Metody obliczania zapotrzebowania na gaz w gospodarstwach domowych wyposażonych w kotły dwufunkcyjne
Gas demand calculation methods in households equipped with combi boilers
Zapotrzebowanie na gaz, rys. Andrzej Jedlikowski i Sebastian Englart
Intensywny rozwój budownictwa mieszkaniowego w zabudowie bliźniaczej i szeregowej, a także budynków wielolokalowych spełniających wymagania jak dla wolnostojących budynków jednorodzinnych oraz stosowanie w nich dwufunkcyjnych kotłów gazowych wymaga szczególnego podejścia przy obliczaniu instalacji oraz sieci gazowych. Zależy od niego bowiem, czy w godzinach szczytowego poboru gazu zapewnione zostanie wymagane ciśnienie dla urządzeń gazowych. Miarodajne wyniki takich obliczeń zapotrzebowania na gaz daje zastosowanie niemieckiej metody Milewskiego oraz metody Zajdy.
Zobacz także
Panasonic Marketing Europe GmbH Sp. z o.o. Agregaty z naturalnym czynnikiem chłodniczym w sklepach spożywczych
Dla każdego klienta sklepu spożywczego najważniejsze są świeżość produktów, ich wygląd i smak. Takie kwestie jak wyposażenie sklepu, wystrój czy profesjonalizm obsługi są dla niego ważne, ale nie priorytetowe....
Dla każdego klienta sklepu spożywczego najważniejsze są świeżość produktów, ich wygląd i smak. Takie kwestie jak wyposażenie sklepu, wystrój czy profesjonalizm obsługi są dla niego ważne, ale nie priorytetowe. Dlatego kwestia odpowiedniego chłodzenia jest w sklepach kluczowa, ponieważ niektóre produkty tracą przydatność do spożycia, jeśli nie są przechowywane w odpowiednio niskiej temperaturze. Do jej zapewnienia przeznaczone są między innymi agregaty wykorzystujące naturalny czynnik chłodniczy.
Panasonic Marketing Europe GmbH Sp. z o.o. Projektowanie instalacji HVAC i wod-kan w gastronomii
Ważnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę podczas projektowania instalacji sanitarnych w obiektach gastronomicznych, jest konieczność zapewnienia nie tylko komfortu cieplnego, ale też bezpieczeństwa...
Ważnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę podczas projektowania instalacji sanitarnych w obiektach gastronomicznych, jest konieczność zapewnienia nie tylko komfortu cieplnego, ale też bezpieczeństwa pracowników i gości restauracji. Zastosowane rozwiązania wentylacyjne i grzewczo-klimatyzacyjne muszą być energooszczędne, ponieważ gastronomia potrzebuje dużych ilości energii przygotowania posiłków i wentylacji.
TTU Projekt Schodołazy towarowe - urządzenia transportowe dla profesjonalistów
Elektryczne schodołazy towarowe produkowane są z myślą o szczególnych warunkach pracy w branży budowlanej, transportowej i instalatorskiej - konieczności szybkiego wejścia po schodach, transportu nieporęcznych...
Elektryczne schodołazy towarowe produkowane są z myślą o szczególnych warunkach pracy w branży budowlanej, transportowej i instalatorskiej - konieczności szybkiego wejścia po schodach, transportu nieporęcznych ładunków, ich załadunku do samochodu czy automatycznego poziomowania. Pozwalają zmniejszyć obciążenie pracowników oraz zwiększyć bezpieczeństwo ich pracy.
W artykule: • Metody obliczeń zapotrzebowania na gaz dla kotłów dwufunkcyjnych |
Streszczenie Problematyka wyznaczania współczynników jednoczesności zużycia gazu stanowi bardzo istotne zagadnienie w obliczeniach sieci i instalacji gazowych. Dobrane średnice poszczególnych odcinków rozdzielczej sieci gazowej oraz instalacji gazowej będą zależały głównie od wyznaczonej wartości maksymalnego natężenia przepływu gazu. Natomiast maksymalne natężenie przepływu gazu zależy przede wszystkim od przyjętego sposobu obliczania współczynników jednoczesności. W artykule omówiono metody obliczeń zapotrzebowania na gaz dla kotłów dwufunkcyjnych wykorzystujące współczynniki jednoczesności. Przedstawiono ponadto wyniki analizy wariantów obliczeń sieci gazowej dostarczającej gaz do szeregowego budynku mieszkalnego wyposażonego w kotły dwufunkcyjne. |
Abstract Determination coincidence factors of gas consumption is a very important issue in the calculation of networks and gas installations. Correctly design diameters of pipe sections of the gas distribution network and gas installation will mainly depend on the determined value of the maximum gas flow rate. The maximum gas flow rate, on the other hand, depends mainly on the method used to calculate the coincidence factors. The paper discusses the methods of calculating gas demand for combi boilers using coincidence factors. In addition, the results of the analysis of calculation options for the gas network supplying gas to a terraced residential building equipped with combi boilers are presented. |
Intensywny rozwój sektora budowlanego w Polsce przyczynił się do powstawania na obszarach niskiej zabudowy coraz większej liczby osiedli, składających się głównie z mieszkalnych budynków jednorodzinnych. W tej grupie wymienić można również obiekty powstające w zabudowie bliźniaczej oraz, znacznie częściej, w zabudowie szeregowej, stanowiące niekiedy gotowe segmenty mieszkalne przeznaczone dla kilku lub kilkunastu rodzin. Taki rodzaj zabudowy umożliwia deweloperom efektywne zagospodarowanie terenu działki. W praktyce powstaje bowiem jeden budynek kilkurodzinny spełniający wymagania jak dla budynku jednorodzinnego wolnostojącego. Ze względu na wymagania dotyczące odległości od granicy działki (3 m w przypadku budynku zwróconego ścianą bez okien i drzwi do granicy działki lub 4 m w przypadku budynku zwróconego ścianą z oknami lub drzwiami do granicy działki [1, 2]) na tym samym obszarze można wybudować budynek szeregowy o większej powierzchni niż kilka jednorodzinnych budynków wolnostojących. Zyskuje się również istotne oszczędności materiałowe, wynikające z takich aspektów, jak brak konieczności dodatkowego izolowania i wykończenia elewacji przegród wewnętrznych oddzielających poszczególnych sąsiadów, otwory okienne i drzwiowe lokalizowane z dwóch zamiast czterech stron świata czy też w zupełności wystarczające przykrycie budynku dachem dwuspadowym itp.
Warto wyraźnie zaznaczyć, że każdy budynek, a więc również w zabudowie szeregowej, musi być trwale związany z gruntem, wydzielony z przestrzeni za pomocą przegród budowlanych oraz posiadać fundamenty i dach [3]. Budynek powinien również stanowić konstrukcyjnie samodzielną całość, przy czym dopuszcza się w nim wydzielenie maksymalnie dwóch lokali mieszkalnych lub jednego mieszkalnego i użytkowego [3]. Aby pełnił funkcję budynku jednorodzinnego, powinien być również wyposażony niezależnie w indywidualne instalacje oraz przyłącza wodociągowe, kanalizacyjne, energetyczne i, jeśli są dostępne, gazowe, teleinformatyczne itp.
Jedną z kluczowych dla nabywców kwestii są zwykle koszty utrzymania, przede wszystkim ogrzewania całego budynku. Wynikać to może ze znacznie większej powierzchni użytkowej w porównaniu do typowych lokali mieszkalnych budynków wielorodzinnych. Ponadto ważne jest zapewnienie wymaganej energii niezbędnej do podgrzania wody dla celów higieniczno-sanitarnych. Powszechne jest wykorzystywanie przez inwestorów do tych celów kotłów dwufunkcyjnych. Na rynku dostępne są urządzenia pracujące zwykle w układzie przepływowym pozbawionym akumulacji. Pozwalają one na zaspokajanie dwóch potrzeb bytowych – ogrzewania pomieszczeń oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Podczas standardowej eksploatacji pracują z niższą mocą na potrzeby c.o. oraz zwiększoną wykorzystywaną głównie przez c.w.u. Przełączanie trybu ich pracy uruchamiane jest zwykle w momencie wystąpienia przepływu w instalacji c.w.u. Zmiana trybu pracy może się odbywać za pomocą systemu sterującego powiązanego z zaworem trójdrogowym lub poprzez sterowanie uruchomieniem jednej z dwóch pomp ładujących.
Na rynku dostępne są również kotły dwufunkcyjne wyposażone w niewielki (o pojemności 8–50 dm3) wbudowany podgrzewacz lub zasobnik ciepłej wody użytkowej. Urządzenia takie charakteryzuje pewien stopień akumulacji, gdyż podczas swojej pracy mogą one równolegle magazynować ciepłą wodę użytkową. W tym przypadku po odkręceniu wylewki z c.w.u. najpierw dostarczana jest woda zgromadzona w podgrzewaczu lub zasobniku, a jeśli przepływ ciepłej wody trwa nadal, układ przechodzi w tryb pracy przepływowej – podgrzewając wodę na bieżąco.
Budynki wyposażone w urządzenia gazowe są zasilane z sieci rozdzielczych (dystrybucyjnych). Użytkowników gazu cechuje zróżnicowane zużycie paliwa oraz odmienna charakterystyka jego poboru. Z tego względu można wyróżnić kilka grup klientów: odbiorcy komunalni zużywający gaz do przygotowania posiłków i c.w.u., odbiorcy wykorzystujący gaz do indywidualnego ogrzewania pomieszczeń oraz odbiorcy pozakomunalni. Podstawową wielkością charakteryzującą zużycie gazu przez daną grupę użytkowników jest współczynnik jednoczesności zużycia gazu. Współczynnik ten można zdefiniować jako stosunek rzeczywistego poboru gazu przez daną grupę odbiorców (np. gospodarstwo domowe) do sumarycznego obciążenia nominalnego zainstalowanych urządzeń gazowych [8]. W praktyce korzysta się z empirycznych wzorów do obliczeń współczynników jednoczesności zużycia gazu.
Niestety pomimo dość długiej obecności kotłów dwufunkcyjnych na rynku w dalszym ciągu brakuje jednoznacznych ustaleń dotyczących metod określania współczynników jednoczesności dla tych urządzeń. W literaturze można znaleźć wiele opracowań poświęconych tej tematyce. W publikacji [4] autorzy dokonali przeglądu metod obliczeniowych do wyznaczania zapotrzebowania na gaz. W pracy tej określono empiryczne współczynniki jednoczesności dla kotłów dwufunkcyjnych. W kolejnej pracy [5] przeanalizowane zostało zastosowanie różnych metod oraz współczynników jednoczesności do określania zapotrzebowania na gaz w gospodarstwach domowych o zróżnicowanym wyposażeniu w urządzenia gazowe. Analizy te rozwijano również w pracy [6] zawierającej kalkulacje zapotrzebowania na paliwo gazowe dla gospodarstw domowych o standardowym wyposażeniu.
Problematyka wyznaczania współczynników jednoczesności zużycia gazu jest istotna w obliczeniach instalacji i sieci gazowych. Obliczanie sieci gazowych rozdzielczych oraz instalacji gazowych polega na takim doborze średnic przewodów, aby w godzinach szczytowego poboru gazu zapewnić przed urządzeniami gazowymi wymagane ciśnienie. Z tego powodu dobrane średnice poszczególnych odcinków rozdzielczej sieci gazowej oraz instalacji gazowej będą zależały m.in. od wyznaczonej wartości maksymalnego natężenia przepływu gazu. Natomiast wartość tego przepływu zależy głównie od przyjętego sposobu obliczania współczynników jednoczesności.
