Tag Archives: ciśnienie czynne

Obliczenia wstępne

Obliczeniowy strumień wody dopływającej do poszczególnych grzejników, określa wzór:

gdzie:
G – obliczeniowy strumień wody w kg/s
Qogrz– obliczeniowa moc cieplna grzejnika nie uwzględniająca zysków ciepła [W],
cw – ciepło właściwe wody 4186 [J/(kg×K)],
tz – obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację [°C],
tp – obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji [°C].

 Powyższe równanie stosuje się również dla działek wspólnych (dostarczających wodę do większej ilości grzejników). Jako moc cieplną podstawia się wtedy sumę mocy wszystkich zaopatrywanych grzejników (tzw. obciążenie cieplne działki).

Podstawowe właściwości wody w funkcji temperatury

Ciśnienie czynne – ciśnienie wywołujące krążenie czynnika w instalacji. Na wartość tego ciśnienia ma wpływ ciśnienie wytworzone przez pompę obiegową i tzw. ciśnienie grawitacyjne związane z różnicą gęstości wody zasilającej i powrotnej.

Obliczeniowe ciśnienie wytwarzane przez pompę:

gdzie:
0,9 – współczynnik korygujący uwzględniający zużycie pompy
Hp – wysokość podnoszenia pompy
ρ- gęstość wody przepływającej przez pompę

 Wartość ciśnienia czynnego pochodząca od grawitacji można wyznaczyć ze wzoru:

gdzie:
h – różnica wysokości pomiędzy środkiem grzejnika w rozpatrywanym obiegu i środkiem źródła ciepła, [m],
ρ_p – gęstość wody o temperaturze powrotu [kg/ m³],
ρ_z– gęstość wody o temperaturze zasilania [kg/ m³],
g – przyspieszenie ziemskie, g = 9,81 [m/s²],

Z uwagi na to, że ciśnienie grawitacyjne jest zmienne w ciągu sezonu grzewczego zaleca się przyjmowanie do obliczeń 70-75% wartości maksymalnej ciśnienia grawitacyjnego. Stąd wzór na ciśnienie czynne przyjmie postać:

Straty liniowe i miejscowe

Jednostkowy liniowy spadek ciśnienia oblicza się z zależności:

gdzie:
λ – współczynnik tarcia zależny od chropowatości rury
d_w – średnica wewnętrzna przewodu [m]
W- prędkość przepływu [m/s]
ρ_śr – gęstość średnia wody [kg/m³]

Prędkość czynnika grzewczego w działce oblicza się ze wzoru:

Zasady doboru średnic przewodów

W ogrzewaniach wodnych tak należy dobrać średnice przewodów oraz nastawy wstępne armatury regulacyjnej, aby w każdym z obiegów suma strat ciśnienia przy obliczeniowych strumieniach czynnika grzejnego była równa działającemu w obiegu ciśnieniu czynnemu.
Dla każdego obiegu powinien być spełniony warunek w którym:

gdzie:
Δp_cz – panujące w obiegu ciśnienie czynne [Pa],
Δp_str – straty ciśnienia w obiegu wywołane oporami tarcia oraz oporami miejscowymi [Pa].

Projektowanie przewodów instalacji centralnego ogrzewania polega na dobraniu średnic przewodów i elementów regulacyjnych w sposób zapewniający:

• odpowiedni rozdział czynnika grzejnego do poszczególnych grzejników,
•  stateczność cieplną i hydrauliczną instalacji,
• optymalne koszty materiałowe i eksploatacyjne.

Dobierając średnice należy mieć na uwadze spełnienia następujących warunków:

• wartości oporu hydraulicznego i ciśnienia czynnego powinny być do siebie zbliżone, błąd nie powinien przekraczać 10%:

• opór działki z grzejnikiem powinien być większy lub równy minimalnemu oporowi działki z grzejnikiem

• opór zaworu termostatycznego powinien zapewnić spełnienie kryterium dławienia (autorytet zewnętrzny zaworu termostatycznego powinien wynosić przynajmniej 30%)

Autorytet zewnętrzny zaworu – stosunek straty ciśnienia na zaworze do całkowitego oporu hydraulicznego w obiegu lub tej jego części, w której różnica ciśnienia jest stabilizowana.

Zastosowanie przy grzejniku zaworu termostatycznego z nastawą wstępną pozwala na połączenie dwóch funkcji: kryzy dławiącej i regulacji. Funkcja kryzy służy do wstępnej regulacji obiegów na etapie projektowania. Kryterium dławienia (autorytet zaworu) określa zależność:

gdzie:
a – autorytet zaworu,
Δpz – strata ciśnienia na zaworze termostatycznym całkowicie otwartym (położenie obliczeniowe), [Pa],
Δpr – strata ciśnienia w obiegu pomniejszona o wartość panującego w obiegu ciśnienia czynnego grawitacyjnego, [Pa].

 Dobór średnic należy rozpocząć od najbardziej niekorzystnego obiegu. Najbardziej niekorzystnym obiegiem jest ten, w którym występuje najwyższa strata ciśnienia. (W praktyce jest to obieg najbardziej odległy od źródła ciepła). Do wstępnego doboru średnic określamy orientacyjną jednostkową stratę ciśnienia, która dla najniekorzystniejszego (pierwszego) obiegu wynosi (dla zaworów ręcznych)

dla zaworów termostatycznych:

Mnożnik 0,5 ÷ 0,67 w powyższych wzorach uwzględnia zakładany udział liniowych strat ciśnienia w stosunku do całkowitych strat ciśnienia. W przypadku zaworów ręcznych wzór przewiduje konieczność zapewnienia minimalnego oporu działki z grzejnikiem. Natomiast dla zaworów termostatycznych, współczynnik 0,7 powoduje „zarezerwowanie” 30% ciśnienia czynnego dla zaworu termostatycznego w celu zapewnienia odpowiedniego autorytetu.

Dla kolejnych obiegów:

− w przypadku zaworów ręcznych:

− w przypadku zaworów termostatycznych

gdzie:
Δp_cz – ciśnienie czynne w obiegu, [Pa],
Δp_zc – opór źródła ciepła np. opór wymiennika ciepła po stronie instalacyjnej, [Pa],
Δp_{g min} – minimalny opór działki z grzejnikiem, [Pa],
∑L – suma długości działek w najbardziej niekorzystnym obiegu, m,
∑Ln – suma długości nowych działek w obiegu, m,
∑(RL+Z) – suma oporów hydraulicznych działek wspólnych, Pa.

Przewody blisko źródła ciepła dobieramy dla (straty liniowej) R nieco większej od R_or (orientacyjna strata liniowa), a przewody blisko grzejników dla R mniejszego od R_or. Znaczy, to, że przewody przy źródle ciepła należy nieco przewymiarować, natomiast przewody przy grzejnikach powinny mieć minimalne średnice. Po wstępnym dobraniu średnic należy sprawdzić, czy spełnione zostały wcześniej podane warunki. Jeśli nie, to należy zmienić średnice przewodów, a w przypadku wyczerpania wszystkich możliwości zastosować elementy dławiące.

Praktyczny sposób wymiarowania instalacji centralnego ogrzewania opiera się na spełnieniu kryterium maksymalnej dopuszczalnej prędkości przepływu dla przewodów w zależności od materiału z jakiego są wykonane.

Maksymalne dopuszczalne prędkości przepływu dla przewodów różnych średnic ze stali dla ogrzewań wodnych

W instalacjach c.o. nigdy nie należy przekraczać prędkości 1 m/s ze względu na szumy. Prędkość przepływu wody w przewodach miedzianych małych średnic tzn. do 22 mm nie powinna przekroczyć 0,3 m/s, natomiast w większych od 28 mm nie powinna przekroczyć 0,5 m/s. W oparciu o te prędkości można ustalić dopuszczalne przepływy czynnika dla przewodów miedzianych różnych średnic.

Gałązki o średnicy 10 mm mają przepuszczalność 60 kg/h, co oznacza, że przy różnicy temperatury wody 15 K nadają się do grzejników o mocy do 1050 W, a przy różnicy temperatury wody 20 K do grzejników o mocy do 1400W. Dla przewodów z rur wielowarstwowych (PE–Al–PE) kryteria doboru prędkości przepływu są następujące:

• w poziomych przewodach rozdzielczych prędkość do 1,0 m/s, zalecana prędkość od 0,5 do 0,6 m/s,
• w pionach zalecana prędkość 0,2 do 0,4 m/s,
• w gałązkach grzejnikowych ogrzewań dwururowych do 0,3 m/s.

Praktyczny sposób wymiarowania przewodów pompowej instalacji c.o.

1) Dla wszystkich działek obliczyć stratę ciśnienia wywołaną oporami tarcia oraz oporami miejscowymi z zachowaniem warunku nie przekraczania maksymalnej prędkości przepływu czynnika dla przewodu o określonej średnicy:

gdzie:
v – prędkość przepływu czynnika w działce, [m/s],
v_max dop – maksymalna dopuszczalna prędkość przepływu dla przewodów danej średnicy, [m/s].

2) Dla wszystkich obiegów obliczyć straty ciśnienia, zgodnie z zależnością:

w którym:
R×L – liniowe straty ciśnienia dla działki obiegu, [Pa],
Z – miejscowe straty ciśnienia dla działki obiegu, [Pa].

3) Obliczyć wartości ciśnienia czynnego grawitacyjnego w obiegach:

4) Ustalić który z obiegów jest najniekorzystniejszy, tzn. dla którego poniższe wyrażenie ma maksymalną wartość:

(W niskich budynkach udział ciśnienia czynnego grawitacyjnego jest mały i może być pominięty).

5) Dla najniekorzystniejszego obiegu dobrać zawór termostatyczny wykorzystując kryterium dławienia i określić stratę ciśnienia na zaworze Δpz przy obliczeniowym przepływie przez grzejnik.

6) Określić ciśnienie dyspozycyjne wytworzone przez pompę:

Δpz – strata ciśnienia na zaworze termostatycznym całkowicie otwartym, [Pa].

7) Obliczyć straty na zaworach termostatycznych dla pozostałych obiegów (poza najniekorzystniejszym):

8) Dla wszystkich zaworów termostatycznych (na podstawie ich charakterystyk hydraulicznych) określić, w oparciu o wcześniej ustalone wartości: stratę ciśnienia na zaworze termostatycznym całkowicie otwartym (Δpz) i strumienia masy czynnika (m), nastawy wstępne zaworów.

Formularz do obliczeń hydraulicznych