Sustavi_toplovodnog_grijanja

5/27/2018 Sustavi_toplovodnog_grijanja

1/189

HERZ TOPLOVODNOGRIJANJE - HIDRAULIKA

Rudolf Jauschowetz

HERZTOPL

OVODNOG

RIJANJE

-HIDRAULIKA


2/189

Rudolf Jauschowetz

HERZSustavi toplovodnog grijanja

Hidraulika

Be

Herz Armaturen Ges.m.b.H2004


3/189

2

Rudolf Jauschowetz: HERZ Sustavi toplovodnog grijanja, Hidraulika

Jauschowetz Rudolf, Prof.Dipl.ing.

HERZ Sustavi toplovodnog grijanja, Hidraulika

Izdava: Herz Armaturen Ges.m.b.H.

Nakladnik: EgenverlagUrednitvo i grako urednitvo: Herz Armaturen Ges.m.b.H.Prelom: Herz Armaturen Ges.m.b.HTisak: Belloprint Ltd.

2004 Herz Armaturen Ges.m.b.H., Be

Herz Toplovodno grijanje, Hidraulika /

Rudolf Jauschowetz

Be: Herz Armaturen Ges.m.b.H., 2004

Autorska prava zatiena poHerz Armaturen Ges.m.b.H., Be, 2004


4/189

3


Predgovor

Osnovna pretpostavka za pravilan rad sustava toplovodnog grijanja temelji se na pravilnom projekti-ranju i izvedbi hidraulike mree. Gradivo izneseno u priruniku ima za cilj pomoi tehnikom kadru i

izvoaima u realizaciji optimalnog sustava toplovodnog grijanja.

U pojedinim su poglavljima primijenjene relevantne norme i tehnika pravila struke. Isto tako koriteni suosnovni izrazi iz nauke o toplini i mehanike uida u onoj mjeri koliko je to bilo potrebno za razumijevanjeiznesenog gradiva.Takoer su obraene sve vanije komponente sustava kao to su ventili, crpke i ostalo. Da se ne izgubipreglednost gradiva komponente su obraene kroz primjere. Pri tome je dana prednost austrijskim pro-izvodima.

Za sugestije i korekturu zahvaljujemo lektorima

Dipl.ing. Peteru Jauschewitz-u, PinkafeldDipl.ing. Prof. Rudolfu Hochwater-u u.a.

Takoer zahvaljujemo tvrtkama koje su nam ustupile ilustracije koritene u ovom priruniku.Posebno zahvaljujemo tvrtki HERZ Armaturen Ges.m.b.H. i njezinom direktoru Dr Glinzerer-u bez ijepomoi ovaj prirunik ne bi bio objavljen.

Be, 2003

Predgovor hrvatskom izdanju

U elji da hrvatskim strunjacima i izvoaima sustava toplovodnih grijanja pruimo pregled postupakakoji omoguavaju pravilno projektiranje i izvoenje toplovodnih sustava, posebice hidraulike mreeHERZ Armaturen, predstavnitvo u Hrvatskoj, odluilo se za hrvatsko izdanje prirunika HERZ toplo-vodna grijanja-Hidraulika. U vrijeme kad se od sustava grijanja trai kvalitetan rad uz maksimalnu uin-kovitost, kad se sustavi grijanja sve ee izvode s razliitim temperaturama nosioca topline, a to jeposljedica uporabe obnovljivih izvora energije u kombinaciji s niskotemperaturnim klasinim grijanjem,neophodno je poznavati sve zakonitosti o kojima treba voditi rauna kod projektiranja, izvoenja i balan-siranja sustava i njegovih pojedinih dijelova. Vjerujemo da e ovaj prirunik pruiti mnoge korisne savjete

i primjere za svakodnevan rad. Ovom prilikom zahvaljujemo suradnicima koji su omoguili realizacijuhrvatskog izdanja ovog prirunika:Prof.dr.sc. Sreku vaiu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb na prijevodu i ureivanju teksta,prof.dr.sc. Ivanki Boras, Fakultet strojarstva i Brodogradnje Zagreb na lekturi pojedinih poglavlja i apsol-ventu Fakulteta strojarstva i brodogradnje Zagreb, Mati akoru na tehnikom ureivanju slika i prijepisuteksta.

Petar Jeli

direktorHerz Armaturen, predstavnitva u RH

Zagreb, 2008.


5/189

4


1Upotrijebljeni znakovi u zagradama, a ostali prema ISO, EN i NORM

Oznake i jedinice 1

Oznaka Jedinica Naziv

Am2 Povrina

c kJ.kg-1.K-1 Spec. toplinskikapacitet

D m Unutranji promjer

DN mm Nazivni promjer

h kJ.kg-1 Entalpija

W.m-2.K-1 Koecijent prijelaza

topline

k, m Hrapavost cijevi

kv m3.h-1 Karakteristika djelomi-

no otvorenog ventila

kvs m3.h-1 Karakteristika potpuno

otvorenog ventila

l m Duina cijevi

m kg Masa

P W Snaga

p Pa=N.m-2 Tlak

J Koliina topline

q W.m-2 Gustoa toplinkog toka

ql W.m-1

qm kg.s-1 Maseni protok

qv m3.h-1 Volumenski protok

R Pa.m-1 Pad tlaka po metrucijevi

Oznaka Jedinica Naziv

Rm2.K.W-1 Toplinski otpor

Re - Reynoldsov broj

U W.m-2.K-1 Koecijent prolazatopline

W Nm Rad

w m.s-1 Brzina

Z, PE Pa Pad tlaka dionice

p Pa Pad tlakaPR Pa Pad tlaka

PV Pa Pad tlaka na ventilu

Tln K Logaritamskatemperatura

T K Temperaturna razlika(nadtemperatura)

K Temperaturna razlika

, P W Toplinski tok

- Stupanj djelovanja

- Koecijent trenja

W.m-1.K-1 Koecijent toplinskevodljivosti

v m2.s-1 Kinematiki viskozitet

R C Temperatura polaznogvoda

V C Temperaturapovratnog voda

kg.m-3 Gustoa

- Koecijent otpora

w22

Pa Dinamiki tlak


6/189

5


Prefksi

P (Peta) 1.000.000.000.000.000 1015

T (Tera) 1.000.000.000.000 1012 (Bilion)

G (Giga) 1.000.000.000 109 (Milijarda)

M (Mega) 1.000.000 106 (Milion)

k (Kilo) 1.000 103

h (Hekto) 100 102

da (Deka) 10 101

1

d (Deci) 0,1 10-1 1/10

c (Centi) 0,01 10-2 1/100

m (Mili) 0,001 10-3 1/1000

(Mikro) 0,000001 10-6 1/1000000

Vanije pretvorbe

1 bar 10 mWS = 100 kPa

0,1 mbar = 1 mmWS = 10 Pa

1 kcal 4,2 kJ

1 kcal = 4,1868 kJ 4,2 kJ1 kWh 3600 kJ

4,2 10001 kcal/h = 1 kcal h-1== 1,16 W 3600


7/189

6


SADRAJ:

