D Brugsvandsinstallationer

Transkript

1 Installationsteknik

2

3 D. Brugsvandsinstallationer D Brugsvandsinstallationer I dette afsnit vil rørsystemet til brugsvand blive dimensioneret under antagelse af, at rørføringen til varmt og koldt vand er opbygget ens, (figur D.1). skakte Forsyningsledning figur D.1 Overordnet opbygning af fordelingsledninger. I de enkelte lejligheder vil ledningsføringen dog være forskellig, da der er forskellige krav om varmt/koldt vand, (figur D.2). figur D.2 Rørføring for henholdsvis koldt og varmt brugsvand. D.1 Beregningsforudsætninger Der vil under dimensioneringen blive skelnet mellem fordelingsledninger og koblingsledninger, hvor fordelingsledningerne fører brugsvandet frem til den enkelte lejlighed og koblingsledningerne fører vandet frem til de enkelte tapsteder inde i lejligheden. Det samlede rørsystem er afbildet i et aksonometrisk diagram, se tegning I.2. For at kunne dimensionere rørnettet skal de vandstrømme, der er nødvendige for hver enkelt lejlighed fastsættes. Dette gøres ved at bestemme de forudsatte vandstrømme, q f, for hver enkelt installationsgenstand i lejligheden [V&A ståbi, s 114]. 1

4 Brohuset Installationsgenstand Koldt vand [l/s] Varmt vand [l/s] Bruser Håndvask Toilet Køkkenvask Vaskemaskine 0,2 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,1-0,2 - Samlet 0,8 0,5 tabel D.1 Forudsatte vandstrømme for hver lejlighed Alle koblingsledninger skal dimensioneres for de ovenstående vandstrømme. Fordelingsledningerne skal ikke dimensioneres for disse vandstrømme, idet der skal tages hensyn til samtidigheden af anvendelsen i de enkelte lejligheder og i hele bygningen, da det ikke forventes, at alle tapsteder i bygningen anvendes på samme tid. Fordelingsledningerne bliver dimensioneret ud fra den summerede forudsatte vandstrøm for hver delstrækning, der regnes om til en dimensionsgivende vandstrøm, q d. Dette gøres ved hjælp af følgende formel: (D.1) q = 0,2+ 0,015( q 0,2) + 0,12 q 0,2 [ l/ s] d f f Beregningerne til dimensionering af ledningsnettet er stillet systematisk op i appendiks I.3. Til beregningerne anvendes en fremgangsmåde beskrevet i [DS 418]. Efterfølgende er regnearkets opbygning kort beskrevet ved at gennemgå hver enkelt kolonne, efterfulgt af et beregningseksempel. Kolonne nr: 1. Punkt: Hver enkelt tapsted, koblings- og forsyningspunkt nummereres. 2. Kote: Her angives koten til de enkelte punkter. Koten til tabstederne er målt fra gulv til udløb og angivet nedenunder. - Køkkenvaske (KV) 1,1 m - Håndvaske (HV) 0,9 m - Bruser (BR) 1,9 m - Toilet (WC) 0,6 m - Vaskemaskine (VM) 0,4 m 3. Strækning: Alle strækninger betegnes ved deres begyndelses- og endepunkter fra kolonne 1. 2

5 D. Brugsvandsinstallationer 4. Længde: Længden på strækningerne angives i m. 5. q f : Her angives den forudsatte vandstrøm som belaster punktet. [l/s] 6. Σq f : Er den samlede forudsatte vandstrøm på delstrækningen. [l/s] 7. q d : Her angives den dimensionsgivende vandstrøm beregnet fra formel (D.1). 8. Rørdimension: Den nødvendige dimension på røret [mm] 9. Valgt rør: Her angives den indvendige diameter [mm] på den valgte rørdimension. 10. Hastighed: Her beregnes strømningshastigheden i røret fra formlen: q d v= [ m / s ] 2 π r 11. Reynolds tal: Reynolds tal beregnes af formlen: v d Re = [ ] ν hvor: ν er den kinematiske viskositet for vand. 12. Lambda (λ): Friktionstallet (λ) findes vha. det forsimplede udtryk: λ k k 2 log 5 0,1 log Re d 3, 71 d 2 [ ] 0,9 = Tryktab (R): Her beregnes tryktabet pr. meter ledning vha. det dynamiske tryk: ρ [ / ] R= λ v kpa m 2 d hvor: ρ er vands massefylde 14. R L: Her angives ledningstryktabet på hele strækningen 15. Modstandstal: ζ angiver summen af modstandstal for enkeltmodstande. 16. ζ ½ρv 2 : Her beregnes tryktabet for enkeltmodstandene. 17. Samlet tryktab: Her angives det samlede tryktab ( P). 18. Beregningstryk: Her bestemmes beregningstrykket p x ved at tage udgangspunkt i forsyningstrykket og fratrække tryktabet fortløbende. 19. Højde: Højden over forsyningspunktet beregnes fra koten til punktet minus koten til forsyningspunktet. 20. Faktisk tryk: Det faktiske tryk findes ved at trække 9,82 kolonne 19 fra kolonne 18. 3

6 Brohuset 21. p(vn): Her angives taparmaturets tryktab ved den angivne vandstrøm. 22. Punkt: Her angives punktet igen for at undgå fejlaflæsninger. D.2 Beregning af tryktab Tryktabet beregnes fra det farligste punkt (FP) i systemet, hvilket skønnes at være bruseren i den øverste lejlighed længst til højre (K.5.h), da det er det højest placerede tapsted. Formålet med beregningen er at påvise at der eksisterer et tilstrækkeligt stort tryk, således at tapstedet får den nødvendige vandmængde. Der opstilles et beregningsskema for både fordelingsledninger og koblingsledninger. Der regnes på fordelingspunkterne fra punkt F til K.5.h, hvor punkt F er forsyningspunktet, og på koblingsledningerne fra punkt K.5.h til BR som er det farligste punkt FP. Den eksisterende forsyningsledning antages at ligge i en afstand på otte meter fra punktet F. For at sikre et stabilt system bør alle tapsteder indreguleres således der opnås samme tryk alle steder. Dette undlades dog her, hvor der blot sikres at der er et tilstrækkeligt stort tryk tilstede ved alle tapsteder. Det er unødvendigt med indregulering, hvis det sikres at tryktabet er tilstrækkeligt lavt i forsyningsledningerne, idet trykforskellen herved mindskes. D.2.1 Forudsætninger Det vælges at anvende kobberrør til både fordelings- og koblingsledninger. I lejlighederne vil rørene være skjulte, hvilket betyder at de skal loddes sammen. Dette betyder en meromkostning, men da der ikke er mange samlinger antages dette ikke at være et problem. Der anvendes desuden samme dimension på både varm- og koldtvandsledninger. Der regnes her med koldt vand med en temperatur på 10 C. Ved denne temperatur gives følgende værdier for: Ruhed: k = 1, m Viskositet: υ = 1, m 2 /s Massefylde: ρ = 1000kg/m 3 Tryk i hovedledning: 400kPa Ud fra vandstrømmen umiddelbart efter forsyningspunktet vælges det at anvende en vandmåler af typen Q n 10 med et tryktab på 20kPa, ligeledes sættes der en måler ind i hver lejlighed, således udlejeren kan holde øje med hvad hver enkelt lejer bruger af vand. [V&A ståbi s. 124] D.2.2 Vandmængder Som beskrevet tidligere i dette afsnit blev den forudsatte vandstrøm pr. lejlighed fundet til 0,8l/s. Ud over denne vandstrøm er der i kælderen et vaskerum med otte vaskemaskiner. Den samlede forudsatte vandstrøm for dette system bliver derfor 33,6l/s. 4

