Нагрівання атмосферного повітря. §33. Нагрівання повітря і його температура Залежить нагрівання повітря

2005-08-16

В цілому ряді випадків можна значно зменшити капітальні та експлуатаційні витрати, забезпечивши автономне опалення приміщень теплим повітрям на основі застосування теплогенераторів, що працюють на газі або рідкому паливі. У таких агрегатах нагрівається не вода, а повітря - свіжий припливне, рециркуляционний або змішаний. Такий спосіб особливо ефективний для забезпечення автономного опалення виробничих приміщень, виставкових павільйонів, майстерень, гаражів, станцій технічне обслуговування, Автомобільних мийок, кіностудій, складів, громадських будівель, спортзалів, супермаркетів, теплиць, оранжерей, тваринницьких комплексів, птахоферм і т.п.

переваги повітряного опалення

Переваг повітряного способу опалення перед традиційним водяним у великих за обсягом приміщеннях багато, перерахуємо лише основні:

1. Економічність. Тепло виробляється безпосередньо в приміщенні, що нагрівається і практично цілком витрачається за призначенням. Завдяки прямому спалюванню палива без проміжного теплоносія досягається високий тепловий ККД всієї системи опалення: 90-94% - для рекуперативних нагрівачів і практично 100% - для систем прямого нагріву. Застосування програмованих термостатів забезпечує можливість додаткової економії від 5 до 25% теплової енергії за рахунок функції «чергового режиму» - автоматичної підтримки температури в приміщенні в неробочий час на рівні + 5-7 ° С.
2. Можливість «включити» припливну вентиляцію. Ні для кого не секрет, що сьогодні на більшості підприємств припливна вентиляція не працює належним чином, що значно погіршує умови роботи людей і впливає на продуктивність праці. Теплогенератори або системи прямого нагріву нагрівають повітря на Δt до 90 ° С - цього цілком достатньо для того, щоб «примусити» працювати припливну вентиляцію навіть в умовах Крайньої Півночі. Таким чином, повітряне опалення має на увазі собою не тільки економічну ефективність, але і поліпшення екологічної обстановки і умов праці.
3. Мала інерційність. Агрегати систем повітряного опалення в лічені хвилини виходять на робочий режим, а за рахунок високої оборотності повітря, приміщення повністю прогрівається всього за кілька годин. Це дає можливість оперативно і гнучко маневрувати при зміні потреб в теплі.
4. Відсутність проміжного теплоносія дозволяє відмовитися від будівництва і змісту малоефективною для великих приміщень системи водяного опалення, котельні, теплотрас і станції водопідготовки. Виключаються втрати в теплотрасах та предметiв особистого вжитку, що дозволяє різко знизити експлуатаційні витрати. У зимовий час відсутній ризик розморожування калориферів і системи опалення в разі тривалого відключення системи. Охолодження навіть до глибокого «мінуса» не приводить до розморожування системи.
5. Високий ступінь автоматизації дозволяє виробляти рівно ту кількість тепла, в якому є необхідність. У поєднанні з високою надійністю газового обладнання це значно підвищує безпеку системи опалення, а для її експлуатації досить мінімуму обслуговуючого персоналу.
6. Малі витрати. Спосіб опалення великих приміщень за допомогою теплогенераторів один з найдешевших і швидко реалізованих. Капітальні витрати на будівництво або реконструкцію повітряної системи, як правило, значно нижче витрат на організацію водяного або променистого опалення. Термін окупності капітальних витрат зазвичай не перевищує одного-двох опалювальних сезонів.

Залежно від розв'язуваних завдань, в системах повітряного опалення можуть застосовуватися нагрівачі різного типу. У цій статті ми розглянемо тільки агрегати, що працюють без застосування проміжного теплоносія - рекуперативні повітронагрівачі (з теплообмінником і відводом продуктів згоряння назовні) і системи прямого нагріву повітря (газові змішувальні повітронагрівачі).

рекуперативні повітронагрівачі

В агрегатах цього типу паливо, змішане з необхідною кількістю повітря, подається пальником в камеру згоряння. Утворилися продукти горіння проходять через дво- або триходовий теплообмінник. Тепло, отримане при згорянні палива, передається нагрівається повітрю через стінки теплообмінника, а димові гази через димохід відводяться назовні (рис. 1) - саме тому їх називають теплогенераторами «непрямого нагріву».

Рекуперативні повітронагрівачі можуть бути використані не тільки безпосередньо для опалення, але і в складі системи припливної вентиляції, а також для технологічного нагріву повітря. Номінальна теплова потужність таких систем від 3 кВт до 2 МВт. Подача повітря, що нагрівається в приміщення здійснюється через вбудований або виносний нагнітає вентилятор, що дає можливість використання агрегатів як для прямого підігріву повітря з видачею його через жалюзійні решітки, так і з повітроводами.

Омиваючи камеру згоряння і теплообмінник, повітря нагрівається і спрямовується або безпосередньо в опалювальне приміщення через розташовані у верхній частині жалюзійні повітророзподільні решітки, або розподіляється по системі повітроводів. На лицьовій частині теплогенератора розташована автоматизована блокова пальник (рис. 2).

Теплообмінники сучасних воздухонагревателей, як правило, виготовлені з нержавіючої сталі (топка - з жароміцної сталі) і служать від 5 до 25 років, після яких можуть бути відремонтовані або замінені. ККД сучасних моделей досягає 90-96%. Головна перевага рекуперативних воздухонагревателей - їх універсальність.

Вони можуть працювати на природному або зрідженому газі, дизельному паливі, нафти, мазуті або відпрацьованому маслі - варто тільки поміняти пальник. Існує можливість роботи зі свіжим повітрям, з підмішуванням внутрішнього і в режимі повної рециркуляції. Така система дозволяє деякі вільності, наприклад, змінювати витрата повітря, що нагрівається, «на ходу» перерозподіляти потоки нагрітого повітря в різні гілки повітропроводів за допомогою спеціальних клапанів.

Влітку рекуперативні повітронагрівачі можуть працювати в режимі вентиляції. Монтуються агрегати як в вертикальному, так і в горизонтальному положенні, на підлозі, стіні, або вбудовуються в секційну венткамере як секцію нагрівача.

Рекуперативні повітронагрівачі можуть бути використані навіть для опалення приміщень високої категорії комфортності, в разі якщо сам агрегат буде винесено за межі зони безпосереднього обслуговування.

Основні недоліки:

1. Великий і складний теплообмінник збільшує вартість і вагу системи, в порівнянні з воздухонагревателями змішувального типу;
2. Потребують в димарі і відведення конденсату.

Системи прямого нагрівання повітря

Сучасні технології дозволили добитися такої чистоти спалювання природного газу, що з'явилася можливість не відводити продукти згоряння «в трубу», а використовувати їх для прямого нагрівання повітря в системах припливної вентиляції. Газ, що надходить на горіння, повністю згорає в потоці повітря, що нагрівається і, змішуючись з ним, віддає йому все тепло.

Цей принцип реалізований в ряді аналогічних конструкцій рампової пальника в США, Англії, Франції та Росії і з успіхом використовується з 60-х років XX століття на багатьох підприємствах Росії і за кордоном. Засновані на принципі надчистого спалювання природного газу безпосередньо в потоці повітря, що нагрівається газові змішувальні повітронагрівачі типу STV (STARVEINE - «зоряний вітер») виробляються з номінальною тепловою потужністю від 150 кВт до 21 МВт.

Сама технологія організації горіння, а також високий ступінь розведення продуктів горіння, дозволяють отримати в установках чистий тепле повітря у відповідності з усіма діючими нормами, практично не містить шкідливих домішок (не більше 30% ГДК). Повітронагрівачі STV (рис. 3) складаються з модульного горілчаного блоку, розташованого усередині корпусу (ділянки воздуховода), газової лінії DUNGS (Німеччина) і системи автоматики.

Корпус, як правило, оснащений гермодвері для зручності обслуговування. Пальниковий блок, в залежності від необхідної теплової потужності, компонується з необхідної кількості горілчаних секцій різної конфігурації. Автоматика нагрівачів забезпечує плавний автоматичний пуск по циклограмме, контроль параметрів безпечної роботи і можливість плавного регулювання теплової потужності (1: 4), що дозволяє автоматично підтримувати необхідну температуру повітря в опалювальному приміщенні.

Застосування газових змішувальних воздухонагревателей

Головне їхнє призначення - прямий нагрів свіжого приточного повітря, що подається у виробничі приміщення для компенсації витяжної вентиляції і поліпшення, таким чином, умов роботи людей.

Для приміщень з великою кратністю повітрообміну виникає доцільність поєднання системи припливної вентиляції і системи опалення - в цьому плані у систем прямого нагріву немає конкурентів по співвідношенню ціна / якість. Газові змішувальні повітронагрівачі призначені для:

• автономного повітряного опалення приміщень різного призначення з великим повітрообміном (До 򖅁, 5);
• нагрівання повітря в повітряно-теплових завісах отсечного типу, можливе суміщення з системами опалення та припливної вентиляції;
• систем передпускового підігріву двигунів автомобілів на неопалюваних стоянках;
• відігрівання і розмерзання вагонів, цистерн, автомобілів, сипучих матеріалів, нагрівання і сушіння виробів перед фарбуванням або іншими видами обробки;
• прямого нагріву атмосферного повітря або сушильного агента в різних установках технологічного нагріву і сушіння, наприклад, сушка зерна, трави, паперу, текстилю, деревини; застосування в камерах забарвлення і сушки після фарбування і т.п.

Розміщення

Змішувальні нагрівачі можуть бути вбудовані в повітряні канали систем припливної вентиляції і теплових завіс, в повітроводи сушильних установок - як на горизонтальних, так і на вертикальних ділянках. Можуть монтуватися на підлозі або майданчику, під стелею або на стіні. Розміщуються, какправіло, в припливно-вентиляційних камерах, але можлива їх установка і безпосередньо в опалювальному приміщенні (відповідно до категорії).

при додатковому устаткуванні відповідними елементами можуть обслуговувати приміщення категорій А і Б. Рециркуляція внутрішнього повітря через змішувальні повітронагрівачі небажана - можливе істотне зниження рівня кисню в приміщенні.

Сильні сторони систем прямого нагріву

Простота і надійність, низька собівартість і економічність, можливість нагріву до високих температур, високий ступінь автоматизації, плавне регулювання, не потребують пристрої димоходу. Прямий нагрів - найекономічніший спосіб - ККД системи дорівнює 99,96%. Рівень питомих капітальних витрат на систему опалення на базі установки прямого нагріву, суміщеної з припливною вентиляцією, найнижчий при високому ступені автоматизації.

Повітронагрівачі всіх типів оснащені системою автоматики безпеки та управління, що забезпечує плавний пуск, підтримання режиму нагріву і відключення в разі виникнення аварійних ситуацій. З метою енергозбереження можливе оснащення воздухонагревателей автоматикою регулювання з урахуванням зовнішньої і контролем внутрішньої температур, функціями добового і тижневого режимів програмування нагріву.

Можливо також включення параметрів системи опалення, що складається з багатьох опалювальних агрегатів, в систему централізованого управління і диспетчеризації. У цьому випадку оператор-диспетчер матиме оперативну інформацію про роботу і стан опалювальних агрегатів, наочно відображена на моніторі комп'ютера, а також керувати режимом їх роботи безпосередньо з віддаленого диспетчерського пункту.

Мобільні теплогенератори та теплові гармати

Призначені для тимчасового застосування - на будівництвах, для опалення в міжсезоння періоди, технологічного нагріву. Мобільні теплогенератори та теплові гармати працюють на пропані (зрідженому балонному газі), дизельному паливі або гасі. Можуть бути як прямого нагріву, так і з відводом продуктів згоряння.

Типи систем автономного повітряного опалення

Для автономного теплопостачання різних приміщень застосовуються різні типи систем повітряного опалення - з централізованим розподілом тепла і децентралізовані; системи, що працюють повністю на приплив свіжого повітря, Або з повною / частковою рециркуляцією внутрішнього повітря.

У децентралізованих системах повітряного опалення нагрів і циркуляція повітря в приміщенні здійснюються автономними теплогенераторами, розташованими в різних ділянках або робочих зонах - на підлозі, стіні і під дахом. Повітря з нагрівачів подається безпосередньо в робочу зону приміщення. Іноді для кращого розподілу теплових потоків теплогенератори оснащують невеликими (локальними) системами повітропроводів.

Для агрегатів в такому виконанні характерна мінімальна потужність електродвигуна вентилятора, тому децентралізовані системи більш економічні в плані витрати електроенергії. Можливо також використання повітряно-теплових завіс як частини системи повітряного опалення або припливної вентиляції.

Можливість локального регулювання і використання теплогенераторів в міру необхідності - по зонам, в різний час-дає можливість значного зниження витрат на паливо. Однак капітальні витрати на реалізацію даного способу трохи вище. У системах з централізованим розподілом тепла використовуються повітряно-опалювальні агрегати; виробляється ними тепле повітря надходить в робочі зони по системі повітроводів.

Установки, як правило, вбудовуються в існуючі венткамера, але допускається можливість розміщення їх безпосередньо в приміщенні, що обігрівається - на підлозі або на майданчику.

Застосування і розміщення, підбір обладнання

У кожного з типів перерахованих вище опалювальних агрегатів є свої незаперечні переваги. І немає готового рецепту, в якому випадку який з них доцільніше - це залежить від багатьох факторів: величини повітрообміну в співвідношенні з величиною тепловтрат, категорії приміщення, наявності вільного місця для розміщення обладнання, від фінансових можливостей. Спробуємо сформувати найбільш загальні принципи доцільного підбору обладнання.

1. Системи опалення для приміщень з невеликою повітрообміном (Квоздухообмена ≤򖅀, 5-1)

Сумарна теплова потужність теплогенераторів в цьому випадку приймається практично рівній кількості тепла, необхідного для компенсації тепловтрат приміщення, вентиляція порівняно мала, тому тут доцільно застосування системи опалення на основі теплогенераторів непрямого нагріву з повною або частковою рециркуляцією внутрішнього повітря приміщення.

Вентиляція в таких приміщеннях може бути природною або з підмішуванням вуличного повітря до рециркулируют. У другому випадку потужність нагрівачів збільшують на величину, достатню для нагріву свіжого повітря приточування. Така система опалення може бути місцевою, з підлоговими або настінними теплогенераторами.

При неможливості розміщення установки в опалювальному приміщенні або при організації обслуговування декількох приміщень можна застосувати систему централізованого типу: теплогенератори розташувати в венткамере (Пристрій, на антресолях, в сусідньому приміщенні), а тепло розподіляти по воздуховодам.

У робочий час теплогенератори можуть працювати в режимі часткової рециркуляції, попутно нагріваючи підмішують припливне повітря, в неробочий можна деякі з них відключати, а що залишилися переводити на економічний черговий режим + 2-5 ° С з повною рециркуляцією.

2. Системи опалення для приміщень з великою кратністю повітрообміну, постійно потребують подачі великих обсягів приточного свіжого повітря (Квоздухообмена 򖅂)

У цьому випадку кількість тепла, необхідне для нагрівання припливного повітря, може вже в кілька разів перевищувати кількість тепла, необхідне для компенсації тепловтрат. Тут найбільш доцільно і економічно поєднання системи повітряного опалення з системою припливної вентиляції. Система опалення може будуватися на основі установок прямого нагрівання повітря, або на основі застосування рекуперативних теплогенераторів у виконанні з підвищеним ступенем нагрівання.

Сумарна теплова потужність нагрівачів повинна дорівнювати сумі теплової потреби на нагрів припливного повітря і тепла, необхідного для компенсації тепловтрат. У системах прямого нагріву відбувається нагрів 100% вуличного повітря, забезпечуючи подачу необхідного обсягу припливного повітря.

У робочий час вони нагрівають повітря від вуличної до розрахункової температури + 16-40 ° С (з урахуванням перегріву для забезпечення компенсації тепловтрат). З метою економії в неробочий час можна вимикати частину нагрівачів для зниження витрати припливного повітря, а що залишилися перевести на черговий режим підтримки + 2-5 ° С.

Рекуперативні теплогенератори в черговому режимі дозволяють забезпечити додаткову економію за рахунок переведення їх в режим повної рециркуляції. Найменші капітальні витрати при організації систем опалення централізованого типу - при застосуванні якомога більших нагрівачів. Капітальні витрати на газові змішувальні повітронагрівачі STV можуть скласти від 300 до 600 руб / кВт встановленої теплової потужності.

3. Комбіновані системи повітряного опалення

Оптимальний варіант для приміщень із значним повітрообміном в робочий час при однозмінному режимі роботи, або переривчастому робочому циклі - коли різниця в необхідності подачі повітря та тепла протягом дня значна.

У цьому випадку доцільно роздільне функціонування двох систем: чергового опалення та припливної вентиляції, суміщеної з системою опалення (підігріву). При цьому в опалювальному приміщенні або в венткамерах встановлюються рекуперативні теплогенератори для підтримки лише чергового режиму з повною рециркуляцією (при розрахунковій зовнішній температурі).

Система припливної вентиляції, поєднана з системою опалення, забезпечує нагрів необхідного обсягу свіжого приточного повітря до + 16-30 ° С і догрів приміщення до необхідної робочої температури і з метою економії включається тільки в робочий час.

Будується вона або на основі рекуперативних теплогенераторів (з підвищеним ступенем нагрівання), або на основі потужних систем прямого нагріву (що дешевше в 2-4 рази). Можлива комбінація припливної системи підігріву з існуючою системою водяного опалення (може залишатися чергової), варіант застосуємо також для стадийной модернізації існуючої системи опалення та вентиляції.

При такому способі експлуатаційні витрати будуть найменшими. Таким чином, застосовуючи повітронагрівачі різних типів в різних комбінаціях, можна вирішити одночасно обидва завдання - і опалення, і припливну вентиляцію.

Прикладів застосування систем повітряного опалення дуже багато і можливості комбінації їх надзвичайно різноманітні. В кожному випадку необхідно провести теплові розрахунки, врахувати всі умови застосування і виконати кілька варіантів підбору обладнання, порівнюючи їх з доцільності, величиною капітальних витрат і експлуатаційних витрат.

Коли сонце гріє сильніше - коли воно стоїть вище над головою або коли нижче?

Сонце гріє сильніше, коли стоїть вище. Сонячні промені в цьому випадку падають під прямим, або близьким до прямого кутом.

Які види обертання Землі вам відомі?

Земля обертається навколо своєї осі і навколо Сонця.

Чому на Землі відбувається зміна дня і ночі?

Зміна дня і ночі - результат осьового обертання Землі.

Визначте, як відрізняється кут падіння сонячних променів 22 червня і 22 грудня на паралелях 23,5 ° с. ш. і ю. ш .; на паралелях 66,5 ° с. ш. і ю. ш.

22 червня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 900, пд.ш. - 430. На паралелі 66,50 пн.ш. - 470, 66,50 пд.ш. - ковзний кут.

22 грудня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 430, пд.ш. - 900. На паралелі 66,50 пн.ш. - ковзний кут, 66,50 пд.ш. - 470.

Подумайте, чому самі теплі і холодні місяці - НЕ червень і грудень, коли сонячні промені мають найбільший і найменший кути падіння на земну поверхню.

Атмосферне повітря нагрівається від земної поверхні. Тому в червні відбувається нагрівання земної поверхні, а температура досягає максимуму в липні. Теж відбувається взимку. У грудні вихолоджується земна поверхня. У січні остигає повітря.

Визначте:

середню добову температуру за показниками чотирьох вимірів за добу: -8 ° С, -4 ° С, + 3 ° С, + 1 ° С.

Середньодобова температура 20С.

середню річну температуру Москви, використовуючи дані таблиці.

Середньорічна температура 50С.

Визначте добову амплітуду температур для показників термометрів на малюнку 110, ст.

Амплітуда температур на малюнку в 180С.

Визначте, на скільки градусів річна амплітуда в Красноярську більше, ніж в Санкт-Петербурзі, якщо середня температура липня в Красноярську + 19 ° С, а січня--17 ° С; в Санкт-Петербурзі + 18 ° С і -8 ° С відповідно.

Амплітуда температур в Красноярську 360С.

Амплітуда температур в Санкт-Петербурзі 260С.

Амплітуда температур в Красноярську більше на 100С.

Запитання і завдання

1. Як відбувається нагрівання повітря атмосфери?

Пропускаючи сонячні промені, атмосфера від них майже не нагрівається. Нагрівається ж земна поверхня, і сама стає джерелом тепла. Саме від неї нагрівається атмосферне повітря.

2. Наскільки градусів зменшується температура в тропосфері при підйомі на кожні 100 м?

При підйомі вгору па кожен кілометр температура повітря знижується на 6 0С. Значить, на 0,60 на кожні 100 м.

3. Обчисліть температуру повітря за боротися літака, якщо висота польоту 7 км, а температура біля поверхні Землі + 200С.

Температура при підйомі на 7 км знизиться на 420. Отже, температура за бортом літака складе -220.

4. Чи можна в горах на висоті 2500 м зустріти влітку льодовик, якщо біля підніжжя гір температура +250.

Температура на висоті 2500 м складе + 100С. Льодовик на висоті 2500 м не зустрінеться.

5. Як і чому змінюється температура повітря протягом доби?

Днем сонячні промені освітлюють земну поверхню і прогрівають її, від неї нагрівається і повітря. Вночі надходження сонячної енергії припиняється, і поверхня разом з повітрям поступово остигає. Сонце найвище стоїть над горизонтом опівдні. В цей час надходить найбільше сонячної енергії. Однак найвища температура спостерігається через 2-3 години після полудня, так як на передачу тепла від поверхні Землі до тропосфері потрібен час. Найнижча температура буває перед сходом сонця.

6. Від чого залежить різниця в нагріванні поверхні Землі протягом року?

Протягом року на одній і тій же території сонячні промені падають на поверхню по-різному. Коли кут падіння променів більш стрімкий, поверхня отримує більше сонячної енергії, температура повітря підвищується і наступає літо. Коли сонячні промені нахилені сильніше, поверхня нагрівається слабо. Температура повітря в цей час знижується, і настає зима. Найтепліший місяць в Північній півкулі - липень, а самий холодний - січень. У Південній півкулі - навпаки: найхолодніший місяць року - липень, а самий теплий - січень.

- прилади, що застосовуються для нагрівання повітря в припливних системах вентиляції, системах кондиціонування повітря, повітряного опалення, а також в сушильних установках.

По виду теплоносія калорифери можуть бути вогневими, водяними, паровими і електричними .

Найбільшого поширення в даний час мають водяні і парові калорифери, які поділяють на гладкотрубние і дит-Рісто; останні, в свою чергу, поділяють на пластинчасті і спірально-навивні.

Розрізняють одноходові і багатоходові калорифери. У одноходових теплоносій рухається по трубках в одному напрямку, а в багатоходових кілька разів змінює напрямок руху внаслідок на-відмінності в колекторних кришках перегородок (рис. XII.1).

Калорифери виконують двох моделей: середньої (С) і великий (Б).

Витрата тепла для нагрівання повітря визначається за формулами:

де Q "- витрата тепла для нагрівання повітря, кДж / год (ккал / ч); Q- то ж, Вт; 0,278 - коефіцієнт переведення кДж / ч в Вт; G- масове кількість нагрівається-мого повітря, кг / год, що дорівнює Lp [тут L- об'ємна кількість повітря, що нагрівається, м 3 / год; р - щільність повітря (при температурі t K),кг / м 3]; з- питома теплоємність повітря, що дорівнює 1 кДж / (кг-К); t к - температура повітря після калорифера, ° С; t н- температура повітря до калорифера, ° С.

Для калориферів першого ступеня підігріву температура tн дорівнює температурі зовнішнього повітря.

Температура зовнішнього повітря приймається рівною розрахункової вентиляційної (параметри клімату категорії А) при проектуванні загальнообмінної вентиляції, призначеної для боротьби з ізбиті-ками вологи, тепла і газами, ГДК яких більше 100 мг / м3. При проектуванні загальнообмінної вентиляції, призначеної для боротьби з газами, ГДК яких менше 100 мг / м3, а також при проектуванні припливної вентиляції для компенсації повітря, що видаляється через місцеві відсмоктувачі, технологічні витяжки або системи пневматичного транспорту, температура зовнішнього повітря приймається рівною розрахункової зовнішньої температурі tн для проектування опалення (параметри клімату категорії Б).

У приміщення без теплонадлишків слід подавати припливне повітря з температурою, рівній температурі внутрішнього повітря tВ для даного приміщення. При наявності надлишків тепла припливне повітря подають зі зниженою температурою (на 5-8 ° С). Припливне повітря з температурою нижче 10 ° С не рекомендується подавати в приміщення навіть при наявності значних тепловиділень через можливість виникнення простудних захворювань. Виняток становлять випадки застосування спеціальних анемостатів.

Необхідна площа поверхні нагрівання калориферів Fк м2, визначається за формулою:

де Q- витрата тепла для нагрівання повітря, Вт (ккал / ч); До- коефіцієнт теплопередачі калорифера, Вт / (м 2 -К) [ккал / (ч-м 2 - ° С)]; t ср.Т. - середня температура теплоносія, 0 С; t ср.в. - середня температура повітря, що нагрівається, що проходить через калорифер, ° С, рівна (T н + t к) / 2.

Якщо теплоносієм служить пар, то середня температура теплоносія tср.Т. дорівнює температурі насичення при відповідному тиску пара.

Для води температура tср.Т. визначається як середнє арифметичне температури гарячої та зворотної води:

Коефіцієнт запасу 1,1-1,2 враховує втрати тепла на охолодження повітря в повітроводах.

Коефіцієнт теплопередачі калориферів До залежить від виду теплоносія, масової швидкості руху повітря vp через калорифер, геометричних розмірів і конструктивних особливостей калориферів, швидкості руху води по трубах калорифера.

Під масовою швидкістю розуміють масу повітря, кг, що проходить за 1 с через 1 м2 живого перетину калорифера. Масова швидкість vp, кг / (см2), визначається за формулою

За площею живого перерізу Fж і поверхні нагріву FК підбирають модель, марку та кількість калориферів. Після вибору калориферів уточнюють за дійсною площі живого перетину калорифера Fд даної моделі масову швидкість руху повітря:

де А, А 1, n, n 1 і т- коефіцієнти і показники ступенів, що залежать від конструкції калорифера

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

де Q "- витрата тепла для нагрівання повітря, кДж / год (ккал / ч); рв - щільність води, що дорівнює 1000 кг / м3, св - питома теплоємність води, рівна 4,19 кДж / (кг-К); fTP - площа живого перетину для проходу теплоносія, м2, tг - температура гарячої води в прямому трубопроводі, ° С; t 0 - температура зворотної води, 0С.

На тепловіддачу калориферів впливає схема обв'язки їх трубопроводами. При паралельній схемі приєднання трубопроводів через окремий калорифер проходить тільки частина теплоносія, а при послідовній схемі через кожен калорифер проходить весь витрата теплоносія.

Опір калориферів проходу повітря р, Па, виражається наступною формулою:

де В і z - коефіцієнт і показник ступеня, які залежать від конструкції калорифера.

Опір послідовно розташованих калориферів одно:

де т - число послідовно розташованих калориферів. Розрахунок закінчується перевіркою теплопроизводительности (тепловіддачі) калориферів за формулою

де QK - тепловіддача калориферів, Вт (ккал / ч); QK - то ж, кДж / год, 3,6 - коефіцієнт переведення Вт в кДж / год FK - площа поверхні нагрівання калориферів, м2, прийнята в результаті розрахунку калориферів даного типу; К - коефіцієнт теплопередачі калориферів, Вт / (м2-К) [ккал / (ч-м2- ° С)]; tср.в - середня температура повітря, що нагрівається, що проходить через калорифер, ° С; tср. Т - середня температура теплоносія, ° С.

При підборі калориферів запас на розрахункову площу поверхонь-сті нагрівання приймається в межах 15 - 20%, на опір про- ходу повітря - 10% і на опір руху води - 20%.

Попередній розрахунок поверхні нагріву насадки.

Q в \u003d V в * (i в // - i в /) * τ \u003d 232231,443 * (2160-111,3) * 0,7 \u003d 333,04 * 10 6 кДж / цикл.

Среднелогаріфміческая різниця температур за цикл.

Швидкість продуктів згоряння (диму) \u003d 2,1 м / с. Тоді швидкість повітря при нормальних умовах:

6,538 м / с

Середні за період температури повітря і диму.

935 о С

680 о С

Середня температура верху насадки в димовий і повітряний періоди

Середня за цикл температура верху насадки

Середня температура низу насадки в димовому і повітряному періодах:

Середня за цикл температура низу насадки

Визначаємо значення коефіцієнтів тепловіддачі для верху і низу насадки. Для насадки прийнятого типу при значенні 2240 18000 величина тепловіддачі конвекцією визначається з виразу Nu \u003d 0,0346 * Re 0,8

Дійсну швидкість диму визначаємо за формулою W д \u003d W до * (1 + βt д). Дійсну швидкість повітря при температурі t в і тиску повітря р в \u003d 0,355 Мн / м 2 (абсолютних) визначаємо за формулою

Де 0,1013-Мн / м 2 - тиск при нормальних умовах.

Значення кінематичної в'язкості ν і коефіцієнта теплопровідності λ для продуктів згоряння вибираємо за таблицями. При цьому враховуємо, що значення λ дуже мало залежить від тиску, і при тиску 0,355 Мн / м 2 можна використовувати значення λ при тиску 0,1013 Мн / м 2. Кінематична в'язкість газів обернено пропорційна тиску, того значення ν при тиску 0,1013 Мн / м 2 ділимо на ставлення.

Ефективна довжина променя для блокової насадки

\u003d 0,0284 м

Для даної насадки м 2 / м 3; ν \u003d 0,7 м 3 / м 3; м 2 / м 2.

Розрахунки зведені в таблицю 3.1

Таблиця 3.1 - Визначення коефіцієнтів тепловіддачі для верху і низу насадки.

Найменування, значення і одиниці вимірювання розмірів	розрахункова формула	Попередній розрахунок	уточнений розрахунок
верх	низ	верх	низ
дим	повітря	дим	повітря	повітря	повітря
Середні за період температури повітря і диму 0 С	За текстом	1277,5		592,5		1026,7	355,56
Коефіцієнт теплопровідності продуктів згоряння і повітря l 10 2 Вт / (мград)	За текстом	13,405	8,101	7,444	5,15	8,18	5,19
Кінематична в'язкість продуктів згоряння і повітря g 10 6 м 2 / с	додаток	236,5	52,6	92,079	18,12	53,19	18,28
Визначальний діаметр каналу d, м		0,031	0,031	0,031	0,031	0,031	0,031
Дійсна швидкість диму і повітря W м / с	За текстом	11,927	8,768	6,65	4,257	8,712	4,213
Re
Nu	За текстом	12,425	32,334	16,576	42,549	31,88	41,91
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією a до Вт / м 2 * град		53,73	84,5	39,804	70,69	84,15	70,226
		0,027	-	0,045	-	-	-
		1,005	-	1,055	-	-	-
Коефіцієнт променистої тепловіддачі a п Вт / м 2 * град		13,56	-	5,042	-	-	-
a Вт / м 2 * град		67,29	84,5	44,846	70,69	84,15	70,226

Теплоємність і коефіцієнт теплопровідності цегли l насадки розраховуються за формулами:

С, кДж / (кг * град) l, Вт / (мград)

Динас 0,875 + 38,5 * 10 -5 * t 1,58 + 38,4 * 10 -5 t

Шамот 0,869 + 41,9 * 10 -5 * t 1,04 + 15,1 * 10 -5 t

Еквівалентна полутолщіна цегли визначається за формулою

мм

Таблиця 3.2 - Фізичні величини матеріалу і коефіцієнт акумуляції тепла для вірніше і нижньої половини регенеративної насадки

Найменування розмірів	розрахункова формула	Попередній розрахунок	уточнений розрахунок
		верх	низ	верх	низ
динас	шамот	динас	шамот
Середня температура, 0 С	За текстом	1143,75	471,25	1152,1	474,03
Густина, r кг / м 3	За текстом
Коефіцієнт теплопровідності l Вт / (мград)	За текстом	2,019	1,111	2,022	1,111
Теплоємність С, кДж / (кг * град)	За текстом	1,315	1,066	1,318	1,067
Коефіцієнт температуропровідності а, м 2 / год		0,0027	0,0018	0,0027	0,0018
F 0 S		21,704	14,59	21,68	14,58
Коефіцієнт акумуляції тепла h до		0,942	0,916	0,942	0,916

Як очевидно з таблиці, значення h до\u003e, т.е.кірпічі використовується в тепловому відношенні на всю його товщину. Відповідно до вище складеного приймаємо значення коефіцієнта теплового гістерезису для верху насадки x \u003d 2,3, для низу x \u003d 5,1.

Тоді сумарний коефіцієнт теплопередачі розраховується за формулою:

для верху насадки

58,025 кДж / (м 2 цикл * град)

для низу насадки

60,454 кДж / (м 2 цикл * град)

В середньому для насадки в цілому

59,239 кДж / (м 2 цикл * град)

Поверхня нагріву насадки

22093,13 м 2

обсяг насадки

\u003d 579,87 м 3

Площа горизонтального перерізу насадки в світлі

\u003d 9,866 м 2

Людству відомо небагато видів енергії - механічна енергія (кінетична і потенційна), внутрішня енергія (теплова), енергія полів (гравітаційна, електромагнітна і ядерна), хімічна. Окремо варто виділити енергію вибуху, ...

Енергію вакууму і ще існуючу тільки в теорії - темну енергію. У цій статті, першої в рубриці «Теплотехніка», я спробую на простому і доступною мовою, використовуючи практичний приклад, Розповісти про найважливішому вигляді енергії в житті людей - про теплової енергії і про ті болі її в часі теплової потужності.

Кілька слів для розуміння місця теплотехніки, як розділу науки про отримання, передачі та застосуванні теплової енергії. Сучасна теплотехніка виділилася із загальної термодинаміки, яка в свою чергу є одним з розділів фізики. Термодинаміка - це дослівно «теплий» плюс «силовий». Таким чином, термодинаміка - це наука про «зміну температури» системи.

Вплив на систему ззовні, при якому змінюється її внутрішня енергія, може бути результатом теплообміну. Теплова енергія, Яка купується або втрачається системою в результаті такої взаємодії з навколишнім середовищем, називається кількістю теплоти і вимірюється в системі СІ в Джоулях.

Якщо ви не інженер-теплотехнік, і щодня не займаєтеся теплотехнічними питаннями, то вам, зіткнувшись з ними, іноді без досвіду буває дуже важко швидко в них розібратися. Важко без наявності досвіду уявити навіть розмірність шуканих значень кількості теплоти і теплової потужності. Скільки джоулів енергії необхідно щоб нагріти 1000 м кубічних повітря від температури -37˚С до + 18˚С? .. Яка потрібна потужність джерела тепла, щоб зробити це за 1 годину? .. На ці не найскладніші питання здатні сьогодні відповісти «відразу »далеко не всі інженери. Іноді фахівці навіть пам'ятають формули, але застосувати їх на практиці можуть лише одиниці!

Прочитавши до кінця цю статтю, ви зможете легко вирішувати реальні виробничі і побутові завдання, пов'язані з нагріванням і охолодженням різних матеріалів. розуміння фізичної суті процесів теплопередачі і знання простих основних формул - це головні блоки в фундаменті знань з теплотехніки!

Кількість теплоти при різних фізичних процесах.

більшість відомих речовин можуть при різних температурі і тиску перебувати в твердому, рідкому, газоподібному або плазмовому станах. перехід з одного агрегатного стану в інше відбувається при постійній температурі (За умови, що не змінюються тиск і інші параметри довкілля) І супроводжується поглинанням або виділенням теплової енергії. Не дивлячись на те, що у Всесвіті 99% речовини знаходиться в стані плазми, ми в цій статті не будемо розглядати цей агрегатний стан.

Розглянемо графік, представлений на малюнку. На ньому зображена залежність температури речовини Т від кількості теплоти Q , Підведеної до якоїсь закритій системі, що містить певну масу якогось конкретного речовини.

1. Тверде тіло, що має температуру T1 , Нагріваємо до температури tпл , Витрачаючи на цей процес кількість теплоти рівне Q1 .

2. Далі починається процес плавлення, який відбувається при постійній температурі Тпл (Температури плавлення). Для розплавлення всієї маси твердого тіла необхідно затратити теплової енергії в кількості Q2 - Q1 .

3. Далі рідина, отримана в результаті плавлення твердого тіла, нагріваємо до температури кипіння (газоутворення) Ткп , Витрачаючи на це кількість теплоти рівне Q3-Q2 .

4. Тепер при незмінній температурі кипіння Ткп рідина кипить і випаровується, перетворюючись в газ. Для переходу всієї маси рідини в газ необхідно затратити теплову енергію в кількості Q4-Q3.

5. На останньому етапі відбувається нагрів газу від температури Ткп до деякої температури Т2 . При цьому витрати кількості теплоти складуть Q5-Q4 . (Якщо нагріємо газ до температури іонізації, то газ перетвориться в плазму.)

Таким чином, нагріваючи вихідне тверде тіло від температури Т1 до температури Т2 ми витратили теплову енергію в кількості Q5 , Переводячи речовину через три агрегатних стани.

Рухаючись у зворотному напрямку, ми відведемо від речовини ту ж кількість тепла Q5, Пройшовши етапи конденсації, кристалізації і охолодження від температури Т2 до температури Т1 . Зрозуміло, ми розглядаємо замкнуту систему без втрат енергії в зовнішнє середовище.

Зауважимо, що можливий перехід з твердого стану в газоподібний стан, минаючи рідку фазу. Такий процес називається сублімацією, а зворотний йому процес - десублімації.

Отже, усвідомили, що процеси переходів між агрегатними станами речовини характеризуються споживанням енергії при незмінній температурі. При нагріванні речовини, що знаходиться в одному незмінному агрегатному стані, Підвищується температура і також витрачається теплова енергія.

Головні формули теплопередачі.

Формули дуже прості.

кількість теплоти Q в Дж розраховується за формулами:

1. З боку споживання тепла, тобто з боку навантаження:

1.1. При нагріванні (охолодженні):

Q = m * c * (Т2 -Т1)

m – маса речовини в кг

с -питома теплоємність речовини в Дж / (кг * К)

1.2. При плавленні (замерзанні):

Q = m * λ

λ – теплота плавлення і кристалізації речовини в Дж / кг

1.3. При кипінні, випаровуванні (конденсації):

Q = m * r

r – питома теплота газоутворення і конденсації речовини в Дж / кг

2. З боку виробництва тепла, тобто з боку джерела:

2.1. При згорянні палива:

Q = m * q

q – питома теплота згоряння палива в Дж / кг

2.2. При перетворенні електроенергії в теплову енергію (закон Джоуля - Ленца):

Q \u003d t * I * U \u003d t * R * I ^ 2 \u003d (t / R)* U ^ 2

t – час в с

I – діюче значення струму в А

U – діюче значення напруги в В

R – опір навантаження в Ом

Робимо висновок - кількість теплоти прямо пропорційно масі речовини при всіх фазових перетвореннях і при нагріванні додатково прямо пропорційно різниці температур. Коефіцієнти пропорційності ( c , λ , r , q ) для кожної речовини мають свої значення і визначені дослідним шляхом (беруться з довідників).

Теплова потужність N в Вт - це кількість теплоти передане системі за певний час:

N \u003d Q / t

Чим швидше ми хочемо нагріти тіло до певної температури, тим більшої потужності повинен бути джерело теплової енергії - все логічно.

Розрахунок в Excel прикладної задачі.

У житті буває часто необхідно зробити швидкий оціночний розрахунок, щоб зрозуміти - чи має сенс продовжувати вивчення теми, роблячи проект і розгорнуті точні трудомісткі розрахунки. Зробивши за кілька хвилин розрахунок навіть з точністю ± 30%, можна прийняти важливе управлінське рішення, яке буде в 100 разів дешевшим і в 1000 разів більш оперативним і в підсумку в 100000 разів ефективнішим, ніж виконання точного розрахунку протягом тижня, а то і місяці, групою дорогих фахівців ...

Умови завдання:

У приміщення цеху підготовки металопрокату розмірами 24м х 15м х 7м завозимо зі складу на вулиці металопрокат в кількості 3т. На металопрокат є лід загальною масою 20кг. На вулиці -37˚С. Яка кількість теплоти необхідно, щоб нагріти метал до +18 ˚; нагріти лід, розтопити його і нагріти воду до +18 ˚; нагріти весь обсяг повітря в приміщенні, якщо припустити, що до цього опалення було повністю відключено? Яку потужність повинна мати система опалення, якщо все вищесказане необхідно виконати за 1год? (Дуже жорсткі і майже не реальні умови - особливо що стосуються повітря!)

Розрахунок виконаємо в програміMS Excel або в програміOOo Calc.

З колірним форматуванням осередків і шрифтів ознайомтеся на сторінці «».

Початкові дані:

1. Назви речовин пишемо:

в клітинку D3: сталь

в клітинку E3: лід

в комірку F3: Лід / вода

в клітинку G3: вода

в клітинку G3: повітря

2. Назви процесів заносимо:

в осередку D4, E4, G4, G4: нагрів

в осередок F4: танення

3. Питому теплоємність речовин c в Дж / (кг * К) пишемо для стали, льоду, води і повітря відповідно

в клітинку D5: 460

в осередок E5: 2110

до комірки G5: 4190

в осередок H5: 1005

4. Питому теплоту плавлення льоду λ в Дж / кг вписуємо

в комірку F6: 330000

5. масу речовин m в кг вписуємо відповідно для сталі і льоду

в клітинку D7: 3000

в осередок E7: 20

Так як при перетворенні льоду в воду маса не змінюється, то

в осередках F7 і G7: \u003d E7 =20

Масу повітря знаходимо твором обсягу приміщення на питому вагу

в осередку H7: \u003d 24 * 15 * 7 * 1,23 =3100

6. час процесів t в хв пишемо тільки один раз для стали

в осередок D8: 60

Значення часу для нагріву льоду, його плавлення і нагрівання отриманої води розраховуються з умови, що всі ці три процеси повинні вкластися в сумі за такий же час, яке відведено на нагрів металу. Прочитуємо відповідно

в осередку E8: \u003d E12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,7

в осередку F8: \u003d F12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =41,0

в осередку G8: \u003d G12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,4

Повітря також повинен прогрітися за цей же самий відведений час, читаємо

в осередку H8: \u003d D8 =60,0

7. Початкову температуру всіх речовин T1 в ˚C заносимо

в клітинку D9: -37

в клітинку E9: -37

в осередок F9: 0

в осередок G9: 0

в осередок H9: -37

8. Кінцеву температуру всіх речовин T2 в ˚C заносимо

в клітинку D10: 18

в осередок E10: 0

в осередок F10: 0

в осередок G10: 18

в осередок H10: 18

Думаю, питань по п.7 та п.8 бути неповинно.

Результати розрахунків:

9. кількість теплоти Q в кДж, необхідне для кожного з процесів розраховуємо

для нагріву стали в осередку D12: \u003d D7 * D5 * (D10-D9) / 1000 =75900

для нагріву льоду в осередку E12: \u003d E7 * E5 * (E10-E9) / 1000 = 1561

для плавлення льоду в осередку F12: \u003d F7 * F6 / 1000 = 6600

для нагріву води в осередку G12: \u003d G7 * G5 * (G10-G9) / 1000 = 1508

для нагріву повітря в осередку H12: \u003d H7 * H5 * (H10-H9) / 1000 = 171330

Загальна кількість необхідної для всіх процесів теплової енергії зчитуємо

в об'єднаній клітинці D13E13F13G13H13: \u003d СУММ (D12: H12) = 256900

В осередках D14, E14, F14, G14, H14, і об'єднаної осередку D15E15F15G15H15 кількість теплоти приведено в дугою одиниці виміру - в ГКал (в Гкал).

10. Теплова потужність N в КВт, необхідна для кожного з процесів розраховується

для нагріву стали в осередку D16: \u003d D12 / (D8 * 60) =21,083

для нагріву льоду в осередку E16: \u003d E12 / (E8 * 60) = 2,686

для плавлення льоду в осередку F16: \u003d F12 / (F8 * 60) = 2,686

для нагріву води в осередку G16: \u003d G12 / (G8 * 60) = 2,686

для нагріву повітря в осередку H16: \u003d H12 / (H8 * 60) = 47,592

Сумарна теплова потужність необхідна для виконання всіх процесів за час t розраховується

в об'єднаній клітинці D17E17F17G17H17: \u003d D13 / (D8 * 60) = 71,361

В осередках D18, E18, F18, G18, H18, і об'єднаної осередку D19E19F19G19H19 теплова потужність приведена в дугою одиниці виміру - в Гкал / год.

На цьому розрахунок в Excel завершено.

висновки:

Зверніть увагу, що для нагрівання повітря необхідно більш ніж в два рази більше затратити енергії, ніж для нагріву такої ж маси стали.

При нагріванні води витрати енергії в два рази більше, ніж при нагріванні льоду. Процес плавлення багаторазово більше споживає енергії, ніж процес нагріву (при невеликій різниці температур).

Нагрівання води в десять разів витрачає більше теплової енергії, ніж нагрів стали і в чотири рази більше, ніж нагрівання повітря.

для отримання інформації про вихід нових статей і для скачування робочих файлів програм прошу вас підписатися на анонси у вікні, розташованому в кінці статті або у вікні вгорі сторінки.

Після введення адреси своєї електронної пошти і натискання на кнопку «Отримувати анонси статей» НЕ ЗАБУДЬТЕ ПІДТВЕРДИТИ ПІДПИСКУ кліком по посиланню в листі, який тут же прийде до вас на зазначену пошту (іноді - в папку « спам » )!

Ми згадали поняття «кількість теплоти» та «теплова потужність», розглянули фундаментальні формули теплопередачі, розібрали практичний приклад. Сподіваюся, що моя мова була проста, зрозуміла і цікавий.

Чекаю питання і коментарі на статтю!

прошу Шановні працю автора завантажити файл ПІСЛЯ ПІДПИСКИ на анонси статей.