Вконтакте Facebook Twitter Стрічка RSS

Розрахунок нагрівання води у теплообміннику. Тепловий розрахунок теплообмінних апаратів

При монтажі домашнього басейну виникає проблема вибору відповідного теплообмінника з асортименту виробів, що є у продажу. Пристрій необхідний для нагрівання води в резервуарі та збереження цієї температури на стабільному рівні. Можна звернутися за допомогою до фахівців, а можна розрахувати потужність теплообмінника для басейну самостійно, що дозволить заощадити кошти, які б пішли на оплату робіт.

Найпростіший спосіб розрахунку потужності теплообмінника

Захід складається із двох етапів. На першому слід додатково розрахувати об'єм басейну, а на другому зробити обчислення за єдиною формулою. Втім, точніші дані в нашому випадку не обов'язкові.

Обчислюємо значення кількості енергії, необхідної для підігріву води:

Р = 1,16 x (Т1-Т2)/t x V; де Р – це потужність теплообмінника, 1,16 – спеціальний коефіцієнт, Т1 – це значення кінцевої температури нагріву, Т2 – температура вихідної води (у середньому водопровідна водаповинна бути нагріта не менше 15 градусів за Цельсієм), t - це час нагріву (близько 3-4 годин), V - обсяг басейну.

Зробивши обчислення за наведеною вище формулою, приблизно з'ясуємо необхідну величину потужності теплообмінника для того, щоб вода в басейні нагрівалася за певний проміжок часу.

Далі по каталогах або, орієнтуючись на численні пропозиції в мережі, знаходимо відповідний теплообмінник певної потужності. Перед покупкою рекомендується додатково обговорити можливості пристрою з менеджером компанії з продажу теплотехнічного обладнання. Зокрема, при виборі апарату враховують силу потоку води, що проходить через нього. Потім порівнюють ці показники зі значеннями, які вказані у техдокументації, що додається до теплообмінника. У цьому питанні орієнтиром можуть бути параметри роботи насоса для циркуляції води в басейні.

Як основна мета теплообмінника виступає передача тепла до холодного об'єкта від теплоносія. Останній є речовиною з високою температурою. Його прикладом можуть бути:

  • рідина;

Сьогодні в магазинах можна знайти теплообмінники у широкому асортименті. Вони відрізняються за своїми особливостями, а саме:

  • зовнішньому вигляду;
  • принципом дії;
  • різниці показників температури.

Цей перелік не є повним.

Опис принципу роботи

Перед придбанням теплообмінника принцип роботи пристрою обов'язково слід розглянути. Він може бути заснований на одному із трьох процесів:

  • теплопровідність;
  • теплове випромінювання;
  • конвекція.

Підрозділити прилади можна за способом постачання тепла до холодного об'єкта. Таким чином, способи можуть бути змішувальними та теплообмінними. У принципі їх роботи, виді та пристрої полягає основна різниця. Найбільш зручний варіант принципу функціонування властивий поверхневим агрегатам. Вони є одними з найпоширеніших. Усередині таких приладів є чутливі елементи, що нагріваються та передають тепло холодному об'єкту.

Якщо розглянути ближче змішувальний агрегат, то про нього можна сказати, що він поєднує взаємодію рідини та повітря, забезпечуючи високий коефіцієнт корисної дії. Ці пристрої легкі у виготовленні і дозволяють досягти потрібного результатуза короткий час. Це зумовлено тим, що тільки при змішуванні двох середовищ можна досягти таких результатів.

Розглядаючи принцип роботи теплообмінників, можна відзначити, що ці пристрої мають вузли, які працюють за певним принципом. Їх можна поділити на регенеративні та рекуперативні. В останньому випадку використовуються різні рідини, що взаємодіють за допомогою розділової стінки. При обміні температурами потік залишається тим самим і змінюється в обох випадках.

У рекуперативних теплообмінниках є робочий елемент, який виступає ще й джерелом тепла, а також зарядним пристроєм. Елемент нагрівається при контакті з рідинами та віддає у простір необхідне тепло. При цьому тепловий потік може змінювати свій напрямок.

Додатково про принцип роботи пластинчастого пристрою для теплообміну.

Пластинчастий теплообмінник має відповідні елементи, що встановлюються з поворотом на 180°. В один пакет компонуються 4 елементи, що дозволяє створювати два колекторні контури подачі та відведення теплоносія. Два крайні елементи в процесі не братимуть участі.

Виробники пропонують до продажу два різновиди компонування: одноходовий і багатоходовий. У першому випадку теплоносій поділяється на паралельні потоки, які проходять каналами і опиняються в порту для виведення. Багатоходове компонування має складну схему, адже теплообмінник переміщається однаковою кількістю каналів. Цього вдалося досягти завдяки встановленню додаткових пластин, які передбачають наявність глухих портів. Обслуговувати багатоходові пластинчасті теплообмінники набагато складніше.

Основні види пристроїв

Теплообмінний апарат представлений до продажу в багатьох різновидах, серед них слід виділити:

  • занурювальну;
  • елементну;
  • графітову;
  • двотрубну;
  • пластинчасту;
  • кручена;
  • спіральну;
  • кожухотрубну.

Занурювальний теплообмінник має чутливий елемент у вигляді циліндричного змійовика, розташованого в посудині. Останній заповнюється рідиною. Така конструкція дозволяє скоротити час на подачу тепла приладом. Пристрій занурювального типу є одним з найкращих за ефективністю. Він використовується в тих місцях, де умови передбачають можливість закипання.

Пластинчастий агрегат та його опис

Пластинчастий теплообмінник має безліч переваг, а саме:

  • простотою чищення;
  • легкістю збирання;
  • мінімальним опором гідравліки.

Ці прилади мають кінцеві камери, які з'єднані болтами кріплення. Конструкція має робочу пластину і рами. Пластини поділені гумовими прокладками. А самі елементи виготовляються із спеціальної сталі. Технологія встановлення пластин передбачає монтаж гумової прокладки без клейового складущо забезпечує щільне прилягання окремих частин один до одного. Робоче середовище може подаватися одним із трьох методів:

  • змішаним;
  • прямоточним;
  • протиточним.

Елементний і кручений теплообмінники. Опис пристроїв

Елементний теплообмінник дозволяє з'єднати частини системи у єдину конструкцію. Принцип роботи таких пристроїв схожий на кожухотрубний різновид. Робоче середовище подається протиточно, а агрегат поєднує невелику кількість труб. Розглядаючи види теплообмінників, ви повинні звернути увагу на кручений різновид, який має чутливий елемент у вигляді концентричного змійовика, який фіксується спеціальними головками, що забезпечує захист від кожуха. У цьому пристрої використовується схема із двома рідинами, одна з яких заповнює трубки, а інша знаходиться в просторі між ними. Ці агрегати відмінно справляються з перепадами тиску і мають відмінну стійкість до зносу.

Графітовий та спіральний теплообмінники

Серед видів теплообмінників можна виділити графітовий різновид, який має пристрій, що забезпечує захист від корозії. Ці прилади добре проводять тепло, а агрегат складається з блоків, які мають форму циліндра і прямокутника. Робоча рідина рухається за перехресною схемою. Теплообмінник складається з:

  • кришки;
  • грати;
  • трубки;
  • металевий корпус.

Теплообмінний апарат може бути спіральним, принцип його роботи виражений у використанні металевих листів. Вони скручуються в спіраль та фіксуються на механізмі, який називається креном. Для правильної роботиважливою є герметизація теплообмінника, яка досягається методом зварювання окремих частин або монтажем прокладки.

Прилади складні у виробництві, ремонті та обслуговуванні. Пристрій не повинен використовуватися в системі де тиск перевищує 10 кгс/см 2 , що не можна не назвати недоліком. Цей мінус нівелюється компактними розмірами приладу, незначною вагою та високою ефективністю.

Додатково про принцип роботи кожухотрубного агрегату

Кожухотрубний теплообмінник отримав таку назву тому, що тонкі трубки, якими рухається теплоносій, розташовуються в центральній частині основного кожуха. Від кількості трубок у середині залежатиме те, з якою швидкістю рухається речовина. Від цього залежить коефіцієнт теплопередачі.

Кожухотрубний теплообмінник виготовляється з високоміцних та легованих сталей. Вони застосовуються тому, що пристрій працює в агресивному середовищі, яке сприяє розвитку корозії. Теплообмінник можна класифікувати на кілька різновидів, серед них слід виділити:

  • з плаваючою головкою;
  • з нерухомими трубками;
  • із температурним компенсатором;
  • у вигляді кожуха з U-подібними трубками.

Опис теплообмінника Pahlen MAXI-FLO

Цей пристрій є теплообмінником для басейну, вартість якого становить 18245 руб. Потужність пристрою дорівнює 40 кВт. Агрегат є вертикальним, а як матеріал корпусу виступає нержавіюча сталь. Двотрубне водяний пристрійпризначений для підігріву води. Теплоносієм виступає гаряча водаіз котла.

При будівництві вуличного басейну цей агрегат є особливо актуальним. Теплообмінник для басейну має первинний контур як трубок, він встановлюється вертикально. Різниця температур у контурах досягає 60 °С. У первинному контурі максимальний тискможе становити 10 бар, у вторинному - стільки ж. Вас може зацікавити гідравлічний опір першого контуру, даному випадкувоно становить 0,05 м. У вторинному контурі гідравлічний опір дорівнює 0,8 м.

Проведення розрахунків

Перш ніж вибрати водоводяний теплообмінник, розрахунок потужності пристрою необхідно здійснити однозначно. Взагалі, при виборі потрібно звертати увагу на вигляд конструкції та якість пристрою. Розрахунок потужності здійснюється за такою формулою: Р = 1,16 х ∆Т/(t x V). У ній необхідна потужність позначається буквою Р. Спеціально підібрана константа, що дорівнює 1,16. Різниця температур – ∆Т. Обсяг – V, тоді як час – t. Таким чином, при розрахунку потужності теплообмінника слід зрозуміти, що ефективність пристрою залежатиме від потоку робочого середовища з обох контурів.

Конструктивне виконання впливає на кількість середовища, що підігрівається. Чим більший її обсяг, тим більше буде пластин та патрубків. Досить часто здійснюється ще й визначення поверхонь нагріву. Вони позначаються буквою F. Це значення можна визначити, скориставшись формулою: Q/(K*?Тср), у якій Q - це теплова потужність, а коефіцієнт теплопередачі - До.

Здійснюючи розрахунки теплообмінника, ви повинні пам'ятати, що формула передбачає наявність усередненої температури напору між теплоносіями, це значення виражено в ? Завданням є перебування всіх трьох змінних. Скориставшись рівнянням теплового балансу, ви можете знайти теплову потужність: Q=G*c*(T2-T1).

Теплоємність води за певної температури - це с. Витрата позначається буквою G. Проводячи розрахунки теплообмінника, ви повинні знати, що температура на вході та виході позначається у градусах і виглядає у формулі як T1і та T2. Для того, щоб розрахунок вийшов більш точним, до цієї формули необхідно додати коефіцієнт корисної дії. Для визначення значення ?Тср необхідно скористатися наступною формулою: ?Тср = (?Тб?? У ній найменша та найбільша різниці температур позначаються? Тб і? Тм.

Методика проведення розрахунків

Коефіцієнт теплопередачі ви зможете знайти в довідкових матеріалах або розрахувати, скориставшись формулою: k = 1/(1/?1+?ст/?ст+1/?2). У ній?1 і?2 - коефіцієнти теплопередачі з боку приймаючого та віддає контурів. Товщина стінки трубки - ?ст. Коефіцієнт теплопровідності матеріалу труб - ?ст. Якщо здійснити розрахунок теплообмінника, а точніше фактичну потужність, а також площу, можна судити про правильному виборіпристрої. Якщо ці значення не будуть відповідати, це вказує на підвищення ймовірності утворення відкладень на стінках трубок. У крайньому випадку вони можуть бути закупорені. Краще скористатися спеціальними програмамидля розрахунку теплообмінника, але при цьому важливо знати, які методи та формули лежать в основі.

Висновок

Досить часто власники будинків чують про цей важливий пристрій, який відіграє одну з основних функцій у системі опалення. Якщо справа доходить до автономної схеми, де використовуються нагрівальні котли, це питання стає ще актуальнішим. Вони теплоносій нагрівається всередині теплообмінника. Це порожні пристрої, де курсує вода. Сучасні виробники пропонують подібні прилади у широкому асортименті, вони виготовляються із різних металів.

Завдання 1

Потік гарячого продукту, що виходить з реактора, необхідно охолодити з початкової температури t 1н = 95°C до кінцевої температури t 1к = 50°C, для цього направляють у холодильник, куди подають воду з початковою температурою t 2н = 20°C. Потрібно розрахувати ∆t ср в умовах прямотоку та протитечії в холодильнику.

Рішення: 1) Кінцева температура охолоджуючої води t 2к за умови прямоточного руху теплоносія не може перевищити значення кінцевої температури гарячого теплоносія (t 1к = 50°C), тому приймемо значення t 2к = 40°C.

Розрахуємо середні температури на вході та виході з холодильника:

∆t н ср = 95 - 20 = 75;

∆t до ср = 50 - 40 = 10

∆t ср = 75 - 10 / ln(75/10) = 32,3 °C

2) Кінцеву температуру води при протиточному русі приймемо так само, як і при прямоточному русі теплоносіїв t 2к = 40°C.

∆t н ср = 95 - 40 = 55;

∆t до ср = 50 - 20 = 30

∆t ср = 55 - 30 / ln(55/30) = 41,3°C

Завдання 2.

Використовуючи умови завдання 1, визначити необхідну поверхню теплообміну (F) і витрату охолоджуючої води (G). Витрата гарячого продукту G = 15000 кг/год, його теплоємність С = 3430 Дж/кг·град (0,8 ккал·кг·град). Охолоджувальна вода має такі значення: теплоємність з = 4080 Дж/кг·град (1 ккал·кг·град), коефіцієнт теплопередачі k = 290 Вт/м 2 ·град (250 ккал/м 2 *град).

Рішення: Використовуючи рівняння теплового балансу, отримаємо вираз визначення теплового потоку при нагріванні холодного теплоносія:

Q = Q гт = Q хт

звідки: Q = Q гт = GC (t 1н - t 1к) = (15000/3600) · 3430 · (95 - 50) = 643125 Вт

Приймаючи t 2к = 40°C, знайдемо витрату холодного теплоносія:

G = Q/c(t 2к - t 2н) = 643 125/4080(40 - 20) = 7,9 кг/сек = 28 500 кг/год

Потрібна поверхня теплообміну

при прямотоці:

F = Q/k·∆t ср = 643125/290·32,3 = 69 м 2

при протитечії:

F = Q/k·∆t ср = 643125/290·41,3 = 54 м 2

Завдання 3

На виробництві здійснюється транспорт газу сталевим трубопроводом зовнішнім діаметром d 2 = 1500 мм, товщиною стінки δ 2 = 15 мм, теплопровідністю λ 2 = 55 Вт/м·град. Усередині трубопровід футерований шамотною цеглою, Товщина якого δ 1 = 85 мм, теплопровідність λ 1 = 0,91 Вт/м·град. Коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки α 1 = 12,7 Вт/м 2 град, від зовнішньої поверхні стінки до повітря α 2 = 17,3 Вт/м 2 град. Потрібно визначити коефіцієнт теплопередачі від газу до повітря.

Рішення: 1) Визначимо внутрішній діаметр трубопроводу:

d 1 = d 2 - 2 · (δ 2 + δ 1) = 1500 - 2 (15 + 85) = 1300 мм = 1,3 м

середній діаметр футерування:

d 1 ср = 1300 + 85 = 1385 мм = 1,385 м

середній діаметр стінки трубопроводу:

d 2 ср = 1500 – 15 = 1485 мм = 1,485 м

Розрахуємо коефіцієнт теплопередачі за формулою:

k = [(1/α 1)·(1/d 1) + (δ 1 /λ 1)·(1/d 1 ср)+(δ 2 /λ 2)·(1/d 2 ср)+( 1/α 2)] -1 = [(1/12,7)·(1/1,3) + (0,085/0,91)·(1/1,385)+(0,015/55)·(1/1,485 )+(1/17,3)] -1 = 5,4 Вт/м 2 ·град

Завдання 4

В одноходовому кожухотрубчастому теплообміннику здійснюється підігрів метилового спиртуводою із початкової температури 20 до 45 °C. Потік води охолоджується від температури 100 до 45 °C. Трубний пучок теплообмінника містить 111 труб діаметр однієї труби 25х2,5 мм. Швидкість течії метилового спирту трубками 0,8 м/с (w). Коефіцієнт теплопередачі дорівнює 400 Вт/м 2 град. Визначити загальну довжину трубного пучка.

Визначимо середню різницю температур теплоносіїв як середньологарифмічну.

∆t н ср = 95 - 45 = 50;

∆t до ср = 45 - 20 = 25

∆t ср = 45 + 20 / 2 = 32,5°C

Визначимо масову витрату метилового спирту.

G сп = n · 0,785 · d вн 2 · w сп · ρ сп = 111 · 0,785 · 0,02 2 · 0,8 · = 21,8

ρ сп = 785 кг/м 3 - густина метилового спирту при 32,5°C знайдена з довідкової літератури.

Потім визначимо тепловий потік.

Q = G сп з сп (t до сп - t н сп) = 21,8 · 2520 (45 - 20) = 1,373 · 10 6 Вт

c сп = 2520 кг/м 3 - теплоємність метилового спирту за 32,5°C знайдена з довідкової літератури.

Визначимо потрібну поверхню теплообміну.

F = Q/ K∆t ср = 1,373 · 10 6 / (400 · 37,5) = 91,7 м 3

Обчислимо загальну довжину трубного пучка за середнім діаметром труб.

L = F / nπd ср = 91,7 / 111 · 3,14 · 0,0225 = 11,7 м.

Завдання 5

Для нагрівання потоку 10% розчину NaOH від температури 40°C до 75°C використовують пластинчастий теплообмінний апарат. Витрата гідроксиду натрію становить 19000 кг/год. Як нагріваючий агент використовується конденсат водяної пари, його витрата становить 16000 кг/год, початкова температура 95°C. Прийняти коефіцієнт теплообміну 1400 Вт/м 2 ·град. Необхідно розрахувати основні параметри пластинчастого теплообмінного апарату.

Рішення: Знайдемо кількість тепла, що передається.

Q = G р с р (t до р - t н р) = 19000/3600 · 3860 (75 - 40) = 713028 Вт

З рівняння теплового балансу визначимо кінцеву температуру конденсату.

t до х = (Q·3600/G к с к) - 95 = (713028·3600)/(16000·4190) - 95 = 56,7°C

з р,к - теплоємність розчину та конденсату знайдені з довідкових матеріалів.

Визначення середніх температур теплоносіїв.

∆t н ср = 95 - 75 = 20;

∆t до ср = 56,7 - 40 = 16,7

∆t ср = 20 + 16,7 / 2 = 18,4°C

Визначимо переріз каналів, до розрахунку приймемо масову швидкість конденсату W до = 1500 кг/м 2 ·сек.

S = G/W = 16000/3600 · 1500 = 0,003 м 2

Приймаючи ширину каналу b = 6 мм, знайдемо ширину спіралі.

B = S/b = 0,003/0,006 = 0,5 м

Зробимо уточнення перерізу каналу

S = B · b = 0,58 · 0,006 = 0,0035 м 2

та масової швидкості потоків

W р = G р / S = 19000 / 3600 · 0,0035 = 1508 кг / м 3 · сек

W до = G до / S = 16000 / 3600 · 0,0035 = 1270 кг / м 3 · сек

Визначення поверхні теплообміну спірального теплообмінника здійснюється в такий спосіб.

F = Q/K∆t ср = 713028/(1400 · 18,4) = 27,7 м 2

Визначимо робочу довжину спіралі

L = F / 2B = 27,7 / (2 · 0,58) = 23,8 м

t = b + δ = 6 + 5 = 11 мм

Для обчислення числа витків кожної спіралі необхідно прийняти початковий діаметр спіралі, виходячи з рекомендацій d = 200 мм.

N = (√(2L/πt)+x 2) - x = (√(2·23,8/3,14·0,011)+8,6 2) - 8,6 = 29,5

де х = 0,5 (d/t – 1) = 0,5 (200/11 – 1) = 8,6

Зовнішній діаметр спіралі визначається в такий спосіб.

D = d + 2Nt + δ = 200 + 2 · 29,5 · 11 + 5 = 860 мм.

Завдання 6

Визначити гідравлічний опір теплоносіїв, що створюється у чотириходовому пластинчастому теплообмінному апараті з довжиною каналів 0,9 м та еквівалентним діаметром 7,5 ·10 -3 при охолодженні бутилового спирту водою. Бутиловий спирт має такі характеристики: витрата G = 2,5 кг/с, швидкість руху W = 0,240 м/с і щільність ρ = 776 кг/м 3 (Критерій Рейнольдса Re = 1573 > 50). Охолоджувальна вода має такі характеристики: витрата G = 5 кг/с, швидкість руху W = 0,175 м/с і щільність ρ = 995 кг/м 3 (Критерій Рейнольдса Re = 3101 > 50).

Рішення: Визначимо коефіцієнт місцевого гідравлічного опору.

