1

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

Źródło: www.fotolia.com

KURS Sieci i węzły ciepłownicze

MODUŁ Podstawy projektowania

2

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

7 Podstawy projektowania

7.1 Programy komputerowe wspomagające projektowanie sieci i węzłów ciepłowniczych

Komputerowe wspomaganie projektowania CAD (ang. Computer Aided Design) polega na zastosowaniu sprzętu i oprogramowania komputerowego w projektowaniu technicznym.

Rysunek 7.1 Programy komputerowe wspomagające projektowanie sieci i węzłów ciepłowniczych Źródło: http://pl.fotolia.com/Content/Comp/57049065

7.1.1 Audytor SCW

Aby dowiedzieć się o tym programie, zapoznaj się z audiocastem pt. „Audytor SCW”.

7.1.2 Obliczenia

Integralną częścią programu Audytor SCW jest moduł obliczeniowy. Umożliwia on wykonanie obliczeń w zakresie:

strumieni wody sieciowej płynącej w rurociągach;

strat ciśnienia;

strat ciepła rurociągów ciepłowniczych;

zapotrzebowania na wodę sieciową dla węzłów ciepłowniczych na podstawie zadeklarowanych przez odbiorców lub prognozowanych zapotrzebowań na moc cieplną oraz na bazie charakterystyk technicznych zainstalowanych w węzłach

3

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

ciepłowniczych wymienników i urządzeń automatycznej regulacji (obliczenia szczegółowe);

zapotrzebowania na wodę sieciową dla węzłów ciepłowniczych na podstawie zadeklarowanych przez odbiorców lub prognozowanych zapotrzebowań na moc cieplną (obliczenia podstawowe ― uproszczone);

wymaganego ciśnienia dyspozycyjnego dla węzłów ciepłowniczych;

wymaganego ciśnienia dyspozycyjnego w źródłach ciepła;

wspomagania obliczeń dotyczących określania zasad regulacji jakościowej i jakościowo-ilościowej;

wartości nastaw zaworów automatycznej regulacji różnic ciśnienia (instalowanych w węzłach ciepłowniczych i komorach sieciowych), a także opcjonalnie ― obliczenia wartości średnic kryz dławiących;

parametrów pracy przepompowni sieciowych i nastaw zaworów automatycznej regulacji;

sieci niskich parametrów;

tworzenia tabel temperatur dla źródeł ciepła.

Program wykonuje szczegółową analizę przebiegu procesów cieplno-hydraulicznych zachodzących w węzłach ciepłowniczych. Wykorzystując szczegółowy opis gałęzi technologicznych węzła cieplnego (wymienniki ciepła, armatura regulacyjna i inne), program oblicza strumień wody sieciowej w węźle ciepłowniczym z uwzględnieniem stopnia przewymiarowania wymienników ciepła i innych urządzeń. Rozszerzony sposób opisu węzłów ciepłowniczych pozwala obliczyć ich rzeczywiste opory hydrauliczne oraz wymagane ciśnienie dyspozycyjne.

Program Audytor SCW nie jest ograniczony wielkością analizowanej sieci ciepłowniczej. Struktura sieci może być rozgałęźna lub pierścieniowa o dowolnej liczbie pierścieni w układzie symetrycznym lub niesymetrycznym. System ciepłowniczy może być zasilany z wielu źródeł ciepła o różnych parametrach pracy.

Audytor SCW wykorzystywany jest do wykonywania analiz technicznych dotyczących między innymi:

możliwości przepustowych sieci ciepłowniczej; możliwości podłączenia nowych odbiorców ciepła; strat ciepła; optymalizacji pracy przepompowni sieciowych i tych znajdujących się w źródłach

ciepła.

7.1.3 Baza danych

Baza danych systemu ciepłowniczego tworzona programem Audytor SCW zawiera informacje o położeniu obiektów ciepłowniczych w terenie oraz grupę danych opisowych charakteryzujących te obiekty. Podstawowym elementem bazy danych jest mapa terenu wykonana w technice wektorowej, rastrowej lub wektorowo-rastrowej. Wykorzystując technologię GIS, użytkownik może szybko zlokalizować położenie

4

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

w terenie danego elementu sieci ciepłowniczej. Edytor graficzny programu Audytor SCW pozwala na szybkie wprowadzanie i edycję danych o elementach sieci ciepłowniczej. Pozwala on także na bezpośrednie połączenie informacji tekstowych (opisowych) z obiektami graficznymi znajdującymi się na mapie. Dzięki wykorzystaniu map terenu wprowadzane dane o sieci ciepłowniczej stanowią bardzo czytelną bazę danych o systemie. Informacje dodatkowe wprowadzane są w odpowiednich oknach dialogowych, które pozwalają korzystać z systemu katalogów elementów i armatury ciepłowniczej.

Baza danych zawiera wszystkie niezbędne dane o systemie ciepłowniczym wymagane do wykonania obliczeń numerycznych oraz pozwalających na ewidencjonowanie poszczególnych elementów systemu. Baza danych obejmuje: źródła ciepła, odcinki sieci ciepłowniczej, elementy sieci ciepłowniczej, węzły ciepłownicze, komory ciepłownicze, budynki itd.

Źródła ciepła opisywane są w sposób pozwalający na przeprowadzenie obliczeń dla potrzeb projektów regulacji hydraulicznej systemów ciepłowniczych. Dane obejmują wielkości ciśnienia ssania i tłoczenia pomp obiegowych, obliczeniowe wartości temperatury wody sieciowej, zakres pracy ciepłowni itp.

Odcinki sieci ciepłowniczej ― baza danych zawiera informacje o przebiegu wszystkich odcinków sieci, geometrii rur, rodzaju izolacji, technologii wykonania sieci i inne.

Elementy sieci ― baza danych dotyczy elementów sieci ciepłowniczej, takich jak: kolana, zasuwy, kompensatory, armatura regulacyjna, pompy sieciowe, regulatory ciśnienia. Program wykorzystuje katalogi armatury stosowanej w ciepłownictwie, które mogą być uzupełniane o elementy nietypowe.

Węzły ciepłownicze ― w programie dostępne są stopnie szczegółowości opisu węzłów ciepłowniczych. Poziom podstawowy wymaga podania informacji podstawowych, tj.: wartości mocy zamówionych (c.o., c.w.u., c.tech.), rodzaj węzła, informacje administracyjne itp. Na poziomie dokładnego opisu węzła podawane są informacje o urządzeniach technologicznych, takich jak: wymienniki ciepła, armatura regulacyjna, filtry, liczniki ciepła itp. Katalogi urządzeń montowanych w węzłach ciepłowniczych mogą być modyfikowane i przystosowywane do indywidualnych potrzeb użytkownika. Ten sposób opisu węzła pozwala przeprowadzić szczegółowe obliczenia strat ciśnienia i ilości wody sieciowej dla węzłów ciepłowniczych oraz wykonanie pełnej symulacji pracy systemu w warunkach zmiennego poboru ciepła przez węzły cieplne.

Do tworzenia nowej bazy danych w programie Audytor SCW można wykorzystać istniejące bazy danych wykonanych przy pomocy innych programów dokonujących obliczeń przepływu wody w sieciach ciepłowniczych. Dla zapewnienia poprawności importowanych danych zalecana jest współpraca z autorami programu.

Program Audytor SCW stwarza także możliwość tworzenia bazy danych dla sieci niskich parametrów oraz odbiorców ciepła zasilanych z tego rodzaju sieci. Zasady wprowadzania danych ― zarówno o trasach sieci ciepłowniczej, jak o sieciach wysokich parametrów ― są podobne. Obiektami łączącymi sieć wysokich parametrów z siecią niskich parametrów są węzły grupowe, dla których należy podać parametry pracy po stronie wysokich i niskich parametrów. Ciepło doprowadzane jest do odbiorców siecią

5

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

dwuprzewodową, (CO-zasilanie, CO-powrót) lub czteroprzewodową, (CO-zasilanie, CO-powrót; CWU, cyrkulacja). Obliczenia ciepłownicze i hydrauliczne mogą być wykonane dla jednej lub wielu wybranych sieci niskich parametrów.

7.1.4 Raporty wyników obliczeń

Program Audytor SCW posiada bardzo obszerny zestaw raportów umożliwiających prezentację wyników obliczeń w formie tabelarycznej lub wykresów, których zakres ustalany jest indywidualnie przez użytkownika. Wyniki prezentowane są także na specjalnych wykresach parametrów wody sieciowej, a w szczególności na wykresach piezometrycznych strat ciśnienia wody sieciowej na wybranej wcześniej trasie sieci ciepłowniczej.

