08.12.2022

Нагрев воздуха: Расчет калорифера – Лекция 9. Калорифер. Калорифер или нагреватель воздуха в холодное время года нагревает подаваемый с улицы воздух

Содержание

Количество энергии на подогрев воздуха

Количество энергии на нагрев воздуха
Какое количество энергии требуется для нагрева воздуха? Сколько энергии нужно для потребления воздуха зимой? А сколько нужно на работу двигателей вентиляторов? Именно эти вопросы являются одними из самых важных при проектировании системы вентиляции.
Под энергией понимается электрическая энергия, а также тепловая (термин применяется при использовании теплогенератора (котла) для нагрева воздуха).
Расчет количества энергии на нагрев воздуха
Чтобы понять денежные затраты, необходимо определить количество энергии, которое нагреватель потребляет для выработки требуемой энергии с учетом его КПД и умножить эту величину на стоимость энергии, тогда вы получите стоимость тепла для системы вентиляции. Для проверки, можно воспользоваться формулой, по которой можно определить количество тепла, необходимое для подогрева приточного воздуха:
Формула расчета количества энергии на нагрев воздуха
P = Q x 0,36 x (Tвых — Tвх), где P — требуемая мощность калорифера в Вт, Q — расход воздуха в м3/час, (Tвых. — Tвх) — разница температур на входе (в Иркутске, расчетная — 36 С°) и выходе (в помещении) из калорифера в °С. Из приведённой формулы видно, что чем больше воздуха мы забираем с улицы, тем больше энергии требуется. Из чего следует, что избыточный воздухообмен приводит к перерасходу энергии, тепловым выбросам в атмосферу и бессмысленной трате денег.
Системы нагрева воздуха
Системы с водяным нагревом больше подходят для коттеджей с центральной системой отопления, в теплоноситель которой добавлена незамерзающая жидкость, а в системе управления предусмотрены все защитные функции, в том числе и защита от замораживания.
Регулярно бывают ситуации, когда проектируется система приточной вентиляции с электрическим подогревом воздуха, при этом все точно и правильно подсчитано, но на объекте нет требуемого количества киловатт. Если поставить в систему электронагреватель заниженной мощности — в помещение начнет поступать холодный воздух. В данном случае можно регулировать скорость вентилятора до тех пор, пока электронагреватель не начнет справляться. но постоянно поддерживать необходимые параметры вручную практически невозможно.
Чтобы избежать подобных проблем, можно использовать «умную» систему автоматики, которая будет автоматически снижать и увеличивать скорость вентилятора,
когда это необходимо. Кроме того, существуют приточные установки с рекуперацией тепла, которые используют тепло вытяжного воздуха для подогрева приточного. Единственный минус данной системы состоит в том, что приточные установки с рекуперацией стоят дороже обычной приточной системы.
Если у вас остались вопросы — звоните нашим специалистам, консультация бесплатна, по телефону

Онлайн-калькулятор расчета калорифера: мощность и расход теплоносителя

При конструировании системы воздушного отопления используются уже готовые калориферные установки.

Для правильного подбора необходимого оборудования достаточно знать: необходимую мощность калорифера, который впоследствии будет монтироваться в системе отопления приточной вентиляции, температуру воздуха на его выходе из калориферной установки и расход теплоносителя.

Для упрощения производимых расчетов вашему вниманию представлен онлайн-калькулятор расчета основных данных для правильного подбора калорифера.

С помощью него вы сможете рассчитать:

  1. Тепловую мощность калорифера кВт. В поля калькулятора следует ввести исходные данные об объеме проходящего через калорифер воздуха, данные о температуре поступаемого на вход воздуха, необходимую температуру воздушного потока на выходе из калорифера.
  2. Температуру воздуха на выходе. В соответствующие поля следует ввести исходные данные об объеме нагреваемого воздуха, температуре воздушного потока на входе в установку и полученную при первом расчете тепловую мощность калорифера.
  3. Расход теплоносителя. Для этого в поля онлайн-калькулятора следует ввести исходные данные: о тепловой мощности установки, полученные при первом подсчете, о температуре теплоносителя подаваемого на вход в калорифер, и значение температуры на выходе из устройства.

Расчет мощности калорифера

Расчет расхода теплоносителя

Расчета калориферов, в качестве теплоносителя которых используется вода или пар, происходит по определенной методике. Здесь важной составляющей являются не только точные расчеты, но и определенная последовательность действий.

Добавление по теме

Обратите внимание!

Если вы не найдете ответ на свой вопрос в этой статье, то посмотрите вопросы наших читателей. Может быть кто-то уже задавал вопрос, похожий на ваш:

Расчет производительности для нагрева воздуха определенного объема

Определяем массовый расход нагреваемого воздуха

G (кг/ч) = L х р

где:

L — объемное количество нагреваемого воздуха, м.куб/час
p — плотность воздуха при средней температуре (сумму температуры воздуха на входе и выходе из калорифера разделить на два) — таблица показателей плотности представлена выше, кг/м.куб

Определяем расход теплоты для нагревания воздуха

Q (Вт) = G х c х (t кон — t нач)

где:

G — массовый расход воздуха, кг/час с — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг•K), (показатель берется по температуре входящего воздуха из таблицы)

t нач — температура воздуха на входе в теплообменник, °С
t кон — температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

к оглавлению ↑

Вычисление фронтального сечения устройства, требующегося для прохода воздушного потока

Определившись с необходимой тепловой мощностью 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 (м.кв) = G / v

где:

G — массовый расход воздуха, кг/час

v — массовая скорость воздуха — для оребренных калориферов принимается в диапазоне 3 — 5 (кг/м.кв•с). Допустимые значения — до 7 — 8 кг/м.кв•с

к оглавлению ↑

Вычисление значений массовой скорости

Находим действительную массовую скорость для калориферной установки

  V(кг/м.кв•с) = G / f

где:

G — массовый расход воздуха, кг/час
f — площадь действительного фронтального сечения, берущегося в расчет, м.кв

к оглавлению ↑

Расчет расхода теплоносителя в калориферной установке

Рассчитываем расход теплоносителя

Gw (кг/сек) = Q / ((cw х (t вх — t вых))

где:

Q — расход тепла для нагрева воздуха, Вт

cw — удельная теплоемкость воды Дж/(кг•K)
t вх — температура воды на входе в теплообменник, °С
t вых — температура воды на выходе из теплообменника, °С

к оглавлению ↑

Подсчет скорости движения воды в трубах калорифера

W (м/сек) = Gw / (pw х fw)

где:

Gw — расход теплоносителя, кг/сек
pw — плотность воды при средней температуре в воздухонагревателе (принимается по таблице внизу), кг/м.куб
fw — средняя площадь живого сечения одного хода теплообменника (принимается по таблице подбора калориферов КСк), м.кв

к оглавлению ↑

Определение коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплотехнической эффективности рассчитывается по формуле

К

вт/(м.куб х С) = А х Vn х Wm

где:

V – действительная массовая скорость кг/м.кв х с
W – скорость движения воды в трубах м/сек
A

к оглавлению ↑

Расчет тепловой производительности калориферной установки

Подсчет фактической тепловой мощности:

q (Вт) = K х F х ((t вх +t вых)/2 — (t нач +t кон)/2))

или, если подсчитан температурный напор, то:

q (Вт) = K х F х средний температурный напор

где:

K — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м.кв•°C)
F — площадь поверхности нагрева выбранного калорифера (принимается по таблице подбора), м.кв
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

к оглавлению ↑

Определение запаса устройства по тепловой мощности

Определяем запас тепловой производительности:

((qQ) / Q) х 100

где:

q — фактическая тепловая мощность подобранных калориферов, Вт
Q — расчетная тепловая мощность, Вт

к оглавлению ↑

Расчет аэродинамического сопротивления

Расчет аэродинамического сопротивления. Величину потерь по воздуху можно рассчитать по формуле:

ΔРа (Па)=В х Vr

где:

v — действительная массовая скорость воздуха, кг/м.кв•с
B, r — значение модуля и степеней из таблицы

Помогла вам статья произвести расчет калорифера?

