Меню

Диаметр труб теплообменника в котлах

Выбор диаметра труб

Выбор диаметра труб системы отопления.

Часто задают вопрос: «Каким диаметром сделать магистрали двухтрубной системы отопления? Достаточно ли диаметра ППр 25мм?

Без рассмотрения как должна работать система отопления ответить на этот вопрос нельзя.

Поэтому предлагаю рассмотреть от чего зависит «хватит или нет диаметра». С самого начала.

Начнем с того, чтобы все радиаторы грели запланированно, например, в тепловом графике 75/65/20 (вход/выход/окружающая температура), то каждому радиатору «нужно подвезти необходимое количество тепла». Доставкой тепла от котла к радиаторам «занимается» теплоноситель, «принося тепло». Проходя через радиатор, теплоноситель остывает на нужную величину (называемой дельтой Т), например на 10 градусов, отдавая тепло радиаторы. Радиатор же отдаёт это тепло в окружающее пространство.

Приведу пример стального панельного радиаторы типа Керми типа 22 высотой 0,5 и длиной в 1 метр.

В тепловом графике 75/65/20 (стандарт DIN измерения мощности панельных радиаторов) такой радиатор будет давать 1441 Вт тепловой мощности. Но это будет только при условии, что через радиатор в единицу времени будет протекать необходимая масса теплоносителя (принеся тепло). Эту массу теплоносителя, протекающего в единицу времени называют массовым расходом. Измеряют чаще в кг/сек, но для лучшего восприятия можно умножить эту величину на 3600 и получить примерный объемный расход теплоносителя в литрах в час. Чтобы в приведенном примере, рассматриваемый радиатор дал нам 1441 Вт тепловой мощности, нам нужно, чтобы через него протекало 0,0344 кг/с или по-другому 0,0344*3600=123,8 кг/час, которые с точностью около 4% можно для ориентировки принять за 123 литра/час.

Этот же радиатор в тепловом режиме 75/55/20 будет давать 1233 Вт тепловой мощности, при условии массового расход теплоносителя через этот радиатор 0,0147 кг/сек (около 60 литров/час).
Таким образом, мы видим, что при таком тепловом режиме через радиатор нужно прокачивать вдвое меньший объем воды (теплоносителя).

Теперь нужно учесть, что при использовании ППр (и других пластиковых труб), теплоноситель не рекомендуется использовать температурой выше +70 градусов.

Также нужно учесть, что если у нас неконденсационный котел, то температура входящей в котел линии («обратки») не должна быть меньше +60 градусов (чтобы на теплообменнике котла не выпадал кислотный конденсат).

Отсюда вытекает, что при использовании металлических труб, график котла можно сделать 80/60 градусов, а при использовании пластиковых труб, уже только 70/60 градусов. Соответственно, через радиаторы (и всю систему) в случае использования пластиковых труб нужно будет обеспечить почти вдвое бОльший массовый расход теплоносителя, чем при использовании металлических труб. Далее массовый расход теплоносителя, для сокращения буду называть просто расходом.

Если кому интересны более подробные расчеты массового расхода, то приведу их.
Возьмем для примера тот же панельный радиатор типа Керми, типа 22 высотой 0,5 и длиной 1 метр. Для упрощения понимания, представим, что в трубах теплоноситель остывать не будет. Тогда при графике котла 80/60 этот радиатор будет работать в тепловом графике 80/60/20 и будет давать 1419 Вт. При этом расход через радиатор нужно обеспечить 0,0170 кг/сек ( около 60 л/час).
Если же график котла будет 70/60, то чтобы получить от радиатора такое же количество тепловой мощности, нужно будет использовать уже панельный радиатор Керми тип 22 высотой 0,5 и длиной или 1,1 метра с мощностью 1382 Вт (при расходе 0,0330 кг/сек) или длиной 1,2 метра с мощностью 1508 Вт (при расходе 0,0360 кг/сек). Пусть будем использовать радиатор длиной 1,2 метра при расходе около 130 л/час.

Представим упрощенно, что в Вашем доме десять таких радиаторов Керми тип 22 высотой 0,5 метра, которые должны давать каждый около 1420 Вт. И умножив расход на 10 радиаторов получим:

Читайте также:  Труба двухслойная гофрированная 460

При графике котла 80/60 необходимый расход через систему должен составить около 600 кг/час, т.е. около 0,6 м3. (Вода объемом 1 литр при температуре около 70 градусов, имеет массу примерно на 3,5 процента меньше, чем 1 килограмм. Поэтому не будем учивать эти процента в данном объяснении.
А при графике котла 70/60 необходимый расход через систему должен составить уже около 1300 л/час, т.е. около 1,3 м3/час. Для насосов в технических характеристиках приводят данные о производительности в м3/ч, потому и перевел расход в эти значения.

Далее, весь этот необходимый расход нам нужно прокачать через систему с помощью циркуляционного насоса.

А чтобы узнать, получится ли это у нас, нам нужно посмотреть график производительности. Производительность обычного насоса (кроме насосов типа Альфа) обратно пропорциональна гидросопротивлению системы. Т.е. чем большее гидросопротивление системы отопления приходиться преодолевать насосу, тем меньший объем жидкости от сможет прокачать.

Производительность насоса посмотрим на примере насоса с напором 5 метров водяного столба, которые обычно устанавливают в котлы мощностью до 24 кВт. Возьмем для примера график насоса котла Бакси Экофор. На графике уже учтено гидросопротивление теплообменника котла. Картинка графика кликабельна.

Из этого графика мы видим, что насос прокачает 1,2 м3/ч при гидросопротивлении системы примерно до 1,7 метра водяного столба (м.в.ст) и 0,6 м3/ч при гидросопротивлении системы примрно до 4,25 м.в.ст.
Из этого следует, что при использовании только встроенного насоса в данный котел, мы вряд-ли сможем прокачать 1,3 м3/ч. Отвлекаясь от темы, хочу сказать, что в таких случаях и приходиться применять гидравлический разделитель (гидрострелку). Для упрощения дальнейших логических размышлений, представим себе, что пусть нам хватит объемного расхода через систему в 1,2 м3/ч. Но при этом гидросопротивление системы должно быть не более около 1,7 м.в.ст. Это для графика котла 70/60.

Если же мы используем график котла 80/60 (в системе из металлических труб), то видим, что насос легко нам прокачает 0,6 м3/ч, если сопротивление системы не будет превышать 4,25 м.в.ст.

Чтобы гидросопротивление системы не превышало нужных нам величин, и используются трубы разного диаметра. Чем больше диаметр труб — тем меньше гидросопротивление.

Исходя из всего вышесказанного, можно вернуться к начальному вопросу: «А хватит ли диаметра магистралей из труб ППр 25мм (к слову сказать внутренний диаметр у них 16,6 мм, что приблизительно равно стальным ВГП трубам диаметром 1/2 дюйма, т.е. ДУ15мм).

Получается, что если прикинуть очень грубо (не проводя гидравлического расчёта) для двухтрубной СО (двухэтажного дома) мощностью около 14,5 кВт, состоящей четырех тупиковых веток, диаметра ППР 25мм труб обвязки котла и магистралей хватит. Но только при применении теплового графика котла 80/60. А это в свою очередь может очень значительно снизить срок службы ППр труб.

Если же использовать график котла 70/60, то можно предположить, что диаметра ППр 25мм будет недостаточно. Придется понижать гидросопротивление отдельных участков труб. Т.е. использовать в обвязке котла и для стояков уже ППр 32мм или даже ППр 40мм. Также примерно до половины длины магистралей тупиковых веток использовать ППр32мм.

Поэтому, при отсутствии гидравлического расчета системы отопления, в некоторых случаях, приходиться устанавливать гидрострелку, а уже после неё ставить, к примеру, два дополнительных насоса, прокачивающие теплоноситель раздельно по этажам. Так обычно и поступают многие монтажники, которые не умеют или не хотят делать гидравлический расчет СО. Но установка гидрострелки и дополнительных насосов сильно бьёт заказчика по карману. Ибо влечет за собой увеличение сметы примерно от 40 т.рублей по материалам и еще сколько-то тысяч за работу по монтажу гидрострелки.

Читайте также:  Трубы канализационные пластиковые размер 150

Проект системы отопления с гидравлическим расчётом позволяет чаще всего обойтись без применения гидрострелки. Также гидравлический расчет позволяет безболезненно дополнительно к этому, сэкономить ещё несколько десятков тысяч рублей (иногда и сотен тысяч рублей в зависимости от величины дома) на минимизации стоимости отопительных приборов, запорно-регулирующей арматуры, применения труб минимально допустимого диаметра.

Также правильно рассчитанный тепловой режим котла позволяет расходовать газа чуть ли не в разы меньше. Думаю, что для многих домовладельцев имеет значение, платить за газ 10000 рублей или 5000 рублей в отопительный месяц.

Вывод.
Не стоит экономить, заливая в автодвигатель подсолнечное масло вместо моторного. Такая «экономия» обойдется очень дорого. Также и не стОит экономить на диаметрах труб и на стоимости проведения гидравлических и теплотехнических расчётов, т.е. заказе проекта системы отопления.

Сами подсчитайте. Не такая уж большая разница в цене магистралей ППр 25 и ПП32 (до середины длины веток), чтобы имело смысл остаться с плохо работающей системой, требующей переделки.
Ну сможете Вы, сэкономить 1-2 тысячи рублей на диаметрах магистралей, а в результате котел сможет работать только с дельтой Т около 25 градусов (например, в режиме 70/45). В результате теплообменник котла будет убит кислотным конденсатом. Лет через несколько придется платить большие деньги за замену теплообменника котла или замену электронной платы.

Нужна ли Вам такая «экономия»?

Автор Инчин Владимир Владимирович
Перепечатка не возбраняется,
при указании авторства и ссылки на этот сайт.

Источник

Тепловой расчет теплообменных аппаратов

Введение

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 – 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:

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

  • 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 (t1 вх ;t1 вых и t2 вх ;t2 вых ) являются результатом проверочного расчета, с которым сравниваются фактические температурные показатели теплоносителей.

Читайте также:  Шпатлевка для металлических труб

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.

  • Температура греющего носителя при входе t1 вх = 14 ºС;
  • Температура греющего носителя при выходе t1 вых = 9 ºС;
  • Температура нагреваемого носителя при входе t2 вх = 8 ºС;
  • Температура нагреваемого носителя при выходе t2 вых = 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/м 2 .

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

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

Q вых = 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:

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.

Вы можете самостоятельно провести тепловой расчет на основе уравнений выше и получить результат в pdf-формате (в полях «Допустимые потери», «Давление расч.» и «Tmax» можно указать произвольные данные, единственное ограничение: Tmax > t1).

ВАЖНО: 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 теплообменника. 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

Adblock
detector