Metodika návrhu sálavých systémů vytápění pro velkoprostorové objekty

Prezentace na téma: "Metodika návrhu sálavých systémů vytápění pro velkoprostorové objekty"— Transkript prezentace:

1 Metodika návrhu sálavých systémů vytápění pro velkoprostorové objekty
Ing. Ondřej Hojer Sálavé a průmyslové vytápění

2 Sálavé a průmyslové vytápění
Rozdělení dle druhu teplonosné látky, Rozdělení dle způsobu vytápění Sálavé a průmyslové vytápění

3 Sálavé a průmyslové vytápění
Zóny vlivu na řešení otopných soustav v průmyslové hale Pracovní oblast – požadavek optimálních teplot a nízkých rychlostí proudění Neutrální oblast – požadavek nízkého teplotního gradientu Podstropní oblast – požadavek na co nejnižší teplotu (nízké ztráty) Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX). Seriál článků až 2007 Sálavé a průmyslové vytápění

4 Sálavé a průmyslové vytápění
Cihelka J.: Vytápění, větrání a klimatizace, SNTL – Praha 1985. Sálavé a průmyslové vytápění

5 Sálavé a průmyslové vytápění
Ralčuk N. T.: Panelnoje otoplenije zdanij, Budibelnik – Kijev 1964. Sálavé a průmyslové vytápění

6 Sálavé a průmyslové vytápění
Rovnice tepelné rovnováhy Rovnice tepelné pohody Výsledná teplota ti tpi tpe tev s, λ Operativní teplota Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX). Seriál článků až 2007 Sálavé a průmyslové vytápění

7 Sálavé a průmyslové vytápění
Výsledná teplota Teplota, které dosáhne těleso bez vlastního zdroje tepla, situované v místě, v němž zjišťujeme tepelný účinek [Brož,K.: Vytápění. Skripta ČVUT v Praze. 2002] Střední radiační teplota Společná teplota všech okolních ploch, při které by bylo celkové množství tepla sdílené sáláním mezi povrchem těla a okolními plochami stejné jako ve skutečném, teplotně nehomogenním prostředí. [Brož,K.: Vytápění. Skripta ČVUT v Praze. 2002] Operativní teplota Operativní teplota je jednotná teplota černého uzavřeného prostoru, ve kterém by tělo sdílelo radiací a konvekcí stejně tepla, jako ve skutečném teplotně nehomogenním prostředí [Zmrhal, V.: Stanovení střední radiační teploty (I) Sálavé a průmyslové vytápění

8 Sálavé a průmyslové vytápění
Rozdíl mezi teplovzdušným a sálávým vytápěním Výškový teplotní gradient Teplovzdušné vytápění Sálavé vytápění Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Sálavé a průmyslové vytápění

9 Teplovzdušné - Přechodné období
Stoupání teploty vnitřního vzduchu po výšce objektu při teplotách venkovního vzduchu θe = + 12 °C ÷ - 3 °C vytápění nástěnnými teplovzdušnými soupravami Sálavé a průmyslové vytápění Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX). Seriál článků až 2007

10 Teplovzdušné - Zimní extrém
Stoupání teploty vnitřního vzduchu po výšce objektu při teplotách venkovního vzduchu θe = - 3 °C ÷ - 15 °C vytápění nástěnnými teplovzdušnými soupravami Sálavé a průmyslové vytápění Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX). Seriál článků až 2007

11 Stoupání teploty vnitřního vzduchu po Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé vytápění Stoupání teploty vnitřního vzduchu po výšce objektu - vytápění haly sálavými panely Sálavé a průmyslové vytápění Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX). Seriál článků až 2007

12 Sálavé a průmyslové vytápění
SVĚTLÉ ZÁŘIČE Konstrukce 1. Směšovací komora 2. Keramické destičky 3. Nerezový reflektor 4. Zapalovací a ionizační elektrody 5. Vstupní tryska 6. Řídící automatika 7. Závěsy Sálavé a průmyslové vytápění

13 Sálavé a průmyslové vytápění
Typy zářičů, úhel jádrového a všeobecného sálání Sálavé a průmyslové vytápění

14 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

15 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

16 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

17 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

18 Sálavé a průmyslové vytápění
Skříň hořáku s automatikou (spalinového ventilátoru) Hořáková trubka (ventilátorová trubka) Rozrážecí plech Reflexní zákryt Izolace Závěsy Konstrukce TMAVÉ ZÁŘIČE Sálavé a průmyslové vytápění

19 Sálavé a průmyslové vytápění
Úhel jádrového sálání, sálavá účinnost Geometrie sálání Zapuštění trubek – úhel jádrového sálání Velikost trubek – roste s výkonem Natočení zářiče – vysoké ztráty Sálavá účinnost H [J/m3] Výhřevnost plynu V [m3/s] Spotřeba plynu Qsál [W] Sálavý výkon Sálavé a průmyslové vytápění

20 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

21 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

22 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

23 Sálavé a průmyslové vytápění
Sálavé a průmyslové vytápění

24 Sálavé a průmyslové vytápění
Výrobci a dodavatelé: Sálavé a průmyslové vytápění

25 Sálavé a průmyslové vytápění
Návrh vytápění světlými a tmavými zářiči Fyzikálně správné řešení Vychází ze základních fyzikálních zákonů (celkové tepelné bilance) Zjednodušené řešení - Praxe Protože téměř nic se nedá řešit přesně Sálavé a průmyslové vytápění

26 Fyzikálně správné řešení
Rovnice tepelné rovnováhy prostoru (bilance stěn) Rovnice tepelné rovnováhy vzduchu Rovnice tepelné pohody při sálavém vytápění ti tr Sálavé a průmyslové vytápění

27 Rovnice tepelné rovnováhy prostoru
Pro plochu S1 5,67e-8 W/m2K4 5,67 W/m2K4 ti tpi tpe tev s, λ 23 W/m2K n ….. Číslo n-té stěny Sálavé a průmyslové vytápění

28 Rovnice tepelné rovnováhy vzduchu
p otopná plocha sp spaliny pn povrchová n-té plochy Sálavé a průmyslové vytápění

29 Rovnice tepelné pohody pro sálavé vytápění
qm Qz [W] Výkon zářičů Sod [m2] Povrch člověka (oděvu) as [W/m2K] Součinitel přestupu tepla sáláním u člověka ak [W/m2K] Součinitel přestupu tepla konvekcí u člověka fj-B [-] Poměr osálání mezi j-tým povrchem a bodem B Tj [K] Absolutní teplota j-té stěny tr [°C] Střední radiační teplota ti [°C] Teplota vzduchu tg [°C] Výsledná teplota ti tr Sálavé a průmyslové vytápění

30 Odvození rovnice tepelné pohody pro sálavé vytápění zářiči
Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 Sálavé a průmyslové vytápění

31 Sálavé a průmyslové vytápění
Rovnice tepelné rovnováhy (1) (2) Tepelná bilance oděvu Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 Sálavé a průmyslové vytápění

32 Sálavé a průmyslové vytápění
Obecná rovnice tepelné pohody člověka (3) Výsledná teplota (4) (5) Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 Sálavé a průmyslové vytápění

33 Sálavé a průmyslové vytápění
Rovnice tepelné rovnováhy při vytápění zářiči (1) (6) Tepelná bilance oděvu (7) Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 Sálavé a průmyslové vytápění

34 Sálavé a průmyslové vytápění
Obecná rovnice tepelné pohody člověka (3) Výsledná teplota (4) (5) Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 Sálavé a průmyslové vytápění

35 Sálavé a průmyslové vytápění
(5 do 7) Zjednodušená rovnice tepelné pohody pro sálavé vytápění Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 Sálavé a průmyslové vytápění

36 Sálavé a průmyslové vytápění
Metodika návrhu Fyzikálně správné řešení Vychází ze základních fyzikálních zákonů (celkové tepelné bilance) Zjednodušené řešení - Praxe Protože se téměř nic nedá řešit přesně Sálavé a průmyslové vytápění

37 Sálavé a průmyslové vytápění
h=58% h=63% h=82% h=67% h=73% Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Sálavé a průmyslové vytápění

38 Sálavé a průmyslové vytápění
h=72% h=63% h=50% Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Sálavé a průmyslové vytápění

