1. Расчет и выбор оборудования теплового пункта

Расчет и выбор оборудования теплового пункта (ТП), от количества тепловых нагрузок и от схемы присоединения нагрузки на отопление. Схема присоединения может быть зависимой и независимой. При независимой схеме присоединения для удовлетворения нагрузки на отопление принимается к установке водо-водяной или пароводяной подогреватель, при зависимой схеме – элеватор. При наличии нагрузки на вентиляцию принимается к установке водо-водяной или пароводяной калорифер.

6.1. Расчет и выбор водо-водяных теплообменных аппаратов.

Расход греющей воды зависит от схемы присоединения тепловых нагрузок. Рассмотрим следующие случаи:

а) Схема присоединения потребителей имеющих нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС с одноступенчатым подогревом воды на ГВС при последовательном включении подогревателя ГВС. Калорифер, включается в схему параллельно .(рис. 6.1.1.)

Для данной схемы присоединения тепловых нагрузок расход греющего теплоносителя определяется раздельно для каждого вида тепловой нагрузки, при этом t принимается по заданию в соответствии с температурным графиком (130 –70, 150 – 70 и т.п.).

t_{2 на ГВС}

t_х ^{из водопровода} t_г

_{перемычка на летнее время}

РТ

t₁ РР _{на отопление}

^{из теплосети}

_{в теплосеть}

Рисунок 6.1.1.

Для данной схемы присоединения расходы греющего теплоносителя на подогреватели ГВС и отопления принимаются равными расходу теплоносителя на отопление, в случае если калорифер включен до подогревателя ГВС. Если калорифер включен после подогревателя ГВС, расход теплоносителя на подогреватели ГВС будет равным расходу теплоносителя на отопление и вентиляцию. Из уравнения теплового баланса подогревателя ГВС определяется температура греющей воды на выходе из подогревателя ГВС для дальнейшего расчета и выбора подогревателя или элеватора (при зависимой схеме присоединения отопительной нагрузки) на отопление и калорифера.

Уравнение теплового баланса подогревателя ГВС;

В^ггвс с (t₁ – t₂) = В^н_гвсс (t_г – t_х) (6.1.1.)

В^ггвс= Q_от./сt, кг/с, где t – принимается по заданию;

t₁ – температура сетевой воды на входе в подогреватель, по заданию, или по отопительно-бытовому графику, ⁰С;

t₂ – температура сетевой воды в обратной линии теплосети, ⁰С,

t_г = 65⁰ С – температура нагреваемой воды на выходе из подогревателя ГВС;

t_х = 5⁰С - температура нагреваемой воды на входе в подогреватель.

В^нгвс. – расход нагреваемой воды. Определяется по формуле

(6.1.2.)

. Расчет расходов нагреваемого теплоносителя можно произвести в электронных таблицах. Пример расчета расхода нагреваемого теплоносителя приводится в Таблице 6.1. При этом при расчете подогревателей на ГВС Δt = 65 – 5 = 55⁰С, при расчете подогревателей на отопление и калориферов Δt = 95 – 70 = 25⁰С.

Таблица 6.1. Определение расходов нагреваемого теплоносителя.

	Qро кВт	Qрв. кВт	Qргвс кВт	Внот кг/с	Внв кг/с	Внгвс кг/с
1	2	3	4	5	6	7
Здание № 1
Здание № 2
Здание № 3
Здание № 4
Здание № 5
Здание № 6
Здание № 7
Здание № 8
Здание № 9
Здание № 10
ИТОГО

б). Схема присоединения потребителей имеющих нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС с одноступенчатым подогревом воды на ГВС при параллельном включении подогревателя ГВС. Калорифер, включается в схему параллельно. (рис. 6.1.2.)

t₂

_{и з водопровода}, t_{х на ГВС}, t_г

РТ

t₁

_{из теплосети} РР _{на отопление}

_{в теплосеть}

Рисунок 6.1.2.

Для данной схемы присоединения нагрузки ГВС определяется расход греющего теплоносителя из уравнения теплового баланса подогревателя ГВС

(6.1.3.)

где t₁–температура в прямой линии теплосети в точке излома отопительного графика или по заданию.

t₂ – принимается равной t₁-(10 15 ⁰C)

в). Схема присоединения потребителей имеющих нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС при двухступенчатом подогреве воды на ГВС с последовательным включением подогревателя ГВС и калорифера до подогревателя ГВС (рис. 6.1.3.).

Для данной схемы присоединения тепловых нагрузок определяется расход греющего теплоносителя для подогревателя ГВС второй ступени и температура нагреваемого теплоносителя на входе в этот подогреватель. Для этого составляется:

уравнение теплового баланса для подогревателя ГВС 1-й ступени:

В^г_гвс.С (t₂ – t′₂) = В^н_гвс. С (t′_г – tх) (6.1.4.)

t_{г на ГВС}

t₁ t′₁

_{перемычка на летнее время}

РТ

_{из теплосети на отопление}

РР

t′_г

К

_{в теплосеть}

t′₂ t₂

t_{х из водопровода}

Рисунок 6.1.3.

Из этого уравнения определяем температуру нагреваемой воды t′_г на входе в подогреватель второй ступени.

В^г_гвс= В^р_о (6.1.3.)

t′₂ - температура сетевой воды на выходе из подогревателя ГВС, принимается t′₂ = t₂ – (10-15 ⁰С)

tх- температура холодной воды на входе в подогреватель 1-й ступени, t_х = 5 ⁰С

Уравнение теплового баланса для подогревателя ГВС 2-й ступени:

В^ггвсС t = В^нгвсС (t_г – t′_г) (6.1.4.)

где Δt определяется по заданию или по отопительно-бытовому графику.

В^г_гвс – см. формулу (6.1.3.)

В^н_гвс – определяется из таблицы 6.1.

Из этого уравнения определяется t′₂.

г) Схема включения подогревателей ГВС с двухступенчатым подогревом воды с параллельным включением подогревателя второй ступени.

Составляем уравнение теплового баланса для подогревателя 2-й ступени

(6.1.5.)

В этом уравнении

t₁ – температура воды в подающей линии теплосети в точке излома по отопительно-бытовому графику;

t₂ – то же в обратной линии теплосети;

t′_г – температура воды после 1-й ступени подогревателя. Принимается t′_г = t₂ – δ; где δ – величина недогрева воды в первой ступени подогревателя (принимается );

_{На ГВС}

t_г

РТ

t₁ t_{2 на отопление}

_{из теплосети} РР

t′_г

_{в теплосеть}

t′₂ t₂

t_{х из водопровода}

Рисунок 6.1.4.

Составляем уравнение теплового баланса для подогревателя 1-й ступени

(6.1.6.)

В этом уравнении

t₂ – температура воды в обратной линии теплосети в точке излома по отопительно-бытовому графику;

t′₂ – температура греющей воды после подогревателя;

t′_г – температура воды после 1-й ступени подогревателя. Принимается из расчета подогревателя 2-й ступени. Определяется расход греющей воды из тепловой сети В^г(1)_гвс;

Составляем уравнение теплового баланса для подогревателя 1-й ступени

(6.1.7.)

В этом уравнении В^г(1)_гвс = В^г(2)_гвс + В^р_о; t′₂ – температура греющей воды на выходе из подогревателя 1-й ступени, определяется из решения уравнения теплового баланса подогревателя.

Определив расходы теплоносителей и температуры греющего и нагреваемого теплоносителя можно приступать непосредственно к расчету и выбору подогревателей. Расчет производится в следующей последовательности:

6.1.1. Определяется тепловая мощность подогревателя по формуле:

Ф= В_н С( t_2н - t_1н), кВт (6.1.8.)

В_н - расход нагреваемого теплоносителя, кг/с;

t_1н и t_2н - температуры нагреваемого теплоносителя соответственно на

входе и выходе из подогревателя, 0С;

C - теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг К;

6.1.2. Определяются средние температуры греющей и нагреваемой воды по формуле:

tср = 0,5 ( t_вх. + t_вых.), ⁰С (6.1.7.)

6.1.3. Определяются плотности теплоносителей _г и _н по средней температуре теплоносителей по таблицам водяных паров, кг/м³.

6.1.4. Определяются живые сечения для греющего и нагреваемого теплоносителей:

f = B / ω , м² (6.1.8.)

ω - скорость движения теплоносителей. Принимается предварительно 0,5 – 2,5 м/с.

6.1.5. По определенным живым сечениям производится выбор подогревателя по Приложению . Для расчета необходимы следующие характеристики подогревателя:

- поверхность нагрева, м²;

- диаметры корпуса d_вн. и d_нар., м;

- живое сечение трубного пучка, м²;

- живое сечение межтрубного пространства, м²;

- диаметры трубок d_вн. и d_н, м;

- эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэ, м

- длина трубок, м;

- общее число трубок, n.

Примечание: в ПЗ необходимо привести эскиз выбранного подогревателя.

6.1.6. Определяется действительная скорость греющего и нагреваемого теплоносителя по живым сечениям выбранного подогревателя по формуле:

ω = В/ f ρ, м/с (6.1.9.)

Действительная скорость движения теплоносителя должна быть не менее 0,5 и не более 2,5 м/с.

6.1.7. Определяется критерий Рейнольдса для греющего и нагреваемого теплоносителя по формуле:

Re = ω d/ (6.1.10.)

 - кинематическая вязкость, м²/с. Определяется по физическим свойствам воды для средней температуры теплоносителя, см. Приложение

При расчете Re для теплоносителя, направляемого в межтрубное пространство d = d_э.

6.1.8. Определяется коэффициенты теплоотдачи ₁ и ₂ для греющего и нагреваемого теплоносителя по формуле:

, Вт/м² К (6.1.11.)

Коэффициент В₂ определяется по Таблица 6.1.2. по средней температуре теплоносителя.

Поправочный коэффициент  определяется по Таблице 6.1.3 в зависимости от числа Рейнольдса.

Таблица 6.1.2.

tср	0	10	20	30	40	50	60	80	100	120	130	140
В2	4,89	5,63	6,47	7,2	7,95	8,62	9,26	10,54	11,65	12,55	13,06	13,48

Таблица 6.1.3.

Re	2100	2200	2300	2400	2500	4000	5000	6000	8000	9000
φ	0,2	0,273	0,32	0,358	0,4	0,55	0,645	0,812	0,885	0,956

При Re >= 10000  = 1.

6.1.9. Определяется средний температурный напор. Для его определения необходимо построить график изменения температур по поверхности нагрева теплоносителя, вычислить большую t_б и меньшую t_м разность температур.

Средний температурный напор определяется по формуле:

t_ср = (t_б + t_м.) / 2, ⁰С (6.1.13.)

при t_б/t_м =< 1.7

t_cр. = t_б - t_м / ln ( t_б/ Δt_м), ⁰С при Δt_б/Δt_м >1,7 (6.1.14.)

6.1.10. Определяется коэффициент теплопередачи по формуле:

, (6.1.14.)

δ_ст. - толщина стенок труб, м;

λ_ст. - коэффициент теплопроводности материала стенок труб.

Для латуни λст. = 105 Вт/м К, для стали λст = 58 Вт/м² К;

R_загр. - термическое сопротивление загрязнения. Можно принимать

R_загр. = 0,0003 м К/Вт.

6.1.11. Определяется требуемая поверхность нагрева А по формуле:

А = Ф 10³ / К Δtср., м² (6.1.15.)

Ф – тепловая мощность подогревателя, кВт. См. пункт 6.1.1.

6.1.12. Если к установке принят секционный подогреватель, определяется число секций подогревателя по формуле:

n =А/А′ , (6.1.16.)

где А′ - поверхность нагрева одной секции, м². Число секций округляется до целого числа в сторону увеличения. Желательно, чтобы число секций было не более 6.

6.1.13. Определяется действительная поверхность нагрева подогревателя по формуле:

Ад = А n, м² (6.1.17.)

6.1.14. Определяется запас поверхности нагрева подогревателя:

100%

Необходимо иметь запас поверхности нагрева 5 – 25%. В ином случае необходимо подобрать другой подогреватель или изменить количество секций выбранного подогревателя.

Расчет водо-водяного подогревателя можно производить в электронных таблицах Excel. Для этого сначала определяются исходные данные для выбора ВВП.

По полученным живым сечениям для прохода теплоносителей выбирается подогреватель по Приложению , который имеет следующие характеристики:

- поверхность нагрева секции А = м²;

• диаметр корпуса Дн/Двн = мм;

• живое сечение трубного пучка f_тр = м²;

• межтрубного пространства f_м.тр. = м²;

• эквивалентный диаметр межтрубного пространства d_э = мм

• диаметр трубок d_н/d_вн = мм;

• материал трубок –

• длина трубок - мм;

• общее число трубок n =

Далее исходные данные заносятся в Таблицу 6.1.4 где производится расчет ВВП, основной задачей которого является определение требуемой поверхности нагрева ВВП и определение запаса поверхности нагрева. В Таблице 6.1.5. приведен расчет ВВП для ГВС при параллельном соединении подогревателя. Температурный график 130⁰С-70⁰С, температура нагреваемой воды на входе в подогреватель 5⁰С, на выходе 6⁰С.

Наименование	Способ определения	Результат
1	2	4
1. Внутренний диаметр трубок ВВП, dвн., м	Характеристика ВВП
2.Эквивалентный диаметр,dэ, м
Живое сечение трубок, fтр., м2
То же межтрубного пространства, f м.тр., м2
5.Скорость нагреваемого теплоносителя, wн, м/с
6.То же греющего, wг, м/с
7Кинематическая вязкость нагреваемого теплоносителя, н, м2/с	по Приложению
То же греющего,г, м2/с
9.Число Рейнольдса для греющего т/н, Reг.	Re = w d /г
10. То же для нагреваемого т/н, Reн	Re = w d /н
11. Коэффициент теплоотдачи для греющего теплоносителя, , Вт/м2 К
12. То же для нагреваемого теплоносителя,  Вт/м2К	Аналогично 1
13. Коэффициент В2г	Таблица 6.1.2. МУ
14. В2н
15. Коэффициент г	Таблица 6.1.3. МУ
16. Коэффициент н	Таблица 6.1.3. МУ
17. Коэффициент теплопередачи, К, Вт/м2К
18. Термическое сопротивление загрязнения, Rзагр., (м2 К)/Вт	Принимается
19. Средний температурный напор, tср., 0С	tср = tб + tм / ln tб/tм
1	2	3
20. tб., 0С	По графику изменения температур
21. tм., 0С
22. Требуемая поверхность нагрева, А, м2
23. Поверхность нагрева секции, А′, м2	Характеристика ВВП
24.Требуемое число секции, n	А / А′
25. Принимаемое число секций, n
26. Действительная поверхность нагрева, Ад, м2
27. Запас поверхности нагрева, %