1 OSNOVNI POJMOVI 10

1.1 Osnove termodinamike 101.1.1 Zakon odranja energije 10

1.1.2 Prvi glavni zakon termodinamike (za zatvorene sustave) 10

1.1.3 Specini toplinski kapacitetc 10

1.1.4 Potrebna koliina topline 11

1.1.5 Snaga 11

1.1.6 Toplinski tok 12

1.1.7 Odreivanje masenog protoka 12

1.1.8 Stupanj djelovanja, korisnost 13

1.1.9 Iskoristivost, uinkovitost 13

1.1.10 Prolaz topline (slika 1-1) 14

1.2 Osnove mehanike uida 151.2.1 Jednadba kontinuiteta 15

1.2.2 Zakon o odravanju energije (strujanje bez trenja) 16

1.2.3 Statiki, dinamiki, ukupni tlak 16

1.2.4 Hidrauliki i ekvivalentni promjer 18

1.2.5 Reynoldsova znaajka Re 19

1.2.6 Otpor strujanju u cijevima 20

1.2.7 Odreivanje koecijenta trenjaza cijevi 20

1.2.8 Pad tlaka u cjevovodu 21

1.2.9 Pad tlaka na regulacijskim ventilima i izvrnim elementima upravljakog sustava 24

1.2.10 Pad tlaka u cjevovodu konstantnog presjeka 261.2.11 Karakteristika cjevovoda 26

1.2.12 Grananje cjevovoda paralelna veza 28

2 CIRKULACIJSKE CRPKE 32

2.1 Osnove i pojmovi 32

2.1.1 Kapacitet crpke 32

2.1.2 Visina dizanja 32

2.1.3 Korisna snaga crpke 32

2.1.4 Elektrina snaga crpke Peli stupanj djelovanja uk 33

2.1.5 Kavitacija i potrebna tlana visina 342.1.6 Zakoni slinosti 34

2.1.7 Karakteristika crpke i radna toka 34

2.1.8 Familija karakteristika crpki 35

2.2 Oblici karakteristika crpke 362.2.1 Crpke s regulacijom 37

2.2.2 Serijski i paralelan spoj crpke 38

2.3 Balansiranje crpke i ogrjevnih tijela 39

2.4 Konstrukcija 43

2.4.1 Ugradnja 44


8/189

7


3 TLAK U SUSTAVU 45

3.1 Raspored tlaka u sustavu 45

3.2 Jednolika raspodjela tlakova prema Tichelmann-u 47

4 SUSTAVI ZA ZAGRIJAVANJE PROSTORA 50

4.1 Potrebni podatci 50

4.2 Dimenzioniranje sustava za zagrijavanje prostora 50

4.3 Proraunske temperature 51

4.4 Napomene za projektiranje 51

4.5 Osnove prorauna 51

4.6 Ogrjevno tijelo kao izmjenjiva topline 534.7 Toplinski uinak ogrjevnih tijela 55

4.7.1 Standardni (nazivni) toplinski uinak 55

4.7.2 Smanjeni uinak ogrjevnog tijela 55

5 RAZVOENJE NOSIOCA TOPLINE 63

5.1 Dimenzioniranje 63

5.2 Smjernice za projektiranje 65

5.3 Cijevni razvod po objektu 66

6 SUSTAVI ZA SNABDIJEVANJE TOPLINSKOM ENERGIJOM 67

6.1 Dimenzioniranje sustava 67

6.2 Odreivanje potrebne topline za grijanje prostora 67

6.2.1 Potrebe objekta 67

6.2.2 Uinak izvora topline, kotla 67

6.3 Odreivanje potrebne topline za pripremu potrone tople vode 68

6.4 Sustavi za klimatizaciju i ventilaciju 686.5 Drugi izvori topline (procesi) 68

6.6 Postrojenje s vie kotlova 68

7 REGULACIJA I HIDRAULIKI SUSTAVI 70

7.1 Osnove i pojmovi 707.1.1 to je regulacija? 70

7.1.2 Dimenzioniranje i pojmovi dani normom NORM H5012 70

7.1.3 to je upravljanje? 72

7.1.4 Termostatski regulator, funkcija i ugradnja 757.1.5 Regulacijski ventili, znaajka 77


9/189

8


7.2 Regulacija snage 78

7.2.1 Regulacija mijeanjem 79

7.2.2 Reguliranje protoka 81

7.3 Hidraulike sheme spajanja i dimenzioniranje 82

7.3.1 Shema cirkulacijskog sustava s priguivanjem 83

7.3.2 Shema sustava sa razdvajanjem tokova 85

7.3.3 Shema sustava s prolaznim regulacijskim ventilom i dodavanjem povratne vode 88

7.3.4 Shema s troputnim mjeajuim ventilom 91

7.3.5 Shema s mijeanjem 93

7.3.6 Shema s dvostrukim mijeanjem 95

7.3.7 Shema s hidraulikom skretnicom 97

7.4 Kriteriji za izbor regulacije grijanja 101

7.4.1 Ispravno postavljanje osjetnika u prostoriji 101

7.4.2 Ispravno postavljanje vanjskog osjetnika 1017.4.3 Osjetnik polaznog voda, ispravno postavljanje 101

7.5 Regulacija niskotemperaturnog grijanja 102

8 SPECIJALNE ARMATURE KOD GRIJANJA TOPLOM VODOM 103

8.1 Izbor izvrnog organa 103

8.1.1 Dimenzioniranje izvrnog organa 103

8.1.2 Odreivanje karakteristika ventila na osnovi podataka za sustav 103

8.1.3 Odreivanje nazivnog promjera DN 105

8.1.4 Karakteristika ventila 1068.2 Armature za hidrauliko balansiranje 107

8.2.1 Ventil za regulaciju pojedine dionice 107

8.2.2 Regulator diferencijalnog tlaka 107

8.2.3 Prestrujni ventil 108

8.2.4 Predpodesivi termostatski ventil s termostatskom glavom 108

8.2.5 Izbor termostatskog ventila 109

8.2.6 Izbor osjetnika i njegovo postavljanje 111

8.2.7 Izbor crpke i buka 113

9 DIMENZIONIRANJE CIJEVNOG RAZVODADVOCIJEVNOG SUSTAVA TOPLOVODNOG GRIJANJA 114

9.1 Metoda izbora brzine strujanja 114

9.2 Odreivanje prosjenog pada tlaka uslijed trenja 116

9.3 Utjecaj gravitacije kod grijanja toplom vodom 117

9.4 Proraun paralelnih cijevnih mrea 118

9.4.1 Osnove hidraulike ravnotee 118

9.5 Cijevna mrea s deniranom crpkom 118

9.6 Postupak dimenzioniranja mree grijanja s cirkulacijskom crpkom 119


10/189

9


9.7 Regulacijski ventili za ogrjevna tijela 123

9.8 Razdjelnici i kolektori 124

10 DIMENZIONIRANJE CIJEVI ZA JEDNOCJEVNO GRIJANJE 125

10.2 Specijalni ventili za jednocjevne sustave 129

11 HIDRAULIKO BALANSIRANJE 131

11.1 Predpodeavanje radijatorskih ventila 131

11.2 Podeavanje 133

11.2.1 Podeavanje - tijek rada 133

12 OSIGURANJE KVALITETE 134

13 PRILOG 135


11/189

10


Q= U2 - U1 + W = U + W

Dovedena toplinska energija Quzatvorenom sustavu slui dijelom

za poveanje unutranje energije U,a dijelom za vrenje mehanikog

rada W.

Poveanje unutranje energije ima za posljedi-cu porast temperature ili promjenu agregatnogstanja tvari.

1.1.3 Specini toplinski kapacitet c

Koliina topline mijenja tijelu mase m tempe-

raturu za T.

Gdje su:

kJ toplina

m kg masac kJ/kgK specini toplinski kapacitetT K temperatura

1 OSNOVNI POJMOVI

1.1 Osnove termodinamike

1.1.1 Zakon odranja energije

Promjene oblika energije prema zakonima pri-rode denirao je H.v.Helmholtz (1821 1894)njemaki lozof i ziar.

U izoliranom sustavu (koji nije u vezis okolinom) zbroj svih koliina

energije se ne mijenja s vremenomE = konst

Prema toj deniciji energija moe prelaziti iz je-dnog oblika u drugi, no pri tome ukupna koliinaenergije ostaje konstantna.Zato je ispravno kazati: pretvornik toplinskeenergije umjesto proizvoa toplinske energije,odnosno uporaba energije umjesto potronjaenergije.

Toplinska energijaToplina je jedan od oblika energije. Premameunarodnom sustavu jedinica SI jedinicaza energiju je dul (Joule) (J=Nm).U praksi se esto koristi jedinica kilovat sat1 kWh= 3600kJ.

1.1.2 Prvi glavni zakontermodinamike (za zatvorenesustave)

Toplina je ekvivalentna mehanikomradu (Mayer,1842; Joule,1843).


12/189

11


Tablica 1-1

specini toplinskikapacitet izmeu

0 C i 100 CkJ / (kgK) Wh / (kgK)

Voda 4,20 1,163

Bakar 0,385 0,105

Aluminij 0,904 0,252

elik, eljezo 0,465 0,128

Puna cigla 0,84 0,236

Mineralno ulje 2,00 0,560

Zrak (za 1 bar) 1,00 0,280

Specini toplinski kapacitet c kJ/kgKpredstavlja onu koliinu topline koja masu od 1kg zagrije za 1 K.Specini toplinski kapacitet ovisi o tlaku i tem-peraturi. Za veinu tehnikih problema se moeuzeti kao konstanta tj. kao prosjeni specini

toplinski kapacitet izmeu temperaturaT1i T2.U tablici 1-1 dane su vrijednosti specinogtoplinskog kapaciteta u temperaturnom dijapa-zonu izmeu 0 C i 100 C za razliite tvari.Pomijeamo li dvije kapljevine razliitih tempe-ratura u dobro izoliranoj posudi toplinska ravno-

tea takvog izoliranog sustava ostvarit e se na(srednjoj) temperaturi Tm.

m1c1T1+m2c2T2 = (m1c1+m2c2 ) Tm

m1c1T1+m2c2T2Tm = m1c1+m2c2

1.1.4 Potrebna koliina topline

Koliina topline potrebna za zagrijavanje mase

m s temperature T1na temperaturu T2uz po-znatu prosjenu vrijednost specinog toplin-skog kapaciteta rauna se prema:

Ovu toplinu ne moemo izmjeriti direktno veje raunamo iz izmjerenih vrijednosti mase itemperature.

kJ koliina topline

m kg masa kJc specini toplinski kapacitet kg.KT K temperatura

1.1.5 Snaga

Snaga je rad izvren u jedinici vremena i imajedinicu vat (watt) prema meunarodnom su-stavu jedinica SI

J NmW = =

s s

to je krae vrijeme izvrenja rada to je veasnaga.

RadSnaga =

Vrijeme

WP =

t

Rad, Nm=JSnaga,J/s=W

Tako na primjer u elektrotehnici ee koristi-mo jedinicu snage W, u toplinskim procesimajedinicuJ/s, a kod procesa s mehanikim radomjedinicu Nm/s.


13/189

12


1.1.6 Toplinski tok

Toplinski tok je ekvivalentan snazi i predstavljaprenesenu koliinu toplinske energije u jedinicivremena.

kJ/s, (kW) toplinski tokqm kg/s maseni protok kJc specini toplinski kapacitet kg.K

T K temperaturna razlika

1.1.7 Odreivanje masenog protoka

Za termotehnike sustave, na primjer sustavgrijanja od znaaja je poznavanje masenog pro-toka kroz cijevnu mreu, ogrjevna tijela i sustavu cjelini. Na osnovi poznatog toplinskog tokaodreuje se i maseni protok kroz crpku (kapaci-tet) za zadanu temperaturnu razliku.

qm kg/s maseni protok

T K razlika temperatura polaznogi povratnog voda.

kJc specini toplinski kapacitet kg.K

Gustoa medija odreuje se iz poznate mase mi volumena V i ovisna je o temperaturi i tlaku.

(kg) m3

Vrijednost gustoe pojedinih tvari dane su tabli-no u prirunicima.Maseni i volumenski protok povezuje gustoa

pa tako poznajui maseni protok i gustou mo-emo odrediti volumenski protok.

(m3

)sNapomena:Za tehnike proraune termodinamikih postro-jenja uzima se gustoa vode =1000 kg/m3;

odnosno 1 litra = 1 kg


14/189

13


Primjer: Odreivanje masenog protoka kroz cjevovod.Kroz cijevnu granu A sustava toplovodnog grijanja mora se ostvariti toplinski tok (snaga) od= 30 kWza zadanu temperaturnu razliku na ogrjevnim tijelima odT= 20 K.

Odredi maseni i volumenski protok kroz granu A, uzevi gustou vode pri 80 Cod = 971,6 kg/m3i specini toplinski kapacitet c = 4,2 kJ/kgK

30qm= = = 0,357kg/s

c.T 4,2 .20

qm= 1286 kg/h

1.1.8 Stupanj djelovanja, korisnost

Stupanj djelovanja nekog procesa, stroja iliureaja jest omjer korisno dobivenog rada(energije) ili snage i utroenog rada (energije)ili snage.

Wd Pd= = Wu Pu

1.1.9 Iskoristivost, uinkovitost

U toplinskim procesima esto upotrebljavamopojam iskoristivost ili uinkovitost koji predsta-vlja odnos dobivene koliine topline ili dobive-nog toplinskog toka i utroene koliine topline iliunesenog toplinskog toka.

d di= = u u

Kod dizalica topline i rashladnih ureaja koristi

se pojam faktor grijanja odnosno faktor hlae-nja, (COP - coefcient of perfomance) faktorpretvorbe koji predstavlja: kod dizalice toplineodnos dobivenog toplinskog toka i unesenesnage za pogon kompresora GDT= PKa kod rashladnog ureaja odnos dobivenograshladnog toka i unesene snage za pogonkompresora RR= PKFaktor pretvorbe kompresijskih ljevokretnih pro-cesa je vei od jedan, (> 1)


15/189

14


1.1.10 Prolaz topline (slika 1-1)

Toplinski tok koji prelazi s neke tekuine naravnu stjenku, prolazi kroz tu stjenku te sa testjenke na drugu tekuinu rauna se uz pozna-

vanje :- Koecijenta prolaza toplinek W / m2 K- Povrine stjenke (okomito na smjer izmjene

topline)A m2

- Temperature tekuina (uida)T1i T2 K(tekuine ili uidi su sve kapljevite iplinovite tvari)

pomou izraza :

= k .A(T1- T2)

Koecijent prolaza topline k rauna se pomouizraza:

Gdje su :

W / m2 K koecijent prijelaza toplines tekuine na stjenku

m debljina stjenke

W / mK koecijenti toplinske vodljivosti

W / m2 K koecijent prijelaza toplinesa stjenke tekuinu 2.

Reciprona vrijednost koecijenta prolaza to-pline predstavlja ukupni toplinski otpor prolazutopline pa moemo analogno tomu pisati:

Gdje su :R m2K / W ukupni otpor prolazu toplineR1 m2K / W otpor prijelazu topline

s tekuine 1 na stjenku

R m2K / W otpor provoenju toplineR2 m2K / W otpor prijelazu topline

sa stjenke na tekuinu 2

a) izolacija s vanjske b) izolacija s unutranjestrane zida strane zida

Slika 1-1. Temperaturna raspodjela kod izoliranog zida s: a) vanjskom izolacijom b) unutranjom izolacijom


16/189

15


Prema novoj konvenciji koecijent prolaza topli-ne oznaava se sa U, pa toplinski tok kroz ravnivieslojni zid (slika1-1), u stacionarnom stanju,ovisi o samoj konstrukciji zida, povrini zida itemperaturnoj razlici izmeu unutarnje i vanjske

temperature zraka.

W

Gdje su:

W toplinski tokU W / m2 K koecijent prolaza topline

T1 K temperatura tekuine 1, izvantemperaturnog graninog sloja

T2 K temperatura tekuine 2, izvantemperaturnog graninog sloja

A m2

povrinaL W/K provodljivost

1.2 Osnove mehanike uida

1.2.1 Jednadba kontinuiteta

Pri stacionarnom strujanju uida kroz cijev ma-seni protok je konstantan.

Kod strujanja nestlaivih uida kroz cijev volu-mni protok je konstantan.

qv= w A= konst.Brzina uida u cijevi unutranjeg promjera Drauna se pomou izraza:

Gdje su:

w m/s brzinaA m2 povrina poprenog presjeka cijeviD m unutranji promjer cijeviqv m3/s volumenski protokqm kg/s maseni protok

Kod promjene povrine poprenog presjekacijevi s A1 naA2, kao to je pokazano slikom1-2, uz nepromjenjivu gustou uida = konst.vrijedi izraz:

koji nazivamo jednadba kontinuiteta i koju mo-emo pisati u obliku:

iz koje je vidljivo da je promjena brzine obrnutopropocionalna promjeni povrine poprenogpresjeka strujanja uida.

Slika 1-2. Cijev promjenljivog poprenog presjeka


17/189

16


1.2.2 Zakon o odravanju energije(strujanje bez trenja)

Za stacionarno strujanje idealnog nestlaivoguida, suma svih energija (poloaja, tlaka, brzi-

ne) u svakom je presjeku konstantna i dana jeBernoullijevom jednadbom koja izraena prekotlaka ima oblik:

Gdje su:

z geodetska visinap statiki tlak uida (tlak na stijenci)w2/2 dinamiki tlak uda (zaustavni tlak)

Jedinica mjere za tlak je Pascal1 bar = 103mbar = 105Pa = 105N/m2

1 bar = 10 mVS (stupca vode)(stare jedinice:

Tehnika atmosfera 1 at =9,80665 104PaFizikalna atmosfera 1 atm =1,033 at= 101,300 Pa = 760 mmHg = 760 Torr)

1.2.3 Statiki, dinamiki, ukupni tlak

Za strujanje uida na istoj geodetskoj visini Ber-noullijeva jednadba glasi:

1.2.3.1 Statiki tlak

Za sustav otvoren prema atmosferi ukupni sestatiki tlak odreuje:

psta.= gh+p0

Gdje su:psta. ukupni statiki tlak (apsolutni)p0 atmosferski tlakpst.= ph= gh statiki tlak stupca tekuine

(hidrostatski tlak)

A A

Slika 1-3 Hidrostatski tlak

Za prema atmosferi zatvoreni sustav, ukupni sestatiki tlak odreuje:

pst.= ph+ps

Gdje su:

pst. pretlak u zatvorenom sustavuph=gh hidrostatski tlak (od stupca tekuine)ps tlak u zatvorenom sustavu (narinuti tlak)

Apsolutni tlak zatvorenog sustava dobije se do-davanjem atmosferskog tlaka pretlaku.

psta.= pst.+p0= gh+ps+p0


18/189

17


1.2.3.2 Dinamiki tlak

Dinamiki tlak je rezultat brzine strujanja uida irauna se pomou izraza:

Gdje je:

w (m/s) brzina strujanja uida

1.2.3.3 Ukupni tlak

Suma statikog i dinamikog tlaka ne mijenja seu sustavu kod strujanja bez gubitaka. Energijabrzine (kinetika) moe se pretvoriti u energiju

tlaka (potencijalnu) i obratno.Ukupan tlak moe se takoer izraziti kao pretlakili apsolutni tlak.Ukupni tlak izraen kao pretlak:

pu= pst+pd

ukupni tlak izraen kao apsolutni tlak:

pua= pst+pd +p0= psta+pd

Primjer: Izraunavanje apsolutnog statikog tlaka.Izraunati tlak stupca vode na stijenku cijevi u presjeku A-A ako je visina stupca vodeh = 10 m mjerenood razine u otvorenom spremniku (slika 1-3).

Trai se vrijednost pretlaka i apsolutnog tlaka.

Pretlak:

pst= gh = 1000 9,81 10 = 0,98 105Pa

pst= 0,98 105N/m2= 0,98 bar

Za izraun apsolutnog tlaka potrebno je znati iznos atmosferskog tlaka na poloaju spremnika. Za

tehniku primjenu moemo raunati sap0= 1,013 105Pa, pa je apsolutni tlak u presjeku A-A:

psta= pst+ p0= 1,99 105Pa = 1,99 bar


19/189

18


1.2.4 Hidrauliki i ekvivalentnipromjer

1.2.4.1 Hidrauliki promjerdh

Radi jednostavnijeg prorauna gubitaka kodstrujanja uida kroz cijevi i kanale koji nemajukruni presjek izveden je pojam hidraulikogpromjera koji se rauna pomou izraza:

4Adh=

O

Gdje su:

A m2 povrina poprenog presjeka

O m opseg poprenog presjeka strujanja(oplakivani opseg)

dh m hidrauliki promjer

Na taj nain, koristei hidrauliki promjer, mo-emo izraunati otpor strujanju uida kroz cijev,kao da se radi o cijevi krunog poprenog pre-sjeka iji je promjer D = dh. Tako za cijev pravo-kutnog presjeka (sa stranicama a i b) vrijedi:

a za kvadratni:

Pravokutni kanal hidraulikogpromjera dhprua isti otpor strujanju

uida kao i okrugla cijev istihkarakteristika povrine u dodiru suidom i promjera D = dhza iste

brzine strujanja uida.

Brzina strujanja se rauna:

Gdje su:

w m/s brzina strujanja uidaqv m3/s volumni protok uida

A m2/s povrina poprenog presjekastrujanja uida

Primjer: Cijev pravokutnog poprenog presjeka.Izraunati maseni protok i hidrauliki promjer cijevi cjevovoda izraenog iz pravokutnih cijevi, vanjskih

gabarita 40 x 60 mm debljine stijenke 2 mm. Stvarna brzina strujanja kroz cijev jew = 2 m/s.Povrina poprenog presjeka:

A= 36 56 = 2016 mm2= 0,002 m2

Unutranji opseg:

O= 2 (36 + 56) = 184 mm = 0,184 m

4A 4 0,002dh= = = 0,0435 mO 0,184

qm= A w = 0,002 2 1000 = 4 kg/s

qm= 14400 kg/h

Na osnovi hidraulikog promjeradhi stvarne brzine strujanja uida odreuje se pad tlaka usljed trenjaizmeu uida i stijenke cijevi.


20/189

19


1.2.4.2 Ekvivalentni promjer dg

Ekvivalentni promjer najee se koristi kododreivanja pada tlaka kanala za zrak pravoku-tnog presjeka.

Kanal ekvivalentnog promjera dgkroz koji struji zrak prua isti otpor

strujanju kao i cijev promjera D = dgkod istog volumnog protoka zraka.

.

Uporaba ekvivalentnog promjera omoguavajednostavniju i bru provedbu prorauna ka-nalskog razvoda. Kad je npr. poznat pad tlakamogu se jednostavno izraunati duine dionicakod visokotlane klimatizacije.

1.2.5 Reynoldsova znaajka Re

Reynoldsova znaajka je bezdimenzijskaveliina koja opisuje karakteristiku strujanja.Strujanja u cijevi su slina ako imaju jednak

Reynoldsov broj.wd

Re =v

wdhRe =v

Gdje su:

w m/s brzina strujanja uidad m unutranji promjer cijeviv m2/s kinematiki viskozitet uidadh m hidrauliki promjer

(npr. za EL loivo ulje kod 20 C:

v= 610-6

m

2

/sza vodu kod 10 C:v= 1,3110-6m2/s

za vodu kod 80 C:v= 0,3710-6m2/s)

Strujanje uida kroz cijev kod kojeg je Re 2320 je turbulen-tno strujanje uida. Kod turbulentnog strujanjakomeanje estica (mijeanje estica po struj-nicama) je intezivno za razliku od laminarnogkada je usmjereno u smjeru strujanja.Isto tako raspored brzina po poprenom pre-

sjeku je jednolik kod turbulentnog strujanja (vidisliku).

Slika1-3-1: raspored brzina po poprenom presjeku za laminarno i turbulentno strujanje.


21/189

20


1.2.6 Otpor strujanju u cijevima

Gubitak tlaka zbog otpora pri strujanju uidagustoe s brzinom w rauna se pomou Dar-cyjeve formule:

Gdje je: koefcijent gubitaka, koji za ravne

cijevi krunog presjeka iznosi:1= d

Gdje su:

koefcijent trenjal m duljina cijevi

d m promjer cijevi (ili hidraulikipromjer)

Za proraun pada tlaka u ravnim cijevima

moemo pisati:

Gdje je:

R Pa/m pad tlaka po dunom metrucijevi.

1.2.7 Odreivanje koecijentatrenja za cijevi

Koecijent trenja za cijevi je funkcija hrapavostistijenke cijevi i oblika strujanja. Uobiajne su

vrijednosti= 0,02 0,05.

Za laminarno strujanje (Re < 2320) vrijedi:64

= i neovisan je o hrapavosti cijeviRe

Za turbulentno strujanje (Re > 2320) razlikuje-mo tri podruja strujanja:

- Strujanje u glatkoj cijevi

(ovisi samo o Reznaajki).- Strujanje u hrapavoj cijevi:

(ovisi samo o relativnoj hrapavosti )

- Strujanje u prijelaznom podruju(Colebrookova formula)

(ovisi o Re znaajki i )

Gdje su:

koecijent trenja za cijevi hrapavost cijevid promjer cijevi, unutranji ili dh

Tablica 1-2 Apsolutna hrapavostza razliite vrste cijevi.

, mm

Vuene cijevi (npr. Cu) 0,0013 ... 0,0015eline cijevi (trgovaka kvaliteta) 0,045

eline cijevi (korodirane) 0,15...0,2

eline cijevi (intezivno korodirane) 1,0...3,0

Plastika 0,0015 ... 0,0070

Kocijent trenjanajlake se odredi pomou dijagrama na slici 1-4.


22/189

21


Reynoldsov broj Re

Slika 1-4. Odreivanje koecijenta trenja u cijevi

Koefcijenttrenja

1.2.8 Pad tlaka u cjevovodu

Openito se pad tlaka rauna pomou formule:

w2p =

2

Proraun pada tlaka u ravnom dijelu cjevovodadan je u 1.2.7 ovisno o obliku strujanja. Doda-tni gubici, padovi tlaka, javljaju se pri strujanjuuida kroz armature, spojnice, aparate i slino.Koecijent gubitakamora biti odreen za svakielement posebno. Brzine s kojom se odreujepad tlaka (lokalni otpori) mora se odrediti odsluaja do sluaja.

Nekoliko primjera odreivanja lokalnih otpo-ra (esto puta se lokalni pad tlaka oznaavasa z).

a) Promjena poprenog presjeka(proirenje,suenje). Pad tlaka je posljedica promjene brzi-ne strujanja uida i komeanja estica.

dio 1 dio2 Naglo proirenje

Slika 1-5 Lokalni otpor kod proirenja

laminarno turbulentno

strujanje

hidraulikiglatkacijev

hidrauliki hrapava cijev


23/189

22


Koecijent gubitaka se odreuje kao

a pad tlaka se odnosi na brzinuw1

b) Protjecanje kroz ravu, odvojke ili spojnicu

Kod ravanja, odvajanja ili spajanja struja uida,dolazi do pada tlaka.Koecijent gubitaka ovisi o vie faktora:

- Oblik poprenog presjeka cijevi(kruni ili pravokutni)

- Karakteristike poprenog presjeka

(A/AAiliA/AD)- Karakteristike brzine

( w/wAili w/wD)- Kut ravanja- Oblik rave (npr.konus)

Kod raunanja pada tlaka treba voditi rauna skojom se brzinom on rauna (ona ispred raveili u ravi).Koecijent gubitaka moe poprimiti i negativnuvrijednost.

Gubitci se mogu smanjiti konusnim prolazom,zakrivljenjem spoja ili koljenom.Za uobiajne sluajeve koecijent gubitakamoe se odrediti iz slike 1-6.

Razdvajanje Spajanje

Prolaz Prolaz

Grananje Grananje

Razdvajanje Spajanje

Slika 1-6 koecijent gubitaka za ravni T komad.


24/189

23


c) Protjecanje kroz mjerilo protoka, kalori-metre i sline ureaje

Pad tlaka kod ovakvih ureaja naznaen je utehnikoj dokumentaciji proizvoaa.

d) Ogrjevno tijelo (radijatori, konvektori)

Za pad tlaka u razliitim konstrukcijama ogrje-vnih tijela, (konvektori i sl. u kojima su brzinestrujanja vrlo male) usvaja se vrijednost koeci-jenta gubitaka = 2,5.

Pad tlaka se rauna pomou izraza:

Gdje je:

wH m/s brzina vode na ulaznom presjekuprikljuka.

Za pravilno odreivanje pada tlaka potrebno jesvako ogrjevno tijelo posebno provjeriti. Ogrje-vno tijelo s vrlo uskim komorama za strujanjeuida mora se proraunati prema uputamaproizvoaa.

e) Cijevi

Pad tlaka ravnih dijelova cijevne mree dui-ne l moe se izraunati na osnovi vrijednostispecinog otpora R, danog u dokumentaciji

proizvoda.

p = R l

f) Izmjenjivai topline, kaloriferi, solarnikolektori

Pad tlaka se odreuje na osnovi tehnike doku-mentacije i nominalnog volumnog protoka.Openito vrijedi sljedei odnos izmeu pada

tlaka i volumnog protoka.

qv2p2= p1( )2qv1

Primjer: Pad tlaka izmjenjivaa toplineIzmjenjiva topline ima pad tlaka od 0,12 bar kod nominalnog protoka od 3,2 m3/h. Koliki je pad tlaka priprotoku od 5 m3/h.

p2= 0,293bar


25/189

24


1.2.9 Pad tlaka na regulacijskimventilima i izvrnim elementimaupravljakog sustava

Promjena protoka kroz sustav takoer ima za

posljedicu promjenu pada tlaka. Pad tlaka kaofunkcija protoka za regulacijski ventil prikazanje dijagramski na slici 1-7.