39 Sálavé a průmyslové vytápění
Podle DIN 3372 – je zde ve vzorci tr, „Behaglichkeitstemperatur“ teplota, kterou bych spíš zadával jako výslednou (operativní) (teplota pohody prostředí) Druh zářiče Koeficient C1 Tmavý neizolovaný 0,0122 Tmavý izolovaný 0,0120 Světlý s otevřenou komorou 0,0125 Světlý s delta komorou neizolovaný 0,0119 Světlý s delta komorou izolovaný s mřížkou 0,0098 ek [-] součinitel využití spalin ek = 0,95 nepřímý odvod spalin z vytápěného prostoru ek = 0,86 přímý odvod spalin mimo vytápěný prostor (kouřovody) teplota spalin u tmavých zářičů 180°C ek = 0,70 přímý odvod, vyšší teplota spalin A [m2] vytápěná podlahová plocha Qcelk [kW] celková potřeba tepla Qinst [kW] instalovaný výkon Sálavé a průmyslové vytápění Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Odvozeno z DIN

40 Sálavé a průmyslové vytápění
F [-] střední sálavý účinek F = 0,40 při vodorovném osazení F = 0,70 při šikmém osazení Zářič T-N T-I S-O S-DN S-DI sálavá účinnost hS [-] vodorovné 0,630 0,720 0,580 0,670 0,820 šikmé 0,550 0,620 0,780 osazení v prostoru, konstr. a provoz f [-] 0,190 0,217 0,174 0,193 0,195 0,307 0,355 0,277 0,313 0,325 osazení v prostoru f’ [-] 0,214 0,245 0,197 0,228 0,279 0,345 0,398 0,327 0,369 0,464 konstanta K [-] - 0,890 0,880 0,850 0,700 absorpce AS [-] Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Odvozeno z DIN Sálavé a průmyslové vytápění

41 Kontrola maximální intenzity sálání
Hygienické požadavky Intenzita osálání temena hlavy nesmí překročit W/m2 Návrh: Měření: (1) (2) Příklad: Při sálavém vytápění haly je výsledná teplota ve výšce hlavy pracovníka tg = 27 °C (měřeno kulovým teploměrem Vernon-Jokl, tj.  100 mm), teplota vzduchu ti = 18 °C, rychlost proudění vzduchu wa = 0,25 m.s-1. Zkontrolujte požadavek podle nařízení vlády č. 178/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů – intenzita osálání hlavy pracovníka nesmí být větší než 200 W.m-2. Podle vztahu (1) je radiační teplota tmrt = 37 °C, dosazením do vztahu (2) vychází intenzita sálání 33,9 W.m-2. Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Vít, M., B. Málek, and Z. Matthauserová, Měření mikroklimatických parametrů pracovního prostředí a vnitřního prostředí staveb, V.M. ČR, Editor. 2004, Ministerstvo Zdravotnictví. p Sálavé a průmyslové vytápění

42 Rozmisťování Schéma pro navrhování světlých zářičů v příčném a podélném směru Projekční podklady, světlé tmavé zářiče firma KOTRBATÝ Sálavé a průmyslové vytápění

43 Rozmisťování Doporučené vzdálenosti tmavých zářičů v podélném směru
Projekční podklady, světlé tmavé zářiče firma KOTRBATÝ Sálavé a průmyslové vytápění

44 Rozmisťování Minimální vzdálenosti světlých a tmavých
zářičů od hořlavých (nehořlavých) konstrukcí Minimální výšky zavěšení světlých a tmavých zářičů – projekční podklady výrobce Sálavé a průmyslové vytápění Projekční podklady, světlé tmavé zářiče firma KOTRBATÝ

45 Rozmisťování Řešení krytí konstrukcí v oblasti jádrového sálání
Petráš, D., M. Kotrbatý, a kolektiv, Vytápění velkoprostorových a halových objektů. 1. ed. 2006, Bratislava: JAGA GROUP, s.r.o. 205 str. ISBN Sálavé a průmyslové vytápění

46 Sálavé a průmyslové vytápění
Regulace DOPORUČENÍ PRO NÁVRH: Referenční zářič (funkce spojena s během ventilátoru) Typ čidla (ti, tg ) Umístění čidla (neosluněné, mimo průvan, v oblasti sálání referenčního zářiče) Týdenní program dle požadavků Vypínání jednotlivých zářičů (sekcí) Dálkové ovládání Ovládání přes PC Petráš, D., M. Kotrbatý, a kolektiv, Vytápění velkoprostorových a halových objektů. 1. ed. 2006, Bratislava: JAGA GROUP, s.r.o. 205 str. ISBN Sálavé a průmyslové vytápění

47 Sálavé a průmyslové vytápění
Návrh plynovodu DOPORUČENÍ PRO NÁVRH: Zapojení do rámu Přípojky k sekcím mírně naddimenzovat Uvažovat požární úseky každý požární úsek (místnost) musí mít samostatně uzavíratelný přívod plynu Měrná tlaková ztráta do Pa / m Sálavé a průmyslové vytápění

48 Sálavé a průmyslové vytápění
Návrh plynovodu Celý výpočet se provádí dle TPG G Plynovod se rozdělí na úseky ve kterých se nemění průtok (dělícími uzly potrubní sítě jsou odbočky nebo stoupačky) Stanovíme potřebu plynu V = součet potřeb plynu pro spotřebiče připojené na řešený úsek Stanovíme počet spotřebičů stejného druhu v úseku, určíme součinitel současnosti pro daný úsek a vypočteme redukovanou potřebu Vr. Na tuto potřebu potom dimenzujeme potrubí kde V1 je součet spotřeb zapojených spotřebičů pro vaření a průtokový ohřev TUV [m3/h]; kde n je počet spotřebičů V2 suma jmenovitých potřeb lokálních topidel [m3/h]; n = 1 nebo 2………………… k2 = 1,0 n ≥ 3 ………………………… k2 = 0,8 V3 suma jmenovitých potřeb kotlů [m3/h]; n = 1 nebo 2………………… k3 = 1,0 n ≥ 3 ………………………… k3 = 0,8 Odměříme délku úseků l Stanovíme ekvivalentní délku místních odporů lx = 0,5.l Celková výpočtová délka L = l + lx = 1,5.l Předběžná tlaková ztráta Hojer, O.: Geometrie sálání světlých zářičů. Praha str. Diplomová práce na Ú 12116, ČVUT v Praze, Fakulta strojní. Sálavé a průmyslové vytápění

49 Sálavé a průmyslové vytápění
Návrh plynovodu Podle tabulky pro měrné tlakové ztráty a průtok určíme vhodný průměr a kontrolujeme Dp. Minimální provozní přetlak před každým zářičem je stanoven pro jednotlivé typy zářičů výrobcem. Většinou se tato hodnota pohybuje okolo 2,5 kPa. U stoupacích vedení nesmí Dp určený pro Vr překročit hodnotu vztlaku. Pokud je objekt zapojen do více regulačních sekcí s rozdílným provozem, existuje riziko, že při rázovém sepnutí celé sekce najednou dojde k podtlaku v síti a v druhé sekci toto může automatika vyhodnotit jako rizikový stav a zářiče odstavit. Proto je při návrhu plynového rozvodu pro tato zařízení dobré, pokud je to možné, navrhnout rozvod plynu do rámu, nebo příslušná potrubí mírně předimenzovat. Je ovšem nutné dodržet také normu požární ČSN Ta stanoví, že celý přívod plynu do jedné požární sekce musí být z dostupného místa uzavíratelný. Hojer, O.: Geometrie sálání světlých zářičů. Praha str. Diplomová práce na Ú 12116, ČVUT v Praze, Fakulta strojní. Sálavé a průmyslové vytápění

50 Odkouření Schéma odkouření tmavých zářičů do střechy
Petráš, D., M. Kotrbatý, a kolektiv, Vytápění velkoprostorových a halových objektů. 1. ed. 2006, Bratislava: JAGA GROUP, s.r.o. 205 str. ISBN Sálavé a průmyslové vytápění

51 Schéma odkouření tmavých zářičů do stěny Sálavé a průmyslové vytápění
Petráš, D., M. Kotrbatý, a kolektiv, Vytápění velkoprostorových a halových objektů. 1. ed. 2006, Bratislava: JAGA GROUP, s.r.o. 205 str. ISBN Sálavé a průmyslové vytápění

