4 Dimensionering af installationer til varmt brugsvand
Der er ingen principiel forskel på dimensionering af ledninger til koldt og varmt vand; der gælder de samme regler for beregning af dimensionsgivende vandstrømme og tryktab. I bygningsreglementet er der imidlertid nogle andre forhold, som gælder specielt for varmt vand:
- Anlæg til produktion af varmt brugsvand skal under hensyntagen til varmtvandstapstedernes antal og brug kunne yde en tilstrækkelig vandmængde og vandstrøm med en temperatur, der passer til formålet.
- Installationen skal udformes, så der er mindst mulig risiko for bakterievækst.
- Energispild skal undgås.
- Brugeren skal ved tapning ikke vente urimeligt længe på det varme vand.
- Ved tapning må der ikke opstå risiko for skoldning.
Hensynet til disse forhold danner baggrund for vandnormens anbefalinger.
Dimensionering af anlæg til varmtvandsproduktion er behandlet i SBi-anvisning 236, Vandinstallationer – installationsdele og anlæg, 4 Anlæg til produktion af varmt vand (Brandt et al., 2011b). Som udgangspunkt for denne dimensionering anvendes de temperaturer, som er nødvendige eller ønskelige ved de forskellige typer tapsteder.
4.1 Varmtvandstemperatur
Kravet om, at det varme vand skal have en temperatur, der passer til formålet, har betydning for drift af anlægget, men det har også betydning for dimensionering og udformning.
Som retningslinjer for passende temperatur kan anvendes følgende:
- Vand til personlig hygiejne mindst 40 °C
- Vand til opvask (husholdning) 45-55 °C
- Vand til bækkenskylning mindst 85 °C
- Vand til vask (erhverv) mindst 95 °C
Varmtvandstemperaturen kan af andre årsager være højere end svarende til en passende temperatur. På grund af risikoen for forekomst af Legionellabakterien anbefales det fx, at afgangstemperaturen for vandet i varmtvandsbeholderen ikke er under 55 °C, og at det fremførte vands temperatur ikke er under 50 °C ved det fjerneste tapsted og i hele cirkulationsledningen, se vandnormen og BYG-ERFA blad (53) 01 04 01, Bakterievækst og slimdannelse i større anlæg til varmt brugsvand – årsager og forebyggelse (Byg-Erfa, 2001).
Sikring mod energispild sker primært ved at isolere installationerne. Den varme, der afgives fra varmtvandsinstallationen, bliver godt nok i bygningen og kommer derved denne til gode, men det er kun en fordel i perioder med opvarmningsbehov.
Isolering har også betydning for vandspild. Isolering af installationen reducerer varmetabet til omgivelserne, så vandet ikke afkøles så meget mellem tapningerne. Vandspildet reduceres, fordi der tappes og kasseres mindre vand, indtil temperaturen er på det ønskede niveau. For installationer, hvorfra der kun tappes med lange mellemrum, kan isoleringen dog ikke forhindre, at vandet afkøles, og hvis stilstandsperioderne er lange nok, vil brugsvandet antage samme temperatur som omgivelserne. Isolering kan derfor ikke helt sikre, at vandspild undgås.
Varmtvandsinstallationer bør udføres, så der opnås en tilfredstilllende temperatur uden besværende ventetid, hvilket normalt kan anses for opfyldt, hvis vandet har en passende temperatur i løbet af ca. 10 sekunder efter, at tapningen er begyndt. Hensigten med bestemmelsen er primært at reducere vandspild – og det deraf følgende energispild. Desuden sikrer kravet brugerne en vis komfort.
Vandnormen angiver, at ventetiden kan beregnes med en vandstrøm på 0,2 l/s. Bemærk, at energibesparende armaturer har mindre vandstrøm end 0,2 l/s, og at ventetiden i så fald kan blive længere.
Kravet til ventetid medfører ofte, at anlægget skal udføres med cirkulation. I installationer, hvor brugerne lægger vægt på god komfort, bør ventetiden dog ikke overstige 2-5 sekunder.
Vandtemperaturen bør efter den vedtagne ventetid på højst 10 sekunder ikke afvige mere fra den ønskede værdi end ca. 2 °C.
Ved tapsteder, der bruges sjældent, fx i gæstetoiletter i boliger, og ved tapsteder, hvor der tappes større mængder blandet vand, fx til karbade og tøjvask, kan der ses bort fra kravet om at undgå vandspild.
4.2 Anlægstyper
Anlæg som opfylder de angivne krav og hensyn, kan opdeles i to hovedgrupper:
- Anlæg med cirkulation.
- Anlæg uden cirkulation.
Statens Serum Institut anbefaler i vejledningen Legionella i varmt brugsvand (Statens Serum Institut, 2000), at varmtvandsinstallationer udføres med cirkulation.
Hovedfordelingsledningen bør ikke placeres uden for klimaskærmen, fx i et uisoleret tagrum eller lignende, da der vil være risiko for frostsprængninger. Det gælder også for anlæg med cirkulation, såfremt cirkulationspumpen ikke er i drift.
Varmtvandsrør og varmtvandsbeholder skal så vidt muligt anbringes, så varmeafgivelsen fra dem kommer bygningen til gode. De bør derfor ikke placeres i krybekældre eller tagrum. Bemærk, at ved beregning af en bygnings energiramme skal energibehovet til at dække varmetabet fra rør og beholdere, som er placeret uden for bygningens klimaskærm, beregnes separat og fratrækkes energirammen. Energirammen til at dække bygningens øvrige energibehov formindskes herved, og det kan resultere i, at det bliver nødvendigt med ekstra isolering af andre bygningsdele for at kunne overholde bygningens energiramme. Se fx SBi-anvisning 213, Bygningers energibehov (Aggerholm & Grau, 2005).
4.3 Anlæg med cirkulation
Bygningsreglementets krav om, at det varme vand skal være fremme ved tapstederne uden besværende ventetid, og at vandet skal have en passende temperatur, kan lettest opfyldes ved at udføre installationen til varmt vand med cirkulation gennem vandvarmeren. Vandnormen tolker bygningsreglementets krav som en tilladelig ventetid på højst 10 sekunder og et tilladeligt temperaturfald på højst 5 °C ved normal brug og 10 °C ved spidslast.
