Нагревание воздуха в приточных камерах вентиляционных систем производится в теплообменных аппаратах, называемых калориферами. В качестве греющей среды может использоваться горячая вода, пар, электроэнергия. Совершенствование калориферов идет по пути увеличения поверхности теплообмена за счет различной формы поперечного сечения трубок, применения оребрения и увеличения коэффициента теплопередачи.
Широко применятся калориферы биметаллические со спирально-накатным оребрением: КСкЗ и КСк4, КПЗ-СК и КП4-СК. Теплообменным элементом является трубка, изготовленная из двух трубок, насаженных одна на другую. Внутренняя трубка — стальная, наружная — алюминиевая с накатным на ней оребрением.
В качестве теплоносителя в калориферах КСкЗ и КСк4 используется перегретая вода с рабочим избыточным давлением до 1,2 МПа и температурой до 180°С. Эти калориферы многоходовые, устанавливаются горизонтально. Средняя модель (КСкЗ) имеет три ряда трубок по ходу воздуха, большая модель (КСк4) — четыре ряда.
Теплоноситель в калориферах КПЗ-СК и КП4-СК — пар с избыточным давлением до 1,2 МПа. Калориферы КПЗ-СК и КП4-СК — одноходовые и устанавливаются с вертикальным расположением теплопередающих трубок и патрубков, патрубок для подвода пара — сверху, для отвода конденсата — снизу.
Технические характеристики калориферов
Ширина одного калорифера КСкЗ и КСк4 (глубина по ходу воздуха) — 180 мм.
Установка калориферов по отношению к проходящему через них воздуху может быть параллельной и последовательной. При последовательной схеме увеличивается скорость воздуха, что приводит к повышенной теплоотдаче калориферов, но при этом возрастает сопротивление калориферной установки.
Присоединение трубопроводов к многоходовым калориферам осуществляется по двум схемам — параллельной и последовательной. Оптимальная скорость движения воды в трубках 0,2-0, 5 м/с. Увеличение скорости свыше 0,5 м/с не проводит к значительному увеличению теплоотдачи, а гидравлическое сопротивление калориферов значительно возрастает. Принимать скорость движения воды ниже 0,12 м/с не рекомендуется для предотвращения замораживания калориферов.
При теплоносителе пар применяется только параллельная схема обвязки калориферов трубопроводами.
В результате расчета калориферов определяется их тип, номер, количество, схемы соединения по воздуху и теплоносителю, аэродинамическое и гидравлическое сопротивление.
1. Расход теплоты для нагревания воздуха Q, Вт
Q = 0,28*L*pK*c*(tK – tН)
L — расход нагреваемого воздуха, м3/ч;
рК — плотность воздуха, кг/м3, при температуре tK °С;
с — удельная теплоемкость воздуха — 1,005 кДж/(кг °С);
tH — температура воздуха до калорифера, °С;
tK — температура воздуха после калорифера, °С.
2. Задаемся массовой скоростью vp‘ кг/(м2с):
для калориферов КСк оптимальные значения vp =4—6 кг/(м2 с), допустимые — vp = 3—8 кг/(м2-с).
3. Определяем фронтальное сечение fB‘, м2, для прохода воздуха:
fB‘ = Lp/(3600*vp‘)
4. По справочным данным (технические характеристики калориферов), исходя из полученного значения fB‘, подбираем тип, номер и число устанавливаемых параллельно по воздуху калориферов, ΔfBТАБ которых приблизительно равно fB‘.Выписываем табличные данные: поверхность нагрева одного калорифера FНТАБ, м2, живое сечение для прохода воды fТР, м2.
5. Находим действительную массовую скорость кг/(м2 с):
vp = Lp/(3600 * ΔfBТАБ)
6. Находим массовый расход воды СЖ, кг/ч,
GЖ = Q / (0,28*cЖ*(tГОР – tОБР))
сЖ — удельная теплоемкость воды, сЖ = 4,19 кДж/(кг °С).
7. Находим скорость воды в трубках калориферов, м/с:
VТР = GЖ / (fТР*1000*3600)
По массовой скорости vp и скорости воды vТР (при паре только по массовой скорости) находим коэффициент теплопередачи к, Вт/(м2 °С).
Данные для подбора воздухонагревателей КСк3
Данные для подбора воздухонагревателей КСк4
8. Находим требуемую площадь поверхности нагрева калориферов FТР, м2.
FТР = 1,1Q / (k*(tСРm – tСРВ)
Q — расход теплоты для нагревания воздуха, Вт;
tСРm — средняя температура теплоносителя, °С;
tСРВ — средняя температура нагреваемого воздуха, °С;
k — коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м2°С).
Для воды tСРm = (tГОР + tОБР)/2, где tГОР — температура горячей (подающей) воды, °С; tОБР — температура обратной воды, °С.
Для пара tГОРm равна температуре насыщения при соответствующем давлении.
9. Определяем общее число устанавливаемых калориферов, шт.:
n‘ = FТР / FHТАБ
Округляя число калориферов до ближайшего целого л, находим действительную площадь поверхности нагрева, FД, м2, калориферной установки:
FД = FНТАБ * n
10. Определяем запас поверхности нагрева калориферной установки, %
Ф = (FД — FТР)*100 / FТР
Запас поверхности нагрева должен быть не более 10%. При избыточном тепловом потоке более 10% следует применить другую модель или номер калорифера и произвести повторный расчет.
11. Определяем аэродинамическое сопротивление калорифера по массовой скорости воздуха из таблиц. В зависимости от схемы установки калориферов по воздуху, определяем их общее аэродинамическое сопротивление ΔРК, Па.
12. Гидродинамическое сопротивление калорифера проходу воды ΔРТР
ΔРТР = А*vТР2
А — коэффициент, принимаемый по таблице.
Гидравлическое сопротивление установки определяем умножением сопротивления одного калорифера на число калориферов, подключенных последовательно по воде.
