Лого - Кондиционеры и сплит-системы
Cамые лучшие сплит-системы, кондиционеры, системы отопления и вентиляции для Вашего дома!
Статьи



12. НАГРЕВАНИЕ ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ. ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ
  [Раздел: Вентиляция и кондиционирование воздуха / Дата: 27.5.12 21:03]

12.1. Способы и расчет нагревания воздуха

В холодный и переходный периоды года возникает необходимость в нагревании забираемого снаружи вентиляционного воздуха. При отсутствии в вентилируемых помещениях тепло-избытков приточный воздух подогревают до температуры, равной нормированной температуре внутреннего воздуха помещений. Потери теплоты через ограждения компенсируются в этом случае системой отопления. Если же отопление совмещено с приточной вентиляцией, то температура приточного воздуха должна быть выше температуры воздуха в помещениях для обеспечения отопления. При наличии в помещениях теплоизбытков температура приточного воздуха должна быть ниже расчетной температуры воздуха в помещениях для обеспечения ассимиляции теплоизбытков.

Температура приточного воздуха зависит от способа и высоты его раздачи, она должна определяться расчетом приточных струй, исходя из условий обеспечения в рабочей зоне нормируемых метеорологических параметров воздушной среды. Изменение температуры приточного воздуха при его движении в помещении от приточных отверстий до рабочей зоны также определяется расчетом.

Приточный воздух нагревается путем сообщения ему явной теплоты. Расход теплоты Q, кДж/ч, на нагревание вычисляется по формуле

12.2. Калориферы

В системах механической вентиляции нагревание приточного воздуха, как правило, осуществляется калориферами.

Классифицировать применяющиеся в настоящее время калориферы можно по нескольким признакам. По виду теплоносителя различают калориферы водяные, паровые, электрические. В свою очередь водяные и паровые калориферы подразделяются по виду поверхности на гладкотрубчатые и ребристые, по характеру движения теплоносителя — на одноходовые и многоходовые. По количеству рядов труб выпускаемые в настоящее время калориферы делятся на две модели:

среднюю (С) с тремя рядами труб и большую (Б) — с четырьмя рядами. Водяные и паровые калориферы в настоящее время получили преимущественное распространение. Нагревание воздуха происходит в них в основном за счет конвективной передачи теплоты при обтекании воздухом теплопередающей поверхности.

Основные элементы конструкции калориферов показаны на рис. III.20. Теплоноситель (вода или пар) поступает через штуцер 1, проходит по трубкам 4 и удаляется через штуцер 5. Нагреваемый воздух обтекает внешние поверхности труб.

По ходу движения воздуха трубки в калориферах могут располагаться в коридорном или в шахматном порядке. В последнем случае обеспечиваются лучшие условия теплопередачи, однако вместе с этим возрастает и сопротивление движению воздуха.

В одноходовых калориферах доступ теплоносителя из распределительных коробок открыт во все трубки и теплоноситель проходит по ним между распределительной и сборной коробками один раз.

Коробки многоходовых калориферов (рис. III.21) имеют поперечные перегородки, которые создают последовательное движение теплоносителя по трубкам. В таких калориферах скорость движения теплоносителя в трубках при одинаковом расходе по сравнению с одноходовыми больше, в связи с чем интенсивность теплопередачи возрастает. В то же время живое сечение трубок меньше, следовательно, больше сопротивление движению теплоносителя.

В ребристых калориферах наружная поверхность труб имеет оребрение, благодаря чему площадь теплопередающей поверхности увеличивается. Количество трубок у ребристых калориферов меньше, чем у гладкотрубчатых, но теплотехнические показатели выше. Последнее обстоятельство послужило причиной того, что в настоящее время применяются, как правило, ребристые калориферы, серийно выпускаемые отечественной промышленностью.

Оребрение поверхности трубок выполняется различными способами. В пластинчатых калориферах (рис. 111.20) ребра образованы стальными пластинами, насаженными на трубки. Трубки калориферов могут иметь круглое или овальное сечение, пластины могут охватывать одну или несколько трубок и по своей форме быть прямоугольными или круглыми.

Нашей промышленностью выпускаются пластинчатые калориферы нескольких марок: одноходовые — КФС и КФБ, К3ПП и К4ПП; многоходовые — К3ВП и К4ВП, КВС-П и КВБ-П и др.