Помогла, мне все понятноНе помогла, нужно объяснить более подробно

к оглавлению ↑

Определение гидравлического сопротивления теплоносителя

Расчет гидравлического сопротивления калорифера вычисляется по следующей формуле:

ΔPw(кПа)= С х W2

где:

С — значение коэффициента гидравлического сопротивления заданной модели теплообменника (смотреть по таблице)
W — скорость движения воды в трубках воздухонагревателя, м/сек.

Приточная вентиляция с подогревом — виды, расчет и монтаж

Микроклимат в помещении — очень важная составляющая для комфортного проживания или труда. Поэтому система вентиляции, как и подогрева, должна быть четко продумана.

В данной статье мы рассмотрим основные аспекты изготовления приточной вентиляции с подогревом воздуха своими руками.

Содержание статьи

В каких случаях применяется приточная вентиляция с подогревом воздуха

Приточная вентиляция отличается тем, что она берет воздух снаружи, в отличие от большинства систем кондиционирования. В итоге воздух не просто охлаждается или нагревается, но и обогащается кислородом. Приточная вентиляция с подогревом воздуха используется в тех помещениях, где нужен чистый и теплый воздух постоянно.

Она может отлично работать и в квартире, и в частном доме, и в производственном помещении. Специальная конструкция не позволяет смешиваться уже отработанному воздуху из помещения и свежему нагретому. Это одновременно и система очистки воздуха, и его обогрева. Приточный клапан в стену с подогревом чаще всего монтируют в квартирах и частных домах, где есть пластиковые окна, поскольку с ними естественная вентиляция невозможна.

Приточная вентиляция с подогревом

Виды систем

Приточная вентиляционная установка с подогревом воздуха выпускается в нескольких типах. Это может быть центральная вентиляция, которая обогреет большое производственное помещение, или офисный центр, а может быть индивидуальная, например, в квартиру или в частный дом.

Помимо этого, все системы вентилирования с подогревом подразделяются на следующие типы:

  1. С рекуперацией. По сути, это система теплообмена, когда входящие массы соприкасаются с выходящими и обмениваются теплом. Подходит такой вариант только для регионов с не очень холодной зимой. Эти системы относятся к пассивным вентиляционным схемам. Лучше всего их располагать возле батарей отопления.
  2. Водяные. Такая приточка с подогревом работает или от бойлера, или от батареи центрального отопления. Ее основное преимущество — экономия электроэнергии. Приточная вентиляция с водяным подогревом воздуха пользуется особой популярностью у потребителей.
  3. Электрические. Требуют расход электричества достаточно существенный. По принципу работы это простой электрический тэн, который нагревает воздух при его постоянном движении.

Прежде чем остановить свой выбор на одной конкретной модели, рекомендуется сесть и посчитать, сколько электроэнергии придется потратить, чтобы нагреть вашу квартиру или частный дом.

Могут различаться приточные вентиляции и по способу  нагнетания воздуха в помещение. Есть естественные варианты, а есть принудительные, когда забор воздуха производится при помощи вентиляторов. Различаются также типы вентиляции по типу управления. Это могут быть ручные модели или автоматические, которые управляются при помощи пульта или со специального приложения на телефоне.

Приточная вентиляция с подогревом

Принцип работы

Приточная вентиляция с подогревом очень проста по принципу работы. На первом этапе через воздухозаборник происходит затягивание воздуха и фильтрация его от крупного мусора и насекомых. После этого осуществляется передача воздуха непосредственно на корпус прибора.

На следующем этапе происходит конкретная очистка поступаемого воздуха от всех мелких частиц. Для этого в приточке есть несколько тонких фильтров для разной степени очистки.

После тщательной очистки воздух поступает непосредственно к нагревательным элементам. Если на устройстве есть возможность контролировать нагрев, то он происходит только в пределах заданных показателей. После нагрева стартует еще один процесс очистки, при котором воздух освобождается не только от пыли, но и от цветочной пыльцы, других аллергенов и запахов.

В итоге в помещение поступает очищенный и достаточно теплый воздух, температуру которого можно контролировать с пульта управления.

Схема приточной вентиляции с подогревом

Детали, составляющие систему вентиляции

Приточная вентиляция с подогревом воздуха для квартиры включает в себя несколько основных деталей, от которых зависит качество работы всей системы. К таким деталям относятся:

  1. Воздушный фильтр.
  2. Отсечный клапан.
  3. Нагреватель.
  4. Вентилятор, который загоняет воздух.
  5. Глушитель шума. Он делает работу всего устройства максимально тихой.

Наиболее важными деталями в приточной вентиляции являются воздушный (отсечный) клапан, элемент фильтрации и нагреватель. При помощи воздушного клапана воздух будет попадать в вентиляцию только тогда, когда это необходимо. Фильтрация максимально очищает весь поступающий воздух и препятствует попаданию в дом частичек пыли.

Благодаря вентилятору воздух поступает изнутри в помещение. Если устройство выключить, то забор воздуха осуществляться не станет.

По принципу работы и своим характеристикам приточка с подогревом для квартиры не подходит для тех помещений, где слишком много влаги и постоянно образуется газ. Поэтому приточку лучше не вешать на кухню и в ванну.

Детали приточной вентиляции с подогревом

Особенности и нюансы технологического процесса монтажа приточной вентиляции с подогревом воздуха

Монтаж приточной вентиляции не сложен для профессионала. В принципе, технологический процесс не имеет большого количества сложностей. В первую очередь, чтобы предотвратить конденсацию, нужно участок до входа в устройство изолировать при помощи рулонного утеплителя.

Воздуховоды необходимо закрепить на стене или на потолке. Чтобы не возникало лишней вибрации, рекомендуется закрепить вибрационные круглые вставки между установкой и сетью. Приточная вентиляция с подогревом и охлаждением воздуха должна располагаться так, чтобы вентиляционные решетки были направлены на места максимального скопления людей.

Если речь идет о крупном производственном помещении, то обязательно предварительно произвести расчет мощности оборудования, исходя из показателей давления, шума, а также загрязненности и температуры помещения.

Гораздо проще происходит монтаж оборудования в простой квартире или частном доме. Для этого используются компактные установки с небольшими размерами. Если в помещении имеются пластиковые окна, значит, естественная вентиляция невозможна, а потому придется монтировать приточную принудительную модель.

Приточный клапан с подогревом может крепиться как в стену, так и в потолок, все зависит от дизайна помещения и личных предпочтений хозяина.

Вентиляция под потолком

Как делается приточная вентиляция воздуха с подогревом своими руками

Для тех, кто имеет желание сделать приточную вентиляцию в частном доме своими руками, можно сказать, что это не сложно. Главное – подойти к процессу очень тщательно и не торопиться. Если неправильно создать чертеж и произвести расчеты, устройство будет работать неверно, что скажется на воздухе внутри помещения и на температуре.

Схемы и чертежи

Прежде чем приступить к монтажу устройства, необходимо на бумаге полностью осуществить свой замысел. Чертеж должен быть со всеми размерами и направлениями, так будет удобней монтировать готовую систему и производить расчеты. На клапанах обязательно пометьте наличие решеток и заслонок. В схеме должны быть учтены следующие нюансы:

  1. Движение воздуха должно идти от чистых помещений к загрязнённым, то есть от спальни к кухне и санузлу.
  2. Клапан приточной вентиляции с подогревом должен располагаться во всех комнатах и помещениях, где нет вытяжки.
  3. Каналы вытяжки должны быть везде одинакового размера, без расширений или сужений.

Обязательно необходимо просчитать все помещения и, в том числе, цокольные этажи, при необходимости сделать в них естественную циркуляцию воздуха при помощи отверстий.

