Калорифер

Калорифер, прибор для нагревания воздуха, применяемый для целей отопления, вентиляции и сушки. Принцип устройства К. заключается в нагревании воздуха при его движении около горячих стенок каналов или труб, внутри которых движется горячая среда. Такой средой служат раскаленные продукты горения, пар или горячая вода, в зависимости от чего К. делятся на о г-невые, паровые и водяные.

Теплота передается от горячей среды воздуху через стенку двояким образом: 1) непосредственным соприкасанием воздуха с горячими стенками и 2) лучеиспусканием. Лучеиспусканием выделяется довольно значительная часть тепла, но т. к. вся система каналов или труб заключена в кожух, то это тепло не рассеивается в наружное пространство, а используется внутри камеры или кожуха для нагревания воздуха, чем повышается полезное действие прибора.

Огневые К.

В общем случае огневые К. представляют собою печь с обыкновенным топливником, откуда горячие газы проходят через систему каналов или труб, а затем удаляются в дымовую трубу. Каналы или трубы расположены на нек-ром расстоянии друг от друга и заключены в общий футляр или кожух, образуя замкнутое пространство. Нагреваемый воздух входит в кожух через отверстия, сделанные снизу, нагревается и уходит через верхние отверстия по отводным трубам. Передвижение воздуха происходит благодаря уменьшению веса единицы его объёма при нагревании, что заставляет воздух двигаться вверх. Нагревательные каналы или трубы, а также кожухи делаются металлич. или кирпичные. По этому принципу различают К.: 1) малой теплоемкости, имеющие металлич. нагревательные поверхности, и 2) большой теплоемкости, с кирпичными нагревательными поверхностями.

I. Огневой К. малой теплоемкости (фигура 1) представляет собою тип комнатного чугунного К. для топки каменным углем: «—то почи. дверцы, б—дверцы зольника, в—дверцы, открываемые тогда, когда хотят продолжать топку без возобновления воздуха, г—заслонка (клапан), для закрывания отверстия, доставляющего свежий воздух через подпольный канал, д—заслонка для закрывания печи по окончании топки.

Топливник имеет кирпичную облицовку, во избежание сильного раскаливания стенок. Кпд таких К. крайне мал, так как раскаленные топочные газы быстро уходят через трубу наружу, нагревая только тонкую металлическую стенку с незначительной теплоемкостью.

Камерный К. с металлич. ребристыми Фигура i.

трубами и кирпичным кожухом представлен на фигуре 2: а—дымовые каналы из чугунных ребристых труб, б—канал для дополнительного впуска воздуха, в—прослойка песка для более плотн. соединения труб с кладкой, г—вычистные дверцы,

д—боров в дымовую трубу, е—сосуд для увлажнения воздуха, ж—воронка для наполнения сосуда, з—хайло жарового воздушного канала. Концы труб, прилегающие к топ-

ливнику, укреплены чугун, обделкой, другие концы входят в отверстия, оставленные в кирпичной стенке опускного дымохода, и могут перемещаться при нагревании и охлаждении. Этот К. имеет значительные кирпичные массы и относится к К. с большей теплоемкостью, чем чисто металлические. Главным недостатком такой конструкции является применение разнородных материалов—металла и кирпича, к-рые, вследствие различных коэффициентов расширения, при больших ί° дают всегда неплотные соединения. Кроме того, на металлич. нагревательных поверхностях при ί° 120—150° и выше пригорает пыль, благодаря чему образуется угар и нагреваемый воздух приобретает специфический запах.

2. Огневые К. большой теплоемкости. Нагревание до высокой t° металлич. каналов или труб в К., слабая способность этих К. аккумулировать тепло и неплотности в соединениях послужили причиной, заставившей заменить металлич. поверхности каналов кирпичными. Один из лучших типов таких К., проф. Лукашевича, представлен на фигуре 3. Он состоит из объёмистого топливника а, над которым устраивается один восходящий дымоход б; продукты горения по этому дымоходу поступают в верхний горизонтальный распределительный канал в, откуда они спускаются по вертикальным каналам (колодцам) г; колодцев делается такое количество, чтобы площадь их стенок дала потребную нагревательн. поверх- [Фигура з. ность. Пройдя вниз через колодцы, продукты горения попадают в нижний горизонтальный сборный канал д, из которого они уходят в дымовую трубу. Между вертикальными дымовыми ходами оставлены проходы для циркуляции нагреваемого воздуха, поступающего внутрь духового пространства извне через нижнее отверстие. Для выхода нагретого воздуха вверху духового пространства делают каналы, соединенные с разводящими нагретый воздух трубами. Стенки топливника делают толщиной в ΐγ₂ кирпича, восходящего дымохода—в 1 кирпич. Топливник и первый дымоход облицовывают огнеупорным кирпичом. Стенки верхнего горизонтального дымохода опускных дымоходов, как и нижнего горизонтального канала, имеют толщину в ¹/₂ кирпича и складываются из двух рядов в перевязку. Наружные поверхности как горизонтальных, так и вертикальных каналов штукатурят или смазывают белой глиной. Горизонтальные и вертикальные отдельные дымоходы облицовывают иногда листовым железом, причем стенки вертикальных каналов в этом случае делают лишь в ¹/₄ кирпича. Опускные дымоходы делают внутри квадратного сечения, по 20 сантиметров в стороне, в 1, 2 и 4 таких

канала каждый. Дымоходы снабжены достаточным числом вычистных двойных плотных дверец, расположенных так, чтобы было легко и удобно чистить все внутренние части калорифера. Расстояние между дымоходами в одном продольном ряду берется в V₃ кирпича, для возможности перекрыть его целым кирпичом.

При проектировании огневых К. следует делать их компактными, не допускать нагрева нагревательных поверхностей до слишком высокой ί° и добиваться возможно полного их омывания нагреваемым воздухом. Конструкция К. должна допускать беспрепятственное расширение отдельных его частей, вызываемое изменением ί°; число стыков должен быть возможно меньшим. Все части должен быть легко доступны для осмотра, ремонта и допускать полную очистку приборов от пыли. Удаление сажи и золы должно производиться вне духовой камеры. Для удобства эксплуатации желательно применение наполнительных конусов, допускающих загрузку топлива на несколько часов и авто-матич. регулирование горения. Необходима полная гарантия непроникания продуктов горения в духовую камеру, т. к. окись углерода, попавшая в нагреваемый воздух, может вызвать отравление людей. Кроме того, необходимо ставить К. в подвале или в нижнем этаже, т. к. теплый воздух имеет стремление двигаться вверх; в горизонтальном направлении воздух может двигаться при этом на ограниченное расстояние. Поэтому горизонтальные разводящие трубы (каналы) не должен быть длиннее 6 ж, и лишь при тщательной изолировке разводных каналов длина их для третьего и верхних этажей может доходить до 12 метров.

Расчет огневых К. Для расчета К. необходимо определить количество теплоты, потребное для нагревания воздуха, и размеры нагревательных приборов.

Количество теплоты в Cal, необходимое для нагревания L м³ воздуха на 1°:

(0=—^, 1,293 · 0,2375,

1 + at

где _t _5_η(· — объём воздуха К данной Г, приведенный к 0° (α= ~—· коэфф. расширения воздуха), 0,2375—теплоемкость 1 килограмм воздуха в Cal, 1,293—вес 1 м³ сухого воздуха в килограммах при 0° и барометрич. давлении 760 миллиметров. При нагревании от данной темп-ры t до темп-ры t{, потребуется тепла

_ттг 0.306 L ,г_г ,ч (~л л

W=Cal.

Нагревательные поверхности рассчитывают на основании законов теплопередачи. Теплопередача от одной среды к другой через разделяющую стенку может быть вычислена из уравнения:

Kj (ί — ί_βκ./— 2 — К-2 ^2 (hi

) — Ft + Fs (i _ .1 i _

n.J ~ 9. ^ven. ^ьнар.) i

"нар. §Р ) »

где F_± и -F₂—площади внутренней и наружной поверхностей в ж², V—средняя темп-ра нагревающей среды, t_eu_ и t_nap.—средние темп-ры поверхностей разделяющей стенки, 1"—средняя темп-ра нагреваемого воздуха, 1с₁ и к₂—коэфф-ты теплопередачи внутрен-

ней и наружной поверхностей стенки в Са1/ж²час°С, Я—внутренняя теплопроводность разделяют, стенки в Са1-еж/ж²час°С, I—толщина стенки в ем; при плоских стенках F₁=F_i. В практике обычно пользуются упрощенной ф-лой:

W^F 7с (t-t"),

где W—количество тепла в Cal/час, передающееся через стенку нагреваемому воздуху в час, к—коэфф. теплопередачи стенки в Са1/лг.²час°С, V и t"—средние темп-ры нагревающей среды и нагреваемого воздуха. Эти темп-ры получаются из начальных темп-p t₀ и t₀, и конечных t[ и t[ как средние арифметические, то есть для определения же поверхности нагрева (в ж²) получим выражение:

2?___^__

ft (^ί;Γ“-·ν^;)

1) Расчет огневых К. малой теплоемкости с металлич. нагревательными поверхностями. Определение размеров металлич. нагревательных труб для К. малой теплоемкости ведется на основании экс периментальных данных, причем считают, что теплоотдача 7с₀ с 1 м² поверхности металлич. ребристых труб равна 1 200-f-l 500, а металлическ. гладких труб—1 500-У2 000 Cal/час. Диаметры этих труб делают равными 150-Г-200 миллиметров. Если ТЕ—количество тепла, потребное в час для нагревания воздуха, то необходимая нагревательная поверхность F металлич. труб, например гладких труб с отдачей в 2 000 Cal/час на 1 м², равна (в м²):

7?=—=^w

к„ 2 000

Для получения количества теплоты, затраченной топливом, нужно величину W разделить на произведение кпд нагревательных поверхностей на коэффициент совершенства горения в топке, равный 0,50—0,80, в зависимости от разных условий. Расчет топок см. Топки.

2) Расчет огневых К. большой теплоемкости для целей отопления производится на максимальную часовую потерю тепла внешними ограждениями отапливаемых помещений.

Определив все теплопотери, равные W_pac4_, приступают к расчету нагревательной поверхности К. Она вычисляется по ф-ле гдеР—поверхность нагрева К. в м², а 7с₀— коэфф. теплоотдачи К., равный 7с (t—t"). На практике принимают, что 1 м³ массива К. аккумулирует (при одной топке в сутки) ~30 000 Cal; к этому количеству добавляется 20%, то есть 6 000 Cal, за счет аккумуляции стенками камеры и стенками жаровых каналов; следовательно, принимают на 1 м³ массива 36 000 Cal, которые выделяются К. при его действии в течение суток. Можно считать также, что на 1 м² поверхности нагрева К. приходится по 0,15 м³ массива и, при одной топке в сутки, можно принять 7с₀— теплоотдачу 1 м³ К. в час равной 240 Cal;

на каждые 0,01 м³ разницы в массиве К. прибавляют или убавляют по 10 Cal. На основании этих данных определяют нагревательную поверхность К. и затем выбирают подходящую конструкцию. Высоту К. с вертикальными колодцами принимают 2,5-Д 3,0 метров Нагревательную поверхность колодцев практически определяют из высоты К. h, периметра каждого колодца р и числа колодцев п, так что

F=р h п ;

топливник с первым ходом принимается за один колодец и входит в число п. Вычислив количество колодцев и их размеры, получают общий размер массива К., равный V м³. Количество аккумулированного за сутки тепла при этом будет равно V 30 000 Cal. При часовом расходе тепла W_pac4. Cal/час этого запаса тепла хватит на -^„^а·⁰-⁰— час.

_г, ^w расч.

Если, кроме расхода тепла в помещениях, необходимо подогревать холодный наружный воздух, для чего потребуется за сутки 24 созд. Cal, то запаса тепла в К. хватит на ^{* I.}

у · 3Qooo-24W_eo.,a.

час. Количество топлива В

(в килограммах), «кидаемого в топливнике в час:

β __ 24 - Wp_aC4.

т · η · q ’

где т—число часов (4-У5) топки за сутки, V—кпд К., равный ~0,70, и q—теплотворная способность топлива в Cal /кг.

Имея все величины, зная W_pm4. и определяя по нему и заданным температурам объём воздуха, легко рассчитать сечение каналов для входа в К. нагреваемого воздуха и для выхода нагретого.

Паровые и водяные К.

Паровые и водяные К. получают нагревающую среду от паровой или водяной центральной системы. Они разделяются по способу движения нагреваемого воздуха, к-рый может протекать через К.:

1) естественным путем, благодаря изменению веса единицы его объёма при нагреве, и 2) с побуждением при помощи вентилятора.

I. К. с естественный притоком свежего воздуха. Тип, изображенный на фигуре 4, представляет собою обыкновенные водяные радиаторы, поставленные либо наклонно (при входе наружного воздуха снизу) либо вертикально рядами (при движении воздуха горизонтально), причем для лучшего действия их ставят в шы, порядке. На фигуре 5 изображен старый тип нагревателей, устанавливаемых по нескольку штук в отдельной камере, для нагревания наружного воздуха. Нагреватель сделан из котельного железа, гладкий, иногда чугунный, с вертикальными ребрами, наполнен водой, которая нагревается паром при помощи змеевика. Эти нагреватели из гладкого железа применялись для нагревания помещений особого назначения, например больниц, так как допускают легкую очистку их поверхностей от пыли. Сверху нагревателей устанавлива-

Фигура 4.

лись увлажнительные бачки. К., изображенный на фигуре 6, состоит из ребристых труб и нагревается паром; он также снабжен увлажнительными приспособлениями. В указанных К. количество воздуха, протекающего естественным путем, не м. б. велико вследствие его малых скоростей и низкого коэфф-та теплопередачи. Опытами определено, что коэфф-т теплопередачи нагревающей стенки (смотрите ниже) сильно увеличивается при увеличении скорости движения воздуха о к. нее. Поэтому такие К. стали заменять более усовершенствованными типами, с сильно развитыми поверхностями нагрева и с побудительной продувкой вентилятором нагреваемого воздуха.

Фигура 5. Фигура 6.

Нагревающей средой в этих К. служит гл. обр. пар, при к-ром получается наивысший коэфф-т теплопередачи от стенок прибора.

2. К. с побудительным движением воздуха при помощи вентилятора. На фигуре 7 изображен К. сист. Стюртеванта, нагревательные поверхности которого состоят из ряда стальных гладких труб с наружным диам. 25-У 33 миллиметров; эти трубы входят в литую стальную раму с просветом между ними δ миллиметров; вся секция заключается в кожух из листового железа и соединяется с вентилятором. В последнее время в Германии применяются ромбоидальные радиаторы, устанавливаемые в шном порядке (смотрите Зерносушилки); удобство чистки и хороший коэфф. теплоотдачи обеспечивают им значительное распространение. Ребристые чугунные трубы с питанием паром при интенсивном движении воздуха около них обычно не применяются, т. к. ребра быстро охлаждаются, не успевают нагреться до {“самой трубы и поэтому часто лопаются. Пластинчатый калорифер Юнкерса представляет тоже систему ребристых труб, но не имеет указанных вы-Фигура 7. ше недостатков. Он состоит из нескольких рядов плоских и узких медных трубок, в которых движется пар или вода; трубки расположены на 50 миллиметров друг от

друга параллельными рядами или по дугам концентрических окружностей. Между трубками перпендикулярно к ним вставле-

Фигура 8.