В спирально-навивных калориферах ребра на трубках образуются навивкой стальной ленты. При этом за счет большого усилия при навивке обеспечивается плотный контакт между трубкой и лентой, что улучшает условия теплопередачи. Однако при такой конструкции ребер сопротивление движению воздуха больше, чем у пластинчатых калориферов. В настоящее время находят широкое применение спирально-навивные (оребренные) калориферы КФСО (средней модели) и КФБО (большой модели).

В электрокалориферах (рис. III.22) нагревательным элементом служат трубки (иногда с оребрением для увеличения поверхности теплоотдачи), внутри которых находится омическое сопротивление. Трубки располагаются в несколько рядов в шахматном порядке и омываются нагреваемым воздухом. Мощность электрокалориферов, выпускаемых как секции к центральным кондиционерам, составляет 10, 50, 150 и 200 кВт, питание осуществляется электрическим током 220 и 380 В. Конструкция электрокалориферов предусматривает возможность регулирования теплоотдачи за счет включения части мощности по сравнению с номинальной.

В калориферной установке, предназначенной для нагревания воздуха, может быть несколько калориферов, которые по ходу движения воздуха располагаются последовательно, параллельно или по смешанной схеме. Как правило, в одной калориферной установке калориферы принимаются одинаковыми по типу и размеру.

Постановка калориферов последовательно один за другим применяется в случае необходимости нагрева воздуха на большую разность температур. При таком соединении калориферов средняя массовая скорость (vρ)ср, кг/(м2•с), движения воздуха в живом сечении установки определяется так же, как и для одного калорифера:

Расчетная средняя теплоотдача одного калорифера при установке, состоящей из п приборов, может быть принята

Установку калориферов параллельно с подачей нагреваемого воздуха одновременно во все приборы целесообразно применять в случае больших количеств воздуха, нагреваемых на небольшой перепад температур. Если калориферная установка состоит из m параллельно установленных калориферов, то массовая скорость воздуха через установку и расчетная теплоотдача одного прибора определяются выражениями:

В случае больших расходов воздуха, нагреваемых на значительную разность температур, калориферы устанавливаются по смешанной схеме, при которой несколько параллельных рядов калориферов располагаются последовательно один за другим. Скорость прохождения воздуха через такую установку будет определяться живым сечением калориферов, расположенных в одном ряду, а необходимая теплоотдача каждого калорифера может быть найдена по формуле

Использование для конкретных условий различных схем установки калориферов дает различные эксплуатационные и строительные экономические показатели. Поэтому окончательный вывод об экономичности того или другого способа соединения калориферов в группу можно получить в результате сравнения расходов на строительство, ремонт и стоимость затрачиваемой энергии.

Решающим фактором чаще всего является все же необходимый перепад температур воздуха в установке и конструктивные соображения. Так, в центральных кондиционерах предусматривается последовательная схема расположения калориферов по ходу движения воздуха. В установках, состоящих из паровых калориферов, предусматривается обводный канал с клапаном, необходимый для регулирования теплосъема с калорифера. Изменяя соотношение количества воздуха, проходящего через калорифер, и воздуха, идущего в обход его, добиваются получения необходимой температуры смеси из калорифером. Для паровых калориферов такое устройство регулирования их теплоотдачи оказывается необходимым, так как регулировка теплосъема путем изменения температуры пара практически исключается.

В установках водяных калориферов устройство обводного канала необязательно, так как регулирование теплоотдачи калориферов может быть осуществлено путем изменения температуры теплоносителя. Однако и здесь при наличии обводного канала улучшаются условия регулирования теплосъема и в ряде случаев повышается экономичность системы.

По ходу движения теплоносителя различают такие же три схемы подключения, что и при установке калориферов по ходу движения воздуха. При этом включение калориферов в сеть для подачи теплоносителя может быть произведено различными способами независимо от расположения их по ходу движения воздуха. При последовательном включении калориферов в тепловую сеть их живое сечение по теплоносителю — воде меньше, чем при параллельном, а следовательно, скорость движения теплоносителя больше.

Если в качестве теплоносителя применяется вода, то увеличение скорости ее движения вызывает интенсификацию теплопередачи, но вместе с тем требует большего напора в сети. Поэтому в разных условиях применяются различные схемы подключения калориферов к трубопроводам.

При теплоносителе — паре увеличение скорости его движения не оказывает существенного влияния на увеличение интенсивности теплопередачи. Кроме того, при последовательном подключении теплоотдача второго и последующих калориферов может резко упасть в связи с превращением пара в конденсат в первом калорифере. В связи с этим обычно паровые калориферы подключаются в сеть параллельно. Направление движения пара в калорифере принимается сверху вниз.

12.3. Расчет калориферов

Расчет и конструирование калориферной установки сводятся к определению необходимой площади теплоотдающей поверхности, числа калориферов и варианта их компоновки, а также способа подключения к трубопроводам теплоносителя. Одновременно с этим определяются сопротивления проходу воздуха через калорифер и теплоносителя по трубам, необходимые для гидравлических расчетов системы.

Требуемая площадь поверхности нагрева калориферов F, м2, определится по формуле

Средняя температура теплоносителя воды в трубках определяется как среднеарифметическое значение температур ее на входе (tг) и на выходе (t0) из калорифера. При теплоносителе— паре в качестве tcp.т принимается температура насыщения пара при данном его давлении в трубках.

Средняя температура нагреваемого воздуха — это среднеарифметическое значение между ее начальным значением tнар, равным расчетной температуре наружного воздуха tнар, и конечным значением tкон, соответствующим температуре приточного воздуха tпр. При этом в расчетах общеобменной вентиляции температуру наружного воздуха (если нет рециркуляции внутреннего воздуха) принимают по параметрам А в зависимости от района в соответствии с СНиП II-33—75, а температуры горячей (tг) и обратной (t0) воды—по температурному графику воды в системе теплоносителя.

Коэффициент теплопередачи к является сложной функцией многих переменных. Многочисленные исследования позволили установить следующий общий вид этой функции:

при теплоносителе — воде

при теплоносителе — паре

где В, С, п, т, r — коэффициенты и показатели степеней, зависящие от конструктивных особенностей калорифера; w — скорость движения воды в трубах, м/с; v — скорость воздуха, м/с.

Обычно при расчетах сначала задаются скоростью движения воздуха (vρв)ср, ориентируясь на ее оптимальное значение в пределах 7—10 кг/(м2•с). Затем по ней определяют живое сечение и подбирают конструкцию калорифера и установки.

Из технических данных видно, что калориферов с требуемой площадью нет, поэтому ставим два калорифера параллельно. Из технических данных выписываем значения поверхности нагрева F, м2, живого сечения по воздуху fж, м2, сечения трубок tтр, м2, и массы, кг.

Все данные записываем в расчетный бланк (табл. III.5) и далее ведем расчет по таблице.

4. Вычисляем фактическую массовую скорость (vρB)cp по формуле (III.31) для всех принятых калориферов для фактических значений fж.

5. Находим скорость движения воды в трубах w по формуле (III.37); при этом температуры воды на входе tг на выходе t0 из калорифера принимаем по температурному графику: при tнар.в=-23 °С, температура tг=125 °С, t0=61 °С.

6. По значениям (vρB)cp и w по табл. III.4, по экспериментальным данным или данным заводов-изготовителей берем коэффициент теплопередачи к.

7. Определяем фактическую теплопроизводительность калориферов Q из формулы (III.34). Из расчета видно, что требуемую теплопроизводительность имеет только калорифер марки КФБО-11; для всех остальных требуется последовательная установка 2—3 рядов калориферов.

8. Вычисляем расход воды при последовательном подключении теплоносителя по формуле (II.38):

9. Окончательно принимаем два калорифера КФБО-11, устанавливаем их параллельно, так как по запасу теплопроизводительности (около 15 %) и по массе такая установка имеет наилучшие показатели и занимает наименьший объем.

12.4. Системы воздушного отопления

При воздушном отоплении в помещения для возмещения потерь теплоты подается некоторое количество воздуха G, кт/ч, нагретого до температуры tпр, более высокой, чем температура воздуха в рабочей зоне помещений tв. Приточный воздух, проходя по помещению и охлаждаясь до tух, отдает необходимое для отопления количество теплоты, кДж/ч:

Если воздух удаляется из зоны не выше 3—4 м, то tух=tв.

Этого количества теплоты должно быть достаточно для возмещения потерь теплоты из помещений:

В зависимости от соотношения величин Qпот и Qвыд в различное время года в помещениях может требоваться либо отопление, либо вентиляция с целью охлаждения.

Воздушное отопление позволяет в случае необходимости обеспечить при помощи одного устройства и отопление, и вентиляцию, что в ряде случаев приводит к снижению строительных затрат и одновременно обеспечивает высокие санитарногигиенические условия воздушной среды помещений. К другим достоинствам систем воздушного отопления по сравнению с системами центрального водяного и парового отопления относятся: меньшая металлоемкость; малая инерционность, дающая возможность получения быстрого отопительного эффекта при внезапных охлаждениях помещений (открывании ворот, внесении холодных массивных изделий, снижении тепловыделений оборудования и т. д.); более равномерное распределение температур в рабочей зоне крупногабаритных помещений. Указанные достоинства способствуют распространению систем воздушного отопления в промышленных и других зданиях.

К недостаткам систем воздушного отопления, ограничивающих их распространение, следует отнести: необходимость увеличения сечений воздуховодов и каналов для транспортирования с помощью воздуха больших количеств тепла (в силу малой теплоемкости воздуха); значительные потери тепла при транспортировании нагретого воздуха по каналам большого сечения; эксплуатационные расходы в связи с дополнительной потребностью в электроэнергии для привода вентиляторов.

В целях достижения большей теплопроизводительности при данном расходе воздуха его температуру fпp следует назначать возможно большей. Максимальное значение температуры приточного воздуха ограничивается нормами и зависит от способа его раздачи: при подаче воздуха в обслуживаемую зону на расстоянии 2 м от рабочих мест его температура не должна превышать 45 °С, при выпуске воздуха на высоте более 3,5 м от пола — 70 °С; при непосредственном длительном воздействии струи подогретого воздуха на людей его температура принимается не более 25 °С.

Существенным недостатком систем воздушного отопления для жилых зданий является наличие холодных токов воздуха от поверхностей, особенно окон и наружных стен из-за отсутствия радиаторов.

По общему компоновочному оформлению, месту приготовления воздуха и способу его раздачи в отдельные помещения различают:

системы централизованного воздушного отопления (центральные системы) с приготовлением воздуха в нагревательном центре и последующей его раздачей по помещениям через сеть воздуховодов;

системы местного отопления (местные системы), использующие воздушно-отопительные агрегаты, предназначенные для отдельных помещений, в которых эти агрегаты обычно устанавливаются.

Центральные системы воздушного отопления могут быть с механическим (вентиляторные) и тепловым (за счет подогрева воздуха в тепловом центре) побуждением движения воздуха. По способу использования наружного воздуха они подразделяются на рециркуляционные, прямоточные и комбинированные.

В рециркуляционных системах (рис. III.23, а) воздух, забираемый из помещений, после нагревания в калорифере вновь возвращается в них для отопления.

Рассматриваемые системы обеспечивают только отопление, поэтому их применяют в помещениях, где не требуется вентиляция или где она осуществляется другими средствами (например, проветриванием). Использование таких систем запрещается там, где недопустим перенос специфических вредностей из одного помещения в другое через общий нагревательный центр.

Поскольку рециркуляционные системы предназначены только для отопления, расход воздуха в них в целях экономии мощности на привод вентиляторов должен приниматься минимальным, для чего температуру приточного воздуха следует назначать максимально допустимой. Расчетный расход воздуха Gрасч, кг/ч, следует определить по формуле

Прямоточные и комбинированные системы обеспечивают вентиляцию и отопление, поэтому могут быть названы системами отопления, совмещенными с вентиляцией.

В прямоточных системах (рис. III.23, б) используется только наружный воздух. Его расход должен быть определен исходя из потребностей вентиляции (см. гл. 10) и отопления (см. формулу (III.41)). В качестве расчетного следует принимать наибольшее значение. Если при этом окажется, что для вентиляции требуется расход воздуха Gвент>Gот, то необходимо Gрасч брать равным Gвент и произвести пересчет температуры приточного воздуха для обеспечения нужной теплопроизводительности при принятом расходе воздуха:

В комбинированных системах (рис. III.23, в) используется смесь наружного и рециркуляционного воздуха. Устраивать такие системы целесообразно в случаях, когда для расчетных условий количество воздуха для отопления больше, чем для вентиляции (Gот>Gвент). При этом общая производительность системы по воздуху Gрасч определяется из выражения (III.43). Количество наружного воздуха ограничивается потребностями вентиляции (Gнap= Gвент). Количество рециркуляционного воздуха подсчитывается по формуле

Комбинированные системы также могут работать по схемам рециркуляционной и прямоточной систем, что делает их удобными для помещений с переменной тепловой нагрузкой, т. е. с меняющейся потребностью в вентиляции (например, театров, клубов, промышленных цехов с переменной в течение суток нагрузкой и т. д.), а также для использования в различные периоды года.

Применение рециркуляции снижает расход тепла на подогрев воздуха в калориферах, поэтому наиболее экономична работа систем по рециркуляционной схеме, а наименее экономична работа по прямоточной схеме.

Расход теплоты в калориферах определяется выражением (III.28), где в качестве tнач принимается: для рециркуляционных систем —tв) для прямоточных — tнар; для комбинированных— температура смеси наружного и рециркуляционного воздуха.

