Калориферы для приточной вентиляции - виды и расчет

Как выбрать калорифер для приточной вентиляции?

Подаваемый в здания воздух должен соответствовать заданным характеристикам. Для этого воздух проходит обработку такими способами, как фильтрование, нагрев, охлаждение, увеличение содержания влаги. Нагревание воздуха обеспечивает калорифер для приточной вентиляции. Для получения воздушного потока заданного температурного режима, необходимо сделать расчет и подбор калорифера.

Калорифер для вентиляции

Типы калориферов

Теплообменники выпускаются в разнообразных модификациях и для различных типов теплоносителей. Теплоносителями чаще выступают пар или вода. Также распространены электрокалориферы.

Водяные калориферы

Калориферы на горячей воде используются в приточных вентиляционных системах круглого или прямоугольного сечения и монтируются в вентиляционных каналах. Водяные калориферы могут быть двух- или трехрядными. Воздух, проходящий через водяной теплообменник, не должен включать твердые, волокнистые или клейкие вещества.

Водяной калорифер для приточной вентиляции

Водяной калорифер для приточной вентиляции

Паровые калориферы

По сравнению с водяными, паровые устройства используется нечасто, — обычно на промышленных предприятиях, где есть производство пара для технологических потребностей.

Паровой калорифер для приточной вентиляции

Паровой калорифер для приточной вентиляции

Обратите внимание! Иногда случается масштабное потребление воздуха приточной вентиляцией, и при этом установка теплообменника со значительным проходным сечением не представляется возможной. В таких случаях производится установка целой серии устройств меньшего размера.

Расчет мощности калорифера

Для проведения расчета необходимы такие данные:

  1. Объем или масса приточного воздуха, подлежащего нагреву. Вычислять может объемный расход (куб. м/ч) или массовый расход (кг/ч).
  2. Изначальная температура воздуха, которая равна температуре воздуха на улице.
  3. Целевая температура, до которой необходимо разогреть приточный воздух, прежде чем подавать его в помещения.
  4. Температурный режим теплоносителя, который применяется для нагрева воздуха.

Инструкция для расчета

При расчете калорифера, используемого для приточной вентиляции необходимо вычислить площадь поверхности подогрева и необходимую мощность. Начинать нужно с вычисления площади сечения теплообменника 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).
Расчет мощности калорифера

Расчет мощности калорифера

Показатель фронтального сечения необходим для осведомленности о размере теплообменника. Далее нужно использовать для расчета ближайшее большее по размеру устройство. Если по расчетам вышла слишком значительная площадь сечения, понадобится остановить выбор на нескольких параллельно монтируемых калориферах, чтобы получить необходимую площадь.

Показатель реальной массовой скорости нужно вычислять, учитывая реальную площадь по фронту выбранных калориферов:

ϑρ = Lρ / 3600 Аф.факт

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

Q = 0.278Gc (tп – tн), где:

  • 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.

Так как установка вентилятора в приточной вентиляции производится до теплообменника, массовый расход G вычисляется, принимая во внимание плотность воздуха на улице.

G = Lρн

В обратном случае плотность определяется по температуре воздуха после его подогрева. Вычисленное количество тепла позволяет сделать расчет затрат теплоносителя в калорифере (кг/ч) для отдачи этой теплоты пропускаемому воздуху:

Gw = Q / cw (tг – t0)

В данной формуле:

  • cw – значение теплоемкости для воды, кДж/кг °С;
  • tг – расчетная температура воды в подающем трубопроводе, °С;
  • t0 – расчетная температура воды в обратном трубопроводе, °С.

