- Строим русскую баню по уму
- Расчет системы горячего водоснабжения для бани
- Как выбрать бак для воды в бане?
- Способы установки
- Встроенные
- Выносные
- Баки-«самовары»
- Материал изготовления
- Чугун
- Эмалированные емкости
- Нержавеющая сталь
- Расчет объема
- Возможно, вам будут интересны другие наши статьи
- Компенсатор усадки бруса: конструкция и назначение
- Какие наличники поставить в доме из бруса
- Как обустроить сауну в доме из бруса
Строим русскую баню по уму
Расчет системы горячего водоснабжения для бани
Просмотров: 6 106
Приведем расчет основных элементов автономной системы для нагрева воды в русской бане с кирпичной печью.
Система горячего водоснабжения (ГВС) включает в себя регистр ГВС (отрезок металлической трубы, вмонтированный в кирпичную печь, часто за свою изогнутую форму называемый «змеевиком»), соединенный 2-мя трубопроводами (напорным и обратным) с баком для нагрева воды.
Расчетными величинами в нашем случае будут являться геометрические размеры регистра ГВС и бака для горячей воды.
Сразу оговоримся, что размеры «змеевика» будут определяться количеством воды, которую необходимо нагреть для своих нужд в бане (для мытья, запаривания веников, поддач на каменку, опаривания стен, потолка, полоков и пр.). В свою очередь время нагрева воды должно быть не больше времени приготовления бани.
Как правило, время приготовления бани с кирпичной печью может варьироваться от 2,5 до 4 часов (в зависимости от времени года и температуры воздуха).
Если же учесть еще время для «настаивания» бани (равномерного прогрева ограждающих поверхностей парной до температур порядка 42-45ºС), то в среднем на приготовление бани уходит 4 часа.
Поэтому в наших расчетах примем, что время приготовления бани составляет 4 часа.
Баню планируют принимать 4 человека.
Для мытья 1 человека в среднем требуется 3 ведра теплой воды, т.е.
36 литров воды с температурой
Теплую воду будем получать путем разбавления горячей воды в баке, нагретую с помощью вмонтированного в печь регистра ГВС, холодной водой из колодца (скважины).
Тогда, в первом приближении, воспользуемся соотношением
из которого можно определить количество mг.в. и температуру Тг.в. горячей воды, которую надо взять для приготовления требуемого количества теплой воды с параметрами mт.в.и Тт.в.
Пусть для нашего случая для получения 36 литров теплой воды (mт.в.= 36 кг) с температурой Тт.в.=38ºС возьмем 2 ведра (24 литра = mх.в.= 24кг) холодной воды с температурой Тх.в.=10ºС. Горячая вода в баке должна иметь температуру Тг.в.=90ºС.
Из уравнения (1) следует, что нам для этих целей потребуется mг.в.=12,9 кг (
1 ведро) горячей воды с температурой Тг.в.=90ºС.
Таким образом, на семью из 4 человек потребуется 4*12,9=51,6 кг (литра) горячей воды с температурой 90ºС.
Прибавим сюда еще 1 ведро (
12 л) горячей воды для запаривания веников, плюс 2 дополнительных ведра горячей воды для поддач на каменку и разбрызгивания на потолок и стены парной для создания требуемой климатической обстановки в парной.
На круг выходит потребность в
90 литрах горячей воды для принятия бани 4 человеками. Следовательно, бака для горячей воды объемом в 100 литров будет достаточно.
При этом помним, что этот объем воды должен быть нагрет за время приготовления бани, то есть за 4 часа.
Для нагрева 90 кг воды от температуры 10 ºС до температуры 90ºС потребуется тепла:
Q = c * m * (Тг.в. — Тх.в.) = 4,2*90*80 = 30 240кДж, (2)
где с=4,2– удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*ºС); m – масса воды,кг; Тг.в. и Тх.в. –температура горячей и холодной воды, ºС.
Для выработки такого количества тепла потребуется источник тепла мощностью
W = Q/t = 30 240* 0,2778*10 -3 = 8,4 кВт, (3)
где 0,2778*10 -3 – коэффициент перевода количества тепла из кДж в мощность источника тепла в кВт.