7 D. Brugsvandsinstallationer Da det er mest hensigtsmæssigt kun at have en stikledning ind i huset med brugsvand skal teknikrummet ikke kun betjene denne del af bygningen, men ligeledes de resterende to bygninger. De forudsatte vandstrømme herfra er fundet ud fra antallet af lejligheder til 24l/s og 39,2l/s. Dette giver en samlet forudsat vandstrøm på 96,8l/s. D.2.3 Tryktabsberegninger I dette beregningseksempel beregnes tryktabet på strækningen K.4.h K.5.h, der er en 3m lang strækning mellem 4. og 5. etage med en indre diameter på 20mm, samt tryktabet fra enkeltmodstande på denne strækning. Først findes strømningens middelhastighed ved: hvor: q er volumenstrøm [m 3 /s] A er tværsnitsarealet af ledningen [m 2 ] Middelhastigheden bliver: v = q A 3 0,3 10 v= = 0,96 m s 2 π Tryktabet i den lige del af røret beregnes jf. appendiks I.3. Reynold s tal bestemmes for at karakterisere strømningsformen i røret. hvor: υ er strømninges middelhastighed [m/s] d er ledningens indvendige diameter [m] ν er vands kinematiske viskositet ved 10 o C [m 2 /s] v d Re = υ 3 0, Re = = ,04 10 Af ovenstående ses det, at Reynold s tal er over 2300, hvilket betyder at strømningen kan karakteriseres som værende turbulent. 5

8 Brohuset Herefter kan friktionskoefficienten λ bestemmes. Denne bestemmes ud fra Colebrook- White s tilnærmede formel. k λ = 2 log + 5 0,1 log d 3,71 Dermed bliver friktionskoefficienten i dette tilfælde: k d Re 0, , , ,9 2 log 5 0,1 log , λ = + = , Efter fastlæggelse af friktionskoefficienten kan tryktabet i ledningens lige strækning bestemmes pr. m rør ud fra: hvor: λ er friktionskoefficienten [-] ρ er vandets massefylde [m] v er strømningens middelhastighed [m/s] d er ledningens indvendige diameter [m] R= 0,5 λ ρ v d R= = ,5 0, ,96 /1000 0, 638 / 3 Tryktabet på den 3m lange strækning bliver dermed: R L= 0, = 1,913kPa 2 kpa m Til strækningens tryktab hører også tryktab i enkeltmodstande. I dette tilfælde drejer det sig om en afgrening og en kugleventil, hvilket betyder at dette tryktab beregnes ud fra et modstandstal på 2,3, da afgreningen har et modstandstal på 2 og kugleventilen har et modstandstal på 0,3 [V&A ståbi, s. 123]. Dermed beregnes tryktabet i disse enkeltmodstande ved: 6

9 D. Brugsvandsinstallationer 1 p e = ξ ρ v 2 2 hvor: ξ er modstandstallet [-] ρ v er det dynamiske tryk [kpa] 1 pe = = 2 2 2, ,96 /1000 1, 062 Nu kan det samlede tryktab på strækningen findes af: kpa p= R L+ p = 1,913+ 1, 062 = 2,975kPa e Beregningstrykket kan nu beregnes ved at trække p fra det foregående beregningstryk fundet til 326,8kPa. Beregningstrykket for denne strækning bliver derved: 326,8 3 = 323,8 kpa Det faktiske tryk beregnes nu for at kunne afgøre om der er tilstrækkeligt tryk til installationen. Dette gøres ved at trække 9,82 gange højden over forsyningspunktet fra beregningstrykket. Højden er her 13,25 m hvorved det faktiske tryk bliver: 323,8 9,82 13, 7 = 189,3 kpa Til sidst indsættes tryktabet over taparmaturerne, p(vn). Denne har dog kun relevans ved koblingsledningerne. Regnearket benyttet til beregning af hele systemet er opstillet således, at rørdimensionen er den eneste variable, hvormed det kan anvendes til at finde de optimale dimensioner på fordelings og koblingsledninger. Ud fra regnearkene er dimensionerne på samtlige rør i systemet fundet og kan ses på tegning I.2. D.3 Dimensionering af rør til varmt brugsvand Som tidligere beskrevet bliver de samme dimensioner på rør til det varme brugsvand anvendt. Den eneste forskel er de egenskaber vandet har, idet de ændrer sig med temperaturen. Ved beregninger regnes det varme brugsvand til 55 ºC og følgende værdier er anvendt: Viskositet ved 55ºC: 0, [m 2 /s] Densitet ved 55ºC: 985,6 [kg/m 3 ] Disse beregninger vil der ikke blive beskrevet yderligere her, men kan ses i appendiks I.3. 7

10 Brohuset D.4 Isolering af brugsvandsrør Formålet med at isolere brugsvandsrør er for de kolde rør at undgå kondensation og for de varme rør at undgå for stort varmetab. Beregningerne bliver udført efter [V&A Ståbi]. I det efterfølgende vil isoleringstykkelsen for de kolde rør blive fastlagt, under følgende forudsætninger: Middeltemperatur i skakte og lign.: 20 ºC Middeltemperatur af brugsvand: 10 ºC Rørdiameter uden isolering: mm Realtiv luftfugtighed: 60 % Der anvendes Rockwool universal rørskål til isolering [rockwool.dk] Varmeledningsevne for isolering: 0,039 W/(m 2 K) Isoleringstykkelsen dimensioneres efter formel (D.2): d d 2 λ t t t d 1 d α 1 2 d1 t 2 2 e 1 ln = [ ] (D.2) hvor: d 1 er den indvendige isoleringsdiameter [m] d 2 er udvendig isoleringsdiameter [m] λ er isoleringens varmekonduktivitet [W/mK] α 2 er udvendig varmeovergangskoefficient [W/(m 2 K)] t 1 er isoleringens indvendige overfladetemperatur [ºC] t e er omgivelsestemperaturen [ºC] t er dugpunktsdifferensen [K] Dugpunktsdifferencen findes fra [V&A Ståbi] til 8ºC og t 1 sættes lige brugsvandets temperatur, 10ºC. For vandrette rør findes α 2 til 5,4W/m 2 K og for lodrette rør til 3,5W/m 2 K. Resultatet findes i tabel D.2. 8

11 D. Brugsvandsinstallationer Diameter [mm] Isoleringstykkelse [mm] Valgt isolering [mm] 52 9, , ,8 10 tabel D.2 Isoleringstykkelser på kolde brugsvandsrør Isoleringen af de varme brugsvandsrør bliver i det efterfølgende afsnit sat til 10 mm og det eftervises at der ikke sker et temperaturtab på mere end 2 ºC i hele systemet, hvormed isoleringstykkelsen er tilstrækkelig, appendiks I.4. D.5 Dimensionering af cirkulationssystem Det er nødvendigt at dimensionere et cirkulationssystem, for at sikre at det fjerneste tapsted i bygningen til enhver tid får tilstrækkeligt med varmt vand. D.5.1 Forudsætninger Dimensioneringen er udført ud fra følgende forudsætninger: Der må maksimalt gå ti sekunder, fra der åbnes for det varme vand til at det er fremme ved tapstedet Der ønskes en vandtemperatur i varmeveksler på 55 ο C Ledningsnettet udføres i kobberrør med samme isoleringstykkelse over det hele Det maksimale temperaturtab i systemet højst må være 2 ο C Varmetabet på en rørstrækning sker lineært Temperaturen i skakter og nedhængte lofter er 20 ο C Loftstemperaturen er på -12 ο C D.5.2 Opbygning af cirkulationssystem I det efterfølgende præsenteres to forskellige skitseforslag til opbygningen af cirkulationssystemet. Skitseforslag 1 Opbygningen af dette cirkulationssystem består i at rørene både løber frem og tilbage i samme skakt jf. figur D.3. 9