ны медные зигзагообразно изогнутые пластинки. По окончании сборки весь К. опускают в расплавленное олово, которое, покрывая все нагревательные поверхности тонким слоем, одновременно припаивает пластинки к трубкам, образуя с ними металлическое соединение. Вследствие большой теплопроводности меди, пластинки быстро прогреваются соседними трубками. Такие же К. делаются из железных труб с железными пластинками. Весь такой элемент покрывается цинком, для достижения метал-лич. соединения пластинок с трубами. У железных пластинчатых К., вследствие меньшей теплопроводности железа, расстояние

Фигура 9.

между трубками делают меньше, а потому свободная площадь для прохода между ними воздуха также уменьшается. Просветы между пластинками равны 4-У5 миллиметров, и через них продувается воздух со скоростями 6^20 м/ск; просветы составляют 72% от общей площади сечения К. из меди и 28% от площади сечения К. из железа.

Весь элемент снаружи закрывается кожухом из котельно-го железа. На фигуре 8 1 изображен тип кру- Ί глого пластинчатого I К., на фигуре 9 — К. ^ прямоугольной формы. Эти калориферы очень компактны, просты для ухода и чистки, отличаются большой производительностью и удобно соединяются с вентиляторами. На фигуре 10 показано соединение К. в аггрегат с винтовым

вентилятором. Такой прибор легко м. б. укреплен на стенах, колоннах. Здесь холодный воздух входит под К., протягивается через последний и нагнетается вентилятором в помещение.

Расчет паровых и водяных К. Согласно указанным выше ф-лам для расчета К., не-обходимо иметь заданными часовое количе^ ство нагреваемого воздуха и его начальную и конечную t°. Этим определяется потребное для нагревания количество тепла— PFCal/час. Затем должен быть задана нагревающая среда и ее средняя ί°. Далее ^выбирается система К. и находится по таблицам или диаграммам величина к коэфф-та теплопередачи. Подставляя эти величины в ф-лу

^-, (С; +К Ч +i’ ь

^k I 2 2 )

где к₀—теплоотдача при данных условиях, получим потребную величину нагревательной поверхности в м². Величина к сильно меняется в зависимости от скорости движения воздуха около нагревательных поверхностей. Для К. с естественным, медленным движением воздуха величина теплоотдачи к₀ м. б. взята из табл. 1 Р].

Таблица 1, —Теплоотдача к₀ при средней Г воздуха 0° и нормальном барометрическом давлении (Cal/jn^).

Род поверхности нагрева

При питании водой t° 60—80°

При питании паром

Гладкие чугунные радиаторы.

Ребристые чугунные трубы.

Цилиндрич. железные или чугунные калориферы.

6.0— 7,3

5.0— 5,5

8.0— 8,5

7.0— 9,0

6.0— 6,5

Для радиаторов (фигура 4) при разных скоростях воздуха fc₀M. б. взято из табл. 2 и 3 С¹,²].

Таблица 2.—Т е п л о о т д а ч а ко радиаторов при нагреве водой (Cal/.w^ai).*

Скорость воздуха в м]ск	Скорость воды в секциях в м/ск
Скорость воздуха в м]ск	0,002	0,005	2,00
0,20	6,6	6,9	7,2
0,30	8,2	8,7	9,2
0,40	9,5	10,2	10,9
0,50	10,7	11,6	12.5
0,60	11,8	12,8	14,0
0,80	13,7	15,1	16,7
1,00	15,2	17,0	19,1
1,20	16,6	18,8	21,4
1,40	17,9	20,4	23,5
1,60	19,1	21,9	25,5
1,80	20,1	23,2	27,4
2,00	21,0	24,5	29,2
2,25	22,2	26,0	31,4
2,50	23,2	27,5	38,5
2,То	24,1	28,8	35,5
3,00	25,0	30,1	37,5

* Приведенные величины умножают при средней (° воздуха: -10° на 1,02; +10° на 0,98; 4-20° на 0,96; +30° на 0,94; +40° на 0,92; +50° на 0,90.

Величины fto даны (в Cal) как функции скорости воздуха в приточном канале при средней ί° воздуха 0° н норм, барометр, давлении; нагревающая среда—горячая вода при средней ί° в 60°.

абл. 3. — Теплоотдача k₀ радиаторов при нагреве паром. *
Скорость	Теплоотдача	Скорость	Теплоотдача
воздуха	к	воздуха	К
в м/ск	в Cal/м“ч	в м/ск	в Cal/лс
0,20	7,2	1,40	23,5
0,80	9,2	1,60	25,5
0,40	10,9	1,80	27,4
0,50	12,5	2,00	29,2
0,60	14,0	2,25	31,4
0,80	16,7	2,50	33,5
1,00	19,1	2,75	35,5
1,20	21,4	3,00	37,5

* Приведенные величины умножают при средней ί° воздуха: -10° на 1,02; +10° на 0,98; +20° на 0,96; +30° на 0,94; +40° на 0,92; +50° на 0,80.

Величины к₀ даны (в Cal) как функции скорости воздуха в приточном канале при средней (° воздуха 0° и нормальном барометрическом давлении; нагревающая среда—пар при 1—3 atm абс.

Воздух, проходя через группу радиаторов, встречает сопротивление при своем движении, к-рое преодолевается либо естественной тягой либо вентиляторами. Величины сопротивления указаны в таблице 4.

Таблица 4.—П отеря напора h в миллиметров водяного столба (группа радиаторов).*

Скорость воздуха в м/сп	Потерянапора в миллиметров вод. ст.	Скорость воздуха в м/ск	Потерянапора в миллиметров вод. ст.
0,20	0,007	1,40	0,220
0,30	0,014	1,60	0,280
0,40	0,023	1,80	0,346
0,50	0,035	2,00	0,419
0,60	0,0-18	2,25	0,518
0,80	0,080	2,50	0,626
1,00	0,120	2,75	0,743
1,20	0,167	3,00	0,869

* Приведенные величины умножают при средней ί° воздуха: -10° на 1,07; +10° на 0,94; +20° на 0,88; +30° на 0,83; +40° на 0,78; +50° на 0,74.

Величины h даны как функции скорости воздуха в приточном канале при средней ί° воздуха 0° и нормальном барометрическом давлении.

Пластинчатые К. у нас изготовляются Гос. механич. и чугунолитейным з-дом «Кооператор» в Ленинграде и другими з-дами. Теплоотдача этих К. определяется в зависимости от скорости V м/ск воздуха, проходящего через них; для пара низкого давления к₀=2 + 7 Υν, для воды /с₀=2 + + 5,5 V Gal/м²ч. Сопротивление воздуха при этом (в миллиметров вод. ст.) fe=0,055 v². Скорости воздуха принимают от 6 до 20 м/ск. Максимальная длина секции—1 420 миллиметров. При этой длине поверхность нагревα= 43 м²; длина в 0,033 метров дает поверхность нагрева в 1 ж²; при длине секции 1,0 ж поверхность нагревα= 30 ж². Живое сечение в этих приборах равно 40% общей площади прибора. Для увлажнения воздуха при этих К. ставят разбрызгиватели воды (форсунки), которые помещают непосредственно за К., во избежание замерзания воды зимой (при подаче воздуха снаружи). При нескольких секциях, помещенных последовательно, форсунки ставят между секциями, что полезно для предотвращения попадания капелек воды в помещения, ибо при подогревании воздуха он уве личивает свою влагоемкость, уменьшая при этом относительную влажность.

Лит.: ) Ритшель Г., Руководство по отоплению и вентиляции, т. 1—2, пер. с нем., М.—Л., 1928; ^!) Ч а п л и н В. М., Курс отопления и вентиляции, вып. 2, 2 изд., М.—Л., 1928; Г ребер Г., Введение в теорию теплопередачи, пер. с нем., М., 1929; Казанцев А. 11., Сир. кн. по отоплению и вентиляции, М., 1928; Л а п ш и п Б. С., Справ, по центр, еист. отопления и вентиляции, М., 1927; М е р-кель Ф., Основы теплопередачи, пер. с нем., М., 1929; Романович Ы. Е., Гражд. архитектура. Части зданий, 4 изд., т. 3—4, СПБ, 1903. Н. Дегтярев.