Краткие теоретические сведения. Расчёт рабочих параметров бытового прибора на примере калорифера

Практическая работа 1

Расчёт рабочих параметров бытового прибора на примере калорифера

При помощи калориферов происходит нагревание приточного воздуха в системе вентиляции и сушильных установках. Калорифер устанавливается в вентиляционной системе как в качестве отдельного модуля, так и в составе моноблочных вентиляционных установок. Калорифер представляет собой устройство для теплообмена, в котором источник тепла нагревает проходящий поток воздуха посредством его соприкосновения с нагревающими элементами. Калориферами также называются и воздухоохладители, которые распространены гораздо меньше. Калорифер-воздухоохладитель работает на основе холодной воды или фреона, находящихся в теплообменных поверхностях калорифера.

Калориферы, в зависимости от того, какой источник тепла в них используется, подразделяются на водяные, паровые, электрические и фреоновые. Теплопередающие элементы калориферов, как правило, представляют собой стальные трубы, снабжённые оребрённой наружной поверхностью. Это помогает увеличить площадь, а соответственно и эффективность теплоотдачи. По оребрённым трубам внутри проходит охлаждающий или нагревающий теплоноситель, а снаружи – потоки воздуха, нагреваемого или охлаждаемого при контакте с трубами. Принцип действия такой схемы основан на том, что теплоноситель, как правило, имеет больший коэффициент теплоотдачи по отношению к воздушным потокам. Рёберная структура калорифера представляет собой насаженные на трубки металлические пластины, либо навитую в видена трубки ленту или тонкую проволоку.

Энергоэффективность калорифера зависит от того, насколько высок коэффициент теплоотдачи калорифера при определённых энергетических затратах, то есть, чем больше тепла калорифер способен отдать при неизменных энергозатратах, тем выше его эффективность. Тем не менее, при подборе такого устройства как калорифер, следует принимать во внимание не только фактор его энергоэффективности, но и другим требованиям, которым должен соответствовать калорифер, чтобы эффективно работать в проектируемой вентиляционной системе, например, вес и габариты прибора. Следует учесть, что после установки калорифера следует исключить химически активные и слипающиеся примеси из проходящего воздуха путём установки дополнительных фильтров.

Калорифер может устанавливаться по двум различным схемам воздухообмена – по принципу смешения приточного и рециркуляционного воздуха, а также с замкнутой рециркуляцией воздуха. Наиболее эффективная работа калорифера в системах естественной вентиляции достигается при его установки в подвальных помещениях (то есть, у точки воздухозабора). Для систем искусственной или принудительной вентиляции это требование неактуально, т.к. воздух прогоняется через калорифер посредством канальных вентиляторов

Виды калориферов

Быстрее всего через систему вентиляции и кондиционирования помещения способен нагреть паровой калорифер. Источником тепловой энергии в таком калорифере является перегретый водяной пар. Значительный минус такого калорифера – необходимость наличия парогенерирующих устройств, поэтому наиболее оправдана установка такого устройства в промышленных корпусах, оборудованных промышленными паропроводами для непрерывной подачи пара в калорифер.

Для менее мощных вентиляционных систем экономически более оправдано применение электрического калорифера в связи с тем, он не требует подведения сложных коммуникаций – его достаточно подключить к линии электроснабжения. Электрический калорифер оборудован ТЭНами для более эффективного теплообмена с окружающим воздухом. Использование электрического калорифера оправдано только в том случае, если площадь вентилируемого помещения не превышает 100-150 квадратных метров или 100м3 в час, иначе расход электроэнергии сводит на нет экономию на установке электрического калорифера.

Водяной калорифер является наиболее экономичным решением для помещений площадью более 150 м2, так как подвод линии центрального отопления к калориферу – не высокозатратная задача. Температура воды в таком калорифере может достигать 180 ºС. Цена электрического калорифера немного превышает цену водяного калорифера, хотя последний требует монтажа специального узла обвязки, состоящий из циркуляционного насоса, трёхходового клапана, требуемой арматурой для трубопровода и управляющего модуля.

Помимо нагревающих калориферов, существуют также и охлаждающие калориферы, или фреоновые воздухоохладители. Принцип их работы схож с принципом работы кондиционера, когда через трубчато-пластинчатый радиатор, заполненный охлаждённым инертным газом – фреоном, проходит воздух, подвергаясь теплообмену с охлаждающим калорифером. Эффективность фреоновых охладителей довольно велика – они способны охлаждать проходящий воздух более чем на 20 ºС. Помимо охлаждения фреоновый калорифер имеет также возможность осушения проходящего через него воздуха путём испарения из него влаги. Фреоновый охладитель требует установки внешнего теплообменника, либо может подключаться к центральной системе кондиционирования. Также необходима система отвода конденсата.

Воздухоохладители также бывают водяными. Существенное преимущество таких калориферов состоит в том, что они не требуют установки внешних теплообменников, а всего лишь нуждаются в подводе линии холодного водоснабжения, хотя их эффективность немного ниже фреоновых охладителей. Воздухоохладители такого типа также требуют установки узла обвязки. Они, хоть и не используются в зимнее время, но, тем не менее, нуждаются в регулировке.

2. Принципы расчёта калорифера

При расчете мощности калорифера необходимо учитывать следующие ограничения:

– возможность использования однофазного (220 В) или трехфазного (380 В) напряжения питания. При мощности калорифера свыше 5 кВт необходимо 3-х фазное подключение;

– максимально допустимый ток потребления. Ток, потребляемый калорифером, можно найти по формуле:

I = P / U, где

I — максимальный потребляемый ток, А;

Р — мощность калорифера, Вт;

U — напряжение питания:

220 В — для однофазного питания;

660 В (3 × 220В) — для трехфазного питания.

Температуру, на которую калорифер сможет нагреть приточный воздух, можно рассчитать по формуле:

ΔT = 2,98 * P / L, где

ΔT — разность температур воздуха на входе и выходе системы приточной вентиляции,°С;

Р — мощность калорифера, Вт;

L — производительность вентиляции, м3/ч.