12 Brohuset a b c d e f g h figur D.3 Skitseforslag 1. Skitseforslag 2 I dette skitseforslag vil tilbageløbet af vandet ske via en ledning over loftet på den øverste etage, og løbe ned i midten af bygningen som vist på figur D.4. a b c d e f g h figur D.4 Skitseforslag 2. Valg af skitseforslag Af de to skitseforslag vælges det at arbejde videre med skitseforslag 2. Dette gøres da der i dette skitseforslag er en kortere rørføring end i forslag 1, og derfor er en økonomisk bedre løsning. Det er dog nødvendigt, at isolere cirkulationsledningen, da det regnes med en temperatur på -12 ο C på loftet. 10

13 D. Brugsvandsinstallationer D.5.3 Beregningsmetode Da vandet i cirkulationssystemet vil have et effekttab i form af varmetab, isoleres ledningerne med mineraluld. Beregningen af effekttabet gennem en ledning kan udtrykkes på følgende måde: p ( ) ϕ = qc ρ t t (D.3) 0 1 hvor: q er vandstrømmen i ledningen [l/s] c p er vandets varmefylde [kj/kgk] ρ er vands densitet [kg/m 3 ] t 0 er vandets starttemperatur i ledningen [ ο C] t 1 er vandets sluttemperatur i ledningen [ ο C] Ledningens effekttab kan også udtrykkes vha. ledningens U-værdi: hvor: U er ledningens samlede U-værdi [W/m ο C] L er ledningens længde [m] t i er gennemsnitstemperaturen af vandet [ ο C] t u er omgivelsernes temperatur [ ο C] ( ) ϕ= U L t t (D.4) i u 11

14 Brohuset Ledningens U-værdi kan findes af følgende udtryk: U rør = 1 α d i i + π 1 d ln 2 λ d α u 1 d u [W/m ο C] hvor: α i er varmeovergangstallet ved den indvendige ledningsvæg [W/ ο C m 2 ] α u er varmeovergangstallet for den udvendige ledningsvæg [W/ ο C m 2 ] λ er varmeledningstallet for de forskellige lag [W/ ο C m] d2 er forholdet mellem udvendig og indvendig diameter for de forskellige lag [-] d 1 d i er ledningens indvendige diameter [m] d u er ledningens udvendige diameter [m] Sættes de to udtryk for effekttab i formel (C.3) og (D.4) lig med hinanden og: ( ) t 0 + t t 1 i = 2 kan t 1 findes som sluttemperaturen af væsken for ledningslængden L: ϕ = q c t 1 L = p ρ ( t t ) ( 2 t t ) u = U L U + 2 q ρ c L U + 2 q ρ c p ( t + t ) Til beregningen af ovenstående anvendes følgende parametre og størrelser: α i =1000 [W/ ο C m 2 ] α u =10 [W/ ο C m 2 ] λ mineraluld =0,039 [W/ ο C m] c p =4,18 [KJ/kgK] ρ = 988 [kg/m 3 ] 0 0 Beregningerne går fra varmeveksler til det fjerneste punkt i ledningsnettet og tilbage via den midterste skakt. Over denne strækning må temperaturen ikke falde mere end 2 ο C. Der er medregnet varmetab over alle strækninger, og beregningen fremgår af nedenstående tabel. Der er 1 0 p 2 t 0 1 t u 12

15 D. Brugsvandsinstallationer anvendt en isoleringstykkelse på 10 mm og en vandstrøm på 0,05 l/s pr. skakt og dermed 0,4 l/s i alt. Strækning L q D i D u d u,iso T u t 0 U-værdi t 1 varmetab [m] [l/s] [m] [m] [m] C C [W/mC] [C] [W] 0t-1t 1 0,4 0,052 0,055 0, ,589 55,0 20,6 1t-1e 3,28 0,2 0,032 0,035 0, ,0 0,411 54,9 47,1 1e-1f 1,4 0,15 0,032 0,035 0, ,9 0,411 54,9 20,1 1f-1g 6,16 0,1 0,032 0,035 0, ,9 0,411 54,7 88,1 1g-1h 1,4 0,05 0,032 0,035 0, ,7 0,411 54,6 19,9 1h-2h 3,5 0,05 0,02 0,022 0, ,6 0,293 54,4 35,4 2h-3h 3,0 0,05 0,02 0,022 0, ,4 0,293 54,3 30,2 3h-4h 3,0 0,05 0,02 0,022 0, ,3 0,293 54,1 30,1 4h-5h 3,2 0,05 0,02 0,022 0, ,1 0,293 54,0 31,9 5h-6h 2,82 0,05 0,02 0,022 0, ,0 0,293 53,8 28,0 6h-6g 1,4 0,05 0,02 0,022 0, ,8 0,293 53,7 27,0 6g-6f 6,16 0,1 0,02 0,022 0, ,8 0,293 53,5 118,5 6f-6e 1,4 0,15 0,02 0,022 0, ,7 0,293 53,7 26,9 6e-6r 0,1 0,2 0,02 0,022 0, ,8 0,293 53,8 1,9 6r-5r 3,02 0,4 0,02 0,022 0, ,8 0,293 53,7 29,9 5r-4r 3,0 0,4 0,02 0,022 0, ,7 0,293 53,7 29,6 4r-3r 3,0 0,4 0,02 0,022 0, ,7 0,293 53,7 29,6 3r-2r 3,0 0,4 0,02 0,022 0, ,7 0,293 53,7 29,6 2r-1r 3,0 0,4 0,02 0,022 0, ,7 0,293 53,7 29,6 1r-0r 4,28 0,4 0,02 0,022 0, ,7 0,293 53,6 42,2 tabel D.3 Temperaturfordeling i cirkulationssystemet. Varmetabet er markeret med gråt. Af tabel D.3 ses, at det samlede varmetab er 1,3 ο C (55-53,7) ο C, hvilket betyder at kravet om et maksimalt varmetab på 2 ο C er overholdt og isoleringen af røret er tilstrækkelig. D.5.4 Cirkulationspumpe For at sikre at alle lejligheder har varmt vand inden for 10 sekunder er det nødvendigt at indsætte en cirkulationspumpe i systemet. Denne placeres teknikrummet. Pumpen dimensioneres ud fra det samlede tryktab for cirkulationsledningerne samt for den samlede vandstrøm. 13

16 Brohuset Ud fra tryktabsberegninger af cirkulationssystemet er der fundet et maksimalt tryktab på 16,1kPa (1,64mVS), med en samlet vandstrøm på 0,4l/s (1,44m 3 /h), se appendiks I.4. For disse værdier vælges en pumpe fra Grundfos af typen UPS B 180, der har et maks. flow på 3m 3 /h og en maks. løftehøjde på 4m. Pumpen har tre hastigheder, og med de førnævnte værdier ses det af figur D.5 at hastighed to er tilstrækkelig, hvorfor pumpen kræver en effekt på 40W [grundfos.dk] figur D.5 Cirkulationspumpe fra Grundfos af mærket UPS B 180. D.6 Dimensionering af varmeveksler I nærværende afsnit dimensioneres den varmeveksler, der skal forsyne Brohuset med varmt brugsvand. D.6.1 Forudsætninger Følgende forudsætninger gør sig gældende ved dimensioneringen: Varmeveksleren skal kun forsyne lejlighederne med varmt brugsvand, og alle lejligheder er ens. Fjernvarmevandet har en fremløbstemperatur på T prim,frem = 60 ο C. Fjernvarmevandet har en returtemperatur på T prim,retur = 15 ο C. På vamevekslerens sekundære side opvarmes vandet fra T sek,frem = 10 ο C til T sek,retur = 55 ο C. Der anvendes parametre og koefficienter for vand ved 50 ο C. Varmeveksleren er fembenet (med cirkulation) Dimensioneringen sker efter normallejlighedsmetoden [V&A Ståbi, s. 153]. 14

