Номинальные габариты и присоединительные размеры водоподогревателей, мм

1. Для выбора необходимого типоразмера водоподогревателя предварительно задаемся оптимальной скоростью нагреваемой воды в трубках, равной W_тр = 1 м/с, и исходя из двухпоточной компоновки каждой ступени определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя f_тр^усл, м², по формуле

(1)

В соответствии с полученной величиной f_тр^усл и по табл. 1 выбираем необходимый типоразмер водоподогревателя.

2. Для выбранного типоразмера водоподогревателя определяем фактические скорости воды в трубках и межтрубном пространстве каждого водоподогревателя при двухпоточной компоновке по формулам:

(2)

(3)

3. Коэффициент теплоотдачи a₁, Вт/(м²×°С), от греющей воды к стенке трубки определяется по формуле

(4)

где

(5)

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м, определяется по формуле

(6)

Для выбранного типоразмера водоподогревателя d_экв принимается по табл. 1.

4. Коэффициент теплоотдачи a₂, Вт/(м²×°С) от стенки трубки к нагреваемой воде определяется по формуле

(7)

где

(8)

5. Коэффициент теплопередачи водоподогревателя k, Вт/(м²×°С), следует определять по формуле

(9)

где y - коэффициент эффективности теплообмена для гладкотрубных водоподогревателей с опорами в виде полок y = 0,95, для гладкотрубных с блоком опорных перегородок y = 1,2, для профилированных и с блоком опорных перегородок y = 1,65;

b - коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимается b = 0,8 - 0,95.

6. При заданной величине расчетной производительности водоподогревателя Q_h^SP по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и среднелогарифмической разности температур Dt_ср определяется необходимая поверхность нагрева водоподогревателя F по формуле (1) прил. 5.

7. Число секций водоподогревателя в одном потоке N, шт., исходя из двухпоточной компоновки определяется по формуле

(10)

Если величина N, полученная по формуле (10) имеет дробную часть, составляющую более 0,2, число секций следует округлять в большую сторону.

8. Потери давления DР, кПа, в водоподогревателях следует определять по формулам:

для нагреваемой воды, проходящей в гладких трубках:

а) при длине секции 4 м

(11)

б) при длине секции 2 м

(12)

где j - коэффициент, учитывающий накипеобразование; принимается по опытным данным, при их отсутствии - следует принимать j = 2 ... 3.

для нагреваемой воды, проходящей в профилированных трубках, в формулах (11) и (12) вводится повышающий коэффициент 3;

для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве:

(13)

Коэффициент В приведен в табл. 3.

Таблица 3

ПРИМЕР РАСЧЕТА ДЛЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ОГРАНИЧЕНИЕМ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ ИЗ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ НА ВВОД И РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПОДАЧИ ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ

Выбрать и рассчитать водоподогревательную установку для системы горячего водоснабжения центрального теплового пункта на 1516 условных квартир (заселенность - 3,5 чел на квартиру), оборудованную водоподогревателями, состоящими из секций кожухотрубного типа с трубной системой из прямых гладких трубок и блоками опорных перегородок по ГОСТ 27590.

Водоподогреватели присоединены к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода воды из тепловой сети на ввод.

Система отопления присоединена к тепловым сетям по зависимой схеме с автоматическим регулированием подачи теплоты.

Баки-аккумуляторы нагреваемой воды как в ЦТП, так и у потребителей отсутствуют.

Исходные данные:

1. Регулирование отпуска теплоты в системе централизованного теплоснабжения принято центральное, качественное по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

2. Температура теплоносителя (греющей воды) в тепловой сети в соответствии с принятым для данной системы теплоснабжения графиком изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха принята:

при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления t₀ = -26 °С:

в подающем трубопроводе t₁=150 °С;

в обратном трубопроводе t₂= 70 °С;

в точке излома графика температуры t¢_н = 23 °С:

в подающем трубопроводе t¢₁= 80 °С;

в обратном трубопроводе t¢₂= 42 °С.

3. Температура холодной водопроводной (нагреваемой) воды в отопительный период, поступающей в водоподогреватель I ступени, t_c = 2 °С (по данным эксплуатации).

4. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения на выходе из II ступени водоподогревателя t_h = 60 °С.

5. Максимальный тепловой поток на отопление потребителей, присоединенных к ЦТП, Q_omax = 5,82 × 10⁶ Вт.

6. Расчетная тепловая производительность водоподогревателей Q_h^SP = 4,57 × 10⁶ Вт.

7. Максимальный расчетный секундный расход воды на горячее водоснабжение g_h = 21,6 л/с.

