Низковольтное электрическое отопление

Низковольтное электрическое отопление, например, вагонов постройки Германии, включает в себя электрические печи и электрический воздухоподогреватель. Электрические печи в количестве 9 штук, мощностью по 500 ватт каждая и 4 штуки, мощностью 250 ватт, которые установлены в купе и служебном отделении под столиками и в туалетах.

Электрический воздухоподогреватель работает только тогда, когда водяной калорифер отключен, т.е в переходный период года. Зимой электрическое отопление работает в дополнение к водяному, в переходный период года оно является самостоятельным и включается автоматически, если температура в купе становится ниже 20⁰С (293К).

В отечественных пассажирских вагонах межобластного сообщения, оснащенные системами кондиционирования воздуха (например, постройки Тверского вагоностроительного завода) также используется низковольтное отопление. В этих вагонах применяется низковольтная система отопления, состоит из 2-х групп электрических печей общей мощностью 18-20 кВт и 2-х секционного калорифера такой же мощности. Электрические печи располагаются вдоль боковых стен вагона, а электрокалорифер – в нагнетательном воздуховоде, непосредственно за воздухоохладителем. Питание всех электронагревателей низковольтного отопления осуществляется от низковольтной сети вагона.

5 Выбор расчётных параметров отопительных систем

Исходными данными для расчета систем водяного охлаждения являются геометрические размеры кузова вагона, а также заданный диапазон температур, который необходимо поддерживать внутри вагона. Поэтому расчет состоит из двух частей:

вначале проводят теплотехнический расчет кузова вагона, а затем на основании данных о тепловых потерях рассчитывают необходимую площадь нагрева отопительных приборов, а также требуемую тепло производительность отопительной установки. Поверхность нагревательных приборов водяного отопления F_oт можно определить по формуле:

, (3.2)

где К_от – коэффициент теплопередачи стенок отопительных приборов Вт/м²К;

- средняя температура воды, равная , здесь t₂ и t₁начальная и конечная температура воды в отопительной системе, К;

- расчетная температура воздуха в вагоне, К;

Коэффициенты теплопередачи для нагревательных труб приводятся в справочной литературе. Верхние трубы системы отопления изолируются для уменьшения потерь тепла в окружающую среду. Количество тепла, передаваемого 1 погонным метром изолированной трубы, определяется из выражения:

, (3.3)

где t_вод — средняя температура воды, К;

t_воз — средняя температура окружающего воздуха, К;

D_н — наружный диаметр трубы вместе с изоляцией, м;

_в — коэффициент теплопередачи от наружной поверхности трубы к окружающему воздуху, (Вт/м²*К).;

_и—коэффициент теплопроводности изоляции, (Вт/м²*К).;

d_в — внутренний диаметр трубы, м.

Чтобы при заданных наружном диаметре трубы Dн и коэффициенте теплопередачи _в обеспечить минимальные тепловые потери, необходимо в качестве изоляции выбирать материал, коэффициент теплопроводности которого не превышал отношения:

, (3.4)

Поверхность нагрева водяного котла определяется по формуле, м²:

, (3.5)

где Q_o — тепловые потери вагона в кВт;

Q_п.н. — количество тепла, снимаемого в течение 1часа с 1 м² поверхности нагрева котла (кВт/час);

 — коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду ( = 1,051,1).

Теплотехнические параметры различных топлив приведены в таблице 9.

Таблица 9.

Теплотехнические параметры различных топлив

Вид топлива	Теплотворная способность,		Объемный вес, кг/м3	Температура горения, °С (K)
	ккал/кг	кДж/кг
Дрова влажностью 25% .....	3000	12570		1000 (1273)
Дрова влажностью 50% .....	1 800	7542	540	800 (1073)
Торф, брикеты ..........	4000	16760	250	1 000 (1273)
Торф кусковой ..........	3000	12570	400	970 (1243)
Подмосковный уголь .......	3000	12570	700	900 (1173)
Бурый уголь ...........	5000	20950	750	1100 (1373)
Каменный уголь ..........	6 500	27235	850	1200 (1473)
Кокс ...............	6500	27235	400	1200 (1473)
Антрацит .............	7300	30578	1000	1300 (1573)
Горючие сланцы ..........	2700	11313	600	1000 (1273)
Метан……		55762	0,72	Более 1000 (1273)
Пропан…….		56244	1,96	Более 1000 (1273)

Часовой расход топлива (в кг) определяется по формуле,:

, (3.6)

где  — к. п. д. котла, ( = 0,40—0,65 зависит от качества топлива и разрежения в дымовой трубе);

h — теплотворная способность топлива в ккал/кг (кДж/кг). В качестве нормативного расхода электроэнергии на отопление вагонов принимается часовой расход электроэнергии при номинальной мощности 48 кВт.

Расчет расхода топлива на отопление пассажирского вагона.

Для определения количества электроэнергии расходуемой на отопление движущегося вагона со скоростью V используется следующее выражение:

, (3.7)

где - коэффициент, учитывающий увеличение коэффициента теплопередачи вследствие старения теплоизоляции ( =1,2);

Kg – коэффициент теплопередачи, зависящий от скорости движения вагона, Вт/м²К:

, (3.8)

Ко – коэффициент теплопередачи в стационарных условиях;

V – средняя скорость движения вагона.

и Ср – плотность и удельная теплоемкость воздуха;

Vн – объем наружного воздуха поступающего в вагон в течение 1 часа (для купейного – 800 м³/ч, для плацкартного - 1200 м³/ч);

tв и tн – температура воздуха в вагоне (tв = 20⁰С (293K)) и наружного воздуха в расчетный период года;

Qп – количество тепла, выделяемое пассажирами;

Qв - количество тепла, выделяемое вентиляторами;

Qг - количество тепла, затраченное на нагрев воды в системе горячего водоснабжения.

В стационарных условиях (при V= 0) а также Qп= 0; Qг= 0количество тепла, расходуемое на отопление вагона, составит:

, (3.9)

При водяном отоплении расход условного топлива определяется из выражения:

(3.10)

Коэффициент 11,8 – это часовой расход условного топлива при номинальной мощности котла. При водяном отоплении расход условного топлива определяется из выражения:

(3.11)

Коэффициент 11,8 – это часовой расход условного топлива при номинальной мощности котла.

В таблицах 10 и 11 приведены значения коэффициентов теплопередачи в стационарных условиях (Ко) и для разных скоростей движения вагона (Кg) от температуры наружного воздуха.

Таблица 10.

Зависимость коэффициента теплопередачи (К_g) от скорости движения вагона

ν, км/ч	kд, Вт/(м2·К)	ν, км/ч	kд, Вт/(м2·К)
0	1,11	90	1,72
10	1,28	100	1,76
20	1,36	110	4,80
30	1,43	120	1,84
40	1,49	130	1,88
50	1,54	140	1,92
60	1,59	150	1,95
70	1,64	160	1,98

Таблица 11.

Зависимость коэффициента нагрузки К_н от скорости движения вагона

tН, °С (K)	Коэффициент нагрузки Кн для купейного вагона при скорости движения ν, км/ч
	0	40	60	80	100	120	140	160
10 (283)	0,07	0,10	0,11	0,12	0,12	0,13	0,13	0,14
5 (278)	0,11	0,18	0,19	0,20	0,21	0,21	0,22	0.23
0 (273)	0,14	0,26	0,27	0,29	0,29	0,30 .	0,31	0,32
-5 (268)	0,18	0,34	0,36	0,37	0,38	0,39	0,41	0,42
-10 (263)	0,21	0,42	0,44	0,46	0,47	0,49	0,50	0,51
-15 (258)	0,24	0,50	0,53	0,55	0,56	0,58	0,59	0,61
-20 (253)	0,28	0,59	0,61	0,65	0,66	0,67	0,69	0,71
-30 (243)	0,35	0,76	0,79	0,152	0,В4	0,86	0,89	0,91
-35 (238)	0,38	0,85	0,88	0,91	0,94	0,96	0,98	1/1,02
-40 (233)	0,41	0,94	0,98	1/1,01	1/1,04	1/1,07	1/1,10	1/1,12

Расход реального топлива В_р определяется из выражения:

, (3.12)

где В – расход условного топлива;

Э – калорийный эквивалент топлива, значения которого приведены в таблице 12.

Таблица 12.

Калорийный эквивалент топлива Э

Наименование углей по бассейнам и маскам	Э	Наименование углей по бассейнам и маркам	Э
Донецкий:		Хакасский	0,746
газовый	0,843	Гусиноозерский	0,469
длиннопламенный	0,732	Читинский	0,464
тощий	0,857	Буначачинский	0,857
антрацит сорта АС	0,878	Харанорский	0,425
антрацит щтыб и шлам	0,804	Канско-Ачинский	0,513
Брикет	0,883	Назаровский	0,438
Кузнецкий	0,889	Каннский	0,525
Кузнецкий сортовой	0,968	Приморский	0,544
Карагандинский	0,736	Партизанский	0,853