Как работает калорифер: принцип нагрева воздуха по этапам
Калорифер: теплообменный аппарат, который нагревает поток воздуха, проходящий через него, за счёт передачи тепла от теплоносителя или электрического нагревательного элемента. Устройство применяется в системах приточной вентиляции, в тепловых завесах над входными группами, в сушильных камерах и технологических линиях. Принцип работы любого калорифера один: воздух движется через рёбра теплообменника, нагревается и подаётся потребителю.
Виды калориферов и их принцип работы
Водяной калорифер подключается к системе горячего водоснабжения или к контуру отопления. Теплоноситель с температурой 70–95 °C циркулирует по медным или стальным трубкам. Трубки снабжены алюминиевым оребрением, которое многократно увеличивает площадь контакта с воздухом: общая площадь теплообмена у небольшого калорифера составляет 5–15 кв. м при компактных габаритах корпуса. Воздух, пронизывая ряды рёбер, нагревается от минус 20–30 °C до плюс 18–25 °C за один проход.
Паровой калорифер работает по схожему принципу, но теплоносителем служит насыщенный пар под давлением 0,05–0,3 МПа. Пар конденсируется в трубках, отдавая скрытую теплоту парообразования, которая составляет около 2260 кДж/кг. Это делает паровые калориферы особенно компактными при высоких тепловых мощностях; их применяют в промышленных цехах и прачечных.
Электрический калорифер использует нагревательные элементы (ТЭНы) или спирали из нихромовой проволоки. Воздух обтекает нагреватели и отбирает тепло. Электрические калориферы отличаются простотой монтажа и точным электронным регулированием мощности от 0 до 100%, но при больших производительностях обходятся дороже в эксплуатации из-за тарифов на электроэнергию.
Конструктивные элементы водяного калорифера
На первом этапе работы теплоноситель поступает в коллектор калорифера через патрубок. Гидравлический клапан с сервоприводом регулирует расход воды и тем самым управляет тепловой мощностью аппарата.
На втором этапе теплоноситель распределяется по трубкам теплообменника. Скорость воды в трубках обычно составляет 0,1–0,6 м/с; при более высокой скорости растёт гидравлическое сопротивление, при более низкой снижается интенсивность теплоотдачи.
На третьем этапе воздух нагнетается сквозь пакет оребрённых трубок вентилятором приточной установки. Скорость воздуха в живом сечении калорифера составляет 2–4 м/с. Тепло передаётся от металла рёбер к воздуху за счёт конвекции.
На четвёртом этапе остывший теплоноситель выходит из коллектора и возвращается в котёл или тепловой узел здания для повторного нагрева.
Защита от замораживания
Водяной калорифер уязвим при остановках вентиляционной установки в мороз: если горячая вода перестаёт циркулировать, трубки быстро промерзают и деформируются. Для защиты устанавливают датчик температуры за калорифером с аварийным порогом плюс 5–8 °C. При срабатывании датчика контроллер открывает клапан на полную мощность или останавливает приточный вентилятор. Альтернативный метод защиты: заполнение контура незамерзающим теплоносителем на основе этиленгликоля или пропиленгликоля.
Применение в российской практике
В условиях климата большинства российских регионов калорифер является обязательным элементом приточной вентиляции: без подогрева подача наружного воздуха зимой создаёт сквозняки и нарушает санитарные нормы по температуре воздуха на рабочих местах. Тепловая мощность калориферов для жилых домов составляет 1–20 кВт, для промышленных объектов достигает нескольких сотен кВт. Срок службы водяного калорифера при правильном водоподготовке и регулярной промывке трубок составляет 15–20 лет.