Slika 1-7. Pad tlaka kao funkcija promjeneprotoka.

Karakteristika ventila kV denirana je s volu-

mnim protokom vode u m3/h kroz ventil kojirezultira padom tlaka od 1 bar (prema VDI/VDE-2173) i odreuje se mjerenjem.kVse za vodu rauna pomou izraza:

pa je kod pada tlaka od 1 bar

kV= qV m3/h

Za druge kapljevine ( 1000) kvse prerauna-va preko izraza:

gdje je:

kg/m3 gustoa

Sa kVSoznaava se ona kVvrijednost kod kojeje otvorenost ventila 100 %

kV- vrijednost predstavlja protok kroz

regulacijski element u m3

/h koji pri odre-enoj otvorenosti ventila (nominalna otvo-

renost H) rezultira padom tlaka

od 1 bar (1 bar = 100 kPa)

kVS- vrijednost je poseban sluaj kVvrije-

dnosti i predstavlja protok koji kod potpu-

ne otvorenosti ventila 100%

(H = H100) rezultira padom tlaka od 1 bar.

Ovisno o protoku pad tlaka na ventilu odnosit e

se uz poznati qV1 = kVsi p1= 1 barkao:

pa slijedi:

bar,

gdje je:

qV m3/h

Pad tlaka ventila mae se izraunati i preko po-znatog izraza:

Pa

gdje su:

koecijent gubitaka

kg/m3 gustoaw m/s brzinaqV m3/h volumni protokkVS m3/h karakteristika ventilapV bar pad tlaka na ventilu


26/189

25


Primjer: Izbor armature prema zahtijevanim parametrimaPotrebno je odrediti kVregulacijskog ventila za pad tlakapVpri volumnom protoku qVkroz ventil ako

je poznato;pad tlaka pV = 5 kPa = 5 10-2bar, protok qV= 1,5 m3/h.

Odaberemo ventil linija 2, vidi prilog Art.nr.4111 3/4" sito 0,4.

Odaberemo li ventil za isti protokqV= 1,5 m3/h iji je kVS= 7,3 m3/h vidi prilog Art.nr.4111 3/4" sito 0,75Pad tlaka na odabranom ventilu bit e:

Primjer: Pad tlaka na radijatorskom ventilu.Potrebno je odrediti pad tlaka na radijatorskom ventilu tip HERZ-AS-T-90, DN 20, R=3/4"

Art. nr. 6824; kVS= 3 m3/h, protok kroz ventil je 500 l/h.

pV = 2,78 kPa


27/189

26


1.2.10 Pad tlaka u cjevovodukonstantnog presjeka

U dionici cjevovoda konstantnog poprenogpresjeka ukupni pad tlaka sastoji se od pada

tlaka nastalog usljed trenja uida u ravnomdijelu cjevovoda duljine l i padova tlaka usljedlokalnih otpora.

gdje su:

koecijent trenja u cijevil m duina ravnog dijela cjevovoda

D m unutranji promjer cijevi kg/m3 gustoa uida

w m/s brzina strujanjai koecijent gubitakaR Pa/m pad tlaka po metru duine cijevipE Pa pad tlaka na pojedinom

elementu cjevovoda

Padovi tlaka u cjevovodupropocionalni su kvadratu

volumnog protoka.

Tu zavisnost moemo pisati:

1.2.11 Karakteristika cjevovoda

Karakteristika cjevovoda je krivulja koja pokazu-je vezu izmeu protoka i pada tlaka i prikazanaje slikom 1-8 za zatvoreni sustav (krivulja je

kvadratna parabola)

Slika 1-8. Karakteristika mree

Za otvoreni sustav (krivulja je kvadratna poma-knuta po vertikali od ishodita za iznos statikogtlaka)


28/189

27


gdje su:

pst=gHo Pa hidrostatski tlak

p Pa pad tlaka kg/m3 gustoa uidaw m/s brzina uida lokalni koecijent gubitaka

koecijent trenja u cijevi

A m2 povrina poprenog presjekal m duljina cijeviD m unutranji promjer cijeviqV m3/s volumni protok uidaK Pa/s2m6 konstanta cijevne mree

g m/s2 gravitacijaHo m visina stupca uida

Karakteristika otvorenog sustava (slika 1-9)prikazuje komponentu statikog tlaka koji morasavladati crpka i krivulje pada tlaka sustava zarazliite poloaje ventila kao funkciju protokauida.

Slika 1-9. Karakteristika otvorenog sustava

Karakteristika zatvorenog sustava (slika 1-10)pokazuje krivulju pada tlaka sustava za razlii-te poloaje ventila kao funkciju protoka uida.Ovakvu situaciju imamo npr. kod sustava cen-

tralnog grijanja gdje voda cirkulira u sustavu.Voda pokretana crpkom prolazi kroz kotao,ogrjevno tijelo, sustav cijevi i ventile.

Slika 1-10. Karakteristika zatvorenog sustava

Zatvoreni sustav grijanja.U zatvorenom sustavu nalazi se konstantna koli-ina vode koja pomou cirkulacijske crpke kruisustavom.Kroz sustav cirkulira koliina koju dobavlja crpka.Kako je sustav zatvoren crpka mora svladati samootpore cjevovoda, elemenata tog cjevovoda, apa-rata i ogrjevnih tijela. Pri tome su otpori povratnogvoda neto vei zbog vee gustoe fuida.Utjecaj gravitacije je zanemariv, a mora se uzetiu obzir samo ako ima znaajan utjecaj na rad

crpke. To je npr. kod vrlo visokih zgrada ili kod vrlomalih tlakova koje crpka mora savladati.U zatvorenom sustavu karakteristika mree pola-zi iz nulte toke (vidi sliku 1-10) i nie je poloenaza mree u kojima je pad tlaka manji.Karakteristika je parabolinog tipa i pokazuje pro-mjenu otpora cijevne mree u ovisnosti o protokufuida. Kod maksimalnog protoka maksimalni jepad tlaka u mrei.Smanji li se protok na 70% on e rezultiratipadom tlaka koji je 49% od maksimalnog, a zasmanjenje protoka na 50% otpor e pasti na 25%maksimalnog. U dijagramu s logaritaskim koor-dinatama karikteristika cjevovoda se iz parabolepreslikava u pravac.


29/189

28


1.2.12 Grananje cjevovoda paralelna veza

U paralelnoj vezi (slika 1-11) protok vode dijelise na dvije grane qm1i qm2.

Raspodjela se balansira ovisno o padu tlaka upojedinoj grani pri emu su mjerodavni tlakovi utokama A i B.Za svaku granu vrijedi:

p1= K1 q2m1

p2= K2 q2m2

otuda proizlazi:

KDD = p = K1 q2m1= K2 q2m2

Ova zavisnost moe se pokazati analogno onojkod paralelnog spoja dvaju otpora (slika 1-11)

koja glasi da je:

Suma svih napona odnosnopadova tlaka mora biti jednaka u

vorovima paralelnih grana.

Podeavanje:Postupak podeavanja protoka kroz paralelnugranu moe se pokazati graki. Potrebno jepoznavati sljedee veliine:

- potrebne masene protokeqm1+qm2, (os X)

- karakteristike grana (1 i 2),sjecite BP

Postupak koji slijedi obuhvaa povlaenjevertikala kroz toku eljenih protoka Zadano-BP (2).

Slika 1-11 Analogija izmeu elektrine i hidraulike paralelne veze otpora


30/189

29


Na taj nain dobivamo jo dvije toke potrebneza podeavanje. To su toke (1) i (2) koje dajupotrebno poveanje pada tlaka kroz ventil u gra-ni 1 kako bi se dobili eljeni protoci qm1i qm2.U protivnom sustav e se izbalansirati sam na

protoke qm1*i qm2*toka (BP).eljene vrijednosti i promjene protoka mogu seodrediti iz dijagrama.

Zadana BP

Slika 1-12. Dijagram podeavanja protoka kroz paralelne grane.


31/189

30


Primjer: paralelna veza ogrjevnih tijela.

Slika 1-13. Dva ogrjevna tijela spojena paralelno.

Za dva ogrjevna tijela spojena paralelno potrebno je odrediti karakteristike regulacijskih ventila kako bise ostvario potreban protok.

Pad temperature kroz ogrjevno tijelo je = 10 C.Ogrjevno tijelo 1: Snaga1= 1600 W

pad tlaka A-A' = 250 Pa kroz dionicu 1.Ogrjevno tijelo 2: Snaga2= 800 W pad tlaka A-A' = 60 Pa kroz dionicu 2.Oba ventila 1/2" treba podesiti tako da je pad tlaka na svakom ogrjevnom tijelu jednak. Vidimo da je padtlaka kroz ogrjevno tijelo 1 vei od onog kroz ogrjevno tijelo 2. Zato treba kod prorauna uzeti da je ventilna tijelu 1 potpuno otvoren. Ventil na tijelu 2 se podeava na tlak u tokama A-A'.Odreivanje masenog protoka kroz ogrjevno tijelo(grane)

Odabran je radijatorski ventil HERZ TS 98V dimenzije 1/2" (vidi sliku 1-14).Pad tlaka za potpuno otvoren ventil jepHRv1= 1500Pa.Padovi tlaka moraju biti jednakp1= p2250 Pa + 1500 Pa = 60 Pa + pHRv2pHRv2= 1690Pa, VE = 5poloaj 5, slika 1 -14.


32/189

31


Slika 1-14 HERZ TS-98- V1/2"

Stupanj prednamjetanja 6 odgovaraoznaci O na skali gornjeg dijela

kv - vrijednost

Maseni protok qm

Padtlakap

max

.otv

oren


33/189

32


2 CIRKULACIJSKE CRPKE

2.1.2 Visina dizanjaVisina dizanja predstavlja visinu stupca vodekoju moe ostvariti cirkulacijska crpka. Jedinicamjere je metar stupca vode.

gdje su:

l m duina cjevovodaR Pa/m pad tlaka po metru duine cjevovodaZ Pa lokalni otpor cjevovoda

kg/m3 gustoa vodeg m/s2 gravitacija

2.1.3 Korisna snaga crpke

Korisna snaga crpke je snaga potrebna zaostvarenje eljenog kapaciteta crpke.

P = g q vH

gdje su:

qV m3/s volumni protok uidaP W korisna snaga

g m/s2 gravitacija kg/m3 gustoa uida (vode)H m visina vodenog stupca

2.1 Osnove i pojmoviCirkulacijska crpka u krugu grijanja ima ulogutransporta tople vode, nosioca topline, koja se izkotla dovodi do ogrjevnih tijela i ohlaena vraau kotao.

2.1.1 Kapacitet crpke

Kapacitet crpke je koliina uida koju crpkatransportira u jedinici vremena.

Potrebni kapacitet crpke sa izraava preko po-trebne koliine topline koju treba predati korisni-ku i toplinskih gubitaka pri distribuciji.

gdje su:

H W potrebna koliina topline

V W toplinski gubici K temperaturna razlika polaznog

i povratnog voda

c kJ/kgK specini toplinski kapacitet kg/m3 gustoa vode pri srednjoj tem-

peraturi medija (u inenjerskimproraunima moe se uzeti

= 1000 kg/m3)


34/189

33


2.1.4 Elektrina snaga crpke Peli stupanj djelovanja uk

W

uk = M . P

Slika 2-1. Ukupan stupanj djelovanja

gdje su:

qV m3/s volumni protokpp Pa ukupan pad tlaka sustavauk ukupni stupanj djelovanja =M. P

0,4 do 0,6 male crpke0,6 do 0,75 srednje crpke0,75 do 0,85 velike crpke

0,5 do 0,6 za elektrine motore

ukupan stupanj djelovanja crpke

stupanjdjelovanja

Nominalno optereenje motora u vatima


35/189

34


2.1.5 Kavitacija i potrebna tlanavisina

Potrebna tlana visina H (zatita od kavitacije)mora biti najmanje jednaka NPSH (Net Positive

Suction Head - Neto pozitivna usisna visina),odnosno apsolutnom statikom tlaku na usisucrpke umanjenom za tlanu visinu isparavanjatekuine na danoj temperaturi i tlaku.

pst Pa Apsolutni statiki tlakpi Pa Tlak isparavanja

kg/m3 Gustoag m/s2 Gravitacijawd m/s Brzina u tlanom prikljukuws m/s Brzina u usisnom prikljukuhd m Geodetska visina tlanog prikljukahs m Geodetska visina usisnog prikljuka

Potrebna tlana visina mora se osigurati u su-stavu uvijek veom od NPSH vrijednosti kako bise izbjegla kavitacija.

2.1.6 Zakoni slinosti

Uz odgovarajue aproksimacije za centrifugalnecrpke vrijede sljedei odnosi proporcionalnosti:

Volumni protok je proporcionalan broju okretaja

Visina dizanja proporcionalna je kvadratu brojaokretaja

Elektrina snaga pumpe proporcionalna je tre-oj potenciji broja okretaja

2.1.7 Karakteristika crpke i radnatoka

Karakteristika crpke pokazuje vezu izmeuprotoka i tlaka kod konstantnog broja okretajacrpke.

Odreuje se ispitivanjem tako da se priguiva-njem ventila smanjuje protok kroz crpku.Kad je ventil zatvoren (protok nula) crpka po-stie maksimalni tlak. Ova je vrijednost (visinadizanja) esto naznaena na crpki (Slika 2-2.).

Slika 2-2. Karakteristika crpke


36/189

35


Sjecite karakteristike cjevovoda s karakteristikomcrpke predstavlja radnu toku crpke (Slika 2-3.).

Radna toka

Slika 2-3. Radna toka

2.1.8 Familija karakteristika crpki

Familija karakteristika dobiva se preko propor-cionalnosti visine dizanja i broja okretaja (vidi2.1.6. jednadba 2)

U cilju jednostavnijeg prilagoavanja pumpecijevnoj mrei, crpke se danas rade s tri brojaokretaja (tri brzine rada) pri emu je obino naj-manja brzina jednaka 50% maksimalne. Na tajse nain smanjuje broj tipova crpki.

Konstrukcijom s tri brzine mogue je vrlo nopodeavanje crpke i cjevovoda.Crpke se odaberu tako da pri nazivnim radnimparametrima rade na maksimalnom brojuokretaja. Smanjenjem broja okretaja crpka seprilagoava radu sustava kod manjih toplinskihoptereenja.

Karakteristikapumpe

Karakt

erist

ikamree

Slika 2-4 Karakteristika crpke s tri brzine rada


37/189

36


2.2 Oblici karakteristika crpke

STRMA KARAKTERISTIKA RAVNA KARAKTERISTIKA

Slika 2-5 Strma i ravna karakteristika crpke

veiP

manjiP

Karakteristika crpke moe biti blago ili strmonagnuta.Kod karakteristika blagog nagiba visina dizanjacrpke mijenja se relativno malo s promjenomprotoka dok je kod strme karakteristike promje-

na visine dizanja s protokom znatna.Promjena radne toke crpke ovisno o karakteri-stici sustava u koji je ugraena prikazana je naslici 2-6.

Radna toka

Slika 2-6 Promjena visine dizanja crpke za drugu karakteristiku sustava

StrmakarakteristikaRavnakarakteristika

prora

unsk

i

stvarn

o

Razlika pri strmoj karakteristikci

Razlika pri ravnoj karakteristici


38/189

37


2.2.1 Crpke s regulacijom

Crpka se uvijek dimenzionira za najvee toplin-sko optereenje. U veini sluajeva toplinskooptereenje je manje (u 60% vremena rada

sustava ono je oko 30%) pa je razumljivo dacrpku treba prilagoditi trenutnom stanju. Kad setoplinski uinak regulira priguivanjem protokaa ne promjenom polazne temperature treba te-iti regulaciji dobave crpke.Postoje brojni naini regulacije, stupnjevana;promjenom promjera kola, ili broja okretaja,pred podeavanjem lopatica, iskapanjem iukapanjem pumpe u pumpnoj grupi ili kontinui-rana, frekventnom regulacijom broja okretaja.

2.2.1.1 Elektrina regulacija

Smanjenjem hidraulikih karakteristika crpkesmanjuje se i el. snaga crpke. Pri tome se sni-ava i buka.

Mogunosti promjene snage- promjenom broja polova- iskapanjem namota- tiristorska regulacija, fazna- promjenom frekvencije

Fazna regulacija ima za posljedicu neeljenupojavu poveanja buke. Fazna i frekventna re-

gulacija su kontinuirane to im daje prednost uodnosu na druge tipove regulacije.

2.2.1.2 Tipovi regulacije crpke u sustavu

- Regulacija tipa p-cKod regulacije tipa p-c ostvaruje se kon-stantna kontrola odreenog opsega protokapreko podeene vrijednosti diferencijalnog

tlaka Hsna regulatoru. Kad razlika tlak ulaza iizlaza u crpku preraste namjetenu vrijednost(to ukazuje na potrebu manjeg toplinskoguinka) smanjuje se broj okretaja crpke iobratno.

- Regulacija tipap-vKod regulacije tipa p-v promjena eljenevrijednosti diferencijalnog tlaka na regulatoruobavlja se elektronski pri emu se vrijednostdiferencijalnog tlaka mijenja linearno izmeuHsi 1/2Hskako se mijenja protok qv.

2.2.1.3 Promjena brzina vrtnji crpkeVe je reeno da je broj okretaja crpke mo-gue ostvariti na nekoliko naina pri emu sefrekventna regulacija broja okretaja smatra naj-povoljnijom.Danas se na tritu mogu nai kom-paktne crpke s elektronskom regulacijom brojaokretaja. Komplet se sastoji od crpke, motora,frekventnog regulatora i upravljakog sklopa kojina osnovi signala dobivenog od regulatora (re-gulator diferencijalnog tlaka ili temperature) dajeodgovarajui signal za promjenu broja okretaja.

Tako da se u toku godine moe bitno smanjitipotronja elektrine energije za pogon crpke.Kod izbora crpke mora se voditi rauna o posti-zanju maksimalnog stupnja djelovanja crpke usvakom radnom podruju.

Nadalje motor pumpe mora biti odgovarajuikako bi savladao preoptereenja.Jednako tako treba voditi rauna o NPSH vrije-dnosti da se izbjegne pojava kavitacije.Na ovaj se nain ne postie samo uteda el.energije ve se osigurava da topla voda neodlazi u krug grijanja kad to nije potrebno. Na tajse nain ujedno smanjuje neeljena buka.


39/189

38


2.2.2 Serijski i paralelan spoj crpke

esto se tri velika pouzdanost rada sustava ilise trai rezerva snage u sistemu.Rjeenje je uporaba dvije ili vie crpki.

Slika 2-7 Izvedbe dvostrukih crpki

Kod serijskog spoja podruje protoka se ne mi-jenja a tlak se za odreeni protok mijenja premadijagramu na slici (crvena linija)

Serijski spoj (Slika 2-8.) daje u sluaju povezi-vanja crpki istih karakteristika dvostruko vietlakove za qV= 0 [m

3/s].

Protok [m3/h]

Slika 2-8 Serijski spoj dvije crpke

Potisnavisina[m]


40/189

39


Paralelan spoj (Slika 2-9.) daje dvostruko veiprotok qVza podruje dizanja visine H = 0 [m]kod povezivanja crpki istih karakteristika.

Protok [m3/h]

Slika 2-9 Paralelan spoj dvije crpke

2.3 Balansiranje crpke iogrjevnih tijela

Na slici 2-10 prikazana je karakteristika ogrje-vnog tijela.Kako se protok kroz ogrjevno tijelo odreuje

Ako su crpke istih karakteristika protok se mije-nja prema dijagramu na slici (crvena linija).

Po

tisnavisina[m]

za traenu nazivnu snagu (100%) iz dijagramaje vidljivo da 10% promjene protoka uzrokujepoveanje snage za 2% za denirane tempera-turne parametre.Ukoliko se protok smanji za 50% toplinski seuinak (snaga) ogrjevnog tijela smanji na 85%nominalnog uinka.

Nominalni reim rada

Protok

Slika 2-10 Karakteristika ogrjevnog tijela

Snagapreuzetas

ogrjevnogtijela


41/189

40


Primjer: Odreivanje crpke za stambeni blok.Potrebna toplina za stambeni blok je= 614 [Kw]. Temperatura vode na ulazu je 90 C a na izlazu 70C

( = 20C), a = 971 [kg/m3] kod 80C. Crpka mora savladati gubitke u grani s najveim padom tlaka

gdje su:qv m3/ s volumenski protokqm kg / s maseni protok W toplinski tok (snaga) kg / m3 gustoa uidac W / kgK specini toplinski kapacitet K temperaturna razlika

Pad tlaka u cijevnoj mrei posljedica je sljedeih gubitaka:

- gubitci ravnih dijelova cjevovodapR= R l

- lokalni gubitci

- ventili i razdjelnici

ukupni gubici:

pretpostavka: gubitak u ravnim dijelovima uzima se R = 100 [Pa/m] lokalni otpori su 60% ukupnihgubitaka cjevovoda. Duina ravnih dijelova cjevovoda (polaz, povrat)L= 223 m

Pad tlaka u ravnom cjevovodupR= R l= 100 223 = 22300 [Pa]

22300Lokalni gubici 100% = 60 =

100Uee 60% gubitaka u ukupnim gubitcima

Troputni mijeajui ventil kVS= 200, DN 125

[kPa] =

13380 [Pa]

1850 [Pa]

Potrebna visina pumpe 37530 [Pa]

H = 3,8 [m].

Koecijent cijevne mree:

Karakteristika cijevne mree (parabola):

U dvostrukom log dijagramu parabola postaje pravac. Crpka radi samo po svojoj karakteristici.Toka u kojoj se sijeku karakteristika crpke i karakteristika mree je radna toka.

kVS

qV

pV

V


42/189

41


Primjer: Izbor crpkeNa osnovu radne toke izbor radimo prema dijagramu proizvoaa crpke.Odabrana crpka: WILO TOP-S 80 / 7

Slika 2-11. WILO-TOP-S 80/7

Oitane vrijednosti za stupanj BP1

qv= 29 [m3/h]H= 4,15 [mWs] = 41,5 [kPa]Pel= 710 [W]

Oitane vrijednosti za stupanj BP2

qv= 25,2 [m3/h]H= 3,2 [mWs] = 32 [kPa]Pel= 570 [W]

Potronja elektrine energije.Za stupanj 1 uz pretpostavku rada od 220 dana godinje crpka e uz broj okretaja n = 1450 [o/min]potroiti: W = P

el

t = 0,71 5280 = 3949 [kWh]


43/189

42


esto puta sustav nije izveden u skladu sprojektom. U tom sluaju potrebno je provestiponovni proraun pada tlaka i prema dobivenimvrijednostima odabrati crpku. Crpku ne trebauzimati veom od potrebne jer u sezoni grijanja

ona vrlo mali period vremena radi na maksimal-nim parametrima.Treba voditi rauna da manja crpka daje:

1 Nie investicijske trokove i manju po-tronju el. energije,

2 Nii nivo buke,3 Smanjenje dodatne buke koja nastaje

protokom vee koliine medija krozventile, posebice kod sustava s termo-statskim ventilima.

Izbor crpke preporua se napravititako da radna toka padne u podru-je 50 do 70% maksimalnog kapaci-teta gdje crpka ima najbolji stupanj

djelovanja.

U svakom sluaju treba teiti odabiru crpke kojaje odreena proraunom.Na slici 2-12 dan je dijagram koji pokazujezavisnost angairane snage sustava (toplinskooptereenje ) , visinu dobave Hi potronju el.energije Pu % ka funkciju protoka qm u%.

protok qm[%]

Slika 2-12 Toplinski uinak, visina dizanja i potronja el.energije kao funkcija protoka

Primjer:Za 50% protoka angairano je samo 12,5% el.snage pumpe a toplinsko optereenje sustava

podmireno je 82,5%.

