JMP рада представить наш новый технический журнал HVAC! Это отличный ресурс, где можно получить небольшие образовательные материалы, похожие на содержание наших семинаров. Зарегистрируйтесь, чтобы последний блог был отправлен на ваш адрес электронной почты.
Управление подачей воздуха и повышение давления, часть 4: Размер расширительного бака
Расширительные баки надлежащего размера (стандартные или баллонные/мембранные) имеют решающее значение для успешного управления воздухом в гидравлической системе.
У каждого производителя расширительного бака есть письменная форма, в которой указаны шаги и расчеты для определения размера расширительного бака. Большинство, если не все, разработали программное обеспечение, которое делает всю работу за вас. У Bell & Gossett есть отличный ESP-Plus, который можно скачать здесь. Но независимо от того, используете ли вы программное обеспечение или диаграммы и ручные расчеты для определения размера расширительного бака, есть несколько сведений, которые вам понадобятся в любом случае. Вот эти ключевые значения:
1. Общий объем воды в системе
2. Минимальная и максимальная рабочие температуры системы
3. Максимальное рабочее давление в системе
4. Минимальное рабочее давление в резервуаре для поддержания 4 фунта на кв. дюйм в верхней точке системы.
5. Максимальное рабочее давление в баке
Мы хотели бы добавить еще один к списку: компонент системы с самым низким номинальным давлением. Очевидно, вы не хотите, чтобы давление в системе когда-либо превышало номинальное давление на котле или другом компоненте, чтобы не сдуть предохранительный клапан ASME!
После того, как вы знаете эти значения, выбор расширительного бака для системы, которую вы проектируете, — это вопрос заполнения относительно простой таблицы размеров производителя или включения нескольких чисел в программу расчета. Но прежде чем вы дойдете до этого момента, важно понять логику (и физику), которая диктует размер вашего расширительного бака.
Во-первых, важно помнить о двух основных целях расширительного бака в гидравлической системе:
Резервуар (будь то бак-дозатор или стандартный бак) должен иметь такие размеры, чтобы в нем можно было хранить требуемый объем расширенной воды без превышения максимально допустимого давления. Он также должен быть в состоянии поддерживать требуемое давление, когда система холодная, а объем воды минимален. Вот где старый урок химии вступает в игру.
Помните закон Бойля? Закон Бойля и связанное с ним уравнение p1V1=p2V2 утверждают, что абсолютное давление, создаваемое газом (например, воздухом), обратно пропорционально объему, который он занимает в замкнутой системе, при условии, что температура и объем газа остаются неизменными. . В замкнутой гидросистеме объем воды постоянно меняется в результате даже малейшего изменения температуры. По мере увеличения этого объема воды объем воздуха в резервуаре-дозаторе уменьшается, так как свободно плавающие молекулы воздуха сжимаются. С изменением объема воздуха и воды меняется и давление. Когда вы уменьшаете («выжимаете») объем воздуха в расширительном бачке, вы фактически пропорционально увеличиваете давление в системе. Если вы уменьшите объем воздуха наполовину, вы удвоите давление в системе.
Это закон Бойля, и он служит основой для выбора размеров расширительных баков.
Все еще не понимаете?
Вот еще один способ подумать об этом. При определении размера расширительного бака для гидравлической системы мы фактически прогнозируем объем расширения системы и определяем, какая воздушная подушка необходима для поддержания давления в системе при низких рабочих температурах и обеспечения достаточного пространства для расширения при более высоких рабочих температурах. избегайте избыточного давления и продувки предохранительных клапанов.
Другой потенциальной проблемой при работе с компрессионными баками является заболачивание бака водой. Через самотек рециркуляционный воздух может реабсорбироваться из компрессионного бака. Заболачивание происходит, когда компрессионный бак достигает точки, когда весь воздух удален из бака и не остается места для расширения. Добавление фитинга для бака Airtrol помогает предотвратить эту рециркуляцию.
ПОМНИТЕ – Правильно определите размер и трубопровод вашего расширительного бака, и вам никогда не придется беспокоиться о заболоченном баке или перегоревшем предохранительном клапане!
Расчетные параметры котлов и систем водяного отопления
Понимание конструкции и применения конденсационных котлов и систем водяного отопления.
Цели обучения
- Узнайте об определениях котлов и их применении в системах зданий.
- Понимать применимые нормы и стандарты, регулирующие системы отопления и конструкцию котлов.
- Ознакомьтесь с основными параметрами, определяющими конструкцию системы отопления, нагрузку на здание и конденсационные котлы.