Схема приточной вентиляции с подогревом

Расчеты

Для того чтобы устройство полностью выполняло свои функции, необходимо как можно точнее рассчитать его мощность. Для этого понадобятся все параметры помещения. В том числе количество этажей, площадь комнат,  планировка помещения, количество людей, которые одновременно могут там находиться, а также наличие техники в виде компьютеров или станков.

Монтаж

Для того чтобы смонтировать приточную вентиляцию, необходимо иметь следующие инструменты:

  1. Перфоратор.
  2. Гаечные ключи.
  3. Кувалда.
  4. Шуруповерт.
  5. Молоток.
  6. Трещоточный ключ.
  7. Струбцина.

В первую очередь, необходимо приготовить место и выбрать размер отверстия. При помощи алмазного бура или перфоратора нужно просверлить отверстие с уклоном в сторону улицы. Затем в эту дыру вставляется труба. По диаметру она должна быть больше, чем диаметр вентилятора.

Монтаж вентиляции

После этого устанавливается вентилятор, а все щели между трубой и стеной запениваются. Затем прокладываются каналы для проводки. В некоторых помещениях проводку удобно соединить со включателем, это даст возможность автоматически включаться системе вентиляции после того, как в помещении зажигается свет.

В финале устанавливаются все оставшиеся детали, в том числе шумопоглотители, датчики температуры и все фильтры. Важно постоянно сверяться со схемой, чтобы не допустить ошибок при монтаже. На концы системы крепятся решетки.

В итоге всю систему необходимо проверить. Это сделать просто: нужно к решеткам поднести лист бумаги. Если он колышется хотя бы незначительно, значит, вентиляция работает.

Важно отметить, что в последнее время люди все больше загораживаются от постороннего шума. В итоге, вместе со звуками, мы прекращаем доступ свежего воздуха в помещение. Это провоцирует и аллергические реакции, и болезни верхних дыхательных путей.

Поэтому в любом помещении, будь то офис или квартира, должна стоять вентиляция. А чтобы при этом не замерзать, вентиляцию следует устанавливать с подогревом. Тогда будет и здоровью полезно, и тепло.

Приточная вентиляция с подогревом воздуха

Приточная вентиляция с подогревом воздуха включает в себя такие элементы: один или несколько нагревающих вентиляторов или радиатор (нагревательный элемент) с высокой теплоотдачей. Воздушный фильтр, служащий барьером для крупных частиц пыли. В некоторых моделях используются увлажнители, ультрафиолетовые бактериальные фильтры. В комплексе такая система вентиляции обеспечивает хороший воздухообмен, подогрев, очистку и увлажнение приточного воздуха. В зимнее время это особо важно. Поэтому вентиляция с подогревом оптимальный вариант для всех типов жилых зданий.

Что такое приточная вентиляция с подогревом воздуха

Комплектация компактной вентиляции с подогревом для квартиры

Комплектация компактной вентиляции с подогревом для квартиры

Вентиляция с теплообменником обеспечивает непрерывную подачу подогретого свежего воздушного потока. Таким образом, создается хороший микроклимат. Вентиляция обеспечивающая подогрев приточных масс, включает: центральное приточно-вытяжное оборудование с рекуператором, который обеспечивает подогрев воздуха приходящего с улицы. Это происходит за счет температуры выводящегося «отработанного воздуха». Рекуператор, пропуская воздух, не смешивает его с выводящими воздушными массами. То есть воздух поступает и выводится по индивидуальным каналам, стенки которых расположены впритык.

Обогрев приточной вентиляции может осуществляться с помощью рециркуляции (кондиционеры, калориферы). Теплый «отработанный воздух» смешивается с приточным, который нагревается до нужной температуры, а потом подается в помещение.

Особенности конструкции

Основные элементы

  • Решетка воздухозаборная. Несет как декоративное назначение, так и служит барьером для пыли и других частиц, которые содержит в себе ветровые массы.
  • Клапан. При отключении вентиляции, клапан блокирует проход для свежего воздуха, создавая непреодолимый барьер. Зимой он может препятствовать прохождению большого потока воздуха. Можно автоматизировать его работу с помощью электропривода.
  • Фильтры, очищают ветровые массы. Раз в полгода их необходимо менять.
  • Водяной, электрический калорифер, который и выполняет функцию нагревания воздуха.
  • Для небольших построек целесообразно использовать электрический калорифер. В больших помещениях лучше использовать водяной калорифер.

Дополнительные элементы

  • Диффузоры – помогают распределять воздух.
  • Вентиляторы.
  • Шумоглушитель.
  • Рекуператор.

Подогрев приточных масс с помощью рециркуляции

Комплектация компактной вентиляции с подогревом для квартиры

Обязательная составляющая вентиляции — электронагреватель

Вентиляция с подогревом за счет рециркуляции, если говорить в общих чертах, работает по такому принципу:

  • воздух попадает в дом через приток системы вентиляции;
  • через определенный период времени он поступает в вытяжную систему, где часть поступивших воздушных масс выводится за пределы дома;
  • оставшаяся часть воздуха попадает в смесительную камеру.

В смесительном отсеке происходит перемешивание свежего воздуха с «отработанным», таким образом осуществляется нагревание холодных ветровых масс (если система в настройках управления выставлена в режиме подогрева воздуха, а не наоборот). Далее воздушный поток направляется в калорифер или кондиционер, затем по вентканалам в дом.

Важно! Рециркуляция снижает нагрузку на систему обработки воздуха (кондиционер). Чтобы при рециркуляции воздух в помещении оставался чистым необходимо придерживаться таких условий: приточные массы должны составлять не менее 10%, а в поступившем в помещение воздухе вредных веществ может содержаться до 30 % не больше.

Системы с рекуператором

Подогрев приточного воздуха может осуществляться и за счет рекуператора. Данные устройства подразделяются на два типа:

  1. Роторные рекуператоры – работают за счет электричества. Внутри цилиндрического корпуса монтирован роторный элемент, который непрерывно вращается между клапанами приточного и выводящегося воздуха. По размерам рекуператор такого типа достаточно большой. КПД достигает 87 %.
  2. Пластинчатые рекуператоры состоят из пластин, которые объединяются. Свежий воздух и «отработанный воздух» проходят по отдельным каналам навстречу друг другу. Они не смешиваются, холодный приточный воздух нагревается за счет теплого выводящегося ветрового потока. Такие рекуператоры компактные.

Автоматизированный подогрев воздуха в приточной вентиляции

Варианты устройства круглых и прямоугольных вентшахт

Варианты устройства круглых и прямоугольных вентшахт — система автоматизированы

  • Работа оборудования контролируется с помощью пульта управления (ПУ). Пользователь предварительно задает режим регулирования потока приточного воздуха и температуры.
  • С помощью таймера система вентиляции с подогревом самостоятельно включается и отключается.
  • Оборудование, которое обеспечивает подогрев, может быть подключено к вытяжному вентилятору.
  • Калориферы снабжают термостатом, который предупреждает возникновение пожара.
  • В системе вентиляции для контроля за перепадами давления устанавливается манометр.
  • На приточной вентиляционной трубе устанавливается отсечный клапан, он предназначен для блокирования поступления приточных ветровых масс.

Внимание! Автоматически управляемая приточная вентиляция в частном доме с подогревом дорогая в обслуживании. Установку и ТО производят только специализированные фирмы. Хотя она очень удобна в использовании.

Приточная вентиляция с водяным подогревом воздуха

Подогрев воздуха до необходимой температуры обеспечивает водяной нагреватель. Он представлен в виде радиатора с трубками, в которых находится теплоноситель. На трубопроводе имеется оребрение, способствующее увеличению площади соприкосновения с циркулируемым воздухом.

Принцип работы системы такой: теплоноситель нагревает до нужной температуры трубки, они отдают тепло оребрению, которое в свою очередь нагревает воздух. Таким образом, осуществляется теплообмен.

Приточная вентиляция с водяным подогревом воздуха намного выгоднее, чем подогрев с использованием электричества. С другой стороны, внутри водяного нагревателя имеется вода, поэтому существует угроза ее замерзания при минимальной работе радиатора.

