На рис. 7 показана конструкция водонагревателя. Он состоит из оцинкованной трубы Ду = 50 (2п) 1, заключенной в кожух 2, выполненный из листового оцинкованного железа. Из оцинкованного железа выполнены крышка 3 и дно 4, в которые впаяны штуцеры с проходным сечением Ду = 20. Наружная конфигурация штуцеров должна быть рассчитана на присоединение водонагревателя к системе отопления с помощью гибких шлангов, как это показано на рис. 4. Наибольшая нагрузка от давления столба воды приходится на дно водонагревателя, в силу чего целесообразно опереть дно на металлический диск 5, закрепленный на центральной трубе.
Рис 7.Водонагреватель:
1 — центральная труба; 2 — кожух; 3 — крышка; 4 — дно; 5 — опорный диск; 6 — гайка; 7 — штуцер для присоединения к системе горячего водоснабжения
Все швы водонагревателя должны быть пропаяны. Лучшим припоем для этих целей является пищевое олово, которым облуживают и пропаивают консервные банки.
Изготовление водонагревателя необходимо начинать с изготовления кожуха, изготовление крышки и дна вести, исходя из фактических размеров верхнего и нижнего краев кожуха.
Определим фактические размеры (диаметры) верхнего и нижнего краев кожуха, если длина окружности при замере по внешнему контуру верхнего равна 722 мм, а нижнего — 735 мм:
L = π·D
D = L/П
Dверх. = 722/3,14 = 230 мм
Dнижн. = 735/3,14 = 234 мм
π — безразмерный коэффициент, равный 3,14;
D — диаметр окружности по внешнему контуру в мм.
Условно принимаем, что в продолжение первой топки 50 % суточного расхода горячей воды, что составляет около 50 л, должны быть нагреты до температуры +50 °C. Учитывая, что это утренняя топка, считаем, что температура воды в системе отопления ниже расчетной и составляет +16 °C, время разогрева системы — 30 мин, а нагрев воды в водонагревателе производится в течение последующего часа.
Учетный расход тепла на нагрев 50 л воды от температуры +16 °C до +50 °C определим по формуле:
Q = C·m·(tк — tн) ккал
где С — теплоемкость воды, равная 1 ккал;
m — масса воды, равная 50 кг,
tк — конечная температура воды, равная +50 °C;
tн — начальная температура воды, равная +16 °C.
Q = 50·(50–16) = 1700 ккал.
Как было сказано выше, нагрев воды в теплообменнике производится в течение одного часа. 1 ккал/ч = 1,16 Вт, следовательно, расчетный расход;
Q = 1700·1,16 = 1972 Вт.
Площадь поверхности нагрева емкостного водонагревателя определим по формуле:
Fнarp. = 1,2·Qгв./К·(tп + tо)/2 — tг — tx/2,
где Qгв. - расчетный расход тепла на нагрев воды, равный 1972 Вт;
1,2 — коэффициент, учитывающий потери тепла;
К — коэффициент теплопередачи от теплоносителя к воде, который для стали равен 290, а для меди и латуни — 350 Вт/(м2°С)
tп — температура теплоносителя в подающем трубопроводе, равная 80 °C;
to — температура теплоносителя в обратном трубопроводе, равная 60 °C;
tг — расчетная температура горячей воды, равная 50 °C;
tх — расчетная температура холодной воды, равная 16 °C;
Fнarp. = 1,2·1972/290·(80 + 60/2) — (50 + 16/2) = 0,24 кв.м
Передача тепла от воды, циркулирующей в системе отопления, воде, находящейся в водонагревателе, производится через нагретую поверхность центральной трубы водонагревателя.
Центральная труба имеет наружный диаметр d = 60 мм (0,6 дм, 0,06 м), длина трубы Н = 1,3 м. Площадь развертки трубы по наружному диаметру равна
S = π·D·H = 3,14·0,06·1,3 = 0,24 кв.м.
Для определения емкости теплообменника необходимо из объема кожуха водонагревателя вычесть объем центральной трубы. Кожух водонагревателя (рис. 7) представляет собой цилиндр, наружный диаметр которого D = 1300 мм (13 дм).
V1 = π·D2/4·H = 3,14·2,32/4·13 = 53,98 л.
Объем центральной трубы, диаметр которой равен 0,2 дм при длине 13 дм, равен,
V2 = π·D2/4·H = 3,14·0,22/4·13 = 3,67 л. (1 дм3 = 1 л.)
Объем водонагревателя равен разности этих объемов (53,98 — 3,67 = 50,29 л), что практически соответствует исходной величине.
Кроме перечисленных ежедневных потребностей в горячей воде, один раз в неделю семья должна помыться и постирать белье.
Для стирки белья необходимо затратить 20 л горячей воды с температурой 55 °C на один килограмм сухого белья и 120 л воды той же температуры для мытья одного человека.
Условно принимаем, что при еженедельной стирке вес сухого белья на семью из четырех человек составляет 6 кг.
Расход горячей воды с температурой 55 °C будет равен 4·120 + 6·56 = 600 л. Получение такого количества горячей воды в достаточно короткий срок (5–6 ч) может обеспечить дровяная колонка при непрерывной топке.
Учитывая, что горячее и холодное водоснабжение взаимно связаны, на рис. 4 схематично изображены элементы этих сетей применительно к условиям ранее поставленной задачи. Холодная вода с температурой +5 °C из артскважин подается в емкость 2. В качестве емкости используется стандартная чугунная ванна, внутренняя поверхность которой эмалирована. Вода подводится к ванне и отводится от нее с помощью узла, закрепленного в выпускном отверстии. Конструкция этого узла представлена на рис. 8.
Рис. 8.Узел заполнения и опорожнения накопительной емкости:
1 — труба, подающая воду из артскважины (изготавливается из стандартной оцинкованной трубы Ду-20); 2 — штуцер трубы 1 (изготавливается из латуни); 3 — крышка ванны с отбойным колпачком (изготавливается из оцинкованного железа); 4 — переходник (изготавливается из стандартного выпуска путем удаления крестовины); 5 — тройник (стандартная деталь); 6 — прокладка; 7 — пробка (изготавливается из латуни по размерам радиаторной пробки с правой резьбой); 8 — труба для опорожнения отопительной емкости (изготавливается из стандартной оцинкованной трубы); 9 — ванная (стандартная); 10 — переливное отверстие, в которое из стандартных деталей монтируется переливная Ду-25
Ванна укрепляется под потолком пристройки. Для определения величины напора, под которым вода будет подаваться к кранам умывальников и дровяной колонке, необходимо вычислить расстояние между зеркалом воды в ванне и кранами. При расчете необходимо руководствоваться следующими данными: 1) высота помещения ванной комнаты — 2,7 м, 2) расстояние от чистого пола в ванной комнате до кранов — 0,95 м, 3) высота ванны — 0,46 м; 4) расстояние от верхнего края ванны до центра переливного отверстия — 0,075 м. 5) расстояние от верха ванны до потолка — 0,04 м.
Вода будет заполнять ванну до сигнальной трубки 15, смонтированной в переливном отверстии. Максимальный слой воды в ванне будет равен 0,46 м — 0,075 м = 0,385 м.
Наименьшим напором будет расстояние от дна ванны до уровня кранов 2,7–0,46 — 0,04 — 0,95 = 1,25 м вод. ст.
Наибольшим напор будет (при полном заполнении ванны) 1,25 + 0,38 = 1,635 м вод. ст.
Опыт показывает, что напор, равный 1.25 м вод. ст., не создаст затруднений в пользовании системами горячего и холодного водоснабжения, если они выполнены из труб Ду-20.
Установка емкости для холодной воды в отапливаемой пристройке имеет ряд существенных преимуществ перед установкой емкости для холодной воды на неотапливаемом чердаке:
1) не требуется утепления в зимнее время;
2) вода, содержащаяся в емкости, без каких-либо дополнительных затрат тепла прогревается, и если принять, что она нагревается только на 5 °C, то это за отопительный сезон, который для Москвы составляет 205 суток, приведет к экономии 250…300 кг каменного угля;
3) отвод конденсата, образующегося на стенках емкости, упрощен;
4) ремонтные работы, потребность в которых может возникнуть в зимнее время, будут происходить в значительно более благоприятных условиях.
Отопление сельского дома
Для отопления отдельных жилых домов высотой не более двух этажей, как правило, используются двухтрубные системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией, принципиальная схема системы представлена на рис. 9.
Рис. 9. Схема системы отопления дома:
1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — стояк; 4 — водонагреватель; 5 — подающий трубопровод; 6 — обратный трубопровод; 7 — подводка к батареям; 8 — расширительный бак; 9 — переливная труба; 10 — циркуляционная труба; 11 — регулировочный кран; 12 — батарея; 13 — кран для спуска воды из системы
Нагретая вода в котле по главному стояку поднимается вверх и по подающему трубопроводу, проложенному под потолком, направляется к нагревательным приборам. Охлажденная вода по обратному трубопроводу стекает в котел.
Давление, под действием которого происходит движение воды в системе отопления, называется циркуляционным. Оно возникает из-за разности веса горячей воды, находящейся в главном стояке и в котле до верхней разводки, и охлажденной воды — от верхней разводки до нижней. Циркуляционное давление для двухтрубной системы с естественной циркуляцией выражается формулой:
P