Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра ТГВ
Інформація про роботу
Рік:
2007
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Розрахунок геліоустановки для гарячого водопостачання однородинного будинку
Група:
ТГВ-41
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет «Львівська політехніка»
Кафедра ТГВ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсової роботи
з курсу:
«Нетрадиційні джерела єнергії»
«Розрахунок геліоустановки для гарячого водопостачання однородинного будинку»
Львів - 2007
Зміст
Вступ………………………………………………………………………….…3
1. Кліматологічні дані місця будівництва………………………………….…4
2. Технологічно-тепловий розрахунок системи гарячого водопостачання...5
3. Розрахунок снігового навантаження опорної конструкції……………….10
4. Підбір і встановлення водогрійного котла…………………………….…..10
5. Підбір і встановлення водонагрівача………………………………………12
6. Розрахунок діаметра труб і циркуляційного насосу………………………14
7. Підбір мембранного розширювального баку……………………………...16
8.Гідравлічний розрахунок системи гарячого водопостачання……………..17
Висновки…………………………………………….…………………………20
Література………………………………………………………………………21
Вступ
Характеристика установки
Проектується житловий будинок в м. Рибаківка, розміром в плані 12000*11700 мм, для однієї сім’ї , з 5 чоловік. Будинок містить 6 кімнат . Запроектовано геліосистему з активним використанням сонячної енергії, а також дублююче джерело тепла.
Сонячний колектор, розміщений на скатному даху з загальною площею геліополя 5м2 (кількість колекторів-2 шт).
Колектори Vitosol 100 типу W2.5.
Ємнісний водонагрівач Vitocell-V 300 з об’ємом 500 л, який виконує функції теплообмінника і подає гарячу воду до споживачів, гарячу воду на систему спалення, здійснює теплообмін між теплоносієм геліоконтуру і теплоносієм контуру споживача.
Водогрійний котел серії Vitodens 100 типу WHEA потужністю 10,5-24 кВт, який нагріває теплоносій до потрібної температури для здійснення опалення в будинку.
Допоміжний елемент системи – циркуляційний насос Wilo-Star-A,
який забезпечує циркуляцію системи з урахуванням загальної витрати і втрат тиску в системі.
Діаметри з’єднувальних труб 15х1 мм . Для вилучення пари з системи в робочій фазі та для передбачення підвищення надлишкового тиску в системі встановлюємо розширювальний бак , об’ємом 18 л.
Обладнання розміщується таким чином:
водогрійний котел, а також водонагрівач і циркуляційні насоси розміщені на кухні;
розширювальний бак - в допоміжному приміщенні;
подаючий і зворотній трубопроводи прокладаються над підлогою горища.
Дана установка характеризується цілорічним використанням без дублюючого джерела тепла , використовується для опалення будинку , забезпечує ГВ мешканцям будинку.
1. Кліматологічні дані міста будівництва
Для міста Сарни виписуємо з [1] такі розрахункові параметри зовнішнього повітря:
- розрахункова географічна широта 51° пн.ш;
- барометричний тиск 970 гПа;
- температура зовнішнього повітря:
абсолютно мінімальна -21 °С;
абсолютно максимальна °С;
середня максимальна найбільш гарячого місяця °С;
найбільш холодної доби забезпеченістю 0,92 - °С;
найбільш холодної п'ятиденки забезпеченістю 0,92 - °С;
середня температура опалювального періоду °С;
- тривалість опалювального періоду 191 діб;
Середня по місяцях температура зовнішнього повітря:
Таблиця 1.
І
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
-3,1
-1,8
2,6
10,2
16,5
20,4
22,3
21,8
16,9
10,3
4,4
-0,1
Сумарна сонячної радіації (пряма+ розсіяна) на горизонтальну поверхню при безхмарному небі МДж/м2
Таблиця 2.
І
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
207
324
565
702
862
881
877
736
589
406
254
184
Згідно [5] виписуємо снігове навантаження для м. Рибаківка
Таблиця 3.
