Wpływ wyników obliczeń normy PN-EN 12831:2006 na dalsze wyliczenia instalacji c.o. (cz. 2)

System rozprowadzenia mieszkaniowego czynnika grzewczego

W swojej praktyce projektowej autor coraz częściej spotyka się z instalacją z mieszkaniowym rozprowadzeniem czynnika grzewczego (rys. 1). Struktura ta pozwala na indywidualne rozliczenie kosztów ogrzewania poszczególnych mieszkań i lokali zgodnie z rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych [1] i ustawą Prawo energetyczne [17].

Sposób wymiarowania przewodów instalacji zakłada następujące postępowanie: przyporządkowanie właściwych mocy odbiornikom ciepła w mieszkaniu (lokalu), działce obliczeniowej najbardziej oddalonej (^Q_x=z^KO, m=1) oraz kolejnym działkom (^Q_x=z-1^KO, m=1, ^Q_x=z-2^KO, m=1) poprzez sumowanie mocy odbiorników zgodnie z kierunkiem przepływu wody aż do rozdzielacza mieszkaniowego (RM na rys. 1).

Taka sama procedura dotyczy działek powrotnych i jest powtarzana dla wszystkich mieszkań w budynku. Następnie działce źródła ciepła przyporządkowana jest suma obciążenia cieplnego wszystkich działek poszczególnych mieszkań.

Podobnie jak w przypadku systemu pionowego, w literaturze [10, 11, 12, 13] brakuje informacji, jakie moce (tym samym obliczeniowe strumienie przepływów) przyjmować na poszczególnych etapach obliczeń działek instalacji w odniesieniu do normy PN-EN 12831 [2].

Poprzez analogię do systemu pionowego najbardziej oczywiste wydaje się przyporządkowanie projektowanego obciążenia cieplnego pomieszczenia Φ^P_HL, i. Schemat przyporządkowania projektowanego obciążenia cieplnego pokazano na rys. 1. Zostało ono wykonane w programie Audytor C.O. [8], oczywiście z uwzględnieniem rzeczywistych wychłodzeń czynnika grzewczego, dodatkowych zysków itp.

Obciążenie cieplne działki mieszkania (m) można obliczyć jako:

            (1)

gdzie:
Q_m^M – obciążenie cieplne działki zasilającej mieszkanie (m), W;
Φ^P _HL,i – projektowane obciążenie cieplne pomieszczenia wchodzącego w skład mieszkania (n) z uwzględnieniem ciepła wymienianego wewnątrz części budynku, W;
M – indeks dotyczący działki zasilającej mieszkanie;
i – numer pomieszczenia;
k – liczba pomieszczeń ogrzewanych w mieszkaniu (n).

Obciążenie działki wychodzącej ze źródła można obliczyć jako:

 (2)

gdzie:
Q^ZC – obciążenie działek wychodzących ze źródła ciepła, W;
Q^M_m – obciążenie cieplnej działki zasilającej mieszkanie (m), W;
ZC – indeks dotyczący źródła ciepła instalacji c.o.;
m – numer mieszkania;
n – liczba mieszkań;
i – nr pomieszczenia w budynku,
y – liczba pomieszczeń ogrzewanych w budynku.

Wynika z tego, że w proponowanych metodach obliczeń [8] przy braku szczegółowego opisu w literaturze, np. [10, 11, 12, 13], wartość obliczeniowego obciążenia cieplnego źródła ciepła Q^ZC będzie różna od projektowanego obciążenia cieplnego budynku Φ^B _HL, tj. Q^ZC≠ Φ^B _HL. Można tym samym ponownie stwierdzić, że założenia normy PN-EN 12831 nie są implementowane do realnego elementu wykonawczego, jakim jest instalacja centralnego ogrzewania.

Schematy hydrauliczne proponowane przez przedsiębiorstwa ciepłownicze

Przykładem źródła ciepła dla omawianej instalacji mieszkaniowej może być niskoparametrowe przyłącze sieci cieplnej dystrybuowane z rozpowszechnionych w latach 70. i 80. ubiegłego wieku grupowych węzłów cieplnych (wysokoparametrowych, osiedlowych).

Przykłady schematów hydraulicznych wymaganych przez jednego z dostawców ciepła w południowej Polsce przedstawiono na rys. 2 i 3. Opomiarowuje on czynnik grzewczy na przyłączu budynku (poz. 4 na rys. 2)oraz zarozdzielaczem mieszkaniowym każdy lokal (poz. 3 na rys. 3).

