Обеспечение горячей водой является жизненно важной частью современного быта. В многоквартирных домах и промышленных зданиях для этого используются системы горячего водоснабжения (ГВС), которые зачастую включают подогреватели воды. Расчет подогревателя ГВС — это сложная инженерная задача, требующая тщательного анализа различных факторов. В данной статье мы представим исчерпывающее руководство по расчету подогревателя ГВС.

Наша цель — предоставить максимально полную и информативную статью, которая поможет инженерам, проектировщикам и домовладельцам правильно рассчитать подогреватель ГВС, сделать обоснованный выбор модели и избежать ошибок, ведущих к неэффективной работе системы.

Что такое подогреватель горячего водоснабжения?

Подогреватель горячего водоснабжения (ГВС) — это устройство, предназначенное для нагрева холодной воды до заданной температуры, необходимой для бытовых и производственных нужд.

В системах теплоснабжения подогреватель горячего водоснабжения (ГВС) смешанной схемы играет важную роль, обеспечивая бесперебойное снабжение жилых и промышленных зданий горячей водой.

Отличительные особенности:

• Сочетание двух ступеней нагрева:
  • Первая ступень: Использует теплоноситель из системы отопления для предварительного нагрева воды.
  • Вторая ступень: Догревает воду до требуемой температуры с помощью дополнительного источника тепла (например, электричество, газ, пар).
• Преимущества:
  • Экономичность: Эффективное использование теплоносителя системы отопления снижает расход дополнительного топлива.
  • Гибкость: Обеспечивает возможность работы как в отопительный сезон, так и в летний период, когда система отопления не функционирует.
  • Стабильность: Поддерживает стабильную температуру горячей воды независимо от колебаний параметров теплоносителя.

Принцип работы подогревателя горячего водоснабжения:

1. Холодная вода: Поступает в подогреватель из водопровода.
2. Первая ступень: Вода проходит через теплообменник первой ступени, где нагревается за счет теплоносителя из системы отопления.
3. Вторая ступень: Далее вода поступает в теплообменник второй ступени, где догревается до требуемой температуры с помощью дополнительного источника тепла.
4. Горячая вода: Нагретая вода распределяется по системе ГВС здания.

Типы подогревателей смешанной схемы:

• Пластинчатые: Компактные и доступные, но имеют ограниченную мощность.
• Витые: Более мощные и долговечные, но дороже.
• Кожухотрубные: Подходят для больших объемов воды, но занимают больше места.

Выбор подогревателя:

При выборе подогревателя смешанной схемы необходимо учитывать:

• Тепловую нагрузку ГВС: Количество тепла, необходимое для нагрева воды.
• Температуру холодной воды: Температура воды на входе в подогреватель.
• Требуемую температуру горячей воды: Температура, до которой необходимо нагреть воду.
• Тип системы отопления: Централизованная или автономная.
• Параметры теплоносителя: Температура и давление теплоносителя в системе отопления.
• Доступное пространство: Размеры помещения, где будет установлен подогреватель.
• Бюджет: Стоимость различных моделей подогревателей.

Преимущества использования:

• Экономия энергии: Снижение расходов на отопление и горячее водоснабжение.
• Повышенная надежность: Обеспечение бесперебойной подачи горячей воды.
• Универсальность: Подходит для различных объектов.

Подогреватель горячего водоснабжения смешанной схемы является эффективным и экономичным решением для обеспечения горячей водой жилых и промышленных зданий.

Дополнительно:

• Выбор и установка подогревателя ГВС должны выполняться в соответствии с действующими нормами и правилами.

Пример расчета подогревателя горячего водоснабжения, включенного по смешанной схеме

1. Исходные данные для расчета подогревателя при наружной температуре 2,5⁰С:

Q_ГВ = 0,3 Гкал/ч = 300000 ккал/ч;

Q_ОТ = 0,4 Гкал/ч = 400000 ккал/ч.

Тепловая сеть работает по нормальному отопительному графику без надбавки. Расчетная температура наружного воздуха минус 26⁰С.

Система отопления присоединяется к тепловой сети по независимой схеме через подогреватель.

Т_ПОД = 150⁰С; Т_ОТ = 70 + 10 = 80⁰С;

G_ОТ = 400000 / (150 – 80)*1000 = 5,7 т/ч;

t₁ = 60⁰С; t₂ = 5⁰C;

G_ГВ^НАГР = 300000 / (60 – 5)*1000 = 5,45 т/ч;

Т₁ = 70⁰С;

Т_ОБТ.ОТ. = 41,5⁰С (по таблице см. статью “Рекомендации по расчету подогревателей горячего водоснабжения, включаемых по двухступенчатой смешанной схеме”).

Т_З = Т_ОТ = 41,5 + 10 = 51,5⁰С;

T_З ≈ Т₃ – 10 = 51,5 – 10 = 41,5⁰С;

Q_ГВ^II = Q_ГВ*(t₁ – t_З) / (t₁ – t₂) = 300000*(60 – 41,5) / (60 – 5) = 101000 ккал/ч;

G_ГВ^ГР = Q_ГВ^II / ((Т₁ – Т_З)*1000) = 101000 / ((70 – 51,5)*1000) = 5,45 т/ч;

Q_ГВ^I = Q_ГВ – Q_ГВ^II = 300000 – 101000 = 199000 ккал/ч;

G_СУМ = G_ОТ + G_ГВ^ГР = 5,7 + 5,45 = 11,15 т/ч;

Т₂ = Т₃ – (Q_ГВ^I / (G_СУМ*1000)) = 51,5 – (199000 / (11,15*1000)) = 33,6⁰С.

Тепловой расчет подогревателя первой ступени

Задаемся подогревателем 08 ОСТ 34-588-68 с наружным диаметром 114 мм:

f_СЕКЦИИ = 3,54 м²; f_ТР = 0,00293 м²; f_МП = 0,005 м²; d_ЭКВ = 0,0155 м.

Находим:

– скорость нагреваемой воды в трубках:

V_Т = 5,45 / (3600*0,00293) = 0,52 м/с;

– скорость греющей воды в межтрубном пространстве:

V_М = 11,15 / (3600*0,005) = 0,62 м/с;

– среднюю температуру греющей воды:

Т_СР = (Т_З + Т₂) / 2 = (51,5 + 33,6) / 2 = 42,5⁰С;

– среднюю температуру нагреваемой воды:

t_СР = (t_З + t₂) / 2 = (41,5 + 5) / 2 = 23,2⁰С;

– коэффициент теплоотдачи от греющей воды к трубкам:

а₁ = А₁*V_М^0,8 / d_ЭКВ^0,2 = 2101,5*0,65 / 0,44 = 3110 ккал/(ч*м²*⁰С);

Значения А, V^0,8, d^0,2 приняты по приложениям 1 и 4 к ”Рекомендациям” серии А9-10.

– коэффициент теплоотдачи от трубок к нагреваемой воде:

а₂ = А₁*V_Т^0,8 / d_ВН^0,2 = 1798,5*0,59 / 0,42 = 2520 ккал/(ч*м²*⁰С);

– коэффициент теплопередачи:

К_О = 1 / ((1/а₁) + (1/а₂) + 0,000011) = 1 / ((1/3110) + (1/2520) + 0,000011) = 1370 ккал/(ч*м²*⁰С);

К = м*К_О = 0,8 * 1370 = 1100 ккал/(ч*м²*⁰С);

– среднюю логарифмическую разность температур:

Δt_Б = 33,6 – 5 = 28,6⁰С;

Δt_М = 51,5 – 41,5 = 10⁰С;

Δt_СР = 18⁰С (см. приложение 2 серии А9-10);

– поверхность нагрева подогревателя первой ступени:

F_I = 199000 / (1100*18) = 10 м²;

– количество секций:

n_I = 10 / 3,54 = 2,82 секции.

Тепловой расчет подогревателя второй ступени

Принимаем подогреватель 08 ОСТ 34-588-68.

Находим:

– скорость нагреваемой воды в трубках:

V_Т = 0,52 м/с;

– скорость греющей воды в межтрубном пространстве:

V_М = 5,45 / (3600*0,005) = 0,3 м/с;

– среднюю температуру греющей воды:

Т_СР = (Т₁ + Т₃) / 2 = (70 + 51,5) / 2 = 60,8⁰С;

– среднюю температуру нагреваемой воды:

t_СР = (t₁ + t₃) / 2 = (60 + 41,5) / 2 = 50,8⁰С;

– коэффициент теплоотдачи от греющей воды к трубкам:

а₁ = А₁*V_М^0,8 / d_ЭКВ^0,2 = 2361,5*0,37 / 0,44 = 1990 ккал/(ч*м²*⁰С);

Значения А, V^0,8, d^0,2 приняты по приложениям 1 и 4 к ”Рекомендациям” серии А9-10.

