Wykład 13

Zabezpieczenie układu przygotowania cwu

…………………………………………

Instalacja cyrkulacyjna ciepłej wody użytkowej

……………………………………….

Kompensacja wydłużeń termicznych

ZABEZPIECZENIE URZĄDZEŃ PRZYGOTOWANIA CWUNORMA PN-76/B-02440

SCHEMATY ZABEZPIECZEŃ DLA SYSTEMU ZAMKNIĘTEGO

ARTZ – automatyczny regulator temperatury – zamykającyRO – rura odprowadzająca

ARTZ – automatyczny regulator temperatury – zamykającyARTo – automatyczny regulator temperatury – otwierającyRO – rura odprowadzająca

ZAWORY BEZPIECZEŃSTWA

Lokalizacja zaworu bezpieczeństwa

• Bezpośrednio na podgrzewaczu cwu lub naprzewodzie odprowadzającym wodę zpodgrzewacza, jeżeli temp. czynnikagrzejnego przekracza 90% temp. wrzeniawody przy dopuszczonym ciśnieniupodgrzewacza

• Na dopływie zimnej wody do podgrzewacza,jeżeli temp. czynnika grzejnego nieprzekracza 90% temp. wrzenia wody przydopuszczonym ciśnieniu podgrzewacza

Średnica kanału dolotowego

1. Dla urządzeń cwu zasilanych czynnikiemgrzejnym o temperaturze do 165°C iciśnieniu czynnika grzejnego niższym odciśnienia dopuszczonego podgrzewacza,jak również dla podgrzewaczyelektrycznych

• G – przepustowość ZB [kG/h]

G = 0,16 · V

• V - pojemność wodna podgrzewacza lubpodgrzewacza i zasobnika ciepłej wody, l

Średnica kanału dolotowego

2. Dla urządzeń cwu zasilanych czynnikiemgrzejnym o temperaturze do 165°C iciśnieniu czynnika grzejnego wyższym odciśnienia dopuszczonego podgrzewacza

• G – przepustowość ZB [kG/h]

Oznaczenia:

• αc – współczynnik wypływowy zaworu bezpieczeństwa (dla wody) wg karty kat.

• αc1 – współczynnik wypływowy wody grzejnej dla pękniętej rury grzejnej - αc1 =1 niezależnie od średnicy rury (wężownicy)

• γ – ciężar objętościowy wody użytkowej przy temperaturze dopuszczonej tej wody, kG/m3

• γ1 – ciężar objętościowy wody grzejnej przy najniższej, występującej na zasileniu podgrzewacza, temperaturze tej wody, kG/m3

Oznaczenia:

• b – współczynnik zależny od różnicy ciśnienia czynnika grzejnego i ciśnienia dopuszczonego podgrzewacza – należy przyjmować:– b=1 gdy (p3-p1)≤5 kG/cm2 - b=2 gdy (p3-p1)>5 kG/cm2

• F – powierzchnia przekroju wewnętrznego rury grzejnej (wężownicy), mm2

• p1 – ciśnienie dopuszczone podgrzewacza, kG/cm2

• p2 – ciśnienie na wylocie z zaworu (przy wylocie do atmosfery równe 0), kG/cm2

• p3 – ciśnienie czynnika grzejnego na zasileniu podgrzewacza, kG/cm2

INSTALACJA CYRKULACYJNA:W JAKIM CELU STOSOWANA?KIEDY POTRZEBNA?

Instalacja cyrkulacyjna zapewnia stały obiegwody w instalacji wody ciepłej i działa wprzypadku braku rozbioru wody ciepłej wbudynku. Poprawne jej zaprojektowanie iwykonanie pozwala na uzyskanie przezużytkowników instalacji wody oodpowiedniej temperaturze po upływieczasu nie dłuższego niż kilka sekund,niezależnie od odległości punktu poboruwody od źródła przygotowania ciepłej wody.

Kiedy? – wg Rozp. w sprawiewarunków technicznych (…)

Dodatkowo projektując instalację ciepłejwody i cyrkulacyjną należy pamiętać, że:

Minimalne wymagania izolacji cieplnej przewodów cwu i cyrkulacyjnych

TOK OBLICZEŃ WG NORMY PN-92/B-01706

Do obliczeń hydraulicznych przewodówcyrkulacyjnych przyjmuje się założenie, żewszystkie punkty czerpalne zasilane z instalacjiwody ciepłej są zamknięte, a przepływ wodyciepłej odbywa się w obiegach zamkniętych odurządzenia do przygotowania ciepłej wody przezprzewody instalacji ciepłej wody, a następniepionami i przewodami cyrkulacyjnymi z powrotemdo urządzenia przygotowującego ciepłą wodę.

W celu wymuszenia obiegu wody stosowane sąpompy cyrkulacyjne.

Schemat instalacji

Obliczeniowy strumień wody cyrkulacyjnej

W metodzie uproszczonej (krotności wymianwody w instalacji) strumień wodycyrkulacyjnej wyznacza się z zależności:

]/[6,3

3 sdmuV

Gp

vc⋅

=

w której:

u - stopień cyrkulacji: praktycznie pożądanakrotność wymiany wody w układzieinstalacji w warunkach obliczeniowych;przyjąć u = 3 ÷ 5 na godzinę,

Vp – objętość wody w przewodachzasilających (ciepłej wody użytkowej) icyrkulacyjnych [m3]

W metodzie dokładnej (wg strat ciepła)strumień wody cyrkulacyjnej wyznacza się zzależności:

]/[1000 3 sdmtc

QG

cwuw

cvc ⋅

⋅⋅=

∆ρ

gdzie:

Qc – straty mocy cieplnej w instalacji [kW]

ρ – gęstość wody [kg/m3]

cw – ciepło właściwe wody [kJ/kgK]

Ptcwu – obliczeniowy spadek temperatury nadrodze od węzła cieplnego donajniekorzystniej usytuowanego punktuczerpalnego [K] – 5K

Po policzeniu strumieni metodą krotnościwymian i strat ciepła, należy przyjąć dodalszych obliczeń większą wartośćstrumienia wody cyrkulacyjnej.

Na podstawie całkowitego strumieniaprzepływu obliczonego dla całej instalacjicyrkulacyjnej należy ustalić przepływycyrkulacyjne w poszczególnych odcinkachinstalacji.

• W stosowanej dawniej w Polsce normiestrumień wody cyrkulacyjnej dla każdegopionu ustalano proporcjonalnie doobciążenia tego pionu wyrażonego sumąnormatywnych wypływów Σqnp, w stosunkudo sumy wypływów normatywnych dlacałej instalacji Σqn:

]/[ 3 sdmQq

qQ c

n

npp ⋅=

ΣΣ

• Inną obecnie stosowaną metodą przypodziale strumienia cyrkulacyjnego napiony jest podział na podstawie objętościwewnętrznej przewodów cwu metodąpunktów węzłowych wg zależności:

]/[ 3 sdmVV

VGG

przep łcwu

odgcwu

odgcwudop ł

codgc

∑ ∑+∑⋅=

Gcdopł G ,c

przepł

G ,codg V cwu

odg

V cwuprzepł

Kolejność obliczeń

1. Dokonać wstępnego doboru średnic dlainstalacji cyrkulacyjnej posługując się tabeląwg PN-92/B-01706:

2. Wyznaczyć objętość wody wewnątrzprzewodów cwu i cyrkulacyjnych (piony iprzewody rozprowadzające)

3. Przyjąć krotność wymiany wody winstalacji i wyznaczyć całkowity strumieńwody cyrkulacyjnej Gvc a następniepodzielić go na poszczególne piony

4. Dla policzonych strumieni wodycyrkulacyjnej sprawdzić poprawnośćdoboru średnic, kierując się kryteriumprędkości przepływu wody w instalacjicurkulacyjnej, która zgodnie zPN-92/B-01706 powinna wynosić od0,2 – 0,5 m/s

5. Policzyć straty ciśnienia w instalacjicyrkulacyjnej i instalacji cwu przystrumieniach cyrkulacyjnych

6. Wyznaczyć straty ciśnienia w obiegachposzczególnych pionów (od wymiennikaprzez dany pion cwu i powrót przewodamicyrkulacyjnymi do wymiennika)

PIII PII PI

3' 2'

3

5 4

2

1

wwmlPIII

wwmlPII

wwmlPI

ppp

ppp

pppp

−−−−

−−−−−−

−−−−−−

+=+=

+==

'353

'3'2423

'3'2123max

)(

)(

)(

∆∆Σ∆∆∆Σ∆

∆∆Σ∆∆

7. Wyznaczyć ciśnienia do zdławienia wposzczególnych pionach (z wyjątkiemnajniekorzystniejszego):

piondł ppp ∆∆∆ −= max

8. Dokonać doboru zaworów równoważących dla instalacji cyrkulacyjnej

• W tym celu policzyć wartość kv dla zaworu według zależności:

Uwaga! Gcpion w dm3/h, ∆pdł w kPa

dł

cpionv

p

Gk

∆⋅= 01,0

9. Po doborze zaworów wyznaczyć dlaobiegów poszczególnych pionów stratyciśnienia (z uwzględnieniem strat nazaworach) i ustalić wysokość podnoszeniapompy cyrkulacyjnej (dla strat wnajniekorzystniejszym obiegu):

gdzie: ∆pw[kPa] – strata na wymienniku do którego wpinana jest cyrkulacja przy strumieniu Gvc

( ) ][max

kPapppH wzpionp ∆∆∆ ++=

10. Dobrać pompę cyrkulacyjną oparametrach obliczeniowych:

p

vc

HH

GG

≥≥

0

0

KOMPENSACJA WYDŁUŻEŃ TERMICZNYCH

Wydłużenia termiczne przewodów

• W większości instalacji temperatura pracyróżni się od temperatury, w jakiej odbywałsię jej montaż.

• Dodatkowo podczas eksploatacjiwystępują często wahania temperatury,efektem czego są wydłużenia termiczneprzewodów, którego wielkość zależy odrodzaju materiału, z którego wykonane sąprzewody.

Wydłużenia termiczne przewodów

• Jest to zjawisko na tyle istotne, że jegozlekceważenie może doprowadzić wskrajnym przypadku do uszkodzeniaprzewodów.

Wydłużenia termiczne przewodów

• Wydłużalność temperaturowa materiałówstosowanych w technice instalatorskiej niejest wielkością liniową, jednak dlauproszczenia obliczeń, w pewnym zakresietemperatur, aproksymuje się ją do postaciliniowej, wprowadzając pojęciewspółczynnika rozszerzalności liniowejα.

Współczynnik rozszerzalności liniowej α

• Współczynnik ten określa, o jaką wartośćnastąpi przyrost długości materiału przyzmianie temperatury o 1 K.

• Dla potrzeb techniki instalatorskiejwartość tego współczynnika podaje się wmm/(m· K), a więc jako przyrost w mm, ojaki zwiększy się metrowy odcinekprzewodu przy zmianie temperatury o 1 K.

Wartości współczynnika α dla materiałów instalacyjnychMateriał α [mm/(mK)

StalMiedźPVCCPVCPEPEXPPPP StabiPBRura wielowarstwowa

0,01150,01660,080,070,160,140,1830,060,130,025

Wydłużenie termiczne rurociągu

Oblicza się z zależności:∆� = � · ∆� · �[]

gdzie:

L – początkowa długość przewodu [m]

PT – różnica temperatur [K]

α – współczynnik rozszerzalności liniowej [mm/(mK)]

Wydłużenie termiczne rurociągu

Za wartość L należy przyjąć odcinekpomiędzy punktem stałym (nieprzesuwnym)umieszczonym na przewodzie i elementemkompensującym wydłużenie.

Różnicę temperatur ST należy przyjmowaćjako różnicę pomiędzy temperaturą, wktórej przeprowadzono montaż przewodów(tm) i maksymalną temperaturą roboczączynnika w instalacji (ti). ST=ti-tm

Rury miedziane

Rury PP i PP Stabi

Dodatkowo nasuwa się jeszcze jeden istotny wniosek:

ROZSZERZALNOŚĆ RUR NIE ZALEŻY OD ICH ŚREDNICY

Średnica ma znaczenie dopiero przy doborze kompensacji.

METODY KOMPENSACJI

• Rozwiązanie kompensacji wymagazastosowania trzech podstawowychelementów:– podpór przesuwnych PP,

– punktów stałych PS,

– kompensatorów kształtowych KK lub kompensatorów osiowych (mieszkowych) KO.

• Prawidłowy dobór i montaż wszystkich tychelementów gwarantuje bezpieczną pracęinstalacji i podczas przenoszenia wydłużeń.

Podpory przesuwne• Jako podpory przesuwne wykorzystuje się zwykle

uchwyty do rur z przekładką gumową.

• Mają one za zadanie utrzymywać rurociąg w osimontażu, pozwalając jednocześnie na swobodneprzesuwanie się rur wewnątrz.– nie należy ich montować tuż przy złączach, gdyż może

to prowadzić do zablokowania przesunięcia przewodów.Należy również zwrócić uwagę na ich usytuowaniewzględem kompensatorów, gdyż uniemożliwiają oneruch poprzeczny do osi rurociągu.

• Powinny być wykonane solidnie, tak aby nie uległyzniszczeniu, narażając tym samym na zniszczeniemiejsca kompensacji.

Punkty stałe

• Są to miejsca, które dzielą niejakoinstalację na odcinki poddanekompensacji.

