Водяной канальный нагреватель для вентиляции: расчёт, схема установки и защита от замерзания

Где применяется водяной канальный нагреватель

Водяные воздухонагреватели применяются:

• в наборных приточных системах;
• в приточно-вытяжной вентиляции;
• в вентиляционных камерах;
• в системах воздушного отопления;
• в круглых и прямоугольных воздуховодах;
• на складах и в логистических комплексах;
• в административных и общественных зданиях;
• в производственных помещениях;
• в торговых объектах;
• в частных домах с водяным теплоснабжением;
• в отдельных секциях вентиляционных установок.

В готовой приточно-вытяжной установке нагреватель может быть встроен в общий корпус. В наборной системе оборудование подбирается и монтируется отдельными секциями.

Водяной нагрев особенно целесообразен на объектах, где уже имеется источник горячей воды. Если водяного контура нет, необходимо сравнить стоимость его создания с установкой электрического воздухонагревателя.

Как работает водяной воздухонагреватель

Внутри корпуса находится оребрённый теплообменник. По его трубкам циркулирует горячая вода, а воздушный поток проходит через оребрение и нагревается.

1. Горячая вода поступает в теплообменник.
2. Тепло передаётся стенкам трубок и оребрению.
3. Проходящий воздушный поток получает тепло.
4. Охлаждённая вода выходит в обратную линию.
5. Автоматика изменяет расход теплоносителя в зависимости от требуемой температуры приточного воздуха.

Сам нагреватель не перемещает воздух. Он только передаёт тепло. Расход и давление создаёт вентилятор, поэтому нагреватель нельзя подбирать отдельно от аэродинамических характеристик вентиляционной сети.

В каком составе используется канальный нагреватель

В наборной приточной системе водяной нагреватель является одним из последовательно установленных элементов.

Типовая схема по направлению воздушного потока

Все элементы связывает шкаф автоматики. Он получает сигналы от датчиков и управляет воздушным клапаном, приводом, насосом, регулирующим клапаном теплоносителя и вентилятором.

Фактический состав может отличаться. В систему дополнительно могут входить рекуператор, охладитель, увлажнитель, резервный нагреватель, дополнительные ступени фильтрации и противопожарные элементы.

Состав наборной приточной установки

Наружная вентиляционная решётка

Наружная решётка устанавливается на воздухозаборном проёме и защищает канал от попадания крупных предметов, птиц и части атмосферных осадков.

При подборе учитываются:

• размер воздухозаборного отверстия;
• живое сечение;
• допустимая скорость воздуха;
• аэродинамическое сопротивление;
• материал;
• способ монтажа;
• условия эксплуатации.

Нельзя выбирать решётку только по строительному проёму. Если её живое сечение слишком мало, скорость и сопротивление увеличатся, а вентилятору потребуется большее давление.

Для внутренних приточных и вытяжных отверстий применяются вентиляционные решётки соответствующего назначения.

Воздушный клапан

После воздухозаборной решётки устанавливается воздушный клапан . Он открывает, закрывает или регулирует проходное сечение канала.

Для круглой сети применяются круглые воздушные клапаны , а для воздуховодов прямоугольного сечения — прямоугольные воздушные клапаны .

В приточной установке клапан выполняет несколько задач:

• перекрывает поступление наружного воздуха при остановке;
• уменьшает самопроизвольную тягу через отключённую систему;
• защищает оборудование от длительного воздействия холодного воздуха;
• участвует в аварийном алгоритме защиты нагревателя;
• при регулирующем исполнении изменяет расход воздуха.

Для наружного воздуха важно различать регулирующий и отсечной клапан. Не каждая дроссельная заслонка обеспечивает плотное перекрытие канала.

Электропривод воздушного клапана

Для автоматического открытия и закрытия заслонки используется электропривод клапана .

Привод подбирают по следующим параметрам:

• крутящий момент;
• напряжение питания;
• тип управления;
• наличие возвратной пружины;
• наличие вспомогательных контактов;
• время поворота;
• площадь и конструкция заслонки;
• условия эксплуатации.

В простом приточном агрегате привод получает команду на открытие перед запуском вентилятора. В более сложной системе автоматика дополнительно контролирует положение заслонки по концевому контакту.

При угрозе замерзания теплообменника воздушный клапан должен закрыться, чтобы прекратить поступление холодного воздуха.

Воздушный фильтр

Фильтр располагается перед нагревателем и защищает оребрение теплообменника и остальные элементы системы от пыли.

Загрязнение нагревателя приводит к следующим последствиям:

• снижается передача тепла воздуху;
• увеличивается аэродинамическое сопротивление;
• уменьшается фактический расход воздуха;
• растёт нагрузка на вентилятор;
• усложняется очистка теплообменника.

Состояние фильтра контролируется визуально, по регламенту или с помощью реле перепада давления. При расчёте вентилятора учитывается сопротивление не только чистого, но и допустимо загрязнённого фильтра.

Водяной канальный нагреватель

После фильтра устанавливается водяной канальный нагреватель .

Для круглой сети выбирают модель с круглым присоединением, а для прямоугольного канала — нагреватель соответствующего сечения. Конкретное исполнение подбирают внутри общей категории по параметрам вентиляционной системы.

Основные параметры подбора:

• форма и размер воздуховода;
• расход воздуха;
• требуемая тепловая мощность;
• температура подающей и обратной воды;
• количество рядов теплообменника;
• сопротивление по воздуху;
• сопротивление по воде;
• расположение патрубков;
• условия монтажа и обслуживания.

Совпадение присоединительного размера ещё не означает, что модель подходит по мощности, аэродинамическому сопротивлению и гидравлическим параметрам.

Узел гидравлической обвязки

Теплообменник подключается к системе теплоснабжения через узел обвязки. Его конкретный состав определяется проектом.

В узел могут входить:

• циркуляционный насос;
• двухходовой или трёхходовой регулирующий клапан;
• электропривод регулирующего клапана;
• обратный клапан;
• балансировочный клапан;
• запорная арматура;
• фильтр теплоносителя;
• воздухоотводчик;
• сливной кран;
• термометры и манометры;
• датчик температуры обратной воды.

Обвязка должна обеспечить:

• расчётный расход воды;
• устойчивую циркуляцию;
• плавное регулирование мощности;
• удаление воздуха;
• возможность отключения и обслуживания;
• слив теплоносителя;
• защиту теплообменника от замерзания.

Насос выбирается по требуемому расходу воды и суммарному сопротивлению теплообменника, трубопроводов, регулирующего клапана и арматуры.

Канальный вентилятор

Движение воздуха создаёт канальный вентилятор .

Он должен обеспечить проектный расход не в свободном состоянии, а при полном сопротивлении сети.

В расчёт включаются:

• наружная решётка;
• воздушный клапан;
• фильтр;
• водяной нагреватель;
• рекуператор, если он предусмотрен;
• охладитель;
• шумоглушитель;
• воздуховоды;
• отводы, переходы и тройники;
• решётки и диффузоры.

Если вентилятор выбрать только по расходу, без проверки создаваемого давления, после сборки системы производительность может оказаться ниже расчётной.

Если используется трёхфазный AC-двигатель и требуется плавное регулирование производительности, в систему может включаться частотный преобразователь . Его подбирают по двигателю, номинальному току, мощности, режиму нагрузки и требованиям управления.

Для EC-вентилятора применяется предусмотренный производителем способ управления — например, совместимый аналоговый или цифровой сигнал.

Шумоглушитель

Шумоглушитель снижает аэродинамический шум от вентилятора и движения воздуха.

Его необходимость определяется:

• требованиями к уровню шума;
• типом обслуживаемого помещения;
• характеристиками вентилятора;
• скоростью воздушного потока;
• длиной воздуховодов;
• расположением оборудования;
• близостью рабочих или жилых зон.

Шумоглушитель создаёт дополнительное сопротивление, поэтому его характеристики также включаются в аэродинамический расчёт.

Воздуховоды и фасонные элементы

После обработки воздух распределяется по сети воздуховодов и фасонных изделий .

Воздуховодная сеть может включать:

• прямые участки;
• отводы;
• переходы;
• тройники;
• врезки;
• фланцы и ниппели;
• дроссель-клапаны;
• крепёж;
• теплоизоляцию.

Круглые воздуховоды удобны для компактных систем. Прямоугольные применяются в вентиляционных камерах, на крупных объектах и в местах с ограниченной высотой монтажа.

Размер сети выбирается по расходу воздуха, допустимой скорости, сопротивлению, уровню шума и строительным ограничениям.

Решётки и диффузоры

В помещение воздух подаётся через вентиляционные решётки или потолочные диффузоры .

Они влияют на:

• скорость воздуха в рабочей зоне;
• дальность и направление струи;
• уровень шума;
• равномерность воздухообмена;
• вероятность появления сквозняков.

Распределительное устройство нельзя выбирать только по размеру присоединения. Необходимо учитывать расход воздуха и характеристики создаваемой струи.

Автоматика приточной системы

Все элементы связывает автоматика вентиляции .

Шкаф автоматики может управлять:

• электроприводом воздушного клапана;
• циркуляционным насосом;
• регулирующим клапаном теплоносителя;
• канальным вентилятором;
• частотным преобразователем;
• датчиками температуры;
• реле загрязнения фильтра;
• капиллярным термостатом;
• аварийной сигнализацией;
• расписанием работы;
• диспетчеризацией.

Для простого агрегата может использоваться релейная схема или специализированный контроллер. Для сложной вентиляционной системы применяются программируемые контроллеры и PLC-автоматика .

PLC целесообразен, когда требуется:

• несколько режимов работы;
• плавное регулирование температуры;
• управление несколькими насосами и вентиляторами;
• обработка и регистрация аварий;
• резервирование оборудования;
• связь с панелью оператора;
• интеграция с BMS;
• передача параметров в диспетчерскую систему.

Типовой алгоритм запуска приточной установки

Последовательность запуска должна предотвращать подачу холодного воздуха и переохлаждение теплообменника.

1. Поступает команда на запуск.
2. Автоматика проверяет отсутствие аварий.
3. Запускается циркуляционный насос.
4. Регулирующий клапан открывает подачу горячей воды.
5. Теплообменник прогревается.
6. Открывается наружный воздушный клапан.
7. Автоматика получает подтверждение положения заслонки.
8. Запускается вентилятор.
9. Система выходит на проектный расход.
10. Регулирующий клапан поддерживает заданную температуру приточного воздуха.

Точная последовательность зависит от �