Ciepłownictwo. Projektowanie kotłowni i ciepłowni

Przedstawione w podręczniku treści odwołują się do podstawowej wiedzy z zakresu techniki cieplnej i mechaniki płynów. Opisowy sposób prezentacji zagadnień, liczne rysunki, przykłady i pogłębione komentarze umożliwiają poprawne przeprowadzenie obliczeń oraz lepsze zrozumienie założeń, zalet i ograniczeń stosowanej metodyki projektowania. Duży nacisk położono na wyjaśnienie funkcjonowania systemu ciepłowniczego w okresie całego roku, z uwzględnieniem zagadnień regulacji, sterowania, automatyki i współpracy poszczególnych elementów systemu.

Podręcznik obejmuje, obok rozdziałów prezentujących ogólne spojrzenie na zagadnienia ciepłownictwa i systemów ciepłowniczych, bilansowanie cieplne systemu oraz projektowanie ciepłowni. Omawiając bilans cieplny systemu, przedstawiono różne metody wyznaczania zróżnicowanych potrzeb cieplnych budynków mieszkalnych i obiektów użyteczności publicznej, ze szczególnym uwzględnieniem przyjmowanych założeń i zalecanego zakresu stosowalności. Oprócz algorytmu obliczeń mocy szczytowej w tzw. warunkach normatywnych omówiono funkcjonowanie źródeł ciepła w okresie całorocznej pracy, podkreślając wpływ warunków eksploatacji na dobór źródeł z wykorzystaniem tzw. wykresu kołowego i piłowego. Jako konieczne wprowadzenie do projektowania ciepłowni przedstawiono charakterystykę wybranych typów kotłów oraz zachodzących w nich procesów, mających wpływ na warunki eksploatacji urządzeń, a także na wartości emitowanych zanieczyszczeń powietrza.Dla różnych typów ciepłowni omówiono schematy technologiczne, wykresy linii ciśnień, wykresy regulacyjne, a także układy zabezpieczeń oraz zagadnienia regulacji i sterowania poszczególnymi elementami systemu oraz współpracy między nimi.

W podręczniku wykorzystano m.in. materiały z wykładów z przedmiotu ciepłownictwo prowadzonego do roku 2015 przez dra hab. inż. Zbigniewa Bagieńskiego na kierunku inżynieria środowiska Politechniki Poznańskiej.

SPIS TREŚCI:

Przedmowa 7

CZĘŚĆ 1. WPROWADZENIE, ALGORYTM PROJEKTOWANIA, BILANS CIEPLNY 9

1. Wprowadzenie do ciepłownictwa 11
Kiedy i dlaczego stosuje się systemy ciepłownicze 11
Systemy zaopatrzenia w ciepło osiedli i miast 12
Podział systemów zaopatrzenia w ciepło 13
Społeczne, ekonomiczne i środowiskowe aspekty ciepłownictwa 19
Terminologia stosowana w ciepłownictwie 22
Energetyka cieplna w Polsce 24
Polecana literatura uzupełniająca 27

2. Algorytm projektowania systemu ciepłowniczego 30
System ciepłowniczy zdalaczynny 30
Potrzeby cieplne odbiorców oraz nośnik ciepła 31
Określenie podstawowych parametrów pracy źródła ciepła 32
Wybór źródła energii dla ciepłowni 34
Opracowanie wariantowej koncepcji projektowej 36
Opracowanie projektu sieci cieplnej 40
Węzły cieplne 41

3. Bilans cieplny systemu ciepłowniczego 44
3.1. Wprowadzenie do bilansowania potrzeb cieplnych odbiorców 44
3.2. Przenikanie ciepła przez przegrody 49
3.2.1. Projektowa strata ciepła na podstawie normy PN-EN 12831 49
3.2.2. Zapotrzebowanie na ciepło na potrzeby c.o. − podejście klasyczne 51
3.2.3. Zmienność zapotrzebowania na ciepło na potrzeby c.o. w ciągu roku 52
3.2.4. Współczynniki przenikania ciepła na przestrzeni lat 54
3.3. Zapotrzebowanie na ciepło na potrzeby wentylacji 55
3.3.1. Wprowadzenie 55
3.3.2. Bilans powietrza wentylacyjnego 56
3.3.3. Obliczenia na podstawie normy PN-EN 12831 . 61
3.3.4. Obliczenia w zależności od rodzaju wentylacji 62
3.3.5. Strategie wentylowania pomieszczeń 69
3.4. Zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) 70
3.4.1. Dobowa zmienność zapotrzebowania na c.w.u. 70
3.4.2. Obliczenia na podstawie zużycia jednostkowego (PN-B/92-01706) 75
3.4.3. Obliczenia na podstawie liczby punktów poboru (metoda Sandera) 81
3.4.4. Porównanie obu metod 84
3.4.5. Obliczenia na podstawie liczby znamionowej N. 86
3.4.6. Wpływ pojemności cieplnej systemu na wartość Qcwu 89
3.4.7. Rekomendacje dotyczące uwzględnienia potrzeb c.w.u. w bilansie węzła cieplnego i ciepłowni 94
3.4.8. Zapewnienie c.w.u. w szkołach i urzędach 97
3.5. Wskaźniki zapotrzebowania na moc cieplną 98
3.6. Zapotrzebowanie na moc cieplną na potrzeby technologiczne 99
3.7. Straty ciepła w systemie ciepłowniczym 101
3.7.1. Źródła strat ciepła 101
3.7.2. Straty na podgrzanie ubytków wody w zładzie 102
3.7.3. Szacunkowa wartość strat ciepła 103
3.7.4. Straty w rzeczywistych stanach pracy systemu ciepłowniczego 104
3.8. Uporządkowany wykres potrzeb cieplnych − wykres kołowy 109
3.8.1. Cel sporządzania wykresu 109
3.8.2. Ćwiartka I 110
3.8.3. Ćwiartka II 113
3.8.4. Ćwiartki III i IV 115
3.9 Obliczanie rocznego zapotrzebowania na ciepło 116
3.9.1. Na podstawie wykresu kołowego 116
3.9.2. Zgodnie z metodologią sporządzania świadectw energetycznych (c.o.) 117
3.9.3. Zgodnie z metodologią sporządzania świadectw energetycznych (c.w.u.) 118

Załącznik 1. Wskaźniki zapotrzebowania na ciepło 121
Z.1.1. Wskaźniki zapotrzebowania na ciepło na użytek c.o. 121
i wentylacji 121
Z.1.2. Wskaźniki zapotrzebowania na ciepło do przygotowania c.w.u. 23
Literatura 126

CZĘŚĆ 2. PROJEKTOWANIE KOTŁOWNI I CIEPŁOWNI 131

4. Źródła ciepła 133
Wstęp 133
4.1. Kotły tradycyjne jako źródła energii 133
4.2.1. Podstawowy podział kotłów ciepłowniczych 134
4.2.2. Charakterystyka przykładowych typów kotłów 135
4.2.3. Agregaty ko generacyjne 142
4.3. Charakterystyka paliw stosowanych w ciepłowniach 144
4.4. Procesy spalania paliw w kotłach 147
4.4.1. Równania chemiczne procesów spalania 147
4.4.2. Wyznaczanie strumienia spalin 151
4.4.3. Warunki spalania zupełnego i całkowitego 152
4.4.4. Wskaźniki emisji CO2, H2O 154
4.4.5. Wskaźnik unosu SO2, korozja siarkowa niskotemperaturowa 156
4.4.6. Unos pyłu z procesów spalania paliw stałych 159

