Определить разрежение перед тягопрерывателем быстродействующего водона-гревателя с номинальной тепловой нагрузкой Q = 20,0 кВт, если отвод продуктов сгорания осуществляется через дымоход размером aхb (а = 125 мм; b = 125 мм). Высота дымохода во внутренней кирпичной стене h 
= 4,0 м, а на чердаке и сверх кровли h 
= 4,0 м. Толщина дымохода – полкирпича. К дымоходу водонагреватель присоединяется с помощью стальной не утеплённой трубы с тремя поворотами, диаметром d = 100 мм и общей длиной l = 2,7 м. Вертикальный участок присоединительной трубы равен h 
= 0,6 м. В водонагревателе сжигается природный газ, для которого низшая теплота сгорания, теоретический объем воздуха, объём и плотность продуктов сгорания определены в задаче 2.
Решение
1. Предположим, что разрежение перед тягопрерывателем водонагревателя составляет 3Па, поэтому подсос воздуха не учитываем. Основные показатели работы водонагревателя берем из таблицы 23.2 [1]: Q =20,0кВт, 
.
Рисунок 1 – Схема отвода продуктов сгорания от водонагревателя
2. Рассчитаем охлаждение газа в вертикальном участке присоединительной трубы по формуле:
∆t 1 = 
,
где k – среднее значение коэффициента теплопередачи для стенок дымохода, отнесённое к внутренней поверхности, Вт/(м 
град) [1];
F 
– внутренняя площадь поверхности расчётного участка дымохода, м ;
t 
– температура уходящих газов при входе в дымоход, ˚C;
t – температура воздуха, окружающего дымоход, ˚C, t 
= 20˚C;
Q 
- расход продуктов сгорания через дымоход, м 
/ч.
Q = Q 
· V 
,
Q - расчетный расход газа газовым прибором, м /ч;
Q = 
,
Q – тепловая нагрузка водонагревателя, кВт;
Q 
- низшая теплота сгорания топлива, кДж/м
Q = 
м /ч.
V - объём влажных продуктов сгорания при заданном α.
V = Vд = 27,58 м3/м3
Q = 1,82 · 27,58 = 50,29 м /ч
l = h3 = 0,6 м – т.к. вертикальный участок;
k = 4,05 Вт/(м2·град) – коэффициент теплопередачи;
∆t 1 = 
˚C
Температура после вертикального участка равна:
˚C
3. Охлаждение газа в присоединительной трубе длиной l = 2,7 м:
∆t 2 = 
м2
∆t 2 = 
˚C
˚C
4. Охлаждение во внутреннем дымоходе:
.
м2.
k = 2,56 Вт/(м град).
∆t 3 = 
˚C.
˚C.
5.1. Охлаждение дымохода на чердаке:
; 
м2.
k = 3,37 Вт/(м град).
∆t 4 = 
˚C.
˚C.
5.2. Охлаждение в наружной дымовой трубе:
; 
м2.
k = 4,2 Вт/(м град).
∆t 5 = 
˚C.
˚C
Температура газов, уходящих из трубы больше температуры точки росы 
˚C > 
˚C (таблица 23.2 [1]).
6. Рассчитываем тягу, создаваемую вертикальным участком соединительной трубы, определяем по формуле:
∆p 
= 0,0345· H ·(
- 
)· p 
,
где ∆p - тяга, создаваемая дымовой трубой, дымоходом или вертикальным участком присоединительной трубы;
H – высота участка, создающего тягу; H = h3 = 0,6 м;
t 
- температура наружного воздуха;
t 
- средняя температура газов на участке;
p - барометрическое давление.
t = 
.
t = 
= 167,09˚C;
p = 99000Па.
∆p 
= 0,0345 ·0,6·(
- 
)·99000 = 2,34 Па.
Определяем тягу, создаваемую дымоходом
H = h1+h2 = 4,0 + 4,0 = 8,0 м;
t = 
= 115,21˚C;
p = 99000 Па.
∆p = 0,0345·8,0·(
- 
)·99000 = 22,87 Па.
Σ ∆p = 2,34 + 22,87 = 25,21 Па
7. Рассчитываем потери на трение по формуле
∆p 
= λ 
· 
ρ 
,
где λ – коэффициент трения, принимаемый для кирпичных каналов и труб равным 0,04, для металлических труб – 0,02, для металлических окисленных – 0,04;
l – длина расчётного участка, м;
d – диаметр, м;
υ – скорость уходящих газов, м/с;
ρ - плотность продуктов сгорания, кг/ м ;
t - средняя температура газов на расчётном участке, ˚C.
а) определим потери на трение в присоединительной трубе
λ = 0,04;
l = 2,7 м;
d = 0,1 м;
ρ = 1,26 кг/ м ;
υ = 
,
где f – сечение дымохода, м 
;
f = 
.
f = 
= 0,0079 м ;
υ = 
= 1,78 м/с;
t = 
.
t = 
= 157,77˚C.
∆p 
= 0,04· 
· 
·1,26· 
= 3,40 Па
б) определим потери на трение в дымоходе
λ = 0,04;
l = h1 + h2 = 4,0 + 4,0 = 8,0м;
d 
= 0,19м
ρ = 1,26 кг/ м ;
f = а хb =0,125 · 0,125 = 0,015625 м ;
υ = 
= 0,89 м/с;
t = 
= 115,21 ˚C;
∆p = 0,04 · 
· 
· 1,26 · 
= 1,21 Па.
8. Рассчитываем потери на местные сопротивления по уравнению
∆p 
= Σ ζ · · ρ · ,
где Σ ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений, включая сопротивление при выходе из трубы.
а) определим потери на местные сопротивления в присоединительных трубах
коэффициенты местных сопротивлений:
- при входе в тягопрерыватель ζ = 0,5;
- при повороте ζ 
= 0,9 · 3 = 2,7;
- при входе в кирпичный дымоход ζ 
= 1,2;
Σ ζ = 0,5 + 2,7 + 1,2 = 4,4
∆p = 4,4 · · 1,26· 
= 13,85 Па.
б) определим потери на местные сопротивления в дымоходах
коэффициент сопротивления при выходе ζ = 1,5
∆p = 1,5 · · 1,26· 
= 1,07 Па.
9. Определим разрежение перед газовым прибором по формуле
∆p 
= Σ∆p - (Σ∆p + Σ∆p ).
∆p = 25,21 - [(3,4 + 1,21) + (13,85 + 1,07)] = 25,21 – 19,54 = 5,67 Па.
Разрежение превышает минимально необходимое (3 Па), следовательно, дымоход обеспечит нормальную работу водонагревателя. В действительных условиях работы разрежение перед водонагревателем несколько снизится против полученной величины, так как в результате подсоса воздуха через тягопрерыватель уменьшится тяга и увеличится величина потери давления при движении газов в дымоходе.