KATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO Przygotowanie ciepłej wody użytkowej AKADEMIA ROLNICZA IM. A.CIESZKOWSKIEGO W POZNANIU KATEDRA BUDOWNICTWA WODNEGO INSTALACJE SANITARNE Przygotowanie ciepłej wody użytkowej prof. dr hab. inż. R. Błażejewski mgr inż. Jakub Mazurkiewicz www.au.poznan.pl/kbw/ 3 listopada 2006

Spis zagadnień Definicja ciepłej wody użytkowej (CWU). Energia do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Rodzaje urządzeń do podgrzewu wody. Podgrzewacze . Kotły grzewcze. Przygotowanie wody w podgrzewaczu warstwowym, a z wężownicą. Kominki płaszczem wodnym. Obliczenie zapotrzebowania na CWU. Obliczenie mocy urządzenia do podgrzewu CWU. Dobór urządzeń przygotowujących ciepłą wodę użytkową. Układy CO i CWU. 3 listopada 2006

z możliwością przegrzewu powyżej 70’C. 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 listopada 2006

Przygotowanie ciepłej wody użytkowej (CWU). Przygotowanie ciepłej wody użytkowej (CWU), to ogrzanie wody do celów sanitarnych, wzrost zużycia energii na CWU - obecnie ok. 20 % ogólnego zużycia energii w gosp. dom., w przyszłości udział ten będzie rósł: wzrost komfortu korzystania z CWU, obniżenie zużycia energii do celów grzewczych (CO). 3 listopada 2006

Rodzaje źródeł energii do przygotowania CWU. 3 listopada 2006

3 listopada 2006

Ogólne wymagania i wytyczne Atest PZH dla urządzeń, Niektóre – szczególnie ciśnieniowe dopuszczenie UDT, Ciśnieniowe układy - zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem ciśnienia, Nie zaleca się łączyć kotłów z zasobnikami lub podgrzewaczami objętościowymi o mniejszej mocy niż moc kotła (odwrotnie wolno). Przeciętna moc kotła zainstalowanego w domu jednorodzinnym to 24 kW. 3 listopada 2006

Podgrzewacze przepływowe. Są higieniczne i bezpieczne, CWU użytkowana okresowo (np. w domkach letniskowych). Relatywnie prosty montaż i ewentualny demontaż. W łazienkach stosować z zabezpieczeniem antyrozbryzgowym, Przed „pierwszym” włączeniem do sieci podgrzewacz wymaga odpowietrzenia (zalania grzałki wodą): należy w tym celu odkręcić baterię z „ciepłą wodą”., Podgrzewacze pojemnościowe należy w całości wypełnić wodą aż do pojawienia się jej na wylewce baterii. Odpowietrzenia należy dokonać po każdorazowym braku wody w sieci lub po spuszczeniu wody z podgrzewacza. 3 listopada 2006

Podgrzewacze pojemnościowe. Podgrzewacze pojemnościowe dysponują w odróżnieniu od zasobników własnym źródłem ciepła, dlatego mogą być stosowane niezależnie od ogrzewania. Odpowiedni regulator pozwala na podgrzanie wody do pożądanej temperatury i utrzymanie jej na stałym poziomie. Wymaga mniejszej mocy przyłączeniowej niż podgrzewacz przepływowy. Bojlery są szczególnym przypadkiem podgrzewaczy pojemnościowych – są montowane zwykle jako lokalne urządzenia - ze wzgl. na brak izolacji termicznej podgrzana woda powinna być od razu zużyta. 3 listopada 2006

Wady podgrzewaczy. Podgrzewacze przepływowe: - natężenie przepływu jest niewielkie, - wysoka moc przyłączeniowa, - zaopatrują każdorazowo max 1 pkt. czerpalny. Podgrzewacze pojemnościowe: - wraz z poborem wody maleje średnia temperatura wody, - wysokie straty przy długich okresach przestoju, - „odstana” woda nie nadaje się do spożycia. 3 listopada 2006

Dwufunkcyjne kotły grzewcze. Korzystną cenowo możliwością centralnego podgrzewania CWU i jednoczesnego zapewnienia ogrzewania pomieszczeń są kotły dwufunkcyjne. Podgrzewanie CWU - regulowany elektronicznie dyżurny przepływowy wymiennik ciepła z systemem priorytetu CWU, Za ich wadę przez długi czas uważano stosunkowo wysokie koszty konserwacji kotłów tego typu. Dzięki systemowi połączeń wtykowych oraz płycie wodnej ze specjalnego materiału ich konserwacja jest dziś łatwa i bezproblemowa. 3 listopada 2006

3 listopada 2006

Jednofunkcyjne kotły grzewcze z zasobnikiem wody, ew Jednofunkcyjne kotły grzewcze z zasobnikiem wody, ew. podgrzewaczem pojemnościowym. Zasobniki/podgrzewacze ogrzewane są pośrednio przez zintegrowany wymiennik ciepła lub zasilania poprzez wężownicę także ciepłem solarnym - zaletami tego systemu są: ekonomiczność (niskie zużycie energii), zasilanie poprzez wężownicę także ciepłem solarnym, komfort (zawsze ciepła woda). 3 listopada 2006

3 listopada 2006

Dwufunkcyjne kotły grzewcze ze zintegrowanym zasobnikiem wody (warstwowy zasobnik). Wysoki komfort korzystania z ciepłej wody, dzięki zintegrowanemu ładowanemu warstwowo zasobnikowi CWU, kompaktowe gabaryty. Np. płynny system podgrzewu zasobnika CWU w kotle wraz z automatycznym podwyższeniem mocy grzewczej do 30 kW gwarantuje stałą dostępność CWU. Przy zapewnionej produkcji ciepłej wody na stałym poziomie 20 l/min możliwe jest jednoczesne napełnienie wanny oraz korzystanie z natrysku. Czujnik temperatury wypływu gwarantuje stałą temperaturę CWU. 3 listopada 2006

Charakterystyka podgrzewu wody w podgrzewaczu warstwowym a z wężownicą 3 listopada 2006

3 listopada 2006

Ewentualne ograniczenia dwufunkcyjnych kotłów ze zintegrowanym zasobnikiem wody (warstwowy zasobnik) Możliwość niewłaściwej współpracy z układami cyrkulacyjnymi ze wzgl. na maksymalne dopuszczalne natężenie przepływu wody cyrkulacyjnej, Czułość na twardość wody, w takich przypadkach należy stosować wężownice bardziej odporne na kamień kotłowy niż wymienniki płytowe o małych przekrojach. 3 listopada 2006

Kominki z płaszczem wodnym Współpracuje z układem centralnego ogrzewania, wg przepisów powinien być to układ otwarty! Jednak ze wzgl. na wyższą sprawność układu zamkniętego w tej „kombinacji” zaleca się zbudowanie systemu mieszanego: Obieg wodny w kominku – otwarty, Obieg wodny w instalacji grzejnikowej – zamknięty, Łącznikiem tych obiegów może być wysokowydajny wymiennik płytowy. 3 listopada 2006

Kominki z płaszczem wodnym Wykorzystanie kominka do podgrzewu ciepłej wody jest możliwe poprzez zainstalowanie w układzie podgrzewacza – wężownicy, przez którą przepłynie woda grzewcza z kominka, Taki układ należy wyposażyć w: - Automatyczny regulator temperatury (najczęściej zintegrowany awaryjny wymiennik ciepłą – doprowadzający zimną wodę spoza układu (przepisy unijne), Zawór bezpieczeństwa (spustowy), Urządzenie alarmujące, Pompę UPS – wyposażoną we własny akumulator, co gwarantuje ciągły obieg wody i nie przegrzanie układu. 3 listopada 2006

