2536
.pdf
Рис. 15.15. Электроконвектор напольный (переносной):
1 – корпус; 2 – нагревательный элемент в виде стальных пластин; 3 – Выключатели; 4 – шнур электропитания
Рис. 15.16. Настенный конвектор «ATLANTIC»
151
Электроконвектор узкий высотой |
Электроконвектор с излучающей |
245 мм |
поверхностью |
Электроконвектор с мраморной |
Электроконвектор переносной |
поверхностью |
|
Электроконвектор с программным режимом работы
Рис. 15.17. Общий вид электроконвекторов
152
Настенный конвектор CNS 50-250
фирмы STIEBEL ELTRON
Плинтусный электроконвектор
Рис. 15.18. Общий вид электроконвекторов, выпускаемых в России и за рубежом
Нагревательным элементом в электроконвекторах являются ТЭН с температурой на поверхности 600…900 С, трубчатый электронагреватель имеет температуру 450…500 С.
Температура выходящего из электроконвектора воздуха не превышает 85 С. Температура воздуха регулируется терморегулятором. Мощность прибора 9 кВт.
15.8. Электротепловентиляторы для систем отопления
Электротепловентиляторы, как и электрообогреватель состоят из нагревательного элемента и вентилятора. В качестве нагревательного элемента применяется нихромовая спираль в виде ТЭНа или керамических элементов. Вентилятор осуществляет подачу теплого воздуха от нагрева-
153
тельных элементов в помещение. Воздух для нагревания забирается из помещения.
Электротепловентиляторы могут быть напольными и настенными
и имеют несколько степеней регулировки мощности.
Устройство большой мощности называют тепловыми «пушками» и используют для обогрева общественных и производственных помещений.
Ниже приведены современные модели электротепловентиляторов.
15.9. Тепловой расчет мощности
электрических отопительных приборов
Тепловая мощность электроприбора с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую согласно закону Джоуля – Ленца определяется по формуле
Q |
U 2 |
2 |
, |
(15.20) |
|
r |
|||||
|
|
|
|||
где U – напряжение, подаваемое на проводник, В;
154
r – сопротивление греющего кабеля, Ом;– коэффициент мощности (0, 96…0,98).
Сопротивление греющего кабеля r, Ом, при температуре до 100 С
составляет |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
l |
k |
|
1 0tпр , |
|
|
r |
|
|
|
(15.21) |
|||
|
a |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
где ρ0 – удельное электрическое сопротивление при температуре 0 С, Омּм;
lk – длина кабеля, м;
а – площадь поперечного сечения кабеля, м2; tпр – температура греющего элемента, С.
λ0 – температурный коэффициент сопротивления при 0 С; 1 – один градус Цельсия.
Длина кабеля lk, м, определяется по формуле
lk |
Aпан |
, |
(15.22) |
|
|||
|
S |
|
|
где Апан – площадь панели, м2;
S – шаг раскладки кабеля, м.
Величина теплоотдачи qк, Вт/м2, панели складывается из теплоотдачи лицевой qлиц и тыльной qтыл сторон и рассчитывается по формуле
qk qлиц qтыл . |
(15.23) |
Используются и другие методы расчета греющего кабеля в приборах электрической системы отопления. Рассмотрим одну из методик расчета греющей электропанели.
Проводник в электроприборе, нагреваясь при прохождении электрического тока, должен компенсировать теплопотери в помещении. С этой целью рассчитывают поперечное сечение и длину проводника. Для этого будем основываться на следующих предпосылках. Известно, что количество теплоты Q, Вт, отдаваемое с поверхности проводника в 1 час, составляет:
Q |
|
dl |
tпр tв , |
(15.24) |
|
1000 |
|||||
|
|
|
|||
где d – диаметр проволоки, мм; l – длина проводника, м;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2· С); tпр – температура проводника, С;
tв – температура окружающей среды, С.
155
Мощность N, Вт, электроприбора выражается произведением |
|
N 0,86I U , |
(15.25) |
где I – сила тока, А; U – напряжение, В.
По закону Ома сила тока I, А, равна напряжению, деленному на сопротивление:
I U |
|
, |
(15.26) |
||
|
R |
|
|
||
поэтому |
|
|
|
|
|
N |
U |
2 |
. |
(15.27) |
|
R |
|||||
|
|
|
|||
Сопротивление проводника R, Ом, равно его удельному сопротивлению r, Ом· мм2/м, деленному на длину l, м, и умноженному на площадь поперечного сечения F, мм2:
R rl 4rl2 ,
F d
таким образом, |
N |
U 2 |
d 2 |
, |
|
4rl |
|||||
|
|
|
|||
Из уравнения (15.29) вычислим диаметр проводника d, мм:
d |
1000Q |
|
|
. |
|
l tпр tв |
||
Найдем по формуле (15.29):
N |
U 2 10002 Q2 |
|
|
, |
|
4 r l2 2 2 tпр tв 2 |
||
Необходимая длина проводника l, м:
(15.28)
(15.29)
(15.30)
(15.31)
l 43 |
|
|
U 2 Q |
|
|
|
|
. |
(15.32) |
||
|
r 2 tпр tв 2 |
|
|
||||||||
Удельное сопротивление r (Ом·мм2/м) проводника зависит от его |
|||||||||||
температуры: |
|
|
|
|
t t |
|
|
|
|
|
|
r t r |
1 |
|
c |
20 |
|
, |
(15.33) |
||||
20 |
|
|
|
|
t |
|
|
||||
где r20 – удельное сопротивление проводника при t=20 С;
αс – температурныйкоэффициентсопротивленияэлектропроводимости.
156
Существуют и другие упрощенные способы расчета поперечного сечения идлиныпроводникапоэмпирическимзависимостямилипономограмме.
Приведенные выше формулы справедливы для прямолинейной накатки проволоки. Спирально навитый провод нагревается несколько сильнее вследствие взаимного облучения. Поэтому расчетную температуру провода при вычислениях необходимо снизить на 20 %, а затем проверить, будет ли достигнутанеобходимаятемпературапроволокиприспиральнойнавивке.
|
|
d |
2 |
|
|
tсп tпр 1 |
|
|
, С, |
(15.34) |
|
|
|
||||
|
|
2.1 в |
|
||
где tпр – принятая сниженная на 20 % температура проволоки, С; в – расстояние между витками проволоки, м.
15.10. Электрическое аккумуляционное отопление
Такие приборы потребляют электроэнергию только в период снижения других электрических нагрузок. Низкий тариф действует с 23.00 до 7.00 часов, а в остальное время тариф обычный.
Цикл работы данных приборов включает периоды «зарядка» (обычно ночью) и «разрядка» (приборы от электрической сети отключены).
Конструкция электроаккумулирующих приборов показана на рис. 15.19.
а |
б |
в |
|
Рис. 15.19. Электрические теплоаккумуляционные печи: |
|
|
а – нерегулируемая печь; б – аккумулирующий конвектор; |
|
1 |
в – динамический теплоаккумулятор; |
|
– нагревательные элементы; 2 – теплоаккумулирующий слой; |
||
3 – |
теплоизоляция; 4 – воздушный канал; 5 – |
клапан; 6 – решетка; |
|
7 – байпасные воздушные клапаны; 8 |
– вентилятор |
157
Теплоаккумуляционные печи бывают трех типов: нерегулируемые
(рис. 15.19, а); аккумулирующий конвектор (рис. 15.19, б); динамический теплоаккумулятор (рис. 15.19, в).
Мощность (запас) аккумулирующего прибора при зарядке Qн.з., Вт, определяется по формуле
Q |
|
Qпом T |
, |
(15.35) |
|
||||
н.з |
|
m |
|
|
|
|
|
||
где Qпом – мощность постоянно работающего прибора, Вт; m – продолжительность периода зарядки, ч;
T – продолжительность полного цикла работы, ч.
При известной мощности Qн.з, Вт, и продолжительности периода зарядки m, ч, тепловой поток Qэ, Вт, на поверхности прибора определяется по формуле
m |
Qн.з п , |
(15.36) |
|
Qэ Qн.з |
|
||
|
T |
|
|
гдеβп – коэффициентпрерывноститепловогопотоканаповерхностиприбора.
15.11. Электрическое отопление с помощью теплового насоса
Тепловым насосом называют установку, используемую для передачи теплоты от низкотемпературного источника к воздуху отапливаемого помещения с более высокой температурой.
В настоящее время применяются тепловые насосы: воздушно-ком-
прессионные; парокомпрессионные; абсорбционные; термоэлектрические и др.
Все тепловые насосы по принципу взаимодействия рабочих тел бы-
вают: открытого цикла; замкнутого цикла.
Теплонасосные установки различаются: одноступенчатые; двухступенчатые; каскадные.
Кроме того, теплонасосные установки делятся:
– по производительности (крупные, средние, мелкие);
по температурному режиму (высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные);
по режиму работы (непрерывного действия, циклического действия);
по виду хладагентов – воздушные, аммиачные и фреоновые;
по виду потребления энергии – электропотребление, газотурбинное потребление.
В системах отопления в основном применяются тепловые насосы парокомпрессорного типа (рис. 15.20).
158
Рис. 15.20. Схема парокомпрессионного теплового насоса:
1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – регулирующий вентиль; 4 – испаритель
Действие парокомпрессионного насоса заключается в следующем. В компрессоре 1 сжимается пар хладагента, при этом повышаются давление и температура пара.
Пар, проходя через конденсатор 2, превращается в жидкость, при этом отдает теплоту конденсации нагретому воздуху.
Жидкий хладагент (конденсат) поступает к дроссельному вентилю 3, после преодоления сопротивления вентиля давление конденсата снижается.
Затем в испарителе хладагент (конденсат) переходит в парообразное состояние, отбирая теплоту парообразования от низкотемпературной среды.
Низкотемпературными источниками теплоты (рис. 15.21) для тепловых насосов являются окружающая среда, солнечная радиация, геотермальная энергия, энергия теплоты, исходящей от технологического оборудования, температура почвы, температура воды в реках, морях, океанах и др.
Указанные виды низкотемпературной энергии являются бесплатным источником теплоты.
Показателем эффективности работы теплового насоса является коэффициент преобразования ηП (отопительный коэффициент), определяемый
по формуле |
|
|
|
QТ , |
(15.37) |
П |
Q |
|
|
э |
|
где QТ – количество теплоты получаемой для отопления, Вт;
Qэ – количество теплоты эквивалентное затратам электроэнергии на работу компрессора, Вт.
159
Рис. 15.21. Различные виды низкотемпературных источников теплоты для |
|
1 – |
систем отопления с использованием теплового насоса: |
солнечные лучи; 2 – геотермальная почва; 3 – грунтовые воды; |
|
4 – |
поверхностные воды; 5 – бытовые сточные воды; 6 – внутренний |
удаляемый воздух; 7 – теплота энергетических установок; 8 – теплота технологического оборудования; 9 – бытовые и технологические воды;
10 – грунтовые воды; 11 – геотермальные источники; 12 – наружный воздух; 13 – тепловой насос; 14 – рекуператоры; 15 – смесители;
16 – солнечный коллектор
В тепловом насосе вырабатывается теплоты на нужды отопления больше, чем затрачивается энергии на работу компрессора. На 1 кВт затраченной электроэнергии получается 10...12 кВт теплоты на нужды отопления.
Желательно тепловые насосы применять в часы минимального энергопотребления для аккумуляции теплоты для нужд отопления.
Различные варианты использования альтернативной энергии на нужды отопления с помощью теплового насоса приведены на рис. 15.22–15.32. Существует четыре вида тепловых насосов: грунт – вода; вода – вода;
вода – воздух; воздух – воздух.
160