Zgodnie z obowiązującym Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, każdy przewód instalacji ciepłej wody o objętości wewnątrz przewodu powyżej 3dm3 musi posiadać przewód cyrkulacyjny, zapewniający stałą wymianę wody w instalacji ciepłej wody przy braku jej poboru.
Wynika stąd konieczność projektowania instalacji cyrkulacyjnych w budynkach.
Instalacja cyrkulacyjna zapewnia stały obieg wody w instalacji wody ciepłej i działa w przypadku braku rozbioru wody ciepłej w budynku. Poprawne jej zaprojektowanie i wykonanie pozwala na uzyskanie przez użytkowników instalacji wody o odpowiedniej temperaturze po upływie czasu nie dłuższego niż kilka sekund, niezależnie od odległości punktu poboru wody od źródła przygotowania ciepłej wody.
Zgodnie z przywołanym Rozporządzeniem, temperatura wody ciepłej w punktach poboru nie może być wyższa niż 60ºC i niższa niż 55 ºC . Stad dopuszczalny spadek temperatury w instalacji ciepłej wody od źródła ciepła do punktów czerpalnych wynosi 5ºC. Dodatkowo projektując instalacje ciepłej wody i cyrkulacyjna należy pamiętać, że zgodnie z norma PN-B- 02421:2000, na przewodach poziomych i pionowych instalacji ciepłej wody i instalacji cyrkulacyjnej, niezależnie od otoczenia, w jakim są usytuowane, należy stosować odpowiednią izolacją termiczną.
Zasady obliczania instalacji cyrkulacyjnej
Obecnie stosowana metoda termicznego równoważenia instalacji cyrkulacyjnej polega na wyznaczaniu strumienia wody cyrkulacyjnej na podstawie strat ciepła w przewodach rozprowadzających (inst. c.w.u.) oraz w pionowych przewodach cyrkulacyjnych. Przy określaniu strat ciepła uwzględnia się rodzaj i grubość izolacji termicznej przewodów, oraz występującą różnicę temperatur pomiędzy czynnikiem płynącym w przewodach a otoczeniem.
W obliczeniach na wstępie przyjmuje sie schłodzenie wody w instalacji. Tak przyjęta metoda zapewnia jednakowe temperatury w każdym pionie przy jednoczesnym zróżnicowaniu przepływu przez poszczególne piony.
Założenia i podstawowe wzory
- Temperatura wody opuszczającej urządzenie przygotowujące ciepłą wodę: tcwu =60ºC
- Minimalna temperatura wody w punkcie poboru: tmin = 55ºC
- Spadek temperatury c.w.u. w instalacji: Dtcwu = 5ºC
- Temperatury otoczenia przewodów wynoszą odpowiednio:
– dla nie ogrzewanych piwnic: to = 5 ºC
– dla przewodów prowadzonych po wierzchu ścian w pomieszczeniach mieszkalnych: to = 20 ºC
– dla przewodów prowadzonych w szachtach instalacyjnych: to = 25 ºC
– dla przewodów prowadzonych w bruzdach ściennych: to = 40 ºC
- Straty ciepła w poszczególnych odcinkach instalacji oblicza sie wg zależności:
gdzie:
Dz – średnica zewnętrzna przewodu [m]
K – współczynnik przenikania ciepła [W/m2K]
tp – temperatura na początku odcinka [ºC]
tk – temperatura na końcu odcinka [ºC]
to – temperatura otoczenia odcinka [ºC]
L – długość odcinka [m]
h – sprawność izolacji – przyjmuje sie: h = 0,7÷0,9
K – współczynnik przenikania ciepła wyznaczany wg wzorów w tabeli poniżej
Δt – różnica temperatur pomiędzy temperaturą wody a otoczenia
- Strumień wody cyrkulacyjnej dla całej instalacji:
∑Q – suma strat ciepła [kW]
ρ – gęstość wody [kg/m3] – 1000 kg/m3
cw – ciepło właściwe wody [kJ/kgK] – 4,19 kJ/kgK
Δtcwu – spadek temperatury c.w.u. w instalacji [K]
- Natężenie przepływu cyrkulacyjnego w poszczególnych pionach, wyznaczone metoda punktów węzłowych:
gdzie:
Vo– obliczeniowy strumień objętościowy wody w pionie cyrkulacyjnym; dm3/s
Vc – obliczeniowy całkowity strumień objętościowy wody wypływającej z podgrzewacza ciepłej wody do instalacji; dm3/s
Qo – obliczeniowa strata ciepła w pionie cyrkulacyjnym odgałęzienia; [W]
Qp – obliczeniowa strata ciepła w pozostałej części instalacji za węzłem; [W]
- Strumień wody cyrkulacyjnej w poziomym przewodzie cyrkulacji (strumień przechodzący):
Na podstawie obliczonych przepływów wody w poszczególnych działkach dokonuje sie doboru średnic przewodów cyrkulacyjnych, przy zachowaniu założenia wg PN – 92/B- 01706: prędkość przepływu wody w instalacji cyrkulacyjnej v = 0,2 ÷ 0,5 m/s (max 1,0 m/s).
- Stratę ciśnienia dla najniekorzystniejszego obiegu z uwzględnieniem straty na termostatycznym zaworze cyrkulacyjnym oblicza się z zależności:
gdzie:
Δpp– straty w obiegu ciepłej wody i cyrkulacji potrzebne do doboru pompy cyrkulacyjnej; Pa
Δpl– straty liniowe na odcinkach obliczeniowych; Pa
Δpm– straty miejscowe na odcinkach obliczeniowych; Pa
ΔpR– strata ciśnienia na urządzeniu regulacyjnym (np. termostatycznym zaworze regulacyjnym); Pa
Δpw– strata ciśnienia na urządzeniu przygotowującym ciepłą wodę użytkową; Pa
- Dla termostatycznego zaworu cyrkulacyjnego MTCV firmy Danfoss stratę na zaworze wyznacza sie z zależności:
wartość kv [m3/h] odczytywana jest z katalogu producenta w zależności od nastawy zaworu Vo – podstawić do wzoru w dm3/h
- Doboru pompy cyrkulacyjnej dokonuje sie dla obliczonych wartości przepływu i ciśnienia dyspozycyjnego umożliwiającego pokonanie strat ciśnienia w najniekorzystniej pod względem hydraulicznym usytuowanym obiegu, t.j.
Termostatyczne zawory regulacyjne do instalacji cyrkulacyjnych c.w.u. oferuje kilka firm, m.in.: Danfoss (MTCV), Frese (TemCon+, CirCon+), Oventrop (Aquastrom T), Honeywell (Alwa Kombi 4). Instalowane
są na pionach cyrkulacyjnych, dławią przepływ w zależności od temperatury przepływającej przez nie wody cyrkulacyjnej. Niektóre z nich mają funkcję umożliwiającą okresowe przegrzewanie wody w instalacji w
celu jej dezynfekcji.
Nastawę temperatury termostatycznego zaworu cyrkulacyjnego, dla której będzie zamykany przepływ określa się na podstawie obliczeń strat ciepła w przewodach, na których zawór będzie instalowany. Jeżeli w punkcie czerpalnym na najwyższej kondygnacji temperatura ciepłej wody ma być równa 55˚C, a strata ciepła w pionie cyrkulacyjnym spowoduje schłodzenie wody o 3˚C, to nastawa na zaworze u podstawy pionu powinna być równa 52˚C.
W kolejnym artykule przedstawiono przykład obliczeniowy w instlacji cyrkulacyjnej -> Instalacja cyrkulacyjna CWU – przykład obliczeniowy
Źródło:
1) www.instsani.pl