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

Классификация калориферов

Калофиреры отличаются по способу нагрева теплоносителя

Устройства работают от разных источников энергии и классифицируются по виду теплоносителя. Широко используются три типа:

• водяные;
• паровые;
• электрические.

Первые сами не нагревают воздух, а только осуществляют передачу тепла воздушному потоку, поскольку к калориферу подводят теплоноситель. Электрические приборы не используют теплоноситель, нагревают воздух благодаря электроэнергии. Главные элементы в таких устройствах – ТЭНы.

Водяные

Водяной калорифер с обвязкой из металлических труб и насосом

Водяные калориферы – бюджетный вариант. Их цена и расходы на обслуживание невелики. Нужно подвести к прибору систему водоснабжения, поэтому монтаж требует определенных навыков. Быстро перенести его на другое место не получится. Теплоноситель (вода или этиленгликоль) может поступать от системы отопления, ГВС или котла. Чтобы отрегулировать температуру воздуха, необходимо учесть мощность, уровень нагрева теплоносителя и воздушной массы. Управление осуществляется с помощью термостата.

Помимо экономичности, водяной прибор отличается:

• удобством эксплуатации;
• высокой эффективностью;
• безопасностью;
• простым принципом действия.

Недостаток – ограничения по минимальной температуре и запыленности входного потока.

Паровые

Кроме теплоносителя, паровые калориферы практически ничем не отличаются от водяных. Несущественная разница – 2-миллиметровая толщина стенок трубок против 1,5-миллиметровой. Необходимость дополнительного усиления связана с большим давлением в системе, работающей на пару. Оно варьируется от 0,5 до 1,2 Па. Используют углеродистую и нержавеющую сталь.

Паровые калориферы также устанавливают на предприятиях, причем таких, где пар образуется в процессе производства. Максимальная температура пара – 180°C.

Электрические

Для мощных электрических калориферов необходима трехфазная сеть

К электрическому калориферу не нужно подводить магистраль с теплоносителем, он имеет небольшие габариты и вес, поэтому более простой в монтаже.

Преимущества электрических устройств:

• удобство использования;
• мобильность;
• компактность.

• работают на электричестве;
• сушат воздух.

Высокие расходы на электроэнергию делают постоянное использование приборов такого типа невыгодным. Они менее мощные, чем паровые и водяные приборы, поэтому для отопления помещений площадью более 100 м2 не подходят, но оптимальны для обогрева квартир. Электрические приборы используют в три раза больше энергии по сравнению с водяными калориферами, но производительность у них ниже. Зачастую они применяются в качестве временных обогревателей.

Чтобы сэкономить электроэнергию, следует выполнить монтаж рекуператора.

Расчёт мощности

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 м 3 /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, м 3 /ч; Р – нормативная плотность воздуха, кг/м 3 ; 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.

Таблица подбора по площади сечения

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), 0 С; t0 – расчётная температура воды в обратном трубопроводе, 0 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, 0 С.

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:

q – тепловая характеристика объекта, Вт/(м 3 ּ о С); V – объём объекта по внешней стороне ограждающих конструкций, м 3 ; (t_п-t_н) – разность температуры основных помещений, о С.

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, 0 С; tср.в – средний показатель температуры приточки, 0 С; число 1,2 – коэффициент запас. Вводится в связи с остыванием воздуховодов.

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:

r – тепловая энергия, получаемая в процессе конденсации пара.

Выбор вентиляционного электронагревателя

Многие производители в своих каталогах калориферов часто указывают не только установленную мощность, но и расход воздуха, что существенно упрощает выбор необходимого агрегата. Главное, следить за тем, чтобы параметры не отличались от указанных в паспорте. В противном случае агрегат может выйти из строя. В конструкцию качественного калорифера обязательно входят специализированные электрические нагревательные элементы, итоговая площадь которых увеличена за счёт специфической напрессовки оребрения.

Многие пользователи предпочитают использовать для расчёта калорифера онлайн-калькулятор, где предусмотрены все нюансы. Но даже в такой ситуации нужно быть внимательными, так как мощность комплектующих узлов может быть слишком большой. Когда агрегат имеет показатели работоспособности 4 кВт, то питаться он может от обычной розетки. Если же мощность калорифера больше, то ему потребуется отдельный кабель, который будет вести прямо к щитку электроэнергии. Если потребитель решит приобрести агрегат с показателем 8 кВт, то для его работы понадобится питание 380 В.

Современные калориферы отличаются небольшим весом и довольно компактными габаритами, к тому же они полностью автономны. Для стабильной работы таких агрегатов вовсе не обязательно иметь централизованное горячее водоснабжение либо пар. Единственный минус — из-за небольшой мощности их просто нецелесообразно использовать на больших площадях. К вторичному недостатку можно отнести то, что они потребляют много электроэнергии.

