4 варианта применения парового нагревателя в системах вентиляции

Применение парового нагрева в системах вентиляции Aircut

04.Фев.2021

Пар как теплоноситель имеет свои известные преимущества и недостатки.

Однако когда на объекте уже есть пар, остается только подобрать оптимальную схему для его использования.

Предлагаем рассмотреть подбор решения на примере установки с заданными характеристиками:

Расход приточного воздуха: 13 250 м³/ч
Температура воздуха, подаваемого на нагрев: -42°С
Ожидаемая температура на выходе: 18°С
Теплоноситель – насыщенный пар с температурой 120°С
Номинальная мощность, необходимая для нагрева воздуха: 266,3 кВт

Вариант №1:

Воздух в полном объёме нагревается паровым воздухонагревателем с площадью теплоотдачи 60,07 м² от -42°С до 18°С.

Теплообменник занимает всё проходное сечение вентиляционной установки. Теплоотдача регулируется изменением расхода пара с неизменной температурой 120°С.

Ввиду того, что процесс отдачи тепла воздухонагревателем основан на конденсации пара и, как следствие, постоянной температуре поверхности теплообмена равной 120°С, при автоматическом поддержании температуры возникнут сложности поддержания желаемой температуры в помещении.

В реальных условиях данная схема будет работать в режиме дискретного регулирования (т.е. вкл/выкл), потому как система может регулироваться только через количество подаваемого пара, а не через его температуру.

При повышении температуры наружного воздуха также будет повышаться температура воздуха приточного, пока не подастся сигнал на закрытие двухходового клапана, регулирующего количество подаваемого пара.

При этом возможны две ситуации:

первая – при уменьшенном расходе пара температура поверхности также будет поддерживаться 120°С, что приведёт к перегреву подаваемого воздуха и последующему закрытию двухходового клапана, вплоть до полного его перекрытия;
вторая - расход пара будет недостаточным, что приведёт к выхолаживанию теплообменника и падению температуры подаваемого воздуха, заставив тем самым начать открываться регулирующий клапан.

Как итог – результирующая температура будет иметь значительную амплитуду значений от выставленной температуры в помещении (18°С).

Также критичным является подверженность конденсата воздействию воздуха с отрицательной температурой. При подобных температурных режимах есть риск его замерзания.

Вариант№2:

75% от общего объёма воздуха идёт на нагрев на паровом воздухонагревателе с площадью теплоотдачи 64,9 м², от -42°С до 38,3°С, 25% воздуха идут по обводной линии через перфорированную панель и смешивается с нагретым воздухом, получая на выходе из секции воздух с температурой 18°С.

Теплообменник занимает 70% от проходного сечения вентиляционной установки.

Перед перфорированной панелью и паровым воздухонагревателем устанавливается по воздушной заслонке с приводом.

Регулирование температуры воздуха на выходе производится изменением процентного соотношения воздуха, идущего на нагрев, и воздуха, идущего в обход нагрева.

Теплоотдача воздухонагревателя регулируется изменением количества обрабатываемого воздуха и изменением расхода пара с неизменной температурой 120°С.

В режиме регулирования заслонками процентного соотношения воздушных масс, идущих на нагрев и в обход него, может изменяться аэродинамическая характеристика секции, т.е. на ней будут переменными, в известных интервалах, потери давления. В свою очередь это приведёт к изменению значения расхода на систему (не более 10% по расходу), т.к. будет меняться рабочая точка вентилятора.

Материал парового нагревателя подвержен высокой дельте результирующих температур (от -42 до 38 °С), что может привести к ускоренному износу данного элемента ввиду температурных напряжений.

Конденсат также подвержен воздействию воздуха с отрицательной температурой, значит, есть риск заморозки парового воздухонагревателя. Схема и программа регулирования становятся сложнее стандартных решений.

Вариант №3:

Воздух в полном объёме нагревается на водяном воздухонагревателе, с площадью 69,13 м², от -42°С до 18°С.
Теплообменник занимает всё проходное сечение вентиляционной установки. Промежуточный теплоноситель – 50% раствор пропилен-гликоля с температурным режимом: 90/60°С, нагреваемый через промежуточный теплообменник паром с температурой 120°С.
Теплоотдача регулируется изменением температуры промежуточного теплоносителя с сохранением расхода этого теплоносителя по контурам посредством трёхходового клапана.

В результате перехода с нагрева воздуха паром на нагрев воздуха промежуточным теплоносителем удалось добиться возможности плавного регулирования температуры в помещении. Однако такой узел регулирования стоит значительно дороже рассмотренных ранее.

Вариант№ 4:

Приточный воздух в полном объёме нагревается на регенеративном утилизаторе от перегреваемого вытяжного воздуха. Паровой воздухонагреватель на вытяжке с площадью 60,07 м², нагревает воздух от 18°С до 48°С. Результирующая температура в 18°С на притоке принята из расчета 75% КПД утилизатора.

В случае возможности свободного потребления пара как теплоносителя, передача тепла от парового воздухонагревателя на вытяжке через теплоутилизатор избавляет систему от специфичных пару проблем с регулированием, т.к. регулировка температуры приточного воздуха осуществляется вращением нагретого утилизатора. Дополнительно такая система служит защитой конденсата от замерзания – вытяжка всегда теплая.

В зависимости от назначения объекта, исходных данных теплоносителя, возможностей использования конденсата в системе отопления и других параметров, выбор оптимального решения использования пара может сильно разниться.

Даже при равных вводных данных есть несколько вариантов организации процесса теплообмена. Подобрать оптимальный вариант под Ваш конкретный случай смогут специалисты Группы компаний «Аиркат»