[

%]


44/189

43


2.4 Konstrukcija

U principu crpke se izrauju u linijskoj izvedbipri emu su usisni i tlani vod u liniji.Male crpke (do NO 100) sastoje se od spiralnog

kuita izraenog iz sivog lijeva ili visokokvalite-tnog elinog lima. S el. motorom su povezanepreko prirubnice. Izrauju se u razliitim velii-nama i za razliite visine dobave.Rotor crpke izraen je iz kvalitetnog umjetnogmaterijala, nehrajueg elika ili sivog lijeva.Isporuuju se u raznim veliinama i s mogu-nosti promjenljive dobave. Za manje visinedobave izrauju se kao aksijalne, a za veekao radijalne. Crpke namijenjene za centralna

grijanja konstruirane su kao mokre i suhe. Objekonstrukcije mogu biti u jednostrukoj i dvostru-koj izvedbi. Kod mokrih, potopljenih, crpki svisu pokretni dijelovi u vodi, a brtvljenje mora bitikvalitetno. Voda koja cirkulira u sustavu slui

kao sredstvo za podmazivanje. Ovakve crpke sutihe ne trae skoro nikakvo odravanje. Snageim se kreu od 10 W do 2,5 kW, visina dizanjado 12 m, a dobava do 100 m3/h. Kod suhe izve-dbe brtvljenje se ostvaruje prstenastom brtvom(od keramikih materijala visoke kvalitete kadse trai dui radni vijek).Buka koja se javlja kod ovog tipa crpki znatno jevea nego kod potopljenih. Snaga im je obinood 0,75 kW na vie.

Slika 2-13 Suha konstrukcija, presjek

Poklopac ventilatora

Motor

Ventil za odzraivanje

ahura

Prikljuak za mjerenjetlaka

Brtveni prstenRadno kolo

MaticaKuite pumpe

Plosnata brtva

Brtveni prsten

Kuglini leaj


45/189

44


2.4.1 Ugradnja

Usisna grana crpke mora imati to manje otpo-

re mree kako bi se ostvarili povoljni uvjeti zaostvarenje protoka.Ispred i iza crpke treba predvidjeti zaporne ven-tile kako bi se crpka mogla demontirati u sluajupotrebe.Kod mokrih crpki treba voditi rauna o nainu

ugradnje jer se ona hladi i podmazuje radnimmedijem. Kod horizontalne ugradnje treba osi-gurati stalan dotok medija. U principu crpke

mogu biti ugraene na polazni ili povratni vod.Na slici 2-15 prikazani su dozvoljeni nainiugradnje. Radi zatite od pregrijavanja prednosttreba dati ugradnji u povratni vod. Kod vertikal-ne ugradnje mokrih crpki, rad crpki moe postatinestabilan i dovesti do breg troenja dijelova.

Slika 2-14 Mokra izvedba, presjek

Slika 2-15 Doputeni naini ugradnje

Radno kolo

Brtva

Namotaj

Rotor

Leaj

Kuite

Radni medij


46/189

45


3 TLAK U SUSTAVU

Analogno prema ili od ogrjevnog tijela. Na osno-

vi gubitka tlaka u odvojku moe se u vornimtokama odrediti razlika tlaka i nacrtati karakte-ristian dijagram pada tlaka u sustavu. Iz linijetlaka moe se dobiti pad tlaka KDD u vornimtokama.Na slici 3-1 prikazana je raspodjela tlaka za kla-sian paralelan spoj i za paralelan spoj premaTichelmann-u koji osigurava strujanje medija priistim padovima tlaka.

3.1 Raspored tlaka u sustavu

vornim tokama sustava nazivamospojna mjesta u kojima se od glavnihvodova granaju odgovarajui razvodi,

polaznog ili povratnog voda.

Povezivanje s jednakim tlakovima Paralelno povezivanje

Dijagram tlaka Dijagram tlaka

Slika 3-1 Raspodjela tlaka u sustavima grijanja vodom


47/189

46


Slika 3-2 Raspodjela tlakova u dvocijevnom sustavu spojenom prema Tichelmann-u


48/189

47


3.2 Jednolika raspodjela

tlakova prema Tichelmann-u

A. Tichelmann je predloio takvo povezivanjeogrjevnih tijela kod kojeg je svako od njih spo-jeno cijevima priblino jednake duljine, mjerenood kotla.Podjednake padove tlaka mogue je ostvaritijedino ukoliko su sva ogrjevna tijela istog tipa iiste snage, a samim time i protoci radnog medijakroz njih su isti. U ovom je sluaju proraun cije-

Slika 3-4 Mogui naini cirkulacije u Tichelmann-ovom sustavu

vne mree pojednostavljen, a regulacija sustavaje jednostavna i trai samo manja podeavanja.

Teoretski bi se kod Tichelmann-ovog sustavamogli pojaviti problemi za sluaj da je vei padtlaka u odvojku od onog u ogrjevnom tijelu. U ta-kvom se sluaju uspostavlja natrano strujanje.Na slici 3-4 prikazan je sluaj natranog struja-nja kroz ogrjevno tijelo kad je pad tlaka izmeutoaka A i B prevelik. Ovo je iskljuio teoretskisluaj i ne pojavljuje se u praksi.

Slika 3-3 Spajanje ogrjevnih tijela prema Tichelmann-u


49/189

48


Dodatak:Tichelmann-ov sustav daje zadovoljavajuerezultate kad se trai podjednako optereenjejedinica za izmjenu topline (ogrjevna tijela, iz-mjenjivai topline). To je sluaj kod povezivanja

vie kotlova ili izmjenjivaa topline preko jednogmagistralnog voda, kad su potroai povezani uprsten ili kod napajanja sustava solarnog grija-nja i grijanja zraeim panelima. Primjer na slici3-5 pokazuje raspodjelu tlaka u jednostavnom

sustavu grijanja.Opis slike 3-5: U tokama B, C, D i E diu severtikale 1 do 4 pri emu se toke C1 do C6odnose na vertikalu 2.Pri tome su:

H- visina dizanja crpkehC- razlika tlaka za vertikalu 2hV- pad tlaka na ventili ogrjevnog tijela 2hE- razlika tlaka za vertikalu 4h1- pogonski tlak za ogrjevno tijelo 1

Slika 3-5 Raspored tlaka u dvocijevnom sustavu s donjim razvodom

Linija radnog tlakaza ogrjevno tijelo 2

Statiki tlak


50/189

49


Za dvocijevni sustav s donjim razvodom, slika3-6, dan je dijagram raspodjele tlakova. Prika-zani su:Visina dizanja crpke je p. Prvo je opisana de-sna strana gledano od toke A. Padovi tlaka na

pojedinim granama AC, CF, FG, GJ smanjujuradni tlak. Statiki tlak sustava nije uzet u obzir.Pad tlaka na ogrjevnom tijelu 3 (HK3) mora bitiisti kao na HK2. Za ogrjevno tijelo HK1 moramo

preko ugraenog ventila ostvariti pad tlaka KDDod G do H. Padovi tlaka povratnog voda su HE,ED i DB. Lijeva strana sustava ponaa se iden-tino s tom razlikom to je ukupni pad tlaka nakraju povratnog voda AB'. Da bi se ostvarila ra-

vnotea u sustavu u povratni se vod lijeve granemora ugraditi regulacijski ventil STR na dioniciMB. Pomou ovog ventila ostvaruje se isti padtlaka kao to je i u desnoj grani sustava.

Slika 3-6 Raspored tlaka za sustav toplovodnog grijanja s donjim razvodom (zatvoreni sustav, desno

s centralnim odzraivanjem, lijevo s pojedinanim odzraivanjem).

STR...Regulacijski ventil za usponske vodove

p Crpke


51/189

50


4 SUSTAVI ZA ZAGRIJAVANJE PROSTORA

(3) Integrirani sustavi podno grijanje

Kod dimenzioniranja podnog grijanja kaointegriranog sustava koriste se standardneproraunske metode i podatci iz tehnikedokumentacije.

(4) Druge vrste integriranih sustavaKod dimenzioniranja drugih vrsta integrira-nih sustava treba koristiti relevantnu strunuliteraturu i tehniku dokumentaciju proizvo-aa. U sluaju stropnih zraeih panelakod dimenzioniranja treba uzeti u obzir tem-perature na mjestu boravka i geometrijske

parametre.

(5) Druge vrste ogrjevnih tijelaZa nestandardne vrste ogrjevnih tijela di-menzioniranje sustava se radi na osnovitehnike dokumentacije proizvoaa a unedostatku tih informacija koristi se odgo-varajua struna literatura. Kod postavljanjaventilokonvektora treba voditi rauna o ni-vou buke, nainu strujanja zraka, a u nekimsluajevima i o regeneraciji topline.

Veliki broj rmi nudi raunalne programe za di-menzioniranje sustava grijanja i njegovih eleme-nata to znatno ubrzava postupak projektiranja.Za kvalitetno koritenje takvih programa neo-phodno je dobro poznavanje teorijskih osnovaprorauna kako bi se dobiveni rezultati mogliispravno vrednovati.

4.1 Potrebni podatci

Kod prorauna sustava za zagrijavanje prostorakonvekcijom u obzir se moraju uzeti slijedeifaktori:- Namjena prostora (stambeni, radni itd., te

traena temperatura prostora)- Vrsta ogrjevnih tijela (radijatori, konvektori

itd.)- Ureaj za zagrijavanje vode (kotao, bojler,

izmjenjiva topline, dizalica topline, solarnikolektori)

- Tip sustava (niskotemperaturni, standardni, s

iskoritavanjem otpadne topline)- Odreivanje temperature medija nosioca to-

pline

4.2 Dimenzioniranje sustavaza zagrijavanje prostora

Za pojedini sustav vrijede slijedee denicije:Vrste ogrjevnih tijela

(1) Ploasti i lankasti radijatoriOsnova za odabir je nazivni toplinskiuinak ogrjevnog tijela. Faktori koji sma-njuju nazivni toplinski uinak su;Nain spajanja, nain ugradnje i me-talik boje moraju se uzeti u obzir.Razliita srednja temperatura vode u odno-su na normiranu, druge temperature ambi-jenta od normirane. Ovi se faktori morajuuzeti u obzir prema normi NORM M7513.

(2) KonvektoriKod odabira mora se potivati podatci pro-izvoaa. Moraju uzeti u obzir promjenenazivnog uinka uslijed nestandardnih ra-dnih temperatura medija, ugradnje u otvorei slino.


52/189

51


4.3 Proraunske temperature

Deniranje temperatura medija, nosioca toplineu sustavima grijanja trai odgovarajui izvor to-plinske energije i odavanja topline. Kako su da-

nas kondenzacijski kotlovi odraz stanja tehnikei kod kojih su temperature povratnog voda nisketreba dobro razmotriti mogu li se temperature usistemu odravati niim.Kod dizalica topline treba voditi rauna o tomeda temperature polaznog voda ne mogu bitiiznad odreenih vrijednosti.Preporuuju se prema NORM H5150-1 sli-jedee temperature u sustavu ovisno o vrstiizvora topline:- Dizalica topline u sustavu grijanja, tempera-

ture polaznog voda 50C,

- Kondenzacijski kotao u sustavu grijanja,temperatura povratnog voda 35C,- Ostali izvori topline u sustavu grijanja, tem-

peratura polaznog voda 75C.

4.4 Napomene zaprojektiranje

Za svaki element za odavanje topline (lanka-sti, ploasti radijator ili konvektor) u krugu grija-nja potrebno je prema DIN 18380 predvidjeti:

- mogunost regulacije- odvajanje od mree na polazu i povratu- mogunost pranjenja- mogunost odzraivanja

(1) Kod integriranih sustava grijanja kao to jepodno grijanje treba predvidjeti mogunostpranjenja instalacije i odzraivanje za viekrugova ( preko zajednikog razdjelnika).

(2) Kod razliitih sustava (s radijatorima, inte-grirani sustavi drugi tipovi ogrjevnih tijela)preporua se ugradnja elemenata za regu-laciju.

(3) Ukoliko sustav ima vie podsustava trebapredvidjeti elemente za regulaciju za svakiod njih.