Источник



Что такое калорифер и для чего он нужен

Он представляет собой своеобразный теплообменник, в котором источником тепла являются воздушные потоки, соприкасающиеся с нагревательными элементами. Посредством прибора выполняется прогрев приточного воздуха в вентиляционных системах и сушильном оборудовании.

Схема демонстрирует место калорифера в канальной вентиляционной уставновке

Монтируемый прибор может быть представлен отдельным модулем или входить в состав моноблочной вентиляционной установки. Сфера применения представлена:

• первоначальным нагревом воздуха в приточных системах вентиляции с подачей воздушного потока с улицы;
• вторичным нагревом воздушных масс при рекуперации в системах приточно-вытяжного типа, регенерирующих тепло;
• вторичным нагревом воздушных масс внутри отдельных помещений для обеспечения индивидуального температурного режима;
• прогревом воздуха для его подачи в кондиционер зимой;
• резервным или дополнительным отоплением.

Энергетическая эффективность канального воздухонагревателя любой конструкции определяется коэффициентом тепловой отдачи в условиях определённых энергетических затрат, поэтому при значительных показателях тепловой отдачи прибор принято считать высокоэффективным.

Обвязка в приточной вентиляционной системе регулирующего арматурного каркаса выполняется посредством двухходовых вентилей в городской сети, а также трёхходовыми вентилями при использовании котельной или бойлера. При помощи установленного обвязочного узла легко контролируется производительность используемого оборудования, и минимизируется риск промерзания зимой.

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

Производительность по воздуху

Расчет системы вентиляции начинается с определения производительности по воздуху (воздухообмена), измеряемой в кубометрах в час. Для расчетов нам потребуется план объекта, где указаны наименования (назначения) и площади всех помещений.

Подавать свежий воздух требуется только в те помещения, где люди могут находиться длительное время: спальни, гостиные, кабинеты и т. п. В коридоры воздух не подается, а из кухни и санузлов удаляется через вытяжные каналы. Таким образом, схема движения воздушных потоков будет выглядеть следующим образом: свежий воздух подается в жилые помещения, оттуда он (уже частично загрязненный) попадает в коридор, из коридора — в санузлы и на кухню, откуда удаляется через вытяжную вентиляцию, унося с собой неприятные запахи и загрязнители. Такая схема движения воздуха обеспечивает воздушный подпор «грязных» помещений, исключая возможность распространения неприятных запахов по квартире или коттеджу.

Для каждого жилого помещения определяется количество подаваемого воздуха. Расчет обычно ведется в соответствии со  и МГСН 3.01.01. Поскольку СНиП задает более жесткие требования, то в расчетах мы будем ориентироваться на этот документ. В нем говорится, что для жилых помещений без естественного проветривания (то есть там, где окна не открывают) расход воздуха должен составлять не менее 60 м³/ч на человека. Для спален иногда используют меньшее значение — 30 м³/ч на человека, поскольку в состоянии сна человек потребляет меньше кислорода (это допустимо по МГСН, а также по СНиП для помещений с естественным проветриванием). При расчете учитываются только люди, находящиеся в помещении длительное время. Например, если у вас в гостиной пару раз в году собирается большая компания, то увеличивать производительность вентиляции из-за них не нужно. Если же вы хотите, чтобы гости чувствовали себя комфортно, можно установить VAV-систему, которая позволяет регулировать расход воздуха раздельно в каждом помещении. С такой системой вы сможете увеличить воздухообмен в гостиной за счет его снижения в спальне и других помещениях.

После расчета воздухообмена по людям нам нужно рассчитать воздухообмен по кратности (этот параметр показывает, сколько раз в течение одного часа в помещении происходит полная смена воздуха). Чтобы воздух в помещении не застаивался, нужно обеспечить хотя бы однократный воздухообмен.

Таким образом, для определения требуемого расхода воздуха нам нужно рассчитать два значения воздухообмена: по количеству людей и по кратности и, после чего выбрать большее из этих двух значений:

1. Расчет воздухообмена по количеству людей:

   L = N * Lnorm, где

   L  требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;

   N  количество людей;

   Lnorm  норма расхода воздуха на одного человека:

   •      в состоянии покоя (сна)  30 м³/ч;
   •      типовое значение (по СНиП)  60 м³/ч;

2. Расчет воздухообмена по кратности:

   L = n * S * H, где

   L  требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;

   n  нормируемая кратность воздухообмена:
   для жилых помещений – от 1 до 2, для офисов – от 2 до 3;

   S  площадь помещения, м²;

   H  высота помещения, м;

Рассчитав необходимый воздухообмен для каждого обслуживаемого помещения, и сложив полученные значения, мы узнаем общую производительность системы вентиляции. Для справки типовые значения производительности вентиляционных систем:

• Для отдельных комнат и квартир  от 100 до 500 м³/ч;
• Для коттеджей  от 500 до 2000 м³/ч;
• Для офисов  от 1000 до 10000 м³/ч.

Онлайн калькулятор расчета мощности калорифера

Эффективная работа вентиляции зависит от правильного расчёт и подбора оборудования, так как эти два пункта взаимосвязаны между собой. Для упрощения этой процедуры мы подготовили для Вас онлайн калькулятор расчета мощности калорифера.

Подбор мощности калорифера невозможен без определения типа вентилятора, а расчёт температуры внутреннего воздуха бесполезен без подбора калорифера, рекуператора и кондиционера. Определение параметров воздуховода невозможно без вычисления аэродинамических характеристик. Расчёт мощности калорифера вентиляции ведётся по нормативным параметрам температуры воздуха, и ошибки на этапе проектирования приводят к увеличению затрат, а также невозможности поддержать микроклимат на требуемом уровне.

Калорифер (более профессиональное название «канальный нагреватель») – универсальный прибор, используемый во внутренних системах вентилирования для передачи тепловой энергии от нагревательных элементов к воздуху, проходящему через систему полых трубок.

Канальные нагреватели различаются способом передачи энергии и разделяются на:

1. Водяные — энергия передаётся через трубы с горячей водой, паром.
2. Электрические — тэны, получающие энергию от центральной сети электроснабжения.

Существуют также калориферы, работающие по принципу рекуперации: это утилизации тепла из помещения за счёт его передачи приточному воздуху. Рекуперации осуществляется без контакта двух воздушных сред.

Электрический калорифер

Основа – нагревательный элемент из проволоки или спиралей, через него проходит электрический ток. Между спиралями пропускается холодный уличный воздух, он нагревается и подаётся в помещение.

Электрокалорифер подходит для обслуживания вентсистем небольшой мощности, так как особого расчёта для его эксплуатации не требуется, поскольку все необходимые параметры указываются производителем.

Главный недостаток этого агрегата — инерция между нагревательными нитями, она приводит к постоянному перегреву, и, как следствие, выходу прибора из строя. Проблема решается установкой дополнительных компенсаторов.

Водяной калорифер

Основа водяного калорифера – нагревательный элемент из полых металлических трубок, через них пропускается горячая вода или пар. Наружный воздух поступает с противоположной стороны. Проще говоря, воздух движется сверху вниз, а вода — снизу вверх. Таким образом, пузырьки кислорода удаляются через специальные клапаны.

Водяной канальный нагреватель используется в большей части крупных и средних вентиляционных систем. Этому способствует высокая производительность, надёжность и ремонтопригодность оборудования.

Кроме нагревательного элемента в состав системы входит: (обеспечивает подвод теплоносителя к обменщику),  насос, прямые и обратные клапаны, запорная арматура и блок для автоматического управления. Для климатических зон, где минимальная температура зимой опускается ниже нуля, предусматривается система предотвращения замерзания рабочих трубок.

Расчёт мощности

Объёма воздуха, проходящего через аппарат за единицу времени. Измеряется соответственно кг/ч или м3/ч.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:

• Температуры приточки. Берётся минимальное значение для зимнего периода.
• Требуемой по нормам или индивидуальным пожеланиям заказчика температуре воздуха на выходе.
• Среднего расхода воздуха м³/ч..

Остались вопросы? Звоните по телефону: +7 (953) 098-28-01

Вас так же может заинтересовать монтаж вентиляции.

Конструкция калориферов разных видов

Калорифер – это теплообменник, передающий энергию теплоносителя воздушному обогревающему потоку и работающий по принципу фена. Его конструкция включает съемные боковые щитки и теплоотдающие элементы. Они могут быть соединены в одну или несколько линий. Встроенный вентилятор обеспечивает воздушную тягу, и воздушная масса поступает в помещение через зазоры, которые есть между элементами. Когда воздух с улицы проходит сквозь них, ему передается тепло. Калорифер устанавливают в вентиляционный канал, поэтому прибор должен соответствовать шахте по размеру и форме.

Водяные и паровые калориферы

Виды теплообменников в калориферах

Водяные и паровые калориферы могут быть двух видов: ребристыми и гладкотрубными. Первые в свою очередь делятся еще на два типа: пластинчатые и спирально-навивные. Конструкция бывает одноходовой или многоходовой. В многоходовых устройствах имеются перегородки, благодаря которым направление потока меняется. Трубки располагаются в 1-4 ряда.

Калорифер, работающий на воде, состоит из металлической, чаще прямоугольной рамы, внутри которой размещены ряды трубок и вентилятор. Подключение выполняется к котлу или ЦСО с помощью выходных патрубков. Вентилятор располагается с внутренней стороны, он нагнетает воздух в теплообменник. Для управления мощностью и выходной температурой воздуха используются 2-х или 3-ходовые вентили. Приборы устанавливают на потолок или на стену.

Существует три разновидности водяных и паровых калориферов.

Гладкотрубные. Конструкция состоит из полых трубок (диаметр от 2 до 3,2 см), расположенных с небольшими промежутками (порядка 0,5 см). Они могут быть изготовлены из стали, меди, алюминия. Концы трубок сообщаются с коллектором. Во входные отверстия поступает нагретый теплоноситель, на выход – конденсат или остывшая вода. Гладкотрубные модели отличаются меньшей производительностью по сравнению с остальными.

• минимальная температура входного потока – –20°C;
• требования к чистоте воздуха – не более 0,5 мг/м3 по показателю запыленности.

Ребристые. За счет ребристых элементов увеличивается площадь теплоотдачи, поэтому при прочих равных условиях ребристые калориферы более производительные, чем гладкотрубные. Пластинчатые модели отличаются тем, что на трубки насаживаются пластины, еще больше увеличивающие площадь поверхности теплоотдачи. В навивных наматывается стальная гофрированная лента.

Биметаллические с оребрением. Наибольшей эффективности удается достичь за счет использования двух металлов: меди и алюминия. Из меди изготавливают коллекторы и патрубки, а оребрение – из алюминия. Причем выполняется оребрение особого вида – спирально-накатное.

Расход воздуха или производительность по воздуху

Проектирование системы начинается с расчета требуемой производительности по воздуху, измеряемой в кубометрах в час. Для этого необходим поэтажный план помещений с экспликацией, в которой указаны наименования (назначения) каждого помещения и его площадь.

Расчет вентиляции начинается с определения требуемой кратности воздухообмена, которая показывает сколько раз в течение одного часа происходит полная смена воздуха в помещении. Например, для помещения площадью 50 квадратных метров с высотой потолков 3 метра (объем 150 кубометров) двукратный воздухообмен соответствует 300 кубометров в час.

Требуемая кратность воздухообмена зависит от назначения помещения, количества находящихся в нем людей, мощности тепловыделяющего оборудования и определяется СНиП (Строительными Нормами и Правилами).

Так, для большинства жилых помещений достаточно однократного воздухообмена, для офисных помещений требуется 2-3 кратный воздухообмен.

Для определения требуемой производительности необходимо рассчитать два значения воздухообмена: по кратности и по количеству людей, после чего выбрать большее из этих двух значений.

1. Расчет воздухообмена по кратности:L = n * S * H, где

L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

n — нормируемая кратность воздухообмена: для жилых помещений n = 1, для офисов n = 2,5;

S — площадь помещения, м2;

H — высота помещения, м;

1. Расчет воздухообмена по количеству людей:L = N * Lнорм, где

L — требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

N — количество людей;

Lнорм — норма расхода воздуха на одного человека:

1. • в состоянии покоя — 20 м3/ч;
2. работа в офисе — 40 м3/ч;
3. при физической нагрузке — 60 м3/ч.

Рассчитав необходимый воздухообмен, выбираем вентилятор или приточную установку соответствующей производительности. При этом необходимо учитывать, что из-за сопротивления воздухопроводной сети происходит падение производительности вентилятора. Зависимость производительности от полного давления можно найти по вентиляционным характеристикам, которые приводятся в технических характеристиках оборудования.

Для справки: участок воздуховода длиной 15 метров с одной вентиляционной решеткой создает падение давления около 100 Па.

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.

Выводы и полезные видео по теме

Какую плотность воздуха брать при расчете рассказывается в этом видео:

Видео о том, как работает ТЭН в системе отопления:

Выбирая воздухонагреватель определенного типа, следует исходить из соображений удобства и эксплуатационных характеристик дома.

Для небольших площадей удачной покупкой станет электронагреватель, а для обогрева большого дома лучше выбрать другой вариант. В любом случае без предварительного расчета не обойтись.

Вы знаток выбора и расчета утеплителя? Может быть, вы хотите поделиться полезными советами по выбору воздухонагревателя или сообщить об ошибке или неточности в расчетах в рассмотренном выше материале? Оставьте свой комментарий под этой статьей: ваше мнение может быть полезно людям, которые выбирают подходящий воздухонагреватель для своего дома.

Источник – https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/raschet-kalorifera.html