Расчет и подбор водяного калорифера для приточной установки

Расчет и подбор водяных калориферов КСк (предприятие-производитель ООО Т.С.Т., ТУ 4863-002-55613706-02) осуществляется в следующей последовательности:

1. подсчет тепловой мощности для нагрева заданного объема воздуха;

2. расчет фронтального сечения калорифера для прохода требуемого объема воздуха и подбор подходящей модели воздухонагревателя типа КСк;

3. нахождение действительной массовой скорости в фронтальном сечении подобранного калорифера;

4. определение расхода теплоносителя;

5. подсчет скорости горячей воды в теплообменнике;

6. вычисление коэффициента теплопередачи;

7. определение среднего температурного напора;

8. нахождение фактической теплопроизводительности воздухонагревателя;

9. подсчет фактического расхода и скорости теплоносителя;

10. установление запаса по тепловой мощности калорифера вентиляции и его соответствия рекомендуемому диапазону;

11. расчет аэродинамического сопротивления;

12. определение гидравлического сопротивления по теплоносителю;

13. результаты расчета и подбора водяного калорифера КСк.
Все действия по расчету и подбору водяных калориферов типа КСк 02 ХЛ3 для приточной вентиляции выложены пошагово. Прилагаются формулы для расчета водяных калориферов, таблицы, технические данные и характеристики всех моделей данных воздухонагревателей. Каждый шаг подсчетов и вычислений сопровождается конкретным примером.

Температуру входящего воздуха можно принять, исходя из географического региона, в котором будут эксплуатироваться калориферы приточных установок. Данные с расчетными средними температурами некоторых городов представлены в таблице. Если в таблице отсутствует ваш город, следует принять показатели близлежащего.

Расчет тепловой мощности

1. Определить тепловую мощность для нагрева требуемого объема воздуха.
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 (сумму температуры воздуха на входе и выходе из калорифера разделить на два), 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 при средней температуре (сложить температуру входящего и выходящего воздуха и поделить на два), Дж/(кг•°С); t нач - температура воздуха на входе в теплообменник, °С; t кон - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника вентиляции, °С.

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-1

Провести тепловой расчет и подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
1. Определить тепловую мощность необходимую для нагрева воздуха объемом 16000 м³/час с температуры -25 до +23 градусов.
1.1 Определяем массовый расход нагреваемого воздуха
G (кг/ч) = 16000 • 1.30 = 20800 кг/час
16000 - объемное количество нагреваемого воздуха, м³/час; 1.30 - плотность воздуха при температуре -1°С (температура на входе в калорифер -25°С плюс температура воздуха на выходе +23°С - делим на два). (-25+23)/2= -2/2= -1. Плотность воздуха при температуре -1 имеет значение 1.30.
1.2 Определяем расход теплоты для нагрева воздуха
Q (Вт) = (20800/3600) • 1005 • (23 - (-25)) = 278720 Вт
20800 - массовый расход воздуха, кг/час; 1005 - удельная теплоемкость воздуха при средней температуре воздуха -1°С, Дж/(кг•°С); +23 - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С; -25 - температура воздуха на входе в теплообменник, °С.

Плотность воздуха в зависимости от температуры
температура, °С	-50	-45	-40	-35	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0	+5	+10	+15	+20
плотность, кг/м³	1.58	1.55	1.51	1.48	1.45	1.42	1.39	1.37	1.34	1.32	1.29	1.27	1.25	1.23	1.20
температура, °С	+25	+30	+35	+40	+45	+50	+55	+60	+65	+70	+75	+80	+85	+90	+100
плотность, кг/м³	1.18	1.16	1.15	1.13	1.11	1.09	1.08	1.06	1.04	1.03	1.01	1.00	0.99	0.97	0.95

Теплоемкость воздуха в зависимости от температуры
температура, °С	-50	-45	-40	-35	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0	+5	+10	+15	+20
плотность, кг/м³	1013	1012	1011	1010	1010	1009	1008	1007	1006	1005	1005	1005	1005	1005	1005
температура, °С	+25	+30	+35	+40	+45	+50	+55	+60	+65	+70	+75	+80	+85	+90	+100
плотность, кг/м³	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1006	1006	1007	1007	1008	1009	1009

Фронтальное сечение

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

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-2

Подобрать подходящий калорифер КСк приточной вентиляции для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
2. Расчет фронтального сечения для прохода воздуха. Подбираем необходимую площадь сечения калорифера КСк под массовый расход воздуха 20800 кг/час. Принимаем массовую скорость - 3.6 кг/м²•с.
f (м²) = (20800/3600) / 3.6 = 1.605 м²
20800 - массовый расход воздуха, кг/час; 3.6 - массовая скорость воздуха, кг/м²•с.
Из расчета получилась требуемая площадь фронтального сечения для прохода воздуха - 1.605 м². Далее, ориентируясь на данные из ниже выложенной таблицы, подбираем калорифер КСк, подходящий под это сечение. Наиболее подходящие модели КСк 2-11, КСк 3-11 и КСк 4-11 (площадь фронтального сечения этих теплообменников - 1.660 м²).

Ниже представлена таблица с данными двух, трех и четырехрядных воздухонагревателей типа КСк-02-ХЛ3 производства ООО Т.С.Т. В таблице приводятся основные технические характеристики для расчета и подбора всех моделей данных теплообменников: площадь поверхности нагрева и фронтального сечения, присоединительных патрубков, коллектора и живого сечения для прохода воды, длина теплонагревательных трубок, число ходов и рядов, масса. Готовые расчеты на различные объемы нагреваемого воздуха, температуру входящего воздуха и графики теплоносителя можно посмотреть, кликнув на модель выбранного Вами калорифера вентиляции из таблицы.

Калориферы КСк2Калориферы КСк3Калориферы КСк4

Наименование калорифера	Площадь, м²					Длина теплоотдающего элемента (в свету), м	Число ходов по внутреннему теплоносителю	Число рядов	Масса, кг
Наименование калорифера	поверхности нагрева	фронтального сечения	сечения коллектора	сечения патрубка	живого сечения (средняя) для прохода теплоносителя	Длина теплоотдающего элемента (в свету), м	Число ходов по внутреннему теплоносителю	Число рядов	Масса, кг
КСк 2-1	6.7	0.197	0.00152	0.00101	0.00056	0.530	4	2	22
КСк 2-2	8.2	0.244				0.655			25
КСк 2-3	9.8	0.290				0.780			28
КСк 2-4	11.3	0.337				0.905			31
КСк 2-5	14.4	0.430				1.155			36
КСк 2-6	9.0	0.267			0.00076	0.530			27
КСк 2-7	11.1	0.329				0.655			30
КСк 2-8	13.2	0.392				0.780			35
КСк 2-9	15.3	0.455				0.905			39
КСк 2-10	19.5	0.581				1.155			46
КСк 2-11	57.1	1.660		0.00221	0.00156	1.655			120
КСк 2-12	86.2	2.488		0.00221	0.00236	1.655			174

Наименование калорифера	Площадь, м²					Длина теплоотдающего элемента (в свету), м	Число ходов по внутреннему теплоносителю	Число рядов	Масса, кг
Наименование калорифера	поверхности нагрева	фронтального сечения	сечения коллектора	сечения патрубка	живого сечения (средняя) для прохода теплоносителя	Длина теплоотдающего элемента (в свету), м	Число ходов по внутреннему теплоносителю	Число рядов	Масса, кг
КСк 3-1	10.2	0.197	0.00164	0.00101	0.00086	0.530	4	3	28
КСк 3-2	12.5	0.244				0.655			32
КСк 3-3	14.9	0.290				0.780			36
КСк 3-4	17.3	0.337				0.905			41
КСк 3-5	22.1	0.430				1.155			48
КСк 3-6	13.7	0.267			0.00116 (0.00077)	0.530	4 (6)		37
КСк 3-7	16.9	0.329				0.655			43
КСк 3-8	20.1	0.392				0.780			49
КСк 3-9	23.3	0.455				0.905			54
КСк 3-10	29.7	0.581				1.155			65
КСк 3-11	86.2	1.660		0.00221	0.00235	1.655	4		163
КСк 3-12	129.9	2.488		0.00221	0.00355	1.655	4		242