17 D. Brugsvandsinstallationer D.6.2 Beregningsmetode Varmevekslerens maksimale effektive effekt beregnes vha.: P 1,19 N + 18,8 N + 17,6 [kw] eff = lej lej N lej er antallet af normallejligheder og beregnes vha.: ( n p v E) N = lej 3,5 4, 36 [-] kwh hvor: n er antal lejligheder [-] p er antal beboere pr lejlighed [-] v er antal varmtvandsenheder pr lejligheder [-] E er det beregningsmæssige energibehov pr. tapsted [kwh] Fordelingen af lejligheder i Brohuset er vist i nedenstående tabel. Bygning Antal lejligheder A 49 B 40 C 30 Sum 119 tabel D.4 Fordeling af lejligheder i Brohuset. Antallet af beboere i bygningen er 238, da der regnes med 2 pr. lejlighed. Antallet af varmtvandsenheder sættes til 1[V&A Ståbi, s. 142]. Dermed kan antallet af normallejligheder i hele Brohuset findes til [V&A Ståbi, s. 142]: N lej ,36kWh = = 68 normallejligheder 3,5 4,36kWh dermed findes effekten til: Peff = 1, , , 6 = 254kW 15

18 Brohuset Herefter findes effektabet ved cirkulation på følgende måde: P ( T T ) o 3 cirk = qcirk,2 kj kg C 988kg m sek, retur 4 [kw] hvor: T sek,retur er brugsvandets anvendelsestemperatur [ ο C] T cirk er cirkulationens returtemperatur [ ο C] q cirk er cirkulationsstrømmen [l/s] Tidligere blev temperaturtabet over cirkulationsledningen fundet til 1,3 ο C med en vandstrøm på 0,4 l/s. Dermed kan effekttabet findes til: o 3 P (0,4 4,2 kj kg 988 1,3 o cirk = l s C kg m C) /1000 = 2,2kW Dette effekttab fordeles nu over antallet af lejligheder i bygning B, og bliver: 2, 2 kw = 0,0575 kw lejlighed 40 Det totale cirkulationstab for hele Brohuset bliver dermed: P, = 0,0575 kw 119 = 6,8kW cirk total Den nødvendige mærkeeffekt for varmeveksleren findes af: ( ) P P + P + P f (D.5) eff cirk veks p hvor: f p er en korrektionsfaktor for tilkalkning [-] P veks er effekttab i varmeveksleren [-] Da effekttabet i varmeveksleren er meget lille udelades denne størrelse i de videre beregninger, og korrektionsfaktoren sættes til 1,3 svarende til en primær temperatur < 80 ο C og stort renseinterval [V&A Ståbi, s. 149]. Den nødvendige mærkeeffekt bliver dermed: ( ) P ,8 1,3 = 339kW Efterfølgende bestemmes de nødvendige vandstrømme i varmevekslerens primære og sekundære side, da disse anvendes til bestemmelse af varmevekslertype. Den dimensionsgivende vandstrøm findes vha.: cirk 16

19 D. Brugsvandsinstallationer q q dim dim = Peff 4,2 [l/s] ( T T ) sek, retur ( ) sek, frem 254 kw = = 1, 34 l 4, o C s Cirkulationsvandstrømmen i varmeveksleren findes ved: q cirk = 4, 2 P cirk ( Tsek, retur Tcirk ) [l/s] q cirk 6,8 kw = = 1, 25l s o 4, ,7 C ( ) Varmevekslerens primære og sekundære vandstrømme hhv. q prim og q sek findes ud fra følgende formler: q prim Peff + Pcirk, total = [l/s] 4,2 ( T T ) prim, frem prim, retur q = q dim + [l/s] sek q cirk Dermed bliver vandstrømmene: q prim 254 kw + 6,8 kw = = 1, 38 l s o 4, C ( ) og q = 1,34l s+ 1,25l s = 2,59l s sek I nedenstående tabel er der angivet mærkedata for varmeveksleren. Varmeveksler Mærkeeffekt 339kW Primærside Sekundærside q prim T prim,frem T prim,retur q sek T sek,frem T sek,retur 1,38l/s 60 ο C 15 ο C 2,59l/s 10 ο C 55 ο C tabel D.5 Mærkedata for varmeveksler Af dataene i tabel D.5 findes en varmeveksler, der kan give den nødvendige effekt samt tilstrækkelige vandstrømme. Der vælges en AJVA rørvarmeveksler type A [oca.dk], se figur D.6. 17

20 Brohuset figur D.6 AJVA varmeveksler type A. Den valgte varmeveksler har en varmeflade på 6,4m 2 og giver en effekt på 372kW, hvilket fint dækker behovet. Den har en længde på 1580mm og en diameter på 290mm. 18

21 E. Afløbsinstallationer E Afløbsinstallationer Afløbet foregår i et separatsystem, hvorfor spildevand og regnvand betragtes hver for sig. Alle ledninger udføres i plast. E.1 Spildevand Spildevandsledningerne placeres så vidt muligt i forbindelse med brugsvandsledningerne. Da lejlighederne er ens, dimensioneres installationerne blot i en enkelt lejlighed. Ligeledes dimensioneres kun en faldstamme, da hver af disse indeholder afløb fra samme antal lejligheder. E.1.1 Lejlighederne Installationerne er indbyrdes placeret som på figur E.1. Spildevandet fra WC et ledes direkte til faldstammen, ligeledes for køkkenvasken, mens spildevandet fra vaskemaskine og håndvask ledes til bruser og herefter til faldstammen. Badeværelset leveres som en færdigproduceret enhed. figur E.1 Oversigt over lejligheden og placeringen af de enkelte installationer I tabel E.1 ses en oversigt over de enkelte installationsgenstande i en lejlighed. Ud fra hver genstand er den forudsatte spildevandsstrøm q S,f listet. 19

22 Brohuset Installationsgenstand q S,f [l/s] Køkkenvask (KV) 0,6 Vaskemaskine (VM) 0,6 Håndvask (HV) 0,3 Bruser (BR) 0,4 WC 1,8 tabel E.1 Installationsgenstande og tilhørende forudsatte spildevandstrømme [DS 432, tabel V3.2.1]. Da ledningerne er ikke-udluftede, skal diameteren bestemmes ud fra summen af den forudsatte spildevandsstrøm, og der tages ikke højde for samhørighed. Sammenhæng mellem mindste indre diameter og q S,f fremgår af tabel i [DS 432]. Ledningsstrækningerne og de dertilhørende diametre ses af tabel E.2. Ledningsstrækning q S,f [l/s] Nødvendig d i [mm] Handelsvare d y [mm] KV FS 0, VM HV 0, HV BR 0, BR FS 1, Wc FS 1, tabel E.2 Ledningsstrækningerne og diametre [DS 432, tabel ]. Faldstammen betegnes FS. Ledninger fra WC ligger erfaringsmæssigt med et fald på 12 og de øvrige lægges med et fald på 20 [V&A ståbi, pkt ]. Gulvtykkelsen i badeværelset tilpasses, så rørene kan skjules i gulvet. For at mindske antallet af forskellige diametre udføres ledningen fra vaskemaskine til håndvask med en diameter på 50mm. E.1.2 Faldstammen Faldstammen dimensioneres som en stående udluftet ledning. Ved bestemmelse af den dimensionsgivende vandstrøm q S,d tages højde for samhørighed. For q S,f mindre end 12l/s sættes q S,d til 1,8l/s. For vandstrømme større end 12l/s bestemmes q S,d af figur V i [DS 432]. 20

