Подбор и расчет калорифера парового
Расчет и подбор калориферов КПСК КП КФБ-А П
Расчет и подбор паровых калориферов осуществляется в следующей последовательности:
- 1.подсчет необходимой тепловой мощности для нагрева требуемого объема воздуха;
- 2.расчет площади фронтального сечения для прохода воздуха и подбор наиболее подходящих калориферов;
- 3.нахождение массовой скорости в фронтальном сечении выбранного парового теплообменника;
- 4.подсчет расхода пара;
- 5.вычисление коэффициента теплопередачи;
- 6.определение температурного напора;
- 7.нахождение фактической теплопроизводительности калорифера;
- 8.подсчет фактического расхода пара;
- 9.установление запаса площади поверхности теплообмена калориферов и их соответствия рекомендуемому диапазону;
- 10.расчет аэродинамического сопротивления;
- 11.итоговые показатели.
Подробное описание устройства и принципа работы паровых теплообменников представлено на странице сайта: Паровые калориферы. Для онлайн подбора паровоздушных нагревателей можно воспользоваться калькулятором, выложенным на странице сайта: Калориферы приточные паровые.
Все действия по подбору паровых воздухонагревателей КПСк, КП, КФБ-А П производства нашего завода выложены в пошаговых расчетах. Прилагаются каталоги с характеристиками всех биметаллических теплообменников, таблицы теплофизических свойств воздуха и пара, значения коэффициентов аппроксимации для каждого модельного ряда, приводятся пояснения и примеры к каждому вычислению.
Расчетная температура входящего воздуха подбирается в зависимости от технического задания и схемы включения парового калорифера в систему воздухообмена. При нагреве приточного воздуха в качестве исходных данных начальную температуру принимают по параметрам наружного воздуха согласно СНиП. В таблице представлены средние температуры наиболее холодного периода и наиболее холодной пятидневки для ряда городов. Если в таблице отсутствует ваш населенный пункт, следует принять показатели близлежащего города.
| РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ДЛЯ ПОДБОРА ПАРОВЫХ КАЛОРИФЕРОВ | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ГОРОД | СРЕДНЯЯ ТЕМПЕРАТУРА НАИБОЛЕЕ ХОЛОДНОГО ПЕРИОДА, °С | СРЕДНЯЯ ТЕМПЕРАТУРА НАИБОЛЕЕ ХОЛОДНОЙ ПЯТИДНЕВКИ, °С | ||||||||||||
| Абакан | -27 | -42 | Воронеж | -14 | -25 | Краснотурьинск | -17 | -32 | Омск | -23 | -37 | Старый Оскол | -10 | -24 |
| Алма-Ата | -10 | -25 | Выборг | -13 | -29 | Красноярск | -22 | -40 | Орел | -13 | -25 | Стерлитамак | -19 | -34 |
| Альметьевск | -16 | -32 | Гай | -18 | -32 | Кстово | -14 | -30 | Оренбург | -20 | -29 | Сургут | -28 | -40 |
| Ангарск | -25 | -40 | Грозный | -7 | -20 | Курган | -24 | -34 | Орск | -21 | -29 | Сухуми | +3 | -3 |
| Апатиты | -18 | -27 | Дзержинск | -14 | -30 | Курск | -14 | -24 | Павлодар | -23 | -37 | Сызрань | -13 | -30 |
| Арзамас | -16 | -33 | Днепропетровск | -9 | -24 | Липецк | -15 | -26 | Пенза | -17 | -27 | Сыктывкар | -20 | -38 |
| Архангельск | -19 | -32 | Донецк | -10 | -24 | Львов | -7 | -19 | Первоуральск | -17 | -32 | Таганрог | -9 | -24 |
| Астана | -22 | -35 | Душанбе | -2 | -14 | Магадан | -23 | -35 | Пермь | -20 | -34 | Тайшет | -26 | -41 |
| Астрахань | -8 | -22 | Екатеринбург | -20 | -31 | Магнитогорск | -22 | -34 | Петрозаводск | -14 | -29 | Таллин | -9 | -21 |
| Ачинск | -22 | -40 | Елабуга | -17 | -34 | Махачкала | -2 | -14 | Петропавловск-Камчатский | -10 | -19 | Тамбов | -15 | -27 |
| Ашхабад | -2 | -11 | Ереван | -8 | -19 | Междуреченск | -24 | -39 | Печора | -26 | -47 | Ташкент | -6 | -15 |
| Баку | +1 | -4 | Запорожье | -9 | -23 | Мелитополь | -9 | -19 | Полоцк | -11 | -26 | Тбилиси | 0 | -7 |