Місяць
Величина снігового навантаження s0,Па (Н/м2)
мінімальне
максимальне
середнє
1
120
1200
290
2
80
1500
370
3
50
1200
370
4
0
0
0
5
0
0
0
6
0
0
0
7
0
0
0
8
0
0
0
9
0
0
0
10
0
0
0
11
90
200
50
12
200
500
50
2.Технологічно-тепловий розрахунок системи гарячого водопостачання
Розрахунок системи гарячого водопостачання за допомогою
водяних геліоустановок проводиться в наступній послідовності:
а) Визначення теплового навантаження споживачами:
В загальному вигляді теплове навантаження визначається із
залежності:
кВт,
де Q – потрібна кількість тепла, кВт;
с – теплоємність води, с = 4,187 кДж/(кг 0С);
mі – норма споживання води на технологічні потреби, л/добу;
nі – кількість об’єктів, шт;
mj – норма споживання води на побутові потреби, л/добу;
Норма споживання води на побутові потреби на одну людину становить: mj =105 л/добу;
nj – кількість людей, що користуються гарячою водою, чол;
Приймаємо: nj = 5 чол;
tki, tkj – кінцева температура і-го (j-го)споживача,ºС;
tkj =5 °С;
tni, tnj – початкова температура і-го (j-го)споживача,ºС;
Оскільки, в даному житловому будинку немає технологічного виробництва, то mі = о кг/год;
Приймаємо: tnj =55°С; tkj =5 °С;
Отже, кВт;
б) Площа геліополя:
Після визначення теплового навантаження, враховуючи призначення геліоустановки, прихід сонячної радіації, коефіцієнт корисної дії установки визначаємо площу геліополя за формулою:
, м2,
де F- потрібна площа геліополя, м2,
Q - потрібна кількість теплоти на гаряче водопостачання, кВт;
- коефіцієнт корисної дії геліосистеми, %;
Qпад - прихід теплоти (сонячної радіації) на 1м2 похилої поверхні геліополя,
кВт /м2, обчислюється за формулою:
, Вт/м2,
де qn - попадання прямої радіації на горизонтальну поверхню, Вт/м2
pn- коефіцієнт перерахунку прямої радіації на похилу поверхню (залежить від широти місцевості, де встановлюється геліосистема, кута нахилу геліополя до горизонту, годинного кута заходу сонця до горизонту). Середньомісячні значення pn вказані в таблиці 2 [1],
qp - попадання розсіяної радіації на горизонтальну поверхню,Вт/м2,
рр - коефіцієнт перерахунку розсіяної радіації на похилу поверхню:
,
Aж - альбедо (коефіцієнт відбивання поверхні), приймаємо рівним Aж = 0,2;
РВ -коефіцієнт перерахунку відбитої радіації на похилу поверхню:
,
- кут нахилу геліополя до горизонту.
Отже, обчислимо прихід теплоти (сонячної радіації) на 1м2 похилої поверхні геліополя. Дані розрахунку заносимо в таблицю 4
Таблиця 4
місяць
qn,Вт/м²
Pn
qр,Вт/м²
Рр
Аж
Qнад, Вт
І
січень
48
2,14
32
0,933
0,2
133,6
ІІ
лютий
75
1,71
50
0,933
0,2
176,6
ІІІ
березень
131
1,42
87
0,933
0,2
270,1
ІV
квітень
163
1,19
108
0,933
0,2
298,4
V
травень
200
1,07
133
0,933
0,2
342,6
VI
червень
204
1,02
136
0,933
0,2
339,5
VII
липень
203
1,04
135
0,933
0,2
341,6
VIII
серпень
170
1,13
114
0,933
0,2
302,3
IX
вересень
136
1,3
91
0,933
0,2
264,7
X
жовтень
94
1,56
63
0,933
0,2
207,5
XI
листопад
59
1,96
39
0,933
0,2
153,3
XII
грудень
43
2,31
28
0,933
0,2
126,4
Обчислимо площу геліополя для кожного місяця:
Січень :
Лютий:
Березень:
Квітень:
Травень:
Червень:
Липень:
Серпень:
Вересень:
Жовтень:
Листопад:
Грудень:
Вибираємо площу геліополя, тобто мінімальне значення із отриманого ряду площ, оскільки проектована геліоустановка працюватиме цілорічно, з дублюючим джерелом тепла :
Приймаємо мінімальну площу геліополя
Проектуємо 2-а колектори Vitosol 100 типу W2,5.
n = шт,
А – подаюча магістраль; В – зворотня магістраль; С – видалення повітря
Перевірочний розрахунок площі геліополя
З графіка знаходимо необхідну площу геліополя при витраті води 105 л/добу: S=1,8м²
Запас становить:
3. Розрахунок снігового навантаження опорної конструкції
Снігове навантаження обчислюється за формулою:
S0• F + M1 + M2, Н,
де So - снігове навантаження, Н/м2, приймаємо згідно [5],
F = (X • У)-проектована площа, м2,
M1,-маса вантажу, Н,
M2-маса колектора, Н.
