Выполнение расчета калорифера для вентиляции

Выполнение расчета калорифера для вентиляции

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.

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.

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.

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:

  • L – расход приточного воздуха по объему, м³/ч;
  • ρ – значение плотности наружного воздуха, кг/м³;
  • ϑρ – массовая скорость воздушных масс в расчетном сечении, кг/(с м²).

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.

Читайте также:  Как определить обратную тягу воздуха из квартиры?

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 – количество теплоты, Вт;
  • G – массовый расход нагреваемого воздуха, кг/ч;
  • с – величина удельной теплоемкости воздушной смеси, принимается равной 1.005 кДж/кг °С;
  • tп – температура притока, °С;
  • tн – начальная температура воздуха с улицы.

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.

  • Gw = Q / cw (tг – t).
  • cw – значение теплоемкости для воды, кДж/кг °С;
  • tг – расчетная температура воды в подающем трубопроводе, °С;
  • t – расчетная температура воды в обратном трубопроводе, °С.

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:

  • Amp – площадь поперечного сечения трубок теплообменника, м²;
  • ρw – плотность воды при средней температуре теплоносителя в калорифере, °С.

Среднюю температуру воды, проходящей через теплообменник, можно посчитать как (tг + t) / 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.

Читайте также:  Как правильно вывести кухонную вытяжку на улицу из частного дома?

Определение поверхности нагрева

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:

  • К – коэффициент передачи тепла калорифером, Вт/(м°С);
  • tср.т – значение средней температуры теплоносителя, °С;
  • tср.в – значение средней температуры приточного воздуха для вентиляции, °С;
  • число 1,2 – необходимый коэффициент запаса, учитывает дальнейшее остывание воздушных масс в воздухопроводах.

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:

Читайте также:  Вопросы по самодельной вентиляционной системе

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

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.

Источник: 1poclimaty.ru