Ogrzewnictwo w.4

Spis treści

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów / 9

1. Wstęp / 12

2. Klasyfikacja i charakterystyka systemów ogrzewania / 14
2.1. Historia techniki grzewczej / 14
2.2. Klasyfikacja systemów ogrzewania / 15
2.2.1. Kryteria podziału systemów ogrzewania / 15
2.2.2. Ogrzewanie miejscowe / 19
2.2.3. Ogrzewanie centralne / 23
2.2.4. Ogrzewanie zdalaczynne / 24
2.3. Charakterystyka systemów instalacji centralnego ogrzewania / 26
2.3.1. Informacje ogólne / 26
2.3.2. Instalacje ogrzewania wodnego / 26
2.3.3. Instalacje ogrzewania parowego / 32
2.3.4. Instalacje ogrzewania powietrznego / 36

3. Komfort cieplny-wymagania / 44
3.1. Znaczenie komfortu cieplnego / 44
3.2. Ocena komfortu cieplnego / 45
3.3. Temperatury obliczeniowe - projektowe / 50

4. Metodyka obliczeń projektowego obciążenia cieplnego / 53
4.1. Terminologia / 53
4.2. Założenia i procedury metodyki obliczeniowej / 55
4.3. Projektowe obciążenie cieplne przestrzeni ogrzewanej / 59
4.4. Projektowa strata ciepła przez przenikanie / 59
4.4.1. Definicja / 59
4.4.2. Współczynnik projektowej straty ciepła przez przenikanie do otoczenia przez obudowę budynku / 60
4.4.3. Współczynnik straty ciepła przez przenikanie do otoczenia przez przestrzeń nieogrzewaną (do pomieszczeń nieogrzewanych) / 62
4.4.4. Współczynnik straty ciepła przez przenikanie do gruntu / 64
4.4.5. Współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeniogrzewanej do sąsiedniej przestrzeni ogrzewanej o znacząco różnej temperaturze / 65
4.5. Projektowa wentylacyjna strata ciepła / 67
4.6. Nadwyżka mocy cieplnej do skompensowania skutków osłabienia ogrzewania / 70
4.7. Temperatury projektowe / 72
4.7.1. Projektowa temperatura zewnętrzna / 72
4.7.2. Średnia roczna temperatura zewnętrzna / 73
4.7.3. Projektowa temperatura wewnętrzna / 73

5. Roczne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania / 74
5.1. Metodologia obliczeń rocznego zapotrzebowania na energię / 74
5.2. Wymagania, jakim powinny odpowiadać budynki / 91
5.3. Zasady obliczania zużycia energii na potrzeby ogrzewania / 95
5.3.1. Podstawy obliczeń / 95
5.3.2. Dane wejściowe / 97
5.3.3. Dane wyjściowe / 97
5.3.4. Procedura obliczania / 97
5.4. Wymagania dla budynków poddawanych termomodernizacji / 100

6. Procesy cieplno-przepływowe / 101
6.1. Podstawy wymiany ciepła w układach grzewczych / 101
6.2. Transport czynnika grzewczego / 106
6.3. Równoważenie instalacji pod względem hydraulicznym / 109
6.4. Rozkład ciśnień w instalacjach ogrzewczych / 110

7. Grzejniki / 113
7.1. Klasyfikacja i charakterystyka grzejników / 113
7.2. Połączenia grzejników / 116
7.3. Kryteria i zasady doboru grzejników / 117
7.4. Lokalizacja grzejników / 119
7.5. Oznaczenia typów grzejników / 120
7.6. Ogrzewanie podłogowe / 121
7.6.1. Zasada działania ogrzewania podłogowego / 121
7.6.2. Zalety i wady wodnego ogrzewania podłogowego / 121
7.6.3. Konstrukcja grzejnika podłogowego / 122
7.6.4. Projektowanie ogrzewania podłogowego / 125
7.6.5. Zasilanie instalacji podłogowej / 127

8. Systemy instalacyjne - projektowanie, zasady wyboru / 130
8.1. Wymagania ogólne / 130
8.2. Oznaczenia przewodów i sposoby połączeń / 133
8.3. Wybór systemu instalacyjnego - zalety i wady / 136
8.3.1. Wstęp / 136
8.3.2. Rury stalowe / 136
8.3.3. Rury miedziane / 136
8.3.4. Rury z tworzyw sztucznych - chlorowany polichlorek winylu / 138
8.3.5. Polietylen (PE) / 139
8.3.6. Polibutylen (PB) / 140
8.3.7. Polipropylen (PP) / 141
8.3.8. Rury warstwowe (PE-AL-PE) / 142
8.4. Porównanie głównych właściwości materiałów instalacyjnych / 142
8.5. Izolacje przewodów / 145

9. Zabezpieczenie instalacji c.o. - wymagania, dobór / 147
9.1. Układ otwarty / 147
9.2. Układ zamknięty / 155

10. Armatura instalacji ogrzewczych / 161
10.1. Klasyfikacja i funkcje armatury / 161
10.2. Regulacja instalacji c.o / 165
10.2.1. Zasady regulacji mocy cieplnej / 165
10.2.2. Regulacja jakościowa / 167
10.2.3. Regulacja ilościowa / 170
10.3. Określanie charakterystyki zaworu regulacyjnego / 173

11. Projektowanie instalacji c.o / 178
11.1. Wymagania ogólne / 178
11.2. Proces wykonywania projektu / 180
11.3. Forma i zakres projektu instalacji c.o / 182
11.4. Graficzne obrazowanie instalacji c.o / 183
11.5. Obliczenia hydrauliczne wodnych instalacji c.o / 187
11.5.1. Zasady obliczeń hydraulicznych / 187
11.5.2. Obliczenia hydrauliczne dla grawitacyjnego ogrzewania z rozdziałem dolnym / 192
11.5.3. Obliczenia hydrauliczne dla grawitacyjnego ogrzewania z rozdziałem górnym / 196
11.5.4. Obliczenia hydrauliczne dla grawitacyjnego ogrzewania mieszkaniowego, tzw. etażowego / 198
11.5.5. Obliczenia hydrauliczne dla ogrzewania pompowego / 200
11.5.6. Obliczenia hydrauliczne instalacji jednorurowych / 207
11.6. Obliczenia instalacji parowych / 210
11.7. Obliczenia instalacji powietrznych / 213

12. Źródła ciepła / 218
12.1. Klasyfikacja źródeł ciepła / 218
12.2. Węzły ciepłownicze / 219
12.3. Kotłownie / 220
12.3.1. Klasyfikacja kotłowni / 220
12.3.2. Układy technologiczne kotłowni / 222
12.3.3. Charakterystyka kotłów małej i średniej mocy / 223
12.3.4. Bilans cieplny kotłów / 224
12.4. Właściwości paliw / 233
12.4.1. Rodzaje paliw / 233
12.4.2. Właściwości węgla kamiennego / 235
12.4.3. Właściwości oleju opałowego / 237
12.4.4. Właściwości gazu ziemnego / 238
12.4.5. Właściwości gazu płynnego / 239
12.5. Zapotrzebowanie na paliwo / 241
12.5.1. Zapotrzebowanie na paliwo stałe / 241
12.5.2. Zapotrzebowanie na paliwo gazowe / 242
12.5.3. Zapotrzebowanie na olej opałowy / 243
12.6. Wymagania dotyczące kotłowni / 243
12.6.1. Kotłownie na paliwo stałe / 243
12.6.2. Kotłownie na paliwo olejowe / 245
12.6.3. Kotłownie na paliwo gazowe / 247
12.7. Układy odprowadzania spalin i wymiany powietrza / 248

13. Sposoby rozliczania kosztów ciepła / 258
13.1. Kryteria rozliczeń / 258
13.2. Zasady rozliczania kosztów ciepła z sieci ciepłowniczej / 259
13.2.1. Podstawa rozliczeń / 259
13.2.2. Ceny uśrednione / 260
13.2.3. Koszty ogrzewania z miejskiej sieci ciepłowniczej / 261
13.3. Zasady rozliczania kosztów ciepła z sieci gazowej / 263
13.3.1. Podstawy prawne / 263
13.3.2. Klasyfikacja odbiorców do grup taryfowych / 264
13.3.3. Koszty ogrzewania gazem / 266

14. Komputerowe wspomaganie projektowania systemów grzewczych / 268
14.1. Wprowadzenie / 268
14.2. Programy wspomagające wyznaczanie bilansu cieplnego budynku / 269
14.3. Programy wspomagające graficzne obrazowanie i obliczenia instalacji ogrzewczych / 271

15. Badania i odbiory instalacji c.o / 279
15.1. Wstęp / 279
15.2. Badania odbiorcze / 279
15.2.1. Zakres badań / 279
15.2.2. Badanie odbiorcze szczelności instalacji c.o / 279
15.2.3. Badanie odbiorcze poprawności działania instalacji / 285
15.2.4. Badanie odbiorcze zabezpieczenia przed przekroczeniem dopuszczalnego ciśnienia i temperatury / 286
15.2.5. Badanie odbiorcze zabezpieczenia przed zanieczyszczeniem wody wodociągowej / 286
15.2.6. Badanie odbiorcze zabezpieczeń antykorozyjnych instalacji / 286
15.2.7. Badanie odbiorcze efektów regulacji / 286
15.2.8. Badanie odbiorcze odpowietrzenia instalacji / 287
15.2.9. Badanie odbiorcze natężenia hałasu / 287
15.2.10. Badanie pomp obiegowych / 287
15.2.11. Badanie odbiorcze armatury / 288
15.3. Odbiory robót / 288
15.3.1. Rodzaje odbiorów / 288
15.3.2. Odbiór międzyoperacyjny / 288
15.3.3. Odbiór techniczny częściowy / 289
15.3.4. Odbiór techniczny końcowy / 290

Dodatek / 292
Dl. Podstawy wymiany ciepła i hydromechaniki / 292
D 1.1. Pojęcia podstawowe / 292
Dl.2. Oddziaływania termodynamiczne / 295
Dl.3. Właściwości substancji / 298
Dl.3.1. Podstawowe parametry / 298
Dl.3.2. Właściwości wody w stanie ciekłym / 300
Dl.3.3. Właściwości pary / 307
Dl.3.4. Właściwości powietrza / 310
Dl.4. Hydromechanika / 312
Dl.4.1. Wprowadzenie / 312
Dl.4.2. Prawo Archimedesa / 313
Dl.4.3. Przepływ płynu / 314
Dl.4.4. Bilans energii przepływającego płynu / 314
Dl.5. Podstawy wymiany ciepła / 317
Dl.5.1. Rodzaje wymiany ciepła / 317
D1.5.2. Przewodzenie ciepła / 317
Dl.5.3. Konwekcja / 323
Dl.5.4. Promieniowanie / 327
Dl.5.5. Przenikanie ciepła / 329
D2. Zasady obliczania współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych / 334
D2.1. Współczynniki przenikania ciepła przegród / 334
D2.1.1. Pojęcia podstawowe / 334
D2.1.2. Współczynnik przenikania ciepła przegrody budowlanej zewnętrznej / 337
D2.1.3. Współczynnik przenikania ciepła przegrody budowlanej wewnętrznej / 338
D2.1.4. Opór cieplny niewentylowanych warstw powietrza / 338
D2.1.5. Opór cieplny słabo wentylowanych warstw powietrza / 339
D2.1.6. Opór cieplny dobrze wentylowanej warstwy powietrza / 340
D2.1.7. Współczynniki przenikania ciepła podłóg i ścian przyległych do gruntu / 340
D2.1.8. Opór cieplny przestrzeni nie ogrzewanych / 346
D2.1.9. Współczynnik przenikania ciepła przegrody z mostkami cieplnymi / 348
D2.1.10. Współczynnik przenikania ciepła okien, świetlików, drzwi i wrót / 349
D2.2. Właściwości materiałów budowlanych / 350
D2.3. Wymagania dotyczące wartości współczynników' przenikania ciepła przegród budowlanych w budynkach projektowanych / 350
D2.4. Wymagania dotyczące wartości współczynników przenikania ciepła stolarki okiennej i drzwiowej w budynkach projektowanych / 354

Załącznik / 357
Tabela Zł. Wartości obliczeniowe właściwości fizycznych wybranych materiałów, wyrobów i komponentów budowlanych / 357
Tabela Z2. Wartości obliczeniowe współczynnika przewodzenia ciepła murów z pustaków ceramicznych w warunkach średnio wilgotnych / 361
Tabela Z3. Wartości obliczeniowe oporów przenikania ciepła wybranych przegród niejednorodnych / 361
Tabela Z4. Dane dotyczące mostków cieplnych / 363
Tabela Z5. Straty ciśnienia na długości przewodów stalowych ogrzewań wodnych / 366
Tabela Z6. Straty ciśnienia na długości przewodów miedzianych / 368
Tabela Z7. Straty ciśnienia na długości przewodów z polietylenu sieciowanego PEX z powłoką antydyfuzyjną / 370
Tabela Z8. Współczynniki oporów miejscowych wybranych elementów instalacji c.o / 371
Tabela Z9. Wymagania i badania jakości wody do celów ciepłowniczych dla obiektów projektowanych, w przypadku gdy ilość wody uzupełniającej nie przekracza 5 m3/h / 372
Tabela Z10. Wymagania i badania jakości wody w obiegach kotłowych o temperaturze wody do 110°C dla obiektów istniejących, których wyposażenie nie pozwala na dotrzymanie wskaźników wcześniej podanych, z wyjątkiem kotłów olejowych /373

Literatura / 375

Wstęp
Postęp techniczny w dziedzinie techniki zaopatrzenia w ciepło oraz zastosowanie nowych technologii i urządzeń o znacząco poszerzonych możliwościach wymaga od projektantów dobrego poznania ich cech technicznych, technologicznych i eksploatacyjnych. Dodatkowe wymagania są narzucone przez potrzebę oszczędzania energii, wynikającą z konieczności zachowania zasad zrównoważonego rozwoju oraz idące za tym zmiany w aktach prawnych.
Pełne wykorzystanie właściwości urządzeń wymaga od projektantów, wykonawców i służb eksploatacyjnych dobrego poznania podstaw teoretycznych funkcjonowania systemu grzewczego - temu zagadnieniu jest poświęcony niniejszy podręcznik. Z tego też względu uznano za celowe zebranie w dodatku podstawowych wiadomości z termodynamiki, mechaniki płynów i wymiany ciepła, wykorzystywanych w technice i inżynierii grzewczej.

Podręcznik stanowi uzupełnienie istniejącej literatury z zakresu ogrzewnictwa [3, 7-11, 15, 16, 18, 23, 29, 64, 66, 68], jeżeli chodzi o zmiany w przepisach wprowadzone w ostatnim czasie. Jest skierowany przede wszystkim do studentów kierunku inżynieria środowiska, ale może stanowić pomoc zarówno dla inżynierów projektantów, jak i eksploatatorów systemów grzewczych, jako uzupełnienie teoretycznej wiedzy na temat obecnego stanu prawnego dotyczącego wymagań w omawianym zakresie tematycznym, a także aktualnej metodyki obliczeń. Odwołanie do obowiązujących uregulowań prawnych jest szczególnie istotne w obecnej chwili, gdyż w ciągu ostatnich miesięcy miało miejsce wiele zmian aktów prawnych związanych z ich ujednoliceniem z przepisami Unii Europejskiej. Dotyczy to w szczególności wymagań z zakresu izolacyjności i energochłonności budynków.

Autorzy dołożyli starań, aby podręcznik był napisany prostym, zrozumiałym językiem, ułatwiającym korzystanie z niego również praktykom. W przystępny sposób omawia zasady projektowania instalacji centralnego ogrzewania (c.o.) „krok po kroku”, od obliczeń współczynników przenikania ciepła, poprzez obliczenia zapotrzebowania na moc cieplną (obciążenia cieplnego), do graficznego obrazowania instalacji i obliczeń hydraulicznych. Omówiono również programy do projektowania instalacji c.o., które poprawiają komfort i wydajność pracy projektantów. Uzupełnieniem procesu projektowego jest rozdział dotyczący wymagań wykonawstwa i odbioru robót instalacji c.o.

W obliczu przytoczonych zmian aktów prawnych, które miały miejsce w ostatnich miesiącach, podręcznik ukazuje istotne różnice, z jakimi projektanci muszą się zapoznać, wprowadzając nową metodykę obliczeń mocy cieplnej na potrzeby ogrzewania, a także obliczeń rocznego zużycia energii. Z założenia unikano odniesienia do konkretnych urządzeń, ze względu na ich dużą różnorodność, a więc konieczność indywidualnego zapoznania się z ich danymi technicznymi i funkcjonalnymi. Firmy produkcyjne udostępniają zresztą własne opracowania odnoszące się do ich produktów.

Autorzy są świadomi, że nie zawarli w podręczniku wszystkich zagadnień związanych z ogrzewnictwem, np. zagadnień ciepłowni, sieci i węzłów cieplnych, które powinny się znaleźć w dziale ciepłownictwo. Podział taki wynika z przeznaczenia tego opracowania głównie dla studentów. Niezależnie od tego autorzy mają nadzieję, że podręcznik będzie stanowił cenną pomoc w poznaniu zagadnień ogrzewnictwa.

Autorzy składają serdeczne podziękowania recenzentom podręcznika: Panu Profesorowi Witoldowi Wasilewskiemu, zasłużonemu nestorowi ogrzewnictwa, za cenne uwagi i uzupełnienia merytoryczne oraz Panu Profesorowi Marianowi Hopkowiczowi za istotne wskazówki dotyczące struktury i treści podręcznika.

Wydano za zgodą Rektora
Opiniodawcy
dr hab. inż. Marian HOPKOWICZ, prof. PK prof. dr hab. inż. Witold WASILEWSKI
Redaktor naczelny Wydawnictw Politechniki Rzeszowskiej
dr hab. inż. Lesław GNIEWEK, prof. PRz
Redaktor Marzena TARAŁA
Przygotowanie matryc Mariusz TENDERA
Projekt okładki
Bożena BABIARZ Joanna MIKUŁA
Podręcznik akademicki
ogrzewnictwo instalacje ogrzewcze zapotrzebowanie na ciepło