Jak dobrze zaprojektować instalację CWU | ciepłej wody użytkowej

Zadaniem projektanta instalacji c.w.u. jest zaprojektowanie instalacji spełniającej technicznie i sanitarne wymagania użytkowaników. Do naistotniejszych zaś należą: zapewnienie wymaganej ilości c.w.u. o określonej temperaturze, łatwość obsługi i niezawodność działania oraz możliwie niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.

Wprowadzenie

Zadaniem projektanta instalacji c.w.u. jest zaprojektowanie instalacji spełniającej techniczne i sanitarne wymagania użytkowników. Najistotniejsze wymagania w stosunku do instalacji c.w.u. to:

• zapewnienie wymaganej ilości c.w.u. o określonej temperaturze z możliwością jej regulacji i przy zachowaniu odpowiedniej jakości pod względem sanitarno-epidemiologicznym,
• łatwość obsługi i niezawodność działania,
• możliwie niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.

Dla przeważającej części rozwiązań technicznych wspólne źródło ciepła narzuca potrzebę kompleksowego rozpatrywania instalacji c.o. i c.w.u. i wyboru najlepszego w danych warunkach nowoczesnego rozwiązania. Wybór systemu c.o. i c.w.u. , w tym również wybór źródła ciepła, zależy od szeregu czynników takich jak:

• konstrukcja i sposób użytkowania budynku,
• wymagania architektoniczno-konstrukcyjne,
• wymagania komfortu cieplnego lub technologii produkcji,
• lokalne warunki zaopatrzenia w ciepło,
• wymagania ekologiczne,
• wymagania i możliwości finansowe inwestora.

Dla nowoczesnego budownictwa mieszkaniowego lub eksploatowanego przez wielu użytkowników instalacje c.o. i c.w.u. powinny być przygotowywane do energooszczędnej eksploatacji i umożliwiać rozliczanie zużycia energii do ogrzewania i podgrzania wody. Chwilowe zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania c.w.u. jest dla wybranych obiektów np. mieszkalnych kilkakrotnie większe niż zapotrzebowanie na ciepło na cele ogrzewania. Roczne zużycie ciepła do przygotowania c.w.u. nie jest duże, bo w zasobach zbudowanych przed rokiem 90-tym wynosi 10-20% zużycia ciepła na cele c.o., pod warunkiem prawidłowej eksploatacji. Sposób uwzględniania zapotrzebowania ciepła na cele c.w.u. w doborze źródła ciepła zależy od zastosowanego rozwiązania instalacji c.o. i c.w.u. oraz proporcji Qcwu/Qco w warunkach ekstremalnych i średnich. Waga prawidłowego ustalenia zapotrzebowania ciepła na cele przygotowania c.w.u. i jego współpracy z instalacją c.o. oraz prawidłowego doboru źródła ciepła stale rośnie wraz ze zwiększeniem wymagań dotyczących izolacyjności cieplnej przegród budowlanych.

Obliczanie zapotrzebowania ciepła na cele przygotowania c.w.u

Zapotrzebowanie mocy cieplnej do przygotowania c.w.u. w budynkach mieszkalnych wyznacza się zgodnie z normami polskimi w oparciu o zapotrzebowanie ciepłej wody dla jednej osoby przyjmowane w wysokości 110-130 dm³/mk i dobę. Uzyskane w oparciu o te wskaźniki oraz współczynniki nierównomierności godzinowej poboru wody maksymalne zapotrzebowanie na moc cieplną Qcwu max Jest wielkością zawyżoną.
W Niemczech zużycie cieplej wody dla celów mieszkalnych kształtuje się, w zależności od standardu mieszkania, na poziomie 10-80 dm3/mk i dobę. W poradniku przedstawiono najpopularniejsze metody obliczeń zapotrzebowania ciepła Qcwu/s danych niemieckich. W metodzie normatywnej oraz metodzie SANDERA podstawą do obliczeń zapotrzebowania ciepła dla cieplej wody użytkowej w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych jest obowiązująca norma niemiecka DIN 4708. W normie tej wprowadza się pojęcie "mieszkania przeciętnego".

Charakterystyka "mieszkania przeciętnego" jest następująca:

• ilość pomieszczeń mieszkalnych (nie wliczając kuchni, przedpokoju, korytarza, łazienki i komórki) r = 4;
• ilość zamieszkałych osób p = 3,5;
• pobór ciepła na jedną kąpiel Q = 5820Wh;
• współczynnik zapotrzebowania N = l.

Wyposażenie w urządzenia sanitarne stanowią: l wanna kąpielowa 1600 lub l kabina natryskowa z lub bez baterii mieszającej i prysznica, l umywalka oraz l zlewozmywak. Do obliczeń zapotrzebowania na cele przygotowania c.w.u. Qcwu uwzględnia się tylko wannę. Przystępując do obliczeń Qcwu należy ustalić:

• ilość urządzeń sanitarnych we wszystkich pomieszczeniach,
• ilość pomieszczeń mieszkalnych,
• ilość osób w każdym mieszkaniu.

Jeżeli nie jest znana dokładnie liczba mieszkańców można na podstawie liczby pomieszczeń mieszkalnych "r" określić przybliżoną ilość osób "p". W dalszej kolejności ustala się liczbę punktów poboru wody "v". Każdemu punktowi poboru wody przypisane jest określone zapotrzebowanie ciepła "Wh" [Wh]. W tablicy podano dane ilości poboru wody i zapotrzebowania ciepła "Wh" dla różnych punktów poboru wody.

nr 1 - 4 Pobór = pojemność użytkowa,
nr 5 - 8 Czas poboru = 6 min;
nr 5 - 7 Uwzględnić tylko wtedy, gdy kabina natryskowa i łazienka są oddzielnie.
Współczynnik zapotrzebowania dla grupy mieszkań N jest obliczany według następującego wzoru:

N = Σ(n • p • v • w_h) / (3,5 • 5820)

gdzie:

• N - współczynnik zapotrzebowania,
• n - liczba mieszkań,
• p - liczba osób,
• v - liczba punktów poboru wody,
• w_h - zapotrzebowanie ciepła punktów poboru, [Wh],
• 3,5 - liczba osób w "mieszkaniu przeciętnym",
• 5820 - zapotrzebowanie ciepła "mieszkania przeciętnego", [Wh].

Dla budynku o mieszkaniach ze standardową liczbą osób i o standardowym wyposażeniu współczynnik zapotrzebowania N jest równy liczbie mieszkań Σn

N=Σn

W metodzie SANDERA obliczenia są przeprowadzane z uwzględnieniem współczynnika równomierności. Przy obliczeniu maksymalnego zapotrzebowania na ciepło w budownictwie mieszkalnym tą metodą należy również uwzględnić tylko liczby wanien i natrysków. Pozostałe punkty poboru np. umywalki, zlewozmywaki można pominąć. Chwilowe zapotrzebowanie na ciepło wyznacza się z warunków napełnienia wanny. Przy założeniu, że podczas normalnej kąpieli w wannie zużywa się 200 l wody o temperaturze 40°C w ciągu 12 min, chwilowa wartość maksymalna zapotrzebowania ciepła dla jednego mieszkania wynosi:
Q_{cwu max1} = m • cw • Δt = [200/(12 • 60)] • 4,2(40 -10) = 35 kW

Maksymalne zapotrzebowanie na ciepło przez "n" mieszkań przeciętnej wielkości przy przyjęciu jednostkowego zużycia wody na pełną kąpiel 200 l wynosi dla systemu zasobnikowego

Q_{cwu max} = 200 • n • (p (40-10) • 1,16 • 10³ = 7 φ n [kW]

gdzie:

• n - liczna wanien,
• φ - współczynnik jednoczesności (współczynnik użytkowania).

Wybór systemu przygotowania c.w.u.

Wybór systemu przygotowania c.w.u. zależy głównie od rozwiązania tej instalacji, liczby punktów czerpalnych, wielkości rozbioru c.w.u., rozległości instalacji c.w.u. w pionie i poziomie oraz indywidualnych kryteriów oceny, z których najważniejsze to: komfort dostarczenia wody o wymaganej temperaturze, wymagania higieniczne i ograniczenia ekonomiczne.

Można podać następujące zalecenia wyboru systemu c.w.u.:

• dla instalacji zdecentralizowanych z jednym lub dwoma punktami czerpalnymi można stosować bezpośrednie przepływowe pogrzewacze wody użytkowej zasilane gazem [39] lub energią elektryczną albo wymienniki ciepła,
• dla małych obiektów w przypadku instalacji c.w.u. z jednym lub dwoma punktami czerpalnymi (łazienka i kuchnia) w niewielkiej odległości od kotła i na tej samej kondygnacji można zastosować: kocioł dwufunkcyjny lub dwufunkcyjny z mini zasobnikiem ciepłej wody. Dzięki mini zasobnikowi uzyskujemy rezerwę cieplej wody o stałej temperaturze do 60°C, stabilizację temperatury c.w.u. z tolerancją do 1,5°C czyli poniżej progu wrażliwości skóry ludzkiej oraz możliwości poboru wody nawet przy bardzo małym przepływie 0-2 l/min i niemal zerowym zapotrzebowaniu.
• dla centralnych instalacji c.w.u. o większej liczbie punktów czerpalnych położonych na różnych kondygnacjach i z możliwością stosowania cyrkulacji można zastosować: kocioł jednofunkcyjny współpracujący z podgrzewaczem pojemnościowym lub kocioł dwufunkcyjny z zasobnikiem.

Ostatnie rozwiązanie tzn. dołączenie zasobnika stosuje się w przypadku, gdy wcześniej zamontowany kocioł dwufunkcyjny nie zapewnia komfortu dostarczania c.w.u. np. przy zwiększonych okresowych zapotrzebowaniach (kwatery, pensjonaty, powiększenie ilości użytkowników).

Artykuł na podstawie materiałów firmy Klimosz Sp. z o.o. www.klimosz.pl