Местное воздушное отопление при помощи специальных воздушно-отопительных агрегатов с механическим побуждением движения воздуха устраивается в производственных помещениях как самостоятельная система или дополнительная к основной (водяной или паровой). В последнем случае местная система предназначается для быстрого восстановления требуемой температуры воздуха в помещениях при их переохлаждении.

Воздушно-отопительный агрегат включает в себя (рис. III.24) калорифер, вентилятор с электродвигателем, воздухозаборное и воздуховыбросное устройства.

В зависимости от своей конструкции воздушно-отопительные агрегаты могут обеспечивать отопление или отопление и вентиляцию. В первом случае агрегат работает на рециркуляционном воздухе, во втором — на рециркуляционном и наружном. Агрегаты выпускаются как подвесные, так и для установки на полу.

Отопительно-вентиляционные агрегаты используются и для жилых зданий. В этом случае их размещают в подшивке под потолком коридора квартиры и прокладывают от них воздуховоды (каналы) для забора наружного воздуха и раздачи приточного воздуха по комнатам. Такие агрегаты имеют центробежные вентиляторы с электродвигателями мощностью 18 Вт, перемещают 85—170 м3/ч воздуха.

В летнее время воздушно-отопительные агрегаты могут работать на холодной воде и охлаждать воздух.

12.5. Воздушно-тепловые и воздушные завесы

Воздушно-тепловые завесы являются устройством, препятствующим врыванию холодного воздуха через проходы или проемы в ограждениях, которые в соответствии с технологическим процессом должны быть постоянно или в течение длительного времени открытыми (ворота промышленных цехов; входы в вестибюли общественных зданий; проемы, через которые проходят транспортеры и т. д.). Такие завесы дают возможность поддерживать в холодный период года в помещениях требуемый по нормам температурный режим без значительного расхода тепла на нагрев врывающегося холодного воздуха.

Воздушные завесы (без подогрева воздуха) устраиваются между помещениями с одинаковыми или близкими тепловыми режимами. Они используются для предотвращения доступа воздуха из одних помещений, в которых выделяются вредные пары или газы, в другие, где таких выделений нет.

Принцип действия воздушно-тепловых завес можно проследить по рис. III.25, где показана одна из возможных схем устройства такой завесы у входа в здание. Воздух забирается из верхней зоны вестибюля, подогревается в калориферах до 50°С, подается вентилятором в воздухораспределительную камеру и далее через воздуховод равномерной раздачи выпускается у двери. Выпуск воздуха осуществляется через щели или отверстия в воздуховоде. Образовавшаяся струя и создает вертикальную воздушную завесу, высота которой назначается до 1,6 м от пола. Выпуск воздуха может осуществляться снизу у двери или сбоку на нужную высоту. В воздушную завесу воздух подается от приточной вентиляции без дополнительного подогрева.

По принципу и эффекту действия завесы могут быть шиберного (шиберующего) и смесительного типов. В первом случае завеса максимально или полностью предотвращает (перекрывает) доступ воздуха в ограждаемое помещение; скорость воздуха из установки для создания таких завес должна быть высокой (до 25 м/с). Такие завесы устраиваются при низкой температуре наружного воздуха и частом открывании дверей. В установках смесительного типа происходит смешивание врывающегося холодного воздуха с нагретым воздухом тепловой завесы. В результате через дверь и завесу в помещение поступает теплый воздух, не создающий ощущения холодного дутья.

Расчет воздушных и воздушно-тепловых завес осуществляется по специальной методике. В результате расчета должны быть получены для шиберующих завес — необходимая скорость воздуха в струе, препятствующая прорыву в помещение наружного воздуха, а для смесительных завес — расход воздуха в струе, дающий необходимое количество тепла для получения нормативной температуры смеси.

Методика учитывает температуру врывающегося и внутреннего воздуха, интенсивность прохода людей через защищаемый вход, размеры и конструкцию входа, тепловой напор воздуха.

В.М. Гусев, Н.И. Ковалев, В.П. Попов, В.А. Потрошков
Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
Стройиздат, Ленинградское отделение, 1981

 





DAIKIN - Ростов-на-Дону, Ворошиловский просп., д. 52, т. +7(863) 290-4245
PANASONIC - Ростов-на-Дону, Стачки просп., д. 26, т. +7(863) 244-8344

Галерея схем и фото | Сайты - кондиционеры, системы отопления

©2007-2008 Климаткомфорт. Все права защищены.