10961

100

Для воздухонагревателей:

1.однорядные (1R);

2.полуторорядные (1.5R);

3.двухрядные (2R).

5.По виду применяемого материала:

1.стальные;

2.биметаллические (сталь+алюминий; медь+алюминий).

9.2. Конструктивное исполнение калориферов

Наиболее распространенная конструкция калориферов показана на рис. 9.1. В стальном кожухе установлены нагревательные элементы – тонкостенные (δст = 0,3…2,0 мм) металлические трубки. Концы трубок впаяны в трубные доски закрытые крышками с патрубками для подачи и отвода теплоносителя.

Свободное пространство между крышкой и трубной доской служит коллектором для равномерного распределения теплоносителя по трубкам.

Водноходовых теплообменниках теплоноситель проходит через зону теплообмена только один раз, двигаясь одновременно по всем трубкам в одном направлении.

Вмногоходовых в крышках устраивают перегородки, которые изменяют несколько раз направление движения теплоносителя. Перегородки позволяют изменять число ходов до восьми, в результате чего теплоноситель многократно проходит через зону теплообмена. Число ходов всегда четное, а входной и выпускной патрубки располагаются всегда с одной стороны (в отличие от одноходовых).

Калориферы могут иметь разную глубину теплообменной поверхности, которая определяется числом рядов трубок в направлении движения воздуха (рис. 9.2). С увеличением числа рядов трубок увеличивается площадь поверхности нагрева калорифера.

Всовременных воздухонагревателях для каркасно-панельных и блочных приточных установок одноходовое и многоходовое движение в пучках труб

101

организуется за счет использования трубных распределительных коллекторов

с индивидуальным присоединением к ним нагревательных трубок на калачах (рис. 9.3).

С помощью калачей трубки из одного ряда в определенном порядке соединяются с трубками других рядов, что позволяет реализовать больше разных схем взаимного движения теплообменивающихся сред.

Рис. 9.1 Конструкция калориферов

а – одноходовой; б – многоходовой; 1 – кожух; 2 – крышка; 3 – перегородка;

4 – трубный пучок; 5 – трубная доска (решетка)

102

Рис. 9.2 Схемы калориферов различной глубины а – трехрядного; б - однорядного

Рис. 9.3 Вариант калорифера с трубными коллекторами

а - внешний вид одноходового калорифера; б - внешний вид многоходового калорифера; в - основные элементы калорифера

1 - трубная доска; 2 - трубки; 3 - калач соединения трубок; 4 - крышка; 5 - входной патрубок; 6 - коллектор сборный; 7 - коллектор распределительный; 8 - выходной патрубок; 9 - трубки входа в коллектор

103

Расположение трубок в рядах по ходу движения воздуха может быть в

коридорным и шахматным, а при большем числе рядов - волнообразным

(рис. 9.4). Последний вариант обеспечивает лучшие условия теплоотдачи, вместе с тем возрастает и сопротивление движению воздуха.

Рис. 9.4 Варианты расположения отверстий в трубной доске а – коридорное; б – шахматное; в - волновое

Для увеличения площади теплоотдающей поверхности в калориферах используют оребренные трубки рис. 9.5). Число трубок в этом случае меньше, чем в гладкотрубных нагревателях, но теплотехнические показатели заметно выше.

Пластинчатые калориферы

состоят из металлических трубок (чаще стальных), на которые надеты стальные пластины различной формы. Трубки могут быть как круглыми, так и плоскоовальными. Для улучшения контакта между пластинами и трубкой вся конструкция оцинковывается. В современных калориферах применяют способ искусственной “турбулизации” потока воздуха.

Для этого пластины выполняют гофрированными с углом гофр 45о

относительно направления движения воздуха.

Стальные пластинчатые оцинкованные нагревательные элементы применяются, например, в калориферах типа КВС, КВБ, КПБ-П.

104

В современных воздухонагревателях используют и медные трубки, на которые насаживают алюминиевые пластины. Для уплотнения контакта в местах соединений через трубку в горячем состоянии протягивают металлический шарик большего диаметра, чем внутренний диаметр трубки.

Спирально-навивные калориферы имеют оребрение из стальной ленты небольшой толщины, навитой вокруг металлической трубки. Подобные нагреватели отличаются высокой индустриальностью производства, но имеют плохой тепловой контакт в местах соединения ребра и стенки трубки.

Накатные или биметаллическое оребрение получают путем насаживания на основную стальную трубку толстостенной алюминиевой трубки, по которой затем накаткой специальными роликами выполняют ребра.

Оребрение также может иметь гофры для турбулизации потока. При незначительном увеличении аэродинамического сопротивления значительно повышается интенсивность теплообмена.

Тепловой контакт в соединении достаточно хороший, но недостатком является возникновение в этих местах коррозионных процессов в силу различных электрохимических свойств стали и алюминия.

Подобное оребрение имеют калориферы КСк3 и КСк4.

9.3. Узлы управления калориферами

При изменении температуры наружного воздуха возникает необходимость в регулировании теплоотдачи калориферных установок. Регулирование проводят с помощью узла управления несколькими способами.

Первый способ регулирования, при котором изменяется расход теплоносителя, называется количественным. Один из его вариантов показан на рис. 9.6. Основным элементом в схеме является регулятор температуры 1 прямого действия. Изменение температуры обратного теплоносителя воспринимается термобаллоном 2. Теплочувствительная жидкость в нем, изменяя свой объем, вызывает перемещение сильфона 3, а вместе с ним и перемещение управляющего клапана 4, изменяющего сечение для прохода теплоносителя и его расход.

105

Рис. 9.6 Узел управления калорифером с изменением расхода теплоносителя 1 - регулятор температуры;

2 - термобаллон;

3 - сильфон;

4 - регулирующий клапан;

5 - пружина для предустановки

Второй способ - качественное регулирование тепловой мощности.

Управление нагревом воздуха происходит путем изменения температуры теплоносителя при неизменном его расходе через калорифер. В современных узлах управления часто отдают преимущество таким схемам с постоянным гидравлическим режимом, так как при этом уменьшается опасность замораживания калорифера и обеспечивается более точный контроль температуры приточного воздуха.

Рис. 9.7 Схемы узлов управления при качественном регулировании

а - с трехходовым клапаном; б- с проходным клапаном; в - схема трехходового смесительного клапана; г - схема проходного клапана; 1, 2, 3,

4 - характерные точки на циркуляционных контурах

106

Узлы с качественным регулированием позволяют изменять температуру входящего теплоносителя за счет подмешивания с помощью насоса части уже отработавшего (охлажденного) теплоносителя. Для этого на трубопроводе греющего теплоносителя устанавливают регулирующий клапан (проходной или трехходовой) с сервоприводом и смесительный насос - в малом циркуляционном контуре, образованном за счет устройства перемычки (рис. 9.7).

Во избежание полной остановки циркуляции греющего теплоносителя при закрытом клапане перед узлом смешения устраивают обходной трубопровод - байпас (на рисунке показан пунктиром). На нем размещают обратный клапан для предотвращения перетока теплоносителя.

Наиболее широко применяются узлы с трехходовым регулятором. При условии его правильного подбора удается получить максимально близкую к линейной характеристику управления, при которой изменение доли горячей воды, поступающей в калорифер, пропорционально ходу штока регулятора. Это гарантирует точность и устойчивость регулирования тепловой мощности калорифера во всем диапазоне температур наружного воздуха. Пример такой характеристики показан на рис. 9.8.

Установка вентиля по шкале на его щитке (0 - закрыто, 10 - полностью открыто)

Рис. 9.8 Характеристика управления узла с трехходовым клапаном

107

9.4. Расчет и подбор калориферов

Водяные воздухонагреватели (калориферы) рассчитывают в следующей

где Gв – массовый расход воздуха, проходящего через калорифер, кг/ч; св - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·оС);

tк – конечная температура на выходе их воздухонагревателя, оС;

1) Если в помещении отсутствуют теплоизбытки, то tк принимают равной расчетной температуре внутреннего воздуха помещения.

2) При наличии теплоизбытков tк принимают ниже расчетной внутренней температуры на 5…8 оС.

3) Если калориферная установка рассчитывается на совместную работу для нужд вентиляции и воздушного отопления, то значение tк определяют с

учетом нагрузки на отопление по зависимости : tк = tр.з. + [, ·GZ, где

в св

tр.з. - расчетная температура воздуха в рабочей зоне, оС;

\X- тепловая мощность (нагрузка) системы отопления, Вт.

tн – начальная температура на входе в воздухонагреватель, оС.

2. Предварительно задаются значением массовой скорости воздуха υρ =

2…10 кг/(с·м2). В начале расчета принимают υρ = 4…5 кг/(с·м2) [5].

Под массовой скоростью понимают массу воздуха в кг, проходящего через 1 м2

живого сечения воздухонагревателя за 1 с:

fв – площадь живого сечения для прохода воздуха (площадь фронтального сечения калорифера), м2.

Определяют необходимое фронтальное сечение калорифера:

3. По справочнику проектировщика по отоплению и вентиляции по значению fв подбирают один или несколько (параллельно по воздуху) калориферов выбранного типа так, чтобы суммарная площадь для прохода воз-

108

духа была приблизительно равна fв.

Определяют число параллельно (по воздуху) установленных калориферов:

n = fв / fв1,

где fв1 - фронтальная площадь одного принятого по справочнику калорифера, м2.

4. Определяют фактическую массовую скорость воздуха:

где fвфакт - фактическая (суммарная) площадь фронтального сечения принятого к установке калорифера, м2:

fвфакт = n · fв1.

5.Определяют массовый расход теплоносителя через один калорифер:

где fтр – площадь поперечного (живого) сечения трубок принятой модели калорифера (принимается по справочнику [5]), м2;

ρw - плотность теплоносителя, кг/м3.

109

7. По значениям фактической массовой скорости (п. 4) и скорости теплоносителя (п. 6) по справочнику проектировщика (либо справочным данным завода-изготовителя) определяют коэффициент теплопередачи калорифера k = f (υρ; w).

Примечание: из этой же таблицы выписывают значение аэродинамического

сопротивления калорифера ∆pa, Па, которое впоследствии необходимо учитывать при определении потерь давления в системе.

по которому определяют число принятых к установке калориферов nк с

обязательным учетом значения, принятого в п.3 расчета, т.е. должно выполняться условие nк ≥ n.

Fк − Fр 100% ≤ 10% .

Fр