Обогрев водопровода греющим кабелем – как обогреть водопровод на улице в частном доме
Обогрев водопровода диаметром до 50 мм обычно выполняется саморегулирующим кабелем и осуществляется несколькими способами, всё зависит от потребности и наличия доступа к трубам. Если к водопроводу есть беспрепятственный доступ или подвод воды только планируется, то стоит обратить внимание на обогрев труб снаружи, так как этот способ проще в монтаже. Но если труба уже закопана в землю и доступа к водопроводу нет, то кабель монтируется внутрь трубы.
Выбор необходимой мощности подогреваемыого водопровода
Основной задачей при выборе кабеля является правильный расчет необходимой мощности. Всё дело в теплопотерях труб, которые зависят от многих параметров: температуры окружающей среды и воды, материал и диаметр труб, толщина теплоизоляции и много другое. Можно конечно сделать всё «наверняка» просто замотав трубы кабелем, но такой метод неэкономичен и потребует дополнительных расходов на электроэнергию.
Раньше все расчеты производили вручную по формулам с большим количеством переменных, но это было долго и не удобно, поэтому была выведена таблица теплопотерь для основных диаметров труб и толщины изоляции. А на основе формул был создан калькулятор для подбора мощности. Перейти к калькулятору >>
Таблица теплопотерь
Для расчета обогрева внутри трубы можно выбирать минимальные значения изоляции, т.к кабель будет иметь непосредственный контакт с жидкостью. Приведенные величины потерь относятся только к трубопроводам. В практике следует учитывать потери тепла на клапанах, фланцах и т. д. Также необходимо учесть соответствующую длину кабеля, который компенсирует потери тепла в этих местах. Греющий кабель должен быть равной и чуть большей мощности, чем значение приведенное в таблице
|
толщина теплоизоляции [мм] |
ΔT°С |
Диаметр трубопровода, мм |
||||||
|
8 |
15 |
20 |
25 |
32 |
40 |
50 |
||
| Расчетные тепловые потери на 1 погонный метр трубы, Вт/м | ||||||||
|
10 |
30 |
5,8 |
|
10,5 |
12,3 |
14,9 |
17,9 |
21,6 |
|
13 |
5,0 |
7,2 |
8,7 |
10,2 |
12,2 |
14,5 |
17,3 |
|
|
16 |
4,5 |
6,4 |
7,6 |
8,8 |
10,5 |
12,3 |
14,7 |
|
|
19 |
4,1 |
5,7 |
6,8 |
7,9 |
9,3 |
10,9 |
12,8 |
|
|
20 |
4,1 |
5,6 |
6,6 |
7,6 |
8,9 |
10,5 |
12,3 |
|
|
25 |
3,7 |
4,9 |
5,8 |
6,6 |
7,7 |
8,9 |
10,5 |
|
|
30 |
3,4 |
4,5 |
5,2 |
5,9 |
6,9 |
7,9 |
9,2 |
|
|
32 |
3,3 |
4,4 |
5,1 |
5,7 |
6,6 |
7,6 |
8,8 |
|
|
40 |
3,0 |
3,9 |
4,5 |
5,1 |
5,8 |
6,6 |
7,6 |
|
Подбор длины кабеля для обогрева водопровода
Длина изделия для обогрева водопровода подбирается исходя из расчетов необходимой мощности на погонный метр трубы и номинальной мощности кабеля.
Например если необходима мощность 30 Вт на один метр трубы, то нам понадобится 2 метра кабеля мощностью 15 Вт/м или 1 метр 30 Вт/м. Первый вариант во многих случаях будет предпочтительней, так как значительно увеличит площадь обогрева.
Обогрев водопровода снаружи трубы
Для обогрева водопровода снаружи трубы применяется саморегулирующийся кабель с полиолефиновой или ПВХ оболочкой. Он дешевле, чем кабель для использования внутри трубы и не может быть применим с питьевой водой. Существуют как готовые комплекты, так и кабель в отрез.
Монтаж греющего кабеля снаружи трубы
При монтаже следует внимательно следить, чтобы кабель не проходил по острым краям, не пересекался и не соприкасался друг с другом. Не допускается радиус изгиба менее трёх внешних диаметров кабеля. Силовой кабель подводится к клеммной коробке, розетке или непосредственно к электрощитку. Узел соединения греющего кабеля с силовым располагается на обогреваемой трубе.
Как подключить подогревающий кабель для водопровода и избежать ошибок при монтаже системы обогрева снаружи трубы
- не крепить кабель металлическими изделиями;
- избегать крепления на острых краях;
- соблюдать допустимый радиус изгиба;
- узел соединения греющего кабеля с силовым крепить на трубе;
- для пластиковых труб использовать металлизированный скотч в роли подложки;
- минимальное расстояние между витками 30 см;
- для лучшей теплоотдачи кабель проклеить сверху алюминиевым скотчем.
Готовые комплекты для наружного применения
Кабель в отрез
Перейти в раздел
Обогрев водопровода внутри трубы
Для подогрева водопровода внутри используется кабель с оболочкой из пищевого фторполимера, он не токсичен и не подвергается разрушению при постоянном нахождении в воде. Для питьевой воды применяется специальный сертифицированный кабель, например Frostguard, его пригодность подтверждена сертификатом соответствия. Использовать изделия с полиолефиновой оболочкой для питьевой воды запрещено.
Важно:
- Для завода внутрь трубы используются сальники, подобрать подходящий можно по ссылке >>
- Внутренний диаметр водопровода должен быть не меньше 15 мм (1/2 дюйма)
- Краны и вентили обогреваются только снаружи
Подсказка: в случае затруднения протяжки кабеля внутри трубы можно использовать маленькую хитрость. Для этого нам понадобятся:
- Кусочек пенопласта;
- Капроновая нить чуть длиннее водопровода;
- Пылесос.
Привязываем один край нитки к пенопласту, а другой к оконцовочному колпачку греющего кабеля. Разбираем водопровод с двух сторон. Со стороны подвода питания заводим в трубу пенопластовый поплавок, с другой стороны крепим шланг обычного пылесоса и включаем. Тяги пылесоса вполне хватит для кусочка пенопласта с ниткой и он беспрепятственно пройдет по всей длине трубы. Останется только аккуратно потянуть его на себя и вытянуть привязанный греющий кабель.
Готовые комплекты для внутреннего обогрева труб с питьевой водой
Кабель в отрез для труб с питьевой водой
Перейти в раздел
Как получить индивидуальную систему для трубопровода
Для заказа индивидуальной системы обогрева водопровода достаточно заполнить форму заявки, мы перезвоним Вам и подберем подходящий вариант.
Бесплатная доставка по Москве. Гарантия на монтаж 5 лет.
Получить индивидуальное предложение
Спасибо за заявку!
Наши менеджеры свяжутся с вами в ближайшее время.
Обогрев Водопровода (Греющим Кабелем) + Монтаж
Мы предлагаем- Консультации
- Готовые решения
- Расчет
- Составления технико-коммерческого предложения
- Проектные работы
- Поставка материалов и оборудования
-
Гарантийное, постгарантийное обслуживание
Актуальность подогрева водопровода обусловлена климатическими условиями нашей страны. Промерзание водопровода зимой – проблема, с которой приходится сталкиваться домовладельцам. Последствия промерзания труб могут быть достаточно серьезными и дорогими.
Они ведут к нарушению всей системы водопроводных коммуникаций (разрыв труб, соединений, протечек, засорам). Эта проблема решаема, поскольку существует система электрического подогрева водопроводных труб, способная защитить их даже в периоды низких зимних температур. Основу которой составляет термокабель. Простота монтажа и обслуживания систем прогрева водопровода ведут к их активному распространению. Данные системы популярны среди частных домовладельцев и на промышленных предприятиях.
Для защиты трубопровода от промерзания используют саморегулирующиеся греющие кабели. Основной фишкой саморегулируемых термокабелей является способность выделять тепло в зависимости от необходимости и в таком количестве, какое требуется в определенный момент. Саморегулируемый термокабель снижает затраты на электричество во время эксплуатации, создавая дополнительную экономию денег.
Выбор мощности греющего термокабеля зависит от: минимальной температуры, способа укладки трубопровода, его диаметра, толщины утеплителя, способа монтажа электрического обогрева (внутреннего или наружного).
Для установки системы обогрева потребуется рассчитать мощность применяемого греющего кабеля. На нашем сайте есть калькулятор расчета мощности системы обогрева, используя который вы можете примерно рассчитать мощность кабеля, необходимого для установки системы обогрева на вашем участке. Более точные расчеты можно получить у нас.
Есть два способа монтажа греющего термокабеля: снаружи и внутри трубы. У каждого из способов есть своя технология. Термокабель, устанавливаемый внутри водопровода, должен быть с герметичной оконечной муфтой и иметь фторполимерную наружную оболочку. Кабель должен иметь гигиенический сертификат на использование в водопроводной воде. Водопровод оснащается сальниковым вводом, благодаря которому термокабель вводится во внутрь трубы. Фиксировать кабель при данном виде монтажа не требуется. При наружном монтаже греющий кабель закрепляется по всей длине трубопровода плотно прилегая к нему.
Прежде, чем устанавливать греющий кабель на металлические трубы, их нужно тщательно очистить от ржавчины и грязи. Поверхность должна быть чистой и ровной, чтобы не вызвать повреждений проводника. Кабель монтируется на очищенный трубопровод, и крепится крепежной лентой либо пластиковыми хомутами с интервалом в 30 см (минимум).
Один из частых вопросов, который возникает при обогреве водопровода: обязательна ли установка терморегулятора?
Терморегулятор контролирует температуру воды, путем снятия температуры со стенки трубы. Рабочий диапазон выставляемый на терморегуляторе +5 °C. Плюсом установки терморегулятора будет экономия расхода электроэнергии на электрообогрев. Экономически не выгодно устанавливать терморегулятор на трубопроводах небольшой длины.
Готовый наборы для обогрева трубОдним из решений при установке системы обогрева водопровода являются готовые комплекты, включающие все составляющие детали и соединения, необходимые для монтажа.
Наша компания выпускает готовые комплекты любой длины, и заданных характеристик.
Как обогреть водопровод зимой в частном доме, на даче, в бане | Все о греющем кабеле
Как обогреть водопровод зимой в частном доме, на даче, в бане? Какой греющий кабель для водопровода выбрать – наружный или внутренний? В чем отличие способов прокладки таких кабелей? Ответы на все эти вопросы в нашем небольшом обзоре.
При обустройстве автономной системы водоснабжения загородного дома требуется защитить наружный трубопровод от зимних морозов. Участок трубы от колодца или скважины до точки входа в здание необходимо заглубить в грунт ниже уровня промерзания. Дополнительно следует уложить греющий кабель, чтобы защитить трубопровод от замерзания в сильные морозы.
Саморегулирующийся нагревательный провод – современное решение
Кабель с функцией саморегуляции температуры является наиболее удобным вариантом для прогрева водопровода в частном доме зимой.
Не требуется сложной автоматики для управления – провод самостоятельно регулирует мощность нагрева. Цена греющего кабеля доступна для рядового потребителя, а монтаж выполняется быстро и не требует специфичного оборудования. Особые свойства изделия обусловлены применением полупроводниковой матрицы, которая меняет потребление энергии в зависимости от температуры окружающей среды.
Различия способов укладки греющего кабеля
Производители предлагают изделия с различными параметрами, обусловливающими способ монтажа. Например, чтобы можно было укладывать греющий кабель в трубу, необходимо обеспечить повышенную гидроизоляцию проводника и использовать химически инертные вещества для наружной оболочки.
Примером такого изделия служат нагревательные секции Freezstop Inside, поставляемые в виде готовых к монтажу комплектов.
По другой технологии греющий провод монтируется снаружи трубы. В Новосибирске часто данную технологию реализуют с помощью кабеля FroStop Black. Так как нагревательный элемент не контактирует с водой, снижаются требования к герметичности и материалу наружного покрытия, что позволяет снижать цену продукции.
Начальная экономия оборачивается немного более высоким расходом энергии при эксплуатации, так как небольшая часть тепла неизбежно теряется.
Разработаны провода, которые можно устанавливать как снаружи, так и внутри трубы. Таким изделием является кабель Frostguard. Универсальность применения позволяет выбрать наиболее удобный способ прокладки греющего элемента, учитывая особенности трубопровода и возможность обслуживания в будущем. Стоимость данного изделия несколько ниже, чем цена провода для монтажа внутри трубы.
Какой кабель выбрать для обогрева водопровода зимой?
Решение данного вопроса лучше поручить профессионалам, но примерное представление можно составить, руководствуясь просто здравым смыслом. Главным образом следует принимать во внимание способ монтажа трубопровода.
Если водопровод от точки забора воды до дома уложен под землей, легче обслуживать и заменять греющий кабель, находящийся внутри трубы. Для извлечения провода достаточно отсоединить питание и вытянуть изделие.
Это намного легче, чем откапывать трубопровод и снимать теплоизолирующее покрытие.
На дачах многие конструируют временный водопровод – для бани или летней кухни, например. При этом, на глубину промерзания трубы обычно не закапывают, а оставляют их у поверхности или же прямо на земле. Стоит учитывать, что на водопроводной ветке, проложенной на поверхности земли, удобнее диагностировать и менять провод, установленный снаружи трубы. Потребуется снять теплоизоляцию и доступ к осмотру греющего кабеля будет открыт. Конечно, этот способ требует затрат времени, но снимать теплоизоляцию гораздо проще, это менее трудоемкая операция, чем отключение провода и извлечение его из трубы.
Обогрев водопровода | Греющий кабель и Теплый пол
Обогрев водопроводных труб устроить просто, если использовать саморегулирующийся нагревательный кабель.
Принцип таков: саморегулирующийся кабель по всей длине водопровода поддерживает положительную температуру воды в трубе, автоматически подстраивая свою мощность на каждом отдельно взятом участке длины трубопровода.
Если труба не закопана и к ней есть доступ, то на неё закрепляется кабель обогрева с помощью алюминиевой самоклеющейся ленты, и сверху на трубу вместе с нагревательным кабелем одевается утеплитель.
В случае, когда доступа снаружи к трубе нет (уже закопана), обогрев водопровода осуществляется с помощью специального греющего саморегулирующегося кабеля для ввода внутрь трубы.
У саморегулирующегося греющего кабеля есть такая характеристика как номинальная мощность. Эта величина показывает, сколько расходует метр нагревательного кабеля на воздухе при температуре 10 С (на трубе, под теплоизоляцией саморегулирующийся кабель обогрева будет потреблять меньше).
Для обогрева труб разного диаметра предназначены модели саморегулирующегося кабеля с различной номинальной мощностью. Исходя из этого и выбирается конкретная модель греющего кабеля для обогрева водопровода:
Для обогрева водопровода диаметром до 32 мм:
Для обогрева водопровода диаметром от 32 до 60 мм:
Для обогрева водопровода диаметром свыше 60 мм:
Для обогрева водопровода, уже проложенного под землей, предназначен греющий кабель внутри трубы:
Саморегулирующийся кабель марки Heatus 10SeDs2-CF рассчитан на использование в пищевых водопроводах с высоким давлением, обладает всеми преимуществами нагревательных кабелей и сертифицирован для использования в пищевом водопроводе.
Обогрев водопровода (полипропилен 20 мм), вид сбоку:
Обогрев водопровода (полипропилен 20 мм), вид сверху:
Саморегулирующийся нагревательный кабель применяют для обогрева водопроводных труб всех марок, из всех материалов.
Благодаря свойству саморегулирования на каждом отдельно взятом участке, система получается:
- экономичная в эксплуатации (при хорошей теплоизоляции нагревательный кабель потребляет значительно меньше своей номинальной мощности).
- надежная в функционировании (если на каком-то участке обогреваемого водопровода теплоизоляция хуже и большие теплопотери, то именно на этом участке саморегулирующийся кабель сам увеличивает свою теплоотдачу, тем самым обеспечивая защиту водопровода от промерзания).
Чтобы купить греющий кабель — звоните прямо сейчас!
Обогрев водопровода греющим кабелем
Современные системы водоснабжения частных домов не всегда организуются с учетом СНиПов.
В некоторых случаях проложить трубопровод ниже глубины промерзания не представляется возможным из-за особенностей грунта, наличия естественных и искусственных препятствий и т.д. Неправильная прокладка трубопровода или несоблюдение защитных мер в таких случаях зачастую приводит к нарушению его работы, а в некоторых случаях к полному выходу из строя или отдельных участков бытового трубопровода. Для защиты от замерзания применяют утепление и обогрев водопровода электрическим греющим кабелем.
В каких случаях применяется обогрев водопровода?
Идеально спроектированная система водоснабжения, уложенная ниже глубины промерзания грунта и утепленная теплоизоляцией, не нуждается в обогреве. Согласно СНиП 2.04.02-84 трубопровод должен быть уложен ниже глубины промерзания на 0.5м.
При залегании трубопровода в грунте выше отметки 1,8-2,0 м для средней полосы России (для различных районов России глубина промерзания варьируется) водопровод нуждается в обогреве.
Даже в случае кратковременного промерзания грунта возможно образование ледяных пробок или сужения просвета трубы, что в дальнейшем может привести к разрушению трубопровода.
Данная проблема особенно трудно устраняется, если замерзание произошло на участке подземного трубопровода – отсутствует возможность отогреть трубу обычными способами: при помощи горячей воды или строительного фена.
Участки водопровода, требующие обогрева
- Водопровод, проложенный выше глубины промерзания – в некоторых случаях укладка трубопровода ниже глубины промерзания невозможна из-за наличия подземных препятствий: каменистых участков под землей, особо прочного грунта либо наличием бетонных участков.
- Незащищенные участки водопровода в районе подвода к зданию, а также организованные на участке внешние точки: садовые колонки, внешние водопроводные краны и т.д.
- Участки водопровода, расположенные в технологических колодцах при отсутствии их должного утепления, например, с неутепленной крышкой и т.д.
Во всех этих случаях, если участок трубопровода находится выше уровня промерзания грунта, для его безопасной эксплуатации необходимо его утепление и обогрев греющим кабелем.
При этом срок службы обогреваемого водопровода гораздо больше ввиду отсутствия влияния на него разрушительных факторов.
