Как выполняется расчёт мощности калорифера вентиляции
Эффективная работа вентиляции зависит от правильного расчёт и подбора оборудования, так как эти два пункта взаимосвязаны между собой. Подбор мощности невозможен без определения типа вентилятора, а расчёт температуры внутреннего воздуха бесполезен без подбора калорифера, рекуператора и кондиционера. Определение параметров воздуховода невозможно без вычисления аэродинамических характеристик. Расчёт мощности калорифера вентиляции ведётся по нормативным параметрам температуры воздуха, и ошибки на этапе проектирования приводят к увеличению затрат, а также невозможности поддержать микроклимат на требуемом уровне.
Содержание
Определение
Калорифер (более профессиональное название «канальный нагреватель») — универсальный прибор, используемый во внутренних системах вентилирования для передачи тепловой энергии от нагревательных элементов к воздуху, проходящему через систему полых трубок.
Канальные нагреватели различаются способом передачи энергии и разделяются на:
- Водяные — энергия передаётся через трубы с горячей водой, паром.
- Электрические — тэны, получающие энергию от центральной сети электроснабжения.
Существуют также калориферы, работающие по принципу рекуперации: это утилизации тепла из помещения за счёт его передачи приточному воздуху. Рекуперации осуществляется без контакта двух воздушных сред.
Более подробная информация об устройстве и нормативных данных СНиП и ГОСТ представлена в статье «Описание калориферов и узлов обвязки приточной вентиляции».
Электрический калорифер
Основа — нагревательный элемент из проволоки или спиралей, через него проходит электрический ток. Между спиралями пропускается холодный уличный воздух, он нагревается и подаётся в помещение.
Электрокалорифер подходит для обслуживания вентсистем небольшой мощности, так как особого расчёта для его эксплуатации не требуется, поскольку все необходимые параметры указываются производителем.
Главный недостаток этого агрегата — инерция между нагревательными нитями, она приводит к постоянному перегреву, и, как следствие, выходу прибора из строя. Проблема решается установкой дополнительных компенсаторов.
Водяной калорифер
Основа водяного калорифера — нагревательный элемент из полых металлических трубок, через них пропускается горячая вода или пар. Наружный воздух поступает с противоположной стороны. Проще говоря, воздух движется сверху вниз, а вода — снизу вверх. Таким образом, пузырьки кислорода удаляются через специальные клапаны.
Водяной канальный нагреватель используется в большей части крупных и средних вентиляционных систем. Этому способствует высокая производительность, надёжность и ремонтопригодность оборудования.
Кроме нагревательного элемента в состав системы входит узел обвязки: (обеспечивает подвод теплоносителя к обменщику), насос, прямые и обратные клапаны, запорная арматура и блок для автоматического управления. Для климатических зон, где минимальная температура зимой опускается ниже нуля, предусматривается система предотвращения замерзания рабочих трубок.
Расчёт мощности
Методика вычисления заключается в подборе аппарата с такими параметрами, чтобы на выходе температура воздуха соответствовала нормативным значениям, а запас мощности позволял бесперебойно работать при пиковых нагрузках, но при этом не страдала кратность и скорость воздухообмена. Проектировщик начинает рассчитывать мощность только после получения всех исходных данных:
- Объёма воздуха, проходящего через аппарат за единицу времени. Измеряется соответственно кг/ч или м3/ч.
- Температуры приточки. Берётся минимальное значение для зимнего периода.
- Требуемой по нормам или индивидуальным пожеланиям заказчика температуре воздуха на выходе.
- Максимальной температуре, до которой может нагреться тепловой носитель.
Правила вычислений
Теплотехнический расчёт канального нагревателя начинается с определения двух параметров: первый — площадь поперечного сечения тепловой установки; второй — мощность, необходимая для нагрева поверхности заданного размера.
Площадь вычисляется по формуле:
Aф = Lp / 3600×(ϑρ), где
L — максимальное значение приточки для поддержки параметров вытяжки, м3/ч; Р — нормативная плотность воздуха, кг/м3; Θρ — скорость движения воздуха на каждом участке, определяемая из аэродинамического расчета.
Полученное значение подставляется в таблицу, где указаны возможные варианты сечения калориферов, значения округляется в большую сторону.
Формула скорости воздушных масс, необходимая для подбора площади нагревательного элемента, следующая:
ϑρ = Lρ / 3600×Аф.факт
На следующем этапе определяется объем тепловой энергии, необходимый для прогрева приточки:
Q = 0.278×Gc× (tп — tн), где
Q — объём тепловой энергии, Вт; G — расчётный показатель расхода воздуха, кг/ч; с — удельная теплоёмкость, в данном случае берётся 1.005 кДж/кг °С; tп — температура приточки, °С; tн — температура воздуха на входе.
Расход воздуха G = Lρн. Это связанно с местом установки вентилятора. Он находится до калорифера, а, следовательно, используется нормативное значение плотности воздушных масс снаружи помещения.
Далее вычисляются затраты горячей воды на отдачу тепла холодному:
Gw = Q / cw×(tг — t0), где
cw — тепловая ёмкость воды, кДж/кг °С; tг — температура теплоносителя (воды),0С; t0 — расчётная температура воды в обратном трубопроводе,0С.
Теплоемкость жидкости можно узнать из справочной литературы. Параметры теплового носителя зависят от параметров среды.
Зная Gw, можно вычислить скорость движения воды по трубам:
w = Gw / 3600×ρw×Aф, где
Aф — размер сечения теплообменника, м²; ρw — плотность воды при средней температуре теплового носителя, 0С.
Средняя температура:
(tг + t0) / 2
Рассчитать скорость движения теплоносителя можно по формуле, указанной выше. Она справедлива для простой системы последовательного подключения нагревательных элементов. В случае использования параллельной схемы, толщина трубопровода увеличится в два или более раз, а средняя скорость движения уменьшится.
Кроме подбора калорифера выполняется расчёт тепловых потерь по укрупнённым показателям. Основная формула:
Qзд=q×V× (tп-tн), где
q — тепловая характеристика объекта, Вт/(м3ּоС); V — объём объекта по внешней стороне ограждающих конструкций, м3; (tп-tн) — разность температуры основных помещений, оС.
Расчёт поверхности нагрева
Основная формула площади нагревательной поверхности канального устройства:
Amp = 1.2Q / K× (tср.т — tср.в), где
К — коэффициент передачи тепла от калорифера холодному воздуху, Вт/(м°С); tср.т — средний показатель температуры теплового носителя, 0С; tср.в — средний показатель температуры приточки, 0С; число 1,2 — коэффициент запас. Вводится в связи с остыванием воздуховодов.
На последнем этапе определяется, сколько тепла может выдать канальный нагреватель:
Qфакт = К× (tср.т — tср.в)×Nфакт×Ak
Особенность методики для паровых нагревателей
Принцип вычислений не меняется. Отличие только в способе определения расхода теплового носителя для нагрева холодного воздуха:
G = Q / r, где
r — тепловая энергия, получаемая в процессе конденсации пара.
Обвязка
Калорифер в системе вентилирования обвязывается двумя способами:
- Двухходовыми вентилями.
- Трёхходовыми вентилями.
Более подробно о специфике в статье «Описание калориферов и узлов обвязки приточной вентиляции».
Подбор электрического калорифера
Для установки электрокалорифера не требуется специальный расчёт расхода тепла на работу вентиляции, но необходимо знать два параметра:
- Расход воздуха.
- Температуру на выходе из системы прогрева.
Производители указывают их в техническом паспорте на устройство.
Система рекуперации
Прямой нагрев воздуха за счёт только энергии нагревательных элементов — это не самый экономичный и практичный вариант устройства отопления вентсистемы. Система рекуперации за счёт замкнутого цикла работы значительно снижает теплопотери. Её работа основана на теплоизбытках, а точнее — энергии отработанных воздушных масс.
Общая схема устройства выглядит так: приточка и вытяжка проходят через один блок, и тепловыделения от исходящих воздушных потоков частично передаются входящим. За счёт использования теплопритоков снижается нагрузка на остальные системы отопления.
Монтаж системы отопления с рекуперацией стоит дороже, чем аналогичный, но без неё. Затраты быстро окупаются в регионах, где отопление подвергается значительной тепловой нагрузке ввиду продолжительной зимы.
Подведем итоги
За помощью в подборе и расчёте канального нагревателя лучше обратиться в специализированную организацию.
Компания «Мега.ру» оказываете комплексные услуги в сфере проектирования вентиляции и других инженерных систем. Грамотные инженеры ответят на любые вопросы по телефонам, указанным на странице «Контакты». Компания работает в Москве и соседних регионах, так же практикуется удалённое выполнение заказов на всей территории РФ.
