Udoskonalone sposoby akumulacji i rozdziału ciepła. Układ zrównoważony

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Schemat technologiczny Opracowany układ cieplny przedstawiono na rysunku (rys. 1). W całym układzie wyróżnić można trzy części technologiczne. Układ produkcji ciepła, układ instalacji odbierających ciepło i, pośredniczący układ wymiennikowy, akumulacji oraz rozdziału ciepła.

Pierwotny układ wytwarzania ciepła zawiera następujące elementy:

* gazowy kocioł kondensacyjny jako główne źródło ciepła;
* kocioł gazowy tradycyjny o mniejszej mocy jako uzupełniające źródło ciepła;
* zestaw solarny jako główne źródło ciepła w okresie letnim;
* piec sauny opalany drewnem z płaszczem wodnym jako źródło ciepła odpadowego.

Instalacje wewnętrzne, będące odbiornikami ciepła stanowią:

* grzejnikowa instalacja c.o.;
* nagrzewnica nawiewnej wentylacji mechanicznej;
* instalacja ogrzewania podłogowego;
* instalacja c.w. zaopatrująca rozmaite punkty czerpalne w pokojach, toaletach i w kuchni.

Udoskonalony układ wymiany, akumulacji i rozdziału ciepła składa się, z wyjątkiem ciepła solarnego i odpadowego:

* z zasobnika warstwowego z dwiema wężownicami do wstępnego podgrzewu c.w. i do zespolenia układu ciepła solarnego/odpadowego;
* sprzęgła szeregowego zespalającego obiegi pierwotne i wtórne;
* płaszczowego wymiennika c.w.

Funkcjonowanie układu Przy braku konieczności grzania c.w.u. pracować będzie tylko piec kondensacyjny (rys. 1) na potrzeby c.o. i wentylacji mechanicznej. Pobór c.w. spowoduje kolejno:

* zmniejszenie temperatury powrotu do kotła głównego oraz odpowiednie zmniejszenie temperatur na zasilaniu sprzęgła i wszystkich zasilanych z niego obiegów wtórnych;
* zwiększanie mocy kotła, aż do czasu zapewnienia właściwej, zadanej temperatury zasilania poszczególnych układów odbiorczych;
* włączenie się dodatkowego kotła grzewczego, gdyby nie dało się osiągnąć zadanych temperatur zasilania wentylacji, c.o. i podłogówki mimo uzyskania pełnej mocy kotła kondensacyjnego.

Stałe skojarzenie pracy kotła dodatkowego z zapotrzebowaniem na ciepło ze strony wymiennika płaszczowego gwarantuje utrzymanie stabilnej temperatury c.w. w punktach czerpalnych. Uzyskanie dużego godzinowego wydatku c.w. możliwe jest dzięki wcześniejszemu zgromadzeniu ciepła w układzie, poprzez wygrzanie bufora do odpowiednio wysokiej temperatury (maksymalnie do temperatury maksymalnej kotła grzewczego), a następnie zredukowanie jej w zaworze trójdrogowym.

Działanie HRHS Poziomy rozdzielacz hydrauliczny szeregowy (rys. 2) jest przewymiarowanym fragmentem przestrzeni hydraulicznej układu cieplnego, zespalającym szeregowo obiegi zasilające i odbiorcze (1, 2, 3, 4), których strumienie są skonfigurowane prostopadle względem osi przepływającego poziomo medium grzewczego [4].

schemat pracy HRHS

Ogólna zasada działania HRHS polega na odpowiednim rozdzieleniu strumienia zasilającego segment rozdzielacza, z integralnie włączonym funkcjonalnym obiegiem, na część zasilającą obieg o założonej projektowo objętości przepływu i temperaturze, i pozostałą część strumienia przepływającą swobodnie, która, mieszając się ze strumieniem powrotnym obiegu, po ustaleniu się temperatury zmieszania stanowi strumień zasilający następny segment rozdzielacza.

Pierwszy segment rozdzielacza (R1) jest łagodnie zasilany strumieniem czynnika grzewczego Gz o temperaturze zasilania tz. Na wlocie strumień ulega rozdzieleniu, na strumień zasilający obieg „1” o parametrach zasilania Gz1 i tz1= tz. Pozostała część strumienia, o natężeniu przepływu Gz-Gz1 i temperaturze tz1, opływa przegrodę (H1) i miesza się ze strumieniem powrotnym obiegu „1”, o natężeniu przepływu Gp1=Gz1 i temperaturze tp1, przechodząc w strumień zmieszania G1 o temperaturze zmieszania tm1.

Zadaniem przegrody (H1) jest podzielić przestrzeń hydrauliczną segmentu (R1) na strefę podziału (P1) i strefę zmieszania strumienia czynnika grzewczego (Z1). W strefie podziału (P1) zasilanej strumieniem Gz, generowany jest strumień grzewczy zasilający obieg „1”, o natężeniu przepływu Gz1, proporcjonalny do obliczeniowego zapotrzebowania czynnika grzewczego. Pozostała część strumienia o natężeniu przepływu Gz-Gz1 wpływa do sfery zmieszania (Z1), gdzie przegroda (H1) konstrukcyjnie zaburza jego przepływ przez zawirowanie i zapewnia skuteczne zmieszanie ze strumieniem powrotnym o natężeniu Gp1, celem uzyskania w całej objętości strumienia zmieszania G1 jednorodnej temperatury zmieszania tm1.

Przegroda sitowa (S1), odpowiednio perforowana, oddzielająca segmenty rozdzielacza, usytuowana pomiędzy obiegami na drodze przepływającego strumienia o natężeniu G1, wywołuje uspokojenie i ujednolicenie przepływu strumienia zmieszania do następnego segmentu.

