Как каждый конвектор, этот прибор состоит из двух эле­ментов—нагревателя и канала. Нагреватель собирают из стандартных отопительных приборов — ребристых труб, радиаторов или калориферов. Ребристые трубы и радиаторы используют для нагревателей меньшей мощности (до 8 кВт), калориферы — для получения более мощных нагревателей. При равной площади, занимаемой в поме­щении, тепловая мощность рециркуляционных нагревате­лей с калориферами получается в несколько раз больше их тепловой мощности с нагревателями из ребристых труб и радиаторов, что объясняется значительной площадью по­верхности калориферов. Калориферы выбирают пластин­чатого типа для уменьшения аэродинамического сопротив­ления и многоходовые для увеличения скорости движения теплоносителя.

Канал высотой 1,5—3 м выполняют встроенным во внутреннюю стену (рис. 10.10, а) или приставным из неме­таллических (рис. 10.10, б) и металлических (рис, 10,10, в) Строительных материалов. Ширина канала равняется длине нагревателя, а его глубина определяется в зависимости от количества циркулирующего воздуха или ширины нагре­вателя (как на рис. 10.10, б).

Достоинствами рециркуляционных воздухонагревателей являются:

1) создание сильного восходящего потока нагретого воздуха, вызывающего интенсивную циркуляцию воздуха с выравниванием температуры по площади и высоте поме­щения;

2) простота устройства и эксплуатации, надежность действия без специального наблюдения;

3) пониженные стоимость (например, для отопления лестничной клетки в 1,5 раза по сравнению с радиаторным отоплением) и расход металла (в том же примере — почти в 2 раза) на отопительную установку;

4) количественное саморегулирование, характерное для системы отопления с естественной циркуляцией воды (см. §6.7).

Количественное саморегулирование в данном случае заключается в изменении количества циркулирующего воздуха по мере изменения его температуры. Температура нагретого воздуха определяется температурой теплоноси -

29 —765 теля в нагревателе. Если этим теплоносителем является горячая вода, то изменение ее температуры (по графику регулирования в зависимости от температуры наружного воздуха) отражается в результате на интенсивности цирку­ляции воздуха в помещении. При этом по мере изменения температуры наружного воздуха усиливается теплопереда­ча от теплоносителя к воздуху и возрастает кратность воздухообмена в помещении.

Это ценное свойство улучшать прогревание помещений при низкой температуре наружного воздуха отличает ре­циркуляционные воздухонагреватели от отопительных уста­новок с искусственной циркуляцией воздуха.

Наряду с этими достоинствами при отоплении рецирку­ляционными воздухонагревателями возможно (если не проведены необходимые расчеты и мероприятия) перегрева­ние верхней зоны и, как следствие, возрастание теплопотерь через покрытие помещения. В таком случае отмечается по­ниженная температура воздуха в рабочей зоне помещения.

В качестве теплоносителя для рециркуляционных воз­духонагревателей в первую очередь используется высоко­температурная вода. Увеличение разности температуры греющей воды и нагреваемого воздуха дает возможность сократить площадь поверхности нагревателя.

Нагреватели присоединяют к теплопроводам систем во­дяного отопления по различным схемам. Они могут быть присоединены как обычные отопительные приборы в преде­лах основной системы, но это приводит к значительному увеличению их площади вследствие уменьшения темпера­туры теплоносителя. Поэтому, если допустимо использо­вание высокотемпературной воды, прежде всего применя­ются другие схемы (рис. 10.11) соединения воздухонагрева­телей с системой отопления.

По первой из двух основных схем осуществляется по­следовательное соединение (предвключение) воздухонагре­вателя с системой водяного отопления здания (рис. 10.11, а). Все количество высокотемпературной воды, необходимой для отопления здания, предварительно пропускают через воздухонагреватель 1 (задвижка 2 закрыта), и ее темпера­тура понижается от U до t[. Включение воздухонагревате­ля перед основной системой отопления позволяет макси­мально увеличить в нем температурный напор и скорость движения воды, что способствует уменьшению его площади.

Ш—

Ряс. 10.11. Последовательная (а) и параллельная (б) схемы присоединения воздухо­нагревателя к теплопроводам

1 — воздухонагреватель; 2 — задвижка на обводной трубе; 3 — подающая ма­гистраль основной системы отопления; 4 — регулятор расхода воды

Схему используют для присоединения постоянно действую­щего нерегулируемого рециркуляционного воздухонагре­вателя, если он расположен вблизи теплового пункта.

Температура воды, выходящей из предвключенного нагревателя

CG i

QvB (10.25)

H = h-

Где Qp. s — тепловая мощность рециркуляционного воздухонагре­вателя; — расход высокотемпературной воды на вводе в здание и воздухонагреватель, определяемый по формуле

Qc—тепловая мощность основной системы водяного отопления.

По второй из основных схем автоматически управляемый воздухонагреватель соединяют с системой водяного отоп­ления здания параллельно (рис. 10.11, б). Регулирование и полное выключение подачи воды в воздухонагреватель при этом не отражаются на действии основной системы отопле­ния, но площадь нагревателя возрастает вследствие пони­жения средней температуры и скорости движения воды. Расход греющей воды в таком воздухонагревателе опреде­ляется по формуле (4.3).

Теплоаэродинамический расчет рециркуляционного воз­духонагревателя заключается в выборе размеров канала и площади нагревателя, достаточных для необходимой тепло­передачи и создания усиленной циркуляции воздуха в по­мещении (не менее однократной по формуле (10.23)1.

Зная тепловую нагрузку, расход и температуру греющей воды и задаваясь размерами канала, можно найти темпера­туру и скорость движения горячего воздуха в канале.

Температура горячего воздуха Tc, °С, в канале глуби­ной Ьк при расчетной высоте H (см. рис. 10.10, б) определя­ется по формуле

, I ЯО. ЭцЧ»/»/ Ч у/з. 0 _

Скорость движения горячего воздуха vr, м/с,

Где qx — тепловая мощность, кВт, приходящаяся на единицу длины нагревателя; f> — коэффициент объемного расширения воздуха; 2 £ — сумма коэффициентов местного сопротивления по пути дви­жения воздуха в рециркуляционном воздухонагревателе.

В процессе конструирования рециркуляционного воз­духонагревателя с выбором размеров нагревателя проводят аэродинамический расчет для уточнения расхода рецирку - лирующего воздуха.

Аэродинамический расчет основан на равенстве естест­венного циркуляционного давления, возникающего лри нагревании воздуха, аэродинамическим потерям давления в рециркуляционном нагревателе

Дре = Дрс. (10,29)

Равенство (10.29) аналогично выражению (7.5) для водяного отопления.

Естественное циркуляционное давление, создающее движение воздуха, находят в соответствии с формулой (7.4)

APe = gM Ра-Рг). (Ю. ЗО)

Плотность воздуха в интервале температуры от 15 до 60 °С уменьшается в среднем на 0,0036 кг/м3 при увели­чении температуры на 1 °С. Принимая это значение для расчета, с учетом формулы (10.1) получим

&ре =0,0036^ (/г-*а)= 0,0036^ (Ю.31)

Со0Т

Где G0T — расход рециркуляционного нагретого воздуха, кг/с, предназначенного для отопления помещения.

Аэродинамические потери давления в рециркуляцион­ном воздухонагревателе слагаются из потерь давления в канале и нагревателе

Дрс = Дрк + Дрн. (10.32)

Пренебрегая весьма малыми потерями давления, воз­никающими при трении о стенки канала воздуха, движу­щегося с низкой массовой скоростью [ср=1—1,5 кг/(с-м4)], найдем потери давления в канале

(ю. зз)

Где А к—площадь поперечного сечения канала, ма.

Потери давления в нагревателе описываются зависимо­стью, устанавливаемой в результате обработки экспери­ментальных данных

&рв = т(ор)Р = Т(^у, (10.34)

Где Ад — площадь живого сечения нагревателя по воздуху, м2; Tn, Р — экспериментальные числовые показатели.

Подставляя найденные выражения в равенство (10.29), получим уравнение для определения расхода рециркуля­ционного нагретого воздуха

0,0036^=.| (10.35)

Уравнение легко решается при р=2, в других случаях расход подбирается. Решение уравнения (10.35) возможно также относительно высоты h, если задаться температурой горячего воздуха и этим самым предопределить его расход.

Рассмотрим примеры расчета рециркуляционных воз­духонагревателей для крупного помещения с нагревате­лем — калорифером и для лестничных клеток с нагрева­телем — ребристыми трубами.

Пример 10. 8. Рассчмаем предвключенный рециркуляцион­ный воздухонагреватель для поддержания в помещении объемом 630 м3 температуры /в=18 °С, если тепловые мощности нагревателя 15 кВт, основной системы отопления 225 кВт, расчетная темпера­тура теплоносителя воды <!=150°С, /а=70°С.

1, Расход греющей воды в воздухонагревателе находим по формуле (10,26)

П 15 + 225 - 0 72 кг/с 4,187 (150 — 70) КГ/С'

2. Температуру воды, выходящей из воздухонагревателя, вычисляем по формуле (10.25)

^ = 150-ОТЖГ2=150-5=145°С-

Следовательно, средняя температура греющей воды в воздухо­нагревателе равняется 0,5 ((150+145)= 147,5 °С.

3. Задаемся температурой нагретого воздуха fr=60°C и массо­вой скоростью воздуха в канале ар= 1,2 кг/(с-м2). Тогда количество воздуха для отопления помещения по формуле (10. l) будет равно

1,005 (60-18) КГ/С-

4. Кратность воздухообмена в помещении при этом с учеюм формул (10.3) и (10.23) составит

, L„ _____ Gor _0,36-3600 V„ pBVn 1,213-630

Т. е. является приемлемой для воздушного отопления.

5. Требуемая площадь поперечного сечения канала н живого сечеиия воздухонагревателя по воздуху при выбранной массовой скорости должна равняться

А - А —£<2.-^-0 ЗД Лк~Лн—ф—Tj-u, c!u м '

6. Выбираем по справочнику многоходовой пластинчатый калорифер типа КВС-П, имеющий необходимую площадь живого сечення по воздуху А н= 0,3033 м3, а именно КВС10-П площадью нагревательной поверхности 25,08 м2 и длиной 1155 мм. Тогда глубина канала при его ширине 1155 мм (равной длине на1ревателя) составит

BK = AJlK = 0,30/1,155 = 0,26 м.

7. Зная коэффициенты местного сопротивления при входе и выходе воздуха нз канала (с поворотом потока), составляющие £„=0,6+1,3=1,9, найдем потерн давления в канале _по формуле (10.33) при средней плотности воздуха р= 1,13 кг/м3

ДРК^^Р^зТЛЗ1'22^1'2 Па-

8. Потери давления в воздухонагревателе вычислим по форму­ле вида (10.34), выбранной по справочнику для пластинчатого кало­рифера типа КВС-П

Дрн=2,16 (ур)1,в2 = 2,16- 1>21,в2=2,9 Па, '

Правильность выбора площади нагревательной поверхности калорифера можно проверить по формуле (6.1).

9. Расчетную высоту канала (вертикальное расстояние между середннамн калорифера и воздуховыпускиого отверстия) определим из формулы (10.31) прн условии, выраженном равенствами (10.29) и (Ю.32)

Дре = Л/7в + Д/7н = 1,2 + 2,9 = 4,1 Па;

,, _■ 4J__________

0,0036g(<r—fB)—0,0036-9,81 (60—18) *

10. Температуру нагретого воздуха проверяем по формуле (10 27) при глубине канала 6К=0,26 м и расчетной высоте H= 2,8 м, учитывая, что тепловая мощность нагревателя приходится на 1,155 м его длины

( _ jg_j_ /______ 0,9-15 V'3 ( 6,45-273 Ч»_

,1,005-1,044-0,26-1,155/ ^2-9,81-2,8, = 18 + 39 = 57 °С.

Температура получилась достаточно близкой к первоначально принятому значению /Г=60°С. Сумма коэффициентов местного сопро­тивления рециркуляционного воздухонагревателя при расчете принята равной

Sg = gK+ЈH = gK+^i=l,9+2'';|2322'9=l,9+4,55 = 6,45.

11. Скорость движения нагретого воздуха в канале по формуле (10.28)

/ 0,9-15-2-9,81 -2,8 i/»_ Уг_1,005-1,13-0,26-6,45-273-1,155/ ' М/С

Также близка к предварительно выбранной скорости. Следует отме­тить, что проверка по пп. 10 и 11 не является обязательной

Пример 10.9. Рассчитаем предвключенные рециркуляционные воздухонагреватели для отопления четырех лестничных клеток пятиэтажного жилого здания, если теплопотери здаиня, включая лестничные клетки, составляют 200 кВт, отдельно одной лестничной клетки 6,5 кВт, расчетная температура теплоносителя воды /j= = 150 °С, T2=70 °С, Ta= 16 °С. Высота канала воздухонагревателя 1,5 м.

1. Расход высокотемпературной воды на вводе в здание нахочнч по формуле (10.26)

^ 200 м,

4,187 (150—70)= КГ/С"

2. Выбираем попарно последовательное соединение теплопрово­дов воздухонагревателей по схеме, приведенной на рис. 10 12. Тогда температура воды, выходящей из воздухонагревателей 2 а 3, По формуле (10.25)

^150- 4,18760!5.0,6-15°-5-2-И4'8°С; температура воды, выходящей из воздухонагревателей 1 и 4 = 150—5,2-2= 139,6 °С.

3. Принимаем в качестве нагревателей круглые ребристые трубы (наружный диаметр ребер 175 мм, диаметр канала для теп­лоносителя 70 мм) — см, рис. 4.7.

Рис. 10.12. Схема теплопроводов рециркуляционных воздухонагревателей для отопления лестничных клеток жилого здания с элеваторной системой водяного отопления (к примеру 10.9)

1 — 4 — рециркуляционные воздухонагреватели

Скорость движения воды в канале ребристых труб 0,5-0,6-4

950-3,14-0,072'

4. Расчет проведем для воздухонагревателей 1 и 4 при пони­женной температуре греющей воды. Задаваясь скоростью движения Воздуха в живом сечении ребристой трубы 1>=1 м/с, определяем по графику в специальной литературе * коэффициент теплопередачи &1)р=10,7 Вт/(м2-°С). Вычисляем требуемую площадь нагреватель­ной поверхности ребристых труб

Qn в 6,5-1000

- ___________________ у. и ^ ' ЕС 2

&пр Atcv~ 10,7(142,2—33) ' м '

Где Д/ср находим по формуле (4.17) при tcp ВД=0,5Х (144,8+139,6)= = 142,2 °С и /ср. „3=0,5 (50+16)=33 °С, принимая температуру наг­ретого воздуха *Г=50°С.

5. Выбираем две ребристые трубы длиной по 1,5 м для уста­новки в два яруса общей площадью 6 м2. Получаем площадь жи­вого сечения нагревателя по воздуху Лн=0,15 м2, воздушного ка­нала Лк=0,18< 1,83=0,33 м? (ширина канала 6=0,175+0,005= = 0,18 м — см. рис. 10.10, б, длниа 1,83 м с учетом калача).

6. Напишем, используя выражение (10.35), уравненне для определения расхода циркулирующего воздуха в воздухонагрева­теле с ребристыми трубами

^ <,0'36)

= 0,082 м/с.

Где £н — коэффициент местного сопротивления нагревателя, опре­деляемый для ребристых труб в зависимости от числа ярусов п но эмпирической формуле

КиоЕ: <<

£р. т=2,3л—1,5. (10,37)

Щекин Р. В. и др. Расчет систем центрального отопления.— «Вища школа», 1975 (рис. 59).

Подставляя в уравнение (10.36) значения 1+1,3=2,3 и С р Т=*2,3-2—1,5=3,1, а также другие известные величины, най­дем GOT=0,17 кг/с. Воздухообмен в лестничной клетке при этом получается близким к двухкратному в 1 ч.

7. Определим действительные значения скорости движения воздуха в жнвом сечении ребристой трубы

У=!7ЖлЬг0'98 м/с

И температуры нагретого воздуха по формуле (10.4)

^=16+пет7=16+38=54°с-

8. Фактическая тепловая мощность воздухонагревателей 1 к 4 При уточненном значении коэффициента теплопередачи fenl>= = 10,6 Вт/(м2 -°С) составит

Qp. b =KnpA AtcР= 10,6-6,0 [142,2—0,5 (16+54)] = 6818 Вт,

Т. е. больше заданной на 5%. Для воздухонагревателей 2 и 3 запас тепловой мощности увеличивается до 10%.