Лекция №14 Устройства для нагревания воздуха

 

План

 

14.1. Классификация калориферов

14.2. Установка калориферов

14.3. Расчет калориферов

 

Классификация калориферов

 

Нагревание воздуха в системах вентиляции и кондиционирования осуществляется:

а) в калориферах;

б) при контакте воздуха с нагретой водой;

в) при смешивании с горячим воздухом.

В двух последних случаях происходит изменения (повышение) влагосодержания воздуха.

Нагревательный прибор, предназначенный только для нагрева воздуха, без изменения влагосодержания, называют калорифером.

По виду теплоносителя калориферы могут быть огневыми, водяными, паровыми и электрическими.

Наибольшее распространение имеют водяные и паровые калориферы, которые подразделяют на гладкотрубные и ребристые; последние, в свою очередь, подразделяются на пластинчатые и спирально- навивные.

По направлению движения потока теплоносителя различают одноходовые и многоходовые калориферы.

 

Установка калориферов

Схема установки калориферов по воздуху выбирается, исходя из того, чтобы массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера была в пределах =4-8 кг/(с ^. м²). Схема установки по воздуху может быть параллельной и последовательной. В первом случае воздух встречает на пути сопротивление только одного калорифера при сравнительно небольшой скорости, а во втором случае он преодолевает сопротивление нескольких последовательно расположенных калориферов при значительно большей скорости, чем в первом случае (так как живое сечение для прохода воздуха меньше).

Из теории теплообмена известно, что с увеличением скорости среды увеличивается коэффициент теплообмена. Таким образом, если сравнивать схемы установки калориферов по воздуху, то с одной стороны мы имеем относительно низкое сопротивление проходу воздуха, но и низкую интенсивность теплообмена (параллельная установка) и, с другой стороны, высокое сопротивление, но и высокую интенсивность теплообмена. В связи с этим параллельная установка применяется тогда, когда требуется нагреть большое количество воздуха на небольшую разность температур, а последовательная необходима для большей степени нагрева воздуха.

В калориферной установке приточной камеры все калориферы должны быть одинаковыми по типу, модели и номеру.

Для регулирования теплоотдачи калорифера и изменения температуры нагрева предусматривают устройство обводного клапана. При применении теплоносителя пара установка обводного канала обязательна, т.к пар не поддается качественному регулированию (высока вероятность замерзания). При теплоносителе воде установка обводного канала возможна, но необязательна.

Обвязка калориферов трубопроводами осуществляется по двум схемам - последовательно и параллельно.

При теплоносителе паре применяется только параллельная схема обвязки.

При теплоносителе вода для увеличения теплоотдачи и уменьшения площади нагрева следует отдавать предпочтение последовательной схеме движения воды по трубкам, при которой скорость воды составляет 0,2-0,4 м/с, однако нужно учитывать, что при дальнейшем увеличении скорости воды теплоотдача увеличивается незначительно, а гидравлическое сопротивление резко возрастает.

При определенных условиях (недостаточная скорость движения воды или недостаточное давление пара) возможно замерзание калориферов. Для предотвращения этого необходимо принимать поверхность нагрева без излишнего запаса и достаточную скорость движения воды в трубках, предусматривать утепленный клапан.

Расчет площади поверхности нагрева калориферов систем вентиляции и кондиционирования воздуха, совмещенных с воздушным отоплением и запроектированных для подачи наружного воздуха в количествах, необходимых для вентиляции в течении холодного периода года, следует производить принимая расчетные параметры Б. Действительный расход тепла, подводимого к калориферу, определяется по сумме расхода тепла на отопление и вентиляцию, соответствующих расходу при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года по расчетным параметрам Б.

Калориферы первого подогрева систем кондиционирования воздуха и приточных вентиляционных систем с увлажнением приточного воздуха при теплоносителе воде нужно проверить на режимы эксплуатации, соответствующие наружной температуре и температурам в точках излома графика температур воды в тепловых сетях, и на температуру воды на выходе из калорифера.

Для нагрева воздуха как правило. применяют биметаллические и стальные пластинчатые калориферы, обогреваемые паром или водой.

При теплоносителе воде для первоначального регулирования могут устанавливаться обводные клапаны с ручным управлением. При определении размера обводного клапана исходят из условия: потеря давления в клапане при пропуске через него всего воздуха должна равняться потере давления в калориферах.

При теплоносителе паре для регулирования температуры воздуха необходимо устанавливать перед калориферами сдвоенные клапаны (регулируемые автоматически или вручную), которые при открывании обвода прикрывают проход воздуха через калорифер.

