Обвязка парового калорифера приточной вентиляции

Что представляет из себя обвязка парового калорифера?

Паровой калорифер предназначен для воздушного отопления, он является частью вентиляционной системы. Чтобы она работала эффективно и бесперебойно, необходимо обеспечить правильный выбор схемы обвязки этого оборудования. Обвязку парового калорифера можно выполнить несколькими способами. Самый простой вариант указан на рис. 1.

Рисунок 1. Простой способ обвязки котла.

Принцип работы калорифера

Канальный нагреватель или калорифер – универсальный аппарат передачи тепловой энергии от нагревательных элементов приточному воздуху, осуществляющий нагрев/охлаждение воздуха внутри вентилируемого помещения.

Работает по принципу теплообменника и состоит из труб, по которым непрерывно циркулирует подогретый или охлажденный теплоноситель (вода, водяной пар или фреон). Холодный или теплый воздух, проходя через приточную систему вентилирования, контактирует с трубами теплообменника. Происходит переход энергии от одного носителя к другому. Воздушные массы нагреваются/охлаждаются, а затем выдуваются в помещение.

Сам по себе канальный нагреватель работать не может и требуется система обвязки. Есть другое название – узлы регулирования основных параметров. Это набор дополнительных элементов, выполняющих ряд сопутствующих функций:

• контроль работы теплообменника. Обеспечивают бесперебойный режим функционирования, сигнализируя о сбоях;
• постоянный контроль над температурой теплоносителя. Чтобы воздуха нагревался равномерно, без скачков, она должна быть в пределах расчетных показателей;
• предотвращение обледенения узлов канального нагревателя, а также вентиляционных каналов.

Разновидности узлов обвязки

Обвязка данного прибора состоит из целого ряда элементов, которые ответственны за регулирование температуры носителя тепла, устройства контроля, подводку. При этом крайне необходимо подобрать все элементы обвязки таким образом, дабы те целиком соответствовали всем требованиям носителя тепла. Мы имеет в виду, в первую очередь, затраты этого носителя, а также сечение патрубков. Итак, обвязка калорифера традиционного вида состоит из следующих элементов:

1. насоса;
2. клапана, оборудованного электрическим приводом на два или три хода;
3. приборов измерения температуры и давления;
4. подводки;
5. шаровых кранов;
6. очищающего фильтра;
7. байпаса.

Существует еще традиционная обвязка, имеющая жесткую подводку. Это используется в тех случаях, когда нет потребности в применении гибкой подводки, поскольку все коммуникационные магистрали состоят исключительно из стальных труб. Более того, в таком случае место, где будет располагаться узел, заведомо определено. Такая разновидность обвязки, особенно в сочетании с водным калорифером, позволяет не только существенно сэкономить время и силы при монтаже, но и меньше тратить на это все денег.

Отличительной чертой любой гибкой подводки можно считать тот факт, что она состоит из гофрированных шлангов вместо традиционных труб из стали. Если сделать узел подобным образом, то его функциональность возрастет. Более того, его можно будет располагаться даже в тех местах, где по той или иной причине нельзя использовать трубы из стали. При этом вы при желании можете усилить контроль над работой системы, увеличив число термоманометров до четырех.

Способы регулирования процесса нагрева

Схема устройства водяного калорифера.

Регулировка нагрева, которая входит в узел обвязки, может быть количественной или качественной. В первом случае регулирование подразумевает неизбежный, меняющийся расход теплоносителя. Этот способ не совсем рациональный, поэтому в последнее время стали применять качественный принцип регулирования. Он позволяет управлять нагревом калорифера при неизменном расходе теплоносителя.

Регулировка с использованием качественного принципа гарантирует линейность процесса управления при любом положении регулирующего клапана. Еще одно преимущество – высокая устойчивость к возможному замораживанию калорифера, т.к. приток воды постоянен. Это достигается путем включения водяного насоса прямо в контур нагревателя, где организуется проток воды, не зависящий от внешних условий. Применение качественного принципа регулирования обусловлено использованием специального насоса и трехходового штокового клапана. Данные элементы, встраиваемые в обвязочный узел, имеют достоинства, позволяющие повысить эффективность работы обвязки и калорифера:

1. Центробежный циркуляционный насос имеет «мокрый ротор», который вращается, находясь в жидкости. Это значит, что ею смазываются подшипники агрегата и необходимость применения сальников отпадает. В случае установки такого насоса в узел обвязки протечки невозможны, даже если он выйдет из строя или выработает свой ресурс.
2. Местоположение регулирующего клапана там, где теплоноситель входит в калорифер. В отличие от двухходового устройства, трехходовое полностью контролирует процесс смешивания. В закрытом состоянии идет внутренняя циркуляция в закрытом контуре; при открытом положении не происходит рециркуляции теплоносителя. В случае установки конструкции со штоком продлевается срок эксплуатации седла клапана, которое быстро изнашивается в моделях, не имеющих штока.

Расчёт мощности

Получение воздуха с необходимыми температурными показателями предполагает проведение правильных расчётов и грамотного выбора устройства для вентиляции приточного типа. Даже несмотря на то, что особой популярностью пользуются современные водяные приборы с тепловым носителем в виде горячей воды, при выборе устройства любого типа изначально требуется определиться с его мощностью на основе исходных данных, представленных:

• объёмом нагреваемых приточных воздушных масс в м³/ч или кг/ч;
• температурными показателями исходных воздушных масс, равными расчётной температуре уличного воздуха в конкретном регионе;
• предпочтительным температурным режимом воздушных потоков после нагрева;
• температурным графиком теплового носителя, который используется для прогрева.

Упрощённое определение мощности канального нагревателя выполняется в соответствии с простой формулой:

Q — производительность вентиляционной системы в м 3 /час;

Т — разница температурных показателей на вход и выход в вентиляционном канале.

Таблица: расчёт мощности для основных параметров вентиляционной системы

Например, объём воздуха в комнате площадью в 20 м 2 при высоте потолка 300 см, равен 60 м 3 , поэтому однократный воздухообмен составляет 60 м 2 /час.

Таблица: показатели мощности электрического, парового и водяного канального нагревателя

Подаваемый в помещение с улицы приточный воздух требует обработки, чтобы получить нормативные параметры. Обрабатывать воздушные массы можно фильтрацией, нагревом, охлаждением и увлажнением. Прогрев приточных воздушных потоков осуществляется внутри специального теплообменного оборудования, представленного калориферами.

Жидкостные канальные воздухонагреватели являются сегодня самыми популярными, широко используемыми в большинстве вентиляционных систем. Теплоноситель жидкого типа постоянно перемещается в направлении, которое противоположно воздушным потокам, что обеспечивает эффективное и недорогое отопление, существенно экономящее энергоресурсы и поддерживающее оптимальные микроклиматические условия в помещениях любого типа.

Элементы

Основные составляющие узла обвязки:

• циркуляционный насос;
• измерительное оборудование — датчики и манометры;
• клапаны, двух или трехходовые;
• байпас;
• фильтр для очистки.

На вопрос «что такое байпас» и «для чего он нужен» подробно отвечает данная статья: https://teplo.guru/elementy/truby/baipas.html

Циркуляционный насос поддерживает постоянную подачу теплоносителя сквозь теплообменник, обеспечивает постоянную температуру оборудования, предотвращает замерзание прибора и выход его из строя.

Назначение клапанов — смешивание воды с целью поддержания нужной температуры прибора. Регулирующий вентиль дополняется электроприводом с аналоговым или позиционным сигналом управления. Задача вентиля — подавать достаточное количество теплоносителя, чтобы нагреть воздух в теплообменнике.

Расчёт водяного калорифера

Расчёт мощности калорифера, необходимой для обогрева конкретного помещения, проводят с учётом таких данных, как:

1. Объём (масса) приточного воздуха, который необходимо нагреть.
2. Начальная (внешняя) температура воздушных масс.
3. Целевая температура, до которой необходимо разогреть воздух перед подачей в комнату.
4. Температурный режим теплоносителя.

Расчёт калорифера производят исходя из площади поверхности подогрева и нужной мощности. Для каждой операции применяется своя формула. Рассчитать мощность калорифера можно только с учётом реальных данных в конкретных условиях, среди которых наиболее важные:

• способ подключения (к центральной теплосети или котельной);
• метод обвязки.

Расчёт мощности калорифера

Q_т – тепловая мощность калорифера, Вт;
L – расход воздуха, м³/час
ρ_возд – плотность воздуха. Плотность сухого воздуха при 15 °C на уровне моря составляет 1,225 кг/м³;
с_возд – удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кДж/(кг∙К)=0,24 ккал/(кг∙°С);
t_вн – температура воздуха на выходе из калорифера, °C;
t_нар – температура наружного воздуха, °C (температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 согласно СП 131.13330.2012)

Калькулятор расчёта мощности калорифера

Расход теплоносителя на калорифер

G — расход воды на теплоснабжение калорифера, кг/ч;
3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч (для получения расхода в кг/ч);
Q_т – тепловая мощность калорифера, Вт;
с_в – удельная теплоёмкость воды, равная 4,187 кДж/(кг∙К)=1 ккал/(кг∙°C);
t_пр – температура теплоносителя (прямая линия), °C;
t_обр – температура теплоносителя (обратная линия), °C.

Калькулятор расхода теплоносителя на калорифер

Диаграмма процесса нагрева воздуха

Определить потребную мощность калорифера можно с помощью специальных диаграмм. Количество необходимой энергии (Джоулей) для нагрева 1 килограмма воздуха производится с помощью i–d диаграммы влажного воздуха. Расчёт производится при условии, что процесс нагрева воздуха протекает при d = const (при неизменном влагосодержании). Далее, с учётом расчётного расхода воздуха, перевода единиц (Дж/с в кВт), определяется мощность калорифера.

Для получения точных данных можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, с помощью которых можно узнать показатель мощности, указав производительность и температуру. Так как производительность установки в результате постепенного износа может снижаться, рекомендуется заложить в расчёт запас мощности от 5 до 15%.

Процесс обвязки подобных устройств, предполагает наличия значительного количества деталей и узлов, которые отвечают за процесс поддержания температуры теплоносителя, контролирования. Отдельной важной частью является подводка. При проектировании очень важно подбирать все конструктивные части так, чтобы они полноценно подходили к транспортируемому теплоносителю. Здесь в основном имеется ввиду затрата теплоносителя и сечение трубопроводов. В целом, узел обвязки для приточной вентиляции в стандартном исполнении, имеет следующие конструктивные части:

Сервопривод трёхходовой (двухходовой морально устарел)

Фильтр грубой очистки

Бай-пас с обратным клапаном

Процесс регулирования нагрева воздуха

Для осуществления процедуры контроля над подогревом в обвязочном узле, можно использовать один из существующих методов регулирования: количественный либо качественный , а варианты теплопередачи: прямоток или противоток.

• Количественный тип регулирования,идеально подходит для перегретой воды 110 С°

При функционировании количественного контроля наблюдается стабильный расход теплоносителя. Данный способ с трудом, возможно называть рациональным. Это привело к тому, что когда монтируется водяной калорифер для приточной вентиляции в соответствии с современными тенденциями, то выбирается иной принцип контролирования – качественный. За счет этого появилась возможность изменения работы устройства, но объем используемого носителя тепла не изменяется. Простыми словами , количественный способ регулирования -это когда горячая вода на прямую подаётся в нагреватель минуюя регулирующее устройство.Наиболее эффективен для защиты от разморозки, менее эффективен для точной поддержании температуры. Писать о плюсах или минусах прменения данной схемы будет не корректно, так как, к каждому объекту необходим индивидуальный подход !

• Качественный тип регулирования, обеспечивает чёткое поддержание температуры

Другим неоспоримым достоинством является то, что система регулируется за счет работы принципа качества. Это обеспечивает, гарантированное управление по линейной зависимости и будет зависеть от текущего положения регулирующей запорной арматуры.Это достигается следующим образом:

• Регулирующий клапан находится в точке поступления теплоносителя в калорифер. Он осуществляет процесс перемешивания. При закрытом состоянии контура – обеспечивается внутреннее циркулирование. В открытом – рециркуляция не происходит. Если водяной калорифер для приточной вентиляции снабдить балансировочным краном, то это будет увеличивать срок эксплуатации непосредственно теплообменника и повысит теплоотдачу.
• Циркуляционный насос находится в погруженном в воду состоянии. Поэтому его узлы регулярно смазываются жидкостью. Применение дополнительных сальников не требуется. При обустройстве обвязки с погруженным насосным узлом будет полноценно исключаться возможность протечек даже в ситуациях полного выхода из строя.Точно поддерживает температуру воздуха ! менее эффективен при угрозе заморозки.

Таким образом, все узлы обвязки предназначаются не исключительно для регулирования температуры, но и для защиты устройства от перепадов температуры или нередких скачков давления. Для правильной работы оборудования, залогом успеха является правильно настроеная автоматики

Варианты методов теплопередачи

• Прямоток
• Противоток

Вентиляционная система характеризуются тем, что на максимальные температурные значения будут влиять технические значения применяемых узлов. Проблема подбора правильного обвязочного узла будет заключаться в том, что необходимо обустройство защитной системы от риска перемерзания. В зимние периоды с опусканием температуры наружного воздуха до минусовых отметок не рекомендуется понижать температуру теплоносителя или его расход ниже оптимальных значений системы.

Калориферами являются приборы, которые организуют нагревание воздуха. Например, во время организации воздушной завесы, а также при охлаждении воздушных потоков при кондиционировании помещений. Они являются автономными приборами, в которых уровень температурных значений увеличивается от контакта с элементами нагрева. Периодически к калориферам относят устройства, которые снижают температуру воздуха за счет использования холодной жидкости или фреона, находящихся на их поверхностях. В основном они задействуются в системах вентиляции. Важным моментом является процесс обвязки. Чтобы калорифер для вентиляции смог нормально функционировать он должен быть правильно смонтирован. Только в подобном случае обвязка сможет осуществлять процесс контролирования, пропуска жидкости и регулировать температурные режимы.

Именно поэтому обвязка является важной частью процесса монтажа всей вентиляционной системы. Однако узел обвязки калорифера важен и по другим причинам. Об этом далее.

Виды калориферов

Устройствам доступны два способа установки. В каждом конкретном случае все будет зависеть от планируемых особенностей вентиляции.

• Рециркулируемый воздух смешивается с приточным;
• Система может быть полностью замкнутой, без доступа воздуха извне.

При организации естественного процесса вентилирования калориферы должны устанавливаться в подвалах, в точках забора воздушных масс. Если же процесс будет организован в принудительном порядке, то не важно будет, где установлен водяной калорифер для приточной вентиляции.

В данный момент существует классификация калориферов на 3 больших категории:

• Электрический. Особенностью является то, что установка отличается относительной простотой и скоростью. Не нуждается в обустройстве сложных сетей коммуникаций. Аппарат достаточно лишь включить в сеть. Элементы нагрева стандартные для любого электрического оборудования – ТЭН. Целесообразность использования подобных устройств оправдывается лишь в помещениях меньше, чем 100 м 2 .
• Паровой. Отличаются большой скоростью обогрева за счет вентиляции и кондиционирования воздушных масс. Нагревательный элемент – водяной пар. Подобный воздухонагреватель водяной системы в основном используются в помещениях промышленного назначения, в которых есть необходимое количество паропроводов, необходимых для перемещения паровых масс.
• Водяной. Самый распространенный вариант. При планировании обвязки калорифера приточной установки в Москве и области водяного типа потребуется только подведение линии горячей воды с отопления. Это не вызывает особых сложностей, в отличие от предыдущего типа. Правильная работа и эффективность подобной конструкции будет существовать лишь в случае создании правильной обвязки.

Подключение пластинчатых теплообменников

Классическая схема подключения пластинчатых теплообменников имеет патрубки входа и выхода теплоносителей на передней плите. В большинстве случаев входы и выходы расположены таким образом, чтобы обеспечить противоток теплообменных сред. Работа пластинчатого теплообменника с противотоком рабочих сред показана на видео:

Существуют конструкции пластинчатых теплообменников, в которых патрубки входа и выхода теплоносителей расположены как на передней, так и на задней плите:

Присоединение к входам и выходам рабочих сред осуществляется с помощью фланцевых соединений, соединений под сварку (стальная труба) или резьбового соединения. Возможно также отсутствие какого-либо патрубка на входе или выходе теплоносителя. В таком случае вокруг отверстия на плите выполняются отверстия с внутренней резьбой под шпильки, с помощью которых можно подсоединить трубопровод с теплоносителем с применением термостойкого резинового или каучукового уплотнения.