Калориферы КПСк. Расчет и подбор паровых калориферов КПСк

Расчет мощности по теплу

1. Находим тепловую мощность для нагрева необходимого объема воздуха. Шаг-1 делится на два подпункта.
1.1 Определяем массовый расход нагреваемого воздуха
G (кг/ч) = L • р
L - объемное количество нагреваемого воздуха, м³/час; p - плотность воздуха при средней температуре (температура воздуха на входе и выходе из калорифера суммируется и делится пополам), кг/м³.
1.2 Определяем расход теплоты для нагревания воздуха
Q (Вт) = G • c • (t кон - t нач)
G - массовый расход воздуха, кг/час; с - удельная теплоемкость воздуха (сложить температуру входящего и выходящего воздуха и поделить на два), Дж/(кг•°С); t кон - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С; t нач - температура воздуха на входе в теплообменник, °С.

Фронтальные размеры

2. Подбор и расчет паровых калориферов - этап второй. Определившись с необходимой тепловой мощностью для обогрева требуемого объема, находим фронтальное сечение для прохода воздуха. Фронтальное сечение приточного воздухонагревателя вентиляции - рабочее внутреннее сечение с теплоотдающими трубками, через которое непосредственно проходят потоки всасываемого холодного воздуха.
f (м²) = G / v
G - массовый расход воздуха, кг/час; v - массовая скорость воздуха - для спирально-накатных калориферов принимается в диапазоне 3 - 5 (кг/м²•с). Допустимые значения - до 7 - 8 кг/м²•с.

Ниже представлена таблица с данными двух, трех и четырехрядных воздухонагревателей типа КПСк-02-У3 производства ООО Т.С.Т. В таблице приводятся основные технические характеристики всех моделей данной серии теплообменников: площадь поверхности нагрева и фронтального сечения, присоединительных патрубков, коллектора и живого сечения для прохода теплоносителя, длина нагревательных элементов, число ходов и рядов, вес. Готовые расчеты на различные объемы и температуру нагреваемого воздуха, давление и температуру теплоносителя, можно посмотреть, кликнув на модель выбранного Вами парового калорифера из таблицы.

Что делать, если при расчете, мы получаем требуемую площадь сечения, а в таблице для подбора калориферов КПСк, нет моделей с таким показателем. Тогда мы принимаем два или несколько калориферов одного номера, чтобы сумма их площадей соответствовала или приближалась к нужному значению. Например, при расчете у нас получилась требуемая площадь сечения - 1.240 м². Паровых воздухонагревателей с таким значением в таблице нет. Принимаем два теплообменника КПСк 3-10 или КПСк 4-10 с площадью 0.581 м² (в сумме это дает 1.162 м²) и монтируем их по воздуху и теплоносителю параллельно. В итоге мы получаем нужную нам площадь фронтального сечения - комплектацией из двух паровых воздухонагревателей.
При выборе трех или четырех рядной модели (одинаковые номера калориферов - имеют одну и ту же площадь фронтального сечения), ориентируемся на то, что теплообменники КПСк4 (четыре ряда) при одной и той же входящей температуре, и производительности по воздуху, нагревают его в среднем на восемь-двенадцать градусов больше, чем КПСк3 (три ряда тепло несущих трубок). Соответственно двухрядная модель КПСк2 предназначена для нагрева воздуха на небольшую разницу температур.

Весовая скорость воздуха

3. Находим действительную массовую скорость для выбранного одного или нескольких паровоздушных калориферов.
v (кг/м²•с) = G / f
G - массовый расход воздуха, кг/час; f - площадь действительного фронтального сечения, берущегося в расчет, м².

Расход пара для нагрева

4. Рассчитываем расход пара, исходя из требуемой тепловой мощности для нагрева заданного объема воздуха. Gп (кг/сек) = Q / rп
Q - расход тепла для нагрева воздуха, Вт; r п - скрытая теплота парообразования, Дж/кг (принимается по нижевыложенной таблице свойств насыщенного водяного пара - для давления используемого теплоносителя).
Скрытая теплота парообразования (конденсации) - количество энергии или тепла, которое расходуется для превращения одного килограмма кипящей воды (при данном 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.

Расчет коэффициента теплопередачи

5. Расчет коэффициента теплопередачи (теплотехнической эффективности), выбранного парового калорифера. Коэффициент теплопередачи выбранного теплообменника, можно узнать двумя способами. Первый - рассчитать по формуле (использовав коэффициенты и показатели степеней данного вида воздухонагревателей). Второй - воспользоваться готовой таблицей, с данными при разных показателях массовой скорости воздуха. Табличные данные можно посмотреть на странице сайта: Калориферы КПСк. Коэффициент теплопередачи калориферов КПСк.

К Вт/(м²•°С) = A • Vⁿ • L^m
V - действительная массовая скорость воздуха, кг/м²•с; L - длина теплоотдающего элемента принятого воздухонагревателя, м - (принимается по таблице); A, n, m - значение модуля и степеней из таблицы.

Расчет температурного напора

6. Расчет температурного напора. Ниже представлены формулы для определения среднего логарифмического температурного напора. Если задача по вычислению этого показателя вызовет у вас затруднения, то можно воспользоваться альтернативным методом подсчета с нахождением среднеарифметического температурного напора (представлен ниже). При соблюдении определенных условий это значение будет выведено с небольшой долей погрешности.

Принцип работы парового калорифера построен на теплообмене двух сред. Первичный теплоноситель - сухой насыщенный пар, вторичный - воздух. Поэтому этот теплообменник называют еще и паровоздушным. Нагрев воздуха происходит за счет отдачи тепла, выделяемого при конденсации пара. То есть условно мы можем разделить теплообменные среды на два потока или контура.
Первый контур - греющая сторона - теплоноситель пар, второй контур - нагреваемая сторона - теплоноситель воздух. Чем больше разница температур потоков, тем эффективней происходит теплообмен.
Средний температурный напор рассчитывается в следующей последовательности:
Δt Б - большая разность температур; Δt Б = t S - t НАЧ
Δt М - меньшая разность температур; Δt М = t S - t НАЧ
t s - температура пара при соответствующем давлении, °С; t нач - температура воздуха на входе в теплообменник, °С; t кон - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С.

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 x.

Пример расчета и подбора калорифера КПСк. Шаг-6

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 6500 м³/час от температуры -28°С до +29°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
6. Задача - подсчитать средний логарифмический температурный напор с давлением теплоносителя 0.1 МПа, температурой входящего-выходящего воздуха -28°С - +29°С.
Δt Б = 99.6 - (-28) = 127.6
Δt М = 99.6 - 29 = 70.6
99.6 - температура пара при давлении 0.1 МПа, °С; -27 - температура воздуха на входе в теплообменник, °С; 25 - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С.
127.6 - большая разность температур, °С (расчет: от температуры пара 99.6°С при давлении 0.1 МПа отнимаем температуру входящего воздуха -28°С); 70.6 - меньшая разность температур, °С (расчет: от температуры пара 99.6°С при давлении 0.1 МПа отнимаем температуру выходящего из калорифера воздуха +29°С); ln(x) - показатель степени, в которую нужно возвести число 2.71828, чтобы получить число 1.8074. Значение 1.8074 получается при делении показателя большей разности температур (127.6) на меньшую разность температур (70.6). 0.592 - полученный показатель степени. Если число 2.71828 возвести в степень 0.592 получится 1.8074. Вычисления проводятся с помощью калькулятора с функцией нахождения логарифма.
6.1 Задача - подсчитать средний арифметический температурный напор с давлением теплоносителя 0.1 МПа, температурой входящего-выходящего воздуха -28°С - +29°С.

Производительность калорифера

7. Подсчет фактической тепловой мощности подобранных калорифера (ов) вентиляции.
q (Вт) = K • F • Δt
K - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²•°C); F - площадь поверхности нагрева выбранного парового калорифера (принимается по таблице подбора), м²; Δt - значение температурного напора, °С.

Расход пара калорифером

8. Подсчитываем фактический расход пара.
gw (кг/сек) = q / rп
q - фактическая тепловая мощность подобранных паровых калориферов, Вт; r п - скрытая теплота парообразования, Дж/кг (принимается по таблице свойств насыщенного водяного пара - для давления используемого теплоносителя).

Запас тепловой мощности калорифера

9. Определяем запас тепловой производительности принятого калорифера (ов).
((q - Q) / Q) • 100
q - фактическая тепловая мощность подобранных калориферов, Вт; Q - расчетная тепловая мощность для нагрева требуемого объема воздуха, Вт.
Фактическая тепловая производительность принятого паровоздушного калорифера должна быть больше, чем расчетная. Диапазон допустимого процентного соотношения фактической и расчетной мощности, по разным источникам, может составлять от 96 до 120 (от - 4 до 20) %. В любом случае, нужно стремиться к максимально приближенному равенству мощностей (фактическая производительность = 100 - 110 % от расчетной). Если при подсчете, разница составила большее значение, чем вышеупомянутые цифры, следует произвести перерасчет.

Расчет воздушного сопротивления

10. Расчет аэродинамического сопротивления.
Величину потерь по воздуху можно узнать двумя способами. Первый - подсчитать по формуле, используя коэффициент и значения степеней подобранного калорифера. Второй - путем подбора - по таблице, используя данные при разной массовой скорости воздуха. Посмотреть таблицы с данными аэродинамических сопротивлений паровых калориферов КПСк.

ΔPa (Па) = B • V^r
V - действительная массовая скорость воздуха, кг/м²•с; B, r - значение модуля и степеней из таблицы.

При установке паровых калориферов последовательно по ходу движения воздуха, полученное значение аэродинамического сопротивления умножаем на количество рядов теплообменников.

Подбор парового калорифера

11. Итоговые показатели по расчету и подбору калориферов КПСк 02У3 (ТУ 4863-002-55613706-02) производства ООО Т.С.Т.
В результате расчета и подбора парового калорифера для нагрева входящего воздуха от -28°С до +29°С объемом 6500 м³/час, с использованием теплоносителя - сухого насыщенного пара давлением 0.1 МПа, был выбран воздухонагреватель КП-Ск 3-10 трехрядный, одноходовой. Полученные данные: 1. производительность по теплу - 151 кВт; 2. массовая скорость в фронтальном сечении - 4.01 кг/м²•с; 3. расход пара - 241 кг/час; 4. запас по тепловой мощности - 13 %; 5. воздушное сопротивление - 77 Па.

Перейти на страницу сайта: Калориферы КПСк. Производство паровых теплообменников. На странице представлены чертежи, фотографии, описание и расчеты данных паровых воздухонагревателей, таблицы с теплотехническими характеристиками, габаритными размерами паровых оребренных теплообменников типа КПСк-02-У3.