Dobór urządzeń przygotowujących ciepłą wodę użytkową. Najważniejszymi parametrami uproszczonego doboru są: moc i sprawność urządzenia grzewczego, Przy doborze układów podgrzewu ciepłej wody użytkowej występuje wiele metod postępowania uzależnionych od ilości oraz charakterystyki (np. godzinowej) poboru CWU, dobor zasobników.pdf Dla małych obiektów liczy się głównie rodzaj armatury czerpalnej oraz zapotrzebowanie na CWU, miarodajna jest więc wartość wydajności krótkotrwałęj, 3 listopada 2006

Dobór urządzeń przygotowujących ciepłą wodę użytkową. wartość wydajności krótkotrwałęj obrazuje zapotrzebowanie na CWU w określonym czasie trwania jej poboru. Np. oznaczać będzie napełnienie dużej wanny w trakcie 10 min. 200 litrami CWU podgrzanej do 40’C: Powód takiego podejścia do sprawy doboru jest związany z profilem rozbioru wody w małych obiektach (tj. domy jednorodzinne) – np. procentowy rozkład czasów poborów CWU. 3 listopada 2006

Dobór urządzeń przygotowujących ciepłą wodę użytkową. 3 listopada 2006

Dobór urządzeń przygotowujących ciepłą wodę użytkową. Norma EN 13203 wprowadza 4-stopniową skalę graficzną w celu umożliwienia oceny wydajności kotłów grzewczych w wariancie ich pracy na potrzeby CWU, System ten choć nieprecyzyjny, daję wystarczającą dokładność w doborze kotłów grzewczych pracujących nad przygotowaniem CWU w małych budynkach (tj. domach jednorodzinnych), Skala graficzna jest przejrzysta a ocena układów jest przedstawiona za pomocą gwiazdek, np: - jedna (max pobór: natrysk i umywalka) – wydajność krótkotrwała np. 114 l/10 min, - cztery (pobór na natrysk, umywalka, wanna) – wydajność krótkotrwała np. 200 l/10 min. 3 listopada 2006

3 listopada 2006

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 listopada 2006

Obliczenie zapotrzebowania na CWU wg normy PN-92/B-01706, przykład il. użytkowników (5 mieszkańców) U= 5 j.n jednostkowe dobowe zapotrzebowanie na CWU użytkownika qc= 120 l/d liczba godzin użytkowania instalacji w ciągu doby ĩ = 18 g/d współczynnik godzinowej nierównomierności rozbioru 9,32*U^-0,244 Nh= 6 - średnie dobowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę qdśr= 600 średnie godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę qhśr= 33,3 l/h maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę qhmax= 209,8 3 listopada 2006

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” tz – temp. wody na wejściu do „podgrzewacza” Z powyższego wzoru wynika, że na podgrzanie wody do kąpieli np. w 100 litrowej wannie potrzebować będziemy: ? 3 listopada 2006

Energia potrzebna do podgrzania wody, przykład średnie godzinowe zapotrzebowanie na CWU l/h (qhmax/1000) qhmax= 0,2 m3/h ciepło właściwe wody Cw= 4,2 kJ/(kg*st.C) gęstość wody g= 1000 kg/m3 temperatura wody ciepłej tc= 60 st.C temperatura wody zimnej tz= 10 obliczeniowa moc cieplna urządzenia podgrzewającego CWU P= 34112 kJ 1W = 1J/s dla 1 godz.= 3600s to P/3600 więc- 9,5 kW 3 listopada 2006

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 listopada 2006

skala „uśmiechu” (rys.5) 3 listopada 2006

Prosty układ do CO i CWU 3 listopada 2006

Średnio skomplikowany układ do CO i CWU 3 listopada 2006

ZAPRASZAM DO OWOCNEJ PRACY... DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ ZAPRASZAM DO OWOCNEJ PRACY... W opracowaniu wykorzystano fragmenty artykułów i zdjęcia z czasopism: Rynek Instalacyjny nr 6/2006; Polski Instalator 9/2006, 7-8/2006, 7-8/2005 oraz materiały firm: Hoval, Junkers, Vaillant, Viessmann 3 listopada 2006