Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

Содержание

Базовые понятия теплообмена для расчета теплообменников

Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

Когда проводится расчет теплообменников, используются базовые знания о законах теплообмена, открытые на сегодняшний день.

В частности используются такие понятия как удельная теплоемкость и теплосодержание (энтальпия), а также удельная теплота химических превращений (и фазовых превращений).

Под удельной теплоемкость понимается количество тепла, которое необходимо для нагрева одного килограмма вещества ровно на один градус. На основании данных о теплоемкости можно судить об интенсивности аккумулирования тепла.

При тепловых расчетах используются средняя теплоемкость, исчисляемую в заданном температурном интервале.

Под понятием удельной энтальпии понимается количество тепла, которое потребуется для нагрева одного килограмма от нуля до заданной температуры.

Под удельной теплотой химических превращений понимается то количество тепла, которое будет выделяться при химической трансформации одной единицы массы данного вещества.

Под удельной теплотой фазовых превращений понимается то количество тепла, которое будет поглощаться или выделяться при изменении агрегатного состояния единицы массы данного вещества.

Расчет теплообменников и различные методы составления теплового баланса

При расчете теплообменников могут использоваться внутренний и внешний методы составления теплового баланса. При внутреннем методе используются величины теплоемкостей. При внешнем методе используются величины удельных энтальпий.

При применении внутреннего метода тепловая нагрузка рассчитывается по разным формулам, в зависимости от характера протекания теплообменных процессов.

Если теплообмен происходит без каких-либо химических и фазовых превращений, а соответственно и без выделений или поглощений тепла.

Соответственно тепловая нагрузка рассчитывается по формуле

Если в процессе теплообмена происходит конденсация пара или испарение жидкости, протекают какие-либо химические реакции, то используется другая форму для вычисления теплового баланса.

При использовании внешнего метода расчет теплового баланса ведется на основании того, что в теплообменный аппарат за какую-то единицу времени поступает и выходит равное количество тепла.
Если при внутреннем методе используются данные о теплообменных процессах в самом агрегате, то при внешнем методе используются данные внешних показателей.

Для расчета теплового баланса по внешнему методу используется формула
.

Под Q1 подразумевается то количество тепла, которое поступает в агрегат и ходит из него за единицу времени.
Под  подразумевается энтальпия веществ, которые входит в агрегат и выходят из него.

Можно также вычислить разность энтальпий для того, чтобы установить то количество тепла, которое было передано между разными средами. Для этого используется формула .

Если же в процессе теплообмена происходили какие-либо химические или фазовые превращения, используется формула.

Механизмы теплопередачи в расчете теплообменников

Теплообмен осуществляется посредством трех основных видов теплопередачи. Это конвекция, теплопроводность и излучение.

При теплообменных процессах, которые протекают по принципам механизма теплопроводности передача тепла происходит как перенос энергии упругих колебаний молекул и атомов. Данная энергия переходит от одних атомов к другим в направлении уменьшения.

При проведении расчетов параметров передачи тепла по принципу теплопроводности используется закон Фурье:.

Для вычисления количества тепла используются данные о времени прохождения потока, площади поверхности, градиенте температуры, а также о коэффициенте теплопроводности. Под градиентом температуры понимается ее изменение в направлении теплопередачи на одну единицу длины.

Под коэффициентом теплопроводности понимается скорость теплообмена, то есть то количество тепла, которое проходит через одну единицу поверхности в единицу времени.

При любых тепловых расчетах учитывается, что самый большой коэффициент теплопроводности имеют металлы. Различные твердые тела имеют гораздо меньший коэффициент. А у жидкостей этот показатель, как правило, ниже, чем у любого из твердых тел.

При расчете теплообменников, где передача тепла от одной среды к другой идет через стенку, также используется уравнение Фурье для получения данных о количестве передаваемого тепла. Оно вычисляется как количество тепла, которое проходит через плоскость с бесконечно малой толщиной:
.

Если проинтегрировать показатели температурных изменений по толщине стенки, получится 

Исход из этого получается, что температура внутри стенки падает по закону прямой линии.

Конвекционный механизм передачи тепла: расчеты

Еще один механизм передачи тепла – конвекция. Это передача тепла объемами среды посредством их взаимного перемещения. При этом передача тепла от среды к стенке и наоборот, от стенке к рабочей среде называется теплоотдачей. Чтобы определить количество тепла, которое передается, используется закон Ньютона

В данной формуле a — это коэффициент теплоотдачи. При турбулентном движении рабочей среды этот коэффициент зависит от многих дополнительных величин:

  • физических параметров текучей среды, в частности теплоемкости, теплопроводности, плотности, вязкости;
  • условий омывания газом или жидкостью теплоотдающей поверхности, в частности скорости текучей среды, ее направления;
  • пространственных условий, которые ограничивают поток (длина, диаметр, форма поверхности, ее шероховатости).

Следовательно, коэффициент теплоотдачи — функция многих величин, что показано в формуле

Метод анализа размерностей позволяет вывести функциональную связь критериев подобия, которые характеризуют теплоотдачу при турбулентном характере движения потока в гладких, прямых и длинных трубах.

Это вычисляется по формуле
.

Коэффициент теплоотдачи в расчете теплообменников

В химической технологии нередко встречаются случаи обмена тепловой энергией между двумя текучими средами через разделяющую стенку. Теплообменный процесс проходит три стадии. Тепловой поток для установившегося процесса остается неизменным.

Проводится расчет теплового потока, проходящего от первой рабочей среды к стенке, затем через стенку теплопередающей поверхности и затем от стенки ко второй рабочей среде.

Соответственно для проведения расчетов используется три формулы:

В результате совместного решения уравнений получаем

Величина

и есть коэффициент теплопередачи.

Расчет средней разности температур

Когда при помощи теплового баланса определено необходимое количество тепла, необходимо провести расчет поверхности теплообмена (F).

При расчете необходимой теплообменной поверхности используется то же уравнение, что и при предыдущих расчетах:

В большинстве случаев температура рабочих сред будет меняться в процессе протекания теплообменных процессов. Значит вдоль теплообменной поверхности будет меняться разность температур. Поэтому проводится расчет средней разности температур.

А в связи с тем, что изменение температур не линейно, рассчитывают логарифмическую разность
. В отличие от прямоточного потока, при противоточном движении рабочих сред необходимая площадь теплообменной поверхности должна быть меньше.

Если в одном и том же ходу теплообменника используется и прямоточный, и противоточный потоки, разность температур определяется, исходя из соотношения
.

Источник: http://specnhm.ru/bazovye-ponyatiya-teploobmena-dlya-rascheta-teploobmennikov/

Тепловой расчет теплообменника

Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

Теплообменный аппарат – это устройство, обеспечивающее передачу тепла между средами, разнящимися по температуре. Для обеспечения тепловых потоков различного количества конструируются разные теплообменные устройства.

Они могут иметь разные формы и размеры в зависимости от требуемой производительности, но основным критерием выбора агрегата является площадь его рабочей поверхности.

Она определяется с помощью теплового расчета теплообменника при его создании или эксплуатации.

Расчет может нести в себе проектный (конструкторский) или проверочный характер.

Конечным результатом конструкторского расчета является определение площади поверхности теплообмена, необходимой для обеспечения заданных тепловых потоков.

Проверочный расчет, напротив, служит для установления конечных температур рабочих теплоносителей, то есть тепловых потоков при имеющейся площади поверхности теплообмена.

Соответственно, при создании устройства проводится конструкторский расчет, а при эксплуатации – проверочный. Оба расчета идентичны и, по сути, являются взаимообратными.

Основы теплового расчета теплообменных аппаратов

Основой для расчета теплообменников являются уравнения теплопередачи и теплового баланса.

Уравнение теплопередачи имеет следующий вид:

Q = F‧k‧Δt, где:

  • Q – размер теплового потока, Вт;
  • F – площадь рабочей поверхности, м2;
  • k – коэффициент передачи тепла;
  • Δt – разница между температурами носителей на выходе в аппарат и на выходе из него. Также величина называется температурным напором.

Как можно заметить, величина F, являющаяся целью расчета, определяется именно через уравнение теплопередачи. Выведем формулу определения F:

F = Q/ k‧Δt

Уравнение теплового баланса учитывает конструкцию самого аппарата. Рассматривая его можно определить значения t1 и t2 для дальнейшего вычисления F. Уравнение выглядит следующим образом:

Q = G1cp1(t1вх-t1вых) = G2cp2(t2вых-t2вх), где:

  • G1 и G2 – расходы масс греющего и нагреваемого носителей соответственно, кг/ч;
  • cp1 и cp2 – удельные теплоемкости (принимаются по нормативным данным), кДж/кг‧ ºС.

В процессе обмена тепловой энергией носители изменяют свои температуры, то есть в устройство каждый из них входит с одной температурой, а выходит – с другой. Эти величины (t1вх;t1вых и t2вх;t2вых) являются результатом проверочного расчета, с которым сравниваются фактические температурные показатели теплоносителей.

Вместе с тем большое значение имеют коэффициенты теплоотдачи несущих сред, а также особенности конструкции агрегата. При детальных конструкторских расчетах составляются схемы теплообменных аппаратов, отдельным элементом которых являются схемы движения теплоносителей. Сложность расчета зависит от изменения коэффициентов теплопередачи k на рабочей поверхности.

Для учета этих изменений уравнение теплопередачи принимает дифференциальный вид:

Такие данные, как коэффициенты теплоотдачи носителей, а также типовые размеры элементов при конструировании аппарата или при проверочном расчете, учитываются в соответствующих нормативных документах (ГОСТ 27590).

Пример расчета

Для большей наглядности представим пример конструкторского расчета теплообмена. Этот расчет имеет упрощенный вид, и не учитывает потерь теплоты и особенностей конструкции теплообменного аппарата.

Исходные данные:

  • Температура греющего носителя при входе t1вх = 14 ºС;
  • Температура греющего носителя при выходе t1вых = 9 ºС;
  • Температура нагреваемого носителя при входе t2вх = 8 ºС;
  • Температура нагреваемого носителя при выходе t2вых = 12 ºС;
  • Расход массы греющего носителя G1 = 14000 кг/ч;
  • Расход массы нагреваемого носителя G2 = 17500 кг/ч;
  • Нормативное значение удельной теплоемкости ср =4,2 кДж/кг‧ ºС;
  • Коэффициент теплопередачи k = 6,3 кВт/м2.

1) Определим производительность теплообменного аппарата с помощью уравнения теплового баланса:

Qвх = 14000‧4,2‧(14 – 9) = 294000 кДж/ч

Qвых = 17500‧4,2‧(12 – 8) = 294000 кДж/ч

Qвх = Qвых. Условия теплового баланса выполняются. Переведем полученную величину в единицу измерения Вт. При условии, что 1 Вт = 3,6 кДж/ч, Q = Qвх = Qвых = 294000/3,6 = 81666,7 Вт = 81,7 кВт.

2) Определим значение напора t. Он определяется по формуле:

3) Определим площадь поверхности теплообмена с помощью уравнения теплопередачи:

F = 81,7/6,3‧1,4 = 9,26 м2.

Как правило, при проведении расчета не все идет гладко, ведь необходимо учитывать всевозможные внешние и внутренние факторы, влияющие на процесс обмена теплом:

  • особенности конструкции и работы аппарата;
  • потери энергии при работе устройства;
  • коэффициенты теплоотдачи тепловых носителей;
  • различия в работе на разных участках поверхности (дифференциальный характер) и т.д.

Для наиболее точного и достоверного расчета инженер должен понимать сущность процесса передачи тепла от одного тела к другому. Также он должен быть максимально обеспечен необходимой нормативной и научной литературой, поскольку в расчете на множество величин составлены соответствующие нормы, которых специалист обязан придерживаться.

Выводы

Что мы получаем в результате расчета и в чем его конкретное применение?

Допустим, что на предприятие поступил заказ. Необходимо изготовить тепловой аппарат с заданной поверхностью теплообмена и производительностью. То есть перед предприятием не стоит вопрос размеров аппарата, но стоит вопрос материалов, которые обеспечат нужную производительность с заданной рабочей площадью.

Для решения данного вопроса производится тепловой расчет, то есть определяются температуры теплоносителей на входе и выходе из аппарата. Исходя из этих данных выбираются материалы для изготовления элементов устройства.

В конечном итоге, можно сказать, что рабочая площадь и температура носителей на входе и выходе из аппарата – основные взаимосвязанные показатели качества работы теплообменной машины. Определив их путем теплового расчета инженер сможет разработать основные решения для конструирования, ремонта, контроля и поддержания работы теплообменников.

В следующей статье мы рассмотрим назначение и особенности механического расчета теплообменника, поэтому подписывайтесь на нашу e-mail рассылку и новости в соц сетях, чтобы не пропустить анонс.

Источник: https://proteplo.org/blog/teplovoy-raschet-teploobmennika

Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

В современном мире обеспечить теплом частный дом можно разными способами.

Но электронагревательные системы и бойлеры не самые эффективные способы для этих целей, да и при нагреве помещения несут большие затраты на электроэнергию.

Поэтому чтобы создать комфортную температуру воздуха экономя на семейном бюджете, рекомендуется установить хороший котел и приобрести теплообменник для горячей воды от отопления.

В данный момент существует огромное количество разновидностей теплообменника и для того чтобы не ошибиться с выбором стоит ознакомиться с самыми популярными видами.

Модели теплообменника и их характеристики

Задачей теплообменника в нагревательной системе, является распределение горячей жидкости, пара или газа от носителя до остывших мест. Каждый вид теплообменника имеет хорошую эффективность для поддержания необходимого тепла в здании. Но при его выборе стоит обратить внимание на следующие модели, которые хорошо себя зарекомендовали на потребительском рынке.

У этой конструкции цилиндрический змеевик размещен в сосуде. Применяют такой теплообменник, где дозволено только механическое включение.  Положительным показателем такой модели считается быстрое увеличение времени на отдачу тепла приборам системы и долгий срок эксплуатации.

Пластинчатый

Состоит такая модель из камер, рамы и пластин, которые в свою очередь разделены прокладками.  Пластины изготавливаются из высококачественной стали, благодаря чему модель имеет высокую эффективность в циркуляции потока тепла по всей отопительной системы. К достоинствам данной конструкции можно отнести легкость монтажа, низкое сопротивление гидравлики, быстрое нагревание воздуха.

Витой

У этого прибора чувствительным элементом выступает концентрический змеевик, который закреплен на специально предназначенные для этих целей головки.

Вся эта конструкция защищена кожухом и использует для подачи тепла две жидкости, где одна заполняет трубки, а вторая пространство между ними.

Данная модель обладает высокой стойкостью к резким сменам давления и имеет высокие сроки эксплуатации.

Спиральный

Этот вид состоит из скрученных металлических листов, которые закреплены в крен.

Такие модели довольно сложно ремонтировать, так как для полноценной работы теплообменника его необходимо герметизировать, при помощи прокладок.

Но, несмотря на эти показали и на то, что такой теплообменник нельзя эксплуатировать в системе с высоким давлением, он имеет не большой вес и высокие показатели в эффективности работы.

Несмотря на то, что это самые эффективные теплообменники для отопления, но для такого, чтобы определить какой наиболее удачно подойдет для достижения требуемой температуры в помещении, необходимо произвести его расчет совместимости с отопительной системой.

Расчет совместимости

Для лучшей эффективности теплообменника в работе, необходимо учесть и состояние теплоносителя, его скорости и массы. Поэтому необходимо предварительно произвести расчет, для совместимости модели теплообменника для системы отопления и мощности системы.

Необходимые данные:

  1. Начальная температура теплоносителя для ГВС.
  2. Максимальное потребление горячей воды.
  3. Требуемая температура ГВС.
  4. Допустимая норма снижения температуры в теплоносители, после его прохождения через теплообменник.
  5. Температура среды теплоносителя в самой обогревающей системе.
  6. Выбор теплоносителя.

Так же для расчета понадобиться значение теплоемкости выбора теплоносителя в системе отопления. Для расчета ГВС берут значение влаги плюсовой температуры 20 градусов = 4,182 кДж/кг х К.

Но для циркуляции жидкости следует отдельно рассчитать удельную теплоемкость, учитывая наличие любых присадок для его увеличения положительных качеств.

Если обогрев помещения происходит от центральной системы отопления, тогда берут значение, предоставленное коммунальными службами.

Целевой расход рассчитывают от потребления горячей жидкости и наличием бытовых устройств и техник. По требованиям СНиП 2. 04. 01 – 85 учитывают следующие показатели:

  • душевая – 165 литров в час;
  • ванная – 200 литров в час;
  • раковина – 40 литров в час.

Расчет происходит следующим методом: потребление воды для раковины умножают на все дополнительные устройства в здании и приплюсовывают потребление жидкости в ванных или душевых комнат. Для бытовых техник, которые используют горячую жидкость, значение берут из их технических документов.

Еще одним важным элементом, является — мощность теплообменника. Высчитать его можно от полученного значения потребления теплоносителя и разницы температуры воды при выходе и входе в теплообменнике, по следующей формуле:

P = m х С х Δt, где:

m – расход жидкости;

с – удельная теплоемкость;

Δt – средняя температура жидкости в теплообменнике при входе и выходе.

Для вычисления потребления всей горячей жидкости нужно расход, выраженный в литрах на один час умножить на плотность жидкости 1000 килограммов на кубический метр.

Коэффициент полезного действия теплообменника в среднем составляет 80 – 85%, поэтому полученный результат нужно разделить на 0,8 (5).

Так же нужно будет высчитать мощность другого теплоносителя, применяя допустимую разницу температуры для нагревательной системы. Итоговое значение будет лучшим вариантом между полученными данными.

Рассмотрев все характеристики и качества теплообменника, у вас уже не встанет вопрос какому виду отдать предпочтение. А узнав как правильно произвести и выполнить расчет теплообменник для отопления, сможет прослужить не один десяток лет в подаче равномерного тепла для помещения.

Источник: https://tepliepol.ru/oblast-primeneniya/v-vannoj/teploobmennik-dlya-goryachej-vody-ot-otopleniya

Что нужно для расчета теплообменника?

Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

При выборе и монтаже теплообменного оборудования следует учитывать индивидуальные особенности и условия конкретного объекта. По этой причине перед покупкой теплообменника важно провести расчет теплообменника и узнать основные характеристики системы, в которую он будет вмонтирован. Опираясь на полученные данные, можно подобрать самое подходящее устройство.

Чтобы купить подходящий теплообменник, технические характеристики которого подойдут под конкретную систему, нужно знать:

1. В каком месте будет стоять прибор, и где он будет использоваться. Это может быть вентиляционная система, горячее водоснабжение, отопление или технологические процессы.

2. Мощность теплообменника и его тепловую нагрузку. Если нет информации по тепловой нагрузке, нужно знать расход воды в теплообменнике

3. Производя расчет теплообменника пластинчатого вода-вода, масло-вода и пар-вода, следует учесть тип среды, в которой будет функционировать прибор. Также теплообменное оборудование используют в пищевой промышленности и в сложных технологических процессах.

4. Немаловажное значение при выборе теплообменного устройства имеет температура рабочей среды.

Благодаря этой информации можно узнать, как рассчитать теплообменник и определиться с материалом изготовления пластин и уплотнительных элементов. Также эти данные помогут подобрать компоновку, габариты рамы, число пластин и их толщину.

Как рассчитать мощность теплообменника?

Расчет мощности пластинчатого теплообменника начинается с того, что нужно знать знать объём подогреваемой среды и разницу температур между жидкостями. Мощность теплообменника высчитывается по формуле: P = 1,16 х ∆Т / (t x V), где Р – необходимая мощность теплообменника; 1,16 – специально подобранная константа; ∆Т – разница температур; t – время;

V – объем.

Для расчета важен расход воды через теплообменник, мощность теплообменника, средняя разность температур сред и коэффициент передачи тепла. Подсчет этих характеристик совершается посредством уравнения теплового баланса:

Q = Q1 = Q2 Q – объём теплоты передаваемое или принимаемое теплоносителем(Вт). Из этого выходит: Q1 = G1c1·(t1н – t1к) и Q2 = G2c2·(t2к – t2н) где G1,2 – расход воды в теплообменнике [кг/ч]; с1,2 – теплоемкости горячего и холодного теплоносителей [Дж/кг·град]; t1,2 н – начальная температура горячего и холодного теплоносителей [°C];

t1,2 к – конечная температура горячего и холодного теплоносителей [°C];

• в ТУ предприятия, которое занимается теплоснабжением; • в техзадании, которое составляется инженером и главным технологом; • в проекте теплообменной системы или в пункте, где находится устройство;

• в договоре с компанией, которая отвечает за теплоснабжение.

Как рассчитать теплообменник пластинчатый?

Расчет теплообменного оборудования – это сложный и длительный процесс, в котором легко допустить ошибку. Поэтому расчет теплообменника должен проводить исключительно специалист с опытом.

В большинстве случаев этим занимается официальный дилер или специалист от завода-производителя теплообменного оборудования.

Для того, чтобы свести к минимуму возможные ошибки в расчетах, профессионалы используют специальные программы и формулы.

В таких программах имеются специальные таблицы, куда вводятся исходные данные, после чего в автоматическом режиме выдается несколько правильных вариантов расчета.

Официальные дилеры производят расчеты намного быстрее, чем специалисты завода-изготовителя. Кроме теплообменного оборудования выдается лист расчета устройства.

По нему можно будет легко определить, соответствуют ли параметры выбранного прибора техническим условиям конкретной системы, в которой монтируется теплообменник.

Важно понимать, что самостоятельно провести расчет теплообменника практически невозможно, так как необходимые для этого данные скрыты, и получить их может не каждый человек.

Закажите расчёт сейчасОсуществляем подбор за 1 час

Остались вопросы?

Вы всегда можете получить консультацию по расчету пластинчатого, паяного, кожухотрубного теплообменника, а также специального теплообменного оборудования у наших инженеров совершенно бесплатно.

Мы поможем определится какой именно вариант больше подходит для Вашего объекта, учитывая технические характеристики и пожелания.
Обращайтесь по номеру 8-804-333-71-04 (звонок бесплатный), или же напишите на электронную почту teplo@sn22.ru
С наиболее полной информацией о теплообменном оборудовании Вы всегда можете ознакомиться на нашем сайте

Источник: https://sn22.ru/teploobmennik/chto-nuzhno-dlya-rascheta-teploobmennika/

Расчет пластинчатого теплообменника – как правильно определить параметры?

Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

Система теплоснабжения представляет собой систему транспортировки тепловой энергии (в виде нагретой воды или пара) от источника тепловой энергии к ее потребителю.

Система теплоснабжения в основном состоит из трех частей: источник тепла, потребитель тепла, тепловая сеть — служащая для транспортировки тепла от источника к потребителю.

  1. Паровой котел на ТЭЦ или котельной.
  2. Сетевой теплообменник.
  3. Циркуляционный насос.
  4. Теплообменник системы горячего водоснабжения.
  5. Теплообменник системы отопления.

Роль элементов схемы:

  • котельный агрегат — источник тепла, передача теплоты сгорания топлива к теплоносителю;
  • насосное оборудование — создание циркуляции теплоносителя;
  • подающий трубопровод — подача нагретого теплоносителя от источника к потребителю;
  • обратный трубопровод — возврат охлажденного теплоносителя на источник от потребителя;
  • теплообменное оборудование — преобразование тепловой энергии.

Температурные графики

В нашей стране принято качественное регулирование отпуска теплоты потребителям. Т. е. не изменяя расход теплоносителя через теплопотребляющую систему, изменяется разность температур на входе и на выходе системы.

Это достигается изменением температуры в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха. Чем ниже температура наружного воздуха, тем выше температура в подающем трубопроводе. Соответственно температура обратного трубопровода также изменяется по этой зависимости. И все системы потребляющие тепло проектируются с учетом этих требований.

Графики зависимости температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе называются температурным графиком системы теплоснабжения.

Температурный график устанавливается источником теплоснабжения в зависимости от его мощности, требований тепловых сетей, требований потребителей. Температурные графики называются по максимальным температурам в подающем и обратном трубопроводах: 150/70, 95/70 …

Срезка графика в верхней части — когда у котельной не хватает мощности.

Срезка графика в нижней части — для обеспечения работоспособности систем ГВС.

Работа систем отопления идет в основном по графику 95/70 для обеспечения средней температуры в отопительном приборе 82,5°С при -30° С.

Если требуемую температуру в подающем трубопроводе обеспечивает источник тепла, то требуемую температуру в обратном трубопроводе обеспечивает потребитель тепла своей теплопотребляющей системой. Если происходит завышение температуры обратной воды от потребителя, то это означает неудовлетворительную работу его системы и влечет за собой штрафы т. к.

приводит к ухудшению работы источника тепла. При этом снижается его КПД. Поэтому существуют специальные контролирующие организации, которые отслеживают, чтобы теплопотребляющие системы потребителей выдавали температуру обратной воды по температурному графику или ниже. Однако в некоторых случаях подобное завышение допускается, напр.

при установке отопительных теплообменников.

График 150/70 позволят передавать тепло от источника тепла с меньшими расходами теплоносителя, однако в домовые системы отопления нельзя подавать теплоноситель с температурой выше 105°С. Поэтому производят понижение графика, например на 95/70. Понижение производится установкой теплообменника либо подмесом обратной воды в подающий трубопровод.

Гидравлика тепловых сетей

Циркуляция воды в системах теплоснабжения производится сетевыми насосами на котельных и тепловых пунктах.  Так как протяженность трасс достаточно велика то разность давления в подающем и обратном трубопроводах, которую создает насос, уменьшается с удалением от насоса.

Из рисунка видно, что для наиболее удаленного потребителя самый малый располагаемый перепад давления. Т. е. для нормальной работы его теплопотребляющих систем необходимо чтобы они имели самое малое гидравлическое сопротивление для обеспечения требуемого расхода воды через них.

Расчет пластинчатых теплообменников для систем отопления

Приготовление отопительной воды может происходить путем нагрева в теплообменнике.

При расчете пластинчатого теплообменника для получения отопительной воды, исходные данные берутся для самого холодного периода , т. е. когда необходимы самые высокие температуры и соответственно самое большое теплопотребление. Это наихудший режим для теплообменника, рассчитанного на отопление.

Особенностью расчета теплообменника для системы отопления является завышенная температура обратной воды по греющей стороне. Это допускается специально т. к. любой поверхностный теплообменник принципиально не может охладить обратную воду до температуры графика, если по нагреваемой стороне на вход в теплообменник поступает вода с температурой графика. Обычно допускается разница 5—15°С.

Расчет пластинчатых теплообменников для систем ГВС

При расчете пластинчатых теплообменников для систем горячего водоснабжения исходные данные берутся для переходного периода , т. е. когда температура подающего теплоносителя низка (обычно 70°С), холодная вода имеет самую низкую температуру (2—5°С) и при этом еще работает система отопления — это май-сентябрь месяцы. Это наихудший режим для теплообменника ГВС.

Расчетная нагрузка для систем ГВС определяется исходя из наличия на объекте, где устанавливаются теплообменники аккумуляторных баков.

При отсутствии баков расчет пластинчатых теплообменников производится на максимальную нагрузку. Т. е. теплообменники должны обеспечивать нагрев воды и при максимальном водоразборе.

При наличии аккумуляторных баков пластинчатые теплообменники рассчитываются на среднечасовую нагрузку. Аккумуляторные баки пополняются постоянно и компенсируют пиковый водоразбор. Теплообменники должны обеспечивать только подпитку баков.

Соотношение максимальной и среднечасовой нагрузок достигает в некоторых случаях 4—5 раз.

Обращаем Ваше внимание, что расчет пластинчатых теплообменников удобно производить в собственной расчетной программе «Ридан». 

Источник: http://www.ridan.ru/informatsiya/biblioteka_spetsialista/tehnicheskie-stati/raschet_plastinchatogo_teploobmennika

Пластинчатый теплообменник для горячего водоснабжения

Расчет совокупности теплообменника и отопительной системы

Обеспечить себе в доме или квартире горячее водоснабжение можно многими способами и непосредственный нагрев, например прямоточным электронагревателем или бойлером – не самый эффективный способ.

В простоте и надежности отлично зарекомендовал себя пластинчатый теплообменник ГВС.

Если есть источник тепла, например автономное отопление или даже централизованное, то тепло для нагрева воды вполне разумно взять от них, не тратя дорогостоящее электричество для этих целей.

Устройство и принцип работы

Пластинчатый теплообменник (ПТО) обеспечивает переход тепла от нагретого теплоносителя холодному, при этом не перемешивая их, развязывая два контура между собой. Теплоносителем может быть пар, вода или масло. В случае с горячим водоснабжением чаще источником тепла является теплоноситель системы отопления, а нагреваемой средой – холодная вода.

Конструктивно теплообменник представляет собой группу гофрированных пластин, собранных параллельно друг другу. Между ними образуются каналы, по которым течет теплоноситель и нагреваемая среда, притом послойно они чередуются между собой, не перемешиваясь при этом. За счет чередования слоев, по которым текут жидкости обоих контуров, увеличивается площадь теплообмена.

Схема работы теплообменника

Гофрирование чаше выполняется в виде волн, притом ориентированных так, чтобы каналы одного контура располагались под углом к каналам второго контура.

Подключение входов и выходов делаются так, чтобы жидкости текли навстречу друг другу.

Поверхность и материал пластин подбирается исходя из требуемой мощности теплообмена, вида теплоносителя. В особенно эффективных и продуманных теплообменниках поверхность формуется для возбуждения завихрений возле поверхности пластины, повышая теплообмен, не создавая сильного сопротивления общему току.

Теплообменник включается между двумя контурами:

  1. Последовательно к системе отопления или параллельно с наличием регулирующей арматуры.
  2. К входу от холодного водопровода и выходом к потребителю ГВС.

Холодная вода, протекая через теплообменник нагревается за счет тепла от системы отопления до требуемой температуры и подается на кран потребителя.

Основные характеристики пластинчатого теплообменника:

  • Мощность, Вт;
  • Максимальная температура теплоносителя, оС;
  • Пропускная способность, производительность, литры/час;
  • Коэффициент гидравлического сопротивления.

Мощность зависит от общей площади теплообмена, перепада температур в обоих контурах между входов и выходом и даже от числа пластин.

Максимальная температура задается подбором материалов и способом соединения пластин и корпуса теплообменника.

Пропускная способность повышается с увеличением числа пластин, так как они подключаются фактически параллельно, то каждая новая пара пластин добавляет дополнительный канал для тока жидкости.

Коэффициент гидравлического сопротивления важен при расчете нагрузки на систему отопления, где от этого зависит выбор циркуляционного насоса, немаловажен и для других источников тепла. Зависит от типа гофрирования пластин и размера сечения каналов и их количества.

Для наиболее востребованных случаев, каким является обеспечение горячей водой частного хозяйства, дома или квартиры производятся готовые теплообменники с постоянными характеристиками.

Расчет

Выбор подходящего теплообменника сложно выполнить, оперируя только одной лишь его мощностью или пропускной способностью.

Эффективность подготовки ГВС зависит и от состояния теплоносителя в первом контуре и во втором, от материала и конструкции теплообменника, скорости и массовой части теплоносителя, проходящего в единицу времени через пластинчатый теплообменник.

Однако, естественно следует предварительно выполнить расчет, позволяющий прийти к определенному сочетанию мощности и производительности для выбора подходящей модели.

Базовые данные необходимые для расчета:

  • Тип среды в обоих контурах (вода-вода, масло-вода, пар-вода)
  • Температура теплоносителя в системы отопления;
  • Максимально допустимое снижение температуры теплоносителя после прохождения теплообменника;
  • Начальная температура воды, используемой для ГВС;
  • Требуема температура ГВС;
  • Целевой расход горячей воды в режиме максимального потребления.

Кроме этого в формулах для расчета задействована удельная теплоемкость жидкости в обоих контурах. Для ГВС используется табличное значение для начальной температуры воды, чаще +20оС, равное 4,182 кДж/кг*К.

Для теплоносителя следует отдельно находить значение удельной теплоемкости, если в его составе имеется антифриз или другие присадки для улучшения его качеств.

Аналогично для централизованного отопления берется приблизительное значение или фактическое на основании данных теплокоммунэнерго.

Целевой расход определяется количеством пользователей для горячей воды и количеством устройств (краны, посудомоечная и стиральная машинка, душ), где она будет использована. Согласно требованиям СНиП 2.04.01-85 необходимы следующие значения расхода горячей воды:

  • для раковины – 40 л/ч;
  • ванная – 200 л/ч;
  • душевая – 165 л/ч.

Значение для раковины умножается на количество устройств в доме, которые могут использоваться параллельно, и складывается со значением для ванны или душевой в зависимости от того, что именно используется. Для посудомоечной и стиральной машинки значения берутся из паспорта и инструкции и только при условии, что они поддерживают использование горячей воды.

Второе базовое значение – это мощности теплообменника. Рассчитывается исходя из полученного значения расхода жидкости и разницы температур воды на входе в теплообменник и на выходе.

P = m * С *Δt,

где m – расход воды, С – удельная теплоемкость, Δt – разница температур воды на входе и выходе ПТО.

Для получения массового расхода воды следует расход, выраженный в л/ч умножить на плотность воды 1000 кг/м3.

КПД теплообменников оценивается на уровне 80-85%, и многое зависит от конструкции самого оборудования, так что полученное значение следует разделить на 0,8(5).

С другой стороны ограничением по мощности будет расчет, выполненный со стороны первого контура с теплоносителем, где, используя уже разницу допустимых температур для системы отопления, получаем максимально допустимый забор мощности. Конечный результат будет компромиссом между двумя полученными значениями.

Если забора мощности для нагрева нужного количества горячей воды не хватает, то разумнее использовать две ступени подогрева и, соответственно, два теплообменника.

Мощность распределяется между ними поровну от требуемого расчета. Одна ступень выполняет предварительный нагрев, используя в качестве источника тепла обратку отопления с пониженной температурой.

Второй ПТО уже нагревает окончательно воду за счет горячей воды с подачи отопления.

Схема обвязки

Подключают теплообменник к системе отопления несколькими способами. Самый простой вариант с параллельным включением и наличием регулировочного клапана, работающего от термоголовки.

Обязательными являются запорные шаровые вентили на всех выводах теплообменника, чтобы иметь возможность полностью перекрыть доступ жидкости и обеспечить условия для демонтажа оборудования.

Регулировкой мощности и, соответственно, нагревом горячей воды должен заниматься клапан с управлением от термоголовки.

Клапан устанавливается на подводящую трубу от отопления, а датчик температуры на выход контура ГВС.

При цикличной организации ГВС с наличием накопительной емкости устанавливается дополнительно тройник на входе нагреваемого контура для включения холодной водопроводной воды и обратки по ГВС. Избежать ненужного тока в обратном направлении в ветке горячей и холодной воды не даст обратный клапан.

Недостатком этой схемы является сильно завышенная нагрузка на систему отопления и неэффективный нагрев воды во втором контуре при большем перепаде температур.

Гораздо продуктивнее и надежнее работает схема с двумя теплообменниками, двухступенчатая.

1 – пластинчатый теплообменник; 2 – регулятор температуры прямого действия: 2.1 – клапан; 2.2 – термостатический элемент; 3 – циркуляционный насос ГВС; 4 – счетчик горячей воды; 5 – электро-контактный манометр (защита от «сухого хода»)

Идея заключается в использовании двух теплообменников. В первой ступени используется с одной стороны обратка системы отопления, а с другой холодная вода из водопровода.

Это дает предварительный нагрев примерно на 1/3 или половину от необходимой температуры, при этом не страдает обогрев дома.

Включение контура выполняется последовательно с байпасом, на котором уже закреплен игловой вентиль, с помощью которого регулируется объем теплоносителя.

Второй ПТО, вторая ступень, подключаемая параллельно системе отопления – это с одной стороны подача горячего теплоносителя от котла или котельной, а с другой уже подогретая на первой ступени вода ГВС.

Регулировкой первой ступени заниматься нет нужды. Устанавливаются лишь шаровые вентили на все четыре отвода и обратный клапан на подачу холодной воды.

Обвязка второй ступени идентичная параллельному подключению за исключением того, что вместо холодной воды подключается уже подогретая вода с первой ступени.

Источник: https://udobnovdome.ru/plastinchatyj-teploobmennik-gvs/

Поделиться:
    Нет комментариев

      Добавить комментарий

      Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.