Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

Расчет производительности для нагрева воздуха определенного объема

Определяем массовый расход нагреваемого воздуха

G (кг/ч) = L х р

где:

L — объемное количество нагреваемого воздуха, м.куб/час p — плотность воздуха при средней температуре (сумму температуры воздуха на входе и выходе из калорифера разделить на два) — таблица показателей плотности представлена выше, кг/м.куб

Определяем расход теплоты для нагревания воздуха

Q (Вт) = G х c х (t кон — t нач)

где:

G — массовый расход воздуха, кг/час с — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг•K), (показатель берется по температуре входящего воздуха из таблицы) t нач — температура воздуха на входе в теплообменник, °С t кон — температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

Расчёт мощности

Процесс нагрева воздуха в виде графика

Методика вычисления заключается в подборе аппарата с такими параметрами, чтобы на выходе температура воздуха соответствовала нормативным значениям, а запас мощности позволял бесперебойно работать при пиковых нагрузках, но при этом не страдала кратность и скорость воздухообмена. Проектировщик начинает рассчитывать мощность только после получения всех исходных данных:

  • Объёма воздуха, проходящего через аппарат за единицу времени. Измеряется соответственно кг/ч или м3/ч.
  • Температуры приточки. Берётся минимальное значение для зимнего периода.
  • Требуемой по нормам или индивидуальным пожеланиям заказчика температуре воздуха на выходе.
  • Максимальной температуре, до которой может нагреться тепловой носитель.

Правила вычислений

Теплотехнический расчёт канального нагревателя начинается с определения двух параметров: первый — площадь поперечного сечения тепловой установки; второй – мощность, необходимая для нагрева поверхности заданного размера.

Площадь вычисляется по формуле:

Aф = Lp / 3600×(ϑρ), где

L – максимальное значение приточки для поддержки параметров вытяжки, м3/ч;
Р – нормативная плотность воздуха, кг/м3;
Θρ – скорость движения воздуха на каждом участке, определяемая из аэродинамического расчета.

Полученное значение подставляется в таблицу, где указаны возможные варианты сечения калориферов, значения округляется в большую сторону.

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопленияТаблица подбора по площади сеченияЕсли результаты вычислений выходят за рамки табличных значений, то проектировщики идут по другому пути: закладывается несколько параллельных канальных нагревателей, суммарная площадь сечений которых равна расчётному значению.

Формула скорости воздушных масс, необходимая для подбора площади нагревательного элемента, следующая:

ϑρ = Lρ / 3600×Аф.факт

На следующем этапе определяется объем тепловой энергии, необходимый для прогрева приточки:

Q = 0.278×Gc× (tп – tн), где

Q – объём тепловой энергии, Вт;
G – расчётный показатель расхода воздуха, кг/ч;
с – удельная теплоёмкость, в данном случае берётся 1.005 кДж/кг °С;
tп – температура приточки, °С;
tн – температура воздуха на входе.

Расход воздуха G = Lρн. Это связанно с местом установки вентилятора. Он находится до калорифера, а, следовательно, используется нормативное значение плотности воздушных масс снаружи помещения.

Далее вычисляются затраты горячей воды на отдачу тепла холодному:

Gw = Q / cw×(tг – t0), где

cw – тепловая ёмкость воды, кДж/кг °С;
tг – температура теплоносителя (воды),С;
t0 – расчётная температура воды в обратном трубопроводе,С.

Теплоемкость жидкости можно узнать из справочной литературы. Параметры теплового носителя зависят от параметров среды.

Зная Gw, можно вычислить скорость движения воды по трубам:

w = Gw / 3600×ρw×Aф, где

Aф – размер сечения теплообменника, м²;
ρw – плотность воды при средней температуре теплового носителя, С.

Средняя температура:

(tг + t0) / 2

Рассчитать скорость движения теплоносителя можно по формуле, указанной выше. Она справедлива для простой системы последовательного подключения нагревательных элементов. В случае использования параллельной схемы, толщина трубопровода увеличится в два или более раз, а средняя скорость движения уменьшится.

Кроме подбора калорифера выполняется расчёт тепловых потерь по укрупнённым показателям. Основная формула:

Qзд=q×V× (tп-tн), где

q – тепловая характеристика объекта, Вт/(м3ּоС);
V – объём объекта по внешней стороне ограждающих конструкций, м3;
(tп-tн) – разность температуры основных помещений, оС.

Расчёт поверхности нагрева

Основная формула площади нагревательной поверхности канального устройства:

Amp = 1.2Q / K× (tср.т – tср.в), где

К – коэффициент передачи тепла от калорифера холодному воздуху, Вт/(м°С);
tср.т – средний показатель температуры теплового носителя, С;
tср.в – средний показатель температуры приточки, С;
число 1,2 – коэффициент запас. Вводится в связи с остыванием воздуховодов.

Иногда одного калорифера недостаточно или площадь сечения слишком большая. Тогда в расчёт берётся несколько однотипных устройств.

На последнем этапе определяется, сколько тепла может выдать канальный нагреватель:

Qфакт = К× (tср.т – tср.в)×Nфакт×Ak

Особенность методики для паровых нагревателей

Принцип вычислений не меняется. Отличие только в способе определения расхода теплового носителя для нагрева холодного воздуха:

G = Q / r, где

r – тепловая энергия, получаемая в процессе конденсации пара.

Классификация воздухонагревателя

Обогреватели входят в конструкцию системы отопления для обогрева воздуха. По типу используемого теплоносителя выделяют следующие группы этих устройств: водяные, электрические, паровые, пожарные.

Электроприборы имеет смысл применять для помещений площадью не более 100 м². Для зданий с большой площадью более рациональным выбором будут водонагреватели, которые работают только с одним источником тепла.

Наибольшей популярностью пользуются водонагреватели и водонагреватели. Поверхности первой и второй формы делятся на 2 подвида: ребристые и гладкотрубные. Ребристые нагреватели с ребристой геометрией бывают плоскими и спирально-навитыми.

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопленияПроизводительность нагревателей, работающих на теплоносителе, таком как пар, регулируется с помощью специальных клапанов, установленных на впускном патрубке

По конструкции эти устройства могут быть однопроходными, когда содержащийся в них теплоноситель движется по трубам, придерживаясь постоянного направления, и множественными, в крышках которых имеются перегородки, в результате чего направление движения охлаждающей жидкости постоянно меняется.

В продаже есть 4 модели водонагревателей и водонагревателей, которые отличаются поверхностью нагрева:

  • СМ – самый маленький с рядом труб;
  • М – малая с двумя рядами труб;
  • С – средний с трубами в 3 ряда;
  • Б – большой, с 4-мя рядами труб.

Водонагреватели в процессе эксплуатации выдерживают большие перепады температур – 70-110. Для хорошей работы этого типа водонагревателя вода, циркулирующая в системе, должна быть нагрета максимум до 180⁰. В теплую погоду воздухонагреватель может работать как вентилятор.

Галерея изображенийФото из По типу теплоносителя, участвующего в отоплении, воздухонагреватели делятся на водяные, паровые, пожарные и электрические. В отоплении частных, коммерческих и промышленных объектов чаще всего с экономической точки зрения используются паровые и водонагреватели делятся на модели с гладкой трубкой и устройства с оребрением. Ребристые делятся на спиральные и пластинчатые. Водонагреватель в производственном помещении. Паровой обогреватель на застекленной террасе. Компактный электрический воздухонагреватель

Подбор и расчет мощности калорифера зависит от условий эксплуатации и задач

Схема работы парового калорифера.

Если нагреватель планируется использовать в производственных помещениях, где уже установлены парогенерирующие системы, то подбор одной из моделей парового калорифера практически безальтернативен. На таких предприятиях уже есть сеть паропроводов, непрерывно подающих горячий пар на различные нужды, соответственно, есть возможность и для подключения калорифера к данной сети

Однако стоит обратить внимание на то, что все обогреваемые помещения должны быть оборудованы не только приточной вентиляцией, но и вытяжной, чтобы не допустить дисбаланса температур, который может привести к негативным последствиям как для техники и самого помещения, так и для работающих тут людей

Если в помещениях нет постоянной сети паропроводов и нет возможности для установки парогенератора, то оптимальным выбором будет использование электронагревателя. Кроме того, какой-либо вид электронагревателя лучше выбирать и для тех помещений, где установлена достаточно слабая вентиляция (офисные здания или частные дома). Электрические нагреватели не нуждаются в дополнительных сложных инженерных коммуникациях. Для электронагревателя достаточно наличия электрического тока, что применимо практически к любому помещению, где живут или работают люди. Все электрические калориферы оборудованы трубчатыми электронагревателями, что увеличивает теплообмен с окружающим воздухом в вентиляции. Главное, чтобы характеристики подводящих электрических кабелей соответствовали мощности ТЭНов.

Схема устройства водяного калорифера.

Использование водяных калориферов оправдано в том случае, если у вас есть некоторое количество источников нагрева воды. Одним из оптимальных вариантов использования водяного оборудования является применение их в качестве теплоутилизаторов, то есть устройств, которые отбирают тепловую мощность у теплоносителей. При эксплуатации таких систем следует соблюдать технику безопасности и следить за их исправностью и герметичностью, так как температура воды в них может достигать 180°С, что чревато термическими травмами. Несомненным преимуществом водяных воздухонагревателей является то, что они могут быть подключены к системе отопления.

Правила эксплуатации калорифера

Для длительной и бесперебойной работы важно придерживаться следующих правил эксплуатации:

Нельзя превышать давление в трубопроводах выше нормируемых показателей, которые указаны для каждого прибора в технической документации.
Состав воздушных масс в помещении должен отвечать требованиям ГОСТ 12.1.005-88.
В процессе монтажа важно придерживаться инструкций и рекомендаций производителя.
Запрещено использовать тепловой носитель с температурой, превышающей +190 градусов.
Охлажденный воздух в помещении подогревают плавно. Температура должна повышаться каждый час на 30 градусов.
Чтобы защитить трубки теплообменника от разрыва, температурные показатели не могут падать до минусовых значений.
В производственном помещении с очень влажным или грязным воздухом устанавливают калориферы с уровнем защиты не ниже ІР 66.. Запрещено самостоятельно ремонтировать нагревательное оборудование

Это должны выполнять квалифицированные специалисты сервисных центров. Соблюдение всех перечисленных правил поможет продлить срок службы и защититься от аварийных ситуаций.калорифер водяной для приточной вентиляции

Запрещено самостоятельно ремонтировать нагревательное оборудование. Это должны выполнять квалифицированные специалисты сервисных центров. Соблюдение всех перечисленных правил поможет продлить срок службы и защититься от аварийных ситуаций.калорифер водяной для приточной вентиляции

Профессиональная классификация калориферов

Эти мощные и многофункциональные агрегаты входят в состав отопительных систем, которые используются для нагрева воздуха внутри помещения. Крупные производители занимаются промышленным изготовлением калориферов, которые отличаются между собой видами используемых теплоносителей: электрические, водяные, паровые. Стоит отметить, что электрические агрегаты целесообразнее использовать в тех помещениях, где общая площадь не превышает отметку 100 м². Для больших зданий выгоднее всего приобретать водяные модели, которые работают только в том случае, если присутствует хороший источник тепла.

Наибольшей популярностью пользуются водяные и паровые воздухонагреватели. Обе эти модели по форме своей поверхности делятся на 2 основных подвида:

  1. Гладкотрубные.
  2. Ребристые.

Последний тип изделий может относиться к спирально-навивной или же пластичной категории (всё зависит от геометрии рёбер). Специалисты часто используют одноходовые агрегаты, где заправленный теплоноситель движется в одном направлении. Для многоходовых изделий характерно наличие своеобразных перегородок, благодаря чему направление теплоносителя постоянно меняется.

Современный рынок предлагает 4 основных разновидности паровых и водяных калориферов, которые отличаются между собой площадью нагреваемой поверхности:

  1. СМ — самый маленький вариант с одним рядом труб.
  2. М — исключительно для маленькой площади.
  3. С — средний вариант с тремя рядами труб.
  4. Б — самый большой экземпляр.

Многие потребители предпочитают именно водяные калориферы, которые отличаются не только высоким качеством, но и тем, что они хорошо справляются с большими температурными колебаниями — от +70 до +110˚С. Чтобы такой агрегат правильно функционировал, вся вода, которая циркулирует в отопительной системе, должна быть нагрета до максимальной отметки +180˚С. Огромный плюс в том, что в жаркое время года эта установка может успешно эксплуатироваться в качестве вентилятора.

Классификация калориферов по разным признакам

Калориферы включают в конструкцию системы отопления для нагрева воздуха. Существуют следующие группы этих приборов по виду используемого теплоносителя: водяные, электрические, паровые, огневые . Электрические приборы имеет смысл использовать для помещений площадью не более 100 м². Для зданий с большими площадями более рациональным выбором будут калориферы водяные, которые функционируют только при наличии источника тепла.

Наиболее популярны паровые и водяные калориферы. Как первые, так и вторые по форме поверхности делятся на 2 подвида: ребристые и гладкотрубные. Ребристые калориферы по геометрии ребер бывают пластинчатыми и спирально-навивными.

Производительность калориферов, работающих на таком теплоносителе как пар, регулируют при помощи специальных клапанов, установленных на входной трубе (+)

По конструкционному исполнению эти приборы могут быть одноходовыми, когда теплоноситель в них совершает движение по трубкам, придерживаясь постоянного направления и многоходовыми, в крышках которых имеются перегородки, вследствие чего направление движение теплоносителя постоянно меняется. В продажу поступают 4 модели калориферов водяных и паровых, отличающиеся площадью поверхности нагрева:

  • СМ — самая малая с одним рядом труб;
  • М — малая с двумя рядами труб;
  • С — средняя с трубами в 3 ряда;
  • Б — большая, имеющая 4 ряда труб.

Водяные калориферы в процессе эксплуатации выдерживают большие температурные колебания — 70-110⁰. Для хорошей работы калорифера этого типа вода, циркулирующая в системе должна быть нагретой максимум до 180⁰. В теплое время года калорифер может выполнять роль вентилятора.

Галерея изображений
Фото из
По типу задействованного в нагреве теплоносителя калориферы делятся на водяные, паровые, огневые и электрические

В обогреве частных, коммерческих и производственных объектов чаще всего применяются паровые и водяные калориферы

Электрические нагреватели воздуха — самый простой вариант в установке, подключении и обслуживании, но не слишком рациональный с экономической точки зрения

Паровые калориферы подразделяются на гладкотрубные модели и ребристые приборы. Ребристые делятся на спирально-навивные и пластинчатые

Водяной калорифер в производственном помещении

Паровой калорифер на остекленной террасе

Компактный электрический нагреватель воздуха

Паровая спирально-навивная модель

Типы калориферов

Существует несколько типов калориферов, используемых в разных участках и условиях.

Рассмотрим их внимательнее:

Паровые

Паровые устройства являются полными аналогами водяных и на практике отличаются от них только видом теплоносителя. Единственным отличием паровых приборов является большая толщина стенок трубок — 2 мм против 1,5 у водяных. Это обусловлено большим давлением в системе, требующим усиленных каналов для циркуляции. В остальном приборы идентичны, имеют одинаковые эксплуатационные правила и требования.

Электрические

Электрический калорифер для приточной вентиляции не нуждается в подаче теплоносителя, так как источником нагрева является электрический ток. Подключение таких приборов гораздо проще, что делает их мобильными и удобными в использовании, но высокие расходы на электроэнергию ограничивают применение этой группы. Чаще всего они устанавливаются для местного обогрева при выполнении разовых работ, используются в качестве аварийных или временных источников тепла.

Система рекуперации

Прямой нагрев воздуха за счёт только энергии нагревательных элементов – это не самый экономичный и практичный вариант устройства отопления вентсистемы. Система рекуперации за счёт замкнутого цикла работы значительно снижает теплопотери. Её работа основана на теплоизбытках, а точнее — энергии отработанных воздушных масс.

Общая схема устройства выглядит так: приточка и вытяжка проходят через один блок, и тепловыделения от исходящих воздушных потоков частично передаются входящим. За счёт использования теплопритоков снижается нагрузка на остальные системы отопления.

Монтаж системы отопления с рекуперацией стоит дороже, чем аналогичный, но без неё. Затраты быстро окупаются в регионах, где отопление подвергается значительной тепловой нагрузке ввиду продолжительной зимы.

Принцип работы водяного калорифера

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

Для начала разберемся в особенностях работы вентиляционной системы с водяными нагревателями, потому что схема приточной вентиляции с электрокалорифером немного отличается. Водяное нагревательное приспособление состоит из теплообменника и вентилятора.

Принцип его работы заключается в следующем:

  1. Через специальные воздухозаборные решетки, установленные на внешнем конце воздуховода, воздушные массы попадают в вентиляционные каналы. Решетки нужны для защиты от проникновения мелких грызунов, животных, птиц и насекомых.
  2. После этого воздух проходит через фильтры, где очищается от пыли, пыльцы растений, вредных примесей и других загрязняющих веществ.
  3. В калорифер поступает тепло из водяной магистрали. Благодаря этому теплу воздушные массы подогреваются до нужной температуры.
  4. При прохождении рекуператора поступающие воздушные потоки дополнительно греются за счет тепла удаляемого из помещения воздуха.
  5. Очищенные и подогретые массы при помощи вентилятора поступают в помещение. Благодаря установленному диффузору они равномерно распределяются по всей площади.
  6. Во время работы установки возникает много шума. Чтобы его снизить, установлены специальные шумопоглотители.
  7. Если система перестает работать, срабатывают обратные клапаны, которые перекрывают доступ холодным воздушным массам в помещение.

Конструкция калорифера отличается отсутствием собственного нагревателя. Его главные составляющие элементы выполняют следующие функции:

  • встроенный вентилятор направляет подогретые воздушные массы в помещение;
  • в теплообменник, состоящий из металлических трубок, поступает вода из отопительной системы.

По сути, система из трубок выполняет функции нагревательной спирали, как в электрокалорифере. По трубкам циркулирует горячий теплоноситель из системы отопления, имеющий температуру в пределах +80…+180°С. При прохождении воздуха через прибор он нагревается до нужной температуры. Вентилятор не только распределяет подогретый воздух по помещению, но и способствует его обратному удалению.

Преимущества и недостатки

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

Использование калориферов в приточной вентиляции рентабельно для предприятий и учреждений, имеющих собственную систему теплоснабжения. Однако при хорошо налаженной работе системы вентиляции, правильном выполнении обвязки водяные калориферы можно использовать для обогрева коттеджей.

К преимуществам подобных приспособлений причисляют следующее:

  1. Монтаж достаточно простой. По сложности он не отличается от установки труб отопления.
  2. Благодаря подогреву воздушных масс и их равномерному распределению при помощи вентилятора система подходит для обогрева помещений значительной площади и высоты.
  3. Отсутствие сложных механизмов обеспечивает безопасную работу каждого составляющего узла. В конструкции нет быстроизнашивающихся деталей, поэтому поломки случаются редко.
  4. При помощи вентилятора можно регулировать направление потоков теплых воздушных масс.
  5. Главное достоинство заключается в том, что на отопление большого помещения не потребуются регулярные финансовые вложения. Расходы будут только на первых порах – на покупку оборудования и монтаж системы.

Основной минус использования водяных калориферов заключается в невозможности их применения в бытовых целях, а именно для отопления городских квартир. В качестве альтернативного варианта подходят только электронагреватели. Электрический индукционный котел для отопления и его схема

Основные правила эксплуатации

Калориферное водяное или электрическое отопление – это достаточно безопасная система, которая, тем не менее, требует соблюдения определённых правил пользования. Обязательные требования

  1. Контроль состава воздуха в помещении с целью обеспечения его соответствия ГОСТ 12.1.005-88.
  2. Выполнение монтажа строго согласно инструкции производителя.
  3. Поддержание температуры теплоносителя не более 190 С и давления до 1,2 МПа (для водяных, паровых устройств).
  4. Недопустимость размещения вблизи розеток (для электрообогревателей).
  5. Запрет на развешивание на корпусе одежды, обуви, прочих предметов для сушки.

Важно помнить, что водяное оборудование нельзя устанавливать в помещениях с исходной температурой ниже нуля градусов. Электрические калориферы отопления с вентилятором не смогут выполнять свои функции при его отключении.

Достоинства и недостатки

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

При всем удобстве калориферы потребляют большое количество электроэнергии

Водяные и паровые калориферы, предназначенные для отопления производственных помещений, крайне выгодны, поскольку не требуют дополнительных вложений. Финансовые средства затрачиваются только на приобретение устройства. Их достоинства:

  • быстрое достижение желаемой температуры воздуха;
  • простой монтаж;
  • безопасность;
  • надежность;
  • возможность регулировки уровня обогрева.

Из недостатков отмечаются:

  • использование в помещениях с плюсовой температурой воздуха;
  • невозможность применения для обогрева квартир;
  • требуется оборудование для обеспечения воздушной тяги;
  • если прекращается подача теплоносителя, система перестает работать.

Последний пункт справедлив и для электрокалориферов, только касается перебоев с подачей электроэнергии.

Система рекуперации

Прямой нагрев воздуха за счёт только энергии нагревательных элементов – это не самый экономичный и практичный вариант устройства отопления вентсистемы. Система рекуперации за счёт замкнутого цикла работы значительно снижает теплопотери. Её работа основана на теплоизбытках, а точнее — энергии отработанных воздушных масс.

Общая схема устройства выглядит так: приточка и вытяжка проходят через один блок, и тепловыделения от исходящих воздушных потоков частично передаются входящим. За счёт использования теплопритоков снижается нагрузка на остальные системы отопления.

Монтаж системы отопления с рекуперацией стоит дороже, чем аналогичный, но без неё. Затраты быстро окупаются в регионах, где отопление подвергается значительной тепловой нагрузке ввиду продолжительной зимы.

Плюсы и минусы отопления с калорифером

Система обогрева дома, основывающаяся на подаче прогретого до установленной температуры воздуха непосредственно в дом, представляет особый интерес для владельцев собственного жилья.

Такая конструкция отопительной системы состоит из следующих важных узлов:

  • калорифера, выступающего в роли теплогенератора, подогревающего воздух;
  • каналов (воздуховодов), по которым поступают нагретые воздушные массы в дом;
  • вентилятор, направляющий хорошо прогретый воздух по всему объему помещения.

Преимуществ у системы такого типа много. К ним относится и высокий КПД, и отсутствие вспомогательных элементов для теплообмена в виде радиаторов, труб, и возможность объединить ее с климатической системой, и малая инерционность, в результате чего прогрев больших объемов происходит очень быстро.

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

Оборудование для нагревания воздуха

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

Система кондиционирования с калорифером

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

Воздушное отопление с калорифером

Расчет калорифера: как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

Быстрый обогрев больших площадей

Для многих домовладельцев недостатком является то, что монтаж системы возможен только одновременно со строительством самого дома и затем дальнейшая модернизация ее невозможна.

Минусом является и такой нюанс, как обязательное наличие резервного питания и потребность в регулярном техническом обслуживании.

У нас на сайте есть более подробные материалы по устройству воздушного отопления в доме и коттедже. Рекомендуем вам ознакомиться с ними:

  • Воздушное отопление своими руками: все про воздушные системы отопления
  • Как устроить воздушное отопление загородного дома: правила и схемы сооружения
  • Расчет воздушного отопления: основные принципы + пример расчета
Оцените статью