3. Калориферные установки. Расчет

Калорифер – это нагревательный, теплообменный аппарат в котором греющая среда в виде пара, горячей или перегретой воды проходя по трубкам, отдает тепло воздуху, проходящему в межтрубном пространстве. Калориферы по конструкции подразделяются на одноходовые с вертикальным расположением трубок и многоходовые с горизонтальным расположением трубок. При теплоносителе паре применяются одноходовые калориферы. При теплоносителе вода применяются многоходовые калориферы, либо пластинчатые, либо биметаллические со спирально-накатным оребрением. Теплопередающая поверхность пластинчатых калориферов выполнена из стальных трубок Ø16 мм и стальных пластин, насаженных на трубки. Теплообменный элемент биметаллических калориферов состоит из двух трубок, насаженных одна на другую. Внутренняя трубка стальная Ø16 мм, а наружная – алюминиевая с накатным оребрением. Между стальной и алюминиевой трубками образуется надежный механический и термический контакт, что обеспечивает хороший нагрев ребер. Биметаллические со спирально-накатным оребрением калориферы используются для северной климатической зоны, а также в системах утилизации тепла и в сушильных камерах. Калориферы данных типов применяют для нагрева приточного воздуха. В настоящее время промышленностью выпускаются калориферы средней и большой («С» и «Б») моделей, имеющих по направлению движения воздуха соответственно 3 и 4 ряда теплопередающих трубок. Стальные пластинчатые калориферы обозначаются следующим образом: КВС-П, КВБ-П. Биметаллические обозначаются: КСк 3, КСк 4. Калориферы всех моделей могут быть установлены последовательно и параллельно как по воздуху, так и по теплоносителю.

1. 2. 3.

1.Установка калориферов параллельно по воздуху и последовательно по теплоносителю, 2.Установка калориферов параллельно по воздуху и параллельно по теплоносителю, 3.Схема соединения последовательная по воздуху и последовательно по теплоносителю.

Расчет калориферов. При определении коэффициента теплопередачи пользуются массовой (весовой) скоростью движения воздуха, а не линейной, потому что массовая скорость остается постоянной, в то время как линейная скорость изменяется вследствие нагревания воздуха. Массовая скорость выражается . Исходной величиной при расчете калориферов является количество теплоты, необходимое для нагревания заданной массы воздуха: при прямоточной схеме , при рециркуляции . Расчет и подбор калорифера производится в следующем порядке: 1.Определяем предварительное живое сечение для прохода воздуха, задаваясь массовой скоростью : , где -предварительное живое сечение для прохода воздуха; G, кг/ч – расчетный воздухообмен; 2. Определив живое сечение, выбирают модель, номер и число калориферов установленных параллельно по воздуху с таким расчетом, чтобы действительное живое сечение было бы возможно ближе предварительно определенной величины . , где - живое сечение по воздуху одного калорифера, - количество параллельно установленных калориферов. 3.По действительному живому сечению уточняют массовую скорость: 4.Определяем скорость теплоносителя в трубках: , где - теплоемкость воды, кДж/(кг·°С) , - плотность воды, кг/м³, - параметры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе, - площадь трубок. 5. Для принятой модели калорифера в зависимости от массовой скорости воздуха и скорости движения теплоносителя определяем коэффициент теплопередачи 6.Определяем необходимую поверхность калориферной установки: , где - средние температуры соответственно теплоносителя и воздуха, , - при прямоточной схеме, - при рециркуляции, 7. Определяем необходимое число калориферов в установке: , где F_, м² – необходимая поверхность калориферной установки; F_ку, м²- принятая поверхность калориферной установки. 8. Определяем действительную теплопередачу калориферной установки: , где - действительная теплоотдача калориферной установки, К, Вт/(м²*С)– коэффициент теплопередачи, - принятая поверхность калориферной установк, n, шт – количество калориферов, средняя температура воды, средняя температура воздуха. 9. Определяем коэффициент запаса: если не вошли в этот предел, то выбираем другую модель калорифера.

4. - диаграмма влажного воздуха

- диаграмма выражает графическую зависимость основных параметров влажного воздуха: температуры, влагосодержания, относительной влажности, энтальпии при заданном барометрическом давлении. По оси ординат откладывают энтальпию на 1 кг сухого воздуха (ккал/кг), а по оси абсцисс - влагосодержание воздуха (в г на 1 кг сухого воздуха). - диаграмма построена в косоугольной системе координат с углом между осями 150 (120 °С). Линии постоянной энтальпии ( ) проходят под углом 150 ° к ординатам, а линии постоянного влагосодержания ( ) располагаются параллельно оси ординат. На полученной таким образом сетке состоящей из параллелограммов, строят линии изотерм ( ) и линии постоянных относительных влажностей ( ). Изотермы представляют собой прямые линии, причем изотермы не параллельны между собой, так как угол их наклон к горизонтальной оси различен. Кривую с относительной влажностью строят по данным таблиц насыщенного воздуха. Область диаграммы выше этой кривой относится к области ненасыщенного влажного воздуха, а область диаграммы ниже кривой насыщения ( ) характеризует состояние перенасыщения влажного воздуха. Каждая точка на поле диаграммы соответствует определенному состоянию воздуха. Положение точки определяется любыми двумя из четырех ( ) параметрами состояния. - диаграмму используют как для определения параметров состояния воздуха, так и для построения изменения его состояния при нагревании, охлаждении, увлажнении, осушении, смешении и т.д. Процессы перехода воздуха из одного состояния в другое на - диаграмме изображаются прямыми линиями (лучами), проходящими через точки, соответствующие начальному и конечному состоянию влажного воздуха. Если параметры начального состояния обозначить, как и , а конечного состояния и , то отношение представляет собой угловой коэффициент луча процесса, характеризующий данное изменение состояния влажного воздуха, кДж/кг. Рассмотрим характерные случаи изменения состояния влажного воздуха:

, Влажный воздух, имеющий начальные параметры и подвергается нагреванию при неизменном влагосодержании. Нагревание при постоянном влагосодержании осуществляется, например, в воздухонагревателях (калориферах). При нагревании воздуха повышается его температура и энтальпия, относительная влажность понижается. Процесс называется изовлажностным. , Влажный воздух поглощает одновременно тепло и влагу, т.е. нагревается и увлажняется. Такое изменение параметров влажного воздуха обычно происходит при подаче чистого приточного воздуха в обслуживаемое помещение с избытками тепла и влаги. В этом случае воздух с начальными параметрами и поступает в помещение, где в результате ассимиляции тепла и влаги принимает параметры и . Такой процесс называется политропным. , Влажный воздух поглощает влагу при неизменной энтальпии. Такие процессы называются адиабатными. В данном случае происходит адиабатное увлажнение, которое широко применяется в системах вентиляции и кондиционирования в частности, в оросительной камере, где с помощью форсунок производится распыление воды. Температура распыляемой воды постепенно устанавливается равной температуре воздуха по мокрому термометру. Воздух, находясь в контакте с водой, теряет явную теплоту, которая затрачивается на испарение воды, и одновременно получает такое же количество скрытой теплоты с водяными парами. Практически в камере орошения воздух удается увлажнить до значения 90 – 95%. Процесс называется адиабатным увлажнением. , Влажный воздух отдает теплоту при неизменном влагосодержании. Охлаждение осуществляется в поверхностных теплообменниках. Луч процесса направлен вертикально вниз, до температуры токи росы, расположенной на линии . Дальнейшее охлаждение будет идти не по лучу процесса, а по линии насыщения и сопровождаться конденсацией влаги из воздуха. Процесс называется изовлажностным охлаждением. , Влажный воздух отдает теплоту и влагу, т.е. происходит охлаждение и осушка воздуха. Такой процесс может наблюдаться при контакте воздуха с поверхностью, имеющей температуру ниже температуры точки росы. Этот процесс называется политропным. , Влажный воздух отдает влагу при постоянной энтальпии. Процесс осушки воздуха можно осуществить при помощи абсорбентов. Процесс называется адиабатная осушка воздуха.