6b. Węzeł cieplny-obliczenia

Opracował: mgr inż. Krzysztof Gojżewski
Dwufunkcyjny węzeł cieplny w budynku warsztatu SPPK Police
Dane ogólne obiektu:
Adres:
Bilans ciepła dla węzła:
Zapotrzebowanie ciepła dla potrzeb c.o.
Zapotrzebowanie ciepła dla potrzeb wentylacji mechanicznej
Zapotrzebowanie ciepła dla węzła cieplnego
cw - ciepło właściwe wody
ρ - gęstość wody w temperaturze 10 oC
Ciśnienie dyspozycyjne sezon
Temperatura zasilania z msc zimą:
Temperatura powrotu do msc zimą:
Temperatura zasilania instalacji c.o.
Temperatura powrotu z instalacji c.o.
Temperatura zasilania z msc w lecie:
Temperatura powrotu do msc w lecie:
Temperatura wody zimnej
Temperatura ciepłej wody użytkowej
Gęstość wody sieciowej zimą przy
Gęstość wody instalacyjnej przy
Dobór wymienników centralnego ogrzewania
Dobrano:
100 oC
60 oC
Qco =
Qwm =
Q=
19,4 kW
87,9 kW
107,3 kW
cw =
ρ=
Pd(D)=
Tzmsc_z =
Tpmsc_z =
Tzco =
Tpco =
Tzmsc_l =
Tpmsc_l =
Tzcwu =
Tcwu =
ρ105 =
ρ80 =
4,19
999,7
35
135
65
70
50
70
35
5
60
958,3
971,8
kJ/kg×oC
kg/m3
mH2O
oC
oC
oC
oC
oC
oC
oC
oC
kg/m3
kg/m3
Lutowany wymiennik płytowy firmy Alfa Laval typ CBH16-17A(32870 8708 0), ze śrubunkami do wspawania
po stronie wody sieciowej oraz gwintowanymi po stronie centralnego ogrzewania, z fabryczną izolacją
Do niniejszego projektu załączono wyniki obliczeń.
0,24 m3/h
Przepływ obliczeniowy węzła po stronie sieciowej
Gmsc =
0,71 kPa
∆pmsc_wym =
Opory przepływu przez wymiennik:
Po stronie sieciowej:
0,0071 bar
Przepływ obliczeniowy wody instalacyjnej:
Ginst =
Po stronie instalacyjnej:
∆pin_wym =
0,83 m3/h
4,27 kPa
0,0427 bar
Dobór wymienników wentylacji mechanicznej
Dobrano:
Lutowany wymiennik płytowy firmy Alfa Laval typ CB30-34H(V22,V22) (32870 8338 7), ze śrubunkami do
wspawania po stronie wody sieciowej oraz gwintowanymi po stronie wentylacji mechanicznej, z fabryczną izolacją
Do niniejszego projektu załączono wyniki obliczeń.
1,08 m3/h
1,15 kPa
0,012 bar
Przepływ obliczeniowy węzła po stronie sieciowej
Opory przepływu przez wymiennik:
Po stronie sieciowej:
Gmsc =
∆pmsc_wym =
Przepływ obliczeniowy wody instalacyjnej:
Ginst =
∆pin_wym =
3,78 m3/h
14 kPa
0,14 bar
Gmsc_co =
Gmsc_wm =
Gmsc =
0,24 m3/h
1,08 m3/h
1,32 m3/h
Gobl =
Qn =
1,32 m3/h
1,32 m3/h
Po stronie instalacyjnej:
Dobór pozostałych urządzeń węzła cieplnego.
