6. Вибір і розрахунок повітронагрівача

Повітронагрівачі для кондиціонерів КТЦЗ виготовляються продуктивністю по повітрю від 10 до 250 тис. м³/год і можуть бути використані у широкому діапазоні початкових температур повітря від -45°С до 180°С. Теплоносієм служить гаряча або перегріта вода з температурою до 180°С і тиском до 1,2 МПа.

Повітронагрівачі складаються з однієї або декількох послідовно розташованих по руху повітря груп теплообмінників різної або однакової рядності. Кожна з груп в залежності від повітропродуктивності комплектується з різного числа базових теплообмінників, заповнюючи фронтальний переріз повітронагрівача. По кількості рядів трубок базові теплообмінники бувають однорядними, півторарядними та двохрядними, що дозволяє скомпонувати з них повітронагрівач любої рядності з кроком в 0,5 ряда, що відповідає потрібній розрахунковій поверхні теплообміну.

Базові теплообмінники виготовляються висотою 1,0; 1,25; 1,5 і 2 м з довжиною теплообмінних трубок 0,828 і 1,655 м.

З базових теплообмінників можуть збиратися повітронагрівачі ВН (без обвідного каналу або клапану) та ВНО (з обвідним каналом або клапаном). Площа фронтального перерізу повітронагрівачів ВНО складає 0,75...0,8 площі фронтального перерізу повітронагрівачів ВН того ж типорозміру. Застосування повітронагрівачів ВНО дозволяє декілька розширити можливості регулювання режиму підігріву повітря і здійснювати більш точний підбір повітронагрівача по поверхні теплообміну і по тепловіддачі.

Вибір повітронагрівача здійснюється, виходячи з типорозміру кондиціонера (тип і кількість базових теплообмінників по фронтальному перерізу) і потрібної за розрахунком поверхні теплообміну (кількість рядів трубок, послідовно розташованих по ходу повітря). Метою розрахунку повітронагрівачів є визначення потрібної кількості рядів трубок по ходу повітря (визначення потрібної поверхні теплообміну) та установлення режиму його роботи, який забезпечує здійснення розрахункового процесу підігріву повітря.

В задачу розрахунку входить визначення рядності повітронагрівача n, подачі теплоносія G_ж, гідравлічного та аеродинамічного опару повітронагрівача відповідно ∆Р_ж та ∆Р_в, а також перевірка на відсутність небезпеки замерзання води в трубках (визначення мінімальної рухомості води в трубках W_min та мінімальної кінцевої температури води).

В якості вихідних даних використовуються значення параметрів повітря до та після повітронагрівача: або; подача повітря в повітронагрівачG_п або G_н, типорозмір кондиціонера (див. розділ 4.2), а також параметри теплоносія в тепловій мережі (по завданню).

Розрахунок виконується у відповідності з методикою, викладеною в керівних матеріалах по центральним кондиціонерам [4] або шляхом сумісного рішення рівнянь теплового балансу та теплопередачі:

, (43)

, (44)

, (45)

де: Q – витрата теплоти на підігрів повітря, Вт;

G, G_W – відповідно витрата повітря та витрата води на підігрів, кг/год;

t_к, t_H – відповідно кінцева і початкова температури повітря, °С;

С, С_W – питома теплоємкість, відповідно повітря та води, кДж/(кг·°С);

τ_к, τ_H – відповідно кінцева і початкова температури теплоносія, °С;

k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²·°С);

F – площа поверхні нагріву повітронагрівача, м²;

Δt_сл – середньологаріфмічний температурний напір, °С:

. (46)

Коефіцієнт теплопередачі визначається виходячи з масової швидкості повітря в міжтрубному просторі (Vρ) і швидкості води в трубках ω:

, (47)

де: A, m, q – коефіцієнти, які залежать від конструкції повітронагрівача (кількість рядів), які визначаються за таблицею 8.

Таблиця 8 – Значення розрахункових коефіцієнтів

Конструкція повітронагрівача	А	М	q	а	р
Однорядний	27,5	0,46	0,12	3,03	2
Півторарядний	25,5	0,46	0,12	4,03	2
Двохрядний	26,0	0,46	0,12	5,08	2
Середнє значення	26,3	0,46	0,12	1,02+2,01	2

Масова швидкість повітря (Vρ), кг/м², визначається за формулою:

, (48)

де: F_Ф – площа фронтального перерізу повітронагрівача, м², визначаються за таблицями 9, 10.

Швидкість води в трубках повітронагрівача ω, м/с, визначається за формулою:

, (49)

де: F_тр – площа живого перерізу трубок для проходу води, м², визначається за таблицями 9, 10.

Витрата теплоносія води G_W, кг/год, визначають за формулою:

, (50)

де: Q – витрата теплоти на I підігрів, Вт (див. пункт 4.1.2).

Аеродинамічний опір повітронагрівачів ΔР_а, Па, визначається за формулою:

, (51)

де: а, р – коефіцієнти, що приймаються за таблицею 8.

Гідравлічні опори повітронагрівача за водою ∆Р_W, Па, визначається за формулою:

, (52)

де: Б – коефіцієнт, що приймається за таблицею 11.

