Mat %2012%20 %20W%EAze%B3%20 %20przyk%B3ad

background image

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 1

Przyk

ład doboru wymiennika ciepła

typu JAD XK

Dane wyjściowe:

obliczeniowe parametry wody sieciowej:…………….135/70 [

°C];

obliczeniowe parametry wody instalacyjnej:…………..80/60 [

°C];

obliczeniowa moc cieplna wymiennika:……………..345000 [W];

obliczeniowa temperatura w pomieszczeniach budynku:…20 [

°C];

obliczeniowa temperatura na zewnątrz budynku…………-20 [

°C].

1. Pojedynczy wymiennik typu JAD XK 6.50

Najbardziej niekorzystnym punktem pracy dla wymiennika

c.o. jest punkt załamania wykresu regulacyjnego. Spadek temperatury
T

z

powoduje wzrost lepkości wody w wyniku czego spada współczynnik

przenikania ciepła U wymiennika. Z tego względu wymiennik ciepła
dobrano na warunki pracy w punkcie załamania wykresu – T

z

=70°C.

Współczynnik

ϕ

x

obciążenia cieplnego budynku dla punktu załamania

wykresu regulacyjnego określono metodą iteracyjną ze wzoru:

( ) ( )

ϕ

ϕ

2

p

T

1

1

p

t

z

t

p

T

z

T

+

p

t

+

m

+

ar

Δt

+

i

t

=

zx

T

gdzie:

20

2

60

80

+

=

ar

Δt

°C

=

ar

Δt

50

t

ar

– średnia arytmetyczna różnica temperatur wody instalacyjnej i

powietrza w pomieszczeniu.
m – współczynnik charakterystyki cieplnej grzejników.
t

i

– obliczeniowa temperatura wewnątrz pomieszczeń.

(

) (

)

ϕ

ϕ





2

60

80

70

135

60

0

7

0,29

1

1

50

70

70

+

+

+

+

=

W wyniku obliczeń otrzymano:

ϕ

x

=0,395, [ - ]


Strumień wody instalacyjnej obliczono ze wzoru:

(

)

60

80

4187

345000

=

i

m

121

,

4

=

i

m

, [ kg/s ]

Strumień wody sieciowej obliczono ze wzoru:

(

)

0

7

135

4187

345000

=

s

m

268

,

1

=

s

m

, [ kg/s ]

Temperaturę wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

268

,

1

4187

136275

70

=

px

T

34

,

4

4

=

px

T

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej zasilającej instalację:

(

)

2

60

80

0,395

0,29

1

1

0,395

50

20

+

+

+

=

zx

t

29

,

48

=

zx

t

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej powracająca z instalacji:

2

60

80

0,395

0,29

1

1

0,395

50

20

+

+

=

px

t

39

,

40

=

px

t

, [ °C ]

Dobór wymiennika:

Wymiennik

projektuje

się

sprawdzając,

czy

zapotrzebowanie powierzchnia wymiany ciepła obliczona na
podstawie obliczeń cieplnych jest mniejsza od rzeczywistej (nie więcej
niż 10%). Skorzystano tu ze wzoru:

log

Δt

eksp

U

x

Q

=

A

, [ m

2

]

gdzie:
Q

x

– zapotrzebowanie na moc cieplną budynku przy temperaturze

punktu załamania wykresu regulacyjnego.

t

log

– średnia logarytmiczna różnica temperatur.

k

eksp

– eksploatacyjna wartość współczynnika U.

eksp

R

+

U

=

eksp

U

1

1

R

eksp

– dodatek uwzględniający wzrost oporów wymiennika w trakcie

eksploatacji. Przyjmowana wartość 0,1 m

2

K/W.

U – współczynnik przenikania ciepła wymiennika określany na
podstawie wzorów doświadczalnych:

f

F

e

p

T

d

z

T

n

i

m

m

s

m

C

=

U

0,2326

87

,

0

0,304

44,34

0,13457

70

0,3592

121

,

4

0,2981

268

,

1

135708

,

1

=

U

506

,

3

=

U

, [ kW/m

2

K ]

gdzie:
C, m, n, d, e, f – współczynniki charakterystyczne dla danego typu
wymiennika,
F – współczynnik sprawności cieplnej wymiennika.

