ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
TZ 21 – navrhování otopných soustav
Případové studie - výběr vhodného umístění energetické plochy
Rodinný dů dům – obvod. kce. kce. a okna splň splňují ující min. pož požadavky na tep. odpor Nízkoenergetický bytový dů dům – konstrukce a okna s vysokým tep. odporem Prodejní Prodejní hala - Hornbach - standardní standardní obvodová obvodová kce., kce., minimá minimální lní prosklení prosklení Administrativní Administrativní budova – prosklená prosklená konstrukce lehké lehkého obvodové obvodového pláš plášttě Tep.ztráta/m2
W/m2
Tep.zisky/m2
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 RD
NRD
HALA
ADMIN
Strop
Podlaha
1
Umístění energetické plochy v objektu Měrný chladící výkon[W/m2]
70 60 50 40 30 20 10 0 0
20
40
60
80
100
120
Měrná tepelná ztráta [W/m2]
Do podlahy Do stropu Do stropu i podlahy
Administrativní Administrativní budova Nízkoenergetický RD Prodejní Prodejní hala Klasický RD
Teplovodní otopné soustavy
Expanzní nádoba
Princip
Otopná Otopná soustava
zdroj potrubní potrubní síť spotř spotřebič ebiče tepla
T1,ρ1
Teplonosná Teplonosná látka
Přívodní voda (nemrznoucí (nemrznoucí smě směs) potrubí
pára
Otopné těleso T2,ρ2
H
Vratné potrubí
Kotel
2
Navrhování OS Vstupní informace • • • • • •
Umístění stavby Účel objektu (obytná budova, občanská vybavenost, průmysl, sportovní stavby) Provoz objektu (přerušovaný, nepřetržitý, počet provozních jednotek) Konstrukce budovy z hlediska tepelně technických vlastností Konstrukce budovy z hlediska uložení potrubí Rozmístění a typ otopných ploch
Navrhování OS Funkční požadavky
Propojení otopných těles se zdrojem Odvzdušnění Možnost vypouštění Integrace do stavby ...?
3
Navrhování OS Kritéria optimalizace • • • • • • • •
délka rozvodů umístění otopných ploch ve vytápěné místnosti způsob regulace hydraulická stabilita míra zásahu do stavebních konstrukcí investiční náklady provozní náklady možnost opravy
Návrhové parametry teplovodních OS
geometrické teplotníí, tlakov tlakové materiá lové geometrick é, teplotn é a materi álov é parametry
(1) (2) (3) (4) (5)
Způsob oběhu otopné vody Prostorové uspořádání otopné soustavy Nejvyšší pracovní teplota otopné vody Materiál na potrubní síť Konstrukce expanzní nádoby
4
Návrhové parametry teplovodních otopných soustav Návrhové parametry vodních otopných soustav Prostorové uspořádání soustavy
Vzájemné propojení těles
Jednotrubkové
Nejvyšší pracovní teplota
Umístění ležatého rozvodu
Dvoutrubkové
Průtočná
Protiproud
S obtokem
Souproud
Vedení přípojek k tělesům
Spodní
Vertikální
Horní
Horizontální
Kombinovaná
Hvězdicová
Konstrukce expanzní nádoby
Oběh otopné vody
Materiál rozvodu
Nízkoteplotní do 65°C
Otevřená
Přirozený
Ocel
Teplovodní od 65°c do 115°C
Uzavřená
Nucený
Měď
Horkovodní nad 115°C
Plasty
1. Oběh otopné vody
Přirozený (samotíž) Expanzní nádoba
Nucený (s oběhovým čerpadlem)
T1,ρ1 Přívodní potrubí
Otopné těleso T2,ρ2
H
Vratné potrubí
Kotel
F1
F2
5
2. Prostorové uspořádání soustavy
2.1 Vzájemné propojení těles
2.2 Umístění ležatého rozvodu
jednotrubková jednotrubková, dvoutrubková dvoutrubková soustava
spodní spodní, horní horní, kombinované kombinované
2.3 Vedení přípojek k tělesům
horizontá horizontální lní, vertiká vertikální lní, hvě hvězdicové zdicové
2. Prostorové uspořádání OS 2.1 Vzájemné propojení těles
2.1.1 Dvoutrubkové Dvoutrubkové soustavy 2.1.2 Jednotrubkové Jednotrubkové soustavy
6
2.1.1 Dvoutrubkové soustavy
Protiproudé Protiproudé zapojení zapojení
Souproudé Souproudé zapojení zapojení
Tichelmann
2.1.2 Jednotrubkové soustavy Základní schémata zapojení
•Horizontální •Průtočné • S obtokem –“Jezdecké“ zapojení –Regulovaný obtok •ventilem, •clonou, •zúžením kmenové trubky, •zasunutím přípojek do kmenové trubky, •fitinkem v místě napojení zpětné přípojky
•Se směšovací armaturou •dvoubodovou •jednobodovou
7
2.1.2 Jednotrubkové soustavy Napojení těles směšovacími armaturami Vysokodporové směšovací dvoubodové směšovací jednobodové ventil kompakt
2.1.2 Jednotrubkové soustavy Napojení těles nízkoodporovými armaturami Nízkoodporové přímé nebo rohové radiátorové ventily
8
2.1.2 Jednotrubkové soustavy varianty
Podle uživatelů
Podle umístění stoupaček
Okruhy bytové bytové a zonové zonové
Okruhy uzavř uzavřené ené a rozvinuté rozvinuté
Jednotrubková soustava s reverzním provozem
2.1 Vzájemné propojení těles Závěr
Srovnání dvoutrubky a jednotrubky
Délka rozvodů Oběh otopné vody Měření a regulace Stavební úpravy Tlakové poměry
9
2.2 Umístění ležatého rozvodu
Spodní rozvod
Horní rozvod
Kombinovaný rozvod
2.3 Vedení přípojek k tělesům Vertikální
Horizontální
Hvězdicová
10
3. Teplotní parametry Pracovní teploty v OS
Výpočtová teplota otopné vody
Expanzní nádoba
na vstupu do otopné soustavy t1
tw1
Otopné těleso
na výstupu z otopné soustavy t2 na vstupu do otopného tělesa tw1 na výstupu z otopného tělesa tw2
tTp,max
tw2
Přívodní potrubí
t1
tw
Vratné potrubí
Kotel
Střední teplota otopného tělesa tw
t2
Nejvyšší teplota povrchu otopných těles tTp max Teplotní spád otopného tělesa = tw1 - tw2 Teplotní spád soustavy = t1 - t2
3. Teplotní parametry OS
Výkon přenášený soustavou
Expanzní nádoba
Q& = M ⋅ c ⋅ (t1 − t 2 )
Výkon přenášený tělesem
Q& t = h ⋅ A ⋅ (t w − t i )
tw1
Přívodní potrubí
t1
tp1,max Otopné těleso
tw2
tw
Vratné potrubí
Kotel
t2
11
3. Teplotní parametry OS kritéria pro volbu parametrů •
Ekonomické faktory (minimalizace nákladů na
•
Fyzikální vlastnosti pracovní látky ( pro teplovodní
realizaci i provoz soustavy);
• •
•
soustavy maximální teplota 115°C); Hygienické požadavky na otopnou soustavu resp. na tělesa; Technické možnosti zdroje tepla ( např. nízkoteplotní zdroje určují maximální teplotu otopné vody v soustavě) Legislativní požadavky –vyhláška 151/2001 MPO omezuje teplotu otopné vody na 75°C
3. Teplotní parametry OS volba parametrů
Teplota otopné vody u soustavy • • • •
Teplovodní nízkoteplotní Teplovodní otevřené Teplovodní uzavřené Horkovodní
t1 <=65°C 65°C
115°C
Teplotní spád OS
10K až 25K, u horkovodních soustav 40K až 50K.
90/70 °C, 85/75°C, 80/60°C, 75/65°C,70/50°C, 70/60°C.
12
3. Teplotní parametry OS volba parametrů
Teploty otopných těles
maximá maximální lní povrchová povrchová teplota (85 až až 90° 90°C)
t Tp max = t w 1 − 2 , 5
Teplotní Teplotní spá spád dvoutrubka
= teplotní teplotní spá spád OS (15 až až 25 K) jednotrubka < teplotní teplotní spá spád OS (5 až až 10 K)
4. Materiál rozvodu O materiá materiálu nutno rozhodnout na poč počátku projektu - různé zné mechanické mechanické vlastnosti mají mají vliv na koncepci řešení ení Použ Používané vané materiá materiály
ocel měď plasty
13
4.Materiál rozvodu 4.1 Ocel
Tradič Tradiční materiá materiál, dobré dobré mechanické mechanické vlastnosti ocel tř třídy 11.353.0. do DN 50 se použ používá trubek ocelových zá á vitových běž ných z běžných , pro vě větší prů průměry se použ používá hladkých bezeš bezešvých trubek Svař Svařová ování
4. Materiál rozvodu 4.2 Měď
Menší spotřeba materiálu Citlivá na chem.složení vody pH min7 Nebezpečí vzniku elektrochemické koroze (Al) pájení měkké a tvrdé
14
4. Materiál rozvodu 4.3 Plasty •
Materiály • • • • •
síťovaný polyetylén (PEX, VPE), polybuten (polybutylen, polybuten-1,PB), statistický polypropylen (PP-R, PP-RC,PP-3), chlorované PVC (C-PVC, PVC-C) vrstvená potrubí s kovovou vložkou.
Uložení potrubí Životnost !!! Kyslíková bariéra ?
5. Konstrukce expanzní nádoby
Otevř Otevřená ená jistota
provozu zamrzá zamrzání zavzduš zavzdušňová ování
Uzavř Uzavřená ená vyšší vyšší
pracovní pracovní teploty
15
TEPLOVZDUŠNÉ VYTÁPĚNÍ
Vytá Vytápění + vě větrá trání objektu souč současně asně Použ Použití ití nízkoteplotní zkoteplotních zdrojů zdrojů - kondenzač kondenzační kotel, tepelné tepelné čerpadlo Mož Možnost klimatizace… klimatizace… Sní Snížení ení tepelných ztrá ztrát ? Absence sá sálavé lavé slož složky vytá vytápění Výhodné Výhodné pro ní nízkoenergetické zkoenergetické domy? Zpě Zpětné tné získá skávání tepla… tepla…
SYSTÉMY TEPLOVZDUŠNÉHO VYTÁPĚNÍ - ROZVODY
16
Řízené větrání - rozvody -
Řízené větrání - návrh rozvodů -
Příklad řešení distribuční sítě pomocí sw Right-Suite Residential (USA)
17
Řízené větrání
-zdroje tepla -
Analýza vnitřního prostředí místnosti s teplovzdušným vytápěním Legenda <19°C 20,4°C
Základní kladní varianta
Francouzské Francouzské okno
21,8°C
23,2°C
24,6°C
>26,5°C
Te=-12°C
„Starý“ Starý“ obvodový pláš plášť ášť
Vyú Vyústka u vnitř vnitřní stě stěny
18
Teplota vzduchu x operativní teplota T comfort
T air
Legenda <19°C 20,4°C
21,8°C
23,2°C
24,6°C
>26,5°C
Analýza vnitřního prostředí místnosti s teplovzdušným vytápěním
Aplikace CFD ? Optimalizace obrazu proudě proudění v místnostech Vizualizace teplotní teplotních a rychlostní rychlostních polí polí
Pozor: Interpretace výsledků! Statický výpočet – okrajové podmínky!!
19
Integrovaný přístup k řešení vytápění a větrání
Měrná rná spotř spotřeba energie?
100 až 250 kWh/m2a
Běžná výstavba Charakteristické Charakteristické rysy… rysy…Energeticky úsporné domy
Nízká zká měrná rná spotř spotřeba energie na vytá vytápění 80 do 140 kWh/m2a), a), ČSN 730540 - 50 kWh/m2a 50 až 100
Kvalitní Kvalitní obá obálka budovy Nízkoenergetické domy Větrá trání budovy Quazi nulové domy Využ Využití ití tepelných zisků zisků – regulace vytá vytápění
kWh/m2a
5 až 50
kWh/m2a
0 až 5
kWh/m2a
Dopad na vytá vytápění a vě větrá trání?
Niž Nižší pož požadované adované výkony Regulace výkonu 0 – 100 % (př (přeruš erušované ované vytá vytápění) Minimalizace množ množství ství větrací tracího vzduchu
Otopné soustavy
Teplovodní Teplovodní
Nízkoteplotní zkoteplotní, pruž pružné soustavy
Teplovzduš Teplovzdušné
X
Cirkulač Cirkulační Ventilač Ventilační
20
Teplovodní vytápění Přirozené větrání + Nejnižší cena Klasické řešení Setrvačnost soustavy
Zdroj tepla
Nekontrolovatelné větrání Viditelné rozvody Špatné zohlednění tepelných zisků
Teplovodní vytápění Hybridní větrání + Hygienické minimum pro větrání Řízené větrání Snížení tepelné ztráty infiltrací
Zdroj tepla
Vyšší náklady Nepřetržitý provoz ventilátoru Hluk
21
Teplovzdušné vytápění Přirozené větrání + Lepší zohlednění tepelných zisků Lepší regulace – pružnější systém
Zdroj tepla
Problematická individuální regulace teploty v místnostech
Teplovodní vytápění Řízené větrání s rekuperací + Minimalizace tepelných ztrát větráním Výborné zohlednění tepelných zisků
Zdroj tepla
Energie na ventilátory Dvě soustavy Náklady
22
Teplovzdušné vytápění Řízené větrání s rekuperací Zdroj tepla
Teplovzdušné vytápění s předehřevem větracího vzduchu a rekuperací
Zdroj tepla
23
Děkuji za pozornost
24