52 Sálavé a průmyslové vytápění
Co všechno může ovlivnit výsledný návrh: Finance!!! Požadavky na provoz Směnnost Typ pracoviště Vytížení pracoviště Otevírání dveří Technologie Vnitřní zisky Konstrukce haly Vazníky Střecha Výška Na co nezapomenout! Regulace (čidla, sekce) Plyn Odvod spalin Větrání Sálavé a průmyslové vytápění

53 Sálavé a průmyslové vytápění
Návrh vytápění zářiči Volba druhu a typu zářiče dle výšky haly, možností zavěšení (hmotnost), charakteru provozu (rychlost náběhu), konstrukce haly) Rozmístění zářičů dle úhlu jádrového sálání, možností zavěšení (vazníky, střecha), provozu a charakteru budovy Rozdělení objektu na části ochlazované stejným způsobem a se stejným druhem a typem zářiče Výpočet tepelné ztráty standardními postupy ČSN , EN (teplota pod podlahou 10°C, venkovní teplota pro výpočet infiltrace te = tev - 8°C, teplotní gradient 0,5 K/m, zátopová přirážka 0,1 až 0,2 ostatní přirážky 0, rozlehlé haly M = 1) Výpočet potřebného instalovaného výkonu z tepelných ztrát koeficienty podle způsobu zavěšení, druhu a typu zářiče Podělení výsledného instalovaného výkonu uvažovaným počtem zářičů Kontrola maximální intenzity sálání (Minimální hygienické výšky zavěšení) Návrh větrání, odvodu spalin, přívodu plynu, regulace Výpočet finančních nákladů Sálavé a průmyslové vytápění

54 vytápění halového objektu Sálavé a průmyslové vytápění
Systémové řešení kombinovaného vytápění halového objektu Sálavé a průmyslové vytápění

55 Sálavé a průmyslové vytápění
Děkuji za pozornost! Sálavé a průmyslové vytápění

56 Sálavé a průmyslové vytápění
Použitá literatura Cihelka, J.: Sálavé vytápění. 2. dopl. a přeprac. vydání. SNTL Praha. 376 str. Kotrbatý, M.: Sálavé vytápění – sálavé panely, infrazářiče. Společnost pro techniku prostředí Praha. 39 str. Kotrbatý, M.; Seidl, J.: Průmyslové otopné soustavy. Společnost pro techniku prostředí České Budějovice. 64 str. Kolektiv: Topenářská příručka. 2001, Praha: GAS Brož, K.: Vytápění. Skripta ČVUT. Vydavatelství ČVUT Praha. 205 str. 205 ASHRAE: ASHRAE Handbook – HVAC Applications Vít, M., Málek, B. a Z. Matthauserová: Měření mikroklimatických parametrů pracovního prostředí a vnitřního prostředí staveb. Věstník MZ. ČR, Editor. 2004, Ministerstvo Zdravotnictví. p ČNI: ČSN Tepelná ochrana budov – část 2: Požadavky. 2005 Kotrbatý, M. a kol.: Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů (I-IVX). Seriál článků až 2007 Sálavé a průmyslové vytápění

57 Sálavé a průmyslové vytápění
Rešerše Google ( Wikipedia ( Články v časopisech Národní (VVI, Topin, Tzb-info, …) Mezinárodní ( – brána EIZ) Databáze (Elsevier, Scopus, Iconda, Picarta, …) Časopisy (HLH - Heizung, Lüftung / Klima Haustechnik, TZB Haustechnik, Energy and Building, Journal of Heat Transfer) Dostupná literatura Knihovny ČVUT ( Státní technická knihovna ( Národní knihovna ( Sálavé a průmyslové vytápění

58 Přednášky a cvičení ve škole
Odtržení od reality Otázka náhledu na vzdělání (univerzitní x průmyslová škola) Neschopnost řešit samostatně problém Některá cvičení opisování z tabule Nepoužitelnost pro praxi Přirozená nedůvěra k informacím Spousta koeficientů, bůhví odkud (žádné reference) Bezmoc ovlivnit co a jak se budu učit … Buďte kritičtí k informacím! Nebojte se zeptat (nejlépe hned) ! Sálavé a průmyslové vytápění