Регулировка мощности такого устройства осуществляется за счет электрического и сантехнического компонентов.

  1. Зона с датчиками контроллера и температуры. Сервопривод, контролирующий клапан.
  2. Смеситель, он отвечает за нагревание воды в нагревательном оборудовании до необходимой температуры.

Электрический компонент будет управлять сантехническим узлом. Достаточно задать необходимую температуру нагрева воздуха, и система выполнит данную программу.

Иное решение

Использование энергии солнца

Использование энергии солнца

В заключении можно предложить еще один вариант подогрева приточного воздуха, который используется в практике реже – это солнечный коллектор. Он работает за счет солнца.

Солнечный коллектор, где происходит нагрев воздуха, как правило, большого размера. Он ведь должен обеспечить подогрев необходимого количества воздуха, даже при минимальной его работе. Коллекторы такого типа выгоднее водяных, они не замерзают.

как выбрать и установить нагреватель воздуха на приточку

Вентиляционная система является основой благоприятного микроклимата как в доме, так и в квартире. Полноценный воздухообмен, при котором осуществляется регулярное замещение спертого отработанного воздуха свежим, способствует хорошему самочувствию домочадцев и снижению частоты респираторных заболеваний.

Однако уличный воздух, поступающий через приточный клапан, может существенно понизить температуру в помещении и увеличить затраты на отопление жилья. В таких случаях требуется подогрев приточной вентиляции в квартире, благодаря которому температура не будет опускаться ниже желаемых показателей.

В этом материале мы рассмотрим популярные и эргономичные виды систем подогрева воздуха для приточек, определимся с ключевыми характеристиками нагревателей и расскажем о подходящих этапах установки вентиляционной системы, на которых уместно осуществить монтаж этих узлов.

Содержание статьи:

Необходимость приточной вентиляции с подогревом

Приточная вентиляция – проверенный способ обеспечения нормального воздухообмена в квартире. Замещать тяжелый спертый воздух необходимо не только на кухне или в ванной комнате: во всех помещениях, где жители проводят основную массу времени, нужно заранее позаботиться о подводе свежего воздуха с улицы.

По старым, принятым еще в советское время, нормам, на каждого человека, постоянно пребывающего в жилой комнате, необходимо поступление минимум 60 куб. м свежего воздуха в час. Подобный показатель актуален для спальни или детской комнаты.

Для зоны с периодическим пребыванием жильцов, например, гостиной, минимальным порогом количества приточного воздуха являются 30 куб. м/ч. Современные европейские нормы производительности системы приточной вентиляции являются более низкими и предлагают 30 и 20 куб. м/ч на человека для комнат с постоянным и периодическим пребыванием соответственно.

Однако даже сниженный приток свежего воздуха с улицы может существенно сказаться на температуре во всей квартире. Холодные воздушные массы усиливают нагрузку на систему отопления, снижая ее эффективность. В результате нерационально расходуется энергия, которая затрачивается на прогрев охлажденного приточкой воздуха.

Дополнительно пребывание в помещении с низкой температурой воздуха может стать причиной переохлаждения и спровоцировать возникновение определенных заболеваний.

Плесень на стене в квартиреПлесень на стене в квартире

Холодное помещение и повышенная влажность из-за некачественной вентиляции являются идеальной средой для развития плесени, которая не только портит ремонт, но и наносит существенный ущерб здоровью

Решить эти проблемы можно с помощью нагревателя воздуха, который устанавливается на приточную вентиляцию квартиры. Для отечественного климата подобный узел в вентиляционной системе является острой необходимостью. При ощутимом снижении температуры за окном нагревающий воздух элемент станет единственным эффективным способом предотвратить сквозняки и сохранить тепло в доме.

Вентиляционная система с нагревателем воздуха позволяет одновременно компенсировать теплопотери и насыщать внутренний климат необходимым объемом свежих воздушных масс.

Способы прогрева вентиляционного воздуха

Фактически прогреть поступающий извне воздух можно с помощью разных способов:

  • использование рекуператора;
  • установка специального нагревателя или теплового вентилятора;
  • применения принципа рециркуляции.

Эти системы подогрева уличного воздуха в приточной вентиляции являются наиболее популярными среди пользователей. Рассмотрим их детальнее.

Достаточно эффективный механизм снижения теплопотерь – . Рекуператор представляет собой теплообменник, в котором холодный воздух извне нагревается за счет теплоотдачи ранее прогретых в квартире воздушных масс, которые отводятся самой вентиляционной системой. Однако существенным минусом конструкций с рекуператором является их дороговизна, которая не всегда окупается быстро за счет минимизации затрат на эксплуатацию приточной вентсистемы.

Нагревательный элемент, встроенный в цепочку узлов приточной системы вентиляции, является не менее надежным и эффективным способом нагреть холодный уличный воздух. При таком способе потоки прогреваются еще в вентканале, проходя через тепловой калорифер, и поступают в квартиру, имея необходимую температуру.

Подогрев приточки в квартиреПодогрев приточки в квартире

Подобные вентиляционные системы с подогревом приточки с улицы часто оснащены термостатом, который позволяет самостоятельно регулировать температуру поступающего в квартиру воздуха

Приточная вентиляция с нагревательным элементом обычно обходится дешевле в установке, однако сам прогрев воздуха требует больше энергоресурсов, чем процесс теплообмена при рекуперации.

Рециркуляция воздуха во многом схожа с рекуперацией, при которой подогрев воздушных масс происходит за счет тепла отработанного воздуха. Однако, если при рекуперации воздушные потоки не смешиваются, рециркуляция предусматривает слияние квартирного воздуха со свежим уличным, благодаря чему повышается температура последнего.

Для интеграции в квартиру наиболее удобной остается вентиляционная система с подогревом приточки с помощью отдельного нагревательного узла. Подобные комплексы обходятся дешевле в установке и зачастую более компактны.

Устройство и работа приточной вентиляции

Конструкция приточной вентиляции с подогревом воздушных масс состоит из нескольких ключевых звеньев:

  1. На входе в систему расположена воздухозаборная решетка, которая несет декоративные и барьерные функции, препятствуя попаданию в систему крупных частиц грязи, насекомых, пыли.
  2. Обратный клапан регулирует объемы пропускаемого воздуха, при необходимости ограничивая его потоки.
  3. Блоки с фильтрами очищают воздушные массы.
  4. Калорифер, рекуперационный или рециркуляционный блок осуществляют нагрев воздуха.
  5. Вентилятор направляет потоки, способствуя образованию необходимого уровня тяги, после чего воздух попадает в квартиру.

Кроме этих элементов система может иметь диффузоры, помогающие распределять воздух, шумоглушители и вентиляторы.

Круглый шумоглушитель для вентиляцииКруглый шумоглушитель для вентиляции

Шумоглушитель в вентиляционной системе чаще работает на подавление гула, генерируемого самим вентилятором. Для снижения уровня шума с улицы, проникающего в квартиру, необходимо дополнительно использовать шумоизоляционные материалы

Неотъемлемой частью конструкции является и теплоизоляция канала, благодаря которой не промерзает сама система и стена, в которой проделано отверстие для забора и вывода воздуха.

Более подробно устройство и принцип обустройства приточной вентиляции мы рассмотрели в .

Виды нагревателей для вентиляционной системы

В систему подогрева воздуха в приточной вентиляции могут быть встроены нагреватели-калориферы двух видов: водяные и электрические. Рассмотрим их особенности детальнее.

Вид #1 — водяной нагреватель

Водяной нагреватель чаще всего используется в центральной вентиляции и взаимосвязан с системой отопления. Интеграция с отопительной системой позволяет сэкономить электроэнергию, так как подогрев воздуха осуществляется за счет теплоносителя.

Блок представляет собой радиатор с трубками, содержащими теплоноситель. Сама поверхность трубопровода имеет оребрение, которое увеличивает площадь соприкосновения нагревателя с воздушными массами. Теплообмен происходит следующим образом: теплоноситель прогревает трубки, которые отдают полученное тепло оребрению. От последнего осуществляется непосредственный нагрев воздуха.

