2.4.5. Электрокалориферные установки

Для нагрева воздуха в системах воздушного отопления и венти­ляции, создания искусственного микроклимата в животноводчес­ких, птицеводческих, различных производственных и обществен­ных зданиях, в установках для сушки различных материалов, про­дуктов и т. п. широко используют электрокалориферные установки (ЭКУ). Чаще всего они выполняют две функции: отопление и вен­тиляцию.

Приточная вентиляция помещений, как правило, состоит из системы нескольких каналов (воздуховодов), на каждом из кото­рых установлена ЭКУ. Такая система отличается повышенной эк­сплуатационной надежностью, так как заданный температурный режим в помещении может поддерживаться даже в случае выхода из строя одного или нескольких калориферных агрегатов. Система легко автоматизируется по температуре воздуха внутри помеще­ния Г_в и влажности <р_в. Это дает возможность изменять теплопро-изводительность и расход воздуха, подаваемого в помещение, и поддерживать требуемый микроклимат.

Типы электрокалориферных установок. В вентиляционно-ото-пительных системах сельскохозяйственных объектов используют ЭКУ серий СФОЦ и СФОО (С — установка косвенного нагрева сопротивлением, Ф — вид изделия — калорифер, О — работа в окислительной среде (повышенная влажность при высокой тем­пературе, корродирующие газы и т. п.), Ц или О — установка укомплектована центробежным или осевым вентилятором).

221

Устройство электрокалориферной установки СФОЦ показано на рисунке 2.26.

Она состоит из унифицированного электрокалорифера СФО, центробежного вентилятора Ц-4-70 и шкафа управления. Элект­рокалорифер / и вентилятор 5 смонтированы на общей сварной металлической раме 8, которую крепят к полу анкерными болта­ми. Для снижения вибраций вентилятор 5 устанавливают на пру­жинных виброгасителях 9, закрепленных на раме 8. Мягкая встав­ка 3 снижает передачу вибраций от вентилятора 5 к электрокало­риферу /. Подачу вентилятора можно регулировать шиберной зас­лонкой 4, смонтированной на корпусе вентилятора.

Электрокалорифер СФО, входящий в состав ЭКУ серии СФОЦ, состоит из каркаса, кожуха и группы ТЭНов с алюминие­вым оребрением. Кожух выполнен из листовой стали и не имеет тепловой изоляции. Нагревательные элементы размещены рядами внутри кожуха, образуя самостоятельные секции. Питание ЭКУ осу­ществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380/220 В. Максимально допустимая температура поверхности на­гревателей составляет 180 "С. При этом пыль не подгорает, что от­вечает санитарно-гигиеническим и зооветеринарным требовани­ям. Температура воздуха на выходе из установок этого типа не должна превышать 50 °С.

Установки СФОЦ выпускают номинальной мощностью от 5 до 250 кВт при номинальной подаче воздуха от 700 до 13 000м³/ч. В таблице 2.10 даны технические данные электрокалориферных ус­тановок СФОЦ-(Р)/0,5Т мощностью от 5 до 100 кВт.

Рис. 2.26. Устройство электрокалориферной установки СФОЦ:

1 — электрокалорифер; 2—диффузор; 3 — мягкий возяуховод-вставка; 4— заслонка-шибер;

5— центробежный вентилятор; 6— оребренные ТЭНы; 7— электродвигатель вентилятора;

8 — рама; 9— пружинные виброгасители

222

Дополнительно к расшифровке обозначения ЭКУ типа СФОЦ-(Р)/0,5Т следует сказать, что первая цифра показывает приблизи­тельное значение мощности Рустановки в киловаттах (кВт); 0,5 — температуру выходящего воздуха в сотнях "С (50 °С); Т — тип элек­тронагревателя — трубчатый (ТЭН).

На рисунке 2.27 показана принципиальная электрическая схе­ма ЭКУ типов СФОЦ-10/0,5Т и СФОЦ-1б/0,5Т, имеющих по две нагревательные секции.

Схема управления предусматривает автоматический и ручной режимы работы, что обеспечивается переключателями 8А1 и 8А2. Автоматический режим работы осуществляется с помощью биме­таллических датчиков температуры ДТКБ-53Т (5К2и 8КЗ), уста­навливаемых в помещении вдали от мест с резкими колебаниями температуры воздуха, на высоте 1...2м от уровня пола. Защита электрокалорифера от повышения температуры свыше 180 "С на поверхности оребрения ТЭНов осуществляется с помощью биме­таллического датчика ТР-200 (5К1), установленного сверху на ка­лорифере. В схеме предусмотрена блокировка (контакты ОРТ), не допускающая включения секций электрокалорифера ЕК1 и ЕК2 под напряжение при неработающем электродвигателе вентилято­ра М.

Включением рубильника (Х57 напряжение подается на цепи управления, при этом загорается сигнальная лампа НЫ. В слу­чае, если электрокалорифер не имеет аварийного перегрева, а

223

контакты датчика 8К1 замкнуты, срабатывает промежуточное реле КЫ. Оно контактами КЬ1: 1 отключает цепь лампы НЬ4, сигнализирующей о перегреве электрокалорифера, а контактами КЫ: 2 подготавливает к работе цепь включения магнитных пуска­телей КМ1 и КМ2.

После включения автоматического выключателя ()Р1 начинает работать электродвигатель вентилятора М, о чем с помощью блок-контакта ОР1 сигнализирует лампа НЬ5. При этом по подготов­ленной цепи 0.Р1, КЫ: 2напряжение подается на переключатель 8А1. При положении рукоятки переключателя 8А1 «Автоматика» через контакты датчиков 8К2 и 8КЗ происходит включение маг­нитных пускателей КМ1 и КМ2 и секций калорифера ЕК1 и ЕК2. Если рукоятка переключателя 8А1 находится в положении «Руч­ное», то напряжение через контакты 5...6 8А1 поступает на пере­ключатель 8А2, которым можно включить один или сразу оба пус­кателя КМ1 и КМ2 (50 и 100 % мощности Р калорифера). При сра­батывании пускателей КМ1 и КМ2 одновременно загораются лам­пы НЬ2 и НЬЗ, сигнализирующие о том, что напряжение на секции калориферов ЕК1 и ЕК2 подано.

По мере повышения в отапливаемом помещении температуры воздуха до значения, установленного на датчике 8К2; контакты последнего разомкнутся и магнитный пускатель КМ1 отключит­ся, обесточив секцию электронагревателей ЕК1. ЭКУ останется включенной на 50 % номинальной мощности. При дальнейшем повышении температуры размыкаются контакты 8КЗ, обесточи­вается магнитный пускатель КМ2 и отключается вторая секция электронагревателей ЕК2. При снижении температуры воздуха в отапливаемом помещении ниже заданной величины автомати­чески включаются секции нагревателей в обратной последова­тельности.

Термодатчики ДТКБ-53Т имеют уставку регулирования в пре­делах 0...30 °С. Положение уставок терморегуляторов определяется опытным путем при настройке теплового режима ЭКУ. Так, в ко­ровниках с температурой Т_в = 15 "С один из датчиков следует на­строить на значение 14 °С, а другой — на 15 "С.

225

При многолетней эксплуатации ЭКУ серии СФОЦ и их предше­ственников СФОА выяснилось, что в ряде случаев оказывается мала принятая объемная подача воздуха вентилятором установки и требуется ее изменение в процессе работы. На практике это приво­дило к установке дополнительного вентилятора в соответствии с требуемым расходом воздуха в помещении, который определялся кратностью воздухообмена. Поэтому ВНИИЭТО провел дальней­шую модификацию ЭКУ-СФОЦ-(Р)И1, СФОЦ-(Р)ИЗ и СФОЦ-(ЛИ4. Технические данные ЭКУ типов СФОЦ-(Р)И1 и СФОЦ-(Р)ИЗ приведены в таблице 2.11.

15-6572

В модернизированной установке СФОЦ-(Р)И1 для ступенчатого регулирования теплопроизводительности используют электрон­ные регуляторы температуры типа ТЭЗП и ТЭ4П или Т419. Регу­лирование осуществляют групповым переключателем ТЭНов.

Электрокалориферные установки СФОЦ-(Р)ИЗ укомплектованы двухскоростным электродвигателем привода вентилятора для ре­гулирования подачи воздуха и имеют смесительный патрубок с байпаеным каналом. При минимальной подаче воздуха клапан байпасного канала закрыт, в режиме максимальной подачи от­крыт. Мощность электрокалорифера регулируют при помощи ти-ристорного регулятора напряжения, входящего в комплектное уп­равляющее устройство «Электротерм».

Установки СФОЦ-(Р)И4 имеют нерегулируемый электропри­вод центробежного вентилятора; комплектное устройство уп­равления плавно изменяет только мощность электрокалорифе­ра в зависимости от температуры воздуха в отапливаемом поме­щений.

ЭКУ серии СФОО выпускают также на базе оребренных ТЭНов осевым вентилятором. Шесть ТЭНов расположены в один верти­кальный ряд и смонтированы на нагнетающем патрубке вентиля­тора.

Установки СФОО применяют в том случае, когда возникает необходимость повышенной вентиляции при сравнительно низ­кой температуре воздуха в помещении (4...16 °С). Поскольку осе­вые вентиляторы развивают небольшой напор (около 300 Па), ЭКУ, оборудованные такими вентиляторами, применяют в систе­мах вентиляции для непосредственной подачи воздуха в помеще­ние без распределительных воздуховодов.

Основные технические данные ЭКУ типов СФОО-10/0,4Т и СФОО-16/0,4Т следующие: мощность установок соответственно 9,85 и 15,75 кВт; мощность электрокалорифера 9,6 и 15 кВт; номи­нальная подача воздуха соответственно 3600 и 5400 м³/ч; перепад

226

температуры нагреваемого воздуха 8... 10 °С; максимальная темпе­ратура воздуха на выходе 40 °С.

Выбранные ЭКУ в количестве, кратном двум, могут быть раз­мещены в пристройках, помещениях молочных блоков, тамбурах и непосредственно в помещениях, где находятся животные, при обеспечении соответствующей техники безопасности.

Выбор ЭКУ. Выбор типоразмера ЭКУ и числа установок осу­ществляют по трем основным параметрам: теплопотреблению в помещении Ф_п, Вт, необходимой объемной подаче воздуха V,, м³/ч, аэродинамическому сопротивлению воздухораспределительной сети, Ар, Па.

Если система приточной вентиляции проектируется заново, то указанные параметры определяют из расчета тепло-, влаго- и газо­вого баланса помещения и аэродинамических характеристик сис­темы. Если выбор ЭКУ проводит сам потребитель при замене ста­рого отопительно-вентиляционного оборудования, то можно ис­пользовать упрощенное расчетное выражение и табличный мате­риал, приведенный ниже.

В первом случае полезный тепловой поток, Вт, отопительно-вентиляционной установки определяют по формуле

(2.103)

где Ф_ог — тепловой поток, теряемый через наружные ограждения помещения, Вт; Ф_в —тепловой поток, теряемый с вентилируемым воздухом, Вт; Ф_исп — тепловой поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей, например в жи­вотноводческих помещениях, Вт; Ф_ж — тепловыделения животных, Ф_ж = д^К₁ (?ж — поток теплоты, выделяемый одним животным, Вт/гол; ./V— количество жи­вотных, К_т — коэффициент, учитывающий влияние температуры помещения, для КРС К^- 1,4...0,6 при Г_в = -5...+20°С, Вт); Ф_м —суммарная мощность устройств местного обогрева, если они предусмотрены системой обеспечения микроклимата данного помещения, Вт.

(2.104)

С_ъ9_ьУй{Т_ъ-Т_н)-Ф_ж-Ф_и],

Расчет тепло-, влаго- и газового баланса помещения, определя­емый уравнением (2.103), в значительной мере точен, но может вызвать определенные трудности в использовании из-за наличия целого ряда справочных данных. Поэтому для расчетов можно ре­комендовать упрощенную формулу

где А"—переводной коэффициент, равный 0,278; ?_от — отопительная характерис­тика здания, 9_от = 2,1кДж/(м³-°С); К—объем обслуживаемого помещения, м³; С_в — теплоемкость воздуха, С_в = 1 кДж/(кг ■ °С); р_в — плотность воздуха при темпе­ратуре, равной 15 "С, р_в=1,2...1,3кг/м³; К, —объемная подача воздуха, м³/ч, V, - К_ъ V, К_в — кратность требуемого воздухообмена, К_в = 1,5...3,5; Г_в — температу­ра воздуха в помещении, °С; Г_н — температура на входе электрокалорифера, °С; Ф_ж и Ф_м даны в [кДж/ч].

Установленную суммарную мощность ЭКУ исходя из формулы

¹⁵* 227

Если расчет потребной тепловой мощности ЭКУ по выраже­нию (2.104) в условиях хозяйства выполнить также трудно, то можно воспользоваться таблицей 2.12, в которой приведены ори­ентировочные значения суммарных тепловых мощностей для раз­личных животноводческих помещений с учетом средних расчет­ных температур наружного воздуха. Если в помещении нет других источников обогрева кроме калориферов, то значение их мощнос­ти берут из таблицы. Если имеются устройства местного обогрева, то мощность ЭКУ равна разности значений суммарной тепловой мощности, указанной в таблице, и суммарной мощности уст­ройств местного обогрева.

При подборе ЭКУ следует помнить, что в таблице 2.12 значе­ния мощности указаны с минимально допустимой подачей возду­ха У_(т[п, то есть рабочая подача должна быть выше или, в крайнем случае, равна У_Шп.

228

где А"—коэффициент теплоотдачи, К= 11,5...27,5 Вт/(м² • °С); Р— площадь по­верхности нагрева калорифера (площадь поверхности оребрения ТЭНов), м².

Выбор калорифера считают правильным, если Ф_к = (1,15...1,2) Ф_п В противном случае расчет повторяют, выбрав калорифер другого номера или другой модели.

В заключение следует отметить, что электрокалориферы СФОЦ нельзя использовать в помещениях без воздуховодов, так как распределение теплоты по помещению будет неравномерным и регулирования Т_в и ср_в может не быть совсем.

Воздух на выходе из калорифера не должен быть горячим, а расчетным в пределах Г_вых= 5...50°С. Нельзя почти полностью закрывать заслонки ЭКУ, загораживать ее щитами, увеличивая температуру воздуха на выходе. Это может привести к перегреву ЭКУ. Кроме того, очень горячий воздух будет активнее стремить­ся под потолок или крышу и будет быстрее удаляться из помеще­ния вытяжными устройствами.

Правильным можно считать регулирование микроклимата в помещении не только по температуре Т_в, но и по влажности ф_в. В качестве примера можно сказать, что часто бывает нецелесообраз­но увеличивать мощность калорифера при понижении температу­ры Т_в в помещении, не выяснив ситуацию с влажностью (р_в. Если влажность будет снижаться с подачей сухого воздуха, то темпера­тура может подниматься и при прежней мощности. При этом мо­жет понадобиться увеличение подачи воздуха V,.

Пример. Рассчитать электрокалориферную установку.

Условие. В электрокалорифере имеется две секции трубчатых нагревателей. В каждой секции шесть одинаковых ТЭНов, соединенных в «звезду» с искусствен­ным нулем. Причем каждый луч «звезды» состоит из двух последовательно вклю­ченных ТЭНов.

Трехфазное напряжение сети — 380 В.

Диаметр провода каждого ТЭНа с/™, = 0,5 мм, длина провода /= 5,66 м. Мате­риал провода — нихром с р₂о = 1,1" 10~° Ом • м. В расчетах принимаем, что р_т = р2о-КПД калорифера т|эку ⁼ 0>95. Теплоемкость воздуха С_в = 1000 Дж/(кг ■ °С), его плотность р_в = 1,2 кг/м³.

Чему равна объемная подача воздуха через электрокалорифер, если температу­ра воздуха на входе в калорифер Т_вх = —15 °С, а на выходе из него Т_вых = 50 °С?

230