Температурный напор в водонагревателях
По способу подачи воды и теплоносителя водонагреватели могут быть прямоточными и противоточными.
Критерием оценки эффективности способа подачи воды и теплоносителя является температурный напор. Температурный напор – это средняя разница (Δtср.) между температурами горячей воды и теплоносителе водонагревателя. Чем больше Δtср., тем эффективнее теплоснабжение.
Рис. Температурный напор в водонагревателях.
А) Прямоточная схема. Б) Противоточная схема.
В противоточной схеме Δtср. почти всегда больше, чем в прямоточной. Поэтому поверхность нагрева теплообменника с противотоком меньше. Таким образом, водоводяные водонагреватели все противоточные.
Этот вывод справедлив только для теплоносителя - воды. Если теплоноситель - пар, то направление движения теплоносителя и нагревателя воды не имеет значения. Пар в момент теплопередачи имеет постоянную по длине водонагревателя расчетную температуру – 100оС.
Лекция 9. Расчет систем горячего водоснабжения
9.1. Расчёт двух режимов работы системы
Расчет производится для двух режимов работы системы: водоразбора и циркуляции.
Расчет в режиме водоразбора производится по тем же формулам, что и расчет холодного водоснабжения. Однако есть различия.
1. Расход воды определяется с учетом циркуляционного расхода
где qh - расчетный расход в системе горячего водоснабжения (определяется как qc в холодном водоснабжении);
Кcir – коэффициент, учитывающий наличие циркуляционной воды в системе.
Для водонагревателей и водоразборных участков на диктующей ветке от ЦТП до 1-го стояка по ходу движения воды Кcir применяется в зависимости от (qh/qcir) по [3, приложение 5]. Для остальных участков Кcir = 0.
2. При гидравлическом расчете необходимо учесть увеличение скорости движения воды в трубах и потерь напора в связи с зарастанием труб. Поэтому расчет производится по номограммам [3, приложение 6] или с помощью таблиц гидравлического расчета [8] с введением поправочных коэффициентов, учитывающих уменьшение сечения трубопровода вследствие процесса накипеобразования.
3. Коэффициенты местного сопротивления в формуле Н= il (1+Ке) равны:
0,2 – для распределительных подающих и сборных циркуляционных трубопроводов;
0,5 - для трубопроводов в пределах тепловых пунктов и для водоразборных стояков с полотенцесушителями;
0,1 – для водоразборных стояков без полотенцесушителей и для циркуляционных стояков.
Расчет сети в режиме циркуляции заключается в определении циркуляционного расхода, необходимого для обеспечения температуры воды 50 оС в любой точке сети.
где β – коэффициент разрегулировки циркуляции [3, п. 8.2];
Δt – разность температур в подающем трубопроводе от водонагревателя до наиболее удаленной водоразборной точки [3, п. 8.2];
Qht – теплопотребление на участках трубопровода горячего водоснабжения:
Qht = К dнΔtm (1-ξ)l ,
где К – коэффициент теплопередачи неизолированной трубы; Ксталь.тр. = 11,63 Вт/(м2·оС);
– 3,14;
dн – наружный диаметр трубопровода на участке, м;
Δtm – разность между средней температурой трубы и воздуха в помещении или в канале;
– КПД изоляции;
l – длина расчетного участка трубы, м.
Расчет подающей и циркуляционной сети в режиме циркуляции производится с учетом зарастания труб. Диаметр циркуляционной сети принимается на 1 или 2 типоразмера меньше диаметра подающей сети для исключения переворота циркуляции.
Разница в потерях давления в циркуляционных полу- контурах от водонагревателя до наиболее удаленных водоразборных или циркуляционных стояков не должна быть более 10% для разных ветвей. Регулировка осуществляется подбором соответствующих диаметров или установкой регуляторов температуры, регулирующих диафрагм на циркуляционных участках сети.
При определении напора насосов учитываются потери напора в водонагревателе.
10.2. Местные системы горячего водоснабжения
Местные системы горячего водоснабжения применяют для горячего водоснабжения одной или нескольких водоразборных точек в пределах квартиры или дома. При этом общая теплопотребность на горячее водоснабжение обычно не превышает 120 кДж/ч. В противном случае целесообразнее применять ЦГВ.
Рис. Принципиальная схема местной системы горячего водоснабжения с генератором теплоты.
1 – холодный водопровод; 2 – генератор теплоты; 3 – расширительный бачок (служит для устранения повышения давлениия в сети теплоносителя при вскипании воды); 4 – емкостной водонагреватель; 5 – сеть горячей воды; 6 – сеть теплоносителя (подающий и циркуляционный трубопроводы).
При жесткости исходной воды до 3 мг·экв/л, нагрев воды производится по схеме с котлом-аккумулятором. Это открытая схема подогрева воды.
Повышенная жесткость способствует зарастанию труб солями жёсткости, особенно у водонагревателей. Поэтому, при жесткости свыше 3 мг·экв/л, нагрев воды производят по схеме с котлом-змеевиком в аккумуляторе. Это закрытая схема подогрева воды.
Источником теплоты могут служить: 1) пар; 2) перегретая вода; 3) жидкое, твердое и газообразное топливо; 3) электроэнергия; 4) солнечная энергия; 6) отработанное тепло промышленных предприятий.
Для создания запаса и регулирования расхода холодной воды в схему включают водонапорный бак. Водоразбор осуществляется под напором этого бака.
Рис. Схема местной системы горячего водоснабжения с водонапорным баком
В местных системах горячего водоснабжения в качестве генератора теплоты могут использоваться:
1. Кухонная плита с металлическим водогрейным баком вместимостью до 5-10 л. Производительность таких установок очень маленькая. Возможно вскипание воды и ее загрязнение.
2. Отопительная печь на твердом топливе в частных домах. Нагреватель - в виде змеевика из труб d = 32-50 мм - размещен в топочной камере плиты. Нагретая вода поступает в бак W = 350 - 400 л (для семьи из 5-6 чел), установленный под потолком. Охлажденная вода возвращается в нагреватель. Поверхность нагрева - 0,4-0,6 м2. За 2-3 часа работы плиты достигается температура воды 65-70оС.