Тепловой расчет и расчет конструктивных параметров электрокалориферной установки

В электрокалориферах и электрокалориферных установках вентиляционно отопительных систем, как правило применяют прямые ТЭНы с алюминиевым оребрением .

Основными показателями для теплового расчета являются теплопроизводительностьэлектрокалорифера, Р_к1,которая определяется подачей вентилятора L_в1, требуемой температурой в вентилируемом помещении (t_в) и температурой окружающего воздуха (t_н), т.е. температурным перепадом по воздуху.

Одним из важнейших технических показателей электрокалорифера является температура поверхности нагревательных элементов (t_пов), которая зависит от условий теплотдачи от них к потоку воздуха.

Для обычных условий эксплуатации электрокалориферов теплоотдача от нагревательных элементов к потоку воздуха может рассматриватся как стационарный процесс. Это означает, что в течение всего процесса параметры, характеризующие его, могут быть признаны неизменными во времени.

Основным законом, описывающим стационарный процесс конвективной теплоотдачи, является закон Ньютона:

Р_в= F_н(t_пов-t_нрасч),                                              (16)

где Р_н- тепловой поток, переданный движущемуся воздуху,Вт; -коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м^{2 0}С);F_н- площадь теплоотдающей поверхности нагревательных элементов, м²;t_пови t_нрасч-температура соответственно теплоотдающей поверхности (180⁰С) и наружного воздуха района(расчетная наружная температура воздуха для соответствующего климатического района), входящего в калорифер.

Так как расположение ТЭНов шахматное (компановке пучка труб (расположение нагревателей в рядах выполнено со смешением на половину шага в направлении, нормальном течению воздуха), то значение  рассчитывают по формуле:   

_ш=0,213 /s_p^0,35Pr^0,35(d_тр/s_p)^-0,54(h_p/s_p)^-0,14( _р/ )^0,35,            (17)

где Pr= - число Прандтля ( - коэффициент температуропроводности воздуха; -коэффициент кинематической вязкости воздуха); _р- скорость воздушного потока в проходном сечении калорифера,); -коэффициент теплопроводности воздуха; значения геометричечких параметров ТЕН s_p,h_p и d_pприведены в приложении ;

Теплофизические параметры воздуха  и следует выбирать по температуре воздуха, выходящего из калорифера, которая определяется по формуле:

t_првых = Р_к/L_иС_{в в}-t_нрасч.=97650/(5603,1∙1∙1,2)-24,5=-10°С         (18)

  Значения  и  взяты из литературы [1] с.279 приложение 23.

Значение скорости воздуха в проходном сечении калорифера _рнаходится в пределах 6-7м/с.

_ш=0,117(0,0243/0,0035^0,35)0,715^0,35(0,018/0,0035)^-0,54(0,011/0,0035)^-0,14(6/0,0000133)^0,35=51,2Вт/(м^{2 0}С)

Таким образом установленная мощность одного калорифера

Р_к1¹=1,2Р_к1=1,2∙97,65=117,18кВт                   (19)

Площадь теплоотдающей поверхности ТЭНов, установленных в калорифере определяем в соответствии с зависимостью

F_н=Р_к1¹/  (t_пов-t_н)=117180/(51,2∙(180+24,5))=11,2м² (20)

Р_в= 51,2∙11,2∙ (180+24,5)=117,3кВт

Необходимое количество ТЭНов определим из выражения

N_тэн=F_н/F_н¹=11,2/0,29=38,6                        (21)

где F_н¹- площадь теплоотдающей поверхности одного ТЭНа (определяется по габаритным размерам ТЭНа)

Число ТЭНов должно быть кратно 3, то принимаем N_тэн= 54

 При N_тэн= 42, Р_н= 2,8кВт, а этого быть не может т.к. Р_н<2500Вт

Мощность одного ТЭНаР_н определяется, исходя из мощности одного калорифера Р_к1¹ и числа ТЭНов в од­ном калорифере:

Р_н=Р_к1¹/N_тэн=117,3/48=2,44кВт                        (22)

Расчёт конструктивных параметров калорифера сводится к определению геометрических размеров проходного окна (проходного сечения) калорифера,в котором устанавливаются нагревательные элементы.

Проходное сечение калорифера определяется при следующих допущениях:

скорость потока воздуха _р – 6-7м\с; длина проходного сечения окна калорифера l_ок соответствует длине оребренной части ТЭН.

Площадь проходного окна калорифера

F_ок= L_в¹/ _р=5603,1/(6∙3600)=0,26м² (23)

Высота проходного сечения окна

H_ок= F_ок/l_ок=0,26/0,48=0,54м                        (24)

В этом сечении распологается первый ряд нагревательных элементов, а за ним последующие. Расположение ТЭНов осуществляется в зависимости от задания (шахматное).

Рассчитанные ТЭНы будут располагаться в трех секциях, в каждой из которых по 18ТЭНов.