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.)