Котлы можно рассматривать как теплообменники в кожухе, основной целью которых является повышение температуры рассматриваемой жидкости на заданную дельту выше проектной уставки. Это надежное оборудование сконструировано и изготовлено в соответствии с Кодексом Американского общества инженеров-механиков по котлам и сосудам под давлением, в котором учитываются как внешние, так и внутренние конструкционные материалы, размер оборудования, температура и давление.
Этот код включает в себя несколько разделов; в частности, в разделе IV содержатся рекомендации по эксплуатации котлов отопительной воды, а в разделе VI основное внимание уделяется обслуживанию и эксплуатации котлов отопления. Внутри котла теплообмен происходит за счет сгорания – реакции между топливом и кислородом; упрощенное стехиометрическое уравнение горения будет выглядеть так:
Топливо + О 2 → СО 2 + Н 2 О
Ниже приведены несколько распространенных источников топлива для котлов, а также их теплотворная способность согласно ASHRAE Handbook Fundamentals: Глава 28 Сжигание и топливо:
- Природный газ высокого напряжения (23,900 XNUMX БТЕ/фунт)
- Дизель HV (19,300 XNUMX БТЕ/фунт)
- Пропан HV (21,669 XNUMX БТЕ/фунт)
Рис. 1. Это двухтопливные конденсационные котлы мощностью 6,000 млн баррелей в час на природном газе и мазуте на центральном заводе компании Texas Scottish Rite во Фриско, штат Техас. Предоставлено: TDIndustries
Код котла и конструкция
Некоторые котлы предназначены для работы на двойном топливе: природный газ является основным источником топлива, а дизельное топливо или пропан – дополнительным источником топлива. Инженеры определяют котлы для обслуживания различных систем и/или процессов, в зависимости от цели. Котлы, указанные на центральных станциях, подают горячую воду для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также для бытовых или технологических нужд.
Котлы чаще всего указываются при проектировании новых зданий, таких как новая площадка, которая представляет собой незастроенную землю, или при модернизации существующей центральной электростанции.
Начать с , инженер-проектировщик должен знать местоположение здания и критерии расчетного дня по погодным условиям, как указано в Справочнике ASHRAE: Основы, Глава 14 Информация о климатическом расчете. Во-вторых, тип использования здания, который диктуется Международным строительным кодексом и принимается государством, в котором разрабатывается проект, расположение центральной станции по отношению к обслуживаемому зданию и котельной в центральной станции.
Все вышеперечисленное, в дополнение к плану этажа, предоставляет инженеру-проектировщику параметры для расчета нагрузки здания, включая тепловые потери ограждающих конструкций, занятость здания, потери при распределении системы и нагрузку на оборудование.
Например, здание типа размещения I2 является больницей, как указано в IBC; следовательно, должны быть соблюдены требования норм относительно воздухообмена в час для конкретных типов помещений, а также границы комнатной температуры и относительной влажности. Расчет общей нагрузки выражается либо в британских тепловых единицах в час (Btu/час), либо в 1,000 британских тепловых единицах в час (MBH). После расчета количество котлов выбирается вместе с температурой системы в соответствии с потребностями здания.
В-третьих, расположение станции в центре влияет на то, как инженеры проектируют оптимальную насосную схему. Это может быть либо переменный-первичный, когда расход меняется, поскольку перепад давления в контуре остается постоянным, либо первичный-вторичный, когда есть два контура трубопровода. Первичные насосы обслуживают основное оборудование на центральной установке, а вторичные насосы обслуживают распределение к системам обработки воздуха в здании, фанкойлам и регулируемым воздушным камерам.
Чтобы оптимизировать конструкцию, инженер должен взвесить преимущества между энергопотреблением насоса и установленной в конструкции разностью температур; поскольку общая нагрузка на здание (Q БТЕ/час) = 500 (постоянная) * галлонов/минуту * разница температур (°F).
Обратите внимание, что константа учитывает вес жидкости, в данном случае воды (удельный вес ~1.0), 8.34 фунта/галлон и преобразование единиц измерения 60 минут/час.
Международный совет по нормам и NFPA предоставляет кодексы и стандарты для инженеров по проектированию зданий с учетом требований безопасности.
Международный строительный кодекс фокусирует усилия на предоставлении минимальных критериев для проектирования и строительства зданий в зависимости от типа проживания.
- Раздел 509.1: Предоставляет рекомендации по границам котельной и/или требованиям к стенам в отношении разделения на другие помещения в соответствии с Разделом 509.1 Таблица 509 Случайное использование; помещение должно быть рассчитано на 1 час пожарной безопасности или иметь автоматический спринклер.
- Раздел 1006.2.2: Что касается котлов, этот код содержит рекомендации по средствам эвакуации в зависимости от использования помещения.
NFPA 101: Кодекс безопасности жизнедеятельности это все о строительстве и безопасности жильцов.
Глава 7, Пути эвакуации: Раздел 7.13 Помещения механического оборудования, котельные и котельные.
- Глава 8.7 «Особая защита от опасностей»: содержит рекомендации по границам помещений и типам стен, противопожарным барьерам на 1 час или полностью обрызгиваемым помещениям.
- Глава 18, раздел о новом медицинском обслуживании:
- Раздел 18.3.2: Защита от опасностей.
- Раздел 18.3.2.1: Предоставьте рекомендации по определению опасных помещений. Котлы, благодаря своим характеристикам горения, идут по этому пути.
Рисунок 2: Эта схема представляет собой пример естественного горения через высокие и низкие жалюзи. Размер жалюзи должен соответствовать нормам Международного кодекса по топливному газу, включая все устройства с входной мощностью в механическом помещении. Предоставлено: Здания WSP США
Международный механический кодекс : Глава 10 «Котлы, водонагреватели и сосуды под давлением» содержит рекомендации, которые требуются для конструкции котлов в соответствии с Кодексом ASME по котлам и сосудам под давлением, а также средства управления и предохранительные устройства в зависимости от номинала котла MBH. Линия разрыва составляет < 12.5 млн БТЕ/час. Если котел больше, чем указанное выше значение, он должен соответствовать NFPA 85: Кодекс опасностей для котлов и систем сгорания.
- Необходимо помнить о техническом обслуживании, и перед установкой необходимо проверить рекомендации производителя.
- Обеспечьте предохранительные клапаны, см. подробности.
- Обеспечьте отсечку при низком уровне воды.
- Системы водяного отопления должны быть снабжены расширительным баком открытого или закрытого типа.
- Котел должен быть оборудован датчиками температуры и давления.
- Дымоход или дымовая труба конденсационного котла обычно изготавливается из неагрессивного материала, такого как нержавеющая сталь, из-за кислотности воды.
- Инженер-проектировщик должен учитывать расположение котла в помещении, чтобы обеспечить соответствие требованиям IMC по требуемым расстояниям до забора наружного воздуха.
- Для безопасности и функциональности оборудования котлы имеют нижнюю отсечку воды и снабжены предохранительными клапанами.
НФПА 85: Кодекс опасностей для котлов и систем сжигания содержит рекомендации по запуску газового и жидкого топлива. Этот код также применим к котлам мощностью более 12.5 миллионов БТЕ/час, как указано выше.
Государственный код котла: Инженер-проектировщик должен проверить, содержит ли состояние рассматриваемого проекта какие-либо дополнительные руководящие принципы, которые могут выходить за рамки текущих принятых Советом международных норм. Техасский кодекс по котлам включает требования к монитору угарного газа и средствам управления для проектирования котельной.
Рисунок 3: Это представляет собой пример закрытого сжигания через воздуховод, проходящий через крышу. Как правило, котел имеет внутренний вентилятор. Инженер-проектировщик должен согласовать с изготовителем конструкции требуемую утвержденную длину участка от котла до входа воздуха для горения, поскольку может потребоваться внешний вытяжной вентилятор. Предоставлено: Здания WSP США
Вентиляция котла
IFG 2018: Международный кодекс по топливному газу, вероятно, является наиболее важным кодексом для инженера-проектировщика, поскольку он касается воздуха для горения. Котел вырабатывает тепло за счет реакции, поэтому для завершения процесса горения необходима подача наружу естественным или механическим путем. Одной из целей этого кодекса является предоставление рекомендаций по предотвращению дымовых газов или утечки топлива в здание.
Существуют различные способы оформления котельной:
Естественная вентиляция
Воздух в помещении: может быть обеспечен при условии, что объем воздуха в кубических футах соответствует разделу 304 Международного кодекса по топливному газу. Этот вариант позволяет подавать воздух либо из соседних помещений того же уровня, либо из более высоких уровней при наличии воздуховода, который вводит объем воздуха в помещение.
Наружный воздух: может подаваться либо через горизонтальные, либо вертикальные отверстия, либо через вертикальные отверстия в соответствии с разделом 304 Международного кодекса по топливному газу.
Комбинация: Можно вносить порцию с улицы и порцию в помещение.
Рисунок 4: Вытяжной вентилятор обслуживает комбинированный дымоход для двухтопливных конденсационных котлов в техническом помещении. Предоставлено: TDIndustries
Механический (силовая тяга)
Тарифы указаны в том же разделе, и инженер должен учитывать все оборудование внутри помещения, чтобы рассчитать требуемый объем воздуха. Следует также учитывать подпиточный воздух, а также блокировку оборудования и вентилятора. См. рисунки 2 и 3 для каждого варианта в схематических целях.
Котлы конденсационного типа
Котлы конденсационного типа стали более популярными в последние 15 лет. Реакция горения в котле имеет побочный продукт, CO 2 + H 2 O. Это означает, что вода должна где-то образовываться и конденсироваться в дымовой трубе или дымоходе из-за температуры точки росы в дымовой трубе. Это скрытая теплота парообразования.
Эта вода очень агрессивна по своей природе с pH от 3 до 4, поэтому конденсационные котлы обычно изготавливаются из нержавеющей стали или другого неагрессивного материала. Кроме того, конденсационный котел всегда поставляется с «комплектом нейтрализации». В комплект для нейтрализации входит известняковая среда, повышающая уровень pH конденсата. Комплект устанавливается в линию к водосточной трубе от котла и перед сливом в напольный трап. Слив конденсата непосредственно в слив в полу приведет к его порче и коррозии за короткое время, что не соответствует нормам большинства юрисдикций.
Конденсационные котлы обладают и другими преимуществами, такими как меньшая компактность по сравнению с более крупными стальными котлами без конденсации. Кроме того, новая технология включает более компактные и эффективные теплообменники внутри котла, которые обеспечивают оптимальную теплопередачу. Еще одним преимуществом является коэффициент поворота вниз. Некоторые котлы могут иметь динамический диапазон 25:5. Упомянутые выше пункты могут варьироваться в зависимости от производителя; поэтому всегда консультируйтесь с производителем основы дизайна
Рис. 5: На этом виде сверху котла комплект нейтрализации подсоединен к линии слива конденсата из котла и перед санитарным сливом. Комплект для нейтрализации состоит из емкости, заполненной известняком или другим материалом, стабилизирующим рН конденсата перед попаданием в канализацию. Основная цель комплекта для нейтрализации – защита стока от кислотного конденсата, разъедающего сток. Предоставлено: Здания WSP США
Расчетные параметры
Расчетные параметры систем водяного отопления варьируются в зависимости от проекта. Например, конструкция системы с максимальной температурой горячей воды на выходе 130 °F и минимальной конструкцией системы обратной воды 100 °F чаще всего включает чиллер с тепловым насосом. Таким образом, эти более низкие расчетные температуры воды используют бесплатное тепло со стороны конденсатора чиллера теплового насоса; с более низкой температурой обратки отопительной воды.
Другие системы ориентированы в основном на конструкцию 150 ° F / 120 ° F; кроме того, эти системы могут использовать температуру обратной воды для предварительного нагрева воды, поступающей для бытового потребления, с помощью теплообменника на стороне бытового потребления. Следовательно, более низкая температура обратной воды в котел способствует его эффективной работе.
При проектировании новых больниц или центров обработки данных инженеру важно обсудить с владельцем резервирование оборудования, которое обычно предусмотрено для объектов такого типа. Это часто упоминается как N+1. Резервирование может быть указано на уровне оборудования как для воды, так и для воздуха.
Пиковая нагрузка здания, которая должна быть обеспечена в день проектирования, представляет собой нагрузку, если бы здание достигло пика в то же время. Однако в действительности нагрузка меняется в течение дня, поэтому инженер-проектировщик учитывает профиль нагрузки здания в течение всего года, чтобы оптимизировать размер и выбор оборудования.
Управление котлом
Большинство производителей котлов включают в себя встроенные элементы управления и главную панель, которая может устанавливать последовательность котлов и назначать ведущий котел. Ведущий котел может меняться, например, каждый месяц или в заданный период времени. Это выравнивает износ оборудования. Существует несколько стратегий работы котла, когда центральная энергетическая установка включает более одного котла. Например, один котел может работать и нести больший процент нагрузки здания, или два котла могут работать с более низкой скоростью горения, чтобы удовлетворить потребности здания.
Таким образом, при проектировании и спецификации котлов для систем водяного отопления очень важно исследовать и изучать нормы и стандарты. В Соединенных Штатах в каждом округе, муниципалитете и штате есть органы, уполномоченные применять строительные нормы и правила. В некоторых штатах могут быть приняты поправки к действующим кодексам, которые могут превышать минимальные требования.
Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете. Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.
Об авторе: Паулина Диаз — старший юрист WSP USA Buildings. Она инженер-механик с более чем 10-летним опытом работы и занимается проектированием в области здравоохранения.