Расчет системы горячего водоснабжения
Расчет систем горячего водоснабжения заключается в определении диаметров трубопроводов подающего и циркуляционного, подбора водонагревателей (теплообменников), генераторов и аккумуляторов тепла (при необходимости), определении потребного напора на вводе, подборе повысительных и циркуляционных насосов, если они необходимы.
Расчет системы горячего водоснабжения состоит из следующих разделов:
Определяются расчетные расходы воды и тепла и на основании этого мощность и размеры водонагревателей.
Производится расчет подающей (распределительной) сети в режиме водоразбора.
Сеть горячего водоснабжения рассчитывается в режиме циркуляции; определяются возможности использования естественной циркуляции, и при необходимости определяются параметры и производится подбор циркуляционных насосов.
В соответствии с индивидуальным заданием на курсовое и дипломное проектирование может быть произведен расчет баков-аккумуляторов, сети теплоносителя.
Определение расчетных расходов горячей воды и тепла. Подбор водонагревателей
Для определения поверхности нагрева и дальнейшего подбора водонагревателей требуются часовые расходы горячей воды и тепла, для расчета трубопроводов – секундные расходы горячей воды.
В соответствии с п.3 СНиП 2.04.01-85 [1] секундные и часовые расходы горячей воды определяются по тем же формулам, что и для холодного водоснабжения.
Максимальный секундный расход горячей воды на любом расчетном участке сети определяется по формуле:
, л/с, (2.1)
где
- секундный расход горячей воды одним прибором, который определяется:
отдельным прибором – согласно обязательному приложению 2 [1];
различными приборами, обслуживающими одинаковых потребителей – по приложению 3 [1];
различными приборами, обслуживающими различных водопотребителей, - по формуле:
, (2.2)
где
- секундный расход горячей воды, л/с, одним водоразборным прибором для каждой группы потребителей: принимается по приложению 3 [1];
Ni – число водоразборных приборов для каждого вида водопотребителей;
- вероятность действия приборов, определенная для каждой группы водопотребителей;
a – коэффициент, определяемый по приложению 4 [1] в зависимости от общего числа приборов N на участке сети и вероятности их действия Р, которая определяется по формулам:
а) при одинаковых водопотребителях в зданиях или сооружении
, (2.3)
где 
- максимальный часовой расход горячей воды в 1 л одним водопотребителем, принимается по приложению 3 [1];
U – число потребителей горячей воды в здании или сооружении;
N – число приборов, обслуживаемых системой горячего водоснабжения;
б) при отличающихся группах водопотребителей в зданиях различного назначения
, (2.4)
где
и Ni - величины, относящиеся к каждой группе потребителей горячей воды.
Максимальный часовой расход горячей воды, м3/ч, определяется по формуле:
, (2.5)
где
- часовой расход горячей воды одним прибором, который определяется:
а) при одинаковых потребителях – по приложению 3 [1];
б) при различных потребителях – по формуле
, л/с (2.6)
где
и 
- величины, относящиеся к каждому виду потребителей горячей воды;
величина 
определяется по формуле:
, (2.7)
- коэффициент, определяемый по приложению 4 [1] в зависимости от общего числа приборов N в системе горячего водоснабжения и вероятности их действия P.
Средний часовой расход горячей воды 
, м3/ч, за период (сутки, смена) максимального водопотребления т.ч, определяется по формуле:
, (2.8)
где
- максимальный суточный расход горячей воды в 1 л одним водопотребителем, принимается по приложению 3 [1];
U – количество потребителей горячей воды.
Количество тепла (тепловой поток) за период (сутки, смена) максимального водопотребления на нужды горячего водоснабжения с учетом теплопотерь определяется по формулам:
а) в течение максимального часа
, кВт (2.9)
б) в течение среднего часа
, кВт (2.10)
где
и 
- максимальный и средний часовой расход горячей воды в м3/ч, определяемые по формулам (2.5) и (2.8);
tс – расчетная температура холодной воды; при отсутствии данных в здании t принимается равной +5ºС;
Qht – потери тепла подающими и циркуляционными трубопроводами, кВт, которые определяются расчетом в зависимости от длин участков трубопроводов, наружных диаметров труб, разности температур горячей воды и окружающей трубопровод среды и коэффициента теплопередачи через стенки труб; при этом учитывается КПД теплоизоляции труб. В зависимости от этих величин потери тепла приводятся в различных справочных пособиях.
При расчетах в курсовых проектах потери тепла Qht подающими и циркуляционными трубами допускается принимать в размере 0,2-0,3 от количества тепла, потребного для приготовления горячей воды [3].
В этом случае формулы (2.9) и (2.10) примут вид:
а) 
, кВт (2.11)
б) 
, кВт (2.12)
Меньший процент теплопотерь принимается для систем без циркуляции. В большинстве гражданских зданий используются скоростные секционные водонагреватели с переменной производительностью, т.е. с регулируемым потребителем теплоносителя. Такие водонагреватели не требуют баков-аккумуляторов тепла и рассчитываются на максимальный часовой тепловой поток 
.
Подбор водонагревателей заключается в определении поверхности нагрева змеевиков по формуле:
, м3 (2.13)
где
К – коэффициент теплопередачи водонагревателя, принимается по таблице 11.2 [2]; для скоростных водоводяных водонагревателей с латунными нагревательными трубками величина к может приниматься в пределах 1200-3000 Вт/м кв, ºС, причем меньшая принимается для приборов с меньшим диаметром секций;
µ - коэффициент снижения теплопередачи через теплообменную поверхность из-за отложений на стенках (µ=0,7);
- расчетная разность температур теплоносителя и нагреваемой воды; для противоточных скоростных водонагревателей º определяется по формуле:
, ºС (2.14)
где
Δtб и Δtм – большая и меньшая разность температур теплоносителя и нагреваемой воды по концам водонагревателя.
Параметры теплоносителя в зимний расчетный период, когда работают отопительные сети зданий, принимаются в подающем трубопроводе 110-130 ºС и в обратном -70, параметры нагреваемой воды в этот период tc = 5ºC и tc = 60…70 ºC. В летний период теплосеть работает только для приготовления горячей воды; параметры теплоносителя в этот период в подающем трубопроводе 70…80 ºC и в обратном 30…40 ºC, параметры нагреваемой воды и tc = 10…20 ºC и и tc= 60…70 ºC.
При расчете поверхности нагрева водонагревателя может случиться, что определяющим будет летний период, когда температура теплоносителя ниже.
Для емкостных водонагревателей расчет за разность температур определяется по формуле:
, ºC (2.15)
где
tн и tк – начальная и конечная температура теплоносителя;
th и tc – температура горячей и холодной воды.
Однако емкостные водонагреватели применяются для производственных зданий. Они занимают много места, в этих случаях могут устанавливать вне помещений.
Коэффициент теплопередачи для таких водонагревателей, согласно таблице 11.2 [2], составляет 348 Вт/м2 ºC.
Определяется потребное число стандартных секций водонагревателей:
, шт (2.16)
где
F – расчетная поверхность нагрева водонагревателя, м2;
f – поверхность нагрева одной секции водонагревателя, принимается по приложению 8 [2].
Потери напора в скоростном водонагревателе можно определять по формуле:
, м (2.17)
где
n – коэффициент, учитывающий зарастание трубок, принимается по опытным данным: при их отсутствии при одной чистке водонагревателя в год n=4;
m – коэффициент гидравлического сопротивления одной секции водонагревателя: при длине секции 4 м m=0,75, при длине секции 2 м m=0,4;
nв – число секций водонагревателя;
v – скорость движения нагреваемой воды в трубках водонагревателя без учета их зарастания.
, м/с (2.18)
где
qh – максимальный секундный расход воды через водонагреватель, м/с;
Wобщ – общая площадь живого сечения трубок водонагревателя определяется по числу трубок, принимаемому по приложению 8 [2] и диаметру трубок, принимаемому 14 мм.