Теплотехнический расчет резервуара с водой Опции

[KARAUL]

Народ, теплотехники и все, все, все, очень, очень помогите пожалуйста . Тут такая проблема: поставили 2 резервуара для воды, начали утеплять, в каждом из резервуаров поставили регистр отопления и тут возник вопрос-А ХВАТИТ ЛИ ЭТОГО РЕГИСТРА, НЕ ЗАМЕРЗНЕТ ЛИ У НАС ВОДА???? А зима уже на носу. И как назло никто не может дать расчет. Если кто-нибудь здесь поможет, подскажет, как провести расчет и т.д. то буду очень благодарен . Все необходимые параметры вроде есть:
Вещество в резервуаре- Вода питьевого качества
Минимальная температура воды,°С +5
Максимальная температура воды °С +15
Минимальная температура окружающего "-43"
воздуха, °С
Диаметр резервуара, м - 8,53
Высота резервуара, м - 7,45
Площадь боковой стенки, м2 - 199,5
Площадь крыши, м2 - 57,5
Площадь днища, м2 - 57,12
*утепляется все кроме днища, которое соприкасается соответственно с грунтовым основанием
Объем резервуара, м3 - 435.04
Объем воды в резервуаре (при рабочем 400
уровне равном 7,0 метров), м3
Регистр отопления состоит из четырех труб Дн=159 мм, длина каждой трубы 3,5 м
Предполагаемая температура теплоносителя в регистре на входе 90 °С (Т1);
Утеплитель марка URSA П30
Толщина утеплителя, мм 100

[KARAUL]

Народ, теплотехники и все, все, все, очень, очень помогите пожалуйста . Тут такая проблема: поставили 2 резервуара для воды, начали утеплять, в каждом из резервуаров поставили регистр отопления и тут возник вопрос-А ХВАТИТ ЛИ ЭТОГО РЕГИСТРА, НЕ ЗАМЕРЗНЕТ ЛИ У НАС ВОДА???? А зима уже на носу. И как назло никто не может дать расчет. Если кто-нибудь здесь поможет, подскажет, как провести расчет и т.д. то буду очень благодарен . Все необходимые параметры вроде есть:
Вещество в резервуаре- Вода питьевого качества
Минимальная температура воды,°С +5
Максимальная температура воды °С +15
Минимальная температура окружающего "-43"
воздуха, °С
Диаметр резервуара, м - 8,53
Высота резервуара, м - 7,45
Площадь боковой стенки, м2 - 199,5
Площадь крыши, м2 - 57,5
Площадь днища, м2 - 57,12
*утепляется все кроме днища, которое соприкасается соответственно с грунтовым основанием
Объем резервуара, м3 - 435.04
Объем воды в резервуаре (при рабочем 400
уровне равном 7,0 метров), м3
Регистр отопления состоит из четырех труб Дн=159 мм, длина каждой трубы 3,5 м
Предполагаемая температура теплоносителя в регистре на входе 90 °С (Т1);
Утеплитель марка URSA П30
Толщина утеплителя, мм 100

[tolant]

С точки зрения здравого смысла, если есть подобные проблемы, может лучше сделать циркуляцию горячей воды в бак?

Расчет сделать можно. Все исходные данные есть. Только по времени это займет часа четыре. У меня нет такого кол-ва свободного времени

Методику расчета можно взять за основу при теплопотерях в зданиях.
СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий
СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий

При расчете водоводяных теплообменников можно воспользоваться
СП 41-101-95 проектирование тепловых пунктов ПРИЛОЖЕНИЕ 7
ТЕПЛОВОЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
СЕКЦИОННЫХ КОЖУХОТРУБНЫХ ВОДО-ВОДЯНЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ

[Гость_Сфинкс_*]

По моим расчётам, теплопотери составят 11тыс.Вт,
потребуется тот самый регистр длиной 8,5м, (сумма длин греющих труб 34м).
Если другие коллеги подтвердят, дам расчёты.

[Гость_Любознательный_*]

...Методику расчета можно взять за основу при теплопотерях в зданиях.
СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий
СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий

...[/i]

Только учтите , что тепловое сопротивление от воды к стенке будет практически равно нулю.

[KARAUL]

Вот какие-то парни местные посчитали, но только если "tolant" говорит что расчет часа на четыре вот эта работа никак на это не тянет, Я не теплотехник но кажется в расчете должна хоть где нибудь присутствовать теплоемкость воды? какой то коэффициент "1,3" бог знает откуда он взят и нужен ли вообще?Нужно ли в формуле использовать всю площадь резервуара или только боковые стенки и крышу, ведь только они утепляются, основание стоит на грунте возвышаясь на 0,5 м над землей:

Расчет потерь тепла для поддержания температуры воды в резервуаре.

Формулы для расчета:
К – коэффициент теплопроводности теплоизоляции толщиной δ [м]
К = λ/ δ [Вт/м2 ºС]
Теплопотери: Q = S×К×∆t×1,3 [Вт]

tвн = +5 ºС
tнар = -43 ºС
∆t = 5 ºС – (- 43 ºС) = 48 ºС
S = 314 м2
δ = 0,1 м
λ = 0,05 Вт/м ºС
К = λ/ δ = 0,05 Вт/м ºС/0,1 м = 0,5 Вт/м2 ºС
Q = S×К×∆t×1,3 = 314 м2 × 0,5 Вт/м2 ºС × 48 ºС × 1,3
Q = 9,8 кВт

Для поддержания температуры воды в резервуаре до +5 ºС теплопотери составят 9,8 кВт.

Расчет тепловой мощности регистра.

Q1 = К1 × (t1-t2) × Fпов, кВт

t1 – температура воды во входном патрубке регистра. (подача) +90 ºС
t2 – температура воды в резервуаре, +5 ºС
Fпов – площадь нагрева, м2
К1 – коэффициент теплопроводности металла 9,0 [Вт/м ºС]
Fпов = π × D × L = 3,14 × 0,159м × 3,5м = 1,75 м2, т.к. регистр состоит из четырех секций то 1,75 × 4 = 7 м2.
Q1 = 9 Вт/м ºС × (90 ºС - 5 ºС) × 7 м2 = 5,35 кВт
Q1 < Q (5,35 кВт < 9,8 кВт )
Отсюда следует, что данная мощность не сможет покрыть теплопотери резервуара и поддержать температуру воды +5 ºС

Необходимо увеличить поверхность нагрева аналогичным 4-х секционным регистром:

Fпов = π × D × L = 3,14 × 0,159м × 3,5 м × 8 = 14 м2
Q1 = 9 Вт/м ºС × (90 ºС - 5 ºС) × 14 м2 = 10,71кВт
Q1 > Q (10,7 кВт > 9,8 кВт)

[tolant]

Расчет из серии - Чем меньше знаешь - тем проще кажется. Многое не учтено.
Главное:
Прошу пояснить как учли потери в грунт. Потери от неизолированных участков неучтены, а эти потери будут существенны.
Прошу пояснить как рассчитали ко- теплопередачи теплообменника (Зависит от многих параметров).

[bukmeker]

Доброго времени суток Всем. Не знаю стоит ли развивать тему (ибо старая), но столкнулся с аналогичной ситуацией. Считаю подогрев резервуара 8 м3, с температурой фекалий +5. Утепление k-flex 50 мм. Температура за бортом -43. Резервуар в высоту 2 м, на 1 м заглублен в грунт.
Закрыв левый глаз и прищурив правый - принял как за не заглубленный резервуар и нашел 900 Вт потерь. Внутрь кинул 20 трубу длинной 10 м, режим 95\70. Но это для воздуха, а в моем случае это все таки ... , не могу понять какой будет коэффициент тепловосприятия а. Чую в жидкой среде теплоотдача будет как минимум раза в три больше.
Помогал мне СП 41-101-95, но не до конца. По этому на это дурно пахнущее дело я пока плюнул.

[TheForceVIT]

Доброго времени суток Всем. Не знаю стоит ли развивать тему (ибо старая), но столкнулся с аналогичной ситуацией.

Вы че курсовую пишите чтоли?
А по сутия я бы произвел расчет конвективного теплообмена с учетом розы и скорости ветра методом последовательных приближений. Расчетная температура наружного воздуха составляет -43 гр.Ц-это уже где-то ближе к Новому Уренгою, а там ух как зябко и ветренно.
При всем при этом лучше всего знать расположение регистров дабы определить локальные величины с целью убедиться "а не замерзнет ли вода в резервуарах".
Ну а уж если сойти с ума, то можно сделать расчет конвективного теплообмена при нестационарном режиме

На самом деле расчитывать в ручную оба способа довольнотоки трудоемко.

Сообщение отредактировал TheForceVIT - 23.5.2012, 9:20

[TheForceVIT]

Вот какие-то парни местные посчитали, но только если "tolant" говорит что расчет часа на четыре вот эта работа никак на это не тянет,

Правильней за температурный напор будет принять средне-интегральный, поскольку как я понял резервуары целиндрические.
Коэф.К расчитан не верно, т.к. сама формула Q применима для конвективного теплообмена показанная формула К для теплообмена посредствам теплопроводности. Вот такие пироги.

Сообщение отредактировал TheForceVIT - 23.5.2012, 9:29

[Firestroke]

посмотрите этот расчет, а также книгу "Типовые расчеты при проектировании и нефтебаз и нефтепроводов. Тугунов П.И." (глава 7 и 11 (в инете есть для скачивания)). В книге дан расчет полный, только среду надо ставить воду.

[FonViZZin]

Подниму тему.
В последнее время все чаще сталкиваюсь с задачей подобрать теплообменник (змеевик) внутрь резервуара (противопожарного) с холодной водой, с целью не дать воде замерзнуть в холодный период года.
За основу взял расчет http://www.enmet.ru/articles/raschet-podog...otusheniya.html
В-принципе, почти мой случай, за исключением того, что воду не нужно греть, как в условии, с +5 до +20, нужно лишь поддерживать температуру на уровне +5 град. в течение всего холодного периода года.
В этой связи возникли вопросы по "адаптированию" приведенной по ссылке выше методики под мои условия:
1 Как определить количество подводимого тепла? t2-t1 = 5 в формуле (2) принять?
2 Каким образом в первой формуле (1) получилось 455,4∙10^3 кг, вместо 396,06∙10^3 кг?
3 В формуле (1) как учтена заполняемость резервуара? и что в ней за величины 0,8 и 0,785 ?
4 В формуле (5) появляется величина tт, равная 10 - это что и откуда?
Что-то я совсем под конец рабочей недели плохо соображать начинаю, третий день вникаю в методику расчета... Подскажите люди добрые!

[lovial]

3 В формуле (1) как учтена заполняемость резервуара? и что в ней за величины 0,8 и 0,785 ?

0,785 - это пи/4, для расчета площади емкости. Вместо 0,8 по идее должно быть 0,92 - заполняемость...

[T-rex]

1 Как определить количество подводимого тепла? t2-t1 = 5 в формуле (2) принять?

1. Для Вашего случая Вам вообще Q не нужно считать. А нужно сразу принять как равное или процентов на 10 больше, чем Q полученное из формулы 3.3.4

2 Каким образом в первой формуле (1) получилось 455,4∙10^3 кг, вместо 396,06∙10^3 кг?

2. Это они написали только, что множат на 0,8. Если вставить коэфф заполнения 0,92 как указал lovial, то все сходится

3 В формуле (1) как учтена заполняемость резервуара? и что в ней за величины 0,8 и 0,785 ?
4 В формуле (5) появляется величина tт, равная 10 - это что и откуда?

3. Про 0,8 и 0,785 Вам ответили
4. 10 градусов - это средняя температура воды, но посчитанная неправильно. Должно быть (5+20)/2=12.5. Для Вашего случая поддержания температуры принимайте эту величину 5 градусов - температура хранимой воды

[FonViZZin]

lovial, T-rex спасибо, с этим вроде разобрался. На данный момент составляю методику расчета резервуаров в более "удобоваримом" виде. И снова требуется помощь форума, т.к. своими силами глубокие основы теплопередачи я вспомнить не смогу, либо понаделаю ошибок. Итак, как рекомендовал уважаемый Firestroke, методика расчета основывается на

"Типовые расчеты при проектировании и нефтебаз и нефтепроводов. Тугунов П.И."

только вместо нефтепродуктов подставляю воду. Привожу страницы с формулами
 p0032.png ( 146,5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 567
 p0033.png ( 134,95 килобайт ) Кол-во скачиваний: 476

В формуле (97) у критериев Gr и Pr присутствуют индексы "п" и "ст", означающие, что все физические характеристики (коэфф. объемного расширения, кинематическая вязкость, коэфф. теплопроводности, удельная массовая теплоемкость, плотность) среды (воды) при вычислении данных критериев принимаются:
- "п" - при средней температуре среды (воды);
- "ст" - при средней температуре стенки емкости.
Какую принять среднюю температуру воды в данной ситуации? Везде плюс 5 град.? Или меньше? Правда, если принимать меньше, тогда по формуле (97) расчет не получится при возведении в степень 0,25, т.к. подставляемый коэффициент объемного расширения воды в формулу (100) будет отрицательный. Для наглядности привожу свой документ.  _________________.pdf ( 218,28 килобайт ) Кол-во скачиваний: 298
Правда, он ещё очень сырой Или задаться температурой не плюс 5, а 10 град, а среднюю принять плюс 5? Температура стенки емкости можно определить методом последовательных приближений, с ней вроде более-менее понятно. Уважаемые специалисты, посодействуйте, пожалуйста! Думаю, данная методика в дальнейшем кому-нибудь да пригодится!

[T-rex]

Думаю ввиду особенностей воды вблизи 0 градусов нужно говорить о неприемлимости данной методики. Нужно что-то другое использовать для вычисления Грасгофа. Попробуйте поискать в учебнике Павлова-Романкова-Носкова Примеры и задачи по курсу ПАХТ

[FonViZZin]

Спасибо за наводку, посмотрел книгу. Кое-что нашел
 p0149.png ( 77,12 килобайт ) Кол-во скачиваний: 450
 p0158.png ( 92,01 килобайт ) Кол-во скачиваний: 325

Попробую воспользоваться данными формулами.

ввиду особенностей воды вблизи 0 градусов нужно говорить о неприемлимости данной методики

Или ее части? Например, коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции (ф. 106, Типовые расчеты при проектировании и нефтебаз и нефтепроводов) вполне можно применить к моему случаю.

[T-rex]

Или ее части?

Конечно только в части определения Грасгофа

[T-rex]

Конечно только в части определения Грасгофа

Что-то я зарапортовался. Методика дает сбой при использовании расчета теплоотдачи вблизи со стенкой с холодной водой. Для любого случая теплоотдачи Грасгоф будет выскакивать отрицательный. А сам расчет критерия какой уж есть - иначе он безразмерным не получится.

Думаю, можно принять некоторые условности, чтобы выполнить расчет:
1. Принять температуру воды выше, например 10 градусов. Аномалии нет, грасгоф положительный. Если змеевик обеспечит компенсацию потерь при 10 градусах, то при 5 точно обеспечит
2. Общий коэффициент теплопередачи будет меньше любого из трех составляющих - теплоотдачи от воды к стенке резервуара, теплопроводности слоя изоляции и теплоотдачи от изоляции в атмосферу. Сразу принять, что теплопроводность слоя изоляции есть наименьшая величина и принять К равной ей. То есть пренебречь теплоотдачей от воды к стенке
3. Возможно для данного случая уже есть готовые эмпирические значения коэффициента теплопередачи (литература, СНиПы). Сосчитать по ним

4. В формуле грасгофа поменять температуры местами

[FonViZZin]

Для любого случая теплоотдачи Грасгоф будет выскакивать отрицательный

не для любого, а только для температуры ниже 5 град. С.
Остановлюсь на

1. Принять температуру воды выше, например 10 градусов.

Хотя

4. В формуле грасгофа поменять температуры местами

тоже интересный вариант.

3. Возможно для данного случая уже есть готовые эмпирические значения коэффициента теплопередачи (литература, СНиПы). Сосчитать по ним

Возможно и есть, но мне они не попадались. Возможно, плохо смотрел.
Если остановиться на первом варианте, то остается открытым вопрос

Какую принять среднюю температуру воды в данной ситуации?

[FonViZZin]

Вопрос снимается, разобрался.

[T-rex]

В формуле критерия грасгофа можно произвольно поменять местами температуры - там важен сам градиент как движущая сила процесса

[FonViZZin]

Поговорил с ВК, принял решение ввести в исходные данные следующие величины - температура воды в резервуаре минимальная - 5 град, максимальная - 10 град. Подоспели и строители - посмотрел чертежи и появились дополнительные вопросы. Резервуар устанавливается на основание, основание состоит из уплотненного щебня толщиной 500 мм (которое укладывается непосредственно в грунт), и сплошного бетонного фундамента, высотой 650 мм. При этом верх фундамента выступает над уровнем земли на 300 мм. Как учитывать в данном случае потери тепла через днище резервуара? Если определять по формуле (112) "Типовые расчеты при проектировании и нефтебаз и нефтепроводов", то каким образом учесть коэффициент теплопроводности грунта? Ведь сам грунт от днища резервуара находится на расстоянии примерно 1,15 м. Мысль такая, взять коэфф. теплопроводности грунта, прибавить к нему коэфф. теплопроводности щебня и бетона. Но будет ли данное решение корректным, если учесть, что кусок фундамента расположен уже на открытом воздухе и обдувается ветром? Или просто взять коэфф. теплопроводности фундамента (бетона) и все?

Сообщение отредактировал FonViZZin - 30.6.2016, 9:01

[T-rex]

По правильному нужно весь пирог считать с учетом толщин - бетон, щебень, грунт. Но у вас строители сильны! Плита 650 мм под пятисоткубовый резик. Можно просто на основание из щебня ставить. Или геология плохая? А если это не плита, а кольцо можно отдельно считать потери по участкам. Я бы сделал упрощение - принял бы весь пирог по материалу с наибольшим отношением лямбда на сигму. Это в рсчете даст максимальные потери через днище. Насчет формулы 112 не понятно, Тугунова нет под рукой

Да, и потери от отмостки резервуара в атмоферу я бы не считал

[FonViZZin]

Или геология плохая?

Именно. На объекте на самом деле не один, а два резервуара с ПНС между ними.
Формула 112
 p0034.png ( 179,68 килобайт ) Кол-во скачиваний: 255

В делителе последней дроби - коэффициент теплопроводности грунта - про него в моем предыдущем посте был вопрос. Думаю учитывать послойно, складывая коэфф. - фундамент-щебень-сам грунт.

Да, и потери от отмостки резервуара в атмоферу я бы не считал

Не совсем понял о чем речь

[T-rex]

Ну если Вы так скрупулезно учитываете, добавьте в пирог еще 50 мм асфальтобетона. Этот слой должен быть в качестве гидроизоляции между бетонной плитой и полотнищем днища резервуара. Про отростку это было продолжение Вашего описания фундамента, как он на 300 мм выступает из грунта. Он же не как цилиндр возвышается - строители наверняка отростку предусматривают. Вот рассеивание от этой отмостки я и предложил не учитывать

Вместо отростку читайте отмостку, автозамена приозошла

[FonViZZin]

Мне ещё вот что стало интересно - почему в формуле (97) из одного источника присутствует частное от коэфф. теплопроводности на высоту, а в той же, казалось бы, формуле, но из другого источника - нет?
 p0033.png ( 167,89 килобайт ) Кол-во скачиваний: 151
 p0158.png ( 92,01 килобайт ) Кол-во скачиваний: 124

Справедливости ради, в формулах (98, 99) аналогичная ситуация.

[T-rex]

В Тугунове идет расчет сразу коэффициента теплоотдачи, а в Павлове-Романкове-Носкове считают критерий Нуссельта - т.е левые части тоже разные, обратите внимание. Когда Нуссельт преобразовывать в коэффициент будете, тогда и вылезет недостающее отношение

[FonViZZin]

В-общем, завершил теплотехническую часть расчета. Посмотрите, все ли верно. Может, что-то добавить/убрать.
 _________________1.pdf ( 201,87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 893

Спасибо.

[T-rex]

Вроде все так стройненько. На днище я так понял бетоном принебрегли, ну и правильно. Самое главное, отсутствует вторая половина расчета - собственно расчет обогревателя

Так навскидку предположу, что труба змеевика 133 многовата, у нас на тысячниках где-то 7-9 кВт потерь получалось. Змеевик делали не регистры как в типовых, а спираль плавную из трубы 42, 3 концентрических витка.

[FonViZZin]

На днище я так понял бетоном принебрегли

да, тем более что его "по месту" подливать будут.

Самое главное, отсутствует вторая половина расчета

позже добавлю обязательно.

Так навскидку предположу, что труба змеевика 133 многовата

Проект был сделан по расчету "на глаз" с оглядкой на объект-аналог, с методикой расчета разобрались позже. Да, заложили с большим запасом, на потери тепла в 15 кВт. Подогрев воды в резервуаре примерно такое  Obogrev_rezervyara.jpg ( 260,34 килобайт ) Кол-во скачиваний: 282