Jaký je výkon tepelného výměníku?

V rámci plynofikačních programů se v poslední době provádí hromadné zavádění malých nových kotelen a rekonstrukce starých. Téměř všechny kotelny používají kotle nebo deskové výměníky tepla k provozu topného systému nebo k výrobě teplé vody. Zároveň po instalaci a spuštění kotelny často vyvstává otázka nedostatku tepelné energie v topném systému nebo nedostatku teplé vody. Předtím byl projekt proveden v souladu se všemi pravidly a SNiP. Celá věc je však v tom, že provoz kotelny probíhá za podmínek odlišných od návrhových, například: při rekonstrukci okresní kotelny byl na žádost projektanta pasový režim kotle 95/70 ºС vydané. A když se podíváte do dispečerského deníku, ukáže se, že kotel nevyvinul za posledních 5 let teplotu vyšší než 80 ºC z důvodu zchátralosti nebo omezení plynu. Stejné problémy se týkají nově zaváděných kotelen. A v systémech centralizovaného vytápění fungují stanice ústředního vytápění podle harmonogramu, který opět omezuje provoz výměníků tepla. A všechny tyto nuance nejsou v SNiP zohledněny. V „pravidlech provozu tepelných zařízení“ a „pravidlech provozu tepelných sítí“ je proto uvedeno, že všechna nově navržená tepelná zařízení musí být odsouhlasena s energetickou organizací. Jak změna tepelných podmínek ovlivňuje konstrukci deskového výměníku?

Deskový výměník tepla je konstrukce tvořená soustavou oddělovacích desek, kterými probíhá proces přenosu tepelné energie z chladiva do ohřívaného média. Při výběru a testování desek bylo zjištěno, že proces přenosu tepla je logaritmický, tzn. nelineární závislost. Čím vyšší je provozní teplota, tím vyšší je koeficient prostupu tepla – tím méně desek je potřeba k ohřevu stejného množství vody. Přibližně každých 20–25 ºС se koeficient prostupu tepla zdvojnásobí. Tito. výměník tepla s jmenovitým výkonem 70 °C bude téměř 2krát větší než výměník tepla s jmenovitým výkonem 95 °C.

Vzorec pro výpočet plochy výměníku tepla obecně je následující vztah:

kde:
F – plocha výměníku, m2;
К – součinitel prostupu tepla, W/(m2 * ºС);
Tsr – průměrná teplota, ºС (Тср=(Т1-Т3)/(Т3-Тхв));
Q – tepelná energie přenášená přes výměník tepla, Gcal/h (kW).

Ze vzorce je vidět, že čím vyšší je součinitel prostupu tepla a teplota, tím menší je plocha navrženého výměníku tepla, tzn. nižší jeho náklady. Reklamní brožury uvádějí koeficient prostupu tepla až 10000 2 W/(m3500 * ºС). To uvádí konstruktéry v omyl, protože tohoto koeficientu bylo dosaženo za speciálních podmínek při vysokých tlacích chladicí kapaliny a vysokých teplotách. Ve skutečnosti se takové podmínky často nerealizují a v praxi koeficient nepřesahuje 4000÷2 W/(m2000 * ºС), ale v reálných měřeních ukázal hodnotu 2500÷2 W/(mXNUMX * ºС). Tyto skutečné hodnoty musí být zahrnuty do výpočtů.

Nuance spočívá v tom, že pro stejné hodnoty tepelného toku a teplot chladicí kapaliny lze vybrat výměníky tepla různých velikostí s výrazně odlišnými vypočtenými koeficienty prostupu tepla, počtem desek atd. (vypočítaný koeficient prostupu tepla K zpravidla přímo závisí na přiřazených hodnotách přípustného poklesu tlaku). Je zřejmé, že například výměník tepla s K = 4500 W/(m2 * ºС) bude mít 1,7krát menší povrch než výměník tepla s K = 7500 W/(m2 * ºС). Druhé VET je přitom přibližně 1,5x levnější. Na provoz výměníku má vliv i množství znečištění, které je dobré ihned zohlednit. Řada zákazníků, nezkušených s problematikou výběru výměníků a také omezených finančními prostředky, potvrzuje volbu výměníků s vyšším součinitelem prostupu tepla. V tomto případě se sami odsuzují k celé řadě problémů spojených se ztrátou tepelné účinnosti výměníku tepla. Při objednávání výměníků proto potřebujete vědět, při jakých teplotách se předpokládá jejich provoz, jaký je výkon oběhového čerpadla, jaký výkon je potřeba přenést přes výměník a přípustné tlakové ztráty. V každé situaci musí být zachována rovnováha tepelné energie:

Мгреющая*(Т1-Т2) = Мподогреваемая*(Т1-2-Т2-2)

Pokud není rovnováha zachována, pak možné důvody:

• se zmenšenou teplosměnnou plochou je pozorována zvýšená teplota zpátečky, protože teplo se nestihne přenést do ohřívaného média kvůli krátké době kontaktu a v ohřátém médiu proto není dostatečné množství ohřáté vody.
• nedostatek cirkulujícího chladiva v důsledku nízkého výkonu čerpadla nebo znečištění výměníku tepla a v důsledku toho odchylka teploty od vypočtených hodnot.
• při přebytku cirkulujícího chladiva dochází v důsledku nedostatku tepla ke zvýšené tlakové ztrátě na výměníku tepla, k malému teplotnímu rozdílu (protože chladivo nestíhá vydávat ani přijímat teplo).

Jsou možné různé kombinace důvodů, které ovlivňují provoz tepelné jednotky. V těchto případech je nutné pomocí speciálních přístrojů posoudit a vyřešit problém sestavení teplovodní jednotky a výběr správného výměníku tepla.

Spotřeba teplé vody na osobu o teplotě 1 °C je podle údajů v [65] 110–130 litrů za den (u domů vybavených vanou 1500–1700 mm, umyvadly, sprchami).

Ale to jsou průměrné hodnoty spotřeby. Ve skutečnosti je spotřeba teplé vody velmi individuální a závisí nejen na počtu odběratelů a míst rozboru, ale také na jednotlivých faktorech, včetně životního rytmu konkrétních lidí. Na Obr. Obrázek 15 ukazuje jeden z reálných grafů spotřeby teplé vody v jednotlivém domě a na Obr. 16týdenní spotřeba teplé vody v bytovém domě.

Rýže. 15. Jeden z reálných grafů spotřeby teplé vody v jednotlivém domě (bytu)

Rýže. 16. Graf týdenní spotřeby teplé vody v bytovém domě

Uvádíme hlavní technické vlastnosti nepřímých topných kotlů:

– maximální výkon výměníku tepla;

– maximální tlak ve výměníku tepla;

– tlaková ztráta ve výměníku tepla;

– maximální produktivita v průtokovém režimu s teplotním rozdílem 25 stupňů;

– rozsah regulace teploty v kotli;

– doba ohřevu vody v kotli při rozdílu teplot 50 stupňů;

– maximální tlak vody TUV;

– doba chlazení vody v BKN bez její spotřeby.

Objem (kapacita) BKN. Je třeba rozlišovat skutečnou výpočtovou kapacitu BKN a deklarovanou v katalozích a reklamních materiálech. U průmyslových BKN je ve většině případů uvedena skutečná kapacita BKN. Z hlediska domácností existuje koncept jmenovité, zaokrouhlené, deklarované kapacity. Legislativa různých zemí umožňuje domácím spotřebičům uvádět zaokrouhlené hodnoty technických charakteristik, které se někdy liší od skutečných o 10–15%. Bohužel všichni výrobci uvedené hodnoty zaokrouhlují nahoru. To je třeba vzít v úvahu při výběru a porovnávání BKN od různých výrobců. Skutečné objemové hodnoty jsou určeny buď přesnými výpočty nebo měřeními. Při použití výpočtové metody je nutné od geometrických rozměrů nádoby odečíst objem, který zabírá vnitřní spirálový trubkový výměník tepla. Objem trubkového výměníku tepla obvykle zabírá asi 5 % celkového vnitřního objemu nádrže. Pokud vezmeme v úvahu, že u BKN pro domácnost se rozdíl v celkovém objemu od deklarovaného liší o 10–15 %, pak při zohlednění objemu vnitřního výměníku může tento rozdíl dosáhnout 20 %.

Maximální výkon výměníku je stanoven při maximálním rozsahu teplotních rozdílů na vstupu do výměníku (maximální přípustná provozní teplota kotle a minimální teplota vstupní studené vody). Ve většině případů nízkoteplotních topných zařízení je tento teplotní rozsah 70 stupňů. Závisí na materiálu výměníku (cívce) a ploše výměníku (průměr, délka, tloušťka stěny).

celkový tepelný odpor prostupu tepla jednovrstvou plochou stěnou;

povrchová plocha výměníku tepla (cívka);

–

tepelný odpor přenosu tepla povrchů stěn;

tepelný odpor stěny (tloušťka stěny trubky dělená tepelnou vodivostí materiálu trubky).

Vezměme si například výměník tepla vyrobený z vlnité nerezové oceli o tloušťce 0,3 mm. Délka potrubí 15 m, plocha výměníku 0,065∙15 = 0,975 m2, teplotní rozdíl 70 °C. tepelná vodivost 30 W/(m∙°С), α1 relativně klidná voda – stěna α1 = 500 W(m2∙K), α2 = 350 + 2100 druhá odmocnina rychlosti při 1,5 m/s je přibližně rovna 3000, pak

Q = 70∙0,975/0,0024 = 28473 W (28,47 kW).

Ve skutečnosti je situace mnohem skromnější. Teplota v kotli se zpočátku zvyšuje poměrně rychle, při dosažení pokojové teploty v kotli klesá maximální možný výkon v uvažovaném případě na 22 kW, při zahřátí na 35 °C na 16,2 kW a při zahřátí na 50 ° C – 10,1, XNUMX kW.

V důsledku toho je ohřev na maximální teplotu zpomalen a dosažení maximální teploty není možné.

Můžete si spočítat, jaký průtok vody může poskytnout nepřímotopný kotel s takovým výměníkem, když dosáhne rovnovážného stavu.

Řekněme, že potřebujeme zjistit, jaký je výkon kotle při zahřátí o 25 °C, z teploty 15 až 40 °C. V tomto případě je výkon tepelného výměníku s parametry uvedenými výše. Bude se rovnat 10,16 kW. Pak 10160/(25∙1163) = 0,35 m3/h nebo 5,8 l/min (1163 je tepelná kapacita vody ve W/(m3∙°C).

Tzn., že rovnovážný stav tohoto výměníku při přívodu chladiva z kotle o teplotě 75 °C bude 5,8 litru teplé vody o teplotě 40 °C, se vstupní teplotou studené vody 15 °C.

Maximální tlak ve výměníku tepla. Trubky výměníku tepla obvykle vydrží značný tlak, protože jsou vyrobeny ze standardních plynových nebo vlnitých trubek z nerezové oceli, ale jsou připojeny k trubkám topných kotlů, které mají omezení provozního tlaku 3 bary. Je to dáno tím, že jednotlivé topné systémy mají uzavřený systém s expanzními nádobami, jejichž provozní rozsah je do 3 barů.

Vzhledem k tomu, že BKN jsou připojeny k topnému systému, bude maximální provozní tlak v hadovitém výměníku BKN 3 bary.

Maximální tlak v okruhu TUV. BKN je součástí systému přípravy teplé vody jednotlivého domu. Všechny prvky okruhu TUV kotle musí být dimenzovány na provozní tlak standardních systémů TUV, stanovený SNiP a rovný pro provozní tlak 6 bar a zkušební tlak 10 bar.

Rozsah regulace vody u nepřímotopného kotle se nastavuje termostatem, který zase ovládá třícestný kohout (ventil) kotle. Aby se předešlo popálení, při instalaci v soukromých domech se doporučuje nastavit horní práh teploty vody v kotli ne vyšší než 65 ° C v předškolních zařízeních, tento práh lze nastavit na 35 ° C. V režimech dlouhodobá žádná spotřeba a prevence mrazu můžete nastavit práh vypnutí na 10 stupňů. a prahová hodnota pro zapnutí kotle je 5 °C.

Tlaková ztráta v potrubí BKN. Tlakovou ztrátu lze určit podle vzorce

Pro náš posuzovaný případ

tlaková ztráta v metrech vodního sloupce;