ζ бс = 15/Re 0,25 = 15/1573 0,25 = 2,38

ζ в = 15/Re 0,25 = 15/3101 0,25 = 2,01

Уточнимо швидкість руху спирту та води в штуцерах (приймемо d шт = 0,3 м)

W шт = G бс / ρ бс 0,785 d шт 2 = 2,5/776 · 0,785 · 0,3 2 = 0,05 м / с менше 2 м / с тому можна не враховувати.

W шт = G в / ρ в 0,785d шт 2 = 5/995 · 0,785 · 0,3 2 = 0,07 м / с менше 2 м / с тому можна не враховувати.

Визначимо значення гідравлічного опору для бутилового спирту та охолоджувальної води.

∆Р бс = хζ·( l/d) · (ρ бс w 2 /2) = (4 · 2,38 · 0,9 / 0,0075) · (776 · 0,240 2 / 2) = 25532 Па

∆Р = хζ·( l/d) · (ρ в w 2 /2) = (4 · 2,01 · 0,9 / 0,0075) · (995 · 0,175 2 / 2) = 14699 Па.

Загальні принципи улаштування схем теплопостачання

Система теплопостачання є системою транспортування теплової енергії (у вигляді нагрітої води або пари) від джерела теплової енергії до її споживача.

Система теплопостачання переважно складається з трьох частин: джерело тепла, споживач тепла, теплова мережа - службовця транспортування тепла від джерела до споживача.

  1. Паровий котел на ТЕЦ чи котельні.
  2. Мережевий теплообмінник.
  3. Циркуляційний насос.
  4. Теплообмінник системи гарячого водопостачання.
  5. Теплообмінник системи опалення

Роль елементів схеми:

  • котельний агрегат – джерело тепла, передача теплоти згоряння палива до теплоносія;
  • насосне обладнання – створення циркуляції теплоносія;
  • трубопровід, що подає - подача нагрітого теплоносія від джерела до споживача;
  • зворотний трубопровід - повернення охолодженого теплоносія на джерело споживача;
  • теплообмінне обладнання – перетворення теплової енергії.

Температурні графіки

У нашій країні прийнято якісне регулювання відпустки теплоти споживачам. Т. е. не змінюючи витрата теплоносія через теплоспоживальну систему, змінюється різниця температур на вході та на виході системи.

Це досягається зміною температури в трубопроводі, що подає, залежно від температури зовнішнього повітря. Чим нижче температура зовнішнього повітря, тим вище температура в трубопроводі, що подає. Відповідно температура зворотного трубопроводу також змінюється за цією залежністю. І всі системи, що споживають тепло, проектуються з урахуванням цих вимог.

Графіки залежності температур теплоносія в трубопроводі, що подає і зворотному, називаються температурним графіком системи теплопостачання.

Температурний графік встановлюється джерелом теплопостачання залежно з його потужності, вимог теплових мереж, вимог споживачів. Температурні графіки називаються за максимальними температурами в трубопроводах, що подає і зворотному: 150/70, 95/70 …

Зрізання графіка у верхній частині - коли котельня не вистачає потужності.

Зрізання графіка в нижній частині – для забезпечення працездатності систем ГВП.

Робота систем опалення йде переважно за графіком 95/70 для забезпечення середньої температури в опалювальному приладі 82,5°С при -30°С.

Якщо необхідну температуру в трубопроводі, що подає, забезпечує джерело тепла, то необхідну температуру в зворотному трубопроводі забезпечує споживач тепла своєю теплоспоживаючою системою. Якщо відбувається завищення температури зворотної води від споживача, це означає незадовільну роботу його системи і тягне у себе штрафи т. до. призводить до погіршення роботи джерела тепла. У цьому знижується його ККД. Тому існують спеціальні контролюючі організації, які відстежують, щоб теплоспоживаючі системи споживачів видавали температуру зворотної води за температурним графіком або нижче. Однак у деяких випадках подібне завищення допускається, наприклад. під час встановлення опалювальних теплообмінників.

Графік 150/70 дозволять передавати тепло від джерела тепла з меншими витратами теплоносія, проте до будинкових систем опалення не можна подавати теплоносій з температурою вище 105°С. Тому роблять зниження графіка, наприклад, на 95/70. Зниження проводиться установкою теплообмінника або підмішуванням зворотної води в трубопровід.

Гідравліка теплових мереж

Циркуляція води у системах теплопостачання проводиться мережевими насосами на котельнях та теплових пунктах. Так як протяжність трас досить велика то різницю тиску в трубопроводі, що подає і зворотному, яку створює насос, зменшується з видаленням від насоса.

З малюнка видно, що для найбільш віддаленого споживача найменший перепад тиску. Т. е. для нормальної роботи його теплоспоживаючих систем необхідно щоб вони мали найменший гідравлічний опір для забезпечення необхідної витрати води через них.

Розрахунок пластинчастих теплообмінників для систем опалення

Приготування опалювальної води може відбуватися шляхом нагрівання теплообмінника.

При розрахунку пластинчастого теплообмінника для отримання опалювальної води, вихідні дані беруться для найхолоднішого періоду, тобто коли необхідні самі високі температуриі, відповідно, найбільше теплоспоживання. Це найгірший режим теплообмінника, розрахованого на опалення.

Особливістю розрахунку теплообмінника для системи опалення є підвищена температура зворотної води по гріючій стороні. Це допускається спеціально тому, що будь-який поверхневий теплообмінник принципово не може охолодити зворотну воду до температури графіка, якщо по стороні, що нагрівається, на вхід в теплообмінник надходить вода з температурою графіка. Зазвичай допускається відмінність 5-15°С.

Розрахунок пластинчастих теплообмінників для систем ГВП

При розрахунку пластинчастих теплообмінників для систем гарячого водопостачаннявихідні дані беруться для перехідного періоду, тобто коли температура теплоносія, що подає, низька (зазвичай 70°С), холодна водамає саму низьку температуру(2-5 ° С) і при цьому ще працює система опалення - це травень-вересень. Це найгірший режим для теплообмінника ГВП.

Розрахункове навантаження для систем ГВП визначається виходячи з наявності на об'єкті, де встановлюються теплообмінники акумуляторних баків.

За відсутності баків розрахунок пластинчастих теплообмінників проводиться на максимальне навантаження. Т. е. теплообмінники повинні забезпечувати нагрівання води і при максимальному водорозборі.

За наявності акумуляторних баків пластинчасті теплообмінники розраховуються на середньогодинне навантаження. Акумуляторні баки постійно поповнюються і компенсують піковий водорозбір. Теплообмінники повинні забезпечувати лише підживлення баків.

Співвідношення максимального та середньогодинного навантаження досягає в деяких випадках 4-5 разів.

Звертаємо Вашу увагу, що розрахунок пластинчастих теплообмінників зручно робити у власній

Зробити змійовик своїми руками можна з круглих або профільних труб. Для різних експлуатаційних умов підбирається той чи інший матеріал. Такі вироби використовують для передачі тепла у водяних системах опалення. Вони навіть можуть вбудовуватися в каміни або печі, що дозволяє використовувати їх як котельня для обігріву всіх кімнат будинку.

Види змійникових теплообмінників

Сушка для рушників - це теж змійниковий теплообмінник.

Ви можете виготовити змійовик своїми руками різної конструкціїта з кількох видів металу (сталь, мідь, алюміній, чавун). Алюмінієві та чавунні вироби штампуються на заводах, оскільки необхідних умов для роботи з цими металами можна досягти лише у виробничих умовах. Без цього вийде працювати тільки зі сталлю чи міддю. Найкраще використовувати мідь, оскільки вона податлива і має високий рівень теплопровідності. Є дві схеми як зробити змійовик:

  • гвинтова;
  • паралельна.

Гвинтова схема має на увазі розташування витків спіралі по гвинтовій лінії. Теплоносій у таких теплообмінниках рухається в одному напрямку. При необхідності збільшення теплової потужності можна об'єднувати кілька спіралей за принципом «труба в трубі».

Щоб максимально скоротити втрати втрати потрібно вибрати. Це також залежить від матеріалу стін.

Робити потрібно виходячи з паропроникності теплоізоляції.

У паралельній схемі теплоносій постійно змінює напрямок свого руху. Такий теплообмінник виготовляється із прямих труб, з'єднаних коліном із поворотом на 180 градусів. У деяких випадках, наприклад, для виготовлення регістра опалення поворотні коліна можуть не використовуватися. Замість них встановлюється прямий байпас, який може бути як на одному, так і на обох торцях труби.

Методи передачі тепла

Принцип роботи змійникового теплообмінника полягає в тому, щоб нагрівати одну речовину за рахунок тепла іншої. Так, вода у теплообміннику може нагріватися відкритим полум'ям. В даному випадку він виступатиме в ролі теплоприймача. Але також змійовик і сам може виступати як джерело тепла. Наприклад, коли по трубках тече теплоносій, нагрітий у котлі або за допомогою вбудованого електричного ТЕНу, яке тепло передається воді із системи опалення. По суті кінцева мета теплопередачі - це нагріти повітря в приміщенні.

Де встановлюються змійникові теплообмінники

Метод теплообміну залежить від того, де встановлюється змійовик:

  • котел;

У казані стоять змійовики з ребра.

У казані полум'я нагріває воду у змійовику, а потім вона розходиться по всій системі, віддаючи теплову енергіюу приміщення конвективним методом через . Деякі з них також належать до категорії змійникових теплообмінників. Наприклад, сушки для рушників і з круглої або профільної труби.

Контакт із відкритим полум'ям накладає деякі вимоги до експлуатаційних якостей металу, який використовувався у виробництві. Акцент робиться на надійності та довговічності. Тому найчастіше використовують сталь та чавун. Останній вважається найкращим варіантом.

У бойлері та теплоакумуляторі пріоритетне значення має швидкість теплообміну та стійкість до корозії. В даному випадку немає нічого кращого, ніж мідь. Головне, щоб вона не контактувала із алюмінієм. Між цими металами відбувається реакція, що призводить до хімічної корозії.

Як розрахувати теплообмінник

Розрахувати змійникового теплообмінника потрібно обов'язково, інакше його теплової потужності може не вистачити на обігрів приміщення. Система опалення призначена для компенсації тепловтрат. Відповідно дізнатися точну кількість необхідної теплової енергії, ми можемо тільки виходячи з тепловтрат будівлі. Розрахувати досить складно, тому в середньому беруть 100 Вт на 1 м. кв при висоті стель 2,7 м.

Між витками має бути зазор.

Також для розрахунку знадобляться такі значення:

  • число Пі;
  • діаметр труби, яка є у наявності (візьмемо 10 мм);
  • лямбда теплопровідності металу (для міді 401 Вт/м*К);
  • дельта температури подачі та обратки теплоносія (20 градусів).

Для визначення довжини труби потрібно загальну теплову потужність в Вт поділити на твір перелічених вище множників. Розглянемо з прикладу мідного теплообмінника з необхідної теплової потужністю 3 кВт – це 3000 Вт.

3000/ 3,14 (Пі)*401 (лямбда теплопровідності)*20 (дельта температур)*0,01 (діаметр труби за метрах)

З даного розрахункувиходить, що вам знадобиться 11,91 м мідної трубидіаметром 10 мм, щоб теплова потужність змійовика становила 3 ​​кВт.

Як зробити гвинтовий змійовик

Після того як ви зробили розрахунок змійовика теплообмінника можна приступати безпосередньо до виготовлення. Гвинтову конструкціюзробити досить просто. Діаметр петлі потрібно підбирати виходячи з розміру бака, в який здійснюватиметься монтаж. Потрібно щоб труби не торкалися корпусу.

Накручувати витки потрібно на круглу болванку. Мідь легко гнеться, тому не потрібен додатковий інструмент. Бажано дотримуватися невеликого відступу між витками, щоб теплоносій контактував з трубою з усіх боків. Це збільшить площу теплообміну, що дозволить досягти максимальної теплової потужності, яку ми розраховували.

Як зробити теплообмінник із прямих труб

Щоб виготовити змійовик за паралельною схемою потрібно мати навички зварювання металів. Для таких робіт використовують сталеві труби, зігнути які дуже проблематично, хоча маючи хороший трубогиб, все ж таки можливо. Але в більшості випадків доводиться вдаватися до зварювання.

Сталевий змійовик із круглих труб.

Алгоритм роботи:

  • наріжте рівні відрізки із сталевих труб;
  • покладіть їх паралельно на рівній поверхні;
  • з'єднайте їх колінами з поворотом на 180 градусів - якщо таких колін немає, то можна зварити два куточки по 90 градусів;
  • у нижній та верхній торці вваріть заглушки з патрубком для підключення до системи опалення.

Крім цього, в нижній частині можна встановити заглушку, центром якої вирізається отвір. Потім у цей отвір приварюється гайка. Її внутрішній діаметр має підходити під стандартний електричний ТЕН. У такому разі можна буде використовувати саморобний теплообмінник як електричний обігрівач.



2024 Ідеї дизайну квартир та будинків