W artykule omówiono metody obliczeń zapotrzebowania na gaz dla kotłów dwufunkcyjnych wykorzystujące współczynniki jednoczesności. W dalszej części przedstawiono wyniki analizy wariantów obliczeń sieci gazowej dostarczającej gaz do szeregowego budynku mieszkalnego wyposażonego wyłącznie w kotły dwufunkcyjne.
Metody obliczeń zapotrzebowania na gaz dla kotłów dwufunkcyjnych
W literaturze opisanych jest wiele metod obliczania zapotrzebowania na gaz urządzeń gazowych [7, 8, 9]. Problem w tym, że niezbyt jasno sprecyzowane zostały procedury postępowania w przypadku wyposażenia budynków lub lokali mieszkalnych w kotły dwufunkcyjne. Istnieją również opracowania, w których zawarto metodykę postępowania dla kotłów dwufunkcyjnych [10, 11], lecz uzyskiwane tą drogą wyniki mogą budzić pewne wątpliwości [4, 5, 6]. Można znaleźć również wytyczne pozwalające w przybliżony sposób określić zapotrzebowanie na gaz urządzeń tego typu [12, 13]. Niezależnie od przyjętej formuły obliczeniowej każda metoda powinna uwzględniać nominalne zużycie gazu, liczbę urządzeń lub odbiorców gazu oraz odpowiednie współczynniki korygujące. Właściwy dobór powyższych wskaźników powinien zawsze skutkować uzyskaniem podobnych wartości natężenia przepływu gazu. Przed rozpoczęciem analizy metod obliczeniowych dokonano ich krótkiej charakterystyki. W rozważaniach uwzględniono obecność w budynku wyłącznie kotłów dwufunkcyjnych.
Metoda niemiecka
W obliczeniach wykorzystywany jest iloczyn nominalnego zapotrzebowania na gaz przez pojedyncze urządzenie, liczba urządzeń oraz współczynnik jednoczesności działania zależny od liczby odbiorników gazowych. W opisie przedstawionym w literaturze [7, 8, 10, 11] podawany jest zwykle iloczyn sumy urządzeń (stosowany, jeśli sumowane są odbiorniki gazowe o zróżnicowanym nominalnym zużyciu gazu) oraz współczynników jednoczesności działania:
(1)
Współczynnik jednoczesności należy odczytać z tabel zawartych w literaturze [7, 8, 10, 11] albo posłużyć się dla liczby urządzeń od 2 do 50 poniższą zależnością liczbową:
(2)
gdzie:
Vh – zapotrzebowanie na gaz, m3/h;
nkgw – liczba kotłów grzewczych wodnych;
Vkgw – nominalne zużycie gazu przez jeden kocioł grzewczy wodny, m3/h;
ΣVkgw – suma nominalnego zużycia gazu przez kotły grzewcze wodne, m3/h;
fkgw – współczynnik jednoczesności działania dla kotłów grzewczych wodnych.
Metoda niemiecka zawierająca dodatkowy iloczyn dla kotłów dwufunkcyjnych
W odróżnieniu od poprzedniego sposobu wyznaczania zapotrzebowania na gaz, zamiast kotłów grzewczych wodnych można wykorzystać gotowy iloczyn opracowany dla kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych. Podstawową różnicą jest wprowadzenie nowej wartości współczynnika jednoczesności, który określono z uwzględnieniem rachunku prawdopodobieństwa [10, 11]:
(3)
gdzie:
Vh – zapotrzebowanie na gaz, m3/h;
nkgwd – liczba kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych;
Vkgwd – nominalne zużycie gazu przez jeden kocioł grzewczy wodny dwufunkcyjny, m3/h;
ΣVkgwd – suma nominalnego zużycia gazu przez kotły grzewcze wodne dwufunkcyjne, m3/h;
fkgw – współczynnik jednoczesności działania dla kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych.
Podobnie jak w poprzedniej metodzie współczynnik jednoczesności dla kotłów należy odczytać z tabel zawartych w literaturze [10, 11].
W tym miejscu warto zauważyć (tabela 1), że współczynniki jednoczesności w przypadku kotłów dwufunkcyjnych są większe niż dla typowych kotłów jednofunkcyjnych. Kocioł jednofunkcyjny może również współpracować z podgrzewaczem pojemnościowym, a więc wytwarzać energię cieplną na potrzeby instalacji centralnego ogrzewania z równoczesnym magazynowaniem ciepłej wody użytkowej (c.o. i c.w.u.). Natomiast kocioł dwufunkcyjny w danym interwale czasowym realizuje tylko jedną z wymienionych potrzeb (c.o. lub c.w.u.). Z tego względu kocioł dwufunkcyjny wymaga rezerwy mocy dla potrzeb c.w.u. trzy lub czterokrotnie wyższej niż moc na c.o. Konsekwencją tego jest odpowiednio większe zużycie gazu.
Niezrozumiałe jest więc przemnażanie nominalnego zużycia gazu (adekwatnego do wyższej mocy – c.w.u.) takiego urządzenia przez większy współczynnik jednoczesności. Dla porównania warto podkreślić, że dobrany na taką samą moc, a przez to zużywający w danej chwili tyle samo gazu, gazowy grzejnik wody przepływowej ma znacznie niższe wartości współczynników jednoczesności. Powstaje zatem pytanie, czy wyższe współczynniki podane dla kotłów dwufunkcyjnych powinny zostać odniesione do zużywanego przez kocioł gazu pracującego na potrzeby centralnego ogrzewania? Poza tym, jak określić zapotrzebowanie na gaz podczas pracy kotła w trybie ciepłej wody użytkowej? Przemnażać wyższe zużycie nominalne gazu przez współczynniki jak dla grzejnika wody przepływowej? Niestety pytania te ze względu na brak konkretnych wyjaśnień w opracowaniach literatury wciąż pozostają bez odpowiedzi. Dodatkowo warto zwrócić uwagę na obniżający się trend współczynników jednoczesności dla kotłów dwufunkcyjnych (tabela 1), od którego wyraźnie odbiega wartość dla dziewięciu urządzeń. Istnieje zatem duże prawdopodobieństwo, że wartość ta jest obarczona błędem, gdyż w tym miejscu również nie wprowadzono odpowiednich wyjaśnień.
Do wyznaczania współczynników jednoczesności dla kotłów dwufunkcyjnych z zakresu 2–50 (ze skorygowaną wartością dla 9 urządzeń równą 0,740) oraz gazowych grzejników wody przepływowej z zakresu 3–50 można wykorzystać empiryczne formuły:
(4)
(5)
Metoda niemiecka z dodatkowym iloczynem oraz skorygowanym współczynnikiem jednoczesności działania
Autorzy tej metody postanowili dokonać modyfikacji współczynnika jednoczesności działania kotłów dwufunkcyjnych ze względu na uzyskiwanie wyraźnie zawyżonych wyników obliczeń. Dokładny opis procedury utworzenia skorygowanego współczynnika jednoczesności zamieszczono we wcześniejszej pracy [4]:
gdzie:
Vh – zapotrzebowanie na gaz, m3/h;
nkgwd – liczba kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych;
Vkgwd – nominalne zużycie gazu przez jeden kocioł grzewczy wodny dwufunkcyjny, m3/h;
ΣVkgwd – suma nominalnego zużycia gazu przez kotły grzewcze wodne dwufunkcyjne, m3/h;
fkwgdskor – skorygowany współczynnik jednoczesności działania dla kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych.
