Нагрев приточного воздуха. Расчет калориферов

Калориферы — приборы, применяемые для нагревания воздуха в приточных системах вентиляции, системах кондиционирования воздуха, воздушного отопления, а также в сушильных установках.

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

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

Различают одноходовые и многоходовые калориферы. В одноходовых теплоноситель движется по трубкам в одном направлении, а в многоходовых несколько раз меняет направление движения вследствие на­личия в коллекторных крышках перегородок (рис. XII.1).

Калориферы выполняют двух моделей: средней (С) и большой (Б).

Расход тепла для нагревания воздуха определяется по формулам:

где Q' — расход тепла для нагревания воздуха, кДж/ч (ккал/ч); Q — то же, Вт; 0,278 — коэффициент перевода кДж/ч в Вт; G — массовое количество нагревае­мого воздуха, кг/ч, равное Lp [здесь L — объемное количество нагреваемого воздуха, м³/ч; р — плотность воздуха (при температуре t_K), кг/м³]; с — удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг-К) [0,24 ккал/(кг-°С)]; t_к — температура воздуха после калорифера, °С; t_н — температура воздуха до калорифера, °С.

Для калориферов первой ступени подогрева температура tн равна температуре наружного воздуха.

Температура наружного воздуха принимается равной расчетной вентиляционной (параметры климата категории А) при проектировании общеобменной вентиляции, предназначенной для борьбы с избыт­ками влаги, тепла и газами, ПДК которых больше 100 мг/м3. При про­ектировании общеобменной вентиляции, предназначенной для борьбы с газами, ПДК которых меньше 100 мг/м3, а также при проектировании приточной вентиляции для компенсации воздуха, удаляемого через местные отсосы, технологические вытяжки или системы пневматического транспорта, температура наружного воздуха принимается равной расчетной наружной температуре tн для проектирования отопления (параметры климата категории Б).

В помещение без теплоизбытков следует подавать приточный воздух с температурой, равной температуре внутреннего воздуха tВ для данного помещения. При наличии теплоизбытков приточный воздух подают с пониженной температурой (на 5-8° С). Приточный воздух с температурой ниже 10° С не рекомендуется подавать в помещение даже при наличии значительных тепловыделений из-за возможности возникновения простудных заболеваний. Исключение составляют случаи применения специальных анемостатов.

Необходимая площадь поверхности нагрева калориферов Fк м2, определяется по формуле:

где Q — расход тепла для нагревания воздуха, Вт (ккал/ч); К — коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м²-К) [ккал/(ч-м²-°С)]; t_ср.Т. — средняя температура теплоносителя, ⁰С; t_ср.в. — средняя температура нагреваемого воздуха, проходящего через калорифер, °С, равная (t_{н +} t_к)/2.

Если теплоносителем служит пар, то средняя температура теплоносителя tср.Т. равна температуре насыщения при соответствующем давлении пара.

Для воды температура tср.Т. определяется как среднее арифметическое температуры горячей и обратной воды:

Коэффициент запаса 1,1-1,2 учитывает потери тепла на охлаждение воздуха в воздуховодах.

Коэффициент теплопередачи калориферов К зависит от вида теплоносителя, массовой скорости движения воздуха vp через калорифер, геометрических размеров и конструктивных особенностей калориферов, скорости движения воды по трубкам калорифера.

Под массовой скоростью понимают массу воздуха, кг, проходящего за 1 с через 1 м2 живого сечения калорифера. Массовая скорость vp, кг/(см2), определяется по формуле

Введение массовой скорости упрощает расчет, так как в отличие от линейной массовая скорость в процессе нагревания воздуха остается постоянной вследствие неизменности его массы при нагреве.

Требуемую площадь живого сечения калорифера определяют, предварительно задавшись массовой скоростью vp:

По площади живого сечения fЖ и поверхности нагрева FК подбирают модель, марку и число калориферов. После выбора калориферов уточняют по действительной площади живого сечения калорифера fД данной модели массовую скорость движения воздуха:

Коэффициент теплопередачи калориферов, определяемый опытным путем, приводится в таблицах или на графиках.

При теплоносителе паре коэффициент К выражается формулой:

а при теплоносителе воде — формулой

где А, А₁, n, n₁и т — коэффициенты и показатели степеней, зависящие от конструкции калорифера

Скорость движения воды в трубках калорифера ω, м/с, определяется по формуле:

где Q'— расход тепла для нагревания воздуха, кДж/ч (ккал/ч); рв — плотность воды, равная 1000 кг/м3, св — удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг-К) [1 ккал/(кг-°С)]; fTP — площадь живого сечения для прохода теплоносителя, м2, tг — температура горячей воды в подающей магистрали, °С; t₀ — температура обратной воды, 0С.

На теплоотдачу калориферов влияет схема обвязки их трубопроводами. При параллельной схеме присоединения трубопроводов через отдельный калорифер проходит только часть теплоносителя, а при последовательной схеме через каждый калорифер проходит весь расход теплоносителя.

Сопротивление калориферов проходу воздуха р, Па, выражается следующей формулой:

где В и z — коэффициент и показатель степени, которые зависят от конструкции калорифера.

Сопротивление последовательно расположенных калориферов равно:

где т — число последовательно расположенных калориферов. Расчет заканчивается проверкой теплопроизводительности (теплоотдачи) калориферов по формуле

где QK – теплоотдача калориферов, Вт (ккал/ч); QK – то же, кДж/ч, 3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/ч FK — площадь поверхности нагрева калориферов, м2, принятая в результате расчета калориферов данного типа; К – коэффициент теплопередачи калориферов, Вт/(м2-К) [ккал/(ч-м2-°С)]; tср.в – средняя температура нагреваемого воздуха, проходящего через калорифер, °С; tср. Т – средняя температура теплоносителя, °С.

При подборе калориферов запас на расчетную площадь поверхно­сти нагрева принимается в пределах 15 – 20 %, на сопротивление про­ходу воздуха – 10 % и на сопротивление движению воды – 20 %.