Гидравлический расчет циркуляционного кольца системы ГВС

7. Гидравлический расчет циркуляционного кольца системы ГВС

Расчетное циркуляционное кольцо системы ГВС состоит из двух частей: подающего трубопровода от водоподогревателей ЦТП до точки подключения к водоразборному стояку квартирной разводки к наиболее удаленному водоразборному прибору и циркуляционного трубопровода от указанной точки до водоподогревателей ЦТП.

Диаметры циркуляционных трубопроводов принимают из расчета пропуска найденных ранее циркуляционных расходов с учетом допускаемых скоростей при выполнении следующих условий:

а) потери давления при требуемых циркуляционных расходах как в подающих, так и в циркуляционных трубопроводах от водоподогревателей до наиболее удаленных водоразборных приборов в каждой ветви системы не должны отличаться для разных ветвей более чем на 10%;

б) суммарные потери давления в подающих и циркуляционных стояках секционных узлов между точками присоединения их к распределительному подающему и сборному циркуляционному трубопроводам не должны отличаться более чем на 10%;

в) потери давления в секционных узлах при расчетном циркуляционном расходе должны составлять 0,03- 0,06 МПа.

8. Подбор водоподогревателей

В тепловых пунктах для нагрева водопроводной воды следует применять водяные горизонтальные секционные кожухотрубные или пластинчатые водоподогреватели. В качестве кожухотрубных секционных водоподогревателей рекомендуется применять водо-водяные подогреватели по ГОСТ 27590, состоящие из секций кожухотрубного типа с блоком опорных перегородок для теплоносителя давлением до 1,6 МПа и температурой до 150 °С. В качестве пластинчатых рекомендуется применять водоподогреватели по ГОСТ 15518. Для систем горячего водоснабжения допускается применять емкостные водоподогреватели с одновременным использованием их в качестве баков-аккумуляторов горячей воды.

Для водо-водяных подогревателей следует принимать противоточную схему потоков теплоносителей. В кожухотрубных водоподогревателях систем горячего водоснабжения греющая (сетевая) вода должна поступать в межтрубное пространство, нагреваемая (водопроводная) вода - в трубки.

Схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения выбирается в зависимости от соотношения максимального потока теплоты на горячее водоснабжение  и максимального потока теплоты на отопление :

Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение  определяется по формуле (9)

где

 - максимальный часовой расход горячей воды, м3/ч, определяемый по формуле (3), ();

- температура холодной воды, , в сети водопровода; при отсутствии данных ее следует принимать равной 5 ;

 - теплопотери трубопроводами системы горячего водоснабжения, кВт, берем из табл. 4 (Qht=96,57кВт).

Расчетный тепловой поток на нужды отопления микрорайона  определяется по следующей формуле

, (18)

Где А – общая площадь жилых зданий микрорайона, м2;

 - укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление жилых зданий, Вт/м2 общей площади, который следует принимать по таблице 6, (= 77,8 Вт/м2).

Таблица 5. Укрупненные показатели максимального часового расхода теплоты на отопление жилых зданий , Вт на 1 м2 общей площади

Этажность жилой застройки	Расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления, ,
	-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-45	-50
1-2	145	152	159	166	173	177	180	187	194	200
3-4	74	80	86	91	97	101	103	109	116	123
5 и более	65	67	70	73	81	87	87	95	100	102

Общая площадь жилых зданий микрорайона определяется по формуле:

, (19)

, где

 - общее число квартир в микрорайоне, шт;

- средняя площадь одной квартиры, м2.

=< 1 => двухступенчатая схема присоединения водоподогревателей.

При двухступенчатой схеме подбираем подогреватели Ι и ΙΙ ступени.

Установка водоподогревателей горячего водоснабжения в ЦТП предусматривается в два потока – два параллельно включенных водоподогревателя в каждой ступени. При этом водоподогреватели каждого потока должны обеспечить 50% требуемого расчетного теплового потока на горячее водоснабжение.

Максимальный расход сетевой воды на отопление, кг/ч:

Максимальный расход греющей воды на горячее водоснабжение, кг/ч:

При ограничении максимального расхода воды на ЦТП в качестве расчетного принимаем больший из двух расходов.

Температура воды за водоподогревателем первой ступени:

 (20)

Расчетная производительность водоподогревателей первой ступени:

 (21)

Расчетная производительность водоподогреватели второй ступени:

 (25)

Температура греющей воды на выходе из водоподогревателей второй ступени и на входе в водоподогреватель первой ступени:

 (26)

Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя первой ступени:

 (27)

Средняя логарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для первой ступени водоподогревателей:

Средняя логарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для второй ступени:

(29)

Определяем необходимое сечение трубок водоподогревателя при скорости воды в трубках 1м/с:

 (30)

По полученной величине  подбираем тип водоподогревателя по [1 прил.8] со следующими характеристиками:

- площадь сечения трубок = 0,00293м2;

- площадь сечения межтрубного пространства =0,005м2;

- эквивалентный диаметр межтрубного пространства = 0,0155 м;

- наружный диаметр корпуса секции =114мм;

- число трубок в секции = 19шт.

- поверхность нагрева одной секции =3,58м2, при длине 4м.

Скорость воды в трубках при двухпоточной компановке:

 (31)

Скорость воды в межтрубном пространстве:

 (32)

Расчет водоподогревателя первой ступени.

Средняя температура греющей воды:

 (33)

Средняя температура нагреваемой воды :

 (34)

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки:

 (35)

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде:

 (36)

Коэффициент теплопередачи при (коэффициент учитывающий загрязнение труб):

 (37)

Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя первой ступени :

 (38)

Число секций водоподогревателя первой ступени при лине секции 4 м.:

 (39)

Действительная поверхность нагрева:

Расчет водоподогревателя второй ступени.

Средняя температура греющей воды :

 (40)

Средняя температура нагреваемой воды:

 (41)

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки:

 (42)

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде:

Коэффициент теплопередачи при (коэффициент учитывающий загрязнение труб):

 (44)

Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя первой ступени :

 (45)

Число секций водоподогревателя первой ступени при лине секции 4 м.:

 (46)

Действительная поверхность нагрева:

Общее число секций определим по формуле:

 (47)

Суммарная поверхность нагрева:

 (48)

Потери давления в водоподогревателях (6 секций) :

 а) для воды проходящей в трубках при

 (49)

 б) для воды проходящей в межтрубном пространстве:

 (50)

9. Подбор насосов

При постоянном или периодическом недостатке напора, а также при необходимости поддержания принудительной циркуляции, в централизованных системах горячего водоснабжения необходимо предусматривать устройство насосных установок.

В ЦТП для систем горячего водоснабжения могут быть установлены следующие группы насосов: повысительные (основной и резервный), циркуляционные или циркуляционно-повысительные (основной и резервный). Назначение насосов: повысительных – обеспечить расчетное давление горячей воды, поступающей к потребителям при недостаточном давлении в городском водопроводе на вводе в ЦТП; циркуляционных – обеспечить постоянную циркуляцию воды в системе горячего водоснабжения, чтобы предотвратить ее остывание и, соответственно, бесполезный слив остывшей воды. Циркуляционные насосы при недостаточном давлении в городском водопроводе следует устанавливать по циркуляционно-повысительной схеме (на подающем трубопроводе между первой и второй ступенями водоподогревателя), что, кроме обеспечения циркуляции, позволяет увеличить также давление в системе горячего водоснабжения при водоразборе, снизить мощность повысительных насосов, а следовательно, и суммарный расход электроэнергии на перекачку воды. При достаточном давлении в городском водопроводе циркуляционный насос устанавливают по циркуляционной схеме (на циркуляционном трубопроводе системы горячего водоснабжения перед водоподогревателем). Предварительно для определения схемы установки циркуляционного насоса необходимо сравнить величину гарантированного напора городского водопровода на вводе в ЦТП Нg с величиной требуемого напора  в режиме максимального водоразбора при пропуске расчетного расхода горячей воды .

Требуемый напор в точке присоединения системы горячего водоснабжения к трубопроводу, подающему холодную воду , м следует определять по формуле

, (51) , где

 - геометрическая высота подачи воды от уровня ввода водопровода в ЦТП (пола ЦТП) до наиболее высоко расположенного санитарного прибора, м (= 46м);

 - сумма потерь напора в трубопроводах главной ветви системы от ЦТП до наиболее удаленной точки трубопровода, м (=41,61м);

 - свободный напор, м, у дальнего водоразборного прибора, который следует принимать:

а) для моек и умывальников со смесителями – 2 м;

б) для ванн и душей со смесителями – 3 м;

 - потери напора в счетчике холодной воды, м (h=0,62м- считали ранее);

 - потери напора для нагреваемой воды в водоподогревателях ЦТП, м.

Потери напора для нагреваемой воды в секционных кожухотрубных водоподогревателях , м, определяются по формулам:

а) при длине секции 4 м

(52)

б) при длине секции 2 м

,(53)

где

 - коэффициент, учитывающий накипеобразование, принимаемый по опытным данным, при их отсутствии следует принимать = 2-3;

 - скорость движения воды в трубах водоподогревателя при пропуске максимального секундного расхода , м/с;

N – число секций водоподогревателя, шт. (N=6шт.);

Скорость воды в трубках определяется по формуле:

HH=0,75*2,5*1,132*6=19,01 м

Hтреб=46+41,61+3+0,62+19,01=109,62 м

При недостаточном напоре городского водопровода при пропуске максимального секундного расхода  (выполняется условие  (56м < 109,62м)), следует предусматривать установку циркуляционно-повысительного насоса по циркуляционно-повысительной схеме. Подача циркуляционно-повысительного насоса в режиме максимального водоразбора для одного потока должна быть не менее половины расчетного секундного расхода воды в системе.

Подача циркуляционно-повысительного насоса , л/с, определяется по формуле:

 (54)

Напор насоса должен компенсировать недостаток напора:

В режиме циркуляции подача циркуляционно-повысительного насоса для одного потока должна быть не менее величины равной сумме циркуляционного расхода и частичного водоразбора,определяемой для одного потока:

Напор циркуляционно-повысительного насоса , м, следует определять по формуле:

,(55)

где  и  - потери напора соответственно по подающим и циркуляционным трубопроводам наиболее протяженного кольца системы горячего водоснабжения при пропуске циркуляционного расхода, , м;

x - доля максимального водоразбора, принимаемая для квартальных систем горячего водоснабжения от ЦТП равной 0,5 – 0,7;

 - потери напора в водоподогревателе второй ступени при пропуске суммы расходов  для одного потока, м.

По найденным значениям напора и производительности подбираем центробежный насос «3К- 6» со следующими характеристиками:

производительность - 30м3/ч;

полный напор -62 м;

частота вращения колеса - 2900 об/мин;

мощность электродвигателя – 14-20 кВт;

диаметр рабочего колеса - 218мм.

Количество насосов в системах ГВС принимается не менее двух.

Циркуляционно-повысительный насос должен обеспечить требуемый напор и подачу, как в режиме водоразбора, так и в режиме циркуляции, поэтому напор насоса должен быть не менее (),а подача- .

Необходимо так же предусмотреть установку дополнительного резервного насоса на случай выхода из строя одного из рабочих насосов.

10. Расчет и подбор баков-аккумуляторов

Наличие аккумулирующей емкости позволяет выравнивать неравномерность потребления горячей воды, а также уменьшить поверхность нагрева водоподогревателей исходя из условий расчета производительности водоподогревателей по среднечасовому расходу теплоты на горячее водоснабжение. Емкость бака-аккумулятора может быть определена графически, на основании интегральных графиков подачи и потребления теплоты в системе ГВС.

Среднечасовой тепловой поток за сутки наибольшего водопотребления, , кВт, определяется по формуле

 (56)

Определяются расходы теплоты на горячее водоснабжение по часам суток с учетом неравномерности потребления. Расчет сведен в таблицу 7.

Таблица 7. Потребление теплоты на горячее водоснабжение по часам суток в % от

Часы суток	% от	, кВт	,кВт
0…1	50	312,185	312,185
1..2	10	62,437	374,622
2…3	10	62,437	437,059
3…4	10	62,437	499,496
4…5	10	62,437	561,933
5…6	10	62,437	624,37
6…7	60	374,622	998,992
7…8	90	561,933	1560,925
8…9	90	561,933	2122,858
9…10	180	1123,866	3246,724
10…11	180	1123,866	4370,59
11…12	180	1123,866	5494,456
12…13	80	499,496	5993,952
13…14	80	499,496	6493,448
14…15	80	499,496	6992,944
15…16	80	499,496	7492,44
16…17	120	749,244	8241,684
17…18	120	749,244	8990,928
18…19	160	998,992	9989,92
19…20	240	1498,488	11488,41
20…21	200	1248,74	12737,15
21…22	140	874,118	13611,27
22…23	120	749,244	14360,51
23…24	80	499,496	14860,01

Используя данные таблицы 8 строим интегральные графики подачи (в зависимости от величины ) и потребления (в зависимости от величины ) теплоты на горячее водоснабжение (см. рис. 1)

б)

а)

Рисунок 1. – Интегральные графики а) подачи и б) потребления теплоты.

Емкость бака-аккумулятора при переменном объеме воды и постоянной ее температуре равна:

 (57), где

- максимальная разность ординат интегральных графиков подачи и потребления теплоты, кВт;

- температура холодной водопроводной воды, 0С.

Принимаем 2 бака по 50% расчетной емкости (по 29м³) каждый.