Metoda Zajdy
Metoda ta zawiera dwa odrębne iloczyny związane z określeniem potrzeb bytowo-komunalnych oraz indywidualnego ogrzewania pomieszczeń [12, 13]. W składnikach iloczynów zawarto nominalne zużycie gazu, liczbę odbiorców, współczynnik jednoczesności działania oraz współczynniki korygujące zużycie gazu, jeśli w danej grupie przewidywani są odbiorcy pozakomunalni. Współczynniki jednoczesności można wyznaczyć za pomocą zależności (9) i (10) zamieszczonych w literaturze [9, 14]:
(8)
gdzie:
n – liczba odbiorców gazu z danej kategorii;
V – nominalne zużycie gazu przez daną kategorię odbiorców, m3/h;
f – współczynnik jednoczesności dla danej kategorii odbiorców;
1 – odbiorcy zużywający gaz dla potrzeb komunalno-bytowych;
2 – odbiorcy zużywający gaz do indywidualnego ogrzewania pomieszczeń;
β – współczynniki korygujące zużycie gazu uwzględniające odbiorców pozakomunalnych (1,25–2,10). Jeśli w danej grupie nie są przewidywani odbiorcy pozakomunalni, współczynniki b należy pominąć.
W tym miejscu warto dokonać korekty zapisu wzoru adekwatnie do wyposażenia gospodarstwa domowego w kotły dwufunkcyjne. Należy podkreślić, że są to urządzenia przeznaczone zarówno na potrzeby komunalno-bytowe, jak i ogrzewania pomieszczeń. Z tego względu zależność (8) można przedstawić następująco:
(11)
gdzie:
nkgwd – liczba odbiorców gazu z danej kategorii, przyjęta jako równa liczbie kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych;
Vkwgdc.w.u. – nominalne zużycie gazu na potrzeby ciepłej wody użytkowej, m3/h;
Vkwgdc.o. – nominalne zużycie gazu na potrzeby centralnego ogrzewania, m3/h.
Korzystając z tej metody, należy dysponować informacją o nominalnym zużyciu gazu na potrzeby centralnego ogrzewania, które w celu przeprowadzenia analizy przyjęto na poziomie 25% nominalnego zapotrzebowania na gaz związanego z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej. Jak można zauważyć, formuła (11) wymaga zsumowania dwóch iloczynów dotyczących zróżnicowanych potrzeb grzewczych. Warto zatem przyjrzeć się temu dokładniej i zastanowić nad celowością tej czynności. Kotły dwufunkcyjne wyposażone w dodatkowy wbudowany podgrzewacz lub zasobnik mogą wymagać wyższego zapotrzebowania na paliwo gazowe. Taka sytuacja może wystąpić podczas pełnego ładowania podgrzewacza lub zasobnika z równoczesnym zaspokajaniem potrzeb centralnego ogrzewania. Natomiast kotły dwufunkcyjne pracujące w układzie braku akumulacji w danym czasie mogą wytwarzać energię cieplną tylko dla jednej z dwóch potrzeb: komunalno-bytowej lub grzewczej. W takim przypadku sumowanie dwóch składowych (c.w.u. i c.o.) może generować podwyższone wartości.
Istnieje również metoda Zajdy oparta na średnim zużyciu gazu przez odbiorców komunalnych w budynkach mieszkalnych:
gdzie:
nkgwd – liczba odbiorców gazu z danej kategorii, przyjęta jako równa liczbie kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych;
Vkgwdsr – nominalne zużycie gazu dla jednego odbiorcy (średnio) w zależności od wyposażenia w urządzenia gazowe, m3/h;
f – współczynnik jednoczesności poboru gazu.
W analizowanym przypadku w jednym gospodarstwie domowym znajduje się jeden kocioł dwufunkcyjny. Z tego względu w obliczeniach należy podać konkretną wartość średniego natężenia przepływu gazu. Takie urządzenie może pracować z maksymalnym zapotrzebowaniem na gaz wynikającym z potrzeb przygotowania ciepłej wody użytkowej lub niższym (założono 25% maksymalnego) związanym z centralnym ogrzewaniem. Wprawdzie przedstawiona przez Zajdę zależność (12) dotyczy potrzeb komunalnych: przygotowania posiłków i ciepłej wody użytkowej, ale o ile potrzeby c.o. występują w dłuższych okresach, o tyle zapotrzebowanie na c.w.u. jest wyższe i może wystąpić stosunkowo krótkotrwale (kilka lub kilkanaście razy w ciągu doby). Z tego względu zdecydowano się na wykorzystanie tej zależności do dalszych obliczeń. Porównanie tych dwóch potrzeb może więc posłużyć do ustalenia średniego zużycia gazu, przydatnego do określania dobowego, miesięcznego oraz całorocznego zapotrzebowania na gaz. Natomiast przyjmowanie wartości średniej zużycia gazu dla celów projektowych może być niemiarodajne ze względu na uzyskiwanie zdecydowanie niższego godzinowego zapotrzebowania na gaz.
Metoda Milewskiego
Obliczenia zapotrzebowania na gaz bazują na tzw. punktach obliczeniowych, które mogą być określane wg nominalnej przepustowości wykorzystywanych w budynkach gazomierzy [9]. Zgodnie z zastosowaną procedurą gazomierzowi o przepustowości nominalnej równej 1,2 m3/h odpowiada 0,6 punktu obliczeniowego. W gospodarstwach domowych, w których do rozliczeń zużycia gazu zastosowano gazomierz o przepustowości nominalnej z zakresu 1,2–3,0 m3/h, odpowiada mu jeden punkt obliczeniowy. Podstawą do opracowania tej metody były początkowo punkty obliczeniowe uzależnione od rodzaju odbiorców. Gospodarstwo domowe wyposażone jedynie w kuchnię gazową stanowiło 0,6 punktu obliczeniowego.
Natomiast gospodarstwo domowe zawierające dodatkowo grzejnik wody przepływowej i termę kuchenną było traktowane jako jeden punkt obliczeniowy, którego maksymalne zapotrzebowanie na gaz E nie powinno przekroczyć 4,25 m3/h.
W celu obliczenia zapotrzebowania na gaz dla instalacji składającej się wyłącznie z kotłów dwufunkcyjnych należy wykorzystać iloczyn punktów obliczeniowych (w tym przypadku równy liczbie urządzeń), nominalnego zużycia gazu oraz współczynnika jednoczesności:
gdzie:
pobl – liczba punktów obliczeniowych (równa liczbie kotłów grzewczych wodnych dwufunkcyjnych);
Vkgwd – nominalne zużycie gazu dla jednego kotła grzewczego wodnego dwufunkcyjnego, m3/h;
f – współczynnik jednoczesności działania urządzeń;
a – wykładnik pierwiastka przyjmowany z zakresu 1,8–2,0.
Analiza wariantów obliczeń sieci gazowej
Obliczenia zapotrzebowania na gaz dystrybucyjnej sieci gazowej z wykorzystaniem różnych metod obliczeniowych przeprowadzono dla następujących założeń:
- typ budynku: mieszkalny,
- rodzaj zabudowy: szeregowa,
- liczba segmentów jednorodzinnych: 10,
- powierzchnia użytkowa jednego segmentu: 120 m2,
- rodzaj gazu: E,
- liczba urządzeń gazowych w jednym segmencie: 1,
- wyposażenie wszystkich segmentów jednorodzinnych w jednakowe urządzenia wg dwóch typów:
a) I kategoria:» kocioł dwufunkcyjny przepływowy Vkgwd = Vkgwdc.w.u. = 2,6 m3/h (24 kW), Vkgwdc.o. = 0,65 m3/h (6 kW),
b) II kategoria:» kocioł dwufunkcyjny przepływowy z wbudowanym podgrzewaczem ciepłej wody użytkowej Vkgwd = 3,25 m3/h (30 kW), Vkgwdc.w.u. = 2,6 m3/h (24 kW), Vkgwdc.o. = 0,65 m3/h (6 kW).
Wszystkie obliczenia wykonywano, uwzględniając metody scharakteryzowane wcześniej. Dodatkowo jako poziom odniesienia wprowadzono wariant 0 zawierający sumaryczną wartość nominalnego zużycia gazu dla wszystkich kotłów dwufunkcyjnych.
Wyniki obliczeń rozpatrywanych metod wyznaczania zapotrzebowania na gaz dla dwóch kategorii wyposażenia budynku zestawiono w tabeli 2 oraz na rys. 1. W zależności od przyjętej metody obliczeń procent redukcji zużycia gazu względem wariantu W0 wynosił od 26,5% (W2) do 72,2% (W7). Dla większości wariantów obliczone zapotrzebowanie na gaz stanowiło bowiem ok. 30% wartości odniesienia, co odpowiada procentowi redukcji równemu 70%. Takimi wynikami charakteryzowały się warianty: W3, W5–W8. Natomiast wyraźnie od tej wartości odbiegają warianty: W1, W2 oraz określony dla I kategorii urządzeń W4, dla których redukcja zużycia gazu wyniosła zaledwie 33,2; 26,5 oraz 52,3%.
Wnioski
Kotły dwufunkcyjne zastępują obecnie indywidualne przepływowe grzejniki wody oraz mieszkaniowe kotły jednofunkcyjne. Powszechność stosowania tych urządzeń wymaga szczególnego podejścia przy obliczaniu instalacji oraz sieci gazowych dostarczających gaz do odbiorców wyposażonych w kotły dwufunkcyjne. Przyjmowanie dla kotłów dwufunkcyjnych dostępnych w literaturze współczynników jednoczesności o wartościach wyższych niż dla kotłów jednofunkcyjnych powoduje uzyskiwanie zawyżonych wyników zapotrzebowania na gaz. Do obliczeń zaleca się stosowanie metod: niemieckiej zawierającej dodatkowy iloczyn dla kotłów dwufunkcyjnych wraz ze skorygowanym współczynnikiem jednoczesności działania, Milewskiego z wykładnikiem potęgi równym 2 oraz Zajdy.
Literatura
- Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2019, poz. 1065).
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002, nr 75, poz. 690).
- Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (DzU 1994, nr 89, poz. 414, z późn. zm.).
- Englart Sebastian, Skrzycki Maciej, Przegląd metod obliczeniowych do wyznaczania zapotrzebowania na gaz, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 1/2016.
- Jedlikowski Andrzej, Englart Sebastian, The comparison of calculation methods of gas demand in the installation with combi boilers, „E3S Web of Conferences” Vol. 44/2018.
- Englart Sebastian, Jedlikowski Andrzej, Porównanie metod obliczeń zapotrzebowania na gaz w instalacjach gazowych z kotłami dwufunkcyjnymi, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 9/2017.
- Bąkowski Konrad, Współczynnik nierównomierności poboru gazu w czasie a współczynniki jednoczesności działania aparatów gazowych, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 11/1994.
- Bąkowski Konrad, Sieci i instalacje gazowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007.
- Kogut Krzysztof, Bytnar Krzysztof, Obliczanie sieci gazowych. Omówienie parametrów wymaganych do obliczeń, tom 1, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Kraków 2007.
- Andrzejaczek Elżbieta, Flis Anna, Kiełbasiński Mariusz, Więcaszek Mieczysław, Barczyński Andrzej, Miedź w instalacjach gazowych, Polskie Centrum Promocji Miedzi, Wrocław 2006.
- Europejski Instytut Miedzi, Instalacje wodociągowe, ogrzewcze i gazowe na paliwo gazowe, chłodnicze, klimatyzacyjne, gazów medycznych oraz próżni wykonane z rur miedzianych i stopów miedzi. Wytyczne stosowania i projektowania, 2013.
- Zajda Ryszard, Projektowanie sieci gazowych. Schematy obliczeniowe gazociągów, Centrum Szkolenia Gazownictwa, Warszawa 2001.
- Zajda Ryszard, Tymiński Bogdan, Instalacje i urządzenia gazowe. Projektowanie, wykonywanie, odbiór i eksploatacja, Centrum Szkolenia Gazownictwa PGNiG, Warszawa 1999.
- Zajda Ryszard, Gebhardt Zdzisław, Instalacje gazowe oraz lokalne sieci gazów płynnych. Projektowanie – wykonywanie – eksploatacja, COBO-Profil, Warszawa 1995.