AKADEMIA ROLNICZA IM. A.CIESZKOWSKIEGO W POZNANIU KATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO

3 grudnia 20063 grudnia 2006

AKADEMIA ROLNICZAAKADEMIA ROLNICZA IM. A.CIESZKOWSKIEGOIM. A.CIESZKOWSKIEGO

W POZNANIUW POZNANIUKATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGOKATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO

INSTALACJE SANITARNEINSTALACJE SANITARNEPrzygotowanie ciepłej wody użytkowej

- Teoria i obliczenia -

mgr inż. Jakub Mazurkiewiczmgr inż. Jakub Mazurkiewicz

www.au.poznan.pl/kbw/www.au.poznan.pl/kbw/


Spis zagadnieńSpis zagadnień

1. Definicja ciepłej wody użytkowej (CWU).2. Energia do przygotowania ciepłej wody

użytkowej.3. Rodzaje urządzeń do podgrzewu wody.4. Definicje ciepła.5. Obliczenie zapotrzebowania energii i mocy do

przygotowania CWU.6. Arkusz usprawniający w/w obliczenia.7. Skale doborowe: „gwiazdkowa” i „uśmiechu”.


Definicja CWUDefinicja CWUwg rozp. MI z 12 kwietnia 2002 w sprawie wg rozp. MI z 12 kwietnia 2002 w sprawie

war. tech., jakim powinny odp. budynki,war. tech., jakim powinny odp. budynki,

CWU to woda o temp. 55 – 60’C CWU to woda o temp. 55 – 60’C z możliwością przegrzewu z możliwością przegrzewu

powyżej 70’C.powyżej 70’C.


Rodzaje źródeł energii do Rodzaje źródeł energii do przygotowania CWU.przygotowania CWU.

Typy ogrzewania

bezpośredni pośredni

Ciepło przesyłanena odległość

Energia geotermalna(np. pompy ciepła)

Ciepło odpadowe Energia słoneczna

Paliwa płynne Paliwa stałe

Paliwa gazowe Energia elektryczna


Rodzaje urządzeń do podgrzewu CWU

Gł. indywidualne(miejscowy) Gł. centralne

Podgrzewaczeprzepływowe

Podgrzewaczepojemnościowe Kotły grzewcze

Dwufunkcyjne

Jednofunkcyjne z zasobnikiem wody ew.

podgrzewaczem pojemnościowym

Dwufunkcyjne ze zintegrowanym

zasobnikiem wody (warstwowy zasobnik)

Kominkiwspółpracujące

z wężownicą


CiepłoCiepło Ciepło to jedna z postaci energii zawartej w materiale.Ciepło to jedna z postaci energii zawartej w materiale.

jest to ilość energii wewnętrznej, która przechodzi między jest to ilość energii wewnętrznej, która przechodzi między układem, a otoczeniem, układem, a otoczeniem,

ilość tej energii wyrażona jest w kaloriach (cal) lub w dżulach (J)ilość tej energii wyrażona jest w kaloriach (cal) lub w dżulach (J)

1 cal = 4,186 J1 cal = 4,186 J 1 MJ = 1000 kJ = 1 000 000 J1 MJ = 1000 kJ = 1 000 000 J

1 kWh = 3,6 MJ1 kWh = 3,6 MJ 1 KM = 0,74 kW1 KM = 0,74 kW

Ciepłem właściwym nazywamy ilość ciepła pobraną lub oddaną przez 1 gram Ciepłem właściwym nazywamy ilość ciepła pobraną lub oddaną przez 1 gram substancji podczas zmiany temperatury o jeden stopieńsubstancji podczas zmiany temperatury o jeden stopień

Jednostką ciepła właściwego jest cal/g* st.CJednostką ciepła właściwego jest cal/g* st.C


Ciepło spalania a wartość opałowaCiepło spalania a wartość opałowa Ciepło spalaniaCiepło spalania

to ilość energii (ciepła), która ulega wyzwoleniu podczas to ilość energii (ciepła), która ulega wyzwoleniu podczas spalenia danej substancji. Jeżeli produktem spalania jest para spalenia danej substancji. Jeżeli produktem spalania jest para wodna, to ciepło spalania powiększa się również o ciepło wodna, to ciepło spalania powiększa się również o ciepło kondensacji pary wodnej. Zakładając, że spali się całe paliwo kondensacji pary wodnej. Zakładając, że spali się całe paliwo (spalanie całkowite) i że spalanie jest zupełne (tzn. w spalinach (spalanie całkowite) i że spalanie jest zupełne (tzn. w spalinach nie ma palnych substancji). nie ma palnych substancji).