Более подробно устройство и принцип работы водяного калорифера мы рассмотрели в .

Водяной нагреватель для вентиляцииВодяной нагреватель для вентиляции

Водяной нагреватель для приточной вентиляции является достаточно громоздким узлом, однако его эффективность и экономичность полностью компенсируют крупные размеры

Однако монтаж подобного комплекса стоит существенных средств и требует значительного вмешательства в само помещение, после которого вполне может потребоваться ремонт. Проектированием таких вентиляционных систем обязательно должны заниматься специалисты. Кроме этих недостатков всегда остается риск промерзания воды в нагревателе при минимальной работе радиатора.

Вид #2 — электрический калорифер

Электрический калорифер работает от сети и является не менее эффективным. Подобный узел незначительно, но все же повышает расход электроэнергии. Однако осуществление прогрева воздуха с помощью электрического нагревателя является наиболее приемлемым решением для небольшой квартиры.

Как и водяной, электрический калорифер может иметь оребрение для увеличения площади соприкосновения с воздухом.

Электрический нагреватель для приточной вентиляцииЭлектрический нагреватель для приточной вентиляции

На схеме выше показано устройство электрического калорифера. ТЭН в узле может быть изготовлен из нержавеющей или черной стали. Последняя больше поддается коррозии и быстрее приходит в негодность. Реже нагревательный элемент изготавливается из керамики

Дополнительно электрические и водяные нагреватели различаются по форме. В зависимости от конфигурации вентиляционного канала они могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными.

О правилах расчета мощности водяного и электрического калорифера мы писали в статье: .

Интеграция нагревателя в вентиляционную систему

Качественно установить необходимый подогрев в приточку можно на этапе монтажа всей вентиляционной системы, так как разбор уже готового комплекса для интеграции отдельного узла является достаточно трудоемким процессом. А для установки водяного калорифера эта процедура практически невозможна, так как этот блок необходимо связать с отопительной системой квартиры.

Для монтажа электрокалорифера в уже готовую наборную и функционирующую вентиляционную систему необходимо выполнить разборку последней вплоть до блока с вентилятором включительно.

Устройство вентиляционной системы с подогревом воздухаУстройство вентиляционной системы с подогревом воздуха

На рисунке представлено схематическое устройство приемлемой для квартиры приточной вентиляционной системы с подогревом уличного воздуха с помощью электрического нагревателя

Нагреватель устанавливается перед вентилятором сразу после фильтров.

Подобное месторасположение связано с тем, что в зимний период смазка подшипников в радиальных вентиляторах склонна с загустению, что может спровоцировать заклинивание деталей и перегрев обмотки. Нагревательный элемент нивелирует воздействие холода и предотвратит поломку столь важного узла.

Выводы и полезное видео по теме

В видео ниже предоставлены рекомендации по выбору приточной вентиляции с подогревом и рассмотрены ключевые различия между наборной вентиляционной системой и моноблоком:

Автор следующего видео рассматривает преимущества и недостатки приточной вентиляционной системы и популярного среди владельцев квартир бризера:

Воздухообмен и вывод углекислого газа из помещения являются основой здорового микроклимата в квартире. Осуществить максимально полноценную циркуляцию воздуха можно с помощью приточной вентиляционной системы. Эффективный подогрев воздуха, поступающего из приточной вентиляции, практически незаменим в условиях нашего климата.

Рационально подобранный нагреватель даст возможность сэкономить энергоресурсы и поддерживать оптимальную температуру в квартире, обеспечивая помещение необходимым объемом свежего воздуха.

А каким способом подогрева приточного воздуха пользуетесь вы? Считаете ли вы свой вариант наиболее рациональным – делитесь своим мнением и полезной информацией по монтажу нагревателя с другими пользователями в блоке для комментариев, расположенном ниже.

Системы нагрева воздуха «АТРИ» — индивидуальное решение проблемы отопления и нагрева воздуха

Для производства смесительных воздушных газовых нагревателей марки «Атри» используются инновационные технологии дающие возможность полностью направлять тепло выделяемое при горении топлива на обогрев. Благодаря технологии прямого нагрева, часть тепла уже не растрачивается впустую, а на сто процентов расходуется по назначению. Поступающий к горелке природный газ полностью, без химических недожогов, сгорает ровным пламенем голубого цвета при смешивании с потоком воздуха.

Такая система широко используется с шестидесятых годов прошлого века на ведущих предприятиях в США, странах Европы и России.

Номинальная мощность газовых нагревателей «АТРИ» может варьироваться от 75 кВт до 1050 кВт(на одной горелке). В процессе их изготовления применяются уникальные технические наработки и современные достижения практики горения, разработанные специалистами компании.

Забота о чистоте и экологии

Применение технологии, в основе которой лежит тщательное разбавление продуктов горения и полное сжигание природного газа, дают возможность получать тёплый и чистый воздух. Содержание опасных элементов не превышает допустимых норм: степень содержания СО и NOx менее 30% ПДК воздуха в рабочей зоне.

При ПДК для рабочей зоны по показателям СО — 20 мг/м, на практике воздух содержит всего 2-3 мг/м3 СО. А при ПДК для NOx на уровне 2 мг/м3, на практике его содержание не превышает 0,3 — 0,6 мг/м3. При этом уровень расхода кислорода в процессе нагревания составляет всего 0,5-1% от общего количества воздуха.

Используемые для обогрева зданий системы нагрева воздуха полностью отвечают нормам СНиП для кондиционирования, вентиляции и отопления и соответствуют действующим санитарно-гигиеническим требованиям к чистоте воздуха в рабочей зоне. Подтверждением сказанному служит декларация и сертификат соответствия Евразийского Экономического союза.

Для повышения безопасности людей, находящихся в помещении, где осуществляется нагрев воздуха газом, системы комплектуются сигнализаторами уровня загазованности, которые автоматически непрерывно контролируют уровень СО и NOx.

Совмещать приточную вентиляцию с рециркуляцией внутреннего воздуха в системе с прямым нагревом не следует. Это может снизить количество содержания кислорода. Хотя на повышении уровня СО не отразится. Рециркуляция возможна только в работе сушильных установок, причём она может достигать уровня 80%.

Где рационально применять воздушные нагреватели «АТРИ»

Системы нагрева воздуха «АТРИ» подходят для:

  • Автономного обогрева помещений большого объёма с высокими потребностями в вентиляции. При показателях кратности К> 1,5-2 можно совмещать отопление с приточным поступлением воздуха. При этом заходящий с улицы воздух следует нагревать до 20-30 градусов, чтобы полученное тепло передавалось зданию. В данном случае указанная методика обогрева наиболее выгодна из всех существующих.
  • Обогрева сельскохозяйственных и производственных зданий, автомобильных сервисных центров, овоще- и зернохранилищ, складов, теплиц, ферм для разведения птиц и животных, цехов для литья стали, цветной металлургии, изготовления металлических конструкций, отделов химической обработки.
  • Создания воздушно-тепловых завес.
  • Сушки сырья, передаваемого на последующую обработку или хранение: зерновых культур, свежей древесины, скошенной травы, яичного порошка, нерудных полезных ископаемых (шихты, песка, гравия).
  • Сушки после выхода с производства или ремонта или обогрев после длительного пребывания в условиях низких температур автомобильных и железнодорожных цистерн, вагонов, автомашин, сыпучих веществ и т.д.
  • Прогревания двигателей автомобильного транспорта после длительного содержания на улице перед эксплуатацией.
  • Подогрева сушильных и окрасочных камер, технологических термоустановок (для быстрого высыхания краски, древесных материалов, бумаги, текстильной продукции).
Конструкция и особенности работы

Системы нагрева воздуха «АТРИ» комплектуются из модульных блоков и секций, оснащённых фильтрами (которые находятся внутри корпуса), газовой линии и приборов, отвечающих за автоматическую работу систем. Вместе с вентилятором, перечисленные конструкционные элементы образуют системы прямого нагрева воздухом.

В зависимости от потребности в тепловой мощности агрегата, нужное число горелочных секций с разной конфигурацией компонуется в горелочный блок.

Сама секция делается из нержавеющей стали, устойчивой к воздействию высоких температур.

Номинальные показатели тепловой мощности единичной линейной секции в 300 мм составляют сто пятьдесят киловатт.

Преимущества использования систем прямого нагрева воздуха

Система «АТРИ» даёт возможность прогревать входящий с улицы воздух даже очень низкой температуры (-35…-55°) до температуры +16…+35° за короткий временной промежуток. Поэтому она может использоваться даже в условиях Крайнего Севера. Не говоря уже о других регионах России. Указанная методика обогрева зданий имеет массу преимуществ:

  • Забота об экологии. При таком способе обогрева в атмосферу, грунт или воду не выделяется вредных веществ, природные ресурсы (за исключением газа) для эксплуатации не используются. Это существенный вклад в здоровье сотрудников предприятия, жителей и работников прилегающих территорий, и сохранения природы региона.
  • Практически полная автоматизация. Работа оператора заключается в задании нужного режима обогрева и включении системы. После этого функционирование системы поддерживается на нужном уровне автоматически: плавный запуск по циклограмме, поддержание требуемой температуры нагрева, продувка. При сбое в работе агрегат отключается автоматически для предупреждения аварийной ситуации. Исходя из этого наём персонала, обеспечивающего работу системы, не требуется. Достаточно человека, который будет устанавливать температуру и переключать режимы. Можно управлять дистанционно.
  • Гибкость эксплуатации. Модульная конструкция позволяет использовать воздушные нагреватели с любым уровнем тепловой мощности от 75 кВт до 1050 кВт (на одной горелке). Поэтому правильная сборка системы позволяет нагревать практически любой объём воздуха.
  • Высокая температура нагрева. Обеспечивает возможность решения широкого круга задач по технологическому нагреву помещений и сушке сырья. Температура нагрева может варьироваться от семи до ста восьмидесяти градусов. С использованием рециркуляции можно достичь температуры до трёхсот градусов.
  • Высокая степень надёжности. При создании системы нагрева воздуха используются только конструктивные элементы, которые уже доказали свою надёжность и долговечность на протяжении достаточно долгого периода времени.
  • Длительные период эксплуатации. Элементы горелки в процессе работы охлаждаются воздушным потоком, поэтому их температура не поднимается выше двухсот градусов и служат они около 20-30 лет.
  • Высокая экономичность. Так как передача тепла воздуху происходит непосредственно от сгорания газа, коэффициент полезного действия системы имеет показатели 99,96%. Это вполовину выше, чем при обогреве зданий по стандартной схеме «котельная — тепловой носитель — калорифер». И даже на 7-12% больше чем при использовании рекуперативных воздушных нагревателей!
  • Приемлемая стоимость. Высокая технологичность системы и отсутствие дорогостоящего и трудоёмкого в установке теплообменника из жаростойкой стали снижают расходы на покупку приборов в сравнении с затратами на установку водяного отопления или инфракрасных обогревателей. Помимо этого при прямом нагреве не нужно обустраивать дымоходы.
  • Быстрая окупаемость. Затраты на установку системы нагрева воздуха окупаются за один отопительный сезон.

Прямой нагрев воздуха в помещении избавляет от ряда проблем, присущих другим методам отопления:

  • Наличия промежуточного теплового носителя и передачи тепла через стенки геплообменника.
  • Необходимости в подсоединении к тепловой сети на улице.
  • Потери энергии и выход дымовых газов.
  • Риск повреждения от промерзания калориферов.
  • Затраты на эксплуатацию и поддержания стабильной работы.

В настоящее время нагрев воздуха газом успешно применяется в установках технологического обогрева и приточно-отопительных камерах на многих ведущих производственных предприятиях РФ. В их числе такие компании как завод по изготовлению медицинского оборудования и аккумуляторный завод в Тюмени, Уральский трубопрокатный завод, Уралвагонзавод (Нижний Тагил), завод по изготовлению чугунного литья «РУСЛИЧ» (Верхняя Салда), «ЮКОРТ» (Нефтеюганск). Посмотрите все примеры наших работ.

Установка и размещение

Воздушные нагреватели «АТРИ» можно встроить в уже имеющиеся тепловые завесы, вентиляционные системы, воздуховоды сушильных агрегатов. Их можно разместить на полу, стене, подвесить к потолку, чтобы не занимали полезного пространства. Есть возможность разместить в вентиляционном канале/ шахте вертикально. В этом случае устройство корпуса не требуется.

Для помещений категории В, Г, Д установку можно сделать прямо внутри комнат или в вентиляционных камерах. Есть модели, подходящие для установки на крыше.

Оснастить системами нагрева воздуха можно и помещения категорий А, Б, В. Тогда используется специальное оборудование, соответствующее установленным стандартам (обратные и огнезащитные клапаны).

Исполнение системы может быть уличным. Для этого пристраивается секция обслуживания. Так как зданием она не является, соблюдения стандартов ГОСТ по проведению газопровода не требуется. Чтобы приборы было удобно обслуживать, в секцию устанавливается электрическое отопление и автономное освещение. Внутри размещаются щиты управления системой и вентилятором и газовая линия.

ООО «АТРИ» разрабатывает индивидуальные решения для каждого заказчика, максимально удовлетворяющие запросам, особенностям помещения и расположения зданий, финансовым возможностям. Свяжитесь с нашими специалистами для получения консультации и обсуждения условий заказа по указанному на сайте номеру.

Способ нагрева потока воздуха и устройство

Изобретение относится к области подогрева промышленных газов, в том числе воздуха, при больших расходах методом электротермии. Способ нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с включает нагрев нагревательного элемента электрическим током и теплоотдачу нагреваемому потоку воздуха джоулева тепла, при этом нагреваемый поток воздуха пропускают внутри нагревательного элемента симметричными потоками, направленными навстречу друг другу, и формируют общий поток нагретого воздуха путем слияния встречных потоков, отбирая общий нагретый поток в пространство вдоль центральной осевой линии между нагревательными элементами. Устройство для нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с содержит источник трехфазового электрического питания, полые нагревательные элементы, каждый из которых соединен с одной фазой трехфазового электрического питания, коллекторы для подвода и отвода воздуха, к которым подсоединены концы полых нагревательных элементов, причем коллектор для подвода воздуха выполнен в виде, по меньшей мере, двух симметричных стояков, к каждому из которых подсоединена полость полого нагревательного элемента, а каждый полый нагревательный элемент разделен, по меньшей мере, на две одинаковые секции, расположенные вдоль общей продольной оси и подсоединенные противоположными концами к соответствующему стояку коллектора для подвода воздуха, который является входным потоком для каждого полого нагревательного элемента, и к выходному коллектору, расположенному вдоль центральной оси устройства симметрично относительно стояков входного коллектора, а обе секции каждого нагревательного элемента электрически соединены между собой последовательно и электрически изолированы от входного и выходного коллекторов изоляторами, укрепленными на каждом полом нагревательном элементе. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение входного давления подаваемого для нагрева потока воздуха за счет снижения потерь давления по длине нагревательного элемента. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области подогрева промышленных газов, в том числе воздуха, а более точно касается средств для высокотемпературного подогрева воздуха и/или промышленных газов (далее — воздуха) при больших расходах методом электротермии.

Изобретение может быть применено для нагрева воздуха и его дальнейшего использования в различных промышленных установках, в том числе в системах кондиционирования, в стационарных топках, в системах сушки. Оно может быть использовано для исследовательских целей, например, в аэродинамических трубах.

Известны устройства для подогрева воздуха с использованием электричества.

Известны омические подогреватели воздуха проточного типа (электрокалориферы).

Нагрев воздуха (или иной текучей среды) в таких подогревателях производится за счет джоулева тепла при смывании потоком воздуха нагревательных (тепловыделяющих) элементов — проводников с относительно большим электрическим сопротивлением, по которым проходит электрический ток.

Известны электрические подогреватели, в которых в качестве нагревательного элемента используются пластинчатые нагревательные элементы, спирали, трубки, сетки и т.п.

Известны электрические подогреватели текучей среды, где в качестве нагревательных элементов применены трубки в виде коридорного пучка трубок, шахматного пучка трубок при поперечном или продольном обтекании их воздухом.

Известен электрический подогреватель текучей среды, который содержит нагреваемые током трубы, соединенные по концам со сборными коллекторами, и токоведущие шины (авт. св. №117394, МКИ F 24 Н 3/04, опубл. 1958).

Известен способ нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С, включающий нагрев нагревательного элемента электрическим током и теплоотдачу нагреваемому потоку воздуха джоулева тепла, при этом нагреваемый поток воздуха пропускают внутри нагревательного элемента (авт. св. №1776930, МКИ F 24 Н 3/04, опубл. 1992).

Известен электроподогреватель газа (авт. св. №1776930, МКИ F 24 Н 3/04, опубл. 1992), который содержит подключенные к сборному коллектору полые трубчатые нагреватели, соединенные с токоведущими шинами, расположенными на нагревателях со смещением относительно коллектора, при этом токоведущие шины выполнены в виде шунта, соединяющего трубчатые нагреватели, электрическое сопротивление которого в 5-10 раз меньше электрического сопротивления нагревателей на шунтируемом участке.

Известные способ нагрева потока воздуха и электроподогреватель могут быть использованы преимущественно в испытательных установках, например, аэродинамических трубах, для испытательных и исследовательских целей.

В основу изобретения положена задача — создать способ и устройство для нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с для использования в промышленных условиях в промышленных установках. Другой задачей являлось создание экономичного нагрева такого потока воздуха.

Сложность решения задачи состоит в том, что для высокотемпературного нагрева потока воздуха большого массового расхода, каким являются указанные значения, требуется достижение высокого потока (коэффициента) теплоотдачи, которое обеспечивается увеличением скорости потока, но это вызывает сильное увеличение аэродинамического сопротивления, которое пропорционально квадрату скорости потока в нагревательном элементе. При нагреве потока воздуха с массовым расходом 0,3 кг/с, например, от фазы трехфазного электрического тока, в полом нагревательном элементе до температуры 700°С, потеря давления составит от 35 до 40 атм, что требует подачи на вход в нагревательный элемент воздушного потока с рабочим давлением выше 40 атм. Обеспечение процесса нагрева и перемещения потока воздуха сквозь полый нагревательный элемент в этом случае должно обеспечиваться наличием постороннего источника сжатого воздуха. Таким источником сжатого воздуха в промышленных условиях обычно являются компрессорные установки. В промышленных условиях по экономическим и технологическим требованиям обычно не целесообразно применение (и не применяются) компрессорных установок с давлением выше 20 атм. Потребность высокого давления на входе для высокотемпературного и высокоскоростного нагрева потока воздуха, не позволяет использовать известные изобретения в промышленных условиях в промышленных установках, а большая потеря давления при этом дополнительно обуславливает неэкономичность такого нагрева.

Авторами установлено, что при подобном способе подачи воздуха в подогреватель, путем разделения потока нагреваемого воздуха, например, на «n» симметричных потоков, скорость потока в нагревательном элементе снижается в «n» раз, потери давления, при этом, как пропорциональные квадрату скорости, снижается в «n2» раз, при этом, при осуществлении нагрева согласно предлагаемому изобретению, достигается нагрев всего массового расхода до максимальной расчетной температура нагрева

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение входного давления подаваемого для нагрева потока воздуха за счет снижения потерь давления по длине нагревательного элемента.

Указанная задача решается тем, что в способе нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с, включающем нагрев нагревательного элемента электрическим током и теплоотдачу нагреваемому потоку воздуха джоулева тепла, при этом нагреваемый поток воздуха пропускают внутри нагревательного элемента, согласно изобретению нагреваемый воздух подают к нагревательному элементу симметричными потоками, направленными навстречу друг другу и формируют общий поток нагретого воздуха путем слияния встречных потоков, отбирая общий нагретый поток в пространство вдоль центральной осевой линии между нагревательными элементами.

Нагрев нагревательного элемента можно осуществлять фазой электрического тока мощностью выше 0,3 МВт.

Целесообразно, чтобы электрический ток выводился в положение максимальной мощности менее чем за 20 секунд.

Указанная задача решается также тем, что в устройстве для нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с, содержащем источник трехфазового электрического питания, полые нагревательные элементы, каждый их которых соединен с одной фазой трехфазового электрического питания, коллекторы для подвода и отвода воздуха, к которым подсоединены концы полых нагревательных элементов, согласно изобретению коллектор для подвода воздуха выполнен в виде по меньшей мере двух симметричных стояков, к каждому из которых подсоединена полость полого нагревательного элемента, а каждый полый нагревательный элемент разделен по меньшей мере на две одинаковые секции, расположенные вдоль общей продольной оси и подсоединенные противоположными концами к соответствующему стояку коллектора для подвода воздуха, который является входным потоком для каждого полого нагревательного элемента, и к выходному коллектору, расположенному вдоль центральной оси устройства симметрично относительно стояков входного коллектора, а обе секции каждого нагревательного элемента электрически соединены между собой последовательно и электрически изолированы от входного и выходного коллекторов изоляторами, укрепленными на каждом полом нагревательном элементе.

Целесообразно, чтобы изоляторы были укреплены на каждом полом нагревательном элементе без зазора.

Целесообразно также, чтобы каждый изолятор был выполнен из композитного тканевого материала на основе кремнезема.

Кроме того целесообразно, чтобы каждый полый нагревательный элемент был выполнен из металлического токопроводящего материала на основе нержавеющей стали.

Каждый полый нагревательный элемент может иметь длину от 5 до 10 метров.

Целесообразно, чтобы внешний диаметр каждого полого нагревательного элемента составлял от 11 до 20 мм.

Целесообразно также, чтобы внутренний диаметр каждого полого нагревательного элемента составлял от 10 до 18 мм.

Выгодно, чтобы в качестве источника трехфазового электрического питания был применен источник мощностью выше 0,9 МВт и силой тока выше 1000 А.

Выгодно также, чтобы электрический ток выводился бы в положение максимальной мощности менее чем за 20 секунд.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 изображает принципиальную схему установки для нагрева потока воздуха согласно изобретению,

Фиг.2 — вид установки для нагрева потока воздуха согласно изобретению по стрелке А фиг.1,

Фиг.3 — вид установки для нагрева потока воздуха согласно изобретению (вариант),

Фиг.4 — изображает разрез со стрелке В фиг.3.

Способ нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с осуществляют следующим образом.

Нагревают полый нагревательный элемент с поданным внутрь этого нагревательного элемента потоком воздуха, фазой электрического тока. Нагрев нагревательного элемента можно осуществлять фазой электрического тока мощностью выше 0,3 МВт.

Электрический ток выводится в положение максимальной мощности менее чем за 20 секунд. Процесс выхода на рабочий режим нагревательного элемента с поданным внутрь его потоком воздуха составляет менее 40 секунд.

При этом согласно изобретению нагреваемый воздух подают к нагревательному элементу симметричными потоками, направленными навстречу друг другу. При прохождении воздуха внутри нагревательного элемента происходит теплоотдача нагреваемому потоку воздуха джоулева тепла, за счет чего на выходе из нагревательного элемента его температура становится выше 500°С. Встречные потоки нагретого воздуха сливают в общий нагретый поток, отбирая общий нагретый поток в пространство вдоль центральной осевой линии между нагревательными элементами.

Устройство для нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с (фиг.1) согласно изобретению содержит источник трехфазного электрического питания 1, полые нагревательные элементы 2, каждый из которых соединен с одной фазой трехфазного источника питания. Каждый полый нагревательный элемент 2 разделен, по меньшей мере, на две одинаковые секции 3 и 4, расположенные симметрично вдоль общей продольной оси (не показаны). Однако, как вариант, возможно расположение секций 3 и 4 симметрично с уклоном. Как показано на фиг.2, нагревательный элемент 2 разделен на две секции — секцию 3 и секцию 4, при этом секции выполнены дугообразными. Нагревательный элемент 2 может быть разделен на несколько секций больше двух. (Как показано на фиг.3, нагревательный элемент 2 разделен на 4 секции.) Каждая секция нагревательного элемента — секция 3 и секция 4 — соединена токоведущей шиной 5 и 51 с одной фазой трехфазового электрического питания 1. Токоведущая шина 51 показана на фиг.1 схематически. В натуре ее роль выполняет фланец 10 (фиг.2). Устройство содержит также коллектор 6 для подвода воздуха, который выполнен в виде двух стояков 7, к каждому из которых подсоединена полость полых нагревательных элементов 2, и каждый из которых является входным потоком для каждого полого нагревательного элемента 2, выходной коллектор 8, расположенный вдоль центральной оси устройства для отвода нагретого воздуха, симметрично относительно стояков 7 входного коллектора 6 для подвода воздуха. Секции каждого полого нагревательного элемента — секция 3 и секция 4 — электрически соединены между собой последовательно и электрически изолированы от входного и выходного коллекторов изоляторами 9, укрепленными на каждом полом нагревательном элементе 2.

Как показано на фиг.4, изоляторы 9 укреплены на каждом полом нагревательном элементе 2 без зазора и скреплены фланцем 10. В качестве материала для изготовления изоляторов 9 применен композиционный тканевый материал на основе кремнезема.

Каждый полый нагревательный элемент 2 выполнен из металлического токопроводящего материала на основе нержавеющей стали. Внутренний диаметр каждого полого нагревательного элемента составляет от 10 до 18 мм, а внешний диаметр — от 11 до 20 мм, а длина — от 5 до 10 м.

Устройство работает следующим образом и при работе реализует способ согласно изобретению.

Подают на нагревательный элемент 2 электрический ток от фазы трехфазового электрического питания 1, который нагревает нагревательный элемент до расчетной температуры.

Поток воздуха поступает в коллектор 6, разделяется на симметричные потоки, поступающие в стояки 7, в которых он далее разделяется на симметричные потоки, поступающие в полости секций 3 и 4 нагревательного элемента 2. При прохождении воздуха внутри нагревательного элемента, происходит теплоотдача нагреваемому потоку воздуха джоулева тепла, за счет чего на выходе из нагревательного элемента его температура становится выше 500°С. Потоки нагретого воздуха из секций 3 и 4 сливаются в общий нагретый поток в выходной коллектор 8, откуда нагретый воздух выводится и далее может быть использован в промышленных условиях в промышленных установках.

Для работы устройства важно обеспечить симметричность потоков, направляемых навстречу друг другу для обеспечения равномерности поля массовой скорости в поперечных сечениях полостей нагревательного элемента. У нагревательных элементов согласно изобретению удельное тепловыделение, например, на единицу объема можно считать практически постоянным для данного сечения, и поэтому неравномерность массовой скорости с неизбежностью приводит к неравномерности полей температуры и коэффициентов теплоотдачи, вследствие чего возникает неравномерность температуры нагревательного элемента — местные перегревы, которая способна привести к его разрушению.

Примеры конкретного осуществления способа с использованием устройства согласно изобретению на фиг.1.

Пример 1. Подают на каждый нагревательный элемент 2 электрический ток мощностью выше 0,3 МВт от фазы источника трехфазового электрического питания 1, мощностью 1 МВт и силой тока 1000 А и одновременно на вход коллектора 6 подают поток нагреваемого воздуха с массовым расходом 1 кг/с. Давление потока воздуха на входе в коллектор 6-55 бар, температура 20°С. На выходе из коллектора 6 поток нагреваемого воздуха делится на два симметричных потока, каждый из которых (по 0,5 кг/с) поступает в соответствующий стояк 7, где делится еще на три потока, каждый из которых (по 0,167 кг/с) поступает на вход соответствующих секций 3 и 4. При прохождении воздуха внутри нагревательного элемента, происходит теплоотдача нагреваемому потоку воздуха джоулева тепла и температура его на входе в коллектор 8 равна 680°С, давление составляет 50 бар.

Электрический ток силой 1000 А выводится в положение максимальной мощности за 19 секунд. Процесс выхода на рабочий режим устройства с поданным внутрь его нагревательных элементов потока воздуха массового расхода 1 кг/с составляет 38 секунд.

Примеры 2-4. Способ осуществляют на устройстве согласно изобретению в условиях примера 1, но при этом варьируют поступающим массовым расходом и давлением на входе потока воздуха.

Данные экспериментов, относящиеся к примерам 2-4, приведены в таблице.

ТАБЛИЦА
№ п/п234
Массовый расход, кг/с124
Давление, бар:
на входе151817
на выходе13,516,515,5
Температура воздуха, °С:
на входе202020
на выходе680681680,5
Потери давления, бар1,51,51,5

Таким образом, способ нагрева потока воздуха и устройство согласно изобретению позволили осуществить высокотемпературный и высокоскоростной нагрев потока при рабочем давлении на входе ниже 20 бар. Потери давления при этом составляют порядка 8-10% от давления на входе, что позволяет снизить энергетические и эксплуатационные затраты и широко использовать предлагаемое изобретение в промышленных условиях в промышленных установках.

1. Способ нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с, включающий нагрев нагревательного элемента электрическим током и теплоотдачу нагреваемому потоку воздуха джоулева тепла, при этом нагреваемый поток воздуха пропускают внутри нагревательного элемента, отличающийся тем, что нагреваемый воздух подают к нагревательному элементу симметричными потоками, направленными навстречу друг другу, и формируют общий поток нагретого воздуха путем слияния встречных потоков, отбирая общий нагретый поток в пространство вдоль центральной осевой линии между нагревательными элементами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев нагревательного элемента осуществляют фазой электрического тока мощностью выше 0,3 МВт.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрический ток выводится в положение максимальной мощности менее чем за 20 с.

4. Устройство для нагрева потока воздуха до температуры выше 500°С при массовом расходе потока выше 0,5 кг/с, содержащее источник трехфазового электрического питания, полые нагревательные элементы, каждый из которых соединен с одной фазой трехфазового электрического питания, коллекторы для подвода и отвода воздуха, к которым подсоединены концы полых нагревательных элементов, отличающееся тем, что коллектор для подвода воздуха выполнен в виде, по меньшей мере, двух симметричных стояков, к каждому из которых подсоединена полость полого нагревательного элемента, а каждый полый нагревательный элемент разделен, по меньшей мере, на две одинаковые секции, расположенные вдоль общей продольной оси и подсоединенные противоположными концами к соответствующему стояку коллектора для подвода воздуха, который является входным потоком для каждого полого нагревательного элемента, и к выходному коллектору, расположенному вдоль центральной оси устройства симметрично относительно стояков входного коллектора, а обе секции каждого нагревательного элемента электрически соединены между собой последовательно и электрически изолированы от входного и выходного коллекторов изоляторами, укрепленными на каждом полом нагревательном элементе.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что изоляторы укреплены на каждом полом нагревательном элементе без зазора.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый изолятор выполнен из композитного тканевого материала на основе кремнезема.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый полый нагревательный элемент выполнен из металлического токопроводящего материала на основе нержавеющей стали.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый полый элемент имеет длину менее 10 м.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что внешний диаметр каждого полого нагревательного элемента составляет от 11 до 20 мм.

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что внутренний диаметр каждого полого нагревательного элемента составляет от 10 до 18 мм.

11. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве источника трехфазового электрического питания применяют источник мощностью выше 0,9 МВт и силой тока выше 1000 А.

12. Устройство по п.4, отличающееся тем, что электрический ток выводится в положение максимальной мощности менее чем за 20 с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *