Проектування газифікованої котельні для теплопостачання адміністративного приміщення

- подача 1,2 м³/год;

- напор 2,5 м. вод. ст.;

- потужність електродвигуна 0,1кВт;

- частота обертання електродвигуна 2800 хв^-1.

 

4.2.2 Насос гарячого водопостачання

 

Насоси ГВП використовуються для забезпечення циркуляції води через теплообмінний апарат системи гарячого водопостачання. Їхня подача визначається за максимальною витратою води, отриманою при розрахунку теплової схеми, , м³/год:

,     (4.2)

де r - відповідна щільність води, що перекачується, кг/м³.

Тоді,

 м³/год.

З рівняння суцільності  визначаємо внутрішні діаметри трубопроводів, м:

     (4.3)

де  швидкість мережевої води в трубопроводі, м/с.

Швидкість води у трубопроводі (рекомендовані значення ) приймаю .

За ГОСТ 3262-75 [6] обирається трубопровід діаметром 10,2/6,2 мм. Уточнення швидкості води в трубопроводі, :

                         (4.4)

На ділянці трубопроводу визначаємо число Рейнольдса:

                 (4.5)

де  кінематична в’язкість води, , знаходимо по середній температурі води в системі ГВП, яка дорівнює:

                                              ,                                                (4.6)

                                              .

Тоді по знаходимо [4]: .

Тоді число Рейнольдса:

Знаходимо коефіцієнт опору тертя за рівнянням Альтшуля:

               (4.7)

де  абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні труб, мм(беремо 0,1 мм).

Визначаємо питомі втрати тиску на тертя

           (4.8)

де  коефіцієнт, який враховує шорсткість трубопроводів ( для сталевих трубопроводів);

Коефіцієнт місцевих опорів приймаємо [1]:

.

Тиск насоса, :

            (4.9)

З огляду на рекомендації, вибираємо один насос типу Wilo - Star – Z – 25/6 CircoStar.

Характеристики насоса:

- подача 0,15 м³/год;

- напор 2,5 м. вод. ст.;

- потужність електродвигуна 0,1 кВт;

- частота обертання електродвигуна 2800 хв^-1.

 

4.2.3 Рециркуляційні насоси

 

Рециркуляційні насоси використовуються в теплових схемах котелень з водогрійними котлами і служать для подачі нагрітої в котлі води на вхід в агрегат, тим самим підвищуючи температуру води на вході в котлоагрегат. Подачу рециркуляційних насосів визначаю за витратою води на рециркуляцію , отриманою при розрахунку теплової схеми, м³/год

       (4.10) 

З рівняння суцільності  визначаємо внутрішні діаметри трубопроводів, м:

де  швидкість мережевої води в трубопроводі, м/с.

Швидкість води у трубопроводі (рекомендовані значення ) приймаю .

За ГОСТ 3262-75 [6] обирається трубопровід діаметром 17/12,6 мм. Уточнимо швидкість води в трубопроводі, :

                         (4.11)

На ділянці трубопроводу визначаємо число Рейнольдса:

              (4.12)

де  кінематична в’язкість води, , яку знаходимо по середній температурі води ре циркуляційного контуру, яка дорівнює:

                                           ,                                       (4.13)

                                              .

Тоді по знаходимо [4]: .

Тоді число Рейнольдса:

Знаходимо коефіцієнт опору тертя за рівнянням Альтшуля:

               (4.14)

де  абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні труб, мм(беремо 0,1 мм).

Визначаємо питомі втрати тиску на тертя

           (4.15)

де  коефіцієнт, який враховує шорсткість трубопроводів ( для сталевих трубопроводів);

Коефіцієнт місцевих опорів приймаємо [1]:

.

Тиск насоса:

            (4.16)

Вибираю два робочі насоси типу Wilo-Star-RS-25/2 ClassicStar.

Характеристики насоса:

- подача 1,2 м³/год;

- напор 0,2 м. вод. ст.;

- потужність електродвигуна 0,1 кВт;

- частота обертання електродвигуна 2800 хв^-1.

 

4.3 Ємнісний водонагрівач системи гарячого водопостачання

 

4.3.1 Вихідні дані для  розрахунку:

- витрата гріючої води  ;

- температура гріючої  води на вході  ;

- температура гріючої  води на виході  ;

- температура нагріваємої  води на вході  ;

- температура нагріваємої  води на вході  ;

- гріюча вода циркулює  по трубкам 

Рис. 8 - Принципова схема ємкісного водонагрівача

4.3.2 Визначаємо об’єм водонагрівача, л/с:

,                                             (4.17)

л/с.

Отже для забезпечення потреб ГВП необхідно V_в=0,163 л/с = 14083,2 л/день, тобто на одного споживача необхідно 168л/(люд.∙день).

4.3.3 Середня температура нагріваємої води, ºС:

,                (4.18)    

4.3.4 Середня температура гріючої води, ºС:

,       (4.19)

4.3.5 Питома продуктивність апарату, Вт/К:

,         (4.20)

де  кДж/(кг∙С) знайдене по .

Вт/К.

4.3.6 По температурі знаходжу [4]:

;      

;

;      

4.3.7 Швидкість гріючої води, м/с:

,      (4.21)

4.3.8 Число Рейнольдса:

,       (4.22)

.

Отже режим течії  розвинений турбулентний.

4.3.9 Число Нуссельта:

,     (4.23)

де  при [4].

.

4.3.10 Коефіцієнт тепловіддачі від гріючої води трубкам, кВт/(м²∙К):

,       (4.24)

.

4.3.11 Приймаємо . Тоді середня температура пограничного шару нагріваємої води, ⁰С:

,      (4.25)

.

4.3.12 По температурі знаходимо [4]:

;

;

4.3.13 Критерій Грасгофа:

,      (4.26)

.

По значенню вибираємо коефіцієнти формули Міхєєва с=0,54, n=0,25, тоді коефіцієнт тепловіддачі від стінки до нагріваємої води, Вт/(м²∙К):

,               (4.27)

.

4.3.14 Коефіцієнт теплопередачі від гріючої води до нагріваємої, Вт/(м²∙К):

,                 (4.28)

.

4.3.15 Густина теплового потоку, Вт/м²:

,      (4.29)

.

4.3.16 Перевірка температур стінок:

,       (4.30)

,

,       (4.31) 

Похибка не перевищує  допустиму. Температури близькі  до прийнятих в розрахунках.

4.3.17 Площа поверхні нагріву, м²:

,       (4.32)

У результаті проведених розрахунків, враховуючи те, що постійного забору води у системі гарячого водопостачання не передбачається, то був вибраний ємнісний водонагрівач системи ГВП Vіtocell-V100 (об'ємом 200 л.) фірми Vіessman (Німеччина).

Основні переваги:

• Коррозійно-стійкий сталевий водонагрівач із внутрішнім емалевим покриттям "Ceraprotect". Додатковий катодний захист за допомогою магнієвого електрода пасивного анодного захисту, електрод активного анодного захисту поставляється як  приналежність.
• Підігрів всього обсягу води змійовиком  контуру, що гріє, сягаючого дна водонагрівача.
• Висока комфортність приготування гарячої води за рахунок швидкого і рівномірного підігріву за допомогою великого по розмірах змійовика контуру, що гріє.
• Універсальне застосування - при підвищеній потребі в гарячому водопостачанні можна з'єднати кілька ємнісних водонагрівачів Vіtocell-V100 у батареї за допомогою колекторів.

Рис. 8 -  Розріз ємнісного водонагрівача Vіtocell-V100

А - Магнієвий електрод пасивного анодного захисту або електрод активного анодного захисту

В - Сталевий водонагрівач, із внутрішнім емалевим покриттям "Ceraprotect"

С - Високоефективна теплоізоляція, що охоплює, із твердого пенопо-ліуретану (без фторхлоруглеводнів)

D - Підігрів всього об’єму води змійовиком  гріючого контуру, який дсягає дна водонагрівача

Монтажні характеристики ємнісного водонагрівача Vіtocell-V100 показано на рис. 9

Рис. 9 - Монтажні характеристики Vіtocell-V100

BÖ - Отвір для візуального контролю і чищення

Е - Випускний патрубок

HR - Патрубок зворотної магістралі  контуру, що гріє

HV - Патрубок  магістралі, що подає, що гріє контуру

KW - Патрубок трубопроводу холодної води

SPR - Заглибна гільза для датчика температури ємнісного водонагрівача або термостатного регулятора

VA - Магнієвий електрод пасивного анодного захисту

WW - Патрубок трубопроводу гарячої води

Z – Циркуляція

 

4.4 Хімічна водопідготовка

У закритих системах теплопостачання розрахункову витрату води для підживлення приймають рівною 0,75% фактичного об’єму води в системі.

Тоді розрахункова витрата  води на хімічну водопідготовку:

,       (4.33)

Вода для заповнення і підживлення низькотемпературних  котлів повинна відповідати наступним  показникам:

- реакція рН: водопровідна  вода, яка використовується для  заповнення і підживлення систем  опалення, для забезпечення безаварійної роботи водогрійних котлів повинна мати реакцію котлової та підживлювальної води в межах 6-9.

- загальна жорсткість: підживлювальна вода для водогрійних  котлів повинна мати залишкову  жорсткість максимум 0,4мг-екв/л.

Згідно вимогам до води для котлів фірми Viessmann максимальна кількість води для заповнення і підживлення системи опалення, м³:

,                                             (4.34)

де  - емпіричний коефіцієнт, ;

    - потужність котельні (загальна потужність котлів), кВт;

    - карбонатна жорсткість води, мг-екв/л;

При цьому максимальна  карбонатна жорсткість води для заповнення і підживлення системи, згідно наведеної вище залежності, не може перевищувати наступне значення:

                                           (4.35)

Для водогрійних низькотемпературних  котельних обладнання для водопідготовки повинно містити наступні елементи:

• механічний фільтр;
• іоннообмінний фільтр (пом’якшувач);

Згідно рекомендацій фірми Viessmann, орієнтовний набір обладнання для обробки підживлюваної води у низькотемпературних водогрійних котельнях:

• фільтр І 25-50;
• пом’якшувач VS 20/120 Z;

Для водогрійних котельних, при виготовленні яких використовувались різні матеріали, необхідно правильно підібрати хімічні засоби для коректування якості води. Наприклад, фірма EPURO ПОЛЬША виготовляє для водогрійних котельних дві основні групи хімічних засобів:

• Цетаміни, що протидіють випаданню осаду та запобігають загальній і гальванічній корозії - CETAMINA F3110 (доза 0,2-1 кг/м³);
• Алькатехи, що запобігають загальній, кислородній та гальванічній корозії.

 

4.5 Розширювальні баки для заповнення витікань з системи

Обираємо для встановлення розширювальні баки фірми Reflex. Підбір бака проводиться по номінальному об'єму .