|
Горячая вода расходуется на многие виды технологических процессов, а также через бытовые санитарные приборы: умывальники, раковины, мойки, души и ванны.
Качество горячей воды, подаваемой к санитарно-техническим приборам, на технологическое оборудование и процессы, связанные с приготовлением пищевых продуктов, как и на бытовые нужды, должно отвечать требованиям стандарта питьевой воды ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая».
Качество горячей воды, применяемой для технологического оборудования и процессов, и, в частности, ее температуру устанавливают с учетом технологических требований. Температура горячей воды, используемой в бытовом санитарно-техническом оборудовании, во избежание ожога не должна превышать 75°, и в то же время по действующим гигиеническим нормам она должна быть не ниже 60°. Последний предел установлен исходя из обеспечения необходимости благоприятных условий для мытья жирной посуды. При решении этого вопроса следует учитывать возможность использования отбросного тепла промышленных предприятий, термальных вод и других источников тепла низкого потенциала.
В качестве водоподогревателей для систем горячего водоснабжения можно применять различного рода водогрейные котлы, контактные водоподогреватели, экономайзеры, котлы-утилизаторы, использующие, например, тепло уходящих газов от хлебопекарных печей.
Наиболее часто применяют такие паро- и водо-водоподогреватели, в которых холодная водопроводная вода нагревается паром или горячей водой, поступающей от котельной предприятия или системы централизованного теплоснабжения. Такие нагреватели имеют различные конструкции, более простые из них работают на принципе непосредственного смешения теплоносителя с подогреваемой водой, например аппарат С.А. Загорского, в котором холодная вода, подаваемая к душевой сетке, подогревается острым паром.
Особенно часто применяют для подогрева воды емкие бойлеры и скоростные противоточные водоподогреватели. Емкий бойлер (рис. 3.7) представляет собой стальной цилиндр с вставленным в него змеевиком, состоящим из верхней и нижней коллекторных труб (рис. 3.7, б) с вваренными в них самокомпенсирующимися при нагревании U-образными трубками, расположенными параллельно друг другу. Теплоноситель поступает через входной патрубок в верхний коллектор, распределяется по U-образным трубкам и, отдав тепло, конденсируется в нижнем коллекторе, откуда уходит через выходной патрубок. Холодная вода поступает под давлением водопровода в подогреватель через расположенный внизу патрубок. От соприкосновения с горячей поверхностью змеевика она нагревается и выходит в систему горячего водоснабжения через верхний патрубок.
Рис. 3.7. Схема устройства емкого водонагревателя:
а) продольное сечение; б) схема змеевика; 1 – цилиндрическая емкость; 2 – выходной патрубок для горячей воды; 3 – змеевик, состоящий из верхней и нижней коллекторных труб с вваренными U-образными трубами; 4 – входной патрубок для холодной воды; 5 – выходной патрубок для теплоносителя; 6 – входной патрубок для теплоносителя; 7 – фланец.
Вода в подогревателе, находящаяся ниже змеевика, всегда бывает холодной. Поэтому для увеличения емкости, заполняемой горячей водой, змеевик располагают в его нижней части.
При ремонте или очистке змеевика от накипи механическим способом его вставляют и вынимают через большой фланец. Последний присоединен к бойлеру обычно на болтах с герметизирующей прокладкой (например, клингеритовой).
Расчетное количество тепла Qp, Вт, которое следует получить, составит
где G – количество подогреваемой воды, кг/ч;
tK, tН – конечная и |начальная температура подогреваемой воды, °С;
4,19 – теплоемКость воды, кДж/(кг·°С).
Поверхность нагрева змеевика, м2, определяют по формуле
где Qp – расчетное количество тепла, которое следует передать от теплоносителя подогреваемой воде;
k – коэффициент теплопередачи змеевика [тепло, передаваемое через 1 м2 змеевика за 1 ч при разности температур теплоносителя и подогреваемой воды в 1° (Вт/(м2·°С)];
Δθ – фиктивная расчетная разность средних температур теплоносителя и подогреваемой воды, °С. Эта величина равна
где Δtб – большая из разностей температур выходящего из водоподогрева-теля теплоносителя и входящей холодной воды или теплоносителя и выходящей подогретой воды;
Δtм – меньшая из разностей этих температур.
В тех случаях, когда разности температур не особенно отличаются друг от друга (Δtб/Δtм≤3), для определения поверхности змеевика Fзм, м2, можно пользоваться формулой
где Qp – расчетное количество тепла, Вт;
Тн – температура входящего теплоносителя (начальная), °С;
tн – то же, входящей холодной воды (начальная);
Тк – конечная температура выходящего теплоносителя;
tк – то же, выходящей подогретой воды;
1,1 – коэффициент на потери тепла.
Вследствие большой емкости бойлера скорость движения подогреваемой воды в нем очень мала – она зависит от свободных конвективных потоков, возникающих в основном около горячих труб. Поэтому коэффициент теплоотдачи змеевика невелик: для стальных труб при паре он составляет 520-640, а при воде – 350-450Вт/м2∙0С.
Емкость бойлера для небольших систем горячего водоснабжения принимают равной максимальному часовому расходу горячей воды, а для больших систем определяют расчетом.
Рис. 3.8. Схема устройства скоростного противоточного водонагревателя:
1 – кожух секции; 2 – трубки; 3 – вход холодной воды; 4 – вход теплоносителя; 5 – выход нагретой воды; 6 – выход теплоносителя.
Скоростной противоточный водоподогреватель (рис. 3.8) имеет небольшую емкость, что позволяет организовать в нем противоток теплоносителя и подогреваемой воды и создать значительную скорость их движения. Эти обстоя-тельства позволяют получать в скоростном противоточном водоподогревателе коэффициент теплопередачи, достигающий 3000 Вт/м2∙°С. Рассчитывают его по данным, приведенным в книге Б.И. Левина и Е.П. Шубина «Теплообменные аппараты систем теплоснабжения»
Выпускаемый промышленностью скоростной противоточный водоподогреватель смонтирован из одинаковых секций. Каждая секция имеет кожух – трубу диаметром 50-325 мм в зависимости от мощности водоподогревателя с вставленными в нее на решетках трубками диаметром до 16 мм. Трубки устанавливают в кожухе без натяжения (с прогибом), что обеспечивает их самокомпенсацию при изменении температур, т.е. позволяет отказаться от установки компенсаторов.
Теплоноситель к скоростному противоточному водоподогревателю подводят сверху, и он последовательно проходит все секции по межтрубному пространству сверху вниз. Подогреваемую воду подводят снизу, и она проходит по трубам все секции снизу вверх, что обеспечивает противоток между теплообменивающимися средами. Трубки применяют латунные, поверхность нагрева их определяют по приведенным формулам.
Вследствие высокого коэффициента теплопередачи и малой емкости скоростного противоточного водоподогревателя его металлоемкость и габаритные размеры оказываются значительно меньшие, чем у емких бойлеров. Однако в системах горячего водоснабжения со скоростными противоточными водоподогревателями для создания емкости и сглаживания колебаний расхода воды за сутки приходится ставить специальные резервуары, большие скорости движения подогреваемой воды в этих водоподогревателях создают значительное гидравлическое сопротивление.
Водоподогреватели (бойлеры и скоростные противоточные) чаще всего устанавливают в нижних этажах подсобных помещений, в том числе при котельных. Для свободной очистки или ремонта змеевика или трубок перед фронтом водоподогревателей должно иметься свободное пространство, большее длины змеевика или трубок.
Для того чтобы давление в водоподогревателях не превышало расчетное, на них устанавливают грузовые предохранительные клапаны.
Для уменьшения потерь тепла, а также в целях уменьшения перегрева того помещения, где установлены водоподогреватели, и уменьшения остывания воды в них наружную поверхность водоподогревателей теплоизолируют.
Водопроводная вода может содержать в себе растворенные соли, часть которых (карбонатная жесткость) при нагревании выпадает, в том числе на греющей поверхности трубок, в виде накипи. При этом коэффициент теплопередачи от теплоносителя к нагреваемой воде уменьшается. Поэтому периодически (с интервалами в зависимости от количества и жесткости подогреваемой воды) очищают водонагреватели от накипи механическим способом (с помощью стальных щеток, скарпелей и шарошек) или химическим способом.
В последнем случае водоподогреватель отключают от системы и заливают в него слабый раствор соляной или уксусной кислоты для снятия накипи со стенок. Кислоту сливают и заливают несколько раз до полного удаления накипи. После этого водоподогреватель для нейтрализации действия кислоты промывают щелочью и чистой водой. В некоторых районах жесткость водопроводной воды доходит до 8-12 мг∙экв/л, поэтому использовать ее для горячего водоснабжения из-за быстрого «зарастания» стенок системы накипью невозможно. Такую воду предварительно умягчают и стабилизируют, например, с помощью катионитовых установок, магнитной обработки, подкисления и др.
|
Водоснабжение