1.0 Opbygning 1.1 Generelt 1.2 Enstrengede anlæg 1.3 Tostrengede anlæg 1.4 Naturligt drivtryk Redigering: Jørgen Lange Nielsen (IHA) Forfatter: Lisbeth Lindbo Larsen (NNE) og Jørgen Lange Nielsen (IHA) Materiale udlånt af: Kaj Christensen (BYG DTU) Review: Kaj Christensen (BYG DTU) og Toke Rammer Nielsen (BYG DTU) Fordelingsledninger 1.1 Generelt Læsevejledning: Ved fordelingssystemet forstås her de rør, der benyttes til transport af det varmegivende medium fra forsyningsanlæg til og fra de varmeafgivende elementer. I nedenstående er der fokuseret på de mest forgrenede fordelingssystemer hvilket typisk er til radiatoranlæg. Fordelingssystemets opbygning i teknikrum o. lign. er ikke medtaget. Fordelingssystemer med vand som medium kan man forsøge at opdele i hovedsystemer med undergrupper - men der er utallige kombinationsmuligheder. Skema 1.1 giver en oversigt over almindeligt forekommende systemer. I nybyggeri anvendes i praksis kun tostrengsanlæg og de typiske valg af materialer er vist i kapitlet Projekteringstegning Varme. Vedrørende materialer er der i skema 1.1 kun medtaget de typisk anvendte. For at få det bedste overblik kan man gennemgå de m detaljerede forklaringer i underafsnit 1.1 og 1.2 nedenfor og vend så igen tilbage til oversigten i skema 1. Kig så på kapitlet Projekteringstegningerne og læs Projekteringsforløb. Herefter kan du læse underafsnit 1.3. Hovedsystem Fordeling Strengenes placering Typisk materiale Enstrengede anlæg Fordeling foroven Lodrette strenge (fig.1.1) Stålrør Vandrette strenge Stålrør Fordeling forneden Lodrette strenge Stålrør Vandrette strenge Stålrør Tostrengede anlæg Fordeling foroven Lodrette strenge (fig.1.4) Stålrør Vandrette strenge Stålrør Fordeling forneden Lodrette strenge (fig.1.2) Stålrør Vandrette strenge (fig.1.3) Stålrør og kobber Sløjfesystem Vandrette strenge Pex-rør i rørsystem Fordelerrørssystem Vandrette strenge (fig.1.6) Bløde stålrør Kobberrør Pex/aluminium Centralstammeanlæg Fordeling forneden og Vandrette strenge (fig.1.5) Stål til fordeling og diverse lodrette stammer til strenge Tabel 1.1: Oversigt fordelingssystemer og typiske materialer Udgave 1 Marts 04/JLN Danvak Uddannelsesgruppen Side 1 af 7
1.2 Enstrengede anlæg Enstrengsanlæg fungerer således, at vandet dels løber gennem radiatoren og dels løber gennem mellemstikket (d.v.s. uden om radiatoren) hvis der er et varmebehov - se fig.1.1. Hvis der ikke er et varmebehov og radiatorventilen er lukket, løber alt vandet gennem mellemstikket. Dette betyder, at i dimensioneringstilstanden vil temperaturen falde i strømningsretningen og at der vil være forskellige fremløbstemperaturer for radiatorer på samme streng. For enstrengsanlæg gælder det, alt andet lige, at radiatorstørrelserne vokser (større varmeafgivende flade) jo længere væk man bevæger sig fra fremløbsledningens start. Såfremt radiatorerne har samme varmeafgivelse kan størrelserne variere med op til 35 % gennem et anlæg. Ved renoveringsprojekter kan man stadig støde på enstrengsanlæg hvorfor deres virkemåde er beskrevet. Beregning af enstrengsanlæg er beskrevet i litteratur (3). Ovnstik/ Radiatorstik Mellemstik Figur 1.1 - Enstrengsanlæg. Fordeling fra oven, lodrette strenge Det enstrengede anlæg er karakteriseret ved en enkel rørføring, da der ikke er separate rør til fremløb og returløb. Derimod passerer det samme vand flere radiatorer, hvorved vandet bliver koldere og koldere efterhånden som det kommer længere frem i rørsystemet. Dette gør, at man under dimensioneringen må bruge relativ lille afkøling i hver radiator, da de sidste radiatorer ellers vil få alt for koldt vand. Dette resulterer i, at afkølingen over strengen bliver lille, hvorfor enstrengede anlæg ikke er de bedst egnede til fjernvarmesystemer, hvor det netop tilstræbes at få en stor afkøling. Renoveringsprojekter har dog fremvist ganske pæne afkølinger så man bør ikke forhaste sig til at udskifte eksisterende anlæg. Den besparelse man regnede med at opnå ved den enkle rørføring, går dog som regel tabt, idet de sidste radiatorer skal være større (ved sammenligning med tostrengede anlæg se nedenfor). Enstrengsanlæg anvendes ikke mere i nyanlæg, da det er svært at udvide pga. den faldende fremløbstemperatur og samtidigt kunne opfylde bygningsreglementets krav om en maks. fremløbstemperatur på 70 C. Udgave 1 Marts 04/JLN Danvak Uddannelsesgruppen Side 2 af 7
1.3 Tostrengede anlæg Det tostrengede anlæg er karakteriseret ved, at der er separate rør (også benævnt ledninger) til fremløb og retur (se fig. 1.2). Dette bevirker bl.a., at alle radiatorer får vand med stort set samme temperatur. I dag anvendes ved nybyggeri udelukkende tostrengsanlæg og disse kan kobles efter forskellige principper. De forskellige fremføringsprincipper kan kombineres på mange måder og nedenfor er hovedprincipperne gennemgået. 1.3.1 Tostrengede anlæg med fordeling foroven Fordelingsledningen placeres på loftet (se princip for fremløbsstreng fig.1.4) på den varme side af loftsisoleringen og forsynes med en udluftningspotte, hvorigennem udluftningen sker. Denne type er mest anvendt i ældre og lidt større ejendomme, da den er relativ let at indregulere og udbygge. Tostrengede anlæg er i dag dominerende ved nyanlæg og det er denne type, som primært vil blive behandlet i afsnittet om afsnit 3.Rørberegninger og kapitlet Indregulering 1.3.2 Tostrengede anlæg med fordeling forneden Dette er en ofte anvendt anlægstype (se fig. 1.2) hvor fordelingsledningerne placeres i kældre eller ingeniørgange. Skal et anlæg udbygges/udvides senere, kan det være nødvendigt at ændre forsyningsledninger i kældre/ingeniørgange til en større dimension. Stigestrenge m.v. er de samme, anlægget skal bare beregnes (hydraulisk) og forindstillinger (indreguleringsventiler position) ændres. Strenge H Returstreng sstreng Fordelingsledninger Figur 1.2 - Tostrenget anlæg, traditionelt parallelkoblet, fordeling forneden med lodrette strenge. Højdeforskellen H mellem nederste og øverste fremløb på stigestrengen, anvendes ved beregning af det naturlige drivtryk se afsnit 1.4 1.3.3 Tostrengede anlæg med vandrette strenge Det er ikke altid, at det er hensigtsmæssigt at udføre varmeanlægget med lodrette strenge. I f.eks. et kontorhus med mange kontorer liggende på række kan det være mere hensigtsmæssigt at benytte anlæg med vandret fordeling, hvor strengene gennembryder vægkonstruktionerne, se figur 1.3. Udgave 1 Marts 04/JLN Danvak Uddannelsesgruppen Side 3 af 7
I kontorbyggeri vil sådanne anlæg ofte udføres med strengene fremført skjult under en vindueskarm, hvor der også er plads til el- og datakabler, se 2.0 Rørmaterialer. Føring over nedhængt loft forekommer også ofte, men man vil her se de lodrette nedføringer af radiatorstik. I øvrigt er varmebehovet i kontorbyggeri relativt beskedent (p.g.a. overskudsvarme), men trods dette laves der stadig mange traditionelle varmeanlæg med radiatorer. Der er dog alternative opvarmningsformer i form af kombinerede ventilations- og opvarmningsaggregater og nye principper med små paneler med varierende konvektiv varmeafgivelse (varmerør med ventilator). Det naturlige drivtryk (se afsnit 1.4) vil for anlæg med vandrette strenge i flere etager, forrykke balancen mellem strengene, men ikke balancen mellem radiatorerne indenfor de enkelte strenge. Fordelingsledninger Figur 1.3 - Tostrenget anlæg, traditionelt parallelkoblet, fordeling forneden med vandrette strenge 1.3.4 Tostrengede anlæg med vendt retur Vendt retur betyder at returledningerne føres modsat rundt i bygningen se figur 1.4. Hver radiator har dermed den samme samlede længde af forsyningsledninger (fremløb og retur), regnet fra pumpen igennem radiator og tilbage til pumpen. Fordelen ved vendt retur ligger i, at man opnår omtrent ens tryktab (modstand i rørsystem) frem og tilbage til varmeafgiverne. De dimensioneringsmæssige fordele er, at man kun skal beregne tryktab for én varmeafgiverkreds, hvorefter tryktabet for de øvrige rørkredse til varmeafgivere stort set vil være det samme. I forhold til det ønskede tryktab i reguleringsventiler er variationerne i de enkelte kredses tryktab minimale. Reguleringsteknisk er vendt retur ligeledes at foretrække, idet ventilindstillingerne (indsættelse af modstand) kun vil blive afhængig af vandmængden igennem ventilerne. Ulempen ved vendt retur kan være et lidt større materialeforbrug p.g.a. et længere ledningsstræk, fordi returen skal køre en omvej. Dette undgås i anlæg bygget op med ringledning. Man kan undgå merforbrug af materiale ved vendt retur ved f.eks. fra en teknikskakt at føre henholdsvis frem- og returledningen hver sin vej rundt i huset en slags ringledning Udgave 1 Marts 04/JLN Danvak Uddannelsesgruppen Side 4 af 7
Figur 1.4 - Tostrenget anlæg med vendt retur. Fordeling foroven med lodrette strenge 1.3.5 Centralstammeanlæg Udover de nævnte varianter af en- og tostrengede anlæg skal også nævnes de såkaldte centralstammeanlæg, som bruges en del i kontorbygninger og boligblokke. Her anvendes skakte til at føre to strenge lodret op gennem bygningen og strengene forgrener sig derfra ud på hver etage, hvor varmeanlægget så kan være enstrenget eller hyppigst tostrenget, se fig. 1.5 og fig. 1.6. 1.3.6 Fordelerrørssystem Fig. 1.6 viser tostrenget anlæg af fordelerrørstypen, hvor centralt placerede fordelerrør forbindes med koblingsrør, der så forsyner de enkelte radiatorer med vand. Koblingsrørene bliver ofte ført i et dobbelt rørsystem benævnt rør i rør. Dette består i, at et medierør (typisk pex-rør) placeres i et større føringsrør (plast) således installationen bliver udskiftelig trods skjult indbygning. I forbindelse med vandret føring over nedhængt loft kan der som radiatorstik føres pex- rør i væg (indfræst eller i udsparring) og afsluttet med en koblingsdåse ud for radiator tilslutning. 1.3.7 Sløjfesystemer For at undgå skjulte samlinger (f.eks. under gulve) kan der anvendes et tostrengssystem hvor man fører fremløb og returledning frem ved at sløjfe fra radiator til radiator. Til dette anvendes forskellige fleksible rørmaterialer som tilsluttes til radiatoren via specielle rørkoblinger. Se eksempel på rørføring i kapitlet Tegningseksempel. 1.3.8 Balance i tostrengede anlæg Når afkølingen i anlægget varierer, vil indvirkningen af det naturlige drivtryk (se nedenfor) gøre, at det tostrengede anlæg principielt kun kan indreguleres i balance ved en bestemt udetemperatur. Se i øvrigt kapitlet Indregulering. Figur.1.5 Centralstammeanlæg - her anvendt i et enstrengsanlæg Figur. 1.6 - Fordelerrørssystem (her anvendt i et centralstammeanlæg) Udgave 1 Marts 04/JLN Danvak Uddannelsesgruppen Side 5 af 7
