10800
.pdf61
элеваторный узел допускается по заданию на проектирование и только при обосновании.
От смесительной установки или теплообменника теплоноситель идет в распределительный коллектор системы отопления здания, а от него расходится по трубопроводам различных веток системы отопления здания.
Коллектор представляет собой трубу большего диаметра, от которой расходятся трубопроводы меньших диаметров – ветки системы отопления здания. Коллекторы выполняются только из металла. В тепловом пункте здания размещают два коллектора отопления – подающий и обратный. Подающий коллектор всегда располагают над обратным. См. рис. 3.4 и 3.5.
а) коллекторы СО с медными |
б) коллекторы СО с |
трубами |
полипропиленовыми трубами |
Рис. 3.4 Коллекторы системы отопления (СО).
Подобный коллектор может быть устроен для систем теплоснабжения воздухонагревателей приточных систем вентиляции, если таких систем в здании несколько. Разница в том, что для воздухонагревателей нет необходимости снижать температуру сетевой воды, то есть ответвление на коллектор систем теплоснабжения воздухонагревателей устраивается до смесительного узла по ходу движения теплоносителя (также и ответвление на теплообменники ГВС). На рис. 3.5 показан коллектор с размещением подающей и обратной линий внутри общего корпуса. Это элемент энергосбережения с распределением на три группы коллекторов (одна справа внизу не видна), можно использовать в об-
62
щественных зданиях с разными арендаторами помещений Схему подключения теплообменников СО и ГВС к тепловой сети рис. 3.5.
Рис. 3.5. Коллектор с разделением подающей и обратной линий внутри общего корпуса (элемент энергосбережения) с распределением на три группы коллекторов (одна справа внизу не видна), можно использовать в общественных зданиях с разными арендаторами помещений
На всех трубопроводах водяных систем в верхних точках устанавливаются воздухоотводчики (с воздухосборниками или без) – штуцеры с запорной арматурой с условным проходом не менее 15 мм для спуска воздуха из системы, а в нижних точках – штуцеры с кранами с условным проходом не менее 25 мм для спуска воды при ремонте или по окончании отопительного периода. Трубопроводы прокладываются с уклоном не менее i=0,002 (2 промилле) к тепловому вводу.
Для стока воды полы ИТП следует проектировать с уклоном i=0,01 в сторону трапа или водосборного приямка. Минимальные размеры водосборного приямка должны быть, как правило, в плане не менее 0,5 х 0,5 м при глубине не менее 0,8 м. Приямок должен быть перекрыт съемной решеткой. Для откачки воды из водосборного приямка в систему канализации, водостока или попутного дренажа следует предусматривать один дренажный насос.
В тепловых пунктах следует предусматривать мероприятия по предотвращению превышения допускаемого уровня шума в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562. «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».
Для тепловых пунктов обязательно исполнение требований по архитек-
63
турно-планировочным решениям. Высоту помещений от отметки чистого пола до низа выступающих конструкций перекрытия (в свету) рекомендуется принимать не менее 2,2 м. При размещении ИТП в подвальных и цокольных помещениях, а также в технических подпольях зданий допускается принимать высоту помещений и свободных проходов к ним не менее 1,8 м. Проемы для естественного освещения тепловых пунктов предусматривать не требуется. Двери и ворота должны открываться из помещения или здания теплового пункта от себя. Подробные требования к помещениям ИТП изложены в разделе 14 СП
124.13330.2012 [13] и разделе 2 СП 41-101-95 [19]. По взрывопожарной и по-
жарной опасности помещения тепловых пунктов должны соответствовать категории Д.
3.2. Теплообменники
Теплообменники системы отопления бывают:
−водоводяные и пароводяные – по виду греющего теплоносителя;
−кожухотрубные (труба в трубе) и пластинчатые (ALFA LAVAL, Ридан,
Danfoss) рис. 3.5-3.7.
На каждом патрубке теплообменника устанавливают отключающее устройство, термометр и манометр, а перед входными патрубками пластинчатых, кроме того, – сетчатые фильтры (для исключения дополнительных потерь давления вследствие загрязнения межпластинчатого пространства).
а) б) в)
а) схема устройства, направление движения греющей и нагреваемой воды; б) внешний вид; в) внутреннее строение секции двухсекционного кожухотрубного теплообменника.
Рис. 3.5. Кожухотрубные теплообменники
64
а) б) в)
а) схема устройства, направление движения греющей и нагреваемой воды; б) внешний вид; в) самый маленький типоразмер.
Рис. 3.6. Пластинчатые теплообменники
Рис. 3.7. Пластинчатые теплообменники, установленные в котельной (слева) и тепловом пункте (справа)
Побудителем движения воды в СО служат циркуляционные насосы, расположенные в тепловом пункте или на насосной станции.
Насосы всегда устанавливаются в количестве не менее двух – один рабочий и один резервный. Монтаж одного насоса допускается при условии хранения резервного насоса в непосредственной близости от места расположения насосной установки. После насоса по ходу движения воды устанавливают обратный клапан для предотвращения тока воды через лопатки насоса в обратную сторону. До насоса и после обратного клапана устанавливают запорную арматуру для возможности обеспечения отключения насоса при его замене (см. рис.