– коэффициент теплоотдачи от трубок к нагреваемой воде:

а₂ = А₁*V_Т^0,8 / d_ВН^0,2 = 2224,4*0,59 / 0,42 = 3125 ккал/(ч*м²*⁰С);

– коэффициент теплопередачи:

К_О = 1 / ((1/а₁) + (1/а₂) + 0,000011) = 1 / ((1/1990) + (1/3125) + 0,000011) = 1200 ккал/(ч*м²*⁰С);

К = м*К_О = 0,8 * 1200 = 960 ккал/(ч*м²*⁰С);

– среднюю логарифмическую разность температур:

Δt_Б = 10⁰С;

Δt_М = 10⁰С;

Δt_СР = 10⁰С;

– поверхность нагрева подогревателя второй ступени:

F_II = 101000 / (960*10) = 10,5 м²;

– количество секций:

n_II = 10,5 / 3,54 = 2,97 секции.

2. Проверка подогревателя на летний режим:

G_ГВЛ^НАГР = 0,8 * 5,45 = 4,36 т/ч;

Т_1Л = 70⁰С;

Т_2Л = 20⁰С;

t₁ = 60⁰С;

t₂ = 15⁰С;

Q_ГВЛ = (0,8*300000*(60 – 15)) / (60 – 5) = 196500 ккал/ч;

G_ГВЛ^ГР = 196500 / ((70 – 20)*1000) = 3,93 т/ч;

– скорость нагреваемой воды в трубках:

V_Т = 4,36 / (3600*0,00293) = 0,41 м/с;

– скорость греющей воды в межтрубном пространстве:

V_М = 3,93 / (3600*0,005) = 0,22 м/с;

– среднюю температуру греющей воды:

Т_СР = (Т₁ + Т₂) / 2 = (70 + 20) / 2 = 45⁰С;

– среднюю температуру нагреваемой воды:

t_СР = (60 + 15) / 2 = 37,5⁰С;

– коэффициент теплоотдачи от греющей воды к трубкам:

а₁ = А₁*V_М^0,8 / d_ЭКВ^0,2 = 2139*0,29 / 0,44 = 1410 ккал/(ч*м²*⁰С);

– коэффициент теплоотдачи от трубок к нагреваемой воде:

а₂ = А₁*V_Т^0,8 / d_ВН^0,2 = 2025,5*0,48 / 0,42 = 2320 ккал/(ч*м²*⁰С);

– коэффициент теплопередачи:

К_О = 1 / ((1/а₁) + (1/а₂) + 0,000011) = 1 / ((1/1410) + (1/2320) + 0,000011) = 868 ккал/(ч*м²*⁰С);

К = м*К_О = 0,8 * 868 = 694 ккал/(ч*м²*⁰С);

– среднюю логарифмическую разность температур:

Δt_Б = 70 – 60 = 10⁰С;

Δt_М = 20 – 15 = 5⁰С;

Δt_СР = 7,5⁰С;

– поверхность нагрева подогревателя:

F_ЛЕТ = 196500/ (694*7,5) = 37,8 м²;

– количество секций:

n_ЛЕТ = 37,8 / 3,54 = 10,7 секции.

К установке принимается 11 секций, в том числе 8 секции во второй ступени и 8 секций – в первой.

3. Гидравлический расчет

Определяем:

– потерю напора греющей воды в подогревателе первой ступени:

Δh_MI = 1180*0,62²*8 = 3600 кгс/м²;

– потерю напора греющей воды в подогревателе второй ступени:

Δh_MII = 1180*0,3²*3 = 320 кгс/м²;

– потерю напора греющей воды в летний период:

Δh_M.ЛЕТ = 1180*0,22²*11 = 630 кгс/м²;

– потерю напора нагреваемой воды:

Δh_Т = 775*0,52²*11 = 2300 кгс/м².

Правильный выбор и расчет подогревателя ГВС позволят вам оптимизировать расходы на отопление и горячее водоснабжение, а также обеспечить комфорт и безопасность для всех пользователей.

В данной статье мы подробно рассмотрели принцип работы, преимущества, типы и методы расчета подогревателей ГВС смешанной схемы.

Надеемся, эта информация была вам полезна.

Поделиться ссылкой: