Dobór kotła do powierzchni domu

Dobór kotła do powierzchni domu

Metody doboru mocy grzewczej kotłów centralnego ogrzewania

Uwzględnianie podgrzewu wody użytkowej w doborze mocy kotła

Dobór mocy kotła w przypadku jego wymiany

Wydanie 1/2016

25.07.2016

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

http://www.eko-blog.pl/



http://www.vaillant.pl/

2

Dobór mocy kotła grzewczego

Dobór mocy kotła grzewczego jest istotny

zarówno ze względów technicznych, jak

i ekonomicznych. Prawidłowe dopasowanie

mocy kotła do potrzeb cieplnych pozwala

uzyskać jego równomierną pracę przy

zmieniającym się obciążeniu cieplnym.

Szczególnie istotny jest dobór mocy kotła

w budynku modernizowanym, gdzie dzięki

poprawie standardu izolacji cieplnej, stary

kocioł (często przewymiarowany już na etapie

doboru) pracuje z niskim obciążeniem

cieplnym. Może to powodować zdecydowane

obniżenie sprawności pracy kotła.

3

Zalecenie prowadzenia szczegółowych

obliczeń potrzeb cieplnych budynku

Dobór mocy grzewczej kotła dla potrzeb ogrzewania budynku powinien być poprzedzony

obliczeniami zapotrzebowania na ciepło zgodnymi z obowiązującymi normami. W toku

obliczeń dokonuje się szczegółowego bilansu strat oraz zysków ciepła. Wpływ na

maksymalne potrzeby cieplne będzie odgrywać także lokalizacja budynku w strefie

klimatycznej Polski, a także usytuowanie budynku względem stron świata. Uwzględniony

zostaje sposób użytkowania budynku (zredukowany tryb pracy w nocy itp.). Obliczeń

dokonują projektanci instalacji sanitarnych, bądź też architekci lub audytorzy energetyczni.

4

Wskaźniki zapotrzebowania ciepła budynku:

(sezonowe i szczytowe zapotrzebowanie ciepła)

Potrzeby cieplne budynków w zakresie ogrzewania pomieszczeń są opisywane przez

dwa podstawowe wskaźniki. Są one wynikiem szczegółowych obliczeń projektowych dla

danego budynku lub też są prezentowane w formie tabeli jako typowe dla budynków

o określonym standardzie izolacji cieplnej. Mogą one posłużyć do przybliżonych obliczeń:

rocznego zużycia paliwa i kosztów ogrzewania, czy też mocy systemu grzewczego.

kWh/m2rok

W/m2

Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania ciepła

określa jaka ilość ciepła jest wymagana rocznie dla

każdego 1 m2 powierzchni ogrzewanej budynku, aby

utrzymać w nim zakładaną temperaturę wewnętrzną.

W łatwy sposób można dzięki niemu obliczyć ilość

zużywanego rocznie paliwa (zakładając sprawność

źródła ciepła i wartość opałową paliwa).

Wskaźnik szczytowego zapotrzebowania na ciepło

określa jaka ilość ciepła jest wymagana chwilowo

w warunkach obliczeniowych – przy określonych

temperaturach wewnątrz pomieszczeń i temperaturze

zewnętrznej (zależnie od strefy klimatycznej dla

lokalizacji budynku). Wartość pozwala na orientacyjny

dobór wielkości systemu grzewczego.

5

Sezonowe zapotrzebowanie ciepła budynku

(kWh/m2rok)

Roczne zapotrzebowanie ciepła jest przede wszystkim zależne od standardu izolacji

cieplnej budynku oraz rodzaju zastosowanej wentylacji (grawitacyjna, mechaniczna,

z odzyskiem ciepła (rekuperator)). Zapotrzebowanie ciepła dla podgrzewania wody

użytkowej jest zależne od wymagań użytkowników i w nowych energooszczędnych

budynkach stanowi wysoki udział w rocznym bilansie energetycznym budynku.

Przykładowo budynek sprzed 1984 roku o powierzchni 180 m2, może potrzebować

dostarczenia 37800 kWh ciepła (210 kWh/m2rok 180 m2).

Standard

od 1984 r.

Standard

od 1995 r.

Standard

przed 1984 r.

Dom nisko-

-energetyczny

Dom

pasywny

Wsk

aźni

k se

zono

weg

o

zapo

trze

bow

ania

cie

pła

(kW

h/m

2 ro

k)

Odzysk ciepła, wewnętrzne zyski ciepła

Potrzeby cieplne dla wentylacji budynku

Przenikanie ciepła przez przegrody budynku

Potrzeby ciepła dla podgrzewania wody użytkowej

6

Szczytowe zapotrzebowanie ciepła budynku

(W/m2 lub W/m3)

Szczytowe zapotrzebowanie ciepła budynku określa maksymalną chwilową moc

grzewczą jaką musi dostarczyć system grzewczy, aby w warunkach obliczeniowych

(np. temperatura zewnętrzna znormalizowana -20 oC) utrzymać zakładaną temperaturę

wewnętrzną (np. średnia wewnątrz 21 oC).

Szczytowe zapotrzebowanie ciepła jest wprost zależne od standardu energetycznego

budynku, wyrażane jest wskaźnikiem mocy odniesionej do jego powierzchni ogrzewanej

(W/m2) lub do kubatury (W/m3). Przykładowo budynek z 1984 roku o powierzchni 180 m2,

(i typowej wysokości pomieszczeń) może wymagać maksymalnie 23,4 kW (23400 W)

ciepła (130 W/m2 180 m2).

Budynki z lat 70-tych i wcześniejszych, bez izolacji cieplnej

Budynki z lat 70-80-tych, o przeciętnej izolacji cieplnej

Budynki z lat 90-tych, o dobrej izolacji cieplnej

Budynki energooszczędne i niskoenergetyczne

130190

W/m2

90130 W/m2

6090 W/m2

2560 W/m2

7

Przegląd orientacyjnych wartości sezonowego

i szczytowego zapotrzebowania ciepła

W ramach szczegółowych obliczeń projektowych uwzględnia się m.in. współczynniki

przenikania ciepła przez przegrody budynku, temperaturę zewnętrzną oraz wewnętrzną,

oraz usytuowanie budynku względem stron świata. Pozwala to określić sezonowe oraz

szczytowe zapotrzebowanie ciepła budynku.

Dla orientacyjnego doboru elementów systemu grzewczego (głównie kotła i grzejników),

często posługuje się typowymi wartościami sezonowego i szczytowego zapotrzebowania

ciepła zależnie od standardu energetycznego budynku (roku budowy):

Rok budowy

/ rodzaj domu

Wskaźnik E0

kWh/m2rok

Wskaźnik k0

W/m2

do 1967 r. 240÷350 130190

lata 1967–1985 r. 240÷290 130160

lata 1985–1992 r. 160÷200 90100

lata 1993–1997 r. 120÷160 6590

od 1998 r. 90÷120 5065

Domy energooszczędne < 70 < 40

Domy niskoenergetyczne < 45 < 25

Domy pasywne < 15 < 10

Domy zeroenergetyczne 0 0

UWAGA:

wartości nie uwzględniają

udziału ciepła niezbędnego

do podgrzewania ciepłej

wody użytkowej

8

SPOSÓB 1: moc kotła na podstawie wskaźnika

sezonowego zapotrzebow. ciepła (kWh/m2rok)

Na podstawie znajomości wskaźnika (kWh/m2rok) z projektu,

czy audytu budynku lub też przy założeniu jego orientacyjnej

wartości (na podstawie tabeli z wartościami charakterystycznymi

dla określonych rodzajów budynków) można obliczyć moc kotła:

kWh/m2rok

gdzie: FB – powierzchnia budynku (ogrzewana) [m2]

E0 – wskaźnik sezonowego zapotrzebowania ciepła [kWh/m2rok]

K – średnioroczna sprawność pracy kotła

tK – czas pracy kotła w ciągu roku [h], zwykle 18002200 h/rok

Dom z 1998 r. z przeciętną izolacją cieplną

Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania ciepła E0 = 120 kWh/m2rok

Powierzchnia ogrzewana domu FB = 160 m2

Roczny czas pracy kotła tK = 2000 h

Średnioroczna sprawność pracy kotła K = 80%

Przykład 1

9

SPOSÓB 2: moc kotła na podstawie wskaźnika

szczytowego zapotrzebowania ciepła (W/m2)

Na podstawie znajomości wskaźnika (W/m2) z projektu, czy

audytu budynku lub też przy założeniu jego orientacyjnej wartości

(na podstawie tabeli z wartościami charakterystycznymi dla

określonych rodzajów budynków) można obliczyć moc kotła:

W/m2

gdzie: FB – powierzchnia budynku (ogrzewana) [m2]

k0 – wskaźnik szczytowego zapotrzebowania ciepła [W/m2]


Dom z 2000 r. energooszczędny (izolacja cieplna ścian ~10 cm)

Wskaźnik szczytowego zapotrzebowania ciepła k0 = 40 W/m2

Powierzchnia ogrzewana domu FB = 140 m2


Przykład 2

10

SPOSÓB 3: moc kotła na podstawie rocznego

zużycia paliwa – gazu ziemnego (m3/rok)

Na podstawie znajomości rocznego zużycia gazu ziemnego

(m3/rok), przy założeniu jego wartości opałowej oraz przy

założeniu sprawności pracy kotła można obliczyć moc kotła: m3/rok

gdzie: VG – roczne zużycie gazu ziemnego [m3/rok]

Hi – wartość opałowa gazu ziemnego [≈10 kWh/m3]



Przykład 3 Dom z 1998 r. z przeciętną izolacją cieplną, zużycie gazu 2000 m3/rok

Kocioł gazowy żeliwny z palnikiem atmosferycznym



11

SPOSÓB 4: moc kotła na podstawie rocznego

zużycia paliwa – węgla (t/rok)

Na podstawie znajomości rocznego zużycia węgla (t/rok), przy

założeniu jego wartości opałowej oraz przy założeniu sprawności

pracy kotła można obliczyć moc kotła: t/rok

gdzie: VG – roczne zużycie węgla [t/rok]

Hi – wartość opałowa węgla [≈7,2 kWh/kg, orzech]



Przykład 4 Dom z 1985 r. bez izolacji cieplnej, zużycie węgla 5 t/rok

Tradycyjny kocioł węglowy zasypowy



12

Uwzględnienie ciepłej wody użytkowej

w doborze mocy kotła grzewczego

Zastosowanie w budynkach jednorodzinnych 2-funkcyjnych

kotłów gazowych, gdzie woda użytkowa jest podgrzewana

przepływowo, jest ograniczone do sporadycznych przypadków

(np. małe domy przeważnie szeregowe o niskich potrzebach

wody, z blisko położonymi punktami poboru wody). Kocioł

2-funkcyjny cechuje się na tyle wysoką mocą grzewczą

(zwykle min. 24 kW i często jeszcze ze zwiększeniem mocy

w trybie pracy na wodę użytkową), że nie zachodzi potrzeba

uwzględniania faktu podgrzewania wody w doborze mocy kotła

(tym bardziej, że zapotrzebowanie ciepła domu dla ogrzewania

nie przekracza w takich przypadkach zwykle kilku kW).

Uwzględnienie mocy grzewczej potrzebnej do podgrzewania

wody użytkowej może być wymagane przy doborze kotła

1-funkcyjnego o stosunkowo „małej mocy” (np. maks. 18 kW),

gdzie maksymalne zapotrzebowanie mocy budynku będzie

bliskie maksymalnej mocy kotła (np. 15 kW, przy kotle 18 kW).

Podgrzanie wody użytkowej w podgrzewaczu pojemnościowym

w relatywnie krótkim czasie może wówczas wymagać

zwiększenia mocy grzewczej dobieranego kotła.

13

Zwiększenie mocy kotła 1-funkcyjnego

z podgrzewaczem ciepłej wody użytkowej

dla 34 osób dodatek mocy

powinien wynieść +3,1 kW

+3,1 kW

dla 68 osób dodatek mocy

powinien wynieść +4,7 kW

+4,7 kW

Dodatek do mocy kotła ze względu na podgrzewanie wody użytkowej można obliczać na

podstawie szczegółowych wytycznych producentów (bazujących np. na normie DIN 4708-2

i VDI 3815). Dla standardowych potrzeb 34 osób dodatek do mocy powinien wynieść

+3,1 kW, a dla 68 osób +4,7 kW. Są to wartości zakładane przy dziennym zużyciu ciepła

odpowiednio 20370 Wh (ok. 510 litrów/dzień wody, od 10 do 45 oC) i 40740 Wh (ok. 1020

litrów/dzień). Na każdą z osób przewidziano kąpiel w wannie o pojemności 140 litrów.

14

MODERNIZACJA: wymagana moc kotła przy

wymianie na nowy o wyższej sprawności

Jak obliczyć wymaganą moc

nowego kotła przy jego wymianie?

?

15



Określenie zapotrzebowania ciepła budynku ES (kWh/m2rok,

kWh/rok) na podstawie znanego zużycia paliwa. Uwzględniono

sprawność średnioroczną pracy kotła 70% (tak więc 30%

zużytego paliwa wynika ze strat kotła)

KROK 1

Sezonowy wskaźnik zapotrzebowania ciepła budynku

o powierzchni FB = 220 m2 wynosi 160 kWh/m2rok:

Na podstawie wskaźnika E0 można określić wymaganą moc

grzewczą nowego kondensacyjnego kotła gazowego:

KROK 2

(sprawność kotła K = 70%, zużycie gazu VG = 5000 m3/rok,

wartość opałowa gazu GZ50 Hi ≈ 10 kWh/m3)

16



KROK 2 Na podstawie obliczonego wskaźnika sezonowego

zapotrzebowania ciepła budynku E0, moc grzewcza kotła

wyniesie (SPOSÓB 1):

Moc grzewcza nowego kondensacyjnego kotła gazowego,

przy założeniu, że sprawność średnioroczna w budynku

modernizowanym wyniesie 100%, powinna wynosić 17,6 kW

(moc wymagana starego kotła węglowego o sprawności 70%

wynosiła dla porównania 25,1 kW).

(powierzchnia budynku FB = 220 m2, wskaźnik E0 = 160 kWh/m2rok,

sprawność kotła K = 100%, czas pracy kotła tK = 2000 h/rok)

Dlaczego kotły kondensacyjne osiągają sprawność powyżej 100%? >>> Prezentacja

http://eko-blog.pl/2016/07/dlaczego-kotly-kondensacyjne-osiagaja-sprawnosc-powyzej-100/

17

Podsumowanie

Doboru mocy kotła można dokonywać z dobrym przybliżeniem w odniesieniu do

powierzchni budynku, na podstawie wskaźnika sezonowego lub szczytowego

zapotrzebowania ciepła. Najkorzystniej jest dokonać (zlecić projektantowi) szczegółowych

obliczeń zapotrzebowanie ciepła budynku. W innym przypadku należy skorzystać z tabel

opisujących wartości wskaźników w zależności od standardu energetycznego budynku.

Pewnym problemem może być odpowiednie uwzględnienie w doborze mocy kotła, jego

pracy na potrzeby podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Udział ciepła dla podgrzewania

wody jest bardzo zróżnicowany. Ogólnie przyjmuje się, że wynosi ok. 1520% całego

rocznego bilansu cieplnego budynku.

Jednak w budynkach o wysokich stratach

ciepła (brak lub słaba izolacja cieplna),

udział ten może być znacznie niższy

(~5%), a w nowych budynkach znacznie

wyższy (rzędu nawet 50% w budynkach

pasywnych).

Chłodzenie

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl




http://www.vaillant.pl/

Dobór kotła do powierzchni domu

Education

Transcript of Dobór kotła do powierzchni domu