подключенных по двухступенчатой смешанной схеме
Водоподогреватели присоединяются к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме. Максимальный расход сетевой воды на ввод ограничивается поставщиком тепловой энергии, но расход на отопление регулируется. Методика определения расчетных параметров для подбора водоподогревателей основана на том положении, что в час максимального водоразбора при расчетной температуре теплоносителя, соответствующей точке излома температурного графика, возможно прекращение подачи теплоты на отопление и вся сетевая вода поступает на подогреватели горячего водоснабжения [1].
Распределение расчетной (максимальной) тепловой производительности между первой и второй ступенями производится исходя из условия, что нагреваемая вода во второй ступени догревается до температуры 
= 60 оС, а в 1 ступени – до температуры 
, принимаемой на 5 оС ниже температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после системы отопления в точке излома температурного графика.
Расчетная тепловая производительность подогревателей 1 и 11 ступени определяются по формулам:
,
.
Температура нагреваемой воды после 1 ступени с учетом недогрева принимается по формулам:
при зависимом присоединении системы отопления
,
при независимом присоединении систем отопления
,
где 
- температура обратной сетевой воды после системы отопления в
точке излома температурного графика;
- температура сетевой воды после теплообменника отопления в точке излома графика.
Расход греющей сетевой воды при регулировании отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения определяется по
формулам:
(7)
(8)
В качестве расчетного принимается наибольший расход (формулы 7 и 8).
При регулировании отпуска теплоты по нагрузке отопления расчетный расход греющей воды определяется по формуле
, (9)
, (10)
При этом следует проверять температуру греющей воды на выходе из подогревателя 1 ступени при Qh max по формуле
, (11)
В случае, если температура, определенная по формуле (11) получилась ниже 15 о С, то 
следует принимать равной 15 о С, а расход греющей воды пересчитать по формуле:
(12)
Пр имер расчета подогревателей горячего водоснабжения, присоединенных по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода сетевой воды на ввод и регулированием подачи теплоты на отопление.
Система отопления присоединена к тепловым сетям по зависимой схеме с автоматическим регулированием подачи теплоты.
Регулирование отпуска теплоты с СЦТ принято центральное качественное по совмещенной нагрузке отопления и ГВС.
Задание: Рассчитать установку подогрева воды для системы ГВС в индивидуально тепловом пункте трех секционного девяти этажного жилого дома 93 серии. Число жителей 
. Расчетный расход теплоты на отопление 
. График тепловой сети 150-70 оС. В соответствии с принятым температурным графиком регулирования в расчете приняты следующие температуры:
- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления 
,
- температура наружного воздуха в точке излома температурного графика 
,
- температуры сетевой воды в точке излома:
§ в подающем трубопроводе 
,
§ в обратном трубопроводе 
,
§ в систему отопления 
,
§ из системы отопления 
.
Температура холодной водопроводной воды 
.
Температура горячей воды на выходе из II ступени водоподогревателя 
.
Определение основных расчетных параметров водоподогревателей.
Средний за отопительный период расход нагреваемой воды на ГВС:
,
где 
– норма расхода горячей воды;
U= 378 чел. – число жителей, обслуживаемых ТП.
.
Максимальный часовой расход горячей воды в сутки наибольшего водопотребления:
,
где к ч= 4,03 – коэффициент часовой неравномерности водопотребления, принимаем по табл.2 прил.2.
.
Максимальный тепловой поток на ГВС:
,
где к тп = 0,3 – коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами систем ГВС, принимается по табл.1 прил.2.
.
Максимальный расход сетевой воды на отопление:
.
Максимальный расход греющей сетевой воды на горячее водоснабжение:
.
В качестве расчетного принимается наибольший из двух расходов с целью ограничения максимального расхода на ИТП
.
Приведенный максимальный расход нагреваемой воды, проходящей через I и II ступени, в связи с тем, что на выходе из водоподогревателя принимается :
.
Температура нагреваемой воды за водоподогревателем I ступени:
.
Расчетная тепловая производительность I ступени:
.
Расчетная тепловая производительность II ступени:
Температура греющей сетевой воды на выходе из подогревателя II ступени и на входе в подогреватель I ступени:
.
Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя I ступени:
В случае, если 
, то следует принимать 
, а расход греющей воды пересчитать по формуле:
Для наглядности покажем расчетные параметры на двухступенчатой последовательной схеме включения подогревателей ГВС (рис.1).
Рисунок 1. Двухступенчатая смешанная схема присоединения подогревателей ГВС к тепловой сети с ограничением максимального расхода сетевой воды на ввод.
Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для I ступени водоподогревателя согласно рис.2.
| 36,6 |
| 52,9,5 |
| L |
| t,оС |
| 18,1 |
Рисунок 2. Изменение температур в подогревателе I ступени.
.
Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени согласно рис.3.
| L |
| t,оС |
| 52,9 |
| 36,6 |
| 78,6 |
Рисунок 3. Изменение температур в подогревателе II ступени.
.
Расчет водоподогревателя I ступени.
Определим необходимое сечение трубок подогревателя при скорости воды в трубках w тр=1 м/с:
.
При 
средняя плотность воды 
[4].
По табл. настоящего приложения подбираем тип водоподогревателя со следующими характеристиками:
Водоподогреватель по ГОСТ 27590
D н=76 мм; f тр=0,00108 м2; f мтр=0,00233 м2; d эмтр=0,0164 м; f секц=1,32 м2
при длине секции 4 м; d нар /d вн= 16/14 мм; трубки латунные.
При 
.
Действительная скорость воды в трубках:
.
Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:
.
Коэффициент теплоотдачи от греющей сетевой воды к стенкам трубок:
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:
.
Коэффициент теплопередачи водоподогревателя:
,
где 
- коэффициент эффективности теплообменника; для гладкотрубных водоподогревателей с блоком опорных перегородок 
=1,2;
- коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от качества воды, 
= 0,9[1].
.
Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени:
.
Число секций в I ступени при длине секции 4м:
.
Принимаем 5 секций с поверхностью нагрева 
.
Расчет водоподогревателя II ступени.
Средняя температура греющей воды:
.
Средняя температура нагреваемой воды:
.
Скорость нагреваемой воды в трубках:
.
Скорость греющей воды в межтрубном пространстве:
.
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок:
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:
.
Коэффициент теплопередачи водоподогревателя:
.
Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени:
.
Число секций воII ступени при длине секции 4м:
.
Если величина N имеет дробную часть, составляющую более 0,2, то число секций следует округлять в большую сторону. Принимаем к установке 3 секции.
Максимальный расчетный расход воды из тепловой сети на тепловой пункт.
Система отопления присоединена к тепловой сети по зависимой схеме, а подогреватели ГВС по двухступенчатой смешанной схеме с регулированием расхода на отопление и максимальным тепловым потоком на вентиляцию менее 15% максимального теплового потока на отопление определяется по формуле (8) Приложения 10[1],
;
Расход теплоты на отопление при температуре наружного воздуха, соответствующей точке излома графика температур:
.
Средний расход теплоты на ГВС с учетом тепловых потерь:
.
,
т.е превышает максимальный расход на отопление на 
.
4.4. Расчет параметров для водоподогревателей, присоединенных по двухступенчатым схемам со стабилизацией расхода на отопление
Водоподогреватели присоединяются к тепловой сети по схемам: двухступенчатой последовательной или двухступенчатой смешанной с ограничением расхода. Этот максимальный расход сетевой воды на ввод ограничивается поставщиком тепловой энергии, но расход на отопление постоянен. Методика определения расчетных параметров для подбора водоподогревателей основана на том положении, что в час максимального водоразбора при расчетной температуре теплоносителя, соответствующей точке излома температурного графика, возможно прекращение подачи теплоты на отопление и вся сетевая вода поступает на подогреватели горячего водоснабжения [1].
Распределение расчетной тепловой производительности между первой и второй ступенями производится исходя из условия, что нагреваемая вода во второй ступени догревается до температуры = 60 оС, а в 1 ступени – до температуры , принимаемой на 5 оС ниже температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после системы отопления в точке излома температурного графика.
Пример расчета подогревателей горячего водоснабжения, присоединенных по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода сетевой воды на ввод и стабилизацией расхода на отопление.
Система отопления присоединена к тепловым сетям по зависимой схеме с насосом на пермычке.
Регулирование отпуска теплоты с СЦТ принято центральное качественное по совмещенной нагрузке отопления и ГВС.
Задание: Рассчитать установку подогрева воды для системы ГВС в индивидуально тепловом пункте трех секционного девяти этажного жилого дома 93 серии. Число жителей . Расчетный расход теплоты на отопление . График тепловой сети 150-70 оС. В соответствии с принятым температурным графиком регулирования в расчете приняты следующие температуры:
- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления ,
- температура наружного воздуха в точке излома температурного графика ,
- температуры сетевой воды в точке излома:
§ в подающем трубопроводе ,
§ в обратном трубопроводе ,
§ в систему отопления ,
§ из системы отопления .
Температура холодной водопроводной воды .
Температура горячей воды на выходе из II ступени водоподогревателя .
Определение основных расчетных параметров водоподогревателей.
Средний за отопительный период расход нагреваемой воды на ГВС:
,
где – норма расхода горячей воды;
U= 378 чел. – число жителей, обслуживаемых ТП.
.
Максимальный часовой расход горячей воды в сутки наибольшего водопотребления:
,
где к ч= 4,03 – коэффициент часовой неравномерности водопотребления, принимаем по табл.2 прил.2.
.
Максимальный тепловой поток на ГВС:
,
где к тп = 0,3 – коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами систем ГВС, принимается по табл.1 прил.2.
.
Средний расход теплоты на горячее водоснабжение с учетом тепловых потерь:
.
Расчет ведем по максимальному расходу водопроводной воды с учетом того, что на выходе из подогревателя принимается температура горячей воды .
Приведенный максимальный расход нагреваемой воды, проходящей через I и II ступени:
.
Для определения расхода греющей воды при максимальном тепловом потоке на вентиляцию не более 15% максимального теплового потока на отопление рассчитывается тепловой поток на II ступень при отсутствии баков-аккумуляторов и с учетом тепловых потерь:
,
где к тп – коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами систем ГВС, к тп = 0,3;
1,2 – учитывает увеличение среднечасового теплового потока на ГВС в сутки наибольшего водопотребления.
.
Расход сетевой воды на I ступень согласно Приложения 6[1]:
.
где 
- тепловой поток на отопление в точке излома температурного графика.
.
Максимальный расход сетевой воды на отопление:
.
В качестве расчетного принимается наибольший из двух расходов с целью ограничения максимального расхода на ИТП Gd = 1,72 кг/c.
Приведенный максимальный расход нагреваемой воды, проходящей через I и II ступени, в связи с тем, что на выходе из водоподогревателя принимается :
.
Расчетная тепловая производительность I ступени:
.
Расчетная тепловая производительность II ступени:
.
Температура нагреваемой воды за водоподогревателем I ступени:
.
Температура греющей сетевой воды на выходе из подогревателя II ступени и на входе в подогреватель I ступени:
.
Температура греющей воды на выходе из водоподогревателя I ступени:
В случае, если , то следует принимать , а расход греющей воды пересчитать по формуле:
Для наглядности покажем расчетные параметры на двухступенчатой последовательной схеме включения подогревателей ГВС (рис.1).
Рисунок 1. Двухступенчатая смешанная схема присоединения подогревателей ГВС к тепловой сети с ограничением максимального расхода сетевой воды на ввод.
Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для I ступени водоподогревателя согласно рис.2.
| 36,6 |
| L |
| t,оС |
| 20,8 |
Рисунок 2. Изменение температур в подогревателе I ступени.
.
Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени согласно рис.3.
| L |
| t,оС |
| 36,6 |
| 78,6 |
Рисунок 3. Изменение температур в подогревателе II ступени.
.
Расчет водоподогревателя I ступени.
Определим необходимое сечение трубок подогревателя при скорости воды в трубках w тр=1 м/с:
.
При средняя плотность воды [4].
По табл. настоящего приложения подбираем тип водоподогревателя со следующими характеристиками:
Водоподогреватель по ГОСТ 27590
D н=76 мм; f тр=0,00108 м2; f мтр=0,00233 м2; d эмтр=0,0164 м; f секц=1,32 м2
при длине секции 4 м; d нар /d вн= 16/14 мм; трубки латунные.
При 
.
Действительная скорость воды в трубках:
.
Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:
.
Коэффициент теплоотдачи от греющей сетевой воды к стенкам трубок:
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:
.
Коэффициент теплопередачи водоподогревателя:
,
где - коэффициент эффективности теплообменника; для гладкотрубных водоподогревателей с блоком опорных перегородок =1,2;
- коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от качества воды, = 0,9[1].
.
Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени:
.
Число секций в I ступени при длине секции 4м:
.
Принимаем 5 секций с поверхностью нагрева .
Расчет водоподогревателя II ступени.
Средняя температура греющей воды:
.
Средняя температура нагреваемой воды:
.
Скорость нагреваемой воды в трубках:
.
Скорость греющей воды в межтрубном пространстве:
.
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок:
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:
.
Коэффициент теплопередачи водоподогревателя:
.
Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени:
.
Число секций воII ступени при длине секции 4м:
.
Если величина N имеет дробную часть, составляющую более 0,2, то число секций следует округлять в большую сторону. Принимаем к установке 3 секции.
Пример расчета подогревателей горячего водоснабжения, присоединенных по двухступенчатой последовательной схеме с ограничением максимального расхода сетевой воды и стабилизацией расхода воды на отопление.
Система отопления присоединена к тепловой сети по зависимой схеме.
Регулирование отпуска теплоты с СЦТ принято центральное качественное по совмещенной нагрузке отопления и ГВС.
Задание: Рассчитать водоподогревательную установку для системы ГВС индивидуального теплового пункта трех секционного девяти этажного жилого дома 93 серии. Число жителей 
. Расчетный расход теплоты на отопление 
. График тепловой сети 150-70 оС. В соответствии с принятым температурным графиком регулирования в расчете приняты следующие температуры:
- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления 
,
- температура наружного воздуха в точке излома температурного графика 
,
- температуры сетевой воды в точке излома:
§ в подающем трубопроводе 
,
§ в обратном трубопроводе 
,
§ в систему отопления ,
§ из системы отопления .
Температура холодной водопроводной воды .
Температура горячей воды на выходе из II ступени водоподогревателя .
Определение основных расчетных параметров водоподогревателей.
Средний за отопительный период расход нагреваемой воды на ГВС:
,
где 
– норма расхода горячей воды;
U= 378 чел. – число жителей, обслуживаемых ТП.
.
Максимальный часовой расход горячей воды в сутки наибольшего водопотребления:
,
где к ч = 4,03 – коэффициент часовой неравномерности водопотребления, принимаем по табл.2 прил.2.
.
Максимальный тепловой поток на ГВС:
,
где к тп = 0,3 – коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами систем ГВС, принимается по табл.
.
Средний расход теплоты на горячее водоснабжение с учетом тепловых потерь:
.
Расчет ведем по максимальному расходу водопроводной воды с учетом того, что на выходе из подогревателя принимается температура горячей воды .
Приведенный максимальный расход нагреваемой воды, проходящей через I и II ступени:
.
Для определения расхода греющей воды при максимальном тепловом потоке на вентиляцию не более 15% максимального теплового потока на отопление рассчитывается тепловой поток на II ступень при отсутствии баков-аккумуляторов и с учетом тепловых потерь:
,
где к тп – коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами систем ГВС, к тп = 0,3;
1,2 – учитывает увеличение среднечасового теплового потока на ГВС в сутки наибольшего водопотребления.
.
Расход сетевой воды на I ступень согласно Приложения 6[1]:
.
где - тепловой поток на отопление в точке излома температурного графика.
.
Принимаем расход греющей воды через подогреватели I и II ступеней 
.
Расчетная тепловая производительность I ступени:
.
Расчетная тепловая производительность II ступени:
.
Температура греющей сетевой воды на выходе из подогревателя I ступени:
.
В случае, если 
, то следует принимать 
, а расход греющей воды пересчитывают по формуле:
.
В нашем случае это сильно увеличит расход сетевой воды на тепловой пункт, поэтому произведем перераспределение тепловой нагрузки между ступенями из условия, что на выходе из первой ступени сетевая вода будет иметь температуру .
Расчетная тепловая производительность I ступени:
.
Расчетная тепловая производительность II ступени:
.
Температура водопроводной воды на выходе из подогревателя первой ступени
Температура сетевой воды на выходе из подогревателя II ступени:
.
Для наглядности покажем расчетные параметры на двухступенчатой последовательной схеме включения подогревателей ГВС (рис.4).
Рисунок 4. Схема теплового пункта с двухступенчатой последовательной схемой включения подогревателей ГВС со стабилизацией расхода на отопление.
Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для I ступени водоподогревателя согласно рис.5.
| 30,3 |
| 41,6 |
| l |
| t,оС |
Рисунок 5. Изменение температур в подогревателе I ступени.
.
Среднелогарифмическая разность температур между греющей и нагреваемой водой для II ступени согласно рис.6.
| l |
| t,оС |
| 47,4 |
| 30,3 |
| 78,6 |
Рисунок 6. Изменение температур в подогревателе II ступени.
.
Расчет водоподогревателя I ступени.
Средняя температура и плотность нагреваемой воды:
; 
(табл.1.4[2]).
Определим необходимое сечение трубок подогревателя при скорости воды в трубках w тр=1 м/с:
.
Средняя температура и плотность греющей воды:
; 
(табл.1.4[2]).
По табл. настоящего приложения подбираем тип водоподогревателя со следующими характеристиками:
водоподогреватель по ГОСТ 27590
D н=76 мм; f тр=0,00108 м2; f мтр=0,00233 м2; d эмтр=0,0164 м; f секц=1,32 м2 при длине секции 4 м d нар /d вн=16/14 мм, трубки латунные.
Действительная скорость воды в трубках:
.
Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:
.
Коэффициент теплоотдачи от греющей сетевой воды к стенкам трубок:
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:
.
Коэффициент теплопередачи водоподогревателя:
,
где 
- коэффициент эффективности теплообменника; для гладкотрубных водоподогревателей с блоком опорных перегородок =1,2;
- коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от качества воды, =0,9.
.
Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя I ступени:
.
Число секций в I ступени при длине секции 4м:
.
Если величина N имеет дробную часть, составляющую более 0,2, то число секций следует округлять в большую сторону.
Принимаем к установке 6 секций с поверхностью нагрева 
.
Расчет водоподогревателя II ступени.
Средняя температура и плотность греющей воды:
; 
(табл.1.4[2]).
Средняя температура и плотность нагреваемой воды:
; 
(табл.1.4[2]).
Скорость нагреваемой воды в трубках:
.
Скорость греющей воды в межтрубном пространстве:
.
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок:
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде:
.
Коэффициент теплопередачи водоподогревателя:
.
Требуемая поверхность нагрева водоподогревателя II ступени:
.
Число секций воII ступени при длине секции 4м:
.
Принимаем к установке 3 секции с поверхностью