Наименование калорифера	Площадь, м²					Длина теплоотдающего элемента (в свету), м	Число ходов по внутреннему теплоносителю	Число рядов	Масса, кг
Наименование калорифера	поверхности нагрева	фронтального сечения	сечения коллектора	сечения патрубка	живого сечения (средняя) для прохода теплоносителя	Длина теплоотдающего элемента (в свету), м	Число ходов по внутреннему теплоносителю	Число рядов	Масса, кг
КСк 4-1	13.3	0.197	0.00224	0.00101	0.00113	0.530	4	4	34
КСк 4-2	16.4	0.244				0.655			38
КСк 4-3	19.5	0.290				0.780			44
КСк 4-4	22.6	0.337				0.905			48
КСк 4-5	28.8	0.430				1.155			59
КСк 4-6	18.0	0.267			0.00153 (0.00102)	0.530	4 (6)		43
КСк 4-7	22.2	0.329				0.655			51
КСк 4-8	26.4	0.392				0.780			59
КСк 4-9	30.6	0.455				0.905			65
КСк 4-10	39.0	0.581				1.155			79
КСк 4-11	114.2	1.660		0.00221	0.00312	1.655	4		206
КСк 4-12	172.4	2.488		0.00221	0.00471	1.655	4		307

Что делать, если при расчете, мы получаем требуемую площадь сечения, а в таблице для подбора калориферов КСк, 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 - 0.926 м². Воздухонагревателей с таким значением в таблице нет. Принимаем два теплообменника КСк 3-9 с площадью 0.455 м² (в сумме это дает 0.910 м²) и монтируем их по воздуху параллельно.
При выборе двух, трех или четырех рядной модели (одинаковые номера калориферов - имеют одну и ту же площадь фронтального сечения), ориентируемся на то, что теплообменники КСк4 (четыре ряда) при одной и той же входящей температуре воздуха, графике теплоносителя и производительности по воздуху, нагревают его в среднем на восемь-двенадцать градусов больше, чем КСк3 (три ряда теплонесущих трубок), на пятнадцать-двадцать градусов больше, чем КСк2 (два ряда теплонесущих трубок), но имеют большее аэродинамическое сопротивление.

Массовая скорость воздуха

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

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-3

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
3. Задача - найти действительную массовую скорость тех теплообменников, что мы подобрали. Принимаем калориферы КСк 11-го номера, как наиболее подходящие по фронтальному сечению для прохода воздуха (1.660 м²). Произведем расчет всех трех моделей: двухрядного калорифера КСк 2-11, трехрядного КСк 3-11 и четырехрядного КСк 4-11.
v (кг/м²•с) = (20800/3600) / 1.660 = 3.48 кг/м²•с
20800 - массовый расход воздуха, кг/час; 1.660 - площадь фронтального сечения калориферов КСк, берущихся в расчет, м².
Так как все три модели имеют одинаковые габаритные размеры, массовая скорость в фронтальном сечении каждого воздухоподогревателя, вне зависимости от рядности, будет иметь одинаковое значение.

Расход воды для нагрева

4. Рассчитываем расход теплоносителя, исходя из требуемой тепловой мощности для нагрева заданного объема воздуха. Gw (кг/сек) = Q / ((cw • (t вх - t вых))
Q - расход тепла для нагрева воздуха, Вт; cw - удельная теплоемкость воды (температура воды на подаче и выходе суммируется и делится пополам), Дж/(кг•°С); t вх - температура воды на входе в теплообменник, °С; t вых - температура воды на выходе из теплообменника, °С.

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-4

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
4. Подсчет расхода горячей воды. Рассчитывается потребление теплоносителя с температурным графиком 95°С - 60°С для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С.
Gw (кг/сек) = 278720 / ((4196 • (95 - 60)) = 1.898 кг/сек = 6833 кг/час
278720 - расход тепла для нагрева воздуха, Вт; 4196 - удельная теплоемкость воды при температуре 77.5°С (95°С + 60°С = 155°С / 2 = 77.5°С), Дж/(кг•°С); 95 - температура на входе в теплообменник, °С; 60 - температура на выходе из теплообменника, °С.

Скорость теплоносителя

5. Подсчет скорости движения воды в трубках принятого калорифера.
W (м/сек) = Gw / (pw • fw)
Gw - расход теплоносителя, кг/сек; pw - плотность воды при средней температуре в воздухонагревателе, кг/м³; fw - средняя площадь живого сечения одного хода теплообменника (принимается по таблице подбора калориферов КСк), м².