Саморегулирующийся греющий кабель для водопровода
Для обогрева бытового водопровода применяется чаще всего саморегулирующийся греющий кабель, укладываемый на трубу под теплоизоляцию. В отличии от резистивного кабеля (кабеля постоянной мощности), саморегулирующийся обогревающий кабель способен изменять свою мощность нагрева в зависимости от внешней температуры окружающей среды или температуры водопровода, таким образом обеспечивая безопасную эксплуатацию трубопровода на любом его участке, а также значительную экономию энергии.
Подробное устройство и принцип работы саморегулирующегося нагревательного кабеля мы приводим в отдельном разделе. Остановимся на основных преимуществах.
Преимущества саморегулирующегося кабеля
- Возможность разрезать кабель в любом месте, изготавливая секции нужной длины прямо на месте монтажа.
- Экономичность системы – способность локального изменения мощности тепловыделения на участке обогрева.
- Простота монтажа.
- Кабель не боится локального перегрева даже при монтаже внахлест.
- Не требует обязательного применения терморегуляторов и датчиков температуры в отличие от резистивного кабеля, хотя их использование с саморегулирующимся кабелем приводит к более экономичному использованию системы обогрева.
Саморегулирующийся обогревающий кабель может укладываться как на трубу (под теплоизоляцией), так и в самой трубе (применимо для труб небольшого диаметра до 40мм).
Доставляем кабель
в любую точку России!
Обогрев трубопровода снаружи
Обогрев трубопровода внутри
Саморегулирующийся кабель SAMREG 16-2-
Линейная мощность:
16 Вт/м. п.
- Назначение: трубопровод
- Страна производства: Южная Корея
- Экран: без экрана
- Тип: саморегулирующийся
- Вид: низкотемпературный
п.
Цена производителя
Саморегулирующийся кабель SRL 16-2-
Линейная мощность:
16 Вт/м. п.
- Назначение: трубопровод
- Страна производства: Южная Корея
- Тип: саморегулирующийся
- Вид: низкотемпературный
- Применение: без взрывозащиты
п.
Оптовый прайс
Саморегулирующийся кабель SAMREG 24-2-
Линейная мощность:
24 Вт/м. п.
- Назначение: трубопровод
- Страна производства: Южная Корея
- Экран: без экрана
- Тип: саморегулирующийся
- Вид: низкотемпературный
п.
Цена производителя
Обычно под теплоизоляцией для трубопроводов небольшого диаметра используется кабель мощностью 16-30 Вт/м без защитного экрана (оплетки) для пластиковых трубопроводов и с защитным экраном для трубопроводов из металла.
Мощность греющего кабеля зависит от диаметра трубопровода, минимальной температуры окружающей среды и толщины теплоизоляции. По этим данным выполняется теплотехнический расчет трубопровода.
Расчет мощности можно произвести по таблице, в которой указан диаметр трубопровода (мм), толщина теплоизоляции (мм) и ΔТ, °С – разница между требуемой температурой (для трубопровода это +5°С) и минимальной температурой окружающей среды.
Типовые расчеты теплопотерь с поверхности трубопровода
Рассчетные теплопотери, Qv, Вт/м (при коэффициенте теплопроводности теплоизоляции 0,05 Вт/м (м’ °С) – соответствует утеплителю типа минеральная вата.
Данная таблица применима как для обогрева снаружи, так и для обогрева внутри трубы.
Например: Трубопровод диаметром 159мм, утепленный теплоизоляцией толщиной 50мм, при минимальной температуре окружающей среды -25°С и необходимой температуре +5°С получаем разницу 30°С, по таблице данное значение мощности тепловых потерь составит 18,82 Вт/м.
Мощность выбранного кабеля должна быть не меньше найденной мощности тепловых потерь.
Мощности кабеля традиционно нормируются 10/16/24/30/40 Вт/м. Таким образом, для обогрева данного в примере трубопровода подойдет кабель мощностью 24 Вт/м. Длина секции кабеля зависит от длины трубопровода и наличия дополнительных обогреваемых элементов (поворотов, тройников, запорной арматуры и т.д.).
Чаще всего бытовые трубопроводы обогреваются кабелем в одну нитку. В некоторых случаях применяется спиральная намотка кабеля на трубу либо обогрев в 2 и более ниток (характерно для трубопроводов большого диаметра).
Резистивный кабель для обогрева трубопровода
Кабель постоянной мощности (резистивный) имеет определенную мощность и не обладает способностью саморегуляции. Функцию терморегуляции выполняют датчик температуры, расположенный на поверхности трубопровода и терморегулятор, подключенный к системе обогрева. Чаще всего резистивный кабель применяется для промышленного обогрева.
Данный кабель продается только в готовых секциях определенной длины и изменять длину секции строго запрещено (кабель просто перестанет работать). Для бытового обогрева существуют также готовые секции, имеющие терморегулятор (биметаллический термостат), расположенный на конце кабельной секции. При температуре ниже +3°С он включает нагревательную секцию и выключает при достижении температуры +10°С.
Преимуществам резистивного кабеля
- Поддержание высоких температурных характеристик обогреваемых трубопроводов и объектов.
- Разогрев продуктов в трубопроводах и стартовый предпусковой разогрев.
- Высокое удельное тепловыделение.
- Постоянная мощность обогрева независимо от изменения температуры, что широко применяется для систем разогрева объектов.
- Стабильные характеристики на протяжении всего срока эксплуатации.
- Низкая цена.
Недостатки резистивного кабеля
- Кабель боится локального перегрева.
- Сложность управления системой.
- Фиксированная длина секции создает сложности при монтаже.
Доставляем кабель
в любую точку России!
Каким образом можно отогреть замерзшую трубу, расположенную под землей?
Бывают такие ситуации, когда от замерзания водопровод уберечь не удалось, например, при резком и длительном понижении температуры окружающей среды.
В этом случае необходимо в кратчайшие сроки отогреть замерзшую трубу.
-
При наличии греющего кабеля, установленного на трубопровод, но не включенного в сеть (например, забыли включить или неисправен терморегулятор) задача отогрева замерзшего трубопровода будет существенно облегчена.
Для этого необходимо проверить все основные параметры и узлы системы обогрева:
- Питание – проверить наличие напряжения питания в системе обогрева.
- Нагревательный кабель – измерить сопротивление между нагревательными жилами в случае использования резистивного кабеля. Оно должно соответствовать паспортному значению на данную нагревательную секцию.
- Терморегулятор (при наличии) – проверить его работоспособность.
В случае использования саморегулирующегося кабеля рекомендуется также измерить сопротивление между токоведущими жилами. Хотя этот параметр не нормируется, но по результатам измерения можно качественно оценить работоспособность саморегулирующегося кабеля. Сопротивление между токоведущими жилами саморегулирующегося кабеля зависит от мощности кабеля, его длины и температуры поверхности кабеля. Чем больше мощность кабеля, его длина и меньше температура поверхности кабеля (например, кабель холодный), тем меньше его сопротивление. Для рабочего саморегулирующегося кабеля в холодном состоянии в зависимости от его длины и мощности сопротивление может варьироваться от 4 Ом до 1000 Ом. Если сопротивление кабеля показывает от 5-6кОм и более, то скорее всего такой кабель не рабочий и греть не будет.
Если система обогрева успешно прошла проверку, то можно ее включить в работу. Рекомендуется также открыть кран, чтобы обеспечить движение воды во время разогрева трубопровода.
Внимание! Процесс отогрева трубопровода в данном случае может занять некоторое время (от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от степени замерзания трубопровода), т.к. мощность системы обогрева небольшая и предназначена лишь для защиты от замерзания.
-
При отсутствии греющего кабеля на трубопроводе задача усложняется, а в некоторых случаях не возможна.
При наличии замерзшего участка между технологическими колодцами или между скважиной и вводом в дом можно попробовать отогреть трубу с помощью низковольтного мощного источника питания, например, с помощью сварочного аппарата. Данный метод применим только для металлических трубопроводов. Выход современных сварочных аппаратов имеет напряжение 60-80В, что можно считать условно безопасным для человека. Клеммы сварочного аппарата подключаются между предполагаемым участком замерзания трубопровода (например, один конец в доме, другой в – технологическом колодце), и на сварочный аппарат подается питание на 20-40сек. При этом ток будет протекать по трубе, нагревая ее. Водопроводный кран при этом должен быть открыт для движения воды. При работе со сварочным аппаратом необходимо соблюдать технику безопасности.
Для пластиковых и полипропиленовых труб данный метод разогрева не подойдет.
Проверил: Евгений Щипунов
Главный инженер ООО «СКО Альфа-проджект»
Вам также помогут статьи
Подбор кабеля для системы обогрева водопровода
- Рассчитаем требуемую мощность
- Подберем кабель и крепления, подходящий для Вашего объекта
- Порекомендуем удобную систему управления
Спасибо, наш менеджер свяжется с вами в ближайшее время
Заполните обязательные поля
Расчеты будут отправлены на Ваш e-mail, внимательно проверьте данные при отправке.
Греющий (нагревательный) кабель для обогрева труб (трубопроводов)
В разделе греющего кабеля для трубопроводов представлены нагревательные кабели «Теплолюкс» и EBECO длиной от 1 до 30 м для внутреннего/наружного размещения, а также фитинги и расходные материалы к ним. Выбирайте и приобретайте у нас любые необходимые вам решения быстро, удобно и выгодно с возможностью осуществления доставки товаров.
Комплект для обогрева труб “Защита трубопровода”
Идеальное решение для дачи, гаража, садового участка!
– Простой монтаж и подключение.
– Долговечность и надёжность.
– Не требуется система уравления.
– Все что вам нужно – просто включить в розетку.
Комплект греющего (нагревательного) кабеля для обогрева труб (трубопроводов) EBECO FROSTVAKT служит для защиты бытовых и промышленных водопроводов (пластиковых и металлических, диаметром до 100 мм) от замерзания при отрицательной температуре, в помещениях и на улице.
Вы также можете использовать греющий кабель для обогрева водосточных труб и воронок (соединение нагревательного и проводящего кабеля не должно находиться внутри трубы), дренажных систем кондиционеров, грунта в оранжереях и телицах.
Кабель для обогрева труб «Защита трубопровода» состоит из нагревательного саморегулирующегося кабеля Ebeco EBtrace F10, cнабженного 2 — 3 м (в зависимости от мощности комплекта) соединительным кабелем и разъемным соединением, рассчитанными на 220 вольтовые розетки с заземлением (евровилка). Выходная тепловая мощность регулируется самим нагревательным элементом кабеля — полимерной матрицей, в зависимости от теплосъема окружающей среды. Таким образом, нет никакого риска перегрева нагревательного кабеля для обегрева труб и трубопровода.
Применяется только на теплоизолированных трубопроводах, т.е. после укладки нагревательного кабеля трубопровод или трубную арматуру (краны, тройники, муфты, фланцы, водосчётчики и т.д.) нужно теплоизолировать. При этом нагревательный кабель для обогрева труб можно покрывать только материалом, выдерживающим температуру от 65C (например, минеральным утеплителем) толщиной не менее 30 мм.
Обогрев труб саморегулирующимся кабелем можно осуществлять, прокладывая кабель как снаружи трубы, так и изнутри.
Обогрев трубопровода снаружи производится на вновь прокладываемых водопроводах или на водопроводах, к которым можно осуществить доступ. В этом случае греющий кабель закрепляется на нижней поверхности трубы или обвивается по спирали вокруг трубы (в зависимости от диаметра и конкретных условий на объекте). Кабель крепится к трубе с помощью алюминиевого скотча для передачи тепла от кабеля равномерно, по всей площади поверхности трубы (алюминиевым скотчем необходимо обмотать сплошь весь обогреваемый участок трубы). После этого на трубу одевается трубный утеплитель типа Thermaflex, Энергофлекс и т.п.
При отсутствии доступа к трубопроводу и невозможности его обеспечить, обогрев трубы саморегулирующимся кабелем осуществляют изнутри трубы. При этом в месте ввода нагревательного кабеля в трубу устанавливают тройник или седелку (для всех видов пластиковых трубопроводов мы рекомендуем именно седелки) с отводом на 1/2” или ?”. После установки седелки или просверливании отверстия в трубе, в седелку вкручивается трубная врезка, в которую согласно прилагаемой инструкции заводится нагревательный кабель. ВНИМАНИЕ! Трубопроводы диаметром 20мм и ниже обогреваются только снаружи.
Обогрев водопроводных труб греющим кабелем
Одной из проблем загородных домов является промерзание водопровода с наступлением холодов. Замерзание воды в трубах может происходить по нескольким причинам – слишком низкие температуры в течение продолжительного времени или неправильно выполненный монтаж системы водоснабжения. Основной способ решить данную проблему – выполнить обогрев водопроводных труб греющим кабелем, что по силам любому начинающему электрику. В этой статье мы расскажем, как выполнить монтаж греющего кабеля для водопроводных труб своими руками. Для наглядности Вам будут предоставлены схемы укладки, инструкции и наглядные фото.
Как работает система кабельного обогрева?
Для начала необходимо понять, как происходит обогрев труб при помощи электричества. Саморегулирующийся или резистивный греющий кабель прокладывается в месте промерзания трубы и подключается к электросети и как следствие происходит нагрев кабеля и прогрев трубы. Монтаж греющего проводника для водопровода может быть выполнен как внутри трубы, так и снаружи. Каждый из этих вариантов обладает своими преимуществами и недостатками, о них мы поговорим ниже.
Важно знать, что в системах обогрева водопроводных труб применяется двухжильный проводник. Так как двухжильный проводник не надо закольцовывать, что бывает очень затруднительно в стеснённых условиях. Лучшим вариантом является прокладка саморегулирующегося греющего кабеля, работающего без термостата.
Способ монтажа греющего проводника
Давайте рассмотрим способы наружного и внутреннего монтажа греющего кабеля и поговорим о дополнительной теплоизоляцией всей системы.
Внешний монтаж по трубе
Внешний монтаж по трубе выполняется двумя способами вдоль трубы и по спирали вокруг. Рассмотрим более подробно каждый из способов.
Вдоль трубы
С технической точки зрения проще всего выполняется монтаж греющего кабеля вдоль трубы в одну линию. Но в этом случае проводник должен быть обязательно закреплен под трубой, что позволит более быстро прогревать водопроводную трубу снизу доверху.
Если вы прокладываете несколько греющих кабельных линий вдоль трубы, это следует выполнять как показано на схеме ниже:
Для крепления греющего кабеля лучше всего использовать алюминиевый скотч, который не только надёжно закрепит проводник, но и повысит теплоотдачу. Можно использовать для крепежа греющего кабеля клейкую ленту, оборачивая ей трубопровод по следующей схеме:
Выполняя прокладку, особое внимание следует уделить монтажу кабеля на углах. Чтобы радиус изгиба кабеля был как можно больше, рекомендуется выполнять его по внешнему радиусу трубы, как на рисунке выше.
Спиральный монтаж греющего кабеля
Если в вашем регионе зимой наблюдаются продолжительные низкие температуры, рекомендуется оборачивать греющий кабель вокруг трубы по спирали. При этом эффективность обогрева будет на порядок выше. Есле вы решили выполнить монтаж таким образом, то должны быть готовы к тому, что расход кабеля будет примерно в два раза больше длины трубопровода. В труднодоступных местах укладка кабеля по спирали может производится следующим образом:
При этом кабель крепят оставляя петли, после чего петли обматывают вокруг трубы. При таком способе трудозатраты получаются на порядок меньше чем при пошаговой обмотке трубы.
Обогрев отдельных узлов
При обогреве таких узлов как краны, фланцы и задвижки следует использовать больше кабеля, так как в таких местах наблюдается большой отвод тепла. Более подробно со схемой монтажа можно ознакомиться ниже:
Особое внимание следует уделить установке термодатчика. Для исправной работы обогрева, рекомендуется размещать датчик на некотором удалении от кабельной линии. Как правильно расположить датчик температуры, можно ознакомиться на схемах ниже:
Монтаж греющего кабеля внутри трубы
Монтаж греющего кабеля внутри трубы выполняется в том случае, если отсутствует возможность выполнить обогрев снаружи. Данный способ обогрева водопровода выбирается, если трубы уже смонтированы под землёй или других труднодоступных местах. Недостаток данного вида монтажа заключается в следующем:
- Занижается диаметр трубы
- Греющий кабель со временем обрастает налётом, что ведёт к засорам
- На водопроводе добавляется новая точка, что ведёт к снижению общей надёжности.
- Монтаж греющего кабеля возможно осуществить только на прямых или мало изогнутых участках трубопровода. Запрещается проводить греющий кабель через запорную арматуру.
К положительным моментам этой системы относится низкое электропотребление так как происходит прямой контакт с водой и менее трудоёмкий ремонт (кабель легко заменяется). Монтаж греющего кабеля внутри трубы производится следующим образом:
1. На кабель надевается сальниковый узел для размещения в трубе
2. На участке водопровода выполняется монтаж тройника, через который будет выполнен ввод греющего кабеля.
3. Греющий кабель необходимо проложить до проблемного места, которое должно быть подогрето.
4. Сальниковый узел с кабелем закручивается и герметизируется.
Как Вы поняли, внутренний монтаж греющего кабеля в водопроводной трубе не представляет особого труда. Теперь необходимо выполнить завершающие этапы монтаж: утепление труб и подсоединение к электрической сети.
Утепление труб
Утепление труб необходимо выполнить для лучшего сохранения тепла. В качестве теплоизоляции можно использовать специальные утеплители для труб из вспенённого полиуретана. Кроме сбережения тепла, слой теплоизоляции дополнительно защитит греющий кабель (при наружном монтаже).
Подключение к электрической сети
Выполняя подключение к электрической сети лучше использовать УЗО, которое защитит человека от поражения электрическим током.
Как видите, монтаж обогрева трубопровода достаточно трудоёмок, однако его можно выполнить своими силами.
Материалы, близкие по теме:
Бытовое горячее водоснабжение – обзор
18.2 Обзор современного мониторинга и управления системами накопления тепловой энергии
Системы накопления тепловой энергии образуют центральный компонент в системах отопления помещений (SH) и горячего водоснабжения ( ГВС) для большинства промышленных, коммерческих и бытовых приложений. Несмотря на то, что существует множество конструкций систем, которые можно было бы считать стандартными, например, в домашних условиях, основные принципы их фундаментальной конструкции и стратегий управления обычно являются общими.Как правило, стратегии управления в типичной системе отопления жилых помещений основаны на активации котла, работающего на ископаемом топливе, в ответ на потребность в тепловой энергии (то есть в тепле). Потребность в тепле от бойлера обычно является ответом на потребность в ГВС или ТГ. В Соединенном Королевстве, например, наиболее распространенные типы систем центрального отопления, которые можно найти в домашних условиях, классифицируются как системы отопления Y-Plan или S-Plan, как показано на рис. 18.1.
