Выполнение расчета калорифера для вентиляции

Дата: 21.05.2015
Просмотров: 369
Комментариев:
Рейтинг: 20
Комментариев:
Рейтинг: 20
Оглавление: [скрыть]
  • Исходные данные для подбора теплообменника
    • Инструкция по вычислению
    • Определение поверхности нагрева
    • Подбор электрического воздухонагревателя

Перед тем как подать приточный воздух с улицы в помещения, его требуется обработать с целью доведения до нормативных параметров. Такая обработка может включать в себя фильтрацию, нагревание, охлаждение и увлажнение. Нагрев приточного воздуха в холодное время года осуществляется в специальных теплообменных аппаратах — калориферах. Чтобы на выходе из калорифера получить воздушный поток необходимой температуры, требуется произвести расчет и подбор этого аппарата.

Приточно-вытяжная установка с рекуператором тепла

Приточно-вытяжная установка с рекуператором тепла.

Исходные данные для подбора теплообменника

Воздухонагреватели производятся различных типоразмеров и для разных видов теплоносителей, в качестве которых может выступать вода или пар. Последний применяется достаточно редко, в большинстве случаев на предприятиях, где он производится для технологических нужд. Самый распространенный вид теплоносителя — горячая вода. Поскольку в некоторых случаях расход воздуха приточной вентиляции достаточно велик, а установить калорифер большого проходного сечения невозможно, то устанавливают поочередно несколько аппаратов меньшего типоразмера. В любом случае вначале необходим расчет мощности калорифера.

Расчет мощности воздухонагревателя

Расчет мощности воздухонагревателя.

Для выполнения расчета нужны следующие исходные данные:

  1. Количество приточного воздуха, который необходимо нагреть. Может выражаться в м³/ч (объемный расход) или кг/ч (массовый расход).
  2. Температура исходного воздуха, равна расчетной температуре наружного воздуха для данного региона.
  3. Температура, до которой требуется нагреть приточный воздух для подачи его в помещения.
  4. Температурный график теплоносителя, используемого для нагрева.
Вернуться к оглавлению

Инструкция по вычислению

Результатами расчета теплообменника для приточной вентиляции являются значения площади поверхности нагрева и мощности. Начать следует с определения площади сечения калорифера по фронту:

Аф = Lρ / 3600 (ϑρ), здесь:

Величина фронтального сечения нужна для предварительного выяснения размеров калорифера, после чего нужно взять для просчета ближайший больший типоразмер аппарата. Если в результате получилась слишком большая площадь сечения, надо подбирать несколько параллельно устанавливаемых теплообменников, чтобы в сумме они дали требуемую площадь. Следует обратить внимание, что поверхность нагрева по результату принимается с запасом, поэтому данный подбор носит предварительный характер.

Расчет приточно-вытяжной вентиляции

Расчет приточно-вытяжной вентиляции.

Значение реальной массовой скорости следует рассчитывать с учетом фактической площади по фронту подобранных теплообменников:

ϑρ = Lρ / 3600 Аф.факт

Далее, необходимое количество теплоты для нагревания воздушного потока рассчитывают по формуле:

Q = 0.278Gc (tп — tн), где:

Поскольку вентилятор в приточной вентиляционной установке принято ставить до теплообменника, массовый расход G находят с учетом плотности наружного воздуха:

В противном случае плотность принимают по температуре притока после его нагрева. Полученное количество теплоты дает возможность рассчитать расход теплоносителя в теплообменнике (кг/ч) для передачи этого тепла воздушному потоку:

Схема движения воздуха

Схема движения воздуха.

В этой формуле:

Удельная теплоемкость воды является справочной величиной, расчетные температурные параметры теплоносителя принимают согласно реальным значениям в конкретных условиях. То есть при наличии котельной или подключения к централизованной теплосети нужно знать параметры теплоносителя, который они подают, и внести их в данную формулу для расчета. Зная расход теплоносителя, вычисляют скорость (м/с) его движения в трубках калорифера:

w = Gw / 3600 ρwAmp, здесь:

Среднюю температуру воды, проходящей через теплообменник, можно посчитать как (tг + t0) / 2. Скорость, посчитанная по данной формуле, будет верной для группы калориферов, подключенных по последовательной схеме. Если же выполнить параллельную обвязку, площадь сечения трубок возрастет в 2 и более раз, что приведет к снижению скорости движения теплоносителя. Такое снижение не даст существенного улучшения тепловой производительности, но значительно понизит температуру в обратном трубопроводе. И наоборот, во избежание значительного увеличения гидравлического сопротивления калорифера, не следует скорость движения теплоносителя принимать свыше 0,2 м/с.

Вернуться к оглавлению

Определение поверхности нагрева

Принципиальная схема работы воздухонагревателя

Принципиальная схема работы воздухонагревателя.

Коэффициент передачи тепла поверхностного нагревателя находят по справочным таблицам для рассчитанных значений скорости теплоносителя и массовой скорости притока. Затем вычисляют площадь поверхности нагрева (м²) калорифера по формуле:

Amp = 1.2Q / K (tср.т — tср.в), где:

Среднюю температуру воздушного потока просчитывают таким образом: (tп + tн) / 2. В том случае, если для нагревания воздушных масс недостаточно поверхности нагрева одного калорифера, число теплообменников одного типоразмера нужно считать по формуле:

Nmp = Amp / Ak, тут Ak — величина площади поверхности нагрева одного теплообменника (м²). Полученное значение округляют до целого числа в большую сторону.

Теперь можно рассчитать тепловую производительность воздухонагревателей по факту:

здесь Nфакт принимается с округленным значением Nmp, остальные параметры — как в предыдущих формулах.

На практике необходимо предусматривать запас мощности калорифера 10-15%. Этому есть 2 причины:

  1. Реальное значение коэффициента передачи тепла воздухонагревателя отличается от табличных значений или данных, представленных в каталоге, как правило, в меньшую сторону.
  2. Теплопроизводительность аппарата может со временем снижаться вследствие засорения его трубок отложениями.

В то же время не стоит превышать величину запаса мощности, так как значительное увеличение поверхности нагрева может привести к их переохлаждению, а при сильных морозах — к размораживанию. Если производитель гарантирует соответствие заявленных показателей реальным, то величину запаса можно принять в размере 5%, которую следует прибавить к величине Qфакт, это и будет полная мощность воздухонагревателя для приточной вентиляции.

В том случае, если в качестве теплоносителя применяется пар, подбор и расчет теплообменника производится аналогичным образом, только расход теплоносителя при нагреве воздуха для вентиляции рассчитывают так:

В этой формуле параметр r (кДж/кг) — удельная теплота, выделяемая при конденсации водяного пара. Скорость движения водяного пара в трубках калорифера не рассчитывается.

Вернуться к оглавлению

Подбор электрического воздухонагревателя

Если для нагрева воздушного потока в системе приточной вентиляции необходимо использовать электрический калорифер, то его просто подбирают по необходимому расходу вентиляционного воздуха и его начальной и конечной температуре. Если завод-производитель в каталоге указывает расход воздуха и установленную электрическую мощность, то подбор аппарата не составляет никакой сложности. Единственное условие — количество притока не должно быть меньше указанного заводом-производителем. В противном случае нагревательные элементы электрического калорифера могут перегреваться и выходить из строя. В случае когда предлагаемый ряд типоразмеров теплообменников предполагает выбор такого варианта эксплуатации, следует применить схему ступенчатой регулировки элементов нагрева. Величина запаса для такого типа аппаратов — не более 10%.

Правильно выполненный расчет калорифера для приточной вентиляции обеспечит его эффективную и долговечную эксплуатацию.

Нередки случаи, когда из-за завышенной площади поверхностей нагрева или низкой скорости движения теплоносителя в трубках последние размораживаются при низких температурах. Это могут быть ошибки в расчете или обвязке калорифера. Во избежание размораживания в будущем при расчете лучше принимать оптимальную скорость движения теплоносителя — 0,12 м/с. В схеме обвязки теплообменника для вентиляции рекомендуется применять циркуляционный насос, который будет качественно регулировать производительность. Некоторые современные модели калориферов производятся со встроенным обводным клапаном, что предохраняет их от размораживания. Таким модификациям и следует отдавать предпочтение.

Наверх