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-5

Подобрать и произвести тепловой расчет калорифера приточной вентиляции серии КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
5. Цель - подсчет скорости движения воды в трубках, принятых оребренных воздухоподогревателей 11-го номера.
W (м/сек) = 1.898 / (973 • 0.00156) = 1.250 м/сек - для калорифера КСк 2-11 W (м/сек) = 1.898 / (973 • 0.00235) = 0.830 м/сек - для калорифера КСк 3-11 W (м/сек) = 1.898 / (973 • 0.00312) = 0.625 м/сек - для калорифера КСк 4-11
1.898 - расход теплоносителя, кг/сек; 973 - плотность воды при средней температуре в теплообменнике (график 95°С-60°С, средняя 77.5°С), кг/м³; 0.00156 - средняя площадь живого сечения одного хода калорифера КСк 2-11, м²; 0.00235 - средняя площадь живого сечения одного хода калорифера КСк 3-11, м²; 0.00312 - средняя площадь живого сечения одного хода калорифера КСк 4-11, м². 0.00312 - средняя площадь живого сечения одного хода калорифера КСк 4-11, м².

Плотность воды в зависимости от температуры
температура, °С	0	+5	+10	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45	+50	+55	+60	+65	+70
плотность, кг/м³	999	999	999	999	998	997	996	994	992	990	988	986	983	981	978
температура, °С	+75	+80	+85	+90	+95	+100	+105	+110	+115	+120	+125	+130	+135	+140	+150
плотность, кг/м³	975	972	967	965	962	958	955	951	947	943	939	935	930	926	917

Теплоемкость воды в зависимости от температуры
температура, °С	0	+5	+10	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45	+50	+55	+60	+65	+70
теплоемкость, Дж/(кг•°С)	4217	4204	4193	4186	4182	4181	4179	4178	4179	4181	4182	4183	4184	4185	4190
температура, °С	+75	+80	+85	+90	+95	+100	+105	+110	+115	+120	+125	+130	+135	+140	+150
теплоемкость, Дж/(кг•°С)	4194	4197	4203	4205	4213	4216	4226	4233	4237	4240	4258	4270	4280	4290	4310

В случае если для расчета приняты два или более калориферов, эта формула действительна только при их последовательном подсоединении по теплоносителю. То есть калориферы присоединены так, что горячая вода, пройдя по контурам одного теплообменника, подается во-второй и т.д. При параллельном подсоединении, например, двух воздухонагревателей КСк по теплоносителю, значение fw будет 2fw и т.д. К примеру, для нагрева воздуха нам требуются два теплообменника КСк 3-9 с площадью 0.455 м² (в сумме это дает 0.910 м²). Расход теплоносителя составил 0.600 кг/сек. Подсчитать скорость движения одного хода калориферов. При последовательном подсоединении по теплоносителю формула будет иметь вид - W (м/сек) = Gw / (pw • fw), при параллельном (теплопровод подключен к каждому воздухонагревателю отдельно) - W (м/сек) = Gw / (pw • 2fw). Соответственно и скорость движения воды в трубках, в первом случае будет иметь большее значение, чем во втором. Рекомендуемая скорость движения теплоносителя в калориферах водяных типа КСк - (0.2 - 0.5) м/сек. Превышение этой скорости, связано с увеличением гидравлического сопротивления. Допустимые значения - от 0.12 до 1.2 м/сек.

Коэффициент теплопередачи калорифера

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

Расчетные значения для подсчета коэффициентов теплопередачи
КСк2 (2-х рядная модель)	A	n	m	КСк3 (3-х рядная модель)	A	n	m	КСк4 (4-х рядная модель)	A	n	m
КСк2 (2-х рядная модель)	33.3	0.383	0.175	КСк3 (3-х рядная модель)	29.3	0.437	0.168	КСк4 (4-х рядная модель)	25.5	0.496	0.160

К Вт/(м²•°С) = A • Vⁿ • Wᵐ
V - действительная массовая скорость воздуха, кг/м²•с; W - скорость движения воды в трубках, м/сек; A, n, m - значение модуля и степеней из таблицы.