Таким образом, тепловая мощность регистра ГВС («змеевика»), вмонтированного в кирпичную печь, должна быть в 4 раза меньше (W
2 100 Вт/час), поскольку мы предполагаем нагреть данный объем воды (90 кг) не за 1 час, а за 4 часа (время приготовления бани).
Тепловая мощность регистра ГВС W (тепловая энергия Q, передаваемая через металлические стенки «змеевика» циркулирующей в нем воде, в течение t = 1 часа) будет прямо пропорциональна:
- величине площади поверхности регистра S, м 2 ;
- разности средних температур печных газов снаружи регистра между его верхним и нижним концами ΔТвнеш. средн. = (Твнеш.верх. + Твнеш.низ.)/2, ºС;
- разности средних температур воды в регистре на его входе (нижний конец трубы, «обратка») и выходе (верхний конец трубы, напорный) ΔТвнутр.средн.= (Твнутр.верх. + Твнутр.низ.)/2, ºС.
W = Q/t = α * S * (ΔТвнеш. средн. — ΔТвнутр. средн.), Вт, (4)
где α – коэффициент теплопередачи (теплоотдачи) от горячего воздуха (печных газов, омывающих «змеевик») через стенку стальной трубы регистра ГВС протекающей в нем воде, Вт/м 2 *ºС.
Коэффициент теплоотдачи α является сложной функцией, зависящей от большого числа факторов (теплофизических свойств теплоносителей (печных газов и воды), их агрегатного состояния (газ, жидкость), геометрии стенки контакта между теплоностелями, температуры этой стенки, режимов (турбулентный или ламинарный) теплоносителей и их скорости).
Для рассматриваемой системы нагрева воды расчеты показывают, что α
В кирпичных банных печах разработки И.В.Кузнецова температура печных газов под крышей нижнего колпака, объединенного с топливником через «сухой шов» в единое целое, достигает температур порядка 900 — 1000ºС.
Температура печных газов в колпаке за стенкой топливника на уровне его (топливника) пода достигает 500-600ºС.
Именно в нижнем колпаке кирпичной банной печи за стенкой топливника и размещают регистр ГВС.
Таким образом, можно принять, что в режиме активного горения дров в печи средняя температура, омывающих «змеевик» печных газов, в среднем равна ΔТвнеш. средн. = ((900-1000)+(500-600))/2 = 700-800ºС.
В то же время температура воды, выталкиваемая через верхний напорный патрубок «змеевика» в бак с нагреваемой водой, будет иметь во время нагрева более стабильную температуру, равную 80-90ºС.
Температура воды, поступающая из бака с нагреваемой водой в нижний патрубок «змеевика» (по «обратке»), будет постоянно меняться по мере нагрева воды в баке. На первоначальном этапе это будет температура воды равная температуре залитой в бак холодной воды (в нашем случае это 10 ºС). По мере поступления в бак все больше порций нагретой воды, температура воды в «обратке» будет неуклонно повышаться и в пределе стремиться к температуре, выходящей из верхнего конца регистра ГВС нагретой воды.
В конце концов, если горение дров в печи прекратиться, а вся вода в системе примет одну и ту же температуру, циркуляция через «змеевик» прекратится.
В общем случае можно принять, что в среднем на этапе активного горения дров температура воды на верхнем напорном конце «змеевика» равняется 80ºС, а температура воды, поступающая через «обратку», равна 60ºС.
Тогда средняя разность температур воды в регистре ГВС на этапе активного горения дров будет равна (80+60)/2=70ºС.
И вот мы подошли к конечному пункту наших расчетов – определению геометрических размеров «змеевика», способного нагреть за определенное время (4 часа) требуемый объем воды (90 литров) до заданной температуры (90ºС).
Все необходимые для расчета величины у нас уже есть.
Итак, наш регистр ГВС должен иметь площадь поверхности равную (см.формулу (4)):
S = W / (α * (ΔТвнеш. средн. — ΔТвнутр. средн.)) = 2100 / (14*(800-70))
Принимая во внимание, что труба имеет форму цилиндра, тогда площадь ее поверхности можно представить как:
S = π * D * l, м 2 , (5)
где π=3,14; D – диаметр «змеевика»,м; l – длина «змеевика»,м.
Имеем две неизвестные – длину регистра ГВС l и его диаметр D.
