7/25/2019 Dimenzioniranje Cirkulacijskega Voda Za Toplo Sanitarno Vodo

1/3

DIMENZIONIRANJE CIRKULACIJSKEGA VODA ZA TOPLO SANITARNO VODO

Dimenzioniranje cevne mree za toplo sanitarno se v projektantski praksi najpogosteje izvaja na osnovi priblinih ocenin empirinih formul, ki jih najdemo v ustreznih prironikih in predpisih, ki urejajo pripravo tople sanitarne vode. Zuporabo empirinihformul, lahko sistem primerno dimenzioniramo le za najneugodneje obratovalne pogoje. Sistempriprave tople vode je zaradi poenostavljenega naina izrauna najpogosteje predimenzioniran, pojavljajo se tudipoveane izgube toplotne energije.V strokovni literaturi so poznane natanne metode za dimenzioniranje sistema cirkulacije tople vode. Kljub

transmisijskim izgubam v cevovodu, se sistem dimenzionira tako, da se temperatura sanitarne vode na najboljoddaljenem mestu znia le do doloene mejne vrednosti (2 do 10 K). Na osnovi termodinaminega izrauna so na voljoustrezni diagrami, s katerimi lahko na zelo enostaven nain doloimo vse potrebne parametre cirkulacije toplesanitarne vode.

1. Dimenzioniranje cirkulacije tople vode na osnovi empirinih formul

Cirkulacija tople sanitarne vode je lahko gravitacijska ali prisilna, ki jo ustvarimo s pomojo cirkulacijske rpalke. Gravitacijskacirkulacija deluje zaradi razlike gostote tople vode, ki izstopa iz grelnika vode in hladne vode na koncu cevne mree. Taknisistemi se danes uporabljajo le redko in e to za manje sisteme.Prisilna cirkulacija se izrauna na osnovi empirinih formul. Cevovodi instalacije se dimenzionirajo za pretoke, ki so tiri do estkrat veji kot je koliina vode v razvodih cevne instalacije. Hitrost vode znaa od 0,3 do 0, 5m/s. Ti orientacijski podatki pa neomogoajo doloitev optimalnih parametrov za vse mone sluaje, zato je primerneje sistem izraunati na osnovi realnihparametrov.Temperatura tople vode naj ne bo vija od 60 C. Za veino potreb zadoa e voda od 35 do 40 C. ivljenjski pogoji zanastanek legionel so temperature od 6 do 63 C, pri pH vrednostih od 5,5 do 9,2. Da bi se razmnoevanje legionel zmanjalo na

minimum, se glede na DVGWW 551 temperaturna razlika v celem sistemu omejuje na 5 K. Pretok rpalke lahko izraunamo:

Vp= Lu. Q/.c. TE(l/h)

Lu......dolina vseh vodov (m)q.......toplotne izgube pri dt = 40 K znaajo q = 7,5 W/m......gostota vode 1 kg/lc........1,16 Wh/kgK

TE= 5 K...temperaturna razlika na vstopu in izstopu iz grelnika vode

Vp= 1,3 . Lu (l/h)

Premeri cevni vodov za toplovodne vode in cirkulacijske vod znaajo od 20 do 32 mm za manje objekte. Pri izraunuupotevamo tlane padce 100 Pa/m. Cirkulacijske rpalke morajo biti primerno zaitene, da se prepreijo pokodbe zaradiizloanja apnenca.Toplotne izgube cirkulacijskega voda izraunamo na tekoi meter cevi. Pri debelini toplotne izolacije iz mineralne volne znaajo

toplotne izgube e upotevamo temperaturo medija 55C priblino 8 W/m oziroma priblino 0,19 kWh/m,dan. Toplotne izgubeneizolirane cevi znaajo priblino 0,75 kWh/m,dan.

