Lengte pijp door watertank tbv opwarmen

[baszer]

Hallo,
 
ik heb het internet en jullie forum al behoorlijk zitten uitpluizen maar kan het volgende vraagstuk maar niet oplossen.
 
Ik heb een watertank van 2.000 L waarvan iedere dag 500 L wordt ververst. Het inkomende water is 15 graden terwijl de tank 20 graden. Dus 500 L moet 5 graden verwarmd worden mbv een warmtewisselaar (een koperen buis 16 mm van x aantal meters). Deze wisselaar zal worden aangesloten op het waternetwerk van ons huis (ongeveer 2 m/uur) en wordt ingesteld op 60 graden. 
 
Overige verlies/opwarming even buiten beschouwing gelaten.
 
Nu kan ik uitrekenen hoeveel energie ik nodig heb om de 500 L 5 graden te verwarmen: 2,9 kWh
 
met het warmteoverdrachtcoefficient kan ik de oppervlakte uitrekenen die nodig is: Q = h A x delta T
A = 0,165 m2
 
dan is de lengte van de buis (binnenmaat 0,014 m) die nodig is: 3,75 m.
 
Klopt dit? Want ik kom ook Reynolds getal tegen op het internet en daar hou ik nu geen rekening mee.
 
 
 
 
 

[Pinokkio]

Ik zie niet hoe je die A berekend hebt, maar het zal fout zijn want het gaat niet om de kWh maar om het vermogen in kW (of W).
 
Dat vermogen is afhankelijk van de tijd waarin die 500 L opgewarmd moet worden.
Stel dat is een continue stroompje van 500 liter in 24 uur dan is dat
500/(24*3600) = 0,0058 kg/s.
 
Het vermogen P van de warmtewisselaar is dan:
P = 0,0058 kg/s * 4190 J/kg.^oC * (20 - 15) ^oC = 122 W.
Dat is weinig, maar 0,0058 kg/s door een 14 mm buis geeft een heel lage snelheid en dus een relatief lage h.
 
Dus nogmaals: het gaat erom in welk tijdsbestek die 500 L opgewarmd moet worden.

[baszer]

beste pinokkio, bedankt voor je antwoord.
 
om je gebruikte formule beter te begrijpen. Je hebt dus:
 
Vermogen = debiet x  soortelijke warmte x delta T 
 
hoe kan ik nu de lengte bepalen van de 14 mm buis?

[ArcherBarry]

de lengte is afhankelijk van hoe snel het water door de wisselaar moet stromen, en de temperatuur van jouw opwarm medium. ken je die geven?
moet de 500l in 30 minuten door de buis heen of is het constant 20 liter per uur?

[baszer]

Misschien heb ik het verkeerd uitgelegd. Maar de warmtewisselaar is een koperen spiraal (16 mm buis) die in de tank ligt. Hierdoor stroomt water uit de warme kraan (60 graden). De stroomsnelheid zal ongeveer 3 m/s zijn.

De tank is 2000 L groot en 500 l wordt iedere dag ververst. Deze 500 l moet dus verwarmd worden.

[ArcherBarry]

heb je een roerwerk in de tank of vertrouw je volledig op convectie om de warmte te verspreiden?

[baszer]

heb je een roerwerk in de tank of vertrouw je volledig op convectie om de warmte te verspreiden?

Er zit stroming in de tank. Maar om de berekening niet te moeilijk te maken, wil ik alleen vertrouwen op convectie

[Pinokkio]

Deze 500 l moet dus verwarmd worden.

Ja, dat snapten we al.
 
Maar in hoeveel tijd wordt die 500 L toegevoegd?
Gebeurt dat dag en nacht als een continue stroom, dus continu 0,0058 kg/s
of giet je die 500 L in een relatief korte tijd in de grote bak?
Dat heeft een grote invloed op het benodigde vermogen.
 
Ik weet niet waar het water uit die 2000 L bak voor gebruikt wordt, maar het lijkt me het best om die 500 L continu toe te dienen via een dubbelepijpwarmtewisselaar (double pipe heat exchanger)
 

double pipe heat exchanger.jpg (21.43 KiB) 1575 keer bekeken

waarbij er dan continu 0,0058 kg/s koud water door de 14/16 mm buis stroomt (tubeside) en daarna in de grote bak valt, terwijl het warme water om de 16 mmm buis stroomt in een iets grotere buis (shellside).
Zoals al eerder geschreven is het benodigde vermogen dan slechts 122 W dus die dubbelepijpwarmtewisselaar zal dan waarschijnlijk niet langer zijn dan 30 cm. Hoe lang hij precies moet zijn is mede afhankelijk van hoe vervuilend het water aan weerszijden is.
 
Als het alleen de bedoeling is om het verse water op te warmen zou ik geen spiraal in de tank gebruiken want op die manier heeft het water in de tank niet overal dezelfde temperatuur dus je weet eigenlijk niet wat dan de temperatuur van het water is dat je uit de tank aftapt voor gebruik. Een spiraal in de tank heeft volgens mij alleen zin als de gehele tankinhoud warmte nodig heeft om op de gewenste temperatuur van 20 graden te blijven.

[ArcherBarry]

ben het met pinokkio eens dat de spiraal alleen voordelen heeft als de gehele tank op een verhoogde temperatuur moet blijven.
Het gebruik van een tube-in-tube of misschien een kleine platenwarmtewisselaar (denk aan een CV ketel wisselaar) zal beter dienst doen, zeker wanneer de flow een grove 20l/h is.
 
maar niet om het een of ander, wat ben je aan het kweken? Algen?

[baszer]

wederom bedankt voor jullie antwoorden.
 
ik wil idd dat de bak op temperatuur gehouden moet worden. Dus daarom die spiraal er in.
 
iemand idee hoe ik de lengte van die buis kan berekenen?

[Pinokkio]

Om een warmtewisselaar van welke soort dan ook te kunnen dimensioneren moet je allereerst het benodigde vermogen kennen.
 
Dat vermogen hangt af van de tijd waarin die 500 L opgewarmd moet worden, plus wat er aan extra vermogen nodig is om de bak op temperatuur te houden t.g.v. warmteverliezen naar de omgeving.
 
Bepaal dus eerst eens hoe groot dat totale vermogen is.

[baszer]

Bepaal dus eerst eens hoe groot dat totale vermogen is.

 
122 watt

[Pinokkio]

Dus dat betekent dat die 500 L langzaam over een periode van 24 uur toegevoerd wordt, terwijl er geen warmteverlies van de tank naar de omgeving is?
 
Dan is het onzinnig om een spiraal of buis in de tank te plaatsen en kun je best een simpele dubbelepijpww maken. Benodigde lengte is ongeveer 20 cm dus als je 30 cm neemt heb je meer dan genoeg.
 
Als je toch zo nodig een buis in de tank wilt plaatsen voor die miezerige 122 W dan heb je ook aan 30 cm genoeg. Maar zoals ik al eerder schreef is dan het nadeel dat de temperatuur in je tank niet overal gelijkmatig 20 ^oC zal zijn.

[baszer]

beste pinokkio,
 
zou je me willen uitleggen hoe je aan die 30 cm komt? Als ik dat weet kan ik ook uitrekenen als ik de tank in bijv een uur opgewarmd wil hebben

[Pinokkio]

P = U.A.ΔT dus A = P/(U.ΔT)
 
P = 122 W
ΔT = 60 - 20 = 40 ^oC
U = warmtedoorgangscoefficient https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_transfer_coefficient
Ik stel hier even dat die in dit specifieke geval minstens 300 W/m².K is.
 
Dus dan is A = 122 /(300 * 40) = 0,01 m² buitenoppervlak.
Dus dat is 0,2 m 16 mm buis. Neem eventueel 0,3 m.
 
Om U te kunnen berekenen zou je je moeten verdiepen in de theorie van warmteoverdracht. Daar zijn boeken en websites over vol geschreven dus daar ga ik hier verder niet op in.
Geloof me maar als ik zeg dat U in dit geval beslist niet lager is dan 300.
 
 
Je dient te beseffen dat 122 W erg klein is, dus je moet heel zeker weten waar je mee bezig bent. Wij hebben geen flauw idee wat je aan het doen bent.