Верхний конец регистра ГВС, желательно, размещать за стенкой топливника чуть ниже хайла (отверстия в верхней части топливника для выпуска печных газов). Нижний конец регистра ГВС не целесообразно опускать ниже уровня пода топливника.
В банных печах И.В.Кузнецова под топливника находится в 5 ряду внешней кирпичной кладки. Хайло топливника, в зависимости от модели печи», может находиться на уровне 14 ряда кирпичной кладки (модель печи БИК 41), 18 ряда кирпичной кладки (БИК П1 и БИК П2) или, как в случае печи БИК П3 – 24 ряда.
Принято считать, что толщина 1 ряда кирпичной кладки печи с толщиной шва между двумя смежными рядами кирпичей составляет 7 см.
Тогда для модели банной печи периодического действия БИК П1, вполне достаточной для семейной бани, в нижнем колпаке печи у нас имеется пространство высотой в 13 рядов (0,9м) для размещения регистра ГВС.
Глубина внутреннего пространства колпака, где можно разместить регистр ГВС, в указанных печах БИК составляет 1 ¾ кирпича, т.е.
Таким образом, теоретически, в печь БИК П1 можно вставить регистр ГВС П-образной формы с максимальной общей длиной до 1,78 м.
Принимая эту длину «змеевика» для наших расчетов из формулы (5) определим диаметр трубы, из которой должен быть изготовлен этот «змеевик».
Расчеты дают значение диаметра трубы D
Но при этом, при расчетах следует, в обязательном порядке, учесть два фактора.
1-й фактор. Бак с нагреваемой горячей водой, который, как правило, находится в моечной, должен быть теплоизолирован. Это следует сделать, чтобы свести к минимуму теплопотери нагреваемой в баке воды. Если этого не сделать, бак с нагреваемой водой будет своими стенками греть моечную. Интенсивность тепловых потерь будет прямо пропорциональна разности температур нагреваемой воды в баке и температуры воздуха в моечной. Следовательно, за время подготовки бани можно не достичь желаемой температуры нагреваемого объема воды.
2-й фактор. При изготовлении регистра ГВС надо учитывать то, что рано или поздно придется производить его замену в печи на новый. Срок эксплуатации регистра напрямую будет зависеть от марки стали, из которой он изготовлен. Поэтому следует продумать вопрос, каким образом его придется извлекать из печи. Это обстоятельство накладывает ограничения на реальные максимальные размеры данного регистра, а также его геометрическую форму (наличие скругленных углов, наличие дополнительной секции, ввариваемой параллельно вертикальному отрезку «змеевика»).
Примечание. Для изготовления регистра ГВС лучше всего использовать аустенитную хромистую жаропрочную нержавеющую сталь марки 12Х18H9 или 12Х18H10T . В этом случае (при условии обеспечения качественной сварки) он прослужит у Вас без ремонта лет 10 и более!
Итак, подведем черту сказанному.
В результате проведенных расчетов мы выяснили, что семье из 4 человек в бане вполне может хватить 90 литров горячей воды, нагретой до 90ºС. Для этого достаточно иметь бак под горячую воду объемом до 100 литров. В кирпичную банную печь конструкции БИК разработки И.В.Кузнецова достаточно вмонтировать регистр ГВС П-образной формы из металлической трубы диаметром 36 мм и максимальной общей длинной 1,78м.
Руководствуясь изложенными в данной статье подходами, теперь в силах каждого рассчитать под свои запросы для своей бани конструктивные параметры основных элементов такой системы горячего водоснабжения.
Источник статьи: http://inforusbani.ru/vodosnabzhenie/raschet-sistemy-goryachego-vodosnabzheniya-dlya-bani.html
Как выбрать бак для воды в бане?
Выбирая бак для подготовки горячей воды для брусовой бани, обращают внимание на его долговечность и неподверженность коррозии, скорость нагрева. Объем рассчитывается исходя из количества пользователей.
Способы установки
По принципу монтажа различают три типа баков: встроенные в печь и выносные емкости, а также конструкции самоварного типа.
Встроенные
Емкость вмонтирована нижней частью в банную печку, вода нагревается под воздействием пламени. В бак можно врезать кран или черпать нагревшуюся воду ковшиками.
Встроенные баки легко монтируются, не занимают лишнее место, нагреваются в ходе протапливания бани и долго не остывают. Но при этом заметно снижается теплоотдача печи. Кроме того, объем встроенного резервуара ограничен размерами банной печки.
Выносные
Выносная емкость устанавливается в любом удобном месте – под потолком, в моечном отделении. По принципу работы это бойлер косвенного нагрева, который соединен с теплообменником, вмонтированным в топку печи. Длина труб ограничена – до 3 метров.
Выносные баки разнообразны по объему и формам. К минусам относят быстрое остывание воды, если не поддерживать огонь в печи, сложный монтаж.
Баки-«самовары»
Самоваром называют бак, смонтированный на дымоходе. Труба может размещаться сбоку либо внутри резервуара. Вода получает тепло от дымовых газов, разогретых до высоких температур.
К достоинствам конструкции относят возможность выбрать размер бака – он может быть компактным, занимать промежуток от печи до потолка или даже выходить за пределы помещения на чердак. Вода нагревается быстро и долго остается горячей после прогорания топлива. Недостатки: сложный монтаж, быстрее накапливается сажа в трубе, необходимо обеспечить подвод холодной воды и врезать кран для горячей.
Материал изготовления
Выбор материала, из которого изготовлен бак, напрямую связан со способом его установки.
Чугун
Толстостенные чугунные баки долго нагреваются и также долго сохраняют тепло. Такие емкости чашеобразной формы встраивают в классические кирпичные банные печки. Чтобы снизить нагрузку на печь их нередко дополнительно подвешивают на цепях к потолочной балке.
Чугун устойчив к коррозии, не боится нагрева до высоких температур, долговечен. Но сегодня баки из чугуна используются все реже из-за ограниченной вместимости и функциональности, большого веса и высокой цены.
Эмалированные емкости
Баки из стали с эмалевым покрытием привлекают небольшим весом, антикоррозийной стойкостью, долговечностью при условии бережной эксплуатации. При монтаже крайне важно не допустить появления сколов эмали, иначе поврежденные места станут очагами коррозии.
Эмалированные емкости нагреваются быстро. Такие резервуары удобно использовать в качестве выносного бака, также в продаже представлены модели на трубу. Важно, чтобы нагрев воды осуществлялся опосредованно, а не прямым воздействием пламени. Эмалированные емкости нельзя встраивать в печь – покрытие быстро приходит в негодность.
Нержавеющая сталь
Универсальный вариант – баки из нержавейки могут устанавливаться всеми способами. Но встроенный прослужит заметно меньше чугунного, так как тонкие стенки со временем прогорят.
Нержавеющая сталь позволяет изготавливать баки любого объема и формы –цилиндрические и прямоугольные, кольцеобразные вокруг трубы, треугольные угловые. К достоинствам также относят долговечность, неподверженность коррозии, небольшой вес, быстрый нагрев, устойчивость к деформации, гигиеничность. Единственный недостаток – емкость быстро остывает.
Расчет объема
Оптимальный объем резервуара рассчитывается с учетом количества людей, пользующихся баней. Один человек расходует на мытье около ведра воды (10 литров). Поэтому количество людей необходимо умножить на десять и прибавить к результату еще 20-25 литров. При таком подходе не придется долгое время ожидать нагрева воды в баке в разгар банных процедур.
Возможно, вам будут интересны другие наши статьи
Компенсатор усадки бруса: конструкция и назначение
Компенсатором усадки (винтовым усадочным домкратом, регулировочным лифтом) называют приспособление, которое устанавливают на вертикальные опоры из бруса в деревянной постройке, если они конструктивно связаны со срубом.
Какие наличники поставить в доме из бруса
Наличники в доме из бруса влияют, в первую очередь, на внешний вид фасада. На ряду с декоративной функцией эти элементы выполняют защитную роль на проёмах. Выбирать наличники для брусового дома следует по нескольким критериям. В том числе, важны такие нюансы, как материал изготовления, .
Как обустроить сауну в доме из бруса
Обустроенная прямо брусовом доме сауна имеет массы выгодных преимуществ. Это касается удобства эксплуатации, расходов на энергоресурсы, экономии на строительстве и обслуживании. Однако сауна является объектом с особым режимом эксплуатации. Здесь есть повышенная температура .
Источник статьи: http://skdomocenter.ru/klientu/statji/kak-vybrat-bak-dlya-vody-v-bane
