Dostawa ciepłej wody zasilanej gazowym kotłem kondensacyjnym

Założenia podstawowe

Podstawowym założeniem była praca kotła wyłącznie z kondensacją. Cel ten zrealizowano, projektując instalację c.o. o parametrach t_zco/t_pco = 55/35°C. W tej sytuacji powierzchnia grzejników musiała być 2,64 razy większa niż dla t_zco/_tpco = 80/60°C. Ponadto ciepła woda użytkowa podgrzewana była w wymienniku przepływowym w zależności od chwilowych potrzeb. Maksymalna temperatura ciepłej wody użytkowej wynosi 50°C – odbiorcy uznali ją za właściwą.

Przeczytaj także: Praca centralnego ogrzewania w mieszkaniu zasilanym gazowym kotłem kondensacyjnym >>

Wprawdzie obowiązujące przepisy [3] wymagają temperatury ciepłej wody w zakresie: 55°C < t_cw < 60°C, jednak nie wynika z nich jednoznacznie, że ten zakres temperatur musi być utrzymywany cały czas (§ 120 pkt 2. Instalacja wodociągowa ciepłej wody powinna umożliwiać uzyskanie w punktach czerpalnych wody o temperaturze nie niższej niż 55°C i nie wyższej niż 60°C). W praktyce temperatura wody za kotłem może osiągać 58°C, uzyskano temperaturę ciepłej wody równą 55°C.

Opis analizowanego obiektu

Analizę przeprowadzono w mieszkaniu znajdującym się w budynku trzykondygnacyjnym zlokalizowanym w II strefie klimatycznej (temperatura zewnętrzna obliczeniowa –18°C [5]).

SPRAWDŹ ZAWARTOŚĆ >>

SPRAWDŹ CENĘ >>

Powierzchnia całkowita mieszkania, znajdującego się na kondygnacji środkowej, wynosi ok. 106 m², a kubatura ok. 500 m³. Na fot. 1 pokazano budynek, w którym znajduje się instalacja badawcza. Ciepła woda użytkowa przygotowywana jest dla trzech osób.

W poprzednim roku do centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej (w sezonie ogrzewczym) zużyto 4 Mg koksu. Koszt paliwa wyniósł 5 tys. zł. Latem c.w.u. podgrzewano w bojlerze elektrycznym, co kosztowało ok. 600 zł.

Na rys. 1 pokazano układ przygotowania c.w.u., który znajduje się w piwnicy budynku. Ciepła woda użytkowa pobierana jest na I piętrze. Zastosowano płytowy wymiennik ciepła, tzw. długi cieplnie. Stosunek przekroju poprzecznego do długości wymiennika wynosi 1:10. Dobrano wymiennik typu LB47-20-2.

Należy zwrócić uwagę na sposób ogrzewania łazienki. Przez grzejnik przepływa ciepła woda, w przypadku braku poboru krążenie czynnika przez grzejnik zapewnia instalacja cyrkulacyjna.

Skutki cieplne ogrzewania łazienki oszacowano w dalszej części artykułu. Ponadto autor przygotowuje szerszą publikację dotyczącą sprawności energetycznej całego układu kocioł kondensacyjny – instalacje c.o. i c.w.u.

Grzejnik w łazience został wykonany z czterech przewodów z rur z miedzi o średnicy 15 mm i długości 2,5 m. W celu wyrównania strumieni wody w grzejniku rury połączono w układzie Tichelmanna. Grzejnik włączono w obieg ciepłej wody użytkowej i cyrkulacyjnej. Uproszczony schemat instalacji ciepłej wody użytkowej przedstawiono na rys. 2. Dzięki takiemu rozwiązaniu łazienka ogrzewana jest przez cały rok, również w zimne dni latem.

Instalacja cyrkulacyjna, której pojemność wynosi ok. 10 l (łącznie z c.w.u.), pracuje wyłącznie w okresach zaplanowanych poborów ciepłej wody. Niestety, nie skorzystano z możliwości wyłączenia cyrkulacji w czasie maksymalnych poborów ciepłej wody, kiedy cyrkulacja nie jest potrzebna.

W celu ograniczenia zużycia ciepła do ogrzewania pomieszczenia na przewodzie zasilającym zamontowano zawór termostatyczny. W przypadku temperatury w łazience wyższej od 25°C cyrkulacja odbywa się przez zawór upustowy.

Przeczytaj także: Eksploatacyjna sprawność kotła kondensacyjnego >>

Licznik ciepła zainstalowano na przewodzie wody zimnej. Dzięki temu można dokładnie śledzić pobór c.w.u. Oznacza to także pominięcie strat ciepła na cyrkulację i ogrzewanie łazienki.

Do zasilania instalacji c.o. i przygotowania c.w.u. dobrano jednofunkcyjny gazowy kocioł kondensacyjny o mocy 20 kW [1].

Podstawowe opomiarowanie

Instalacja została opomiarowana za pomocą trzech liczników ciepła typu Multical Compact: kocioł gazowy, instalacja c.o., instalacja c.w.u. Przed kotłem zamontowano osobny gazomierz, który służy do rozliczeń z dostawcą gazu, o wydajności nominalnej 2,5 m³/h (Q_max = 4,0 m³/h; Q_min = 0,025 m³/h). Poza gazowym kotłem kondensacyjnym instalacja gazowa zasila kuchenkę czteropalnikową z elektrycznym piekarnikiem.

Zapotrzebowanie na moc cieplną do przygotowania c.w.u.

Oszacowano zapotrzebowanie na moc cieplną do przygotowania ciepłej wody użytkowej na podstawie indywidualnego możliwego poboru przez jedną osobę. Wstępnie założono, że wynosi on w ciągu doby v_cwu^j = 80,0 l/d. Ponadto przyjęto średnie podgrzanie ciepłej wody o:

gdzie:
t_cw – temp. ciepłej wody, °C (t_cw = 50°C),
t_wz – temp. wody zimnej, °C (t_wz = 10°C),
Dt_cw – podgrzanie ciepłej wody użytkowej, K.

Moc cieplna potrzebna do podgrzania ciepłej wody użytkowej wyniesie (dla trzech osób):

Ze względów bezpieczeństwa założono, że moc cieplna wymiennika ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej Q_w = 16 kW. Na podkreślenie zasługuje niska końcowa różnica temperatur definiowana zależnością:

Przy mniejszej mocy końcowa różnica temperatur będzie znacznie niższa.

Współczynnik przenikania ciepła wybranego wymiennika wynosi K_w = 2836,9 W/(m² K). Jednoznacznie wskazuje to na przewagę układu przepływowego w porównaniu z wymiennikiem pojemnościowym, w którym K_p » 300 W/(m² K). Względna powierzchnia wymiany ciepła wężownicy f wynosić musi: