Калорифер — воздушный нагреватель¶
Калорифер — это устройство (теплообменник) для нагрева воздуха, проходящего через него, за счёт теплообмена с горячей водой, паром или электрическим током. Калориферы применяются в системах вентиляции и воздушного отопления зданий, на транспорте, в промышленности — везде, где требуется подогрев приточного или рециркуляционного воздуха до заданной температуры.
¶Принцип работы
Принцип действия калорифера основан на передаче тепла от теплоносителя (горячая вода, пар) или от нагревательного элемента (электрическая спираль) воздуху, который прокачивается через прибор с помощью вентилятора или естественной тяги. Теплообменник представляет собой систему трубок или пластинчатую конструкцию, по которым циркулирует теплоноситель; воздух проходит между трубками или пластинами, нагревается и подаётся в помещение или в дальнейшие элементы вентиляционной системы.
Ключевые параметры калорифера — это тепловая мощность (кВт), расход воздуха (м³/ч), температура и давление теплоносителя, а также коэффициент теплоотдачи.
¶Классификация
По типу теплоносителя калориферы делятся на:
- Водяные — работают от системы горячего водоснабжения или отопления (температура воды обычно 90–150 °C). Самый распространённый тип в промышленном и гражданском строительстве.
- Паровые — используют водяной пар под давлением; применяются там, где есть пароснабжение (предприятия, ТЭЦ, суда).
- Электрические — нагрев осуществляется ТЭНами или электрическими спиралями; применяются при отсутствии централизованного теплоносителя, в мобильных и аварийных системах.
По конструкции теплообменника различают:
- Трубчатые (змеевиковые) — воздух проходит по наружной поверхности трубок, по которым течёт теплоноситель. Просты и надёжны, но имеют ограниченную площадь теплообмена.
- Пластинчатые — трубки снабжены металлическими пластинами-ребрами, увеличивающими площадь теплоотдачи. Наиболее распространённый тип в современных вентиляционных системах.
- Ребристо-трубчатые — разновидность пластинчатых, где рёбра выполнены в виде спиральных навивок на трубках.
- Кожухотрубные — трубный пучок расположен внутри кожуха; применяются в промышленных системах с большими тепловыми нагрузками.
По назначению калориферы бывают:
- Приточные — нагревают наружный воздух, поступающий в здание через систему приточной вентиляции.
- Приточно-вытяжные — могут работать как на подогрев, так и на охлаждение (если через них подаётся холодная вода), а также в схемах рекуперации тепла.
- Циркуляционные — рециркулируют и подогревают воздух внутри помещения.
¶Устройство водяного калорифера
Наиболее распространённый водяной калорифер состоит из следующих элементов:
- Трубная решётка — пучок трубок, по которым циркулирует горячая вода.
- Рёбра (пластины) — увеличивают площадь теплообмена между трубками и воздухом.
- Корпус (камера) — направляет поток воздуха через теплообменник.
- Подводящие и отводящие патрубки — для подключения к системе горячего водоснабжения.
- Задвижки или клапаны — регулируют подачу теплоносителя.
- Термостатический клапан — поддерживает заданную температуру воздуха на выходе.
Важный элемент системы с водяным калорифером — узел обвязки, включающий циркуляционный насос, трёхходовой клапан, фильтр, воздухоотводчик и предохранительный клапан. Правильная обвязка обеспечивает безопасную и эффективную работу прибора.
¶Применение
Калориферы широко используются в следующих областях:
- Промышленное и гражданское строительство — подогрев приточного воздуха в системах вентиляции административных зданий, торговых центров, производственных цехов.
- Сельское хозяйство — поддержание температурного режима в теплицах, животноводческих комплексах, сушильных камерах.
- Транспорт — обогрев кабин тепловозов, вагонов, кабин самолётов, а также обогрев стёкол и узлов.
- Пищевая промышленность — воздушно-тепловые завесы над входами в холодильные камеры и производственные помещения.
- Энергетика — подогрев воздуха, подаваемого на горение в котельные установки.
¶Выбор калорифера
При выборе калорифера учитывают:
- требуемую температуру воздуха на выходе и расчётную температуру наружного воздуха;
- расход воздуха, определяемый кратностью воздухообмена помещения;
- доступный тип и параметры теплоносителя;
- допустимое гидравлическое сопротивление и шумовые характеристики;
- необходимость автоматического регулирования температуры.
Расчёт мощности калорифера производится по формуле теплового баланса: мощность должна обеспечить нагрев заданного объёма воздуха от расчётной наружной температуры до заданной внутренней.
¶Электрические калориферы
Электрические калориферы проще по устройству: нагревательный элемент (ТЭН или спираль) установлен непосредственно в потоке воздуха. Они не требуют прокладки трубопроводов и циркуляционных насосов, однако стоимость эксплуатации выше из-за цены электроэнергии. Электрические калориферы часто применяются в качестве резервных или аварийных, а также в мобильных вентиляционных установках.
¶Особенности эксплуатации
При эксплуатации водяных и паровых калориферов необходимо учитывать риск замерзания теплоносителя при отключении системы в межсезонье. Для предотвращения размораживания применяют электрические обогреватели-«змейки» на трубках, автоматическое сбросное устройство или продувку сжатым воздухом. Регулярная чистка рёбер от пыли и грязи необходима для поддержания нормальной теплоотдачи.
Источники:
- ГОСТ Р ЕН 13141-1-2006. Вентиляция зданий. Методы испытаний на месте
- СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
- Справочник «Вентиляция и кондиционирование» под ред. В. В. Батеркина
- Курс лекций «Теплоснабжение и теплотехника» МЭИ