Használati melegvíz ellátó rendszerek előadásvázlat Szikra Csaba Épületenergetikai és Épületgépészeti Tsz. www.egt.bme.hu
Gázkészülékek: Felosztása, fajtái: Típus: A B C Neve: Nyílt égőjű gázkészülék Kéménybe kötött gázkészülék Zárt égésterű gázkészülék Égési levegő: Helyiségből Helyiségből Szabadból, zárt rendszerrel Égéstermék: Helyiségbe Szabadba, kéményen keresztül Szabadba, zárt rendszerrel Példa: Tűzhely, Kisvízmelegítő, Gáz infrasugárzó. Fali vízmelegítő, Fali fűtő készülék, Kazán. Fali konvektor, Fali vízmelegítő, Fali fűtő készülék, Kazán. Fontosabb tervezési feltételek: A belső levegő szennyező anyag koncentrációja a méretezés alapja: Szükséges levegő egyidejű terhelésnél 12[m 3 /h/kw] (közelítő számítás) Kémény huzat a légutánpótlás biztosítója Helyiség min. 8m 3 Az égési levegő számítandó! Kettősfalú kéménykürtő ha ez nem megoldható, külső falra helyezett parapet kémény, az elhelyezésére külön előírások a GMBSZ-ben
Gázkészülékek légellátása A - B típusú készülékek általános előírásai Mivel a készülék égéstere a helyiséggel közös térben van ezért: Biztosítani kell a külső környezetből szellőző levegő bejutását, mely részben fedezi az égéshez szükséges oxigénszükségletet. A helyiségbe jutó szellőző levegő mértékét a gázkészülék teljesítménye (hőterhelése) határozza meg. HŐTERHELÉS : Névleges teljesítmény/hatásfok A szükséges szellőzőlevegő-térfogatáramot és a bejutását biztosító műszaki feltételeket meg kell tervezni. Melynek módja: Lehetőleg közvetlenül a szabadból a helyiség légterébe vezető nyílás (nyílások) elhelyezésével. Mely nyílások hatásos átömlő keresztmetszete méretezett! Tanúsítvánnyal és jelleggörbékkel ellátott (V=K P), e célra szolgáló szerkezetek! Ha szellőző nyílások közvetlenül nem helyezhetők el (megengedett): a szomszédos helyiséget a gázfogyasztó készülék helyiségével össze kell szellőztetni. A gázfogyasztó készülék helyiségében a nyílások eltakarásának tilalmát jelezni kell a fogyasztó részére. Ezt a tilalmat a tervben is elő kell írni.
Gázkészülékek légellátása A típusú készülékek légellátása, szellőzése (a méretezés alapjai) Az égéstermék és a használat során keletkezett egyéb szennyezőanyagok koncentrációjának az egészségügyi követelményeknek megfelelő szinten tartása A feltételt teljesítő szellőzőlevegő-térfogatáram meghatározása végezhető közelítő módszerrel, fajlagos értékek alapján: a gázfogyasztó készülék egyidejű hőterhelésére vonatkoztatva legalább 12 m 3 /h/kw Egyidejűségi tényezők: 3-4 főzőhelyes tűzhely: 0,50; 1-2 főzőhelyes gázfőző: 0,65; egyéb gázfogyasztó készülék: 1,00; Részletes számítással, a gázfogyasztó készülék, mint szennyező forrás kibocsátásának és a megengedett belső szennyezőanyag-koncentrációnak a figyelembevételével: o V szell G 3, elméleti = [ m / h] k k i, meg k i,meg a szennyezőanyagra vonatkozó egészségügyi határérték [mg/m 3 ]; k o a külső levegő szennyezőanyag-koncentrációja [mg/m 3 ]; G a keletkező szennyezőanyag forráserőssége, [mg/h]; o
