OBLICZANIE INSTALACJI OGRZEWANIA ELEKTRYCZNEGO
1.1 Obliczenia termiczne elementów grzejnych
Zadaniem obliczeń cieplnych bloku elementów grzejnych jest określenie ilości elementów grzejnych w bloku oraz rzeczywistej temperatury powierzchni elementu grzejnego. Wyniki obliczeń termicznych służą do udoskonalenia parametrów projektowych bloku.
Zadanie do obliczeń podano w załączniku 1.
Moc jednego elementu grzejnego określana jest na podstawie mocy grzałki
Do
Liczba elementów grzejnych z jest wielokrotnością 3, a moc jednego elementu grzejnego nie powinna przekraczać 3 ... 4 kW. Element grzejny jest wybierany zgodnie z danymi paszportowymi (Załącznik 1).
Z założenia bloki wyróżniają się korytarzem i naprzemiennym układem elementów grzewczych (rysunek 1.1).
-
a) b) a - układ korytarza; b - układ szachowy. Rysunek 1.1 - Schematy układu bloku elementów grzejnych
Dla pierwszego rzędu grzałek zmontowanego bloku grzejnego musi być spełniony warunek:
O
gdzie Tn1 - rzeczywista średnia temperatura powierzchni grzejników pierwszego rzędu, oC; Pm1 to całkowita moc grzejników pierwszego rzędu, W; .Poślubić— średni współczynnik przenikania ciepła, W/(m2оС); FT1 - całkowita powierzchnia powierzchni oddawania ciepła grzejników pierwszego rzędu, m2; Tv - temperatura przepływu powietrza za nagrzewnicą, °C.
Całkowitą moc i całkowitą powierzchnię grzałek określa się z parametrów wybranych elementów grzejnych według wzorów
, , (1.3)
gdzie k - liczba elementów grzejnych w rzędzie, szt; PT, FT - odpowiednio moc w W i powierzchnia w m2 jednego elementu grzejnego.
Powierzchnia żebrowanego elementu grzejnego
, (1.4)
gdzie D jest średnicą elementu grzejnego, m; jaa – długość czynna elementu grzejnego, m; hr to wysokość żebra, m; a - skok płetw, m
Dla wiązek rur o przekroju poprzecznym należy uwzględnić średni współczynnik przenikania ciepła Poślubić, ponieważ warunki wymiany ciepła przez oddzielne rzędy grzejników są różne i zależą od turbulencji przepływu powietrza. Przenikanie ciepła w pierwszym i drugim rzędzie rur jest mniejsze niż w trzecim rzędzie. Jeżeli przenoszenie ciepła trzeciego rzędu elementów grzejnych przyjmie się jako jedność, wówczas przenoszenie ciepła pierwszego rzędu wyniesie około 0,6, drugiego - około 0,7 w wiązkach przestawnych i około 0,9 - w linii z wymiany ciepła trzeciego rzędu. Dla wszystkich rzędów po trzecim rzędzie współczynnik przenikania ciepła można uznać za niezmieniony i równy przenikaniu ciepła trzeciego rzędu.
Współczynnik przenikania ciepła elementu grzejnego jest określony przez wyrażenie empiryczne
gdzie Nu – kryterium Nusselta, - współczynnik przewodności cieplnej powietrza,
= OD
Kryterium Nusselta dla określonych warunków wymiany ciepła oblicza się z wyrażeń
do wiązek rur w linii
w Re 1103
przy Re > 1103
dla schodkowych wiązek rur:
dla Re 1103, (1.8)
przy Re > 1103
gdzie Re jest kryterium Reynoldsa.
Kryterium Reynoldsa charakteryzuje przepływ powietrza wokół elementów grzejnych i jest równe
, (1.10)
gdzie — prędkość przepływu powietrza, m/s; — współczynnik lepkości kinematycznej powietrza, = 18,510-6 m2/s.
W celu zapewnienia efektywnego obciążenia cieplnego elementów grzejnych, które nie prowadzi do przegrzania nagrzewnic, konieczne jest zapewnienie przepływu powietrza w strefie wymiany ciepła z prędkością co najmniej 6 m/s. Biorąc pod uwagę wzrost oporów aerodynamicznych konstrukcji kanału powietrznego i bloku grzejnego wraz ze wzrostem prędkości przepływu powietrza, ten ostatni powinien być ograniczony do 15 m/s.
Średni współczynnik przenikania ciepła
dla pakietów in-line
, (1.11)
do belek szachowych
gdzie n to liczba rzędów rur w wiązce bloku grzewczego.
