2. Электрический расчет проточного нагревателя

2.1. Электрический расчет проточного ЭВН мало отличается от расчета обычного емкостного ЭВН.

В свою очередь емкостные ЭВН различаются на аккумулирующие ЭВН с качественной теплоизоляцией корпуса и ЭВН без теплоизоляции, так называемые «бойлеры».

Аккумулирующие ЭВН обладают высоким КПД – 0,85 – 0,95. Однако, проточные ЭВН более экономичны, их КПД достигает 0,96 – 0,98.

Температура воды в проточном ЭВН примерно 85 ⁰С. Потребители же используют воду для промышленных и хозяйственных нужд с температурой 37 – 40⁰С, поэтому воду с температурой 85⁰С, поступающую от ЭВН, необходимо разбавлять холодной водой до приемлемой температуры.

В таблице 2.1 приведены примеры расхода горячей воды в быту, однако, данные таблицы можно использовать и при расчете расхода горячей воды иными потребителями (например, при помывке рабочих в конце смены на промышленном предприятии).

Таблица 2.1.

Наименование операции	Температура воды, 0С	Объем воды, л	Средний расход ЭЭ, кВт.час	Оптимальное время на операцию,мин
Прием ванны Прием душа Умывание Мытье головы: -мужчины -женщины Мытье посуды на одного человека (в сутки) Машинная стирка	40 37 37 37 37 60 45 - 70	125 – 150 20 – 45 3 – 5 5 – 10 10 – 15 3 – 7 50 – 70	4,5 1,1 0,12 0,25 0,44 0,39 3,0	10 – 15 10 – 15 5 10 15 15 30

Объем горячей воды вычисляем по формуле:

(2.1)

где t₁ – температура воды в водопроводе, ⁰С (обычно 10 – 15⁰С);

t₂ – температура воды в ЭВН, ⁰С (75 – 85⁰С);

V₁ – объем холодной воды, необходимый для того, чтобы получить требуемую температуру смеси, л;

V_см, t_см – объем и температура смеси.

В уравнении (2.1) две величины неизвестны V_г и V₁ . Для удобства расчетов применяется номограмма рис.2.1. Например, для того, чтобы установить какое количество горячей и холодной воды потребуется для двух кратного приема душа (примем V_см,=76 л t_см =37⁰С), надо на прямой «температура смеси» найти точку 37⁰С и провести через нее множество прямых. Так как сумма объемов холодной и горячей воды должна быть примерно 76 л, выбирается именно та прямая, которая показана на рис 2.1. Тогда получим, что горячей воды с температурой 85⁰С нужно 26 л, а холодной – 50 л. Таким образом, подсчитав часовой расход горячей воды с температурой, t_см по номограмме находим часовой расход воды через ЭВН с температурой 85⁰С.

Рис.2.1. Номограмма для расчета температуры

смешения горячей и холодной воды

Полезная теплота Q_пол будет:

Электрическая мощность, потребляемая из сети Р= 0,00028∙к ∙ Q_общ , кВт.

Пример 2.

В цехе с количеством рабочих смены 120 человек в душевой установлено 12 душевых кабинок. Произвести расчет проточного ЭВН. Температура воды на выходе ЭВН – 85⁰С. Максимальная мощность ЭВН определяется из условия, что все 12 рожков работают одновременно.

Решение.

1. Принимаем t_см=37 ⁰С, из таблицы 2.1 выбираем на помывку одного рабочего 30 литров, время помывки 15 минут.

2. Находим расход смеси при одновременной работе 12 рожков

3. Из номограммы находим расход воды с температурой 85⁰С 7 л/мин, воды с температурой 15⁰С – 17 л/мин. Таким образом расход горячей воды составляет 7 л/мин или 420 л/час.

4. Находим мощность НЭ

5. НЭ подключаем к трехфазной сети напряжением 380 В частотой 50 Гц.

6. Принимаем материал нагревателя нихром.

ρ₂₀=1,01 – 1,1∙10^-6 Ом∙м; ρ_t = ρ₂₀ ∙к=1,05∙1,05=1,1∙10^-6 Ом∙м; ρ₂₀ =1,05. Принимаем для погружного НЭ допустимую удельную поверхностную мощность

β_доп=11∙10⁴ вт/м² [3].

7. Определяем диаметр нагревателя

принимаем стандарт d=2,5мм.

8. Зная R_ф, ρ_t=1,1 мм²/м и S нагревателя, находим длину

9. Диаметр спирали для нихрома выбираем D=(7 – 10)d=10∙2,5=25мм, а расстояние между витками в полтора, два раза больше диаметра.

10. НЭ выполняем в виде спирали на керамическом каркасе

h – шаг намотки выбираем 7 мм (расстояние между витками 1,8d=1,8∙2,5=4,5мм)

Длина спирали ℓ_сп=п∙h=212∙7=1484 мм=1,48 м.

2. Конструкция проточного ЭВН.

Теплообменник – основной узел проточного ЭВН, в котором происходит нагрев протекающей воды. Он имеет либо открытые НЭ, либо трубчатые НЭ – ТЭНы.

Т еплообменник с открытыми нагревательными элементами имеет камеру нагрева из нагревостойкого и прочного изоляционного материала, в каналах протока которого уложены нагревательные спирали. Материалом корпуса может служить керамика или теплостойкие пластмассы высокой механической прочности.

Рис.а)

1. Корпус теплообменника

2. Спираль НЭ

3. Выводная коробка

4. Приемный патрубок

Рис.б)

1. Наружный корпус

2. Внутренний корпус

3. Трубчатые НЭ

4. Выводная коробка

5. Терморегулятор