AKADEMIA ROLNICZA IM. A.CIESZKOWSKIEGO W POZNANIU KATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO

1. AKADEMIA ROLNICZA IM. A.CIESZKOWSKIEGO W POZNANIU KATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO INSTALACJE SANITARNE Przygotowanie ciepłej wody użytkowej - Teoria i obliczenia - mgr inż. Jakub Mazurkiewicz www.au.poznan.pl/kbw/ 3 grudnia 2006

2. Spis zagadnień • Definicja ciepłej wody użytkowej (CWU). • Energia do przygotowania ciepłej wody użytkowej. • Rodzaje urządzeń do podgrzewu wody. • Definicje ciepła. • Obliczenie zapotrzebowania energii i mocy do przygotowania CWU. • Arkusz usprawniający w/w obliczenia. • Skale doborowe: „gwiazdkowa” i „uśmiechu”. 3 grudnia 2006

3. Definicja CWU • wg rozp. MI z 12 kwietnia 2002 w sprawie war. tech., jakim powinny odp. budynki, CWU to woda o temp. 55 – 60’C z możliwością przegrzewu powyżej 70’C. 3 grudnia 2006

4. Rodzaje źródeł energii do przygotowania CWU. 3 grudnia 2006

5. 3 grudnia 2006

6. Ciepło • Ciepło to jedna z postaci energii zawartej w materiale. • jest to ilość energii wewnętrznej, która przechodzi między układem, a otoczeniem, • ilość tej energii wyrażona jest w kaloriach (cal) lub w dżulach (J) • 1 cal = 4,186 J • 1 MJ = 1000 kJ = 1 000 000 J • 1 kWh = 3,6 MJ • 1 KM = 0,74 kW • Ciepłem właściwym nazywamy ilość ciepła pobraną lub oddaną przez 1 gram substancji podczas zmiany temperatury o jeden stopień • Jednostką ciepła właściwego jest cal/g* st.C 3 grudnia 2006

7. Ciepło spalania a wartość opałowa • Ciepło spalania • to ilość energii (ciepła), która ulega wyzwoleniu podczas spalenia danej substancji. Jeżeli produktem spalania jest para wodna, to ciepło spalania powiększa się również o ciepło kondensacji pary wodnej. Zakładając, że spali się całe paliwo (spalanie całkowite) i że spalanie jest zupełne (tzn. w spalinach nie ma palnych substancji). • Wartość opałowa • to ta samą ilością energii (ciepła), jednak w tym przypadku skraplania pary wodnej nie uwzględniamy. Pozostałe warunki są bez zmian. 3 grudnia 2006

8. Ciepło spalania a wartość opałowa • Ponieważ są to wielkości podobne pod względem definicji, ale dość różne liczbowo, ważne jest zwracanie uwagi przy wszelkich tabelkach czy zestawieniach na to, która wielkość jest podawana. • Jeżeli przy obliczeniach nie wiadomo, z której należy skorzystać, to można przyjąć, że jeżeli spaliny po opuszczeniu urządzenia będą mieć poniżej 100°C, wtedy można zakładać, że w urządzeniu para wodna ze spalin się skropli (tj. w kotłach kondensacyjnych) i obowiązującą wielkością będzie ciepło spalania. Jeżeli ta temperatura jest wyższa (np. w silnikach spalinowych), należy skorzystać z wartości opałowej. 3 grudnia 2006

9. Ciepło spalania a wartość opałowa • Wartość opałowa < ciepła spalania o ilość ciepła potrzebną do odparowania wody zawartej w produktach spalania w postaci pary wodnej. • Sprawności urządzeń i procesów najczęściej odnoszone są do wartości opałowej paliwa. Stąd w przypadku urządzeń wykorzystujących ciepło kondensacji pary wodnej ze spalin, można spotkać się ze sprawnością przekraczającą 100%, co jest efektem przyjętej niegdyś konwencji. 3 grudnia 2006

10. Wartość opałowa • jest to efekt cieplny spalania bez uwzględnienia ciepła skraplania spalin (zakłada się że para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu): Wop = Qsp - r *(K+w) Qsp - ciepło spalania r - ciepło parowania wody w temp. 0 st.C K - ilość wody powstającej w czasie spalania w - zawartość wilgoci w paliwie w-zawartość wilgoci w paliwie - wyrażone w ułamku dziesiętnym (%/100) 3 grudnia 2006

11. Obliczenie zapotrzebowania na CWU wg normy PN-92/B-01706 • qdśr = U * qc • qhśr = qdśr / ĩ • qhmax = qhśr * Nh Uwaga: obliczone zgodnie z normą PN-92/B-01706 wskaźniki zużycia CWU oraz nierównomierności jej poboru dają zawyżone wyniki zapotrzebowania na moc cieplną. 3 grudnia 2006

12. Obliczenie zapotrzebowania na CWU wg normy PN-92/B-01706, przykład 3 grudnia 2006

13. Energia potrzebna do podgrzania wody • Temp. na wypływie z wylewki ok. 45°C. • Przyjmujemy, że zimna woda wodociągowa ma temp. 10°C, a więc musimy podgrzać wodę wodociągową o min. 35°C. • Ilość energii potrzebna do podgrzania 1 m3 wody wyniesie wg wzoru: • Ecw – energia potrzebna do przygotowania CWU [kJ/d] • Ccw – ciepło właściwe wody [kJ/kg*C] • q – gęstość wody [kg/m3] • Qcw – ilość wody do podgrzania [m3/d] • tc – temp. wody na wyjściu z „podgrzewacza” [C] • tz – temp. wody na wejściu do „podgrzewacza” [C] • Z powyższego wzoru wynika, że na podgrzanie wody do kąpieli np. w 100 litrowej wannie potrzebować będziemy:? 3 grudnia 2006

14. Energia potrzebna do podgrzania wody, przykład 3 grudnia 2006

15. Dobranie zasobnika, do w/w przykładu (współpracującego z kotłem do 25 kW) • Należy zamontować zasobnik pojemnościowy model SO160-1 firmy Junkers, pojemność zasobnika- 153 l, o wydajności ciepłej wody w czasie 62 min. o temp. ok. 60 st.C, temp zasilania 85 st.C co daje 237 l/godz. Przy mocy grzewczej 11,0 kW. • Czy należy uznać ten dobór za właściwy? • Jaki kocioł można by zaproponować, by spełnić wymagania komfortu CWU? • Porównaj swój wybór ze skalą „gwiazdkową” i ze skalą „uśmiechu” 3 grudnia 2006

16. Arkusz usprawniający obliczenia 3 grudnia 2006

17. Objaśnienia do arkusza 3 grudnia 2006

18. 3 grudnia 2006

19. 3 grudnia 2006

20. 3 grudnia 2006

21. „Skala gwiazdkowa” (rys. poniżej) 3 grudnia 2006

22. „Skala uśmiechu” (rys. 5) 3 grudnia 2006

23. DZIĘKUJĘ ZAPRASZAM DO OWOCNEJ PRACY... W opracowaniu oparto się na materiałach pochodzących z Biblioteki Fundacji Poszanowania Energii z Warszawy Rynek Instalacyjny nr 6/2006; Polski Instalator 9/2006, 7-8/2006, 7-8/2005 oraz materiały firm: Hoval, Junkers, Vaillant, Viessmann 3 grudnia 2006