Горячее водоснабжение жилого дома

 

10. Построение суточного и интегрального графиков расходов теплоты на горячее водоснабжение

 

Для построения графика расхода тепла по часам  суток в координатах количество теплоты – часы суток при отсутствии конкретных данных о расходах теплоты  в отдельные часы можно использовать безразмерный график, т. е. график расхода  горячей воды по часам суток в  процентах от среднечасового расхода (рис.10.1)

 

Рисунок 10.1

 

часы	%
0-2	60	2,19
2-4	10	0,37
4-6	20	0,73
6-8	160	5,84
8-10	120	4,38
10-12	100	3,65
12-14	50	1,83
14-16	50	1,83
16-18	80	2,92
18-20	140	5,11
20-22	210	7,67
22-24	200	7,30

 

 

Рисунок 10.2

 

Используя данные графика расхода теплоты по часам суток строят интегральный график поданного и израсходованного количества теплоты.

Каждая его  ордината выражает суммарный расход теплоты от условного начала отсчёта  до рассматриваемого момента. Максимальная ордината равна суточному расходу  теплоты.

 

0-1	2,19	2,19
1-2	4,38	5,90
2-3	4,75	9,62
3-4	5,11	13,33
4-5	5,84	17,04
5-6	6,57	20,76
6-7	12,41	24,47
7-8	18,25	28,18
8-9	22,63	31,90
9-10	27,01	35,61
10-11	30,66	39,32
11-12	34,31	43,04
12-13	36,14	46,75
13-14	37,96	50,47
14-15	39,79	54,18
15-16	41,61	57,89
16-17	44,53	61,61
17-18	47,45	65,32
18-19	52,56	69,03
19-20	57,67	72,75
20-21	65,34	76,46
21-22	73,00	80,17
22-23	80,30	83,89
23-24	87,60	87,60

 

 

Рисунок 10.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Тепловой  и гидравлический расчет водоподогревательной установки с применением пластинчатых теплообменников

 

Регулирование отпуска теплоты в системе  централизованного теплоснабжения принято центральное качественное по совмещенной нагрузке отопления  и горячего водоснабжения. 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 t_о=-21ºС (для г. Бреста):

- в подающем  трубопроводе τ₁=150ºС;

- в обратном  трубопроводе τ₂=70ºС;

- в точке  излома графика температуры t_н^’=5,82 ºС;

- в подающем  трубопроводе τ₁^’=70ºС; по повышенному температурному графику τ₁^’=82,7ºС; в обратном трубопроводе τ₂^’=41,7ºС.

Температура в отопительный период холодной (нагреваемой) воды, поступающей в теплообменник 1 ступени, t_с=10ºС.

Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения (на выходе из 2 ступени теплообменника), t_h=63ºС.

Максимальный  тепловой поток на отопление потребителей, присоединенных к ЦТП, Q_omax=1,642·10⁶ Вт.

Расчетная тепловая производительность водоподогревателей системы горячего водоснабжения Q_h^sp=0,651·10⁶ Вт.

Расчет пластинчатого  теплообменника выполним по ГОСТ 15518, собранного из пластин 0,6р. Водоподогреватели присоединены к тепловой сети по двухступенчатой последовательной схеме.

Максимальный  расход сетевой воды на отопление, кг/ч

Максимальный  расход сетевой воды на горячее водоснабжение, кг/ч

Для ограничения  максимального расхода сетевой  воды на ЦТП в качестве расчетного принимается наибольший из двух расходов G_d=G_do=17,6·10³ кг/ч.

