Fűtési rendszerek elemei Előadás vázlata A melegvizes fűtési rendszerek legfontosabb elemi, szerkezeti felépítésük, jellemzőik. 1.Hőcserélők 2. Hőleadók radiátorok fűtőelemek 3. Tágulási tartály 4. Légtelenítő szelep 5. Szerelvények, szelepek 6. Szabályozók 7. Szivattyú
HŐCSERÉLŐK A hőcserélő olyan berendezés, amelyben egy áramló közeg hőt ad át egy másik áramló közegnek. A hőátvitel rendszerint hővezetésből és konvekcióból álló összetett folyamat. A hőcserélő teljesítménye szempontjából meghatározó szerepe a konvekciónak van, amely az esetek többségében turbulens konvekció.
Hőcserélők csoportosítása
Hőátvitel differenciális felületre: dq= k da t t 1 2 A = Q=k A t köz A = Q kda t t 1 2 0 Hőcserélők hőmérlege: Q= m 1 Q= m 2 c 1 c 2 t 1e t 2v t 1v t 2e ahol W 1 = m 1 c 1 W 2 = m 2 c 2
Építőelemes hőcserélő
SKRX-hőcserélő
SKRX - hőcserélő
FÉG-Spirec
Lemezes hőcserélő
Lemezes hőcserélő
Hőleadók
Hőleadók Csoportosítása történhet a hőleadás módja szerint: -konvekciós (radiátorok, konvektorok, fancoilok) -sugárzásos A konvekciós hőleadók anyaguk szerint lehetnek: -öntöttvas -acéllemez -alumínium -beton -kerámia Konvekciós hőleadók kialakításuk szerint: -csőfűtőtest -csőregiszter -konvektorok -tagos -lapradiátor
Hőleadók csoportosítása hőleadás módja szerint: -sugárzó hőleadók (felület fűtések, fal, mennyezet, padló..) -konvekciós hőleadók (fűtőtestek) Fűtőtestek csoportosítása: -fűtőtest anyaga szerint -fűtőtest kialakítása szerint Fűtőtest anyaga szerint: -acél, -öntöttvas -alumínium, -műanyag -beton, kerámia Fűtőtestek kialakítása szerint: -cső fűtőtestek -bordás fűtőtestek, -lapfűtőtestek (lap, sík, konvektoros, sugárzó lemezek -tagos radiátorok -konvektorok, -szegélyfűtőtestek
Különböző hőleadók legfontosabb tulajdonságai Acélcső radiátor: -gyűjtőbe és osztóba behegesztett csővezetékek, különböző magasságúak és mélységűek -megengedett max nyomás 10-12 bar Bordáscső fűtőtestek: - acélból készül, szalagbordás csövekre a bordát a csőre csavarvonalban tekercselik hullámmal vagy hullám nélkül -szeletes bordáscsövek esetében a bordákat szeletenként erősítik fel (öntöttvas bordáscsövek Lapradiátorok: -2-4 mm vtg sima, vagy profilozott acélból készül, lapvastagság 25 mm. -konvektorlemezzel fűtőfelületük növelhető, -egy két illetve háromsoros kivitelben készülnek Tagos radiátorok: -egyes tagok kötése 1 ¼ -os jobb és bal menetű közcsavarral történik -melegvíznél tömítés Manila-papír. -öntöttvas, acéllemez, alumínium Konvektorok: -Acélból vagy rézből készült bordáscsövekből állnak, fémházban, vagy falfülkében előlappal. Rézcsöveket legtöbbször felpréselt alumínium lamellákkal látják el. -Hőleadás alapvetően konvekcióval történik, víz és légoldali szabályozás -kis méret, kis súly, kis felfűtési idő, gyors szabályozhatáság -nehezen tisztántartható
Különböző hőleadók legfontosabb tulajdonságai Ventilátoros konvektor (fan coil): -kényszerített levegő áramlás, padlószint felett és alatt elhelyezve -nagy fűtőteljesítmény, gyors felfűtés, levegő tisztítás megoldható beépített szűrővel -külső levegő csatlakozás is lehetséges -magasabb költség, ventilátor zaj Szegélyfűtőtestek: -hosszan elnyúló keskeny és alacsony fűtőtestek, külső falaknál hőföggönyt hoznak Létre, acéllemezházba helyezett kerek, négyzetes, vagy téglalap alakú bordáscsövek, Készülnek öntöttvasból, vagy aluminium-szilícium ötvözetből -kis helyigény, esztétikus, jó hőeloszlás, könnyű szerelés, csekély hőtehetetlenség -nehéz tisztíthatóság, összehangolt bútorozást kíván
