Расчет и подбор калорифера. Как выбрать калорифер?

Статья посвящена поэтапному расчету тепловой мощности водяного калорифера КСК, а также подбору подходящей модели для объекта вентиляции или отопления на примере нагрева воздуха объемом 16000 м³/час, с использованием горячей воды. Далее представлены основные этапы и формулы для специалистов по вентиляции и климатическим системам .

Принципы расчета мощности калорифера

Для начала определяют массовый расход воздуха, который требуется подогреть. Его находят по формуле:
$G = L \cdot p$ , где

$L$ — объем воздуха (м³/ч)
$p$ — средняя плотность воздуха при расчетных температурах (кг/м³) .

Далее вычисляют тепловую мощность для нагрева воздуха:

$Q = G \cdot c \cdot (t_{кон} - t_{нач})$

$G$ — массовый расход (кг/ч)
$c$ — удельная теплоемкость воздуха при средней температуре (Дж/кг·°С)
$t_{нач}$ и $t_{кон}$ — температуры воздуха на входе и выходе .

Пример расчета

Для нагрева 16000 м³/ч воздуха с -25°C до +23°C, массовый расход составит:
$G = 16000 \cdot 1.30 = 20800$ кг/ч
Далее, тепловая мощность:

$Q = (20800/3600) \cdot 1005 \cdot (23 - (- 25)) = 278720 Вт$

В расчетах требуется учесть плотность и теплоемкость воздуха при средних условных температурах .

Определение фронтального сечения

После расчета мощности переходят к подбору площади фронтального сечения калорифера:

$f = G / v$

$v$ — расчетная массовая скорость воздуха (кг/м²·с), обычно задается диапазон 3—5 кг/м²·с .

Для исходных данных нужная площадь составляет:

$f = (20800/3600) /3.6 = 1.605 м^{2}$

На основании данной площади подбирают типовую модель калорифера из таблицы. Например, КСК 2-11, КСК 3-11, КСК 4-11 обладают площадью фронтального сечения 1.660 м², что соответствует расчетам .

Расчет массовой скорости воздуха

Массовую скорость воздуха в выбранном теплообменнике рассчитывают по формуле:

$v = G / f$

Для рассматриваемых моделей скорость составит одинаково — около 3.48 кг/м²·с .

Определение расхода теплоносителя

Расход горячей воды для нагрева рассчитывается так:

$G_{w} = Q / [c_{w} \cdot (t_{вх} - t_{вых})]$

$c_{w}$ — удельная теплоемкость воды
$t_{вх}$ , $t_{вых}$ — температуры носителя .

В рассмотренном примере расход составит 1.898 кг/сек, или 6833 кг/час .

Скорость движения воды

Скорость движения воды внутри трубок калорифера определяется по формуле:

$W = G_{w} / (p_{w} \cdot f_{w})$

$p_{w}$ — плотность воды
$f_{w}$ — площадь живого сечения .

Для КСК 2-11 скорость около 1.25 м/сек, для трех- и четырехрядных моделей — меньше за счет большей площади живого сечения .

Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи (теплотехническая эффективность) определяется по формуле:

$K = A \cdot V^{n} \cdot W^{m}$

$A, n, m$ — значения, зависящие от конструкции теплообменника
$V$ — массовая скорость воздуха
$W$ — скорость воды .

Для различных моделей КСК коэффициенты теплопередачи составляют от 43.9 до 55.8 Вт/(м²·°С) .

Температурный напор

Разница температур между теплоносителем и нагреваемым воздухом (температурный напор) влияет на эффективность системы.
В рассматриваемом примере средний напор составляет 78.5°C .

Подсчет фактической мощности калорифера

Фактическая мощность рассчитывается:

$q = K \cdot F \cdot температурный напор$

$F$ — площадь поверхности нагрева .

Для примера:

КСК 2-11 — 250205 Вт
КСК 3-11 — 331365 Вт
КСК 4-11 — 393640 Вт .

Расход и скорость теплоносителя

Повторно уточняются значения расхода и скорости теплоносителя, используя уже фактическую мощность .

Запас мощности калорифера

Для правильного подбора важно, чтобы фактическая мощность немного превышала расчетную (рекомендуется 100–110%). При большем отклонении необходим пересчет .

Расчет сопротивления

Последний этап — расчет аэродинамического и гидравлического сопротивления.

По воздуху: $Δ P a = B \cdot V^{r}$
По воде: $Δ Pw = C \cdot W^{2}$
Значения коэффициентов берутся из технических таблиц для выбранной модели .

Практические рекомендации

Если площади фронтального сечения выбранных моделей не совпадают с расчетными, допускается установка нескольких калориферов с суммарной площадью, примерно равной расчетному значению. При установке двух или более теплообменников их подключают по воздуху параллельно, а по воде — согласно схеме параллельного или последовательного подключения. Для повышения температурного напора применяют больший ряд теплообменных трубок, но следует учитывать увеличение аэродинамического сопротивления .

Итог

Этапы расчета и подбора водяных калориферов типа КСК позволяют грамотно выбрать оборудование для эффективного нагрева воздуха, учесть особенности теплоносителя и подобрать оптимальную модель с учетом потерь и сопротивлений системы .

Москва