Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Technické zariadenia budov II Stavebná fakulta Košičanová, Danica Nagy, Richard
Táto publikácia vznikla za finančnej podpory z Európskeho sociálneho fondu v rámci Operačného programu VZDELÁVANIE. Prioritná os 1 Reforma vzdelávania a odbornej prípravy Opatrenie 1.2 Vysoké školy a výskum a vývoj ako motory rozvoja vedomostnej spoločnosti. Názov projektu: Balík doplnkov pre ďalšiu reformu vzdelávania na TUKE ITMS 26110230093 Názov: Vykurovanie Autori: Košičanová, Danica, Richard, Nagy Vydavateľ: Technická univerzita v Košiciach Rok: 2015 Vydanie: prvé Počet výtlačkov: 10 Rozsah: 83 Rukopis neprešiel jazykovou úpravou. Za odbornú a obsahovú stránku zodpovedajú autori. 2
1 TABUĽKY JEDNOTIEK A PREVODOV Tlak T L A K Pa kp.m -2 kp.cm -2 Torr Bar 1 Pa = 1 N.m -2 1 0,1019716 1,019716.10 5 7,50064.10 1 kp.m -2 = 1 mm H 2 O 9,80665 1 10 4 0,0735559 9,80665.10 1 kp.cm -2 = 1 at 98066,5 10 4 1 735,559 0,980665 1 Torr = 1 mm Hg 133,322 13,5951 1,35951.10 3 1 1,33322.10 1 bar 10 5 10197,16 1,019716 750,064 1 Energia ENERGIA J kcal Wh kpm kwh 1 J = Ws 1 2,38846.10 4 2,77778.10 1 kcal 4186,8 1 1,163 426,935 1,163.10 1 Wh 3600 0,859845 1 367,098 10 1 kpm 9,80665 2,34228.10 3 2,72407.10 3 1 2,72407.10 1 kwh 3600.10 3 859,845 10 3 3,67098.10 3 10 4 0,1019716 2,77778.10 5 1 5 3 5 3 7-3 6 Výkon VÝKON W cal. s -1 kcal.h -1 1 W = J.s -1 1 0,238846 0,859845 1,35962.103 0,1019716 1 cal. s -1 4,1863 1 3,6 5,69246.103 0,426935 1 kcal.h -1 1,163 0,277778 1 1,58124.103 0,118593 1 k 735,499 175,671 632,415 1 75 1 kpm. s -1 9,80665 2,34228 8,43228 1,333.102 1 Prevod joul watthodina Jedn otka Názov J Wh kj kwh MJ MWh GJ GWh TJ TWh k kpm. s -1 J joul 1 2,77778.10-4 10-3 2,77778.10-7 10-6 2,77778.10-10 10-9 2,77778.10-13 10-12 2,77778.10-16 KJ kilojoul 10 3 2,77778.10-1 1 2,77778.10-4 10-3 2,77778.10-7 10-6 2,77778.10-10 10-9 2,77778.10-13 MJ megajoul 10 6 2,77778.10 2 10 3 2,77778.10-1 1 2,77778.10-4 10-3 2,77778.10-7 10-6 2,77778.10-10 GJ gigajoul 10 9 2,77778.10 5 10 6 2,77778.10 2 10 3 2,77778.10-1 1 2,77778.10-4 10-3 2,77778.10-7 TJ terajoul 10 12 2,77778.10 8 10 9 2,77778.10 5 10 6 2,77778.10 2 10 3 2,77778.10-1 1 2,77778.10-4 Wh watthodina 3,6.10 3 1 3,6 10-3 3,6.10-3 10-6 3,6.10-6 10-9 3,6.10-9 10-12 kwh kilowatt hodina 3,6.10 6 10 3 3,6.10 3 1 3,6 10-3 3,6.10-3 10-6 3,6.10-6 10-9 MW h megawatt hodina 3,6.10 9 10 6 3,6.10 6 10 3 3,6.10 3 1 3,6 10-3 3,6.10-3 10-6 GWh gigawatt hodina 3,6.10 12 10 9 3,6.10 9 10 6 3,6.10 6 10 3 3,6.10 3 1 3,6 10-3 TWh terawatt hodina 3,6.10 15 10 12 3,6.10 12 10 9 3,6.10 9 10 6 3,6.10 6 10 3 3,6.10 3 1
OBSAH 1 Tabuľky jednotiek a prevodov... 3 2 Úvod do problematiky... 5 Názvoslovie... 6 Objektívne hodnotenie mikroklímy... 7 Podmienky merania mikroklímy... 7 Subjektívne hodnotenie mikroklímy... 8 3 Vykurovacie sústavy... 10 Navrhovanie potrubných rozvodov vodovodných tepelných sústav... 10 Vykurovacie sústavy podľa vzájomného prepojenia telies... 12 Vykurovacie sústavy podľa rozvodov prípojok k telesám... 14 Vykurovacie systémy podľa systému obehu teplonosnej látky... 17 4 Výkresová dokumentácia vo vykurovaní... 18 Kreslenie pôdorysov... 21 5 Určenie parametrov exteriéru... 27 Teplota vzduchu... 27 6 Určenie parametrov interiéru... 29 Základné tepelno technické výpočty stavebných konštrukcií... 29 7 Výpočtová metóda tepelného príkonu zjednodušenou metódou... 41 8 Návrh prvkov vykurovacej sústavy... 45 Návrh vykurovacích telies... 45 8.1.1 Typy vykurovacích telies... 45 8.1.2.Vplyv umiestnenia vykurovacieho telesa na jeho výkon... 50 8.1.3 Prepočet výkonu vykurovacích telies na iné prevádzkové podmienky... 50 Návrh kotla... 52 Návrh zabezpečovacieho zariadenia... 54 8.3.1. Určenie hmotnosti vody vo vykurovacom systéme :... 55 8.3.2. Návrh otvorenej expanznej nádoby - OEN... 55 8.3.3. Návrh tlakovej expanznej nádoby - TEN... 56 Armatúry vykurovacích telies... 60 Potrubie... 60 9 Výpočet spotreby tepla a paliva... 62 Spotreba tepla na vykurovanie... 62 Spotreba tepla na prípravu teplej vody... 63 Predpokladaná potreba paliva B na rok :... 65 Energetické vlastnosti palív... 67 10 Hydraulický výpočet potrubných sietí... 69 Výpočet tlakových strát v potrubí... 69 11 LITERATÚRA... 80 Zoznamy... 81 4
2 ÚVOD DO PROBLEMATIKY Problematikou vykurovania sa zaoberá množstvo publikácií a prospektov firiem, ktoré zľahčujú a spresňujú prácu projektantov, študentov a iných pracovníkov. Skriptum VYKUROVANIE cvičenia je určené pre študentov stavebnej fakulty, ako pomôcka pri návrhu vykurovania rodinného domu, ktorého projekt je riešený na cvičeniach z predmetu Vykurovanie. Skriptum vychádza ako prvé vydanie, zaoberá sa výpočtami, možnosťami riešenia vykurovacieho systému, reguláciou a použitými materiálmi. Vzhľadom na prehľadnosť a účelovosť skrípt, sú niektoré časti vykurovania obmedzeného rozsahu, prípadne vynechané. Veľká časť skrípt je venovaná dimenzačným tabuľkám, výberu materiálov pre návrh vykurovania do rodinného domu, vzhľadom na ich nutnosť a žiadanosť a potrebnosť pri výučbe. Systémy vykurovania pre väčšie objekty, prípadne systémy vykurovania s centrálnym zásobovaním teplom a prípravou teplej vody budú súčasťou publikácie pre Ateliérovú tvorbu. 5
2.1 Názvoslovie Tepelná sústava je sústava, v ktorej sa teplo vyrába a dopravuje sa ku spotrebičom. Pozostáva : - zdroj tepla - rozvody tepla (napr. tepelná sieť, prípojky, úpravne) - odbery tepla. Sústava môže obsahovať rôzne úrovne prevádzkových tlakov a prevádzkových teplôt. Zdroj tepla je zariadenie, z ktorého sa získava teplo pre tepelnú sústavu. Zdrojom tepla môže byť kotolňa, tepláreň, vymeník tepla, kogeneračné jednotky, slnečné kolektory a pod. Odber tepla je odberné zariadenie, ktoré pozostáva z odbernej siete, z úpravne parametrov, spotrebičov. Odberné miesto je rozhranie medzi zariadením dodávateľa a zariadením odberateľa tepla môže to byť hlavný uzáver. Za hranicou sa osadzujú merače tepla. Ústredné vykurovanie je dodávka tepla vykurovacou sústavou za účelom zaistenia predpísaného teplotného stavu vnútorného prostredia v jednotlivých miestnostiach. Vykurovacie teleso je spotrebič tepla vykurovacej sústavy, ktorý odovzdáva teplo do miestnosti. Vetva tepelnej sústavy je prevádzkovo samostatná časť sústavy. Potrubný úsek je časť rozvodu potrubia medzi dvoma odbočkami. Charakterizuje ho rovnomerný prietok v danom okamihu. Tlakový rozdiel je rozdiel pretlakov medzi prívodným a vratným potrubím v jednom mieste. Tlaková strata je strata tlaku pri prietoku časťami tepelnej, alebo vykurovacej sústavy. Dopravný tlak je tlakový rozdiel medzi výtlačným a sacím hrdlom obehového čerpadla. Poistné zariadenie je zariadenie, ktoré zaisťuje neprekročenie dovolených pretlakov, podtlakov, teplôt, alebo nedostatku vody. Vnútorné prostredie - je hlavná zložka životného prostredia človeka. Kvalita tohto prostredia ovplyvňuje prácu aj odpočinok, výkonnosť a zdravie človeka. Stav prostredia tepelne vlhkostný charakterizuje : teplota vzduchu - t [ C] relatívna vlhkosť vzduchu φ[%] relatívna rýchlosť prúdenia vzduchu voči človeku - v [m. s -1 ] absolútna vlhkosť vyjadrená parciálnym tlakom vodných pár p [kpa] Z meraných veličín sa používajú: - teplota guľového teplomeru [ C] - rovinná radiačná teplota (stredná teplota protiľahlých plôch) [ C] 6
- teplota mokrého teplomeru (psychrometrická) [ C] - teplota prirodzene vetraného mokrého teplomeru [C] - teplota rosného bodu [ C] - merná vlhkosť [g/kg] 2.2 Objektívne hodnotenie mikroklímy Ak hodnotíme prostredie, je potrebné sledovať aj činnosti človeka v tomto priestore, oblečenie, odpor oblečenia, čas záťaže na organizmus. Teplota vzduchu je teplota v okolí ľudského tela Stredná radiačná teplota je účinná teplota okolitých plôch Rovinná radiačná teplota - radiačná teplota protiľahlých plôch Výsledná teplota globeteplota - teplota meraná guľovým teplomerom zahrňuje vplyv teploty vzduchu a teplotu okolitých plôch s rýchlosťou prúdenia vzduchu Stereo teplota - radiačný účinok okolitých plôch v určitom priestorovom uhle povrchová teplota - teplota povrchu telies a konštrukcií absolútna vlhkosť - hmotnosť vodných pár v 1 m 3 relatívna vlhkosť - stupeň nasýtenia vzduchu vodnými parami, definovaný pomerom absolútnej vlhkosti vzduchu k absolútnej vlhkosti nasýteného vzduchu pri rovnakej teplote a tlaku merná vlhkosť - udáva hmotnosť vodnej pary v g nebo kg pripadajúci na 1 kg suchého vzduchu teplota rosného bodu - teplota, pri ktorej dochádza k orosovaniu povrchov, tj. vzduch je vodnými parami pri izobarickom ochladzovaní nasýtený teplota mokrého teplomeru - psychrometrická je teplota nútene vetraného teplotného snímača, vlhčeného vodou a chráneného proti prestupu tepla sálaním teplota prirozene vetraného vlhčeného teplotného snímača - teplota vlhčeného teplotného snímača, keď je ochladzovací účinok vyvolaný prirodzeným prúdením vzduchu rýchlosť prúdenia vzduchu je určená veľkosťou a smerom prúdenia Podmienky merania mikroklímy Miesto merania sa volí v závislosti na aktivite a pohybu osôb tak, aby zachytilo oblasť hlavy, brucha a kotníkov človeka. Pre sediacu osobu sa meria vo výške 1,1 m, 0,6 m a 0,1 m. Pre stojacu osobu sa meria vo výške 1,7 m, 1,1 m a 0,1 m. V niektorých prípadoch sú potrebné opakované merania, v zásade platí, že v homogénnom prostredí, kde nie sú odchýlky väčšie ako 5% od strednej hodnoty, postačuje opakované meranie na jednom mieste. V prípade heterogénneho prostredia je potrebné vykonať priemer z opakovaných meraní na každom mieste pobytu. Ak sú priestory bez zdrojov vlhkosti a tepla, potom splňujú podmienky homogénneho prostredia, neplatí to však pre meranie radiácie a rýchlosti prúdenia vzduchu. Meranie teploty vzduchu Teplota vzduchu je základná veličina, ktorá ovplyvňuje tepelnú pohodu človeka, resp. jeho tepelnú záťaž. Dokázaná je 100 % výkonnosť pri teplote 22 C pre ľahkú prácu. Výkon človeka klesá pri teplote 27 C o 25 %, pri 30 C klesá na 50 % výkonu. Meranie teploty povrchov 7
Kontaktný teplomer používame ho na niekoľko meraní naraz a výsledná teplota bude vážený priemer hodnôt z viacerých meraní. Meria sa ním povrchová teplota teplota konštrukcií, alebo materiálov. Bezdotykový teplomer je konštruovaný ako infračervený snímač, ktorým sa meria okamžitú teplotu povrchu. Meranie vlhkosti Hygrometre - blanový hygrograf, vlasový hygrometer reaguje deformáciou, alebo predĺžením organického materiálu vplyvom vlhkosti okolia. Meriame ním vlhkosť vzduchu. Vlhkosť vzduchu - je charakterizovaná parciálnym tlakom vodných pár v danom priestore, ktorý je určený relatívnou vlhkosťou vzduchu a jeho teplotou. Psychrometre - základom merania je ochladenie vlhkého teplomeru adiabatickým odparovaním v prúde vzduchu. Meranie sa vykonáva súčasne na dvoch teplomeroch suchý a vlhký teplomer (tu je možné použiť ortuťový teplomer, alebo aj iný snímač). Vlhkosť sa stanoví výpočtom z odčítaných teplôt na suchom a vlhkom teplomere. Doporučené hodnoty relatívnej vlhkosti : od 30 do 60 % od 35 do 40 % - optimálna hodnota 20% - pokles v zimnom období doporučuje sa zvlhčovať prostredie nad 60 % - odstraňovať vlhkosť vetraním Rýchlosť prúdenia vzduchu príliš vysoká rýchlosť je pociťovaná ako prievan a príliš nízka ako pocit stojatého vzduchu. Doporučovaná rýchlosť prúdenia vzduchu na pracovisku je od 0,1 do 0,3 m.s -1. Pre byty a nevýrobné budovy sa doporučuje v lete max. 0,25 m.s -1, v zime max. 0,15 m.s -1. Meranie prúdenia vzduchu Lopatkové anemometre - ich základom je obehové lopatkové koleso s priemerom 100 a 200 mm. Staršie typy prístrojov majú mechanický prevod otáčok. Novšie prístroje majú volne uložené obehové koleso. Otáčky sú snímané bez dotyku a vyhodnocované elektronickým obvodom. Prístroj je použiteľný od 0,1 do 20 m.s -1. Anemometre s menším priemerom obehového kolesa ako 100 mm sa nazývajú vrtuľové. Spodní medza citlivosti je asi 0,5 m.s -1. Termoanemometre - princípom je ochladzovanie elektricky zahrievaného elementu prúdom vzduchu. Známe sú termoanemometre odporové, termistorové, s termočlánkami. Termoanemometre sú vhodné pre meranie malých rýchlostí. Niektoré typy možno použiť až do rýchlosti prúdenia vzduchu 15 m.s -1. Katateplomer - je vhodné použiť v prostredí bez výraznej radiácie, nie je citlivý na smer prúdenia vzduchu. Rýchlosť prúdenia vzduchu sa vypočíta z katahodnoty K a teploty vzduchu, alebo sa určí z priloženého diagramu. Subjektívne hodnotenie mikroklímy Objektívne meranie stavu tepelne vlhkostného prostredia a jeho parametrov môže byť doplnené subjektívnym hodnotením stavu prostredia a jeho vplyvu na človeka. Získame to pomocou dotazníka. V minulosti sa používala stupnica podľa Gaggeho, Stolwijka a Hardyho: pohoda, mierna nepohoda, nepohoda, značná nepohoda. Vplyvom individuálnych rozdielov nie je možné stanoviť tepelne vlhkostnú mikroklímu vyhovujúcu všetkým. 8
Sedemstupňová stupnica pre posudzovanie tepelného pocitu určuje (+3) - horúco, teplo (+2), chladno (-2), zima (-3). Tepelnú nepohodu môže vyvolať aj nežiadúce ochladzovanie (alebo prehrievanie) jednej časti tela. Dochádza ku miestnej nepohode. Ak sa však 80% osôb v danom prostredí o tepelnej pohode vyjadrí ako o prijateľnom prostredí, je možné túto miestnosť považovať za vyhovujúcu. Optimálne prostredie je teda také, kde počet nespokojných neprekračuje 20%. 9