Temperatura przepływu powietrza za nagrzewnicą wynosi
, (1.13)
gdzie PDo - całkowita moc elementów grzejnych grzałki, kW; — gęstość powietrza, kg/m3; Zv to właściwa pojemność cieplna powietrza, Zv= 1 kJ/(kgоС); Lv – wydajność nagrzewnicy powietrza, m3/s.
Jeśli warunek (1.2) nie jest spełniony, wybierz inny element grzejny lub zmień prędkość powietrza przyjętą w obliczeniach, układ bloku grzejnego.
Tabela 1.1 - wartości współczynnika c Dane początkowePodziel się z przyjaciółmi:
Technologia elektryczna
OBLICZANIE INSTALACJI OGRZEWANIA ELEKTRYCZNEGO
|
2
Rysunek 1.1 - Schematy układu bloku elementów grzejnych
1.1 Obliczenia termiczne elementów grzejnych
|
| a) | b) |
|
a - układ korytarza; b - układ szachowy.
Rysunek 1.1 - Schematy układu bloku elementów grzejnych |
Dla pierwszego rzędu grzałek zmontowanego bloku grzejnego musi być spełniony warunek:
оС, (1.2)
gdzie Tn1 - rzeczywista średnia temperatura powierzchni grzejników pierwszego rzędu, oC; Pm1 to całkowita moc grzejników pierwszego rzędu, W; .Poślubić— średni współczynnik przenikania ciepła, W/(m2оС); FT1 - całkowita powierzchnia powierzchni oddawania ciepła grzejników pierwszego rzędu, m2; Tv - temperatura przepływu powietrza za nagrzewnicą, °C.
Całkowitą moc i całkowitą powierzchnię grzałek określa się z parametrów wybranych elementów grzejnych według wzorów
, , (1.3)
gdzie k - liczba elementów grzejnych w rzędzie, szt; PT, FT - odpowiednio moc w W i powierzchnia w m2 jednego elementu grzejnego.
Powierzchnia żebrowanego elementu grzejnego
, (1.4)
gdzie D jest średnicą elementu grzejnego, m; jaa – długość czynna elementu grzejnego, m; hr to wysokość żebra, m; a - skok płetw, m
Dla wiązek rur o przekroju poprzecznym należy uwzględnić średni współczynnik przenikania ciepła Poślubić, ponieważ warunki wymiany ciepła przez oddzielne rzędy grzejników są różne i zależą od turbulencji przepływu powietrza. Przenikanie ciepła w pierwszym i drugim rzędzie rur jest mniejsze niż w trzecim rzędzie. Jeżeli przenoszenie ciepła trzeciego rzędu elementów grzejnych przyjmie się jako jedność, wówczas przenoszenie ciepła pierwszego rzędu wyniesie około 0,6, drugiego - około 0,7 w wiązkach przestawnych i około 0,9 - w linii z wymiany ciepła trzeciego rzędu. Dla wszystkich rzędów po trzecim rzędzie współczynnik przenikania ciepła można uznać za niezmieniony i równy przenikaniu ciepła trzeciego rzędu.
Współczynnik przenikania ciepła elementu grzejnego jest określony przez wyrażenie empiryczne
, (1.5)
gdzie Nu – kryterium Nusselta, - współczynnik przewodności cieplnej powietrza,
= 0,027 W/(moC); D – średnica elementu grzejnego, m.
Kryterium Nusselta dla określonych warunków wymiany ciepła oblicza się z wyrażeń
do wiązek rur w linii
w Re 1103
, (1.6)
przy Re > 1103
, (1.7)
dla schodkowych wiązek rur:
dla Re 1103, (1.8)
przy Re > 1103
, (1.9)
gdzie Re jest kryterium Reynoldsa.
Kryterium Reynoldsa charakteryzuje przepływ powietrza wokół elementów grzejnych i jest równe
, (1.10)
gdzie — prędkość przepływu powietrza, m/s; — współczynnik lepkości kinematycznej powietrza, = 18,510-6 m2/s.
W celu zapewnienia efektywnego obciążenia cieplnego elementów grzejnych, które nie prowadzi do przegrzania nagrzewnic, konieczne jest zapewnienie przepływu powietrza w strefie wymiany ciepła z prędkością co najmniej 6 m/s. Biorąc pod uwagę wzrost oporów aerodynamicznych konstrukcji kanału powietrznego i bloku grzejnego wraz ze wzrostem prędkości przepływu powietrza, ten ostatni powinien być ograniczony do 15 m/s.
Średni współczynnik przenikania ciepła
dla pakietów in-line
, (1.11)
do belek szachowych
, (1.12)
gdzie n to liczba rzędów rur w wiązce bloku grzewczego.
