Р о з д і л д е в’ я т и й

Обладнання, агрегати (апарати) і елементи систем вентиляції

Найпростіші системи вентиляції складаються з вентиляторів, повітропроводів (інколи з теплообмінниками для підігрівання і охолодження повітря), повітрозабірників і повітророзвіювачів. Основне обладнання, агрегати і елементи центральних повітроготувальних устав (установок) систем притікальної вентиляції: повітряні фільтри; повітронагрівники (повітроохолодники) і камери зрошення (для нагрівання-зволоження або охолодження і осушення повітря): різні пристрої для зволоження повітря; шумоглушники; регулювальні, змішувальні і інші повітряні клапани; вентилятори з електроприводом.

9.1. Повітронагрівники і повітроохолодники

Теплообмінники для нагрівання і охолодження повітря можуть бути виготовлені із гладких труб. Однак зазвичай вони мають розвинуту зовнішню поверхню у вигляді оребрення. Ребра можуть бути поєднані з трубами механічно або творити з ними одне ціле. Гладкотрубні теплообмінники застосовують рідко, переважно тоді, коли на їхній поверхні може випадати іній або прилипати пил.

Теплопередача від середовища (теплоносія), що протікає всередині труб, до повітряного потоку, який рухається в міжтрубному просторі, є затруднена трьома термічними опорами: термічним опором теплопередачі від теплоносія до внутрішньої поверхні труби; опором теплопередачі самої труби; опором теплопередачі від зовнішньої поверхні труби до повітряного потоку. В повітронагрівниках і повітроохолодниках термічні опори стінки труби і приграничного (межового) шару потоку всередині труби малі порівняно з термічним опором зовнішнього приграничного шару повітряного потоку. Для зменшення об”єму, маси і вартості теплообмінника доцільно розвивати зовнішнє оребрення труб, хоча це супроводжується збільшенням термічного опору зовнішнього приграничного шару.

Математичні методи розрахунку теплообмінників розглянуті в працях Керрієра [1], Д.Л.Трелкелда [2], Л.К.Балла [3] та інших авторів.

Тепловіддавальна поверхня повітронагрівників і повітроохолодників зазвичай утворюється декількома рядами оребрених труб, що розміщені перпендикулярно до напрямку руху повітряного потоку. Теплообмінники виготовляються таким чином, щоби теплопередача відбувалась в умовах протитечії взаємодійних середовищ. При протитечії досягається максимальна ефективність теплообміну. Поперечна течія має місце в кожному окремому ряді труб. Оребрені труби переважно розміщені горизонтально, що сприяє відведенню конденсату або рідина, що зрошує їхню поверхню. Ряди труб можуть бути розташовані паралельно або послідовно відносно напрямку руху повітряного потоку.

Застосовують різні типи ребер, але найбільше спіральні, плоскі або гофровані. Плоскі ребра бувають круглими чи прямокутними, насадженими на одну або декілька труб. Щільний контакт між ребрами і трубами повинен зберігатись протягом всього терміну служби теплообмінника. Ребра поєднуються з трубами механічно або додатково припаюються. Інколи ребра можуть бути сформовані із тіла самих труб.

---

Повітронагрівники найчастіше виготовляють зі сталевих або мідних труб з алюмінієвим оребренням. Однак коли охолодження супроводжується осушенням повітря, або коли зовнішня поверхня теплообмінника зрошується водою, тоді перевага надається мідним трубкам з мідним оребренням, що зводить до мінімуму гальванічну корозію. Повітроохолодники, холодоносієм в яких є розчини хлористого натрію або хлористого калію, виготовляються повністю сталевими.

Повітронагрівники і повітроохолодники містять труби із зовнішнім діаметром (серединником) від 10 до 25 мм, ребра в кількості від 120 до 150 шт на 1 м довжини труби. Відстань між осями труб від 25 до 75 мм. Крок ребер вибирають із врахуванням можливого накопичення волокон, пилу або випадання інію за низької температури повітряного потоку.

9.1.1. Пароповітряні нагрівники

Пароповітряні нагрівники переважно одноходові щодо руху пари і з вертикальним розміщенням труб. Для забезпечення розрахункових характеристик пара повинна рівномірно розподілятись по трубах, а конденсат безпосередньо відводитись з них. Рівномірне розподілення пари потрібне для забезпечення рівномірності підігрівання повітряного потоку і для зменшення небезпеки замерзання конденсату в нижній частині нагрівника при невисоких навантаженнях (навантагах).

9.1.2. Водоповітряні теплообмінники

В цих теплообмінниках також повинні бути забезпечені рівномірність розподілення водного і повітряного потоків. Існують різні способи конструкційного виконання водяних ходів, які забезпечують достатньо рівномірне розподілення цих потоків при сприйнятних втратах тиску. Охолодники, які живляться артезіанською водою, повинні забезпечувати можливість очищення внутрішньої поверхні труб від піску та інших посторонніх домішків.

Водоповітряні теплообмінники, для збільшення їх теплопередачі, інколи оснащують турбулізаторами водяних потоків, які розміщуються всередині труб. Теплообмінники цього типу необхідно захищати водяними фільтрами від внутрішнього забруднення.

Всі види теплообмінників повинні допускати повне спорожнювання їх від води.

9.1.3. Вибір теплообмінника

При виборі теплообмінника потрібно враховувати: його призначення (явне підігрівання, явне охолодження, охолодження з осушенням, можливість випаданню інію); початкові параметри повітря (температури по сухому і мокрому термометрах; густина; барометричний тиск на висоті встановлення; вміст пилу, агресивних і небезпечних газів); потрібні кінцеві параметри повітря; характеристики тепло- і холодоносія (початкові температура і тиск; допускні зниження (або підвищення) температур і тисків); максимально допускну швидкість повітря для забезпечення винесення вологи; допускні втрати тиску повітряного потоку, які впливають на потужність приводу вентилятора; характер трубних підведень тепло- і холодоносія (розміри, розміщення, вид трубного обв’язування, забезпечення тиску і спускання рідини, можливість очищення внутрішніх поверхонь при живленні артезіанською водою); конструкцію приєднання до повітропроводів; конструкційні особливості власне теплообмінників (матеріяли колекторів, труб, оребрення; число рядів труб і їх розташування; тип і крок ребер); дренажні пристрої (піддони; дренажний лоток, труби і отвори); розділення теплообмінників на секції для полегшення регулювання і монтажу (число секцій і рядів); тиск повітря в місці приєднання до повітропроводів (чи каналів) і врахування можливого витікання повітря через нещільності кожуха теплообмінника, що особливо важливо при розміщенні теплообмінника на нагнітальній стороні вентилятора високого тиску; економічна доцільність у взаємозв’язку із вентиляційною системою, тобто повітряних потоків і потоків тепло (холодо) носіїв з урахуванням витрат, перепадів температур і тисків, потужності вентиляторів і насосів.

---

Розрахунок і добір теплообмінників для нагрівання повітря, його охолодження і осушення поданий в [4].

Водоповітряні і пароповітряні підігрівники зазвичай розраховують, приймаючи наступні граничні величини: швидкість повітряного потоку у фасадному перерізі 2,5...3,8 м/с (до 7,6 м/с) [5]; вагова швидкість у живому перерізі міжтрубного простору 3...8 кг/(м²·с) [4]; температуру гарячої води в системах теплопостачання низького тиску 70...95 ^оС, а в системах високого тиску - до 150 ^оС; швидкість води 0,6...2,1 м/с; опір по воді до 30 кПа; опір по повітрю 50...125 Па (до 250 Па в системах вентилювання виробничих приміщень).

Щоби забезпечити стійке регулювання теплопродуктивності і знизити небезпеку замерзання при малих навантагах (навантаженнях), перепад температур повітря в калорифері попереднього підігрівання обмежують 17 ^оС [5]. За необхідності підігрівання на більший перепад температур встановлюють послідовно по руху повітря два калорифери. Щоби зменшити небезпеку замерзання конденсату в парових калориферах, які регулюються по теплоносію, краще, якщо площа їх тепловіддавальної поверхні є меншою, а не більшою від розрахункової. Калорифери попереднього підігрівання зазвичай одно- або дворядні.

Калорифери вторинного підігрівання часто приймають із завищеною на 10...20 % площею тепловіддавальної поверхні для того, щоби забезпечити швидке нагрівання повітря при запусканні повітроготувальника в дію. Кількість рядів труб в калориферах вторинного підігрівання, в напрямку руху повітряного потоку, не більше чотирьох.

Теплова потужність (теплопродуктивність) водоповітряного нагрівника для підігрівання повітряного потоку з витратою [м³/год], визначають за формулами:

кВт , (9.1)

або

кВт (9.2)

де – температура повітряного потоку, відповідно, до і після нагрівника, ^оС; – ентальпії повітря, відповідно, до і після нагрівника, кДж/кг; – густина повітря, кг/м³; кДж//кг·К) – питома теплоємність сухого повітря.

Рис. 9.1. Схема процесу сухого нагрівання повітряного потоку в І-d діаграмі

Якщо потрібно підігрівати значний за витратою повітряний потік на невелику різницю температур, то економічно доцільним може бути використання невеликого за розмірами повітронагрівника з обвідним повітропроводом (каналом) і клапаном регулювання витрати в ньому; при цьому в повітронагрівнику відбувається глибоке підігрівання тієї частини повітряного потоку, що протікає крізь нього.

9.1.4. Повітроохолодники [5]

Повітроохолодники, які живляться штучно охолодженою водою, водою з артезіанських свердловин або водними розчинами солей, зазвичай розраховують, приймаючи наступні граничні величини: швидкість повітряного потоку у фасадному перерізі 1,5...3,5 м/с (при цьому уникається винесення вологи, що конденсується на поверхні труб); швидкість повітряного потоку у живому перерізі (міжтрубному просторі) 3...7,6 м/с; початкові температури повітряного потоку по сухому і мокрому термометрах відповідно 16...43 і 10...27 ^оС; кінцеві параметри повітряного потоку: температура по сухому термометру біля 9 ^оС і майже 100 % відносна вологість (за винятком низькотемпературних теплообмінників, що живляться розчинами солей або гліколю); температура живильної (охолодженої) води 4...13 ^оС (до 16 ^оС при живленні артезіанською водою); середня швидкість рідини в трубах 0,6...2,1 м/с за перепаду температур 2,8...6,7 ^оС. Зазвичай на 1 кВт холодопродуктивності витрата рідкого холодоносія біля 0,042 кг/с, що спричиняє перепад температур 5,6 ^оС; опір теплообмінника по воді до 3 кПа, хоча може досягати і 6 кПа. Для зменшення втрат тиску водяні ходи часто роблять паралельними. Аеродинамічний опір повітроохолодника 62,5...188 Па. Відношення явної теплоти до повної 0,6...1,0.

---

Водоповітряні охолодники зазвичай 4…8 рядні, якщо охолодження супроводжується осушенням, але можуть бути і 12-рядними в напрямку руху повітряного потоку.

Холодильну потужність (холодопродуктивність) водоповітряного охолодника визначають за формулами:

процес 1-2 (рис.9.2)

кВт; ; (9.3)

процес 1-3 (рис.9.2)

кВт , (9.4)

де – витрата повітряного потоку, м³/год; - ентальпія повітря до охолодника, кДж/кг; - ентальпії повітря після охолодника, кДж/кг; – густина повітря, кг/м³ (при 20 ^оС кг/м³).

Рис. 9.2. Схема процесів охолодження повітряного потоку в I-d діаграмі:

1-2 – сухого охолодження; 1-3 – охолодження зі зменшенням вологовмісту

Кількість скрапленої (конденсованої) із повітряного потоку вологи визначають за формулою

(9.5)

де – вологовміст повітря до охолодника, кг/(кг.с.пов); – вологовміст повітря після охолодника, кг/(кг.с.пов).

Повітроохолодники-випарники зазвичай застосовують при початковій температурі холодоагента –4 … +13 ^оС. Причому для запобігання попадання рідкого холодоагента в компресор перегрівання може досягати 6…7 ^оС. Холодопродуктивність повітроохолодника-випарника повинна бути збалансована з холодопродуктивністю компресора холодильної устави за розрахункових (проєктних) умов. Треба також аналізувати вплив змін експлуатаційних умов на поєднану дію повітроохолодника і компресора холодильної устави [6, 7]. При розрахунку і доборі повітроохолодників-випарників треба враховувати температурні відмінності ефективності теплообмінника на вихідній для холодоагента ділянці (з причини перегрівання пари холодоагента) стосовно щодо інших його ділянок. При протитечії максимальна різниця температур між холодоагентом, який затікає в теплообмінник, і повітряним потоком, що покидає теплообмінник практично рівна 3,3...4,5 ^оС, тобто співмірна з різницею температур, яка має місце при застосуванні камер зрошення.

9.1.5. Монтаж і обслуговування теплообмінників [5]

При монтажі треба розташовувати теплообмінники в повітроготувальнику або у вентиляційній системі так, щоби: повітряний потік рівномірно розподілявся по фасадному перерізу і полегшувались демонтаж та обслуговування теплообмінника і приєднання до нього трубо- і повітропроводів; забезпечити компенсування температурних змін лінійних розмірів теплообмінників при нагріванні і охолодженні та запобігати передавання напружин (напруг), що виникають зі сторони приєднаних трубопроводів; передбачити збирання і відведення конденсату, який випадає на поверхні повітроохолодників. Для цього треба встановити під кожним теплообмінником піддон, що приєднується до дренажних трубопроводів через трап з достатньо глибоким гідрозатвором (сифоном). Піддони повинні мати лючки для чищення; глибина гідрозатвору повинна бути такою, щоби він спорожнювався під тиском (розрідженням), що створюється вентилятором системи. За необхідності дренажні трубопроводи треба теплоізолювати. Теплообмінники (калорифери) попереднього підігрівання треба розташовувати за повітрозабірними отворами перед фільтрами, щоби запобігати замерзанню вологи на фільтрах. Повітропровід до і після підігрівника повинен бути теплоізольований. Теплообмінники вторинного підігрівання слід розташовувати за повітросушниками, оскільки ці апарати, за їх спільної дії, дозволяють підтримувати в приміщеннях відповідні температуру і відносну вологість. В однотрубопровідних СВ теплообмінники (калорифери) вторинного підігрівання слід розташовувати на стороні всмоктування вентилятора, а в двотрубопровідних системах – на стороні нагнітання. Парові теплообмінники необхідно оснащувати конденсатовідвідниками; за автоматичного регулювання дроселюванням витрати пари слід встановлювати також вакуумні переривачі. Водоповітряні теплообмінники часто приєднують до трубопроводів таким чином, щоби теплоносій затікав знизу і витікав зверху (для видалення повітря з води); повітроохолодники – випарники треба розташовувати так, щоби вони не опромінювались теплообмінниками. Потоки нагрітого повітря за підігрівниками не повинні обтікати електродвигунів вентиляторів. Регулювати теплохолодопродуктивність теплообмінників можна по теплохолодоносію, по повітрю і за допомогою обвідного повітропроводу (каналу) з дросель-клапаном. Регулювання по теплохолодоносію зазвичай кількісне (дроселюванням витрати за допомогою дво- або триходового клапана) або якісне (змішуванням водних потоків з різною температурою або зміною температури іншими способами).

---

9.2. Електричні, газові і рідкопаливні повітронагрівники

9.2.1. Електричні повітронагрівники [5]

Нагрівні елементи електричних повітронагрівників можуть бути зібрані в ряди. Елементи бувають відкритими або трубчастими захищеними (гладкими і оребреними). Електричні нагрівники, які призначені для розміщення в повітропроводах (каналах) мають кужух із фланцями. Є також занурювані нагрівники, які вводяться в повітряний потік через отвори в стінках повітропроводів.

Нагрівні елементи відкритого типу мають малу масу, завдяки чому швидко набувають робочу температуру, а після вимкнення струму швидко остигають; відкриті спірально-дротяні нагрівні елементи швидко реагують на вплив засобів регулювання.

Нагрівні елементи виготовляють із хромонікелевого дроту, який скручується в щільні спіралі невеликого діаметра. Оскільки вони безпосередньо контактують з повітрям, їх температура нижча, ніж нагрівних елементів захищеного типу.

Повітронагрівники з відкритими нагрівальними елементами непридатні для встановлення в безпосередній близкості від обладнання, у якому розприскується вода або обробляється вологе повітря, а також у тих випадках, коли в повітряному потоці є агресивні домішки, що можуть викликати корозію спіралей і їх пошкодження. Треба запобігати осіданню пилу на нагрівних елементах і їх контакту з горючими речовинами, оскільки за низької температури спалаху цих речовин, температура на поверхні елементів може бути достатньою для запалювання домішків.

Експлуатаційний персонал повинен бути захищений від небезпеки, що зв’язана із застосуванням відкритих нагрівальних елементів, наприклад, оглядові дверцята повинні бути оснащені блокувальними пристроями безпеки.

Електронагрівники трубчастого типу зазвичай мають внутрішній шар електроізоляції (керамічний), який оточує електричні спіралі, і зовнішню гладку або оребрену оболонку із металевого стопу (сплаву). Таким чином, струм по поверхні елемента не тече і небезпека ураження ним виключається. Трубчасті повітронагрівники можна встановлювати в повітропроводах (каналах), по яких протікає вологе повітря. Відповідним чином сконструйовані теплообмінники можна застосовувати і там, де в повітрі присутні вибухонебезпечні домішки. Кожухи і ребра теплообмінників, що призначені для дії в умовах високої вологості або в корозійному середовищі, інколи виготовляють із неіржавійної сталі.

Накопичення бруду на поверхні нагрівників виключається, оскільки, за високої температури пил вигоряє. Живлення електронагрівників можливе одно- або трифазним змінним струмом, а інколи і постійним струмом.

Можна застосовувати відповідні комутації для того, щоби забезпечити східчасте регулювання теплопродуктивності. В потужних повітронагрівниках використовують контактори, які керуються східчастими регуляторами. Бажана наявність пристрою для перемикання східчастого регулювання у початкове положення. Наприклад, після аварійного вимкнення струму.

---

Смотрите также файлы

• K_10.doc

• K_11.doc

• K_13_14.doc

• Ищем отличия windows and Linux.doc

• Ryady.doc