Ledningernes isolering kan dimensioneres, så afkølingen af det varme vand holdes inden for de tilladelige grænser, og tilslutning af cirkulationsledningen på fordelingsledningerne kan foretages, så der opnås acceptable ventetider.
4.3.1 Vandets afkøling
Afkølingen af det strømmende varme vand skyldes varmetabet fra vandet til omgivelserne, der i almindelighed har lavere temperatur end vandet.
Varmetabet fra en ledningsstrækning med længden ∆L, kan beregnes som, jf. figur 38:
hvor
Figur 38. Afkøling af vand langs en rørstrækning ΔL på grund af forskel i temperatur mellem vand og omgivelser.
Den varme, som tabes fra røret, bevirker en afkøling af vandstrømmen, som er givet ved:
hvor
Indsættes værdierne for vand: ρ = 1 kg/l og c = 4200 J/(kg ∙ °C) i formel 47 fås afkølingen i °C som funktion af varmetab og vandstrøm:
hvor qc er angivet i l/s. Hvis vandstrømmen angives i l/h, fås:
Afkølingen er altså omvendt proportional med den cirkulerende vandstrøm. I en given installation kan man derfor nedsætte afkølingen ved at øge den cirkulerende vandstrøm.
I udtrykket for rørets varmetab indgår omgivelsernes temperatur, Te. Denne temperatur må skønnes i hvert enkelt tilfælde. Som vejledende værdier angives:
I bygninger:
- Opvarmede rum 18-22 °C
- Uopvarmede kældre 10-15 °C
- Udluftede tagrum -5/+5 °C
- Varmecentraler 25-30 °C
- Krybekældre 0 °C
- Ingeniørgange 20-25 °C
- Rørskakte 30-35 °C
I jord:
- Afhængig af jordart og jorddækningens højde 0-10 °C.
Ved beregning af varmetabet er det nødvendigt at kende vandets middel-temperatur. I princippet kan denne ikke bestemmes, før installationen er fastlagt, og den cirkulerende vandstrøm, qc, kendes for alle ledningsstrækninger. Ved beregning af varmetabet vil det dog i almindelighed være tilstrækkeligt at regne med samme middelvandtemperatur, Tm, for alle ledninger i en given installation, og et rimeligt skøn vil da være at regne Tm som den lavest acceptable temperatur ved tapstederne.
I anlæg, hvor det varme vand primært skal bruges til almindelig husholdningsbrug (personlig hygiejne, vask og rengøring), regnes med Tm = 55 °C ved beregning af varmetabet.
Beregning af cirkulerende vandstrøm
Når varmetabet, Φ, er bestemt, og den tilladelige afkøling, ∆T, er fastsat, kan den cirkulerende vandstrøm, qc, beregnes efter formel 51:
hvor qc fås i l/s, når Φ er angivet i W. Hvis vandstrømmen ønskes angivet i l/h, bliver udtrykket:
Beregning af varmetab er beskrevet i SBi-anvisning 234, Vandinstallationer – funktion og tilrettelæggelse, 5 Isolering. (Brandt et al., 2011a)
4.3.2 Cirkulationssystemer
Cirkulation etableres ved at anbringe en pumpe i cirkulationsledningen.
Et cirkulationssystem består af:
- Cirkulationsledningerne med regulerings- og indreguleringsarmaturer
- Cirkulationspumpe
- Tilbagestrømningssikring
- Vandvarmer, hvor det cirkulerede vand genopvarmes
- De almindelige fordelingsledninger til tapstederne – dimensioneret som angivet i afsnit 2 og 3.
Tidligere anvendtes ofte naturlig cirkulation, hvor cirkulationen blev drevet af densitetsforskellen mellem det afkølede (kolde) vand og det varme vand. Systemet anvendes normalt ikke mere.
Hovedfordelingsledningen bør ikke placeres uden for klimaskærmen, fx i et uisoleret tagrum eller lignende, da der vil være risiko for frostsprængninger, såfremt cirkulationspumpen ikke er i drift. Endvidere vil energibehovet til at dække varmetabet påvirke energirammen i nye bygninger, se afsnit 4.2, Anlægstyper.
4.3.3 Planlægning af cirkulationssystemer
Cirkulationsomfang
Omfanget af cirkulationssystemet bestemmes af hvilke tapsteder, der har behov for cirkulation. Retningslinjer for dette er angivet i afsnit 4.3.2, Cirkulationssystemer. Af komforthensyn er det en fordel at udføre cirkulation til alle tapsteder. Ledninger til eventuelle tapsteder uden cirkulation gøres så korte som muligt.
Fordelingsledninger
Tapsteder med samme brugsmønster – specielt sjældent brugte tapsteder – bør tilsluttes samme fordelingsledninger. Det giver mulighed for at undgå cirkulation i dele af installationen.
Fordelingsledninger uden cirkulation bør udføres i så små dimensioner som muligt.
Cirkulationsledninger
Ved planlægning af cirkulationssystemet er det vigtigt, at der også tages hensyn til indregulering og drift af systemet. I figur 39 er der skitseret tre karakteristiske eksempler på, hvordan man i praksis kan udføre et cirkulationssystem.
Cirkulation i hovedfremløbsledning – alene
Eksempel A viser et system, hvor kun hovedfordelingsledningen indgår i cirkulationssystemet. Den cirkulerende vandstrøm skal være så stor, at temperaturerne i pkt. a1-a4 mindst er den lavest acceptable for de tapsteder, der forsynes fra det pågældende punkt, og at ventetiden ved tapning er acceptabel. Ventetiden beregnes som tømningstiden ved en vandstrøm på 0,2 l/s for de ledninger, der udgår fra pkt. a1-a4.
Det skitserede system er let at indregulere, da der kun er én cirkulationskreds. Systemet er velegnet i forbindelse med en langstrakt bebyggelse, fx en rækkehusbebyggelse med fælles varmtvandsforsyning. I de enkelte boligenheder monteres fordelerrør umiddelbart ved punkterne a1-a4 og herfra trækkes koblingsledninger til hvert enkelt tapsted.
Cirkulation i alle fordelingsledninger
Eksempel B er en udbygning af system A og anvendes, hvor system A vil medføre for lange ventetider, eller hvor man af komfortmæssige årsager vil reducere ventetiderne.
Systemet har flere kredse og kræver derfor indregulering, dels for at sikre passende temperaturer i punkterne a1-a3, dels for at sikre mod 'kortslutning', der i kobberrørsinstallationer kan medføre utilladeligt store strømningshastigheder.
Af hensyn til indreguleringen kan det være en fordel at udføre cirkulationsledningen som en såkaldt 'vendt retur', så systemet bliver 'selvindregulerende', og man derved kan undgå at montere indreguleringsventiler. Normalt kan det imidlertid ikke anbefales, fordi man ikke opnår den selvindregulerende effekt. Det skyldes, at cirkulationsledningen normalt er 2-3 dimensioner mindre end fremløbsledningen, og at tryktabet i cirkulationsledningen derfor er væsentligt højere. Det samlede tryktab fra varmtvandsbeholderen igennem fordelingsledningen, videre igennem den første stigestreng og tilbage til varmtvandsbeholderen via den vendte retur bliver derved væsenligt større end det tilsvarende samlede tryktab igennem den stigestreng, der er placeret længst væk. Der vil derfor være behov for indreguleringsventiler til at fordele hovedvandstrømmen ligeligt på alle stigestrenge.
Cirkulation i alle strenge
Eksempel C inddrager alle fordelingsledninger i cirkulationssystemet. Herved opnås meget små ventetider. Systemet har flere kredse. Vedrørende indregulering gælder, hvad der er anført for system B.
Figur 39. Eksempler på cirkulationssystemer. A. Cirkulation alene i hovedledning, B. Cirkulation i alle strenge og C. Cirkulation i alle fordelingsledninger.
Pumper
Pumper anbringes normalt i cirkulationsledninger ved deres tilslutning til vandvarmeren. Det anbefales at anvende pumper med omdrejningsregulering, så ydelsen kan indstilles til den beregnede ydelse. Iht. Bygningsreglement 2010, kap. 8.2, stk. 8 skal alle pumper være A-mærkede (Erhvervs- og Byggestyrelsen, 2010).
Pumpen anbringes af reparationshensyn mellem 2 afspærringsventiler. På pumpens trykside anbringes en kontraventil, som ved store aftapninger forhindrer tilbagestrømning i cirkulationsledningen.
Pumpen bør normalt være med urstyring, så det er muligt at afbryde cirkulationen, fx en kort periode en gang om ugen, hvor de termostatiske indreguleringsventiler udsættes for 'temperaturgymnastik'. Det kan ikke anbefales at afbryde systematisk for cirkulationen i perioder, hvor der ikke er komfortmæssigt behov for cirkulation, fx om natten, idet risikoen for opformering af Legionellabakterien forøges kraftigt, når det varme vand afkøles til under 50 °C (det optimale temperaturområde for Legionella er 35 °C til 46 °C). Samtidig er der risiko for bundfældning i cirkulationsledningen, som med tiden kan forårsage tilstopning af ledningen.
Tilslutning til vandvarmer
Cirkulationsledningen tilsluttes fx på en særlig studs på vandvarmeren efter leverandørens anvisninger. På tilslutningen skal der anbringes en kontraventil. Af hensyn til funktionskontrol, reparation eller udskiftning bør kontraventilen anbringes mellem to afspærringsventiler.
Hensyn til korrosion
I kobberrørsinstallationer, der normalt ikke er korrosionsbeskyttet med katolyse, skal man for at undgå turbulenskorrosion sikre, at strømningshastigheden ved den cirkulerende vandstrøm ikke overstiger 0,5 m/s. Når et cirkulationssystem består af flere kredse, er det derfor nødvendigt at kunne foretage en indregulering af systemet, så vandhastigheden i alle dele af systemet er under den kritiske grænse.
I cirkulationssystemer af varmforzinkede stålrør, der er korrosionsbeskyttet med katolyseanlæg, er korrosionsbeskyttelsens effektivitet stærkt afhængig af, at cirkulationssystemet fungerer korrekt.
Vandnormen anbefaler, at der er en effektiv og ensrettet cirkulation, og at strømningshastigheden er mindst 0,05-0,1 m/s. Det er vigtigere at sikre, at der reelt er cirkulation, end at der opnås en vis mindste hastighed. Dette forhold skal tages i betragtning, når der vælges dimensioner på rør og forindstillingsventiler, idet små gennemstrømningsåbninger medfører stor risiko for tilstopning på grund af kalkafsætning eller aflejring af korrosionsprodukter. For at undgå tilstopning bør den mindste nominelle diameter, der anvendes i cirkulationssystemet, være 15 mm, og forindstillingsventiler bør stilles til mindst '75 % åbning' – se næste afsnit om dimensionsgivende afkøling.
Dimensionsgivende afkøling
Afkølingen i systemet er afgørende for dimensionering af cirkulationssystemet, dvs. fastlæggelse af cirkulationsledningernes dimensioner og størrelsen af pumper.
Den dimensionsgivende afkøling fastlægges som forskellen mellem afgangstemperaturen i vandvarmeren og den mindste acceptable returtemperatur, dvs. temperaturen i cirkulationsledningen ved tilslutningen til vandvarmeren.
Vandnormen anbefaler, at afgangstemperaturen holdes på mindst 55 °C, og at vandet bør kunne opvarmes til mindst 60 °C af hensyn til risikoen for bakterievækst. Temperaturen i vandvarmeren bør ikke overstige 60 °C af hensyn til risikoen for korrosion og risikoen for kalkudfældning, som kan medføre begrænset cirkulation eller tilstopning.
Vandnormen anbefaler, at temperaturen ved tapstederne er mindst 50 °C ved normal brug, og at temperaturen i hele cirkulationssystemet holdes på mindst 50 °C. Temperaturen ved tapstederne bliver herved nogle grader højere end den 'passende temperatur', vandnormen angiver for de forskellige typer tapsteder.
I almindelige installationer vil den dimensionsgivende afkøling således være ca. 5-10 °C. Bemærk, at i mindre installationer bliver den cirkulerende vandstrøm så lille, at der bliver problemer med indregulering, afsætning mv. Det kan derfor være hensigtsmæssigt at arbejde med afkølinger på 2-3 °C i mindre installationer.
Cirkulerende vandstrømme
Vandstrømmene i cirkulationssystemet beregnes ud fra formel 49, som gælder både for det samlede system og for de enkelte ledningsstrækninger.
4.3.4 Dimensionering af cirkulationssystemer
Ved dimensionering af et cirkulationssystem skal det sikres, at der i alle punkter mindst er den temperatur, der er tilfredsstillende ved de enkelte tapsteder – dog mindst 50 °C.
Det skal desuden sikres, at vandstrømmene bliver så store, at der ikke bliver problemer med tilstopning i ledninger og ventiler.
Disse krav kan opfyldes af mange sæt parametre, dvs. pumpeydelser, dimensioner, isoleringsgrad og vandstrømme. Det er derfor hensigtsmæssigt at følge en forenklet metode, hvor man først bestemmer den samlede cirkulerende vandstrøm og en fordeling af vandstrømmene i systemet, der tilfredsstiller temperaturkravene. Herudfra foretages en beregning af rørdimension, af forindstillingsventilens indstilling og af pumpen.
For brugsvandsanlæg opvarmet med fjernvarme er det særlig vigtigt med korrekt dimensionering og indregulering af vandstrømmene i cirkulationsledningerne for at opnå størst mulig afkøling af fjernvarmevandet i varmtvandsbeholderen/varmeveksleren. Vandstrømmen i cirkulationsledningen skal holdes så lille som muligt, og det anbefales derfor at bruge rør med lille indre modstand for at minimere risikoen for tilstopninger pga. lille vandstrøm.
Forudsætninger for forenklede beregninger
Man kan med god tilnærmelse regne med, at varmetabet, Φ, er 12 W pr. meter ledning, hvis følgende forudsætninger er opfyldt:
- Ledningerne er isolerede efter DS 452:1999 (Dansk Standard, 2000).
- Ledningsdimensionerne overstiger ikke 50 mm.
- Ledningerne er placeret i rum med en rumtemperatur på mere end 10 °C.
- Vandtemperaturen er 50 °C.
Afkølingen fra anlægget for varmtvandsproduktion og ud til installationens fjerneste koblingspunkt kan sættes til: ∆T = 3 °C.
For en boliginstallation svarer det til en afgangstemperatur fra vandvarmeren på ca. 55 °C og en temperatur ved cirkulationsledningens tilslutning til vandvarmeren på ca. 50 °C.
Cirkulerende vandstrøm
Under ovenstående forudsætninger kan den cirkulerende vandstrøm, qc, dvs. den vandstrøm, der netop sikrer, at temperaturfaldet er 3 °C, beregnes som, jf. formel 51:
hvor L er summen af længderne (LF1, LF2 ...) af alle de ledninger i cirkulationssystemet, der fører til tapsteder, se figur 40 og figur 41.
Figur 40. Principskitse af cirkulationssystem med én kreds.
Figur 41. Principskitse af cirkulationssystem til varmt vand med to kredse.
Tryktab i cirkulationssystemet
Den vandstrøm, qc, der er nødvendig for at opnå tilfredsstillende temperaturforhold i et cirkulationssystem, er meget lille, fx i forhold til den forudsatte vandstrøm for en håndvask. Det medfører, at tryktabene for den cirkulerende vandstrøm, qc, i de ledninger (fremløbsledningerne), der under tapning fører vand ud til tapstederne, er så små, at der kan ses bort fra dem.
Desuden er der tryktab i cirkulationsledningen og armaturer mv., der er placeret i denne. Armaturerne er primært forindstillingsventiler og kontraventiler, der altid skal placeres i cirkulationsledningen for at sikre mod, at vandet strømmer i den forkerte retning under tapning. Tryktabet i kontraventiler og forindstillingsventiler afhænger af ventilens konstruktion og størrelse.
Tryktabet i cirkulationsledningen afhænger af den cirkulerende vandstrøm, qc, af ledningens dimension og længde samt af de aktuelle enkeltmodstande. I de følgende beregninger regnes tryktabet i enkeltmodstande til 25 % af tryktabet, Δpc, i de lige rør.
Normalt kendes tryktabet i kontraventiler ikke ved de meget små vandstrømme, der her er tale om. For fjederbelastede kontraventiler kan man dog regne med det såkaldte løftningstryk, dvs. det tryk, der skal til for at åbne ventilen. Ved de følgende beregninger er løftningstrykket sat til Δpk = 5 kPa. Forskellige ventiltyper kan imidlertid have forskellige løftningstryk. Oplysninger om tryktabet i ventiler kan fx fås hos leverandøren eller findes i CE-mærkningen eller evt. VA-godkendelsen.
Formålet med forindstillings-/reguleringsventilerne er at tilpasse vandstrømmen, så den ikke bliver større end nødvendigt for at sikre en passende temperatur, TBV, ved tapstederne. Ved de følgende beregninger bestemmes det nødvendige tryktab, ΔpR, i eventuelle reguleringsventiler.
Dimensionering af pumpe
Pumpen dimensioneres på grundlag af en pumpekarakteristik, som beskriver sammenhængen mellem vandstrøm og trykforøgelse. I pumpekarakteristikken er qp den nødvendige vandstrøm fra pumpen i l/h, mens Δpp er den nødvendige trykforøgelse over pumpen i kPa.
Den nødvendige vandstrøm fra pumpen er den tidligere beregnede qc, jf. formel 52:
Trykforøgelsen i kPa skal mindst være
hvor \Delta p_c er tryktabet i de lige strækninger i cirkulationsledningen.
Hvis den valgte pumpe har for stor ydelse, fx en type med fast omdrejningstal, skal det overskydende trykfald, ΔpR, optages i reguleringsventilen. Hvis pumpen ved vandstrømmen, qc, kan præstere en trykforøgelse på Δpfaktisk findes det overskydende tryktab (det der skal reguleres for) som:
Ventilen bør kunne indstilles til et givet trykfald ud fra en forindstillingskurve eller lignende.
Hvis den valgte pumpe er en type med mulighed for indstilling af omdrejningerne, indstilles dens ydelse, qp, til den beregnede vandstrøm, qc.
4.3.5 Dimensionering af system med én kreds
Hvis cirkulationsledningens længde med tilnærmelse er lig med længden af fremløbsledningen, kan pumpens nødvendige ydelse bestemmes af figur 42. I andre tilfælde anvendes følgende fremgangsmåde:
1. Bestemmelse af cirkulerende vandstrøm
qc = 3,5 · LF [l/h] er den nødvendige pumpevandstrøm, idet LF er længden af fremløbsledning fra varmtvandsbeholder til cirkulationspunkt/koblingspunkt.
2. Bestemmelse af tryktab i cirkulationskreds
Længden af cirkulationsledning fra cirkulationspunkt/koblingspunkt til varmtvandsbeholder, Lc, bestemmes.
Cirkulationsledningens dimension, dc, vælges. Med dc og qc som indgangsværdier bestemmes tryktabet pr. meter af cirkulationsledningen, R, ved hjælp af nomogrammerne i figur 7-11. Tryktabet i cirkulationsledningen ekskl. enkeltmodstande er da:
3. Bestemmelse af nødvendig trykforøgelse i pumpen
Den nødvendige trykforøgelse i pumpen findes som:
De 5 kPa svarer til tryktabet (løftningstrykket) i en fjederbelastet kontraventil. Løftningstrykket bør om muligt søges opgivet, og den rigtige værdi indsættes. Faktoren 1,25 skyldes den tidligere omtalte tilnærmelse om, at enkeltmodstandene udgør ca. 25 % af tryktabet i de lige rør.
4. Valg af pumpe
Pumpen vælges ud fra en pumpekarakteristik.
Ved pumper med omdrejningsregulering indstilles ydelsen, qp, til den beregnede vandstrøm, qc.
Ved pumper med fast omdrejningstal aflæses på pumpekarakteristikken ud for qc, og som regel fås en trykforøgelse, Δpfaktisk, der er for stor. For at regulere vandstrømmen vælges en reguleringsventil, som indstilles til at optage et trykfald på:
Figur 42. Forenklet dimensionering af cirkulationssystem med én kreds. Lc = LF ± 20 %, se figur 40. De anvendte symboler er:
Lc er længden af cirkulationsledning regnet fra varmtvandsbeholder til fjerneste koblingspunkt [m].
qc er den cirkulerende vandstrøm = pumpeydelse [l/h]
Δp er tryktabet i cirkulationskredsen = pumpens trykforøgelse ved qc [kPa].
Lc er længden af cirkulationsledning regnet fra varmtvandsbeholder til fjerneste koblingspunkt [m].
qc er den cirkulerende vandstrøm = pumpeydelse [l/h]
Δp er tryktabet i cirkulationskredsen = pumpens trykforøgelse ved qc [kPa].
4.3.6 Eksempel – enfamiliehus
I et familiehus er LF = Lc = 20 m
Cirkulationsledningens dimension vælges til 12 × 1,0 mm kobberrør
Der vælges en pumpe, der yder 70 l/h ved et tryk på 18 kPa. Pumpens karakteristik er indtegnet.
For at regulere vandstrømmen monteres en reguleringsventil, der ved en vandstrøm på 70 l/h skal have en modstand på 18 – 14 = 4 kPa.
4.3.7 Dimensionering af system med flere kredse
Korrekt dimensionering af systemer med flere kredse er tidsrøvende. For systemer med begrænset udstrækning kan det normalt forsvares at anvende følgende forenklede metode, der er beskrevet for et system med 2 kredse, se figur 41.
1. Bestemmelse af den cirkulerende vandstrøm
2. Fordeling af vandstrøm på de enkelte kredse
Den cirkulerende vandstrøm, qc, fordeles efter længderne af de enkelte kredse:
3. Tryktab over de enkelte strækninger af cirkulationsledningen
Tryktabet bestemmes, ud fra qc, qc1 og qc2 med de valgte rørdimensioner, jf. formel 55 og 56, som:
uden hensyntagen til tryktab i reguleringsventiler og kontraventil.
4. Bestemmelse af nødvendig pumpestørrelse
Pumpens nødvendige tryk, Δpp, bestemmes som tryktabet i den kreds, der giver det største tryktab:
5. Valg af pumpe
Pumpens trykforøgelse, Δpp, ved vandstrømmen, qc, bestemmes ved hjælp af pumpens karakteristik.
Ved pumper med omdrejningsregulering indstilles ydelsen, qp, til den beregnede vandstrøm, qc.
Herefter bestemmes modstanden i reguleringsventilerne i de kredse, der har mindre tryktab end Δp. ΔpR1 bestemmes i det system, der er vist i figur 41, som:
idet tryktabet i de enkelte strækninger er beregnet under punkt 3.
Hvis pumpen har fast omdrejningstal, og hvis pumpens trykforøgelse, Δpp, overstiger Δp, se formel 64, bestemmes modstanden, ΔpR, i reguleringsventilen i hovedkredsen som:
Dernæst bestemmes modstanden i reguleringsventilerne i de kredse, der har mindre tryktab end Δp på samme måde som ovenfor.
4.3.8 Termostatstyret cirkulation
Et alternativ til cirkulationssystemer med reguleringsventiler er systemer med termostatventiler, der sikrer passende temperaturer i systemet.
Der anvendes selvvirkende proportionalregulatorer (termostatventiler), der automatisk åbner, når temperaturen på det sted, hvor ventilen er anbragt, bliver for lav.
Der findes både ventiltyper med faste og indstillelige åbne- og lukketemperaturer, se figur 43. I drift vil ventilen stille sig i en mellemstilling afhængig af det tryktab, der er til rådighed for ventilen, dvs. ventilåbningen er bl.a. afhængig af, hvor den er placeret i anlægget. Jo mindre tryktab, desto mere vil ventilen åbne.
Placering af termostatventiler
Et cirkulationssystem med termostatventiler planlægges og dimensioneres på samme måde som systemer med regulerings-/forindstillingsventiler, idet disse erstattes med termostatventiler.
Figur 43. Arbejdskurve for termostatventil til cirkulationssystemer.
Figur 44. Cirkulationssystem med termostatventiler.
Dimensioneringen er enklere, idet udgangspunktet for dimensioneringen er den i trykmæssig henseende værst placerede ventil. Man bestemmer den laveste acceptable temperatur, hvor den 'fjerneste' ventil er placeret og beregner differensen mellem denne temperatur og ventilens lukketemperatur.
Denne temperaturdifferens og den vandstrøm, der skal til for at opretholde den laveste acceptable temperatur, bestemmer tryktabet over ventilen. Pumpe og net kan herefter dimensioneres.