Temperatura przepływu powietrza za nagrzewnicą wynosi
, (1.13)
gdzie PDo - całkowita moc elementów grzejnych grzałki, kW; — gęstość powietrza, kg/m3; Zv to właściwa pojemność cieplna powietrza, Zv= 1 kJ/(kgоС); Lv – wydajność nagrzewnicy powietrza, m3/s.
Jeśli warunek (1.2) nie jest spełniony, wybierz inny element grzejny lub zmień prędkość powietrza przyjętą w obliczeniach, układ bloku grzejnego.
Tabela 1.1 - wartości współczynnika c Dane początkowePodziel się z przyjaciółmi:
2
Jak obliczyć grzejnik wentylacyjny
W naszym klimacie, w zimnych porach roku, niezwykle ważne jest ogrzanie powietrza, które poprzez wentylację napływa do domu z zewnątrz. Jeśli podczas wentylacji w pomieszczeniu nie ma nadmiaru ciepła, powietrze wchodzące musi zostać podgrzane do tej samej temperatury, która panuje w pomieszczeniu.
W takim przypadku system grzewczy kompensuje utratę ciepła przez ogrodzenie. Jednak w sytuacji, gdy ogrzewanie jest połączone z wentylacją nawiewną, powietrze nawiewane musi być cieplejsze niż powietrze wewnątrz pomieszczenia. Ale jeśli w pomieszczeniu występuje nadmiar ciepła, powietrze wchodzące powinno mieć niższą temperaturę niż powietrze w środku. Zapewni to asymilację tych nadwyżek ciepła.
Tutaj ważne jest, aby powiedzieć, że temperatura powietrza wchodzącego do pomieszczenia zależy bezpośrednio od sposobu jego dostarczania. A należy to określić po obliczeniu strumieni zasilających, w zależności od warunków znormalizowanych parametrów środowiska powietrza
Z tego powodu ważne jest prawidłowe obliczenie mocy nagrzewnicy, która reguluje temperaturę powietrza nawiewanego.
Jakie są rodzaje nagrzewnic wentylacyjnych?
Przede wszystkim ważne jest, aby zdecydować się na rodzaj takiej grzałki. Wybierając grzejnik, należy wziąć pod uwagę takie niuanse, jak jego moc, klimat otoczenia, wydajność urządzenia, wymiary pomieszczenia, w którym ma być zainstalowany
Tak więc zgodnie z tymi parametrami możesz wybierać między następującymi rodzajami grzałek:
- nagrzewnica elektryczna nawiewna;
- podgrzewacz wody.
Jeśli mówimy o takich urządzeniach elektrycznych, warto podkreślić, że ich konstrukcja opiera się na przetwarzaniu elektryki na ciepło. Zapewnia to podgrzewanie spirali z drutu lub metalowej nici. W ten sposób ciepło trafia do strumienia powietrza. Takie grzejniki są łatwe w montażu i są również dostępne. Ale jednocześnie zużywają dużo energii elektrycznej. Z tego powodu nagrzewnicę powietrza najlepiej stosować razem z wymiennikiem ciepła. Dzięki temu poziom zużycia energii elektrycznej można zmniejszyć o cały kwartał.
Jednocześnie takie urządzenia wodne do wentylacji są znacznie droższe, ale zużywają mniej energii, a zatem będą Cię mniej kosztować. Ponadto mogą być stosowane nawet w dużych pomieszczeniach, ponieważ mają wysoki poziom wydajności. Wadą podgrzewacza wody jest to, że może zamarzać w bardzo niskich temperaturach.
Jak poprawnie obliczyć?
Jednym z niuansów wyboru rodzaju grzejnika jest jego obliczenie. Aby poprawnie określić moc takiego urządzenia, wcale nie jest konieczne przeprowadzanie skomplikowanych obliczeń lub manipulacji.
Ważne jest, aby po prostu obliczyć temperaturę powietrza na wlocie i wylocie
W sytuacji, gdy powietrze zewnętrzne na krótki czas opadło do poziomu minimum, nie można liczyć się z maksymalną wartością temperatury i wtedy można liczyć się z niższą wartością mocy takiego urządzenia
Przy obliczaniu mocy nagrzewnicy wentylacyjnej należy również uwzględnić dodatkowe dane dotyczące wymiany powietrza. Wskaźnik ten można określić, biorąc pod uwagę wydajność wentylacji. Następnie te dwa parametry należy pomnożyć przez pojemność cieplną powietrza i podzielić przez tysiąc. Suma mocy grzałki musi odpowiadać sumie napięcia sieciowego.
Kalkulator online do obliczania mocy grzałki
Skuteczne działanie wentylacji zależy od prawidłowego obliczenia i doboru sprzętu, ponieważ te dwa punkty są ze sobą połączone. Aby uprościć tę procedurę, przygotowaliśmy dla Ciebie kalkulator online do obliczania mocy grzałki.
Dobór mocy nagrzewnicy jest niemożliwy bez określenia rodzaju wentylatora, a obliczenie temperatury powietrza wewnętrznego jest bezużyteczne bez doboru nagrzewnicy, wymiennika ciepła i klimatyzatora. Określenie parametrów kanału jest niemożliwe bez obliczenia charakterystyk aerodynamicznych. Obliczenie mocy nagrzewnicy odbywa się według standardowych parametrów temperatury powietrza, a błędy na etapie projektowania prowadzą do wzrostu kosztów, a także niemożności utrzymania mikroklimatu na wymaganym poziomie.
Nagrzewnica (bardziej fachowo nazywana nagrzewnicą kanałową) to wszechstronne urządzenie stosowane w systemach wentylacji wewnętrznej do przekazywania energii cieplnej z elementów grzejnych do powietrza przepływającego przez system pustych rur.
Nagrzewnice kanałowe różnią się sposobem przekazywania energii i dzielą się na:
- Woda - energia jest przesyłana rurami z gorącą wodą, parą.
- Elektryczne - elementy grzejne pobierające energię z centralnej sieci energetycznej.
Istnieją również nagrzewnice, które działają na zasadzie rekuperacji: jest to wykorzystanie ciepła z pomieszczenia poprzez oddanie go do powietrza nawiewanego. Odzyskiwanie odbywa się bez kontaktu dwóch środowisk powietrznych.
Grzejnik elektryczny
Podstawą jest element grzejny wykonany z drutu lub spiral, przez który przepływa prąd elektryczny. Zimne powietrze zewnętrzne przepływa pomiędzy spiralami, jest podgrzewane i wprowadzane do pomieszczenia.
Nagrzewnica elektryczna nadaje się do serwisowania systemów wentylacyjnych małej mocy, ponieważ do jej działania nie są wymagane żadne specjalne obliczenia, ponieważ wszystkie niezbędne parametry są wskazane przez producenta.
Główną wadą tego urządzenia jest bezwładność między włóknami grzewczymi, która prowadzi do ciągłego przegrzewania, aw rezultacie do awarii urządzenia. Problem rozwiązuje się, instalując dodatkowe kompensatory.
Podgrzewacz wody
Podstawą podgrzewacza wody jest element grzejny wykonany z pustych metalowych rurek, przez które przepuszczana jest gorąca woda lub para. Powietrze zewnętrzne wchodzi z przeciwnej strony. Mówiąc najprościej, powietrze przemieszcza się od góry do dołu, a woda od dołu do góry. W ten sposób pęcherzyki tlenu są usuwane przez specjalne zawory.
Nagrzewnica wodna kanałowa stosowana jest w większości dużych i średnich systemów wentylacyjnych. Ułatwia to wysoka wydajność, niezawodność i łatwość konserwacji sprzętu.
Oprócz elementu grzejnego system obejmuje: (zapewnia doprowadzenie chłodziwa do wymiennika), pompę, zawory bezpośrednie i zwrotne, zawory odcinające oraz automatyczną jednostkę sterującą. Dla stref klimatycznych, w których minimalna temperatura zimą spada poniżej zera, przewidziany jest system zapobiegający zamarzaniu rur roboczych.
Obliczanie mocy
Objętość powietrza przechodzącego przez aparat na jednostkę czasu. Mierzy się ją odpowiednio w kg / h lub m3 / h. Metoda obliczeniowa polega na doborze aparatury o takich parametrach, aby temperatura powietrza wylotowego odpowiadała wartościom normatywnym, a rezerwa chodu pozwalała na nieprzerwaną pracę przy obciążeniach szczytowych, ale wymianę powietrza stawka i stawka nie cierpią. Projektant rozpoczyna obliczanie mocy dopiero po otrzymaniu wszystkich danych początkowych:
- Temperatury zasilania. Przyjmowana jest minimalna wartość dla okresu zimowego.
- Wymagana wg norm lub indywidualnych życzeń klienta temperatura powietrza wylotowego.
- Średni przepływ powietrza m³/h..
Czy masz jakieś pytania? Zadzwoń pod numer: +7 (953) 098-28-01
Możesz być również zainteresowany instalacją wentylacji.