Wartość opałowaWartość opałowa

to ta samą ilością energii (ciepła), jednak w tym przypadku to ta samą ilością energii (ciepła), jednak w tym przypadku skraplania pary wodnej nie uwzględniamy. Pozostałe warunki są skraplania pary wodnej nie uwzględniamy. Pozostałe warunki są bez zmian. bez zmian.


Ciepło spalania a wartość opałowaCiepło spalania a wartość opałowa

Ponieważ są to wielkości podobne pod względem definicji, ale Ponieważ są to wielkości podobne pod względem definicji, ale dość różne liczbowo, ważne jest zwracanie uwagi przy dość różne liczbowo, ważne jest zwracanie uwagi przy wszelkich tabelkach czy zestawieniach na to, która wielkość wszelkich tabelkach czy zestawieniach na to, która wielkość jest podawana. jest podawana.

Jeżeli przy obliczeniach nie wiadomo, z której należy Jeżeli przy obliczeniach nie wiadomo, z której należy skorzystać, to można przyjąć, że jeżeli spaliny po skorzystać, to można przyjąć, że jeżeli spaliny po opuszczeniu urządzenia będą mieć poniżej 100°C, wtedy opuszczeniu urządzenia będą mieć poniżej 100°C, wtedy można zakładać, że w urządzeniu para wodna ze spalin się można zakładać, że w urządzeniu para wodna ze spalin się skropli (tj. w kotłach kondensacyjnych) i obowiązującą skropli (tj. w kotłach kondensacyjnych) i obowiązującą wielkością będzie ciepło spalania. Jeżeli ta temperatura jest wielkością będzie ciepło spalania. Jeżeli ta temperatura jest wyższa (np. w silnikach spalinowych), należy skorzystać z wyższa (np. w silnikach spalinowych), należy skorzystać z wartości opałowej.wartości opałowej.


Ciepło spalania a wartość opałowaCiepło spalania a wartość opałowa

Wartość opałowa Wartość opałowa << ciepła spalania o ilość ciepła ciepła spalania o ilość ciepła potrzebną do odparowania wody zawartej w potrzebną do odparowania wody zawartej w produktach spalania w postaci pary wodnej.produktach spalania w postaci pary wodnej.

Sprawności urządzeń i procesów najczęściej odnoszone Sprawności urządzeń i procesów najczęściej odnoszone są do wartości opałowej paliwa. Stąd w przypadku są do wartości opałowej paliwa. Stąd w przypadku urządzeń wykorzystujących ciepło kondensacji pary urządzeń wykorzystujących ciepło kondensacji pary wodnej ze spalin, można spotkać się ze sprawnością wodnej ze spalin, można spotkać się ze sprawnością przekraczającą 100%, co jest efektem przyjętej niegdyś przekraczającą 100%, co jest efektem przyjętej niegdyś konwencji.konwencji.


Wartość opałowaWartość opałowa jest to efekt cieplny spalania bez uwzględnienia ciepła jest to efekt cieplny spalania bez uwzględnienia ciepła

skraplania spalin (zakłada się że para wodna zawarta w skraplania spalin (zakłada się że para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu):spalinach nie ulega skropleniu):

Wop = Qsp - r *(K+w)Wop = Qsp - r *(K+w)

Qsp - ciepło spalania Qsp - ciepło spalania r - ciepło parowania wody w temp. 0 st.C r - ciepło parowania wody w temp. 0 st.C K - ilość wody powstającej w czasie spalania K - ilość wody powstającej w czasie spalania w - zawartość wilgoci w paliwie w - zawartość wilgoci w paliwie w-zawartość wilgoci w paliwie - wyrażone w ułamku dziesiętnym (%/100) w-zawartość wilgoci w paliwie - wyrażone w ułamku dziesiętnym (%/100)


Obliczenie zapotrzebowania na Obliczenie zapotrzebowania na CWU wg normy PN-92/B-01706CWU wg normy PN-92/B-01706

qqdśrdśr = U * q = U * qcc

qqhśrhśr = q = qdśrdśr / / ĩĩqqhmaxhmax = q = qhśrhśr * N * Nhh

Uwaga: obliczone zgodnie z normą PN-92/B-01706wskaźniki zużycia CWU oraz nierównomierności jejpoboru dają zawyżone wyniki zapotrzebowania namoc cieplną.


Obliczenie zapotrzebowania na CWU Obliczenie zapotrzebowania na CWU wg normy PN-92/B-01706, przykładwg normy PN-92/B-01706, przykład

il. użytkowników (5 mieszkańców) U= 5 j.n

jednostkowe dobowe zapotrzebowanie na CWU użytkownika qc= 120 l/d

liczba godzin użytkowania instalacji w ciągu doby ĩĩ = 18 g/d

współczynnik godzinowej nierównomierności rozbioru 9,32*U^-0,244 Nh= 6 -

średnie dobowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę qdśr= 600 l/d

średnie godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę qhśr= 33,3 l/h

maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę qhmax= 209,8 l/h


Energia potrzebna do podgrzania Energia potrzebna do podgrzania wodywody

Temp. na wypływie z wylewki ok. 45°C. Temp. na wypływie z wylewki ok. 45°C. Przyjmujemy, że zimna woda wodociągowa ma temp. 10°C, a więc musimy Przyjmujemy, że zimna woda wodociągowa ma temp. 10°C, a więc musimy

podgrzać wodę wodociągową o min. 35°C.podgrzać wodę wodociągową o min. 35°C. Ilość energii potrzebna do podgrzania 1 m3 wody wyniesie wg wzoru:Ilość energii potrzebna do podgrzania 1 m3 wody wyniesie wg wzoru:

EEcwcw – energia potrzebna do przygotowania CWU [kJ/d] – energia potrzebna do przygotowania CWU [kJ/d] CCcwcw – ciepło właściwe wody [kJ/kg*C] – ciepło właściwe wody [kJ/kg*C] q – gęstość wody [kg/m3]q – gęstość wody [kg/m3] QQcwcw – ilość wody do podgrzania [m3/d] – ilość wody do podgrzania [m3/d] ttcc – temp. wody na wyjściu z „podgrzewacza” [C] – temp. wody na wyjściu z „podgrzewacza” [C] ttzz – temp. wody na wejściu do „podgrzewacza” [C] – temp. wody na wejściu do „podgrzewacza” [C]

Z powyższego wzoru wynika, że na podgrzanie wody do kąpieli np. w 100 Z powyższego wzoru wynika, że na podgrzanie wody do kąpieli np. w 100 litrowej wannie potrzebować będziemy:litrowej wannie potrzebować będziemy: ??

)(*** zccwcwcw ttQqcE

)(*** zccwcwcw ttQqcE )(*** zccwcwcw ttQqcE


Energia potrzebna do podgrzania Energia potrzebna do podgrzania wody, przykładwody, przykład

średnie godzinowe zapotrzebowanie na CWU l/h (qhmax/1000) qhmax= 0,2 m3/h

ciepło właściwe wody Cw= 4,2 kJ/(kg*st.C)

gęstość wody g= 1000 kg/m3

temperatura wody ciepłej tc= 60 st.C

temperatura wody zimnej tz= 10 st.C

obliczeniowa moc cieplna urządzenia podgrzewającego CWU P= 34112 kJ

1W = 1J/s dla 1 godz.= 3600s to P/3600 więc- P= 9,5 kW


Dobranie zasobnika, do w/w przykładu Dobranie zasobnika, do w/w przykładu (współpracującego z kotłem do 25 kW)(współpracującego z kotłem do 25 kW)

• Należy zamontować zasobnik pojemnościowy model SO160-1 firmy Junkers, pojemność zasobnika- 153 l, o wydajności ciepłej wody w czasie 62 min. o temp. ok. 60 st.C, temp zasilania 85 st.C co daje 237 l/godz. Przy mocy grzewczej 11,0 kW.

• Czy należy uznać ten dobór za właściwy?• Jaki kocioł można by zaproponować, by spełnić wymagania komfortu

CWU?• Porównaj swój wybór ze skalą „gwiazdkową” i ze skalą „uśmiechu”


Obliczenie zapotrzebowania na ciepło i moc cieplną dla domu jednorodzinnego na potrzeby Obliczenie zapotrzebowania na ciepło i moc cieplną dla domu jednorodzinnego na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej (w stanie istniejącym)przygotowania ciepłej wody użytkowej (w stanie istniejącym)

1 Liczba użytkowników N = osób

2 Współczynnik godzinowy nierównomierności rozbioru CWU Nh= 9,32 N^-0,244 -

3Jednostkowe dobowe zapotrzebowanie na CWU dla 1 użytkownika domu jednorodzinnego (na podstawie analizy zużycia w 2000 roku)

VN≈0,035 m3/d

4 Średnie dobowe zapotrzebowanie cwu w budynku

Vdsred=N*VN= m3/d

5 Średnie godzinowe zapotrzebowanie cwu Vhsred=Vdsred/18= m3/h

6

Zapotrzebowanie na ciepło na ogrzanie 1 m3 wody

Qcwj=cw*p*(tc-tzw)wp=4,186*1*(60-10)wp/103 GJ/m3

7 Max. moc cieplna

qcw=Vhsred*Qcwj*278= kW

8Roczne zużycie cwu (temp. w podgrzewaczu: 60'C)

Vcw=Vdsred*365= m3

9 Zapotrzebowanie na cieplo dla przygotowania cwu

Qcw = GJ

10 Koszt przygotowanie cwu

(Qcw/ Wop) * Oz + qcw*Om*12 + Ks= zł

11 Koszt wody zimnej Vcw*3,2 = zł

12 Sumaryczny koszt roczny CWU zł

13 Średni koszt 1 m3 CWU zł/m3

Arkusz usprawniający obliczeniaArkusz usprawniający obliczenia


Objaśnienia do arkuszaObjaśnienia do arkusza

w = sprawność źródła ciepła (tab. 1)

p = sprawność przesyłu (tab. 2)

Nn = współczynnik nierównomierności rozbioru

Wop = wartość opałowa energii/paliwa GJ/m3 (tab. 3)

Oz = opłata zmienna (tu cena za jedn. paliwa)

Om = opłata miesięczna (abonament + opłaty przesyłowe)

Ks = koszty stałe (obsługi, remontów itp.)


Tab. 1. SPRAWNOŚĆ WYTWARZANIA CIEPŁA ŋwTab. 1. SPRAWNOŚĆ WYTWARZANIA CIEPŁA ŋw

rodzaj źródła (kocioł/piec) rodzaj paliwasprawność wytwarzania

ciepła ŋw

kotły z palnikami atmosferycznymi gazowe/płynne 0,68-0,86

kotły z palnikami wentylatorowymi gazowe/płynne 0,75-0,88

kotły kondensacyjne gazowe 0,95-1,00

kotły elektryczne przepływowe prąd elektryczny 0,94

kotły elektryczne prąd elektryczny 0,97

piece tzw. metalowe stałe 0,55-0,65

kotły wrzutowe (do 100 kW; obsługa ręczna)

stałe, tj.: drewno, brykiet, pelet,

zrębki drewniane

0,65-0,72


Tab. 2. SPRAWNOŚĆ PRZESYŁU CIEPŁEJ WODY ŋpTab. 2. SPRAWNOŚĆ PRZESYŁU CIEPŁEJ WODY ŋp

rodzaj instalacji CWU sprawność przesyłu CWU ŋp

miejscowe przygotowanie CWU bezpośrednio przy punktach poboru 1,0

miejscowe przygotowanie CWU dla grupy punktów poboru w jednym pomieszczeniu 0,8

centralne przygotowanie CWU (bez cyrkulacji) 0,6

centralne przygotowanie CWU (z cyrkulacją; instalacja zaizolowana) 0,7


Tab. 3. WARTOŚCI OPAŁOWE I ORIENTACYJNE CENY ENERGII/PALIW Tab. 3. WARTOŚCI OPAŁOWE I ORIENTACYJNE CENY ENERGII/PALIW (na sezon grzewczy 9-12 2006 r.)(na sezon grzewczy 9-12 2006 r.)

rodzaj energii/paliwawartość opałowa

Wop jednostka cena jedn. brutto

kJ/a a zł/a

gaz ziemny wysokometanowy "E" 35622 m3 1,473

gaz ziemny zaazotowany "Ls" 26746 m3 0,939

propan techniczny ** 25020 dm3 2,250

olej opałowy 36636 dm3 2,560

węgiel kostka II gat. ** 28000 kg 0,500

pelet 17640 kg 0,400

drewno kominkowe 15000 kg 0,285

prąd elektryczny trójfazowy - kWh 0,382

** bez kosztów transportu, dzierżawy zbiornika, rozładunku itp.

Przykładowo dla gazu:

Om = opłata miesięczna (abonament + opłaty przesyłowe) ok. 25 zł/m-c

Ks = koszty stałe (obsługi, remontów itp.) ok. 100 zł/rok


„„Skala gwiazdkowa” (rys. poniżej)Skala gwiazdkowa” (rys. poniżej)


„„Skala uśmiechu” (rys. 5)Skala uśmiechu” (rys. 5)


DZIĘKUJĘDZIĘKUJĘ

ZAPRASZAM DO OWOCNEJ PRACY...ZAPRASZAM DO OWOCNEJ PRACY...

W opracowaniu oparto się na materiałach pochodzących z Biblioteki Fundacji Poszanowania Energii z WarszawyW opracowaniu oparto się na materiałach pochodzących z Biblioteki Fundacji Poszanowania Energii z WarszawyRynek Instalacyjny nr 6/2006; Polski Instalator 9/2006, 7-8/2006, 7-8/2005Rynek Instalacyjny nr 6/2006; Polski Instalator 9/2006, 7-8/2006, 7-8/2005

oraz materiały firm: Hoval, Junkers, Vaillant, Viessmannoraz materiały firm: Hoval, Junkers, Vaillant, Viessmann

AKADEMIA ROLNICZA IM. A.CIESZKOWSKIEGO W POZNANIU KATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO

Documents

Transcript of AKADEMIA ROLNICZA IM. A.CIESZKOWSKIEGO W POZNANIU KATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO