Водяной калорифер

Конструктивные особенности, теплофизические свойства и возможности использования промышленных водовоздушных нагревателей. В разделах детально описаны основы функционирования многоходового гидравлического тракта, механизм непрерывного остывания жидкого теплоносителя и специфика температурного распределения по рабочей поверхности. Представлена таблица зависимости основных параметров воды от температуры на линии насыщения, а также рассмотрены ключевые факторы сохранения эксплуатационного ресурса и требования к качеству водоподготовки. В завершении приведена номенклатура базовых серий выпускаемых заводом калориферов для комплектации систем вентиляции, воздушного отопления и сушильных камер.

Водяные воздухоподогреватели Таблица свойств воды

Принцип работы водяного калорифера

Высокая удельная теплоемкость определяет целесообразность использования горячей или перегретой воды в качестве стабильного и экономичного теплоносителя в системах вентиляции. Принцип работы водяного калорифера построен на конвективной передаче теплоты жидкой среды нагреваемому воздуху. Горячая вода под давлением циркулирует внутри трубок, передавая тепловую энергию их металлическим стенкам и развитому алюминиевому оребрению, которые снаружи омываются поперечным воздушным потоком. К особенностям эксплуатации промышленных воздухонагревателей данного типа относится необходимость поддержания расчетного скоростного режима в каналах, что не только повышает общую эффективность теплосъема, но и исключает риск замерзания прибора в зимний период из-за критического замедления протока жидкости.

Теплоноситель – вода

Вода является наиболее распространенным и доступным теплоносителем в промышленных системах вентиляции и воздушного отопления. При нормальном атмосферном давлении она сохраняет стабильную жидкую фазу в диапазоне от 0 до 100 °C, а в замкнутых контурах под давлением — вплоть до 150 °C и выше. Энергия, которую необходимо затратить на повышение температуры одного килограмма воды на один градус Цельсия, определяет ее удельную теплоемкость, которая является одной из самых высоких относительно других жидких текучих сред.

Устройство водяного калорифера

Конструктивно водяной калорифер представляет собой монолитный блок с автономным гидравлическим трактом, включающим элементы подвода, распределения и вывода теплоносителя. Нагревательные элементы выполнены из стальных цилиндрических трубок с накатными алюминиевыми ребрами. Своими концами трубки вварены в трубные решетки, поверх которых монтируются распределительно-сборные многоходовые коллекторы с внутренними перегородками, задающими направление движения потока. Сегментирование коллекторов также обеспечивает высокую скорость циркуляции воды и существенно повышает эффективность теплопередачи. В корпуса распределительных крышек вварены входной и выходной патрубки, через которые калорифер жестко или посредством фланцев интегрируется в подающую и обратную линии гидравлической сети.

Для монтажа прибора в состав вентиляционных камер к торцам трубных решеток крепятся съемные боковые щитки, образующие защитный кожух воздухонагревателя. При компоновке калориферов в многорядные теплообменные секции эти монтажные боковины демонтируются, что позволяет соединять модули и формировать сплошной тепловой фронт без проскока холодных воздушных масс.

Расчет водяного калорифера Калькулятор подбора

Процесс нагрева и аккумулирования тепла

В отличие от пара, вода передает тепловую мощность воздушному потоку без изменения своего агрегатного состояния, исключительно за счет падения температуры при остывании. Количество теплоты, аккумулированное в жидкости, напрямую зависит от текущего температурного уровня и массы. Приращение теплосодержания происходит пропорционально по мере подвода мощности в водогрейном котле или сетевом теплообменном пункте. Вся затраченная на подготовку системы энергия транспортируется к калориферу непосредственно внутри водяного подающего контура.

Поверхность нагрева водяного калорифера

Увеличение площади внешней поверхности теплообмена биметаллического воздухонагревателя обеспечивается за счет круглых ребер, формируемых методом поперечно-винтовой накатки алюминия на несущие стальные трубки. Холодная прокатка под высоким давлением гарантирует монолитный контакт между разнородными металлами, высокую прочность оребрения и надежную защиту базовых трубок от атмосферной коррозии. Внутри корпуса калорифера теплопередающие элементы компонуются в шахматном порядке в два, три или четыре ряда перпендикулярно набегающему воздушному потоку. Подобная геометрия пучка в сочетании с выверенным шагом оребрения создает оптимальную турбулизацию проходящего воздуха и максимизирует коэффициент теплоотдачи прибора при относительно невысоком аэродинамическом сопротивлении.

Расчет расхода воды Скорость теплоносителя

Удельная энтальпия воды

Аккумулированная в подающем контуре энергия одного килограмма жидкости определяет ее полное теплосодержание, называемое в термодинамике удельной энтальпией. Разница между значениями этой величины на входе в биметаллический воздухонагреватель и на выходе из него определяет чистый потенциал, который рабочая среда способна передать воздушному потоку, и задает конечную эффективность всей приточной установки.

Теплопередача водяного калорифера

Транспортируемая по теплоцентрали сетевая вода несет в себе высокий потенциал внутренней энергии. При поступлении в спирально-накатной воздухонагреватель рабочая среда непрерывно омывает внутренние стенки трубок, отдавая теплоту оребренным нагревательным элементам, которые охлаждаются перекрестным воздушным потоком. В отличие от паровых аппаратов, здесь процесс теплопередачи обусловлен температурным скольжением — непрерывным остыванием жидкости от подающей к обратной линии. Интенсивность этого переноса напрямую определяется величиной температурного напора, а также скоростями движения обеих сред: циркулирующего внутри прибора теплоносителя и нагнетаемого вентилятором наружного воздуха.

Воздухонагреватель с теплоносителем вода

Поскольку вода остывает по мере продвижения от подающего патрубка к отводящему, температурное поле по высоте фронтальной поверхности нагрева распределяется неравномерно, плавно снижаясь по ходам к стороне выхода теплоносителя. Для сохранения проектной эффективности теплообмена и предотвращения критического температурного расслоения внутреннее пространство гидравлического тракта должно быть полностью заполнено устойчивым и непрерывным потоком жидкости, гарантирующим расчетную турбулизацию. Если происходит завоздушивание отдельных ходов, проток жидкости в них полностью блокируется. При критическом же падении общего расхода теплоносителя его движение в трубках переходит в ламинарный режим, при котором коэффициент теплоотдачи падает. Любой из этих нештатных факторов нарушает проектную гидродинамику прибора, вызывает неравномерный прогрев и локальное переохлаждение элементов, что ведет к падению номинальной мощности калорифера и резко увеличивает риск его размораживания.

Расчет площади сечения Коэффициент теплопередачи

Энергоемкость подающей и обратной линий

В промышленных системах вентиляции энергоемкость контура жестко регламентируется графиком тепловой сети. В зависимости от источника это может быть как низкопотенциальный индивидуальный режим (например, 60/40 °C или 70/50 °C), так и классический централизованный (95/70 °C) либо высокотемпературный (150/70 °C). Проходя по внутренним каналам трубок, горячая или перегретая вода интенсивно остывает, отдавая накопленное тепло наружному воздуху, и возвращается в обратную магистраль. Объем переданной мощности прямо пропорционален разности энтальпий. Так, при эксплуатации оборудования на графике 90/70 °C каждый килограмм циркулирующего объема отдает разницу между 377 и 293 кДж, что высвобождает 84 кДж полезной тепловой энергии. Соответственно, чем выше температура подающей линии и шире этот температурный коридор, тем меньший массовый расход жидкости требуется для обеспечения расчетного нагрева здания, что позволяет существенно сэкономить на диаметрах трубопроводов и мощности насосного оборудования.

Свойства воды на линии насыщения в зависимости от температуры
Температура	Плотность	Теплоемкость	Удельная энтальпия воды		Коэффициент теплопроводности	Кинематическая вязкость	Минимальное избыточное давление против вскипания
°C	кг/м³	кДж/(кг•°C)	кДж/кг	ккал/кг	Вт/(м·°C)	мм²/с	бар	МПа
40	992	4.174	168	40	0.635	0.659	0	0
45	990	4.174	188	45	0.642	0.605	0	0
50	988	4.174	209	50	0.648	0.556	0	0
55	986	4.176	230	55	0.654	0.514	0	0
60	983	4.179	251	60	0.659	0.478	0	0
65	981	4.183	272	65	0.664	0.444	0	0
70	978	4.187	293	70	0.668	0.415	0	0
75	975	4.191	314	75	0.671	0.388	0	0
80	972	4.195	335	80	0.674	0.365	0	0
85	969	4.201	356	85	0.677	0.344	0	0
90	965	4.208	377	90	0.68	0.326	0	0
95	962	4.214	398	95	0.682	0.31	0	0
100	958	4.22	419	100	0.683	0.295	0	0
105	955	4.226	440	105	0.684	0.281	0.19	0.019
110	951	4.233	461	110	0.685	0.268	0.42	0.042
115	947	4.239	483	115	0.685	0.256	0.68	0.068
120	943	4.245	504	120	0.685	0.246	0.97	0.097
130	935	4.262	546	131	0.685	0.227	1.69	0.169
140	926	4.283	589	141	0.684	0.211	2.6	0.26
150	917	4.308	632	151	0.681	0.197	3.75	0.375

Рабочее давление и температура кипения

При нормальных условиях верхний температурный предел использования воды ограничен точкой ее закипания при 100 °C. Однако температура перехода жидкости в газообразное состояние напрямую коррелирует с давлением внутри системы. При его повышении этот порог смещается вверх, что позволяет нагревать рабочую среду без риска ее вскипания. Так, для сохранения стабильного жидкостного состояния контура при 120 °C минимальное избыточное давление в калорифере должно составлять не менее 0.1 МПа. Повышение температуры рабочей среды до 130 °C потребует на манометре уже 0.17 МПа, а в пиковых режимах высокотемпературных магистралей при 150 °C система должна находиться под давлением не менее 0.38 МПа. Поддержание параметров выше этих критических значений полностью исключает аварийный срыв циркуляции. Находящаяся под таким избыточным подпором вода называется перегретой и применяется в качестве высокопотенциального промышленного теплоносителя.

Сопротивление по воздуху Сопротивление по воде

Работа водяного калорифера

Установка водяного калорифера осуществляется таким образом, чтобы нагревательные трубки находились в горизонтальном положении. Данная пространственная ориентация является базовым техническим требованием и обеспечивает корректное функционирование многоходового гидравлического тракта. Последовательное движение теплоносителя по каналам калорифера организуется за счет наличия внутренних поперечных перегородок в коллекторах, которые задают траекторию циркуляции среды в несколько ходов. Поступающая вода поочередно заполняет сектора трубного пучка, что гарантирует высокую скорость ее протока.

Гидродинамический режим Интенсификация теплосъема

Специфика внутренней разводки ходов напрямую связана со схемами внешнего подключения оборудования на объекте. На практике направление подвода подающей и обратной магистралей к вводным патрубкам прибора подбирается индивидуально. Технологически допускается подача горячей воды как в верхний, так и в нижний штуцер калорифера — при соблюдении расчетного давления и строго горизонтального монтажа трубок устройство гарантированно выходит на проектный режим теплообмена. При этом организация движения внутренней среды по направлению снизу-вверх считается более предпочтительной. Такой подход обеспечивает оптимальный режим заполнения теплообменника, помогая гидравлическому напору естественным образом вытеснять воздух из внутренних каналов, что гарантирует стабильную работу трубного пакета и сохранение паспортной мощности аппарата.

Водяной воздухонагреватель с вентилятором

Водоподготовка и эксплуатационный ресурс

В отличие от паровых систем, где основную угрозу эффективности представляет капельная влага и толщина конденсатной пленки, для водяных калориферов главным деструктивным фактором является качество циркулирующего теплоносителя. При использовании жесткой, не прошедшей очистку воды на внутренних поверхностях стальных каналов происходит интенсивная кристаллизация солей жесткости и заиливание прибора шламом. Образующийся слой накипи обладает крайне низкой теплопроводностью, поэтому появление твердого налета толщиной всего в 1 мм создает дополнительное термическое сопротивление и снижает номинальную тепловую мощность аппарата на 20–25%. С целью сохранения заводского коэффициента теплопередачи и долговечности биметаллических воздухонагревателей рабочая среда должна проходить предварительное химическое умягчение и деаэрацию для удаления растворенного кислорода.

Модели водяных калориферов

На предприятии ООО Т.С.Т. выпускаются водовоздушные биметаллические калориферы четырех базовых серий. Они спроектированы и рассчитаны на широкий диапазон производительности, мощности, температур наружного воздуха и рабочих параметров греющей воды.

Калориферы КСК

Стандартная серия воздухонагревателей. Конструкция базируется на несущих трубках диаметром 16 мм с накатным алюминиевым оребрением. Линейка включает в себя 12 типоразмеров и выпускается в трех вариантах: двухрядные КСк 2, трехрядные КСк 3 и четырехрядные КСк 4. Ознакомиться с действующим прайс-листом и условиями поставки можно в разделе каталог и цены на калориферы КСк.

Калориферы ТВВ

Линейка, конструктивно близкая к серии КСк, но разработанная для более неблагоприятных условий эксплуатации. Благодаря увеличенному до 22 мм диаметру несущих трубок, воздухоподогреватели этой серии оптимально подходят для северных регионов и систем с повышенным риском загрязнения теплоносителя. Включает 7 номеров в трех- и четырехрядном исполнении. Актуальная стоимость оборудования и форма онлайн-заказа представлены на странице продажа водяных калориферов ТВВ.

Калориферы КПВС и КПВУ

Специализированные серии калориферов квадратного сечения, которые отличаются гибким и точным подбором габаритных размеров. Модели КПВС (несущая трубка 16 мм) и КПВУ (несущая трубка 22 мм) насчитывают 25 и 23 типоразмера соответственно с рядностью от 2 до 4. Малый шаг между номерами позволяет подобрать оптимальную мощность, а на страницах конкретных моделей предусмотрен индивидуальный калькулятор расчета. Оформить заводскую заявку и узнать стоимость калориферов КПВС КПВУ вы можете в корзине каталога.

Калориферы КФБ-А М

Модернизированный аналог классических советских калориферов КФБ, переведенный на современные стандарты энергоэффективности благодаря биметаллическому исполнению с алюминиевым оребрением и многоходовой конструкции. Модели изготавливаются на базе трубок диаметром 22 мм и представлены в 13 типоразмерах (3 и 4 ряда трубок). Посмотреть наличие, выбрать параметры и купить калориферы КФБ-А М от производителя можно в нашем интернет-каталоге.

Подробные технические характеристики, габаритные размеры и чертежи каждой серии доступны на отдельных страницах — для перехода к справочной информации кликните на изображение нужной вам модели ниже.

Водяные оребренные воздухонагреватели от завода отличает относительная простота в техническом обслуживании, довольно высокая надежность, скорость восстановления работоспособного состояния при повреждении. На базе теплообменников этого вида изготавливаются сборные воздушно-отопительные агрегаты, включающие в себя водяной калорифер и вентилятор, установленные на несущей раме.