Результати розрахунку заносимо в таблицю 5
Таблиця 5
місяць
F,м2
S0, Н/м2
М1,Н
М2,Н
S0F + M1+ M2, Н
І
січень
5
490
2500
600
5550
ІІ
лютий
5
650
2500
600
6350
ІІІ
березень
5
180
2500
600
4000
ІV
квітень
5
0
2500
600
3100
V
травень
5
0
2500
600
3100
VI
червень
5
0
2500
600
3100
VII
липень
5
0
2500
600
3100
VIII
серпень
5
0
2500
600
3100
IX
вересень
5
0
2500
600
3100
X
жовтень
5
0
2500
600
3100
XI
листопад
5
160
2500
600
3900
XII
грудень
5
310
2500
600
4650
4. Підбір і встановлення водогрійного котла
Визначимо максимальний тепловий потік на опалення будинку :
, Вт,
qo – питома теплова характеристика, яку вираховуємо за формулою Єрмолаєва:
V – об’єм будинку, м3 V=450 м³
tх5 - найбільш холодної п'ятиденки забезпеченістю 0,92 tх5 = -20ºС,
S – площа будинку в плані, м2, S = 140,4м2;
Р – периметр будинку за зовнішнім обміром, м, Р = 23,7м;
h – висота будинку який опалюється, м; h = 8,35м;
Fв- сумарна площа вікон, м2;
Fзс- сумарна площа зовнішніх стін будинку, м2;
Rзс, Rв, Rпп, Rгп – термічні опори відповідно зовнішніх стін , вікон, підвального перекриття, горищного перекриття, .
Приймаємо їх рівними значенням нормативних термічних опорів для відповідного захищення.
Отже, кВт,
За необхідною потужністю приймаємо до встановлення газовий настінний модуль з модульованим пальником Vitopend 100 тип WHEA, потужністю 10,5 - 24 кВт.
Основні переваги:
1) Діапазон номінальних теплових потужностей 10,5 - 24 кВт.
2) Газовий комбінований водогрійний модуль забирає повітря для горіння із приміщення.
3) Нормативний ККД: 93%.
4) Мінімальне виділення шкідливих речовин. Задовольняє вимоги стандарту «Блакитний янгол».
5) Особливо зручний при монтажі, сервісі й обслуговуванні, завдяки уніфіковані побудові за модульним принципом.
6) Не вимагає додаткового вільного простору навколо себе для обслуговування, завдяки чому особливо зручний при монтажі в невеликих приміщеннях.
Технічні дані
Тип WHEA
Ідентифікатор виробу СЕ-0085 ВР 0200
Розміри котлового блоку:
Довжина 360 мм
Ширина 450 мм
Висота 850 мм
Маса котлового блоку 37 кг
Допустимий надлишковий
робочий тиск 3 мбар
Температура продуктів горіння:
верхня межа номінальної теплові потужності:
природний газ 112 0С
зріджений 900С
верхня межа номінальної теплові потужності :
природний газ 115 0С
зріджений 92 0С
Патрубок вівідних газів (dзов) 130 мм
Місткість теплообмінника 0,52 л
Необхідний напір 0,015 мбар
Підключення: подаюча та зворотня магістраль,
трубопроводи холодної та гарячої води d= 18м 5. Підбір і встановлення водонагрівача
Приймаємо сталевий ємнісний водонагрівач Vitocell-V 300 об”ємом 500 л.
Основні переваги:
Vitocell-V 300 місткісний водонагрівач із нержавіючої сталі: гігієнічне, економічне й комфортне приготування води.
Електрод анодного захисту для додаткового захисту від корозії не потрібен, завдяки чому меншають затрати.
Змійовик нагрівального контуру сягає дна місткості й рівномірно прогріває весь об’єм води.
Малі втрати тепла завдяки високоефективній теплоізоляції.
Різноманітні можливості застосування.
Технічні дані:
Для приготування гарячої води (при суміщенні з водогрійними котлами та сонячними установками)
придатний до встановлення з:
-темп. гріючого контуру до 110 0С;
-темп. теплоносія сонячної установки до 200 0С;
-температурним налаштуванням водорозбірногго контуру ГВ 95 °С
-надлишковий робочий тиск в гріючому і водорозбірному контурі ГВ до 25 бар
- надлишковий робочий тиск в контурі теплоносія сонячної установки до 10 бар
Об’єм водонагрівача 500 л;
Розміри:
ширина – 974 мм;
висота – 1767 мм;
довжина (d) – 923 мм;
Маса: 111 кг;
Теплообмінник теплоносія сонячної установки:
площа теплообмінних поверхонь - 1,8 м2;
Теплообмінник води контуру водорозбору ГВ:
площа теплообмінних поверхонь - 7,2 м2;
Максимальна площа поглинача:
Vitosol 100 - 15 м2.
