www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE V TECHNICE PROSTŘEDÍ (STAVEB)
Cvičení č. 2
1
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE V TECHNICE PROSTŘEDÍ (STAVEB) Cvičení:
Inteligentní budovy - sudé středy 17.45 až 19.15 hod v místnosti č. 366 Strojní inženýrství - liché středy 16.00 až 17.30 hod v místnosti č. H2-143
Celkem:
5 cvičení + 1 určené na zápočtový test
Požadavky: prezenční forma - účast nejméně na 4 cvičeních + 1 test kombinovaná forma - účast na 1 cvičení pro psaní záp. testu
+ Úspěšné zvládnutí zápočtového testu (3 pokusy)
2
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ REGULACE TEPELNÉHO VÝKONU TEPLOVODNÍCH OTOPNÝCH SOUSTAV Dva základní způsoby regulace
- kvalitativní regulace - kvantitativní
PRO OBA ZPŮSOBY JE ZÁSADNÍ PARAMETR NAZVANÝ ZATÍŽENÍ OTOPNÉ SOUSTAVY ϕ
Q t i − t´e φ= ≈ QN t i − t e
3
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ KVALITATIVNÍ REGULACE → m = konst. a měním vstupní teplotu vody! Z kalorimetrické rovnice:
Z fyziky prostupu tepla teplosměnnou plochou tělesa:
Vyjádřením z výše uvedených rovnic:
δt t w1 − t w2 φ= = δt N t w1N − t w2N ∆t φ= ∆t N
n
t w1 = t i +
t w1 + t w2 − ti 2 = t w1N + t w2N − t iN 2 1 ∆t N . φn
n
+ 0,5. δt N . φ 4
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ KVALITATIVNÍ REGULACE → m = konst. a měním vstupní teplotu vody! Příklad: Vypočtěte, jaká bude vstupní teplota vody tw1 do článkového otopného tělesa (teplotní exponent n=1,25) napojeného na otopnou soustavu navrženou se jmenovitými teplotními parametry (75/65/20 °C) pro oblast s venkovní výpočtovou teplotou te= -13 °C, když je venkovní teplota aktuálně 0 °C?
t i − t´e 20 − 0 φ≈ = = 𝟎, 𝟔𝟏 t i − t e 20 − −13
t w1N + t w2N 75 + 65 ∆t N = − t iN = − 20 = 𝟓𝟎𝐊 2 2 δt N = t w1N − t w2N = 75 − 65 = 𝟏𝟎𝐊 Změna parametru cca 25 %
t w1 = t i +
1 ∆t N . φn
+ 0,5. δt N . φ = 20 +
1 50. 0,611,25
+ 0,5.10.0,61 = 𝟓𝟔, 𝟕°𝐂 5
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ KVALITATIVNÍ REGULACE → m = konst. a měním vstupní teplotu vody!
6
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ KVANTITATIVNÍ REGULACE → tw1 = konst. a měním průtok! Z kalorimetrické rovnice:
Z fyziky prostupu tepla teplosměnnou plochou tělesa:
Vyjádřením z výše uvedených rovnic:
𝑚 δt t w1 − t w2 φ= . = ψ. 𝑚𝑁 δt N t w1N − t w2N ∆t φ= ∆t N
ψ=
n
t w1 + t w2 − ti 2 = t w1N + t w2N − t iN 2
n
0,5. δt N . φ t w1 − t i −
1 ∆t N . φn 7
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ KVANTITATIVNÍ REGULACE → tw1 = konst. a měním průtok! Příklad: Vypočtěte, jaký bude aktuální (regulovaný) průtok vody m vstupující do článkového otopného tělesa o jmenovitém výkonu 1000 W (teplotní exponent n=1,25) napojeného na otopnou soustavu navrženou se jmenovitými teplotními parametry (75/65/20 °C) pro oblast s venkovní výpočtovou teplotou te= -13 °C, když je venkovní teplota aktuálně 0 °C?
𝑄𝑁 1000 kg 𝐤𝐠 𝑚𝑁 = = = 0,0239 = 𝟖𝟔 c. δt N 4187. (75 − 65) s 𝐡
φ≈
ψ=
t i − t´e 20 − 0 = = 𝟎, 𝟔𝟏 t w1N + t w2N 75 + 65 t i − t e 20 − −13 ∆t N = − t iN = − 20 = 𝟓𝟎𝐊 2 2 δt N = t w1N − t w2N = 75 − 65 = 𝟏𝟎𝐊 0,5. δt N . φ t w1 − t i −
1 ∆t N . φn
=
0,5.10.0,61 75 − 20 −
1 50. 0,611,25
= 𝟎, 𝟏𝟒𝟑 Změna parametru cca 86 %!
𝐤𝐠 ⇒ 𝑚 = ψ. 𝑚𝑁 = 0,143.86 = 𝟏𝟐, 𝟑 𝐡 8
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ KVANTITATIVNÍ REGULACE → tw1 = konst. a měním průtok!
9
10
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ REGULAČNÍ ARMATURY Základní veličinou je kv [m3/h] hodnota kvs (=kv100) se označuje hodnota pro maximální otevření ventilu (zdvih h = 100 %). kvs hodnotou je určena velikost ventilu a představuje jmenovitý průtok armaturou v [m3/h] při jeho maximálním otevření při tlakové ztrátě Δp0 = 100 kPa.
Pro vodu počítáme se zjednodušeným vztahem: k v(s) kde:
∆p0 = V. ∆pv
V - objemový průtok armaturou [m3/h] Δp0 - tlaková ztráta 100 kPa (1 bar) Δpv - tlaková ztráta ventilu [kPa]
11
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ REGULAČNÍ ARMATURY Ze vztahu lze ze známe hodnoty kvs (výrobce…) určit při známém průtoku (dle návrhu…) tlakovou ztrátu ventilu, či podle požadované tlakové ztráty ventilu a známého průtoku určit kvs hodnotu a vybrat ventil od výrobce nebo lze určit průtok ventilem… K určení kvs hodnoty je zapotřebí jmenovitý objemový průtok a tlaková ztráta plně otevřeného ventilu. Tuto tlakovou ztrátu lze určit z tzv. autority ventilu. Autorita ventilu je teoreticky definována viz vztah níže (v praxi se však volí podle toho jakou instaluji armaturu v rozmezí 0,3 až 1):
∆pv100 Pv = ⟹ ∆pv100 = Pv . ∆pv0 ∆pv0 kde:
Δpv100 - tlaková ztráta při plném (100%) otevření [Pa] Δpv0 - tlaková ztráta plně zavřeného ventilu [Pa] 12
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ REGULAČNÍ ARMATURY
∆pv100 = Pv . ∆pv0 Nicméně tento vztah je v praxi nepoužitelný, protože tlaková ztráta ventilu je sama závislá na tlakové ztrátě otevřeného ventilu a proto se do vzorce promítne tlaková ztráta potrubní sítě v okruhu, která přísluší k danému ventilu:
∆pv100 = Pv . ∆pv100 + ∆pPS kde:
Pv = . ∆pPS = P´v . ∆pPS 1 − Pv
Δpv100 - tlaková ztráta při plném (100%) otevření [Pa] ΔpPS - tlaková ztráta okruhu regulační armatury [Pa] Pv - zvolená autorita ventilu [-] P´v - poměrná autorita ventilu [-] 13
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ Příklad 1) Volba regulačního ventilu: 2 - cestný škrtící ventil: Pro regulaci potrubní sítě na obrázku zvolte 2-C regulační ventil z podkladů výrobce. Tlaková ztráta potrubní sítě příslušející k ventilu Δpps = 22 kPa. Potrubní síť je z potrubí DN 50. Tepelný výkon přenášený potrubní sítí Q = 180 kW při teplotním rozdílu 20 K. Pro 2-C armatury jako autoritu ventilu volíme hodnotu Pv minimálně 0,33! (rozsah cca 0,3 až 0,5)
14
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ Příklad volby regulačního ventilu: 2 - cestný škrtící ventil: Pro regulaci potrubní sítě na obrázku zvolte 2-C regulační ventil z podkladů výrobce. Tlaková ztráta potrubní sítě příslušející k ventilu Δpps = 22 kPa. Potrubní síť je z potrubí DN 50. Tepelný výkon přenášený potrubní sítí Q = 180 kW při teplotním rozdílu 20 K.
𝑄 180 000 𝑚3 𝑚3 𝑉= = = 0,00215 = 7,74 ρ. 𝑐. 𝛿𝑡 1000.4187.20 𝑠 ℎ
P´v =
Pv 1−Pv
=
0,33 1−0,33
= 0,5… tzn. při Pv = 0,33 má plně otevřený ventil tlakovou ztrátu rovnou polovině tlakové ztráty příslušného okruhu sítě!
∆pv100 = P´v . ∆pPS = 0,5.22 = 11 kPa … požadovaná tlaková ztráta otevřeného ventilu
k vs
∆p0 100 = V. = 7,74. = 23,3 𝑚3 /ℎ ∆pv100 11 15
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ Příklad volby regulačního ventilu: 2 - cestný škrtící ventil: Pro regulaci potrubní sítě na obrázku zvolte 2-C regulační ventil z podkladů výrobce. Tlaková ztráta potrubní sítě příslušející k ventilu Δpps = 22 kPa. Potrubní síť je z potrubí DN 50. Tepelný výkon přenášený potrubní sítí Q = 180 kW při teplotním rozdílu 20 K.
k vs
∆p0 100 = V. = 7,74. = 𝟐𝟑, 𝟑 𝒎𝟑 /𝒉 ∆pv 11 Vyberu nejbližší vyšší…
kvs hodnoty kvs hodnoty
16
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ Příklad 2) Návrh regulačního ventilu: 2 - cestný škrtící ventil Kompletně navrhněte 2-C regulační ventil pro příslušné schéma zapojení. Dispoziční rozdíl tlaků v místě připojení okruhu Δpdisp = 80 kPa, tlaková ztráta potrubní Δppotrubí = 15 kPa, tlaková ztráta, Δpspotřebič = 25 kPa. Jmenovitý průtok V = 8 m3/h.
17
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ Příklad 2) Návrh regulačního ventilu: 2 - cestný škrtící ventil: Navrhněte 2-C regulační ventil pro příslušné schéma zapojení. Dispoziční rozdíl tlaků v místě připojení okruhu Δpdisp = 80 kPa, tlaková ztráta potrubní Δppotrubí = 15 kPa, tlaková ztráta, Δpspotřebič = 25 kPa. Jmenovitý průtok V = 8 m3/h.
∆pdisp = ∆pv + ∆pspotřebič + ∆ppotrubí ∆pv = ∆pdisp − ∆pspotřebič − ∆ppotrubí = 80 − 25 − 15 = 𝟒𝟎 𝐤𝐏𝐚 𝐤 𝐯 = V.
∆p0 100 = 8. = 12,65 𝑚3 /ℎ ∆pv 40
kvs hodnoty kvs hodnoty 18
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE VE VYTÁPĚNÍ Příklad 2) Návrh regulačního ventilu: 2 - cestný škrtící ventil: Navrhněte 2-C regulační ventil pro příslušné schéma zapojení. Dispoziční rozdíl tlaků v místě připojení okruhu Δpdisp = 80 kPa, tlaková ztráta potrubní Δppotrubí = 15 kPa, tlaková ztráta, Δpspotřebič = 25 kPa. Jmenovitý průtok V = 8 m3/h.
Vybrali jsme ventil s kvs hodnotou 15 m3/h - jakou bude mít tedy skutečnou tlakovou ztrátu? V ∆pv = ∆p0 . 𝐤 𝐯𝐬
2
8 = 100. 15
2
= 28,4 kPa
Je autorita zvoleného ventilu v doporučeném rozmezí 0,3 až 0,5 pro 2-C armatury? ∆pv100 28,4 ∆pv100 ∆pv100 = = = 0,36 VYHOVUJE! Pv = = ∆p ∆p + ∆p + ∆p 80 ∆pv0 disp v spotřebič potrubí
19
www.utp.fs.cvut.cz
REGULACE V TECHNICE PROSTŘEDÍ (STAVEB)
DĚKUJI ZA POZORNOST!
20