Takie same zjawiska dynamiczne i termodynamiczne zachodzą w kolejnych segmentach rozdzielacza (R2, R3, R4,R5). Istotnym kryterium szeregowej konfiguracji obiegów spiętych rozdzielaczem jest ustawienie sekwencyjne, co w szeregu obiegów odbiorczych skutkuje coraz niższymi wymaganymi temperaturami zasilania. Natomiast lokalizacja obiegów grzewczych całkowicie podporządkowana jest ich funkcjonalności i zapotrzebowaniu na ciepło w zasilanych obiegach odbiorczych.

Elementy konstrukcyjne HRHS Poziomy rozdzielacz hydrauliczny szeregowy jest urządzeniem wykonywanym indywidualnie dla zaprojektowanego układu cieplnego.

Najczęściej jest to poziomy cylinder, obustronnie zamknięty dennicami, z przyspawanymi przelotowo króćcami kołnierzowymi (rys. 3). Średnica cylindra jest dobrana w funkcji średnicy króćca zasilającego d tak, aby realizować obliczeniowe zapotrzebowanie czynnika grzewczego, przy prędkości przepływu 0,7-0,9 m/s [2], [3]. Średnia prędkość przepływu medium grzewczego przez rozdzielacz nie powinna przekraczać 0,1-0,15 (0,2) m/s. Stąd średnica rozdzielacza ????. Powierzchnia perforacji płyt sitowych (Si), oddzielających segmenty rozdzielacza, nie powinna być mniejsza niż 3*(p*d2)/4 [2].

Odpowiednia wysokość hi płyt zawirowujących (Hi), rozdzielających strefę podziału (Pi) i zmieszania (Zi), gdzie hi = f(Gzi), ma zapewnić skuteczne, lokalne przyspieszenie przepływu i zmieszanie strumienia o natężeniu przepływu Gz-Gzi ze strumieniem powrotnym Gpi.

Gabaryty rozdzielacza i zależności wymiarowe pomiędzy elementami konstrukcyjnymi są geometrycznymi uwarunkowaniami właściwego funkcjonowania urządzenia. Istotnym kryterium gabarytowym jest jego długość L, która przy dużej ilości obiegów, osiąga znaczne rozmiary. W prezentowanym przykładzie L ≈ 6,00 m. Stąd w wielu rozwiązaniach niemożliwy jest pionowy montaż – HRHS.

Cechy układu z HRHS
Należy przede wszystkim wymienić następujące zalety opracowanego układu:* szeregowe ustawienie układów odbiorczych o coraz niższych, wymaganych temperaturach zasilania, umożliwia elastyczne wykorzystanie modulacji kotła kondensacyjnego,

* w porównaniu z równoległymi układami zespolenia odbiorników ciepła, układ szeregowy pozwala dłużej utrzymać niską temperaturę powrotu do kotła, mimo zgłoszenia zapotrzebowania na grzanie ze strony układu wysokotemperaturowego (grzania c.w.),

* zastosowanie, jako dodatkowego źródła ciepła, tradycyjnego kotła gazowego, pozwala na bez mała 100% czas pracy kotła podstawowego w trybie kondensacyjnym. Nawet w czasie maksymalnego zapotrzebowania na ciepło, w chwili podgrzewu c.w., kotłownia większą częścią swojej mocy (70%) będzie pracowała z wysoką sprawnością kotła kondensacyjnego. Spowoduje to wymierne korzyści w postaci wzrostu średniorocznej sprawności całej kotłowni o ok. 10%, w porównaniu z układem równoległym opartym na jednym kotle,

* zastosowanie kotła dodatkowego na cele c.w. pozwala latem, niezależnie od aktualnej temperatury wody grzewczej w buforze, zapewnić szybką produkcję c.w., co prawda, w niewielkich ilościach odpowiadających mocy tego kotła,

* poziomy rozdzielacz hydrauliczny szeregowy pełni jednocześnie funkcję rozdzielacza modułowego i rozdzielacza hydraulicznego.

Wadą przedstawionego rozdzielacza hydraulicznego jest jego długość, która w wielu obiektach, z uwagi na ich wymiary, eliminuje to rozwiązanie.

Uwagi końcowe Autorzy są świadomi ewentualnych trudności w funkcjonowaniu układu, skuteczności działania HRHS, a przede wszystkim, zwiększonej częstotliwości „taktowania” urządzeń regulacji automatycznej. Lista takich trudności, a zarazem sposobów ich wyeliminowania, zostanie przedstawiona po zebraniu danych eksploatacyjnych otrzymanych na podstawie obserwacji pracy układu.

Leopold Naskręt, prof. dr hab. inż. Aleksander Szkarowski
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf 

Literatura:

1. Szokalski W. Schemat instalacji. Archiwum.
2. Meibes. Materiały techniczne 2004-2008.
3. Sinus. Materiały techniczne 2008.
4. Opracowanie własne autorów.

Rys. 1. Schemat technologiczny układu z HPRS.
Rys. 2. Poglądowy schemat pracy HRHS.
Rys. 3. Schemat konstrukcyjny HRHS. i = 1…5 – oznaczenie segmentu, 1, 2, 3, 4, 5 – oznaczenia obwodów, Ri – segment rozdzielacza, Pi – strefa podziału, Zi – strefa zmieszania, Hi – przegroda zawirowująca, Si – płyta sitowa, D – średnica cylindra, d – średnica króćców wlotowych, k1, k2 – długość króćców dolotowych, di – średnica króćca przyłączeniowego, hi – wysokość płyty zawirowującej, ai, bi, ci, di – wymiary segmentu, L – długość cylindra rozdzielacza.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij