ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Vnitřní plynovod - komíny, přívod vzduchu, odvod spalin - hydraulický výpočet Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. Navrhování systémů TZB – YNST
Komíny NÁVRH KOMÍNU kdo komín navrhuje, stavař nebo specialista TZB, čí bude ten Černý Petr ? návrh podle diagramů výrobců na základě výkonu a účinné výšky v současné době je třeba ve většině případů hydraulický výpočet klesá teplota spalin, komín je již samostatným systémovým prvkem (vyšší cena), apod… k přesnému návrhu je třeba kvalitních vstupních dat pro hydraulický výpočet přesné údaje o spotřebiči (typ, teplota a průtok spalin, tlaková ztráta aj…) účinná výška komína způsob připojení na komín (kouřovod) přívod vzduchu pro spalování, atd… podrobný výpočet obvykle poskytne výrobce komínů, či komerční software komín je společně se spotřebičem a přívodem vzduchu jeden fční celek !!!, který má velkou návaznost na stavební část (zatížení, prostupy, dilatace,vzhled budovy,…)
1
Komíny ODTAH SPALIN NA FASÁDU X KOUŘOVOD S FUNKCÍ KOMÍNA X KOMÍN
Komíny POŽADAVKY NA VYÚSTĚNÍ komín a kouřovod musí zajistit za všech provozních podmínek bezpečný odvod a rozptyl spalin do volného ovzduší, aby nenastalo jejich hromadění a ohrožení bezpečnosti. - výška komínu nad objektem ČSN 734201 -
šikmá střecha
plochá střecha
2
Komíny OCHRANNÉ VZDÁLENOSTI OD VYÚSTĚNÍ KOMÍNŮ ČSN EN 12391-1 / 2005 – Komíny-Provádění kovových komínů-Část 1: Komíny pro otevřené spotřebiče paliv
Komíny OCHRANNÉ VZDÁLENOSTI OD VYÚSTĚNÍ ODTAHU SPALIN NA FASÁDU TPG 800 01 /1996 Vyústění odtahu spalin od spotřebičů na plynná paliva na venkovní zdi (fasádě)
3
Spalinové cesty - komíny platné normy : ČSN EN 1443 Komíny – všeobecné požadavky (září 2004) ČSN 73 4201 Komíny – Navrhování, provádění a připojování spotřebičů paliv (leden 2008)
sjednocuje názvosloví a třídění s ČSN EN 1443 např. aktuální zařazení nového termínu „pojistný komín“ pro případ energetické krize, poruchy, přírodní katastrofy apod. doplňuje předchozí vydání normy ČSN 73 4201 o základní požadavky na přetlakové a společné komíny a stanovuje podmínky pro odvod spalin stěnou fasády do volného ovzduší zejména : 1. omezuje výkon spotřebičů s vyústěním na fasádu 2. mění výšku a místo vyústění na fasádě 3. mění ochranné pásmo a tvar spalinové vlečky
Spalinové cesty - komíny
„Odvod spalin stěnou fasády do volného ovzduší“ stále platí, že vést spaliny na fasádu pouze v technicky odůvodněných případech !!! (absence komínu)
1. Omezení výkonu spotřebičů TPG 800 01 ČSN 73 4201
řešila spotřebiče do 50 kW omezuje výkon na 40 kW u průmyslových objektů bez oken nad vyústěním omezuje výkon na 14kW u rekonstrukcí bytových domů a u rodinných domů
NA FASÁDU NE : - u novostaveb bytových domů - u rodinných domů nad 14kW
4
Spalinové cesty - komíny
„Odvod spalin stěnou fasády do volného ovzduší“ 2. Změna výšky a místa vyústění TPG 800 01
požadovala vyústění min. 0,3m a 2m nad terénem, řešila vyústění pod balkónem, římsou ČSN 73 4201 požaduje 4m nad terénem u bytových domů, jiné případy neřeší spotřebiče do 7 kW („vafky“) 0,3m pod parapetem zakazuje vyústění pod balkónem a přesahující střechou
Spalinové cesty - komíny
„Odvod spalin stěnou fasády do volného ovzduší“ 3. Změna ochranného pásma a jeho tvaru TPG 800 01 ČSN 73 4201
tvar pásma nezávisel na výkonu ani NOx podrobná tabulka rozměrů pásma podle výkonu a NOx
5
Spalinové cesty - komíny
„Odvod spalin stěnou fasády do volného ovzduší“ 3. Výšky komínů a vzdálenosti vyústění pro různé situace ČSN 12 391-1 ČSN 73 4201
toto již rešila, je však zrušena doplněné obrázky a textová upřesnění
Přívod vzduchu do prostoru s plynovými spotřebiči TPG 704 01 /2009 Odběrná plynová zařízení a spotřebiče na plynná paliva v budovách přívod vzduchu pro větrání , odvod škodlivin, a pro spalování (obvykle největší) popisuje výpočet, problém je ve vstupních údajích instalace spotřebičů typu „A“ a „B“ podle TPG do obytných a jiných prostor s přirozeným větráním okny má tato úskalí : průvzdušnost oken (dle TPG okno (dřevo, plast) – i=1,2.10-4 a více, dveře i=1,6.10-4 a více, přičemž ČSN 730540-2/2002 uvádí i=0,85.10-4 a méně, výrobci dokonce i=0,1.10-4 a méně přebytek vzduchu pro spalování (posuzování stavu s nejvyšším přebytkem vzduchu = obvykle snížený výkon spotřebiče, musí udat výrobce) požadovaný objem místnosti a předepsaná násobnost výměny vzduchu (kde by se vzala?) existence podtlakového větrání, někdy dokonce v místnosti se spotřebičem
SPLNĚNÍ POŽADAVKŮ TPG NA PŘÍVOD VZDUCHU PRŮVZDUŠNOSTÍ OKEN NELZE VE VĚTŠINĚ PŘÍPADŮ ZAJISTIT A JE NUTNÉ HLEDAT JINÉ ŘEŠENÍ !!!
6
Zásobování plynem – ČSN a TPG PŘÍLOHA TPG OBSAHUJE ORIENTAČNÍ HODNOTY PRŮTOKU VZDUCHU OKNY V ZAVŘENÉ POLOZE pro provozovaná zařízení nová tabulka pro rychlý odhad množství vzduchu infiltrací okny zpracována na základě praktických měření
Součinitelé spárové průvzdušnosti okenních spár Typ okna a okenní spáry
Součinitel spárové průvzdušnosti [m3.s-1.m-1.Pa-0,67] Okno jednoduché dřevěné netěsněné 1,9 .10-4 Okno dřevěné zdvojené, netěsněné spáry 1,4 .10-4 Okna dřevěná nebo plastová, kovová těsněná 0,10 - 0,40 .10-4 Okno dřevěné zdvojené s těsněním KOVOTĚS 0,7 .10-4 Okno těsněné molitanovými pásky 0,5 .10-4 Okno těsněné neoprenovými profily 0,2 - 0,4 .10-4
Požadovaná maximální hodnota součinitele spárové průvzdušnosti iLV,N dle ČSN 730540 Funkční spára ve výplni otvoru
Požadovaná hodnota součinitele spárové průvzdušnosti iLV,N [m3.s-1.m-1.Pa-0,67] Budova s větráním Budova s větráním přirozeným nebo pouze nuceným kombinovaným nebo s klimatizací Vstupní dveře do zádveří budovy při celkové 1,60.10-4 0,87.10-4 výšce nadzemní části budovy do 8 m včetně Ostatní vstupní dveře do budovy 0,87.10-4 0,30.10-4 Dveře oddělující ucelenou část budovy Ostatní vnější výplně - do 8 m včetně 0,87.10-4 0,10.10-4 otvorů při celkové výšce - mezi 8 m a 20 m 0,60.10-4 nadzemní části budovy - nad 20 m včetně 0,30.10-4
7
Větrání moderních obytných staveb s těsnými okny Rychlost větru 3 m.s-1…. ∆p = 4,5 Pa množství proudícího vzduchu [m 3.h-1]
mn. vzduchu 25 m3.h-1 (1osoba)
Jaká musí být délka okenních spár? 700
délka okenních spar [m]
600
634
500
35,0 30,0
25
25,0 20,0
18,7
15,0
13,8
10,0 5,0 0,0
0,4 0,04*10-4
400
1,0 0,1*10-4
1,4*10-4
1,9*10-4
2,5*10-4
součinitel spárové průvzdušnosti [m 3.s-1.m-1.Pa -0,67]
300
254
200 100
18
0 0,04*10-4
0,1*10-4
1,4*10-4
13
Jaký musí být souč.sp.průvzdušnosti při délce spár jednoho okna 10m, aby bylo přivedeno 25 m3.h-1?
1,9*10-4
součinitel spárové průvzdušnosti [m 3.s-1.m-1.Pa -0,67]
Přívod vzduchu pro spotřebiče typu B propojení místností samostatný přívod
8
Přívod vzduchu do prostoru s plynovými spotřebiči typu B Možné řešení: ÚPRAVA OKEN (kanály, štěrbiny…)
SAMOST. PŘÍVOD VZDUCHU (mřížky,tubusy…)
odborný seminář firmy Protherm v spolupráci s katedrou technických zařízení budov fakulty stavební ČVUT
Přívod vzduchu a odvod spalin pro spotřebiče typu C společný komín
odvod nad střechu
odvod před zeď
9
Rozvody plynu nové TPG (nahrazuje původní TPG z 2005): TPG 700 01 Použití měděných materiálů pro rozvod plynu 9/2011 zásady použití a vedení rozvodů plynu z Cu spojování Cu potrubí kapilární pájení lisované spoje rozměry potrubí a tvarovek zvláštní požadavky vedení značení potrubí (20mm pruhy…) tepelná roztažnost potrubí ochrana proti korozi a poškození elektrochemická koroze !!! úhelník
(zákaz přímého kontaktu Cu se Zn a ocelí)
Rozvody plynu TPG 700 01 Použití měděných materiálů pro rozvod plynu 9/2011 vedení rozvodů z Cu - vnější – - v zemi - na konstrukci budov - po oplocení…
- vnitřní – - po povrchu konstrukce - pod omítkou (duté zdivo !!!) ČSN EN 1775 Lisované spoje mají být umístěny ve větraných a přístupných místech. TPG 704 01 Potrubí nesmí být vedeno v dutinách ve zdi. Potrubí v dutinách zdiva musí být dokola vyomítáno nebo uloženo do chráničky.
chránička
10
Rozvody plynu MATERIÁLY POUŽÍVANÉ PRO ROZVODY PLYNU výchozí materiál
ocel
měď
plast
druh materiálu
oblast použití vnitřní plynovod
vnější plynovod
ochrana proti korozi
legislativa
černá bez úpravy povrchu
ochrana proti korozi – obvykle nátěr
černá s tovární úpravou povrchu
plastová tovární izolace (bralén atp.)
nerezová
ohebné vlnovcové potrubí – opláštěné
(pozinkovaná)
rozebiratelné spoje !!! stávající instalace
měkká, polotvrdá, tvrdá
bez povrch. úpravy, plast. tovární izolace
TPG 700 01 ČSN EN 1057
polyethylen PE80, PE100
bez povrch. úpravy, přípojky
TPG 702 01 ČSN 64 3042
vícevrstvý PEX-AL-PEX
bez povrch. úpravy
TPG 704 03
TPG 920 21 TPG 702 04 ČSN EN 15266 ČSN 42 0152 ČSN 42 5710 ČSN EN 10088-1
21
Výpočet domovního plynovodu Princip výpočtu -
-
-
-
-
posouzení nejnevýhodněji položeného spotřebiče – resp. tlakové ztráty od napojení na přípojku (HUP, plynoměr) až ke spotřebiči podmínkou pro spolehlivý a bezpečný provoz spotřebiče je přivedení dostatečného množství spalovacího plynu o min. požadovaném přetlaku (udává výrobce, pozor na nízkotlaký rozvod !!!, citlivost spotřebičů na výkyvy tlaku ) tlaková ztráta může být u domovního plynovodu včetně plynoměrů nejvíce 150 Pa (bez plynoměrů max. 100 Pa) tlaková ztráta se volí tak, aby byl zajištěn požadovaný minimální provozní tlak plynu před spotřebiči nebo regulátory tlaku plynu výpočet posuzuje vodorovné a svislé úseky samostatně – na svislé části (potrubí probíhající skrze jedno a více podlaží (ne v rámci podlaží) se posoudí přirozený vztlak plynu (ZP!!!) s tlakovou ztrátou, na vodorovné části se posoudí tlakové ztráty třením a místními odpory s dovolenou ztrátou
11
Výpočet domovního plynovodu Postup výpočtu Návrh plynovodu 1.
2. 3. 4. 5. 6.
zakreslení izometrie celého rozvodu (popř. části s potřebnými průtoky) označení úseků výpočet redukované potřeby plynu pro úsek zjištění délky úseku a celé trasy stanovení předběžné tlakové ztráty pro celou trasu návrh dimenze úseku
Posouzení plynovodu 1. 2. 3. 4.
stanovení ekvivalentní délky potrubí výpočet skutečné měrné ztráty třením výpočet skutečné ztráty úseku posouzení trasy s dovolenou ztrátou
Výpočet domovního plynovodu Izometrie – trasa potrubí k posuzovanému !!! spotřebiči
12
Výpočet domovního plynovodu Označení úseků úsek – potrubí s konstantním množstvím protékajícího plynu s rozdělením na svislé a vodorovné části (svislou části se rozumí potrubí probíhající skrze min. jedno podlaží a více, ne rozvod v rámci jednoho podlaží
Výpočet domovního plynovodu Redukovaná potřeba plynu 3 Vr = ΣV1 · K ̇ 1 + ΣV2 · K2 + ΣV3 · K3 [m /h]
V1
vaření + průtoková příprava vody
U1 = 0,5
V2 V3
lokální topidla, přímotopný zásobník kotle, vč. kombikotlů
U2 = 0,15 U3 = 0,1
V4
technologické spotřebiče, velkokuchyně U4 - pozn.
U4 – stanoví se individuálně dle druhu spotřebičů, počtu a způsobu provozu
Koeficient současnosti podle skupiny spotřebičů
ki =
1 niU i
13
Výpočet domovního plynovodu Předběžná tlaková ztráta pro celou trasu
R=
∆p 1,5 ⋅ ∑ l
[Pa]
∆p – dovolená ztráta tlaku pro domovní plynovod, volí se (100 Pa) 1,5 – 50% přirážka na místní odpory (kohouty, kolena, odbočky apod…) ∑l = délka domovního plynovodu od hlavního uzávěru k nejvzdálenějšímu spotřebiči (bez stoupaček) – zaokrouhlení směrem k většímu profilu
Výpočet domovního plynovodu Stanovení DN domovního plynovodu do 5 kPa
19 ,4 ⋅ V r 2 ⋅ l ⋅ s d =5 ⋅10 ∆p d – světlost potrubí [mm] Qv – průtok m3/h l – délka potrubí [m] ∆p – tlaková ztráta úseku [Pa] s – hutnost plynu – pro ZP s = 0,59
14
Výpočet domovního plynovodu Stanovení DN domovního plynovodu DN [m m]
Tlaková ztáta ∆p v Pa na 1 m potrubí 1
0,6 67
0,5
0,4
0,3 33
0,2 5
0,2
2,34
1,6 6
1,3 4
1,1 7
1,0 5
0,9 5
0,8 3
0,7 4
5,02
4,10
2,9 0
2,3 7
2,0 5
1,8 3
1,6 6
1,4 5
1,3 0
10,7 0
9,30
7,59
5,3 7
4,3 8
3,8 0
3,4 0
3,0 8
2,6 8
2,4 0
21,0 0
18,8 0
16,2 0
13,3 0
9,3 8
7,6 6
6,6 3
5,9 3
5,3 9
4,6 9
4,1 9
46,3 0
36,6 0
32,8 0
28,4 0
23,2 0
16, 40
13, 40
11, 60
10, 40
9,4 1
8,1 9
7,3 3
81,7 0
73,1 0
57,8 0
51,7 0
44,8 0
36,6 0
25, 80
21, 10
18, 30
16, 30
14, 80
12, 90
11, 60
170, 00
120, 00
107, 00
85,0 0
76,0 0
65,8 0
53,7 0
38, 00
31, 00
26, 90
24, 00
21, 80
19, 00
17, 00
237, 00
168, 00
150, 00
119, 00
106, 00
91,9 0
75,0 0
53, 10
43, 30
37, 50
33, 60
30, 50
26, 50
23, 70
20
10
8
5
4
3
2
10
1,31
0,93
0,83
0,66
0,57
12
2,07
1,46
1,31
1,03
0,92
0,80
15
3,61
2,55
2,28
1,81
1,62
1,40
1,14
20
7,42
5,24
4,69
3,71
3,32
2,87
25
12,9 5
9,16
8,19
6,48
5,79
32
24,0 0
17,0 0
15,2 0
12,0 0
40
42,0 0
29,7 0
26,5 0
50
73,3 0
51,8 0
60
116, 00
70 80
Výpočet domovního plynovodu Stanovení ekvivalentní délky
L = l + l‘
[m]
l‘ – přirážka na místní odpory (tvarovky) závisí na : druhu a tvaru směru proudění materiálu, drsnosti potrubí, rychlosti apod…
15
Výpočet domovního plynovodu Stanovení skutečné ztráty třením - interpolace DN [m m]
Tlaková ztáta ∆p v Pa na 1 m potrubí
2,2 1
0,6 67
0,5
0,4
0,3 33
0,2 5
0,2
2,34
1,6 6
1,3 4
1,1 7
1,0 5
0,9 5
0,8 3
0,7 4
5,02
4,10
2,9 0
2,3 7
2,0 5
1,8 3
1,6 6
1,4 5
1,3 0
10,7 0
9,30
7,59
5,3 7
4,3 8
3,8 0
3,4 0
3,0 8
2,6 8
2,4 0
21,0 0
18,8 0
16,2 0
13,3 0
9,3 8
7,6 6
6,6 3
5,9 3
5,3 9
4,6 9
4,1 9
46,3 0
36,6 0
32,8 0
28,4 0
23,2 0
16, 40
13, 40
11, 60
10, 40
9,4 1
8,1 9
7,3 3
81,7 0
73,1 0
57,8 0
51,7 0
44,8 0
36,6 0
25, 80
21, 10
18, 30
16, 30
14, 80
12, 90
11, 60
170, 00
120, 00
107, 00
85,0 0
76,0 0
65,8 0
53,7 0
38, 00
31, 00
26, 90
24, 00
21, 80
19, 00
17, 00
237, 00
168, 00
150, 00
119, 00
106, 00
91,9 0
75,0 0
53, 10
43, 30
37, 50
33, 60
30, 50
26, 50
23, 70
20
10
8
5
4
3
2
10
1,31
0,93
0,83
0,66
0,57
12
2,07
1,46
1,31
1,03
0,92
0,80
15
3,61
2,55
2,28
1,81
1,62
1,40
1,14
20
7,42
5,24
4,69
3,71
3,32
2,87
25
12,9 5
9,16
8,19
6,48
5,79
32
24,0 0
17,0 0
15,2 0
12,0 0
40
42,0 0
29,7 0
26,5 0
50
73,3 0
51,8 0
60
116, 00
70 80
Výpočet domovního plynovodu Stanovení skutečné ztráty úseku
∆p = L . ∆p/m
[Pa]
L – délka úseku + přirážky na místní odpory ∆p/m – měrná ztráta třením [Pa/m]
16
Výpočet domovního plynovodu Posouzení tlakové ztráty
∑∆p
pro vodorovné úseky < zvolený tlak (100 Pa)
∑∆p
pro svislé úseky < vztlak
vztlak : ∆p = 11,827 h (1 – s) hutnost plynu - s = 0,59 pro ZP – ∆p pro ZP = 5 Pa/m převýšení h
∆p pro ZP = 5 Pa/m
Příklad výpočtu potřebného objemu místnosti
objem 20 m3 Q = i.L.∆p n=?
Kuchyň okno o délce spár 8 m
0 , 67
s
(požadovaná výměna n=1 pro sporáky)
Okna se součinitelem spárové průvzdušnosti:
i = 2,1.10-4 m2.s-1.Pa-0,67 n=
3600.i.L.4 3600.2,1.10 −4.8.4 = = 1,2h −1 V 20
vyhovuje
i = 0,1.10-4 m2.s-1.Pa-0,67 n=
3600.i.L.4 3600.0,1.10−4.8.4 = = 0,06 h −1 V 20
nevyhovuje
17
Příklad výpočtu potřebného množství vzduchu 3 objem 25 m okno o délce spár 12 m spotřebič typu B Q = 15kW Požadovaný přívod vzduchu
Q p = Qspotřpotře .1,6 = 15.1,6 = 24 m 3 .h −1
Okna se součinitelem spárové průvzdušnosti:
i = 2,1.10-4 m2.s-1.Pa-0,67 Qs = i.L.∆p 0,67 = 1,8.10 − 4.12.4 = 0,00864 m 3 .s −1 = 31,1 m 3 .h −1
vyhovuje
i = 0,1.10-4 m2.s-1.Pa-0,67 Qs = i.L.∆p 0,67 = 0,1.10− 4.12.4 = 0,00048 m 3.s −1 = 1,7 m3.h −1
nevyhovuje
Výpočet domovního plynovodu příklad :
BYTOVÝ DŮM 8 bytových jednotek vybavení bytu : plynový kotel 20kW a sporák 8kW vedení plynu : komunikacemi s plynoměry na chodbě uzávěr plyn : HUP na fasádě spolu s regulátorem plynový kotel 20kW spotřeba plynu: 2,7m3/h plynový sporák 8kW spotřeba plynu: 1,1m3/h
18
Výpočet plynovodu 1. schema izometrie
Výpočet plynovodu 2. označení úseků – trasa pro výpočet
19
Výpočet plynovodu 3. výpočet redukované potřeby
Qr = Q1k1 + Q3k3 [m3/h] Qr = 1,1.1 + 2,75.1 = 3,85 [m3/h]
Výpočet plynovodu 4. předběžný návrh DN
DN [m m]
Tlaková ztáta ? p v Pa na 1 m potrubí 20
10
10
1,31
12 15
1
0,66 7
0,5
0,4
2,34
1,66
1,34
1,17
1,05
4,10
2,90
2,37
2,05
1,83
9,30
7,59
5,37
4,38
3,80
3,40
16,2
13,3
8
5
4
3
2
0,93
0,83
0,66
0,57
2,07
1,46
1,31
1,03
0,92
0,80
3,61
2,55
2,28
1,81
1,62
1,40
1,14
20
7,42
5,24
4,69
3,71
3,32
2,87
25
12,9 5
9,16
8,19
6,48
5,79
5,02
32
24,0 0
17,0 0
15,2 0
12,0 0
10,7 0
42,0
29,7
26,5
21,0
18,8
20
Výpočet plynovodu 5. stanovení ekvivalentní délky
l = 3m l´= 2.0,5 + 0,7 = 1,9m L = 3 + 1,9 = 4,9m
Výpočet plynovodu 6. hydraulické posouzení
21