Dostawca ciepła wymaga równoważenia statycznego instalacji (na poziomie budynku i mieszkań) poprzez zastosowanie zaworów, np. typu STAD. Jednocześnie w oparciu o te same zawory realizowane jest zamówienie na moc (obliczeniowy przepływ) w momencie rozruchu instalacji i dla warunków obliczeniowych. Od projektanta instalacji dostawca ciepła oczekuje określenia przepływów dla poszczególnych lokali i całego budynku.

Zaskakująca jest sytuacja, kiedy w projekcie technicznym przyporządkowane jest obciążenie cieplne na poziomie budynku różne od sumy dla poszczególnych lokali, określone prawidłowo zgodnie z normą PN-EN 12831 [2], tj.

 (3)

gdy dostawcy ciepła wymagają spełniania zależności:

(4)

sprzecznej z wynikami metodologii opisanej w tej normie. 

Proponowane przez dostawcę ciepła układy hydrauliczne (rys. 2 i 3) są w stanie zapewnić dla warunków obliczeniowych rozpływ zgodny z równaniem (4), natomiast nie zapewnią niebilansujących się rozpływów opisanych równaniem (3). W wyniku tego niepotrzebnie przyjmowane są zawyżone moce zamówione dla budynku, wynikające z sumowania projektowanych obciążeń cieplnych dla poszczególnych pomieszczeń danego mieszkania.

Konsekwencje braku implementacji wyników obliczeń z normy PN-EN 12831 dla wyników obliczeń instalacji

W związku z brakiem realnego przeniesienia wyników normy całość uwag opisanych w rozdziale dotyczącym obliczeń instalacji w systemie pionowym [18] można podtrzymać jako aktualne dla rozprowadzenia mieszkaniowego, a ponadto sformułować następujące wnioski:

• przyjmowane moce zamówione dla poszczególnych mieszkań i całego budynku są zawyżone przez wymagane sumowanie mocy projektowej obciążenia cieplnego pomieszczeń, 
• przewymiarowane jest przyłącze w zakresie od źródła ciepła do rozdzielacza mieszkaniowego.

Propozycja implementacji wyników obliczeń z normy PN-EN 12831 do obliczania instalacji w systemie mieszkaniowym

W systemie mieszkaniowym odmiennie niż w pionowym instalacja od rozdzielacza mieszkaniowego do odbiornika ciepła powinna być przygotowana na wystąpienie tzw. osłabienia u sąsiada, czyli powinna zapewniać przepływy obliczeniowe wynikające z projektowanego obciążenia cieplnego danego mieszkania (Φ^M_HL,n), natomiast działce obliczeniowej na odcinku przyłącze–rozdzielacz mieszkaniowy powinien zostać zapewniony przepływ obliczeniowy wynikający z projektowanego obciążenia cieplnego budynku (Φ^B_HL). 

Autor proponuje implementację normy [2] dla instalacji w systemie mieszkaniowym za pomocą odpowiedniej armatury równoważącej. Przykładowy schemat dla przyłącza cieplnego niskich parametrów przedstawiono na rys. 4.

Na przyłączu, przed rozdzielaczem mieszkaniowym, proponuje się montaż zaworu różnicy ciśnień z automatycznym ograniczeniem przepływu, np. typu AB-PM (poz. 1 na rys. 4). Rozwiązanie to gwarantuje utrzymanie wymaganego ciśnienia dyspozycyjnego dla instalacji c.o. (Δp_co^dys), niewrażliwego na zmiany ciśnienia na przyłączu sieci (Δp_przy^dys).

Dodatkowo na zaworze AB-PM można ustawić maksymalny przepływ na przyłączu wartości (m_prz^max) równy wymaganemu przepływowi źródła ciepła (m^ZC) wynikającemu z projektowanego obciążenia cieplnego budynku (Φ^B _H).

Na każdym rozejściu mieszkaniowym proponuje się montaż zaworu z automatycznym ograniczeniem przepływu, np. typu AB-QM (poz. 2 na rys. 4), oraz ręcznego zaworu regulacyjnego, np. typu STAD (3 na rys. 4). Rozwiązanie takie pozwoli:

1. w przypadku występowania strat „do sąsiada”: na zagwarantowanie na zaworze AB-QM maksymalnego przepływu (m_m=n^max) dla poszczególnych mieszkań wynikającego z równania (1), tj. projektowanego obciążania cieplnego mieszkania z uwzględnieniem wymienianego ciepła wewnątrz budynku,

2. w przypadku warunków obliczeniowych: na zagwarantowanie na zaworze STAD właściwego rozpływu czynnika w warunkach wynikających z projektowanego obciążenia cieplnego mieszkania bez uwzględnienia wymienianego ciepła wewnątrz bu­dynku,

3. w stanach pośrednich: na przyjmowanie dowolnych wartości przepływu z ograniczaniem górnym do wartości (m _m=n^max).

