2.4 Розрахунок розширювального бака

В двоконтурній системі сонячного гарячого водопостачання одним із елементів є розширювальний бак.

Необхідність встановлення в системі розширювального бака викликана особливістю двоконтурної системи. В першому контурі геліосистеми через геліоколектори проходе теплоносій. Також в системі може знаходиться повітря. Видалення повітря з системи та компенсацію термічного розширення теплоносія виконує розширювальний бак. Коли насос нагнітає воду в геліоколектор повітря витісняється в розширювальний бак, який з’єднаний з навколишнім середовищем.

Для проектування системи виникає необхідність знаходження об’єму розширювального бака. Цей об’єм, зазвичай складає близько 10-15% теплоносія першого контуру геліосистеми.

Об’єм одного теплоприймального елемента дорівнює:

(2.60)

де n_тр – кількість трубок з теплоносієм у колекторі, шт

d_тр.гк – діаметр трубок з теплоносієм у колекторі, м

Об’єм всіх теплоприймальних елементів дорівнює:

(2.61)

Для визначення об’єму трубопроводів необхідно знати діаметр труб. Цей діаметр повинен оптимальним за економічним показником і величиною гідравлічних втрат в системі. Витрата теплоносія через насос складає

(2.62)

кг/с.

Виберемо трубу з зовнішнім діаметром 42,3 мм, та товщиною стінки 2,8 мм, за ГОСТ 3262-75. Внутрішній діаметр труби

d_вн = 42,3 – 2,8*2 = 36,7 мм

Враховуючи максимальні граничні відхилення розмірів -1%, по ГОСТ 3262-75, остаточно:

d = 36,7 – 42,3*0,01 = 36,3 мм

швидкість руху теплоносія через трубопровід складає:

(2.63)

.

швидкість теплоносія у геліоколекторі

(2.64)

По попередній оцінці довжина водопроводів першого контуру складає 70 м.

Отже об’єм трубопроводів дорівнює:

Крім того, в системі знаходяться насос і теплообмінник. Об’єм теплоносія в першому контурі складає:

(2.65)

м³

Об’єм розширювального бака повинен бути достатнім для компенсації температурного розширення теплоносія; обираємо об’єм розширювального бака рівним:

м³.

Розміри розширювального бака:

ширина – 0,25 м;

довжина – 0,4 м;

висота – 0,2 м;

Тоді остаточно об’єм бака:

Для зменшення теплових втрат з розширювального бака по його поверхні встановлюється теплова ізоляція – пінополіуретан товщиною 30мм.

2.5 Розрахунок відцентрового насосу

2.5.1 Розрахунок гідравлічних втрат першого контуру системи гарячого водопостачання

Для розрахунку відцентрового насосу в першому контурі системи необхідне значення витрати теплоносія і значення напору.

Витрата теплоносія визначається по енергії, яка надходить на теплоприймальний елемент геліоколектора і температур на вході і виході з геліоколектора (див. табл.. 2.20).

.

Для розрахунку необхідного напору насосу необхідно визначити гідравлічні втрати в першому контурі.

Гідравлічні опір першого контуру має такі складові:

• опір в геліоколекторі,

• опір в трубопроводах,

• опір в теплообміннику,

• опір на поворотах труби, в місцях розширення і звуження.

Гідравлічний опір геліоколектора визначається експериментально і складає 0,15 0,2 м.

Для визначення гідравлічних втрат в трубопроводах знайдемо швидкість руху теплоносія і число Рейнольдса.

(2.66)

де - кінематична в’язкість теплоносія при 50˚С [11, 13].

При турбулентній течії теплоносія коефіцієнт втрат на тертя визначається відповідно до відношення d/k [12], де k – абсолютна шорсткість труби, задамо k =10^-4, тоді:

Для гідравлічно-гладких труб λ лежить у діапазоні

,

для гідравлічно-шорстких , у нашому випадку труби гідравлічно-гладкі, тоді формула для обчислення коефіцієнту гідравлічних втрат на тертя, слід визначати за формулою Альтшуля [12]:

(2.67)

Гідравлічні втрати на тертя визначаються за формулою Дарсі-Вейсбаха:

(2.68)

де v_ср – середня швидкість теплоносія по перетину труби

l – довжина всіх трубопроводів, наближено приймемо 40 м.

Втрати на місцевих опорах обчислюються за формулою Вейсбаха [12]:

(2.69)

Враховуючи що знаходиться в межах 0…1, та більшість місцевих опорів (повороти, звуження розширення вентилі, та ін..) розташовані паралельно, враховуючи кількість опорів до 70, можна наближено обчислити.

Гідравлічний опір теплообмінника складає близько 0,25 м.

Повний гідравлічний опір першого контуру, з урахуванням того, що крайня верхня точка контуру знаходиться на висоті 4 м від насосу (насос встановлено у підвальному приміщені), складає:

Насос буде працювати також при нижчих температурах теплоносія, коли в’язкість теплоносія більша, а від так і більші втрати напору вдовж всього контуру. Остаточно для розрахунку насосу приймаємо значення напору Н=12 м.