При теплоносителе воде для предупреждения замерзания воды в калориферах, нагревающих воздух с температурой — 3 °С и ниже, следует:

· скорость воды в трубках калориферов принимать не менее 0,12 м/с при расчетной температуре наружного воздуха по параметрам Б и при 0°С;

· калориферы с вертикальными трубками устанавливать строго вертикально, а с горизонтальными – строго горизонтально во избежание скопления в них воздуха;

· калориферы соединять по прямоточно-перекрестной схеме: подавать теплоноситель в первый ряд калориферов по ходу воздуха и удалять из последнего ряда, хотя это в какой-то мере ухудшает теплоотдачу калориферов;

· тепловой поток выбранного калорифера принимать не превышающим расчетный более чем на 10%;

· во всех верхних точках обвязки калориферов (при теплоносителе воде) ставить воздухосборники, а не воздушные краны;

При теплоносителе паре для предупреждения замерзания конденсата в калориферах, нагревающих воздух с температурой — 3 °С и ниже, тепловой поток выбранного калорифера устанавливать не превышающим расчетный более чем на 10% и предусматривать:

· установку конденсатоотводчиков не менее чем на 300 мм ниже патрубков калориферов, из которых стекает конденсат;

· удаление конденсата от конденсатоотводчиков самотеком до сборных баков;

· автоматическое прерывание вакуума внутри калориферов, возникающее в результате дросселирования подачи пара и его конденсации при температурах ниже 100°С.

В северной строительно-климатической зоне для предупреждения замерзания воды в калориферах в дополнение к мерам защиты, допускается при соответствующем обосновании применять калориферы для подогрева рециркуляционного воздуха или устраивать обводной воздуховод с калорифером   для частичного подогрева наружного воздуха перед поступлением его в основные калориферы системы.

Калориферные установки следует проектировать составляя их из минимального числа калориферов с арматурой, обеспечивающей регулирование производительности по теплу.

При работе на теплоносителе воде необходимо предусматривать возможность независимого отключения и опорожнения отдельных калориферов, рядов или групп калориферов (на больших установках).

В многорядных калориферных установках, работающих на паре, запорную арматуру рекомендуется размещать так, чтобы можно было выключать отдельные ряды калориферов.

 

Расчет калориферов

 

Расчет калориферов сводится к их подбору, выбору схем установки по воздуху, обвязке трубопроводами, определения запаса поверхности нагрева, сопротивления калорифера проходу воздуха и теплоносителя.

Исходными данными для расчета являются:

- расход тепла на нагрев G кг/ч воздуха

.                         

-параметры теплоносителя t_гор, t_обр.⁰С.

 

Порядок расчета

1. Задаваясь массовой скоростью воздуха =4-8 кг/(с м²), определяют необходимую площадь фронтального сечения, м², калориферов по воздуху:

       .            (14.1)

Под массовой скоростью понимают массу воздуха в кг, проходящего за 1 сек через 1 м² живого сечения калорифера. Введение понятия массовой скорости объясняется тем, что в отличие от линейной (м/с) в процессе нагревания воздуха она остается постоянной так как G=const.

2. Пользуясь техническими данными о калориферах и исходя из необходимой площади фронтального сечения ¦₁, подбирают номер и число устанавливаемых параллельно калориферов и находят действительную площадь их фронтального сечения¦. Число калориферов должно быть минимальным.

3.Определяют действительную массовую скорость воздуха в калориферах

                    .         (14.2)

При теплоносителе воде расход проходящей через каждый калорифер воды, м³/с, вычисляют по формуле

,     (14.3)

где Q – расход теплоты на нагревание воздуха, Вт; t_гор и t_обр- температура воды на входе в калорифер и на выходе из него ⁰С; n-число калориферов, параллельно включенных по теплоносителю.

Находят скорость воды, м/с, в трубках калориферов

         ,      (14.4)

где ¦_тр- живое сечение трубок калорифера для прохода воды, м².

По массовой скорости и скорости воды (при паре только по массовой скорости) по таблицам находят коэффициент теплопередачи калорифера K, Вт/(м²с).

4. Рассчитывают необходимую площадь поверхности нагрева, м², калориферной установки;

,       (14.5)

 

где t_ср- средняя температура теплонасителя,⁰С; t_н- начальная температура нагреваемого воздуха,⁰С; t_к- конечная температура нагретого воздуха,⁰С.

Средняя температура теплоносителя,⁰С:

при теплоносителе воде        

;

при насыщенном паре давление до 0,03 Мпа 

t_ср=100⁰С;

при насыщенном паре давление свыше 0,03 Мпа 

t_ср=t_пара,

где t_пара-температура насыщенного пара, соответствующая его давлению.

5. Определяют общее число устанавливаемых калориферов:

         ,             (14.6)

где F_к- площадь поверхности нагрева одного калорифера выбранной модели.

Округляя число калориферов до кратного числа их в первом ряду n, находят действительную площадь поверхности нагрева, м², установки:

F_у=F_к n

Тепловой поток выбранного калорифера не должен превышать расчетный более чем на 10%. Избыточный тепловой поток калорифера составляет:

При избыточном тепловом потоке более 10% следует принимать другую модель или номер калорифера и произвести повторный расчет.

По таблицам по массовой скорости воздуха определяют аэродинамическое сопротивление калориферной установки. По скорости движения воды в трубках калорифера по таблицам находим гидравлическое сопротивление калорифера. Сопротивление калориферной установки определяется умножением сопротивления одного калорифера на число калориферов, соединенных последовательно по воде. На сопротивление по воздуху следует давать запас 10%, на сопротивление по воде – 20%.