5.2. Расчет и выбор марки водонагревателя

Скоростные водонагреватели собирают из отдельных секций, число которых зависит от требуемой производительности тепла. Каждая секция нагревателя представляет собой корпус, изготовленный из стальной трубы, внутри которого размещают пучок из нагревательных латунных или стальных трубок диаметром 14-16 мм. По этим трубкам пропускают нагреваемую воду, а вокруг них – греющую.

В скоростных водонагревателях расходуемая вода протекает с большой скоростью 0,5-2,5 м/с. Благодаря этому они имеют высокие коэффициенты теплопередачи и, следовательно, очень компактны и занимают небольшую площадь.

Расчет целесообразно вести в следующем порядке.

Задавшись скоростью движения нагреваемой воды V_нв в пределах 0,5-2 м/с, определяют требуемую площадь сечения трубок нагревателя f м², исходя из максимального часового расхода горячей воды q_hr^h, м³/ч,

q_hr^h

ƒ_тр = ------------------

V_тр 3600

(5.9)

Пользуясь приложением 8 технических данных водонагревателей, подбирают водонагреватель по ближайшему к вычисленному значению площади сечения трубок, после чего для выбранной марки водонагревателя вычисляют скорости движения нагреваемой V_нв и греющей V_гв, воды, м/с,

q_hr^h

V_нв = --------------

ƒ_тр 3600

(5.10)

Q_hr^h

V_гв =-----------------------------

ƒ_мп (t_н -t_к) С ρ

(5.11)

где - ƒ_мп – площадь сечения межтрубного пространства, по которому течет греющая вода, м²; приложение 8.

t_н, t_к – начальная и конечная температуры теплоносителя. Исходные данные в задании.

С – теплоемкость воды (С = 4,19кДж/кг-град); ρ – плотность воды (ρ = 1000кг/м^3).

По вычисленным значениям V_нв и V_гв, пользуясь приложением 7, находят величину коэффициента теплопередачи нагревательной поверхности К в Вт/м²-град. Как видно из приложения 7, величина теплопередачи К меняется в зависимости от скоростей движения нагреваемой воды и теплоносителя в широких пределах. (Если К = 1100, то это не страшно, если не устанавливать насос). Чем больше скорости протекания, тем больше величина К и меньше потребная поверхность нагрева водонагревателя, и наоборот. При достаточном напоре в наружной сети скоростной нагреватель считается плохо подобранным, если К < 1700 Вт/м² –град. В том случае следует взять более мелкий нагреватель, у которого будут большие скорости протекания нагреваемой и греющей воды, а следовательно, и больше значение К..

Необходимую поверхность нагрева водонагревателей в м² определяют по вычислительному часовому расходу тепла Q_hr^h, кВт, и коэффициенту теплопередачи К, Вт/м² – град

1000 Q_hr^h

F_н =--------------------

μ Κ Δ t

(5.12)

где μ – поправочный коэффициент, учитывающий наличие накипи на трубках подогревателя (μ = 0,6 – для стальных трубок, μ = 0,75 – для латунных);

Δt – расчетная разность температур теплоносителя и нагреваемой воды, ºС.

Δt_б – Δt_μ

Δt = --------------------------

Δt_δ

2,3lg------

Δt_м

(5.13)

Для скоростных водонагревателей Δt определяют по формуле

где Δt_δ, Δt_м – большая и меньшая разности температур между теплоносителем и нагреваемой водой на концах водонагревателя.

Чаще всего скоростные водонагреватели работают по противоточной схеме (холодная вода встречает остывший теплоноситель, а нагретая – горячий).

При этом

Δt_δ = t_н - t_r (или t_к - t_х),

Δt_м = t_к - t_х (или t_н - t_r),

(5.14 и 5.15)

где - t_н, t_к - начальная и конечная температуры теплоносителя;

t_х, t_r – начальная и конечная температуры нагреваемой воды (t_х = 5ºС, t_r = 75ºС).

Определив величину требуемой поверхности нагрева водонагревателя, подбирают определенный номер и число секций нагревателя из таблицы технических данных (приложение 8).

F_н

n_в = -----

S_в

(5.16)

где n_в – требуемое число секций принятого водонагревателя (округляется до целого числа секций в большую сторону);

S, - площадь поверхности нагрева одной секции.

Потери напора в скоростных секционных водонагревателях следует определять по формуле

h_вн = ß_вн s_вн v² n_вн

где ß_вн - безразмерный коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления водонагревателя за счет зарастания и увеличения шероховатости его внутренних поверхностей в процессе эксплуатации, принимаемый равным 4 при одноразовой в течении года очистке водонагревателя;

s_вн – коэффициент гидравлического сопротивления одной секции скоростного водонагревателя, принимаемый равным 0,75 при длине секции 4 м и0,4 при длине секции 2 м;

v – скорость движения воды в трубках водонагревателя, м/с, соответствующая максимальному секундному расходу горячей воды q^h,сir (определяется без учета зарастания трубок);

n_вн – число секций водонагревателя.

При больших скоростях протекания и большом коэффициенте теплопередачи потери напора в скоростном водонагревателе могут достигать 15 м вод. Ст. и более. Иногда при критической величине напора в наружной сети приходится только из-за водонагревателя устанавливать повысительный насос, что экономически нецелесообразно. В таких случаях лучше принять вместо мелкого, состоящего из нескольких секций водонагревателя, более крупный, с малыми скоростями течения воды и вследствие этого с малым значением К, но с сильно уменьшенным гидравлическим сопротивлением.

При недостаточной величине напора (Н_ф, > Н_гор) необходима установка повысительных насосов. Количество их следует предусматривать не менее двух, из которых один резервный.

Марку насоса подбирают по расчетному секундному расходу и недостающему напору.

В настоящем проекте имеется в виду, что необходимый напор создается насосами в ЦТП. Их расчет не предусмотрен.