Rysunek 7.2 Zrzut ekranowy programu Audytor SCW Źródło: http://www.sankom.pl/upload/rus/co_main.jpg

7.2 Audytor OZC1

Rysunek 7.3 Logo programu Audytor OZC Źródło: http://www.sankom.pl/program-audytor-ozc

1 http://www.sankom.pl/program-audytor-ozc

6

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

Program Audytor OZC służy do wspomagania obliczania projektowego obciążenia cieplnego pomieszczeń zgodnie z normą PN-EN 12831, określania sezonowego zapotrzebowania na energię cieplną i chłodniczą budynków zgodnie z normą PN-B 02025 oraz wykonywania świadectw energetycznych budynków i ich części. Za pomocą programu istnieje również możliwość wykonania analizy wilgotnościowej przegród budowlanych.

Z aplikacji możemy skorzystać w komputerach działających w systemach operacyjnych: Windows 7, Windows Vista, Windows XP, Windows 2000, Windows Me, Windows NT i Windows 98.

7.2.1 Funkcje programu Audytor OZC

Wybrane funkcje programu (ich dokładny opis można odnaleźć na stronie producenta programu):

graficzne tworzenie modelu budynku;

sklejanie i skalowanie rysunków;

obliczanie współczynnika przenikania ciepła U dla okien i drzwi według normy PN-EN ISO 10077-1;

obliczanie współczynnika zacienienia Fsh wg normy PN-EN ISO 13790;

liniowe mostki ciepłownicze użytkownika;

powierzchniowe mostki cieplne (punktowe i liniowe) w przegrodach wielowarstwowych;

obliczanie wewnętrznej jednostkowej pojemności cieplnej budynku w oparciu o bryłę budynku;

definiowanie wymagań higienicznych dla własnych typów pomieszczeń;

tworzenie zestawienia materiałów budowlanych, występujących w konstrukcji budynku;

tworzenie zestawienia przegród budowlanych, występujących w konstrukcji budynku;

tworzenie raportu z zestawieniem materiałów (materiały budowlane, przegrody budowlane, stolarka, grzejniki, producenci);

obliczanie obciążeń ciepłowniczych według normy PN-EN 12831;

dobór grzejników;

współpraca z programami z rodziny C.O.;

świadectwo charakterystyki energetycznej;

charakterystyka energetyczna;

obliczanie zużycia energii ― ogrzewania według normy PN-EN ISO 13790 i nieaktualnej już normy PN-B 02025;

7

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

obliczanie zużycie energii ― chłodzenia według normy PN-EN ISO 13790;

zmienne obliczeniowe;

obliczanie współczynnika przenikania ciepła według normy PN-EN ISO 6946;

obliczanie wymiany ciepła przez grunt według normy PN-EN ISO 13370;

przegrody niejednorodne;

system dziedziczenia danych domyślnych;

kontrola poprawności wprowadzonych danych;

import modelu budynku z Revit Architecture;

trójwymiarowy podgląd zaimportowanego modelu budynku;

analiza wilgotnościowa przegród budowlanych ― kalkulator rozkładu temperatury;

analiza wilgotnościowa przegród budowlanych ― kalkulator rozkładu temperatury i ciśnienia pary wodnej;

analiza wilgotnościowa przegród budowlanych według normy PN-EN ISO 13788;

obliczanie obciążeń ciepłowniczych według normy PN-B-03406 (norma nieaktualna).

Audytor OZC z jednej strony pozwala na wykonywanie obliczeń ciepłowniczych obiektów zgodnie z obowiązującymi przepisami, ale eliminuje konieczność ich szczegółowej znajomości. Zastosowane w programie rozwiązania pozwalają zaoszczędzić wiele czasu projektanta. Program posiada rozbudowany system diagnostyki błędów oraz interpretacji otrzymanych wyników. Dzięki połączeniu wszystkich funkcji program jest w stanie poprowadzić projektanta przez zawiły proces obliczeń spowodowany często zawiłymi i niejasnymi przepisami.

Program można pobrać ze strony producenta również w wersjach bezpłatnych pod adresem: http://www.sankom.pl.

Producent zapewnia również instrukcję obsługi programu do pobrania ze strony: http://www.sankom.pl/download/free/doc/OZC5_0A.zip.

8

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

Rysunek 7.4 Zrzut ekranowy programu Audytor OZC Źródło: http://www.sankom.pl/upload/audytor_ozc_3d_zrzut4.png

7.3 Kalkulator Audytora Energetycznego2

Program Kalkulator Audytora Energetycznego może być pomocnym narzędziem uzupełniającym program Audytor OZC, wspomagającym proces projektowania i analizy pracy wszelkich instalacji rurowych, w których występuje przepływ wody, pary wodnej lub wilgotnego powietrza. Program jest połączeniem wielofunkcyjnego kalkulatora inżynierskiego z programem konwersji jednostek miar, tablicami właściwości fizycznych wody, pary wodnej i wilgotnego powietrza oraz modułami analizy przepływu czynnika i analizy mocy cieplnej.

7.3.1 Funkcje programu Kalkulator Audytora Energetycznego

Konwerter jednostek fizycznych:

− wbudowana konwersja jednostek miar 30 wielkości fizycznych najczęściej występujących w praktyce inżyniera środowiska,

− większość używanych jednostek miar, w tym miary angielskie i amerykańskie,

2 http://www.sankom.pl/program_kalkulator_audytora

9

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

− automatyczne przeliczanie wprowadzanych wielkości (na bieżąco), − przydatne komentarze dotyczące jednostek miar wybranej wielkości

fizycznej, − konwerter wykorzystywany jest w całym programie kalkulatora do

wskazywania żądanych jednostek miar dla dowolnej wielkości fizycznej występującej w programie;

tablice właściwości wody;

Właściwości fizyczne wody zależne od temperatury wody w zakresie od 0°C do 150°C:

− gęstość wody, − rozszerzalność objętościowa, − entalpia, − ciepło właściwe, − przewodność cieplna, − lepkość dynamiczna, − lepkość kinematyczna, − napięcie powierzchniowe, − liczba Prandtla;

tablice właściwości pary wodnej;

Właściwości fizyczne pary wodnej ― nasyconej mokrej, nasyconej suchej, przegrzanej w zakresie temperatury od 0°C do 1000°C i w zakresie ciśnienia od 611Pa do 95MPa, oraz w zakresie suchości pary mokrej nasyconej od 0 do 1:

− temperatura nasycenia, − ciśnienie nasycenia, − entalpia pary wodnej, − objętość właściwa pary wodnej, − objętość właściwa wody wrzącej, − ciepło parowania, − lepkość dynamiczna, − lepkość kinematyczna;

tablice właściwości wilgotnego powietrza;

Właściwości fizyczne wilgotnego powietrza w zakresie temperatury od -20°C do 100°C, w zakresie wilgotności względnej od 0% do 100% i w zakresie ciśnienia barometrycznego od 960 hPa do 1040 hPa:

− entalpia wilgotnego powietrza, − objętość właściwa, − ciśnienie cząstkowe pary wodnej, − temperatura punktu rosy, − temperatura termometru mokrego, − lepkość dynamiczna, − lepkość kinematyczna;

analiza przepływu;

10

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

Po ustaleniu parametrów czynnika oraz jego strumienia masy można przeprowadzić analizę przepływu. W analizie przepływu można określić:

− wymiar przewodu, − strumień objętości, − prędkość przepływu, − masę przepływającego czynnika, − czas przepływu, − liczbę Reynoldsa, − charakter przepływu, − promień hydrauliczny, − chropowatość względną i bezwzględną przewodu, − jednostkowe straty ciśnienia, − długość przewodu, − współczynnik oporów liniowych, − liniowe straty ciśnienia, − współczynnik oporów miejscowych lub współczynnik przepływu Kv, − miejscowe straty ciśnienia;

analiza energii;

Po ustaleniu parametrów początkowych i końcowych czynnika oraz jego strumienia masy można przeprowadzić analizę energii. W analizie energii można określić:

− różnicę entalpii, − moc cieplną, − czas i energię, − strumień masy czynnika.