65
3.5 и 3.8). До и после насоса для контроля напора воды устанавливаются манометры.
Теплообменники, циркуляционные насосы, фильтры, КИП и автоматика устанавливаются в центральном тепловом пункте или в тепловом пункте здания
– ИТП.
Рис. 3.8 Обвязка насосов (движение воды снизу вверх)
В тепловых пунктах для измерения потребления теплоты надлежит устанавливать приборы учёта и контроля тепловой энергии.
Методика теплового и гидравлического расчета пластинчатых теплообменников
1. Методика расчета пластинчатых теплообменников основана на использовании в них всего располагаемого напора теплоносителей с целью получения оптимальной скорости каждого теплоносителя и соответственно максимального значения коэффициента теплопередачи.
Оптимальное соотношение числа ходов для греющей Х1 и нагреваемой Х2 воды находится по формуле
X |
1 |
|
G |
h |
0,636 |
|
DPгр 0.364 |
|
1000 - tсрн |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
(2.14) |
||
|
|
|
|
|
|
|
гр |
||||||
X 2 |
= |
|
|
|
× |
|
|
1000 - t |
|||||
Gd |
|
DРн |
|
ср |
|
66
Если соотношение ходов получается > 2, то для повышения скорости движения воды целесообразна несимметричная компоновка, то есть число ходов теплообменивающихся сред будет неодинаковым.
2. Для выбора необходимого типоразмера пластинчатого теплообменника предварительно задаемся оптимальной скоростью движения воды в каналах
Wопт = 0,4 мс , которая позволит получить потери давления в установке не более
150 кПа и обеспечит высокий коэффициент теплопередачи.
Выбрав тип пластины рассчитываемого теплообменника системы отопления, по оптимальной скорости находим требуемое количество каналов по нагреваемой воде mн:
mн = |
|
Gh max |
(2.15) |
||
W |
× f |
к |
× ρ н ×3600 |
||
|
опт |
|
|
|
где fк - живое сечение одного межпластинчатого канала. Полученное значение округляем в большую сторону до целого числа.
3. Компоновка теплообменника симметричная, т.е. mгр = mн. Число пластин в пакете находят по соотношению:
nп = 2 × mн |
|
(2.16) |
||
В крайних пакетах, соприкасающихся пластин на одну больше (конце- |
||||
вую): |
|
|
|
|
nп = 2 × mн +1 |
|
(2.17) |
||
4. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой |
||||
воды: |
|
|
|
|
fгр = f н= mн × fк |
|
(2.18) |
||
5. Находим фактическую скорость движения нагреваемой воды в каналах |
||||
теплообменника. |
|
|
|
|
Wн = |
Ghm |
|
|
(2.19) |
3600 × fн × ρн |
|
|||
|
|
|
||
где ρ н - плотность нагреваемой жидкости, кг |
м |
3 . |
||
|
|
|
|
67
6. Для проведения дальнейших расчетов требуется определить критерий Прандтля, критерий Нуссельта и число Рейнольдса для нагреваемой воды
Критерий Прандтля для воды в пристеночном слое при средней температуре стенки определяется по зависимости:
|
|
|
Prст = |
cст ×ν ст × ρст |
|
|
|
|
|
|
(2.20) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
λст |
|
|
|
|
|
|
|
где |
ρ cт - плотность воды при |
t cт , кг |
3 . |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t cт= |
tвхн + tвыхн |
+ tвхгр + tвыхгр |
|
|
|
|
|
(2.21) |
||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ν |
cт |
- кинематическая вязкость воды при t |
cт |
, м2 . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сcт |
- удельная теплоемкость воды при t cт |
, |
Дж |
0 |
С |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг × |
|
|
λст |
- коэффициент теплопроводности воды при t cт , Вт м×0 С |
А для нагреваемой воды критерий Прандтля рассчитывается по формуле:
Prн |
= |
cн ×ν н × ρн |
(2.22) |
|
λн |
||||
|
|
|
где ρ н ,ν н , сн , λн - плотность, кинематическая вязкость, удельная
теплоемкость, коэффициент теплопроводности воды при t н ср .
|
t н cр = |
tвхн + tвыхн |
|
|
(2.23) |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Число Рейнольдса определяется по выражению: |
|||||||||||
|
Reн = |
Wнd |
э |
, |
(2.24) |
||||||
|
|
ν н |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где dЭ - эквивалентный диаметр межпластинчатого канала, |
|||||||||||
d |
Э = |
4 × f |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пк |
|
|
, м. |
Пк |
|
|
- смоченный периметр сечения |
||||
определяемый по формуле |
|
|
|
|
|
межпластинчатого канала рассчитываемый по следующей зависимости:
|
|
|
|
|
|
|
|
68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1,1× b 2 |
h |
2 |
|
|
||
Пк |
= 4 |
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
, м. h - расстояние между пластинами, м, fк— |
площадь |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
поперечного сечения канала, м2, b - ширина пластины, м.
Критерий Нуссельта для нагреваемой воды определяется по следующему выражению:
0.73 |
0 .43 |
|
Pr |
н |
0 , 25 |
|
Nu н = 0 .1 Re н |
Pr н |
|
|
|
(2.25) |
|
|
|
|||||
|
Pr ст |
|
||||
|
|
|
|
|
7. Коэффициент теплоотдачи со стороны хода нагреваемой воды к стенке:
α |
1 |
= |
Nuн ×λн |
, Вт |
м2 ×С |
(2.26) |
|
|
|||||||
|
|
d |
э |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
8. Далее определяем критерий Прандтля, |
критерий Нуссельта и число |
Рейнольдса для греющей воды.
Критерий Прандтля рассчитывается по формуле:
= cгр ×ν гр × ρ гр Prгр λгр
где ρ гр ,ν гр , сгр , λгр - плотность, кинематическая вязкость, удельная
теплоемкость, коэффициент теплопроводности воды при t гр ср .
t гр cр = tвхгр + tвыхгр
2
Число Рейнольдса определяется по следующему выражению:
Re гр |
= |
Wгрd |
э |
|
|
ν гр |
|
||
|
|
|
|
Критерий Нуссельта рассчитывается по зависимости:
|
0.73 |
0.43 |
|
Pr |
0,25 |
Nuгр = 0.1Re |
|
гр |
|
||
гр |
Prгр |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Prст |
(2.27)
(2.28)
(2.29)
(2.30)
9.Коэффициент теплоотдачи со стороны хода греющей воды к стенке
α 2 |
= |
Nuгр × λгр |
, Вт |
|
2 |
|
(2.31) |
|
|
м |
× С |
||||||
|
|
d |
э |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
10. Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м2 ° С), определяется по формуле:
69
к = |
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ ст |
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
+ |
+ |
|
1 |
(2.32) |
||||||
|
α |
1 |
λ |
ст |
α |
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где β - коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7 - 0,85.
11. При заданной величине расчетной производительности QSP и по полученным значениям коэффициента теплопередачи k и температурному напоруtср определяется необходимая поверхность нагрева Fтр по формуле
|
= |
Q sp |
|
|
Fтр |
h |
|
(2.33) |
|
k × Dt |
|
|||
|
|
ср |
где QhSP - расчетная тепловая производительность теплообменников системы отопления, Вт;
tср - среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой, ° С;
k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·°С).
При сборке водоподогревателя из двух раздельных теплообменников и более теплопроизводительность уменьшается соответственно в 2 раза и более.
12. Количество ходов в теплообменнике Х: |
|
||
Х = |
Fтр + fпл |
(2.34) |
|
nн × fпл |
|||
|
|
где fпл - поверхность нагрева одной пластины, м2.
13. Действительная поверхность нагрева всего теплообменника определяется по формуле
F = (nн × X -1)× fпл |
(2.35) |
Гидромеханический расчет
1. Вычисляем коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины канала для обеих сред:
ζ н |
= |
19,3 |
(2.36) |
|
Re |
0.25 |
|||
|
|
н |
|
|
70 |
|
|
|
ζ гр = |
19,3 |
(2.37) |
||
Re |
0.25 |
|||
|
||||
|
гр |
|
2. Гидравлические сопротивления пакетов пластин при этом:
DPн |
= ζ н |
× |
LП |
|
× ρн |
× |
wн2 |
× X |
1 |
(2.38) |
|||||
d э |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
DPгр = ζ |
|
|
L |
П |
× ρ |
|
wгр2 |
|
|
|
|||||
|
× |
|
гр × |
|
|
|
× X 2 |
|
(2.39) |
||||||
гр |
|
|
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
d э |
|
|
|
|
|
|
LП - приведенная длина канала вдоль одной пластины, определяемая по
формуле LП = f пл .
b
3. Проверяем скорости движения греющей и нагреваемой воды в штуцерах:
н |
= |
|
Gh max |
|
|
|
|
Wшт |
|
|
|
|
(2.40) |
||
3600 × fшт × ρ |
|
|
|||||
|
|
|
н |
||||
гр |
= |
|
|
Gd |
|
|
|
Wшт |
|
|
|
|
(2.41) |
||
|
|
|
|
||||
|
|
3600 × fшт × ρгр |
|||||
Если скорость воды в штуцере |
больше |
|
|
допустимой (w>2,5 м/с), то |
рассчитаем местное гидравлическое сопротивление водяного штуцера, приняв
ζ шт = 1,5 :
DP ншт = ζ гр |
× ρгр × |
(wгр |
)2 |
(2.42) |
|
шт |
|
||||
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
DP гр шт = ζ гр |
× ρгр × |
(wштгр )2 |
(2.43) |
||
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
4. Общее гидравлическое сопротивление теплообменника составит: |
|||||
DРнобщ |
= DPн + DРштн |
(2.44) |
|||
DРгробщ = DPгр + DРштгр |
(2.45) |
5. Сопоставим заданные располагаемые напоры с расчетными гидрав-
лическими сопротивлениями. При этом должно соблюдаться условие: |
|
||
|
DРзад |
³ 1 |
(2.46) |
|
|
||
|
DРрасч |
|