Berekeningen verwarmingsketel

tim1

Beste,

Als doe-het-zelver zou ik voor ons vakantiehuisje graag een verwarmingsketel willen maken die zorgt voor:

- sanitair warm water

- water voor de centrale verwarming

- het opwarmen van het buitenzwembad

Hiervoor wil ik gebruik maken van:

- vuur (hout).

- zonne-energie.

Om dit te realiseren had ik gedacht om een verbrandingsruimte te maken in een watervat, zoals afgebeeld in de schets (zie bijlage). Door hout te verbranden in de verbrandingsruimte komt warmte vrij die via de wand van de verbrandingsruimte overgedragen wordt aan het water. In dit watervat komen spiraalvormige buizen te liggen waardoor dan het te verwarmen (of te koelen voor de vloeistof afkomstig van de zonnecollectoren) water stroomt. Deze schetsen stellen een sterk vereenvoudigde weergave voor, voor het boven-, voor- en zijaanzicht van de ketel ( in de schets is enkel de warmtewisselaar voor het zwembad getekend ter vereenvoudiging).

In de vragen die hieronder gesteld worden zal ik enkel nog spreken over het te verwarmen zwembadwater. Dit omdat de berekeningen voor de andere warmtewisselaars analoog zijn.

Nu had ik nog 2 vragen i.v.m. enkele thermodynamische berekeningen.

1) hoe bepaal je het vermogen van een verwarmingsketel op hout?

Mijn eerste gedacht is om dit te doen via de specifieke calorische waarde (kJ/kg) van hout aangezien

Q= m . H Q= warmtehoeveelheid (kJ)

m= massa (kg)

H= specifieke calorische waarde (kJ/kg)

H voor hout is 15000 kJ/kg en ik schat dat een verbrandingsruimte van 400mmx800mm (zie schets) een 80 kilogram hout per uur kan verbranden(heeft iemand een betere of exactere schatting?).

Het vermogen van de verwarmingsketel wordt dan (70kg . 15 000)/3600= 292kW

Deze 333kW zou dan het vermogen moeten voorstellen afkomstig van de verbranding van het hout. Van dit vermogen (warmte) zal niet alles naar het water overgedragen worden. Een gedeelte zal door de schouw verdwijnen en een ander gedeelte via de wanden van het geïsoleerde watervat. Het rendement is dus sterk afhankelijk van de bouw van de ketel. In dit geval schat ik het rendement op 50% waardoor het effectief vermogen dat opgenomen wordt door het water = 146kW

Nu had ik graag van jullie geweten of dit een juiste manier van rekenen is.

2) Hoe bepaal je de lengte van een water-water warmtewisselaar waarbij de ene vloeistof stilstaat (water in het vat) en de andere vloeistof in beweging is (zwembadwater).

De warmtewisselaar wordt gemaakt uit inox (316L) buizen Ø40 x 1,5 die op een spiraal geplooid zijn. Deze spiraal wordt dan in het watervat gehangen. Door de warmtewisselaar stroomt 9000l/u en het koude zwembadwater heeft een temperatuur van 12°C. Voor mijn berekeningen ben ik er van uitgegaan dat het water in het vat een temperatuur heeft van 60°C. Het vermogen is hierboven reeds berekend. Het watervat heeft een inhoud van 1600l.

Nu had ik op jullie forum al een berekening gevonden voor het berekenen van een water-water warmtewisselaar. Ik heb deze berekening al eens toegepast voor deze situatie door de snelheid van het water in het vat zeer klein te nemen (0,005m/s) en een zeer grote diameter van de leiding bij het berekenen van het reynoldsgetal. Hierdoor kom ik een zeer lage waarde uit voor Nusselt(voor het water in het vat) met gevolg een U van 50W/m² K wat naar mijn gevoel helemaal niet correct is.

Kan iemand me vertellen hoe je dit dan wel berekend? Of is mijn berekeningsmethode juist?

M.v.g. Tim

tim1

Ik zal mijn vraag iets vereenvoudigen/verduidelijken.

Gegeven:

(zie bijgevoegde schets) een boilervat met water met daarin een spiraal. Door de spiraal vloeit de warme vloeistof (water) die zijn warmte afgeeft aan het water in het boilervat, net zoals in het opslagvat van een zonneboiler.

Mijn vraag is nu of voor deze water-water warmtewisselaar U ook gelijk is aan 1000W/m² K zoals wordt gezegd in dit topic:ontwerp warmtewisselaar

Volgens mij zal U hier toch lager liggen dan 1000W/m² K aangezien 1 vloeistof stil staat...of niet?

m.v.g. Tim

Marcog

wat is de intrede en uittrede temperatuur van het water?

als je dat niet weet, hoe lang is het spiraal?

van welk materiaal is het spiraal

hoe dik is het spiraal

hoeveel water stroomt er door het spiraal heen.

Hoe groot wil men het vat?

tim1

Marcog,

Eigenlijk gelden dezelfde gegevens als in men 1ste post. Wel is het zo dat het water in het vat, het water in de warmtewisselaar moet verwarmen en niet omgekeerd.

De inox (316L)warmtewisselaar moet een vermogen van 146kW kunnen overbrengen en er stroomt een debiet(water) door van 9000l/u. Het vat bevat 1600L water.

Bij de berekeningen ben ik als volgt te werk gegaan:

dT= 146000/((9000/3600) . 4180)=13,97°C Als ik er van uitga dat de intredetemperatuur 12°C is dan is de uitredetemperatuur = 25,97°C -> 26°C

Verder ga ik er ook van uit dat de temperatuur in het vat overal gelijk is en constant 65C° (warmte wordt constant toegevoegd door vuur).

Hierdoor kan ik de dT over de warmtewisselaar berekenen:

{(T1 - t2) - (T2 - t1)}/Ln{(T1 - t2) / (T2 - t1)} => ((65-26)-(65-12))/ln((65-26)/(65-12))=

-14/-0,3067= 45,6°C

De buis voor de warmtewisselaar heeft een uitwendige diameter van 33,7mm, 2mm wanddikte.

Als ik de benodigde oppervlakte wil bepalen met de formule Qh = U x A x dT(ln) dan moet ik eerst de U waarde berekenen:

1/U = 1/h1 + 1/h2 + D/lambda + R1 + R2

h = Nu * lamda (geleidingscoefficient) / D (dikte pijp)

Nu = 0.027 * Re^0.8 * Pr^0.33

Voor de koude vloeistof wordt dit:

Re = (rho * v * D)/viscositeit

rho = 999 kg /m3

v = Q/A= (9/3600)/ ((0,0297² . 3,1415)/4))=3,609m/s

Visco = 1.8 . 10³ Pa.s

Re wordt dan 59821

Prantl= 13,5 waardoor Nu= 0,027 . 59821^0,8 . 13,5^0,33= 422,53

Normaal moet ik nu hetzelfde doen voor de vloeistof in het vat, maar de snelheid is hier quasi 0

hoe moet ik dit dan doen?

M.v.g. Tim

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Berekeningen verwarmingsketel

Berekeningen verwarmingsketel

Re: Berekeningen verwarmingsketel

Re: Berekeningen verwarmingsketel

Re: Berekeningen verwarmingsketel