ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ В НЕРАСЧЕТНЫХ УСЛОВИЯХ
Если при расчете водонагревателей известны температуры греющей и нагреваемой воды на входе в водонагреватель и выходе из него, то при нерасчетных условиях обычно знают только температуры теплоносителей на входе в установку. Поэтому выражение для определения производительности водонагревателей Q = =kFAt нельзя применять при установлении режимов, отличных от расчетного, так как величину приходится находить методом последовательных приближений. Расчет таких режимов значительно облегчается при использовании безразмерных характеристик теплообменных аппаратов, которые, как правило, известны.
Тогда теплопроизводительность всех видов конвективных теплообменных аппаратов может быть определена по формуле, в которой учитывается не средняя разность температур между теплообменивающимися потоками Д/, а максимальная разность температур греющей и нагреваемой воды на входе в аппарат,
Величина е представляет собой теплопроизводительность водонагревателя, отнесенную к единице меньшего эквивалента расхода теплообменивающихся потоков и одному градусу максимальной разности температур. При противоточном движении теплоносителей в водонагревателе выражение для расчета безразмерной удельной теплопроизводительности имеет следующий вид:
Неравенство показывает, что величина е не может быть больше 1, так как температура нагреваемой среды ни в одном из сечений теплообменного аппарата не может превысить температуру греющей среды. Для соблюдения неравенства в правой части формулы (3.19) пользуются следующим правилом: если по формуле (3.19) получают е<1, то это значение е принимают для дальнейших расчетов; в том случае, когда по формуле (3.19) получается е>1, то для расчетов принимают е=1.
Из формулы (3.19) следует, что безразмерная удельная теплопроизводительность противоточного водонагревателя представляет собой отношение теплопроизводительности данного водонагревателя к теплопроизводительности водонагревателя с бесконечной площадью поверхности нагрева при одинаковых в обоих случаях значениях меньшего эквивалента расхода теплообменивающихся потоков и одной и той же максимальной разности температур.
Коэффициент теплопередачи водонагревателей является переменной величиной, зависящей от условий теплообмена. В скоростных водоводяных водонагревателях коэффициент теплопередачи в большей степени зависит от скорости теплоносителя, поэтому при изменении расхода одного из теплообменивающихся потоков режимный коэффициент будет также меняться и может быть найден путем пересчета по формуле
Таким образом, зная эквиваленты расходов Wb и Wi, параметр водонагревателе Ф и температуры греющей и нагреваемой воды на входе в установку ti и tu легко найти по формуле (3.22) величину е, а затем по формуле (3.17) теплопроизводительность водонагревателя при любом режиме.
Параметр водонагревателя Ф для данной установки — величина практически постоянная в широком диапазоне изменения Wb и Wi. Однако при изменении температурного режима работы водонагревателей параметр Ф будет меняться в соответствии с зависимостью коэффициента теплопередачи от температур теплообменивающихся сред. Пренебрежение этим обстоятельством может привести к значительной ошибке при определении методом пересчета необходимой поверхности нагрева. В связи с этим даны зависимости, уточняющие параметр Ф при изменении средней температуры теплообменивающихся сред. Эта зависимость аппроксимируется отдельными отрезками прямой линии с учетом фактического диапазона изменения средних температур воды в каждой ступени:
Средняя температура воды в водонагревателе определяется как полусумма средних температур греющей и нагреваемой воды. Однако при расчете режимов, отличных от основного, температуры нагреваемой воды и обратной сетевой воды, как правило, неизвестны, поэтому предварительно задаются ориентировочными значениями этих температур. Опыт показывает, что с достаточной для практических расчетов точностью среднюю температуру можно определить в зависимости от температуры наружного воздуха tex, так как температура греющего теплоносителя меняется по графику в зависимости от tex:
На практике чаще требуется по известной теплопроизводительности водонагревательной установки в нерасчетных условиях определить температуру, до которой может быть нагрета вода при расчетном водоразборе и заданном расходе сетевой воды. Для решения этой задачи по известной теплопроизводительности и параметрам греющей и нагреваемой воды (расходы и температуры воды на входе в водонагреватель и выходе из него) из формулы (3.1) определяют произведение kF в расчетных условиях, затем по формуле (3.21) —параметр водонагревателя Ф, по формуле (3.22) — удельную теплопроизводительность установки е и по формуле (3.17) — расчетную производительность Q. Температура, до которой нагреется вода в установке, определяется по следующей формуле:
Другая задача заключается в определении расхода сетевой воды, обеспечивающего нагрев расчетного расхода водопроводной воды до заданной температуры по известной теплопроизводительности водонагревательной установки в нерасчетных условиях. Решение этой задачи облегчается тем, что, как правило, известный расход нагреваемой воды является меньшим из двух расходов теплообменивающихся сред, поэтому искомый расход сетевой воды находят при совместном решении по формулам (3.17) и (3.22) через эквивалент большего из расходов по заданным теплопроизводительности установки, расходу нагреваемой воды и максимальной разности температур греющей и нагреваемой сред.
Таким образом, как следует из приведенных выше примеров, для данной установки водонагревателей при расчетном водоразборе и минимальной температуре заданный расход греющей воды, равный бОт/ч, может нагреть воду только до 53,1 °С. Обеспечить нагрев воды до расчетной температуры 50 °С возможно, пропустив через водонагревательную установку 99 т/ч сетевой воды. Увеличение расхода сетевой воды на 65 % привело к повышению теплопроизводительности только на 18 %, поэтому для компенсации недостаточной площади поверхности нагрева требуется в несколько раз большее увеличение расхода сетевой воды, чем приращение поверхности нагрева.
