Ciepłownictwo Obliczenia. Projektowanie. Energooszczędność

Przedmowa 11

Część I. Podstawy obliczeń i projektowania sieci cieplnych 15

1. Podstawowe pojęcia i definicje 17
1.1. Czynniki grzejne stosowane w systemach ciepłowniczych 18
1.2. Klasyfikacja układów ciepłowniczych i sieci cieplnych 19

2. Układy ciepłownicze 22
2.1. Podłączenie instalacji centralnego ogrzewania i wentylacji 22
2.1.1. Podłączenie instalacji centralnego ogrzewania do sieci wodnych 22
2.1.2. Podłączenie centralnego ogrzewania do sieci parowych 24
2.1.3. Podłączenie instalacji wentylacji i klimatyzacji 26
2.2. Sieci wodne z bezpośrednim poborem ciepłej wody 27
2.2.1. Sieci jednoprzewodowe 27
2.2.2. Sieci dwuprzewodowe 29
2.2.3. Sieci wieloprzewodowe 30
2.3. Sieci wodne z podgrzewaniem ciepłej wody 32
2.4. Porównawcza analiza układów wodnych sieci cieplnych 34
2.5. Sieci parowe 35

3. Obciążenie cieplne układów ciepłowniczych 37
3.1. Podstawy teoretyczne 38
3.1.1. Bilans cieplny budynku 38
3.1.2. Przewodzenie ciepła 40
3.1.3. Przejmowanie ciepła 42
3.1.4. Promieniowanie cieplne 45
3.1.5. Przenikanie ciepła 48
3.2. Sporządzanie bilansu cieplnego 50
3.2.1. Określenie zapotrzebowania na ciepło dla poszczególnych pomieszczeń i budynków 51
3.2.2. Wyznaczanie bilansu cieplnego na podstawie jednostkowych charakterystyk budynków 55
3.2.3. Ekonomiczne zasady wyznaczania bilansu cieplnego na etapie założeń techniczno‑ekonomicznych 61
3.3. Zależność zapotrzebowania na ciepło od temperatury powietrza zewnętrznego 65
3.3.1. Centralne ogrzewanie 65
3.3.2. Wentylacja 66
3.3.3. Centralna ciepła woda 67
3.4. Roczne zapotrzebowanie na ciepło 68
3.5. Wykresy roczne zapotrzebowania na ciepło 71

4. Regulacja obciążenia cieplnego 76
4.1. Regulacja centralnego ogrzewania 77
4.1.1. Regulacja ciągła 78
4.1.2. Sterowanie czasem pracy instalacji 81
4.2. Regulacja obciążenia cieplnego wentylacji i klimatyzacji 83
4.2.1. Regulacja czynnikiem grzejnym 83
4.2.2. Regulacja ilością powietrza 84
4.3. Regulacja obciążenia cieplnego ciepłej wody 86
4.3.1. Regulacja przy podłączeniu wymiennikowym 86
4.3.2. Regulacja przy bezpośrednim poborze ciepłej wody 88
4.4. Wspólna regulacja różnorodnego obciążenia cieplnego 89
4.4.1. Sposoby regulacji różnorodnego obciążenia 89
4.4.2. Zasady regulacji mieszanej 90
4.4.3. Regulacja wspólnego obciążenia cieplnego według obciążenia c.o. 92
4.4.4. Regulacja wspólnego obciążenia cieplnego według sumarycznego obciążenia c.o. i c.w. 98

5. Obliczenia hydrauliczne sieci cieplnych 105
5.1. Cele obliczeń hydraulicznych 105
5.2. Określanie obliczeniowych przepływów wody 105
5.3. Podstawy teoretyczne obliczeń hydraulicznych 106
5.4. Określanie średnic przewodów i strat ciśnienia 108
5.4.1. Metoda optymalnych prędkości 108
5.4.2. Metoda zadanych jednostkowych strat ciśnienia 108
5.5. Wykresy piezometryczne. Wymagania wobec ciśnień w przewodach sieci cieplnych 114
5.5.1. Podłączenie do istniejącej sieci 116
5.5.2. Projektowanie nowej sieci cieplnej 117
5.5.3. Wymagania dotyczące stanu ciśnień w przewodach sieci 118
5.5.4. Stan statyczny sieci cieplnej 120

6. Przewody sieci cieplnych 123
6.1. Rury 123
6.1.1. Wytrzymałość mechaniczna ścianek rur 123
6.1.2. Rodzaje rur i ich połączenia 127
6.2. Podpory przewodów 128
6.2.1. Określenie odległości między podporami ruchomymi 128
6.2.2. Obciążenie podpór ruchomych 131
6.2.3. Obciążenie podpór stałych (nieruchomych) 132

7. Kompensacja wydłużeń termicznych 137
7.1. Uwagi ogólne 137
7.2. Typy kompensatorów 139
7.2.1. Kompensatory osiowe 140
7.2.2. Kompensatory radialne 141
7.2.3. Kompensacyjne metody układania przewodów sieci 142
7.3. Obliczanie kompensacji wydłużeń przewodów sieci 143
7.3.1. Metoda centrum sprężystego 143
7.3.2. Uniwersalne wzory obliczeniowe 152

8. Izolacja przewodów sieci cieplnych 154
8.1. Wiadomości ogólne 154
8.1.1. Warstwa ciepłoizolacyjna 155
8.1.2. Warstwa hydroizolacyjna 155
8.1.3. Warstwa osłonowa 155
8.2. Rodzaje izolacji cieplnej 156
8.2.1. Izolacja z masy plastycznej 156
8.2.2. Izolacja z mat 156
8.2.3. Kształtki izolacyjne 157
8.2.4. Izolacja zasypowa lub wylewana 157
8.2.5. Krótka analiza rozwoju technologii izolacji 158
8.3. Technologia rur preizolowanych 159
8.3.1. Rozwój technologii rur preizolowanych 159
8.3.2. Nowoczesne technologie rur preizolowanych 160
8.3.3. Izolacja złączy w technologii rur preizolowanych 162
8.3.4. Problemy technologii rur przeizolowanych 163
8.4. Izolacja ceramiczna 164

Część II. Podstawy obliczeń i projektowania węzłów cieplnych 165

1. Wymiana ciepła i masy w wymiennikach ciepła 167
1.1. Podstawowe pojęcia 167
1.2. Bilans ciepła i masy w układach otwartych 168
1.2.1. Bezpośrednia wymiana ciepła 168
1.2.2. Pośrednia rekuperacyjna wymiana ciepła 170
1.2.3. Pośrednia regeneracyjna wymiana ciepła 171
1.3. Przekazywanie ciepła przez ściankę cylindryczną 172
1.3.1. Przewodzenie ciepła przez ściankę cylindryczną 172
1.3.2. Przejmowanie ciepła na powierzchni cylindrycznej 173
1.3.3. Przenikanie ciepła przez ściankę cylindryczną 174

2. Obliczenia wymienników ciepła 175
2.1. Rodzaje wymienników stosowanych w węzłach cieplnych 175
2.2. Wymiana ciepła w wymiennikach 179
2.2.1. Bilans cieplny wymiennika 179
2.2.2. Wymiana ciepła w wymiennikach przepływowych typu woda–woda 180
2.2.3. Wymiana ciepła w wymiennikach pojemnościowych typu woda–woda 182
2.2.4. Określenie właściwości fizycznych wody 183
2.3. Obliczenia cieplne i hydrauliczne wymienników 184
2.3.1. Rodzaje obliczeń wymienników ciepła 184
2.3.2. Przykładowe charakterystyki wymienników 186
2.3.3. Obliczenia komputerowe 186

3. Konstrukcja węzłów cieplnych 188
3.1. Klasyfikacja węzłów cieplnych 188
3.2. Węzły cieplne bezpośredniego podłączenia (BP) 190
3.2.1. Węzły BP bez transformacji parametrów 190
3.2.2. Węzły BP z transformacją parametrów 191
3.3. Wymiennikowe węzły cieplne 195
3.3.1. Węzły jednofunkcyjne 196
3.3.2. Węzły wielofunkcyjne 196
3.3.3. Połączone (mieszane) układy węzłów cieplnych 198
3.4. Układy z mieszkaniową instalacją c.o. i c.w. 199
3.4.1. Mieszkaniowy węzeł cieplny Logoterma firmy „Meibes” 201
3.4.2. Regulator PM 203
3.5. Węzły zasobnikowe 204
3.6. Kompletne systemy węzłów cieplnych 207

4. Dobór elementów węzłów cieplnych 209
4.1. Dobór urządzeń do ejekcji 209
4.2. Dobór pomp 210
4.2.1. Ogólne zasady doboru pomp 210
4.2.2. Dobór pomp mieszających w stacji zmieszania instalacji c.o. 211
4.3. Dobór wymienników ciepła 212

5. Nowoczesne rozwiązania węzłów cieplnych 214
5.1. Zasady prawidłowego projektowania węzłów cieplnych 214
5.1.1. Ogólna analiza wymogów zapewniających optymalne rozwiązania węzłów cieplnych 214
5.1.2. Przyczyny powodujące konieczność hydraulicznego oddzielenia obiegów centrali cieplnej i instalacji 216
5.2. Pionowe rozdzielacze hydrauliczne (PRH) 218
5.2.1. Zasady działania rozdzielaczy pionowych 218
5.2.2. Wymiarowanie rozdzielaczy pionowych 220
5.2.3. Rozpowszechnione konstrukcje PRH 222
5.3. „Wartownik” 225
5.4. Zasady doboru pomp i projektowania układu węzłów wyposażonych w rozdzielacze hydrauliczne 227
5.5. Rozdzielacze ZORT-System 228
5.5.1. ZORT-Centrala 228
5.5.2. ZORT-Multi 231
5.6. Zasada szeregowego połączenia obiegów 233
5.6.1. Schemat technologiczny układu szeregowego 235
5.6.2. Zasady działania układu 235
5.6.3. Zalety systemu 236

Część III. Oszczędzanie energii w ciepłownictwie 239

1. Ekonomiczne zasady obliczeń hydraulicznych przewodów sieci cieplnych 241
1.1. Podstawy metody najkorzystniejszych jednostkowych strat ciśnienia 242
1.1.1. Podstawy teoretyczne 242
1.1.2. Wzory obliczeniowe 243
1.2. Wskazana kolejność obliczeń hydraulicznych metodą najkorzystniejszych jednostkowych strat ciśnienia 245
1.2.1. Obliczenia wstępne 246
1.2.2. Określenie najkorzystniejszych jednostkowych strat ciśnienia 246
1.2.3. Określenie średnic przewodów i rzeczywistych liniowych strat ciśnienia 246
1.2.4. Wyznaczanie miejscowych strat ciśnienia 247
1.2.5. Określenie sumarycznych strat ciśnienia sieci cieplnej 249
1.2.6. Końcowy etap obliczeń 249

2. Ekonomiczne zasady obliczeń cieplnych przewodów sieci 256
2.1. Obliczenia cieplne rurociągu otoczonego powietrzem 256
2.2. Obliczenia pojedynczego rurociągu ułożonego bezpośrednio w gruncie 259
2.3. Obliczenia dwuprzewodowej podziemnej bezkanałowej sieci cieplnej 261
2.4. Obliczenia podziemnej kanałowej sieci cieplnej 264
2.5. Spadek temperatury i skroplenie kondensatu podczas transportowania nośnika ciepła 265
2.6. Wyznaczanie najkorzystniejszej grubości izolacji cieplnej 266

3. Oszczędzanie energii za pomocą sterowania czasem pracy instalacji centralnego ogrzewania 273
3.1. Ogólne wiadomości o programowej regulacji instalacji centralnego ogrzewania 273
3.2. Określenie jednostkowych strat ciepła budynku 275
3.3. Określenie stałej czasowej współczynnika akumulacyjności cieplnej budynku 276
3.4. Obliczenie sterowania czasem pracy instalacji c.o. 277
3.5. Określenie ilości zaoszczędzonej energii 279
3.6. Szczegóły programowego sterowania czasem pracy instalacji c.o. w budynkach o podwyższonej izolacyjności 280

4. Analiza opłacalności stosowania różnych rodzajów energii pierwotnej w budownictwie mieszkalnym i użyteczności publicznej 285
4.1. Uwagi ogólne 285
4.2. Sporządzenie bilansu opłacalności zużycia gazu do podgrzewania ciepłej wody 286
4.2.1. Dobowe zapotrzebowanie na c.w. 286
4.2.2. Roczne zapotrzebowanie na c.w. 288
4.2.3. Roczne zapotrzebowanie energii na podgrzewanie c.w. 288
4.2.4. Roczne dodatkowe zużycie gazu na podgrzewanie c.w. 290
4.2.5. Opłaty dodatkowe za gaz 291
4.2.6. Koszty podgrzewania c.w. za pomocą energii elektrycznej 294
4.2.7. Roczny zysk przy stosowaniu gazu 295
4.2.8. Różnica kosztów inwestycyjnych 295
4.3. Rachunek ekonomiczny przy wyborze źródła ciepła 295
4.3.1. Prosty okres zwrotu nakładów SPBT 296
4.3.2. Zaktualizowana wartość netto NPV 296
4.3.3. Wewnętrzna stopa zwrotu IRR 297

Literatura 319
Załączniki 324
Skorowidz 349