| Балаково | -13 | -25 | Заринск | -23 | -36 | Миасс | -20 | -34 | Псков | -11 | -26 | Тверь | -15 | -29 |
| Балашиха | -11 | -26 | Иваново | -16 | -28 | Минск | -10 | -25 | Ревда | -17 | -32 | Тольятти | -17 | -29 |
| Барнаул | -23 | -39 | Ижевск | -18 | -35 | Минусинск | -27 | -42 | Рига | -9 | -20 | Томск | -24 | -42 |
| Белгород | -12 | -23 | Иркутск | -25 | -38 | Мирный | -36 | -51 | Ростов-на-Дону | -8 | -22 | Тула | -14 | -28 |
| Березники | -18 | -34 | Йошкар-Ола | -18 | -33 | Москва | -14 | -25 | Рубцовск | -23 | -38 | Тюмень | -21 | -35 |
| Бийск | -24 | -38 | Казань | -18 | -30 | Мурманск | -18 | -28 | Рыбинск | -15 | -33 | Улан-Удэ | -28 | -38 |
| Бишкек | -9 | -23 | Калининград | -7 | -18 | Набережные Челны | -16 | -32 | Рязань | -16 | -27 | Ульяновск | -18 | -31 |
| Благовещенск | -25 | -34 | Калуга | -14 | -26 | Надым | -32 | -47 | Самара | -18 | -27 | Усть-Илимск | -30 | -48 |
| Бодайбо | -37 | -49 | Каменск-Уральский | -20 | -38 | Нарьян-Мар | -20 | -41 | Самарканд | -3 | -13 | Усть-Каменогорск | -18 | -33 |
| Братск | -30 | -43 | Канск | -26 | -42 | Нефтекамск | -19 | -34 | Санкт-Петербург | -11 | -25 | Уфа | -19 | -29 |
| Брест | -8 | -20 | Караганда | -20 | -32 | Нефтеюганск | -25 | -43 | Саранск | -15 | -31 | Ухта | -21 | -41 |
| Брянск | -13 | -24 | Качканар | -17 | -32 | Нижневартовск | -25 | -43 | Сарапул | -18 | -33 | Хабаровск | -23 | -32 |
| Верхняя Салда | -17 | -32 | Кемерово | -25 | -39 | Нижний Новгород | -16 | -30 | Саратов | -16 | -25 | Ханты-Мансийск | -26 | -42 |
| Верхоянск | -51 | -60 | Киев | -10 | -21 | Нижний Тагил | -21 | -34 | Саяногорск | -24 | -39 | Харьков | -11 | -23 |
| Вильнюс | -9 | -23 | Кириши | -10 | -27 | Николаевск-на-Амуре | -25 | -35 | Севастополь | 0 | -11 | Чебоксары | -18 | -32 |
| Владивосток | -16 | -25 | Киров | -19 | -31 | Новгород | -12 | -27 | Северодвинск | -18 | -36 | Челябинск | -20 | -29 |
| Владикавказ | -5 | -17 | Кишинев | -7 | -15 | Новокузнецк | -23 | -38 | Северск | -23 | -39 | Череповец | -16 | -31 |
| Владимир | -16 | -27 | Когалым | -25 | -43 | Новокуйбышевск | -13 | -30 | Семипалатинск | -21 | -38 | Чита | -30 | -38 |
| Волгоград | -13 | -22 | Комсомольск-на-Амуре | -27 | -34 | Новороссийск | -2 | -13 | Серпухов | -11 | -26 | Шахты | -7 | -21 |
| Волгодонск | -7 | -21 | Королев | -11 | -26 | Новосибирск | -24 | -39 | Смоленск | -13 | -26 | Энгельс | -13 | -25 |
| Волжский | -11 | -23 | Коряжма | -18 | -36 | Новый Уренгой | -36 | -50 | Соликамск | -18 | -34 | Южно-Сахалинск | -15 | -24 |
| Вологда | -16 | -31 | Кострома | -16 | -30 | Норильск | -34 | -46 | Сочи | +2 | -3 | Якутск | -45 | -55 |
| Воркута | -26 | -41 | Краснодар | -5 | -19 | Одесса | -6 | -17 | Ставрополь | -7 | -18 | Ярославль | -16 | -31 |
Расчет мощности по теплу
1. Находим тепловую мощность для нагрева необходимого объема воздуха.
1.1 Определяем массовый расход нагреваемого воздуха: G = V • р
- G - массовый расход воздуха, кг/час;
- V - объемное количество нагреваемого воздуха, м³/час;
- p - плотность воздуха при средней температуре на входе и выходе из калорифера, кг/м³.
1.2 Определяем расход теплоты для нагревания воздуха: Q = G • c • (t кон - t нач)
- Q - требуемая тепловая мощность, Вт;
- G - массовый расход воздуха, кг/час;
- с - удельная теплоемкость воздуха при средней температуре на входе и выходе из калорифера, Дж/(кг•°С);
- t кон - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С;
- t нач - температура воздуха на входе в теплообменник, °С.
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 1
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 1. Определить тепловую мощность, необходимую для нагрева 9000 м³/час с температуры -39 до +22 градусов.
1.1 Определяем массовый расход нагреваемого воздуха: G = 9000 • 1.34 = 12060 кг/час
- G - массовый расход воздуха, кг/час;
- 9000 - объемное количество нагреваемого воздуха, м³/час;
- 1.34 - плотность воздуха при средней температуре -8.5°С.
1.2 Определяем расход теплоты для нагрева воздушного потока: Q = (12060/3600) • 1006 • ((22-(-39)) = 3.35 • 1006 • 61 = 205576 Вт
- Q - требуемая тепловая мощность, Вт;
- 12060 - массовый расход воздуха, кг/час;
- 1006 - удельная теплоемкость воздуха при средней температуре -8.5°С, Дж/(кг•°С);
- +22 – температура воздуха на выходе из калорифера, °С;
- -39 – температура воздуха на входе в калорифер, °С;
- 61 – перепад температур воздуха, °С.
Расчет площади фронтального сечения
2. Установив необходимую тепловую мощность, определяем площадь фронтального сечения для прохода воздуха. Площадь фронтального сечения – внутреннее рабочее пространство парового калорифера с теплообменными трубками, через которое непосредственно проходит поток нагнетаемого холодного воздуха.
Площадь фронтального сечения определяем по формуле: f = G / v
- f - площадь фронтального сечения, м²;
- G - массовый расход воздуха, кг/час;
- v - массовая скорость воздуха в фронтальном сечении калорифера, кг/(м²•с). Для спирально-накатных калориферов принимается в диапазоне 3-6 кг/(м²•с), допустимые значения от 1.5 до 8 кг/(м²•с)
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 2
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 2. Расчет площади фронтального сечения под весовой расход воздуха 12060 кг/час. Принимаем массовую скорость – 5.0 кг/(м²•с).
Находим площадь фронтального сечения: f = (12060/3600) / 5.0 = 0.670 м²
- f - площадь фронтального сечения, м²;
- 12060 - массовый расход воздуха, кг/час;
- 5.0 - массовая скорость воздуха, кг/(м²•с).
По результатам расчета, найденная площадь фронтального сечения составляет 0.670 м². Ориентируясь на табличные данные паровых промышленных воздухонагревателей, принимаем к подбору наиболее приближенные к этому значению модели приточных установок: КПСк 2-10, КПСк 3-10, КПСк 4-10, КП 310, КП 410 (площадь фронтального сеченияа теплообменников - 0.581 м²); КФБ-7 А3 и КФБ-7 А4 (0.619 м²); КФБ-8 А3 и КФБ-8 А4 (0.727 м²).
Ниже представлена таблица с техническими характеристиками двух, трех и четырехрядных паровых воздухонагревателей производства ООО Т.С.Т. следующих серий: КП-02-УХЛ3, КФБ-А П УХЛ3, КПСк-02-У3. В таблице выложены данные, необходимые для расчета и подбора: площадь поверхности нагрева и фронтального сечения, длина теплообменных элементов. Кликнув на модель выбранного парового теплообменника из таблицы, можно ознакомиться с выполненными расчетными показателями на разные объем и температуру нагреваемого воздуха, давление и температуру теплоносителя.
Если при поверочном расчете определена площадь фронтального сечения, а в таблице для подбора паровых калориферов нет моделей с таким показателями, тогда принимаем два или более оребренных воздухонагревателя одного номера, чтобы сумма их площадей соответствовала или приближалась к нужному значению. Например, при расчете получилась требуемая общая площадь фронтального сечения 7.950 м². Паровоздушных алюминиевых теплообменников приточных камер с такими характеристиками в таблице нет. Вариативно принимаем к подбору по три калорифера КПСк 2-12, КПСк 3-12, КПСк 4-12, КП 312, КП 412 (общая площадь сечения 7.464 м²); по четыре калорифера КФБ-14 А3, КФБ-14 А4 (7.885 м²) и устанавливаем их по ходу движения воздушного потока параллельно. Необходимая площадь фронтального сечения получается при компоновке трех или четырех спирально-накатных воздухонагревателей. Калориферы одного номера, в независимости от рядности имеют одинаковую площадь фронтального сечения. Выбор в пользу двух, трех или четырехрядной модели осуществляется с учетом поставленной задачи, параметров пара и требуемого нагрева воздуха на меньшую или большую разницу температур входящего и выходящего воздуха.
Расчет массовой скорости воздуха
3. Находим действительную массовую скорость для выбранных калориферов: v = G / F ф
- v – массовая скорость в фронтальном сечении, кг/(м²•с);
- G - массовый расход воздуха, кг/час;
- F ф - площадь действительного фронтального сечения подобранного парового теплообменника, принимаемого в расчет, м².
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 3
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 3. Найти действительную массовую скорость в фронтальном сечении теплообменников, выбранных для расчета и подбора. Принимаем воздухонагреватели КПСк и КП 10-го номера, КФБ-А 7-го и 8-го номеров, как имеющие приближенное значение по фронтальному сечению для прохода воздуха: 0.581 м², 0.619 м², 0.727 м² соответственно. Массовая скорость в фронтальном сечении каждого парового промышленного воздухоподогревателя одного номера, вне зависимости от рядности, будет одинакова.
- Калориферы КПСк и КП 10-го номераv = (12060/3600) / 0.581 = 5.77 кг/(м²•с)
- Калориферы КФБ-А 7-го номераv = (12060/3600) / 0.619 = 5.41 кг/(м²•с)
- Калориферы КФБ-А 8-го номераv = (12060/3600) / 0.727 = 4.61 кг/(м²•с)
- v – массовая скорость в фронтальном сечении, кг/(м²•с);
- 12060 - массовый расход воздуха, кг/час;
- 0.581, 0.619, 0.727 - площадь фронтального сечения калориферов КПСк, КП, КФБ-А принимаемых в расчет, м².
Расчет расхода пара для нагрева
4. Рассчитываем расход пара, исходя из требуемой тепловой мощности для нагрева заданного объема воздуха. G пар = Q / r пар
- G ПАР – расход пара, кг/сек;
- Q - расход тепла для нагрева воздуха, Вт;
- r ПАР - скрытая теплота парообразования, Дж/кг
Скрытая теплота парообразования или конденсации отображает количество энергии, которое расходуется для превращения одного килограмма кипящей воды при определенном давлении в килограмм пара. Такое же количество тепла высвобождается при конденсации килограмма пара в килограмм воды. С увеличением давления температура вскипания воды увеличивается, а скрытая теплота парообразования, наоборот, уменьшается. Значение принимается с учетом параметров используемого теплоносителя по выложенной таблице теплофизических свойств насыщенного водяного пара.
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 4
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 4. Рассчитать потребление сухого насыщенного пара давлением 0.1 МПа для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час от -39°С до +22°С.
Подсчет расхода пара: G пар = 205576 / 2257510 = 0.091 кг/сек = 328 кг/час
- G ПАР – расход пара, кг/сек;
- 205576 - расход тепла для нагрева воздуха, Вт;
- 2257510 - скрытая теплота парообразования (Дж/кг) насыщенного пара давлением 0.1 МПа, принимается по таблице: 2257.51 кДж/кг = 2257510 Дж/кг.
| Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Абсолютное давление | Температура | Удельный объем | Плотность | Теплоемкость | Удельная энтальпия воды | Скрытая теплота парообразования | Полная теплота пара | ||||
| бар | МПа | °C | м3/кг | кг/м3 | кДж/(кг•°C) | кДж/кг | ккал/кг | кДж/кг | ккал/кг | кДж/кг | ккал/кг |
| 1 | 0.1 | 99.6 | 1.69 | 0.59 | 2.0267 | 417.44 | 99.72 | 2257.51 | 539.3 | 2674.95 | 639.02 |
| 1.5 | 0.15 | 111.4 | 1.16 | 0.86 | 2.0768 | 467.08 | 111.58 | 2226.03 | 531.78 | 2693.11 | 643.36 |
| 2 | 0.2 | 120.2 | 0.89 | 1.13 | 2.1208 | 504.68 | 120.56 | 2201.56 | 525.93 | 2706.24 | 646.49 |
| 2.5 | 0.25 | 127.4 | 0.72 | 1.39 | 2.1608 | 535.35 | 127.89 | 2181.15 | 521.06 | 2716.5 | 648.95 |
| 3 | 0.3 | 133.5 | 0.61 | 1.65 | 2.1981 | 561.46 | 134.13 | 2163.44 | 516.82 | 2724.89 | 650.95 |
| 3.5 | 0.35 | 138.9 | 0.52 | 1.91 | 2.2331 | 584.31 | 139.59 | 2147.65 | 513.05 | 2731.97 | 652.64 |
| 4 | 0.4 | 143.6 | 0.46 | 2.16 | 2.2664 | 604.72 | 144.46 | 2133.33 | 509.63 | 2738.06 | 654.09 |
| 4.5 | 0.45 | 147.9 | 0.41 | 2.42 | 2.2983 | 623.22 | 148.88 | 2120.16 | 506.49 | 2743.39 | 655.37 |
| 5 | 0.5 | 151.8 | 0.37 | 2.67 | 2.3289 | 640.19 | 152.93 | 2107.92 | 503.56 | 2748.11 | 656.5 |
| 6 | 0.6 | 158.8 | 0.32 | 3.17 | 2.3873 | 670.5 | 160.18 | 2085.64 | 498.24 | 2756.14 | 658.41 |
| 7 | 0.7 | 165 | 0.27 | 3.67 | 2.4424 | 697.14 | 166.54 | 2065.61 | 493.45 | 2762.75 | 659.99 |
| 8 | 0.8 | 170.4 | 0.24 | 4.16 | 2.4951 | 721.02 | 172.24 | 2047.29 | 489.08 | 2768.3 | 661.32 |
| 9 | 0.9 | 175.4 | 0.21 | 4.66 | 2.5456 | 742.73 | 177.43 | 2030.31 | 485.02 | 2773.04 | 662.45 |
| 10 | 1 | 179.9 | 0.19 | 5.15 | 2.5944 | 762.68 | 182.2 | 2014.44 | 481.23 | 2777.12 | 663.43 |
| 11 | 1.1 | 184.1 | 0.18 | 5.63 | 2.6418 | 781.2 | 186.62 | 1999.47 | 477.65 | 2780.67 | 664.27 |
| 12 | 1.2 | 188 | 0.16 | 6.13 | 2.6878 | 798.5 | 190.75 | 1985.27 | 474.26 | 2783.77 | 665.01 |
Расчет коэффициента теплопередачи
5. Произвести расчет коэффициента теплопередачи выбранных паровых воздухонагревателей приточной вентиляции. Коэффициент теплопередачи можно установить двумя способами: используя формулу со значениями, полученными на основе обработки экспериментальных данных; воспользовавшись таблицами с рассчитанными результатами по каждой модели спирально-накатных калориферов, выпускаемых нашим предприятием.
Формула для нахождения коэффициента теплопередачи имеет вид: К = A • v n • L r
- К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²•°С);
- v - действительная массовая скорость воздуха в подобранном паровоздушном калорифере, кг/м²•с;
- L - длина теплоотдающего элемента в свету принятого по табличным данным ребристого воздухоподогревателя, м;
- A, n, r - значение модуля и степеней из таблицы.
| Эмпирические зависимости для расчета коэффициента теплопередачи паровых калориферов КПСК | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Калорифер КПСк2 двухрядная модель | A | n | r | Калорифер КПСк3 трехрядная модель | A | n | r | Калорифер КПСк4 четырехрядная модель | A | n | r |
| 34.3 | 0.357 | -0.072 | 30.3 | 0.405 | -0.066 | 26.1 | 0.476 | -0.036 | |||
| Эмпирические зависимости для расчета коэффициента теплопередачи паровых калориферов КП и КФБ-А П | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Калорифер КП3 Калорифер КФБ А3 трехрядная модель | A | n | r | Калорифер КП4 Калорифер КФБ А4 четырехрядная модель | A | n | r |
| 43.5 | 0.431 | -0.072 | 37.2 | 0.452 | -0.063 | ||
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 5
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 5. Находим коэффициент теплопередачи для паровых воздухонагревателей, выбранных для расчета и подбора. Принимаем модели КПСк 2-10, КПСк 3-10, КПСк 4-10, КП 310, КП 410 с массовой скоростью 5.77 кг/(м²•с), КФБ-7 А3 и КФБ-7 А4 с массовой скоростью 5.41 кг/(м²•с), КФБ-8 А3 и КФБ-8 А4 с массовой скоростью в фронтальном сечении 4.61 кг/(м²•с). Длину теплообменных элементов по каждому калориферу берем из таблицы с характеристиками.
- Калорифер КПСк 2-10К = 34.3 • 5.77 0.357 • 1.155 -0.072 = 63.50 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КПСк 3-10К = 30.3 • 5.77 0.405 • 1.155 -0.066 = 61.08 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КПСк 4-10К = 26.1 • 5.77 0.476 • 1.155 -0.036 = 59.81 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КП 310К = 43.5 • 5.77 0.431 • 1.155 -0.072 = 91.64 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КП 410К = 37.2 • 5.77 0.452 • 1.155 -0.063 = 81.40 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КФБ-7 А3К = 43.5 • 5.41 0.431 • 0.860 -0.072 = 91.04 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КФБ-7 А4К = 37.2 • 5.41 0.452 • 0.860 -0.063 = 80.59 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КФБ-8 А3К = 43.5 • 4.61 0.431 • 1.010 -0.072 = 83.96 Вт/(м²•°C)
- Калорифер КФБ-8 А4К = 37.2 • 4.61 0.452 • 1.010 -0.063 = 74.14 Вт/(м²•°C)
Подробное описание нахождения коэффициента теплопередачи паровых биметаллических калориферов и таблицы с расчетными данными по каждой модели можно посмотреть на странице сайта: Коэффициент теплопередачи паровых калориферов.
Расчет температурного напора
6. Выполнить расчет среднего по поверхности температурного напора. Ниже представлена формула для определения температурного напора с использованием значений среднелогарифмической разности температур пара и воздуха на входе и выходе из калорифера. Вычисления проводятся с помощью калькулятора с функцией нахождения логарифма.
Принцип работы паровоздушного калорифера построен на теплообмене двух сред, которые можно разделить на два потока или контура: первый контур или греющая сторона - теплоноситель пар, второй контур или нагреваемая сторона - теплоноситель воздух. Нагрев воздуха происходит за счет передачи тепла выделяемого при конденсации пара. Температура с горячей стороны остается неизменной, температура с холодной стороны повышается. Чем больше разница температур потоков, тем эффективней происходит теплообмен.