Максимальный  расход нагреваемой воды через 1 и 2 ступени водоподогревателя, кг/ч

 

Температура нагреваемой воды за водоподогревателем 1 ступени (см. рис. 11.1), ºС

t_h¹=τ₁’-5=41,7-5=36,7

Расчетная производительность водоподогревателя 1 ступени, Вт

Q_h^sp1=G_hmax(t_h¹-t_c)c/3,6=10,6·10³(36,7-9)4,19/3,6=0,328·10⁶

Расчетная производительность водоподогревателя 2 ступени, Вт

Q_h^sp2=Q_h^sp-Q_h^sp1=0,651·10⁶-0,328·10⁶=0,323·10⁶

Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя 2 ступени τ₂² и на входе в водоподогреватель 1 ступени τ₁¹ , ºС

τ₂²= τ₁¹= τ₁’-(3,6·Q_h^sp2/сG_d)=82,7-(3,6·0,323·10⁶/4,19·17,6·10³)=66,96

Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя 1 ступени, ºС

τ₂^’=τ₁’-(3,6·Q_h^sp/сG_d)=82,7-(3,6·0,651·10⁶/4,19·17,6·10³)=50,97

Рис. 11.1 Изменение  температуры теплоносителей в противоточном  теплообменнике

 

Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для 1 ступени водоподогревателя, ºС

Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для 2 ступени водоподогревателя, ºС

Проверяем соотношение  ходов в теплообменнике 1 ступени, принимая ΔР_н=100кПа и ΔР_гр=40 кПа

ºС

ºС

Соотношение ходов не превышает 2, следовательно, принимается симметричная компоновка теплообменника.

 

По оптимальной  скорости нагреваемой воды определяем требуемое число каналов

где W_опт – оптимальная скорость воды в каналах, соответствует Wопт=0,4м/с исходя из получения потерь давления в установке по нагреваемой воде 100-150 кПа;

       f_к - живое сечение одного межпластинчатого канала, принимаем f_к=0,00245 м2 [4, прил. 1];

Общее живое  сечение каналов в пакете (принимаем  число каналов равным 4), м²

f_гр=f_н=4·0,00245=0,0098

Фактические скорости греющей и нагреваемой  воды, м/с

Расчет подогревателя 1 ступени

Определяем  коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины, Вт/(м²ºС)

 A – коэффициент, зависящий от типа пластин, А=0,492 [4, прил. 1];

Коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде, Вт/(м²ºС)

Определяем  коэффициент теплопередачи, Вт/(м²ºС)

где β – коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, принимается равным 0,7…0,85.

Требуемая поверхность  нагрева водоподогревателя 1 ступени, м²

Количество  ходов движения теплоносителя (или  пакетов при разделении на одноходовые  теплообменники)

где f_пл – площадь поверхности нагрева одной пластины (концевой), м²;

Число ходов  округляется до целой величины, принимаем  1 ход.

Действительная  поверхность нагрева водоподогревателя 1 ступени, м²

F=(2mX-1) f_пл=(2·4·1-1)·0,6=4,2

Потери давления 1 ступени водоподогревателя по греющей воде, кПа

ΔР_гр¹=φБ(33+0,08t_ср^гр)W_гр^1,75Х=1·3(33+0,08·59)·0,5^1,75·1=25,2

где φ – коэффициент, учитывающий накипеобразование, который для греющей сетевой воды равен 1;

       Б – коэффициент, зависящий от типа пластины, Б=3 [4, прил. 1].

 

Расчет водоподогревателя 2 ступени

ºС

ºС

Определяем  коэффициент теплоотдачи от греющей  воды к стенке пластины, Вт/(м²ºС)

Коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде

Определяем коэффициент теплопередачи, Вт/(м²ºС)

Требуемая поверхность  нагрева водоподогревателя 2 ступени, м²

Количество  ходов движения теплоносителя (или  пакетов при разделении на одноходовые  теплообменники)

Число ходов  округляется до целой величины, принимаем  1 ход.

Действительная  поверхность нагрева водоподогревателя 2 ступени, м²

F=(2mX-1) f_пл=(2·4·1-1)·0,6=4,2

Потери давления 2 ступени водоподогревателя по греющей воде, кПа

ΔР_гр¹=φБ(33+0,08t_ср^гр)W_гр^1,75Х=1·3(33+0,08·74,8)·0,5^1,75·1=24,1

Потери давления обеих ступеней водоподогревателя по нагреваемой воде при прохождении максимального секундного расхода воды на горячее водоснабжение, принимая φ=1,5

ΔР_н¹⁺²=1,5·3(33+0,08·38,5)·0,37^1,75·3=44 кПа

В результате расчета водоподогревателя горячего водоснабжения принимаем два теплообменника (1 и 2 ступени) разборной конструкции Р с пластинами типа 0,6р, толщиной 0,8 мм, из стали 12Х18Н10Т (исполнение 01), на консольной раме (исполнение 1К), с уплотнительными прокладками из резины марки 359 (условное обозначение 10). Поверхность нагрева 1 (2) ступени – 4,2 м². Условное обозначение теплообменников, указываемое в бланке заказа:

1 ступени  – Р0,6р-0,8-4,2-1К-01-10   2 ступени – Р0,6р-0,8-4,2-1К-01-10. 

12. Подбор счетчиков  воды

 

Счетчик расхода воды при  закрытой системе теплоснабжения устанавливается  на трубопроводе только холодной воды, перед водоподогревателем первой (нижней) ступени. Счетчик с принятым диаметром условного прохода надлежит проверять на пропуск максимального (расчетного) секундного расхода воды при котором потери напора в крыльчатых счетчиках не должны превышать 2,5 м, турбинных – 1 м. По расходу воды q_hr=2,33 л/с=8,38 м³/ч (с учетом циркуляционного расхода) выбираем крыльчатый счетчик калибра 40 (Dy 40). Гидравлическое сопротивление S=0,039 м/(м³/ч)².

Потери напора в счетчике ΔН_s=s·q_hr²=0,039·8,38²=2,73 м > 2,5м → следовательно необходимо взять счетчик на калибр больше.

Выбираем крыльчатый счетчик калибра 50 (Dy 50). Гидравлическое сопротивление S=0,011 м/(м³/ч)².

Потери напора в счетчике ΔН_s=s·q_hr²=0,011·8,38²=0,77 м < 2,5 м. Принимаем к установке турбинный счетчик калибра 50 (Dy 50).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Определение требуемого напора на вводе в ЦТП  и подбор циркуляционных насосов

 

Требуемый напор водопроводной  воды на вводе в ЦТП 

Н_тр=ΔН_s+ΔН_вп+ΔН_l,tot+ΔН_geom+Н_f

где ΔН_s – потери напора в счетчике, ΔН_s=0,77 м;

       ΔН_вп – потери напора в водоподогревателе горячего водоснабжения, ΔН_вп=44,1 кПа=4,41 м;

       ΔН_l,tot – потери напора в подающих трубопроводах сети от водоподогревателя до самого дальнего водоразборного прибора, ΔН_l,tot=22,28 м;

       ΔН_geom – высота подъема воды (геометрическая высота от оси ввода водопровода до самого верхнего водоразборного прибора), ΔН_geom=3(n-1)+2+h_пр

где n – число этажей в здании, задано 8;

       h_пр – высота установки прибора, в нашем случае душевая сетка устанавливается на высоте 2100 мм от низа сетки до пола;

ΔН_geom=3(8-1)+2+2,1=25,1 м;

Н_f – cвободный напор перед водоразборным прибором, принимается равным 3м;

Н_тр=0,77+4,41+22,28+25,1+3=55,56 м

Давление на вводе водопровода  Н_д=380 кПа=38,0 м (задано).

Если заданный напор водопроводной  воды на вводе меньше требуемого, то циркуляционные насосы устанавливаются  для циркуляции и для подкачки (повысительно-циркуляционные).

Расчетный напор повысительно-циркуляционных насосов равен недостающему напору на вводе.

Н_р=Н_тр-Н_д=55,56-38,0=17,56 м

При подаче насоса q_п,ц=q^h+q^cir=14,32+2,33=16,65 л/с=60,0 м³/ч.

По подаче насоса и расчетном  напоре выбираем насос типа NB50-200/219 фирмы «Grundfos», в количестве 2 шт( 1 рабочий, 1 резервный). Файл подбора представлен в приложении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

 

СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий. – М.: Госстрой, 1986. – 56 с.

Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование. /Под ред. проф. Б.М. Хрусталёва. –  М.: Изд-во АСВ, 2007 – 784с.

Программа, методические указания и задания к курсовой работе «Горячее водоснабжение жилого микрорайона». / В.М. Копко, М.Г. Пшоник. – Мн.: БНТУ, 2001 – 58с.