For de øvrige kredse kan man foretage en meget enkel dimensionering, og egentlig beregning af temperaturforløb mv. er normalt ikke nødvendig – termostatventilerne vil selv afpasse ventilåbningerne, så temperaturkravene overholdes.
Drift
Også for termostatventiler er der risiko for tilstopninger af ventiler med små åbninger. Risikoen kan mindskes meget ved systematisk at standse cirkulationen 1-2 timer hvert døgn. Under denne 'natsænkning' vil termostatventilerne åbne mere og mere for til slut at stå fuldt åbne. Når man starter cirkulationen igen, vil der foregå en kraftig 'kaskadegennemskylning' af systemet, før termostatventilerne igen indstiller sig på deres arbejdstemperatur.
Reguleringsventiler samt statiske ventiler og dynamiske termostatventiler bør monteres med aftapningsmulighed før ventilen, så der kan foretages tilbageskylning ved eventuelle tilstopninger. Desuden anbefales det, at der monteres en afspærringsventil og en unionsamling på hver side af ventilen, så den kan afmonteres ved rensning eller udskiftning.
For at sikre muligheden for at kunne tilbageskylle, er det nødvendigt, at montere en tilslutningsmulighed på cirkulationsledningen, fordi der er monteret en kontraventil i cirkulationsledningen ved pumpen.
På eller i umiddelbar nærhed af ventilen bør der monteres et termometer, så temperaturen på den enkelte cirkulationsstreng kan overvåges. Hvis der opstår tilstopninger, vil det umiddelbart kunne ses, idet temperaturen da vil falde.
I brugsvandsanlæg, som udelukkende eller for en stor andels vedkommende er udført i rustfri stålrør, skal man være opmærksom på, at der kan opstå galvanisk korrosion på ventilkeglerne, hvis der anvendes reguleringsventiler i forskellige messinglegeringer. Årsagen er, at messinglegeringer er lavere placeret i spændingsrækken end rustfri stål.
Yderligere information om materialekorrosion findes i SBi-anvisning 227, Korrosion i vvs-installationer (Brandt, 2009) samt BYG-ERFA blad (53) 05 04 10 (Byg-Erfa, 2005b), (53) 07 05 01 (Byg-Erfa, 2007) og (53) 05 06 27 (Byg-Erfa, 2005a).
4.4 Anlæg uden cirkulation
I anlæg uden cirkulation udføres primært følgende foranstaltninger:
- Isolering af varmtvandsledningerne.
- Ledninger fra varmtvandsbeholder til de kritiske tapsteder udføres med så små dimensioner, at ventetiden bliver acceptabel.
- Opretholdelse af varmtvandstemperaturen med varmebændler.
4.4.1 Isolering
Ledninger for varmt vand skal varmeisoleres i henhold til DS 452:1999 (Dansk Standard, 2000). Hvor der går lang tid mellem to tapninger, har isoleringen dog kun ringe værdi, idet vandet efter en tid, der afhænger af isoleringens tykkelse, vil få samme temperatur som omgivelserne. Kravene til varmtvandsforsyning vil derfor ikke kunne opfyldes alene ved isolering. Ved lange ledninger, vil isoleringen imidlertid mindske afkølingen og dermed temperaturfaldet, når der tappes.
Eksempel – beregning af isoleringens indflydelse
Et 20 mm rør fører en vandstrøm på 0,2 l/s. Varmtvandstemperaturen er i gennemsnit 55 °C og omgivelsernes temperatur er 10 °C. Når røret er isoleret, er varmetabet til omgivelserne 9 W/m, se tabel 19. Varmefylden for vand er 4200 J/kg, og temperaturfaldet pr. meter rør kan da beregnes efter formel 50 som:
Hvis røret havde været uisoleret ville varmetabet have været 45 W/m, se tabel 20, og temperaturfaldet ville så have været:
Ved en stilstandsperiode på 1/2 time mellem to tapninger vil varmetabet til omgivelserne medføre, at det stillestående vand i den isolerede ledning afkøles til ca. 40 °C. Dette niveau er i praksis for lavt. Vandet i ledningen må derfor tappes af som spild, før der er vand med tilstrækkelig høj temperatur fremme ved tapstedet.
Tabel 19. Overslagsværdier for varmetab fra fritliggende varmtvandsrør isoleret svarende til isoleringsklasse 3 iht. DS 452:1999 (Dansk Standard, 2000). Der er forudsat en varmtvandstemperatur på 55 °C.
Lokalitet | Omgivelsers temperatur [°C] | Udvendig rørdiameter D [mm] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Varmetab pr. løbende meter rør [W/m] | ||||||||
<10 | 10-20 | 20-30 | 30-40 | 40-60 | 60-80 | 80-100 | ||
Uopvarmet rum | 10 | 8 | 9 | 10 | 10 | 11 | 13 | 14 |
Opvarmet rum | 20 | 6 | 7 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
Rørskakt og lign. | 35 | 4 | 4 | 4 | 4 | 5 | 6 | 6 |
Tabel 20. Varmetab fra uisolerede rør i afhængighed af udvendig rørdiameter og vandtemperatur. Tabellen gælder ved en omgivelsestemperatur på 20 °C. Det forudsættes, at rørets overflade ikke er metallisk blank.
D [mm] | Varmetab [W/m eller W/m2] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
Vandtemperatur, T [°C] | |||||
Vandrette rør | 40 | 60 | 80 | 100 | |
10 | 9 | 21 | 35 | 50 | W/m |
20 | 16 | 38 | 63 | 91 | W/m |
50 | 36 | 83 | 138 | 200 | W/m |
100 | 67 | 153 | 253 | 367 | W/m |
200 | 124 | 282 | 467 | 679 | W/m |
Lodrette rør | 190 | 445 | 748 | 1098 | W/m2 |
4.4.2 Dimensionering ud fra ventetid
I anlæg uden cirkulation opnås acceptabel ventetid lettest ved at gøre ledningerne så korte og så små som muligt.
Ved tapning må der regnes med, at hele ledningsstrækningen fra varmtvandsbeholder til tapsted skal tømmes, før temperaturen bliver tilfredsstillende (svarende til forholdene efter en længere periode uden tapning). Det gælder både for koblingsledningen og for fordelingsledningerne. Den tid, der går til at tømme ledningen, afhænger af ledningens længde og diameter samt af vandstrømmen. Ifølge vandnormen kan vandstrømmen ved beregning af ventetiden sættes til 0,2 l/s.
