Конструкция рециркуляционного воздухонагревателя
![](https://proizvodim.com/wp-content/themes/Pacifica/images/date.png)
![](https://proizvodim.com/wp-content/themes/Pacifica/images/user.png)
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
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%.