VYTÁPĚNÍ - cvičení č.6 Návrh otopné soustavy s nuceným oběhem vody Ing. Roman Vavřička Vavřička,, Ph.D Ph.D.. ČVUT v Praze, Fakulta strojní Ústav techniky prostředí
Roman.Vavricka@ Roman.Vavricka @fs.cvut.cz www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – bilanční rovnice
po pdisp p pč kde p pč po pdisp
- účinný tlak okruhu [Pa] - dopravní tlak oběhového čerpadla [Pa] - celková tlaková ztráta okruhu [Pa] - dispoziční rozdíl tlaků [Pa]
Pro tzv. nízké otopné soustavy
Pro tzv. vysoké otopné soustavy
po pdisp pč
po pdisp pč 0, 50 0, 75 p
1
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – celková tlaková ztráta
2 l w2 w2 l w pzu pzt pzm d 2 2 d 2
kde pzt pzm d l w ξ R Z
- tlaková ztráta třením [Pa] - tlaková ztráta místními odpory [Pa] - součinitel tření [-] - vnitřní průměr potrubí [m] - délka potrubí [m] - střední rychlost proudění v průřezu úseku [m/s] - hustota vody [kg/m3] - součinitel místního odporu [ - ] - tlakový spád [Pa/m] - tlaková ztráta místními odpory [Pa]
pzu R l Z
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – předběžný tlakový spád
RP kde RP pdisp l a
pdisp (1 a )
l
- předběžný tlakový spád [Pa/m] - dispoziční rozdíl tlaků (pro přímou volbu čerpadla jeho dopravní tlak) [Pa] - délka počítané části okruhu [m] - podíl místních odporů na celkové tlakové ztrátě [-] Druh soustavy – budovy Venkovní, dálkové rozvody Otopné soustavy v průmyslových rozsáhlých budovách Běžné dvoutrubkové soustavy v obytných budovách Otopné soustavy při rekonstrukcích starých budov s členitým rozvodem a nuceným oběhem vody Pro potrubní sítě u úpraven parametrů Vzduchotechnické potrubí teplovzdušných soustav
a [-] 0,1 až 0,2 0,2 až 0,3 0,3 až 0,4 0,4 až 0,55 0,7 až 0,9 až 0,9
2
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – zásady návrhu
1) Doporučená rychlost proudění pro otopné soustavy (OS) s nuceným oběhem vody: dvoutrubkové OS wopt = 0,5 až 0,6 m/s jednotrubkové OS wopt = 0,9 až 1,0 m/s (v kmenové trubce) 2) Pro návrh potrubní sítě je možné použít metody RP,wopt,dopt atd. 3) Výpočet začínáme u hydraulicky nejvzdálenějšího otopného tělesa, u kterého předpokládáme plně otevřené regulační armatury (tj. TRV a RŠ)
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh OS
Příklad:: Příklad
3
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh OS
Zadání: Zadání: Navrhněte dvoutrubkovou otopnou soustavu se spodním rozvodem a nuceným vody (dle obrázku). Teplotní spád na otopné soustavě je 75/65 °C. Pro návrh měděné potrubí(viz tabulka Cu). Použité hodnoty u prvních úseků: úsek 1: kotel - 2,0, redukce - 0,1, oblouk 1x - 0,5, rozdělení 1,5 úsek 2: koleno - 1,0, rozdělení - 1,5 úsek 3: koleno - 1,0 úsek 4: koleno - 1,0, obchoz - 0,5, sloučení - 1,5 úsek 5: koleno - 1,0, sloučení - 1,5, obchoz - 0,5 úsek 6: koleno -1,0, rozšíření - 0,1 úsek 7: koleno 2x - 1,0 úsek 8: koleno 2x - 1,0, sloučení -1,0 úsek 9: rozdělení - 1,5 úsek 10: sloučení - 0,5
oběhem využijte = 3,1 = 2,5 = 1,0 = 3,0 = 3,0 = 1,1 = 2,0 = 3,0 = 1,5 = 0,5
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh OS
Zadání:: Zadání Měděné potrubí M
8x1 (di = 6 mm) R w
10 x 1 (di = 8 mm) R w
12 x 1 (di = 10 mm) R w
15 x 1 (di = 13 mm) R w
18 x 1 (di = 16 mm) R w
22 x 1 (di = 20 mm) R w
[kg/h]
[Pa/m]
[m/s]
[Pa/m]
[m/s]
[Pa/m]
[m/s]
[Pa/m]
[m/s]
[Pa/m]
[m/s]
[Pa/m]
[m/s]
20 40 50 71 80 90 100 110 140 160 180 200 220 250 280
105 475 700 1305 1615 1990 2405
0,20 0,40 0,50 0,71 0,80 0,90 1,00
21,5 120 175 325 405 495 600 710 1090 1385 1710 2070 2460
0,11 0,22 0,28 0,40 0,45 0,50 0,56 0,63 0,80 0,90 1,00 1,10 1,30
8,25 41,5 61,5 115 140 170 205 240 370 470 580 700 830 1045 1285
0,07 0,15 0,18 0,26 0,30 0,32 0,36 0,40 0,50 0,60 0,67 0,71 0,80 0,90 1,00
2,90 8,20 16,5 32,5 40,0 49,0 58,5 69,0 105 135 165 200 235 295 360
0,04 0,09 0,11 0,15 0,17 0,19 0,22 0,24 0,30 0,34 0,38 0,42 0,48 0,53 0,60
1,25 2,65 4,60 12,0 15,0 18,0 22,0 26,0 39,0 49,5 61,0 73,0 86,5 110 135
0,03 0,06 0,07 0,10 0,11 0,13 0,14 0,16 0,20 0,22 0,26 0,28 0,32 0,36 0,40
1,05 1,35 3,50 5,20 6,35 7,60 8,95 13,5 17,0 21,0 25,0 30,0 37,5 45,5
0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,13 0,15 0,16 0,18 0,20 0,22 0,25
4
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh úseků k OT 1 w 1000 tw 4 0, 097 0, 0036 tw 4 Řešení:: Řešení Pro tw1 = 75 °C – ρ1 = 974,97 kg/m3, pro tw2 = 65 °C – ρ2 = 980,69 kg/m3 číslo úseku
M
l
d
[kg/h]
[m]
[mm]
1 2 3 4 5 6
262 176 103 103 176 262
7,0 6,0 1,0 1,0 6,0 8,0
Otopné těleso OT 1 R w [Pa/m]
[m/s]
l·R
Z
[-]
[Pa]
[Pa]
15x1 321 0,56 3,1 2247 474 15x1 159 0,37 2,5 954 167 12x1 210 0,37 1,0 210 67 12x1 210 0,37 3,0 210 201 15x1 159 0,37 3,0 954 201 15x1 321 0,56 1,1 2568 170 Tlaková ztráta třením a místními odpory potrubí okruhu OT 1 ΔpO1
(l·R+Z) [Pa]
2721 1121 277 411 1155 2738 8423 Pa
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Tlaková ztráta otopných těles pOT OT,DN15 st kde pOT ξOT, DN15 ρst wDN15 di,DN15
2 wDN15 2
- tlaková ztráta OT [Pa] - místní odpor otopného tělesa vztažený na ekvivalentní potrubí DN 15 [-] - hustota vody pro střední teplotu OT [kg/m3] - rychlost vody v ekvivalentním potrubí DN 15 při hmotnostním průtoku do OT [m/s] - vnitřní průměr potrubí DN 15 [m] (di,DN15 = 0,0161 m)
mOT1 = 103 kg/h ξOT1, DN15 = 8,5 wDN15
103 4 4 mOT1 3600 0,144 m/s 2 d i,DN15 st 0, 01612 977, 92
pOT DN15 st
2 wDN15 0,1442 8, 5 977, 92 86 Pa 2 2
5
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh TRV1 a RŠ1 OT 1 => mOT1 = 103 kg/h Termostatický Řešení: Řešení: Regulační šroubení radiátorový ventil
ΔpTRV1 = 4700 Pa TRV1 DN15/6
ΔpRŠ1 = 610 Pa RŠ DN15/4
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh úseků k OT 1
Řešení:: Řešení číslo úseku
M
l
d
[kg/h]
[m]
[mm]
1 2 3 4 5 6
262 176 103 103 176 262
7,0 6,0 1,0 1,0 6,0 8,0
Otopné těleso OT 1 R w [Pa/m]
[m/s]
l·R
Z
[-]
[Pa]
[Pa]
15x1 321 0,56 3,1 2247 474 15x1 159 0,37 2,5 954 167 12x1 210 0,37 1,0 210 67 12x1 210 0,37 3,0 210 201 15x1 159 0,37 3,0 954 201 15x1 321 0,56 1,1 2568 170 Tlaková ztráta třením a místními odpory potrubí okruhu OT 1 ΔpO1 Tlaková ztráta otopného tělesa ΔpOT1
(l·R+Z) [Pa]
2721 1121 277 411 1155 2738 8423 Pa 86 Pa
Tlaková ztráta termostatického ventilu (plně otevřeného) ΔpTRV1
4700 Pa
Tlaková ztráta radiátorového šroubení (plně otevřeného) ΔpRŠ1
610 Pa
Celková tlaková ztráta okruhu OT1 Δpc1 13 819 Pa
6
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh úseků k OT 2 a OT 3
Řešení:: Řešení Pro tw1 = 90 °C – ρ1 = 965,03 kg/m3, pro tw2 = 70 °C – ρ2 = 977,92 kg/m3 číslo úseku
M
l
d
[kg/h]
[m]
[mm]
86 86
6,5 7,0
číslo úseku
M
l
d
[kg/h]
[m]
[mm]
73 73
2,0 2,0
[Pa/m]
[m/s]
l·R
Z
[-]
[Pa]
[Pa]
Celková tlaková ztráta úseků č. 1 a 6 12x1 158 0,31 2,0 1027 93 12x1 158 0,31 3,0 1106 141 Tlaková ztráta třením a místními odpory potrubí okruhu OT 2 ΔpO2
7 8
9 10
Otopné těleso OT 2 R w
Otopné těleso OT 3 R w [Pa/m]
[m/s]
l·R
Z
[-]
[Pa]
[Pa]
Celková tlaková ztráta úseků č. 1, 2, 5 a 6 12x1 121 0,26 1,5 242 49 12x1 121 0,26 0,5 242 17 Tlaková ztráta třením a místními odpory potrubí okruhu OT 3 ΔpO3
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz
(l·R+Z) [Pa]
5459 1120 1247 7826 Pa
(l·R+Z) [Pa]
7735 291 259 8285 Pa
pOT OT,DN15 st
Tlaková ztráta otopných těles OT 2 a OT 3 mOT2 = 86 kg/h ξOT2, DN15 = 8,5 wDN15
4 mOT1 2 d i,DN15 st
86 3600 0,12 m/s 0, 01612 977, 92 4
2 wDN15 2 0,122 8, 5 977, 92 60 Pa 2
pOT DN15 st
2 wDN15 2
mOT2 = 73 kg/h ξOT2, DN15 = 19 wDN15
4 mOT1 2 d i,DN15 st
73 3600 0,1 m/s 0, 01612 977, 92 4
pOT DN15 st 19 977, 92
2 wDN15 2
0,12 93 Pa 2
7
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh úseků k OT 2 a OT 3 Δpc1 = 13 819 Pa
Řešení:: Řešení
Pro tw1 = 90 °C – ρ1 = 965,03 kg/m3, pro tw2 = 70 °C – ρ2 = 977,92 kg/m3 číslo úseku
M
l
d
[kg/h]
[m]
[mm]
86 86
6,5 7,0
číslo úseku
M
l
d
[kg/h]
[m]
[mm]
73 73
2,0 2,0
[Pa/m]
[m/s]
l·R
Z
[-]
[Pa]
[Pa]
Celková tlaková ztráta úseků č. 1 a 6 12x1 158 0,31 2,0 1027 93 12x1 158 0,31 3,0 1106 141 Tlaková ztráta třením a místními odpory potrubí okruhu OT 2 ΔpO2 Tlaková ztráta otopného tělesa ΔpOT2 Nutno doregulovat na TRV2 a RŠ2
7 8
9 10
Otopné těleso OT 2 R w
Otopné těleso OT 3 R w [Pa/m]
[m/s]
l·R
Z
[-]
[Pa]
[Pa]
Celková tlaková ztráta úseků č. 1, 2, 5 a 6 12x1 121 0,26 1,5 242 49 12x1 121 0,26 0,5 242 17 Tlaková ztráta třením a místními odpory potrubí okruhu OT 3 ΔpO3 Tlaková ztráta otopného tělesa ΔpOT3 Nutno doregulovat na TRV3 a RŠ3
(l·R+Z) [Pa]
5459 1120 1247 7826 Pa 60 Pa 5933 Pa
(l·R+Z) [Pa]
7735 291 259 8285 Pa 93 Pa 5441 Pa
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh TRV2 a RŠ2
Řešení:: Řešení
Termostatický radiátorový ventil
ΔpTRV2 = 5543 Pa TRV2 DN15/5
OT 2 => mOT2 = 86 kg/h Doregulovat => 5 933 Pa Regulační šroubení
ΔpRŠ2 = 390 Pa RŠ2 DN15/4
8
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody – návrh TRV3 a RŠ3
Řešení:: Řešení
Termostatický radiátorový ventil
OT 3 => mOT2 = 73 kg/h Doregulovat => 5 441 Pa Regulační šroubení
ΔpTRV2 = 5141 Pa TRV3 DN15/5
ΔpRŠ3 = 300 Pa RŠ3 DN15/4
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Nucený oběh vody - návrh
Řešení:: Řešení
9
www.utp.fs.cvut.cz www. utp.fs.cvut.cz Vyvážení otopné soustavy – výpočtem kv
kv V
p pvs
10