Таблиця 9 – Технічна характеристика повітронагрівачів ВНО КТЦЗ

Типо-розмір КТЦЗ	Площа фрон-тальної поверхні FФ, м^2	Кількість БТО, шт	Висота БТО, м	Довжина lтр, м	Кількість рядів	Площа поверхні теплооб. FТО, м^2	Площа перерізу для проходу води Fтр, м^2·10^-6
10	1,03	1	1,25	0,828	1 1,5 2	18,4 27,2 36,8	1230 1820 2460
20	2,07	1	1,25	1,655	1 1,5 2	37,3 55,25 74,6	1230 1820 2460
31,5	3,315	1	2	1,655	1 1,5 2	60,4 88,7 120,8	1480 2150 2960
40	4,14	2	1,25	1,655	1 1,5 2	74,6 110,5 149,2	1230 1820 2460
63	6,63	2	2	1,655	1 1,5 2	120,8 177,4 241,6	1480 2150 2960
80	8,28	4	1,25	1,655	1 1,5 2	149,2 221,0 298,4	2460 3640 4920
125	13,26	4	2	1,655	1 1,5 2	241,6 354,8 483,2	2960 4300 5920
160	16,55	4 2	1,5 2	1,655	1 1,5 2	300,0 439,4 592,0	2960 4300 5920
200	19,88	6	2	1,655	1 1,5 2	362,4 532,2 724,8	4440 6450 8880
250	24,84	6 4	1,5 2	1,655	1 1,5 2	451,2 659,1 902,4	4440 6450 8880

Таблиця 10 – Технічна характеристика повітронагрівачів ВНО КТЦЗ

Типо-розмір КТЦЗ	Площа фрон-тальної поверхні FФ, м^2	Кількість БТО, шт	Висота БТО, м	Довжина lтр, м	Кількість рядів	Площа поверхні теплооб. FТО, м^2	Площа перерізу для проходу води Fтр, м^2·10^-6
10	0,8	1	1	0,828	1 1,5 2	14,55 20,9 29,1	1480 2150 2960
20	1,55	1	1	1,655	1 1,5 2	29,6 42,4 59,2	1480 2150 2960
31,5	2,49	1	1,5	1,655	1 1,5 2	45,0 65,5 90,0	1480 2150 2960
40	3,315	1	2	1,655	1 1,5 2	60,4 88,7 120,8	1480 2150 2960
63	4,975	2	1,5	1,655	1 1,5 2	90,0 131,0 180,0	1480 2150 2960
80	6,63	2	2	1,655	1 1,5 2	120,8 177,4 241,6	1480 2150 2960
125	9,96	4	1,5	1,655	1 1,5 2	180,0 262,0 360,0	2960 4300 5920
160	13,25	4	2	1,655	1 1,5 2	241,6 354,8 483,2	2960 4300 5920
200	14,84	6	1,5	1,655	1 1,5 2	270,0 393,0 540,2	4440 6450 8880
250	19,89	6	2	1,655	1 1,5 2	352,4 532,2 724,8	4440 6450 8880

Таблиця 11 – Значення коефіцієнта Б

Число рядів трубок	Тип теплообмінника
	Н = 1,0 м		Н = 1,25 м		Н = 1,5 м	Н = 2,0 м
	lтр = 0,828 м	lтр = 1,655 м	lтр = 0,828 м	lтр = 1,655 м	lтр = 1,655 м	lтр = 1,655 м
1	927	1208	1151	1573	1728	2248
1,5	1287	1568	1564	1985	2285	3003
2	1900	2181	2192	2613	3235	4255

ПОРЯДОК РОЗРАХУНКУ

1. За формулою (50) визначається витрата теплоносія G_W.

2. За формулою (48) розраховують значення масової швидкості повітря (Vρ).

3. Приймаємо значення швидкості води ω = 0,5 м/с та значення коефіцієнтів А, m, q для півтора рядного повітронагрівача ВН і визначаємо орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі К_ор за формулою (47).

4. Орієнтовне значення потрібної поверхні нагріву F ', м², визначається за формулою:

. (53)

5. За даними таблиці 7 для прийнятого типорозміру кондиціонера, орієнтуючись на отримане значення F ', приймається конструкція повітронагрівача та визначається площа поверхні теплообміну F_ТО.

6. На підставі даних, отриманих в пункті 5, за формулами (48) та (49) визначається дійсне значення масової швидкості повітря та швидкості води, уточнюючи значення коефіцієнтів А, m, q за даними таблиці 5, за формулою (47) визначається коефіцієнт теплопередачі К та визначається розрахункова поверхня теплообміну F_розр, м²:

. (54)

7. Виходячи з отриманих значень розрахункової поверхні теплообміну F_розр та прийнятої за обраною конструкцією з таблиць 9 і 10 значення F_ТО, визначається величина запасу по поверхні нагріву:

. (55)

Величина запасу A_зF повинна бути не більш 10% [1].

Якщо запас перевищує 10%, треба прийняти або іншу конструкцію повітронагрівача (з меншим числом рядів трубок) або використати повітронагрівач типа ВНО, або змінити параметри теплоносія, використав насос або елеваторний пристрій.

8. За формулою (51) розраховується аеродинамічний опір повітронагрівача ∆Р_а.

9. За формулою (52) визначається гідравлічний опір повітронагрівача.

10. Перевіряється кінцева температура води τ_к, °С, на виході з повітронагрівача за формулою:

. (56)

τ_к повинна бути не менш припустимої.