СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ И БАКОВ-АККУМУЛЯТОРОВ

В двухконтурных системах солнечного тепло - и хладоснабжения используют как проточные, так и емкостные теплообменники. При расходах теплоносителя, превышающих 2000 кг/ч, рекомендуется применять водоводяные секционные подогреватели, а при меньших расходах - теплообменники типа ТТ - "труба в трубе" (рис. 6.4, табл. 6.2). Проточные теплообменники систем солнечного тепло - и хладоснабжения подключают по противоточной схеме.

6.2. Технические характеристики теплообменников типа ТЦ разработанных ВНИИнефтемаш

Тип теплообменника

Диаметр, мм

Площадь сечения,

Поверх­

Длина

Масса

Мм2

Ность

Секции,

Секции,

Внутрен­ней тру­бы

Наружной трубы

Внутрен­ней тру­бы

Кольце­вого кана­ла

Нагрева, м2

Мм

Кг

ТТ1-25/38-10/10 ТТ2-25/38-10/10

25/20 25/20

38/32 38/32

314 628

ИЗ 626

14 • 14

4500 4500

140 140

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ И БАКОВ-АККУМУЛЯТОРОВ

Рис. 6.4. Секция проточного теплообменника типа "труба в трубе" СП)

1 - наружная труба; 2 - внутренняя труба; 3 — распределительная камера; 4 — поворотная камера

Расчет скорости теплообменников, включенных в установки солнеч­ного теплоснабжения, выполняют по известным зависимостям, в том числе по выражениям, определяющим понятие эффективности тепло­обменника (метод £ - Ntu):

W (Т - Т ) В г. в х. в

W (Т - Т )' Min вых вх

W(T - т ) Т вых вх

W - т Min вых вх

(6.20)

£ L-exp[-NTU(l-i?)] t

То= |-JR Г— NTU(1 — Л)] exp

Где С — эффективность теплообменника; W ; WB — соответственно водяные эквивален­ты расходов теплоносителя н воды; R = ^rnin^max ~ отношение минимального и макси­мального из двух водяных эквивалентов расходов теплоносителя и подогреваемой среды, проходящих через теплообменник; NTU — так называемое число единиц переноса тепла (Г — температура, V — приведенный коэффициент теплопередачи): NTU = jn, где

(6.21)

Fc - коэффициент теплопередачи, Вт/ м2оС ; FJ(J - площадь поверхности нагрева, м2; Тг в, Тх в — температура соответственно горячей и холодной воды.

(6.22)

Трудность расчета теплообменников при проектировании установок солнечного теплоснабжения связана с тем, что они работают при переменных температурах, а часто и непостоянных расходах тепло­носителей. Поэтому на практике можно использовать упрощенные зависимости для определения необходимых площадей теплообмена

FTO = Сср(Гг. в - Тх. в.)/3600 tA Тк>
где Gcp — количество воды, нагреваемой за период работы установки, кг; Т - продолжи­тельность суточного цикла работы установки, ч; А Т — средний температурный напор в теплообменнике, принимаемый не более 5 °С;к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2.°С).

Значение к определяют по эмпирической формуле

Лс = av5'8/[l + (vj^)0'8!'

Где a = 5500 для секционных водоподогревателей, а = 5150 для подогревателей типа ТТ; vp v2 — скорости движения теплоносителя соответственно в трубном и межтрубном сечениях теплообменника, м/с (значения скоростей v^ и v2 для секционных водоподогревателей следует принимать в пределах 0,3 ... 1 м/с, для теплообменников типа ТТ — 0,5 ... 1 м/с).

При использовании в солнечном контуре антифризов коэффициент теплопередачи уменьшают на 10... 15 %.

Гидравлическое сопротивление проточных теплообменников опре­деляют по известным зависимостям или по приближенным формулам.

Для секционных водоподогревателей потери давления внутри труб и межтрубном пространстве соответственно равны:

= 5000^2; AP2*№00V$R, (6.24)

Для теплообменников типа ТТ

APj = 8000vfz/n; ДР2 = 13400v^/n> (6.25)

(6.23)

Где z — число секций; п - число параллельных ходов (n = 1 для ТТ1 и л = 2 для ТТ2).

(6.26)

(6.27)

Т

Формулы получены для воды; при использовании других теплоноси­телей потери давления могут быть определены из соотношения

Л Р*= 2,7-10-f^iyVr0,25.

Эффективность теплообменника, совмещенного с баком-аккумуля­тором (емкостной водонагреватель), работающего в режиме нагрева без отбора тепла (пренебрегая теплопотерями нагреваемой и нагреваю­щей жидкостей и с учетом среднелогарифмического значения их разности) выражают известным уравнением (при w6 »WTT )

F б = 1-ex p(-NTU6).

Удельную производительность за время Т находят из выражения

W r

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ И БАКОВ-АККУМУЛЯТОРОВ

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ И БАКОВ-АККУМУЛЯТОРОВ

(6.28)

Рабочая вмес­

Диаметр труб

Полная длина

Суммарная

Поверхность

Сечение

Масса

Тимость, мЗ

Змеевика, мм

Змеевнка, мм

Длина труб

El, М

Нагрева, м2

Змеевика,

Змееви­

Мм2

Ка, кг

63. Техническая характеристика змеевиков емкостных теплообменников

20 20 32 32

1680 2780 2300 3600

20,9 34,1 28,1 43,8

1,75 2,85

3.7

5.8

350 350 1000 1000

35 56,5 108 168

В аппаратах с гладкотрубными теплообменниками точное определе­ние коэффициентов теплопередачи через внутреннюю и наружную поверхности достаточно сложно. Для их нахождения при свободном и вынужденном движениях сред существует целый ряд методических пособий и номограмм.

1 1,6 2,5 4

Расчет емкостных теплообменников также можно выполнять по формуле (6.22). При этом средний температурный напор следует принимать большим, чем в скоростных теплообменниках (10... 15 °С), а коэффициент теплопередачи - 250... 300 Вт/(м2-°С).

(6.29)

Где Z I — суммарная длина труб теплообменника, м; D — условный проход труб, м; v —; скорость теплоносителя в трубах, м/с.

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ И БАКОВ-АККУМУЛЯТОРОВ

Рис.-6.5. Конструкция змеевика емкостного теплообменника типа СТД

6-6

/Ц_ 1 v~

U" *—

JEE-E3

^ r f-3

Для серийных емкостных теплообменников типа СТД рекомендует­ся использовать гладкотрубные однопроходные змеевики (рис. 6.5, Табл. 6.3). Гидравлическое сопротивление змеевиков определяют по формуле

ДР = 125(2 L/D + 940)гЛ

На практике площадь проточных теплообменников принимают 0,05 ... 0,07 м2, а для емкостных 0,08 ... 0,12 м2 на 1 м2 солнечного коллектора.

Тепловой расчет баков-аккумуляторов выполняют по балансовым уравнениям, которые в общем случае имеют вид

W6 = DT6/D 1 = Wr(TBbIX - твх) - WB(T6 - Тх в) — J" (Tg - T0), (6.30)

Где X— теплопотери, Вт/°С.

В случае N-секционного бака-аккумулятора необходимо устройство автоматического управления, предотвращающего переход тепла от более нагретых секций к менее нагретым. Их работу описывают управляющие функции Ф^], Фн, определяемые как

= fi-приЩ >ТбИ; б[0 J 0 — в остальных случаях;

(6.31)

(

1 — при работе насоса циркуляционного контура : О — в остальных случаях.

Баланс энергии j-й секции ^-секционного бака записывают в виде

W6[,]dT6[i]/dt = фB*j. qwjrjii - rt[f +1] + w6(t6[,] - r6[i +1]) + / (T6[i] - Т0).

(6.32)

Решая уравнения (6.30) ... (6.32) с учетом начальных условий (в тб = тнач при Т = 0), находят изменение температуры воды в баке - аккумуляторе в предположении неизменности факторов в течение периода интегрирования уравнения

Гб=Тпред-(Тпред-Тнач)ехРН»Г (6-33)

Где Тпред — предельная температура, до которой можно нагреть данный бак при прочих заданных параметрах.

B = (wb+ r + wtЈjw6. (6.34)

В случае ^-секционного бака (без стратификации в отдельных секциях) выражения для расчета температур принимают следующий вид:

A(i] = (wB[i]T6[i +1] + г 1Щ + ®6[>]wT £ gpjr^WeW;

ВД - (wB[i] + r [«] + £ бГФ/ида

Tgp] = A[i]/B[i] - {АЩ1ВЩ - Tm4[iJ) exp(- B[i f ). (6.35)

По этим выражениям составляют систему рекуррентных уравнений, легко программируемую на ЭВМ, для расчета многосекционного стратифицированного бака-аккумулятора.

Расчет грунтового аккумулятора в силу цикличности режима его работы выполняют отдельно для зарядки и разрядки.

Балансовое уравнение для инженерного расчета слоевого грунто­вого (гравийного, каменного) аккумулятора в режиме зарядки имеет следующий вид (для гго слоя):

M[i]CdTa[i]/dt = «tvvii](rr[i] - тай) - F (Ta[i] - tj, (6.36)

Где M, С, V - соответственно масса, теплоемкое» и объем засыпки; — объемный коэффициент теплопотери.

Температуру Ьоздуха, выходящего из аккумулятора, определяют по уравнению

ЩТВЫХ - Гвх) = <*- vnrBbIX - Тл). (6.37)

Для нахождения объемного коэффициента теплоотдачи имеется эмпирическое соотношение, устанавливающее его зависимость от расхода воздуха G и эквивалентного сферического диаметра частиц D:

<*v = 650(G/d)4 (6.38)

V 1/

Где D = (---- ) / (v — суммарный объем частиц; л — число частиц).

П 3

Для режима разрядки уравнение теплового баланса имеет вид

CMli]dTa[,]/d? - W(Ta{i] - TJi -1» -r Vfi](raR] - TJ. (6.39)

Составляя систему из уравнений для всех слоев аккумулятора, можно сформировать математическую модель для его расчета.

Тепловую изоляцию баков-аккумуляторов можно рассчитать по формулам:

Где <f из — толЗДина изоляции, м; Л из — коэффициент теплопроводности изоляции, ВтI м-°С ; <зС — коэффициент теплообмена; А. из — коэффициент теплопередачи через изоляцию Вт/(м2.°С); Qn - допустимые потери тепла, Вт; Ag - площадь бака-аккуму ля - тора, м2; Tg - расчетная температура воды в баке, °С.

СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Испытания солнечного коллектора — какую мощность выдают вакуумные трубки?

Сегодня, 26.04.2015 года мы провели такие испытания солнечных вакуумных трубок: Исходные материалы: - Солнечный вакуумные трубки 58мм на 1800мм, 47мм внутренний диаметр - 8шт. - Нержавеющая гофрированная сталь 15мм, подробнее …

ПУТИ РАЗВИТИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ССТ

В перспективе наряду со сложившейся в ССТ практикой проектиро­вания и строительства отдельных жилых и общественных зданий с ССТ, использование которых наиболее эффективно в сельской мест­ности, все большее развитие будут получать …

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ССТ

Для дальнейшего совершенствования и развития ССТ представляет большой интерес изучение тенденций и направленности творческой мысли исследователей и изобретателей в СССР и за рубежом в части разработки конструкций и схемных решений …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.