Необходимая теплопроизводительность системы отопления, расчет теплотехнических параметров котла, нагревательных труб, калорифера, бойлера

2.1 Необходимая теплопроизводительность системы отопления, расчет теплотехнических параметров котла, нагревательных труб, калорифера, бойлера

Целью расчета является определение теплопроизводительности отопительной системы, теплотехнических параметров котла, нагревательных труб, калорифера.

Необходимая теплопроизводительность отопительной системы:

, (2.1)

где  – теплопотери внутреннего объема вагона, через ограждение вследствие разности температур внутри и снаружи вагона, эти потери включают инфильтрацию, Вт;

 – затраты тепла на подогрев наружного вентиляционного воздуха, Вт;

 – затраты тепла на горячее водоснабжение, Вт;

 – явное тепловыделение людей, Вт.

Теплопотери внутреннего объема вагона определяем по формуле:

 (2.2)

где - коэффициент теплопередачи кузова, ;

 – площадь теплопередающей поверхности ограждения кузова, ;

 – температура внутри вагона,;

 – температура снаружи вагона, .

Принимаем:

;

;

;

Затраты тепла на подогрев наружного вентиляционного воздуха:

 (2.3)

Где - теплоемкость воздуха, ;

 – плотность воздуха, ;

 – объем наружного воздуха, поступающего в вагон, ;

 – температура приточного воздуха, .

Принимаем:

;

;

.

Определяем температуру приточного воздуха по формуле:

 (2.4)

Затраты тепла на горячее водоснабжение:

 (2.5)

где  – теплоемкость воды,;

 – суточной расход воды, ;

 – количество мест в вагоне;

- температура горячей воды, ;

 – начальная температура воды, ;

- суточная длительность потребления воды, ;

3600 – перевод час в сут.

Принимаем:

;

;

;

;

;

.

Явное тепловыделение людей определяем по формуле:

 (2.6)

где 0,5 – коэффициент, учитывающий 50% заселенности вагона;

 – количество мест в вагоне;

 – явное тепловыделение одного человека.

Принимаем:

;

.

.

.

Определяем площадь поверхности нагрева водяного котла по формуле:

 (2.7)

Где  – поверхностная плотность теплового потока, ;

- коэффициент, учитывающий потери тепла котла в окружающую среду.

Принимаем:

;

;

.

Определяем расход угля по формуле:

 (2.8)

Где - теплотворная способность, ;

- КПД котла.

Принимаем:

;

;

.

Определяем поверхность нагревательных труб:

 (2.9)

где  – теплопотери внутреннего объема вагона, через ограждение вследствие разности температур внутри и снаружи вагона, эти потери включают инфильтрацию, Вт;

- коэффициент теплопередачи труб;

- средняя температура горячей воды в трубах, .

Принимаем:

;

;

=70.

Определяем поверхность водяного калорифера:

 (2.10)

где  – затраты тепла на подогрев наружного вентиляционного воздуха, Вт;

- коэффициент теплопередачи калорифера;

- средняя логарифмическая разность между температурами воды в калорифере и продуваемом воздухом.

Принимаем:

;

.

Средняя логарифмическая разность между температурами воды в

калорифере и продуваемом воздухом:

 (2.11)

Принимаем:

;

;

;

.

.

.

2.2 Теплогидравлический расчет системы

Цель расчета – определение фактической проектной мощности нагревательных приборов, для этого необходимо решить несколько задач:

1. Определить температуру остывания воды при естественной циркуляции в кольцах отопительной системы.

2. Определить статическое(гидравлическое) давление в отопительных ветвях, возникающее вследствие разности плотностей горячей воды в котле и остывшей воды в трубах.

3. Гидравлическое сопротивление воды в контуре отопительной системы.

4. Определить скорость движения воды в системе и на основании полученных значений определить расход воды в отопительных кольцах и их тепловую мощность.

Определяем температуру воды на границах участков по формуле:

 (2.12)

где  – внутренняя температура воздуха возле данного участка, ;

 – температура воды в начальном участке,;

l – длина труб, м.

Принимаем:

;

;

;

;

;

.

 (2.13)

где с – теплоемкость воды, ;

 – коэффициент теплоотдачи труб, ;

 – наружный диаметр труб, мм;

 – внутренний диаметр труб, мм;

 – скорость движения воды, ;

 – коэффициент оребрения труб;

 – плотность воды, .

Принимаем:

;

;

;

;

;

;

;

Плотность воды определяем по формуле:

 (2.14)

где  – температура воды в начале каждого участка,;

Определяем температуру воды в конце стояка, то есть в т. 3, за формулой 2.12, только за начальную температуру принимаем температуру .

Определяем температуру воды в конце нагревательных труб, то есть в т. 4, за формулой 2.12, только за начальную температуру принимаем температуру .

Определяем плотность воды на входе в котел:

Определить статический напор в системе по формуле:

 (2.15)

где - номер участка;

 – число трубных участков;

 – расстояния между центрами охлаждения и центром нагрева, м;

- плотность воды в конце і-го участка, ;

- плотность воды в начале і-го участка, .

Принимаем:

 

Определяем гидравлическое сопротивления кожного участка по формуле:

 (2.16)

где – местное сопротивление в элементах.

 (2.17)

где  – коэффициент местного сопротивления, который характеризует

конкретный элемент или участок;

 – среднее арифметическое значения плотности в начале и в конце

соответствующего участка, .

 (2.18)

 – сопротивления вызванное наличием трения:

 (2.19)

где  – коэффициент трения, зависящей от режима движения воды и

качества поверхности.

 (2.20)

где  – число Рейнольдса;

 (2.21)

где  – кинематическая вязкость воды;

 (2.22)

где t – среднее арифметическое температур в начале и в конце соответствующего участка, .

Проведем расчет для первого участка:

Проведем расчет для второго участка:

Проведем расчет для третьего участка:

Получив значения S и Р, анализируем выполнения условия работоспособности системы:

 (2.23)

Условия выполняются, значит, скорость движения воды считается такой, при которой система работоспособна. Используем значение для определения расчетного фактического значения теплопроизводительности:

 (2.24)

где  – среднее арифметическое значения плотности в системе, ;

 (2.28)

Определяем тепловую мощность:

 (2.29)

.