Удельный величина теплоемкости воды — справочный показатель. Температурные характеристики теплоносителя, используемые для расчетов, берутся исходя из реальных показателей в существующих условиях. Если имеется котельная или подключение к центральной тепловой сети, для расчета понадобятся характеристики их теплоносителей. Имея информацию о расходе теплоносителя, можно рассчитать скорость (м/с) его передвижения по трубам калорифера:

w = Gw / 3600 ρwAmp, здесь:

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

Расчет средней температуры воды, циркулирующей через калорифер, проводится по формуле:

(tг + t0) / 2

Скорость, подсчитанная по указанной выше формуле, будет справедлива для комплекта последовательно подключенных теплообменников. Если же произведена параллельная обвязка, произойдет увеличение площади сечения труб более чем вдвое. В свою очередь, это станет причиной уменьшения скорости перемещения теплоносителя. Подобное уменьшение не принесет увеличение производительности, но станет причиной снижения температуры в возвратном трубопроводе. Чтобы не столкнуться с чрезмерным ростом гидравлического сопротивления теплообменника, не нужно принимать скорость перемещения теплоносителя более чем 0,2 м/с.

Вычисление поверхности нагрева

Коэффициент отдачи тепла для нагревателя поверхностей определяют по справочникам для вычисленных показателей скорости движения теплоносителя и массовой скорости притока воздуха. Далее определяется площадь поверхности подогрева (кв. м) теплообменника, используя формулу:

Amp = 1.2Q / K (tср.т – tср.в), где:

  • 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.

Средняя температура воздуха вычисляется по формуле:

(tп + tн) / 2

В указанном варианте, если для прогрева воздуха не хватает нагревательной поверхности одного теплообменника, число калориферов одного вида необходимо рассчитать так:

Nmp = Amp / Ak, тут Ak

Итоговый результат — это значение, полученное с использованием формулы, округленное в большую сторону.

Далее вычисляется фактическая тепловая производительность калориферов.

Qфакт = К (tср.т – tср.в) Nфакт Ak.

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

Потребуется учесть дополнительный запас мощности теплообменника — 12-15%. Такому подходу есть объяснения:

  • истинные показатели коэффициента передачи тепловой энергии калорифера практически никогда не совпадают с данными в таблицах, причем чаще в сторону снижения;
  • производительность устройства уменьшается с увеличением срока эксплуатации оборудования и образования засоров труб.

Однако не желательно превосходить запас мощности, поскольку существенное расширение нагреваемой поверхности приводит к их избыточному охлаждению, а во время низких температур воздуха — к размораживанию. Некоторые производители дают гарантию на точность указанных параметров. В таком случае запас мощности можно установить в пределах 5%. Чтобы не столкнуться с размораживанием, скорость перемещения теплоносителя должна устанавливаться на уровне — 0,12 м/с. Обвязка теплообменника может включать циркуляционную насосную систему, поддерживающую баланс производительности. Отдельные модели теплообменников выпускаются с вмонтированным обводным клапаном, защищающим от размораживания.

Особенности расчета для паровых калориферов

Если теплоноситель — это пар, выбор и расчет калорифера осуществляется таким же способом, но расход теплоносителя при разогреве воздуха вычисляется следующим образом:

G = Q / r.

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

Методы обвязки

Узел обвязки — это специальный арматурный каркас для регулировки поступления горячей воды. Обвязка проводится одним из двух методов:

  • двухходовые вентилями — сети, где не контролируется обратный расход воды;
  • трехходовые вентили — при использовании бойлера или котельной.
Узел обвязки калорифера

Узел обвязки калорифера

Монтаж узла обвязки необходим, так как дает возможность держать под контролем производительность калорифера и защищает его от промерзания.

Выбор электрического калорифера

Если решено применять в приточной вентиляционной системе электокалорифер, то выбор устройства осуществляется по требуемому расходу воздуха, а также его температурах на входе и выходе. Если производитель электрокалорифера прописывает в документации расход потребляемого воздуха и электрическую мощность — выбор оборудования прост. Однако здесь необходимо поддерживать минимально разрешенный заводом объем воздушного притока. Игнорирование этого требования приводит к поломке нагревательных элементов электрокалорифера. Если предполагаемое приобретение предусматривает такой эксплуатационный режим, нужно использовать ступенчатое регулирование нагревательных элементов. Размер запаса мощности для электрокалорифера — до 10%.

Для помещений небольшой площади лучше остановить выбор на электрических калориферах, поскольку они не сложны в эксплуатации и просты в монтаже. Для зданий большой площади лучшим выбором будет установка водяных калориферов, так как в сравнении с электрокалориферами они более экономичны.