2. Dimenzioniranje cirkulacije tople vode po termodinaminem principu

Za optimalno dimenzioniranje sistema cirkulacije tople vode (cevne mree in cirkulacijske rpalke) moramo poznati in tudiupotevati doloena pravila termodinamike. Cirkulacija vode je potrebna zaradi prepreevanja ohlajanja vode v cevovodu.Zaradi transmisijskih izgub toplote skozi stene cevovoda, se temperatura vode v cevovodu zmanjuje. V primeru, da bi voda vsistemu mirovala, bi se temperatura vode po doloenem asu zniala pod dopueno mejo. Na mestu porabnika (slika1) bi sevoda morala izpuati tako dolgo, da hladna voda ne odtee, kar predstavlja velike izgube in zmanjuje udobje. Pri pravilnoizvedeni cirkulaciji, kljub transmisijskim izgubam v cevovodu, pa lahko sistem dimenzioniramo tako, da se temperatura toplevodo v mrei ne bo bistveno zniala tudi na najbolj oddaljenem mestu oziroma potroniku.Za analizo dogajanja v cevovodu, poglejmo kaj se dogaja na doloenem segmentu cevovoda (slika 1) skozi katerega tee vodakoliine G (kg/s) in temperature tw(K). Transmisijske izgube Q (W/m) skozi pla cevovoda glede na temperaturo okolice to(K)izraunamo po enabi:

Q = zi

i

icn

ow

DD

D

sD

D

sD

tt

.

2ln

1

)2(ln

1

).2(

2)(.2

(W/m)

V enabi pomenijo:

D (m)..premer cevovoda tople sanitarne voded (m)..premer cevovoda cirkulacije

(W/mK)..koeficient toplotne prevodnostis (m)..debelina stene cevovoda

(W/m2K).. koeficient toplotne prestopnosti

Kot izolacijski material za izolacijo cevi se najpogosteje uporablja mineralna volna (= 0,04 W/mK), poliuretanska trda masa in

mehka pena ((= 0,032 do 0,035 W/mK) ter penjeni polietilen (= 0,04 W/mK).

Toploto Q (W/m) izgubi voda pri ohlajanju od temperature t wna tw.

Q= G. cp. (tw- tw)= G. cp . dtw(W/m)

7/25/2019 Dimenzioniranje Cirkulacijskega Voda Za Toplo Sanitarno Vodo

2/3

Mejne vrednosti za ohlajevanje vode so dtw= 210 K. e v naprej doloimo elenomejno temperaturno razliko dtw ,lahko izraunamo potreben specifini pretok na 1 m doline cevovoda:

G= wpdtc

Q

.(kg/s,m)

Dejanski pretok za skupno dolino cevovoda L (m) izraunamo:G = G. L (kg/s)

Enaba predstavlja osnovo za izraun cirkulacije tople vode in premer cevovoda d (m).

V sistemu cirkulacije tople vode, ki je prikazan na sliki 1 imamo ve posameznih odsekov oziroma zank , ki imajo razlinevrednosti Li, Qi in Gi. Za celoten sistem lahko izraunamo skupno koliino tople vode v cirkulaciji s setevanjem posameznihpretokov na njihovih odsekih (porabniki 1,2 in 3) po enabi:

G = (G. Li) (kg/s)

Izraunana vrednost za celoten pretok oziroma koliino tople vode v cirkulaciji je osnovni parameter za dimenzioniranjecirkulacijske rpalke in cevovoda. Padci tlaka v sistemu se izraunajo na osnovi skupnega pretoka G (kg/s) in premeracevovoda d (m) s standardnim izraunom cevne mree. Pri tem je potrebno omeniti, da je glede na skupen pretok G (kg/s)potrebno izraunati skupen padec tlaka za cirkulacijski cevovod d (m) in cevovod tople vode D (m) (slika 1).

SLIKA 1 Cevna mrea z cirkulacijskim vodom - prisilna cirkulacija

TV

HV

Q", L, D

HT

cirkulacijska rpalka

G, d

porabnik 2

Q2"L2D2

Q1"L1D1

G1d1

cirkulacijski vod

porabnik 1

G3d3

G2d2

G3"L3D3

porabnik 3

l i

azDi,

G,Tw

Q lcs,

D,an

To, Q"

Q - Q"

G, Tw"

segment cevovoda

Za poenostavljeno raunanje lahko uvedemo povpreni pretok, ki ga izraunamo po enabi:

Gsr= Gi/n (kg/s)

n.tevilo odsekov v skupni cevovodni mrei

Enabo za skupen pretok G (kg/s) lahko piemo:

G = Gs. Li(kg/s)

Ta enaba je primerna za hitro oceno stanja, brez podrobnega izraunavanja. Poznati moramo le doline posameznih trascevovodov iz projekta strojnih instalacij.

Cevovodi za toplo sanitarno vodo in cirkulacijski vodi morajo biti dobro toplotno izolirani. V primeru, da posamezni cevovodi nisoizolirani, so toplotne izgube razline za izolirane in neizolirane cevovode. Enaba za skupen pretok se zato glasi:

G = (Gi. Li)izoliran + (Gi. Li)neizoliran ) = zi

i

icn

ow

DD

D

sD

D

sD

tt

.

2ln

1

)2(ln

1

).2(

2

)(.2

(kg/s)

Enabo lahko poenostavimo e upotevamo:

ln D/(D2s) = 0 n1 (zanemarimo lahko prvi len v zgornji enabi na desni strani enaaja) z= 11 W/m

2K ..toplotna prestopnost na zunanji strani povrine cevovoda pri stacionarnem stanju okolikega zraka

7/25/2019 Dimenzioniranje Cirkulacijskega Voda Za Toplo Sanitarno Vodo

3/3

z = 9, 7 + 0,04 dt .. pri upotevanju konvekcije in sevanja (W/m2K)

zi

i

i

ow

DD

D

ttQ

.

2ln

1

)(.2

(W/m)

Za neizolirano cev uporabimo enabo:

Q = . D . z(twto) (W/m)

Na sliki 2 je prikazan diagram, s katerim lahko na osnovi danih vhodnih podatkov doloimo vse parametre za dimenzioniranjesistema za cirkulacijo tople vode z nazivnimi premeri DN 15 do DN 65. Za praktini primer je prikazano, kako lahko na osnovidanih vhodnih parametrov, oditamo iz diagrama toplotne izgube za neizoliran in izoliran cevovod nazivnega premera DN 50.

14

5

DN 65

5010015020050 500

Q(

W/m)

DN 15

Q(

W/m)

400

100

200

300

20 15

dTw=4C

dTw=7C

NEIZOLIRANO

6,05,04,03,02,01,0

6 penjeni polietilen d = 13 mm

SLIKA 2 Diagram za doloanje parametrov cirkulacijskega voda

0,1

IZOLIRANO

2 izolacija iz mineralne volne d = 30 mm

5 penjeni polietilen d = 19 mm

3 poliuretanska izolacija

1 neizoliran cevovod

4 purlen - Al

G ( l/h, m)

10 5

DN 40

DN 50

DN 32

0

dTw=10C

dTw=1C

dTw=3C

dTw=2

C

10

20

30

40

dT=10C

0,4

2

3

0,2 0,3

DN 25

6

U (W/m2K)

0,5 0,6

DN 20

dT=40

C

dT=20C

dT=30

C

dT=70

C

dT=50

C

dT=60C

Z diagramom dobimo iskane parametre na osnovi teoretinih predpostavk. V praksi imamo opravka s cevovodi, kjer je toplotnaizolacija prekinjena ali pokodovana, pojavljajo se toplotni mostovi (podpore, nosilni stebri), zato je potrebno pri doloanjutoplotnih izgub upotevati korekcijske faktorje v iznosu 10 do 15 %.

Q kor= (1,1 do 1,15 ) Q (W/m)G kor= (1,1 do 1,15 ) G (kg/s)

Z uporabo diagrama na sliki 2, lahko na osnovi realnih podatkov, kar pomeni brez uporabe empirinih formul, doloimooptimalne parametre cirkulacije tople sanitarne vode.

Bojan Grobovek, univ.dipl.in.str.

Viri:

Recknagel - Spenger - Schramek Taschenbuch fur Heizung + KlimatechnikRadovi M: Vodovod v zgradamaBonjakovi F: Nauka o toplini II