Практическая работа № 7 «Расчет и подбор водонагревателя»

Цель работы:

Произвести расчет и подобрать марку водонагревателя.

Общие указания:

При закрытой схеме горячего водоснабжения первичный теплоноситель (пар, вода) из тепловой сети используется для подогрева водопроводной воды в водонагревателях, устанавливаемых в центральных тепловых пунктах (ЦТП) и обслуживающих, как правило, группу зданий. В отдельных случаях водонагреватели могут размещаться в специальных помещениях непосредственно в подвалах жилых зданий (ИТП).

Производится подбор и расчет скоростного водонагревателя, размещаемого в подвале жилого дома, рассчитывается на наихудший режим работы – при максимальном тепловом потоке /максимальном теплопотреблении/ и минимальной температуре нагреваемой /холодной/ воды.

Тепловой поток на нужды горячего водоснабжения в течение часа максимального водопотребления проектируемого здания определен в разделе «Расчетные расходы воды и тепла».

Расход греющей воды (теплоноситель) определяется по формуле:

= , м³/ч, где

и - начальная и конечная температуры греющей воды /в подающей и обратной линии теплосети, согласно заданию/;

- теплоемкость воды, = 4,19 кДж/кг град;

- плотность воды, = 1000 кг/м³.

Расход нагреваемой воды определяется по формуле:

= , м³/ч, где

и - температуры горячей и холодной воды в системах,

По рекомендуемой скорости движения нагреваемой воды Vр = 1 м/с определяется рекомендуемую площадь сечения трубок нагревателя, м²,

F_тр= , где

G – расход воды, кг/ч;

ρ =1000 кг/м3 – плотность воды.

По таблицам подбирается марка водонагревателя с близким значением площади трубок. Для выбранной марки для одной секции водонагревателя находятся площадь нагрева f, площадь сечения трубок f_{тр.факт}.

Определяется фактическая скорость нагреваемой воды, м/с,

V=

Определяется коэффициент теплопередачи k, соответствующий фактической скорости нагреваемой воды V и рекомендуемой скорости движения греющей воды 1,0–1,5 м/с.

Таблица – Конструктивные характеристики секций скоростных водонагревателей по ГОСТ 27590

Номер водонагревателя	Диаметр корпуса, мм	Длина, мм	Число трубок	Поверхность нагрева f, м2	Площадь живого сечения, м2
					трубокfтр	межтрубного пространства fм.п
1	57	2220	4	0,37	0,00062	0,00116
2	57	4220	4	0,75
3	76	2300	7	0,65	0,00108	0,00233
4	76	4300	7	1,31
5	89	2340	12	1,11	0,00185	0,00287
8	114	4424	19	3,54	0,00293	0,005
9	168	2620	37	3,4	0,0057	0,0122

  

Таблица – Значения коэффициентов теплопередачи k, Вт/м²°С 

Скорость нагреваемой воды, м/с	Скорость греющей воды, м/с
	0,5	0,75	1,0	1,5
0,5	1102	1276	1392	1508
0,75	1241	1450	1566	1740
1,0	1334	1566	1740	1972
1,5	1508	1798	2030	2320

Рассчитывается необходимая площадь поверхности нагрева водонагревателя, м²,

, где

Q – расчетный поток теплоты для нужд горячего водоснабжения, Вт, определяемый по формуле 11, [1];

k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²°С);

∆t – средний температурный напор между греющей и нагреваемой водой, °С.

Для определения ∆t сначала подсчитывают разности температур между греющей и нагреваемой водой на противоположных концах нагревателя при работе с противотоком:

Δt₁ = T₁ – t_г; Δ t₂ = Т₂ – t₀

где Т₁, Т₂ – температуры греющей и обратной воды в теплосети; t_г, t_о – то же горячей и охлажденной воды в системе горячего водоснабжения.

Большей из этих разностей присваивают индекс «б», меньшей – «м» и определяют средний температурный напор:

Число секций водонагревателя:

, где

f – поверхность нагрева одной секции.

Скорость движения воды в водонагревателе во избежание шума не должна превышать 1,5 м/с, если это условие не соблюдается, секции подогревателя соединяют параллельно. Характеристики некоторых нагревателей приведены в таблице.

Потери напора в водонагревателе определяются по формуле:

H = SAV²n (м), где

S – коэффициент сопротивления одной секции (при l = 4 м S = 0,75; при l = 2 м S = 0,40)

A – коэффициент, учитывающий сопротивление водонагревателя (А=4).

Порядок выполнения:

1. Определение теплового поток Q_hr на нужды горячего водоснабжения в течение часа максимального водопотребления проектируемого здания

Q_hr = кВт

2. Определение расхода греющей воды (теплоноситель):

G_тн = =м³/ч,

где T_н и T_k - начальная и конечная температуры греющей воды ( в подающей и обратной линии теплосети ) , ⁰ С согласно зданию ; С - теплоёмкость воды , С = 4.19 кДж / кг  град ; ρ - плотность воды , ρ = 1000 кг / м

3. Определение расхода нагреваемой воды :

G_нв = -=м³/ч,

где t^h и t^c - температуры горячей и холодной воды в системах, ⁰ С по заданию

4. Скорость нагреваемой воды в водонагревателе :

V_нв = = м / с ,

где fтр - площадь живого сечения трубок водонагревателя, м

Вычисляют площадь живого сечения трубок водонагревателя , задавшись V_н.в. в пределах

0.5 -1.5 м / с

f_тр = = , м²

Подбираем скоростной водонагреватель типа ВВП с близкой по значению к вычисленной f_тр= . Площадь поверхности нагрева одной секции _______м² , число трубок n_тр= _____, площадь живого сечения трубок f_тр=____м²., площадь живого сечения межтрубного пространства f_тр. = ____м², масса одной секции ___ кг.

5. Вычисляем Vн.в. для подобранного водонагревателя

V_н.в. = ------------------------- =

6. Определяем скорость греющей воды (теплоносителя) в межтрубном пространстве :

V_т.н. = = м/с, где

fм.п. -площадь живого сечения межтрубного пространства данного водонагревателя , м²

Необходимую поверхность нагрева трубок водонагревателя определяют по формуле:

7. Определяем необходимую поверхность нагрева трубок водонагревателя:

F = = м²

где

β – коэффициент запаса (β = 1,1 ) ;

μ – коэффициент, учитывающий снижение теплопередачи из-за зарастания стенок (  = 0,7 );

k – коэффициент теплопередачи нагревательной поверхности (k = 1163 - 3000 Bт /м град)

t cр - расчётная разность температур теплоносителя и нагреваемой воды

Среднелогарифмическую разность температур, С, принимают в зависимости от схемы включения водонагревателя и соотношения Gн.в. и Gт.н.

Нагреваемая вода и теплоноситель могут двигаться параллельно друг другу (параллельная схема) или навстречу (противоточная схема ).

Принимаем противоточная схему, как обеспечивающая большую интенсивность теплопередачи.

8. Определяем число секций водонагревателя

n = , где

fсек. - площадь поверхности нагрева одной секции данного водонагревателя

n –число секций.

9. Определяем потери напора в водонагревателе:

h = S А V ² n

где

S - коэффициент сопротивления одной секции

А- коэффициент , учитывающий увеличение сопротивления водонагревателя