrubí (mm) se stanoví ze vztahu:

• Pokud nemůže dojít k vývinu páry 𝑑𝑣 = 10 + 0,6. Φ𝑝

• Pokud může dojít k vývinu páry 𝑑𝑝 = 15 + 1,4. Φ𝑝

Návrh velikosti pojistného ventilu

PPV (kPa) 50 100 140 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900

K (kW.mm-2) 0,5 0,67 0,79 0,97 1,12 1,26 1,41 1,55 1,69 1,83 2,1 2,37 2,64 2,91

r (kW.mm-2) 0,618 0,611 0,607 0,601 0,596 0,593 0,589 0,585 0,582 0,579 0,574 0,569 0,564 0,560

Jmenovitá světlost 1/2"

DN15

3/4"

DN20

1“

DN25

5/4“

DN32

Nejmenší průtočný průřez A0 (mm2) 201 314 452 754

Výtokový součinitel αv () 0,64 0,61 0,60 0,62

63

• Otopná soustava má zdroj kotel o výkonu 40 kW.

• Průřez sedla pojistného ventilu A0 (mm)se stanoví podle vztahu:

• Pro páru 𝐴0 =Φ𝑝

𝛼𝑣.𝐾=

40

0,64.1,26= 49,6 = 50 𝑚𝑚2

• Vhodný průměr pojistného ventilu DN15.

• Minimální vnitřní průměr pojistných potrubí se stanoví, pokud může dojít k vývinu páry jako:

• 𝑑𝑝 = 15 + 1,4. Φ𝑝 = 15 + 1,4. 40 = 23,8 = 24 𝑚𝑚

Příklad výpočtu pojistného ventilu

Jmenovitá světlost 1/2"

DN15

3/4"

DN20

1“

DN25

5/4“

DN32

Nejmenší průtočný průřez A0

(mm2)

201 314 452 754

Výtokový součinitel αv () 0,64 0,61 0,60 0,62

64

2014

33

• Kotle na tuhá paliva teplovodních soustav s ruční obsluhou a oběhovými čerpadly musí být vybaveny zařízením, které uzavře přívod spalovacího vzduchu. V případě výpadku oběhového čerpadla musí být kotle na tuhá paliva s ruční obsluhou a ostatní určené zdroje vybaveny zařízením schopným chladit kotel po určenou dobu například odparem vody (např. u kotlů na tuhá paliva min. 30 min).

Zabezpečení

www.kamna.astranet.cz 65

• V případě že dojde k využití funkce zabezpečení proti nejvyšší dovolené teplotě nebo nejvyššímu dovolenému přetlaku, je možné obnovení provozu až po zásahu obsluhy.

Zabezpečení

www.viadrus.cz66

2014

34

• Navržena tak, aby při překročení teploty byla automaticky odstavena dodávka energie do zdroje tepla.

• Pro zdroje skupiny A platí tento požadavek i při přerušení dodávky elektrické energie. Nastavení teploty musí být viditelné a chráněné proti snadnému přestavení.

• V případě výměníků tepelných soustav a u redukčních nebo směšovacích stanic musí být instalováno automatické omezovací zařízení, které uzavře přívod tepla v případě překročení nejvyšší pracovní teploty. Zařízení uzavře přívod tepla také při výpadku dodávky elektrické energie.

Ochrana proti překročení nejvyšší dovolené teploty

www.thermis.cz

www.elny.cz

67

• V případě kotlů na kapalná a plynná paliva a elektrokotlů musí automatické omezovací zařízení vypnout přívod paliva a elektrické energie při dosažení nejvyšší pracovní teploty.

• Pokud zdroj tepla není vybaven bezpečnostním omezovačem teploty, instaluje se tento omezovač do výstupního potrubí co nejblíže zdroji tepla. Zvýšení teploty má tak být maximálně 10 °C.

Ochrana proti překročení nejvyšší dovolené teploty

www.metra-su.czwww.metra-su.cz

68

2014

35

• Zdroje tepla zejména umístěné nad otopnou soustavou musí být vybaveny pojistným zařízením proti nedostatku vody v otopné soustavě. Toto pojistné zařízení signalizuje nedostatek vody do místa obsluhy a odstaví zdroj tepla z provozu.

Ochrana proti nedostatku vody

69

• automatické zařízení na doplňování vody do soustavy

• při poklesu tlaku v topné soustavě kontrolovaně doplní, zpravidla ze soustavy pitné vody

• místo instalace musí být zabezpečené proti zaplavení a mrazu a dobře větratelné

• max. tlak 10 bar

Automatické doplňování vody do soustavy

www.reflexcz.cz

70

2014

36

• Automat pro topné, chladící a solární soustavy

• Změkčovací filtry-úpravna vody

Doplňovací automat

www.reflexcz.czwww.anticalc.cz www.hydrodem.cz

71

• Expanzní zařízení je součástí zabezpečovacího zařízení vodních soustav vytápění umožňující vyrovnání změn roztažnosti vody v otopné soustavě bez její ztráty, udržení přetlaku v otopné soustavě v předepsaných mezích a případně automatické doplňování vody do otopné soustavy při jejích drobných netěsnostech.

• Expanzní zařízení je do soustavy připojeno v neutrálním bodě pomocí expanzního potrubí.

• Zdrojem přetlaku expanzního zařízení může být:– hydrostatický tlak (svislé potrubí s otevřenou expanzní nádobou)

expanzní čerpadlo s expanzní armaturou

– přetlak plynového nebo parního polštáře působící přímo na vodní hladinu soustavy nebo přes membránu.

• Nejběžnějším způsobem je zvláště v oblasti malých výkonů využití uzavřené expanzní nádoby s membránou.

Expanzní zařízení

72

2014

37

Příklad expanzní nádoby

www.reflexcz.cz

73

Příklad expanzní nádoby

www.thermona.cz

www.tzb-info.cz

74

2014

38

• Expanzní nádobu (tlakovou) je nutné napojit vždy poblíž sání čerpadla

Zapojení EN do soustavy

www.tzb-info.cz/219-kam-umistit-expanzni-nadobu-a-cerpadlo-v-systemu-ustredniho-vytapeni75

• Použit kulový kohout se zajištěním v otevřené poloze na odděleni expanzní nádoby od soustavy -minimálně jednou za rok kontrola EN.

• Membránu (vak) expanzní nádoby nevystavovat teplotám nad 70 °C.

Doporučené zapojení EN

76

2014

39

Vytápěcí soustava Objem vody na kW

výkonu soustavy (l/kW)

Nucený oběh, plynový kotel, konvektory 4

Nucený oběh, plynový kotel, trubková tělesa 6

Nucený oběh, plynový kotel, desková tělesa 10

Nucený oběh, kotel na tuhá paliva, článková tělesa 12

Přirozený oběh, kotel na tuhá paliva, článková tělesa 16

Podlahové topení 20

Stanovení objemu vody

Expanzní zařízení je součástí zabezpečovacího zařízení vodních soustav vytápění umožňující vyrovnání změn roztažnosti vody v otopné soustavě bez její ztráty, udržení přetlaku v otopné soustavě v předepsaných mezích a případně automatické doplňování vody do otopné soustavy při jejích drobných

77

• ČSN EN 12828 Tepelné soustavy v budovách - Navrhování teplovodních tepelných soustav. 2005. – jednotky bar

• ČSN 060830 Tepelné soustavy v budovách - Zabezpečovací zařízení. 2010. – jednotky Pa

Výpočet membránových expanzních nádob

MR-manometrická rovina, běžně hMR=1,5 m nad podlahou, PV pojistný ventil, P tlakoměr, OT otopné těleso, EN expanzní nádoba, NB neutrální bod otopné soustavy, Č čerpadlo, K kotel, hST hydrostatická výška (m).

78

2014

40

• Expanzní objem Ve se stanoví na základě zvětšení objemu vody v soustavě při jeho ohřátí z 10 °C na střední návrhovou teplotu vody v otopné soustavě θm (°C).

• Expanzní objem Ve (l) dle ČSN EN 12828 𝑉𝑒 = 𝑒.𝑉𝑆𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚

100Koeficient objemu vody e (%) přímo vyjadřuje zvětšení vody při dané teplotě.

• Expanzní objem Ve (l) dle ČSN 060830 𝑉𝑒 = 𝑉. ∆𝜐Koeficient Δν (l.kg-1) je součinitel zvětšení objemu vody, který závisí na hustotě vody při dané teplotě.


Nejvyšší návrhová

expanzní teplota

(°C)

Změna objemu vody

e (%)

60 1,71

70 2,22

80 2,81

90 3,47

79

• Celkový objem expanzní nádoby Vexp,min (l)

𝑉𝑒𝑥𝑝,𝑚𝑖𝑛 = 𝑉𝑒 + 𝑉𝑊𝑅 .𝑝𝑒 + 100

𝑝𝑒 − 𝑝0Tlaková expanzní nádoba má mít rezervu pro případ vyrovnání malých ztrát vody v soustavě. VWR (l) je rezerva vodního objemu. Pro expanzní nádoby menší než 15 l má být rezerva minimálně 20 % tohoto objemu, pro nádoby s objemem vyšším než 15 l minimálně 0,5 % z celkového vodního objemu tepelné soustavy, minimálně ale 3 l.

(podle ČSN 060830 činí 30 % expanzního objemu, tedy 𝑉𝑊𝑅 = 0,3. 𝑉𝑒)

Vypočtený objem expanzní nádoby Vexp,min je objem nejmenší.


V případě použití příliš malé expanzní nádoby je ještě před dosažením nejvyšší provozní teploty vody dosažen přetlak pPV a dochází k otevření pojistného ventilu v soustavě. Nutné je tak časté dopouštění vody do soustavy.

(běžná řada 8, 12, 18, 25, 35, 50, 80, 140, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000 litrů) maximální dovolený pracovní přetlak (běžná řada 300, 600, 1000, 1600, 2500 kPa).

80

2014

41


nejvyšší dovolený tlak, při kterém membránová expanzní nádoba pojme objem vody (Ve+VWR)

Ppv a PeTlakový rozdíl u pojistných ventilů přímočinných a pojistných ventilů s přídavným zařízením je 10 %, 15 kPa pak platí u otevíracích přetlaků nižších a rovných 150 kPa

p0 je výchozí návrhový přetlak v soustavě (kPa). Minimální hodnota je 70 kPa, doporučeno ≥100 kPa.

𝑝𝑆𝑇 = ℎ𝑆𝑇 . 𝜌. 𝑔

𝑝0 ≥ 𝑝𝑆𝑇 + 𝑝𝐷

𝑝0 = 𝑝𝑆𝑇 + 𝑝𝐷 + ∆𝑝č + ∆𝑝𝑅

𝑝𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟 = 𝑝𝑘 +ℎ𝑖 . 𝜌. 𝑔

1000

81


www.tzb-info.czwww.reflexcz.cz

82

2014

42

Otopná soustava s objemem 1000 litrů vody, výška soustavy mezi neutrálním bodem a nejvyšším bodem soustavy je 12 m, nejvyšší teplota v soustavě je uvažována 90 °C.

• Pojistný ventil má nastaven otevírací přetlak 300 kPa.

• Expanzní přetlak v soustavě proto volíme 280 kPa

• Změna objemu vody e je dle tabulky 3,47 %.

• Statický tlak v soustavě 𝑝𝑆𝑇 = ℎ𝑆𝑇 . 𝜌. 𝑔 = 12.1000.9,81 =118 𝑘𝑃𝑎

• Minimální provozní přetlak p0 proto volíme 150 kPa

• Expanzní objem vody 𝑉𝑒 = 𝑒.𝑉𝑆𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚

100= 3,47.

1000

100= 34,7 𝑙

• Objem vodní rezervy 𝑉𝑊𝑅 = 𝑟. 𝑉𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 0,005.1000 = 5𝑙

Příklad výpočtu velikosti expanzní nádoby

83

• Celkový objem expanzní nádoby 𝑉𝑒𝑥𝑝,𝑚𝑖𝑛 = 𝑉𝑒 + 𝑉𝑊𝑅 .𝑝𝑒+100

𝑝𝑒−𝑝0=

34,7 + 5 .280+100

280−150= 116 (objem nejblíže vyšší expanzní nádoby je dle

výrobní řady výrobce 140 l)

• Plnící přetlak soustavy

• 𝑝𝑎,𝑚𝑖𝑛 ≥𝑉𝑒𝑥𝑝,𝑚𝑖𝑛. 𝑝0+100

𝑉𝑒𝑥𝑝,𝑚𝑖𝑛−𝑉𝑊𝑅− 100 =

140. 150+100

140−5− 100 = 159 𝑘𝑃𝑎

• 𝑝𝑎,𝑚𝑎𝑥 ≤𝑝𝑒+100

1+𝑉𝑒. 𝑝𝑒+100

𝑉𝑒𝑥𝑝,𝑚𝑖𝑛. 𝑝0+100

− 100 =280+100

1+34,7. 280+100

140. 150+100

− 100 = 176 𝑘𝑃𝑎

• Počáteční přetlak soustavy tak volíme 170 kPa.

• Min. vnitřní průměr expanzního potrubí (nemůže dojít k vývinu páry) 𝑑𝑣 =

10 + 0,6. Φ𝑝 = 10 + 0,6. 40 = 13,8 𝑚𝑚 , nejblíže vyšší DN potrubí je

DN15

Příklad výpočtu velikosti expanzní nádoby

84

2014

43

• Zabezpečení soustavy

• V solárním okruhu použít výhradně expanzní nádobu s maximálním provozním tlakem 10 barů a membranou odolavajici koncentracim nemrznoucich latek do 50 %.

Solární soustava

Schéma solární soustavy - firemní materiál

85

• pro udržování tlaku, automatické doplňování a odplyňování

• udržuje tlak v soustavě pomocí přepouštěcího ventilu a čerpadla

• při chladnutí v soustavě klesá tlak, čerpadlo zapne a přečerpá potřebné množství vody z nádoby do soustavy. Při zvýšení teploty se v soustavě tlak zvýší, otevře se přepouštěcí ventil a voda se přepouští do nádoby. Uskladněná voda v beztlaké nádobě je od vzduchu oddělena kvalitní butylovou membránou.

Expanzní automat

www.reflexcz.cz

www.audry.cz

86

2014

44

• Řízená desorpční metoda - princip lahve sodovky, při jejímž otevření dochází k úniku plynů. Použitím expanzního automatu není nezbytné provádět odvzdušnění nejvýše položených částí otopné soustavy

• Ekologický přínos představuje fyzikální úprava vody, bez použití chemikálií (pouze úprava pH). Oběhová voda se zcela zbavuje kyslíku a dalších plynů, které kromě zavzdušnění způsobují koroze materiálů, eroze čerpadel a poškození kotlů či výměníků.

Expanzní automat

87

Expanzní automat

www.audry.cz88

2014

45

Příklady umístění expanzních nádob

www.buderus.cz

89

• Ohřívače vody musí být osazeny zařízením pro provozní i havarijní omezení teploty. Pro případ selhání těchto zařízení jsou samostatně uzavíratelné ohřívače teplé vody vybaveny pojistným ventilem. Průměr pojistného ventilu u průtokového ohřívače se provádějí běžným výpočtem, u zásobníkového ohřívače průměr pojistného ventilu závisí na objemu ohřívače vody dle tabulky.

Ohřívače teplé vody

DN pojistného

ventilu

Objem ohřívače (l)

15 Do 250

20 Do 1000

25 Do 4000

32 Do 8000

40 Do 10000

Sestava armatur před ohřívačem teplé vody. U uzávěr, Z zkušební kohout, K zpětný ventil nebo zpětná klapka, PV pojistný ventil, M tlakoměr.

90

2014

46

• vyrovnávají objemovou roztažnost soustav pitné a užitkové vody nebo se používají pro snížení rázů od čerpacích stanic nebo jiných zařízení

• většinou se používá vyměnitelná membrána.

• pro pitnou vodu musí mít membrána hygienický atest.

• části přicházející do styku s vodou jsou vyrobené z nekorozivních materiálů (nerez, mosaz, bronz) nebo jsou ošetřeny proti korozi nástřiky, povlaky.

• součástí expanzní nádoby by měla být i uzavírací armatura, která navíc zabezpečí výměnu vody v nádobě. (Nádoba je průtoková!)

Expanzní nádoba na TV (TUV)

www.tzbinfo.cz

91

Vzduchový ventilek s kloboučkem

Nádoba s povrchovou úpravou polyuretanem

Butylová membrána

(Polypropylenová vložka)

Připojení na potrubí

92

2014

47

• Portál TZBinfo

• Online výpočtový nástroj (2003)

Výpočtové programy

www.tzbinfo.cz 93

• Systém firmy Protech


www.protech.cz94

2014

48

• Firemní programy např. firmy Reflex


www.reflexcz.cz95

Konec

96

Date post:	30-Sep-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

125ES Energetické systémy budov Část...

Documents