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-6

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
6. Задача - подсчитать коэффициент теплопередачи воздухонагревателей КСк 11-го номера при массовой скорости в фронтальном сечении 3.48 кг/м²•с и соответствующей скорости движения теплоносителя в трубках.
К Вт/(м²•°С) = 33.3 • 3.48^0.383 • 1.250^0.175 = 55.82 Вт/(м²•°C) - для калорифера КСк 2-11
К Вт/(м²•°С) = 29.3 • 3.48^0.437 • 0.830^0.168 = 48.97 Вт/(м²•°C) - для калорифера КСк 3-11
К Вт/(м²•°С) = 25.5 • 3.48^0.496 • 0.625^0.160 = 43.91 Вт/(м²•°C) - для калорифера КСк 4-11
3.48 - действительная массовая скорость воздуха, кг/м²•с; 1.250, 0.830, 0.625 - скорость движения воды в трубках двух, трех и четырехрядных калориферов 11-го номера соответственно, м/сек; 33.3, 0.383, 0.175 (29.3, 0.437, 0.168; 25.5, 0.496, 0.160) - значение модуля и степеней из таблицы в зависимости от рядности воздухонагревателя.

Температурный напор калорифера

7. Расчет температурного напора. Ниже представлены формулы для определения среднего арифметического или среднего логарифмического температурного напора (в зависимости от итогового показателя отношения дельт температур). Если этот шаг вызовет у вас затруднения, его можно пропустить и перейти к пункту 8. Там представлена общая формула нахождения фактической тепловой мощности выбранного калорифера, которая позволит (в большинстве случаев) подобрать теплообменник с допустимой степенью погрешности.

Принцип работы водяного калорифера построен на теплообмене двух сред. Первичный теплоноситель - горячая или перегретая вода, вторичный - воздух. Поэтому этот теплообменник называют еще и водовоздушным. Нагрев воздуха происходит за счет отдачи тепла первичным теплоносителем (горячей водой) - вторичному теплоносителю (холодному воздуху). То есть условно мы можем разделить теплообменные среды на два потока или контура. Первый контур - греющая сторона - теплоноситель горячая вода, второй контур - нагреваемая сторона - теплоноситель воздух. Чем больше разница температур потоков, тем эффективней происходит теплообмен. Средний температурный напор рассчитывается в следующей последовательности:
Δt1=Т1-Т3 Δt2=Т2-Т4
Т1 - температура на входе (горячая сторона); Т2 - температура на выходе (горячая сторона); Т3 - температура на выходе (холодная сторона); Т4 - температура на входе (холодная сторона).
Δt Б - большее значение из дельт температур; Δt м - меньшее значение из дельт температур.

Формулы для расчета водяного калорифера 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 подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-7

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
7. Задача - подсчитать средний температурный напор с теплоносителем на входе +95°С - на выходе +60°С, температурой входящего-выходящего воздуха -25°С - +23°С.
Δt1=95-23=72 Δt2=60-(-25)=85
+95°С - температура на входе (горячая сторона); +60°С - температура на выходе (горячая сторона); +23°С - температура на выходе (холодная сторона); -25°С - температура на входе (холодная сторона).
Δt Б - большее значение из дельт температур = 85; Δt м - меньшее значение из дельт температур = 72. Расчет коэффициента теплопередачи водяного калорифера

Расчет коэффициента теплопередачи водяного калорифера

Средний температурный напор для калориферов КСк2, КСк3 и КСк4 11-го номера, осуществляющих нагрев воздуха с -25°С до +23°С горячей водой с графиком +95°С-60°С составляет 78.5°С.

Следует также учитывать, что при ΔtБ / Δtм > 1.8, используется формула для нахождения среднелогарифмического температурного напора. Подробное описание расчета по этой формуле, можно посмотреть на странице сайта: Подбор калориферов КПСк.

Фактическая мощность калорифера

8. Подсчет фактической тепловой мощности подобранных калорифера (ов) для приточной вентиляции.
q (Вт) = K • F • ((t вх + t вых)/2 - (t нач + t кон)/2))
или, если подсчитан температурный напор, то q (Вт) = K • F • средний температурный напор
K - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²•°C); F - площадь поверхности нагрева выбранного калорифера (принимается по таблице подбора), м²; t вх - температура воды на входе в теплообменник, °С; t вых - температура воды на выходе из теплообменника, °С; t нач - температура воздуха на входе в теплообменник, °С; t кон - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С.

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-8

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
8. Расчет фактической теплопроизводительности воздухоподогревателей КСк 11-го номера, при заложенных и подсчитанных значениях, производится по следующей формуле расчета мощности калорифера:
q (Вт) = 55.82 • 57.1 • ((95 +60)/2 - (-25 +23)/2)) = 250205 Вт - для калорифера КСк 2-11
q (Вт) = 48.97 • 86.2 • ((95 +60)/2 - (-25 +23)/2)) = 331365 Вт - для калорифера КСк 3-11
q (Вт) = 43.91 • 114.2 • ((95 +60)/2 - (-25 +23)/2)) = 393640 Вт - для калорифера КСк 4-11
55.82, 48.97, 43.91 - коэффициенты теплопередачи калориферов, Вт/(м²•°C); 57.1, 86.2, 114.2 - площадь поверхности нагрева воздухонагревателей, м²; 95 - температура воды на входе в теплообменник, °С; 60 - температура воды на выходе из теплообменника, °С; -25 - температура воздуха на входе в теплообменник, °С; 23 - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С.

Фактический расход и скорость воды

9. Подсчитываем фактический расход и скорость теплоносителя.
9.1 Подсчет действительного расхода горячей воды.
gw (кг/сек) = q / (cw • (t вх - t вых))
q - фактическая тепловая мощность подобранных калориферов, Вт; cw - удельная теплоемкость воды (температура воды на подаче и выходе суммируется и делится пополам), Дж/(кг•°С); t вх - температура воды на входе в теплообменник, °С; t вых - температура воды на выходе из теплообменника, °С.
9.2 Подсчет действительной скорости теплоносителя.
w (м/сек) = gw / (pw • fw)
gw - фактический расход теплоносителя, кг/сек; pw - плотность воды при средней температуре в воздухонагревателе, кг/м³; fw - средняя площадь живого сечения одного хода выбранного теплообменника, м².

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-9

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
9. Задача - уточнить реальный расход и скорость теплоносителя в выбранных теплообменниках.
9.1 Вычисление фактического расхода горячей воды
gw (кг/сек) = 250205 / (4196 • (95 - 60)) = 1.704 кг/сек = 6134 кг/час - для калорифера КСк 2-11
gw (кг/сек) = 331365 / (4196 • (95 - 60)) = 2.256 кг/сек = 8122 кг/час - для калорифера КСк 3-11
gw (кг/сек) = 393640 / (4196 • (95 - 60)) = 2.680 кг/сек = 9648 кг/час - для калорифера КСк 4-11
250205, 331365, 393640 - фактическая тепловая мощность двух, трех и четырехрядной модели, Вт; 4196 - удельная теплоемкость воды при средней температуре 77.5°С, Дж/(кг•°С); 95 - температура на входе в теплообменник КСк, °С; 60 - температура на выходе из теплообменника, °С.
9.2 Подсчет действительной скорости теплоносителя
w (м/сек) = 1.704 / (973 • 0.00156) = 1.123 м/сек - для калорифера КСк 2-11
w (м/сек) = 2.256 / (973 • 0.00235) = 0.987 м/сек - для калорифера КСк 3-11
w (м/сек) = 2.680 / (973 • 0.00312) = 0.883 м/сек - для калорифера КСк 4-11
1.704, 2.256, 2.680 - фактический расход теплоносителя калориферами, кг/сек; 973 - плотность воды при средней температуре в теплообменнике, кг/м³; 0.00156, 0.00235, 0.00312 - средняя площадь живого сечения одного хода калориферов КСк2-11, КСк3-11, КСк4-11 соответственно, м².

Запас мощности калорифера

10. 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 калорифера вентиляции 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.

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-10

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
10. Осуществляем подсчет расхождения фактической и расчетной тепловой мощности подобранных теплообменников
((250205 - 278720) / 278720) • 100 = -10.2% - для калорифера КСк 2-11
((331365 - 278720) / 278720) • 100 = 18.9% - для калорифера КСк 3-11
((393640 - 278720) / 278720) • 100 = 41.2% - для калорифера КСк 4-11
250205, 331365, 393640 - фактическая тепловая мощность подобранных водяных теплообменников, Вт; 278720 - расчетная тепловая мощность для нагрева заданного объема воздуха, Вт.
Из рассматриваемых моделей калориферов КСк 11-го номера, только трехрядный воздухонагреватель КСк 3-11 соответствует при заданных условиях рекомендуемому соотношению фактической и расчетной мощности.

Сопротивление по воздуху калорифера

11. 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 таблицу с данными аэродинамических сопротивлений водяных калориферов КСк.

