— приборы, применяемые для нагревания воздуха в приточных системах вентиляции, системах кондиционирования воздуха, воздушного отопления, а также в сушильных установках.

По виду теплоносителя калориферы могут быть огневыми, водяными, паровыми и электрическими.

Наибольшее распространение в настоящее время имеют водяные и паровые калориферы, которые подразделяют на гладкотрубные и реб-ристые; последние, в свою очередь, подразделяют на пластинчатые и спирально-навивные.

Различают одноходовые и многоходовые калориферы. В одноходовых теплоноситель движется по трубкам в одном направлении, а в многоходовых несколько раз меняет направление движения вследствие на-личия в коллекторных крышках перегородок (рис. XII.1).

Калориферы выполняют двух моделей: средней (С) и большой (Б).

Расход тепла для нагревания воздуха определяется по формулам:

где Q" — расход тепла для нагревания воздуха, кДж/ч (ккал/ч); Q — то же, Вт; 0,278 — коэффициент перевода кДж/ч в Вт; G — массовое количество нагревае-мого воздуха, кг/ч, равное Lp [здесь L — объемное количество нагреваемого воздуха, м 3 /ч; р — плотность воздуха (при температуре t K), кг/м 3 ]; с — удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг-К) ; t к — температура воздуха после калорифера, °С; t н — температура воздуха до калорифера, °С.

Для калориферов первой ступени подогрева температура tн равна температуре наружного воздуха.

Температура наружного воздуха принимается равной расчетной вентиляционной (параметры климата категории А) при проектировании общеобменной вентиляции, предназначенной для борьбы с избыт-ками влаги, тепла и газами, ПДК которых больше 100 мг/м3. При про-ектировании общеобменной вентиляции, предназначенной для борьбы с газами, ПДК которых меньше 100 мг/м3, а также при проектировании приточной вентиляции для компенсации воздуха, удаляемого через местные отсосы, технологические вытяжки или системы пневматического транспорта, температура наружного воздуха принимается равной расчетной наружной температуре tн для проектирования отопления (параметры климата категории Б).

В помещение без теплоизбытков следует подавать приточный воздух с температурой, равной температуре внутреннего воздуха tВ для данного помещения. При наличии теплоизбытков приточный воздух подают с пониженной температурой (на 5-8° С). Приточный воздух с температурой ниже 10° С не рекомендуется подавать в помещение даже при наличии значительных тепловыделений из-за возможности возникновения простудных заболеваний. Исключение составляют случаи применения специальных анемостатов.

Необходимая площадь поверхности нагрева калориферов Fк м2, определяется по формуле:

где Q — расход тепла для нагревания воздуха, Вт (ккал/ч); К — коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м 2 -К) [ккал/(ч-м 2 -°С)]; t ср.Т. — средняя температура теплоносителя, 0 С; t ср.в. — средняя температура нагреваемого воздуха, проходящего через калорифер, °С, равная (t н + t к)/2.

Если теплоносителем служит пар, то средняя температура теплоносителя tср.Т. равна температуре насыщения при соответствующем давлении пара.

Для воды температура tср.Т. определяется как среднее арифметическое температуры горячей и обратной воды:

Коэффициент запаса 1,1-1,2 учитывает потери тепла на охлаждение воздуха в воздуховодах.

Коэффициент теплопередачи калориферов К зависит от вида теплоносителя, массовой скорости движения воздуха vp через калорифер, геометрических размеров и конструктивных особенностей калориферов, скорости движения воды по трубкам калорифера.

Под массовой скоростью понимают массу воздуха, кг, проходящего за 1 с через 1 м2 живого сечения калорифера. Массовая скорость vp, кг/(см2), определяется по формуле

По площади живого сечения fЖ и поверхности нагрева FК подбирают модель, марку и число калориферов. После выбора калориферов уточняют по действительной площади живого сечения калорифера fД данной модели массовую скорость движения воздуха:

где А, А 1 , n, n 1 и т — коэффициенты и показатели степеней, зависящие от конструкции калорифера

Скорость движения воды в трубках калорифера ω, м/с, определяется по формуле:

где Q"— расход тепла для нагревания воздуха, кДж/ч (ккал/ч); рв — плотность воды, равная 1000 кг/м3, св — удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг-К) ; fTP — площадь живого сечения для прохода теплоносителя, м2, tг — температура горячей воды в подающей магистрали, °С; t 0 — температура обратной воды, 0С.

На теплоотдачу калориферов влияет схема обвязки их трубопроводами. При параллельной схеме присоединения трубопроводов через отдельный калорифер проходит только часть теплоносителя, а при последовательной схеме через каждый калорифер проходит весь расход теплоносителя.

Сопротивление калориферов проходу воздуха р, Па, выражается следующей формулой:

где В и z — коэффициент и показатель степени, которые зависят от конструкции калорифера.

Сопротивление последовательно расположенных калориферов равно:

где т — число последовательно расположенных калориферов. Расчет заканчивается проверкой теплопроизводительности (теплоотдачи) калориферов по формуле

где QK - теплоотдача калориферов, Вт (ккал/ч); QK - то же, кДж/ч, 3,6 - коэффициент перевода Вт в кДж/ч FK — площадь поверхности нагрева калориферов, м2, принятая в результате расчета калориферов данного типа; К - коэффициент теплопередачи калориферов, Вт/(м2-К) [ккал/(ч-м2-°С)]; tср.в - средняя температура нагреваемого воздуха, проходящего через калорифер, °С; tср. Т - средняя температура теплоносителя, °С.

При подборе калориферов запас на расчетную площадь поверхно-сти нагрева принимается в пределах 15 - 20 %, на сопротивление про-ходу воздуха - 10 % и на сопротивление движению воды - 20 %.

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.

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

1. Расход тепла на подогрев приточного воздуха

Q т =L∙ρ возд. ∙с возд. ∙(t вн. - t нар.),

где:

ρ возд. – плотность воздуха. Плотность сухого воздуха при 15°С на уровне моря составляет 1,225 кг/м³;
с возд. – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг∙К)=0,24 ккал/(кг∙°С);
t вн. – температура воздуха на выходе из калорифера, °С;
t нар. – температура наружного воздуха, °С (темп-ра воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по Строительной климатологии).

2. Расход теплоносителя на калорифер

G= (3,6∙Q т)/(с в ∙(t пр -t обр)),

где:
3,6 - коэффициент перевода Вт в кДж/ч (для получения расхода в кг/ч);
G - расход воды на теплоснабжение калорифера, кг/ч;
Q т – тепловая мощность калорифера, Вт;
с в – удельная теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг∙К)=1 ккал/(кг∙°С);
t пр. – температура теплоносителя (прямая линия), °С;
t нар. – температура теплоносителя (обратная линия), °С.

3. Выбор диаметра труб для теплоснабжения калорифера

Расход воды на калорифер , кг/ч

4. I-d диаграмма процесса нагрева воздуха

Процесс нагрева воздуха в калорифере протекает при d=const (при неизменном влагосодержании).

Нагревание атмосферы (температура воздуха).

Атмосфера получает больше тепла от подстилающей земной поверхности, чем непосредственно от Солнца. Тепло передается атмосфере посредством молекулярной теплопроводности ,конвекции , выделения удельной теплоты парообразования при конденсации водяного пара в атмосфере. Поэтому температура в тропосфере с высотой обычно понижается. Но если поверхность отдает воздуху больше тепла, чем за то же время получает, она охлаждается, от нее охлаждается и воздух над ней. В этом случае температура воздуха с высотой, наоборот, повышается. Такое положение называется температурной инверсией . Ее можно наблюдать летом в ночное время, зимой - над снежной поверхностью. Температурная инверсия обычна в полярных областях. Причиной инверсии, кроме охлаждения поверхности, может быть вытеснение теплого воздуха подтекающим под него холодным или стекание холодного воздуха на дно межгорных котловин.

В спокойной тропосфере температура с высотой в среднем понижается на 0,6° на каждые 100 м. При поднятии сухого воздуха этот показатель увеличивается и может достигать 1° на 100 м., а при поднятии влажного – уменьшается. Это объясняется тем, что поднимающийся воздух расширяется и на это затрачивается энергия (тепло), а при поднятии влажного воздуха происходит конденсация водяного пара, сопровождающаяся выделением тепла.

Понижение температуры поднимающегося воздуха - главная причина образования облаков . Опускающийся воздух, попадая под большое давление, сжимается, и температура его повышается.

Температура воздуха периодически изменяется в течение суток и в течение года.

В суточном ее ходе наблюдается один максимум (после полудня) и один минимум (перед восходом солнца). От экватора к полюсам суточные амплитуды колебания температуры убывают. Но при этом над сушей они всегда больше, чем над океаном.

В годовом ходе температуры воздуха на экваторе - два максимума (после равноденствий) и два минимума (после солнцестояний). В тропических, умеренных и полярных широтах - по одному максимуму и по одному минимуму. Амплитуды годовых колебаний температуры воздуха с увеличением широты возрастают. На экваторе они меньше суточных: 1-2°С над океаном и до 5°С - над сушей. В тропических широтах - над океаном - 5°С, над сушей - до 15°С. В умеренных широтах от 10-15°С над океаном до 60°С и более над сушей. В полярных широтах преобладает отрицательная температура, ее годовые колебания достигают 30-40°С.

Правильный суточный и годовой ход температуры воздуха, обусловленный изменениями высоты Солнца над горизонтом и продолжительностью дня, осложняется непериодическими изменениями, вызываемыми перемещениями масс воздуха, имеющих разную температуру. Общая закономерность распределения температуры в нижнем слое тропосферы -ее понижение в направлении от экватора к полюсам.

Если бы средняя годовая температура воздуха зависела только от широты, ее распределение в Северном и Южном полушариях было бы одинаковым. В действительности же на ее распределение существенно влияют различия в характере подстилающей поверхности и перенос тепла из низких широт в высокие.

Вследствие переноса тепла на экваторе температура воздуха ниже, а на полюсах выше, чем была бы без этого процесса. Южное полушарие холоднее Северного главным образом из-за покрытой льдом и снегом суши у Южного полюса. Средняя температура воздуха в нижнем двухметровом слое для всей Земли +14°С, что соответствует средней годовой температуре воздуха на 40° с.ш.

ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА ОТ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ШИРОТЫ

Распределение температуры воздуха у земной поверхности показывают посредством изотерм - линий, соединяющих места с одинаковой температурой. Изотермы не совпадают с параллелями. Они изгибаются, переходя с материка на океан и наоборот.

Давление атмосферы

Воздух имеет массу и вес, поэтому оказывает давление на соприкасающуюся с ним поверхность. Давление, оказываемое воздухом на земную поверхность и все, находящиеся на ней предметы, называется атмосферным давлением . Оно равно весу вышележащего столба воздуха и зависят от температуры воздуха: чем выше температура, тем ниже давление.

Давление атмосферы на подстилающую поверхность составляет в среднем 1,033 г на 1 см 2 (больше 10 т на м 2 ). Измеряется давление в миллиметрах ртутного столба, миллибарах (1 мб = 0,75 мм рт. ст.) и в гектопаскалях (1 гПа = 1 мб). С высотой давление понижается: В нижнем слое тропосферы до высоты 1 км оно понижается на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м. Чем выше, тем давление понижается медленнее. Нормальное давление на уровне океана – 760 мм. Рт. ст.

Общее распределение давления да поверхности Земли имеет зональный характер:

	Время года	Над материком	Над океаном
На экваториальных широтах
На тропических широтах
	Низкое	Высокое
На умеренных широтах		Высокое	Низкое
	Низкое
На полярных широтах

Таким образом, и зимой и летом, и над материками и над океаном чередуются зоны высокого и низкого давления. Распределение давления хорошо видно на картах изобар января и июля. Изобары - линии, соединяющие места с одинаковым давлением. Чем ближе они располагаются друг к другу, тем быстрее изменяется давление с расстоянием. Величина изменения давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом .

Изменение давления объясняется перемещением воздуха. Оно повышается там, где воздуха становится больше, и понижается там, откуда воздух уходит. Главная причина перемещения воздуха - его нагревание и охлаждение от подстилающей поверхности . Нагреваясь от поверхности, воздух расширяется и устремляется вверх. Достигнув высоты, на которой его плотность оказывается больше плотности окружающего воздуха, он растекается в стороны. Поэтому давление на теплую поверхность понижается (экваториальные широты, материковая часть тропических широт летом). Но одновременно на соседние участки оно увеличивается, хотя температура там не изменялась (тропические широты зимой).

Над холодной поверхностью воздух охлаждается и уплотняется, прижимаясь к поверхности (полярные широты, материковая часть умеренных широт зимой). Наверху его плотность уменьшается, и сюда приходит воздух со стороны. Количество его над холодной поверхностью увеличивается, давление на нее возрастает. Одновременно там, откуда воздух ушел, давление уменьшается без изменения температуры. Нагревание и охлаждение воздуха от поверхности сопровождается его перераспределением и изменением давления.

В экваториальных широтах давление всегда пониженное . Это объясняется тем, что нагревающийся от поверхности воздух поднимается и уходит в сторону тропических широт, создавая там повышенное давление.

Над холодной поверхностью в Арктике и Антарктиде давление повышенное . Его создает воздух, приходящий из умеренных широт на место уплотнившегося холодного воздуха. Отток воздуха в полярные широты - причина понижения давления в умеренных широтах.

В результате формируются пояса пониженного (экваториальный и умеренные) и повышенного давления (тропические и полярные). В зависимости от сезона они несколько смещаются в сторону летнего полушария («вслед за Солнцем»).

Полярные области высокого давления зимой расширяются, летом сокращаются, но существуют весь год. Пояса пониженного давления весь год сохраняются близ экватора и в умеренных широтах Южного полушария.

Зимой в умеренных широтах Северного полушария давление над материками сильно повышается и пояс низкого давления «разрывается». Замкнутые области пониженного давления сохраняются только над океанами - Исландский и Алеутский минимумы . Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы :Азиатский (Сибирский ) и Северо-Американский . Летом в умеренных широтах Северного полушария, пояс пониженного давления восстанавливается.

Огромная область пониженного давления с центром в тропических широтах формируется летом над Азией - Азиатский минимум . В тропических широтах материки всегда нагреты несколько сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Поэтому над океанами существуют субтропические максимумы :Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.

Таким образом, из-за разного нагрева и остывания материковой и водной поверхности (материковая поверхность быстрее нагревается и быстрее остывает), наличия теплых и холодных течений и других причин на Земле кроме поясов атмосферного давления могут возникать замкнутые области пониженного и повышенного давления.