3 VYKUROVACIE SÚSTAVY Cieľ kapitoly: Účelom kapitoly je naučiť sa možnosti návrhu vykurovacieho systému, vhodnosť jednotlivých systémov, možnosti prepojenia vykurovacích telies. Navrhovanie potrubných rozvodov vodovodných tepelných sústav Návrh rozvodov by mal byť vždy pre konkrétnu budovu. Východzie informácie pre návrh tepelnej sústavy sú : Umiestnenie stavby Účel objektu ( obytná budova, občianska vybavenosť, priemysel, športové stavby ) Prevádzka objektu ( prerušovaná, nepretržitá, počet prevádzkových jednotiek ) Konštrukcia budovy z hľadiska tepelných technických vlastností. Konštrukcia budovy z hľadiska uloženia rozvodov Rozmiestnenie, druh a typ tepelných plôch Návrh tepelnej sústavy je definovaný parametrami geometrickými, teplotnými, tlakovými a materiálovými, v podstate je to voľba jednotlivých parametrov z hľadiska minimálnych nákladov investičných a prevádzkových, ktoré sú pre každú stavbu iné. Pri návrhu je potrebné prihliadať na dané špecifiká stavby, na požiadavky investora, na typ stavby a iné vstupné podmienky, ktoré sa riadia dostupnosťou a palivovou základňou: Priestorové umiestnenie tepelnej sústavy Vzájomné prepojenie vykurovacích telies Umiestnenie ležatého rozvodu Rozvod prípojok k telesám Najvyššia pracovná teplota teplej vody Konštrukcia expanznej nádoby Spôsob obehu teplej vody Materiál rozvodnej siete Údaje, ktoré môžu meniť jednotlivé volené parametre a systém vykurovania sú uvedené v nasledujúcom diagrame ( obr. 1 ). Priestorové usporiadanie tepelnej sústavy Správne navrhnutá tepelná sústava nielen zaisťuje tepelnú pohodu, ale zároveň by nemala narušovať interiér ani konštrukciu budovy. Z hľadiska vlastnej prevádzky by mali všetky sústavy umožňovať úplné odvodnenie ( pre prípad odstavenia sústavy v zimnom období ) a musí umožňovať dokonalé odvzdušnenie v celom rozsahu sietí. Toto zaisťujeme spádovaním rozvodov k miestam vypúšťania a osadenia odvzdušňovacích ventilov a nádobiek na najvyššie miesta sústavy. 10
Obr. 1 Základné časti tepelnej sústavy LEGENDA : 1 hlavné ležaté rozvody, 2 stúpačky, 3 podlažné ležaté rozvody, 4 pripojovacie potrubie, 5 poistné potrubie, 6 armatúry Vykurovacie sústavy podľa umiestnenia ležatých potrubných rozvodov rozlišujeme: so spodným rozvodom Zdroj tepla je umiestnený v najnižšom podlaží a ležatý rozvod je vedený pod stropom. Zvislé potrubia sú vedené voľne pred zvislými stavebnými konštrukciami, prípadne sú do konštrukcie zasekané uložené do drážky a tepelne zaizolované. Vykurovacie telesá sú napojené prípojným potrubím na zvislé potrubia, prípojné potrubie môže byť vedené voľne po stenách, prípadne uložené v drážke zasekané a zaizolované. Systém sa odvzdušňuje na najvyšších telesách odvzdušňovacími ventilmi, prípadne ak má systém otvorenú expanznú nádobu, potom je systém odvzdušnený na predĺženom zvislom potrubí, ktoré je napojené na expanznú nádobu. 11
Obr. 2 Uloženie ležatého potrubia v kanáli neprielezný, prielezný Prielezný kanál je vybudovaný tak, aby v prípade potreby týmto kanálom mohol preliezť človek. Obvyklá svetlá výška prielezného kanála je 1400-1600 mm, priechodný kanál má obvyklú výšku min. 2100 mm. s horným rozvodom Hlavné prívodné potrubie zo zdroja tepla stúpa pod strop najvyššieho podlažia, alebo do technického podlažia. Zvislé rozvody sú vedené zhora na najnižšie podlažie, vykurovacie telesá sa napájajú na zvislé potrubie. Možnosti uloženia potrubí sú rovnaké ako pri rozvodoch so spodným rozvodom. Obr. 3 Umiestnenie ležatého rozvodu A) spodný rozvod B) horný rozvod Kombinované sústavy Kombinované sústavy môžu byť s horným alebo spodným rozvodom, podľa názvu vieme, kde je vedené prívodné potrubie. Požíva sa najčastejšie tam, kde je možné viesť ležaté potrubie v najnižšom a v najvyššom podlaží, napr. pri vertikálnej jednorúrkovej sústave, alebo pri dvojrúrkovej etážovej sústave s prirodzeným obehom, kde je prívodné potrubie vedené pod stropom a vratné potrubie pri podlahe. Vykurovacie sústavy podľa vzájomného prepojenia telies Rozlišujeme : dvojrúrkové rozvody sú zdvojené, súčasne sú vedené prívodné a vratné potrubia od zdroja po vykurovacie telesá, zväčša sú v jednotlivých úsekoch rovnaké dimenzie. Vykurovacie telesá sú zapojené paralelne. Všetky vykurovacie telesá pracujú s rovnakým teplotným spádom a rovnakými parametrami vykurovacej vody. Dvojrúrkové sústavy môžu byť protiprúdové a súprúdové. Jednorúrové Vykurovacie telesá sú do systému zapojené do série. V úsekoch medzi vykurovacími telesami preteká zmes privádzanej a vratnej vykurovacej vody. Teplota privádzanej vody do vykurovacích telies postupne klesá a tým sa mení aj merný výkon jednotlivých vykurovacích telies na jednom okruhu. Preto je potrebné prepočítať veľkosť vykurovacích telies podľa skutočných teplôt vykurovacej vody, ktoré sú dané umiestnením telesa v okruhu. Jednorúrkové systémy môžu byť horizontálne alebo vertikálne. 12
Obr. 4 Dvojrúrková A), jednorúrková B) vykurovacia sústava C) D) Obr. 5 Dvojrúrková vykurovacia sústava C) protiprúdová vertikálna D) súprúdová vertikálna sústava, so spodnými rozvodmi. Obr. 6 Základné zapojenia jednorúrkových vykurovacích sústav A) prietočné horizontálne zapojenie vykurovacích telies B) horizontálne zapojenie vykurovacích telies C) zapojenie vykurovacích telies vertikálne s obtokom Pri obzvlášť rozsiahlych vykurovacích sústavách s núteným obehom sa často vyskytuje v stúpacích rozvodoch v blízkosti zdroja tepla nadmerný pretlak, ktorý sa znižuje reguláciou. Takýto nedostatok odstraňuje Tichelmanova sústava, v ktorej sú pretlaky rozdelené rovnomerne. Nedostatkom sústavy je stagnovanie cirkulácie pri vypadnutí čerpadiel z prevádzky a nemožnosť zónovej regulácie dodávky tepla do budovy. 13
Obr. 7 Tichelmanova súprúdová vykurovacia sústava s dolným rozvodom Výhody a nevýhody jednorúrkového systému : Jednorúrkové sústavy výhody jednoduché prispôsobenie stavebnej konštrukcii minimálny počet zvislých rozvodov zníženie počtu prestupov cez stropy zníženie možnosti vzniku kontaktu medzi stavebnou konštrukciou a potrubím vznik hluku menšia horizontálna sieť možnosť kalorimetrického merania spotreby tepla bytových jednotiek alebo okruhov zjednodušená zónová regulácia uzatváranie po poschodiach, alebo okruhoch pri rekonštrukciách je možné pripájať ďalšie okruhy Jednorúrkové sústavy nevýhody stredná teplota vykurovacieho telesa v smere prúdenia okruhom klesá, čím klesá aj merný výkon vykurovacieho telesa a vykurovaciu plochu je potrebné zväčšovať pri menšom počte telies na okruhu a vyradení jedného z prevádzky budú aj ostatné vykurovacie telesá ovplyvnené. Čím bude väčší počet vykurovacích telies v okruhu a čím menšie bude ochladenie o okruhu, tým bude vplyv menší. Každé teleso je potrebné odvzdušňovať Jednorúrkové vertikálne systémy sú vhodné iba pre vysoké domy, pretože sa najmenej prejaví uzavretie niektorého z vykurovacích telies. Vykurovacie sústavy podľa rozvodov prípojok k telesám rozlišujeme : Vertikálne sústavy Vykurovacie telesá sú napojené priamo na stúpacie potrubia, v jednotlivých podlažiach sú telesá napojené krátkymi pripojovacími potrubiami. Horizontálne sústavy Sústava sa vyznačuje minimálnym množstvom stúpacích potrubí. Na stúpacie potrubia sú napojené jednotlivé okruhy ležatých potrubí, na ktoré sa napájajú jednotlivé vykurovacie telesá krátkymi vertikálnymi prípojkami. Jedným z príkladov je etážová sústava, kedy zdroj tepla a horizontálne úseky potrubí spolu s telesami sú v jednom podlaží. Hviezdicová sústava Vznikla súčasne s rozvojom používania plastových potrubí vo vykurovaní, pričom vykurovacie telesá sú napojené prípojkami uloženými v betónovej vrstve podlahy. V princípe sa jedná o vertikálnu dvojrúrkovú sústavu o obmedzeným počtom stúpacích potrubí a veľmi dlhými pripojovacími potrubiami vykurovacích telies. V strede dispozície sa nachádza stúpacie potrubie, 14
na ktoré je napojený rozdeľovač a zberač, so samostatným napojením vykurovacích telies. Tento systém je vhodný hlavne pre plastové potrubia, kde je vylúčené množstvo spojov a tvaroviek, ktoré sú hlavným miestom na prípadnú poruchu (vďaka ľudskému faktoru). Vhodné riešenie je prípojka z jedného kusu potrubia, ktoré je uložené v chráničke. V prípade požiadavky na úsporu potrubia sa môžu prípojky viacerých vykurovacích telies združiť vzniká tak horizontálna sústava. Vzniká však nutnosť vetviť potrubie v podlahe a tak treba zvážiť, či úspora dĺžky potrubia je vyvážená rizikom deštrukcie podlahy pri netesnosti jediného spoja. Obr. 8 Znázornenie hviezdicovej vykurovacej sústavy Vykurovacie sústavy podľa najvyššej pracovnej teploty Vykurovacia sústava je z hľadiska teplotné charakterizovaná hodnotami výpočtových teplôt: na vstupe vo vykurovacej sústavy na výstupe vykurovacej sústavy na vstupe do vykurovacieho telesa na výstupe z vykurovacieho telesa najvyššou teplotou povrchu vykurovacích telies strednou teplotou vykurovacieho telesa Rozdiel teplôt na vstupe a výstupe vykurovacej sústavy sa volá teplotný spád sústavy. Rozdiel teplôt na vstupe a výstupe z vykurovacieho telesa sa volá teplotný spád na vykurovacom telesa. Pri jednorúrkovej sústave (telesá zapojené do série) volíme teplotný spád vykurovacích telies vždy menší, ako je teplotný spád sústavy. Pokles teploty vykurovacej vody v telese je 5-10K. Pri dvojrúrkovej sústave (telesá zapojené paralelne) volíme rovnaký teplotný spád na vykurovacom telese, ako je je teplotný spád vykurovacej sústavy 10-25 K. Výpočtová teplota vykurovanej vody je najvyššia teplota, ktorá sa v sústave pri prevádzke vyskytuje. Hodnota sa volí podľa požadovanej teploty na vstupe do vykurovacieho telesa, podľa zdroja tepla (technické možnosti zdroja), a podľa typu expanznej nádoby. Tab. 1 Voľba vykurovacej sústavy podľa vstupnej výpočtovej teploty vykurovacej vody Typ vykurovacej sústavy Výpočtová teplota vykurovacej vody Teplotný spád Min. Max C K Teplovodná 65 C 55/45, 45/35, 35/25 10 K nízkoteplotná Teplovodná < 65 C 95 C 92,5/67,5, 90/70, 85/75, 80/60, 75/65, 10-25 15
otvorená 70/50, 70/60 K Teplovodná < 65 C 65 C 10-25 uzavretá K Horúcovodná 110 C 40-50K Teplotný spád 92,5/67,5 je vhodný pre sústavy s prirodzeným obehom vody, aby sa dosiahol čo najvyšší vztlak. Pre nútený obeh sú vhodnejšie teplotné spády s nižšou vstupnou teplotou ako je 90 C. Pre nízkoteplotné sústavy je vhodné, aby teplota vratnej vykurovacej vody na vstupe do kotla bola vyššia ako je teplota rosného bodu spalín, aby nedochádzalo ku nizkoteplotnej korózii kotla. Neplatí to však pre nízkoteplotné a kondenzačné kotle, kde naopak táto vratná voda do kotla má byť pod teplotu rosného bodu spalín. Nízkoteplotné systémy môžu byť konvenčné, alebo sálavé, kombinované. Sálavé nízkoteplotné systémy Tepelnú pohodu zabezpečuje vykurovacia sústava s nízkoteplotnými sálavými podlahovými plochami s teplotným spádom 45/30 C alebo stenovými plochami s teplotným spádom 60/40 C. Zdroj tepla pracuje s teplotným spádom 90/70 alebo 80/60 C. Teplota teplonosnej látky sa uskutočňuje v zmiešavacej armatúre a obeh pracovnej látky zabezpečuje obehové čerpadlo. Úprava teplonosnej látky sa môže uskutočniť aj v špeciálnom výmenníku tepla. Vykurovaciu plochu tvorí podlaha, stena, strop, kde sú zabudované vykurovacie potrubia. Povrchová teplota podlahy pri podlahovom vykurovaní je max. 28 až 29 C, pri stenovom vykurovaní do 40 až 50 C. Podlahové vykurovanie (sálavé) Podlahové teplovodné vykurovanie patrí medzi sálavé vykurovacie sústavy. Podiel sálavej zložky z vykurovacej plochy je podstatne vyšší ako tok tepla konvekciou. Pri tomto type vykurovania je vertikálne rozloženie teplôt najideálnejšie zo všetkých spôsobov vykurovania. Teplota vykurovacej vody je spravidla nižšia ako 35-45 C. Vzhľadom na hygienické aspekty musí byť povrchová teplota plôch pri tomto type vykurovania max. 25-30 C. Na zamedzenie vzniku lokálnej tepelnej nepohody v dôsledku príliš vysokej povrchovej teploty, musí platiť podmienka, že max. povrchová teplota bude 29 C. Tento typ vykurovania sa používa hlavne v nízkoenergetických objektoch s tepelnou stratou 15-20 W.m -3, resp. ročnou spotrebou energie 60-70 kwh. m -2. Keďže sa jedná o sálavé vykurovanie, nedochádza k nadmernému prúdeniu vzduchu. Stenové vykurovanie (sálavé) Stenové teplovodné vykurovanie patrí medzi sálavé vykurovacie sústavy. Podiel sálavej zložky z vykurovacej plochy je podstatne vyšší ako tok tepla konvekciou (65% : 35%). Teplota vykurovacej vody je nižšia ako 70-65 C. Povrchová teplota plôch pri tomto type vykurovania max. 45-50 C. Tento typ vykurovania sa skôr hodí do miestností s menšími pôdorysnými rozmermi a ako doplnkový vykurovací systém, na zamedzenie vplyvu chladných stien. Stropné vykurovanie (sálavé) Stropné teplovodné vykurovanie patrí medzi sálavé vykurovacie sústavy, pričom podiel sálavej zložky na celkovom prenose tepla z vykurovacej plochy je podstatne vyšší ako tok tepla konvekciou (80% : 20%). Tento pomer pozitívne ovplyvňuje rovnomernosť prenosu tepla v interiéri a napomáha vytvárať teplotne homogénne uniformné prostredie. Teplota vykurovacej vody je spravidla nižšia ako 50-55 C. Vzhľadom na hygienické aspekty musí byť povrchová teplota plôch pri tomto type vykurovania max. 35-40 C. Podmienkou je dodržanie minimálnej svetlej výšky miestnosti, aby nedochádzalo k nadmernému osálaniu hlavy. 16
Tento typ vykurovania sa skôr hodí do miestností s vyššou svetlou výškou ako sú kancelárie, ordinácie,... Vplyv konštrukcie expanzného zariadenia na vykurovacie systémy Sústavy otvorené sú sústavy, kde zdrojom pretlaku je hydrosattický tlak (zvislé potrubie s otvorenou expanznou nádobou). Sústavy uzatvorené sú sústavy, kde zdrojom pretlaku čerpadlo s prepúšťacou armatúrou. Z hľadiska návrhu vykurovacej sústavy má konštrukcia expanzného zariadenia vplyv na nyjvyššiu pracovnú teplotu vykurovacej vody, pri otvorených sústavách 95 C a pri uzatvorených je to 110 C. Vykurovacie systémy podľa systému obehu teplonosnej látky rozlišujeme : s prirodzeným obehom teplonosná látka prúdi na základe vzniku účinného vztlaku. Voda vo vratnom potrubí má vyššiu hustotu, takže zo strany vratnej vody je v kotli vyšší hydrostatický tlak, ako na strane prívodnej vody. Vztlak (účinný vztlak, alebo prirodzený vztlak) spôsobuje obeh vody v okruhu kotol vykurovacie teleso. Takto dochádza ku prirodzenému obehu vody. Tento systém je vhodný pre menej rozľahlé budovy s väčšou výškou podlaží, kde práve výškový rozdiel zaručuje dostatočný rozdiel hydrostatických tlakov. Výhodou je že systém môže pracovať bez elektrickej energie, armatúry musia mať malú tlakovú stratu. Teplotný spád sa volí 90/70 C, alebo 92,5/67,5 C z dôvodu zabezpečenia dostatočného vztlaku. s núteným obehom teplonosná látka prúdi pod tlakom obehového čerpadla, ktoré je zabudované so systému v rozvodnom potrubí, alebo je čerpadlo súčasťou kotla (nástenné kotle). Tento systém je vhodný u veľkých rozľahlých budov, s komplikovanými potrubnými sieťami. Čerpadlo vradené do systému je schopné prekonať veľké tlakové straty. Obehové čerpadlá sa predtým inštalovali do vratného potrubia, aby sa predišlo tepelnému namáhaniu čerpadla. V súčasnosti sú čerpadlá navrhované na trvalú prevádzkovú hodnotu do 120 C a preto je možné umiestniť ich do prívodného potrubia Výhody a nevýhody prirodzeného a núteného obehu : potrubie núteného obehu má menšie dimenzie znižujú sa náklady na materiál a montáž pri nútenom obehu vylepší sa vzhľad nezakrytých častí potrubnej siete pri nútenom obehu vykurovacie telesá sa môžu umiestniť do rovnakej úrovne ako je zdroj tepla pri nútenom obehu nútený obeh sa lepšie vyreguluje nútený obeh má rýchlejšie zakúrenie systému prevádzka je nezávislá na dodávke elektrickej energie pri prirodzenom obehu sústava je prevádzkovo menej náročná pri prirodzenom obehu systém nemá čerpadlo a tým je vylúčená možnosť hluku v potrubí pri prirodzenom obehu Iné systémy vykurovania Teplovzdušné vykurovanie ohriaty teplý vzduch sa dopravuje do miestností prostredníctvom vzduchotechnických potrubí. Pohyb teplonosnej látky múže byť nútený, alebo prirodzený. Prirodzený pohyb vzduchu teplonosnej látky je pomalý, pri nútenom pohybe vzduchu je pohyb teplonosnej látky rýchly, spôsobovaný ventilátorom a usmernený. 17
Kombinované vykurovanie - je kombináciou popísaných vykurovacích sústav, kde od zdroja sa rozvod rozdelí na okruhy s čerpadlami a zmiešavacími armatúrami, napr. teplovodné vykurovanie s teplotným spádom 80/60 C a nízkoteplotné podlahové vykurovanie s teplotným spádom 45/30 C. Samokontrolné otázky: 1. Popíšte základné rozdiely, výhody a nevýhody jednorúrkovej sústavy oproti dvojrúrkovej. 2. Čo je to tichelmanove zapojenie? 3. Aké môžu byť nízkoteplotné systémy, popíšte v krátkosti každý typ. 4. Aké sú výhody a nevýhody prirodzeného a núteného obehu? 4 VÝKRESOVÁ DOKUMENTÁCIA VO VYKUROVANÍ Cieľ kapitoly: Účelom kapitoly je naučiť sa zakresľovať vykurovacie telesá, stúpacie potrubia, rozvody a armatúry vo výkresoch vykurovania. Výkresy sú kreslené v mierke 1:50, 1:100 a detaily v mierke 1:20. Všetky zariadenia ústredného vykurovania sa zakresľujú do zjednodušeného výkresu konštrukcií pozemných stavieb do slepej matrice. Slepá matrica je výkres stavebnej časti pôdorysu bez kót, s vyznačením hlavných stavebných prvkov okná dvere, schody, preklady a murivá, kreslené tenkou čiarou. V prípade potreby sa kótujú iba hlavné rozmery stavby. Potrubia sa zakresľujú hrubou čiarou, podľa zásad pre kreslenie systémov ÚK. V súčasnosti sa za pomoci výpočtovej techniky ušetrí čas, ak sa dodržia určité zásady : vykresľovanie rovnakých prvkov do hladín nepoužívať príliš mnoho farieb, hlavne ak sa ku farbe priraďuje hrúbka čiary označiť správne názov hladiny Tab. 2 Grafické značenie vo výkresoch POTRUBIA Prívodné potrubie Vratné potrubie Expanzné potrubie, poistné Expanzné potrubie vratné, poistné Odvzdušňovacie potrubie Prívodné horúcovodné potrubie Vratné horúcovodné potrubie Prívodné parné potrubie Vratné parné potrubie Parné potrubie Kondenzačné potrubie Smer toku látky potrubím 18
Zmena prierezu potrubia Sklon potrubia Izolované potrubie VYKUROVACIE TELESÁ Teleso článkové a doskové Vykurovací had z hladkých rúrok Register z rúrok Rebrová rúrka Vykurovací had z rebrových rúrok Sálavý stropný rúrový pás ARMATÚRY Pevný bod Posuvný bod kompenzátor U kompenzátor Vlnovcový kompenzátor Ventil priamy Ventil rohový Spätný ventil (v smere čiernej šípky prietočný) Kohút priamy Kohút rohový Uzatvárací ventil (šupátko) Poistný ventil priamy 19
Poistný ventil rohový Trocestná armatúra - ventil Trojcestná klapka Štvorcestný ventil clona Spätná klapka Odvzdušňovací ventil Odvzdušňovací ventil vykurovacieho telesa Vypúšťací ventil Odvzdušňovacia nádoba Redukčný ventil Prírubová armatúra Závitová armatúra Navarovacia armatúra Regulátor tlakovej diferencie Obmedzovač teploty vody Odvádzač kondenzátu Filter, filter so smerom toku média OSTATNÉ ZARIADENIA čerpadlo Expanzná nádoba teplomer tlakomer anuloid 20
Kreslenie pôdorysov Stavebné konštrukcie v pôdorysoch sa zakresľujú zjednodušene, tenkou čiarou, vrátane zariaďovacích predmetov. Na výkrese pôdorysu I. nadzemného podlažia sa vyznačuje sever s označením exteriérovej oblastnej teploty v C a charakteristické číslo budovy, ktoré sme použili pri výpočte tepelných strát. Číslovanie miestností V pôdorysoch sa číslujú vykurované miestnosti viď kapitola výpočet tepelných strát. Čísla sa píšu medzi krátke vodorovné úsečky, pričom veľkosť čísla je o stupeň väčší, ako ostatný popis. Vnútorné výpočtové teploty sa píšu pod číslo miestnosti v C bez písmenného označenia C. Názov miestnosti sa píše do legendy. Nevykurované miestnosti majú pod číslom miestnosti vodorovnú čiarku. Obr. 9 Popis miestností s vykuriovaním a bez vykurovania Kreslenie potrubia v pôdorysoch Kreslenie vodorovných potrubí Potrubia sa kreslia podľa normy hrubou čiarou, prívodné potrubie plnou, vratné potrubie prerušovanou. Potrubia vedené v pôdoryse pod sebou sa kreslia vedľa seba, pričom potrubie, ktoré je vyššie, kreslíme bližšie ku nosnej konštrukcii, na ktorú je potrubie upevnené. Ak je potrubí viac, zakreslí sa jednočiarovo a zobrazíme detail zvislým rezom s popisom druhu a dimenzie potrubia. Obr. 10 Kreslenie viacerých potrubí vedených nad sebou v pôdoryse a v reze Pri rovnobežných potrubiach sa vzdialenosti kótujú iba vtedy, ak je predpísaná ich poloha vzhľadom ku murivu. Potrubia vedené v pôdoryse vedľa seba sa zakresľujú vedľa seba. Stúpnutie, klesnutie sa vyznačí výraznou bodkou na grafickej značke potrubia, v prípade potreby sa označí aj výškovou kótou. Pri vstupe prípojky do objektu sa okótuje vzdialenosť a výšková kóta vzhľadom ku stavebnému objektu. Na prípojke sa vyznačí množstvo odobraného tepla, údaje s teplotnými a tlakovými parametrami. 21
Uloženie a upevnenie potrubia sa kótuje iba vtedy, ak je potrebné presne popísať polohu potrubia ku stavebnej konštrukcii. Umiestnenie pevného bodu (pevné uchytenie potrubia ) sa kótuje a označí písmenným označením PB. Kreslenie zvislých potrubí Stúpacie potrubie je potrubie, ktoré prechádza stavebnou konštrukciou stropom. V pôdoryse sa zakresľuje krúžkom, tenkou plnou čiarou, bez ohľadu na skutočný priemer potrubia. Poloha krúžku udáva polohu stúpacieho potrubia. Ak je potrubie umiestnené v stene, vyznačí sa stavebný otvor v konštrukcii steny tenkou čiarou. Potrubia sa kótujú od steny iba vtedy, ak sa vyžaduje presné umiestnenie stúpacieho potrubia. Osové vzdialenosti potrubí sa tiež nekótujú, iba ak sa vyžaduje ich presné uloženie. Obr. 11 Popis stúpacích potrubí vykurovania v pôdoryse Stúpacie potrubia sa v pôdoryse vyznačujú arabskými číslicami, pričom ich číslujeme rovnakým spôsobom ako miestnosti od ľavého horného rohu dookola pôdorysu v tvare slimačej ulity. Poradové čísla stúpacích potrubí sa zapisujú zvonka obvodového muriva, v prípade vnútorného muriva čo najbližšie ku stúpaciemu potrubiu. Veľkosť číslic je o dva stupne väčšia ako bežný popis na výkrese. Zvislé potrubia zabezpečovacích a poistných potrubí sa označujú písmennou značkou P a E. Kreslenie a označovanie vykurovacích telies v pôdorysoch Vykurovacie telesá sa v pôdoryse vyznačujú grafickou značkou, alebo ak je teleso netypického tvaru zjednodušeným obrysom. Po zakreslení vykurovacieho telesa v mierke do pôdorysu výraznou značkou (bodka) označí smer, z ktorého bude teleso napojené pripojovaním potrubím. Toto pripojovacie potrubie sa do pôdorysu nezakresľuje. Na vykurovacie teleso sa grafickou značkou zakreslí odvzdušňovacia, alebo vypúšťacia armatúra (ak nie je súčasťou dodávky vykurovacieho telesa). Ku armatúre sa napíše popis OV (odvzdušňovací ventil) s dimenziou, alebo VK (vypúšťací kohút) s dimenziou. Písmenné označenie telesa sa zapisuje rovnobežne s grafickou značkou, pod označením telesa sa uvádzajú písmenné označenia pripojovacej armatúry telesa a pripojovacieho šrúbenia s dimenziou a prípadne s nastavením predregulácie armatúry. 22
Obr. 12 Zakreslenie vykurovacích telies v pôdorysoch Legenda : a - je článkové vykurovacie teleso s počtom článkov 20, vzdialenosť pripojenia prívodného a vratného potrubie do telesa 500 mm, šírka telesa 160 mm, priamy ventil dimenzie 15 mm s prednastavením 4,5, priama závitová spojka dimenzie 15 mm b - je doskové vykurovacie teleso s dvoma doskami a dvoma konvektormi, výška telesa 500 mm, dĺžka telesa 1600 mm, priamy ventil dimenzie 15 mm s prednastavením 4,5, priama závitová spojka dimenzie 15 mm c - je konvektor TS 025, dĺžka konvektora 1540 mm, priamy ventil dimenzie 15 mm, odvádzač kondenzátu dimenzie 15 mm d - je vykurovací had z rebrových rúrok, štyri rúrky o dĺžke 2000 mm, rúrka s rozmerom 73x3 mm, priemer rebier 156 mm, priamy ventil dimenzie 15 mm s prednastavením 4,5, priama závitová spojka dimenzie 15 mm e - je vykurovací register z hladkých rúrok, tri vodorovné rúrky o dĺžke 3000 mm, priemer rúrky 50 mm, priamy ventil dimenzie 15 mm s prednastavením 4,5, priama závitová spojka dimenzie 15 mm f - je vykurovacie teleso dekoračné rebríkové z hladkých rúrok, typ KL, šírka 600 mm, výška 1970 mm, priamy ventil dimenzie 15 mm s prednastavením 4,5, priama závitová spojka dimenzie 15 mm Zakresľovanie podlahového vykurovania Podlahové vykurovanie sa označuje v pôdorysoch tenkou čiarou - obdĺžnikom, ktorá lemuje vykurovanú zónu. Jednotlivé zóny sú spojené potrubím s rozdeľovačom a zberačom, pričom každý zberač a rozdeľovač má svoje označenie. Pripojenia vykurovacích hadov majú svoje označenie, ktoré obsahuje príslušné označenie rozdeľovača a zberača a číslo okruhu. Pod označením v zátvorke je dĺžka okruhu. V pôdorysoch sa tenkou čiarou zakresľuje rozdeľovač v tvare obdĺžnika ( v mierke). Každý zberač a rozdeľovač sa označí písmenom veľkej abecedy. V prípade potreby sa zakreslí detail vo väčšej mierke mimo pôdorys objektu. Popis miestnosti v pôdoryse je obohatený o nové údaje. 23
Vo vykurovanej miestnosti s podlahovým vykurovaním sa pod číslom miestnosti uvádza vnútorná výpočtová teplota, pod teplotou je rímskou číslicou označená značka podlahy ( slúži ako odvolávka na detail) a za pomlčkou je veľkosť vykurovacej plochy v m 2. Pod odvolávkou sa zapisuje výpočtová vzdialenosť rúrok v metroch. Okrem čísla miestnosti a výpočtovej teploty sa rímskou číslicou zapíše značenie podlahy (v detaile sa popíše zloženie podlahy). Obr. 13 Značenie rozdeľovača umiestneného v stene Obr. 14 Popis miestnosti s podlahovým vykurovaním Každý vykurovací okruh sa označuje písmenom rozdeľovača, z ktorého je napojený a poradovým číslom. Do zátvorky sa uvedie vypočítaná dĺžka potrubia od rozdeľovača po zberač. Obr. 15 Značenie okruhu podlahového vykurovania a značenie uloženia potrubia v chráničke Potrubie okruhu A3 je o dĺžke 42,5 m. Obr. 16 Značenie podlahového vykurovania podlahový okruh 24
Potrubie sa zakresľuje hrubou čiarou, prívodné plnou a vratné čiarkovanou. Ak je potrubie v chráničke, pri prestupoch alebo prechodoch dilatačných škár, potom sa chránička po celej dĺžke zakresľuje čiarkovanou tenkou čiarou. Ukladanie jednotlivých vykurovacích hadov sa obvykle nerozkresľuje. Ukladanie hadov sa rozkresľuje v prípade neštandardu a v takom prípade sa rozkresľuje detail v M=1:25, M=1:20, M=1:10. Miesto, kde sa mení modul (vzdialenosť, rozostup) rúrok sa vyznačuje bodko - čiarkovanou tenkou čiarou. Plocha, ktorá sa takto vyhraničí sa označí potom počtom rúrok a novým modulom rúrok. Obr. 17 Vyznačenie hranice zmeny rozostupu rúrok v podlahe s vyznačením nového rozostupu Dilatačnú škáru vyznačujeme dvojitou tenkou čiarkovanou čiarou s popisom DILATÁCIA. Obr. 18 Značenie dilatácie podlahy Zakresľovanie schém stúpacích potrubí Schémy stúpacích potrubí sa zakresľujú zjednodušene. Do výkresu sa tenkou čiarou zakresľujú sa stavebné konštrukcie podláh a strechy. Každé podlažie sa označí výškovou kótou. Vykurovacie telesá, kotle, ohrievača a iné zariadenia sa zakresľujú v pohľade na zariadenie smerom z miestnosti. Schéma je zakresľovaná zjednodušene, pričom sa vo zvislom smere dôsledne zachováva mierka. Vo vodorovnom smere sa mierka nezachováva, všetky telesá a pripojovacie potrubia sú rovnako veľké. V schéme nezakresľujeme ležaté potrubie, iba ak je to nevyhnutné z hľadiska umiestnenia ležatých potrubí (ak sú vedené vedľa seba, alebo pod sebou), a aj to v minimálne nutnom rozsahu. Armatúry v rozvinutej schéme sa označujú podľa zásad, ktoré platia pre pôdorys. Vo vodorovnom smere sa merítko nemusí zachovávať. Vykurovacie teleso sa označí grafickou značkou pohľadu, krátkymi priamkami sa vyznačia na telese konzoly a držiaky, tak aby zodpovedali skutočnosti (ak nie je od výrobcu stanovené ináč). Zakreslí sa odvzdušňovacia a vypúšťacia armatúra, ak sú súčasťou telesa nie je potrebné ich označovať. Nad telesom bude číslo miestnosti, v ktorej sa teleso nachádza, pod číslom sa popíše typ telesa. Pod popisom telesa budú údaje o pripojovacej armatúre a pripojovacom šrúbení, pričom tieto údaje musia byť v súlade s pôdorysom. 25
Obr. 19 Zakreslenie zvislej schémy rozvodov vykurovania Ku údaju o dimenzii armatúry sa za lomenou čiarou pripíše údaj o hydraulickom prednastavení číslom, alebo k hodnotou. Pri jednorúrkových vykurovacích sústavách sa so zmiešavacou armatúrou zapíše súčiniteľ zatekania do vykurovacieho telesa, v tvare napr. 0,5. Údaj o hydraulickom prednastavení sa vysvetlí v legende. Ak je pripojovacie potrubie telesa inej dimenzie ako armatúra musí sa táto dimenzia na schéme vyznačiť. Ak zjednodušujeme popis armatúr, pripojovacích šrúbení, alebo vykurovacích telies jednotným značením, potom je potrebné v legende toto zjednodušenie uviesť s vysvetlením v legende. Samokontrolné otázky: 1. Zakreslite v pôdoryse a v pohľade 15 článkové vykurovacie teleso, rozmer článku 110/60/550 mm 2. Popíšte toto vykurovacie teleso ventilmi, na prívode priamy ventil dimenzie 10 s prednastavením 3,5, na spiatočke ventil o dimenzii 10 3. Ako sa značia stúpacie rozvody, ležaté rozvody a miestnosti v pôdorysoch? 26
5 URČENIE PARAMETROV EXTERIÉRU Cieľ kapitoly: Účelom kapitoly je návrh parametrov exteriéru za pomoci tabuliek. Z hľadiska vykurovania sú najdôležitejšími parametrami exteriéru : Prúdenie vetra teplota vzduchu Teplota vzduchu Vystupuje v rôznych výpočtoch vo vykurovaní ako : stredná denná teplota stredná mesačná teplota stredná teplota vzduchu vo vykurovacom období oblastná výpočtová teplota Stredná denná teplota θ sd Je priemer okamžitých teplôt vzduchu meraných o 7 00, 14 00, 21 00 sd, 4 00 2. 21 00 7, 00 14, ( C) Začiatok vykurovacieho obdobia je dané poklesom strednej dennej teploty pod 13 C v dvoch za sebou idúcich dňoch. Koniec vykurovacieho obdobia je dané stúpnutím strednej dennej teploty nad 13 C v dvoch za sebou idúcich dňoch. Stredná mesačná teplota θ sm Je pomer strednej dennej teploty počtom dní v mesiaci sm n sd ( C) kde n je počet dní v mesiaci t sd je stredná denná teplota Stredná teplota vo vykurovacom období θ es Je priemer denných teplôt vo vykurovacom období, pre jednotnosť výpočtov sa ráta s hodnotami z tabuliek. es n epr ( C) kde : θ epr je priemerná teplota vo vykurovacom období n je počet dní vykurovacieho obdobia Oblastná výpočtová teplota θ e Je najnižší priemer 5 po sebe idúcich minimálnych stredných denných teplôt θ sd vzduchu výsledok dlhodobých pozorovaní (50 rokov). Tab. 3 Vonkajšia výpočtová teplota θ e a priemerná ročná vonkajšia teplota θ m,e 27
Geografická zóna θe 1) θm,e 2) denná priemerná Vykurovacie obdobie pre t0=12 C ( C) ( C) teplota (január) ( C) θes ( C) n počet dní Bánovce nad Bebravou 12 Banská Bystrica 15 8,0-4,2 2,8 223 Banská Štiavnica 16 7,4 Bardejov 15 6,6-5,7 2,1 237 Bratislava 11 9,9-1,6 4,0 202 Brezno 16 Bytča 15 Čadca 15 7,2-4,0 2,9 239 Detva 15 Dolný Kubín 16 6,3-4,6 2,6 247 Dunajská Streda 11 9,7-1,8 3,9 205 Galanta 11 9,6-1,9 3,8 206 Gelnica 15 Hlohovec 11 Humenné 15 8,1-4,0 2,9 221 Ilava 13 Kežmarok 16 Komárno 11 9,8-1,6 3,9 204 Košice 13 8,4-3,4 3,0 218 Krupina 13 Kysucké Nové Mesto 13 Levice 11 9,4-2,2 3,7 208 Levoča 16 Liptovský Mikuláš 16 5,9-5,3 2,4 253 Lučenec 13 9,1-3,2 3,2 210 Malacky 11 Martin 15 7,2-3,9 2,8 235 Medzilaborce 15 Michalovce 13 8,8-3,7 2,9 225 Myjava 13 Námestovo 18 Nitra 11 9,6-1,9 3,8 206 Nové Mesto nad Váhom 11 Nové Zámky 11 9,7-1,8 3,9 205 Partizánske 13 Pezinok 11 Piešt'any 11 9,2 Poltár 13 Poprad 16 5,9-5,7 1,9 250 Považská Bystrica 15 7,7-3,1 3,3 237 Prešov 15 8,3-3,9 2,8 218 Prievidza 14 8,5-2,6 3,4 220 Púchov 13 Revúca 15 28
Rimavská Sobota 13 8,5-4,0 2,7 214 Rožňava 15 8,0-3,8 2,9 223 Ružomberok 16 Sabinov 15 Senec 11 Senica 12 9,2-2,0 3,7 210 Skalica 11 Snina 15 Sobrance 13 Spišská Nová Ves 16 6,8-5,5 2,1 235 Stará Ľubovňa 17-2,3 3,3 236 Stropkov 15 Svidník 15 Šaľa 11 Topoľčany 11 9,0-1,8 3,7 213 Trebišov 13 8,8-3,7 2,9 212 Trenčín 12 8,8-2,3 3,6 216 Tmava 11 9,5-1,9 3,7 207 Turčianske Teplice 16 Tvrdošín 17 Veľký Krtíš 13 Vranov nad Topľou 15 Zlaté Moravce 11 Zvolen 15 8,1-4,0 2,9 222 Žarnovica 15 Žiar nad Hronom 15 7,4-3,1 2,9 232 Žilina 15 7,2-4,0 2,7 232 Samokontrolné otázky: 1. Vyhľadajte si svoje rodné mesto, alebo mesto v ktorom momentálne žijete, odčítajte exteriérové parametre. 6 URČENIE PARAMETROV INTERIÉRU Cieľ kapitoly: Účelom kapitoly je návrh parametrov interiéru, s rozlíšením, či sa jedná o vykurovaný, alebo nevykurovaný priestor. Základné tepelno technické výpočty stavebných konštrukcií Pre výpočet sú potrebné : situačný plán s umiestnením budovy, výška, vzdialenosť okolitých budov, terénne prirážky, nadmorská výška stavby, smer a intenzita vetra pôdorysy podlaží (najmenej mierka 1:100) s rozmermi okien a dverí rezy budovou s udaním hlavných výšok údaje o materiáloch okien, dverí, konštrukcii stien, podláh, stropov a strechy údaje o účele miestností Určenie vnútornej teploty θ i 29
θ i je aritmetický priemer medzi teplotou vnútorného vzduchu a strednou povrchovou teplotou stien obklopujúcich daný interiérový priestor. Určujeme vnútornú teplotu vykurovaných aj nevykurovaných miestností. Pre vykurované miestnosti rodinných domov postačuje uvedená tabuľka č.7, pre nevykurované miestnosti tab. č.8. Tieto tabuľky používame, ak nie je určené inak, teda ak nie je požiadavka s ohľadom na osobitnú zdravotnú starostlivosť, alebo s ohľadom na technológiu. Vnútorná teplota θ i sa meria guľovým teplomerom vo výške cca 1,0 m nad podlahou a uprostred miestnosti. Ak máme prípad nevykurovanej miestnosti, ktorý sa nedá zaradiť do tabuľky, potom θ i sa vyráta : U S i. i U. S i. U. S e. e 1300. n. V. e U. S e 1300. n. V i ( C) (3.4) kde : (U.S) i je súčet súčinov pre steny, kde nevykurovaný priestor susedí s vykurovanými miestnosťami (m.k -1 ) (U.S) e je súčet súčinov pre steny susediace s vonkajším prostredím (m.k -1 ) V objem nevykurovaného priestoru (m 3 ) θ i výsledná teplota vykurovaných miestností ( C) θ e výpočtová vonkajšia teplota vzduchu ( C) n = n/3600 intenzita výmeny vzduchu v nevykurovanom priestore (h -1 ) n intenzita výmeny vzduchu (h -1 ) Ak nie je určené inak, potom pre intenzitu nevykurovaných miestností platí : n=0 nevykurovaná miestnosť susedí prevažne s vykurovanými miestnosťami n=0,5 nevykurovaná miestnosť susedí čiastočne s vykurovanými miestnosťami a čiastočne s vonkajším prostredím bez vonkajších dverí n=1 nevykurovaná miestnosť susedí čiastočne s vykurovanými miestnosťami a čiastočne s vonkajším prostredím s vonkajšími dverami n=1,5 nevykurovaná miestnosť susedí prevažne s vonkajším prostredím bez vonkajších dverí n=2,0 nevykurovaná miestnosť susedí prevažne s vonkajším prostredím s vonkajšími dverami Tab. 4 Určenie vnútornej teploty vykurovaných miestností (výber pre rodinné domy) Druh vykurovanej miestnosti Obytné budovy Obývacie miestnosti : obývačka, spálňa, jedáleň, pracovňa, detská izba, jedáleň s kuchynským kútom Kuchyne Kúpeľne Záchody Vykurované vedľajšie miestnosti ( predsieň, chodba) Vykurované schodištia Vnútorná teplota θi( C) 20 20 24 20 15 10 30
Ostatné miestnosti v administratíve, školstve, hotely, a pod. sú obsiahnuté v norme STN EN 128 31. Tab. 5 Vnútorná výpočtová teplota θ eint,i Typ budovy/priestoru θint,i ( C) Kancelária 20 Veľkopriestorová kancelária 20 Zasadacia miestnosť 20 Prednášková sála 20 Kaviareň/Reštaurácia 20 Školská trieda 20 Škôlka 20 Obchodný dom 16 Obytná budova 20 Kúpelňa 24 Kostol 15 Múzeum/Galéria 16 Tab. 6 Vnútorná výpočtová teplota θ int,i Typ budovy/priestoru 1) Obytné budovy obývacie miestnosti, t.j. obývacie izby, spálne, jedálne, jedálne s kuchynským kútom, pracovne, detské izby kuchyne 20 kúpeľne 24 záchody 20 vykurované vedľajšie miestnosti (predsieň, chodba) 15 vykurované schodištia 10 2) Administratívne budovy kancelárie, veľkopriestorové kancelárie, čakárne, zasadacie siene, 20 jedálne vykurované vedľajšie miestnosti (chodby, hlavné schodisko, 15 záchody a iné) vykurované vedľajšie schodiská 10 θint,i ( C) 3) Školské budovy prednáškové sály, učebne, kresliarne, rysovne, kabinety, 20 laboratóriá, jedálne učebné dielne 18 telocvične 15 šatne pri telocvičniach 20 sprchy a prezliekárne 24 ordinácie a ošetrovne 24 20 31
vykurované vedľajšie miestnosti (chodby, schodištia, záchody, 15 šatne len pre vonkajší odev a iné) materské škôlky, jasle učebne, herne, spálne 22 šatne pre deti 20 umývárne pre deti 24 izolačné miestnosti 22 4) Nemocnice izby pre chorých 22 vyšetrovne, ordinácie, prípravne, kúpelne 24 operačné sály min. 25 predsiene, chodby, schodiská, záchody, čakárne 20 služobné miestnosti 20 5) Obchodné budovy predajné miestnosti všeobecne 20 predaj trvanlivých potravín 18 predaj mäsa, mliečnych výrobkov, ovocia 15 sklady všeobecne 15, resp. podľa požiadaviek sklady potravín 10 12, resp. podľa požiadaviek chladiarne 2 5 vykurované vedľajšie miestnosti (chodby, záchody a iné) 15 vykurované schodiská 10 kancelárske miestnosti 20 6) Hotely a reštaurácie kaviareň, reštaurácia 20 izby pre hostí 20 kúpeľne 24 hotelové haly, zasadacie miestnosti, jedálne, sály 20 hlavné schodiská 15 kuchyňa 15 vedľajšie miestnosti (chodby, záchody a iné) 15 vedľajšie schodiská 10 7) Internáty a ubytovne izby, hovorne, spoločenské miestnosti 20 spoločné spálne 16 18 umývárne 24 zariadenie mimo prevádzku 5 8) Divadlá, kiná, koncertné sály a iné kultúrne miestnosti hľadiská a sály i s priľahlými priestormi 20 chodby, schodiská, záchody 15 kancelárske miestnosti 20 šatne pre účinkujúcich 22 24 9) Budovy pre šport športové haly 32
telocvične, haly 15 šatne, prezliekárne 22 umývárne, sprchy, miestnosti pre masáž 24 bazénové haly a kúpele pre dospelých 28 pre deti 30 kľudová prevádzka (zakrytá hladina) 15 sprchy, prezliekárne, miestnosti pre masáž 24 vedľajšie miestnosti (šatne, chodby, schodiská, záchody a iné) 22 sauny sauny 115 prehrievárne 22 odpočívárne 22 ochladzovne 10 zimné štadióny tréningové haly 5 haly s divákmi 15 20 10) Železničné stanice, letiská čakárne, letiskové odbavovacie priestory (uzavreté) 20 staničné haly (uzavreté) 15 11) Budovy pre pôdohospodárstvo stajňové zateplené stajne pre dojnice 14 výkrm dobytka 6 odchov mladého dobytka 6 odchov odstavčiat 18 21 nosnice 20 bahnice s jahňatami 6 pestovateľské pestovanie žampiónov (krátkodobo pri dezifekcii) 60 pestovanie žampiónov, pestovanie čakankových pukov 16 18 klíčiarne zemiakov 12 skladovacie sklady zemiakov 2 5 12) Priemyselné prevádzky dielne pre jemnú mechaniku 18 20 zámočnícke dielne 16 18 obrábacie dielne 18 montážne haly pre jemnú montáž 16 18 pre hrubú montáž 12 14 šatne len pre vonkajší odev 15 len prezliekanie 20 umyvárne len pre umývanie do pol tela 22 sprchy a prezliekárne pri sprchách 24 hygienické kútiky pre ženy 24 kancelárske miestnosti, vrátnice a pod. 20 33
chodby, záchody a iné vedľajšie miestnosti 15 vykurované schodiská 10 hutné a ťažké strojárstvo valcovňa 16 zlievareň 16 spracovanie ocele valcovanie tvárnej ocele 16 koľajnice výroba 16 miestnosť pod zásobníkmi 16 opracovanie potrubí 16 príprava hlín 16 výroba kolies 20 lisovanie za tepla 20 valcovacia trať pre valcovanie za tepla 20 ciachovacia prevádzka 20 kovárne ľahké a stredné 20 lisovanie za tepla 20 výroba koľajových výztuh 20 výroba plochých predvalkov za tepla 20 sklady prípravkov 20 zlievarenský dvor 20 zychladzovanie odliatkov 20 prevádzka Martinských pecí 20 prevádzka pri peciach 20 cementovanie ocele 20 hutníctvo elektrolýza zinku 18 valcovacia trať pre ploché predvalky 20 Thomassovanie, Bessemerovanie 25 ťahanie a valcovanie rúr za studena 16 zvarovanie rúr 16 výroba vysokopevnostných rúr 16 tepelné prevádzky 20 strojárstvo závod kovových konštrukcií 16 závod na výrobu armatúr náraďovňa 16 modelárska dielňa 16 zvarovne 16 výroba mechanických dielov (60 % sústruhov chladených 16 emulziou) výroba obrábacích dielov 18 hrubá montáž 12 výroba elektrotechnická, jemná montáž 16 18 jemná montáž 16 18 výroba meradiel, náradia, ložísk 18 20 34
drobná kovovýroba, spotrebný tovar 16 20 priemysel stavebných hmôt výroba značkového betónu a malty 16 výroba armovaného penobetónu a silikátových panelov a prvkov 16 výroba penobetónu 16 výroba sadrových prvkov a sadrových tlačených prvkov 16 výroba minerálnej vaty 16 výroba penobetónu a penosilikátov 16 výroba predpätého betónu 16 priemysel sklársky, keramický a porcelánu výroba sklenenej priadze 20 26 výroba vrstveného skla: miestnosť pre rezanie 18 18,5 kontrola vrstvy vinylu 12 13 pece pre sušenie vinylu 60 65 tavenie skla 25 priemysel drevársky drevospracujúce dielne 16 papierenský priemysel sklad papiera 15 27 rezanie, glejenie, viazanie 15 20 haly papierenských strojov 20 polygrafický priemysel tlačiarne 20 24 kameňotlač 15 24 filmový priemysel oddelenie polievania filmov 1 3 sušenie filmov 28 32 kondicionovanie filmov 20 24 rezanie, perforovanie, balenie 19 24 sklad filmov 16 24 filmové laboratóriá 20 26 textilný priemysel bavlna otváranie balíkov 22 26 mykanie 22 26 preťahovanie 22 26 predpradenie 22 26 pradenie na krúžkových strojoch 22 26 súkanie a snovanie 22 25 tkanie na automatoch 22 24 vlna rozvolňovanie 22 26 mykanie 22 26 spriadanie 22 26 tkanie 22 26 35
