Система гарячого водопостачання (ГВП) включає в себе регістр ГВС (відрізок металевої труби, вмонтований в цегляну піч, часто за свою вигнуту форму званий «змійовиком»), з'єднаний 2-мя трубопроводами (напірним і зворотним) з баком для нагріву води.
Розрахунковими величинами в нашому випадку будуть геометричні розміри регістра ГВС і бака для гарячої води.
Відразу обмовимося, що розміри «змійовика» будуть визначатися кількістю води, яку необхідно нагріти для своїх потреб в лазні (для миття, запарювання віників, поддача на кам'янку, опаріванія стін, стелі, полиць і ін.). У свою чергу час нагрівання води повинно бути не більше часу приготування лазні.
Як правило, час приготування лазні з цегляної піччю може варіюватися від 2,5 до 4 годин (в залежності від пори року і температури повітря).
Якщо ж врахувати ще час для «настоювання» лазні (рівномірного прогріву огороджувальних поверхонь парної до температур порядку 42-45ºС), то в середньому на приготування лазні йде 4 години.
Тому в наших розрахунках приймемо, що час приготування лазні составляет4 години.
Для миття 1 людину в середньому потрібно 3 відра теплої води, тобто
36 літрів води з температурою
Теплу воду будемо отримувати шляхом розведення гарячої води в баку, нагріту за допомогою вмонтованого в піч регістра ГВС, холодною водою з криниці (свердловини).
Тоді, в першому наближенні, скористаємося співвідношенням
з якого можна визначити кількість mг.в. і температуру Тг.в. гарячої води, яку треба взяти для приготування необхідної кількості теплої води з параметрами mт.в. і Тт.в.
Нехай для нашого випадку для отримання 36 літрів теплої води (mт.в. = 36 кг) з температурою Тт.в. = 38ºС візьмемо 2 відра (24 літра = mх.в. = 24кг) холодної води з температурою Тх.в. = 10ºС. Гаряча вода в баку повинна мати температуру Тг.в. = 90ºС.
З рівняння (1) випливає, що нам для цього знадобиться mг.в. = 12,9 кг (
1 відро) гарячої води з температурою Тг.в. = 90ºС.
Таким чином, на сім'ю з 4 чоло вік потрібно 4 * 12,9 = 51,6 кг (літри) гарячої води з температурою 90ºС.
Додамо сюди ще 1 відро (
12 л) гарячої води для запарювання віників, плюс 2 додаткових відра гарячої води для поддача на кам'янку і розбризкування на стелю і стіни парної для створення необхідної кліматичної обстановки в парній.
На круг виходить потреба в
90 літрах гарячої води для прийняття лазні 4 людьми. Отже, бака для гарячої води об'ємом в 100 літрів буде достатньо.
При цьому пам'ятаємо, що цей обсяг води повинен бути нагрітий за час приготування лазні, тобто за 4 години.
Для нагріву 90 кг води від температури 10 ºС до температури 90ºС потрібно тепла:
Для вироблення такої кількості тепла буде потрібно джерело тепла потужністю
де 0,2778 * 10 -3 - коефіцієнт переведення кількості тепла з кДж в потужність джерела тепла в кВт.
Таким чином, теплова потужність регістра ГВС ( «змійовика»), вмонтованого в цегляну піч, повинна бути в 4 рази менше (W
2 100 Вт / год), оскільки ми припускаємо нагріти даний обсяг води (90 кг) немає за 1 годину, а за 4 години (час приготування лазні).
Теплова потужність регістра ГВС W (теплова енергія Q. передана через металеві стінки «змійовика» циркулюючої в ньому воді, протягом t = 1 години) буде прямо пропорційна:
- величиною площі поверхні регістра S, м 2;
- різниці середніх температур пічних газів зовні регістра між його верхнім і нижнім кінцями ΔТвнеш. середн. = (Твнеш.верх. + Твнеш.ніз.) / 2, ºС;
- різниці середніх температур води в регістрі на його вході (нижній кінець труби, «обратка») і виході (верхній кінець труби, напірний) ΔТвнутр.средн. = (Твнутр.верх. + Твнутр.ніз.) / 2, ºС.
де α - коефіцієнт теплопередачі (тепловіддачі) від гарячого повітря (пічних газів, що омивають «змійовик») через стінку сталевої труби регістру ГВС протікає в ньому воді, Вт / м 2 * ºС.
Коефіцієнт тепловіддачі α є складною функцією, що залежить від великої кількості факторів (теплофізичних властивостей теплоносіїв (пічних газів і води), їх агрегатного стану (газ, рідина), геометрії стінки контакту між теплоностелямі, температури цієї стінки, режимів (турбулентний або ламінарний) теплоносіїв і їх швидкості).
Для даної системи нагріву води розрахунки показують, що α
У цегляних банних печах розробки І.В.Кузнецова температура пічних газів під дахом нижнього ковпака. об'єднаного з паливником через «сухий шов» в єдине ціле, досягає температур порядку 900 - 1000 º.
Температура пічних газів в ковпаку за стінкою топливника на рівні його (топливника) пода досягає 500-600ºС.
Саме в нижньому ковпаку цегляної банної печі за стінкою топливника і розміщують регістр ГВС.
Таким чином, можна прийняти, що в режимі активного горіння дров в печі середня температура, що омивають «змійовик» пічних газів, в середньому дорівнює ΔТвнеш. середн. = ((900-1000) + (500-600)) / 2 = 700-800ºС.
У той же час температура води, виштовхується через верхній напірний патрубок «змійовика» в бак з водою, що нагрівається, буде мати під час нагрівання більш стабільну температуру, рівну 80-90ºС.
Температура води, що надходить з бака з водою, що нагрівається в нижній патрубок «змійовика» (по «обратке»), буде постійно змінюватися в міру нагрівання води в баку. На початковому етапі це буде температура води рівна температурі залитої в бак холодної води (в нашому випадку це 10 ºС). У міру надходження в бак все більше порцій нагрітої води, температура води в «обратке» буде неухильно підвищуватися і в межі прагнути до температури, що виходить з верхнього кінця регістра ГВС нагрітої води.
Зрештою, якщо горіння дров в печі припинитися, а вся вода в системі прийме одну і ту ж температуру, циркуляція через «змійовик» припиниться.
У загальному випадку можна прийняти, що в середньому на етапі активного горіння дров температура води на верхньому напірному кінці «змійовика» дорівнює 80ºС. а температура води, що надходить через «обратку», дорівнює 60ºС.
Тоді середня різниця температур води в регістрі ГВС на етапі активного горіння дров буде дорівнює (80 + 60) / 2 = 70ºС.
І ось ми підійшли до кінцевого пункту наших розрахунків - визначення геометричних розмірів «змійовика», здатного нагріти за певний час (4 години) необхідний обсяг води (90 літрів) до заданої температури (90ºС).
Всі необхідні для розрахунку величини у нас вже є.
Отже, наш регістр ГВС повинен мати площу поверхні рівну (см.формулу (4)):
Беручи до уваги, що труба має форму циліндра, тоді площа її поверхні можна уявити як:
Маємо дві невідомі - довжину регістра ГВС l і його діаметр D.
Верхній кінець регістру ГВС, бажано, розміщувати за стінкою топливника трохи нижче Хайль (отвори у верхній частині топливника для випуску пічних газів). Нижній кінець регістру ГВС недоцільно опускати нижче рівня поду топливника.
У банних печах І.В.Кузнецова під топливника знаходиться в 5 ряду зовнішньої цегляної кладки. Хайло топливника, в залежності від моделі печі », може знаходитися на рівні 14 ряду цегляної кладки (модель печі БИК 41), 18 ряди цегельної кладки (БИК П1 і БИК П2) або, як у випадку печі БИК П3 - 24 ряду.
Прийнято вважати, що товщина 1 ряди цегельної кладки печі з товщиною шва між двома суміжними рядами цегли становить 7 см.
Тоді для моделі банної печі періодичної дії БИК П1, цілком достатньою для сімейної лазні, в нижньому ковпаку печі у нас є простір висотою в 13 рядів (0,9м) для розміщення регістра ГВС.
Глибина внутрішнього простору ковпака, де можна розмістити регістр ГВС, в зазначених печах БИК становить 1 ¾ цегли, тобто
Таким чином, теоретично, в піч БИК П1 можна вставити регістр ГВС П-подібної форми з максимальною загальною довжиною до 1,78 м.
Приймаючи цю довжину «змійовика» для наших розрахунків з формули (5) визначимо діаметр труби, з якої повинен бути виготовлений цей «змійовик».
Розрахунки дають значення діаметра труби D
Але при цьому, при розрахунках слід, в обов'язковому порядку, врахувати два фактори.
1-й фактор. Бак з нагрівається гарячою водою. який, як правило, знаходиться в мийної, повинен бути теплоізольований. Це слід зробити, щоб звести до мінімуму тепловтрати нагрівається в баку води. Якщо цього не зробити, бак з водою, що нагрівається буде своїми стінками гріти мийну. Інтенсивність теплових втрат буде прямо пропорційна різниці температур води, що нагрівається в баку і температури повітря в мийної. Отже, за час підготовки лазні годі й досягти бажаної температури нагрівається обсягу води.
2-й фактор. При виготовленні регістра ГВС треба враховувати те, що рано чи пізно доведеться виробляти його заміну в печі на новий. Термін експлуатації регістра безпосередньо залежатиме від марки стали, з якої він виготовлений. Тому слід продумати питання, яким чином його доведеться витягувати з печі. Ця обставина накладає обмеження на реальні максимальні розміри даного регістра, а також його геометричну форму (наявність заокруглених кутів, наявність додаткової секції, вваривать паралельно вертикальному відрізку «змійовика»).
Прімечаніе.Для виготовлення регістра ГВС найкраще використовувати аустенитную хромистую жароміцних нержавіючу сталь маркі12Х18H9 або 12Х18H10T. У цьому випадку (за умови забезпечення якісного зварювання) він прослужить у Вас без ремонту років 10 і більше!
Отже, підведемо риску сказаного.
В результаті проведених розрахунків ми з'ясували, що сім'ї з 4 осіб в лазні цілком може вистачити 90 літрів гарячої води, нагрітої до 90ºС. Для цього достатньо мати бак під гарячу воду об'ємом до 100 літрів. У цегляну банну піч конструкції БИК розробки І.В.Кузнецова досить вмонтувати регістр ГВС П-подібної форми з металевої труби діаметром 36 мм і максимальною загальною довжиною 1,78м.
Керуючись викладеними в даній статті підходами, тепер в силах кожного розрахувати під свої запити для своєї лазні конструктивні параметри основних елементів такої системи гарячого водопостачання.