Рисунок 18.1. Схема, показывающая расположение бытовых систем центрального отопления S-Plan и Y-Plan, распространенных в Соединенном Королевстве.
Управление и мониторинг этих традиционных систем обычно достигается с помощью комбинации электронного блока таймера / контроллера, комнатных термостатов, термостатов цилиндров и либо зонных клапанов, либо трехходовых переключающих клапанов.
Такие системы обычно работают по таймеру, при этом конечный пользователь определяет, в какие дни недели и время суток система отопления должна активировать, чтобы произвести ГВС или внести свой вклад в SH.Термостаты предусмотрены на тепловых накопителях для контроля температуры сохраненной тепловой энергии и для подачи сигнала отключения контроллеру, когда достигается заданная температура в тепловом накопителе, как показано на рис. 18.2. Этот сигнал отключения гарантирует, что дополнительная тепловая энергия не поступит в накопитель тепла при достижении заданного значения. На стороне SH системы можно использовать несколько комнатных термостатов для контроля температуры воздуха в жилых / рабочих помещениях.Эти термостаты используются для управления зонными клапанами, которые могут использоваться для открытия или закрытия подачи тепловой энергии в любую из ряда определенных зон нагрева в зависимости от того, есть ли потребность в SH в какой-либо конкретной зоне.
Рисунок 18.2. Схема, показывающая типичную конфигурацию проводки термостата для управления и распределения горячей воды в бытовых условиях как для отопления помещений, так и для систем горячего водоснабжения.
В случае расположения Y-Plan, как показано на рис.18.1, система снабжена трехходовым клапаном в среднем положении, который направляет нагретую воду либо в теплоаккумулятор, либо в контур центрального отопления, либо в оба. Решение о том, куда направить тепловую энергию, принимает стандартный электронный контроллер Y-плана. Контроллер настраивается или активируется конечным пользователем, чтобы направлять тепловую энергию для удовлетворения преобладающих потребностей в тепле, то есть либо для ГВС, либо для теплоснабжения, либо для того и другого. В случаях, когда контур центрального отопления снабжен комнатными термостатами, тепло будет распределяться по зонам сети центрального отопления только тогда, когда есть потребность в SH от любой из определенных зон SH.
Схема S-Plan, показанная на рис. 18.1, снабжена отдельными зонными клапанами для аккумулирования тепла и контура центрального отопления. Это дает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отдельные отопительные контуры можно разделить на зоны с разными заданными значениями температуры, применяемыми для жилых и спальных зон. Например, обычно спальные зоны наверху определяются как одна зона SH, а жилая зона внизу определяется как отдельная зона SH. Разделение зон SH имеет дополнительное преимущество, поскольку тепловая энергия направляется только в те зоны, где есть реальная потребность в SH, в отличие от отопления всей собственности, когда может быть потребность только в обогреве определенной зоны.
Хотя схемы центрального отопления Y-Plan и S-Plan являются двумя наиболее распространенными конфигурациями систем отопления в Великобритании, существует также множество других вариантов. Такие компании, как Honeywell (2011), предоставляют профессиональные руководящие документы, детализирующие требования к компоновке и проводке для самых разных конфигураций системы, а также рекомендации по компонентам, которые необходимы для удовлетворения проектных потребностей для ряда наиболее распространенных схем центрального отопления.
В то время как традиционные системы Y-Plan и S-Plan просты и эффективны в обеспечении уровней комфорта, требуемых жильцами зданий, они не оптимизированы в работе и не обладают интеллектуальными функциями. Уровни комфорта достигаются с минимальным учетом или без учета оптимизации общей производительности и эффективности системы или с учетом снижения потребления энергии или экономии на расходах на топливо.
Хотя традиционные системы, как правило, не стремятся ни оптимизировать общую производительность системы, ни снизить потребление энергии в домашних условиях, растет потребность в модернизации как новых, так и существующих систем отопления, чтобы они могли снизить общее потребление энергии. .Технологии, предназначенные для сокращения потребления ископаемого топлива при сохранении уровня комфорта в доме, становятся обычным явлением. Использование комнатных термостатов и / или радиаторных термостатов становится все более распространенным методом, при котором помещения, подлежащие обогреву в пределах собственности, зонируются таким образом, чтобы жилое / рабочее пространство обеспечивалось только количеством тепла, необходимым для нагрева этого пространства до комфортного уровня до нагрев этой зоны выключен. Для новых зданий в Соединенном Королевстве обязательным требованием Части L строительных норм (DCLG, 2010) является то, что в жилище должно быть как минимум две зоны нагрева, которые контролируются термостатом и зонным клапаном.Кроме того, все радиаторы должны быть оснащены терморегулирующими вентилями. Хотя эти устройства являются пассивными по своей природе и работают исключительно при температуре их непосредственной близости, они действительно обеспечивают повышенную эффективность работы всей системы отопления.
В то время как строительные нормы Великобритании теперь обязывают новые жилые дома иметь по крайней мере две зоны нагрева (DCLG, 2010), другие системы отопления, такие как полы с подогревом, снабжены контроллерами, которые могут обслуживать множество зон SH с индивидуальными комнатными термостатами, расположенными в каждой. зона в собственности, которую необходимо отапливать.Это позволяет пользователю устанавливать подходящие уровни комфорта для каждой зоны жилища с типичной комфортной температурой жилой зоны 21 ° C и спальной зоны 18 ° C. Расположение отдельных комнатных термостатов позволяет лучше и эффективнее контролировать распределение тепловой энергии, которая вырабатывается котлами или, в некоторых случаях, извлекается из теплового аккумулятора.
Кроме того, теплые полы становятся все более популярной технологией и считаются более эффективной системой отопления, чем использование традиционных подвесных радиаторов для SH.Стандартная процедура оценки Великобритании (SAP, 2009) относит повышение эффективности конденсационных котлов на 3% к системам теплого пола по сравнению с системами с радиаторным отоплением.
В то время как распределение тепловой энергии по дому все чаще контролируется с помощью комнатных и радиаторных термостатов, фактическое хранение тепловой энергии и мониторинг аккумуляторов тепла в настоящее время не являются обычным явлением. Цилиндры хранения тепла обычно снабжены термостатом цилиндра, который в первую очередь является устройством отключения и / или безопасности, чтобы гарантировать, что никакая дополнительная тепловая энергия не добавляется к цилиндру хранения после того, как он достигнет желаемой заданной температуры.Кроме того, также используется термостат верхнего предела, который полностью отключит питание отопительного контура в случае, если система перегреется сверх максимально допустимой температуры, как показано на рис. 18.2. Обычно термостаты цилиндра подключаются к двухходовому зонному клапану, подающему тепло в накопительный цилиндр. Когда достигается заданная температура или превышается верхний предел, то клапан зоны в хранилище закрывается, и дополнительное тепло в хранилище не может быть добавлено.
Таким образом, текущее состояние дел в области накопления тепла и последующего распределения и / или использования этой накопленной тепловой энергии обеспечивает приемлемые уровни комфорта для жителей здания.Однако эти системы не являются интеллектуальными в эксплуатации и не полностью оптимизированы для обеспечения наивысшего уровня эффективности при производстве, хранении и использовании тепловой энергии в здании, в котором они установлены, или для приложений, для которых они установлены. предназначены.
Система горячего водоснабжения – обзор
E Горячая вода по сравнению с паровыми системами централизованного теплоснабжения
На этом этапе важно обсудить преимущества централизованного теплоснабжения с горячей водой, используемого в Европе, по сравнению с нынешними паровыми системами Соединенных Штатов.У системы централизованного теплоснабжения с горячей водой есть два основных преимущества: улучшенное управление системой (включая выравнивание нагрузки) и повышенная топливная эффективность (для комбинированного производства тепла и электроэнергии).
Регулирование количества тепла, которое достигает потребителя в системе горячего водоснабжения, достигается за счет регулирования расхода и температуры. Эти два параметра регулярно контролируются и регулируются на центральной теплоцентрали в ответ на потребность потребителя в тепле (в зависимости от температуры окружающей среды) и электрическую нагрузку.Система горячего водоснабжения обеспечивает большую гибкость в согласовании электрической нагрузки с генерирующей мощностью. Тепловая энергия может храниться в резервуарах для горячей воды в периоды высокого потребления электроэнергии и отводиться в периоды низкого потребления. Система с такими возможностями может выравнивать потребность системы в тепле, непрерывно отслеживая электрическую нагрузку (Muir, 1973,1975).
Чтобы проиллюстрировать экономию топлива, достижимую при использовании системы распределения горячей воды, а не паровой системы, были выполнены расчеты для систем, показанных на рис.10 и 11. Система комбинированного производства тепла и электроэнергии с использованием горячего водоснабжения схематически представлена на рис. 10. На рисунке 11 представлена наша модель паровой системы производства тепла и электроэнергии. Расчетные данные для двух моделей приведены в таблице II. Каждая система поставляет 1 000 000 БТЕ полезной тепловой энергии и 110,02 кВт · ч электроэнергии. Столбец 1 в Таблице II показывает, что паровой системе требуется на 24% больше топлива для обеспечения тех же требований к мощности, что и для системы горячего водоснабжения.
Фиг.10. Схема водяной системы для сравнения водяной и паровой систем (см. Рис. 11).
Рис. 11. Схема паровой системы для сравнения водяных и паровых систем, (а) паровая система с противодавлением, (б) подогрев питательной воды для (а). (c) Условная единица для дополнения (a) и (b).
ТАБЛИЦА II. Сравнение водяных и паровых систем
| Расположение | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| И.Водная система | |||||||||||
| a. Вещество a | F | – | S | S | W | H | H | – | – | H | E |
| b. Количество (фунты) | – | – | 1080 | 1080 | 1080 | – | – | – | – | – | – |
| c.Давление psi (абсолютное) | – | – | 1500 | 17,2 | 17,2 | – | – | – | – | – | – |
| d. Температура (° F) | – | – | 1000 | 220 | 220 | – | – | – | – | – | – |
| e. Энтальпия (БТЕ / фунт) | – | – | 1490 | 1142 | 188 | – | – | – | – | – | – |
| f.Теплосодержание (К БТЕ) | 1654 | – | 1609 | 1234 | 203 | 1031 | 31 | 1000 | – | 1000 | 110,02 |
| г. Электроэнергия (кВт · ч) | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| IIA. Паровая система | |||||||||||
| a.Вещество a | F | – | S | S | W | – | S | S | W | H | E |
| b. Количество (фунты) | – | – | 905 | 905 | 905 | – | 90 | 815 | 815 | – | – |
| c. Давление [фунт / кв. Дюйм (абс.)] | – | – | 1500 | 200 | – | – | 200 | 200 | – | – | – |
| d.Температура (° F) | – | – | 1000 | 549 | 220 | – | 549 | 549 | 100 | – | – |
| e. Энтальпия (БТЕ / фунт) | – | – | 1490 | 1295 | 188 | – | 1295 | 1295 | 68 | – | – |
| f. Теплосодержание (К БТЕ) | 1387 | – | 1349 | 1172 | 170 | – | 117 | 1055 | 55 | 1000 | 51.66 |
| г. Электроэнергия (кВт · ч) | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| IIB. Нагрев подачи для IIA | |||||||||||
| a. Substancea a | F | W | S | S | W | W | – | – | – | – | E |
| b.Количество (фунты) | – | 905 | 161 | 161 | 161 | 905 | – | – | – | – | – |
| c. Давление [фунт / кв. Дюйм (абс.)] | – | – | 1500 | 17,2 | – | – | – | – | – | – | – |
| d. Температура (° F) | – | 50 | 1000 | 220 | 220 | 220 | – | – | – | – | – |
| e.Энтальпия (БТЕ / фунт) | – | 18 | 1490 | 1142 | 188 | 188 | – | – | – | – | – |
| f. Теплосодержание (К БТЕ) | 247 | 16 | 240 | 184 | 30 | 170 | – | – | – | – | – |
| г. Электроэнергия (кВт · ч) | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 16.40 |
| IIC. Обычная единица для дополнения IIA и IIB | |||||||||||
| a. Вещество a | F | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| f. Теплосодержание (К БТЕ) | 420 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| г.Электроэнергия | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 41,96 |
| Итого для IIA, IIB и IIC | 2054 | – | – | – | – | – | – | – | – | 1000 | 110.02 |
Модель системы горячего водоснабжения, используемая здесь, представляет собой прямое применение комбинированного тепла и электроэнергии технологии к схеме турбины с противодавлением (см. графы 1–11, относящиеся к рис.10 под Водная система , Таблица II). Модель паровой системы, однако, усложняется необходимостью подогрева питательной воды (конденсат не возвращается в парогенераторную теплоэлектростанцию), а также необходимостью дополнительной выработки электроэнергии для соответствия производительности системы горячего водоснабжения. (Эта разница в выходной мощности достигается за счет использования обычной электростанции конденсационного типа.) Таким образом, рис. 11 состоит из следующего:
- (a)
Простая паровая система с противодавлением, которая подает 1000000 британских тепловых единиц. полезное тепло для распределительной системы при выработке электроэнергии (но значительно меньшей мощности, чем система горячего водоснабжения, поставляющая такое же количество тепла) (IIA в таблице II).
- (b)
Паровая система с противодавлением, которая поставляет тепло для питательной воды котла, производя при этом небольшое количество электроэнергии. (На паровой теплоэлектроцентрали это производство пара и электроэнергии будет интегрировано с системой (а). Здесь они разделены, чтобы продемонстрировать потребности в топливе для подогрева питательной воды, которые связаны с паровой системой, которая не включая возврат конденсата) (IIB в таблице II).
- (c)
Обычная конденсационная электростанция, которая поставляет электроэнергию, необходимую для согласования производительности паровой системы с более высокой электрической мощностью системы горячего водоснабжения (IIC в таблице II).
Данные, связанные с каждым компонентом этой модели паровой системы, отображаются в Таблице II под соответствующими номерами столбцов (которые относятся к схемам на Рис. 11). Обобщая схему нумерации Таблицы II, имеем:
- 1.
Подача топлива в котел.
- 2.
Ввод воды в подпитку питательной воды котла
- 3.
Пар с выхода котла.
- 4.
Отвод пара из турбины с противодавлением.
- 5.
Питательная вода котла.
- 6.
Подпитка питательной воды котла.
- 7.
Потери тепла в распределительной системе централизованного теплоснабжения.
- 8.
Тепловая нагрузка в систему отопления потребителя.
- 9.
Конденсат сброшен в канализацию.
- 10.
Тепло, используемое в тепловой системе потребителя.
- 11.
Выработанная электрическая энергия.
В расчетах таблицы II использовался КПД котла 85%. Коэффициент полезного действия турбины по отношению к электроэнергии был принят равным 80% от максимума, теоретически достижимого при расширении до указанного давления, с остальным теплом, возникающим в выхлопном паре. Для простоты расчета предполагался только одноступенчатый нагрев питательной воды, нагрев горячей воды в системе I предполагался одноступенчатым, а требования к вспомогательной энергии не учитывались.
Можно отметить, что в приведенном выше примере водяная и паровая системы приведены к равным выходам для сравнительных целей путем добавления выработки электроэнергии в традиционной системе (IIC). Это означает, что тепловая нагрузка ограничена по размеру и что электрическая нагрузка никогда не будет ограничена. Это всегда будет иметь место при подключении к сети достаточной мощности. Для изолированных систем (без подключения к сети) большее количество топлива, используемого паровой системой, составляет всего около 10%.
Основными причинами более высокого расхода топлива для паровой системы являются (1) необходимость вырабатывать больше электроэнергии в обычных установках, (2) более высокие потери при распределении (10% по сравнению с 3%) и (3) потеря тепла. заказчиком в конденсате.
У системы горячего водоснабжения есть и другие менее существенные преимущества, в том числе следующие:
- 1.
Горячая вода экономично распределяется при постоянном давлении на расстояние до 60 км (37 миль) с потребляемой мощностью насоса. всего 0.От 5% до 3% тепловой мощности системы. Это обеспечивает большую гибкость в планировании подачи тепла от наиболее экономичных станций в периоды низкой нагрузки. Напротив, распределение пара возможно только на расстоянии одной или двух миль от паровой установки.
- 2.
Простота интегрированной системы горячего водоснабжения низкого давления обеспечивает высокую надежность системы.
- 3.
Измерение пара намного сложнее, чем измерение горячей воды, что приводит к большему количеству неучтенного пара.
Это факторы, которые обусловили долговечность и постоянные темпы роста европейских систем горячего водоснабжения. Более высокая топливная эффективность систем горячего водоснабжения может обратить вспять неблагоприятную экономику для централизованного теплоснабжения в Соединенных Штатах, учитывая растущую стоимость топлива. Заинтересованный читатель найдет более подробное сравнение систем центрального отопления с паром и горячей водой в Muir (1975).
Попадание в горячую воду: Практическое руководство по системам водяного отопления
Одним из положительных результатов недавнего энергетического кризиса стало развитие и совершенствование технологий использования альтернативных форм энергии.Нигде эти усилия не были более очевидными, чем рост использования древесины в качестве источника топлива. Многие односемейные дома, построенные в последние годы, предусматривают хотя бы частичное отопление дровами. Некоторые коммерческие, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, которым требуется большое количество тепла, также либо перешли на древесину, либо рассмотрели ее.
Один из наиболее удобных, эффективных и рентабельных способов, с помощью которых жилые, сельскохозяйственные и небольшие коммерческие пользователи могут пользоваться преимуществами энергии на базе древесины, – это использование системы водяного отопления (часто называемой гидравлической).Системы горячего водоснабжения, работающие на древесном топливе, особенно подходят для малых и средних предприятий. Основным преимуществом этих систем является то, что они обеспечивают постоянный нагрев при относительно нечастой загрузке. Они также безопасны и могут сжигать недорогое древесное топливо во многих различных формах. Хотя этой технологии как минимум 200 лет, сегодня стоит подумать о ней.