23 E. Afløbsinstallationer Til bestemmelse af den nødvendige diameter benyttes formel (E.1) [DS 432, pkt. A.4] hvor: q er den dimensionsgivende vandstrøm [m 3 /s] k er ruheden, som i plastrør er 0,00025m d i er den mindste indvendige diameter [m] f er fyldningsforholdet, som for stående ledninger er 0,2 q = 7,9 k di f (E.1) Som eksempel beregnes strækningen fra 5. etage til 4. etage. På denne strækning er q S,d lig 1,8l/s, hvilket svarer til 0,0018m 3 /s. d i q k 1,8 10 0, = = = 0,070m ,9 f 7,9 0,2 De øvrige mål fremgår af tabel E.3. Strækning q S,f q S,d Min. d i [l/s] [l/s] [mm] 5. etage 4.etage 3,7 1,8 70,1 4. etage 3. etage 7,4 1,8 70,1 3. Etage 2. etage 11,1 1,8 70,1 2. etage 1. etage 14,8 1,9 71,6 1. etage kælder 18,5 2,1 74,3 tabel E.3 Mindste diameter for faldstamme. Hele faldstammen udføres i Ø110, som er den nærmeste standard handelsvare. Med denne diameter er der ingen begrænsninger mht. antallet af tilsluttede WC er [DS 432, pkt ]. E.1.3 Udluftningsledning Det vælges at udføre udluftningsledningen med en diameter på 75mm. Udluftningen dimensioneres ikke direkte, men den valgte diameter kontrolleres ved en tryktabsberegning. Kælderen regnes med som etage, så der i alt er 6 etager, og dette giver en mindste beregningsmæssig luftstrøm på 29l/s. Med denne luftstrøm findes et tryktab pr. meter ledning på 17Pa og et tab i indløbet på 90Pa [V&A ståbi, pkt ]. Der regnes ikke med bøjninger i udluftningsledningen. Ledningen har en længde af 4,5m. Beregning af det samlede tryktab ses i tabel E.4. 21

24 Brohuset Placering Udregning Tryktab [Pa] Tab i indløb - 90 Tab i lige rør 4, ,5 Samlet tab 166,5 tabel E.4 Beregning af tryktab. Ved 6 etager må tryktabet ikke overstige 330Pa, og derfor kan en diameter på 75mm anvendes [V&A ståbi, s. 327]. Men da faldstammen udføres i Ø110, vælges det at føre denne rørdiameter til tag, så udluftningsledningen ligeledes bliver Ø110. E.1.4 Ledning i kælder og jord Faldstammerne føres lodret gennem kælderen og herefter via liggende ledninger ud af huset. I modsætning til brugsvand samles spildevandet ikke i kælderen under bygning B men i stedet i jord udenfor bygningen for at mindske vandets opholdstid i bygningen. Hvor ledningerne samles placeres brønde for at opnå rensemuligheder. figur E.2 Skitse over spildevandssystem i kælder. Ledningerne dimensioneres som udluftede og liggende med et fyldningsforhold på 0,5. Bestemmelse af den dimensionsgivende spildevandsstrøm foregår analogt med faldstammen. Diameter og fald fastsættes ud fra q S,d vha. dimensionsdiagrammet V b i [DS 432] Spildevandsstrømme, diameter og fald fremgår af tabel E.5. 22

25 E. Afløbsinstallationer Strækning q S,f [l/s] q S,d [l/s] Fald [ ] Min. d i [mm] Handelsvare d y [mm] S 1 / S 5 15,5 2,0 10, S 2 / S 6 31,0 2,6 9, S 3 / S 7 46,5 3,2 8, S 4 / S 8 62,0 3,6 8, S 9 124,0 4,8 7, tabel E.5 Dimension af spildevandsledninger. E.2 Regnvand Ved afledning af regnvand ses kun på bygning B, se figur E.3. Da bygningsdelen har facaderne orienteret mod nord og øst, og den fremherskende vindretning er vest, vil der ikke blive regnet med slagregn mod facaderne. figur E.3 Udvalgt tagdel markeret med skravering. Der regnes med en dimensionsgivende regnintensitet på 0,014 l/s m 2 ved en varighed på 10 min. E.2.1 Tagrender Der placeres fem nedløbsrør til afledning af den udvalgte tagdel. På figur E.4 ses placering af nedløbsrørene samt arealinddelingen. Nedløbsrørene er nummererede fra 1 til 5. figur E.4 Taget delt i afløbsarealer. 23

26 Brohuset Tagrenderne udføres halvcirkulære. Til dimensionering skal det virkelige tagareal benyttes. Der regnes med en taghældning på 10,5º Nedløb Afløbsareal Vandret areal [m 2 ] Virkelig areal [m 2 ] nr. 1 A 105,9 107,7 nr. 2 B 90,3 91,8 nr. 3 C 48,7 49,5 nr. 4 D 90,3 91,8 nr. 5 E 105,9 107,7 tabel E.6 Nedløbsrør og tilhørende arealer. Nedløbsrørets placering i forhold til arealet er ligeledes dimensionsgivende, hvorfor forholdet mellem den længste strækning til nedløbsrøret og den samlede længde af tagrenden skal bestemmes. figur E.5 Strækningernes nummerering. Nedløb L 1 [m] L 2 [m] Forhold nr. 1 11,8 3,5 0,77 nr. 2 9,6 6,8 0,59 nr. 3 12,4 1,5 0,89 nr. 4 10,5 6,0 0,64 nr. 5 7,6 7,5 0,50 tabel E.7 Længdeforhold. Udfra ovenstående oplysninger kan den indvendige diameter af tagrenderne bestemmes ved brug af dimensionsdiagrammet, se figur E.6. 24

27 E. Afløbsinstallationer figur E.6 Dimensioneringsdiagram til tagrender [V&A ståbi, s. 340] De fundne dimensioner på tagrenderne fremgår af tabel E.8. Nedløb Min d i [mm] nr nr nr nr nr tabel E.8 Nødvendig indvendig diameter for tagrender. Tagrenderne udføres i plast med en diameter på 120mm [ E.2.2 Nedløbsrør Nedløbsrørene dimensioneres ud fra samme forhold som tagrenderne. Til dimensionering benyttes diagrammet i figur E.7. 25

28 Brohuset figur E.7 Diagram til dimensionering af nedløbsrør [V&A ståbi, s. 341]. Den nødvendige indvendige diameter ses af tabel E.9. Nedløbsrør Min. d i [mm] nr nr nr nr nr tabel E.9 Nødvendig indvendig diameter for nedløbsrør. Der anvendes plastnedløbsrør med en diameter på 75mm [ E.2.3 Ledninger Placering af ledningerne i forhold til bygningen kan ses af figur E.8. Hvor nedløbsrørene går over i de liggende ledninger placeres en rensebrønd til opsamling af blade og lign. 26

29 E. Afløbsinstallationer figur E.8 Placering af ledninger. Afløbskoefficienten for tagflader er 1,0, og med en regnintetsitet på 0,014l/s m 2 fås de dimensionsgivende regnvandsstrømme som i tabel E.10. Nedløbsrør Vandret areal [m 2 ] q r,d [l/s] nr ,9 1,5 nr. 2 90,3 1,3 nr. 3 48,7 0,7 nr. 4 90,3 1,3 nr ,9 1,5 tabel E.10 Den dimensionsgivende regnvandsstrøm. Til dimensionering benyttes den samlede dimensionsgivende regnvandsstrøm. figur E.9 Nummerering af ledningsstrækninger. Det nødvendige ledningsfald og indre diameter findes ved benyttelse af dimensionsdiagrammet V b i [DS 432]. Nummerering af strækningerne fremgår af figur E.9. 27

30 Brohuset Strækning q R,d [l/s] Fald [ ] Min. d i [mm] R 1 1, R 2 2, R 3 3,5 13,5 75 R 5 1, R 4 2, R 6 6, tabel E.11 Regnsvandsledninger. Alle ledningerne udføres i Ø110mm. 28

