За окном зима, и сейчас как никогда актуальна тема, связанная с нагреванием воздуха в СКВ и CВ при неодинаковом, а иногда и противоречивом подходе к ней проектировщиков, наладчиков, а также пишущих специалистов и ученых. Наиболее ярким подтверждением такой актуальности являются, к сожалению, пока еще многочисленные случаи аварий — замерзания воды и разрыва трубок теплообменников, многолетняя действительно «ахиллесова пята» наших систем. Мы собрали основные вопросы на эту тему и попросили ответить на них известного специалиста, автора цитируемых ниже книг д.т.н., проф. А.Г. Сотникова. Итак, тема обсуждения в ближайших номерах: «Нагрев воздуха, расчет и испытания, замерзание воды в трубках, причины и борьба с этим явлением». 1. Как правильно выбрать расчетный режим для аппарата, если одновременно меняются температура воды в теплосети tw.н, температура нагреваемого наружного воздуха tн или его смеси с рециркуляционным tc, а в энергоэффективных системах — и расход нагреваемого наружного Lн или приточного Lпр воздуха? Ваш вопрос весьма актуален и правильно сформулирован. Прежде всего, дадим определение, что такое расчетный для воздухонагревателя режим. Это случай, а, точнее, сочетание величин (tw.н, tн или tc, tк, Lн или Lпр), при котором для нагрева требуется наибольший расход воды из теплосети Gw, иначе водяной регулирующий клапан будет ближе всего к открытию (h = max). Пусть для простоты расход нагреваемого воздуха постоянный (Lн = const или Lпр = const).Тогда процесс нагрева зависит только от сочетания трех температур. В этом случае вычисляют известный коэффициент эффективности нагревания qB, отнесенный к температуре воды в теплосети tw.н равен:при условии, что коэффициент теплопередачи аппарата k вычислен при среднеарифметической разности температур. Для аппаратов многих производителей величины k и F не приводят, поэтому произведение kF неизвестно, хотя его легко определить по четырем температурам и расходам сред. Поясним выбор расчетного режима по формуле (1) примером. Пусть в расчетных условиях tн1 = tнрх = –26 °C, tк1 = 15 °C, tw.н1 = 90 °C, а расход нагреваемого воздуха постоянный. В этом случае эффективность процесса нагревания равна:Сравним ее с эффективностью нагрева в промежуточном режиме при tн2 = 0 °C, tк2 = 13 °C, tw.н2 = 55 °C. В этом случае эффективность процесса нагревания будет равна:Наибольший в этом примере расход внешней воды потребуется в первом случае. Однако ответ сильно зависит от графика подачи теплоносителя tw.н = f(tн). В пределе он может быть таким, при котором перемещение плунжера водяного регулирующего клапана в процессе работы будет минимальным. Чаще всего расчетный режим соответствует условию нагрева при расчетной температуре наружного воздуха зимой. Для второго или местного подогрева расчетный режим соответствует минимальным тепловыделениям в помещении. При переменном расходе наружного воздуха учитывают как эффективность, так и расход воздуха, и по их сочетанию выбирают для данного аппарата расчетный расход воды. 2. В технической литературе периодически встречаем такие термины как «запас поверхности», «запас теплопроизводительности». Правильны ли они, и как нужно понимать термин «запас»? Да, действительно, такое понятие вполне уместно, но важно, к чему его относить. В 60–90е гг. прошлого века широко использовали термин «запас поверхности», вводимый на всякую «неучтенку» — снижение графика ТЭЦ, загрязнение поверхности аппарата как снаружи, так и внутри, снижение его теплопередачи и т.п. При отсутствии циркуляционных насосов и трехходовых клапанов процессом управляли расходом воды, т.е. проходным клапаном. Излишняя поверхность и несовершенная методика расчета, когда полагали четвертую температуру известной, приводили к уменьшению расхода воды, ее скорости в трубках и переохлаждению, а как следствие — к замерзанию воды в трубках при Re < 2300 и v < 0,1–0,2 м/с. Сейчас, при повсеместном управлении процессом нагревания tw.см и рассмотрении аппарата в единстве и взаимосвязи с обвязкой, насосом и трехходовым регулирующим клапаном запас правильно оценивать по положению плунжера этого клапана. Если, например, как в текущих, так и в расчетном режимах он открыт не полностью, то запас есть. В противном случае его нет. При тенденции снижения температуры воды в теплосети существующий запас уменьшается, и это нужно учитывать. 3. Мне часто приходится подбирать и потом налаживать узлы нагревания воздуха, где установлены отечественные аппараты «КВС», «КВБ», «КСк3», «КСк4». Сообщите, есть ли надежные и универсальные теплотехнические характеристики воздухонагревателей этих типов, которые я могу использовать? Да, есть. Они получены на основе компьютерных расчетов и с учетом разного числа аппаратов, их способа установки по воздуху и обвязки по воде. Методика расчета была правильной, потому что учитывала три известных температуры (tн, tк, tw.см) и разные расходы воздуха (Lн, Lпp), разное число аппаратов разных номеров и неизвестную конечную температуру воды tw.к. На основе этого результаты были обобщены в виде предельно простых графиков как для отдельных аппаратов, так и для их группы от 2 до 6. Всего имеется четыре графика для каждого из вышеупомянутых нагревателей. Вы можете познакомиться с ними и использовать в работе, если воспользуетесь книгой [1] п. 5.11 и 5.18 (рис. 5.28 с. 337, рис. 5.44–5.46 с. 366–368 т. I). В качестве примера таких зависимостей в [1] приводится сводная номограмма для разных комбинаций воздухонагревателей «КСк3» №№6–12. Точка в поле графика означает отдельный аппарат, а их сочетания — общее число аппаратов, способ установки по воздуху соответствует условию, что аппараты одного ряда по воде соединены последовательно, а разные ряды — параллельно. Номограммы точны при скорости воды в трубках v = 0,8–1,2 м/с, при меньшей скорости v = 0,5–0,8 м/с теплоотдача аппарата и эффективность qB несколько снижаются, но незначительно. Оценивая эту номограмму, укажем, что, например, при расходе воздуха L = 10 тыс. м3/ч при разных аппаратах, их числе и поверхности нагрева можно обеспечить разную эффективность нагревания от qB = 0,20 («КСк» №6, 1 шт.) до qB = 0,60 («КСк» №9, 2×2 = 4 шт.).Методика использования подобных номограмм очень проста. Задавшись типом аппарата, его номером, числом таких аппаратов и их размещением в воздухонагревателе и расходом воздуха, по номограмме определяют эффективность процесса qB. После этого по известным температурам tн, tк нагреваемого воздуха вычисляют требуемую температуру теплоносителя (воды) на входе в воздухонагреватель и оценивают возможность ее получения. ❏ Продолжение в следующем номере журнала. 1. Сотников А.Г. Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции / Теория, техника и проектирование на рубеже столетий. — СПб.: ATPublishing, T. I, 2005; T. II, ч. 1, 2006; T. II, ч. 2, 2007.