• Ich zadaniem jest niedopuszczenie doprzemieszczenia się rur pod wpływemdziałania sił działających na instalacjepodczas pracy. Chodzi tu zarówno onaprężenia od zmian długości, jak i odciśnienia wewnątrz.

Punkty stałe

• montaż podpór stałych jest obowiązkowyw następujących wypadkach:o przy punktach czerpalnych,

o przed i za instalowaną na przewodziearmaturą lub dodatkowym uzbrojeniem (filtry,wodomierze, osadniki, itp.).

o powinny być montowane przy złączach np. poobu stronach trójnika

• Podpory stałe

• a) podpora stała wykonana z dwóch złączek,

1 - uchwyt mocujący,

• 2 -złączka,

• 3 – trójnik

• b) podpora stała wykonana przy użyciu złączki i trójnika

Uchwyty stałe w instalacjach miedzianych można uzyskać za pomocą:

• – nalutowania nakładek ustalających nieprzesuwne położenie przewodu w uchwycie mocującym,

• – dwustronne mocowanie nalutowanej tulei.

Maksymalne odległości pomiędzy punktami mocowania przewodówpoziomych wykonanych ze stali ocynkowanej

Średnica nominalna DN[mm] Odległość między podporami [m]

15 – 20 1,5

25 2,2

32 2,6

40 3,0

50 3,5

65 3,8

80 4,0

100 4,5

Odległości pomiędzy punktami mocowania przewodów pionowychwykonanych ze stali ocynkowanej

• Rury stalowe mocuje się do ścian jednym uchwytem umieszczonym w połowie kondygnacji (nie wyższej niż 3,0 m) w przypadku przewodów pionowych. Istnieje jednak przypadek, w którym uchwyt będzie zbędny, ponieważ w przejściu przez kondygnację zastosowano tuleję, a średnica użytej rury jest nie mniejsza niż 15 mm oraz posiada jeden punkt stały.

• W pozostałych przypadkach dla kondygnacji wyższych odstęp między uchwytami nie powinien przekraczać wartości podanych w tabeli

• Tabela 4. Odstęp między uchwytami przy kondygnacjach wyższych

• Średnica rury w mm Odstęp między uchwytami

• 15÷20 mm 3,0 m

• 25÷32 mm 4,0 m

• 40÷65 mm 6,0 m

Tabela Maksymalne odległości pomiędzy punktami mocowania przewodów poziomych wykonanychz miedzi

• Dla pionowo mocowanych odcinków rur miedzianych odległości pomiędzy uchwytami można zwiększyć:

• – dla rur o średnicach do 22 mm – o 30%,

• – dla rur o średnicach powyżej 22 mm – o 10%.

Tabela 7. Maksymalne odległości pomiędzy punktami mocowania przewodów

poziomych wykonanych z PVC, PE, PP, PB

• Mocowanie przewodów

• Przewody poziome powinny być mocowane do istniejących w obiekcie elementów konstrukcyjnych za pomocą podpór stałych i ruchomych. Odstępy między miejscami podparcia powinny być tak dobrane aby zapewnić kompensację przewodów.

• Rozstawienie podpór stałych powinno wynikać z usytuowania kompensatorów na trasie przewodu oraz lokalizacji punktów czerpalnych.

• Dla przewodów prowadzonych pionowo odległości pomiędzy podporami mogą być zwiększone o 30 % w stosunku do przewodów poziomych. W miejscu odgałęzienia przewodu na kondygnacje powinno być zastosowane ramię kompensacyjne.

• Na przewodach pionowych prowadzonych w wydzielonych wnękach instalacyjnych, bruzdach można pominąć stosowanie kompensacji biorąc pod uwagę możliwości wystąpienia wyboczeń przewodów.

• W przypadkach montowania na odcinkach przewodów elementów armatury powinno się przed i za nimi lokalizować podpory stałe bądź przesuwne.

KOMPENSACJA NATURALNA

Polega na odpowiednim ułożeniu instalacji,dzięki któremu, w celu kompensacji zmiandługości przewodów, można wykorzystaćelastyczność rur.

W tym celu konieczne jest stworzenieruchomego ramienia o odpowiednichwymiarach poprzez prawidłowerozmieszczenie mocowań.

Konieczną długość ramienia (A) Ls mocowań,w zależności od zmian długości przewodówrurowych, określa się na podstawie obliczeńlub tabel.Dla instalacji układanych pod tynkiem swobodnerozszerzenie cieplne należy zapewnić poprzezosłonięcie instalacji elastycznym materiałem oodpowiedniej grubości. Szczególną uwagę zwrócićtrzeba na miejsca przechodzenia instalacji przezstropy - o ile nie wyznaczono tam celowo stałegopunktu mocowania.

W technice instalacyjnej stosowane sąnastępujące sposoby kompensacji wydłużeńcieplnych:

a)− przy pomocy odcinka giętkiego

b)− z wykorzystaniem ramienia elastycznego – najczęściej wykorzystywane w praktyce

Oznaczenia:PP - podpora przesuwna,

PS - podpora stała,Ls - długość odcinka giętkiego,∆L - wydłużenie odcinka przewodu.

Obliczenie długości ramienia elastycznego Ls

�� = � · � · ∆� [mm]

gdzie:Ls – wymagana długość odcinka giętkiego [mm]K – stała materiałowa wg katalogu producenta [-]

K=30 dla PP-3K=20 dla PP-R

Dz – średnica zewnętrzna rury [mm]PL – wydłużenie odcinka przewodu obliczone dla danej

różnicy temperatur [mm]

Długość ramienia elastycznego dla miedzi i PVC

• Miedź – wg tabeli w wytycznych COBRTI

• PVC – wg katalogu NIBCO

KOMPENSACJA KSZTAŁTOWA

Jeżeli naturalne ułożenie instalacji nieumożliwia wystarczającej kompensacji zmiandługości, należy zamontować dedykowany dotego zadania element, tj. kompensatorkształtowy - kompensator U-kształtowy.

Zbudowany on jest z dwóch połączonych ze sobąramion elastycznych. Umożliwia to kompensacjędwukrotnie większych wydłużeń niż w przypadkupojedynczego ramienia elastycznego.

Kompensator U-kształtowy

Oznaczenia:

PP - podpora przesuwna,PS - podpora stała,∆L - wydłużenie odcinka przewodu,SA - odstęp bezpieczeństwa, Lu - długość ramion kompensatora, Wu - szerokość kompensatora.

W przypadku kompensatoraU-kształtowego należy oprócz wymiaru Ls,dodatkowo określić szerokość kompensatora,czyli odstęp pomiędzy jego pionowymiramionami (wg wzoru lub tabel w zależnościod materiału)

Dla PP-R: �� = 2 · ∆� + ��[]

gdzie: Wu – odległość między ramionami kompensatora[mm]

SA – odstęp bezpieczeństwa, dla PP-R=150 mm

Dla PVC wg katalogu NIBCO:

wg wykresu

Dla rur miedzianych wg wytycznych COBRTI:

Kompensator z czterech kolan 90º

KOMPENSATORY OSIOWE

Kompensatory osiowe, zwane także od ichkonstrukcji kompensatorami mieszkowymi,przejmują zmiany długości wzdłuż przewodówrurowych wywołane zmianami temperatury.Konstrukcja kompensatorów tego typu oparta jestna mieszkach sprężystych, których sztywność jestznacznie mniejsza od sztywności kompensowanychprzewodów.

Stosowane w rurach miedzianych.

Stosowane jeśli przy układaniu przewodu jest małomiejsca, co najczęściej ma miejsce podczasukładania przewodów w szachtach instalacyjnych.

Podstawą prawidłowej pracy tego typukompensatorów są właściwie zwymiarowane iumieszczone punkty stałe oraz podpory przesuwne.Należy przy tym pamiętać, ze każdy kompensatorma ograniczoną zdolność kompensacji, a zatempodstawą właściwego doboru kompensatora jestokreślenie długości odcinka rurociągu, któregozmiany długości będą kompensowane.

Wiąże się to z prawidłowym podziałem rurociąguna odcinki kompensowane, tj. zaprojektowaniemrozstawu podpór stałych tak, aby przymaksymalnych zmianach temperatury nie zostałaprzekroczona zdolność kompensacyjna mieszków.

Zapewni to prawidłową pracę instalacji izagwarantuje ich trwałość zmęczeniową, obliczonązwykle na około 1000 pełnych cykli pracy, tj.katalogowa wartość rozciągnięcia i ściśnięcia przymaksymalnym ciśnieniu roboczym temperaturzeok. 20oC.

Kompensatory mieszkowe wymagają podczasmontażu ścisłego przestrzegania wytycznychproducenta, nie wolno ich przeciążać.

Uwaga !!!

16.06.2015 odbędzie się kolokwiumzaliczeniowe

Na 13:15 – osoby do nr 78 na liście (do p.Katarzyny Miniewicz)

Na 14:00 – osoby od nr 79 na liście (od p.Doroty Mitek)

Proszę przynieść: linijkę, kalkulator orazcoś do pisania. Kartki będą rozdawane.