Лекция 9. Расчет систем горячего водоснабжения

9.1. Расчёт двух режимов работы системы

Расчет производится для двух режимов работы системы: водоразбора и циркуляции.

Расчет в режиме водоразбора производится по тем же формулам, что и расчет холодного водоснабжения. Однако есть различия.

1. Расход воды определяется с учетом циркуляционного расхода

где q^h - расчетный расход в системе горячего водоснабжения (определяется как q^c в холодном водоснабжении);

К_cir – коэффициент, учитывающий наличие циркуляционной воды в системе.

Для водонагревателей и водоразборных участков на диктующей ветке от ЦТП до 1-го стояка по ходу движения воды К_cir применяется в зависимости от (q^h/q_cir) по [3, приложение 5]. Для остальных участков К_cir = 0.

2. При гидравлическом расчете необходимо учесть увеличение скорости движения воды в трубах и потерь напора в связи с зарастанием труб. Поэтому расчет производится по номограммам [3, приложение 6] или с помощью таблиц гидравлического расчета [8] с введением поправочных коэффициентов, учитывающих уменьшение сечения трубопровода вследствие процесса накипеобразования.

3. Коэффициенты местного сопротивления в формуле Н=il(1+К_е) равны:

0,2 – для распределительных подающих и сборных циркуляционных трубопроводов;

0,5 - для трубопроводов в пределах тепловых пунктов и для водоразборных стояков с полотенцесушителями;

0,1 – для водоразборных стояков без полотенцесушителей и для циркуляционных стояков.

Расчет сети в режиме циркуляции заключается в определении циркуляционного расхода, необходимого для обеспечения температуры воды 50 ^оС в любой точке сети.

где β – коэффициент разрегулировки циркуляции [3, п. 8.2];

Δt – разность температур в подающем трубопроводе от водонагревателя до наиболее удаленной водоразборной точки [3, п. 8.2];

Q^ht – теплопотребление на участках трубопровода горячего водоснабжения:

Q^ht = К d_нΔt_m (1-ξ)l,

где К – коэффициент теплопередачи неизолированной трубы; К_{сталь.тр.} = 11,63 Вт/(м²·^оС);

– 3,14;

d_н – наружный диаметр трубопровода на участке, м;

Δt_m – разность между средней температурой трубы и воздуха в помещении или в канале;

– КПД изоляции;

l – длина расчетного участка трубы, м.

Расчет подающей и циркуляционной сети в режиме циркуляции производится с учетом зарастания труб. Диаметр циркуляционной сети принимается на 1 или 2 типоразмера меньше диаметра подающей сети для исключения переворота циркуляции.

Разница в потерях давления в циркуляционных полу- контурах от водонагревателя до наиболее удаленных водоразборных или циркуляционных стояков не должна быть более 10% для разных ветвей. Регулировка осуществляется подбором соответствующих диаметров или установкой регуляторов температуры, регулирующих диафрагм на циркуляционных участках сети.

При определении напора насосов учитываются потери напора в водонагревателе.

10.2. Местные системы горячего водоснабжения

Местные системы горячего водоснабжения применяют для горячего водоснабжения одной или нескольких водоразборных точек в пределах квартиры или дома. При этом общая теплопотребность на горячее водоснабжение обычно не превышает 120 кДж/ч. В противном случае целесообразнее применять ЦГВ.

Рис. Принципиальная схема местной системы горячего водоснабжения с генератором теплоты.

1 – холодный водопровод; 2 – генератор теплоты; 3 – расширительный бачок (служит для устранения повышения давлениия в сети теплоносителя при вскипании воды); 4 – емкостной водонагреватель; 5 – сеть горячей воды; 6 – сеть теплоносителя (подающий и циркуляционный трубопроводы).

При жесткости исходной воды до 3 мг·экв/л, нагрев воды производится по схеме с котлом-аккумулятором. Это открытая схема подогрева воды.

Повышенная жесткость способствует зарастанию труб солями жёсткости, особенно у водонагревателей. Поэтому, при жесткости свыше 3 мг·экв/л, нагрев воды производят по схеме с котлом-змеевиком в аккумуляторе. Это закрытая схема подогрева воды.

Источником теплоты могут служить: 1) пар; 2) перегретая вода; 3) жидкое, твердое и газообразное топливо; 3) электроэнергия; 4) солнечная энергия; 6) отработанное тепло промышленных предприятий.

Для создания запаса и регулирования расхода холодной воды в схему включают водонапорный бак. Водоразбор осуществляется под напором этого бака.

Рис. Схема местной системы горячего водоснабжения с водонапорным баком

В местных системах горячего водоснабжения в качестве генератора теплоты могут использоваться:

1. Кухонная плита с металлическим водогрейным баком вместимостью до 5-10 л. Производительность таких установок очень маленькая. Возможно вскипание воды и ее загрязнение.

2. Отопительная печь на твердом топливе в частных домах. Нагреватель - в виде змеевика из труб d = 32-50 мм - размещен в топочной камере плиты. Нагретая вода поступает в бак W = 350 - 400 л (для семьи из 5-6 чел), установленный под потолком. Охлажденная вода возвращается в нагреватель. Поверхность нагрева - 0,4-0,6 м². За 2-3 часа работы плиты достигается температура воды 65-70^оС.

3. Газовый водонагреватель.

Рис. Схема газового водонагревателя

Газовый водонагреватель применяется как при подогреве воды для одной квартиры, так и для нескольких квартир в здании. Принцип работы нагревателя аналогичен отопительной печи на твердом топливе. Но вода нагревается намного быстрее. Блок-кран подает газ в горелку только при движении воды через колонку. Это исключает прогорание огневой камеры.

4. Водонагревательная колонка на твердом топливе (дрова, уголь, торф). В качестве топлива может использоваться и газ.

Рис. Схема водонагревательной колонки на твердом

топливе

1. Топливная (огневая камера). 2. Дымоход для удаления топочных газов. 3. Жаровая труба (дымогарная). 4. Емкость для воды W = 90-100 л. 5. Циркуляционная труба для ускорения нагрева воды.

Водонагревательную колонку применяют для подачи воды к душам, умывальникам, мойкам и для отопления помещений. Её помещают в ванную или на кухню. Для непрерывной подачи горячей воды устанавливают бачок аккумулятор с поплавковым клапаном.

5. Электронагреватель.

Рис. Схема электронагревателя.

Это наиболее гигиеничный и безопасный в пожарном отношении прибор. Он применяется для непосредственного отбора горячей воды. Электронагреватели бывают емкостные и проточные. Емкостные электронагреватели применяются чаще, т.к. экономичнее по потребляемой электроэнергии.

Проточные электронагреватели требуют значительных мощностей, что приводит к перегрузке электрических сетей. Они применяются в производственных и общественных зданиях.

6. Гелиоустановка.

Рис. Схема гелиоустановки

1.Солнечный коллектор. 2. Бак – аккумулятор. 3. Нижний коллектор. 4. Верхний коллектор. 5. Циркуляционный трубопровод (черный). 6. Экран (черный) стальной рифленый. 7. Деревянная рама. 8. Два слоя стекла. 9. Утеплитель.

Применяются по схеме аналогично п. 1 (кухонная плита). Используют в местностях, расположенных на северной широте 45^о градусов и южнее.. Ориентируют на 8-9 месяцев (в москве – 6 месяцев) на юг, наклонно к горизонту под углом, равным географической широте места с учетом солнечного склонения.

С 1 м² поверхности водонагревателя, при t_х.воды = 14^оС, можно получить 120-130 л/сут воды с температурой 30 - 32^оС. Для районов, расположенных на северной широте 50^о суточная производительность гелиоустановки (с температурой горячей воды 55^оС в л/м²составляет):

-в апреле – 60;

-в июле – 70;

-в августе – 75;

-в сентябре – 50.