1.4 Naturligt drivtryk 1.4.1 Generelt Alle nye varmeanlæg er i dag forsynet med én eller flere pumper til at cirkulere det varmegivende medium (varmt vand). Pumpens hydrauliske virkning er, at tilføre vandet den mængde energi, som er nødvendig for at overvinde strømningsmodstanden i anlægget. Pumpen får lidt hjælp af det naturlige drivtryk, som skyldes at vandet i forskellige punkter af anlægget har forskellige temperaturer og dermed forskellig densitet. Da koldt vand er tungere end varmt vand, giver densitetsforskellene en trykdifferens i anlægget. Det naturlige drivtryk kan tilnærmet beregnes efter formel 1.1. P = H g ( ρ ρ R ) Formel 1.1 - beregning af naturligt drivtryk P F H: højdeforskellen i anlægget (m) - se fig. 1.2. g: tyngdeaccelerationen (m/s 2 ) ρ: densiteten (kg/m 3 ) for henholdsvis fremløb (F) og retur (R) I praksis er det skik og brug at se bort fra det naturlige drivtryk ved bygninger med moderat højde, idet pumpetrykket giver langt det største bidrag til vandets cirkulation. I øvrigt ønskes af reguleringstekniske grunde altid et relativt højt tryktab ved varmegiverne i forhold til forsyningsstrengene. Beregning af drivtrykket er gennemgået i litteratur (2) og (3). Det naturlige drivtryk, som varierer med fremløbstemperaturen og afkølingen (temperaturfaldet) vil gøre, at det disponible drivtryk ikke vil være konstant - og når drivtrykket varierer, vil den cirkulerende vandmængde også variere. 1.4.2 Balance i tostrengede anlæg Det naturlige drivtryk vil, i anlæg med vandrette strenge og flere etager, forrykke balancen mellem strengene, men ikke balancen mellem radiatorerne indenfor de enkelte strenge. Ved anlæg med lodrette strenge vil vandmængdens fordeling mellem strengene derimod stort set være upåvirket af det varierende drivtryk og balancen mellem strengene vil ikke forrykkes. Det naturlige drivtryk gør sig imidlertid i disse tilfælde gældende indenfor den enkelte streng og ved et tostrenget anlæg vil det søge at trykke mere vand gennem de øverste radiatorer på de nederstes bekostning. Dette forhold varierer med afkølingen og vil altså være stærkere i den strenge vintertid end i overgangsperioderne. Navnlig ved høje huse er denne variation stor. For at imødegå dette, må der indskydes en betydelig modstand (indregulering) ved radiatoren i tostrengede anlæg, f.eks. i radiatorventilen (forindstillingsværdi), idet trykfaldet gennem radiatorkredsløbet skal være dominerende i forhold til variationen af det naturlige drivtryk. Vidste du, at ventilmodstanden i den øverste radiator i et tostrengsanlæg, med en højdeforskel på 30 m imellem nederste og øverste radiator, skal være ca. 10 KPa? Dette er for at neutralisere indvirkningen fra det naturlige drivtryk - se litteratur (2). Udgave 1 Marts 04/JLN Danvak Uddannelsesgruppen Side 6 af 7
Øverste radiators nødvendige ventilmodstand p.g.a. indvirkning fra naturligt drivtryk kan tilnærmet udregnes efter formel 1.2. ( ρ ρ ) g H H R P > 2 VENTIL F Formel 1.2 Tilnærmet beregning af Ventilmodstand R R: Tryktab i rør (Pa/m) se afsnit 3.0 Rørberegninger 1.4.3 Balance i enstrengede anlæg Enstrengede anlæg er langt mere stabile, idet det naturlige drivtryk inden for strengen kun påvirker vandføringen mellem de enkelte radiatorer og deres mellemstik. Her er drivhøjden meget lille og navnlig er virkningen omtrent den samme for alle radiatorer. Denne fordel gør imidlertid ikke at enstrengede anlæg foretrækkes frem for tostrengede anlæg. Læsevejledning: Læs nu afsnit 2.materialer og 4. projekteringsovervejelser. Læs derefter kapitlet om varmegivere og senere rørberegninger. Kig så på beregningseksemplet under kapitlet Indregulering som understøtter kapitlet tegningseksemplet. Udgave 1 Marts 04/JLN Danvak Uddannelsesgruppen Side 7 af 7