39

,

40

70

34

,

44

70

=

F

87

,

0

=

F

, [ - ]

W związku z czym:

0,1

3,506

1

1

+

=

eksp

U

596

,

2

=

eksp

U

, [ kW/m

2

K ]

Logarytmiczna różnica temperatury:

;

=

Δt

29

,

48

70

39

,

40

34

,

44

ln

)

29

,

48

70

(

)

39

,

40

34

,

44

(

log

43

,

10

log =

Δt

, [°C ]

Natomiast potrzebne pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika
wynosi:

43

,

0

1

596

,

2

136275

=

A

, [ m

2

]

035

,

5

=

A

, [ m

2

]

Różnica pomiędzy potrzebnym polem powierzchni wymiany ciepła, a
dostępnym w danym typie wymiennika wynosi:

5,9

035

,

5

5,9

=

δA

, [ % ]

66

,

14

=

δA

, [ % ]

Powierzchnia rzeczywista wymiennika typu JAD XK 6.50 jest o

14,66 % za duża w stosunku do wymaganej. Należy zatem wykonać
jedną z następujących czynności:

1. Ograniczyć strumień wody sieciowej za pomocą kryzy

dławiącej.

2. Zastosować dwa wymienniki o mniejszej powierzchni

połączone równolegle.

3. Zastosować dwa wymienniki ciepła o mniejszej powierzchni

połączone szeregowo.





PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

background image

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 2

2. Pojedynczy wymiennik typu JAD XK 6.50 z
korekcją strumienia masy wody sieciowej.


Zakłada się zdławienie strumienia wody sieciowej do wartości

m

s

=1,210 [ kg/s ]. Strumień wody instalacyjnej pozostaje bez zmian.

Temperaturę wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

210

,

1

4187

136275

70

=

px

T

43,11

=

px

T

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej zasilającej instalację:

29

,

48

=

zx

t

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej powracająca z instalacji:

39

,

40

=

px

t

, [ °C ]

Dobór wymiennika:

0,2326

91

,

0

0,304

43,11

0,13457

70

0,3592

121

,

4

0,2981

210

,

1

135708

,

1

=

U

465

,

3

=

U

, [ kW/m

2

K ]

F – współczynnik sprawności cieplnej wymiennika.

39

,

40

70

11

,

43

70

=

F

91

,

0

=

F

, [ - ]

W związku z czym:

0,1

3,465

1

1

+

=

eksp

U

573

,

2

=

eksp

U

, [ kW/m

2

K ]

Logarytmiczna różnica temperatury:

;

=

Δt

29

,

48

70

11

,

43

34

,

44

ln

)

29

,

48

70

(

)

39

,

40

11

,

43

(

log

15

,

9

log =

Δt

, [°C ]

Natomiast potrzebne pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika
wynosi:

15

,

9

573

,

2

136275

=

A

, [ m

2

]

790

,

5

=

A

, [ m

2

]

Różnica pomiędzy potrzebnym polem powierzchni wymiany ciepła, a
dostępnym w danym typie wymiennika wynosi:

5,9

790

,

5

5,9

=

δA

, [ % ]

87

,

1

=

δA

, [ % ]

Wymiennik posiada wymaganą powierzchnię. Nadaje się zatem do
zastosowania.

Opór hydrauliczny przepływu wody przez wymiennik:
Opory przepływu wody w rurkach (po stronie sieciowej):

b

r

+

)

s

(m

a

r

e

=

r

p

ln

70805

,

2

210

,

1

ln

572235

,

1

+

)

(

e

=

r

p

24

,

20

=

r

p

[ kPa ]

Opory przepływu wody w płaszczu (po stronie instalacyjnej):

b

p

+

)

i

(m

a

p

e

=

p

p

ln

7637724

,

0

121

,

4

ln

7992744

,

1

+

)

(

e

=

p

p

43

,

27

=

p

p

[ kPa ]

3. Połączenie równoległe dwóch wymienników typu
JAD XK 3.18.

Przy połączeniu równoległym wymienników strumień wody

sieciowej i instalacyjnej dzielimy na poszczególne wymienniki.

Zaproponowano równoległe połączenie dwóch wymienników typu

JAD XK 3.18.

Obliczeniowa moc cieplna przypadająca na jeden wymiennik:

2

345000

=

Q

, [ kW ]

17250

=

Q

, [ kW ]

Strumień wody instalacyjnej :

060

,

2

=

i

m

, [ kg/s ]

Strumień wody sieciowej:

634

,

0

=

s

m

, [ kg/s ]

Temperaturę wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

634

,

0

4187

68125

70

=

px

T

34

,

4

4

=

px

T

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej zasilającej instalację:

29

,

48

=

zx

t

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej powracająca z instalacji:

39

,

40

=

px

t

, [ °C ]

Dobór wymiennika:

0,476285

87

,

0

0,242605

44,34

0,171287

70

0,270342

060

,

2

0,375628

634

,

0

422141

,

3

=

U

969

,

3

=

U

, [ kW/m

2

K ]

W związku z czym:

0,1

3,969

1

1

+

=

eksp

U

841

,

2

=

eksp

U

, [ kW/m

2

K ]

Logarytmiczna różnica temperatury:

43

,

10

log

=

Δt

, [ °C ]

Natomiast potrzebne pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika
wynosi:

43

,

0

1

841

,

2

68125

=

A

, [ m

2

]

300

,

2

=

A

, [ m

2

]

Różnica pomiędzy potrzebnym polem powierzchni wymiany ciepła, a
dostępnym w danym typie wymiennika wynosi:

nom

A

A

nom

A

=

δA

, [ % ]

2,12

300

,

2

2,12

=

δA

, [ % ]

49

,

8

=

δF

, [ % ]

Wymagana powierzchnia wymiennika ciepła jest większa od
dostępnej. Połączenie nie może być zastosowane.

4. Połączenie równoległe dwóch wymienników typu
JAD XK 6.50.10

Zaproponowano równoległe połączenie dwóch wymienników typu

JAD XK 6.50.10.

Obliczeniowa moc cieplna przypadająca na jeden wymiennik:

17250

=

Q

, [ kW ]


PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

background image

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 3

Strumień wody instalacyjnej :

060

,

2

=

i

m

, [ kg/s ]

Strumień wody sieciowej:

634

,

0

=

s

m

, [ kg/s ]

Temperaturę wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

34

,

4

4

=

px

T

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej zasilającej instalację:

29

,

48

=

zx

t

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej powracająca z instalacji:

39

,

40

=

px

t

, [ °C ]

Dobór wymiennika:

0,3748

87

,

0

0,49475

44,34

0,13494

70

0,30142

060

,

2

0,44708

634

,

0

56215

,

0

=

U

988

,

1

=

U

, [ kW/m

2

K ]

W związku z czym:

0,1

1,988

1

1

+

=

eksp

U

658

,

1

=

eksp

U

, [ kW/m

2

K ]

Logarytmiczna różnica temperatury:

43

,

10

log

=

Δt

, [°C ]

Natomiast potrzebne pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika
wynosi:

43

,

0

1

1,658

68125

=

A

, [ m

2

]

881

,

7

=

A

, [ m

2

]

Różnica pomiędzy potrzebnym polem powierzchni wymiany ciepła, a
dostępnym w danym typie wymiennika wynosi:

8

,

4

2

881

,

7

8

,

4

2

=

δA

, [ % ]

91

,

17

=

δA

, [ % ]

Wymagana powierzchnia wymiennika ciepła jest mniejsza od dostępnej.
Połączenie może być zastosowane, natomiast wymaga korekcji
strumienia masy wody sieciowej.

5. Połączenie równoległe dwóch wymienników typu
JAD XK 6.50.10 z korekcją strumienia masy wody
sieciowej.

Zakłada się zdławienie strumienia wody sieciowej do wartości

m

s

=0,600 [ kg/s ]. Strumień wody instalacyjnej pozostaje bez zmian.

Obliczeniowa moc cieplna przypadająca na jeden wymiennik:

17250

=

Q

, [ kW ]

Strumień wody instalacyjnej :

060

,

2

=

i

m

, [ kg/s ]

Strumień wody sieciowej:

600

,

0

=

s

m

, [ kg/s ]

Temperaturę wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

600

,

0

4187

68125

70

=

px

T

2,88

4

=

px

T

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej zasilającej instalację:

29

,

48

=

zx

t

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej powracająca z instalacji:

39

,

40

=

px

t

, [ °C ]

Dobór wymiennika:

0,3748

92

,

0

0,49475

42,88

0,13494

70

0,30142

060

,

2

0,44708

600

,

0

56215

,

0

=

U

948

,

1

=

U

, [ kW/m

2

K ]

W związku z czym:

0,1

1,948

1

1

+

=

eksp

U

630

,

1

=

eksp

U

, [ kW/m

2

K ]

Logarytmiczna różnica temperatury:

29

,

48

70

88

,

42

34

,

44

ln

)

29

,

48

70

(

)

39

,

40

88

,

42

(

log

=

Δt

89

,

8

log =

Δt

, [ °C ]

Sprawność cieplna wymiennika:

39

,

40

70

88

,

42

70

=

F

92

,

0

=

F

, [ - ]

Natomiast potrzebne pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika
wynosi:

89

,

8

1,630

68125

=

A

, [ m

2

]

406

,

9

=

A

, [ m

2

]

Różnica pomiędzy potrzebnym polem powierzchni wymiany ciepła, a
dostępnym w danym typie wymiennika wynosi:

8

,

4

2

406

,

9

8

,

4

2

=

δA

, [ % ]

02

,

2

=

δA

, [ % ]

Wymagana powierzchnia wymiennika ciepła jest mniejsza od
dostępnej. Połączenie może być zastosowane.

Opór hydrauliczny przepływu wody przez wymiennik:
Opory przepływu wody w rurkach (po stronie sieciowej):

b

r

+

)

s

(m

a

r

e

=

r

p

ln

791759

,

1

600

,

0

ln

87776

,

1

+

)

(

e

=

r

p

299

,

2

=

r

p

[ kPa ]

Opory przepływu wody w płaszczu (po stronie instalacyjnej):

b

p

+

)

i

(m

a

p

e

=

p

p

ln

0060483

,

0

060

,

2

ln

872958

,

1

+

)

(

e

=

p

p

896

,

3

=

p

p

[ kPa ]

6. Połączenie szeregowe dwóch wymienników typu
JAD XK 3.18.

Przy połączeniu szeregowym wymienników strumień wody

sieciowej i instalacyjnej pozostaje stały dla całego układu, natomiast
zwiększa się powierzchnia wymiany ciepła.

Zaproponowano szeregowe połączenie dwóch wymienników typu

JAD XK 3.18.

Strumień wody instalacyjnej :

121

,

4

=

i

m

, [ kg/s ]

Strumień wody sieciowej:

268

,

1

=

s

m

, [ kg/s ]

Temperaturę wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

34

,

4

4

=

px

T

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej zasilającej instalację:

29

,

48

=

zx

t

, [ °C ]

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com

background image

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa

Strona 4

Temperatura wody instalacyjnej powracająca z instalacji:

39

,

40

=

px

t

, [ °C ]


Dobór wymiennika:

0,476285

87

,

0

0,242605

44,34

0,171287

70

0,270342

121

,

4

0,375628

268

,

1

422141

,

3

=

U

211

,

6

=

U

, [ kW/m

2

K ]

W związku z czym:

831

,

3

=

eksp

U

, [ kW/m

2

K ]

Logarytmiczna różnica temperatury:

43

,

10

log

=

Δt

, [ °C ]

Natomiast potrzebne pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika
wynosi:

43

,

0

1

3,383

136275

=

A

, [ m

2

]

411

,

3

=

A

, [ m

2

]

Różnica pomiędzy potrzebnym polem powierzchni wymiany ciepła, a
dostępnym w danym typie wymiennika wynosi:

nom

A

A

nom

A

=

δA

, [ % ]

2,12

2

411

,

3

2,12

2

=

δA

, [ % ]

54

,

19

=

δF

, [ % ]

Wymagana powierzchnia wymiennika ciepła jest mniejsza od dostępnej.
Połączenie może być zastosowane po zdławieniu strumienia wody
sieciowej.

7. Połączenie szeregowe dwóch wymienników typu
JAD XK 3.18 z korekcją strumienia masy wody
sieciowej.

Zakłada się zdławienie strumienia wody sieciowej do wartości

m

s

=1,190 [ kg/s ]. Strumień wody instalacyjnej pozostaje bez zmian.

Temperatura wody sieciowej wypływającej z wymiennika:

190

,

1

4187

136275

70

=

px

T

65

,

42

=

px

T

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej zasilającej instalację:

29

,

48

=

zx

t

, [ °C ]

Temperatura wody instalacyjnej powracająca z instalacji:

39

,

40

=

px

t

, [ °C ]

Zmieni się również średnia logarytmiczna różnica temperatury:

;

=

Δt

29

,

48

70

39

,

40

65

,

42

ln

)

29

,

48

70

(

)

39

,

40

65

,

42

(

log

61

,

8

log

=

Δt

, [ °C ]

oraz sprawność cieplna wymiennika:

39

,

40

70

65

,

42

70

=

F

92

,

0

=

F

, [ - ]

Dobór wymiennika:

0,476285

92

,

0

0,242605

42,65

0,171287

70

0,270342

121

,

4

0,375628

190

,

1

422141

,

3

=

U

192

,

6

=

U

, [ kW/m

2

K ]

W związku z czym:

824

,

3

=

eksp

U

, [ kW/m

2

K ]

Logarytmiczna różnica temperatury:

61

,

8

log

=

Δt

, [ °C ]

Natomiast potrzebne pole powierzchni wymiany ciepła wymiennika
wynosi:

61

,

8

3,824

136275

=

A

, [ m

2

]

138

,

4

=

A

, [ m

2

]

Różnica pomiędzy potrzebnym polem powierzchni wymiany ciepła, a
dostępnym w danym typie wymiennika wynosi:

nom

A

A

nom

A

=

δA

, [ % ]

2,12

2

138

,

4

2,12

2

=

δA

, [ % ]

400

,

2

=

δA

, [ % ]

Wymagana powierzchnia wymiennika ciepła jest mniejsza od
dostępnej. Połączenie może być zastosowane.

Opór hydrauliczny przepływu wody przez wymiennik:
Opory przepływu wody w rurkach (po stronie sieciowej):

b

r

+

)

s

(m

a

r

e

=

r

p

ln

574711

,

4

190

,

1

ln

615862

,

1

+

)

(

e

=

r

p

5

,

128

2

=

r

p

[ kPa ]

Opory przepływu wody w płaszczu (po stronie instalacyjnej):

b

p

+

)

i

(m

a

p

e

=

p

p

ln

5977422

,

1

121

,

4

ln

9901902

,

1

+

)

(

e

=

p

p

76

,

82

2

=

p

p

[ kPa ]


Wybór podłączenia.

Jak wynika z wykonanych obliczeń jedynie przypadek 2, 5 i 7

spełniają kryterium równości powierzchni wymaganej wymiennika z
rzeczywistą. We wszystkich trzech przypadkach wymagana jest
korekta strumienia wody sieciowej.

Istotne kryterium przy doborze wymiennika może stanowić

również opór hydrauliczny przepływu przez wymiennik zarówno po
stronie sieciowej, jak i instalacyjnej. Najniższe opory przepływu
obliczono w przypadku równoległego podłączenia wymienników typu
6.50.10. Akceptowalny poziom oporów przepływu jest również w
przypadku pojedynczego wymiennika ciepła typu 6.50. Natomiast
opory hydrauliczne przepływu wody zarówno sieciowej, jak i
instalacyjnej

przez

układ

połączenia

szeregowego

dwóch

wymienników typu 3.18 dyskwalifikują ten sposób podłączenia.

Ze względów ekonomicznych najlepszym rozwiązaniem będzie

dobór dwóch wymienników typu JAD XK 6.50.10.

Sprawdzenie rodzaju ruchu wody w wymienniku dla przypadku

nr 2:
Strumień masy wody płynący przez wymiennik: G=1,21 kg/s
Średnica wewnętrzna rurek: d

w

=0,008 m,

Gęstość wody dla średniej temperatury 56°C: 983,2 kg/m

3

,

Prędkość wody w rurkach: w=0,5022 m/s,
Lepkość wody dla średniej temperatury 56°C: 4,78·10

-7

m

2

/s,

Liczba Reynoldsa: 8 195,
Przepływ kształtuje się w strefie ruchu przejściowego.

Sprawdzenie rodzaju ruchu wody w wymienniku dla przypadku

nr 5:
Strumień masy wody płynący przez wymiennik: G=0,600 kg/s
Średnica wewnętrzna rurek: d

w

=0,01 m,

Gęstość wody dla średniej temperatury 56°C: 983,2 kg/m

3

,

Prędkość wody w rurkach: w=0,1554 m/s,
Lepkość wody dla średniej temperatury 56°C: 4,78·10

-7

m

2

/s,

Liczba Reynoldsa: 3 251,
Przepływ kształtuje się w strefie ruchu przejściowego.

PDF created with pdfFactory trial version

www.pdffactory.com


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Mat 12 Węzeł przykład
cw 12 - statystyka przyklad, biotechnologia inż, sem3, BiB, ćwiczenia, zestawy
Mat 11 Węzeł
Mat W 12
mat 2015 podstawowa przykładowy arkusz nowa odp
12 7 wezel kratownicy
Praca dom z mat (12), studia, matematyka
Wesole przedszkole 5 rozklad mat 12 02(1)
Finanse Wycena przedsiębiorstwa i prognoza finansowa przykład (12 str )
08 Przykładowy test - I st, Licencja Pracownika Ochrony Stopnia I i II, ►Materiały na licencje och
12 Przykład rozwiązania zadania projektowego
mat fiz 2003 12 06 id 282350 Nieznany
12.Instrukcja mycia wózków i koszy, Haccp-Dokumentacja-przykład
Sprawozdanie z realizacji zadań zespołu przedmiotowego mat przyr 12 2013 Isem

więcej podobnych podstron