Расширение биологической и сельскохозяйственной инженерии в Государственном университете Северной Каролины спроектировало и протестировало ряд гидравлических систем различных размеров за последние годы.Планы для этих систем доступны за небольшую плату. В настоящее время в Северной Каролине действует несколько тысяч жилых систем горячего водоснабжения, работающих на дровах. Кроме того, около 60 единиц используется для сушки табака и около 300 – для обогрева теплиц. Хотя многие из этих систем были построены на основе проверенных планов, некоторые из них – нет. Когда в системе возникают проблемы, это часто происходит из-за того, что некоторые важные конструктивные или эксплуатационные требования были упущены из виду.
Для эффективной работы важно понимать и соблюдать определенные основные правила.Эта публикация предоставляет оператору системы водяного отопления важную базовую информацию об этом типе системы и ее работе. В первых двух разделах описывается система горячего водоснабжения и ее части, объясняются функции каждой части и даются некоторые простые расчеты конструкции для тех, кто хочет построить свою собственную систему. Третий раздел поможет читателю развить понимание древесного топлива, а четвертый описывает и объясняет экономику систем горячего водоснабжения.
В системе водяного отопления вода используется для хранения тепловой энергии и передачи ее от горящего топлива к месту, где будет использоваться тепло.Все системы горячего водоснабжения (гидроники) состоят из пяти основных частей:
- Топка , камера, в которой сжигается топливо;
- A резервуар для воды , в котором тепло поглощается и хранится;
- Насос и трубопроводная система для транспортировки нагретой воды;
- Теплообменник для отвода тепла там, где оно необходимо;
- Система управления для управления скоростью использования тепла.
При проектировании водонагревателя на дровах важны три фактора:
- Сжигание . Система должна быть спроектирована так, чтобы топливо сгорало максимально полно.
- Теплообмен . Конструкция должна позволять как можно большему количеству выделяемого тепла попадать в воду.
- Сохранение тепла . Система должна позволять как можно меньше тепла уходить неиспользованным.
Самая важная часть любой системы горячего водоснабжения – топка или камера сгорания.Если он неправильного размера или плохо спроектирован, производительность всей системы пострадает. Самая частая проблема домашних систем горячего водоснабжения – это плохо спроектированная топка. К сожалению, это также одна из самых сложных проблем, которую можно решить без изменения конструкции и восстановления топки.
Как горит древесина
Чтобы оценить необходимость правильно спроектированной топки, необходимо понимать, как горит дрова. Горение (горение) – это процесс, при котором кислород химически соединяется с топливом, выделяя тепло.Тепло также необходимо для запуска процесса. Однако, однажды начавшись, реакция может быть самоподдерживающейся.
Большинство людей знают, что для сжигания необходимы топливо и кислород. Однако многие не осознают, что тепло также необходимо. Многие проблемы в системах водяного отопления связаны с недостаточным количеством тепла в камере сгорания.
Двумя основными компонентами древесины являются целлюлоза и лигнин. Эти два химических вещества состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.При повышении температуры древесины некоторые летучие вещества, содержащиеся в ней – вода, воск и масла – начинают выкипать. При температуре около 540 ° F тепловая энергия приведет к разрыву атомных связей в некоторых молекулах древесины. Когда тепловая энергия разрывает связи, которые удерживают вместе атомы, составляющие лигнин или целлюлозу, образуются новые соединения – соединения, которых изначально не было в древесине. Этот процесс известен как пиролиз. Эти новые соединения могут быть газами, такими как водород, окись углерода, двуокись углерода и метан, или они могут быть жидкостями и полутвердыми веществами, такими как смолы, пиролитовые кислоты и креозот.Эти жидкости в виде мелких капель и полутвердых частиц вместе с водяным паром образуют дым. Дым, который выходит из трубы (дымохода) несгоревшим, является потраченным топливом.
Поскольку температура продолжает расти, производство пиролитических соединений резко возрастает. При температуре от 700 до 1100 ° F (в зависимости от присутствующих пропорций) кислород соединяется с газами и смолами с выделением тепла. Когда это происходит, происходит самоподдерживающееся горение.
В какой-то момент во время горения куска дерева все смолы и газы улетучатся.Остается в основном древесный уголь. В обиходе мы говорим, что древесина сгорела дотла. Эти угли медленно горят снаружи и почти без огня. Количество угля или древесного угля, которое остается после того, как другие части древесины выкипят, зависит в первую очередь от породы древесины, а также от того, как быстро и при какой температуре она была сожжена. Как правило, чем быстрее и горячее сгорает кусок дерева, тем меньше древесного угля остается в виде углей.
Лучше всего быстро обжечь дрова, чтобы получить от них как можно больше тепла.Медленный дымный огонь может тратить до трети тепловой энергии топлива. Для эффективного горения огонь должен получать достаточно кислорода. Высокая дымовая труба, механический вытяжной вентилятор или и то, и другое обычно используются для обеспечения достаточной тяги (потока воздуха в топку).
Однако существуют пределы того, как быстро можно заставить дерево гореть. Если воздух нагнетается в камеру сгорания слишком быстро, он имеет тенденцию «задуть» огонь. Результат почти такой же, как недостаток воздуха.
Слишком большое количество воздуха в камере сгорания также может привести к вздутию воздуха.Дыхание на самом деле представляет собой серию взрывов, возникающих в результате резкого смешивания воздуха и древесных газов. Чаще всего это происходит, когда свежее топливо добавляется в слой очень горячих углей. Сильное тепло от углей может отогнать большие объемы горючих газов, которые периодически воспламеняются по мере поступления кислорода. Эти взрывы редко вызывают какое-либо повреждение системы, но возникающий в результате обратный огонь может вызвать ожоги и летящий пепел.
Многие соединения образуются при горении древесины. Только в дыме было идентифицировано более 160 различных видов.В наибольшем объеме выделяются окись углерода, метан, метанол и водород. Хотя эти соединения будут гореть при относительно низких температурах, большая часть оставшихся выделенных соединений, таких как дым и смола, не сгорит полностью, пока температура не достигнет более 1000 ° F. Таким образом, для полного сгорания необходима горячая топка.
В большинстве хорошо спроектированных систем горячего водоснабжения топка окружена водой. По этой причине эти системы иногда называют «водяными плитами».«В агрегатах этого типа стенки топки поглощают большую часть выделяемого тепла. Вода сохраняет стенки топки относительно прохладными, что приводит к хорошей теплопередаче, но не способствует хорошему сгоранию. В большинстве случаев необходимо изолировать стены и пол топки из огнеупорного кирпича. Огнеупорный кирпич замедляет отвод тепла от огня и, таким образом, увеличивает эффективность сгорания.
Обычный красный строительный кирпич, особенно с отверстиями, подходит для облицовки топки не хуже, чем белый огнеупорный кирпич.Хотя красный кирпич не так эффективен, он стоит примерно в пятую часть стоимости белого огнеупорного кирпича.
Проектирование топки
На рис. 1 показано поперечное сечение типичного водонагревательного агрегата. Очень важно, чтобы камера сгорания с водяной рубашкой была достаточно большой. Он должен быть такого размера, чтобы он не только принимал заряд топлива, но и позволял полностью сгореть расширяющимся газам сгорания, прежде чем они потеряют слишком много тепла и перейдут в дымовые трубы.
Одна из наиболее распространенных проблем домашних систем горячего водоснабжения заключается в том, что камера сгорания слишком мала для нормального сгорания. В этом случае трудно разжечь огонь достаточно горячим; он имеет тенденцию курить, даже когда ему дают много воздуха. Если топка еще не слишком мала, добавление облицовки из огнеупорного кирпича может помочь, потому что это сделает огонь более горячим. Однако иногда единственным выходом является замена топки на более крупную.
Мощность системы горячего водоснабжения может быть описана двумя способами: с точки зрения ее мощности горелки или сгорания и с точки зрения ее способности аккумулировать тепло.(Последнее будет обсуждаться в другом разделе.) Мощность горелки системы определяется как наибольшее количество тепла, которое горелка может выделить из топлива за заданный период времени. Мощность горелки можно рассматривать как практический предел устойчивой мощности системы. Если вы продолжите увеличивать скорость подачи топлива в камеру сгорания, в конечном итоге будет достигнута точка, в которой топливо будет потребляться с той же скоростью, с которой оно добавляется. В этот момент горелка работает с номинальной мощностью.Более быстрое добавление топлива может фактически помешать процессу горения.
С практической точки зрения мощность горелки системы определяется размером топки и тем, насколько хорошо воздух может подаваться и распределяться по топливу. В общем, вы можете рассчитывать получить около 40 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади решетки при условии, что глубина будет достаточной. Это означает, что вы можете ожидать около 800000 БТЕ в час от топки 5 футов в длину и 4 фута в ширину.
Между площадью колосниковой решетки и глубиной топки существует более чем случайная зависимость.Топка должна быть максимально глубокой. Большая глубина позволяет большему перемещению пламени и лучшему перемешиванию поднимающихся горячих газов для улучшения сгорания. В общем, глубина должна быть равна или больше наименьшего размера решетки. Например, если размер решетки составляет 5 на 8 футов, глубина топки должна быть не менее 5 футов. В таблице 1 показано предполагаемое соотношение между объемом топки и емкостью системы. Размеры не указаны, потому что размер и форма резервуара для хранения воды и свободное пространство, необходимое для пожарных труб, ограничивают глубину топки.Важно помнить, что высокие тонкие топки лучше, чем короткие толстые.
| Производительность системы (БТЕ / ч) | Объем камеры сгорания (кубические футы) |
| 50 000 | 2 |
| 100 000 | 5 |
| 200 000 | 9 |
| 300 000 | 27 |
| 400 000 | 40 |
| 500 000 | 75 |
| 750 000 | 100 |
| 1 000 000 | 200 |
| 2 000 000 | 400 |
| 3 000 000 | 500 |
Выбор вытяжного вентилятора
Практические ограничения размеров топки и конструкции дымовой трубы обычно требуют создания тяги с помощью вентилятора.Были использованы следующие расстановки и их комбинации:
- Вентилятор для подачи свежего воздуха под решетку;
- Баллончик для нагнетания свежего воздуха в топку над решеткой;
- Вытяжной вентилятор для подачи свежего воздуха в топку и через систему.
Использование вентиляторов для подачи воздуха в камеру сгорания имеет то преимущество, что вентиляторы остаются чистыми и охлаждаются воздухом, который они перемещают. Недостатком является то, что дым и искры могут выходить из любой трещины в топке, потому что давление внутри топки выше, чем снаружи.Если используется вытяжной вентилятор, любые утечки происходят внутрь. Недостатком является то, что тепло и копоть в дымовой трубе сильно воздействуют на систему вентиляторов, хотя существуют вентиляторы, специально разработанные для этой цели.
Скорострельность зависит от тяги. Вентилятор или вентиляторы с принудительной тягой должны подавать достаточно кислорода для максимальной ожидаемой скорости горения, но не должны обеспечивать больше этого количества. Слишком много воздуха охладит огонь и выбросит пепел в дымовые трубы. Например, чтобы определить размер стекового вентилятора, предположим, что максимальная скорость работы системы составляет 2 миллиона БТЕ в час.
2000000 БТЕ / час ÷ 6680 БТЕ / фунт древесины = 300 фунтов древесины / час
Для сжигания 1 фунта дров требуется около 6 фунтов воздуха. Следовательно, потребность в воздухе составляет:
.6 фунтов воздуха / фунт древесины x 300 фунтов древесины / час = 1800 фунтов воздуха / час
Один фунт воздуха эквивалентен примерно 13,5 кубическим футам. Таким образом, необходимый объем воздуха составляет:
.1800 фунтов воздуха / час x 13,5 кубических футов / фунт воздуха = 24 300 кубических футов воздуха / час или 405 кубических футов / мин (куб. Футов / мин)
Обычно для эффективного сгорания требуется около 50 процентов избыточного воздуха.Следовательно, требуемый объем:
405 куб. Футов в минуту x 1,5 = 608 куб. Футов в минуту
Поскольку мы определяем объем воздуха и газов, перемещаемых вытяжным вентилятором, мы должны учитывать добавление продуктов сгорания и влажности древесины к дымовым газам. Для древесины с влажностью 20 процентов, влажная основа (w.b.), отношение объема дымовой трубы к входящему воздуху составляет 1,16 моль дымовых газов на моль свежего воздуха.
Это соотношение рассчитано исходя из 100-процентного сгорания. Таким образом, объем выходящих продуктов сгорания составляет:
608 кубических футов в минуту входящего воздуха x 1.16 = 705 куб. Футов в минуту
Наконец, объем необходимо отрегулировать в соответствии с температурой. Закон Чарльза гласит, что объем газа линейно увеличивается с его температурой. Чтобы использовать закон Чарльза, температуры по Фаренгейту должны быть преобразованы в температуры по шкале Ренкина (R), что достигается добавлением 460 ° к температуре по Фаренгейту.
При температуре входящего воздуха 510 ° R (50 ° F) и температуре дымовой трубы 760 ° R (300 ° F) скорректированный объем дымового газа составляет:
760/510 x 705 куб. Футов в минуту = 1050 куб. Футов в минуту
Таким образом, 608 кубических футов в минуту входящего воздуха соответствует общему объему 1050 кубических футов в минуту, выходящему через дымовую трубу.Подойдет типичный вентилятор мощностью 1100 кубических футов в минуту при статическом давлении воды 1 дюйм. Допущение статического давления воды в 1 дюйм было бы более чем достаточно для компенсации газового трения в системе.
Вышеприведенные расчеты можно применить к системам различного размера. Размеры вентиляторов указаны в таблице 2 для различных систем.
| Производительность системы (БТЕ / ч) | Размер вентилятора стека (куб. Фут / мин при 1 дюйм.давление воды) |
| 50 000 | 40 |
| 100 000 | 75 |
| 200 000 | 140 |
| 300 000 | 180 |
| 400 000 | 240 |
| 500 000 | 300 |
| 750 000 | 425 |
| 1 000 000 | 550 |
| 2 000 000 | 1,100 |
| 3 000 000 | 1,650 |
Двери с водяным охлаждением
Одной из наиболее часто встречающихся проблем в системах водяного отопления является коробление дверок топки.Двери должны быть большими для удобной топки. Одна сторона подвержена сильному нагреву камеры сгорания, а другая часто окружена зимними температурами. Возникающие в результате сильные термические нагрузки могут деформировать двери. Хотя дверь, показанная на Рисунке 2, была сделана из стали 1 ⁄ 2 дюймов с существенным усилением, вскоре она так сильно покоробилась, что ее нельзя было закрыть.
Опыт показал, что полностью устранить эту проблему невозможно, хотя ее можно существенно уменьшить, охладив двери водой.Водяное охлаждение не только предотвращает коробление, но и позволяет рекуперировать больше тепла.
Двери с водяным охлаждением обычно имеют внутреннюю и внешнюю металлические поверхности, разделенные 2- или 3-дюймовыми полостями, через которые может циркулировать вода. Часть выхода циркуляционного насоса воды отводится в полость двери. В полость обычно устанавливаются перегородки для обеспечения хорошей циркуляции и равномерного охлаждения.
Решетка Дизайн
Для максимального удобства и эффективности в нижней части топки необходимо предусмотреть решетку.Идеальная решетка позволяет золе просачиваться сквозь нее, но удерживает большую часть древесины и древесного угля и обеспечивает непрерывный поток воздуха через всю площадь решетки без периодического перемешивания или встряхивания. На каждые 1000 БТЕ номинальной мощности требуется не менее 5 квадратных дюймов площади решетки. Например, для системы мощностью 200 000 БТЕ / час потребуется:
200 x 5 = 1000 квадратных дюймов
Одна тысяча квадратных дюймов равна примерно 7 квадратным футам. Следовательно, решетки шириной 2 фута и длиной 3 1 ⁄ 2 футов будет достаточно для системы с номинальной производительностью 200 000 БТЕ / час.
Создать удовлетворительную решетку сложно. Лучше всего подходят чугунные решетки, но их трудно найти, они дороги и имеют тенденцию со временем треснуть и выгореть. Пластина из мягкой стали толщиной от 1 ⁄ от 2 до 1 дюйма будет деформироваться при нагревании, если она не будет хорошо поддерживаться снизу. Однако решетчатые опоры затрудняют удаление золы. Использованные железнодорожные рельсы, перевернутые вверх дном, с умеренным успехом использовались для формирования решеток. Стандартные 80-фунтовые рельсы, расположенные на расстоянии 1 ⁄ 2 2 друг от друга на расстоянии 1 дюйма, будут охватывать 6 футов без поддержки.Рельсы изготовлены из марганцевой легированной стали, их трудно сваривать и резать. Однако они умеренно устойчивы к высокотемпературной эрозии и относительно недороги, если их покупать на свалке металлолома.
Накопление древесного угля во время непрерывного обжига может привести к закупорке решеток и нарушению циркуляции воздуха. Установка вентилятора высокого давления под решеткой гарантирует поддержание минимального потока воздуха и ускоряет сжигание древесного угля. Остальной воздух для горения может подаваться через вентиляционное отверстие или дополнительный вентилятор над решеткой.
Рисунок 1. Типовая система водяного отопления.
Рисунок 2.Двери должны иметь водяное охлаждение, чтобы они не коробились от сильного жара.
Самая заметная часть системы горячего водоснабжения – это бак для воды. Стандартные резервуары, подходящие для систем водяного отопления, доступны в различных размерах, объемах и толщинах стенок.Подземные резервуары имеют более толстые стенки, чем надземные, что делает их намного лучше для сварки. Если у вас есть выбор, лучше использовать короткий резервуар большого диаметра, чем длинный и тонкий, потому что более короткий резервуар имеет меньшую площадь поверхности, что снижает потери тепла и стоимость изоляции. В таблице 3 приведены размеры и вместимость широкого диапазона стандартных резервуаров для хранения нефти.
| Емкость (галлонов) | Диаметр | Длина |
| 500 | 48 в | 64 в |
| 560 | 42 в | 92 в |
| 1 000 | 49 1 ⁄ 2 дюймов | 10 футов |
| 2 000 | 64 в | 12 футов |
| 4 000 | 64 в | 24 фута |
| 6 000 | 8 футов | 16 футов 1 дюйм |
| 8 000 | 8 футов | 21 фут 4 дюйма |
| 10 000 | 8 футов 10 1 ⁄ 2 футов | 26 футов 1 дюйм 15 футов 8 дюймов |
| 12 000 | 8 футов 10 1 ⁄ 2 футов | 31 фут 11 дюймов 18 футов 7 дюймов |
| 15 000 | 8 футов 10 1 ⁄ 2 футов | 39 футов 11 дюймов 23 фута 4 дюйма |
| 20 000 | 10 1 ⁄ 2 футов | 31 фут |
| 25 000 | 10 1 ⁄ 2 футов | 38 футов 9 дюймов |
| 30 000 | 10 1 ⁄ 2 футов | 46 футов 6 дюймов |
Хотя лучше всего использовать новый резервуар, многие успешные системы были созданы с использованными резервуарами.Резервуары для хранения отработанного масла часто можно получить просто по запросу. Если вы решили попробовать использованный резервуар, внимательно осмотрите его на предмет дырок или тонких пятен. Также узнайте, какая жидкость хранилась в резервуаре. Внимание: Никогда не сваривайте и не резайте резервуар, который, как вы подозреваете, содержит легковоспламеняющиеся материалы, если он не будет тщательно очищен и вентилирован. Один из методов удаления остатков масла или бензина из большого бака – смешать примерно 2 фунта моющего средства на тысячу галлонов емкости с достаточным количеством воды, чтобы растворить его, и вылить этот раствор в бак.Затем полностью наполните резервуар водой и дайте ему постоять несколько дней, прежде чем слить его и приступить к работе.
Теплоемкость
Как упоминалось в предыдущем разделе, одним из показателей емкости системы является ее способность аккумулировать тепло. Вода – одно из наименее дорогих и наиболее легко перемещаемых и контролируемых веществ. Это также один из лучших известных носителей тепла. Вода может хранить в четыре или пять раз больше тепла, чем камень, в десять раз больше, чем большинство металлов, и примерно в четыре раза больше, чем воздух на единицу веса.Его единственный недостаток в том, что он не может сохранять тепло при температуре выше 212 ° F, если он не находится под давлением. Это ограничивает его пригодность для высокотемпературных применений. Однако для систем отопления помещений в теплицах и других сельскохозяйственных, коммерческих или жилых помещениях это ограничение обычно не является проблемой.
По определению, одна британская тепловая единица (БТЕ) - это количество тепла, необходимое для повышения температуры фунта воды на 1 ° F. Галлон воды весит примерно 8.3 фунта, поэтому тепловая энергия, необходимая для повышения температуры галлона на 100 ° F, составляет:
8,3 фунта x 100 ° F = 830 БТЕ
Для сравнения, для повышения температуры 8,3 фунта гравия на 100 ° F потребуется всего около 166 БТЕ.
Как указывалось ранее, воду нельзя нагревать до температуры выше 212 ° F при атмосферном давлении. Эта температура определяет верхний предел количества тепла, которое может хранить безнапорная вода. Нижний предел устанавливается желаемой температурой нагрузки.Например, если в теплице должна поддерживаться температура 65 ° F, то эта температура является нижним пределом. Разница между верхним и нижним пределом,
212 ° F – 65 ° F = 147 ° F
показывает, сколько тепла может удержать данный объем воды.
На самом деле, понижать температуру хранения до нижнего предела непрактично. Скорость передачи тепла нагрузке (например, от радиаторов к воздуху внутри теплицы) значительно снижается, поскольку температура нагретой поступающей воды приближается к температуре воздуха нагрузки.По этой причине желательно поддерживать нижнюю температуру хранения воды, по крайней мере, на 35 ° F выше желаемой температуры загрузки. Следовательно, в предыдущем примере нижний предел температуры будет 100 ° F, а разница температур будет не 147 ° F, а
.212 ° F – (65 ° F + 35 ° F) = 112 ° F
Следовательно, диапазон температур хранения воды ограничен 112 ° F. Используя эту информацию в качестве руководства, теперь мы можем определить, какой объем памяти необходим.
Если заданная тепловая нагрузка определена как 200000 БТЕ в час и желательно иметь 6 часов нагрева после тушения пожара, количество воды должно быть достаточным для хранения:
200000 БТЕ / час x 6 часов = 1200000 БТЕ
Для подъема одного фунта воды на 1 ° F требуется 1 БТЕ.В каждом фунте воды может храниться только 112 БТЕ. Следовательно, необходимое количество воды составляет:
.1,200,000 БТЕ ÷ 112 БТЕ / фунт = 10714 фунтов
Поскольку вода весит 8,3 фунта на галлон, 10 714 фунтов воды равны 1291 галлону.
На практике максимальная температура воды редко превышает 200 ° F; следовательно, требуется емкость, немного превышающая 1291 галлон.
Эти расчеты предполагают, что тепло не теряется из резервуара или из труб, по которым вода подается к загрузке и от нее.Эти потери могут быть значительными в зависимости от того, насколько хорошо изолирована труба, расстояния от резервуара до груза и температуры наружного воздуха.
Очень хорошая идея – установить термометр на выпускной линии резервуара. Это даст точную индикацию температуры воды внутри резервуара. Падение температуры воды более чем на 20 ° F в час является хорошим признаком того, что резервуар для воды слишком мал, поскольку цель системы горячего водоснабжения – обеспечить постоянный источник тепла без необходимости постоянно разжигать огонь.
Также хорошей идеей является установка термометра на линиях с обеих сторон нагрузки – например, на впускной и выпускной линиях радиатора или ряда радиаторов. Это позволяет определить не только, сколько энергии теряется между баком и грузом, но и насколько эффективно радиаторы извлекают тепло из воды.
Для оптимальной конструкции системы емкость накопителя должна основываться на максимальной номинальной мощности горелки, требуемой тепловой нагрузке и максимальном промежутке времени между загрузками топлива.Следующее обсуждение показывает, как взаимодействуют эти три фактора.
Предположим, как в приведенном выше примере, что требуемая средняя тепловая нагрузка составляет 200 000 БТЕ в час. Это означает, что в течение обычного часа работы требуется 200 000 БТЕ тепла. Вероятно, что посреди очень холодной ночи количество необходимого тепла превысит это количество. Но для того, чтобы иметь достаточно тепла, мощность горелки должна как минимум равняться средней нагрузке плюс потери. С практической точки зрения желательно, чтобы горелка была рассчитана на 1,5–2-кратную среднюю тепловую нагрузку.Горелка большего размера может производить тепло для хранения, а также для немедленного использования в периоды средней нагрузки.
Помимо энергии, хранящейся в горячей воде (накопительный бак), в системе также можно хранить тепловую энергию в виде несгоревшей древесины. Это называется хранилищем топки. В ожидании очень холодной ночи оператор теплицы может топить систему в течение дня, чтобы постепенно поднять температуру воды примерно до 212 ° F. Несмотря на то, что вода уже удерживает количество тепла, близкое к максимальному, оператор может снова заполнить топку непосредственно перед тем, как уйти на ночь.Это дополнительное топливо добавляет энергии системе. Горящее топливо может просто заменить уходящее тепло и, таким образом, поддерживать высокую температуру воды. Однако, если дополнительное топливо слишком быстро добавляет слишком много тепла, вода в баке закипит, и энергия будет потрачена впустую в виде пара.
Маловероятно, что система горячего водоснабжения во время реальной эксплуатации будет подвергаться очень большим колебаниям нагрузки. Другими словами, не требуется производить максимальную производительность один час и никакой в последующие.Скорее, постепенное увеличение и уменьшение обычно происходит в течение дня по мере изменения наружной температуры и многих других факторов. С другой стороны, тепло, подаваемое в систему от огня, обычно бывает довольно спорадическим, в зависимости от того, сколько и как часто добавляется топливо. Ценность системы горячего водоснабжения частично основана на ее способности быстро накапливать тепловую энергию, но медленно выделять ее с контролируемой скоростью.
Если горелка вырабатывает больше тепла, чем используется системой, дополнительное тепло будет сохраняться при условии, что емкость хранения не была превышена.При превышении емкости вода закипает. Когда это происходит, избыточное тепло уходит из системы в виде пара. Энергия, необходимая для кипячения воды, просто тратится зря. Частое кипение в системе горячего водоснабжения указывает на то, что горелка слишком велика, или она слишком часто зажигается, или что емкость аккумулирующей тепло системы слишком мала.
Если емкость аккумулирования тепла недостаточна, одно решение – добавить еще один резервуар. Тандемный резервуар обычно располагается как можно ближе к основному резервуару и соединяется впускной и выпускной трубой и насосом (Рисунок 3).Таким образом, емкость хранилища может быть легко увеличена без нарушения работы остальной системы. Между двумя баками всегда необходимо непрерывно перекачивать воду, чтобы тепло распределялось равномерно. Это можно сделать, добавив дополнительный насос или используя часть потока от существующего насоса, если он имеет избыточную производительность.
Система горячего водоснабжения не является паровой; то есть в системе никогда не бывает другого давления, кроме давления, создаваемого насосами. Из бака для горячей воды необходимо удалить воздух, чтобы предотвратить повышение давления, когда вода нагревается и расширяется или превращается в пар.Невентилируемый резервуар для хранения чрезвычайно опасен . В верхней части бака требуется как минимум два вентиляционных отверстия. Более того, люк, который обычно вырезается в верхней части резервуара во время строительства, можно оставить открытым, но накрыть куском листового металла.
Изоляция
Необходимо изолировать бак и все трубы, чтобы предотвратить утечку тепла. Для наружных резервуаров подходит полиуретановая изоляция, напыляемая напылением, особенно если она окрашена и защищена от прямого воздействия огня и солнечных лучей.Покрытие толщиной 1 дюйм, обеспечивающее степень изоляции R-7, стоит около 1 доллара за квадратный фут. Например, для резервуара емкостью 2000 галлонов диаметром 64 дюйма и длиной 12 футов изоляция будет стоить приблизительно 250 долларов. В таблице 4 приведены расчетные значения теплоизоляции резервуаров различной толщины из полиуретана.
| Толщина изоляции (дюймы) | Значение “R” | Тепловые потери (БТЕ / ч) 1 | Ежемесячная стоимость потерянной энергии 2 | Стоимость изоляции 3 |
| 0.0 | 0,5 | 200 000 | 384,00 $ | $ 0 |
| 0,5 | 4,0 | 25 000 | 48,00 | 500 |
| 1,0 | 7,5 | 13 300 | 25,54 | 1 000 |
| 2,0 | 14,5 | 6 900 | 13.25 | 2 000 |
| Примечание. Данные в этой таблице основаны на емкости резервуара 15 000 галлонов и площади поверхности 1 000 квадратных футов. 1 Предполагается, что разница температур воды и окружающей среды составляет 100 ° F. 2 При условии, что древесина стоит 40 долларов за шнур. 3 Предполагается, что прикладная стоимость составляет 1 доллар США за квадратный фут на дюйм толщины. | ||||
Эта таблица показывает, что затраты на нанесение минимального количества изоляции можно легко оправдать за счет экономии затрат на электроэнергию.Однако дополнительные затраты на изоляцию толщиной более 1 ⁄ 2 дюймов трудно оправдать.
Один из вариантов – разместить систему под односкатной крышей, где ее можно изолировать относительно недорогими войлоками из стекловолокна. Стекловолокно, которое может иметь основу из алюминиевой фольги, может удерживаться на месте проволочной сеткой с крупными ячейками. Стоимость навеса, изоляции, пленки, провода и рабочей силы может быть больше, чем стоимость напыляемой полиуретановой изоляции, но этот тип изоляции, вероятно, прослужит намного дольше и даст лучшее значение R.
Защита от ржавчины
Рекомендуется использовать какие-либо меры по предотвращению ржавчины для защиты внутренней части резервуара и труб от коррозии. Доступен ряд коммерческих химикатов, предназначенных в основном для использования в высокотемпературных котлах. Некоторые из них были бы довольно дорогими в количестве, необходимом для защиты системы горячего водоснабжения среднего размера.
Один метод, который был признан подходящим для систем горячего водоснабжения, – это добавление некоторых относительно недорогих химикатов для повышения pH воды.Среди них карбонат калия, карбонат натрия (стиральная сода) и гексаметафосфат натрия (Calgon). Эти химические вещества предотвращают коррозию, покрывая металлические стенки систем. Из упомянутых выше химикатов лучше всего работает Калгон. Его можно купить в большинстве продуктовых магазинов. Используйте 5 фунтов на каждые 1000 галлонов воды. В нормальных условиях ни один из этих химикатов не разлагается и, следовательно, остается активным в системе в течение длительного времени.
Пожарные трубы
Хотя некоторое количество тепла проходит к воде через стенки топки, основной путь тепла от огня к воде проходит через дымовые трубы.Большинство систем спроектировано таким образом, что горячие газы, выделяемые при пожаре, проходят через серию пожарных труб, которые проходят от одного конца резервуара для хранения к другому. Во многих системах газы проходят через резервуар более одного раза.
Очень важно, чтобы количество и размер трубок были достаточными, чтобы большая часть тепла передавалась от горячих газов воде до выхода газов. Как показывает практика, на каждые 2000 БТЕ номинальной мощности требуется около 1 квадратного фута площади теплообмена.Например, если система рассчитана на производство 200 000 БТЕ в час, потребуется около 100 квадратных футов площади теплообмена. Эта область может включать охлаждаемую водой поверхность топки, а также сами дымовые трубы. Обе эти области часто называют поверхностью очага.
Наружный диаметр трубок используется для расчета площади. В таблице 5 перечислены несколько часто используемых размеров стандартных труб с указанием их фактического внешнего диаметра и количества ходовых футов, необходимых для получения 1 квадратного фута площади поверхности.
| Номинальный размер трубы (дюймы) | Внешний диаметр (дюймы) | Линейных футов на квадратный фут внешней площади |
| 1/2 | 0,840 | 4,55 |
| 3/4 | 1.050 | 3.64 |
| 1 | 1,315 | 2,90 |
| 1 1/4 | 1,660 | 2,30 |
| 1 1/2 | 1.900 | 2,01 |
| 2 | 2,375 | 1,61 |
| 2 1/2 | 2,875 | 1,33 |
| 3 | 3.500 | 1.09 |
| 3 1/2 | 4.000 | 0,95 |
| 4 | 4.500 | 0,85 |
| 4 1/2 | 5.000 | 0,76 |
| 5 | 5,563 | 0,67 |
| 6 | 6,625 | 0,58 |
Правильный размер трубы зависит от ряда факторов.В примере системы с производительностью 200 000 БТЕ в час требуется 100 квадратных футов площади теплообмена. Из таблицы 1 рекомендуемый объем топки составляет 9 кубических футов. Подходящая топка с таким объемом должна иметь длину 1 1 ⁄ 2 футов, ширину 2 фута и высоту 3 фута. Площадь топки составляет 27 квадратных футов (включая дверь с водяным охлаждением). Таким образом, топка обеспечит 27 квадратных футов необходимых 100 квадратных футов. Остальные 73 квадратных фута должны обеспечивать пожарные трубы.
Чтобы найти длину трубы заданного диаметра, необходимую для обеспечения желаемой площади поверхности, умножьте числа в третьем столбце таблицы 5. Например, если вы выбрали 1 1 ⁄ 2 -дюймовая труба, умножьте 73 погонных футов на 2,01:
73 фута x 2,01 фут / кв. Фут = 146,72 фута
Примерно 147 погонных футов 1 1 ⁄ 2 -дюймовой трубы требуется для получения 73 квадратных футов площади теплообмена. С другой стороны, если вы используете 3-дюймовую трубу, вам понадобится всего около 80 футов:
73 фута x 1.09 фут / кв фут = 79,73 фут
Какой размер лучше? Если рассматривать строго с точки зрения затрат, нет большой разницы между 147 футами трубы 1 1 ⁄ 2 дюймов и 80 футами трубы 3 дюйма. Однако большую трубу сваривать намного проще. Кроме того, время от времени необходимо будет очищать внутреннюю часть трубы от золы, сажи и других отложений. Очистить меньшую длину и большую трубу проще. Однако большее количество труб меньшего размера будет несколько более эффективным в передаче тепла.Опыт показал, что в целом лучше всего подходят трубы диаметром от 2 до 3 дюймов.
Отложения золы в дымовых трубах значительно снизят скорость теплопередачи. Хорошо иметь способ определить, насколько хорошо они работают. Один из лучших и наименее дорогих методов – разместить высокотемпературный термометр в точке, где газы покидают пожарные трубы и запускают дымовую трубу. Чем ближе температура воды, тем эффективнее отвод тепла от пожарных труб. Температура газа от 300 до 350 ° F указывает на эффективную теплопередачу.Температура газа более 450 ° F указывает на то, что площадь теплообмена слишком мала или на пожарные трубы нанесено покрытие.
Стратификация
Любопытное состояние иногда возникает в средних и больших системах. Несмотря на то, что топка постоянно топится, и видно, как вода кипит из верхней части резервуара, температура воды, забираемой из резервуара для распределения, составляет всего 170–180 ° F. Такая ситуация возникает в системах, где вход и выход находятся около дна резервуара и нет вспомогательного циркуляционного насоса, поддерживающего движение воды.Это состояние называется стратификацией и возникает, когда вода при разных температурах разделяется на отдельные слои, причем самая теплая вода остается наверху. Стратификация может происходить в любой системе, но обычно более выражена в крупных.
Плотность воды при 100 ° F примерно на 3,5 процента больше, чем при 200 ° F. Как и воздух, горячая вода поднимается, а холодная опускается. Чтобы предотвратить расслоение, воду необходимо поддерживать в движении. Один из способов – подсоединить возвратные трубы в верхней части бака над топкой (самая горячая часть системы) и забрать воду из нижней части бака с другого конца.Проблема с этим подходом заключается в том, что распределительные насосы могут не работать все время, и при выключении насосов может происходить расслоение.
Лучшее решение – установить постоянно работающий вспомогательный циркуляционный насос для перемещения воды из самой холодной в самую горячую часть резервуара. Постоянное перемешивание воды предотвратит расслоение. Циркуляционный насос не обязательно должен быть большим, так как необходимо преодолеть очень небольшой напор. Он должен быть способен перекачивать от 0,2 до 0,5 производительности системы в час.Например, система на 2000 галлонов должна иметь насос, способный перекачивать от 400 до 1000 галлонов в час. Обычно достаточно электрического насоса мощностью 1 ⁄ 6 до 1 ⁄ 2 лошадиных сил.
Рисунок 3. Дополнительный резервуар увеличит емкость хранилища.
Трубопровод
Вода не только сохраняет тепло, но и передает тепло туда, где оно используется.Распределительный насос должен иметь подходящий размер для работы. Если насос слишком мал, он не будет перекачивать достаточно тепла к нагрузке. Если он слишком большой, это приведет к потере энергии. Подбор насоса – довольно сложный вопрос, поскольку он зависит от ряда взаимосвязанных факторов. К ним относятся размер груза, расстояние между баком и грузом, количество различных теплообменников в системе и размер используемой трубы. В таблице 6 приведены размеры труб для различных тепловых нагрузок. Эти скорости потока и размеры труб рассчитаны с учетом нормального падения температуры на 25 ° F при прохождении воды через теплообменник.
| Нагрузка (БТЕ / ч) | Расход (галлон / мин) | Диаметр стальной трубы (дюймы) 1 | |
| 100 футов | 300 футов | ||
| 100 000 | 8 | 1 1/4 | 1 1/2 |
| 200 000 | 16 | 1 1/2 | 2 |
| 300 000 | 24 | 2 | 2 1/2 |
| 400 000 | 32 | 2 1/2 | 2 1/2 |
| 500 000 | 40 | 2 1/2 | 3 |
| 750 000 | 60 | 3 | 3 |
| 1 000 000 | 80 | 3 | 4 |
| 1 500 000 | 120 | 4 | 4 |
| 2 000 000 | 160 | 4 | 4 |
| 1 Для трубы из ХПВХ подходит следующий меньший размер | |||
За исключением жилых помещений, большинство систем горячего водоснабжения поставляют тепло более чем в одно место.Например, несколько отдельных теплиц или помещений для выдержки могут потреблять тепло от одной и той же системы. Горячая вода подается к каждой нагрузке по большим магистральным распределительным и обратным линиям. Каждая нагрузка имеет свой собственный насос и подключена к основным линиям параллельно, что делает ее управляемой независимо (Рисунок 4). Каждое параллельное соединение должно иметь обратный клапан для предотвращения обратного потока, когда тепло не требуется.
Насосыобычно оцениваются по количеству галлонов в минуту, которые они могут подавать при определенном напоре или общем сопротивлении.Это полное сопротивление является суммой сопротивлений каждой отдельной части системы, через которую вода проходит в своем контуре к насосу и от него. Сопротивление обычно выражается в количестве футов «головы», хотя с таким же успехом оно может быть выражено в фунтах на квадратный дюйм. Напор – это гипотетическая высота воды, против которой должен работать насос; чем больше голова, тем больше сопротивление.
По мере увеличения сопротивления расход уменьшается. Например, определенный насос может быть рассчитан на 50 галлонов в минуту на высоте 10 футов, но только 15 галлонов в минуту на высоте 30 футов.Один фут напора эквивалентен 0,43 фунта на квадратный дюйм (psi). При выборе насоса важно выбрать насос, рассчитанный на работу с горячей водой при температурах до максимально ожидаемых.
Во многих системах используются стандартные стальные трубы и резьбовые соединения. Они относительно недороги и подходят для горячего водоснабжения. В некоторых новых системах используются пластиковые трубы. Полиэтилен (черный пластик) и трубы из ПВХ не выдержат длительного использования горячей воды при умеренном давлении. Однако два типа пластиковых труб – ХПВХ и полибутилен – предназначены для горячего водоснабжения.ХПВХ – это жесткая пластиковая труба, похожая на ПВХ. Если используется труба из ХПВХ, все фитинги, такие как соединители, переходники и колена, также должны быть изготовлены из ХПВХ. Полибутиленовая труба также требует специальных соединителей, но она гибкая и с ней значительно легче работать. Однако он еще не доступен в размерах более 1 дюйма.
Изоляция труб
Для повышения эффективности важно, чтобы распределительные трубы как к нагрузке, так и от нее были изолированы. Количество тепла, которое может быть потеряно из-за длины трубы, является значительным и зависит от ряда факторов.К ним относятся температура воды, проходящей через трубу, температуру и движение воздуха, окружающего трубу, тип материала трубы, а также состояние поверхности и толщину стенки трубы. Неизолированная распределительная труба горячей воды может терять от нескольких сотен до нескольких тысяч БТЕ в час, в зависимости от условий и длины.
Если трубы должны быть проложены над землей, будет достаточно покрытия из стекловолокна, защищенного от дождя несколькими слоями устойчивой к солнечному свету пластиковой пленки.Любая изоляция, особенно стекловолокно, пропитанная водой, теряет почти все свои изоляционные свойства. Изоляция труб из пенопласта в виде разъемных трубок также хорошо работает, если она защищена от солнечных лучей.
Когда труба проложена под землей, изолировать ее намного сложнее. просто закапывать трубы в землю без изоляции – очень плохая практика, потому что влажная холодная почва является очень хорошим проводником тепла. Большинство изоляционных материалов из пенопласта, таких как изоляция с разъемными трубками, изготовлены из пенопласта с закрытыми порами, что означает, что он не пропитается водой и, следовательно, сохранит свои изоляционные свойства под землей.Если вам необходимо проложить трубу под землей, убедитесь, что земля остается как можно более сухой.
Напыляемая полиуретановая изоляция, обычно используемая на резервуарах, также может использоваться для изоляции подземных труб, поскольку она относится к типу с закрытыми ячейками. Чтобы использовать этот метод, вырывается траншея шириной от 4 до 6 дюймов и глубиной от 12 до 14 дюймов. Трубы поддерживаются на расстоянии 2 или 3 дюймов от дна, а в траншею распыляется от 4 до 5 дюймов изоляции, полностью окружая и покрывая трубы. После схватывания изоляции траншея засыпается грунтом.
Независимо от того, какой метод используется для изоляции трубы, важно не забыть изолировать обратную трубу, а также трубу, идущую к нагрузке. Несмотря на то, что большая часть тепла была удалена из возвратной воды, любая энергия, потерянная в трубе, должна быть восполнена. Для повышения температуры 1 фунта воды с 80 до 85 ° F требуется такое же количество тепла, как и для повышения температуры с 200 до 205 ° F.
Рисунок 4.Типовая схема мультизагрузочной системы.
Важной частью любой системы горячего водоснабжения является теплообменник или радиатор. Если его размер неверен или поток воздуха через него недостаточен, производительность системы может сильно пострадать.К счастью, теплообменники бывают разных размеров. Доступен широкий ассортимент коммерческих радиаторов, разработанных специально для систем горячего водоснабжения. Большинство из них могут работать при давлении воды от 50 до 60 фунтов на квадратный дюйм и имеют резьбовые фитинги для подключения к распределительной системе.
Очень подходящей альтернативой коммерческому радиатору является новый или подержанный автомобильный радиатор. Они доступны во многих различных размерах и могут быть куплены на большинстве складов и в пунктах снабжения запчастями.У многих дилеров есть новые радиаторы для старых автомобилей, которые они могут продать по сниженным ценам. Однако автомобильные радиаторы обычно не подходят для воды с давлением выше 15-20 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничение не должно быть проблемой, если насос и распределительные трубы имеют правильный размер. Однако автомобильные радиаторы потребуют некоторых модификаций, включая закрытие заливных и переливных отверстий и изменение перехода от резинового шлангового фитинга к распределительной трубе.
Характеристики теплопередачи любого радиатора зависят от ряда факторов.Наиболее важными являются скорость потока и температура водяных и воздушных потоков. Как правило, чем больше разница температур между водой и воздухом, тем быстрее передается тепло. Кроме того, чем больше воды и воздуха проходит через радиатор, тем больше передается тепла. Также важны такие факторы, как конструкция радиатора, количество и расположение ребер, а также материал, из которого изготовлен радиатор. Например, в типичных условиях эксплуатации многие коммерческие теплообменники, разработанные специально для горячего водоснабжения, производят около 20 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади поверхности.
Поскольку большинство радиаторов имеют схожие характеристики теплопередачи, решающим фактором при определении мощности является их физический размер. Испытания показали, что автомобильные радиаторы могут передавать от 16 000 до 20 000 БТЕ в час на квадратный фут поверхности лица (от 140 ° F воды до 70 ° F воздуха). Например, радиатор шириной 1 1 ⁄ 2 футов и высотой 2 фута имеет площадь 3 квадратных фута. Таким образом, он может передавать от 48 000 до 60 000 БТЕ в час.
Управление системой горячего водоснабжения довольно простое.Обычно они состоят из термостата, подключенного к реле, которое управляет отдельным насосом для каждой нагрузки. Электродвигатель вентилятора, который продувает воздух через радиатор, также может быть подключен к тому же реле, поскольку он не должен работать при выключенном насосе. Такое расположение позволяет управлять каждой нагрузкой независимо. В некоторых системах насосу разрешается работать непрерывно, а вентилятор управляется термостатом.
Для большинства крупных систем требуется вытяжной вентилятор, как описано ранее, чтобы обеспечить надлежащее сгорание.Вытяжной вентилятор обычно работает всякий раз, когда в топке возникает пожар. Когда нет огня, он не должен работать, и его можно отключить вручную. Однако этот механизм не работает, когда систему топят, а затем оставляют без присмотра на длительное время, например, на ночь. Когда поле израсходовано, вентилятор продолжит работу, втягивая холодный воздух через пожарные трубы и, таким образом, охлаждая воду. Важно помнить, что дымовые трубы являются теплообменниками, и что тепло будет течь от горячей воды к охлаждающим трубам, а также наоборот.Одним из решений является установка термостата в дымовой трубе, чтобы остановить вентилятор, когда температура упадет примерно до 200 ° F, то есть когда в воду больше не поступает тепло. Может потребоваться ручное управление, чтобы разжечь огонь, когда система остыла.
Древесина – отличное топливо. По сравнению с большинством других видов топлива оно недорогое, его довольно легко хранить, его можно использовать в различных формах и размерах, и оно широко распространено в Северной Каролине.По оценкам, в этом штате в качестве топлива доступно более 14 миллионов тонн древесины в год.
Хотя это хорошее топливо, у дерева есть недостатки. Он содержит меньше энергии на фунт, чем большинство других видов топлива. Количество полезной энергии в образце древесины может широко варьироваться в зависимости от содержания влаги и породы.
Растущее дерево обычно наполовину состоит из воды. Когда дерево спиливается, древесина начинает терять влагу в окружающий воздух. Древесина, которая была свежесрезана и содержит высокий процент влаги, часто называется древесиной зеленая .После того, как древесина высохла в течение определенного периода времени (обычно несколько месяцев или более, она называется выдержанной или сухой древесиной. По мере того, как древесина теряет влагу, ее влажность постепенно приближается к содержанию влаги от 12 до 15 процентов. Это значение называется равновесное содержание влаги (EMC). Фактическое процентное содержание определяется долгосрочным усреднением температуры и относительной влажности воздуха, окружающего древесину. Хотя было бы желательно, но нецелесообразно удалять всю воду из дрова.
Влажность топливной древесины обычно выражается в процентах от общей сырой массы. Например, если определенный кусок дерева весит 7 фунтов 6 унций (118 унций), но после сушки кости весит всего 5 фунтов 4 унции (84 унции), исходное содержание влаги в древесине выражается следующим образом:
118-84 = 34 унции воды
34 ÷ 118 = 0,288 или 28,8 процента
Это означает, что вода составляла 28,8% от веса влажной древесины.Содержание влаги, выраженное в процентах от сырого веса, часто обозначается сокращенно m.c.w.b. (влажность, влажная основа).
Эффективное теплосодержание древесного топлива снижается за счет содержащейся в нем влаги двумя способами. Во-первых, чем больше воды в данном куске дерева, тем меньше в нем древесины. Во-вторых, часть топлива, содержащегося в древесине, используется для испарения воды при сжигании древесины. Приблизительно 1000 БТЕ тепловой энергии требуется для испарения каждого фунта воды в древесине.Кусок дерева содержит одинаковое количество энергии, будь то зеленый или сухой. Однако зеленая древесина плохо горит, потому что часть энергии уходит на испарение лишней воды. В таблице 7 приведена чистая энергетическая ценность (теплотворная способность) древесины при различной влажности.
| Влагосодержание во влажном состоянии (в процентах) | Теплотворная способность (БТЕ на фунт) | Вес (фунтов на шнур) |
| 0 | 8 600 | 2 960 |
| 5 | 8,120 | 3,116 |
| 10 | 7,640 | 3 289 |
| 15 (правильно выдержанные) | 7 160 | 3 482 |
| 20 | 6 680 | 3,700 |
| 25 | 6 200 | 3 947 |
| 30 | 5,720 | 4 229 |
| 40 | 4 760 | 4 933 |
| 50 (зеленый) | 3 800 | 5 920 |
Обратите внимание, что правильно выдержанная древесина имеет на 88 процентов более высокую теплотворную способность (по весу), чем сырое дерево.Также обратите внимание, что зеленая древесина весит почти вдвое больше, чем выдержанная древесина. Кусок зеленого дерева весом в 1 фунт весит всего 0,59 фунта после выдержки. Кусок дерева, сгоревший в «зеленом» состоянии, дает примерно половину тепла, чем при правильной выдержке. Вот почему очень важно правильно выдерживать дрова. Для древесины, оставленной в виде цельного бревна, диаметром 12 дюймов или меньше, может потребоваться целый год, чтобы приправить ее должным образом. В идеале древесину, которая будет использоваться зимой, следует заготавливать предыдущим летом и дать ей высохнуть.Таким образом, древесина сушится за счет летнего тепла, а не за счет части энергии, содержащейся в самой древесине. Конечно, древесина, которой разрешили сезон, высохнет намного быстрее, если ее расколоть и хранить под навесом.
Плотность
Опыт показал, что дуб лучше для обогрева древесины, чем сосна, потому что дуб намного плотнее. Кубический фут сушеного на воздухе дуба весит около 42 фунтов, тогда как кубический фут сушеного на воздухе сосны лоблолли весит около 32 фунтов. Таким образом, дуб примерно на 32 процента плотнее сосны, а дубовый шнур обычно содержит на треть больше энергии, чем сосновый шнур.Это важное соображение, поскольку дрова обычно покупаются и продаются за шнур, который является мерой объема, а не веса. Важно помнить, что почти все породы древесины содержат примерно одинаковое количество энергии. Вы получаете больше фунтов древесины – и, следовательно, больше тепловой энергии – в веревке из более плотной древесины.
Другие виды топлива
Очень широко распространено мнение, что некоторые хвойные породы, такие как сосна, производят больше смолы или креозота, чем лиственные породы.Многочисленные тесты показали, что это не так. Фактически, недавние испытания не показали заметной разницы в выходе смолы между сосной и дубом. При правильном обжиге древесины не должно образовываться смолы.
Помимо более традиционных форм древесного топлива, таких как щепа и дрова, колотые или круглые, могут быть доступны древесные отходы. Это могут быть древесные отходы мебельных заводов или обрезки пиломатериалов со стройплощадок или сносов. Все эти породы дерева подходят для использования. Однако следует помнить одну очень важную вещь: ни в коем случае нельзя сжигать обработанную древесину.Древесина, обработанная креозотом из каменноугольной смолы, например железнодорожные шпалы или опоры, сильно горит и выделяет густой черный токсичный дым. Древесина, обработанная такими соединениями, как хромированный арсенат меди (CCA), обычно имеет зеленовато-желтый или коричневый цвет и при горении выделяет очень токсичный дым. Обработка или вдыхание золы пиломатериалов, обработанных CCA, может вызвать острое отравление. Даже относительно небольшое количество обработанной древесины, смешанной с необработанной древесиной, может вызвать серьезные проблемы. Будьте осторожны и знайте, какой вид топлива вы используете.
Сравнение стоимости топлива
Сравнение древесины и мазута № 2 показывает, что энергосодержание различных видов топлива, обычно называемое удельной энергией, может широко варьироваться. Например, мазут номер 2 содержит около 19 000 БТЕ на фунт, тогда как сухая древесина содержит около 8 600 БТЕ на фунт. В пересчете на фунт за фунт мазут имеет более чем в два раза больше энергии, чем древесина. Однако сравнение удельной энергии древесины и мазута говорит только об этом.
При цене 1 доллар за галлон фунт мазута стоит около 13 центов. При цене 40 долларов за шнур фунт древесины белого дуба стоит менее одного цента. Таблица 7 показывает, что фунт правильно выдержанной древесины содержит около 7 160 БТЕ.
Следующие расчеты сравнивают эти виды топлива на основе стоимости на миллион БТЕ:
Мазут: 0,13 доллара за фунт ÷ 9000 БТЕ / фунт x 1000000 = 6,84 доллара за миллион БТЕ
Древесина: 0,008 долл. США / фунт ÷ 7 160 БТЕ / фунт x 1000000 = 1,12 долл. США за миллион
БТЕЭти расчеты показывают, что стоимость мазута более чем в шесть раз превышает стоимость древесины, необходимой для производства того же количества тепла.Таким образом, древесина имеет большое преимущество в стоимости по сравнению с большинством других видов топлива.
Возражения против использования древесины в качестве источника энергии обычно связаны с удобством. В очень холодную погоду большинство систем горячего водоснабжения, работающих на древесном топливе, необходимо топить хотя бы один раз за ночь. Конечно, есть недостатки в том, чтобы вставать в 2 часа ночи, чтобы запустить систему. С другой стороны, использование дерева определенно дает преимущество в стоимости.
При рассмотрении системы горячего водоснабжения, работающей на древесном топливе, не следует упускать из виду два других важных сравнения.Один из них – системные затраты, а другой – эффективность. Стоимость установки системы правильного размера зависит от индивидуальных потребностей. Например, большинство нефтегазовых систем рассчитаны на индивидуальные теплицы и устанавливаются в них, тогда как одна большая система горячего водоснабжения может вместить множество теплиц или несколько помещений для сушки табака вместе с другими зданиями и жилым помещением.
Второй аспект, который следует учитывать, – это эффективность системы. Эффективность, которая обычно выражается в процентах, является мерой того, насколько хорошо система преобразует и доставляет химическую энергию, хранящуюся в топливе, в полезную тепловую энергию.Процентное соотношение описывает долю потребляемой энергии, которая фактически преобразуется и используется в качестве полезного тепла. Важно понимать, что общая эффективность также зависит от того, насколько хорошо система отводит тепло. Другими словами, недостаточно, чтобы система эффективно сжигала топливо, но тепло также должно доставляться с минимальными потерями к месту, где оно должно использоваться. В следующем примере показано, как рассчитывается общая эффективность:
Система водяного отопления на древесном топливе, как известно, сжигает 200 фунтов высушенной на воздухе древесины в час, за это время 2300 галлонов нагретой воды проходит через теплообменники теплицы с понижением температуры на 45 ° F.Температура воды в накопительном баке остается постоянной.
Энергетическая ценность высушенной на воздухе древесины составляет 7 160 БТЕ на фунт. Таким образом, энергия, выделяемая при сжигании 200 фунтов в час, составляет:
.7160 БТЕ / фунт x 200 фунтов / час = 1432000 БТЕ / час
По определению 1 БТЕ – это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Один галлон воды весит 8,3 фунта; следовательно, тепловая энергия, отдаваемая системой, составляет:
2300 галлонов / час x 8.3 фунта / галлон x 45 ° = 859 050 БТЕ / ч
Эффективность системы – это отношение выходной энергии к вложенной энергии:
Общий КПД, E = выход энергии системы ÷ вход энергии в систему
E = 859 050 / 1,432 000
E = 0,60 или 60%
Эти расчеты предполагают, что температура воды в резервуаре для хранения остается постоянной и что падение температуры на 45 ° F включает потери в трубопроводах, по которым вода идет в теплицу и из нее.
Без некоторых довольно сложных тестов очень сложно определить точную эффективность нагревательного устройства. Однако таблица 8 показывает, что типичная эффективность обычных систем отопления сильно различается.
При исследовании общей стоимости отопления с использованием различных видов топлива очень важно сравнивать эффективность системы, особенно если разница в стоимости на миллион БТЕ между двумя альтернативными видами топлива очень мала. Эффективность системы в меньшей степени влияет на то, какой выбор лучше, поскольку разница в стоимости между видами топлива увеличивается.В настоящее время существует значительная разница в стоимости между древесным топливом и другими широко используемыми видами топлива, чтобы сделать древесные системы рентабельными даже при довольно низкой эффективности. Очевидно, что при правильном проектировании для обеспечения максимальной эффективности использование деревянных систем будет дешевле.
| Тип системы | КПД (в процентах) |
| Электронагреватель сопротивления | 98 |
| Обогреватель сжиженного или природного газа | 75 |
| Масляная печь | 65 |
| Система горячего водоснабжения на древесном топливе | 60 |
Значения в Таблице 9 основаны на эффективности, показанной в Таблице 8, и на предположениях, что корд из выдержанной древесины весит 3492 фунта и содержит 7,160 БТЕ на фунт, мазут содержит 138000 БТЕ на галлон и что Сжиженный нефтяной газ содержит 86 000 БТЕ на галлон.Стоимость владения и эксплуатации различных систем не включена.
| Расходы на топливо | ||
| Дерево (на шнур) | Мазут (на галлон) | Сжиженный газ (на галлон) |
| $ 10 | $ 0.06 | 0,043 долл. США |
| 20 | 0,12 | 0,086 |
| 30 | 0,18 | 0,129 |
| 40 | 0,24 | 0,172 |
| 50 | 0,30 | 0,215 |
| 60 | 0,36 | 0,258 |
| 70 | 0.42 | 0,301 |
| 80 | 0,48 | 0,344 |
| 100 | 0,60 | 0,430 |
| 140 | 0,84 | 0.602 |
| 180 | 1.08 | 0,774 |
| 200 | 1,20 | 0,860 |
| 250 | 1.50 | 1,075 |
| 300 | 1,80 | 1,290 |
| 400 | 2,40 | 1,720 |
| 500 | 3,00 | 2,150 |
Надеемся, что эта публикация помогла вам лучше понять, как работает правильно спроектированная система горячего водоснабжения, и определить, можете ли вы получить выгоду от ее установки.Если вы решите построить свою собственную систему, как это сделали многие, применение рекомендаций и процедур, приведенных в этой публикации, должно помочь вам построить высокоэффективную систему. Если вместо этого вы решите приобрести одно из имеющихся в продаже устройств, эта информация должна помочь вам выбрать лучшую систему для вашего приложения и эффективно управлять ею.
Для получения дополнительной информации о применении энергии на базе древесины см. Дополнительную публикацию AG-363, Руководство по энергии на базе древесины для сельского хозяйства и малых коммерческих предприятий .Кроме того, вам могут быть полезны следующие публикации:
Информационное руководство по энергии древесины. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1982 г.
Энергия древесины для малой энергетики в Северной Каролине. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1978 год.
Руководство для лиц, принимающих решения по древесному топливу для малых промышленных потребителей энергии. Голден, Колорадо: Исследовательский институт солнечной энергии, 1980.
Древесина как энергия, Обзор вопросов сельского хозяйства № 5.Вашингтон, округ Колумбия: Национальная сельскохозяйственная библиотека, Министерство сельского хозяйства США, 1984.
Водонагреватель на дровах – 1 000 000 БТЕ в час.
Водонагреватель на дровах – 2 000 000 БТЕ в час.
- Майк Бойет
- Филип Моррис Профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия
- р.В. Уоткинс
- Профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия
Дополнительную информацию можно найти на следующих веб-сайтах NC State Extension:
Дата публикации: янв.1, 1995
AG-398
N.C. Cooperative Extension запрещает дискриминацию и домогательства независимо от возраста, цвета кожи, инвалидности, семейного и семейного положения, гендерной идентичности, национального происхождения, политических убеждений, расы, религии, пола (включая беременность), сексуальной ориентации и статуса ветерана.
Консультации – Инженер по подбору | Как спроектировать высокоэффективные системы горячего водоснабжения для больниц
Авторы: Wyatt Wirges, LEED AP BD + C, и Jay Goode, PE, WSP + ccrd, Даллас 24 октября 2016 г.
Цели обучения:
- Определите требования к котельной для отопления и горячего водоснабжения в здании здравоохранения.
- Проанализируйте нормы, стандарты и другие требования для проектирования котельных систем и связанного с ними оборудования HVAC.
- Разработайте дизайн для максимальной энергоэффективности.
Больницы предлагают уникальную возможность проявить творческий подход при проектировании системы горячего водоснабжения. Хотя обеспечение надежной поддержки критически важных функций здравоохранения является первым приоритетом, можно спроектировать систему, которая значительно повысит энергоэффективность и рентабельность за счет разделения систем пара и горячей воды и использования конденсационных котлов, настроенных для работы с максимальной эффективностью.
В большей степени, чем в зданиях любого другого типа, количество воздушного потока в больнице определяется правилами. Многие помещения имеют минимальный воздушный поток независимо от фактических нагрузок или количества людей. Руководство Института руководящих указаний по объектам (FGI) по проектированию и строительству больниц и амбулаторных учреждений »является основным руководством, используемым сегодня для аккредитации больниц Объединенной комиссией, и во многих штатах есть либо свои собственные поправки, либо полностью альтернативный кодекс.
FGI теперь ссылается на стандарт ASHRAE 170: Вентиляция медицинских учреждений в отношении фактических требований к воздушному потоку.Все нормы здравоохранения, связанные с HVAC, сосредотачиваются на минимально приемлемых количествах воздушного потока для каждого типа помещения и соотношении давления между помещениями. Коды также определяют количество свежего наружного воздуха. На протяжении десятилетий для удовлетворения этих требований использовались различные системы, в том числе однозонные с постоянным объемом, многозонные с постоянным объемом, двухканальные системы и одноканальные системы с переменным объемом воздуха (VAV). В последние годы были разработаны и испытаны более новые системы, включая системы с регулируемым потоком хладагента и охлаждающие балки.В большинстве медицинских учреждений, построенных за последние 20 лет, используется система VAV с подогревом горячей воды; поэтому в этой статье мы будем использовать этот тип системы в качестве основы для обсуждения.
Системы VAV
Когда система VAV используется в проекте медицинского учреждения, минимальный воздушный поток терминалов определяется минимальными требованиями к воздушному потоку помещения. Часть оконечных устройств фактически спроектирована как оконечные устройства постоянного объема, поскольку минимальный расход воздуха превышает расход воздуха, необходимый для удовлетворения тепловой и охлаждающей нагрузки помещений.Это приводит к необходимости подогрева в течение всего года. В сочетании с тем фактом, что потребление горячей воды для бытовых нужд является постоянным в течение года, типичная больница может иметь летнюю нагрузку по нагреву воды, которая составляет две трети нагрузки по нагреву горячей воды зимой.
Больницы, особенно крупные (> 500 000 кв. Футов), имеют естественную потребность в паре для оборудования, связанного со стерилизацией, и для увлажнения большого количества наружного воздуха. Поскольку паровая система необходима для начала, существует тенденция к тому, чтобы она поддерживала множество функций здания.Исторически паровая система использовалась для выполнения всех функций, требующих тепла. Эти дополнительные функции здания могут включать кухню, прачечную и, как правило, все системы водяного отопления. Горячая вода для бытового потребления и горячая вода для отопления вырабатываются паром с использованием кожухотрубных паровых преобразователей или пакетных преобразователей пара.
Это делает паровую систему основным компонентом предприятия, требующим обученных и опытных операторов котлов. Водотрубные котлы, изготовленные на месте, а также водогрейные и жаротрубные котлы от 500 до 2000 л.с. и более имеются в большинстве крупных больничных городков.Конструкция этих котлов без конденсации ограничивает их эффективность даже в идеальных условиях.
Возраст котла, техническое обслуживание конденсатоотводчика и утечки пара – все это способствует значительному снижению фактического КПД этих систем. Избыточность и надежность системы традиционно намного перевешивали любые опасения по поводу незначительных потерь эффективности. Однако времена меняются, и повышение эффективности всего на несколько процентных пунктов очень востребовано.
Повышение эффективности
Ключевой стратегией повышения эффективности систем отопления для больниц является разделение систем отопления и пара.В этой новой парадигме дизайна паровые системы уменьшены в размерах, чтобы удовлетворить только прямые потребности в паре для увлажнения и стерилизации. Системы горячего водоснабжения как для бытового, так и для водяного отопления, которые обычно вырабатывались с помощью паровых преобразователей, генерируются независимо от паровой системы с использованием их собственного источника топлива. Эта единственная мера – установка отдельных водогрейных котлов конденсационного типа – дает КПД на несколько процентных пунктов для большого процента потребностей предприятия в отоплении.Кроме того, отделение систем водяного отопления от паровой дает профессиональным проектировщикам широкие возможности для творчества при разработке наиболее эффективных систем.
КПД конденсационного котла увеличивается до максимума, когда температура отопительной воды, возвращаемой обратно в котел, снижается ниже точки росы водяного пара в выхлопных газах, которая имеет место примерно при 130 ° F. Согласно ASHRAE, эффективность конденсационного котла повышается при снижении температуры воды на входе.Более низкая температура отопительной воды вызывает конденсацию водяного пара в выхлопных газах. Затем конденсат проходит через теплообменник внутри котла, а скрытая теплота утилизируется. В обычной котельной системе этой ситуации следует избегать, поскольку конденсат и остаточный воздух, остающийся после процесса сгорания, вызывают повреждение котла в виде коррозии, выхода из строя огнеупора и засорения ребер из-за образования сажи. Хотя эти потенциально опасные условия все еще присутствуют в конденсационном котле, компоненты котла и дымоход изготовлены из коррозионно-стойких материалов для предотвращения коррозии и разрушительных воздействий.
Эти характеристики эффективности побуждают проектировщиков устанавливать температуру обратной воды системы отопления (HWR) как можно ниже. Первым шагом является оценка климатических условий, чтобы определить, можно ли спроектировать систему горячего водоснабжения для работы при температуре подачи, которая ближе к точке конденсации выхлопных газов. В идеале система может быть спроектирована для работы с температурой подачи 140 ° F и температурой горячей воды в диапазоне от 110 до 120 ° F в расчетный отопительный день. Эти рабочие температуры особенно удобны в южном климате с более мягкими зимами.
Однако проектирование с более низкой температурой горячей воды требует тщательного анализа змеевиков системы обогрева. Более низкая температура горячей воды вызывает уменьшение «приближения» – термина, который обозначает разницу между температурой подачи горячей воды и температурой воздуха, поступающего в нагревательный змеевик. Из-за ослабления подхода требуется большая площадь поверхности змеевика для получения такой же теплопроизводительности по сравнению с тем, когда вода на 180 ° F подается в змеевик повторного нагрева. Чтобы противодействовать этому снижению емкости змеевика, могут потребоваться трехрядные змеевики.
Еще одно возможное решение – увеличить клеммную коробку, чтобы увеличить площадь поверхности катушки. Например, 6-дюйм. Клеммная коробка с двухрядным змеевиком может быть достаточной для удовлетворения требований к воздушному потоку, но может не иметь достаточной площади поверхности змеевика для удовлетворения требований к температуре нагнетаемого воздуха при подаче горячей воды (HWS) 140 ° F в расчетный отопительный день. Чтобы избежать увеличения размера змеевика до трехрядного, можно использовать 8-дюйм. клеммный блок с двухрядной катушкой. Стоимость такого увеличения размера минимальна (от 10% до 20% стоимости клеммной коробки) и позволяет избежать дополнительного потребления энергии вентилятором, необходимого для преодоления повышенного падения давления трехрядного змеевика.Эти дополнительные затраты быстро компенсируются за счет повышения эффективности за счет эксплуатации конденсационных котлов в более высоком диапазоне КПД.
Есть дополнительные творческие способы еще больше снизить температуру HWR. В рамках применения в медицинском учреждении существует несколько систем, которым требуется тепло с постоянным профилем нагрузки, которые могут служить радиатором для HWR. Эти системы могут включать в себя нагрев горячей воды для бытовых нужд, подогрев подпиточной воды паровой системы, системы таяния снега и системы лучистого обогрева полов.Каждую из вышеупомянутых систем можно перехватить и провести по трубопроводу через отдельные пластинчатые теплообменники. Затем вода для отопления может быть подключена к другим сторонам этих теплообменников в виде линейного трубопровода или в конфигурации с боковым потоком с трехходовыми клапанами или встроенными насосами.
Простым примером является предварительный нагрев холодной воды для бытового потребления перед ее подачей в водонагреватель. Обычный водонагреватель будет работать с КПД, аналогичным КПД обычного бойлера, в диапазоне КПД от 80% до 85%.Также доступны конденсационные водонагреватели, которые могут работать в тех же диапазонах эффективности, что и конденсационный котел (приблизительно 98%). Однако эффективность конденсационного водонагревателя может быть ограничена в условиях частичной нагрузки из-за постоянной рециркуляции горячей воды из здания и внутреннего накопительного компонента водонагревателя.
В медицинском учреждении при неполной нагрузке холодная бытовая вода при температуре от 40 ° до 60 ° F смешивается с водой, возвращающейся из здания при температуре от 110 ° до 120 ° F, перед тем, как попасть в водонагреватели.Хотя такая смешанная температура воды по-прежнему позволяет конденсировать водяной пар в дымовых газах для рекуперации энергии, дополнительную эффективность можно получить, если подпиточная вода предварительно нагревается с помощью HWR через двухстенный пластинчато-рамный теплообменник. Затем водонагреватели используются для повышения температуры горячей воды для бытового потребления до минимальной температуры 140 ° F, что необходимо для устранения бактерий Legionella от накопления в системе горячего водоснабжения.
Эта конфигурация системы максимизирует эффективность конденсационного котла, работа которого требуется независимо от наличия теплообменника, и, как минимум, ограничивает и потенциально исключает возгорание конденсационных водонагревателей, которые работают в точке с более низким КПД.Нет оборудования более эффективного, чем оборудование, которое не должно работать; это заявление не направлено на то, чтобы препятствовать использованию конденсационного водонагревателя, а скорее для того, чтобы сделать больший акцент на энергетических характеристиках системы, чем на энергетических характеристиках компонентов.
Реализация сброса температуры HWS также жизненно важна для снижения температуры HWR. В традиционной системе водяного отопления с пожарным или водотрубным котлом минимальный предел, на который может снизиться температура теплоносителя на подаче, должен быть ограничен, чтобы температура горячей воды не могла вызвать конденсацию в дымоходе и, в свою очередь, повредить систему отопления. котел.В системе с конденсационным котлом нет минимального предела, и приветствуются более низкие температуры.
Чиллеры с рекуперацией тепла
Имеется дополнительная технология, которая может быть реализована в вышеупомянутой системе, которая может создавать воду для отопления. В сфере здравоохранения часто существует потребность в охлажденной воде круглый год, аналогичной потребности в воде для отопления. В этом анализе необходимо учитывать использование экономайзеров на стороне воздуха во многих климатических условиях, поскольку погодные условия на открытом воздухе могут позволить полностью отключить систему охлажденной воды.Но когда есть потребность в круглогодичной охлажденной воде или присутствует экономайзер на стороне воды, включение чиллера с рекуперацией тепла может позволить значительно повысить эффективность системы.
Чиллер с рекуперацией тепла создает охлажденную воду с типичными температурами охлаждающей воды, одновременно передавая тепло от охлажденной воды к водяному радиатору. Эта операция аналогична работе типичного чиллера с водяным охлаждением, но вместо выпуска воды при температуре от 95 ° до 100 ° F он может выпускать воду со стороны радиатора при температуре до 140 ° F.Затем эта горячая вода может быть рекуперирована в виде системы горячего водоснабжения для отопления или, как минимум, с помощью усилителя горячей воды перед котлами. Он должен работать при тех же рабочих температурах на стороне горячего водоснабжения, что и конденсационные котлы, что обеспечивает гармоничную интеграцию чиллера-утилизатора в систему нагрева воды конденсационного котла.
К конструкции чиллера с рекуперацией тепла для этого типа применения необходимо подходить с осторожностью. В идеале он должен быть такого размера, чтобы соответствовать минимуму тепловой нагрузки или нагрузки по охлажденной воде, что позволяет ему работать круглосуточно и без выходных.Учитывая, что чиллер с рекуперацией тепла предназначен для использования в качестве дополнения к чиллерам и котельным системам, любой оставшийся необходимый нагрев или охлаждение воды будет обрабатываться котлом или чиллерами.
Важно, чтобы чиллер с рекуперацией тепла в данном случае не был слишком большим по размеру, так как он будет работать с минимальной нагрузкой на обогрев или охлаждение. Результатом значительного завышения размеров является вероятность того, что части мощности оборудования не будут задействованы в типичных условиях охлаждения или нагрева.Хотя это может показаться незначительным недостатком, в действительности потеря рабочего времени отрицательно влияет на окупаемость инвестиций в оборудование.
Первоначальная стоимость чиллера-утилизатора высока по сравнению со стоимостью котла и чиллера аналогичной мощности. С эксплуатационной точки зрения по сравнению с традиционной системой чиллер-утилизатор, работающий исключительно как чиллер, является неэффективным чиллером, а чиллер-утилизатор, действующим исключительно как бойлер, является неэффективным котлом.Однако, когда он одновременно работает и как чиллер, и как котел, это значительно эффективнее, чем одновременное использование независимых чиллеров и котлов (см. Таблицу 1). В медицинском учреждении, где охладитель с рекуперацией тепла предназначен для работы с дополнительной мощностью, позволяющей экономить энергию / затраты, это, вероятно, единственный пример оборудования, для которого желателен небольшой размер, а не завышенный. Система охладителя с рекуперацией тепла надлежащего размера может окупиться в течение 5 лет, особенно в случаях, когда стоимость природного газа превышает 33% стоимости электроэнергии на одну и ту же единицу энергии (в сравнительных долларах / британских тепловых единицах).
Интеграция чиллера-утилизатора в систему конденсационного водогрейного котла также может быть подключена по трубопроводу таким образом, чтобы одновременно оптимизировать эффективность как чиллера-утилизатора, так и систем конденсационного котла. На Рисунке 1 чиллер-утилизатор и конденсационные котлы подключены в виде бокового потока к основному водяному контуру системы отопления. Трубопровод, питающий конденсационные котлы, подключается к основному водонагревателю до точки сброса чиллера с рекуперацией тепла обратно в основную водную систему.Это позволяет охладителю с рекуперацией тепла и конденсационным котлам получать более холодную воду с горячей водой, тем самым максимизируя эффективность обеих систем.
Кроме того, насосы, предназначенные для конденсационных котлов, позволяют значительно уменьшить рабочий диапазон проточного котла, что дополнительно увеличивает эффективность котла и системы. Чиллер с рекуперацией тепла работает для достижения максимально возможной тепловой мощности, а конденсационные котлы вырабатывают столько тепла, сколько необходимо для достижения уставки системы отопления / водоснабжения.
Альтернативой может быть установка конденсационных котлов последовательно с основной системой отопления и воды, которая соответствует более традиционной схеме системы отопления и воды. Чиллер-утилизатор все равно будет настроен на работу с побочным потоком, но система конденсационного котла будет получать горячую воду для отопления после того, как она уже была кондиционирована чиллером-утилизатором. Такая конфигурация позволяет сэкономить на специальных насосах, необходимых для каждого котла, но потенциально может поднять температуру горячей воды на входе в котел выше ее точки конденсации в условиях частичной нагрузки.
Существуют также творческие средства, которые можно использовать при добавлении к системам нагрева воды, которые были спроектированы для более традиционных температур HWS и HWR (например, 180 ° / 150 ° F HWS / HWR), чтобы понизить температуру HWR и вызвать конденсацию возможны котлы и чиллеры с рекуперацией тепла. Во-первых, необходим тщательный анализ существующих нагревательных змеевиков системы, чтобы определить минимальную температуру нагнетаемого воздуха, необходимую для удовлетворения тепловой нагрузки. После определения этого значения необходимо провести анализ нагревательных змеевиков, чтобы определить, на какую температуру нагнетания способны выдерживать змеевики при различных температурах подачи горячей воды.
Из-за требуемой нормой минимальной скорости воздухообмена во многих помещениях в медицинских учреждениях (особенно в тех, где требуются системы постоянного объема), температура на выходе из клеммной коробки, необходимая для компенсации требований по обогреву помещения, может составлять только от 80 ° до Диапазон 85 ° F, особенно в южном климате. При проведении этого анализа также необходимо учитывать расход отопительной воды через боксы, так как расход неизбежно будет увеличиваться при снижении температуры подачи горячей воды. Если можно определить, что температура подачи в системе может быть снижена до 150 ° F или менее, это дает возможность использовать конденсационные котлы и охладитель с рекуперацией тепла.
В вышеупомянутых расчетных условиях одного лишь снижения температуры HWS до 150 ° F может быть недостаточно для обеспечения круглосуточной работы чиллера с рекуперацией тепла, так как температура HWR все еще может быть слишком высокой (от 130 ° до 140 ° F ). В дополнение к использованию ранее описанных стратегий для снижения температуры ГВС, любые новые постройки могут быть оснащены выделенными вторичными контурами горячего водоснабжения, которые смешивают подаваемую воду на 150 ° F с новым вторичным контуром для поддержания новой расчетной температуры подачи вторичного контура. (см. рисунок 2).Эта конфигурация позволяет каждому вторичному контуру работать с собственным заданным значением температуры HWS и позволяет сбрасывать температуру в каждом контуре.
В заключение, минимальные изменения воздуха, требуемые в проектах здравоохранения, приводят к необходимости нагрева воды круглый год из-за повторного нагрева при минимальной вентиляции. Это дает инженерам-проектировщикам возможность разработать творческие способы удовлетворения этой тепловой нагрузки. Включение любой тепловой нагрузки, которая может снизить температуру горячей воды, позволяет эффективно использовать конденсационные котлы, чиллеры с рекуперацией тепла и другие творческие решения.
Вятт Вирджес – конструктор механики в WSP + ccrd. Он принимал участие в проектировании и анализе механических и водопроводных систем в медицинских учреждениях по всей стране. Джей Гуд – вице-президент WSP + ccrd. В течение своей 28-летней карьеры он спроектировал и ввел в эксплуатацию механические системы как для малых, так и для крупных проектов здравоохранения по всей стране.
Разница между котлами и водонагревателями
Многим домовладельцам, которые не являются специалистами в области сантехники, кажется, что водонагреватель и бойлер имеют одинаковую функциональность.Они оба нагревают воду по всему дому. Конечно, при одинаковой функциональности водонагреватель и бойлер имеют разные цели в доме и нагревают воду по-разному. Для опытного домовладельца важно узнать о различиях между водонагревателем и бойлером, чтобы они могли сэкономить время и деньги, устраняя неисправности этих приборов, когда возникает проблема.
Что такое водонагреватель?
Водонагреватель делает именно то, что подразумевает его название; он нагревает воду.Вы используете эту воду для душа, мытья рук, готовки и уборки. Берет из водопровода холодную воду и нагревает ее. Затем он накачивает его по всему дому, когда вы открываете кран или включаете стиральную машину. Водонагреватели используются для подогрева питьевой воды (чистой и безопасной для приготовления пищи и очистки).
Как работает водонагреватель?
Есть два типа водонагревателей: водонагреватели с резервуаром и водонагреватели без резервуара.
Водонагреватель с баком принимает холодную поступающую воду и косвенно нагревает ее с помощью газовой горелки или электрических нагревательных стержней внутри бака.Как только вода достигает нужной температуры, водонагреватель сохраняет ее в резервуаре, ожидая, пока вы включите раковину или душ. В зависимости от того, на сколько вы повернете ручку с горячей водой, водонагреватель «отправит» горячую воду, которая смешается с холодной водой, в раковину или душ. Это достигается за счет давления в ваших трубах – при включении раковины или душа холодная вода подается в водонагреватель, а нагретая вода поступает в трубы и к вашему крану.
Водонагреватель без резервуара нагревает воду мгновенно, а не хранит ее в резервуаре.Когда вы включаете воду и устанавливаете желаемую температуру, водонагреватель без резервуара будет нагревать воду, поступающую в ваш душ или раковину, пока у вас есть вода.
Что такое бойлер?
Бойлер не обязательно просто кипятит воду “”, он превращает воду в пар. Пар – недорогой и эффективный способ передачи тепла. Его не только легко перекачивать через дом (вода весит больше и требует больше усилий. проталкивать по дому) он лучше удерживает тепло, чем просто воздух.Бойлер нагревает воду, превращает ее в пар и гонит по всему дому для обогрева. Вода не обязательно питьевая, но ее можно использовать для обогрева труб в стенах дома или для обогрева системы лучистого тепла. Бойлер превращает воду в пар для обогрева дома. Схема выше и анимация ниже показывают очень простое представление о том, как работает бойлер. Здесь вы можете найти более подробный обзор котлов и их компонентов.
Как работает котел?
Конечно, котлы можно использовать для нагрева питьевой воды.Но когда котел используется в качестве системы отопления для дома, он полагается на термостат, который сообщает ему, когда начинать нагрев воды в его системе. Большинство котлов работают по замкнутой системе, что означает, что они не используют постоянно новую воду при подаче пара через дом. Вместо этого они начинают с воды внутри котла. Он нагревается камерой сгорания косвенно. Как только вода превращается в пар, котел пропускает его по дому, нагревая стены или пол дома.Вот еще одна простая диаграмма того, что происходит, когда в котле используются радиаторы для отопления дома:
Затем, когда пар остывает, он снова превращается в воду и возвращается в котел. Поскольку он уже теплый, котлу не нужно тратить много энергии, чтобы снова превратить его в пар и снова отправить в путь.
В чем разница между ними?
Котел используется для обогрева дома паром и лучистым теплом. Водонагреватель нагревает воду, которая будет использоваться во время готовки или уборки.
Котлы и домашняя гарантия
Иногда здесь, в компании Landmark Home Warranty, есть люди, которые не понимают, почему гарантия на дом может распространяться на водонагреватель, но не на бойлеры. Хотя бойлеры являются популярной формой отопления в таких местах, как Австралия и Великобритания, в Соединенных Штатах они менее широко используются. Landmark хочет, чтобы при ремонте или замене системы или устройства у нас были специалисты, которые являются экспертами. Поскольку котельная система не так популярна, найти специалистов по ее ремонту или замене может быть сложно.Кроме того, если используются котлы, они обогревают здания, которые используются в коммерческих целях или в общих помещениях, и домашние гарантии обычно не распространяются на системы и устройства, которые используются совместно.
Водонагреватели и гарантия на дом
Домашняя гарантия обычно распространяется на водонагреватели. Когда водонагреватель выходит из строя, домовладелец звонит в гарантийную компанию и просит его связаться с подрядчиком, который диагностирует отказ водонагревателя. Если неисправность покрывается их домашним гарантийным планом и контрактом, подрядчик отремонтирует или заменит водонагреватель.
Для получения дополнительной информации о планах и ценах с домашними гарантиями и их покрытии на водонагреватели, вы можете сравнить планы и цены здесь.
Как устранить неполадки в системе распределения горячей воды / пара: советы
Ниже приведены ключевые факторы, которые следует учитывать при обслуживании системы горячего водоснабжения и пара.
Уклон
Системы горячего водоснабжения зависят от правильного уклона. Все трубы и радиаторы должны иметь уклон в сторону котла. Шум от ударов и отсутствие нагрева указывают на неправильный уклон.Чтобы исправить эти неисправности, проверьте наклон радиаторов и труб, а также установите радиаторы или закрепите трубы так, чтобы все компоненты были правильно наклонены.
Уровень воды
Уровень воды в бойлере системы горячего водоснабжения должен поддерживаться примерно наполовину. Между поверхностью воды и верхней частью резервуара должно быть воздушное пространство. Слишком низкий уровень воды может вызвать недостаточный нагрев.
В большинстве случаев автоматическая система наполнения поддерживает наполнение бойлера необходимым количеством воды.Однако, если уровень воды в системе постоянно низкий, проверьте трубы на герметичность. Закройте кран подачи воды и отметьте уровень воды в течение двух-трех дней. Если уровень резко упадет, вызовите специалиста по обслуживанию.
Расширительный бак
Для эффективного нагрева вода в системе горячего водоснабжения нагревается намного выше точки кипения, но не превращается в пар, потому что расширительный бак и редукционный клапан удерживают воду под давлением. Обычно расширительный бак подвешивают к потолку подвала, недалеко от котла.
В старых системах ищите расширительный бачок на чердаке. Если в расширительном баке недостаточно воздуха, повышение давления вытеснит воду из предохранительного клапана, расположенного над котлом. Если в баке недостаточно воздуха, бак наполняется водой. Вода расширяется при нагревании и затем выходит через предохранительный клапан.
Проверьте наличие воздуха в расширительном бачке, слегка прикоснувшись к нему. Обычно нижняя половина резервуара кажется более теплой, чем верхняя; если кажется, что весь резервуар горячий, значит он заполнен водой и его необходимо слить.Вот как слить воду из расширительного бачка:
- Отключить питание котла. Закройте запорный кран подачи воды и дайте баку остыть.
- Комбинированный сливной клапан пропускает воду и воздух, когда он открыт. Если есть комбинированный клапан, подсоедините садовый шланг к клапану и слейте 2 или 3 галлона воды. Если нет комбинированного клапана, перекройте вентиль между расширительным баком и котлом и полностью слейте воду из расширительного бака.
- Включите подачу воды. Затем включите питание котла, чтобы система снова заработала.Доливать расширительный бачок не нужно; он заполнится как часть нормальной работы системы.
Радиаторы системы горячего водоснабжения и пара требуют регулярного обслуживания и ремонта. В следующем разделе вы узнаете все, что вам нужно об этом знать.
Водонагреватели без резервуаров или водонагреватели по запросу
Водонагреватели без резервуаров, также известные как водонагреватели по запросу или проточные водонагреватели, обеспечивают горячую воду только по мере необходимости. Они не вызывают потерь энергии в режиме ожидания, связанных с накопительными водонагревателями, что может сэкономить вам деньги.Здесь вы найдете основную информацию о том, как они работают, подходит ли безрезервуарный водонагреватель для вашего дома и какие критерии следует использовать при выборе подходящей модели. Ознакомьтесь с инфографикой Energy Saver 101: Water Heating, чтобы узнать, подходит ли вам безрезервуарный водонагреватель, и с нашим обсуждением #AskEnergySaver о водяном нагреве, чтобы узнать больше об эффективном водяном нагреве.
Как они работают
Бесконтактные водонагреватели нагревают воду напрямую, без использования накопительного бака.Когда кран с горячей водой открыт, холодная вода по трубе попадает в агрегат. Вода нагревается либо газовой горелкой, либо электрическим элементом. В результате безбаквальные водонагреватели обеспечивают постоянную подачу горячей воды. Вам не нужно ждать, пока резервуар наполнится достаточным количеством горячей воды. Однако мощность водонагревателя без резервуара ограничивает расход.
Как правило, водонагреватели без резервуаров обеспечивают горячую воду со скоростью 2–5 галлонов (7,6–15,2 литра) в минуту. Газовые безбаквальные водонагреватели производят более высокий расход, чем электрические.Однако иногда даже самая большая газовая модель не может обеспечить достаточно горячей воды для одновременного многократного использования в больших домах. Например, одновременное принятие душа и включение посудомоечной машины может максимально растянуть безбаковый водонагреватель. Чтобы решить эту проблему, вы можете установить два или более безбаквальных водонагревателя, подключенных параллельно для одновременной подачи горячей воды. Вы также можете установить отдельные водонагреватели без резервуара для бытовых приборов, таких как стиральная машина или посудомоечная машина, которые потребляют много горячей воды в вашем доме.
К другим областям применения водонагревателей по запросу относятся следующие:
- Удаленные ванные комнаты или гидромассажные ванны
- Бустер для бытовых приборов, таких как посудомоечные машины или стиральные машины
- Бустер для солнечной системы нагрева воды.
Преимущества и недостатки
Для домов, в которых ежедневно используется 41 галлон или меньше горячей воды, водонагреватели по запросу могут быть на 24–34% более энергоэффективными, чем обычные водонагреватели с накопительными баками. Они могут быть на 8–14% более энергоэффективными для домов, в которых используется много горячей воды – около 86 галлонов в день.Вы можете добиться еще большей экономии энергии – 27% –50%, если установите водонагреватель по запросу на каждом выходе горячей воды.
Начальная стоимость безбаквального водонагревателя выше, чем у обычного накопительного водонагревателя, но безбакерные водонагреватели обычно служат дольше и имеют более низкие эксплуатационные расходы и затраты на электроэнергию, что может компенсировать их более высокую закупочную цену. Срок службы большинства водонагревателей без резервуаров составляет более 20 лет. У них также есть легко заменяемые детали, которые продлевают срок их службы на много лет.Напротив, накопительные водонагреватели служат 10–15 лет.
Водонагреватели без резервуаров позволяют избежать потерь тепла в режиме ожидания, связанных с накопительными водонагревателями. Однако, хотя газовые водонагреватели без резервуаров, как правило, имеют более высокую скорость потока, чем электрические, они могут тратить энергию, если у них постоянно горящая сигнальная лампа. Иногда это может компенсировать устранение потерь энергии в режиме ожидания по сравнению с накопительным водонагревателем. В водонагревателе, работающем на газе, контрольная лампа нагревает воду в баке, поэтому энергия не тратится.
Стоимость эксплуатации контрольной лампы в безбаквальном водонагревателе варьируется от модели к модели. Спросите производителя, сколько газа использует пилотный фонарь для рассматриваемой модели. Если вы приобретете модель, в которой используется стоячая контрольная лампа, вы всегда можете выключить ее, когда она не используется, для экономии энергии. Также рассмотрите модели, которые имеют устройство прерывистого зажигания (IID) вместо стоячей контрольной лампы. Это устройство напоминает устройство искрового зажигания на некоторых газовых кухонных плитах и духовках.
Выбор водонагревателя по запросу
Перед покупкой водонагревателя по запросу вам также необходимо принять во внимание следующее:
Установка и обслуживание
Правильная установка и обслуживание вашего водонагревателя по запросу может оптимизировать его энергоэффективность.
Правильная установка зависит от многих факторов. Эти факторы включают тип топлива, климат, местные строительные нормы и правила и вопросы безопасности, особенно в отношении сжигания газовых водонагревателей.Поэтому для установки водонагревателя по требованию лучше обратиться к квалифицированному специалисту по сантехнике и отоплению. При выборе подрядчика выполните следующие действия:
- Запросите смету расходов в письменной форме
- Запросите рекомендации
- Обратитесь в местное бюро Better Business Bureau. .
Если вы решили установить водонагреватель самостоятельно, сначала проконсультируйтесь с производителем.У производителей обычно есть необходимые инструкции по установке и эксплуатации. Кроме того, свяжитесь с вашим городом или поселком для получения информации о получении разрешения, если необходимо, и о местных правилах установки водонагревателя.
Периодическое обслуживание водонагревателя может значительно продлить срок его службы и минимизировать потерю эффективности.