Розрахунок калорифера як зробити розрахунок потужності агрегату

Калорифери мають високу продуктивність, тому з їх допомогою обігріти навіть дуже великі приміщення можна за досить короткий час. У продаж надходить багато моделей цих приладів, що працюють на основі різних теплоносіїв. Щоб вибрати оптимальний варіант, потрібен розрахунок калорифера, виконати який можна як вручну, так і скориставшись онлайн-калькулятором.

Система опалення з агрегатом для нагріву повітря

Система обігріву будинку, яка грунтується на подачі прогрітого до встановленої температури повітря безпосередньо в будинок, представляє особливий інтерес для власників власного житла.

Така конструкція опалювальної системи складається з наступних важливих вузлів:

• калорифера, який виступає в ролі теплогенератора, що підігріває повітря;
• каналів (повітроводів), за якими надходять нагріті повітряні маси в будинок;
• вентилятор, що направляє добре прогріте повітря по всьому об'єму приміщення.

Переваг у системи такого типу багато. До них відноситься і високий ККД, і відсутність допоміжних елементів для теплообміну у вигляді радіаторів, труб, і можливість об'єднати її з кліматичною системою, і мала інерційність, в результаті чого прогрів великих обсягів відбувається дуже швидко.

Калорифер простий в монтажі та експлуатації, доступний за ціною, але головне, він є ефективним приладом для обігріву приміщення. На фото водяний калорифер, вмонтований в систему

Для багатьох домовласників недоліком є ​​те, що монтаж системи можливий тільки одночасно з будівництвом самого будинку і потім подальша модернізація її неможлива. Мінусом є і такий нюанс, як обов'язкова наявність резервного живлення і потреба в регулярному технічному обслуговуванні.

Класифікація калориферів за різними ознаками

Калорифери включають в конструкцію системи опалення для нагріву повітря. Існують наступні групи цих приладів по виду використовуваного теплоносія: водяні, електричні, парові. Електричні прилади має сенс використовувати для приміщень площею не більше 100 квадратних метрів. Для будівель з великими площами більш раціональним вибором будуть калорифери водяні, які функціонують тільки при наявності джерела тепла.

Найбільш популярні парові і водяні калорифери. Як перші, так і другі за формою поверхні діляться на 2 підвиди: ребристі і гладкотрубние. Ребристі калорифери з геометрії ребер бувають пластинчастими і спірально-навивні.

Продуктивність калориферів, що працюють на такому теплоносії як пар, регулюють за допомогою спеціальних клапанів, встановлених на вхідний трубі (+)

За конструкционному виконання ці прилади можуть бути одноходовой, коли теплоносій в них робить рух по трубках, дотримуючись постійного напрямку і багатоходовими, в кришках яких є перегородки, внаслідок чого напрямок рух теплоносія постійно змінюється. У продаж надходять 4 моделі калориферів водяних і парових, що відрізняються площею поверхні нагріву:

• СМ - найменша з одним рядом труб;
• М - мала з двома рядами труб;
• С - середня з трубами в 3 ряди;
• Б - велика, що має 4 ряди труб.

Водяні калорифери в процесі експлуатації витримують великі температурні коливання - 70-110⁰. Для хорошої роботи калорифера цього типу вода, що циркулює в системі повинна бути нагрітою максимум до 180⁰. У теплу пору року калорифер може виконувати роль вентилятора.

Конструкція калориферів різних видів

Опалювальний водяний калорифер складається з корпусу, виконаного з металу, розміщеного в ньому теплообмінника у вигляді ряду трубок і вентилятора. На торці агрегату є вхідні патрубки, через які його підключають до котла або централізованої системи опалення. Як правило, вентилятор знаходиться в тильній частині приладу. Його завдання - проганяти повітря через теплообмінник.

Після нагріву, через решітку, що знаходиться на фасадній частині калорифера, повітря назад надходить в кімнату. Найчастіше корпус виготовляють у формі прямокутника, але є моделі, призначені для вентиляційних каналів круглого перетину. На магістралі, що підводить встановлюють двох або 3-ходові вентилі для регулювання потужності агрегату.

Вентилятор обдуває трубки, розташовані в корпусі калорифера. По трубках рухається нагріта вода із системи опалення, а вентилятор розподіляє рівномірно тепле повітря по кімнаті

Розрізняються калорифери і за способом монтажу - вони бувають стельовими і настінними. Моделі першого типу розміщують за фальшпотолком, за його межі визирає усього світу. Настінні прилади більш популярні.

Пристрій калориферів гладкотрубний

Гладкотрубний конструкцію складають нагрівальні елементи у вигляді порожніх тонких трубок діаметром від 20 до 32 мм, розташовані на відстані 0,5 см по відношенню один до одного. За ним циркулює теплоносій. Повітря, омиваючи нагріті поверхні трубок, нагрівається завдяки конвективному обміну теплом.

Трубки в воздухонагревателе розташовують в шаховому або коридорному порядку. Їх кінці уварені в колектори - верхній і нижній. Теплоносій надходить в розподільну коробку через вхідний патрубок, потім, пройшовши по трубках і нагрів їх, виходить через вихідний патрубок у вигляді конденсату або охолодженої води.

Стабільнішу передачу тепла забезпечують прилади з шаховим розташуванням трубок, але опірність повітряним потокам тут вище. Потрібно обов'язково виконувати розрахунок потужності агрегату, щоб знати реальні можливості пристрою.

До повітрю висувають певні вимоги - не повинно бути волокон, зважених часток, липких субстанцій. Допустима запиленість - менше ніж 0,5 мг / мᶾ. Температура на вході-мінімум 20⁰.

Одноходовий і 3-ходовий калорифери. 1 - вхідний патрубок, через який надходить теплоносій, 2 - распредкоробкі, 3 - трубка, 4 - вихідний патрубок, 5 - перегородка

Теплотехнічні характеристики гладкотрубний калориферів не надто високі. Їх застосування доцільно, коли не потрібно значної витрати повітря і його нагрівання до високої температури.

Особливості ребристих воздухонагревателей

Труби ребристих приладів мають оребренной поверхнею, отже, тепловіддача від них більше. При меншій кількості труб теплотехнічні характеристики у них вище, ніж у гладкотрубний воздухонагревателей. До складу пластинчастих калориферів входять трубки з насадженими на них пластинами - прямокутними або круглими.

Перший вид пластин насаджують на групу труб. Теплоносій проходить в розподільну коробку приладу через штуцер, прогріває повітря, що проходить зі значною швидкістю через канали невеликого діаметра, а після цього зі збірної коробки виходить через штуцер.
Калорифери цього виду компактні, зручні в обслуговуванні і монтажі.

Одноходові пластинчасті прилади позначають: КФБ КФС КВБ СТД3009В КЗПП К4ПП, а багатоходові - КВБ, К4ВП, КЗВП, КВС, КМС, СТДЗОЮГ, КМБ. Середня модель має позначення КФС, а велика - КФБ. На трубки цих калориферів навивають сталеву гофровану стрічку шириною 1 см і товщиною 0,4 мм. Теплоносієм для них може бути як пар, так і вода.

Водяні калорифери не можна підключати металопластиковими або полімерними трубами тому вони не розраховані на високу температуру теплоносія. Потрібні сталеві труби і краще оцинковані, щоб виключити корозію

Перша оснащена трьома рядами трубок, а друга чотирма. Пластинки середньої моделі мають товщину 0,5 мм і розміри 11,7х 13,6 см. Пластини великий моделі такої ж товщини і ширини відрізняються більшою довжиною - 17,5 см. Пластини знаходяться на відстані один від одного 0,5 см і мають зигзагообразное розташування, тоді як у моделей середнього виду пластини розташовані по коридорному принципом.

Повітронагрівачі з маркуванням СТД мають 5 номерів (5, 7, 8, 9, 14). У калорифери СТД4009В теплоносієм є пара, а в СТД3010Г - вода. Монтаж перших виконують з вертикальною орієнтацією трубок, друге - з горизонтальною.

Біметалічні калорифери з ребрами

У системах опалення з підігрівом повітря часто застосовують моделі біметалевих калориферів КП3-СК, КП4-СК, КСК - 3 і 4 з особливим видом оребрення - спірально-накатним. Теплоносієм для калориферів КП3-СК, КП4-СК є гаряча вода з найбільшим тиском 1,2 МПа і максимальною температурою 180⁰.

Для роботи двох інших воздухонагревателей необхідний пар з таким же робочим тиском, як і для перших, але з дещо більшою температурою - 190⁰. Виробники обов'язково проводять приймально-здавальні випробування. Тестують прилади та на герметичність.

Теплообмінник калорифера КСК складається з трубок, виконаних зі сталі і мають алюмінієві ребра. З'єднують їх трубні решітки

Існує 2 лінійки біметалевих калориферів - КСК3, КПЗ, що мають 3 ряди трубок, відносяться до середніх, а КСК4, КП4 з 4 рядами трубок - до великих моделям. Складовими цих приладів є біметалічні теплообмінні елементи, бічні щитки, решітки з трубок, кришки з перегородками.

Теплообмінний елемент являє собою 2 трубки - внутрішньої діаметром 1,6 см, виготовленої зі сталі і насадженої на неї алюмінієвої зовнішньої з ребрами. Поперечний інтервал між теплопередаючих трубками 4,15 см, а поздовжній - 3,6 см.

Необхідні розрахунки при виборі калорифера

Для розрахунку потужності водяного або парового калорифера потрібні такі вихідні параметри:

1. Продуктивність системи або іншими словами - кількість повітря, що переганяється за годину. Одиниця виміру об'ємної витрати - мᶾ / ч. масового кг / год. Умовне позначення - L.
2. Вихідна або зовнішня температура - tул.
3. Кінцева температура повітря - tкон.
4. Щільність і теплоємність повітря при певній температурі - дані беруть з таблиць.

Спочатку обчислюють площу перетину по фронту тепловздуховий пристрою. Дізнавшись про цю величину, отримують попередні розміри агрегату з запасом. Для розрахунку використовують формулу: Аф = Lρ / 3600 (θρ), де L - об'ємна витрата повітря або продуктивність в м³ / год, ρ - щільність повітря зовні яка вимірюється в кг / м³ θρ - масова швидкість повітря в розраховується перерізі, вимірюється в кг / (см²).

Отримавши цей параметр, для подальших обчислень беруть типовий розмір калорифера, найближчий за розмірами. При великому підсумковому значенні площі, встановлюють паралельно кілька однакових агрегатів, площа яких у сумі дорівнює отриманого значення.

Калориферами називають не тільки пристрої для теплообміну, але і повітроохолоджувачі, що працюють на основі холодної води, які користуються набагато меншою популярністю

Для визначення необхідної потужності для нагріву якогось конкретного обсягу повітря потрібно дізнатися загальна витрата підігрівається повітря в кг за 1 годину за формулою: G = L х р. Тут р - щільність повітря в умовах середньої температури. Її визначають, підсумовуючи температури на вході і виході з агрегату, потім ділять на 2. Показники щільності беруть з таблиці.

З цієї таблиці можна взяти дані по щільності і питомої теплоємності повітря при певній температурі для розрахунку потужності приладу

Тепер можна обчислити витрату тепла для прогріву повітря для чого застосовують наступну формулу: Q (Вт) = G х c х (t кін. - t поч.). Буквою G позначають масова витрата повітря в кг / год. Враховують при розрахунку і питому теплоємність повітря вимірюється в Дж / (кг х K). Залежить вона від температури вхідного повітря, а її значення є в таблиці вище. Температура на вході в прилад і на виході з нього позначається t поч. і t кін. відповідно.

Припустимо, треба підібрати калорифер продуктивністю 10 000 мᶾ / год, щоб він нагрівав повітря до 20⁰ при температурі зовні -30⁰. Теплоносієм є вода, що має температуру на вході в агрегат 95⁰ і 50⁰ на виході. Масова витрата повітряної маси: G = 10 000 мᶾ / ч. х 1,318 кг / мᶾ = 13 180 кг / год. Значення ρ: (-30 + 20) = -10, при поділі цього результату навпіл отримали -5. З таблиці вибрали, відповідну середній температурі, щільність.

Підставивши отриманий результат в формулу, отримують витрата тепла: Q = 13 180/3600 х 1013 х 20 - (-30) = 185 435 Вт. Тут 1013 - це питома теплоємність, обрана з таблиці при температурі - 30⁰ в Дж / (кг х K). До розрахункової величини потужності калорифера додають від 10 до 15% запасу.

Причина в тому, що табличні параметри часто відрізняються від реальних в сторону зменшення, а теплова продуктивність агрегату, через засмічення трубок, знижується з часом. Перевищення величини запасу небажано. При значному збільшенні поверхні нагрівання може статися переохолодження, і навіть розморожування в великі морози.

У паровій калорифер теплоносій підводять зверху, а воду, отриману в результаті конденсації відпрацьованої пари, відводять знизу. На фото - схема обв'язки парового калорифера

Потужність парових калориферів розраховують таким же способом, як і водяних. Відрізняється лише формула розрахунку теплоносія - G = Q / r де r - питома теплота, яка виділяється під час конденсації пари, яка вимірюється в кДж / кг.

Вибір електричного калорифера

Виробники в каталогах електричних калориферів часто вказують встановлену потужність і витрата повітря, що значно спрощує вибір. Головне, щоб параметри були меншими, ніж зазначені в паспорті інакше він швидко вийде з ладу. У конструкцію калорифера входять кілька спеціальних електричних нагрівальних елементів, площа яких збільшена за рахунок напрессовки на них оребрения.

Потужність приладів може бути дуже великий, іноді це сотні кіловат. До 3,5 кВт калорифер може харчуватися від розетки 220 В, а при напрузі вище цього необхідно підключення готельним кабелем прямо до щитка. Якщо є необхідність у використанні калорифера потужністю вище 7 кВт, буде потрібно харчування 380 В.

Ці прилади мають невеликі габарити і вага, вони повністю автономні, для них необов'язково присутність централізованого гарячого водопостачання або пара. Істотний мінус - низька потужність недостатня для застосування їх на великих площах. Другий недолік - велике споживання електроенергії.

З розрахунку калорифера слід, що результатом використання приладу є відчутна економія енергетичних ресурсів. Іноді цей агрегат поєднують з рекуператором і тоді забір повітря відбувається не зовні, а з приміщення

Щоб дізнатися який струм споживає калорифер можна скористатися формулою: I = P / U, де P - потужність, U - напруга живлення. При однофазному підключенні калорифера U приймають рівним 220 В. При 3-фазному - 660 В.

Температуру, до якої калорифер певної потужності нагріває повітряну масу, визначають за формулою: T = 2.98 x P / L. Буква L тут позначає продуктивність системи. Оптимальні значення потужності калорифера для будинку від 1 до 5 кВт, а для офісів - від 5 до 50 кВт.

Вибираючи певний вид калорифера, слід виходити з міркувань доцільності і експлуатаційних характеристик будинку. Для невеликих площ вдалим придбанням буде електричний калорифер, а для опалення великого будинку краще підібрати інший варіант. У будь-якому випадку не обійтися без попереднього розрахунку.