10. Нагрев воды для систем горячего водоснабжения

В системах централизованного теплоснабжения для нагрева воды, идущей на горячее водоснабжение, применяют поверхностные водоводяные водонагреватели. Теплоносителем является вода из систем теплоснабжения (сетевая вода). Теплоноситель и нагреваемая вода двигаются по изолированным контурам. Теплопередача осуществляется через стенку, разделяющую оба контура.

Наиболее распространены трубчатые водонагреватели (рис 10.1)

В водонагревателях систем горячего водоснабжения нагреваемая вода движется по трубкам, теплоноситель − по межтрубному пространству. Для снижения коррозии поверхность теплообмена водонагревателей обычно выполняют из латунных трубок.

Рис. 10.1. Трубчатый водонагреватель

1 − корпус; 2 − трубная решетка; 3 − опорная перегородка; 4 − подсоединительные патрубки

Для увеличения интенсивности теплообмена в водонагревателях оба теплоносителя должны иметь достаточно большие встречные скорости движения, что легко достигается в секционных водонагревателях (рис. 6.2)

Рис. 10.2.Секционный водонагреватель

1 − бобышка под термореле; 2 − спускной штуцер

Кроме того, для нагрева горячей воды применяются пластинчатые теплообменники. Основным элементом пластинчатых теплообменников являются гофрированные тонкостенные (толщиной 1 мм) штампованные металлические пластины с уплотняющими прокладками из термостойкой резины (рис. 10.3). Пластины собираются и стягиваются монтажными болтами на специальной раме. Каждая пластина омывается с одной стороны греющей водой, а с другой − нагреваемой. Отверстия в углах пластин и расположенные между пластинами прокладки образуют коллекторы, распределяющие теплоносители по каналам между пластинами. Различная компоновка пластин позволяет организовать течение теплоносителя через определенное число параллельно включенных пластин (пакет) с оптимальной скоростью и последовательное соединение пакетов для получения требуемой поверхности нагрева.

Рис. 10.3. Пластинчатый водонагреватель

1 − вход холодной воды; 2 − выход горячей воды; 3 − вход теплоносителя нагреваемой воды из подающего трубопровода тепловой сети; 4 − выход обратной греющей воды

Для систем горячего водоснабжения также применяются, отличающиеся компактностью, спиральные водонагреватели (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Спиральный водонагреватель

Приготовление горячей воды в централизованных системах горячего водоснабжения чаще выполняется путем подогрева холодной водопроводной воды теплоносителем из подающего трубопровода тепловых сетей в скоростных водонагревателях. Основные размеры и технические данные скоростных трубчатых водонагревателей приведены в прил. 3.

При определении поверхности теплообмена водонагревателя часовой расход тепла , кВт, определяется по формуле (6.7).

Ниже приводится последовательность расчета скоростного трубчатого водонагревателя.

1. Определяется расход греющей воды , м³/с

,

(10.1)

где − расход теплоты на горячее водоснабжение, кВт;

и − параметры сетевой греющей воды на входе в водонагреватель и на выходе из него соответственно, ° С;

с − удельная теплоемкость воды, равная 4,186 кДж/(кг ∙ ° С).

2. Определяется расход нагреваемой воды, , м^З/с, направляемой по трубкам скоростного водонагревателя

,

(10.2)

где: , –параметры нагреваемой воды, =65 – 75 ^о С, = 5^оС.

3. Рассчитывается площадь живого сечения трубного пространства , м² при оптимальной скорости воды в трубках по формуле

,

(10.3)

где − оптимальная скорость движения воды по трубкам, равная 0,8 − 1,5 м/с.

4. Подбирается тип водонагревателя по прил.7 с площадью живого сечения трубок близкой к полученной по формуле (10.3).

Выписываются основные параметры водонагревателя: −площадь живого сечения трубок, м²; − площадь сечения межтрубного пространства м²; − площадь поверхности нагрева одной секции, м²; − эквивалентный диаметр, м²; − число трубок, шт.

5. Определяется средняя температура греющей воды , ° С по формуле

.

(10.4)

6. Определяется скорость воды в межтрубном пространстве , м/с

.

(10..5)

7. Вычисляется коэффициент теплоотдачи , Вт/(м² ∙ ° С) от сетевой воды, проходящей в межтрубном пространстве, к стенкам трубок

(10.6)

где: − эквивалентный диаметр, м².

7. Определяется средняя температура нагреваемой воды , ° С

   .

   (10.7)

8. Определяется действительная скорость , м/с, в трубках

   .

   (10.8)

9. Вычисляется коэффициент тепловосприятия , Вт/(м² ∙ ° С) от стенки к нагреваемой воде

(10.9)

где: − внутренний диаметр трубок, м².

7. После определения и приступают к определению коэффициента теплопередачи , Вт/(м² ∙ ° С)

,

(10.10)

где: и − коэффициенты, учитывающие соответственно несовершенство трубного пучка и загрязнение поверхности теплообмена, при этом рекомендуется принимать: = 0,92 − 0,95; = 0,80 −0,85;

– толщина стенки трубки, м;

– коэффициент теплопроводности стенки трубки, Вт/(м² ∙ ° С).

Для латунных трубок внешним диаметром 0,016 м и толщиной стенки 0,001 м, = 0,0000094 (м ∙ ° С)/Вт.

12. Средняя логарифмическая разность температур воды , ° С, в водонагревателе определяется по формуле

    .

    (10.11)

13. Площадь поверхности нагрева водонагревателя , м², определяется по формуле

    .

    (10.12)

14. Число секций водонагревателя , шт., определяются по формуле

,

(10.13)

где – площадь поверхности нагрева одной секции принятого водонагревателя, м². В прил. 3 приведены значения при длине одной секции = 4,00 м, при длине одной секции = 2,00 м значения , приведенные в прил. 3, необходимо принять с коэффициентом 0,5. Полученное по формуле (10.13) число секций округляется до целого числа.

Фактическая площадь нагрева водонагревателя, м²,

.

(10.14)

Полученную площадь F_Ф сравнивают с требуемой площадью нагрева водонагревателя . В случае расхождения более 10% принимают другой номер водонагревателя и производят перерасчет.

12. Потери напора , м, нагреваемой воды в скоростных нагревателях следует определять по формуле:

,

(10.15)

где: – действительная скорость в трубках водонагревателя,

– число секций водонагревателя.