RAMOWE WYTYCZNE PROJEKTOWANIA I STOSOWANIA SYSTEMU MIESZKANIOWYCH WĘZŁÓW CIEPLNYCH TYPU MW KOMFORT ZASILANYCH Z SIECI CIEPLNYCH EC ZA POŚDEDNICTWEM JEDNOFUJKCYJNYCH WĘZŁÓW CIEPLNYCH W CYKLU CAŁOROCZNYM

1. Wstęp
Mieszkaniowy węzeł cieplny MW KOMFORT jest przystosowany do regulacji ilościowo - jakościowej zgodnie z wymogami Prawa Budowlanego § 132 ust.5 : „W budynku mieszkalnym i użyteczności publicznej, zasilanym z sieci centralnego zaopatrzenia w ciepło, urządzenia do regulacji dostawy ciepła do instalacji budynku powinny działać odpowiednio do zmian zewnętrznych warunków klimatycznych. Regulacja dopływu ciepła do poszczególnych pomieszczeń powinna działać w zależności od zmian temperatury wewnętrznej w pomieszczeniach.” Również zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r Dziennik Ustaw Nr 75/2002 §132 ust.7 obowiązuje w instalacjach ogrzewczych zasilanych z sieci ciepłowniczych następująca dyrektywa: „Instalacje ogrzewcze zasilane z sieci ciepłowniczej powinny być sterowane urządzeniem do regulacji dopływu ciepła, działającym automatycznie, odpowiednio do zmian zewnętrznych warunków klimatycznych.”
Zastosowanie regulacji ilościowo - jakościowej w mieszkaniowych węzłach cieplnych pozwala na podawanie zmiennych parametrów wody grzejnej do ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych w funkcji regulacji pogodowej, niezależnie od działania przygrzejnikowych zaworów termostatycznych oraz przy zachowaniu normatywnych przepływów wody grzejnej zależnych od obliczeniowych strat ciepła dla poszczególnych mieszkań. Natomiast dostawa ilościowa wody grzejnej na potrzeby ciepłej wody użytkowej jest każdorazowo uzależniona od chwilowej temperatury wody grzejnej oraz ilości pobieranej ciepłej wody użytkowej o w przybliżeniu stałych parametrach temperatury 50ºC lub 55ºC przy twg = + 65ºC.
Tak więc niskoparametrowe węzły cieplne typu MW KOMFORT funkcjonują na zmiennych przepływach wody grzejnej na potrzeby c.w.u. regulowanych automatycznie w funkcji jej temperatury oraz na parametrach stałoprzepływowych na potrzeby centralnego ogrzewania z zachowaniem regulacji pogodowej realizowanej w jednofunkcyjnych węzłach cieplnych zasilanych z EC.

2. Wytyczne w zakresie ustalenia bilansu ciepła dla potrzeb doboru jednofunkcyjnych węzłów cieplnych
Z uwagi na brak ostatecznych regulacji ustawowych w zakresie oceny energetycznej instalacji cieplej wody użytkowej i metod określenia charakterystyki energetycznej budynków zawartych w Dyrektywie 2002/91/EC, temperatury c.w.u. i normatywy zużycia należy przyjmować na dotychczasowych zasadach.
Aktualnie, bilans zapotrzebowania ciepła dla przygotowania ciepłej wody użytkowej jest na ogół znaczący w stosunku do obliczeniowych strat ciepła budynków, dla budownictwa wielorodzinnego, jak również dla apartamentowców i należy przyjmować następujące jednostkowe zużycia ciepłej wody:
q_jcwu = 130 l/dobę/1mieszkańca przy korzystaniu z wanien
q_jcwu = 120 l/dobę/1mieszkańca przy korzystaniu z natrysków i wanien
q_jcwu = 110 l/dobę/1mieszkańca przy korzystaniu z natrysków
temperatura obliczeniowa c.w.u. w punktach poboru wynosi +55ºC zgodnie z dziennikiem Ustawa Nr 75/2002 § 120; temperatura wody zimnej +5ºC.

Obliczenie zapotrzebowania ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej:

          qjcwu x U
Ghcwuśr = ----------- [ l/h ]  U - ilość osób korzystających z c.w.u.
              τ              τ - 18 h w ciągu doby
              
              
Qcwu = Ghcwuśr x 4,2 ( 55 – 5 ) [KW] przy Ghcwuśr [l/s]

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na ciepłą
wodę użytkową z uwzględnieniem
współczynnika nierównomierności rozbioru Nh

Nh = 9,32 x U-0,244
Ghcwumax = Ghcwuśr x Nh [kg/h]

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie ciepła dla c.w.u.
Ghcwumax = Ghcwumax x Cp x (55-5) [KW] Cp = 4,2 Ghcwumax [l/s]

3. Dobór mocy cieplnej dla węzła jednofunkcyjnego

ΣQw = Qco + Qcwhśr [KW] przy Qcwhmax < Qco + Qcwhśr
ΣQw = Qcwhmax      [KW] przy Qcwhmax > Qco + Qcwhśr

4. Obliczeniowy strumień wody sieciowej dla okresu zimowego

     Qco + Qcwhśr                    Cp = 4,2
Gs = ---------------- [l/s]          Tz = 134ºC
     Cp ( Tz – Tp )                  Tp = 70ºC

5. Obliczeniowy strumień wody sieciowej dla okresu letniego

          Qcwhmax                   Cp = 4,2
Gs = ------------------ [l/s]       Tz = 68ºC (min)
       Cp ( Tz – Tp )               Tp = 35ºC

6. Obliczeniowy strumień wody instalacyjnej dla okresu zimowego

          Qco + Qcwhśr              Cp = 4,2
Ginst = ------------------ [l/s]    Tz = 90ºC lub 75ºC
          Cp ( Tz – Tp )            Tp = 70ºC lub 55ºC

7. Obliczeniowy strumień wody instalacyjnej dla okresu letniego

          Qcwhmax                   Cp = 4,2
Gs = ------------------ [l/s]       Tz = 65ºC, min 58ºC
      Cp ( Tz – Tp )                Tp = 35ºC

8. Obliczenia obciążeń hydraulicznych pionów wody grzejnej Współczynnik jednoczesności pracy mieszkaniowych węzłów cieplnych wg wykresu z podręcznika Recknagel’a Maksymalny przepływ wody grzejnej w poszczególnych pionach : G = n x gw + ( m – n ) x gc [m3/h] n – współczynnik jednoczesności m – całkowita ilość mieszkań g_w – maksymalny przepływ czynnika grzewczego przez wymiennik c.w.u. g_c - średni przepływ czynnika grzewczego dla c.o. na mieszkanie Przykład obliczeń : 6 mieszkań na pionie Nr 1 o łącznym zapotrzebowaniu ciepła na potrzeby c.o. 22 KW Q_{śr mieszkaniowe} = 22:6 = 3,67 KW na mieszkanie g_w = 1,11 m3/h wg karty katalogowej MW KOMFORT przy zasilaniu z EC 3,67 x o,86 g_c = ----------------- = 0,16 m3/h i mieszkanie 90 – 70 G = 2,3 x 1,11 + ( 6 – 2,3 ) x 0,16 = 3,45 m3/h Obciążenie maksymalne hydrauliczne dla pionu wynosi 3,45 m3/h i na taki przepływ należy nastawić zawór regulacyjny Danfoss typu MSV-J podpionowy po uwzględnieniu oporów hydraulicznych mieszkaniowego węzła cieplnego 0,56 bar i strat hydraulicznych na pionie o określonej średnicy przewodów.

9. Dobór pompy obiegowej zmiennoobrotowej zładu wody grzejnej
Wydajność pompy należy ustalić po dokonaniu obliczeń hydraulicznych dla maksymalnych obciążeń pionów zakładając, że sumaryczne maksymalne obciążenie jest zwykle krótkotrwałe. Przy doborze pompy zmiennoobrotowej sterowanej elektronicznie ustawionej na stały parametr ciśnienia należy dokonać doboru charakterystyki hydraulicznej pompy uwzględniającej zarówno nominalną wydajność na podstawie wzorów nr 6 i 7 niniejszego opracowania, jak i możliwość pokrycia chwilowego i maksymalnego obciążenia hydraulicznego pionów wody grzejnej. Jest to w pełni realne i zostało sprawdzone w już zrealizowanych obiektach. Wysokość podnoszenia pompy musi uwzględniać opory hydrauliczne głównego węzła cieplnego, a zwłaszcza dobranego wymiennika wody grzejnej oraz straty hydrauliczne w zładzie lub w zładach wody grzejnej z uwzględnieniem spadków ciśnienia na pionach wody grzejnej.
Dotychczasowe doświadczenia na podstawie już zrealizowanych obiektów wskazują, że sumaryczne opory hydrauliczne każdego wydzielonego zładu nie przekraczają wartości 1 bara (10 m.s.w.).
Dobór mocy cieplnej wymiennika wody grzejnej w jednofunkcyjnym węźle głównym należy ustalić według wzorów nr 6 i 7 bez potrzeby zwiększania obliczeniowej mocy cieplnej na pokrycie chwilowych maksymalnych obciążeń hydraulicznych pionów.

10. Zalecenia dotyczące koncepcji rozwiązania technicznego zładów wody grzejnej w zależności od ich rozciągłości, ilości pionów grzejnych oraz sumarycznej mocy cieplnej.
Doświadczenia w zakresie projektowania i eksploatacji mieszkaniowych węzłów cieplnych MW KOMFORT wskazują na celowe stosowanie pojedynczych zładów wyposażonych w 5 do 6 pionów wody grzejnej zasilających do 80 mieszkań o łącznym zapotrzebowaniu mocy cieplnej do ca 200 KW. W tym zakresie mocy cieplnej dobór odpowiedniej pompy zmiennoobrotowej jest projektowo znacznie ułatwiony z uwagi na ograniczenia katalogowe w tym zakresie. Dla większych kompleksów mieszkaniowych tj. w przypadku zwielokrotnienia zładów i pomp obiegowych wody grzejnej zaleca się zastosowanie kryteriów doboru pomp, ilości pionów wody grzejnej i jednostkowych mocy cieplnej, jak dla pojedynczego zładu. Oczywistym jest, że doboru urządzeń w jednofunkcyjnym węźle cieplnym, w tym wymiennika wody grzejnej należy dokonać z uwzględnieniem łącznych zapotrzebowań mocy cieplnych i parametrów hydraulicznych dobranych pomp.
W szczególnych przypadkach rozbudowanych zładów z większą ilością pomp obiegowych wody grzejnej wskazane jest stosowanie sprzęgła hydraulicznego wraz z dodatkową pompą główną wymuszającą obieg wody grzejnej pomiędzy wymiennikiem głównym, a sprzęgłem hydraulicznym.
Niezależnie od uzyskiwanych każdorazowo warunków technicznych od dostawców energii cieplnej z systemów EC, projektanci budynków wyposażanych w mieszkaniowe węzły cieplne z regulacją ilościowo-jakościową dobierając automatykę regulacyjna pogodową powinni uwzględnić konieczność zastosowania załamanego wykresu regulacyjnego przy Tz = +65ºC, zapewniając zakres regulacji pogodowej temperatury wody grzejnej w zakresie od +65ºC do +90ºC w sezonie grzewczym.

11. Charakterystyka pracy mieszkaniowych węzłów cieplnych MW KOMFORT w aktualnych warunkach pracy sieci cieplnej we Wrocławiu przy zastosowaniu lutowanych wymienników płytowych o wydłużonej drodze wymiany ciepła typ OHC 30/25 AT o mocy 42 KW

        ΔT 40K                          ΔT 45K
Tzaś.min +58 ºC,Tsieć +65 ºC      tcw +55 ºC const. Sezon ogrzewczy
tcw +50,73 ºC ÷ +53,40 ºC         tzew +12 ºC ÷ -18 ºC
Lato + okres przej.sez.ogrzew.    Tzaś +65 ºC ÷ +90 ºC woda grzejna
tzew +12 ÷ ±0 ºC                  Tsieć +65 ºC ÷ +132 ºC woda grzejna
z sieci cieplnej przy tcw 0 ÷ -18 ºC

Jak wynika z charakterystyki pracy mieszkaniowych węzłów cieplnych MW KOMFORT w warunkach klimatycznych dla miasta Wrocławia i 3-ciej strefy klimatycznej, automatyka pogodowa jest realizowana w zakresie temperatur zewnętrznych od 0ºC do -18ºC zapewniając temperaturę c.w.u. +55ºC przy Δt = 45K, natomiast w zakresie temperatur zewnętrznych dodatnich od +12ºC do 0ºC, regulacje temperatury w ogrzewanych mieszkaniach przejmują termostatyczne zawory przygrzejnikowe tj. w zakresie temperatur wody grzejnej od +41ºC do +63ºC.
Ponieważ brak jest w Polsce szczegółowych wymagań w zakresie parametrów temperatury c.w.u. w instalacjach małych, jakimi niewątpliwie są mieszkaniowe węzełki cieplne, wzorem obowiązujących w Niemczech od 2000 r. wymogów zawartych w instrukcjach 551 i 552 DVGW można przyjąć, że minimalną temperaturą dopuszczalną c.w.u. węzełkach MW KOMFORT jest temperatura nie niższa jak +50ºC przy nastawach na zaworach regulacyjnych +55ºC.

12. Zalecane uzbrojenie techniczne pionów wody grzejnej.
Zastosowanie w węźle cieplnym wody grzejnej pomp obiegowych zmiennoobrotowych pracujących na stałych parametrach ciśnienia pozwala na zastosowanie uproszczonych zaworów regulacyjnych typu MSV-I i zaworów odcinających typu MSV-M firmy Danfoss z ustaloną projektowo nastawą wstępną na nominalne obciążenia hydrauliczne w poszczególnych pionach wody grzejnej. Średnice zaworów oraz wymagane nastawy regulacyjne należy projektowo dokonać w oparciu o diagram firmy Danfoss załączony do karty katalogowej w/w zaworów rys. nr 5. Przy ustalaniu spadków ciśnienia w pionach wody grzejnej należy w szczególności uwzględnić opory hydrauliczne podane w karcie katalogowej węzełków MW KOMFORT ustalonych na wartość 56 KPa (0,56 bar) jako najwyższego zaoporowania na pionach wody grzejnej przy maksymalnym przepływie wody grzejnej 1,11 m3/h (1097 l/h). Każdy z pionów wody grzejnej należy wyposażyć w górnej części zgodnie z załączonym schematem przykładowego rozmieszczenia węzłów cieplnych w szachcie budowlanym, w termostatyczny nastawny zawór cyrkulacyjny Danfoss typ MTCV Dn 15 wersja podstawowa z nastawą 55 - 60ºC oraz w samoczynny odpowietrznik i zawór odcinający. Dla ułatwienia podłączeń wody grzejnej do poszczególnych węzłów mieszkaniowych można zastosować rozdzielacze wody grzejnej Dn 32.
W celu uzyskania dokładnych pomiarów zużycia energii cieplnej na potrzeby c.o. i c.w.u. należy bezwzględnie stosować przy każdym z węzłów mieszkaniowych liczniki energii cieplnej ultradźwiękowe również dla zniwelowania ewentualnych różnic zużycia energii cieplnej w stosunku do pomiaru licznika głównego zastosowanego w głównym węźle cieplnym na przepływie wody sieciowej.
Bardzo istotnym problemem rzutującym na rozliczenie zużycia energii cieplnej w tym ograniczenie strat energii cieplnej na zładzie wody grzewczej jest zastosowanie dobrej izolacji termicznej na poziomach i pionach wody grzewczej np. w systemie otulin FLEXO ROCK firmy ROCKWOOL grubości min. 30 mm zabezpieczonych płaszczem z foli PCV.

13. Zalecenia dotyczące nastaw regulacyjnych elementów wyposażenia węzłów MW KOMFORT
Zastosowane zawory strefowe podwójnej regulacji Dn 20 na wylocie wody grzejnej na potrzeby c. o. mieszkań firmy Honeywell typu V2020DVS20 wyposażone dodatkowo w siłowniki termiczne typu MT4-230/NO należy projektowo wyregulować na zakresy nastaw i przepływy zgodnie z bilansem strat ciepła dla każdego z mieszkań. Wielkość nastaw wraz z zapisem bilansów potrzeb c. o. należy oznakować na rozwinięciach pionów wody grzejnej. Siłowniki termiczne służą do regulacji i współdziałania z mieszkaniowymi programatorami dobowo - tygodniowymi temperatury wewnętrznej i są obsługiwane bezpośrednio przez użytkowników mieszkań.
Każdy z mieszkaniowych węzłów cieplnych z uwagi na zastosowanie regulacji jakościowo-ilościowej wyposażony jest w termostatyczny zawór regulacyjny temperatury ciepłej wody użytkowej typu T100R firmy Honeywell umożliwiający zapewnienie stałej temperatury ciepłej wody użytkowej z zalecaną nastawą temperatury +55ºC i temperaturą efektywną nie niższą jak +50ºC przy ograniczonych temperaturach wody sieciowej do +65ºC, zwłaszcza w okresie letnim.
Nastawy regulacyjne przepływu wody zimnej do wymiennika c.w.u. ustalane są każdorazowo na etapie uruchamiania mieszkaniowych węzłów cieplnych przez wyspecjalizowanych wykonawców instalacji lub serwisantów mieszkaniowych węzłów cieplnych MW-KOMFORT.
Uwagi końcowe:
1. Niniejsze opracowanie należy traktować jako zalecenia projektowe wynikające z doświadczeń projektowych i eksploatacyjnych mieszkaniowych węzłów cieplnych MW-KOMFORT.
2. Typoszereg produkowanych mieszkaniowych węzłów MW- KOMFORT przewiduje wersję z cyrkulacją c.w.u. wymaganą przy pojemnościach instalacji c.w. przekraczających 3 l.
3. Podstawą rozpoczęcia prac projektowych jest uzyskanie wymaganych warunków technicznych zasilenia wydawanych każdorazowo przez dostawców energii cieplnej z systemów EC, które powinny być kompatybilne z warunkami technicznego zastosowania omawianych węzłów mieszkaniowych z zastosowana regulacją ilościowo- jakościową wymagana przepisami Prawa Budowlanego.


Autor opracowania:
inż. Andrzej Sadowski


Wytyczne do projektowania systemu MW KOMFORT - wersja PDF