Beépített szelepes radiátor Lapradiátorok
Szegélyfűtőtestek
Radiátor teljesítményét befolyásoló tényezők -fűtőközeg tömegárama -előremenő, visszatérő fűtővíz hőmérséklet, -helyiség hőmérséklete -csatlakozási mód, -tagszám -elhelyezés módja Fűtőtestek névleges teljesítménye
) ( ) ( a i v e K t t q t t m c A k Q = = = ϑ = m K m k k & ϑ A fűtőtest és a helyiség hőmérlege stacioner áll.-ban: A fűtőtestekben és a fűtőtest és környezete között lejátszódó hőátviteli jelenség: konvekció, hővezetés, hősugárzás, N a i a i N v N e v e N N m N K K N t t t t t t t t m m m m Q Q,,, 1, = = = = + & & & & & & ϑ ϑ ϕ + = 1 1 0,5 1 1,,,, M t t t t N i N e N v N e ϕ m N m M & & = = N N K K N m k k &, ϑ,
i v e K t t t + = 2 ϑ 5 0, i e i v t t t t i e v e K t t t t t t = ln ϑ 5 < 0, i e i v t t t t Közepes hőfokkülönbség (közeg közepes túlhőmérséklete): Logaritmikus hőfokkülönbség: v t i t ln i e
m a radiátor típustól függő kitevő, értékét méréssel határozzák meg Tagos radiátoroknál 0,3-0,33 Csőfűtőtesteknél 0,25 Bordáscsövek 0,2-0,25 Lapfűtőtesteknél 0,16-0,33 Konvektoroknál 0,25-0,45 Padlófűtésnél 0,1 n= 1+m
Hőleadó elhelyezése
Beépítési tényezők Teljesítmény csökkenés: 1%, 4%, 8%,10%,15 %
Csatlakozási mód hatása a radiátor teljesítményére, a közeg tömegáramának függvényében
Törölközőszárító teljesítményváltozása
Radiátor szabványos jelleggörbéje (n=1,3)
t köz = (90+70)/2-20 = 60
Radiátor relatív teljesítmény és a relatív fűtőközeg tömegáram közötti függvénykapcsolat n=1 1,2 1 2 3 Q/QN 0,8 0,6 0,4 1 4 1. 90/70/20 C 2. 90/80/20 C 3. 100/80/20 C 4. 80/60/20 C 5. 60/40/20 C 5 0,2 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 m/m N
Sugárzó fűtések hőleadói (sugárzó ernyők, mennyezet,- fal,- padló,- fűtőfelületek) Sugárzó fűtés előnye: -helyiségek hővesztesége kisebb, mint konvekciós fűtések esetében -a hőleadó a hasznos térből nem foglal el helyet, és látvány szempontjából is kedvezőbb, mint a radiátoros rendszer -falon nincs porlerakódás -a sugárzó fűtőfelület hűtőfelületként is alkalmazható -hőszivattyú alkalmazásának lehetősége -alacsonyabb helyiség hőmérséklettel is kedvezőbb fiziológiailag, energiatakarékosabb -nagyobb az önszabályozó képessége -egyenletesebb a függőleges irányú hőmérséklet eloszlás Hátrány: -nagy fajlagos hőveszteségű helyiségben szükséges kiegészítő fűtés -kombinált fűtési rendszer beruházási költsége általában nagyobb -dilatáció biztosítására oda kell figyelni -nagyobb tehetetlenség, nem minden típusnál -kisebb lehetőség az utólagos változtatásra
Padlófűtés
Fal-mennyezete fűtőelemek
Épületszerkezet-temperálás
Előnyei: -hőtároló tömeg aktiválásával kisebb méretű hűtőgépre van szükség -energetikai szempontból kedvező alacsony előremenő hőmérséklet -alternatív energiák alkalmazása hűtésre, fűtésre. Alapelv: épületszerkezetek hőtároló tömegének hasznosítása, közel végtelen hőtároló képességgel rendelkező szerkezet jön létre
Födémszerkezet metszete Hűtőtelj: 36 W/m2 födém ti=26 oc Hűtőtelj:14 W/m2 padló tsz=20o C te= 17 oc kiegészítő klíma: n=2,5 1/h Fűtési telj: 8 W/m2 födém ti=21 oc tsz=21 oc Fűtési telj: 5 W/m2 padló te= 25 oc
Tágulási tartály
Nyitott tágulási tartály kialakítása
Változó nyomású zárt tágulási tartály Tömören záró keverőszelepek esetén két külön tágulási tartály beépítése szükséges. A tágulási vezetékbe avatatlan személyek ellen védett szerelvény beépíthető. Rugósterhelésű biztonsági szelep Túlnyomás ellen véd, ha a hőmérséklet Korlátozó nem működik Hibás bekötése
Állandó nyomású zárt tágulási tartály
Változó nyomású zárt tágulási tartály méretezése V n =(V e +V v )/(1-p elő /p lefuv ) Ve= V=V rendszer n V v víz tartalék l-ben a rendszer Térfogatának 0,5 %-a
A nyomott rendszer nyomásviszonyai Tartály a keringető szivattyú szívóoldalán + + + + + Tartály A tartály üzemi nyomása a rendszer üzemállapotától függ Tágulási tartály Kazán Egyszerűsített ábrázolás
A szívott rendszer nyomásviszonyai Tartály a keringető szivattyú nyomóoldalán + Tartály Kazán A tartály üzemi nyomása a rendszer üzemállapotától függ Tágulási tartály Egyszerűsített ábrázolás
Légtelenítők
Légedénnyel történő légtelenítés
Légedénnyel történő légtelenítés
Hibás légtelenítési megoldások
Kézi működtetésű légtelenítők
Centrifugális elven működő légleválasztók
Termosztatikus elven működő légtelenítők Folyadék-töltetű termosztatikus tágulótest (higrószkópikus duzzadó tárcsákkal) nyitja a lég-szelepet. Ha levegő és a fűtőközeg hőmérséklete megegyező, a szelep zárt állapotban van, ha köztük hőmérsékletkülönbség lép fel a tágulótest zsugorodik, nyitja a levegő útját. Melegvizes fűtési rendszerekben kevésbé hatékony, mert a nyomástól és a hőmérséklettől függő kiszáradási idő szükséges a működésbe lépésükhöz, főként gőzfűtéseknél alkalmazzák a nagyobb hőmérsékletkülönbségek miatt.
Abszorpciós légleválasztók (aktív gáztalanítók)
Abszorpciós légleválasztók (aktív gáztalanítók)
Szerelvények, szelepek, szabályozók
Hidraulikai beszabályozás célja, feladata: -minden kazán a névleges térfogatárammal üzemeljen (kedvező, ha a térfogatáramot állandó értéken tartjuk, így nő a hőtermelő élettartama, jobb lesz a hatásfoka), -minden felszállónál minden üzemállapotban a névleges, illetve a kívánt térfogatáram rendelkezésre álljon, -a kívánt fűtőközeg térfogatáramának biztosítása valamennyi hőleadónál minden időpillanatban, vagyis a teljes rendszer hidraulikai egyensúlyának biztosítása, -optimális hidraulikai körülmény biztosítása a szabályozó körök számára (szabályozó szelepeken a nyomáskülönbség csak kis mértékben változzon), -az egyes alrendszerek térfogatárama illeszkedjen egymáshoz.
A hidraulikai egyensúly hiányának következményei: -egyes helyiségek túlfűtése, mások alulfűtése, -berendezés részterhelésénél a helyiségek hőmérsékletének ingadozása, -a szükségesnél nagyobb mértékű energia-felhasználás (ha egy helyiség hőmérséklete 1 o C-al nagyobb, az energiafelhasználás 5-7 %-al nő, hűtés esetén ha a hőmérséklet 1 o C-al alacsonyabb 15 %-os becsült energiaköltség növekedést eredményez). -ha az egyutú szabályozó szelepekre ható nyomás nagyobb, mint a megengedett maximális zárási nyomás a szabályozó szelep működése bizonytalanná válik.
Szerelvények, fojtás beállítására alkalmas szerelvények: -Radiátor szelepek -Visszatérőbe építhető csavarzatok -Strangszabályzók Szerelvények típusai : DANFOSS, OVENTROP, TA (Tour Anderson), HERZ.
Strang elzáró- és szabályozószelep 83
Statikus beszabályozás eszközei Mérő és beszabályozó szerelvény, nyomáskülönbség mérőműszer
Nyomáskülönbség szabályozó 85
Nyomáskülönbség szabályozó beépítése 86
RA-N Danfoss termosztatikus szelepek
Termosztatikus szelep 88
Termosztatikus szelep 89
Termosztatikus szelep 2001-01.000 Standard, Eckform DN10 kv-wert bei 1.0K Regeldifferenz kv-wert bei 1.5K Regeldifferenz kv-wert bei 2.0K Regeldifferenz kv-wert bei 2.5K Regeldifferenz kv-wert bei 3.0K Regeldifferenz kvs-wert 0.25 m3/h 0.37 m3/h 0.49 m3/h 0.58 m3/h 0.66 m3/h 1.25 m3/h 90
Előbeállításos termosztatikus szelep 91
Kétcsöves alsó szeleptest axiál szeleppel Kétcsöves alsó szeleptest átmeneti szeleppel és ívvel 92
Kétcsöves alsó szeleptest jobbos térsarok szeleppel Kétcsöves alsó szeleptest balos térsarok szeleppel 93
Beépített szelepes radiátor szelepbetétje 94
Termosztátfejek 95
Heimeier P-Z rendszer A fejekbe épített fűtéssel a csökkentés időszakában kb. 5 Watt teljesítményű fűtést kapcsolnak be. Ez kb. 4 C h őmérsékletcsökkenést eredményez. 96
Termikus állítómű és motoros szelep 97
Túláramszelep 98
Szivattyú
Fűtési szivattyúk
Szivattyú, csővezeték jelleggörbe
Szivattyú jellemzők, szivattyú jelleggörbék H 1 /H 2 = (n 1 /n 2 ) 2 V 1 /V 2 = n 1 /n 2 P 1 /P 2 = (n 1 /n 2 ) 3 P tengely = V H ρ η sziv g
Hidraulikai méretezés célja, feladata -A hőhordozó a tervezett (kívánt) térfogatárammal érkezzen a fogyasztóhoz. -Hőhordozó a tervezett (kívánt) állapotjelzőkkel érkezzen a fogyasztóhoz (hőtartalom tekintetében feleljen meg a szükségesnek). -csővezeték méretének meghatározása, -a rendelkezésre álló hatásos nyomás meghatározása (gravitációs fűtés), -a szükséges szállítómagasság igény meghatározása, szivattyú kiválasztása (szivattyús fűtési rendszer), -fojtóelemek, szelepek orsóállásának meghatározása a hidraulikai egyensúly biztosítása érdekében. A méretezést névleges és stacioner állapotra végezzük el. p p,, = S + = p Z csősől l = λ d + p ρ v 2 radleh 2 ρ + ζ v 2 + p sziv 2
Kétcsöves fűtés, termosztatikus szelep, fogyasztói beavatkozás nagy, kis ellenállású rendszer, erősen fojtott felszállók, főáramkör ellenállása kicsi, nagyobb hőfoklépcsőre átállított rendszer
Kétcsöves fűtés, termosztatikus szelep, fogyasztói beavatkozási lehetőség kicsi, nagy ellenállású rendszer, hosszú elosztó vezeték, felszállóknál nyomáskülönbség szabályzó van beépítve, főáramkör nagy ellenállású, fűtési rendszer kis hőfoklépcsővel
Hőtechnikai szabályozás szerelvényei
Kapcsolási példa két kazános rendszer HMV HHV Buderus Tervezői Akadémia 2008 : Összetett fűtési rendszerek I. Figyelem! A kapcsolási rajzokat a gyártóval minden esetben egyeztetni kell! 110. sz. fólia 2008.
Hőtermelők szabályozási stratégiái Logamax GB 112 Logamatic 4121 Tk HMV HHV HMV keverőszelep Logasol CPC Hidraulikus váltó Váltószelep Hűtőszelep Logatherm WPS Logasol KS 0105 Buderus Tervezői Akadémia 2008 : Összetett fűtési rendszerek II. Logano SFVHHV 111. sz. fólia 2008. Logalux PL 2S