ľan mykanie 22 26 spriadanie 22 26 tkanie 22 24 hodváb príprava 22 26 tkanie 22 26 viskózový hodváb kondicionovanie celulózy 20 25 namáčanie a lisovanie celulózy 20 25 rozvláknenie celulózy 20 25 predzrenie celulózy 20 24 sulfidácia 18 24 rozpúšťanie xantogenátu 20 25 dozrievanie viskózy 12 22 zvlákňovanie 22 26 odkyslenie a odsírenie 20 24 textilné oddelenie skanie 22 26 výroba kapronu zvlákňovanie 18 22 kondiciónovacie priestory 20 22 skacie oddelenie 22 24 predvíjarne a súkanie 22 24 priemysel kožiarsky a obuvnícky sklady kožušín 0 5 sklady koží 15 22 priemysel potravinársky cukrovinky čokoláda náplne pre namáčanie 23 26 ručné namáčanie 16 18 balenie 18 19 skladovanie bonbónov 13 15 tvrdé cukrovinky výroba pastiliek 16 17 ochladzovanie a balenie 21 24 chladiaci tunel 2 8 sklad orechov 2 13 pekárne sklad surovín 22 26 cestovinárne, kysnutie a tvarovanie cesta 26 prevádzky s pecami 26 výroba pečiva 23 25 výroba trvanlivého pečiva 27 mliekarne stáčanie mlieka, výroba masla 18 20 výroba tvarohu 15 20 výroba a plnenie krémov 18 20 pasterizácia 10 24 pivovary sladovne 10 varne 5 45 36
spilky 5 10 otvorené pivnice pre ležiak 2 sklady potravín chladiarne ovocia a zeleniny podľa druhu 1 ± 7 chladiarne mäsa 0 ± 2 chladiarne rýb 2 ± 1 mraziarne ovocia a zeleniny 18 23 mraziarne mäsa, zveriny a rýb 30 35 sklady potravín 10 zdravotnícky priemysel lisovanie tabletiek 25 sklad práškov a baliareň 24 mlecia miestnosť 24 26 výroba ampuliek 24 26 biologická výroba 24 26 pečeňový extrakt 24 26 séra 23 26 miestnosť pre väčšie zvieratá 24 27 miestnosť pre malé zvieratá 23 26 mikroanalýza 26 27 termostaty 24 37 tabakový priemysel miestnosti váh, vlhčenie 20 23 vaňové vlhčiace jednotky 16 22 rozberňa, rezáreň a triediareň 20 24 sklad rezaného tabaku 20 26 hala cigaretových strojov 20 25 sušenie hotových cigariet 28 32 sklad hotových výrobkov 20 26 fermentácia tabaku 25 60 obslužné priemyselné prevádzky vodojemy, manipulačné komory, čistiarne a úpravne odpadových vôd 1 13) Rôzne miestnosti jedálne 20 kuchyne (pre hromadné stravovanie) 15 výstavné sály, múzeá, depozitáre 15, resp. podľa osobitných požiadaviek telocvične, športové haly 15 uzavreté priestory pre cestujúcich na nádražiach 15 na letiskách 20 garáže a iné miestnosti chránené proti mrazu 5 kostol 15 37
Tab. 7 Teplota susediacich vykurovaných priestorov Teplo šíriace sa z vykurovaného priestoru (i) do: θ susediaci priestor ( C) θ susediaci priestor sa určí: susediaca miestnosť v rovnakej časti budovy napr. pre kúpelňu, komoru podľa tabuľky napr. pre vplyv vertikálneho teplotného gradientu susediaca miestnosť patriaca do inej časti budovy int, i m,e (napr. susedný byt) 2 susediaca miestnosť patriaca do inej budovy (vykurovaná alebo nevykurovaná) θ m,e je priemerná ročná vonkajšia teplota ( C). m,e Tab. 8 Určenie vnútornej teploty nevykurovaných miestností Druh nevykurovanej miestnosti 1 2 Podstrešné priestory (pôjdy) netesná krytina tesná krytina bez tepelnej izolácie s tepelnou izoláciou Vzduchová medzera pri vetraných dvojplášťových strechách 2) 3 Miestnosti susediace 4 5 Pivnice a iné suterénne nevykurované miestnosti Zriedka vykurované zväčša s vykurovanými miestnosťami (napr. vnútorné chodby a pod.) sčasti s vykurovanými miestnosťami a sčasti s vonkajším prostredím bez vonkajších dverí s vonkajšími dverami; aj vnútorné schodisko 3) zväčša s vonkajším prostredím, s ktorým sú spojené vonkajšími dverami Teplota v nevykurovaných susediacich priestoroch pri vonkajšej teplote θ e 1 ) ( C) 12 15 18 21 6 9 3 6 0 0 9 12 15 18 +15 +6 0 +6 0 3 6 9 12 úplne pod terénom +5 až +10 čiastočne nad terénom nevetrané +3 vetrané 0 v tej istej budove v susediacej budove +15 +10 +3 0 12 9 3 +3 3 0 3 15 12 6 +3 3 0 3 38
miestnosti 6 Kotolne, výmenníkové stanice, strojovne +15 +20 1) Teploty v nevykurovaných susediacich priestoroch sa pri inej ako uvedenej vonkajšej výpočtovej teplote, θe, určia na základe uvedených hodnôt interpoláciou 2) Tepelný odpor vetraných dvojplášťových striech sa počíta až po vzduchovú medzeru a volí sa Rs,ovv = 0,08 (m2 K)/W 3) Pre vnútorné schodištia platia uvedené hodnoty θu pre prízemie, t.j. pre 1. nadzemné podlažie, pre 2. až 4. podlažie sa hodnoty te zvýšia o 3 C, pre 5. a ďalšie podlažia o 6 C Príklad 6.1.: Vypočítajte vnútornú teplotu priestoru, ak poznáme nasledovné vstupné údaje : Rozmery miestnosti a parametre sú zadané v obrázku. i US i. i U. S i. U. S e. e 1300. n. V. e U. S e 1300. n. V (1,0.4.2,7.151,0.5.2,7.20) (0,2.4.2,7.( 15) 0,2.(5.2,71,5.1,5).( 15) 1,7.1,5.1,5.( 15)) 1300. 1,5.5.4.2,7.( 15) i 3600 1, 58C (1,0.4.2,71,0.5.2,7) (0,2.4.2,70,2.(5.2,71,5.1,5) 1,7.1,5.1,5) 1300. 1,5.5.4.2,7 3600 Teplota v nevykurovanej miestnosti podľa zadaného pôdorysu bude -1,58 C. Výpočet súčiniteľa prechodu tepla Stavebné konštrukcie by mali mať požadované hodnoty tepelného odporu pre rôzne klimatické oblasti. Pre výpočet viacvrstvových, alebo menej obvyklých konštrukcií sa súčiniteľ prechodu tepla U vypočíta : 1 U 1 d 1 i e (W.m -2.K) (3.5) kde : α i celkový súčiniteľ prestupu tepla na vnútornom povrchu steny (W.m -2.K) α e celkový súčiniteľ prestupu tepla na vonkajšom povrchu steny (W.m -2.K) d tepelný odpor steny (m d hrúbka jednotlivých vrstiev steny (m) λ merná tepelná vodivosť jednotlivých vrstiev (W.m 2.K.W -1 ) -1.K -1 ) 39
Hodnoty súčiniteľov prestupu tepla na povrchu konštrukcie sa volia : α e 23 W.m -2.K pre vonkajší povrch konštrukcie α i 8 W.m -2.K - pre vnútorný povrch zvislej konštrukcie, pri toku tepla smerom nahor α i 6 W.m -2.K - pre vnútorný povrch vodorovnej konštrukcie, pri toku tepla smerom nadol Rozmery miestností Plochy stien, podláh a stropov sa počítajú z vnútorných rozmerov miestnosti, iba pri výške sa volí hodnota konštrukčnej výšky podlažia. Túto zásadu dodržiavame aj pri výpočte priemerného súčiniteľa U pre určenie celkovej plochy S všetkých stien. Plocha okien a dverí je plocha otvorov v stene. Hodnoty dĺžkových rozmerov možno zaokrúhľovať na 0,05 m a plochu na 0,05 m 2. Samokontrolné otázky: 1. Ako určíme výpočtovú teplotu vykurovaného priestoru? 2. Ako určíme výpočtovú teplotu priestoru, ktorý nie je vykurovaný? 3. Ako vypočítame súčiniteľ prechodu tepla? 40
7 VÝPOČTOVÁ METÓDA TEPELNÉHO PRÍKONU ZJEDNODUŠENOU METÓDOU Cieľ kapitoly: Cieľom kapitoly je naučiť poslucháčov spočítať tepelné straty - projektovaný tepelný príkon zjednodušenou metódou. Obmedzenia pre použitie tejto metódy sú stanovené v norme so znením : - zjednodušená metóda sa môže použiť pre obytné priestory, kde počet výmen vzduchu vyplývajúcich z rozdielu tlakov 50 Pa medzi interiérom a exteriérom budovy n 50 je nižší ako 3 1/hod. Na výpočet sa používajú vonkajšie rozmery miestnosti. Pre určenie vertikálnych rozmerov to je vzdialenosť úrovní podláh v jednotlivých podlažiach (t.j. hrúbka podlahy suterénu sa neberie do úvahy). Pri uvažovaní vnútorných stien sa pre horizontálne rozmery považuje vzdialenosť stredov rozmerov stien (t.j. pre vnútorné steny sa uvažuje polovica hrúbky stien). Výpočtový postup pre zjednodušenú výpočtovú metódu určenie základných údajov : - vonkajšiu výpočtovú teplotu a priemernú ročnú vonkajšiu teplotu pre každú miestnosť : - určiť či je vykurovaná, stanoviť vnútornú výpočtovú teplotu určiť rozmerové charakteristiky miestnosti určiť tepelné charakteristiky všetkých stavebných konštrukciíí pre vykurované a nevykurované miestnosti výpočet projektovanej tepelnej straty prechodom cez obalové konštrukcie, cez nevykurované miestnosti, cez susediace priestory a cez zeminu výpočet projektovanej tepelnej straty vetraním výpočet celkovej projektovanej tepelnej straty (súčet projektovanej tepelnej straty prechodom + projektovanej tepelnej straty vetraním ) výpočet tepelného príkonu na zakúrenie výpočet celkového projektovaného tepelného príkonu (súčet celkovej projektovanej tepelnej straty + tepelného príkonu na zakúrenie) Návrhová tepelná strata vykurovaného priestoru Celková návrhová tepelná strata vykurovaného priestoru (i), Φ i, sa vypočíta nasledovne: i T,i V,i Φ Φ Φ f Δθ,i [W] (23) kde: Φ T,i návrhová tepelná strata prechodom tepla vykurovaného priestoru (W) Φ V,i návrhová tepelná strata vetraním vykurovaného priestoru (W) f Δθ,i teplotný korekčný faktor, ktorý zohľadnuje doplnkovú tepelnú stratu miestností vykurovaných na vyššiu teplotu ako susediace vykurované miestnosti, napr. kúpelňa je vykurovaná na 24 C. Hodnoty f Δθ,i sú uvedené v tabuľke. Tab. 9 Hodnoty teplotného korekčného faktora f Δθ,i Vnútorná výpočtová teplota miestnosti: fδθ 41
normálna 1,0 vyššia 1,6 Návrhová tepelná strata prechodom tepla Návrhová tepelná strata prechodom tepla, T,i, pre vykurovaný priestor: Φ T,i k f k Ak U k int,i e [W] kde: f k teplotný korekčný faktor pre stavebný prvok (k), ktorý zohľadňuje rozdiel medzi teplotou príslušnej miestnosti a vonkajšou výpočtovou teplotou A k plocha stavebného prvku (k) (m 2 ) U k súčiniteľ prechodu tepla stavebného prvku (k) (W/(m 2. K) Tab. 10 Hodnoty teplotného korekčného faktora pre zjednodušenú výpočtovú metódu, f k Tepelná strata: fk Poznámky priamo do exteriéru 1,00 ak tepelné mosty sú tepelne izolované 1,40 ak tepelné mosty nie sú tepelne izolované 1,00 pre okná, dvere cez nevykurovaný priestor 0,80 ak tepelné mosty sú tepelne izolované 1,12 ak tepelné mosty nie sú tepelne izolované cez zeminu 0,3 ak tepelné mosty sú tepelne izolované 0,42 ak tepelné mosty nie sú tepelne izolované cez podkrovný priestor 0,90 ak tepelné mosty sú tepelne izolované 1,26 ak tepelné mosty nie sú tepelne izolované cez zvýšenú podlahu 0,90 ak tepelné mosty sú tepelne izolované 1,26 ak tepelné mosty nie sú tepelne izolované do susediacej budovy 0,50 ak tepelné mosty sú tepelne izolované 0,70 ak tepelné mosty nie sú tepelne izolované do susediacej časti budovy 0,30 ak tepelné mosty sú tepelne izolované 0,42 ak tepelné mosty nie sú tepelne izolované Návrhová tepelná strata vetraním Návrhová tepelná strata vetraním, V,i, pre vykurovaný priestor (i) sa vypočíta nasledovne: V,i = 0,34 V min,i ( int,i - e ) [W] (25) kde: V min,i minimálny objemový tok vzduchu vykurovaného priestoru (i) požadovaný z hygienických dôvodov (m 3 /h) Minimálny objemový tok vzduchu vykurovaného priestoru (i) požadovaný z hygienických dôvodov sa určuje: V min,i = n min V i [m 3 /h] kde: n min minimálna intenzita výmeny vonkajšieho vzduchu za hodinu (h 1 ); V i objem vykurovaného priestoru (i) (m 3 ), vypočítaný z vnútorných rozmerov. Tento objem sa približne rovná 0,8-násobku objemu priestoru vypočítaného na základe vonkajších rozmerov. 42
Tab. 11 Hodnoty minimálnej intenzity výmeny vonkajšieho vzduchu Typ miestnosti n min h -1 Obytná miestnosť (preddefinované) 0,5 Kuchyňa alebo kúpelňa s oknom 1,5 Kancelária 1,0 Zasadacia miestnosť, školská trieda 2,0 Návrhový tepelný príkon pre vykurovaný priestor Celkový návrhový tepelný príkon pre vykurovaný priestor (i), Φ HL,i, sa vypočíta : Φ HL,i kde: i RH,i Φ Φ [W] i RH,i celková návrhová tepelná strata vykurovaného priestoru (i) (W) tepelný príkon na zákur vykurovaného priestoru (i) (W) Priestory s prerušovaným vykurovaním Účinná (merná) hmotnosť budovy je rozdelená do troch kategórií nasledovne: s vysokou mernou hmotnosťou budovy (betónové podlahy a stropy kombinované s tehlovými alebo betónovými stenami); so strednou mernou hmotnosťou budovy (betónové podlahy a stropy a ľahké steny); s nízkou mernou hmotnosťou budovy (zavesené stropy, zvýšené podlahy a ľahké steny). Tepelný príkon na zakúrenie, RH,i, ktorý je potrebný na vyrovnanie vplyvu prerušovaného vykurovania vo vykurovanom priestore (i) sa vypočíta : Φ RH,i A f [W] i RH kde: A i plocha podlahy vykurovaného priestoru (i) (m 2 ) f RH faktor zákuru, ktorý závisí od typu budovy, konštrukcie budovy, doby zakúrenia a uvažovaného zníženia vnútornej teploty počas teplotného útlmu. Tab. 12 Hodnoty faktoru zakúrenia f RH f RH (W/m 2 ) Predpokladané zníženie vnútornej teploty počas teplotného útlmu 1) 2 K 3 K 4 K Doba zakúrenia hmotnosť budovy hmotnosť budovy hmotnosť budovy hodiny nízka stredná vysoká nízka stredná vysoká nízka stredná vysoká 1 18 23 25 27 30 27 36 27 31 2 9 16 22 18 20 23 22 24 25 3 6 13 18 11 16 18 18 18 18 4 4 11 16 6 13 16 11 16 16 Celkový návrhový tepelný príkon pre časť budovy alebo celú budovu Výpočet návrhového tepelného príkonu pre časť budovy alebo celú budovu nebude uvažovať s teplom, ktoré sa šíri prechodom alebo vetraním vo vnútri obvodového plášťa časti budovy, napr. tepelné straty medzi jednotlivými bytmi. Návrhový tepelný príkon pre časť budovy alebo celú budovu, HL, sa vypočíta nasledovne: 43
HL = T,i + V,i + RH,i [W] kde: T,i súčet tepelných strát prechodom tepla všetkých vykurovaných priestorov okrem tepla šíriaceho sa vo vnútri časti budovy alebo celej budovy; V,i tepelné straty vetraním všetkých vykurovaných priestorov okrem tepla šíriaceho sa vo vnútri časti budovy alebo celej budovy; RH,i súčet tepelných príkonov na zakúrenie všetkých vykurovaných priestorov, potrebných na vyrovnanie vplyvov prerušovaného vykurovania. Príklad 7.1.: Vypočítajte návrhový tepelný príkon pre miestnosť č. 104, ktorá je zadaná podľa nasledovného obrázku. Vstupné údaje mimo obrázka : U súčiniteľ prechodu tepla stavebného prvku je s rozmerom (W/(m 2. K), rozmer vnútorných dverí je 900/1970 mm, okno má rozmer 1500/1500. požadované n min -minimálna intenzita výmeny vonkajšieho vzduchu za hodinu (h 1 ) je 0,5. Obr. 20 Obrázok ku príkladu č.7.1. Výpočet : Tepelná strata prechodom tepla : Konštrukcie I-VI : Φ 0,42x(10 x3 0,9x1,97) x1,0 x(20 ( 12)) 0,42x0,9 x1,97 x2x(20 ( 12)) 427W I Φ II 0W Φ 1,0 x(10 x3 1,5 x3) x0,2x(20 ( 12)) 1,0 x1,5 x3x1,7(20 ( 12)) 408W I Φ 1,0 x6x3x0,2x(20 ( 12)) 115W IV Φ 0,310x6x0,4x(20 ( 12)) 230W V Φ VI 0W Φ 427 408 115 230 1180W T, 104 Tepelná strata vetraním : V min,i = n min V i =0,5x6x10x2,7=81 m 3 44