Ventetiden kan beregnes som:
hvor
Består ledningsstrækningen af delstrækninger med forskellige diametre, skal ventetiden beregnes som summen af ventetiderne for hver enkelt strækning. Alle ventetider skal beregnes for 0,2 l/s, uanset at en del af strækningen kan være en fordelingsledning, der er dimensioneret for en større strøm.
I figur 45-48 er udtrykket for ventetiden optegnet for:
- Kobberrør og pex-rør
- Varmforzinkede stålrør
- Rustfri stålrør
- Alupex-rør.
Når en ledningsdimension vælges efter figur 45-48 skal man sikre sig, at tryktabet i ledningen (inkl. enkeltmodstande) ikke overstiger det disponible tryktab.
For at undgå risiko for turbulenskorrosion må strømningshastighederne i koblings- og/eller fordelingsledninger udført af kobberrør ikke overstige de maksimalt tilladelige hastigheder anført i tabel 6.
Figur 45. Ventetid som funktion af rørlængde ved brug af kobberrør eller rustfri stålrør, beregnet ud fra formlen t = 0,004 · di2· L. Betegnelser på kurverne er nominelle diametre.
Figur 46. Ventetid ved brug af varmforzinkede stålrør i afhængighed af rørlængde,
beregnet ud fra formlen t = 0,004 · di2· L. Betegnelser på kurverne er nominelle diametre.
beregnet ud fra formlen t = 0,004 · di2· L. Betegnelser på kurverne er nominelle diametre.
Figur 47. Ventetid ved brug af pex-rør i afhængighed af rørlængde, beregnet ud fra
formlen t = 0,004 · di2· L. Betegnelser på kurverne er nominelle diametre.
formlen t = 0,004 · di2· L. Betegnelser på kurverne er nominelle diametre.
Figur 48. Ventetid ved brug af alupex-rør i afhængighed af rørlængde, beregnet ud fra formlen t = 0,004 · di2· L. Betegnelser på kurverne er nominelle diametre.
4.4.3 Eksempel – Beregning af ventetid for enfamiliehus
I et enfamiliehus er der projekteret en installation for varmt brugsvand, som vist i figur 49. Det skal undersøges, om opnåelse af acceptabel ventetid nødvendiggør udførelse af cirkulationsledning. Ved beregning af ventetiden anvendes diagrammet i figur 47 for hver enkelt ledningsstrækning.
Da badekarret er et eksempel på et tapsted, hvor man ikke behøver at anvende ventetidskriteriet, undersøges ventetiderne for bruser og håndvask.
Figur 49. Diagram over varmtvandsinstallation i enfamiliehus udført med varmforzinkede stålrør.
Ventetiden, når der tappes ved bruser, beregnes således:
Ledningsstrækning [m] | Ledningslængde [m] | Nominel diameter [mm] | Ventetid for q = 0,2 l/s [s] |
|---|---|---|---|
BR-a | 0,3 | 15 × 1,0 | 0 |
a-b | 1 | 22 × 1,2 | 2 |
b-c | 5 | 22 × 1,2 | 8 |
c-VVB | 1 | 28 × 1,2 | 3 |
Samlet ventetid, t | 13 |
For tapning ved håndvask fås:
Ledningsstrækning [m] | Ledningslængde [m] | Nominel diameter [mm] | Ventetid for q = 0,2 l/s [s] |
|---|---|---|---|
HV-b | 1 | 15 x 1,0 | 1 |
b-c | 5 | 22 x 1,2 | 8 |
c-VVB | 1 | 28 x 1,2 | 3 |
Samlet ventetid, t | 12 |
Hvis de fundne ventetider for tapning ved bruser og håndvask findes for lange, bør der udføres anlæg med cirkulation eller varmebændler.
Vandspild
Begrænsning af ventetiden er baseret på et ønske om at gøre vandspildet ved tapning af utilstrækkeligt opvarmet vand passende lille. Vandspildet ved de tre forskellige tapninger kan beregnes, som vist i tabel 21:
Tabel 21. Vandindhold i rørstrækninger.
Ledningsstrækning | Ledningslængde | Nominel diameter | Vandindhold1) | Vandindhold |
|---|---|---|---|---|
[m] | [m] | [mm] | [l/m] | [l] |
VVB-c | 1 | 28 × 1,2 | 0,515 | 0,51 |
c-b | 5 | 22 × 1,2 | 0,302 | 1,51 |
b-a | 1 | 22 × 1,2 | 0,302 | 0,30 |
a-Kar | 0,7 | 15 × 1,0 | 0,133 | 0,09 |
a-BR | 0,3 | 15 × 1,0 | 0,133 | 0,04 |
b-HV | 1 | 15 × 1,0 | 0,133 | 0,13 |
- Vandindhold pr. meter fremgår af tabel 22.
Vandspildet ved tapning fra de forskellige tapsteder bliver:
Kar: 0,51 + 1,51 + 0,30 + 0,09 = 2,41 l
Bruser: 0,51 + 1,51 + 0,30 + 0,04 = 2,36 l
Håndvask: 0,51 + 1,51 + 0,13 = 2,15 l
Bemærk, at en ventetid på fx 10 s med en vandstrøm på 0,2 l/s svarer til et vandspild på 2 liter.
Normalt vil badeinstallationen blive benyttet sjældnere end installationen for håndvasken. Da vandspildet stort set er det samme ved de tre tapninger, vil den bedste løsning være, at en eventuel cirkulationsledning føres fra punkt b til varmtvandsbeholderen. Eventuelt kan samme strækning holdes opvarmet med varmebændler.
4.4.4 Eksempel – ventetider i et anlæg med fordelerrør
I et enfamiliehus er der projekteret en installation for varmt vand, som vist i figur 50. Ventetiderne for tapning fra de tre tapsteder ønskes beregnet. Der regnes med, at strækning a-VVB = b-VVB = 1 m. Ved beregning af ventetid anvendes diagrammerne i figur 47 og figur 48 for de enkelte ledningsstrækninger. Der er anvendt pex-rør til koblingsledninger og alupex-rør til fordelingsledning.
Figur 50. Diagram af varmtvandsinstallation til enfamiliehus udført som fordelerrørsinstallation med pex-rør til koblingsledninger og alupex-rør til fordelingsledninger.
Ved tapning fra bruser og håndvask fås følgende ventetider:
Tapning ved bruser
Ledningsstrækning | Ledningslængde | Nominel diameter | Ventetid for q = 0,2 l/s |
|---|---|---|---|
[m] | [m] | [mm] | [s] |
BR-a | 6,3 | 15 × 2,5 pex | 3 |
a-VVB | 1 | 25 × 2,5 alupex | 2 |
Samlet ventetid, t | 5 |
Tapning ved håndvask
Ledningsstrækning | Ledningslængde | Nominel diameter | Ventetid for q = 0,2 l/s |
|---|---|---|---|
[m] | [m] | [mm] | [s] |
HV-a | 7 | 12 × 2,0 pex | 3 |
a-VVB | 1 | 25 × 2,5 alupex | 2 |
Samlet ventetid, t | 5 |
Denne installation giver således tilfredsstillende ventetider. Vandspildet ved tapning til kar, bruser og håndvask kan beregnes vha. følgende skema over vandindholdet i rørstrækningerne:
Vandindhold i rørstrækninger
Ledningsstrækning | Ledningslængde | Nominel diameter | Vandindhold1) | Vandindhold |
|---|---|---|---|---|
[m] | [m] | [mm] | [l/m] | [l] |
VVB-a | 1 | 25 × 2,5 | 0,315 | 0,32 |
b-kar | 6,7 | 15 × 2,5 | 0,079 | 0,53 |
a-BR a-HV | 6,3 7 | 15 × 2,5 12 × 2,0 | 0,079 0,050 | 0,50 0,35 |
- Vandindholdet pr. meter rør fremgår af tabel 22.
Vandspildet ved tapning fra de forskellige steder kan herefter beregnes som:
Kar: 0,32 + 0,53 = 0,85 l
Bruser: 0,32 + 0,50 = 0,82 l
HV: 0,32 + 0,35 = 0,67 l
Tabel 22. Vandindhold pr. meter rør for forskellige rørtyper og -dimensioner. Dimensioner er angivet som udvendig diameter × godstykkelse [mm]. Tabellen anvendes ved beregning af vandspild ved aftapning fra varmtvandsinstallation.
Rustfri stålrør | 15 × 1,0 | 18 × 1,0 | 22 × 1,2 | 28 × 1,2 | 35 × 1,5 | 42 × 1,5 | 54 × 1,5 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Vandindhold [l/m] | 0,133 | 0,202 | 0,302 | 0,515 | 0,804 | 1,20 | 2,04 |
Kobberrør | 10×0,8 | 12×1,0 | 15×1,0 | 18×1,0 | 22×1,0 | 28×1,2 | 35×1,5 | 42×1,5 | 54×1,5 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Vandindhold [l/m] | 0,055 | 0,079 | 0,133 | 0,201 | 0,314 | 0,515 | 0,804 | 1,20 | 2,04 |
Pex-rør | 10 × 1,8 | 12 × 2,0 | 15 × 2,5 | 18 × 2,5 | 22 × 3,0 | 28 × 4,0 |
|---|---|---|---|---|---|---|
Vandindhold [l/m] | 0,032 | 0,050 | 0,079 | 0,133 | 0,201 | 0,314 |
Alupex-rør | 14 × 2,0 | 16 × 2,0 | 20 × 2,25 | 25 × 2,5 | 32 × 3,0 | 40 × 4,0 | 50 × 4,5 | 63 × 6,0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Vandindhold [l/m] | 0,079 | 0,114 | 0,189 | 0,315 | 0,531 | 0,805 | 1,321 | 2,043 |
4.4.5 Vurdering af muligheder for anlæg uden cirkulation
De to gennemregnede eksempler viser, hvordan man kan udføre et anlæg uden cirkulationsledning.
I det første eksempel er der tale om et traditionelt anlæg, hvor der er fremført en fordelingsledning, som koblingsledningerne er sluttet til. Det andet eksempel behandler en anden anlægstype, hvor der umiddelbart ved varmtvandsbeholderen er anbragt et fordelerrør, hvorfra der er ført koblingsledninger ud til tapstederne.
Som eksemplerne viser, er det ofte lettere at udføre et fordelerrørsanlæg uden cirkulation, end det er tilfældet for et traditionelt anlæg. Både ventetider og vandspild er klart mest gunstige i fordelerrørsanlægget. En ulempe ved denne installation er, at tryktabene ved tapning er relativt store. Der er dog normalt så rigeligt tryk til rådighed, at der kan udføres op til 30-40 m lange ledninger uden cirkulation, og uden at ventetiden bliver uacceptabelt stor, fx større end 10 sekunder.
4.4.6 Opretholdelse af varmtvandstemperatur med varmebændler
Såfremt ventetiden ved et tapsted er uacceptabel, og der ikke kan udføres en cirkulationsledning, kan varmtvandstemperaturen opretholdes ved at omvikle fordelingsledningen og en del af koblingsledningen med varmebændler (el-tracing).
Man kan beregne, hvor stor en del af koblingsledningen der skal el-traces for at komme ned på den ønskede/acceptable ventetid ved tapstedet, fx under 10 sekunder.
Varmebændler fås med selvregulerende effektafgivelse, dvs. at varmebændlerne ændrer effekt afhængig af den omgivende temperatur. Varmeeffekten tilpasser sig altså varmekravet på et hvilket som helst sted på rørledningen. De slukker automatisk, fx når rørene er 50 grader varme.
Bemærk dog, at for en ny bygning skal varmebændlernes elforbrug beregnes og medtages i opgørelsen af bygningens energibehov. Elforbruget til varmebændlerne skal ganges med en faktor 2,5, før det lægges sammen med bygningens øvrige energibehov, og det viser sig ofte, at der ikke er plads til det i en ny bygnings energiramme. Det kan derfor være nødvendigt at kompensere, fx med ekstra isolering af udvalgte bygningsdele.
Ud over ovennævnte forhold vil rør med eltracing normalt også have længere perioder med stillestående vand sammenlignet med anlæg med cirkulationsledning. Det kan medføre lange opholdstider, som forringer vandkvaliteten og øger risikoen for forekomst af Legionellabakterier.