Расчетные значения для подсчета аэродинамического сопротивления
КСк2 (2-х рядная модель)	B	r	КСк3 (3-х рядная модель)	B	r	КСк4 (4-х рядная модель)	B	r
КСк2 (2-х рядная модель)	4.23	1.832	КСк3 (3-х рядная модель)	6.05	1.832	КСк4 (4-х рядная модель)	8.63	1.833

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

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-11

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
11. Задача - выяснить аэродинамическое сопротивление подобранных калориферов при работе с заданными условиями.
ΔPa (Па) = 4.23 • 3.48^1.832 = 41.5 Па - для калорифера КСк 2-11
ΔPa (Па) = 6.05 • 3.48^1.832 = 59.4 Па - для калорифера КСк 3-11
ΔPa (Па) = 8.63 • 3.48^1.833 = 84.9 Па - для калорифера КСк 4-11
3.48 - действительная массовая скорость воздуха в фронтальном сечении, кг/м²•с; 4.23, 1.832 (6.05, 1.832; 8.63, 1.833) - значение модуля и степени из таблицы в зависимости от рядности воздухонагревателя.

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

Сопротивление калорифера по воде

12. Расчет гидравлического сопротивления, подобранного калорифера (ов) приточных вентиляционных установок.
Сопротивление по теплоносителю вычисляется по формулам. Первая требует довольно большего числа действий и подробно описана на странице сайта: Калориферы КСк. Гидравлическое сопротивление калориферов КСк. Вторая - более простая и решается на основе уже подсчитанных коэффициентов гидравлического сопротивления для конкретных моделей калориферов КСк. Таблица с коэффициентами представлена на вышеупомянутой странице. В этой же таблице, ориентируясь на скорость воды в трубках и массовую скорость воздуха в фронтальном сечении, можно узнать значение водяного сопротивления, не прибегая к расчетам.
ΔPw (кПа) = C • W²
С - значение коэффициента гидравлического сопротивления заданной модели теплообменника (смотреть по таблице); W - скорость движения воды в трубках воздухонагревателя, м/сек.

Пример подбора и расчета калорифера КСк. Шаг-12

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 16000 м³/час от температуры -25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 60°С на выходе.
12. Задача - выяснить гидравлическое сопротивление подобранного калорифера, при работе с заданными условиями.
ΔPw (кПа) = 21.99 • 1.123² = 27.73 кПа - для калорифера КСк 2-11
ΔPw (кПа) = 34.25 • 0.987² = 33.37 кПа - для калорифера КСк 3-11
ΔPw (кПа) = 37.15 • 0.883² = 28.97 кПа - для калорифера КСк 4-11
21.99, 34.25, 37.15 - значение коэффициентов гидравлического сопротивления для калориферов КСк2-11, КСк3-11, КСк4-11 (взяты из таблицы); 1.123, 0.987, 0.883 - скорость движения воды в трубках принятых воздухонагревателей, м/сек.

В случае принятия для расчета двух и более калориферов и их подключении по теплоносителю последовательно, полученное значение гидравлического сопротивления умножаем на число теплообменников, последовательно подключенных по воде.

Подбор калорифера

13. Итоговые показатели расчета и подбора калориферов КСк 02 ХЛ3 (ТУ 4863-002-55613706-02) производства ООО Т.С.Т.
В результате расчета и подбора калорифера для нагрева входящего воздуха от -25°С до 23°С объемом 16000 м³/час, с использованием теплоносителя - горячей воды с температурным графиком 95°С - 60°С, был выбран оребренный водяной теплообменник КСк 3-11 трехрядный, четырехходовой. Полученные данные: 1. тепловая мощность калорифера - 331 кВт; 2. массовая скорость в фронтальном сечении - 3.48 кг/м²•с; 3. расход теплоносителя - 8122 кг/час; 4. скорость горячей воды в теплообменнике - 0.99 м/сек; 5. запас по тепловой мощности - 19 %; 6. аэродинамическое сопротивление - 60 Па; 7. гидравлическое сопротивление - 33 кПа.

Перейти на страницу: Калориферы КСк. Производство, технические характеристики. На странице представлены чертежи, фотографии, описание и расчеты данных воздухонагревателей, таблицы с теплотехническими характеристиками, габаритными размерами водяных оребренных теплообменников типа КСк-02-ХЛ3.

Калориферы КСк. Расчет и подбор водяных калориферов КСк