2. Расчет и подбор водонагревателя.

Расxод тепла на приготовление горячей воды в час максимального водопотребления определяется по формуле:

Q^h_hr=1,16*q^h_{hr, мр}*(55-t^c)+Q^ht, (5.2)

где q^h_{hr, мр} - максимальный часовой расход горячей воды;

Q^ht - теплопотери в подающей и циркуляционной сети, кВт

Q^ht_hr=1,16*25,8*(55-5)+2*69,26=1634,92 кВт.

Расход греющей воды:

G^w_hr= Q^h_hr/(1.16*(t₁-t₂)), (5.3)

где t₁ - температура греющей воды на входе в водонагреватель

t₂ - температура греющей воды на выходе из водонагревателя

G^w_hr=1634,92/(1,16*(70-30))=35,24 м³/ч.

Площадь живого сечения трубок водонагревателя определяется по формуле:

f₁= q^h_{hr, мр}/(3600*v₁), (5.4)

где v₁ – скорость движения воды в трубках водонагревателя;

f₁=25,8/(3600*0,5)=0,014 м²

Площадь греющих трубок определяется по формуле

f_z=π*d²/4, (5.5)

f_z=3.14*0.014²/4=0.00015 м².

Требуемое количество трубок определяется по формуле:

n=f1/fz; (5.6)

n =0.014/0.00015=92

По Приложению 1 принимаем водоводяной секционный скоростной нагреватель воды:

D_н - наружный диаметр корпуса блок-секции – 273х7 мм;

D_вн – внутренний диаметр корпуса блок-секции – 207 мм = 0,207 м

d_н - наружный диаметр трубок - 16 мм = 0,016 м;

d_в - внутренний диаметр трубок - 14 мм = 0,014 м;

z - число трубок – 109;

l=4 м

f₃ - площадь поверхности нагрева одной секции – 20,56 м²;

Фактическая площадь живого сечения трубок :

f₁ = z ∙ f_z ; (5.7)

f₁=109∙0,0001539=0,01678 м².

Площадь межтрубного пространства, м²:

f₂ = 0,785(D_вн² – zd_н²); (5.8)

f₂ = 0,785(0,207² - 109∙0,016²)=0.0117

Фактическая скорость в трубках:

v₁= q^h_{hr, мр}/(3600*f₁); (5.9)

v₁=25,8/(3600*0.01678)=0.427 м/с

Фактическая скорость в межтрубном пространстве:

v₂= G^w_hr/(3600*f₂); (5.10)

v₂=35,24/(3600*0,0117)=0,836 м/с.

Cpeдняя температура греющей воды:

t_ср=(t₁+t₂)/2; (5.11)

t_ср=(70+30)/2=50 С

Коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к нагреваемой воде:

α1=1,16*(1210+18*t_ср-0,038*t²_ср)*(v^0,8₁/d^0,2_в); (5.12)

α1=1,16*(1210+18*50-0,038*50²)*(0,427^0,8/0,014^0,2)=2776;

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:

d_экв=D²_вн-z*d²_н/( D²_вн+z*d_н); (5.13)

d_экв=0,207²-109*0,016²/(0,207+109*0,016)=0,015/1,951=0,077

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенкам трубок:

α2=1,16*(1210+18*t_ср-0,038*t²_ср)*(v^0,8₂/d^0,2_экв); (5.14)

α2=1,16*(1210+18*50-0,038*50²)*(0,836^0,8/0,077^0,2)=3380 Вт/м^2*С

Коэффициент теплопередачи:

K=ψ*β/(1/α1+1/α2+δ/λ+δ_нак/λ_нак), (5.15)

где ψ – коэффициент эффективности теплообмена;

β – коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды;

δ – толщина стенок трубок;

δ_нак – толщина накипи;

λ – коэффициент теплопроводности материала трубок;

λ_нак – коэффициент теплопроводности накипи;

K=1,65*0,9/(1/2776+1/3380+0,001/105+0,0005/2,3)=1682 Вт/(м²·^оС).

Температурный напор, равный средней логарифмической разности температур в водонагревателе:

Δt_ср=((t₁-t^h)-(t₂-t^c))/2.3*lg((t₁-t^h)/(t₂-t^c)); (5.16)

Δt_ср=((70-60)-(30-5))/2,3*lg((70-60)/(30-5))=16.4 ^оС.

Требуемая поверхность нагрева:

F= Q^h_hr*1000/(k*Δt_ср); (5.17)

F=1635*1000/(1682*16,4)=59,27 м².

Количество секций водонагревателя:

n_в= F/ f₃; (5.18)

n_в=59,27/20,56=2,88=3

Потери напора в трубках водонагревателя при пропуске расчетного расхода:

Н_в=ε*β₃*φ* v²₁*n_в, (5.19)

где ε – коэффициент принимаемый в зависимости от длины секции;

β₃ - коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора в профилированных трубках водонагревателя;

φ - коэффициент, учитывающий накипеобразование;

Н_в=0,75*3*2*0,427²*3=2,46 м.

Скорость воды в трубках при пропуске циркуляционного расхода:

v_cir=q^cir/(1000*f₁); (5.20)

v_cir=1,65/(1000*0,01678)=0,1 м.

Потери напора в трубках водонагревателя при пропуске циркуляционного расхода:

Н^cir_в=ε*β₃*φ* v²_cir*n_в; (5.21)

Н^cir_в=0,75*3*2*0,1²*3=0.135 м.