TECHNICK ZARIADENIE BUDOV 2 VYKUROVANIE Ing Jaroslav Letach

TECHNICKÉ ZARIADENIE BUDOV 2 VYKUROVANIE Ing. Jaroslav Leštach, Žilinská univezita v Žiline, Stavebná fakulta, KPSa. U, AD 16 Literatúra: Vyhláška MZSR č. 259/2008 o podrobnostiach o požiadavkách na vnútorné prostredie budov a o minimálnych požiadavkách na byty nižšieho štandardu a na ubytovacie zariadenia J. Cihelka: Vytápění, větrání, klimatizace; SNTL 1985 Topenářská příručka 1 - 3 D. Petráš a kol. : Vykurovanie rodinných a bytových domov; Jaga group, 2005 STN EN 12831: 2003 Vykurovacie systémy v budovách

1. Tepelná pohoda, druhy vykurovania - fyziologická aktivita – vnútorná produkcia tepla (W) - tepelnoizolačná schopnosť odevu - stav prostredia - teplota vzduchu - účinná teplota okolitých plôch - relatívna vlhkosť vzduchu - rýchlosť prúdenia vzduchu

- fyziologická aktivita – vnútorná produkcia tepla na osobu (W)

- tepelnoizolačná schopnosť odevu

stav prostredia – má zabezpečiť optimálne podmienky termoregulácie pri daných podmienkach prostredia – teplota vzduchu tv - meria sa v oblasti pobytu človeka (obvykle 1, 5 m nad podlahou, najmenej 1 m od vykurovacieho telesa a 0, 2 m od steny, v predškolských zariadeniach sa meria teplota 0, 5 m nad podlahou) - teplomer chránený proti sálaniu okolitých plôch - účinná teplota okolitých plôch tu - sálanie tepla z človeka na okolité plochy (vonkajšie aj vnútorné steny, podlaha, strop) - vyžaduje teplomer merajúci sálanie okolitých plôch (guľový teplomer, … alebo výpočet podľa plôch a ich teplôt) - asymetrická sálavá teplota spôsobená zvislými konštrukciami <10 o. C, - asymetrická sálavá teplota od teplých stropov <5 o. C, - výsledná teplota tk (operatívna teplota) tk = (tu + tv )/ 2 - rýchlosť prúdenia vzduchu (podľa triedy práce; optimálne do 0, 3 m/s) - pri ľahkej činnosti vo vykurovacom období a teplote v interiéri 20 -24 o. C menej ako 0, 15 m/s - pri ľahkej činnosti v letnom období a výslednej teplote v interiéri 23 -26 o. C menej ako 0, 25 m/s - relatívna vlhkosť vzduchu (optimálne 30 - 70%)

Optimálna teplota

Klimatické pomery - priemerná denná teplota - najvyššia a najnižšia denná teplota - priemerná mesačná teplota - priemerná ročná teplota - najvyššia a najnižšia ročná teplota => výpočtová najnižšia teplota ( pre výpočet tepelného príkonu zariadenia) => priemerná ročná teplota ( pre výpočet ročnej spotreby energie ) => priemerná ročná teplota vo vykurovacom období (=>. . dennostupne, . . . )

KLIMATICKÉ OBLASTI SLOVENSKA podľa STN EN 12831

DRUHY VYKUROVANIA Podľa pôsobnosti: - lokálne (zdroj tepla sa nachádza vo vykurovanej miestnosti – napr. plynové sálavé žiariče, piecka na tuhé palivo alebo elektrinu, . . . ) - ústredné (zdroj tepla sa nachádza mimo vykurovanej miestnosti – napr. plynová kotolňa pre objekt, výmenníková stanica pre bytový dom, . . ) - etážové (zdroj tepla je len pre jedno podlažie – jeden byt ) Podľa princípu dodávania tepla: - sálavé - podlahové - stropné - stenové - konvekčné

DRUHY VYKUROVANIA Podľa primárnej energie - plynné palivá (zemný plyn, bioplyn, propán) - pevné palivá (uhlie, drevo a výrobky z neho - dendromasa, . . . ) - solárna energia (nutný je doplnkový zdroj) - CZT (teplo ako hlavný alebo vedľajší produkt) - elektrická (priamovýhrevné, akumulačné ; pre malé zdroje tepla) - tepelné čerpadlo - alternatívne energie (geotermálna, odpadová, . . . )

DRUHY VYKUROVANIA Podľa teplonosnej látky - teplovodné (voda do 110°C, bežne do 90°C) - teplovodné pre moderné (úsporné) sústavy(voda do cca 60°C) - horúcovodné (nad 110°C) - parné (podtlakové, nízkotlakové, strednotlakové ) - teplovzdušné (porovnať s klimatizáciou) - iné (vykurovací plyn, elektrická energia, …) Médiá s pracovnými teplotami nad 90°C sa z hygienického hľadiska (riziko popálenia, rozklad prachu) nepoužívajú pre obytné budovy a pre objekty pre dlhodobý pobyt.

DRUHY VYKUROVANIA

=> teplovzdušné vykurovanie => vykurovanie stropnými žiaričmi

Materiál potrubia - oceľ („čierna“ - bezšvová a zváraná; - meď - plasty (PE; PB; PP; . . . ) - viacvrstvové (PE-Al-PE; …) pozinkovaná ; nehrdzavejúca) Spájanie potrubia: - rozoberateľné - závitové spoje (pre rozoberateľné spoje – armatúry, . . ) - prírubové spoje (armatúry, väčšie DN) - nerozoberateľné - zváranie („čierna“ oceľ – cca 1500°C, plasty – PEHD, PP – cca 200°C) - spájkovanie (meď, mosadz) - mechanické spojky (viacvrstvové, meď, niektoré plasty – PEX, PB. . . )

Uloženie potrubia - dovolená deformácia potrubia pri uložení (dovolený priehyb – dodržanie spádu, dovolené napätie v potrubí) - možnosť dilatácie potrubia (uloženie potrubia musí pri zmene dĺžky potrubia umožniť bezpečné predĺženie, aby nevzniklo prekročenie dovoleného napätia a ohybu v potrubí, spojoch a armatúrach) - pevný bod (v blízkosti armatúr, medzi kompenzátormi) - klzné uloženie (v blízkosti kompenzátorov)

KOMPENZÁTORY - TVAROVÉ - využitie prirodzených zmien smeru potrubia - „U“ alebo lýrové kompenzátory (zväčšená dĺžka potrubia) - OSOVÉ - vlnovcové - upchávkové - gumové

KOMPENZÁTORY - slúžia na vyrovnanie dĺžkovej zmeny na potrubí - dĺžková zmeny potrubia: ΔL = L. α. Δt kde L je pôvodná dĺžka pred teplotnou zmenou (m) α – súčiniteľ teplotnej roztiažnosti daného materiálu (1/K) Δt - teplotný rozdiel (K). - sila medzi 2 pevnými bodmi, ak sa nevytvorí kompenzácia: Fpb = S. E. α. Δt kde S je plocha materialu potrubia v reze (medzikružie) (m 2) E - modul pružnosti materiálu (Pa). - súčinitele dĺžkovej roztiažnosti materiálu:

ULOŽENIE POTRUBIA: - v zemi - na závesoch - na konzolách

DRUHY UCHYTENIA POTRUBIA - PEVNÉ (pevný bod) - KLZNÉ

Tepelná izolácia α 1 (W. m-2. K-1) je súčiniteľ prestupu tepla na vnútornom povrchu potrubia α 2 (W. m-2. K-1) je súčiniteľ prestupu tepla na vonkajšom povrchu izolácie λp (W. m-1. K-1) je merná tepelná vodivosť materiálu potrubia λiz (W. m-1. K-1) je merná tepelná vodivosť materiálu izolácie d (m) je vnútorný priemer potrubia D (m) je vonkajší priemer potrubia Diz (m) je vonkajší priemer izolácie

Tepelná izolácia – výrazne spomaľuje únik tepla z potrubia - PUR pena -minerálna alebo sklenená vlna - penový PE - syntetický kaučuk - kremelina, . . Opláštenie – ako ochrana tepelnej izolácie pred vlhkosťou, mechanickými vplyvmi, poveternostnými podmienkami, . . . - bez opláštenia - oceľ s povrchovou úpravou - Plastová fólia – polyetylén, . . - cementová mazanina (už sa nepoužíva)

HRÚBKA TEPELNÝCH IZOLÁCIÍ (Vyhláška č. 14/2016 Z. z. ) Minimálna hrúbka tepelnej izolácie rozvodov tepla a teplej vody z oceľových rúrok pri izolačnom materiáli s tepelnou vodivosťou 0, 035 W. m-1. K-1 (pri teplote 0 °C): DN (mm) siz, min(mm) do DN 20 ažDN 35 DN 40 ažDN 100 nad DN 100 ≥ 20 ≥ 30 ≥DN ≥ 100 Pre rozdeľovače a zberače tepla, v miestach križovania potrubí, v miestach spájania potrubí a pre potrubia a armatúry inštalované v prestupoch stien a stropov sa môže minimálna hrúbka izolácie znížiť o 50 % hodnoty hrúbky izolácie uvedenej v príslušnom riadku tabuľky.

Armatúry na potrubí - uzáver (ventil, kohút ) - regulačný uzáver pre vykurovacie teleso - regulačný ventil (dvojcestný, trojcestný, štvorcestný) - filter - rozdeľovač, zberač - prietokomer - poistný ventil - spätná klapka (ventil) - vypúšťací, odvzdušňovací ventil - teplomery, tlakomery - expanzné nádoby - čerpadlá - kompenzátory

VYKUROVACIE TELESÁ Požiadavky pre výber vykurovacích telies -dodanie požadovaného tepla (vyrovnanie tepelných strát, zabezpečenie tepelnej pohody) -energetická efektívnosť -priestorové požiadavky -dostatočná životnosť (ovplyvnená je aj potrubným systémom – kombinácia materiálov) -estetické hľadisko -tlakové straty na prijateľnej úrovni -bezpečnosť, hygiena (spoľahlivé uchytenie, povrchová teplota, tvary, . . ) - ekonomické hľadisko

Vykurovacie telesá - sálavé telesá (elektrické, plynové, teplovodné) - veľkoplošné sálavé (stropné, podlahové, stenové) - doskové ( = panelové) - článkové - rúrkové, registre - konvektory - teplovzdušné agregáty - priamovýhrevné (elektrické, plynové, horúcovodné, parné, . . )

Vykurovacie telesá Materiály vykurovacích telies - oceľ – nízka cena, nízka hmotnosť, malá tepelná zotrvačnosť, - nižšia životnosť (ovplyvnená údržbou aj sústavou), - liatina - dlhá životnosť (obmedzená spojmi), - veľká tepelná zotrvačnosť, vysoká hmotnosť - hliník - veľmi malá tepelná zotrvačnosť, nízka hmotnosť, dlhá životnosť - vyššia cena - iné materiály – meď, nehrdzavejúca oceľ, plasty, . . - pre špecifické použitie

Článkové Doskové (panelové) Rúrové, registre

Konvektory - podlahové - nástenné Veľkoplošné (sálavé) – podlahové, stenové, stropné

Sálavé žiariče - plynové (tmavé, svetlé) - elektrické - teplovodné Teplovzdušné agregáty - plynové - teplovodné VYKUROVANIE PRIEMYSELNÝCH OBJEKTOV

Výkon vykurovacieho telesa Celkový výkon vykurovacieho telesa: Qc= Qk + Qs (W) Qk – časť tepla odovzdaná prúdením Qs – časť tepla odovzdaná sálaním Qk = [αei. Si. (tp - ti )] (W) αei - je priemerný súčinitel prestupu tepla na vonkajšej prestupnej ploche telesa [W. m Si - veľkost vonkajšej telovýmennej plochy telesa [m 2 ], tp - priemerná teplota povrchu vykurovacieho telesa [°C], ti-. priemerná teplota vzduchu na vonkajšej prestupnej ploche telesa [°C], -2 Qs = ∑Qsi (W) . K-1],

Vykurovacie telesá – návrh - voľba teplotného spádu sústavy (zachovanie koncepcie – napr. úspornosť, možnosť rozšírenia, . . . ) - voľba typu vykurovacieho telesa - návrh veľkosti vykurovacieho telesa - posúdenie Qvt > Q ts

Voľba teplotného spádu teplotný spád – rozdiel teplôt prívodnej a vratnej vody do vykurovacích telies (príp. zdroja tepla) tp / tv (ºC) - sú to teploty pri navrhovanom (maximálnom) výkone vykurovacích telies – pri najnižšej výpočtovej vonkajšej teplote te (počet dní s te a nižšou býva cca 10 ročne) - pri ekvitermickej regulácii sa teplota vykurovacej vody znižuje podľa momentálnej vonkajšej teploty - teplotný spád s nižšou teplotou vykurovacej vody umožňuje využiť zdroje tepla s vyššou účinnosťou (napr. kondenzačná technika, . . . ) a alternatívne zdroje (geotermálne teplo, . . . ) Staršie sústavy boli dimenzované na teplotný spád 90/70 Bežné sučasné sústavy – cca 75/65 Nízkoteplotné sústavy majú cca 45/35 (napr. podlahové vykurovanie - vyžaduje nízke teploty vykurovacej vody z hygienického hľadiska)

Potrebné zväčšenie vykurovacích plôch pri rôznych teplotných spádoch 100 % - teplotný spád 90/70/20°C (tp=90°C, tv=70°C, ti=20°C)

Príklad výkonovej rady vykurovacieho telesa

Porovnanie veľkoplošných sústav

Vplyv na výkon vykurovacieho telesa - prietok vody telesom - z 1

Vplyv na výkon vykurovacieho telesa - počet článkov telesa - z 2

Vplyv na výkon vykurovacieho telesa - zákryt telesa - z 3

Veľkoplošné podlahové vykurovanie Predbežný návrh veľkoplošného vykurovania: Q = Λa x S x (td - ti) (W) Λa – tepelná priepustnosť podlahy (W/m 2. K) S – plocha podlahy (m 2) td- teplota podlahy (°C) ti - teplota v miestnosti (°C)

Vykurovacie sústavy Podľa rozsahu územia, do ktorého dodávajú teplo, možno tepelné sústavy rozdeliť na: - medzimestské, okrskové a podnikové, domové, etážové a bytové Podľa teplonosného média: - teplovodné (do 110 °C), horúcovodné (nad 110 °C), parné (ntl, stl, . . ), teplovzdušné

Teplovodné vykurovacie systémy Výhody: teplonosná látka je k dispozícii v neobmedzenom množstve, - prevádzková teplota teplonosnej látky je únosných medziach, - veľká tepelná kapacita vody, malé dopravované množstvo média, - veľká prevádzková spoľahlivosť, - menšie tepelné straty, menšie ochladenie vody v potrubí - dobrá regulovateľnosť (centrálna ekvitermická, termostatickými ventilmi na vykurovacích telesách). Nevýhody: veľká tepelná zotrvačnosť a z nej vyplývajúca dlhá doba zakúrenia a chladnutia, pomerne vysoké investičné náklady

Teplovodné vykurovacie sústavy Podľa obehu vody: - s prirodzeným obehom (voda cirkuluje gravitačne - na základe rozdielu hustôt vody) - s núteným obehom ( pomocou čerpadla) Výhody prirodzeného obehu: - nie je potrebné čerpadlo (investičné a prevádzkové náklady, hluk) - funkčné aj bez elektrickej energie Nevýhody prirodzeného obehu: - veľkosť vykurovacej sústavy je obmedzená (dané vztlakom vody) - nepružná sústava - veľké priemery potrubí (umiestnenie, náklady, . . . ) - problematická regulácia (zmenou nastavenia 1 armatúry sa zmenia pomery v celej sústave, nevhodná ekvitermická reg. , . . ) - nemožnosť rozširovania a zmeny bez celkovej úpravy sústavy - nutnosť maloodporových kotlov a armatúr, nutnosť odvzdušnenia a dodržania spádu => vhodné pre malé sústavy bez vyhľadu rozšírenia; pre objekty bez elektrickej energie Výhody núteného obehu: - veľkosť vykurovacej sústavy je daná čerpadlom (je možná zmena čerpadla) - malé priemery potrubí - možnosť viacerých druhov regulácií - pružná sústava (vzhľadom na malý objem vody a vyššiu rýchlosť v potrubí) - možnosť rozšírenia a zmeny sústavy je väčšia

Teplovodné vykurovacie sústavy Podľa počtu potrubí k vykurovaciemu telesu: - jednorúrkové - dvojrúrkové

Teplovodné vykurovacie sústavy Podľa umiestnenia vodorovného prívodného potrubia vykurovacej vody: s dolným rozvodom s horným rozvodom

Lúčový vykurovací systém (vedený v podlahe)

Parné systémy „Tradičné“ vykurovanie, v súčasnosti veľmi málo používané (okrem „veľkej“ energetiky, kde sa vyžaduje para). Podľa prevádzkového tlaku pary parné vykurovacie systémy delíme: · nízkotlakové s pretlakom pary < 0, 5. 105 Pa · vysokotlakové s pretlakom pary > 0, 5. 105 Pa, výnimočne podtlakové · parné vykurovacie systémy podtlakové s celkovým tlakom < 1, 0. 105 Pa.

Parné systémy Pre vykurovanie objektov slúži nízkotlakové vykurovanie (do 10 k. Pa pary). Rozdiely oproti teplovodnému vykurovaniu: - para sa vyrába v parnom kotli (vyvíjači pary), nutné je zmäkčenie vody - para na prúdenie nepotrebuje čerpadlo - para je stlačiteľná; prúdením v potrubí klesá tlak; zvyšuje sa objem aj tlakové straty - pri prúdení pary môže vznikať kondenzát, ktorý nesmie prúdiť oproti pare - po odovzdaní tepla vzniká kondenzát (voda), ktorú je potrebné oddeliť od pary - kondenzát prúdi gravitačne alebo nútene späť do parného kotla - ako zabezpečovacie zariadenie slúži poistné pretlakové zariadenie alebo poistný ventil - malá tepelná zotrvačnosť pary - zvýšené riziko korózie železných častí (potrubie, vykurovacie telesá) - nehygienická povrchová teplota vykurovacích telies (cca 100 °C) - z dôvodu problematickej regulácie sa nepoužíva, nemožno použiť úsporné zdroje tepla

Parné systémy Nízkotlaký parný systém do 10 k. Pa

Parné systémy