6. Розрахунок діаметрів труб і циркуляційного насосу
опору колекторів;
опору трубопроводів;
опору теплообмінника у ємнісному водонагрівачі;
Повний гідродинамічний опір визначається наступним чином:
при послідовній схемі встановлення колекторів: повний гідродинамічний опір рівний сумі місцевих гідродинамічних опорів;
при паралельній схемі встан олення колекторів: повний гідродинамічний опір рівний місцевому гідродинамічному опору (припускається, що всі місцеві гідродинамічні опори рівні),
Для послідовно розташованих 2 колекторів Vitosol 100 типу W2.5 із загальною площею 5м2, підбираємо діаметри труб згідно [3]. При площі колектора 5 м2, об’ємна витрата становить 210 л/год=3,5 л/хв. =0,21м3/год; необхідний діаметр труб 15*1 мм.
Об’ємна витрата одного колектора 1,75 л/хв. отже згідно діаграми с.45[3], гідродинамічний тиск одного колектора Vitosol 100 типу W2.5,
р=130мбар, а гідродинамічний тиск 2 послідовно з’єднаних колекторів (P1=130*2=260 мбар.
Згідно діаграми на с.44[3], гідродинамічний тиск подаючого і зворотнього трубопроводів теплоносія сонячної установки (на 1м трубопроводу) становить р=4.1 мбар. Отже, загальний гідродинамічний тиск подаючого і зворотнього трубопроводів по всій довжині (P2=19*4.1=80 мбар.
Сумарні втрати тиску в системі становлять:
(P=(P1+(P2=260+80=340мбар=3.4 м.вод.ст.
Розрахунок циркуляційного насосу
При відомій витраті і втратах тиску всієї установки, за характеристиками насосів вибираємо тип насосу. Рекомендовано до встановлення насоси з регульованою частотою обертання, яку можна змінювати в залежності з вимогами установки.
Для монтажу вибираємо насос фірми Wilo призначений для геліотермічних систем серія Wilo-Star-A
Технічні дані геліонасоса Wilo-Star-A :
Геліонасос типу Wilo-Star-A
Максимальний напір 5 м.в.ст
Максимальна витрата 3,5м³/год
Температура рідини від +20 до +110 С
Робочий тиск 10бар
Конструкція/Виконання - не потребує техобслуговування;
- вмонтований регулятор частоти обертання;
-теплоізоляційний кожух;
-автоматичний режим “день/ніч”;
-електроннй контроль безвідмовної роботи.
7. Підбір мембранного розширювального баку
Номінальний об’єм мембранного розширювального баку розраховуємо за формулою:
, л
де Vn - номінальний об’єм баку, л;
Vv -об’єм запобіжного водяного затвору (теплоносія), л;
, де
VA - наливний об’єм всієї установки, л
VA=20 л
Vv =0.015*20=0,3л,
V2 -збільшення об’єму при підігріві установки, л
,л
B - коефіцієнт розширення (для установки фірми Viessmann при нагріві теплоносія від -20 до 120°С) =0,13
V2 = 20*0,13 = 2,6л,
Рe -допустимий кінцевий надлишковий тиск, бар;
Рe = Рsi -0,1 Рsi, psl –тиск спрацювання запобіжного клапану, приймаємо 6 бар,
ре =6-0,1*6 = 5.4бар,
pst - надлишковий тиск азоту на вході в розширювальний бак, бар,
рst = 1.5 + 0.1 ∙h = 1.5 + 0,1 ∙5 = 2.0 бар,
h - статична висота установки, м,
z - число колекторів, шт,
vK - об’єм колектора, л ( для колектора Vitosol 100 vK =3л,
отже, Vn=(0.3+2,6+2 ∙3)(5.4+1)/(5.4-(2.0+0,5))=19,64л,
Приймаємо розширювальний бак з такими характеристиками:
Таблиця 6
Об’єм,
л
Надлишковий
робочий тиск,
бар
а, мм
b, мм
Підключення, R
Маса, кг
25
10
280
490
¾
9,1
8.Гідравлічний розрахунок системи гарячого водопостачання
Метою гідравлічного розрахунку подавальних трубопроводів системи ГВ є визначення таких діаметрів трубопроводів , які б забезпечили подачу розрахункової витрати води до найвіддаленішої та високорозташованої точки водорозбору.
Гідравлічний розрахунок системи гарячого водопостачання виконуємо у табличній формі. Швидкість руху води в подаючих трубопроводах і стояках приймаємо не більше 1,5 м/с, а в підводках до водорозбірних приладів не більше 2,5 м/с, згідно [4].
Максимальна витрата гарячої води на ділянці визначається заформулою:
,
де qо-секундна витрата гарячої води одним приладом, л/с, приймаємо згідно дод.З
(-коефіцієнт, який приймається згідно дод.4 [6], залежно від загального числа приладів на розрахунковій ділянці і ймовірності їх дії.
Ймовірність дії водорозбірних приладів системи гарячого водопостачання будинку визначаємо за формулою:
- норма витрати гарячої води в годину найбільшого споживання, л, приймаємо згідно дод.З [6],
-секундна витрата гарячої води, л/с, приймаємо згідно дод.З
U-кількість мешканців, чол.,
N - кількість водорозбірних приладів, шт.,
Розрахункова витрата гарячої води з врахуванням циркуляційної витрати:
, л/с
qh -витрата води на ділянці, л/с,
ксir коефіцієнт, який приймається: для водонагрівачів і початкових ділянок системи до першого водорозбірного стояка по дод.5 [6], для всіх інших ділянок рівним 0.
Втрати тиску на окремих ділянках трубопроводів системи гарячого водопостачання визначаємо за формулою:
R- питомі втрати тиску на тертя при розрахунковій витраті q на ділянці, Па/м, приймаємо згідно [6],
l-довжина ділянки трубопроводу, м,
кl - коефіцієнт, що враховує співвідношення втрат тиску на ділянці в місцевих опорах і на тертя, приймаємо кl =0,25 для циркуляційних стояків.
Втрати напору на ділянці:
( = густина води при t =55°c.
Результати розрахунку заносимо в таблицю 7.
№ ділянки
N
q. л/с
Р
NP
а
qh , л/с
Kcir
qhr,u , л/с
l, м
d, мм
R. Па/м
W,
м/с
Kl
∆P, Па
∆H
м.вод.ст.
1-2
1
0,2
0,012
0,012
0,2
0,2
0
0,2
2,3
15
11791
1,74
0,25
33900
3,44
2-3
2
0,2
0,012
0,024
0,224
0,224
0
0,224
3,2
20
1620
0,88
0,25
6480
0,66
3-4
5
0,2
0,012
0,06
0,289
0,289
0
0,289
1,2
20
2543
0,99
0,25
3815
0,4
4-5
6
0,2
0,012
0,072
0,307
0,307
0
0,307
1,8
25
810
0,72
0,25
1823
0,19
∑ΔН=4,69
Висновки
У житловому будинку, який знаходиться у м.Рибаківка , запроектовано геліосистему з активним використанням сонячної енергії. Система розрахована для круглорічного використання на гаряче водопостачання.
Мінімальна необхідна площа геліополя припадає на місяць з максимальним приходом сонячної радіації на поверхню землі. Згідно технологічно-теплового розрахунку мінімальна необхідна площа геліоколекторів становить F =4,36 м2. Так як в цілях економії коштів ми підбираємо геліоколектор по мінімальній площі, в зимовий період в якості дублюючого джерела буде використовуватись газовий котел.
За площею колекторів і витратою ми визначили діаметри з’єднувальних труб, що становлять 15x1 мм.
Для видалення повітря із геліоконтуру і запобігання перевищення тиску розраховано один мембранний розширювальний бак, який розташований на зворотній лінії, об’ємом 25л.
Водорозбір гарячої води здійснюється 7 водорозбірними приладами. Рівномірність подачі гарячої води забезпечується рециркуляційним трубопроводом.
Згідно відповідних розрахунків приймаємо до встановлення таке основне обладнання:
для забезпечення опалення в будинку та дублювання підігріву системи ГВ використовується газомазутний котел Vitodens 100 WHEA;
ємнісний водонагрівач Witocell-V 300 у підлоговому виконанні об”ємом 500 л, який виконує функції теплообмінника і подає гарячу воду до споживача, здійснює теплообмін між теплоносієм геліоконтуру і теплоносієм контуру споживача.
- допоміжним елементом системи є циркуляційний насос Wilo-Star-A, який забезпечує циркуляцію теплоносія в сис темі з урахуванням загальної витрати і втрат тиску в системі.
Література
1.СНиП 23-01- 99. Строительная климатология
2.С.С. Жуковський, В. Й. Лабай. Системи енергопостачання і забезпечення мікроклімату будинків і споруд.
3.VITOTEC Руководство по тестированию -2000
4. И.Г.Староверов. Внутриние санитарно-техничиские устройства. Часть1 5.Водопровод и канализация. М. : Стройиздат, 1990.
6. Р.Кінаш, О. Бурнаєв. Снігове навантаження в Україні.- Львів : Видавництво науково технічної літератури, 1997р.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора