Система гарячого водопостачання

/

Вступ

Основними споживачами теплової енергії є місцеві системи опалювання, вентиляції, гарячого водопостачання, системи кондиціонування повітря і технологічне навантаження.

Велика різноманітність систем гарячого водопостачання викликана прагненням здешевити систему, зменшити металоємність, зменшити або повністю виключити налагоджувальні роботи.

Найбільшого поширення набули системи, в яких поряд з подаючим стояком проходит циркуляційний стояк.

Знаходять вживання схеми із закольцованными зверху стояками і головним циркуляційним стояком. Число подаючих стояків, підключених до одного циркуляційного, може досягати 6-7.

Такі схеми легше піддаються наладці і регулюванню, оскільки мають менше число точок приєднання стояків до магістралей, і рекомендовано для будівлі висотою 9 поверхів і більш.

Системи гарячого водопостачання слід проектувати з нижньою розводкою трубопроводів, необхідно передбачати циркуляцію гарячої води.

1. Вибір вихідних даних

Район проектування - м. Орінбург.

Кількість будівель - 5.

Кількість секцій - 2.

Кількість поверхів в будівлі -10.

2. Визначення розрахункових витрат на ділянках трубопроводів

На підставі плану розміщення будівель і плану розрахункової будівлі складаємо аксонометричну схему всієї системи гарячого водопостачання. Відповідно до загальноприйнятих правил розбиваємо аксонометричну схему на розрахункові ділянки. Максимальна секундна витрата води на розрахунковій ділянці мережі q^h, л/с, визначуваний по формулі:

q^h= 5q₀?б; (2.1)

де б - коефіцієнт, визначений залежно від загального числа приладів N на розрахунковій ділянці мережі та вірогідності їх дії Р^h;

Вірогідність дії санітарно-технічних приладів на ділянках мережі визначається по формулі:

P_h=; (2.2)

P_h=;

де U - число споживачів ГВ;

q_hr,u - норма витрати гарячої води споживачем під час найбільшого водоспоживання, (прил. 3 [1]), л.

Таблиця 1 - Розрахункові витрати води на ділянках мережі трубопроводів

3. Гідравлічний розрахунок подаючих трубопроводів

У завдання гідравлічного розрахунку входить визначення діаметрів трубопроводів і втрат натиску на всіх ділянках розводящої мережі від теплового пункту до споживачів.

Діаметри трубопроводів приймаємо з таким розрахунком, аби при русі гарячої води від теплового пункту до найбільш віддаленого та високорозташованого водорозбірного приладу тиск в системі був використаний максимально. При цьому швидкості руху води в подаючих трубопроводах і стояках не повинні перевищувати 1,5 м/с.

Гідравлічний розрахунок зручніше починати з самого віддаленого високорозташованого водорозбірного приладу.

Втрати тиску на ділянках визначаються по формулі:

K_l - коефіцієнт, що враховує втрати тиску в місцевих опорах: на ділянках з полотенцесушниками K_l=0,5, на прямих ділянках K_l=0,2.

Таблиця 2 - Результати гідравлічного розрахунку подаючих трубопроводів

4. Розрахунок втрат тепла подаючими і циркуляційними трубопроводами та визначення циркуляційних витрат

У системах гарячого водопостачання житлових будівель з кількістю поверхів більше чотирьох з метою запобігання охолодженню води за відсутності водорозбору передбачається циркуляція гарячої води. Циркуляція здійснюється по циркуляційним трубопроводам, які прокладаються поряд з основними. При установці на подаючих стояках можливе їх закільцьовування зверху перемичками і підключення до загального циркуляційного стояка.

Кількість води, кг/с, яка повинна циркулювати в системі стояків гарячого водопостачання за відсутності водорозбору, визначається по кількості тепла, необхідного для відшкодування теплових втрат в подаючих трубопроводах, по формулі:

, кг/с (4.1)

де Q_ht - втрати тепла подаючими трубопроводами, кВт;

?t - розрахунковий перепад температур, що приймається в межах 5-15°C залежно від протяжності циркуляційного кільця. Приймаємо ?t=10°C;

с - теплоємність води, кДж/кг*°C.

Питомі втрати тепла на ділянці трубопроводу, Вт/м, визначаються по формулі:

, Вт/м (4.2)

де К - коефіцієнт теплопередачі неізольованої труби, приймається 11,6 Вт/м2°c;

d_i - діаметр трубопроводу ділянки, що розраховується, м;

- коефіцієнт корисної дії ізоляції, приймається в межах 0,6-0,8;

t_ср - середня температура води на даній ділянці°C;

t_о - температура довкілля, приймається залежно від місця прокладки труб:

1) у приміщеннях +20°C;

2) у неопалювальних підвалах +5°C;

3) у борознах і каналах +40°C;

Втрати тепла на ділянці, кВт, визначаються по формулі:

, кВт (4.3)

де li - довжина ділянки, що розраховується, м.

Сумарні втрати тепла всією системою подаючих трубопроводів:

_, кВт (4.4)

Розрахунок теплових втрат починаємо з самого віддаленого і навантаженого стояка, послідовно підсумовуючи їх до теплового пункту. Втрати тепла на аналогічних стояках приймаємо однаковими.

Результати розрахунку зводимо в таблицю 3.

Таблиця 3 - Втрати тепла подаючими і циркуляційними трубопроводами та визначення циркуляційних витрат

5. Гідравлічний розрахунок циркуляційних трубопроводів

трубопровід гідравлічний циркуляційний гарячий

5.1 Визначення втрат тиску в подаючих трубопроводах при циркуляційних витратах

Таблиця 4 - Втрати тиску в подаючи трубопроводах при циркуляційних витратах

5.2 Визначення втрат тиску циркуляційних трубопроводів

Таблиця 5 - Втрати тиску циркуляційних трубопроводів

6. Визначення розрахункового теплового потоку на потреби гарячого водопостачання

Тепловий потік , кВт, за період максимального водоспоживання на потреби гарячого водопостачання (з врахуванням теплових втрат) визначуваний по формулі:

^{, кВТ} (6.1)

де - теплові втрати в системі гарячого водопостачання, кВт;

- температура холодної води в мережі водопроводу,°C; за відсутності даних приймаємо 5°C;

- максимальна годинна витрата води в системі гарячого водопостачання, м³/ч, визначуваний по формулі:

;

де - коефіцієнт, визначуваний залежно від загального числа приладів N, обслуговуваних проектованою системою, і вірогідність їх використання P_hr.

Вірогідність використання санітарно-технічних приладів для системи визначаємо по формулі:

(6.2)

де - годинна витрата води санітарно-технічним приладом, (прил. 3 [1]), л/ч;

7. Вибір схеми приєднання водопідігрівачів системи гарячого водопостачання

Приєднання водопідігрівачів системи гарячого водопостачання залежно від величини співвідношення максимальної годинної витрати тепла на опалювання Q_о і максимальної годинної витрати тепла на гаряче водопостачання Q_гв^м визначається:

а) при Q_гв^м/ Q_о <1,0 - по двоступенева схема;

б) при Q_гв^м/ Q_о >1,0 - по паралельній схемі;

Максимальна годинна витрата тепла на опалювання, кВт, визначуваний по формулі:

кВт (7.1)

де - питома опалювальна характеристика, Вт/ м³°C, = 1,59/3600 Вт/ м³°C;

- усереднена розрахункова температура внутрішнього повітря в будівлі,°C;

- розрахункова для опалювання температура зовнішнього повітря,°C, = -31°C;

з - поправочний коефіцієнт на теплову характеристику, залежний від опалювання температури зовнішнього повітря, з=0,99;

n - кількість будівель приєднаних до теплового пункту.

8. Тепловий розрахунок водогрійної установки

Завдання теплового розрахунку установки водопідігрівання полягає в визначенні поверхні нагріву і кількості секцій підігрівачів.

Поверхня нагріву підігрівачів визначається по максимальному навантаженню гарячого водопостачання і при мінімальній температурі мережевої води, яка має місце в точці зламу температурного графіка.

8.1 Паралельна схема

1. Витрата мережевої води, що проходить через міжтрубний простір підігрівача:

(8.1)

де - температура мережевої води на вході в підігрівач;

- температура мережевої води на виході з підігрівача, приймається 30-35;

2. Витрата водопровідної води:

(8.2)

де - розрахункова температура води на гаряче водопостачання, приймається 60-65

3. Заздалегідь приймаємо швидкість руху водопровідної води усередині трубок підігрівача в межах щ=0,8-1,5 м/с і обчислюємо необхідну площу живого перетину трубок,

(8.3)

Приймаємо =1 м/с

4. Вибираємо підігрівач з площею живого перетину близьким до отриманого

Вибираємо підігрівач ПВ-z-10, він має наступні характеристики:

=0,0057 м²

=0,0122 м²

n=37 трубки

5. Дійсна швидкість води в середині трубок:

(8.4)

6. Швидкість мережевої води в міжтрубному просторі:

(8.5)

7. Середня температура мережевої води,

,

8. Середня температура водопровідної води,

,

=60- температура води що поступає в систему гарячого водопостачання

=5- температура холодної води в мережі водопроводу.

9. Коефіцієнт тепловіддачі від мережевої води до зовнішньої поверхні трубок:

(8.6)

де - еквівалентний діаметр міжтрубного простору, =0,0207 м

10. Коефіцієнт тепловіддачі від внутрішніх поверхонь до водопровідної води:

де - внутрішній діаметр трубок, =0,014 м.

11. Коефіцієнт тепловіддачі від мережевої до водопровідної води:

(8.7)

где - товщина стінки трубок, м =0,001 м;

- коефіцієнт теплопровідності латуні, приймаємо рівним 104,7 Вт/(м•^оС);

m - коефіцієнт враховує забруднення трубок m=0,8

Середній температурний напір:

(8.8)

де - більший і менший перепади температур в підігрівачі, ^оС

16. Необхідна поверхня нагріву:

(8.9)

17. Кількість стандартних секцій підігрівача:

(8.10)

Приймаємо 6 стандартних секцій.

8.2 Двоступенева змішана схема

1. Витрата мережевої води, що проходить через міжтрубний простір підігрівача:

(8.11)

де - температура мережевої води в подаючій магістралі в точці зламу температурного графіка, ;

- температура мережевої води в зворотній магістралі після системи опалювання в крапці зламу температурного графіка, приймається 42-43;

2. Витрата водопровідної води:

(8.12)

де ф₁,ф₂₀ - розрахункові температури мережевої води в подаючій і зворотній магістралях, приймаються згідно завданню,.

3. Розрахункова витрата мережевої води на введення, а також витрату через І рівень підігрівача:

(8.13)

Розрахунок підігрівача І рівні, кВт:

4. Теплове навантаження першого рівня.

(8.14)

5. Температура мережевої води на виході з рівня, ^оС:

(8.15)

6. Середній температурний натиск, ^оС:

(8.16)

де - більший і менший перепади температур в підігрівачі, ^оС

7. Середня температура мережевої води, ^оС:

, (8.17)

8. Середня температура водопровідної води, ^оС:

9. Заздалегідь приймаємо швидкість руху водопровідної води усередині трубок підігрівача в межах щ=0,8-1,5 м/с і обчислюємо необхідну площу живого перетину трубок

(8.18)

10. Вибираємо підігрівач з площею живого перетину близькою до отриманого.

Вибираємо підігрівач ПВ-Z-10, він має наступні характеристики:

=0,0057 м²

=0,0122 м²

n=37 трубки

11. Дійсна швидкість води усередині трубок:

(8.19)

12. Швидкість мережевої води в міжтрубному просторі:

(8.20)

13. Коефіцієнт тепловіддачі від мережевої води до зовнішньої поверхні трубок, Вт/(м^{2 о}С):

(8.21)

14. Коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні трубок до водопровідної води:

(8.22)

15. Коефіцієнт теплопередачі від мережевої до водопровідної води:

(8.23)

16. Необхідна поверхня нагріву:

(8.24)

17. Кількість стандартних секцій I рівня:

(8.25)

Приймаємо 6 стандартних секцій.

Розрахунок підігрівача ІІ рівня.

18. Теплове навантаження ІІ рівня, кВт:

(8.26)

19. Середній температурний натиск, ^оС:

(8.27)

де - більший і менший перепади температур в підігрівачі, ^оС

20. Середня температура мережевої води, ^оС:

, (8.28)

21. Середня температура водопровідної води, ^оС:

(8.29)

22. Дійсна швидкість води усередині трубок:

(8.30)

23. Швидкість мережевої води в міжтрубному просторі:

(8.31)

24. Коефіцієнт тепловіддачі від мережевої води до зовнішньої поверхні трубок:

(8.32)

де - еквівалентний діаметр міжтрубного простору (VI.13 [2]) =0,0207 м

25. Коефіцієнт тепловіддачі від внутрішніх поверхонь до водопровідної води:

(8.33)

де - еквівалентний діаметр трубного простору

26. Коефіцієнт тепловіддачі від мережевої до водопровідної води:

(8.34)

де - товщина стінки трубок, м =0,001 м;

- коефіцієнт теплопровідності латуні, приймаємо рівним 104,7 Вт/(м•^оС);

m - коефіцієнт враховує забруднення трубок m=0,8

27. Необхідна поверхня нагріву:

(8.35)

28. Кількість стандартних секцій підігрівача IІ рівні:

(8.36)

Приймаємо 7 стандартних секцій.

Список літератури

1. СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий/1986 г.

2. Справочник по теплоснабжению и вентиляции / Щекин Р.В., Корнеевский С.М., Бем Г.Е. и другие/1986 г.

3. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник / Манюк В.И., Коноплинский Я.И., Хиж Э.Б. и другие/1988 г.

4. Строй А.Ф., Скальский В.Л. Расчет и проектирование тепловых сетей.- Киев: Будiвельник, 1981. - 144 с.

5. Теплоснабжение /А.А. Ионин, Б.М. Хлыбов, В.Н. Братенков, В.И. Терлецкая.- М.: Стройиздат, 1982. - 336 с.

6. Методические указания к курсовой работе «Горячее водоснабжение по курсу «Теплоснабжение» / Сост.: Кичатов В.Н., Олексюк А.А. - Макеевка, 1989 г.