Порядок расчета:

1. Максимальный расход сетевой воды на отопление

2. Максимальный расход греющей воды на горячее водоснабжение

3. Для ограничения максимального расхода сетевой воды на ЦТП в качестве расчетного принимается больший из двух расходов, полученных по пп. 1, 2

4. Максимальный расход нагреваемой воды через I и II ступени водоподогревателя

5. Температура нагреваемой воды за водоподогревателем I ступени

6. Расчетная производительность водоподогревателя I ступени

7. 7. Расчетная производительность водоподогревателя II ступени

8. Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя II ступени t^II₂ и на входе в водоподогреватель I ступени t^I₁

Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя I ступени

10. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для I ступени водоподогревателя

11. Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени водоподогревателя

12. В соответствии с п. 1 настоящего приложения определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя при скорости воды в трубках W_тр = 1 м/с и двухпоточной схеме включения

По табл. 1 настоящего приложения и полученной величине f_тр^усл подбираем тип водоподогревателя со следующими характеристиками:

f_тр = 0,0093 м²;

D_н = 219 мм;

f_мтр = 0,02139 м²;

d_экв = 0,0224 м;

f_сек = 11,51 м² (при длине секции 4 м);

13. Скорость воды в трубках при двухпоточной компоновке

14. Скорость воды в межтрубном пространстве при двухпоточной компоновке

15. Расчет водоподогревателя I ступени:

а) средняя температура греющей воды

б) средняя температура нагреваемой воды

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде

д) коэффициент теплопередачи при b = 0,9

Коэффициент y принят равным 1,2 для гладких трубок;

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени

ж) число секций водоподогревателя I ступени при длине секции 4 м

Принимаем 5 секций в одном потоке; действительная поверхность нагрева будет

16. Расчет водоподогревателя II ступени:

а) средняя температура греющей воды

б) средняя температура нагреваемой воды

в) коэффициент теплопередачи от греющей воды к стенке трубки

г) коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде

д) коэффициент теплопередачи при b = 0,9

е) требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени

ж) число секций водоподогревателя II ступени

Принимаем 2 секции в одном потоке, действительная поверхность нагрева будет

В результате расчета получилось по 2 секции в каждом водоподогревателе II ступени и 5 - в каждом водоподогревателе I ступени суммарной поверхностью нагрева 161 м².

17. Потери давления в водоподогревателях (7 последовательных секций в каждом потоке):

для воды, проходящей в трубках (с учетом j = 2)

для воды, проходящей в межтрубном пространстве

Коэффициент В принимается по табл. 3 настоящего приложения.

При применении водоподогревателя с профилированными трубками необходимое число секций в I ступени составит 3 секции, а во II - 2 секции в одном потоке. Потери давления по нагреваемой воде с коэффициентом j = 2 составляют 300 кПа.

В 1994 г. на московском заводе «Сатэкс» освоен выпуск кожухотрубных многоходовых водоподогревателей с I и II ступенями нагрева в одном корпусе (рис. 5), технические характеристики которых приведены в табл. 4 настоящего приложения. Тепловая производительность определена для условий, близких к реальным в системе теплоснабжения:

для водоподогревателей горячего водоснабжения: температурный перепад по греющей воде 70 - 30 °С, по нагреваемой - 5 - 60 °С, максимальные потери давления по нагреваемой воде, направляемой по трубкам, - 27 - 36 кПа (ИТП - ЦТП);

для водоподогревателей отопления: температурный перепад по греющей воде - 150 - 76 °С, по нагреваемой, направляемой по межтрубному пространству, при применении в ИТП - 105 - 70 °С и максимальной потере давления - 30 кПа; при применении в ЦТП - 120 - 70 °С и максимальной потере давления - 60 кПа (потери давления приняты везде для нового, чистого теплообменника).

Запас в поверхности нагрева принят 20 %.

В пересчете на расчетный режим работы по ГОСТ 27950-88Е (скорость воды в трубках 2 м/с) эти же установки ТМПО и ТМПГ, применяемые в ИТП, будут иметь характеристики, приведенные в табл. 5. При этом достигаются такие же коэффициенты теплопередачи, как и в пластинчатых водоподогревателях на максимальных скоростях теплоносителей.

С 1996 г. на том же заводе «Сатэкс» начат выпуск водоподогревателей установки полуразборной конструкции облегченного типа (рис. 6) для тепловых пунктов, размещаемых в подвале здания.

Рис. 5 Общий вид горизонтального многоходового кожухотрубного водоподогревателя

а - общий вид; б - разрез по секциям; 1 - вход холодной воды - I ступень; 2 - выход теплоносителя - I ступень; 3- выход горячей воды - I ступень; 4 - выход горячей воды - II ступень; 5 - вход теплоносителя - I ступень, 6 - выход теплоносителя - II ступень; 7 - выход теплоносителя - II ступень; 8 - вход холодной воды - II ступень, в, г - конструктивные размеры: 1 - секции; 2 - соединительная камера межтрубного пространства; 3 - то же, трубного; 4 - трубная доска; 5 - шарнир;

В₁ - холодная вода; В₂ - горячая вода; В₃ - циркуляционная линия горячего водоснабжения; Т₁ - подающая теплосети; Т₂ - выход греющей воды из II ступени; Т₃ - вход греющей воды в I ступень; Т₄ - обратная теплосети

Рис. 6. Водоподогреватель блочного типа по ТУ 400-28-132-90

Основные технические характеристики водоподогревателей блочного типа для ИТП (установка из 3 блоков)

Таблица 4