Przepływ wody sieciowej dla potrzeb c.o. (Gmsc_co)
Przepływ wody sieciowej dla potrzeb wm (Gmsc_wm)
Całkowity przepływ przez węzeł cieplny
Dobór ciepłomierza głównego
Gobl = Gmsc_co
Przepływ obliczeniowy węzła cieplnego
Wymagany przepływ nominalny
1 ×Gobl
Dobrano:
Ciepłomierz ultradźwiękowy firmy Kamstrup typ ULTRFLOW, z przetwornikiem przepływu, Qn=1,5 m3/h, Dn20, PN
16, wymiary G3/4 × 110 mm,
kvs_ciepł =
3,2 m3/h
∆pciepł =
0,17 bar
Dobór zaworu regulacyjnego centralnego ogrzewania
Strona
Opracował: mgr inż. Krzysztof Gojżewski
Przepływ obliczeniowy węzła cieplnego
Opory instalacji węzła
Wymagany współczynnik przepływu
Gobl = Gmsc_co
kvs = Qco/(∆pz_co1/2)
Gobl =
∆p(inst) =
0,24 m3/h
0,18 bar
kvs =
0,57 m3/h
Dobrano:
Zawór firmy Samson typ 3222/5824-10, średnica Dn15, ciśnienie robocze 16 bar,z siłownikiem 5825-10, bez funkcji
awaryjnej, kvs=1,0 m3/h, zredukowany
1,00 m3/h
Współczynnik kvs zaworu regulacyjnego c.o.
kvs_z_co =
∆pz_co_rz =
Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze
0,06 bar
Nz(co) =
Rzeczywisty autorytet zaworu
0,25
Dobór zaworu regulacyjnego wentylacji mechanicznej
Gobl = Gmsc_co
Gobl =
Przepływ obliczeniowy węzła cieplnego
1,08 m3/h
∆p(inst) =
Opory instalacji węzła
0,02 bar
Wymagany współczynnik przepływu
kvs = Qco/(∆pz_co1/2)
kvs =
7,64 m3/h
Dobrano:
Zawór firmy Samson typ 3222/5824-10, średnica Dn15, ciśnienie robocze 16 bar,z siłownikiem 5825-10, bez funkcji
awaryjnej, kvs=4,0 m3/h
Współczynnik kvs zaworu regulacyjnego c.o.
kvs_z_co =
4,00 m3/h
∆pz_co_rz =
Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze
0,07 bar
Nz(co) =
Rzeczywisty autorytet zaworu
0,78
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Gobl = Gmsc
Gobl =
Przepływ obliczeniowy węzła cieplnego
1,32 m3/h
Dobrano:
Zawór firmy Samson typ 46-7, średnica Dn15, ciśnienie robocze 25 bar, zakres przepływu 0,6÷1,3 m3/h dla
mierniczego spadku na zaworze 0,2 bar, zakres nastaw ciśnienia 0,2÷1,0 bar, kvs =4,0 m3/h.
Współczynnik kvs regulatora różnicy ciśnień i przepływu c.o.
kvs_z_PV =
4,0 m3/h
∆pz_PV_rz =
Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze
0,11 bar
∆pz_m =
Mierniczy spadek ciśnienia na zaworze
0,2 bar
∆pz_PV =
Całkowity spadek ciśnienia na zaworze
0,31 bar
26,90 kPa
Nastawa regulatora różnicy ciśnień
zima =
Obliczenie oporów przepływu przez węzeł
Przewody centralnego ogrzewania
Gobl =Gmsc(co)
przepływ obliczeniowy
Dobór przewodów
założona średnica rurociągu
średnica zewnetrzna rurociągu
grubość ścianki rurociągu
rzeczywista średnica wewnetrzna rurociągu
rzeczywista prędkość przepływu w rurociągu
dobrano średnice przyłącza
Zestawienie oporów przepływu po stronie wysokiej c.o.:
Urządzenia
filtr siatkowy kołnierzowy
DN 25
Gobl =
Gobl =
DN =
De =
Ds =
De =
v=
DN =
kvs_filtr =
0
zawór kulowy
ilość
długość przewodów
jednostkowy spadek ciśnienia
spadek ciśnienia
opory miejscowe:
kolana 1,5xD
trójniki przelotowe
zwężka
Przewody wentylacji mechanicznej
Strona
kvs_zk =
DN 25
2
ilość
6
13
2
ζ
0,17
0,04
1,3
Σζ
1,02
0,52
2,6
0,24
0,00007
25
33,7
3,25
27,2
0,12
25
16,5 m3/h
∆p(fom) =
71,5 m3/h
∆pz(zk) =
L=
∆pL_jedn =
∆pL =
∆pm
kPa
0,01
0
0,02
m3/h
m3/s
mm
mm
mm
mm
m/s
mm
0 mH2O
0 mH2O
3m
7,80 Pa/m
0,00 mH2O
∆pm
mH2O
0
0
0
0,002
mH2O
Opracował: mgr inż. Krzysztof Gojżewski
przepływ obliczeniowy
Gobl =Gmsc(co)
Dobór przewodów
założona średnica rurociągu
średnica zewnetrzna rurociągu
grubość ścianki rurociągu
rzeczywista średnica wewnetrzna rurociągu
rzeczywista prędkość przepływu w rurociągu
dobrano średnice przyłącza
Zestawienie oporów przepływu po stronie wysokiej wentylacji mechanicznej:
Urządzenia
filtr siatkowy kołnierzowy
DN 25
kvs_filtr =
0
zawór kulowy
DN 25
kvs_zk =
ilość
2
długość przewodów
jednostkowy spadek ciśnienia
spadek ciśnienia
opory miejscowe:
ilość
ζ
Σζ
kolana 1,5xD
6
0,17
1,02
trójniki przelotowe
13
0,04
0,52
zwężka
2
1,3
2,6
1,08
0,00030
25
33,7
3,25
27,2
0,52
25
Gobl =
Gobl =
DN =
De =
Ds =
De =
v=
DN =
16,5 m3/h
0,00
∆p(fom) =
71,5 m3/h
0,01
∆pz(zk) =
L=
3
∆pL_jedn =
130,42
0,04
∆pL =
∆pm
kPa
0,13
0,07
0,33
∆pm
mH2O
0,01
0,01
0,03
0,09
m3/h
m3/s
mm
mm
mm
mm
m/s
mm
mH2O
mH2O
m
Pa/m
mH2O
mH2O
Przewody wejściowe do budynku
przepływ obliczeniowy
Gobl =Gmsc_co + Gmsc_cwu(śr)
Dobór przewodów
założona średnica rurociągu
średnica zewnetrzna rurociągu
grubość ścianki rurociągu
rzeczywista średnica wewnetrzna rurociągu
rzeczywista prędkość przepływu w rurociągu
dobrano średnice przyłącza
Zestawienie oporów przepływu po stronie wysokiej:
Urządzenia
DN 32
filtroodmulnik Termen
kvs(fom) =
1
zawór kulowy
DN 32
kvs_zk =
ilość
2
długość przewodów
jednostkowy spadek ciśnienia
spadek ciśnienia
opory miejscowe:
ilość
ζ
Σζ
kolana 1,5xD
6
0,17
1,02
trójniki przelotowe
13
0,04
0,52
zwężka
2
1,3
2,6
Gobl =
Gobl =
DN =
De =
Ds =
De =
v=
DN =
∆p(fs) =
1,32
0,00037
32
42,4
3,25
35,9
0,36
32
28,5 m3/h
0,02 mH2O
105 m3/h
∆pz_zk =
0,003 mH2O
L=
6m
∆pL_jedn =
46,53 Pa/m
0,03 mH2O
∆pL =
∆pm
kPa
0,06
0,03
0,16
Sumaryczne opory węzła cieplnego po stronie sieciowej c.o.
∆p =
w sezonie grzewczym
Sumaryczne opory węzła cieplnego po stronie sieciowej wentylacji
∆p =
w sezonie grzewczym
Obliczenie strat ciśnienia po stronie instalacyjnej:
Przewody centralnego ogrzewania
przepływ obliczeniowy
Ginst_co =
Dobór przewodów
Ginst =
założona średnica rurociągu
średnica zewnetrzna rurociągu
Strona
m3/h
m3/s
mm
mm
mm
mm
m/s
mm
DN =
De =
∆pm
mH2O
0,01
0
0,02
0,08
5,56
0,56
5,79
0,58
mH2O
mH2O
bar
mH2O
bar
0,832 m3/h
0,00023 m3/s
25 mm
33,7 mm
Opracował: mgr inż. Krzysztof Gojżewski
grubość ścianki rurociągu
rzeczywista średnica wewnetrzna rurociągu
rzeczywista prędkość przepływu w rurociągu
dobrano średnice przyłącza
Urządzenia
wymiennik ciepła
filtroodmulnik Termen
DN 25
zawór kulowy
kvs(fom) =
DN 25
ilość
kvs_zk =
4
DN 25
zaw. zwrotny gwintowany Perfexim
∆pz_wym =
0,427 mH2O
14 m3/h
∆p(fom) =
0,04 mH2O
71,5 m3/h
0,005 mH2O
Dp(zk) =
11
kvs(zzg) =
1
∆p(zz) =
spadek ciśnienia
Opory miejscowe:
kolana 1,5xD
trójniki przelotowe
zwężka
ilość
4
6
1
3,25 mm
27,2 mm
0,40 m/s
25 mm
Ds =
De =
v=
DN =
ζ
0,17
0,04
1
Σζ
0,68
0,24
1
∆pL =
∆pm
kPa
0,05
0,02
0,08
0,06
4
80,34
0,03
∆pm
mH2O
0,01
0
0,01
0,02
2,50
3,08
0,83
mH2O
m
Pa/m
mH2O
mH2O
mH2O
Opór instalacji wewnętrznej:
∆p =
Sumaryczne opory węzła cieplnego po stronie instalacyjnej
mH2O
Qp =
m3/h
Dobrano:
Pompa obiegowa firmy Grundfos, Magna 25-80; 1 × 230 V, PN 6; Pmaks = 140 W, In = 0,98 A, gwintowana
Przewody wentylacji mechanicznej
Ginst_co =
przepływ obliczeniowy
3,78 m3/h
Dobór przewodów
Ginst =
0,00105 m3/s
założona średnica rurociągu
DN =
50 mm
60,3 mm
średnica zewnetrzna rurociągu
De =
3,25 mm
grubość ścianki rurociągu
Ds =
rzeczywista średnica wewnetrzna rurociągu
De =
53,8 mm
rzeczywista prędkość przepływu w rurociągu
v=
0,46 m/s
dobrano średnice przyłącza
DN =
50 mm
Urządzenia
∆pz_wym =
wymiennik ciepła
0,427 mH2O
kvs(fsg) =
filtr siatkowy gwintowany
DN 50
44 m3/h
Dp(fsg) =
0,07 mH2O
kvs(zkg) =
275 m3/h
zawór kulowy
DN 50
Dp(zkg) =
0,008 mH2O
ilość
4
zaw. zwrotny gwintowany Perfexim
kvs(zzg) =
DN 50
25
Dp(zzg) =
1
0,23 mH2O
15 m
∆p(zz) =
44,90 Pa/m
0,07 mH2O
∆pL =
spadek ciśnienia
Σζ
∆pm
∆pm
Opory miejscowe:
ilość
ζ
kPa
mH2O
kolana 1,5xD
4
0,17
0,68
0,05
0,01
trójniki przelotowe
6
0,04
0,24
0,02
0
zwężka
1
1
1
0,08
0,01
0,02
mH2O
2,00
mH2O
Opór instalacji wewnętrznej:
∆p =
Sumaryczne opory węzła cieplnego po stronie instalacyjnej
2,82
mH2O
Qp =
3,78
m3/h
Dobrano:
Pompa obiegowa firmy Grundfos, Magna 32-80; 1 × 230 V, PN 6; Pmaks = 140 W, In = 1,01 A, gwintowana
Dobór urządzeń zabezpieczających
Zawór bezpieczeństwa instalacji centralnego ogrzewania
Strona
Opracował: mgr inż. Krzysztof Gojżewski
Obliczeń dokonano zgodnie z PN-B-02414:1999
Wymagana przepustowość zaworu bezpieczeństwa:
G = 447,3 × b × A × ((p2 - p1) × ρ)1/2
p2 - ciśnienie nominalne w sieci miejskiej wg PN-89/H-02650
p1 - ciśnienie nastawy zaworu bezpieczeństwa
p - ciśnienie dopuszczalne instalacji centralnego ogrzewania
ρ- gęstość wody sieciowej przy jej obliczeniowej temperaturze
b - współczynnik zależny od różnicy ciśnień:
jeżeli p2 - p1 < 5 bar wówczas b = 1
jeżeli p2 - p1 > 5 bar wówczas b = 2
A- pole przekroju płyty wymiennika
(wg danych producenta)
p2 =
p1=
p=
ρmsc =
A=
b=
M=
M=
16
6
6
958,3
[kg/s]
bar
bar
bar
kg/m3
0,000031 m2
2
2,73 kg/s
2,73 kg/s
Przyjęta ilość zaworów
1
szt
Minimalna wewnętrzna średnica króćca dopływowego:
d0 = 54 × (M/(αc × (p × ρ)1/2)1/2
αc - dopuszczalny współczynnik wypływu dla cieczy, αc = 0,9 × αrz
wg UDT 42-C-04/imp.
Dane:
0,43 b=10%
αrz =
0,387
αc =
d0 =
16,47 mm
Dobrano:
Membranowy zawór bezpieczeństwa firmy SYR, typ 1915, ciśnienie otwarcia 6,0 bar, średnica nominalna Dn25,
odpływ Dn32, d0=20 mm.
szt.
ilość
1
Dobór naczynia wzbiorczego centralnego ogrzewania
6,0 m
hco - wysokość instalacji centralnego ogrzewania (od króćca
hco =
przyłącznego naczynia do najwyższego punktu)
p - ciśnienie hydrostatyczne na poziomie króćca przyłącznego, przy
temperaturze wody instalacyjnej 10 oC
pst =
0,6 bar
999,7 kg/m3
ρ1 - gęstość wody instalacyjnej w temperaturze 10 oC
ρ1 =
Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego:
[m3]
Vu = V × ρ1 × ∆v
V - pojemność instalacji centralnego ogrzewania
[m3]
l/kW × Qco
V=
V=
472 dm3
Hala SPPK
11,00 V =
212,88 dm3
Pojemność sieci cieplnej
0,00 dm3
Vsc=
Pojemność instalacji w węźle
27,69 dm3
Vw =
V=
0,71 m3
∆v - przyrost objętości wody
∆v =
Vu =
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego:
Vn = Vu × ((pmax + 1)/(pmax - p))
pmax - maksymalne oblliczeniowe ciśnienie w naczyniu wzbiorczym
pmax = p1 pmax =
0,5
Vn =
Powiększenie pojemności naczynia wzbiorczego z uwagi na ubytki eksploatacyjne:
VuR = Vu + V×E×10
E - ubytki eksploatacyjne wody w instalacji, przyjęto
E=
VuR =
Obliczenie ciśnienia wstępnego pracy instalacji
PR = (pmaks+1)/(1+Vu/(VuR((pmaks+1)/(pmaks-p)-1))-1
p=pst+0.2 p =
p -ciśnienie początkowe w naczyniu wzbiorczym
PR =
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego:
VnR = VuR × ((pmax + 1)/(pmax - pR))
VnR =
Dobrano:
Naczynie wzbiorcze firmy Reflex, typ N35 o pojemności całkowitej 35 dm3, PN 6,
Obliczenie średnicy rury wzbiorczej
Strona
0,0224 dm3
15,96 dm3
[dm3]
5,5 bar
21,17 dm3
[dm3]
0,5 %
19,52 dm3
bar
0,8 bar
1,07 bar
28,64 dm3
Opracował: mgr inż. Krzysztof Gojżewski
d = 0,7 × (Vu)1/2
Dobrano średnicę rury wzbiorczej
Dobór urządzeń zabezpieczających
Zawór bezpieczeństwa instalacji wentylacji mechanicznej
Obliczeń dokonano zgodnie z PN-B-02414:1999
Wymagana przepustowość zaworu bezpieczeństwa:
G = 447,3 × b × A × ((p2 - p1) × ρ)1/2
p2 - ciśnienie nominalne w sieci miejskiej wg PN-89/H-02650
p1 - ciśnienie nastawy zaworu bezpieczeństwa
p - ciśnienie dopuszczalne instalacji centralnego ogrzewania
ρ- gęstość wody sieciowej przy jej obliczeniowej temperaturze
b - współczynnik zależny od różnicy ciśnień:
jeżeli p2 - p1 < 5 bar wówczas b = 1
jeżeli p2 - p1 > 5 bar wówczas b = 2
A- pole przekroju płyty wymiennika
(wg danych producenta)
d=
p2 =
p1=
p=
ρmsc =
A=
b=
M=
M=
2,7 mm
DN 20
16
6
6
1,32
[kg/s]
bar
bar
bar
kg/m3
0,000027 m2
2
0,09 kg/s
0,09 kg/s
Przyjęta ilość zaworów
1
szt
Minimalna wewnętrzna średnica króćca dopływowego:
d0 = 54 × (M/(αc × (p × ρ)1/2)1/2
αc - dopuszczalny współczynnik wypływu dla cieczy, αc = 0,9 × αrz
Dane:
0,43 b=10%
wg UDT 42-C-04/imp.
αrz =
0,387
αc =
d0 =
15,52 mm
Dobrano:
Membranowy zawór bezpieczeństwa firmy SYR, typ 1915, ciśnienie otwarcia 6,0 bar, średnica nominalna Dn25,
odpływ Dn32, d0=20 mm.
szt.
ilość
1
Dobór naczynia wzbiorczego wentylacji mechanicznej
6,0 m
hco - wysokość instalacji centralnego ogrzewania (od króćca
hco =
przyłącznego naczynia do najwyższego punktu)
p - ciśnienie hydrostatyczne na poziomie króćca przyłącznego, przy
pst =
0,6 bar
temperaturze wody instalacyjnej 10 oC
999,7 kg/m3
ρ1 - gęstość wody instalacyjnej w temperaturze 10 oC
ρ1 =
Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego:
[m3]
Vu = V × ρ1 × ∆v
V - pojemność instalacji wentylacji mechanicznej
[m3]
V=
75,24 dm3
Pojemność instalacji w nagrzewnicy
12,00 Vw =
1054,80 dm3
V=
1,13 m3
∆v - przyrost objętości wody
∆v =
Vu =
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego:
Vn = Vu × ((pmax + 1)/(pmax - p))
pmax - maksymalne oblliczeniowe ciśnienie w naczyniu wzbiorczym
pmax = p1 pmax =
0,5
Vn =
Powiększenie pojemności naczynia wzbiorczego z uwagi na ubytki eksploatacyjne:
VuR = Vu + V×E×10
E - ubytki eksploatacyjne wody w instalacji, przyjęto
E=
VuR =
Obliczenie ciśnienia wstępnego pracy instalacji
PR = (pmaks+1)/(1+Vu/(VuR((pmaks+1)/(pmaks-p)-1))-1
p=pst+0.2 p =
p -ciśnienie początkowe w naczyniu wzbiorczym
PR =
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego:
VnR = VuR × ((pmax + 1)/(pmax - pR))
VnR =
Dobrano:
Strona
0,0224 dm3
25,31 dm3
[dm3]
5,5 bar
33,57 dm3
[dm3]
0,5 %
30,96 dm3
bar
0,8 bar
1,07 bar
45,42 dm3
Opracował: mgr inż. Krzysztof Gojżewski
Naczynie wzbiorcze firmy Reflex, typ N50 o pojemności całkowitej 50 dm3, PN 6,
Obliczenie średnicy rury wzbiorczej
d=
d = 0,7 × (Vu)1/2
Dobrano średnicę rury wzbiorczej
Strona
2,7 mm
DN 20