Gázkészülékek légellátása B típusú készülékek légellátása, szellőzése (a méretezés alapjai) Gondoskodni kell az égéshez szükséges levegő és az áramlásbiztosítón keresztül a helyiségből távozó levegő pótlásáról A szellőző levegő bejutását a helyiségbe a kémény huzata biztosítja (a hidraulikai rendszert a táblára rajzolom) A gázfogyasztó készülék helyiségének szellőzőlevegő térfogatárama [m 3 /h] az égéshez szükséges levegő és a hígító levegő összege: & = & + V szell Vé, lev Vh, lev A hígító levegő minimum az égési levegő tömegáramának 30%-a, így 1m 3 földgáz elégetéséhez minimum 9.5m 3 x(1,3)=12,35m 3 levegőt kell biztosítani A készülék 8m 3 -nél kisebb térfogatú helyiségbe nem telepíthető. Ha a kémény természetes huzatával nem lehet megoldani: szabadból befúvó (túlnyomásos) szellőzést kell létesíteni, amelynek üzeme a gázfogyasztó készülék üzemével reteszelt, szívott rendszerű égéstermék-elvezetést kell létesíteni, a szükséges szellőzőlevegő térfogatáramhoz alkalmas légbevezető elemekkel (a szívott rendszer elvi sémája a táblán). Ha az épületben elszívó szellőzés létesül, az nem csökkentheti a B típusú gázfogyasztó készülék égéstermék-elvezető berendezésének huzatát. Szükség esetén a gázfogyasztó készülék(ek), és a mesterséges szellőző-berendezés reteszelt üzemét biztosítani kell. &
A légellátás fajlagos energia igénye A szellőző levegő felfűtésének energia igénye A szabályozó elemek, szivattyúk, ventillátorok segédenergia igénye
Készülékek: Hőmaximum korlátozás Égésbiztosító Égési levegő Gázhiánybiztosító Átfolyó rendszerű vízmelegítők, kisvízmelegítők Huzatmegszakító Égő Gyújtóláng Biztonsági szelep Áramlás biztosító Hidegvíz Melegvíz Típus: A (kisvízmelegítők), B Biztonsági szerelvényei: Fajtái: Hőmaximum korlátozó Gázhiány biztosító Égésbiztosító gyújtólánggal Áramlás biztosító Biztonsági szelep Huzatmegszakító Egy fogyasztóhely ellátására Kisvíz melegítők ( A, B ) Névleges hőterhelés:~10kw, Előállított vízmennyiség: 5~6l/perc Több fogyasztóhely ellátására Fali vízmelegítők (csak B :) Névleges hőterhelés :18~28kW Előállított vízmennyiség: 7~14l/perc Hátrányok: Egyszerre csak egy fogyasztó Egykarú keverő csapteleppel nem tökéletes Változó vízhőmérséklet Cirkulációs vezeték nem építhető
Vízszállítás Használati melegvíz ellátás (HMV) Energia bevitel: - Elektromos fűtőpatron (P[W]) - Gáz Visszacsapószelep t[ C] C V Biztonsági szelep Pmax < 8bar M H M H Q[ kw [ l / ] perc] Helyi HMV készítés átfolyós rendszerrel A termelés és az elvétel egy időben történik Legfontosabb jellemzői a szükséges teljesítmény (gáz, elektromos), illetve a termelt víz mennyiség (l/pec) Gázüzemű átfolyó rendszerű készülék: Alkalmazási terület: konyhák, kisebb fogyasztóhelyek egyetlen vízvételi hely ellátása. (~10kW, 5lperc) Fürdőszobák, lakások több vízvételi hely (de nem egyidejű) ellátására (~25kW, 12l/pec) Hátrányai: Előnyei: Nagy teljesítmény igény Korlátozottan szabályozott vízmennyiség Korlátozott hőmérséklet szabályozás (állandó, vagy közel állandó bevezetett teljesítmény Korlátozott távolság a termelés és a felhasználás között Helyi, kis vízigények könnyű ellátása Kis helyigény
Átfolyó rendszerű melegvíz termelés Kombinált üzemű fűtés és HMV ( C típusú fali kazán)
Vízszállítás Használati melegvíz ellátás (HMV) Termosztát Energia bevitel Elektromos fűtőpatron (P[W]) Visszacsapószelep Energia bevitel: - Elektromos fűtőpatron (P[W]) - Vizes hőcserélő Nyomáscsökkentő Pmax < 6bar Termosztát Meleg M Hideg Visszacsapószelep Biztonsági szelep Pmax < 8bar Biztonsági szelep H M H Helyi HMV készítés tárolós rendszerrel Töltés illetve kisütés üzem Kisebb teljesítmény igény Korlátozott vízmennyiség Szabadkifolyású, elektromos üzemű, melegvíz tároló (5..10l-es tárolóval) Alkalmazási terület: konyhák, kisebb fogyasztóhelyek egyetlen vízvételi hely ellátása. Hátrányai: Csak egy vízvételi hely kiszolgálása A tároló nyomás alá nem helyezhető Előnyei: Kis méret, könnyű elhelyezhetőség Egyszerű szerkezet Helyi, kis vízigények könnyű ellátása Nagy nyomású, zárt rendszerű melegvíztároló Alkalmazható eszköz elektromos vízmelegítőként, illetve közvetett fűtésű melegvíz tárolóként, háztartások HMV ellátására Mérete 50..300 (falra erősítés esetén statikai vizsgálat) Elektromos fűtés esetén a hátrányai: nagy lekötött elektromos energiaigény (2..4kW) hosszú felfűtési idő (4..6h)
Lakások központi melegvíz termelése: Fali kazán, közvetett fűtésű melegvíztárolóval (fűtés és HMV termelés) Radiátor HMV termelés vezérlése : Kazán A tároló termosztát indítja a kazán szivattyúját és a váltószelepet a HMV termelésre állítja Nyomáskorlátozó szelep Váltószelep Fűtés vezérlése : A helyiség termosztát indítja a kazán szivattyúját és a váltószelep alapállapotban marad Előnyök: Termosztát Melegvíztároló Kisebb beépített teljesítmény Egyenletes rendelkezésre álló melegvíz Cirkulációs vezeték Háztartási méretek: Névleges fűtőteljesítmény10.. 28kW vagy akár nagyobb Tároló térfogat: 50.. 200l
Épületek központi melegvíz termelése: Közvetett fűtésű melegvíztárolóval Egy-egy épület vagy kisebb épületcsoport vízellátására Részei: Hőforrás, mely általában a épület fűtőkazánja, vagy távhőellátó rendszer hőcserélője, vagy önálló hőtermelő berendezés Bojler a beépített csőkígyóval (belső hőcserélő), vagy önálló hőtermelés Szabályozó termosztát Fogyasztásmérés Csővezetékek szigetelése Termosztát Cirkulációs vezeték
Lakások központi melegvíz termelése: Lábon állókazán, közvetett fűtésű melegvíztárolóval Külső időjárás függő szabályozás : Külső hőmérséklet érzékelés Helyiség termosztátok HMV termoszát Fűtési körök: Direkt (égő vezérelte)kör Fűtési kör Padlófűtési kör HMV termelés
HMV termelés primer energia igénye q HMV a melegvíz termelés nettó energia igénye [kwh/m 2,év] q HMV,v az elosztás (és cirkuláció) energiaigénye (vesztesége) [kwh/m 2,év] q HMV,t a tárolás energiaigénye (vesztesége) [kwh/m 2,év] E HMV = α ( qhmv + qhmv, v + qhmv, t ) ( Ck kehmv ) + ( EC + E K ) e v C k a hő-termelő teljesítmény tényezője (hatásfok reciproka) [-] a k a hőtermelő által lefedett energia arány (többféle forrásból táplált rendszer) e HMV a melegvíz készítésre használt energia hordozó primer energia igénye E c a villamos üzemű HMV keringető szivattyú fajlagos energia igénye [kwh/m 2,év] E K egyéb villamos üzemű berendezések segéd energia igénye [kwh/m 2,év] e v a villamos energia primer energia átalakítási tényezője
HMV termelés nettó energia igénye 1 A fogyasztás jellege q m ( l/s ) Fogyasztás Termelés Feltöltési idő Feltöltési idő Feltöltési idő Szakaszos üzem: Szociális intézmények, ipari intézmények műszakváltása Egyetlen fogyasztó 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ( h) q m ( l/s ) Fogyasztás Termelés Folyamatos üzem változó terheléssel Lakóépületek, kórházak, irodaépületek 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ( h) q m ( l/s ) Fogyasztás Termelés Folyamatos üzem állandó terheléssel: Uszodák vízforgató berendezései 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HMV termelés nettó energia igénye 2 A fogyasztás mennyiségének számítása q (l/s) 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 v d 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 T (h) = k i= 1 ni Fi vízkitermelés vízfogyasztás v d egy fogyasztói egység átlagos napi vízigénye [l/nap] n i az adott fogyasztási egység területen élők száma [fő] F i az adott fogyasztási egység jellemző, fajlagos felhasznált vízmennyisége [l/fő,nap] Lakossági fogyasztás jellemzői: 1. A napi fajlagos felhasznált vízmennyiség [l/fő,nap]. Jellemző mennyisége: F=30..220l/fő,nap 2. Átlagos napi vízigény (egy adott fogyasztási egységre vonatkozóan), q d 3. A fogyasztás időbeli eloszlása (l/s) Kommunális fogyasztás jellemzői: 1. A napi fajlagos felhasznált vízmennyiség. Jellemző mennyisége, leginkább az intézmény jellegétől függ. 2. Átlagos napi vízigény
HMV termelés nettó energia igénye 3 Az energia igény Az éves becsült vízfogyasztás: V 3 365vd[ l / nap] [ m / év] 1000 év = Az éves becsült HMV fogyasztás: V 0,3..0, 5V 3 HMV, év[ m / év] = év Az éves HMV fogyasztás energia igénye: Q HMV 1 = m ( ) 4,2 kj HMV, évc tm th = VHMV, évρvíz ( t t ) [ kwh / év] kgk m h 3600 t m - melegvíz hőmérséklete (40.. 65 C) th - hidegvíz hőmérséklete (8..12 C) A HMV termelés nettó fajlagos energia igénye: q HMV = Q A HMV [ kwh / m 2, év]
HMV termelés nettó energia igénye 4 Becsült fajlagos fogyasztás értékek
Cirkulációs és elosztási veszteségek (q HMV,v ) energia igénye Alapterület A N [m 2 ] Az elosztás hővesztesége a nettó melegvíz készítési hőigény százalékában Cirkulációval Cirkuláció nélkül Elosztás a fűtött téren kívül Elosztás a fűtött téren belül Elosztás a fűtött téren kívül Elosztás a fűtött téren belül 100 28 24 150 22 19 200 19 17 300 17 15 500 14 13 13 10 750 13 12 >1000 13 12
Tárolási veszteségek (q HMV,t ) energia igénye Alapterü- A tárolás hővesztesége a nettó melegvízkészítési hőigény százalékában A tároló a fűtött légtéren belül let A N [m 2 ] Indirekt fűtésű tároló % Csúcson kívüli árammal működő elektromos bojler % Nappali árammalműködő elektromos bojler % Gázüzemű bojler % 100 24 20 13 78 150 17 16 10 66 200 14 14 8 58 300 10 12 7 51 500 7 8 6 43 Alapterület A tárolás hővesztesége a nettó melegvízkészítési hőigény százalékában A tároló a fűtött légtéren kívül A N [m 2 ] Indirekt fűtésű tároló % Csúcson kívüli árammal működő elektromos bojler % Nappali árammal működő elektromos bojler % Gázüzemű bojler % 100 28 24 16 97 150 21 20 12 80 200 16 16 10 69 300 12 14 8 61 500 9 10 6 53 750 6 8 5 49 1000 5 8 4 46 1500 4 7 4 40 2500 4 6 3 32 5000 3 5 2 26 10000 2 4 2 22
Fajlagos segédenergia igény 1 Szivattyúk, szivattyúk jellemzői h hg hnyö hsz hny hs hk szivattyú p = ρgh h = sz ny tartály nyomóvezeték szívóvezeték vízforrás (kút) p ρg h = h + h + h + s h k h sz 1. EMELŐMAGASSÁG - szívómagasság Elméleti maximális szívómagasság: 10.33m, mely a hőmérséklet növekedésével csökken. Kavitáció problémája Valóságos maximális szívómagasság: ~6m h ny - nyomómagasság Nincs elméleti korlát. Nem a csőhálózat legmagasabb pontja! h g - geodetikus magasság különbség h g =h sz +h ny h s súrlódási magasság (súrlódásból származó ellenállás) alaki ellenállások (Σξ) egyenes cső ellenállása h k kifolyási nyomómagasság (minimális kifolyási nyomás) q k [l/perc]=k h k h k = 5m
Fajlagos segédenergia igény 2 Szivattyúk, szivattyúk jellemzői 2. VÍZSZÁLLÍTÁS h hnyö hny hs hk szivattyú tartály nyomóvezeték 3 3 q [ l / perc],[ m / perc],[ m / h] = qi hsz hg szívóvezeték vízforrás (kút)
Fajlagos segédenergia igény 3 Szivattyúk, szivattyúk jellemzői 3. TELJESÍTMÉNY h hnyö hny hs hk szivattyú tartály nyomóvezeték P elméleti P valóságos [ W ] = [ W ] = q[ m 3 q[ m 3 / s] p[ Pa] / s] p[ Pa] η hsz hg szívóvezeték vízforrás (kút)
Fajlagos segédenergia igény 3 A szivattyúk éves energia fogyasztása Bemenő adatok: P valóságos [ W ] = q[ m 3 / s] p[ Pa] η Géptábla szerinti teljesítmény igény P géptábla Becsült éves működési idő, vagy szakaszos üzem korrekciós tényező (σ) Éves energia fogyasztás: 365 ( 60 60) 1 8,76σ P ( 60 60) 1000 A A 2 24 1 E C [ kwh / m, év] = P[ W ] σ =
Fajlagos segédenergia igény 4 Fajlagos értékek, teljesítmény tényezők: Kombikazán Alapterület A N [m 2 ] Állandó hőm. kazán (olaj és gáz) Alacsony hőm. kazán Kombikazán ÁF/KT * Kondenzációs kombikazán ÁF/KT * Segédenergia Teljesítménytényező Kondenzációs kazán Más kazánok C K [-] [kwh/m 2 a] 100 1,82 1,21 1,17 1,27/1,41 1,23/1,36 0,20 0,30 150 1,71 1,19 1,15 1,22/1,32 1,19/1,28 0,19 0,24 200 1,64 1,18 1,14 1,20/1,27 1,16/1,24 0,18 0,21 300 1,56 1,17 1,13 1,17/1,22 1,14/1,19 0,17 0,17 500 1,46 1,15 1,12 1,15/1,18 1,11/1,15 0,17 0,13 750 1,40 1,14 1,11 0,11 1000 1,36 1,14 1,10 0,10 1500 1,31 1,13 1,10 0,084 2500 1,26 1,12 1,09 0,069 5000 1,21 1,11 1,08 0,054 10000 1,17 1,10 1,08 0,044 *ÁF: fűtőkazán integrált HMV készítéssel, hőcserélő átfolyós üzemmódban V<2 l *KT: fűtőkazán integrált HMV készítéssel, hőcserélő kis tárolóval 2<V<10 l
Alternatív HMV készítés Primer energia átalakítási tényezők:
Alternatív HMV készítés HMV készítés aktív szoláris rendszerrel Műszaki változatok: v Egy hőcserélő egy kollektor Egy hőcserélő egy kolletktor + elektromos fűtőpatron Két hőcserélő egy kolletktor + Közvetett fűtés
Alternatív HMV készítés HMV készítés hőszivattyús rendszerrel ε F ( elp, T T ) = kond Q P F Villamos
Fatüzeléses fűtési rendszerek Faelgázosító kazánok működési elve
Fatüzeléses fűtési rendszerek Faelgázosító kazán rendszerei Puffer tartály
Fatüzeléses fűtési rendszerek Faelgázosító kazán rendszere, Puffer tartály + HMV
Fatüzeléses fűtési rendszerek Faelgázosító kazán rendszere, Puffer tartály + HMV + SOL
Fatüzeléses fűtési rendszerek Faelgázosító kazán méretezése Méretbecslések: A kazán mérete: Q=1,3 Q hőigény a tároló térfogat: V=50l/kW (ennél létezik pontosabb számítás is) Kazán teljesítmény tartománya: 15-50kW Kazánméret (kw) 15 24 35 50 Javasolt tároló méret (l) 750 1500 2000 3000
Kiviteli terv: Alaprajz M1:50 O50x1,8 PVC KA O22x1 NA20 földszintre 4 O50x1,8 PVC KA földszintről O50x1,8 PVC KA O18x1 O22x1 O15x1 5 földszintre HL 440 O22x1 O18x1 O50x1,8 PVC KA HL 301 O18x1 O15x1
Kiviteli terv: Függőleges csőterv M1:50 ±0,00=113,45 mbf 5 tetősík fölé vezetve 4 tetősík fölé vezetve +2,95 (tetőtér) O50x1,8 PVC KA O15x1 O50x1,8 PVC KA O18x1 O15x1 O110x3 PVC KG O18x1 O15x1 O18x1 O22x1 O15x1 O110x3 PVC KG O22x1 O15x1 NA15 WILO Z 15 C NA15 HL-440 NA15 NA20 NA15 NA20 NA20 ±0,00 (fszt.) HL 301 O22x1 O50x1,8 PVC KA O125x3 PVC KG tisztítóaknához O50x1,8 PVC KA NA200 acél védőcső O50x1,8 PVC KA ff. -0,90 112,55 Jelmagyarázat: hidegvíz vezeték melegvíz vezeték B B C C O110x3 PVC KG 1... 5 O110x3 PVC KG O110x2,2 PVC KA O50x1,8 PVC KA O40x3,7 KPE -1,30 ff. -0,90 tisztítóaknához 112,55 NA150 acél védőcső cirkulációs vezeték csatorna vezeték lejtés, víznél: 0,3%; szennyvíznél: 1% csatorna ejtők O125x3 PVC KG