(4) Ukoliko se trai mjerenje potronje toplinskeenergije treba predvidjeti ugradnju kalori-metara prema zahtjevima NORM M5920,M5921, M5922 i EN 835.

(5) Kod sustava daljinskog grijanja ili razve-denih sustava treba prouiti smjernice zaprojektiranje ovakvih sustava.

4.5 Osnove prorauna

Norma NORM M7500 daje proraun potrebnetopline bez dodataka i odbitaka. Dodaci se dajuna utjecaj vjetra (npr. za prostoriju orijentiranu

na SZ).Kad se predviaju dui prekidi rada sustava tre-ba predvidjeti dodatak na prekid loenja.Promjenom radnih parametara ogrjevnog tijelau odnosu na standardne promijenit e se i nje-gov uinak a to mora biti uzeto u obzir prilikomprorauna i odabira ogrjevnog tijela.Zahtjev: Toplinski uinak ogrjevnog tijela mora biti, za nazivne parametre prostora, je-dnak ili vei od nominalnog n potrebnog zataj prostor.

n

Prema DIN 4701, dio 3:1989 moe se dodati15% toplinske snage u odnosu na proraunaturadi odstupanja u gradnji odnosno unutranjeod referentne temperature. Prema NORM ovajdodatak nije predvien.Preko potrebnog toplinskog uinkanza poje-dinu prostoriju i poznatog uinka jednog lankaili dunog metra ploastog radijatora moemo

odrediti potreban broj lanaka odnosno veliinuploastog radijatora.

nN

1n.fg

gdje su:

1n snaga (uinak) jednog lanka (W/l.)ili dunog metra ploastog radijatora(W/m) odreen prema NORM EN422-2,

fg ukupni faktor korekcije u odnosu na

standardne vrijednosti dobivene ispiti-vanjem.

esto se puta snaga ogrjevnog tijela daje kaofunkcija tipa te njegove visine i duljine. Za ploa-ste se radijatore moe tako dobiti uinak(W)na osnovi podataka slika 4-1.


53/189

52


Visina 300 400 500 600

Duina Typ 22 Typ 33 Typ 11 Typ 22 Typ 33 Typ 11 Typ 21 Typ 22 Typ 33 Typ 11 Typ 21 Typ 22 Typ 33

400 333 392 538 693 956

500 338 623 417 577 747 490 673 866 1,195

600 589 809 406 747 1,027 500 692 896 1,234 588 807 1,039 1,433

700 473 872 583 807 1,046 1,439 686 942 1,212 1,672

800 786 1,079 541 996 1,369 666 922 1,195 1,645 784 1,076 1,386 1,911

900 884 1214 608 1,121 1,540 750 1,038 1,345 1,850 882 1,211 1,559 2,150

1000 982 1,349 676 1,245 1,711 833 1,153 1,494 2,056 980 1,345 1,732 2,389

1100 1,080 1,484 744 1,370 1,882 916 1,268 1,634 2,262 1,078 1,480 1,905 2,628

1200 1,178 1,619 811 1,494 2,053 1,000 1,384 1,793 2,467 1,176 1,614 2,078 2,867

1400 1,375 1,889 946 1,743 2,395 1,166 1,614 2,092 2,878 1,372 1,883 2,425 3,345

1600 1,571 2,158 1,082 1,992 2,738 1,333 1,845 2,390 3,290 1,568 2,152 2,771 3,822

1800 1,768 2,428 1,217 2,241 3,080 1,499 2,075 2,689 3,701 1,764 2,421 3,118 4,300

2000 1,964 2,698 1,352 2,490 3,422 1,666 2,306 2,988 4,112 1,960 2,690 3,464 4,778

2200 2,160 2,968 2,739 3,764 1,833 2,537 3,287 2,156 2,959 3,810

Slika 4-1 Standardne snage ploastog radijatora za normirane temperature 75/65/20C.


54/189

53


4.6 Ogrjevno tijelo kaoizmjenjiva topline

Ogrjevno se tijelo moe prikazati kao protu-smjerni izmjenjiva topline. Uzmemo li tempera-

turu zraka Lkonstantnom i jednakoj tempera-turu prostorije i izraz za srednju logaritamskutemperaturu moemo pisati;

Slika 4-2 Temperature ogrjevnog tijela

Voda

Zrak

Ogrjevna povrina

Slika 4-3 Promjena temperature na ogrjevnom tijelu


55/189

54


Odana toplina ovisna je o srednjoj logaritamskojtemperaturi.

Za standardne uvjete ispitivanja 75/65/20 Csrednja logaritamska temperatura je 49,83Ci ona predstavlja temperaturnu razliku izmeusrednje temperature ogrjevnog medija i nor-mom denirane temperature prostora, referen-tna temperatura. Pri tome su:

A m2 Ukupna povrina za izmjenutopline (idealna) ogrjevnog tijela,

U W/m2K Koecijent prolaza topline(ovisan o stanju na vanjskojstrani, zrak),

Tln K Srednja logaritamska

temperaturaV C Temperatura polaznog voda,R C Temperatura povratnog voda,i C Temperatura prostorije, W Izraunata snaga ogrjevnog tijela

Kako je koecijent prolaza topline teko izrau-nati, uinak se ogrjevnog tijela odreuje mjere-njem na ispitnoj liniji prema NORM EN 442-2.Na osnovi podataka dobivenih mjerenjemodreuje se toplinski uinak lanka radijatora

ili uinak po metru duljine. Uinak se radijato-ra prema normi odreuje kao funkcija njegovenadtemperature u odnosu na okolinu pri kon-stantnom protoku ogrjevnog medija i moe seprikazati funkcijom s eksponentom n.

= KmTn

V+ RT = - i2Eksponent n je funkcija geometrije ogrjevnogtijela i naina strujanja medija kroz njega i oko

njega. Za pojedine tipove ogrjevnih tijela vrije-dnost eksponenta je:

Konvektori n = 1,4Radijatori n = 1,3Ploasti radijatori n = 1,2 do 1,3Podno grijanje n = 1,1

Slika 4-4 Linija snage za ogrjevno tijelo, i = 20 C


56/189

55


Potreban protok medija kroz ogrjevno tijelo do-biva se preko potrebne snage.

gdje su

V C temperatura polaznog vodaR C temperatura povratnog voda W Snaga ogrjevnog tijelaqm kg/s maseni protok medijac kJ/kgK specini toplinski kapacitet

medija (za vodu c ~ 4,2 kJ/kgK)

4.7 Toplinski uinakogrjevnih tijela

4.7.1 Standardni (nazivni) toplinskiuinak

Standardni toplinski uinak Nili nazivni uinak

dobiven je prema postupku ispitivanja danimnormom NORM EN 442-2 i slijedeim para-metrima:Temperatura polaza

V= 75 CTemperatura povrata

V= 65 CTemperatura prostora

i= 20 CSrednja nadtemperatura nosioca topline

Tn = 50K,Izraeno preko srednje logaritamske temperature

Tln = 49,83K.

4.7.2 Smanjeni uinak ogrjevnogtijela

Standardni se toplinski uinak ogrjevnog tijelasmanjuje radi razliitih vanjskih imbenika, pa

se stvarni uinak dobiva mnoenjem standar-dnog s utjecajnim faktorima uinkaf.

= Nf1f2f3f4f5= Nfg

fg=f1f2f3f4f5

Tablica 7-1 Faktori uinka

Utjecajni parametar

f1 Temperatura

f2 Nain prikljuivanja

f3 Nain ugradnje

f4 Utjecaj metalnog premaza

f5 Uestalost rada

fg Sveukupni faktor uinka

Faktori smanjenja uinka

Ovi faktori smanjuju toplinski uinak ogrjevnogtijela za stvarne radne uvjete u odnosu na stan-dardne.

Temperaturni faktorf1

Reciprona vrijednost temperaturnog faktora

naziva se niskotemperaturni faktor i oznaavas NTF


57/189

56


Pojednostavljen postupak prema NORM M7513 zasniva se na srednjoj nadtemperaturinosioca topline i rauna preko izraza;

i

to znai da je Tu = TlnSrednja nadtemperatura nosioca topline mijenjase linearno (slika 4-5) u podruju

R i

c= 0,7V i

Za pojedine temperature moe se NTF oitati iztablice 4-2

Slika 4-5, a) pojednostavljena promjena temp., b) stvarna promjena temp.


58/189

57


Tablica 4-2, Niskotemperaturni faktor NTFza n=1,3 pri normiranom stanju 75/65/20 C; NTF =1,0 /22/

temperaturana ulazutv[C]

temperaturana izlazutR[C]

Temperatura zrakatL[C]

10 12 15 18 20 22 24

90 80757065605550

0.590.620.650.680.720.770.83

0.610.640.670.710.760.810.87

0.640.680.720.760.810.870.93

0.680.720.760.810.870.931.01

0.710.750.800.850.910.981.07

0.740.780.830.890.961.041.14

0.770.820.870.931.011.101.21

85 7570656055

50

0.640.680.720.760.81

0.87

0.670.700.750.790.85

0.91

0.710.750.800.850.91

0.98

0.750.800.850.910.98

1.07

0.790.840.890.961.04

1.13

0.820.880.941.011.10

1.21

0.860.920.991.071.16

1.2980 70

65605550

0.710.750.800.850.91

0.740.780.830.890.96

0.790.840.890.961.04

0.840.900.961.041.13

0.880.941.011.101.20

0.930.991.071.161.28

0.971.051.131.241.37

75 65605550

0.790.840.890.96

0.820.880.941.01

0.880.941.011.10

0.951.021.101.20

1.001.081.171.28

1.051.141.241.37

1.121.211.321.47

70 6055

504540

0.880.94

1.011.101.20

0.930.99

1.071.161.28

1.001.08

1.171.281.42

1.081.17

1.281.421.59

1.151.25

1.371.521.73

1.221.33

1.471.641.89

1.301.42

1.581.792.08

65 55504540

1.001.081.171.28

1.051.141.241.37

1.151.251.371.52

1.261.371.521.71

1.341.471.641.87

1.431.581.782.05

1.541.711.942.27

60 55504540

1.071.151.251.37

1.131.221.331.47

1.231.341.471.64

1.351.481.651.86

1.451.601.782.03

1.561.731.942.24

1.681.872.132.50

55 5045403530

1.231.341.471.641.87

1.311.431.581.782.05

1.451.601.782.032.39

1.621.802.032.362.86

1.751.962.242.643.29

1.902.152.482.993.86

2.072.372.783.434.67

50 45403530

1.451.601.782.03

1.561.731.942.24

1.751.962.242.64

1.982.252.633.19

2.172.502.963.70

2.402.793.374.39

2.673.153.925.39

45 403530

1.751.962.24

1.902.152.48

2.172.502.96

2.532.963.63

2.833.374.25

3.193.895.11

3.654.586.38

40 3530

25

2.172.50

2.96

2.402.79

3.37

2.833.37

4.25

3.414.21

5.68

3.935.01

7.28

4.626.14

10.16

5.547.87

17.93


59/189

58


Tprimjer

Slika 4-6, Korekcijski faktor f1za n = 1,3 i Tn= 50 C prema NORM M 7513

Faktor naina spajanjaf2

Navedene vrijednosti su empirijske. Mjerenipodatci i oni navedeni od strane proizvoaamogu se razlikovati.

f2=1 prikljuci na istoj strani polaz goref2=0,9 prikljuci na istoj strani, ventil za jedno-cjevno grijanje, polaz dolje 100% otvorenf2=0,85 (0,7) prikljuci na istoj strani, ventil za je-dnocjevno grijanje s unutarnjim kratkim spojem,50% protokaf2=1 prikljuci na obje strane (do 2m razmaka)f2=0,9 prikljuci polaz, povrat s dvije strane0,9 prikljuak u sredini, jednocjevno grijanjef2=0,85 do 0,9 prikljuak preko specijalnog ven-

tila za jednocjevno grijanje s potopljenom cijevi

Faktor ugradnje f3

Navedene vrijednosti su pribline

a) Kod ispitivanja u standardnim uvjetima (pre-ma normi) ogrjevno se tijelo ugrauje premanaputku proizvoaa (100 mm od poda i 50 mmod zida). Za ovako ugraeno tijelof3= 1, (slika4-7)

f1


60/189

59


Slika 4-7 Standardan nain ugradnjef3= 1,prema NORM M 7513

b) Kod ugradnje ogrjevnih tijela u nie dajuse minimalne vrijednosti utvrene normom(radnom podlogom). Primjenom preporuka iznorme uinak se smanjuje maksimalno 4%.Preporuaju se razmaci:iznad 65 mm, ispod 70 mm i prema zidu 40 mm.

