13. Расчет калорифера

13.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОДБОРА КАЛОРИФЕРОВ.

Под расчетом подразумевается подбор калориферов. Исход­ные данные для, подбора калориферов:

- количество нагреваемого воздуха;

- расход теплоты;

- параметры нагреваемого воздуха и тепло­носителя.

1. Количество нагреваемого воздуха определяется по расходу необходимого для борьбы с расчетной вредностью выделяемым в вентилируемом помещении.

2. Расход теплоты обычно определяется по формуле:

, ( 13.1)

где Q — количество нагреваемого воздуха;

С - массовая теплоем­кость воздуха;

t ₂— температура воздуха после нагревания (после калорифера);

t ₁ — температура воздуха до нагревания (до кало­рифера).

Параметры нагреваемого воздуха выявляются во время расчета необходимого воздухообмена по нормативным данным или в процессе расчета воздухообмена по J-d -диаграмме влажного воздуха.

Нередко температура приточного воздуха, поступающего в вентилируемое помещение, зависит от принципиальной схемы вентиляции, в частности места подачи воздуха; подается ли воздух, например:

- непосредственно в рабочую зону;

- под потолок в зону на некотором вертикаль­ном расстоянии от рабочей зоны.

В первом случае параметры воздуха, поступающего непосредственно в рабочую зону, должны удовлетворять требованиям хорошего самочувствия человека, а именно в первую очередь t и  ( t – тем­пература,  — скорость воздуха).

Во втором случае температура и скорость выхода воздуха из приточных отверстий может быть существенно ниже, а скорость выше комфортных пара­метров.

Воздух поступающий на значительной высоте при опускании в рабочую зону нагреется за счет теплоизбытков в помещениях, а скорость снизится до комфортных значений, экономя энергию на нагрев в калорифере второго подогрева воздуха, про­шедшего оросительное пространство форсуночной камеры.

При вытяжной вентиляции через местные отсосы температура тепло­носителя принимается такой же, как и для расчета систем отопления;

Вентиляция граждан­ских зданий, температура теплоносителя принимается по темпера­турному графику системы теплоснабжения в зависимости от средней наружной температуры самого холодного месяца по параметру –А СНиП (расчетная зимняя вентиляционная температура).

Поверхность нагрева калорифера определяется по формуле:

, (13.2)

где Q — расход теплоты на нагревание воздуха; К— коэффициент теплопередачи калорифера; t — среднеарифметическая разность температур между средней температурой теплоносителя и средней температурой нагреваемого воздуха;

, (13.3)

здесь Т ₁, Т ₂ — температуры воды до и после калорифера;

t _1, t ₂ — температуры воздуха до и после калориферов.

В практике расчета поверхности нагрева калориферов, как правило, пользуются среднеарифметической разностью температур (11,3). Однако среднеарифметическое значение температурного напора всегда больше среднелогарифмического:

. (13.4)

Если отношение > 0,6, то среднеарифметиче­ская и среднелогарифмическая разности обеспечивают почти тождественные результаты (отличие друг от друга меньше чем на 3%). Если отношение < 0,6, то расчет калори­феров следует произвести по среднелогарифмической разности температур.

Коэффициент теплопередачи, несмотря на теоретическую возмож­ность нахождения его с помощью безразмерных критериальных уравнений, определяется опытным путем (с целью большей достовер­ности) и выражается следующими формулами, записанными в общем виде:

при обогревании калорифера паром

(13.5)

при обогревании водой

(13.6)

где ρ —-массовая скорость воздуха;  — скорость движения воды по трубкам теплоносителя.

При увеличении массовой скорости воздуха коэффициент тепло­передачи возрастает, калориферная установка делается более ком­пактной, но при этом увеличиваются гидравлическое сопротивле­ние проходу воздуха через калориферы, мощность электродвигателя на вентиляторе, а следовательно, и стоимость эксплуатации калориферной установки.

Поэтому возникает необходимость выяв­ления экономически наивыгоднейшей массовой скорости воздуха.

На основании технико-экономических расчетов наивыгоднейшая массовая скорость воздуха в калориферах принимается в пределах 4 —12 кг/(м²-с).

В связи с этим базовой величиной при расчете калориферов является массовая скорость воздуха. Удобство приме­нения именно массовой (а не объемной) скорости состоит в том, что значение ее не зависит от температуры воздуха, т. е. масса воздуха, проходящего через 1 м ² площади живого сечения калори­фера в единицу времени, является величиной постоянной.

Одна из методик подбора (расчета) калориферов. 1. Опреде­ляются площадь живого сечения F (м ²) калорифера для прохода воздуха:

, (13.7)

где G — количество нагреваемого воздуха, кг/ч; ρ — плотность воздуха, кг/м³;

ρ — массовая скорость воздуха, принимаемая в пределах 4—12 кг/(м²-с).

1. По таблицам характеристик калориферов подбирают калори­феры с живым сечением, максимально приближающимся к определенному по формуле (VI.5).

2. Определяют по фактическому живому сечению f _ф фактическую массовую скорость воздуха:

(13.8)

3. Вычисляют фактическую скорость теплоносителя воды в трубках калорифера:

, (13.9)

где G_ — расход теплоносителя, кг/ч; f _тр — живое сечение трубок калориферов, м²;

, (13.10)

Q — расход теплоты на нагревание воздуха; t ₁ - температура горя­чей воды в подающей магистрали (до калорифера); t ₂ — темпера­тура обратной воды в магистрали (после калорифера); С — тепло­емкость воды.

При определении скоро­сти воды в трубках калори­фера следует учесть способ питания теплоносителем (во­дой) калориферов: при па­раллельном присоединении расход теплоты (и теплоноси­теля) делится на число кало­риферов, при последователь­ном присоединении весь рас­ход теплоносителя проходит через каждый из калорифе­ров (рис. 13.1).

5. Определяют коэффи­циент теплопередачи калори­феров К, исходя из фак­тической массовой скорости воздуха. Определение производят по данным испытаний калориферов. При обогреве кало­рифера, паром коэффициент теплопередачи калорифера

(13.11)

При обогреве калорифера водой

, (13.12)

где с, а, b — опытные коэффициенты; ρ — массовая скорость воздуха;  — скорость воды.

Зная значения ρ и , можно определить коэффициенты тепло­передачи калорифера по соответствующим таблицам (или графи­кам), составленным для определенного типа калориферов и поме­щенным в соответствующих справочниках.

6. По результатам испытания калориферов определяют гидравлическое сопротивление движению воздуха р через калорифер:

(13.13)

где а, b - опытные коэффициенты.

Данные о сопротивлении калориферов приводятся в таблицах или графиках справочников.

7. Определяют гидравлические потери в установке при движении теплоносителя, обогревающего калориферы. Расчет производят аналогично определению потерь давления в трубопроводах систем отопления.

8. Определяют отношение наименьшей разности температур к наибольшей (Т₂—t ₂ ) /(T₁— t₁ ) для решения вопроса, по какой формуле (среднеарифметической или среднелогарифмической следует определять поверхность нагрева калориферов.

9. Вычисляют фактическую теплоотдачу калорифера (калорифер­ной установки):

(13.14)

(13. 15)

где F_Ф — фактическая поверхность калорифера; К — коэффициент теплопередачи калорифера; — среднеарифметическая разность температур; — среднелогарифмическая разность температур.

При теплоносителе паре давлением 0,03 МПа Принимают (Т₁ +Т₂)/2 = 100°; при давлении пара более 0,3 МПа температура пара принимается в зависимости от его давления.

Фактическая теплоотдача калориферной установки должна быть на 15—20% больше расчетной Q т. е.

Q _ф = (1,15  1,2)Q. (13.16)