Wnioski

Jak zaprezentowano na przykładzie instalacji centralnego ogrzewania z rozprowadzeniem w systemie mieszkaniowym, kierując się normą PN-EN 12831, w pewnych przypadkach możliwe jest przyporządkowanie właściwych obliczeniowych obciążeń cieplnych dla poszczególnych obliczeniowych działek instalacji c.o.

Zapewnienie występowania zakładanych przez projektanta przepływów należy zrealizować poprzez nowoczesną, dostępną na rynku armaturę, tj. zawory różnicy ciśnień i automatyczne zawory ograniczenia przepływu. Dodatkowo w przypadku instalacji mieszkaniowych niezbędna jest informacja dla projektanta o projektowanym obciążeniu cieplnym mieszkania z uwzględnieniem ciepła wymienianego wewnątrz budynku oraz bez jego uwzględniania. 

Podsumowując, zdaniem autora przy wymiarowaniu instalacji w systemie mieszkaniowym należy przyporządkować wyniki z obliczeń normy w sposób następujący:

1. Projektowane obciążenie cieplne mieszkania z uwzględnieniem wymiany ciepła wewnątrz budynku należy wykorzystać do zwymiarowania instalacji w zakresie od mieszkania (dobór grzejników, orurowania) do rozdzielacza mieszkaniowego.
2. Projektowane obciążenie cieplne mieszkania bez uwzględnienia wymiany ciepła wewnątrz budynku należy wykorzystać do nastawy przepływu przy rozruchu instalacji dla warunków obliczeniowych instalacji.
3. Projektowane obciążenie cieplne budynku należy wykorzystać do zwymiarowania instalacji w zakresie od przyłącza (źródło ciepła) do rozdzielacza mieszkaniowego.

Literatura:

1. Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
2. PN-EN 12831:2006 Instalacje grzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowanego obciążenia ciepl­nego.
3. PN-B-03406:1994 Obliczenia zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m3.
4. Strzeszewski M., Wereszczyński P., Norma PN-EN 12831. Nowa metoda obliczania projektowanego obciążenia cieplnego. Wersja 1.10, Rettig Heating Sp. z o.o., Warszawa 2009.
5. Strzeszewski M., Obciążenie cieplne pomieszczeń obliczone wg norm PN-EN12831 i PN-B-03406, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” nr 7–8/2008.
6. Ruszel F., Obciążenie cieplne pomieszczeń wg norm PN-EN i PN-B-03406, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” nr 3/2008.
7. Audytor OZC wersja od 4.0, Sankom Sp. z o.o.  
8. Audytor C.O., Sankom Sp. z o.o.  
9. Koczyk H. et al., Ogrzewnictwo praktyczne. Projektowanie, montaż, certyfikacja energetyczna, eksploatacja, Wyd. II, Poznań 2009.
10. Audytor C.O. wersja 3.8. Instrukcja, Sankom Sp. z o.o.
11. Recknagel H., Sprenger E., Schramek E.R., Kompendium wiedzy. Ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, chłodnictwo, OMNI SCALA, Wrocław 2008.
12. Kołodziejczyk W., Płuciennik M., Wytyczne projektowania instalacji centralnego ogrzewania, Zeszyt 2, COBRTI INSTAL, Warszawa 2001.
13. Natka M., Ogrzewnictwo i ciepłownictwo, Tom II, WPŚ, Gliwice 2013.
14. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 15 stycznia 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemów ciepłowniczych (DzU nr 16/2007, poz. 92).
15. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 r. w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz części audytu remontowego, wzorów kart audytów, a także algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego (DzU nr 43/2009, poz. 346).
16. PN-92-B-01706 Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu.
17. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (DzU nr 54/1997, poz. 348).
18. Pitry R., Wpływ wyników obliczeń normy PN-EN 12831:2006 na dalsze wyliczenia instalacji c.o. (cz. 1), „Rynek Instalacyjny” nr 6/2014.