V,104 = 0,34 V min,i ( int,i - e)=0,34x81x(20-(-12))=881 W Celková návrhová tepelná strata Φ Φ Φ f i14 T 104 V, 104 Δθ,i =(1180+881)x1,0=2061 W Tepelný príkon na zákur Φ RH,, 104 A f = 10x6x13=780 W i RH Celkový návrhový tepelný príkon HL,104 = T,104 + V,104 + RH,104 = 104+ RH,104=2061+780=2841 W Zadaná miestnosť má požadovaný návrhový tepelný príkon 2841 W. Samokontrolné otázky: 1. Ako vypočítame celkovú návrhovú tepelnú stratu? 2. Ako vypočítame tepelný príkon na zákur? 3. Ako vypočítame tepelnú stratu prechodom tepla? 8 NÁVRH PRVKOV VYKUROVACEJ SÚSTAVY Cieľ kapitoly: Cieľom kapitoly je naučiť poslucháčov vybrať si vykurovacie teleso podľa požadovaného výkonu, vedieť navrhnúť kotol, expanznú nádobu, armatúry a potrubie. Návrh vykurovacích telies V tejto časti sa budeme zaoberať návrhom kotla pre vykurovanie a návrhom zásobníka na prípravu teplej úžitkovej vody. Pre komplexnosť návrhu, vyberieme taký zdroj tepla, ktorý neobsahuje čerpadlo, expanznú nádobu, prepúšťací ventil, ani nemá prietokový ohrev teplej úžitkovej vody. Jednotlivé časti strojovne kotolne budeme navrhovať postupne. Pri výbere vykurovacieho telesa je potrebné uvážiť vlastnosti jednotlivých druhov. Pre niektoré typy telies môžeme odhadnúť odovzdávanie tepla. Tab. 13 Hodnoty odovzdávania tepla konvekciou a radiáciou VYKUROVACIE TELESO ODOVZDÁVANIE TEPLA (%) Konvekciou Radiáciou Doskové a rúrkové 40 60 Článkové 72 28 Konvektory 90 10 Hladké rúrky 70 30 Rebrové rúrky 80 20 8.1.1 Typy vykurovacích telies Článkové vykurovacie telesá Sú telesá s rebrami navzájom pospájanými, materiál liatina, plech, hliník Doskové vykurovacie telesá Sú vyrábané prevažne z oceľových plechov, môžu byť jednodoskové, dvojdoskové, trojdoskové. Teplovýmenná plôch môže byť zvýšená dodaním konektorov za prvú dosku. Konvektory 45
Sú vytvorené z rebrových rúr a deliacej steny, ktorá napomáha konvekcii vzduchu nad rebrovú rúrku. Rebrové rúrky sú usporiadané v jednom, alebo viacerých radoch nad sebou. Konvektory sa väčšinou navrhujú pod parapetné dosky, alebo do podlahy umiestnenie pod zasklené steny. Rúrové dekoračné vykurovacie teleso Pôdorys Pohľad Obr. 21 Rúrové vykurovacie teleso Liatinové vykurovacie teleso článkované Pôdorys Pohľad Obr. 22 Liatinové vykurovacie teleso Pôdorys Pohľad Obr. 23 Doskové vykurovacie teleso Obr. 24 Rez konvektorom 46
Obr. 25 Podlahový konvektor - pôdorys Obr. 26 Rez uložením podlahového konvektora Obr. 27 Druhy doskových vykurovacích telies 47
Obr. 28 Normové výkony vykurovacích telies USS Košice 48
Tab. 14 Základné údaje vykurovacích telies Xhénia - hliníkové Rozostup závitov (mm) 250 350 500 650 900 1800 Výška vykurovacieho telesa (mm) 285 385 535 685 935 1835 Hmotnosť (kg/článok 0,7 0,9 1,15 1,4 1,85 3,46 Objem (liter/1 článok) 0,11 0,13 0,15 0,17 0,21 0,7 Výhrevná plocha (m2/1 článok) 0,2 0,29 0,43 0,55 0,78 1,58 Výkon (W) (90/70/20) 65,50 88,50 123,50 153,00 196,50 334 Maximálny počet článkov je 32 článkov, prevádzkový lak max. 6 barov, teplota vody max. 110 C, ph 7-8,5 Tab. 15 Základné údaje vykurovacích telies Kalor Rozmery článku (mm) A B C H (m 900 70 6 0 500 11 6 0 0 350 16 6 0 0 500 16 6 0 0 900 16 6 0 0 98 0 58 0 43 0 58 0 98 0 Teplovýmenn á plocha 2 ) (dm Objem dutiny Merný tepelný výkon 1 článku (W) pri teplote ( C) 3 ) 15 18 20 22 24 0,205 0,85 118,5 111,1 107,2 102,0 97,0 0,180 0,90 106,5 100,0 96,0 92,0 87,0 0,185 0,80 107,0 100,5 96,5 92,5 88,0 0,255 1,13 133,0 125,0 120,0 115,0 109,0 0,440 1,75 220,0 206,0 198,8 190,0 180,0 Obr. 29 Charakteristické rozmery liatinového vykurovacieho telesa Kalor Konvektory Sú vytvorené z rebrových rúr a deliacej steny, ktorá napomáha konfekcii vzduchu nad rebrovú rúrku. Rebrové rúrky sú usporiadané v jednom, alebo viacerých radoch nad sebou. Konvektory sa väčšinou navrhujú pod parapetné dosky, alebo do podlahy umiestnenie pod zasklené steny. 49
8.1.2.Vplyv umiestnenia vykurovacieho telesa na jeho výkon Obr. 30 Osadenie vykurovacieho telesa a vplyv závesov a parapetu na jeho výkon Na obrázku je znázornený vplyv závesov na okne a vplyv parapetu, ktorý je osadený min. 5 cm od vykurovacieho telesa a zvýšenie požadovaného výkonu, prípadne zníženie tepelných strát do priestoru. Obr. 31 Vplyv zapojenia vykurovacieho telesa na jeho výkon Obr. 32 Vplyv zakrytia vykurovacieho telesa na jeho výkon 8.1.3 Prepočet výkonu vykurovacích telies na iné prevádzkové podmienky Príklad 8.1.: Tepelné výkony podľa EN 442 sú platné pri vstupných prevádzkových podmienkach, ktoré sú nasledovné : Teplota na vstupe do telesa teplota na prívode t 1 =75 C Teplota na výstupe z telesa teplota na výstupe t 2 =65 C Vzťažná teplota vzduchu t r=20 C 50
Teplotný rozdiel T=50K Ak máme iné prevádzkové teploty: ak chceme navrhnúť vykurovacie teleso s inými prevádzkovými teplotami, ako sú zadefinované v katalógu od výrobcu, je potrebné urobiť prepočet tepelného výkonu podľa nasledovného vzťahu : Q=Q c.f (W) Kde : Q (W) je vypočítaný tepelný výkon vykurovacieho telesa pri prevádzkových podmienkach podľa EN 442 Q c (W) je vypočítaný výkon vykurovacieho telesa, ale prevádzkové podmienky budú iné ako v EN 442 f prepočítavací faktor (ak ho výrobca udáva) Ak výrobca neudáva priamo prepočítavací faktor : potom je možné použiť nasledovný postup. Q=k.S.(t s -t i ) Q N =1200 W t w1 =90 C t w2 =70 C Z toho t ws =80 C t i =20 C normové Q Teda t n = 80 20 = 60 C Pre n=0,25 bude výkon telesa pre iné teploty interiéru podľa vzorca: t n 1 Q QN.( ) (W) tn ak je t i = 24 90 70 t 24 n 1 Q Q 2 N.( ) 1200. 1100W tn 60 Výkon telesa pre interiérovú teplotu 24 C bude 1100 W. 0,251 Ten istý vzorec môžeme použiť pri prepočte výkonu telesa s iným teplotným spádom Q N =1200 W normové Q t w1 =90 C t w2 =70 C Z toho t ws =80 C t i =20 C Teda t n = 80 20 = 60 C Meniť budeme teplotný spád na 75/65 C 51
75 65 t 20 n 1 Q Q 2 N.( ) 1200. 955W tn 60 0,251 Pre jednotlivé typy vykurovacích telies môžeme orientačne voliť exponent n Lamelové, rúrové vykurovacie teleso n=0,25 Článkové, doskové n=0,33 Hliníkové článkové n=1,28 Konvektory n=0,25-0,4 alebo použijeme exponent určený výrobcom. Návrh kotla Zdroje tepla môžeme v zásade rozdeliť na miestne (lokálne vykurovanie) a ústredné (centrálne vykurovanie). Pri miestnom vykurovaní sa zdroj tepla umiestňuje priamo do vykurovaného priestoru. Ústredné vykurovanie má zdroj tepla umiestnený v samostatnej miestnosti vyhradená je len na tento účel- a vyrába tepelnú energiu na vykurovanie a prípravu teplej vody. Zdroj tepla s výkonom do 50 a najviac do výkonu 70 kw sú charakterizované ako malé zdroje tepla. Rozdeľujú sa podľa technického a konštrukčného vyhotovenia, druhu spaľovaného paliva, polohy umiestnenia, odvodu spalín a prívodu spaľovacieho vzduchu. Základné rozdelenie je : a/ malé zdroje tepla nástenné kotly s výkonom najviac do 50 kw (podľa PTN 100 12) stacionárne kotly s výkonom do 70 kw (podľa STN 07 0240 a STN 007 0245- teplovodné a parné) b/ zdroje tepla do 3,5 MW rozdelenie podľa druhu spaľovaného paliva (tuhé palivo, kvapalné palivo, plynné palivo, elektrické) podľa teplonosnej látky (parné, vodné) podľa teploty teplonosnej látky ( teplovodné do 90 C, nízkoteplotné do 60 C, horúcovodné nad 110 C) podľa tlaku (nízkotlakové do 50 kpa, stredotlakové od 50-1600 kpa, vysokotlakové od 1600 kpa) podľa účelu dodávky tepla (jednookruhové, dvojokruhové, viacokruhové) podľa spôsobu odvodu spalín (s prirodzeným odvodom, s núteným odvodom) podľa teploty spalín (jednoťahové nad 180 C, nízkoteplotné 2 až 3 ťahové s vratnou komorou na zníženie teploty spalín tesne nad teplotu rosného bodu paliva, kondenzačné, 3 ťahové s vratnou komorou na zníženie teploty spalín pod teplotu rosného bodu paliva, teda pod 60 C ) podľa materiálu ( liatina, liatina s prímesou grafitu, z nehrdzavejúcej ocele) podľa druhu horáka (atmosferický, tlakový) podľa stupňa regulácie (ručná, poloautomatická, automatická) Veľkosť kotlov a ich počet Podľa STN EN 128 31 sa navrhuje projektovaný tepelný príkon budovy, potrebujeme navrhnúť projektovaný príkon na prípravu teplej vody (ak sa to vyžaduje), stanoviť tepelný príkon pripojených systémov vetrania, technológie. 52
Výkon systému sa navrhne podľa vzorca: f. f. f. (kw) SU HL HL DHW DHW AS AS kde : Φ SU výkon systému výroby tepla (kw) Φ HL projektovaný tepelný príkon budovy (kw) Φ DHW projektovaný príkon na prípravu teplej vody (kw) Φ AS projektovaný tepelný príkon pripojených systémov vetrania, technológie (kw) f HL návrhový faktor projektovaného tepelného príkonu budovy f DHW návrhový faktor projektovaného príkon na prípravu teplej vody f AS návrhový faktor projektovaného tepelného príkonu pripojených systémov vetrania, technológie Príklad 8.2.: Určte celkový tepelný výkon kotolne, navrhnite kotle a návrh posúďte, ak máme nasledovné vstupné údaje: systém výroby tepla Φ SU =? projektovaný tepelný príkon budovy : 120 kw projektovaný tepelný príkon na prípravu teplej vody : 30 kw projektovaný tepelný príkon pripojených systémov vetrania, technológie : 115 kw rozvod je uložený v nevykurovanom suteréne, tepelne izolovaný rozvod Riešenie : 1. SU1 0,8. HL 1,0. DHW 0,8. AS = 0,8.120+1.30+0,8.115=218 kw 2. SU 2 1,0. HL 1,0. AS = 1,0.120+1,0.115=235 kw (kw) Pri návrhu sa riadime hodnotou, ktorá je pri výpočte podľa predchádzajúcich vzorcov vyššia 235 kw. Skutočný tepelný príkon zväčšíme o tepelné straty v potrubných rozvodoch. Potrubné rozvody sú umiestené v nevykurovanom suteréne, tepelne izolovaný rozvod a podľa toho sa volíme požadovanú prirážka na tepelné straty. Celkový tepelný výkon kotlov teda bude : HL i.( 1 f rozvod ) = 235.(1+0,1)=259 kw (kw) kde : f rozvod je prirážka na tepelné straty v potrubných rozvodoch (-) = 0,05 pri chránenej polohe rozvodov (zaizolované vo vykurovaných priestoroch) =0,1 pri menej chránenej polohe rozvodov (zaizolované v nevykurovaných priestoroch, alebo nezaizolované vo vykurovaných priestoroch) =0,15 pri nechránenej polohe rozvodov (nezaizolované v nevykurovaných priestoroch) Počet kotlov : i n k Φ i je celková projektovaná tepelná strata vykurovanej budovy (kw) je menovitý tepelný príkon jedného kotla (kw) Φ k q 1 kotla volím 70 kw n=259:70=3,7...volím 4 kotle s výkonom 70 kw 53
Posúdenie tepelnej zálohy TZ kotlov podľa vzťahu : kotlov k 70000.4 70000 TZ.100= 89% vyhovuje (min je 75%) 235000 SU,max kde : ΣΦ kotlov je súčet tepelných príkonov všetkých kotlov v kotolni 280 000W ΣΦ kotla je tepelný príkon jedného kotla v kotolni 70000W ΣΦ SU, max je súčet pripájacej hodnoty tepelného príkonu 235000W Návrh zabezpečovacieho zariadenia Zabezpečovacie zariadenie chráni teplovodný systém proti prekročeniu najvyššieho pracovného pretlaku, alebo podtlaku, pri prekročení najvyššej pracovnej teplote, pri nedostatku vody. Podľa normy STN 06 0830 musí byť každý teplovodný kotol a vymeník tepla spojený s expanznou nádobou opatrenou poistným ventilom pomocou poistného potrubia. Vratné poistné potrubie môže by vynechané pri zdroji tepla do 63 kw. Zabezpečovacie zariadenia vykurovacích sústav môžu byť nasledovné : Otvorená expanzná nádoba Uzavretá expanzná nádoba s cudzím zdrojom tlaku bez membrány tlaková expanzná nádoba s membránou Zdroj tepla musí mať poistné zariadenie, ktoré sa napojuje na výstupné hrdlo potrubia z kotla. Súčasťou poistného zariadenia nesmie byť uzatváracia armatúra. Poistný ventil musí byť umiestnený vo vzdialenosti 20x DN výstupného hrdla potrubia vykurovacej vody. Vykurovacia sústava musí mať expanzné zariadenie, ktoré sa na sústavu napája v neutrálnom bode. Expanzné zariadenie udržuje v neutrálnom bode stály pretlak, je ho možné umiestniť hocikde na potrubný rozvod sústavy. Tab. 16 Zväčšenie merného objemu vody v závislosti od teploty Teplota Δt 45 C 60 C 80 C 85 C 90 C 100 C 120 C 140 C 170 C ΔV (dm3.kg-1) 0,0141 0,0224 0,0355 0,0392 0,0431 0,0511 0,0693 0,0902 0,1271 Pričom teplota Δt je hodnota zvýšenia teploty vody z 10 C na maximálnu prevádzkovú teplotu. 54
Obr. 33 Závislosť pomerného zväčšenia vody pri ohriatí z 10 C 8.3.1. Určenie hmotnosti vody vo vykurovacom systéme : Hmotnosť vody vo vykurovacom systéme sa určuje : G = G K + G P + G T (kg) Kde : G K je vodný obsah v kotli (kg) G P je vodný obsah v potrubí (kg) G T je vodný obsah vo vykurovacích telesách (kg) Pre presný výpočet poslúžia katalógy výrobcov kotla, potrubia a telies. Celkové množstvo sa stanoví sčítaním jednotlivých položiek vykurovacej sústavy. 8.3.2. Návrh otvorenej expanznej nádoby - OEN Je to najstarší spôsob poistenia zdroja tepla. Otvorená expanzná nádoba je umiestnená na najvyššom mieste vykurovacej sústavy, vo výške dolnej hrany expanznej nádoby viac ako 0,5 m od hornej hrany najvyššieho vykurovacieho telesa. Ak je najvyššie umiestnené potrubie, nie vykurovacie teleso, potom min. vzdialenosť dolnej hrany expanznej nádoby od potrubia je 10 cm. Vodorovná vzdialenosť prívodného poistného potrubia ku expanznej nádobe otvorenej od zdroja (kotla) môže byť max. 10 násobok zvislej vzdialenosti napojenia poistného potrubia od napojenia na kotol ( viď obrázok č...). Obr. 34 Schéma umiestnenia otvorenej expanznej nádoby Horná hrana otvorenej expanznej nádoby nesmie byť vyššie ako 400 mm pod stropom miestnosti, chránená pred zamrznutím, prepadové potrubie má mať min. DN 15 mm a prepadové potrubie má byť zaústené do miesta plnenia vody do systému pre prípad kontroly. Dimenzia poistného potrubia sa navrhuje podľa výkonu kotla (alebo podľa výkonu kotolne). Na poistnom potrubí nesmie byť uzatváracia armatúra, je vedené samostatne. Otvorená expanzná nádoba sa navrhuje do pracovnej teploty 95 C. Nádoba je vybavená prepadom, odvzdušnenie zaisťuje atmosferický tlak na hladine vody v nádobe. Výšku hladiny v expanznej nádobe tvorí hydrostatický tlak sústavy. Výpočet otvorenej expanznej nádoby : V = G.ΔV.1,6 (l, kg, dm Kde : V je objem expanznej nádoby (l, kg, dm 3 ) ΔV je zväčšenie merného objemu (dm 3.kg -1 ) 1,6 je súčiniteľ bezpečnosti 3 ) 55
G je hmotnosť vody v sústave (kg) Príklad 8.3.: Navrhnite parametre otvorenej expanznej nádoby pre teplovodnú vykurovaciu sústavu, osadené sú dva kotle s výkonom 25 kw. Určte hmotnosť v sústave, ak je známe, že je sústava s núteným obehom, osadené sú článkové vykurovacie telesá, pracovná teplota je 95 C. Riešenie : Sústava je s núteným obehom, a vykurovacie telesá článkované G = 12 kg/kw pre sústavu s núteným obehom a vykurovacie telesá článkové G = 12 x 2 x 25 = 600 kg V určíme pre strednú teplotu 85 C z tab. 23 Objem nádoby : V = 1,6 x G x V=1,6 x 600 x 0,0392 = 37,632 dm 3 40 dm 3 Priemer poistného a prepadového potrubia : d p = 15+1,4 x Q p 0,5 = 15+1,4 x 50 0,5 =24,89 (DN 25) Priemer expanzného potrubia d v =10+0,6 x Q p 0,5 = 15+0,6 x 50 0,5 =19,24 (DN 20) Podobne určíme DN poistného potrubia pre jeden kotol, minimálna výška dna nad najvyšším bodom sústavy je 0,1 m. 8.3.3. Návrh tlakovej expanznej nádoby - TEN Tlaková expanzná nádoba umožňuje uzavrieť vykurovací systém a vylučuje absorpciu vzduchu do sústavy, znižuje možnosť korózie oceľových potrubí a telies. Oproti otvoreným expanzným nádobám sa znižuje strata vyparovaním a možnosť zamrznutia vody v nádobe. Membránové tlakové nádoby sa používajú do teploty 110 C. Tlaková nádoba je vybavená pružnou membránou, ktorá oddeľuje vodný priestor od priestoru s plynom. Požiadavky na uzavreté expanzné nádoby : umiestnenie vo vykurovacom systéme určuje neutrálny bod systému. Na tomto mieste je statický, alebo konečný tlak systému vždy konštantný a nezávislý od prevádzky obehového čerpadla. Plniace miesto má byť medzi bodom pripojenia EN a sacím hrdlom čerpadla, aby sa zabránilo kavitácii a teplotné zaťaženie membrány EN sa udržiava na minime. teplota prívodu maximálna návrhová teplota θ max je maximálna návrhová poruchová teplota, ktorá môže v systéme vzniknúť pri prípadnej chybnej funkcii zabezpečovacieho zariadenia. Túto teplotu použijeme pri výpočte. Návrhový začiatočný tlak p 0 v systéme p0 p ST p D kde : p ST statický tlak p D tlak pár( praktická hodnota, ktorá sa môže pripočítať k statickému tlaku namiesto tlaku pár je 0,3 bar). p 0 návrhový začiatočný tlak - maximálna hodnota p 0 má byť zvyčajne 0,7 bar (1 bar =100 kpa) p e konečný návrhový tlak v systéme - nemá byť vyšší ako nastavený tlak poistného ventilu mínus rozdiel medzi ním a uzatváracím pretlakom (zvyčajne 10% z nastaveného tlaku poistného ventilu) Zväčšenie objemu vody v systéme 56
Vsystém Ve e. 100 kde : e zväčšenie objemu vody (%) z tabuľky V systém vodný objem systému v litroch (celkový objem vody v potrubí, vykurovacích telesách, zdrojoch tepla a pomocných okruhoch) V e zväčšenie objemu v litroch pri zohľadnení percenta zväčšenia objemu vody pri maximálnej teplote vykurovacej látky Objem vodnej rezervy V WR určuje minimálnu rezervu vody expanznej nádoby na kompenzáciu možných vodných strát v systéme. Expanzné nádoby do 15 litrov - V WR je 20% z objemu expanznej nádoby Expanzné nádoby nad 15 litrov - V WR je minimálne 0,5% celkového vodného objemu systému V systém, minimálne však 3 litre Celkový objem expanznej nádoby V exp, min v litroch pe 1 Vexp, min Ve VWR. p e p0 začiatočný tlak ( plniaci tlak) keď je systém v studenom stave musí vyhovovať nerovnosti Vexp,min. p 0 1 p a, min 1 V V exp,min WR konečný tlak p e nesmie prekročiť tlak pri maximálnej poruchovej teplote, potom má začiatočný tlak p a,max ( plniaci tlak) vyhovovať nerovnosti pe 1 pa, max 1 Ve. p e 1 1 V. p 1 exp,min 0 Tab. 17 Zväčšenie objemu e vody (%) pre maximálne návrhové poruchové teploty Maximálna návrhová poruchová teplota ( C) 30 0,66 40 0,93 50 1,29 60 1,71 70 2,22 80 2,81 90 3,47 100 4,21 110 5,03 120 5,93 130 6,90 Zväčšenie objemu e (%) Skutočná veľkosť expanznej nádoby je potom najbližšia vyššia typová veľkosť podľa tab. Tab. 18 Rozmery a skutočná veľkosť tlakových expanzných nádob Objem Priemer Výška Hmotnosť Obrázok 57
(l) (mm) (mm) (kg) 12 270 255 6,3 25 380 280 10,2 35 380 365 11,3 50 380 505 15,0 80 480 505 21,0 110 480 665 26,2 140/70 4 80 895 37,0 200/100 480 1225 46,6 280/100 480 1665 58,0 Tab. 19 Tlakové expanzné nádoby EXPANZOMAT Závesný kód popis EXPANZOMAT VR1005231 VR1008231 8 VR1012231 12 VR1018231 18 VR1025231 25 VR1040231 40 Stojatý EXPANZOMAT Expanzomat závesný m 3/4 Objem (l) 5 VR2060271P Expanzomat stojatý m 3/4 60 VR2080271 Expanzomat stojatý m 3/4 80 VR2100371 Expanzomat stojatý m 1 100 VR2150371 Expanzomat stojatý m 1 150 VR2200471 Expanzomat stojatý m 6/4 200 VR2250471 Expanzomat stojatý m 6/4 250 VR2300471 Expanzomat stojatý m 6/4 300 VR2500471 Expanzomat stojatý m 6/4 500 VR2700471 Expanzomat stojatý m 6/4 700 Príklad 8.4.: Navrhnite OEN pre systém s návrhovým tepelným príkonom 24 kw, teplotný spád 55/40 C. Sústava je s prirodzeným obehom. Riešenie : Pre približný výpočet môžeme použiť prepočet na jednotku inštalovaného výkonu (1kW) pre navrhnutú sústavu G = 16 kg/kw - pre sústavu s prirodzeným obehom. V = G.ΔV.1,6 (l, kg, dm Kde : V je objem expanznej nádoby (l, kg, dm 3 ) ΔV je zväčšenie merného objemu v tomto prípade z tab. pre 45 C je ΔV = 0,0141dm 1,6 je súčiniteľ bezpečnosti G = 16.24 = 384 kg 3 ) 3 /kg 58
V = 384.0,0141.1,6 = 8,66 litrov volím objem 9 l pre otvorenú expanznú nádobu Príklad 8.5.: Navrhnite TEN pre systém s návrhovým tepelným príkonom 24 kw, teplotný spád 55/40 C. Sústava je s prirodzeným obehom, poistný ventil je nastavený na 350 kpa. 1 bar = 10 5 Pa Riešenie : G = V system =16.24 = 384 kg určíme max. návrhovú poruchovú teplotu 90 C potom určíme e z tab. pre 90 C je 3,47 Zväčšenie objemu vody v systéme Vsystém 384 Ve e. = 3,47. 13, 22litrov 100 100 kde : e zväčšenie objemu vody (%) z tabuľky V systém vodný objem systému v litroch (celkový objem vody v potrubí, vykurovacích telesách, zdrojoch tepla a pomocných okruhoch) teraz určený približne V e zväčšenie objemu v litroch pri zohľadnení percenta zväčšenia objemu vody pri maximálnej teplote vykurovacej látky Objem vodnej rezervy V WR pri expanznej nádobe do 15 litrov je 20% z objemu expanznej nádoby = t.j. 20% z 13,22 litrov =2,7 litra Celkový objem expanznej nádoby V exp, min v litroch pe 1 3,15 1 Vexp, min Ve VWR. (13,22 2,7). 26, 96litrov p e p 3,15-0,7 p e = 350 kpa 10% z 350 = 315 kpa = 3,15 bar p 0 = 70 kpa max = 0,7 bar 0 začiatočný tlak ( plniaci tlak) keď je systém v studenom stave musí vyhovovať nerovnosti Vexp,min. p 0 1 26,96.(0,7 1) pa, min 1 1 0,88bar 88kPa V V 26,96 2,7 exp,min WR konečný tlak p e nesmie prekročiť tlak pri maximálnej poruchovej teplote, potom má začiatočný tlak p a,max ( plniaci tlak) vyhovovať nerovnosti pe 1 3,15 1 4,15 pa, max 1 1 1 0,088bar 88kPa Ve. p e 1 13,22(3,15 1) 1 1 2,19 V. p 1 26,96(0,7 1) exp,min 0 Príklad 8.6.: Navrhnite TEN pre systém s návrhovým tepelným príkonom 24 kw, teplotný spád 55/40 C. Sústava je s núteným obehom, poistný ventil je nastavený na 350 kpa, vykurovacie telesá v systéme sú doskové. Riešenie : G = V system =24.10 = 240 kg určíme max. návrhovú poruchovú teplotu 100 C potom určíme e z tab. pre 100 C je 4,21 59
Zväčšenie objemu vody v systéme Vsystém 240 Ve e. = 4,21. 10, 1litrov 100 100 kde : e zväčšenie objemu vody (%) z tabuľky V systém vodný objem systému v litroch (celkový objem vody v potrubí, vykurovacích telesách, zdrojoch tepla a pomocných okruhoch) teraz určený približne V e zväčšenie objemu v litroch pri zohľadnení percenta zväčšenia objemu vody pri maximálnej teplote vykurovacej látky Objem vodnej rezervy V WR pri expanznej nádobe do 15 litrov je 20% z objemu expanznej nádoby = t.j. 20% z 10,1 litrov =2,01 litra Celkový objem expanznej nádoby V exp, min v litroch pe 1 3,15 1 Vexp, min Ve VWR. (10,1 2,02). 20, 52litrov p e p0 3,15-0,7 p e = 350 kpa 10% z 350 = 315 kpa = 3,15 bar p 0 = 70 kpa max = 0,7 bar začiatočný tlak ( plniaci tlak) keď je systém v studenom stave musí vyhovovať nerovnosti Vexp,min. p 0 1 20,52.(0,7 1) pa, min 1 1 0,88bar 88kPa V V 20,52 2,02 exp,min WR konečný tlak p e nesmie prekročiť tlak pri maximálnej poruchovej teplote, potom má začiatočný tlak p a,max ( plniaci tlak) vyhovovať nerovnosti pe 1 3,15 1 pa, max 1 1 0,088bar 88kPa Ve. p e 1 10,1(3,15 1) 1 1 V. p 1 20,52(0,7 1) exp,min 0 Armatúry vykurovacích telies Armatúra vykurovacieho telesa slúži na uzatváranie vykurovacieho média do vykurovacieho telesa, prípadne k úprave (regulácii) jeho parametrov. Poloha armatúry je na prívode pred vykurovacím telesom. V posledných rokoch sa stretávame s armatúrami na spätnom potrubí, čím môžeme zabezpečiť prípadné opravy vykurovacieho telesa (bez predchádzajúceho uzavretia celého stúpacieho potrubia a vypustenia). K rádiatorovým armatúram patria : dvojité regulačné kohúty priame a rohové rádiatorové dvojité regulačné ventily priame a rohové termostatické armatúry špeciálne zmiešavacie armatúry osadzované pred, alebo za vykurovacie teleso Kohút, alebo ventil s dvojitou reguláciou zabezpečí nastavenie prietočného množstva vykurovacej vody do vykurovacieho telesa, zabezpečí kvantitatívnu reguláciu. Termostatické ventily po nastavení udržujú trvale teplotu v miestnosti na nastavenej hodnote, pri návrhu treba rátať s väčšou tlakovou rezervou pred každým vykurovacím telesom. V spojitosti s meraním tepla na pätách vykurovacích systémov možnou ich použitím dosiahnuť úspory tepelnej energie. Potrubie Pri návrhu je nutné zohľadniť typ materiálu, ktorý sa navrhne na potrubnú sieť. Základné rozdiely medzi sústavami z kovu (oceľ, meď), alebo z plastu je daná rozdielnymi mechanickými 60
vlastnosťami. Potrubie z kovov je možné viesť voľne pred stenami bez ďalších úprav, pokiaľ plastové potrubie je nutné chrániť proti mechanickému poškodeniu. Vo vykurovacej technike sa používajú nasledovné druhy potrubných materiálov : oceľové rúrky závitové do DN 50 oceľové rúrky hladké bezšvové nad DN 50 medené potrubia potrubie z plastov sieťovaný polyetylén (PEX, VPE), polybutén (PB), statický polypropylén (PP-R, PP-RC, PP-3), chlorované PVC (C-PVC, PVC-C), vrstvované potrubie s kovovou vložkou Tab. 20 Oceľové rúry závitové Menovitá svetlosť priemer Hrúbka steny hmotnosť objem mm de di mm kg/m dm3/m 10 1/8 17 12,5 2,25 0,805 0,123 15 1/2 21,25 15,75 2,75 1,25 0,195 20 3/4 26,75 21,25 2,75 1,630 0,354 25 1 33, 5 27,00 3,25 2,42 0,571 32 5/4 42,25 35,75 3,25 3,130 1,000 40 6/4 48,00 41,00 3,50 3,830 1,320 Tab. 21 Oceľové rúry hladké Menovitá svetlosť priemer Hrúbka steny hmotnosť objem mm de di mm kg/m dm3/m 50 57 51 3,00 3,995 2,040 65 76 70 3,00 5,401 3,850 80 89 82 3,50 7,380 5,280 100 108 100 4,00 10,260 7,850 125 133 125 4,00 12,720 12,300 150 159 150 4,50 17,150 17,700 175 194 183 5,50 25,750 25,300 200 219 207 6,00 31,520 33,700 Vykurovacia sústava musí byť chránená pred koróziou z vonkajšej aj vnútornej strany. Väčšina škôd vo vykurovacích sústavách je spôsobená prítomnosťou kyslíka. Preto na zamedzenie vnikaniu kyslíka do systému je potrebné : - zaistiť v celom systéme pretlak (proti atmosfére) - pri otvorenej expanznej nádobe voliť taký tvar, aby sa zaistila minimálna plocha hladiny - odvzdušňovací ventil nenapojiť priamo na expanznú nádobu, ale na prepadové potrubie vo výške maximálnej vodnej hladiny v nádobe v teplom stave - najviac kyslíka obsahuje vykurovacia voda po napustení sústavy, pretože voda z vodovodného radu obsahuje asi 8 mg O 2 /liter. 9.8.2. Návrh vzdialeností závesov pre potrubné rozvody Uloženie potrubia optimálne doporučené vzdialenosti závesov pre medené a oceľové potrubie Tab. 22 Určenie vzdialeností závesov medeného potrubia Potrubie de 12 15 18 22 28 35 42 54 64 76,1 88,9 108 133 159 Vzdialenosť 1,25 1,25 1,5 2,00 2,25 2,75 3,00 3,50 4,00 4,25 4,75 5,00 5,00 5,00 61
podpier (m) Tab. 23 Určenie vzdialeností závesov oceľového potrubia Potrubie DN ( ) Vzdialenosť podpier (m) 10 3/8 15 1/2 20 3/4 25 1 32 5/4 40 6/4 50 2 65 2 1/2 80 3 100 4 1,35 1,50 1,80 2,10 2,40 2,60 3,00 3,20 3,50 4,20 4,60 5,30 5,50 6,00 Samokontrolné otázky: 1. Aké typy vykurovacích telies poznáte? 2. Ako sa vypočíta tlaková expanzná nádoba? 3. Kedy používame otvorenú tlakovú nádobu? 4. Akú potrubia vo vykurovaní používame? 125 5 150 6 200 8 250 10 9 VÝPOČET SPOTREBY TEPLA A PALIVA Cieľ kapitoly: Cieľom kapitoly je naučiť vypočítaš poslucháčov potrebu paliva na vykurovanie a púrípravu teplej vody v budove. Na výpočet potreby tepla a paliva na obytné a priemyselné budovy sa používa najčastejšie dennostupňová metóda, prípadne grafické metódy. Spotreba tepla na vykurovanie Výpočet očakávanej spotreby tepla na vykurovanie budov podľa STN 383350 resp. očakávanej spotreby paliva sa vykoná podľa nasledujúceho vzťahu :. 24... D Q [kwh/rok] int. i e resp. : 24.. 3 Q. d.( is es).3,6.10 [GJ/rok] int. i e po úprave : 3 Q q. D.3,6.10 [GJ/rok] ÚK kde : - celková tepelná strata objektu na vykurovanie budovy [kw] ε - opravný súčiniteľ vyjadrujúci nesúčasnosti prevádzky, druh regulácie a režim vykurovania (ε = 0,8 až 0,9) [- ] D počet dennostupňov/vykurovaciu dobu (podľa STN 730540, D=3422) [deň/rok.k] θ int,i - vnútorná výpočtová teplota [ºC] θ e - vonkajšia výpočtová (oblastná) teplota [ºC] - merná spotreba tepla objektu, pre danú budovu je konštantná (kwh/k, deň) q ÚK D PVD.( int. i es ) kde : PVD počet vykurovacích dní v roku (z tab.) θ int,i - vnútorná výpočtová teplota [ºC] - stredná vonkajšia výpočtová teplota [ºC] θ es Hodnotu ε určíme z nasledovného : 62
viacpodlažné budovy centrálna regulácia ε =0,80 centrálna regulácia zónová ε =0,75 centrálna regulácia s ventilmi a termostatickými hlavicami ε =0,70 rodinné domy, prípadne samostatne prevádzkované byty v nájomných domoch regulácia priestorovým termostatom ε =0,71 ekvitermická regulácia teploty vykurovacej vody ε =0,67 regulácia s ventilmi a termostatickými hlavicami ε =0,63 Spotreba tepla na prípravu teplej vody Pri výpočte potreby TV v obytných budovách sa vychádza z počtu osôb v bytoch (plánovane) bývajúcich. Počet obyvateľov je možné tiež určiť podľa merných bytov uvažuje sa s počtom 3 obyvateľov na 1 merný byt o objeme 200 m 3. Smerný tepelný výkon q n pre prípravu TÚV na jednu zásobovanú osobu (obyvateľa) sa určí podľa STN 03 06 20 zo vzťahu : 2-1 3 ( kw.obyv ) qn 0,4 15. i Kde : i počet obyvateľov ( - ) Výpočtová denná potreba tepla na prípravu TÚV na jedného obyvateľa a deň je : V pracovných dňoch q c = 4,5 kw.os -1.deň -1 V dňoch pracovného pokoja q c = 6 kw.os -1.deň -1 V letnom období je možné hodnoty q c zvýšiť o 1/3 podľa rozľahlosti zariadenia Spotreba tepla pre prípravu TV : 3 QTV qc. i. n.3,6.10 (GJ) Pre bilančné údaje sa výpočtová požadovaná potreba tepla Q c pre prípravu TV (kwh/rok, alebo kwh/mes.) stanoví zo vzorca : ( kwh.rok -1 ) Q c i. q c. d kde : q c výpočtová potreba tepla na prípravu TV na 1 osobu a deň (kwh/os., d) i počet zásobovaných osôb d počet dní sa stanoví ako súčet súčinov vypočítaných zvlášť pre všedné dni, soboty, nedele a sviatky, poprípade letné obdobie. Všeobecne potrebu tepla na ohrev TV vypočítame : str 50 SVL QTV, rok QTV. n 0,8. QTV.. 350 n ( kwh) 50 SVZ kde: 50 teplota TV (min. 45 C - krátkodobo) c v merná tepelná kapacita vody 4186,8 J/kg.K; merná tepelná kapacita vody pri 20 C = 4200 ( c=(4210-1,363.t-0,014.t teplota (J/kg.K) teplota studenej vody v lete, (+15 C) θ SVL 2 )), pričom t je 63
θ SVZ teplota studenej vody v zime, (+5 až +10 C) T počet hodín odberu TV (h) n počet dní vykurovacieho obdobia v roku. cv. 2 p.( t2 t1) QTV (1 z). (kwh) 3600 kde: t 1 teplota studenej vody [10 C] t 2 teplota ohriatej vody [55 C] V 2p celková potreba teplej vody na 1 deň[m 3 /den] pri stavbách na bývanie uvažujeme 0,082 m 3 /osobu den, minimálne však 0,2 m 3 /byt den. z koeficient energetických strát systému pre prípravu teplej vody Pre bežné stavby uvažujeme s hodnotou 50 až 100% podľa prevedenia rozvodu a doby cirkulácie rozvody v nových stavbách z = max. 0,5 okrskové rozvody z = max. 1.0 rozvody v starších stavbách z = 2 až 4 (vychádza sa z prevedých meraní) ρ merná hmotnost vody [1000 kg/m 3 ] c v merná tepelná kapacita vody [4186 J/kg.K] Potreba teplej vody podľa prstn 060320 Celková potreba teplej vody za periódu (V 2P ) podľa tabuľky a teplo potrebné na jej prípravu (E 2 ): E 2 = c. V 2P. ( 1-2) Kde : c merná tepelná kapacita vody = 1,163 kwh/(m 3.K) 1 teplota teplej vody ( C) 2 teplota studenej vody ( C). Tab. 24 Určenie spotreby teplej vody Druh objektu Stavby na bývanie Stavby na dočasné ubytovanie: Internáty, hotely, ubytovne Merná Činnosť Spotreba jednotka 1 osoba Umývanie, varenie, sprchovanie 1 osoba 1 osoba 1 osoba sprchovanie umývanie kúpanie Teplo E 2 Súčiniteľ V 2p (m 3 /os) (kwh/os) súčasnosti s 0,082 4,3 do 35 os. = 1,0 1000 os = 0,2 Internát = 1,0 0,06 2,5 ubytovňa = 0,6 0,1 3,5 hotel do 50 lôžok = 0,8 nad 50 = 0,8 100 m2 upratovanie 0,02 0,8 Školy 1 žiak umývanie 0,02 0,8 0,2 1,0 100 m2 upratovanie 0,02 0,8 1,0 Polikliniky 1 vyšetr. umývanie + person. 0,02 0,7 1,0 Nemocnice 1 lôžko umývanie+sprchovanie ležiaci 0,02 0,7 1,0 1 lôžko umývanie + person. chodiaci0,05 1,8 1,0 1 lôžko umývanie + person. 0,25 10 1,0 Domovy dôch. 1 lôžko umývanie + person. 0,2 7 1,0 Ozdravovne 1 lôžko umývanie + person. 0,1 3,5 1,0 64
Jasle, 1 dieťa umývanie + person. 0,07 2,5 1,0 Detské domovy 100 m2 upratovanie 0,02 0,8 1,2 1,5 Očistné kúpele 1 osoba 2xsprchovanie+kúpanie 0,16 6,5 1,0 100 m2 upratovanie 0,02 0,8 1,2 Varenie a umývanie riadu - len výdaj 1 jedlo umývanie riadu 0,001 80 C 0,1 - príprava a výdaj malý sortiment - v reštaurač. zariadení Hyg. zariadenia podnikov a športových zariadení S umývačkou riadu = 1,0 bez nej = 0,5 S umývačkou = 1,0; bez = 0,7 1 jedlo umývanie riadu 0,0015 80 C 0,15 1 jedlo 0,002 80 C 0,2 S umývačkou = 1,0 100 m2 upratovanie 0,02 0,8 1,0 1 os/zm. umývadlá 0,02 0,8 1,0 1 os/zm. sprchy 0,04 1,4 1,0 100 m2 upratovanie 0,02 0,8 1,0 Predpokladaná potreba paliva B na rok : Na vykurovanie : QÚK B.1000 (m 3 /rok, kg/rok) ÚK H. c Na teplú vodu : QTV BTV.1000 (m 3 /rok, kg/rok) H. c Celková ročná predpokladaná spotreba paliva B c bude : B B B (m 3 /rok, kg/rok) C ÚK TV kde : H je výhrevnosť primárneho paliva η c je účinnosť zariadenia (zdroja tepla, rozvodov, staníc) účinnosť primárnych zdrojov tepla 0,75-0,92 (-) účinnosť primárnych rozvodov teplovodných 0,94 (-) horúcovodných 0,93 (-) účinnosť sekundárnych rozvodov 0,95 (-) účinnosť odovzdávacích staníc 0,99 (-) Celkovú účinnosť získame vynásobením jednotlivých účinností. Príklad 9.1.: Vypočítajte spotrebu tepla a paliva pre rodinný dom, s centrálnou reguláciou, umiestnený v Košiciach, inštalovaná je ekvitermická regulácia, celkový návrhový príkon je 15 kw. Palivo je zemný plyn. Riešenie : Určenie známych hodnôt pre výpočet Košice PVD =n=218 65
= 15 kw ε = 0,67 θ int,i =20 C θ e = -12 C θ es = 3 C H = 34 MJ/kg η c je účinnosť zariadenia (zdroja tepla, rozvodov, staníc) účinnosť primárneho zdroja tepla 1,05 (-) kondenzačný kotol účinnosť primárnych rozvodov teplovodných 0,94 (-) celková účinnosť bude 0,94.1,05=0,987 a) Výpočet očakávanej spotreby tepla na vykurovanie budov podľa STN 383350 Q 24.. 3 24.0,67.15 3. d.( is es ).3,6.10.218.(20 3).3,6.10 100,56GJ / rok 27777kWh / rok 20 ( 12) int. i e Predpokladaná potreba paliva na rok : QÚK 100GJ / rok 3 B.1000.1000 2980m / rok ÚK H. c 34MJ / kg.0,987 η c je účinnosť zariadenia (zdroja tepla, rozvodov, staníc) účinnosť primárnych zdrojov tepla 1,05 účinnosť teplovodných rozvodov 0,94 celková účinnosť η c = 1,05 x 0,94 =0,987 Predpokladaná potreba paliva na vykurovanie pre objekt bude 2980 m 3 /rok. b) Rýchly výpočet očakávanej spotreby tepla na vykurovanie budov Q k. 6,2.15 93GJ / rok 25832kWh rok ORIENT. / ÚK kde : - celková tepelná strata objektu na vykurovanie budovy 15kW k ÚK - pre rodinný dom: 6,20 kw Príklad 9.2.: Stanovte spotrebu tepla a paliva na prípravu teplej vody pre rodinný dom so 4 obyvateľmi. Všeobecne potrebu tepla na ohrev TV vypočítame : str 50 SVL QTV, rok QTV. n 0,8. QTV.. 350 n ( kwh 50 SVZ ) 55 10 Q tv 25,7.218 0,8.25,7..(350 218) 5602,6 2442 8044kWh 29, 04GJ 55 5 kde: teplota TV θ SVL +15 C θ SVZ +5 C n 218 N 365 dní 66
. cv. 2 p.( t2 t1) 1000.4,186.0,082.4.(55 10) QTV (1 z). (1 0,5). 25, 7kWh =0,0929GJ 3600 3600 kde: t 1 10 C t 2 55 C V 2p = 4 x 0,082 m 3 /osobu deň z =0,5 c v merná tepelná kapacita vody pri 20 C = 4200 ( c=(4210-1,363.t-0,014.t 2 )) (J/kg.K) Predpokladaná potreba paliva na rok : QTV, rok 29,04GJ / rok 3 BTV.1000.1000 876m / rok H. c 34MJ / kg.0,987 η c je účinnosť zariadenia (zdroja tepla, rozvodov, staníc) účinnosť primárnych zdrojov tepla 1,05 účinnosť teplovodných rozvodov 0,94 celková účinnosť η c = 1,05 x 0,94 =0,987 Predpokladaná potreba paliva pre teplú vodu bude 876 m 3 /rok Celková ročná potreba paliva pre objekt z príkladu 1 a 2. B c B B (m uk tv 3 /rok) B B B 2980 876 3856 m 3 /rok c uk tv Energetické vlastnosti palív Najdôležitejšou vlastnosťou palív je výhrevnosť a spalné teplo. Výhrevnosť H U je množstvo tepla, ktoré vznikne dokonalým spálením jednotkového množstva paliva (1kg, alebo 1m 3 ) pri normálnom tlaku 101 325 Pa v adiabatických podmienkach, za predpokladu, že spaliny sa ochladia na teplotu východiskových látok a vodná para obsiahnutá v spalinách zostane v plynnom stave. Vzťah medzi spalným teplom a výhrevnosťou je. H H 0 (kj/kg) U H p Tab. 25 Základné energetické vlastnosti palív Druh paliva Výhrevnosť H U (MJ/kg) drevo 17 19-20 koks 26-28 30-34 brikety 23-26 29-32 Čierne uhlie 32 31-34 Ľahký vykurovací olej 38-41 39-43 Ťažký vykurovací olej 36-39 38-40 Propán 92,8 100,08 Zemný plyn 34 37,78 Spalné teplo H 0 (MJ/kg) Samokontrolné otázky: 1. Viete akú má výhrevnosť zemný plyxn a v akých jednotkách sa udáva? 67
2. Ako vypočítame celkovú účinnosť zdroja? 3. Ako prepočítame GJ na kwh? 68
10 HYDRAULICKÝ VÝPOČET POTRUBNÝCH SIETÍ Cieľ kapitoly: Cieľom kapitoly je dimenzovanie potrubného rozvodu vykurovania s hydraulickým výpočtom a prednastavením termostatických ventilov na vykurovacích telesách. Potrubná sieť vykurovacích sústav slúži k doprave teplonosnej látky ku spotrebiču a späť od spotrebiča ku zdroju tepla. Teplonosnou látkou he väčšinou teplá voda, niekedy para. Cieľom hydraulického návrhu a výpočtu potrubnej siete je návrh priemeru potrubí, menovitú svetlosť armatúr, nastavenie regulačných členov sústavy. Systém by mal splňovať požiadavku, že celková tlaková strata okruhu je rovnako veľká ako dispozičný tlak (účinný tlak, dopravný tlak čerpadla). Pri výpočte tlakových strát delíme okruh na jednotlivé úseky, ktoré majú nemenný prietok. Každý úsek má tlakové straty trením a tlakové straty miestnymi odpormi. Výpočet tlakových strát v potrubí tlakové straty vznikajúce v priamych úsekoch potrubia tlakové straty trením p l 2. l w p l.. R. L d 2 (Pa) tlakové straty vznikajúce v určitých miestach potrubného systému, tzv. tlakové straty miestnymi odpormi p n 2 w p i.. Z i1 2 λ súčiniteľ trenia prúdiacej tekutiny [ - ] l dĺžka potrubia počítaného úseku [ m ] d vnútorný priemer potrubia [ m ] w rýchlosť prúdenia tekutiny [ m / s ] ρ hustota tekutiny [ kg / m 3 ] R merná tlaková strata trením [ Pa / m ] ξ súčiniteľ miestneho odporu [ - ] (Pa) Tab. 26 ZOrientačné hodnoty súčiniteľov miestneho odporu ξ Orientačné hodnoty koleno 1 vykurovacie teleso 3 T kus 1,5 oblúk 0,5 kotol 2,5 odbočky 1,5 redukcia 0,5 ξ Celkové tepelné straty sa potom dajú vyjadriť vzťahom : 69
p p p (Pa) c l Ďalší postup môže byť dvojaký : sú dané priemery potrubí, alebo sa volia zo známych pretekajúcich množstiev a doporučených rýchlostí prúdenia vody potrubím a vypočítajú sa celkové tepelné straty je daný dispozičný tlakový rozdiel a pre potrubný systém sa musia vybrať také priemery aby celkové tlakové straty boli menšie ako daný dispozičný tlakový rozdiel Vyrovnanie tlakových strát medzi hlavnou vetvou a jednotlivými odbočkami sa dá dosiahnuť : zmenou priemeru potrubného úseku vložením regulačných ventilov vložením clony zo škrtiacim účinkom, pričom priemer otvoru clony vypočítame zo vzťahu : 3,55. M h dc 4 p (mm) M h prietočné množstvo vody [ kg / h ] Δp prebytok tlakového rozdielu, ktorý chceme škrtiť [ Pa ] Podmienky hydraulickej rovnováhy sú určované v každom mieste rozdelenia potrubného rozvodu. Nižšie tlakové straty v potrubiach je nutné kompenzovať vzhľadom k vyšším tlakovým stratám. Podľa veľkosti týchto tlakových strát sa určujú hlavné a vedľajšie vetvy potrubného rozvodu. Hlavná vetva je vždy tá, ktorá má najvyššie tlakové straty. Jednotlivé vykurovacie telesá sa vzhľadom k potrubiu regulujú v tomto prípade termostatickými ventilmi. Ak ventil musí škrtiť vysoký tlak, čo je nevýhodné v obytných priestoroch z hľadiska hlučnosti, vratné potrubie sa môže opatriť regulačným šrúbením. Určenie prednastavenia na jednotlivých ventiloch nám zabezpečí optimálne vyregulovanie vykurovacej sústavy. Tab. 27 Doporučené rýchlosti prúdenia vody v potrubí Hmotnostný Prietok (kg/h) Menovitá svetlosť (mm) ( ) W (m/s) 20-60 10 3/8 0,05-0,16 50-170 15 1/2 0,07-0,25 100-400 20 3/4 0,08-0,32 170-750 25 1 0,09-0,36 400-1500 32 5/4 0,11-0,4 600-2100 40 6/4 0,12-0,45 1000-4000 50-0,14-0,55 3000-8500 65-0,22-0,6 5000-12500 80-0,28-0,70 9000-21200 100-0,32-0,80 20000-40000 125-0,45-0,9 37500-60000 150-0,60-1,00 60000-125000 200-0,70-1,10 Pričom prietočné množstvo cez jednotlivé úseky stanovíme podľa vzorca : 70
0,86. i M h (kg/h) tw 1 tw2 kde : je celková návrhová tepelná strata i t t je rozdiel teplôt prívodnej a vratnej vykurovacej vody teplotný spád w1 w2 Obr. 35 Závislosť mernej hmotnosti vody na teplote Príklad 11.1.: Vypočítajte dvojrúrkovú vykurovaciu sústavu so spodným rozvodom a núteným obehom vody : Úloha : Navrhnite potrubnú sieť dvojrúrkovú, so spodným rozvodom, pre malý rodinný dom (obr. č.48). Teplotný spád bude 90/70 C. Drsnosť stien potrubia k=0,1 mm. 71
Obr. 36 Schéma dvojrúrkovej sústavy Nasledovná tabuľka predstavuje výpočet hydrauliky rodinného domu s návrhom prednastavenia termoregulačných ventilov Danfoss RA-N Tab. 28 Tabuľka hydraulického výpočtu i č. DN w R úseku (W) M (kg/h) l (m) (mm) (m/s) (Pa/m) Σξ Z?p c=r.l+z?p 1 1900 81,7 2 15 0,11 16,5 3,5 20,6 54 2 1200 51,6 2 10 0,12 26,0 3,5 24,5 76 3 3100 133,3 6 15 0,19 42,0 4 70,2 322 4 900 38,7 2 10 0,09 8,8 3,5 13,8 31 5 1800 77,4 2 15 0,11 16,5 3,5 20,6 54 6 5800 249,4 4 20 0,2 31,0 4 77,7 202 7 1300 55,9 5 10 0,13 32,0 5 41,1 201 8 7100 305,3 10 20 0,24 45,4 3 84,0 538 9 2300 98,9 8 15 0,14 25,0 5,5 52,4 252 10 2100 90,3 2 15 0,13 20,5 3,5 28,7 70 11 4400 189,2 3 20 0,15 18,5 4 43,7 99 12 11500 494,5 12 25 0,22 29,0 10 235,2 583 pv na uzla ventile 5054 5054 5376 5376 5376 5578 5578 6116 6016 6016 6116 6699 Nast. Ventilu 5000 4978 6 5 5345 5322 4 5,5 5377 5 5764 5946 6,5 6 72
Obr. 37 Výkonový diagram ventilu RA N DN 10 73
Obr. 38 Výkonový diagram ventilu RA N DN 15 Obr. 39 Rez ventilom LEGENDA : 1 - upchávka 2 - krúžok 3 - dotykový valček 4 - tesnenie vretena 5 - vratná spružina 6 - nastavovacia kulisa 7 - ventilové teleso 8 - tryska 74
Obr. 40 Výkonový diagram ventilu RA N DN 20 Základné nastavenie Obr. 41 Nastavenie prednastavenia ventilu 75