Pri tome jef3 = 0,99 do 0,96.

Slika 4-8 Minimalne dimenzije ugradnje prema

NORM M 7513,f3= 0,96 do 0,99

c) Maska ispred ogrjevnog tijela (drvena ili me-talna) smanjuje toplinski uinak za 15%. Faktor

f3 = 0,85 do 0,9 uz pridravanje razmaka premaslici 4-9.

Slika 4-9 Preporueni nain ugradnje premaNORM M 7513,f3= 0,85 do 0,9

Slika 4-10 postavljanje ogrjevnih tijela prema

NORM M 7513


61/189

60


d) Kod ugradnje dekorativnih ploa ispredogrjevnog tijela prema slici 4-10 moe doi dopoveanog toplinskog uinka uslijed pojaanogstrujanja zraka.

e) Radijator s ugraenim reetkastim pokrovomima smanjeni uinak ovisno o veliini otvora do20%,f3 = 0,8 do 0,9.

f) Kod ploastih radijatora smanjuje se uinakradi ugraenih pokrovnih i bonih limova. Fa-ktorf3= 0,9 do 0,95 kad je uinak odreen bezpokrovnih limova. Uinak prema normi EN 422daje se za stanje isporuke.

g) Maske ispred radijatora smanjuju udio zra-enjem odane topline s radijatora. Gornji i donjiotvori za zrak moraju imati minimalne dimenzije

jednake:0,5 x dubina x duljina radijatora. Smanjenjeodane topline uslijed smanjene konvekcijef3= 0,9 za sluaj kad su irine gornjeg i donjegotvora upravo jednake dubini ogrjevnog tijela.

h) Teke zavjese ispred radijatora spreavajustrujanje toplog zraka u prostorf3= 0,9.

Faktor premazaf4

Povrine malog emisijskog faktora zraenjemodaju manje topline.

f4= 1 temeljna boja prema NORM C 2360, lakelektrostatski nanesen (neovisno o boji).

f4= 0,85 do 0,9 metalni premazi, bronca alumi-nij.

Faktor uestalosti rada

Kad je prekid grijanja dui ili se eli brzo za-

grijati prostor to zahtjeva vei toplinski uinakradijatora. Ako se eli sustav predimenzioniratito je najbolje napraviti preko faktoraf5za brzozagrijavanje prostora.

f5= 0,8 .

P

rimjer: Ploasti radijator

elini ploasti radijator ima nazivni uinak N= 1300 W. Treba odrediti toplinski uinak kod parame-tara;V= 55 C, R= 45 C, i= 18 C

45 - 18c = =0,729 > 0,7

55 - 18

a) Iz dijagrama na slici 4-6 slijedi za:

55 + 45T = 18 = 32K

2

f= 0,56 pa je stvarni toplinski uinak

= 0,56 1300 = 728 W

b) Uinak je mogue odrediti i preko NTF faktora prema tablici 4-2;

NTF = 1,8 pa je uinak = 1300 / 1,8 = 722 W


62/189

61


Primjer: RadijatorNazivni uinak radijatora po lanku iznosi1N= 112 kodV= 75 C, R= 65 C, i= 20 C

Potrebno je odrediti stvarni uinak kod parametaraV = 80C, R = 60C, i = 22C

a) Nadtemperatura80 + 60 48 1,3

Tu= 22=48 K, f1= = 0,9482 50

Iz dijagrama na slici 4-6 dobivamo zaTu= 48 K temperaturni faktorf1= 0,93,a iz tablice 4-2 faktor NTF = 1,07.

Otuda slijedi stvarni toplinski uinak = f1* 1N= 0,93 * 112 = 104 W

b) Izraun temperaturnog faktoraf1pomou Tln. Uinak se rauna preko srednje logaritamske tem-

perature kako slijedi:

Primjer: Zagrijavanje pomou dizalice topline

Grijanje polaz/povrat je 50/40 C a temperatura prostora 20 C,Volumen prostorije 23 m3uz toplinsko optereenje 32 W/m3,Nazivni uinak kod 75/65/20C lankastog radijatora je1N= 77 W/lanku,Potrebna toplina za prostorijun= 25 * 32 = 800 W

Temperaturni faktor

Nadtemperaturu raunamo preko


63/189

62


Stvarni toplinski uinak lanka iznosi: = 1N.f1= 77 0,4 = 30,8 W/lanku

Broj lanaka,

Maseni protok kod nominalnog uinka

qm kg/h

Primjer: Ogrjevne povrine-dimenzioniranje

Toplinsko optereenje prostorije je 920 W. Ogrjevna se tijela nalaze u niama. Radne temperature su80/60/20C. Izgled nie prikazan je na slici 4-8 uz 4% umanjenja uinka,f3 = 0,96.Prema tablici 4-2 NTF faktor iznosi 1,01. Iz tablice standardnih uinaka (slika 4-1) nazivna snaga zastandardni uinak pri parametrima 75/65/20C iznosi

Iz tablice na slici 4-1 izabran je radijator rme Stelrad, model Kompakt, tip 21 1100-500 nazivne snage1216 W.


64/189

63


5 RAZVOENJE NOSIOCA TOPLINE

4. Dijelove sustava s posebnim radnim pa-rametrima, npr. sjeverna ili juna strana,period rada obzirom na zahtjeve korisnika,

5. Istovremenost rada,6. Temperature nosioca topline,7. Vrstu nosioca topline (voda ili mjeavina

vode i glikola),8. Hidrauliki razvod (hidraulika skretnica,

razdjelnik sa i bez diferencijalnog tlaka),

5.1 DimenzioniranjeKod deniranja sustava za razvoenje nosiocatopline treba obratiti panju na slijedee:1. Namjenu,2. Vrstu sustava,3. Dijelove sustava s razliitim nainima oda-

vanja topline i izvedbi regulacije za svakugrupu,

Magistralni vod karugim potroa-ima

Slika 5-1 Razdjelnik bez diferencijalnog tlaka


65/189

64


Magistralni vod karugim potroa-ima

Slika 5-2 Razdjelnik s diferencijalnim tlakom ( glavna crpka s promjenljivim protokom)

Slika 5-3 Princip rada hidraulike skretnice

rauna sustava za predaju topline,10. Cirkulacijske crpke moraju imati odgovaraju-

e karakteristike, broj okretaja i mogunostregulacije kako bi se prilagodile sustavu ukoji su ugraene,

11. Regulacija i hidrauliki razvod moraju bitiusklaeni,

Nadalje je potrebno voditi rauna da:

9. Kod odreivanja pojedinih protoka: - za razvod od sustava proizvodnje topline

do ogrjevnih tijela vrijede osnove prorau-na sustava za pripremu topline,

- unutar ogrjevnih tijela vrijede osnove pro-

Hidraulikaskretnica


66/189

65


12. Spajanje na daljinski sustav grijanja trebaprovesti prema vaeim pravilima.

5.2 Smjernice za projektiranje

1. Svaka grana sustava mora se moi reguli-rati, zatvoriti, isprazniti i odzraiti,Zaporni elementi moraju biti za odgova-rajui tlak, temperaturu, te odgovarajuunamjenu na mjestu postavljanja i morajudobro zatvarati (zahtjevi su propisani nor-mom NORM M7340),

2. Svi zaporni, ispusni, odzrani, regulacijski imjerni elementi, kompenzatori i slino mo-raju biti pristupani za odravanje i oitava-

nje,

3. Razvod cijevi, dimenzije cijevi i fazonski ko-madi (lukovi, T-komadi) moraju biti odabraniprema smjernicama za dimenzioniranjesustava grijanja,

4. Buka mora biti u granicama propisanim nor-mom NORM B8115 i H5190,

5. Postizanje odreenog protoka nosiocatopline (masenog ili volumnog) dobivenogproraunom mora se ostvariti podeava-

njem i odravati pomou regulacijskih venti-la, prigunih ventila, regulatora protoka.

6. Dijelovi mree koji nisu u grijanim pro-storima moraju se izolirati prema normiNORM M7580 u svrhu smanjenja gubita-ka topline,

7. Kad cijevna mrea prolazi kroz prostore kojiimaju kontrolirano zagrijavanje mora se vo-diti rauna o slijedeem;- Ukupno odana toplina izoliranih i neizo-

liranih dijelova cjevovoda ne smije biti

vea od 20% njezinih potreba za toplinomNORM M7580,- Postavljanje izolacije i njezina zatita

moraju se provesti prema uputama proi-zvoaa,

- Neizolirane cijevi ispod buke ili u spute-nom stropu promatraju se kao slobodnopoloene cijevi.

- Ukupno odavanje topline za prema normiNORM M7580 izolirane elemente neuzima se u obzir pri proraunu,

8. U razdjelnik nosioca topline polaznog voda

treba ugraditi regulator temperature medi-ja,

9. Cirkulacijske crpke i ureaji za odravanjetlaka u sistemu moraju se tako postaviti dane dolazi do ulaska zraka u sustav. Prepo-rua se ugradnja rezervne crpke,

10. Sustav grijanja (cijevna mrea) treba bititako izveden da uslijed temperaturnih dila-tacija ne doe do oteenja na sustavu iliobjektu i da ne stvara buku. Problem dila-

tacija rjeava se ugradnjom kompenzatorarazliitih vrsta. Kod montae kompenzatorapotrebno je raditi prema uputama proizvo-aa,

11. Sustav razvoda nosioca topline mora setako dimenzionirati da se osigura potrebnatoplina za svako ogrjevno tijelo.


67/189

66


5.3 Cijevni razvod po objektu

Kalorimetar

Kalorimetar

Kalorimetar

Slika 5-4 Dvocijevni sustav grijanja s vertikalnom granom i horizontalnom distribucijom

U svrhu odreivanja utroka topline preporuase centralni vertikalni razvod. U tom se sluaju

za svaki stan na horizontalu moe ugraditi ka-lorimetar.

Kalorimetar

Kalorimetar

Kalorimetar

Slika 5-5 Jednocjevni sustav grijanja s vertikalnom granom i razvodom po stanovima


68/189

67


6 SUSTAVI ZA SNABDIJEVANJE TOPLINSKOM ENERGIJOM

6.2.2 Uinak izvora topline, kotlaKod prorauna nazivnog uinka izvora toplinemora se voditi rauna o slijedeem:

- Prekidima u radu- Toplinskim karakteristikama objekta- Dogovorenim temperaturnim odstupanjima

Kao npr. temperatura okoline nia od normirane,djelomino koritenje objekta, kolebanje tempe-rature prostora.

6.2.2.1 Analiza utjecaja pada temperature

objektaOvaj dodatak potrebno je predvidjeti kod duegpostepenog sniavanja temperature prostorado +5 C (zatita od smrzavanja). Pothlaivanjeprostorija zbog dueg prekida grijanja moraju sekompenzirati veom instaliranom snagom.

Brzina ohlaivanja objekta ovisi o nizu parame-tara. Za proraunsku vanjsku temperaturu moese odabrati srednja vrijednost za cijelu sezonugrijanja (+4 C) ili ona u toku najhladnijeg mje-seca u godini (-2 C).

6.2.2.2 Proraun snage izvora topline zapotrebe grijanjaKapacitet izvora topline za potrebe grijanja pro-stora EBHodreuje se prema:

EB H= fH n

gdje su:

EBH W Toplina za grijanje objektafH Dodatak, faktor rada objektan W Nazivna izraunata toplina

6.1 Dimenzioniranje sustavaToplinski uinak kotla, izmjenjivaa topline iliprikljuak daljinskog grijanja moraju se dimen-zionirati prema maksimalno potrebnoj toplini priemu se moraju uzeti u obzir pojedine istovre-mene potrebe za toplinom.Potrebna se koliina topline EB dobiva kaozbroj pojedinanih potreba preko izraza;

EB= EBH+ W+ EBL+ E

Sustavi_toplovodnog_grijanja

Documents

Transcript of Sustavi_toplovodnog_grijanja