5. Projekt ciepłowni 160
5.1. Dobór źródła ciepła, wykres piłowy 160
5.2. Dobór palnika gazowego/olejowego 164
5.3. Schemat technologiczny ciepłowni – przykłady 172
5.3.1. Ciepłownia wodna z kotłami gazowymi pojemnościowymi 172
5.3.2. Ciepłownia wodna wysokoparametrowa z kotłami węglowymi przepływowymi 175
5.3.3. Ciepłownia wodna niskoparametrowa z kotłami gazowymi pojemnościowymi 178
5.3.4. Ciepłownia wodna wysokoparametrowa technologiczno-grzewcza z kotłami gazowymi 180
5.4. Układy regulacji strumienia ciepła w systemie ciepłowniczym 181
5.4.1. Rodzaje regulacji 181
5.4.2. Budowa wykresu regulacyjnego dla źródła ciepła 182
5.4.3. Wykresy regulacyjne z przykładowych systemów ciepłowniczych 188
5.4.4. Realizacja regulacji strumienia ciepła wysyłanego z ciepłowni 190
5.4.5. Dobór zaworów regulacyjnych 93
5.5. Zabezpieczenia pracy systemów ciepłowniczych 198
5.6. Linia ciśnień – wykres piezometryczny 199
5.6.1. Wartości ciśnień granicznych w systemie ciepłowniczym 199
5.6.2. Konstrukcja wykresu piezometrycznego 201
5.6.3. Lokalizacja pomp obiegowych 204
5.6.4. Wykres spadków ciśnień 205
5.6.5. Odczytywanie wartości nadciśnienia z wykresu 208
5.6.6. Obliczanie ciśnienia dopuszczalnego dla elementów systemu 210
5.6.7. Przykłady wykresów piezometrycznych 212
5.7. Układy uzupełniania wody i stabilizacji ciśnienia 213
5.7.1. Potrzeba uzupełniania ubytków wody i stabilizacji ciśnienia w zładzie 223
5.7.2. Schematy układów uzupełniania wody i stabilizacji ciśnienia 226
5.7.3. Dobór parametrów pracy pomp uzupełniających i stabilizujących 236
5.7.4. Warunki stosowania różnych konfiguracji pomp uzupełniających
i stabilizujących 243
5.7.5. Zestawy uzupełniająco-stabilizujące 246
5.8. Dobór pomp 252
5.8.1. Pompy dawniej i obecnie 252
5.8.2. Charakterystyka instalacji, pompy, punkt pracy 253
5.8.3. Regulacja dławieniowa 255
5.8.4. Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej 258
5.8.5. Tryby pracy pompy w regulacji prędkości obrotowej 258
5.8.6. Tryb stałej charakterystyki 259
5.8.7. Tryb stało ciśnieniowy 260
5.8.8. Tryb proporcjonalny 262
5.8.9. Dobór pomp obiegowych 263
5.8.10. Charakterystyki pomp uzupełniających i stabilizujących 265
5.9. Uzdatnianie wody 266
5.9.1. Wpływ jakości wody na system ciepłowniczy 266
5.9.2. Korozja 269
5.9.3. Kamień kotłowy 273
5.9.4. Wymagania stawiane wodzie kotłowej 276
5.9.5. Koagulacja i flokulacja 277
5.9.6. Zmiękczanie wody 278
5.9.7. Odgazowywanie wody 287
5.9.8. Zbiornik wody uzupełniającej 300
5.10 Wymagania wobec pomieszczeń kotłowni 301
5.10.1. Kotłownie na paliwa stałe, niskoparametrowe 301
5.10.2. Kotłownie na paliwa gazowe lżejsze od powietrza 304
5.10.3. Kotłownie na paliwa gazowe cięższe od powietrza 305
5.10.4. Kotłownie olejowe 306

Załącznik 2. Zdjęcia wybranych elementów ciepłowni 307
Z.2.1. Kotły i osprzęt 307
Z.2.2. Palnik 309
Z.2.3. Układ utrzymania minimalnej temperaturę wody powrotnej 311
Z.2.4. Ścieżka gazowa i olejowa 312
Z.2.5. Regulacja i sterowanie 314
Z.2.6. Inne elementy kotłowni i ciepłowni 318
Literatura 332

eurokod ciepłownie kotłownie eurokody polskie normy euro PN-EN