Rysunek 7.5 Kalkulator Audytora Energetycznego Źródło: http://ogrzewnictwo.pl/uploaded/Image/programy_uzytkowe/Sankom/Kalkulator_1.jpg

11

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

7.4 Program CONTROL 3.13

Z uwagi na dobór urządzeń dla węzłów ciepłowniczych warto również wspomnieć o programie przydatnym podczas projektowania sieci ciepłowniczych. Program Control 3.1 jest narzędziem przeznaczonym dla projektantów instalacji grzewczych. Umożliwia on dobór urządzeń automatyki dla wymiennikowych węzłów ciepłowniczych.

Po wprowadzeniu przez użytkownika danych wejściowych, takich jak np. sieciowe opory wymienników ciepła, oraz po wybraniu jednego z dostępnych standardowych schematów ― program Control 3.1 umożliwia automatyczny dobór, korektę doboru oraz analizę hydrauliczną urządzeń automatyki, tj. zaworów regulacyjnych i regulatora różnicy ciśnień. Dodatkowo dobierane są czujniki temperatury oraz regulator pogodowy. Po ostatecznym doborze urządzeń dane projektu, jak i wyniki doboru, mogą być zapamiętane w pliku lub wydrukowane na papierze.

Control 3.1 jest programem prostym i intuicyjnym. Posiada szeroką gamę dostępnych schematów węzłów ciepłowniczych oraz wygodną pomoc zgodną ze standardem Windows. W programie Control 3.1 zawarta jest niezwykle bogata baza urządzeń ciepłowniczych firmy SAMSON.

W ramach podsumowania tematu zapoznaj się z prezentacją pt. „Programy komputerowe ― podsumowanie”, w której znajdziesz skrót informacji na temat omówionych w niniejszym module programów komputerowych, wspomagających projektowanie sieci i węzłów ciepłowniczych.

7.5 Literatura

7.5.1 Literatura obowiązkowa

Krygier K., Klinke T., Sewerynik J., Ogrzewnictwo, wentylacja, klimatyzacja, WSiP, Warszawa 2007;

Sydor M., Wprowadzenie do CAD. Podstawy komputerowo wspomaganego projektowania, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009.

7.5.2 Literatura uzupełniająca

Recknagel H., Kompendium wiedzy. Ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, chłodnictwo, Wydawnictwo Omni Scala, Wrocław 2008.

7.5.3 Netografia

http://www.thermocad.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=1&Itemid=21 Program Audytor SCW;

3 http://www.samson.com.pl/control/control.htm

12

Kurs: Sieci i węzły ciepłownicze

http://www.samson.com.pl/control/control.htm firma Samson AG Automatyka i Technika Pomiarowa;

www.sankom.pl programy wspomagające projektowanie instalacji sanitarnych.

7.6 Spis tabel i obrazów

Rysunek 7.1 Programy komputerowe wspomagające projektowanie sieci i węzłów ciepłowniczych ................................................................................................................................................. 2

Rysunek 7.2Screenshot programu Audytor SCW ............................................................................... 5

Rysunek 7.3 Logo programu Audytor OZC ............................................................................................ 5

Rysunek 7.4 Screenshot programu Audytor OZC ............................................................................... 8

Rysunek 7.5 Kalkulator audytora energetycznego ......................................................................... 10

7.7 Spis treści

7 Podstawy projektowania .................................................................................................................... 2

7.1 Programy komputerowe wspomagające projektowanie sieci i węzłów ciepłowniczych .. 2 7.1.1 Audytor SCW ....................................................................................................................................................................... 2 7.1.2 Obliczenia ............................................................................................................................................................................. 2 7.1.3 Baza danych ......................................................................................................................................................................... 3 7.1.4 Raporty wyników obliczeń ........................................................................................................................................... 5

7.2 Audytor OZC ....................................................................................................................................................... 5 7.2.1 Funkcje programu Audytor OZC ................................................................................................................................. 6

7.3 Kalkulator Audytora Energetycznego ...................................................................................................... 8 7.3.1 Funkcje programu Kalkulator Audytora Energetycznego .............................................................................. 8

7.4 Program CONTROL 3.1 ................................................................................................................................ 11 7.5 Literatura .......................................................................................................................................................... 11

7.5.1 Literatura obowiązkowa ............................................................................................................................................. 11 7.5.2 Literatura uzupełniająca ............................................................................................................................................. 11 7.5.3 Netografia .......................................................................................................................................................................... 11

7.6 Spis tabel i obrazów...................................................................................................................................... 12