Средний логарифмический температурный напор рассчитывается в следующей последовательности:
- определяется разница температур двух потоков в их крайних точках
Δ T Б = T s - t нач
Δ T М = T s - t кон
- Δ T Б - большая разность температур между первичным теплоносителем и вторичным теплоносителем на входе в теплообменник, °С;
- Δ T М - меньшая разность температур между первичным теплоносителем и вторичным теплоносителем на выходе из теплообменника, °С;
- T s - температура пара при соответствующем давлении, °С;
- t нач - температура холодного воздуха на входе в оребренный теплообменник, °С;
- t кон - температура нагретого воздуха на выходе из оребренного теплообменника, °С.
- полученные значения температурных перепадов включаем в формулу расчета температурного напора
Δ T = (Δ T Б - Δ T М) / ln (Δ T Б / Δ T М)
Натуральный логарифм ln — это логарифм по основанию e, где e — иррациональная константа, равная приблизительно 2.71828. Обозначение ln (x) - показатель степени, в которую нужно возвести число 2.71828, чтобы получить число x.
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 6
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 6. Рассчитываем температурный напор для выбранных одноходовых паровых калориферов. Исходные данные: теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа, температура воздуха на входе -39°С, температура воздуха на выходе +22°С.
Δ T Б = 99.6 – (-39) = 138.6
Δ T М = 99.6 – 22 = 77.6
- 99.6 - температура пара при давлении 0.1 МПа, °С;
- -39 - температура холодного воздуха на входе в калорифер, °С;
- +22 - температура нагретого воздуха на выходе из калорифера, °С;
- 138.6 - большая разность температур между паром и воздухом на входе в калорифер, °С;
- 77.6 - меньшая разность температур между паром и воздухом на выходе из калорифера, °С.
Δ T = (138.6 – 77.6) / ln (138.6 / 77.6) = 61 / ln 1.78608 = 61 / 2.71828 n 1.78608 = 61 / 0.580 = 105.2 °С
- 61 – перепад температур большой и малой дельт, °С;
- 1.78608 – значение, полученное при делении показателя большей разности температур на меньшую разность температур;
- 0.580 - показатель степени в которую нужно возвести число 2.71828, чтобы получить число 1.78608;
- 105.2 – температурный напор при заданных параметрах теплоносителей, °С.
Расчет тепловой мощности парового калорифера
7. Уточняем фактическую тепловую мощность выбранных паровых калориферов вентиляционно-отопительной системы.
Формула для нахождения теплопроизводительности имеет вид: Q 1 = К • F к • Δ T
- Q 1 – вырабатываемая калорифером производительность по теплу, Вт;
- К – коэффициент теплопередачи выбранного калорифера, Вт/(м²•°С);
- F к – площадь поверхности теплообмена выбранного калорифера, м²;
- Δ T – температурный напор при заданных параметрах теплоносителей, °С.
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 7
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 7. Рассчитываем действительную тепловую мощность подобранных паровых воздухонагревателей. Коэффициент теплопередачи для каждого калорифера принимаем из соответствующего расчета, площадь поверхности теплообмена вносим из табличных данных, температурный напор идентичен для всех выбранных моделей.
- Калорифер КПСк 2-10Q 1 = 63.50 • 19.5 • 105.2 = 130264 Вт
- Калорифер КПСк 3-10Q 1 = 61.08 • 29.7 • 105.2 = 190841 Вт
- Калорифер КПСк 4-10Q 1 = 59.81 • 39.0 • 105.2 = 245389 Вт
- Калорифер КП 310Q 1 = 91.64 • 21.9 • 105.2 = 211128 Вт
- Калорифер КП 410Q 1 = 81.40 • 28.7 • 105.2 = 245766 Вт
- Калорифер КФБ-7 А3Q 1 = 91.04 • 24.1 • 105.2 = 230816 Вт
- Калорифер КФБ-7 А4Q 1 = 80.59 • 31.7 • 105.2 = 268755 Вт
- Калорифер КФБ-8 А3Q 1 = 83.96 • 28.2 • 105.2 = 249079 Вт
- Калорифер КФБ-8 А4Q 1 = 74.14 • 37.2 • 105.2 = 290142 Вт
Расчет расхода пара для нагрева
8. Уточняем фактический расход пара выбранных калориферов: g пар = Q 1 / r пар
- g ПАР – фактический расход пара, кг/сек;
- Q 1 – вырабатываемая пароконденсатным калорифером производительность по теплу, Вт;
- r ПАР - скрытая теплота парообразования, Дж/кг.
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 8
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 8. Рассчитывается действительный расход сухого насыщенного пара давлением 0.1 МПа подобранными паровыми одноходовыми калориферами при нагреве приточного воздуха объемом 9000 м³/час от -39°С до +22°С.
- Калорифер КПСк 2-10g пар = 130264 / 2257510 = 0.058 кг/сек = 208 кг/час
- Калорифер КПСк 3-10g пар = 190841 / 2257510 = 0.085 кг/сек = 306 кг/час
- Калорифер КПСк 4-10g пар = 245389 / 2257510 = 0.109 кг/сек = 392 кг/час
- Калорифер КП 310g пар = 211128 / 2257510 = 0.094 кг/сек = 338 кг/час
- Калорифер КП 410g пар = 245766 / 2257510 = 0.109 кг/сек = 392 кг/час
- Калорифер КФБ-7 А3g пар = 230816 / 2257510 = 0.102 кг/сек = 367 кг/час
- Калорифер КФБ-7 А4g пар = 268755 / 2257510 = 0.119 кг/сек = 428 кг/час
- Калорифер КФБ-8 А3g пар = 249079 / 2257510 = 0.110 кг/сек = 396 кг/час
- Калорифер КФБ-8 А4g пар = 290142 / 2257510 = 0.129 кг/сек = 464 кг/час
Запас тепловой мощности парового калорифера
9. Определяем запас тепловой производительности или поверхности нагрева принятых калориферов:φ = ((Q 1 - Q) / Q) • 100
- φ – запас поверхности нагрева или мощности, %;
- Q 1 – вырабатываемая калорифером производительность по теплу, Вт;
- Q - требуемая тепловая мощность, Вт.
Фактическая мощность по теплу паровоздушного калорифера должна быть больше, чем расчетная. Диапазон допустимого соотношения фактической и расчетной мощности, в зависимости от условий поставленной задачи и качества теплоносителя может составлять от 100 до 120 процентов. В общих случаях оптимальный запас поверхности нагрева должен находиться на уровне 10%, допустимый интервал от 0 до 20%. Если при подборе получен меньший или больший запас рекомендуется принять другой теплообменник и произвести повторный расчет.
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 9
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 9. Рассчитывается запас площади поверхности теплообмена выбранных воздухонагревателей, проводится анализ его соответствия рекомендуемому диапазону.
- Калорифер КПСк 2-10φ = ((130264 - 205576) / 205576) • 100 = -37%
- Калорифер КПСк 3-10φ = ((190841 - 205576) / 205576) • 100 = -7%
- Калорифер КПСк 4-10φ = ((245389 - 205576) / 205576) • 100 = +19%
- Калорифер КП 310φ = ((211128 - 205576) / 205576) • 100 = +3%
- Калорифер КП 410φ = ((245766 - 205576) / 205576) • 100 = +20%
- Калорифер КФБ-7 А3φ = ((230816 - 205576) / 205576) • 100 = +12%
- Калорифер КФБ-7 А4φ = ((268755 - 205576) / 205576) • 100 = +31%
- Калорифер КФБ-8 А3φ = ((249079 - 205576) / 205576) • 100 = +21%
- Калорифер КФБ-8 А4φ = ((290142 - 205576) / 205576) • 100 = +41%
Из подобранных моделей калориферы КПСк 2-10 и КПСк 3-10 имеют недостаточную тепловую мощность. Запас площади поверхности паровых воздухонагревателей КФБ-7 А4, КФБ-8 А3 и КФБ-8 А4 превышает рекомендуемый диапазон.
Расчет воздушного сопротивления
10. Произвести расчет аэродинамического сопротивления подобранных калориферов. Величину потерь по воздуху можно узнать двумя способами: используя формулу с аппроксимационными значениями, полученными на основе обработки экспериментальных данных; воспользовавшись таблицами с рассчитанными результатами по каждой модели паровых калориферов, выпускаемых нашим предприятием.
Формула для вычисления аэродинамического сопротивления имеет вид: ΔP = B • v m
- ΔP – аэродинамическое сопротивление, Па;
- v – действительная массовая скорость воздуха в подобранном теплообменнике, кг/м²•с;
- B, m - значение модуля и степени из таблицы.
| Эмпирические зависимости для расчета аэродинамического сопротивления паровых калориферов КПСК | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Калорифер КПСк2 двухрядная модель | B | m | Калорифер КПСк3 трехрядная модель | B | m | Калорифер КПСк4 четырехрядная модель | B | m | |||
| 4.23 | 1.832 | 6.05 | 1.832 | 8.63 | 1.833 | ||||||
| Эмпирические зависимости для расчета аэродинамического сопротивления паровых калориферов КП и КФБ-А П | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Калорифер КП3 Калорифер КФБ А3 трехрядная модель | B | m | Калорифер КП4 Калорифер КФБ А4 четырехрядная модель | B | m | ||||||
| 6.37 | 1.864 | 8.67 | 1.848 | ||||||||
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 10
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 10. Рассчитывается аэродинамическое сопротивление выбранных воздушных обогревателей. Принимаем модели КПСк и КП с массовой скоростью 5.77 кг/(м²•с), КФБ А3 и А4 7-го номера с массовой скоростью 5.41 кг/(м²•с), КФБ А3 и А4 8-го номера с массовой скоростью в фронтальном сечении 4.61 кг/(м²•с). Значения модуля и степени принимаются из таблицы эмпирических показателей.
- Калорифер КПСк 2-10ΔP = 4.23 • 5.77 1.832 = 105 Па
- Калорифер КПСк 3-10ΔP = 6.05 • 5.77 1.832 = 150 Па
- Калорифер КПСк 4-10ΔP = 8.63 • 5.77 1.833 = 214 Па
- Калорифер КП 310ΔP = 6.37 • 5.77 1.864 = 167 Па
- Калорифер КП 410ΔP = 8.67 • 5.77 1.848 = 221 Па
- Калорифер КФБ-7 А3ΔP = 6.37 • 5.41 1.864 = 148 Па
- Калорифер КФБ-7 А4ΔP = 8.67 • 5.41 1.848 = 196 Па
- Калорифер КФБ-8 А3ΔP = 6.37 • 4.61 1.864 = 110 Па
- Калорифер КФБ-8 А4:ΔP = 8.67 • 4.61 1.848 = 146 Па
Подробное описание нахождения потерь по воздушной стороне паровых калориферов и таблицы с расчетными данными по каждой модели можно посмотреть на странице сайта: Аэродинамическое сопротивление паровых калориферов.
Подбор парового калорифера
11. Правильный и корректный подбор паровых калориферов направлен на поиск технического решения, обеспечивающего требуемый нагрев воздуха при компактных фронтальных размерах теплообменника, наименьшей величины передающей поверхности и низкого аэродинамического сопротивления. На практике оптимальный вариант определяют путем последовательного расчета нескольких моделей воздухонагревателей. Предпочтение отдают калориферу с высокими энергетическими показателями и рациональным запасом тепловой мощности при минимальном сопротивлении воздушному потоку.
Критерии подбора и методика расчета воздухонагревателей представлены на странице сайта: Расчет и подбор водяных, паровых и электрических калориферов. С конструкционными особенностями, видами и типами выпускаемых нашим предприятием спирально-накатных теплообменников можно ознакомиться на странице: Калориферы. Производство.
Пример расчета и подбора парового калорифера. ШАГ 11
Подобрать паровой калорифер для нагрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час. Расчетная температура наружного воздуха принимается по средней температуре наиболее холодной пятидневки г. Барнаула -39°С. Температура в рабочей зоне производственного помещения +22°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
ДЕЙСТВИЕ 11. Для подбора было выбрано девять моделей одноходовых воздухонагревателей. Показатели поверочного расчета представлены в таблице. В результате сравнительного анализа полученных данных сделаны следующие выводы:
- - калориферы КПСк 2-10 и КПСк 3-10 не обеспечат требуемую тепловую производительность;
- - запас поверхности теплообмена калориферов КФБ-7 А4, КФБ-8 А3 и КФБ-8 А4 превышает рекомендуемый диапазон;
- - калориферы КПСк 4-10 и КП 410 имеют высокое аэродинамическое сопротивление и запас по поверхности приближенный к пороговому значению;
- - запас тепловой мощности калорифера КП 310 имеет минимальное значение.
| Наименование парового калорифера | Запас поверхности нагрева, % | Аэродинамическое сопротивление, Па | Внешние габаритные размеры, мм | Масса, кг |
|---|---|---|---|---|
| Калорифер КПСк 2-10 | -37 | 105 | 1357 × 572 × 180 | 46 |
| Калорифер КПСк 3-10 | -7 | 150 | 1357 × 572 × 180 | 65 |
| Калорифер КПСк 4-10 | +19 | 214 | 1357 × 572 × 180 | 79 |
| Калорифер КП 310 | +3 | 167 | 1357 × 572 × 180 | 74 |
| Калорифер КП 410 | +20 | 221 | 1357 × 572 × 220 | 92 |
| Калорифер КФБ-7 A3 | +12 | 148 | 1060 × 790 × 180 | 87 |
| Калорифер КФБ-7 A4 | +31 | 196 | 1060 × 790 × 220 | 116 |
| Калорифер КФБ-8 A3 | +21 | 110 | 1210 × 790 × 180 | 100 |
| Калорифер КФБ-8 A4 | +41 | 146 | 1210 × 790 × 220 | 133 |
В результате расчета и подбора паровых калориферов для обеспечения подогрева приточного воздуха объемом 9000 м³/час на требуемый перепад температур наиболее приемлемым вариантом по теплотехническим характеристикам и аэродинамическому сопротивлению представляется теплообменник КФБ-7 А3 как наиболее соответствующий по оптимальному запасу поверхности нагрева и относительно низким потерям по воздушной стороне.
Теплоаэродинамические характеристики: производительность по теплу – 231 кВт, коэффициент теплопередачи - 91.04 Вт/(м²•°C), расход пара – 367 кг/час, запас поверхности теплообмена – 12%, массовая скорость в фронтальном сечении – 5.41 кг/(м²•с), аэродинамическое сопротивление – 148 Па.