31 F. Ventilationsanlæg F Ventilationsanlæg Ventilationsanlægget udføres som et udsugningsanlæg bestående af fire mindre identiske anlæg. Hvert anlæg forsyner to opgange, hvis skakte kun er adskilte af en betonvæg. Dermed vil hvert anlæg dække ti lejligheder. Dette gøres af hensyn til trykreguleringen. Anlægget opbygges som vist på figur F.5. I hver lejlighed er der udsugning fra en emhætte i køkkenet og udsugning fra badet. Placering af kanalerne i lejligheden fremgår af figur F.1. Der udsuges med en volumenstrøm på 20l/s og 15l/s fra henholdsvis køkken og bad [BR95, s. 124]. Der regnes i projektet ikke med forceret ventilation i køkkenet. Hele anlægget udføres med produkter fra Lindab. figur F.1 Placering af ventilationkanal i lejlighed. F.1 Kontrol af overholdelse af krav Udover krav til udsugning fra køkken og bad er der samtidig et krav om, at det samlede luftskifte pr. hele lejligheden skal være min 0,5 gang i timen. Der kontrolleres, om der med udsugning fra køkken og bad som angivet overfor er opnået et luftskifte på min. 0,5 gang i timen. Lejlighederne er på 34m 2 og der regnes med en højde i rummene på 2,5m, hvilket giver et volumen V på V = 34 2,5 = 85m 3 Luftstrømmen q bestemmes ved addition Herefter kan luftskiftet n bestemmes / 126 / q = + = l s= m h q 126 n= = = 1, 5 h V

32 Brohuset Der ses, at det opnåede luftskifte er større end 0,5h -1 hvorfor kravet fra BR95 er overholdt med den påkrævede udsugning. F.2 Udeluftventiler Tilførslen af udeluft sker gennem ventiler i ydervæggene for at undgå at der opstår undertryk i lejlighederne ved udsugning. Ventilerne placeres på ydervæggen mod Strandvejen. Der laves en sprække under døren til badet for at sikre tilstrækkelig lufttilførsel til dette rum. Der benyttes to ventiler pr. lejlighed. Den samlede volumenstrøm gennem de to ventiler er 35l/s, idet der ses bort fra infiltration i bygningen. Der vælges at benytte udeluftventiler af typen ULA, da disse leveres med støjdæmpning (figur F.2). figur F.2 Billede af udeluftventil af typen ULA [Lindab Comfort, s.369]. Ventilerne placeres nær loftet, hvorved luften ledes opad og trækgener i opholdszonen undgås. Ventilerne er regulerbare fra gulvet. F.3 Emhætte Der vælges en emhætte uden ventilator for at mindske støjgener i lejligheden. Emhætten på figur F.3 er af typen LEH25110, som monteres til central udsugningsanlæg. figur F.3 Emhætte af typen LEH25110 [Lindab Tilbehør, s. 73] 30

33 F. Ventilationsanlæg F.4 Udsugning fra bad Til udsugning i badet anvendes en kontrolventil af typen KU. Ventilen kan monteres på cirkulære rør ved hjælp af en standard bajonetfatning. figur F.4 Kontrolventil KU [Lindab Comfort, s. 349]. F.5 Rørdimensioner Rørdimensionerne bestemmes ud fra den totale udsugningsluft og et maksimalt tryktab på 0,9Pa/m af hensyn til støj. Diameterne fastsættes ud fra figur 3.14 i [Danvak], hvorefter hastigheden v bestemmes ud fra formel (0.1). q v = π d 4 2 (0.1) hvor: q er den samlede volumenstrøm [m 3 /s] d er rørdiameteren [m] De udregnede hastigheder sammenholdes med de maksimalt tilrådelige opstillet i figur 3.14 i [Danvak]. Rørdimensionerne fremgår af tabel F.1. Luftmængde [l/s] Rørdiameter [mm] Hastighed [m/s] , , , , ,6 tabel F.1 Bestemmelse af rørdimension. 31

34 Brohuset F.6 Ventilator Ventilatoren dimensioneres ud fra tryktabet i systemet. Da tryktabet over emhætten ikke er oplyst i produktkataloget, fastsættes dette til 120Pa [Danvak, s. 61]. Friktionstabet i de enkelte strækninger fastsættes ud fra [Lindab Ventilation], idet der anvendes cirkulære rør af typen Safe. Tryktabet bestemmes fra ventilatoren (G) til det farligste punkt i systemet (A), som anses at være emhætten i lejligheden i stuen. Der foretages kun en overslagsberegning af tryktabet, hvorfor der ses bort fra tryktab i bøjninger, grene og lyddæmpere. En principiel opbygning af anlægget fremgår af figur F.5. figur F.5 Principiel opbygning af ventilationsanlæg med strækningsbetegnelser. 32

35 F. Ventilationsanlæg Tryktabsberegningen fremgår af tabel F.2. Der ses at der er et samlet tryktab på 127Pa. Denne beregning skal tages med stort forbehold, da der kun er taget hensyn til tryktab i de lige rør. Strækning Længde [m] Diameter [mm] Hastighed [m/s] Friktionstab [Pa/m] Tryktab [Pa] A 120 A B ,5 - - B C ,9 0,8 2,4 C D ,5 0,3 0,9 D E ,3 0,25 0,75 E F ,9 0,5 1,5 F G ,6 0,7 1,4 Samlet tryktab 126,95 tabel F.2 Beregning af tryktab. Den samlede volumenstrøm over ventilatoren bliver = 350l/s. Der vælges en boksventilator af typen IRE315B. Arbejdskurven for denne ses af figur F.6. figur F.6 Arbejdskurve for IRE315B [Lindab tilbehør, s. 23] 33

36

37 G. Solvarmeanlæg G Solvarmeanlæg Solfangeranlægget projekteres ved at funktionskravene og det forventede varmtvandsforbrug bestemmes, hvorudfra alle relevante størrelser skønnes ved hjælp af erfaringsmæssige formler. Efterfølgende føres disse værdier ind i Kviksol, som er et analyseprogram for solfangeranlæg, udarbejdet af Prøvestationen for Solenergi. Kviksol beregner anlæggets ydelse. Ved hjælp af resultaterne fra Kviksol, foretages en række detailberegninger som derefter føres ind i stedet for de skønnede værdier, hvormed de endelige resultater for anlægget kan beregnes. G.1 Værdier til skitseforslag For at kunne dimensionere et solvarmeanlæg og vurdere dets rentabilitet, må det forventede varmtvandsforbrug bestemmes. Dette gøres ved først at opstille de ønskede funktionskrav til det varme vand og produktionen heraf, og dernæst bestemme det samlede energiforbrug. G.1.1 Funktionskrav Følgende krav til det varme brugsvand kræves overholdt: - Vandet skal af hensyn til afskylning i køkkener ikke have temperaturer lavere end 55 C - For at undgå skoldning må vandet ikke have temperaturer højere end 65 C - Varmtvandsproduktionen i varmtvandsbeholderen skal ske således at eventuel bakterievækst minimeres, derfor skal vandet i beholderen kunne opvarmes til 65 C - Varmtvandsbeholderen inkl. regulering og elektrolyse skal udformes så der ikke dannes isolerende belægninger på spiralerne 35

38 Brohuset G.1.2 Opbygning af anlæg Solvarmeanlægget udformes som vist i figur G Pa Varmtvandsbeholder 13 4 Suppleringsdel 14 5 Soldel Solfanger Regulering af fjernvarmetilførelse 2. Trykdifferensregulator 3. Temperaturmåler 4. Fjernvarmespiral 5. Solvarmespiral 6. Trevejs blandeventil (skoldningssikring) 7. Cirkulationspumpe 8. Manometer 9. Sikkerhedsventil 10. Kontraventil med afspæring 11. Styringsenhed 12. Koldtvandstilførelse 13. Varmtvandstilførelse 14. Cirkulationstilførelse Varmt brugsvand 7 Cirkulation Koldtvandstilførelse Pa 9 Ekspansionsbeholder Afløb figur G.1 Principskitse af solvarmeanlæggets opbygning. Med hensyn til afløbet, pkt.9 på figur G.1, skal det bemærkes at dette ikke må tilkobles spildevandsnet. I stedet skal solfangervæsken opsamles i en beholder og på en forsvarlig måde tilintetgøres. Styring For soldelen benyttes differensstyring hvor cirkulationen af solfangervæsken først begynder når temperaturen i solfangerne er 6 C højere end temperaturen i beholderen målt i bunden ved soldelens spiralveksler, se figur G.1. Cirkulationen stopper igen når temperaturforskellen er reduceret til 2 C. Suppleringsdelen styres ved, at cirkulationen heri begynder, når temperaturen i beholderen kommer under 55 C. G.1.3 Tappeprogram Det samlede varmtvandsforbrug skønnes fordelt over døgnet som vist i tabel G.1. 36

39 G. Solvarmeanlæg Time Forbrug [%] Time Forbrug [%] tabel G.1 Tappeprogram for Brohuset. Tappeprogram pct. af døgnforbrug Time i døgnet figur G.2 Tappeprogram for Brohuset. Desuden forudsættes der ikke at være forskel på forbruget over ugens dage. Forbruget forudsættes ligeledes ens over månederne, dog med undtagelse af juli, hvor forbruget på grund af sommerferien skønnes at være halvt så stort som resten af året. G.1.4 Varmtvandsbeholder Det nødvendige beholdervolumen kan for solfangeranlæg skønnes vha. følgende formel [MST] hvor: V er det nødvendige beholdervolumen [m 3 ] V suppl er det nødvendige suppleringsvolumen [m 3 ] V = 0,75 døgnforbrug + V (G.1) suppl 37

40 Brohuset Døgnforbruget af varmt vand skønnes at være 90l/lejlighed, hvilket giver et samlet døgnforbrug på = 3600 l / døgn Størrelsen af det nødvendige suppleringsvolumen bestemmes ud fra antallet af normallejligheder. Til at bestemme den nødvendige effekt benyttes formlen for gennemstrømningsvarmevekslere. Dette vurderes at være rimeligt da effekten blot benyttes som en gennemsnitsværdi pr. normallejlighed. Antallet af normallejligheder findes som tidligere vist i bilag XXX (dim. af brugsvand). Antallet af normallejligheder i bygning B bestemmes til: N lej ,36kWh = = 24 normallejligheder 3,5 4,36kWh dermed findes effekten til: Peff = 1, , , 6 = 138,3kW svarende til en effekt pr. normallejlighed på 138,3 = 5,8 kw / lejl. 24 Suppleringsvolumen pr. normallejlighed findes ud fra fig. V i [DS439] til 10l, svarende til et samlet suppleringsvolumen, V suppl på 240l. I henhold til [DS439, pkt.2.5.2] påføres et bidrag hertil hvor: f V er en korrektionsfaktor på 1,15 Det geometriske volumen bliver dermed V = f V (G.2) V suppl V = 1, = 276l Det nødvendige beholdervolumen V eff findes således til Veff = 0, = 2976l Udformning af beholder Varmtvandsbeholderen udføres som en cylinder med et højde/diameter-forhold på 1, da volumenet er større end 3000l [MST]. I praksis udføres beholderen med afrundet top og bund, dette medregnes ikke her. Beholderens højde og diameter kan dermed findes af formel V d = h= 3 = 3 = 1, 56 m (G.3) π π

41 G. Solvarmeanlæg Varmetab fra beholder Beholderen forsynes med 100mm isolering i bunden og på den lodrette yderside, mens der på toppen etableres 200mm. Der benyttes en varmeledningsevne på 0,04W/mK. Under disse forudsætninger kan overslagsmæssige værdier for varmetabskoefficienten under drift og stilstand for beholderen nu beregnes. Den samlede varmetabskoefficient skønnes ved hjælp af nedenstående formel 2/3 2/3 0, 021 0, ,34 / UA = V = = W K Varmetabskoefficienten ved stilstand bestemmes ( ) UAstilstand = 4,34 + 0, = 9,80 W / K Varmetabskoefficienten ved drift bestemmes af nedenstående formel UAdrift = UAstilstand + 0, 01 V = 9,80 + 0, = 10,35 W / K G.1.5 Spiralveksler for soldel Af det samlede beholdervolumen udgør soldelen (figur G.1) 3 Vsol = 0,75 F = 0,75 3,6 = 2,7 m / døgn AV/F>30 25<AV/F<30 15<AV/F<25 10<AV/F<15 AV/F<10 Vsol>1,5F 1,0F<Vsol<1,5F 0,75F<Vsol<1,0F 0,5F<Vsol<0,75F Vsol<0,5F tabel G.2 Overslagsbestemmelse af solfangerareal og soldelensvolumen. [MST] Ud fra tabel G.2 findes solfangerarealet herefter til: A = 15 F = 15 3,6 = 54m hvor: F er soldelens volumen [m 3 ] A c er solfangerarealet [m 2 ] Herefter kan varmeoverføringsevnen for spiralveksleren findes ud fra erfaringsværdier fra Prøvestationen for Solenergi. c 2 39

42 Brohuset UA = K1+ K 2 T K1 = 16, 7018 A K2 = 0, 4411 A L 1,0648 c 1,0864 c (G.4) hvor: UA er varmeoverføringsevnen [W/K] K1 og K2 er erfaringsværdier [kw/k] og [kw/k 2 ] T L er lagertemperaturen i beholderen [ C] Lagertemperaturen sættes til 55 C hvorefter varmeoverføringsevnen findes til: 1,0648 1,0864 UA = 16, , = 3017 W / K For at finde den nødvendige vekslerspiralslængde benyttes programfilen vekslerspiral.m (Appendiks I.1). Længden findes ved iterative beregninger. Inddata som benyttes i programfilen er vist i tabel G.3. Væskestrømmen er fundet ud fra solfangerens datablad (Appendiks I.2) hvor den er sat til 0,02kg/s/m 2. I solfangersystemet benyttes en 40% propylenglykolvæske og temperaturen i spiralen regnes som værende 60 C. Viskositeten for denne væske bestemmes [Notat U-002] ρ = + + (996,5 152,3 10 x 96, 6 10 x ) ( 1, 7 146,1 10 x + 76,7 10 x ) 10 T + ( 38,4 + 62,1 10 x 30,8 10 x ) 10 T (G.5) hvor: ρ er solfangervæskens massefylde [kg/m 3 ] Massefylden bestemmes til 1007kg/m 3. Omregnet til l/min for det pågældende system bliver denne: v s A = = = ρ ,02 c 0, ,4 l / min vand Inddata Værdi Propylenglykolprocent 40% Vekslerspiralens indvendige diameter 0,032m Vekslerspiralens udvendige diameter 0,035m Vekslerspiralens varmeledningstal, kobber 394W/(mK) Middellagertemperatur [10;30;50;70] Volumenstrøm 64,4l/min tabel G.3. Inddata til programfilen. 40

43 G. Solvarmeanlæg Der skønnes herefter en længde af vekslerspiralen, således at kurven for den erfarede værdi (formel G.4) og for den beregnede værdi (Appendiks I.1) skærer hinanden i den ønskede lagertemperatur, (figur G.3). figur G.3. Spiralvekslerens varmeoverføringsevne som funktion af temperaturen. Den stiplede linie betegner erfaringskurven. Den skønnede længde af spiralveksleren er på 45,8m (Appendiks I.1), og hermed findes K1 og K2 til henholdsvis 655,4W/K og 43W/K 2. Det ses, at kurven skærer omkring 55 C og her er varmetabskoefficienten beregnet til 3,019kW/K. G.1.6 Suppleringsdelens varmespiral Suppleringsdelen tilsluttes det eksisterende fjernvarmenet og den nødvendige effekt er i afsnit G.1.4 fundet til 138,3kW. I praksis vil varmefladerne ved de høje temperaturer tilkalke, hvorfor der regnes med et sikkerhedstillæg til effekten. Den ønskede effekt findes af [V&A Ståbi, pkt.7.7.2] hvor: Pønske = Peff fp (G.6) f p er en korrektionsfaktor for tilkalkning afhængigt af primærtemperatur og renseinterval Primærtemperaturen er under 80 C og der regnes, for at være på den sikre side, med et stort renseinterval. Dermed bliver f p =1,3 [V & A Ståbi, pkt.7.5.2] og den ønskede effekt bliver 41

44 Brohuset Pønske = 138,3 1,3 = 179,8kW Det er således nødvendigt at varmespiralerne i suppleringsdelen skal afgive en effekt på knap 180kW. Ud fra denne og de forudsatte temperaturer kan den krævede varmeafgivelse (UAværdi) for varmespiralen findes. UA sup,spiral P t ønske = (G.7) m hvor: t m er middeltemperaturdifferensen givet ved tf tr tf t ln t t R L L Middeltemperaturdifferensen bliver da tm = = 39 C ln hvorefter den krævede varmeafgivelse for varmespiralen kan findes af (G.7) UA sup,spiral 179,8 kw = = 4,6 39 K G.2 Placering af spiralvekslere Placering af spiralvekslerne i soldelen og i suppleringsdelen skal også fastlægges som inddata til Kviksol. Hermed bestemmes højde af de enkelte spiralvekslere i disse to områder i varmtvandsbeholderen. G.2.1 Placering af spiralveksler i soldelen Dimensionen af rørene i soldelen er fastlagt til en ydre diameter på 35mm og en godstykkelse på 1,5mm. Der fastlægges en lodret afstand mellem rørene på 5mm, og placeringen af spiralen er vist i figur G.4 og figur G.5. 42

45 G. Solvarmeanlæg figur G.4 vandret snit af beholderen der viser spiralvekslerens placering Hermed bliver højden af spiralveksleren i soldelen: L spiral spiral h= dy + s dspiralπ dspiralπ 45,8 0,25 45,8 0,25 h= 0, ,005 = 0,215m 0,679π 0,679π Højden af spiralveksleren er illustreret i figur G.5. L figur G.5 Lodret snit af beholderen der viser spiralveksleren i soldelen 43

46 Brohuset G.2.2 Placering af spiralveksler i suppleringsdelen Der vælges at udforme suppleringsdelen som en enkelt spiral i beholderen. I afsnit G.1.4 findes suppleringsvolumen til 240L. Hermed kan højden af spiralen findes. 4 V 4 0,24 h= = = 0,189m 2 π d π 1, 63 Placeringen af de to spiralvekslere er vist i figur G figur G.6 Lodret snit af varmtvandsbeholderen med de to spiralvekslere. G.3 Simulering af skitseforslag Alle de ovennævnte beregninger og forudsætninger indføres nu i Kviksol og resultaterne vist nedenunder fremkommer. Der benyttes i alt 27 solfangere fra NilSol ApS af typen Danmax 2 D2133, med et samlet areal på 54,5m 2. 44

47 G. Solvarmeanlæg figur G.7 Resultater fra simulering af skitseforslag i Kviksol, side 1/2. 45

48 Brohuset figur G.8 Resultater fra simulering af skitseforslag i Kviksol, side 2/2. 46

49 G. Solvarmeanlæg Af de ovenstående resultater ses det først og fremmest at varmtvandsanlægget kan levere den fornødne mængde varme brugsvand. Derudover ses bl.a. at solfangerne bidrager med ca. 31,5% af det samlede årlige forbrug, samt at de maksimale temperaturer i henholdsvis solfangere og varmtvandsbeholder er 97,2 C og 94,8 C. G.4 Ledningsdimensionering Ud fra beregningerne af skitseforslaget i Kviksol foretages nu en ledningsdimensionering af retur- og fremløb til solfangerne. Varmtvandsbeholderen placeres, som tidligere nævnt, i kælderen hvorfra rørene for både retur- og fremløb føres lodret op gennem en installationsskakt til solfangerne. Rørsystemet udføres i kobberrør med en isoleringstykkelse på 21mm. En udførelsesmæssig mere bekvem løsning kun være opnået ved at etablere rørsystemet i plast, men dette er, grundet de høje temperaturer der kan forekomme, ikke muligt. Antallet af solfangere øges fra 27 til 30 solfangere der placeres parallelt som vist på tegning I.7. I det følgende eftervises de fundne rørdimensioner og tryktabene kontrolleres, hvorefter ekspansionsbeholderen og pumpen ligeledes kan dimensioneres. Ved bestemmelse af tryktab opdeles rørsystemet i to dele, henholdsvis frem- og returløb. Udregningen af tryktabene og rørdimensionerne, er bestemt på tilsvarende vis som ved dimensioneringen af brugsvandssystemet (Bilag D), og kan ses i Appendiks I.4. I forbindelse med fastlæggelsen af tryktabet skal størrelsen af massefylden og den kinematiske viskositet for solfangervæsken bestemmes. Disse afhænger begge af temperaturen og er derfor forskellige for retur- og fremløb. I solfangersystemet benyttes en 40% propylenglykolvæske og temperaturen i fremløbet sættes til 20 C og 60 C for returløb. Den kinematiske viskositet bestemmes af formel (G.8) [Notat U-002] og massefylden bestemmes som vist i afsnit G.1.5. ν ,38810 x 6 ( 1,709 1,92110 x 0,6 10 x ) 10 T = (1,293 e ) 10 e (G.8) hvor: ν er den kinematiske viskositet [m 2 /s] x er solfangervæskens propylenglykolindhold i procent [-] T er væskens temperatur [ C] Rørsystemet for solfangeranlægget er opbygget som vist på tegning I.7 i tegningsmappen. Af tegningen ses at de tre afgreninger for solfangerne, strækning A-A11, B-B11 og C-C11 er ens og derfor dimensioneres kun for afgrening A, da denne ligger længst fra varmtvandsbeholderen. Tilsvarene er gældende for returløbet. I første omgang var tryktabsberegningerne foreta- 47

50 Brohuset get med den først fundne dimension på soldelens varmespiral, men denne forårsager et for stort tryktab. Derfor ændredes varmespiralens længde til 52m og den indre diameter til 51mm. I tabel G.4 er tryktabene og rørdimensionerne for de enkelte strækninger opstillet. Strækning Vandstrøm [l/s] Rørdimension [mm] Rørlængde [m] Tryktab [kpa] A10-A11 0, ,10 0,55 A9-A10 0, ,10 1,9 A8-A9 0, ,10 3,8 A7-A8 0, ,10 2,3 A6-A7 0, ,10 3,4 A5-A6 0, ,10 1,6 A4-A5 0, ,10 2,1 A3-A4 0, ,10 2,6 A2-A3 0, ,10 3,3 A1-A2 0, ,16 3,4 A-A1 0, ,21 1,0 B-A 0, ,20 3,4 C-B 0,73 25,6 2,20 3,5 D-C 1, ,96 1,1 E-D 1, ,78 2,4 F-E 1, ,05 18,8 G-F 1, ,92 8,6 H-G 1, ,60 3,8 Spiral 51 52,0 10,1 Solfanger 1,82 tabel G.4 Tryktab i fremløbet. 48