Изчисление на калорифера: как да изчислим мощността на уреда за нагряване на въздух за отопление

Калориферите имат висока производителност, затова с тяхна помощ може да се отоплят дори много големи помещения за сравнително кратко време. В продажба постъпват много модели на тези уреди, работещи на основата на различни топлоносители.

За да изберете оптимален вариант, е необходим изчисляване на калорифера, което може да се извърши както ръчно, така и с помощта на онлайн калкулатор. По въпроса за изчисленията ще ви помогнем да се ориентирате – в тази статия ще дадем пример за изчисления, които ще са необходими при избора на подходящ уред за нагряване на въздуха.

А също така ще разгледаме особеностите на конструкцията на различни видове калорифери, предимствата и недостатъците на отоплителната система с използване на такива уреди.

Плюсове и минуси на отоплението с калорифер

Система за отопление на дома, основана на подаването на въздух, загрят до определена температура, директно в дома, представлява особен интерес за собствениците на жилища.

Такава конструкция на отоплителната система се състои от следните важни възли:

• калорифер, изпълняващ ролята на топлогенератор, нагряващ въздуха;
• канали (въздуховоди), по които постъпват нагрети въздушни маси в дома;
• вентилатор, насочващ добре загрят въздух по целия обем на помещението.

Предимствата на система от този тип са много. Към тях се отнасят високият КПД, липсата на спомагателни елементи за топлообмен под формата на радиатори, тръби, възможността да се комбинира с климатична система, и малката инерционност, в резултат на което нагряването на големи обеми става много бързо.

За много собственици на жилища недостатък е, че монтажът на системата е възможен само едновременно със строежа на самата къща и след това по-нататъшната ѝ модернизация е невъзможна.

Минус е и такъв нюанс като задължителното наличие на резервно захранване и нуждата от редовна техническа поддръжка.

Калориферът е лесен за монтаж и експлоатация, достъпен на цена, но най-важното, той е ефективен уред за отопление на помещението. На снимката е воден калорифер, вграден в системата.

На нашия сайт има по-подробни материали за устройството на въздушното отопление в къща и вила. Препоръчваме ви да се запознаете с тях:

• Въздушно отопление със собствени ръце: всичко за въздушните системи за отопление
• Как да организирате въздушно отопление на селска къща: правила и схеми за изграждане
• Изчисляване на въздушното отопление: основни принципи + пример за изчисление

Класификация на калориферите

Калориферите се включват в конструкцията на отоплителната система за загряване на въздуха. Съществуват следните групи тези уреди според вида на използвания топлоносител: водни, електрически, парни, огневи.

Електрическите уреди има смисъл да се използват за помещения с площ не повече от 100 м². За сгради с големи площи по-рационален избор ще бъдат водните калорифери, които функционират само при наличие на източник на топлина.

Най-популярни са парните и водните калорифери. Както първите, така и вторите по форма на повърхността се делят на 2 подвида: оребрени и гладкотръбни. Оребрените калорифери по геометрия на ребрата биват пластинчати и спирално-навивни.

Производителността на калориферите, работещи с топлоносител като пара, се регулира с помощта на специални клапани, монтирани на входната тръба.

По конструкционно изпълнение тези уреди могат да бъдат еднопроходни, когато топлоносителят в тях се движи по тръбите, поддържайки постоянно направление, и многопроходни, в капаците на които има прегради, в резултат на което направлението на движение на топлоносителя постоянно се променя.

В продажба постъпват 4 модела водни и парни калорифери, отличаващи се по площ на нагревателната повърхност:

• СМ — най-малката с един ред тръби;
• М — малка с два реда тръби;
• С — средна с тръби в 3 реда;
• Б — голяма, имаща 4 реда тръби.

Водните калорифери в процеса на експлоатация издържат на големи температурни колебания — 70-110⁰. За добрата работа на калорифера от този тип водата, циркулираща в системата, трябва да бъде загрята максимум до 180⁰. През топлия сезон калориферът може да изпълнява ролята на вентилатор.

Конструкция на калорифери от различни видове

Отоплителният воден калорифер се състои от корпус, изработен от метал, поставен в него топлообменник под формата на ред тръби и вентилатор. В края на агрегата има входни тръбни накрайници, чрез които го свързват към котел или централизирана отоплителна система.

Като правило, вентилаторът се намира в задната част на уреда. Неговата задача е да изтласква въздуха през топлообменника.

След нагряване, през решетката, намираща се на фасадната част на калорифера, въздухът отново постъпва в стаята.

Най-често корпусът се изработва във форма на правоъгълник, но има модели, предназначени за вентилационни канали с кръгло сечение. На захранващия тръбопровод се монтират дву- или трипътни вентили за регулиране на мощността на агрегата.

Вентилаторът обдухва тръбите, разположени в корпуса на калорифера. По тръбите се движи загрята вода от отоплителната система, а вентилаторът разпределя равномерно топлия въздух из стаята.

Калориферите се различават и по начина на монтаж — биват таванни и стенни. Моделите от първия тип се поставят зад фалшив таван, извън него се вижда само решетката. Стенните уреди са по-популярни.

Вид #1 – гладкотръбни калорифери

Гладкотръбната конструкция се състои от нагревателни елементи под формата на кухи тънки тръби с диаметър от 20 до 32 mm, разположени на разстояние 0,5 cm една от друга. През тях циркулира топлоносителят. Въздухът, като облива нагретите повърхности на тръбите, се нагрява благодарение на конвективен топлообмен.

Тръбите във въздушния нагревател се разполагат в шахматен или коридорен ред. Краищата им са заварени в колектори — горен и долен. Топлоносителят постъпва в разпределителната кутия през входния патрубок, след това, преминавайки през тръбите и нагрявайки ги, излиза през изходния патрубок под формата на кондензат или охладена вода.

По-стабилно предаване на топлина осигуряват уредите с шахматно разположение на тръбите, но съпротивлението на въздушните потоци тук е по-високо. Необходимо е задължително да се извърши изчисление на мощността на агрегата, за да се знаят реалните възможности на устройството.

Към въздуха се поставят определени изисквания — не трябва да има влакна, суспендирани частици, лепкави субстанции. Допустимата запрашеност е по-малко от 0,5 mg/m³. Температурата на входа е минимум 20°.

Еднопътен и трипътен калорифер. 1 – входен патрубок, през който постъпва топлоносителят, 2 – разпределителна кутия, 3 – тръба, 4 – изходен патрубок, 5 – преграда

Топлотехническите характеристики на гладкотръбните калорифери не са много високи. Тяхното приложение е целесъобразно, когато не се изисква значителен въздушен поток и нагряването му до висока температура.

Вид #2 – ребристи въздухонагреватели

Тръбите на оребрените уреди имат оребрена повърхност, следователно топлоотдаването от тях е по-голямо. При по-малък брой тръби топлотехническите характеристики при тях са по-високи от тези на гладкотръбните въздухонагреватели.

В състава на пластинчатите калорифери влизат тръбички с насадени върху тях пластини — правоъгълни или кръгли.

Първият вид пластини се насаждат върху група тръби. Топлоносителят преминава в разпределителната кутия на уреда през шуцер, затопля въздуха, който преминава със значителна скорост през канали с малък диаметър, а след това от събирателната кутия излиза през шуцер.

Калориферите от този вид са компактни, удобни за обслужване и монтаж.

Едноходовите пластинчати уреди се обозначават с: КФБ, КФС, КВБ, СТД3009В, КЗПП, К4ПП, а многоходовите — с КВБ, К4ВП, КЗВП, КВС, КМС, СТДЗОЮГ, КМБ. Средният модел се обозначава с КФС, а големият — с КФБ.

На тръбичките на тези калорифери се навива стоманена гофрирана лента с ширина 1 см и дебелина 0,4 мм. Топлоносител за тях може да бъде както пара, така и вода.

Водните калорифери не могат да се свързват с металопластикови или полимерни тръби, тъй като не са проектирани за висока температура на топлоносителя. Необходими са стоманени тръби, за предпочитане поцинковани, за да се избегне корозия.

Първата е оборудвана с три реда тръбички, а втората с четири. Пластинките на средния модел имат дебелина 0,5 мм и размери 11,7 x 13,6 см. Пластините на големия модел със същата дебелина и ширина се отличават с по-голяма дължина — 17,5 см.

Пластините се намират на разстояние една от друга 0,5 см и имат зигзагообразно разположение, докато при моделите от средния вид пластините са разположени по коридорен принцип.

Въздухонагревателите с маркировка СТД имат 5 номера (5, 7, 8, 9, 14). В калориферите СТД4009В топлоносителят е пара, а в СТД3010Г – вода. Монтажът на първите се извършва с вертикална ориентация на тръбичките, а на вторите — с хоризонтална.

Вид #3 – биметални калорифери с оребряване

В отоплителните системи с подгряване на въздуха често се използват модели на биметални калорифери КП3-СК, КП4-СК, КСк – 3 и 4 с особен вид оребрение — спирално-накатно. Топлоносител за калориферите КП3-СК, КП4-СК е гореща вода с максимално налягане 1,2 MPa и максимална температура 180°.

За работата на другите два въздухонагревателя е необходима пара със същото работно налягане като за първите, но с малко по-висока температура — 190°. Производителите задължително провеждат приемателно-предавателни изпитвания. Тестват уредите и за херметичност.

Топлообменникът на калорифера КСК се състои от тръби, изработени от стомана и с алуминиеви ребра. Свързват ги тръбни решетки.

Съществуват 2 линии биметални калорифери — КСК3, КПЗ, които имат 3 реда тръби, спадат към средните, а КСК4, КП4 с 4 реда тръби — към големите модели. Съставните части на тези уреди са биметални топлообменни елементи, странични щитки, решетки от тръби, капаци с прегради.

Топлообменният елемент представлява 2 тръби — вътрешна с диаметър 1,6 см, изработена от стомана и насадена върху нея алуминиева външна с оребряване. Напречният интервал между топлопредаващите тръби е 4,15 см, а надлъжният — 3,6 см.

Правила за изчисления и избор на подходящ агрегат

При проектирането на система за отопление с един или група калорифери, както и при извършване на изчисления, трябва да се спазват редица правила. Нека ги разгледаме по-подробно в селекцията от снимки по-долу.

Изчисляване на воден калорифер

За изчисляване на мощността на воден или парен калорифер са необходими следните изходни параметри:

1. Производителност на системата или с други думи — количество въздух, преминаващо за час. Мерна единица за обемен дебит — м³/ч, за масов — кг/ч. Условно означение — L.
2. Изходна или външна температура — тул.
3. Крайна температура на въздуха — ткон.
4. Плътност и топлинен капацитет на въздуха при определена температура — данните се вземат от таблици.

Първо се изчислява площта на сечението по фронта на въздухонагревателното устройство. След като се узнае тази стойност, се получават предварителните размери на агрегата с резерв.

За изчислението се използва формулата:

Аф = Lρ / 3600 (ϑρ),

Където L — обемен дебит на въздуха или производителност в м³/ч, ρ — плътност на въздуха отвън, измервана в кг/м³, ϑρ — масова скорост на въздуха в изчисляваното сечение, измерва се в кг/(см²).

След получаване на този параметър, за по-нататъшни изчисления се взема типичният размер на калорифера, който е най-близък по размери. При голяма крайна стойност на площта се инсталират паралелно няколко еднакви агрегата, чиято площ в сума е равна на получената стойност.

С калорифери се наричат не само устройства за топлообмен, но и въздухоохладители, работещи на основата на студена вода, които се ползват с много по-малка популярност.

За определяне на необходимата мощност за нагряване на някакъв конкретен обем въздух трябва да се знае общият разход на подгрявания въздух в кг за 1 час по формулата:

G = L х р,

Където р е плътността на въздуха при условия на средна температура. Тя се определя, като се сумират температурите на входа и изхода на агрегата, след което се разделят на 2. Показателите за плътност се вземат от таблица.

От тази таблица могат да се вземат данни за плътността и специфичния топлинен капацитет на въздуха при определена температура за изчисляване на мощността на уреда.

Сега може да се изчисли разходът на топлина за загряване на въздуха, за което се прилага следната формула:

Q (Вт) = G х c х (t кон. – t нач.),

Където G е масовият разход на въздух в кг/час. Отчита се при изчислението и специфичният топлинен капацитет на въздуха, измерван в Дж/(кг х K). Тя зависи от температурата на входящия въздух, а нейните стойности са в таблицата по-горе. Температурата на входа на уреда и на изхода от него се обозначава съответно с t нач. и t кон.

Да предположим, че трябва да се избере калорифер с производителност 10 000 м³/час, така че да загрява въздуха до 20 °C при температура навън -30 °C. Топлоносителят е вода, която има температура на входа на агрегата 95 °C и 50 °C на изхода.

Масовият разход на въздушна маса: G = 10 000 м³/ч. х 1,318 кг/м³ = 13 180 кг/ч.

Стойност на плътността: ρ = (-30 + 20) = -10, при разделяне на този резултат наполовина се получи -5. От таблицата беше избрана плътност, съответстваща на средната температура.

След заместване на получения резултат във формулата се получава разход на топлина: Q = 13 180 /3600 х 1013 х 20 – (-30) = 185 435 Вт. Тук 1013 е специфичният топлинен капацитет, избран от таблицата при температура -30 °C в Дж/(кг х K). Към изчислената стойност на мощността на калорифера се добавя резерв от 10 до 15%.

Причината е, че табличните параметри често се различават от реалните в посока на намаление, а топлинната производителност на агрегата, поради запушване на тръбичките, намалява с времето. Превишаването на резерва е нежелателно.

При значително увеличение на нагревателната повърхност може да настъпи преохлаждане и дори размразяване при големи студове.

При парния калорифер топлоносителят се подава отгоре, а водата, получена в резултат на кондензация на отработената пара, се отвежда отдолу. На снимката е показана схема на свързване на парния калорифер.

Мощността на парните калорифери се изчислява по същия начин, както и на водните. Различава се само формулата за изчисляване на топлоносителя:

G = Q / r,

Където r е специфичната топлина, която се отделя по време на кондензация на парата, измервана в kJ/kg.

Изчисляване на електрически калорифер

Производителите в каталозите на електрическите калорифери често посочват инсталираната мощност и въздушния поток, което значително опростява избора. Важно е параметрите да не са по-малки от посочените в паспорта, в противен случай той бързо ще излезе от строя.

В конструкцията на калорифера влизат няколко специални електрически нагревателни елемента, чиято площ е увеличена чрез напресовка на оребрение върху тях.

Мощността на уредите може да бъде много голяма, понякога стотици киловати. До 3,5 kW калориферът може да се захранва от контакт 220 V, а при напрежение над това е необходимо свързване с отделен кабел директно към таблото. Ако има нужда от използване на калорифер с мощност над 7 kW, ще е необходимо захранване 380 V.

Тези уреди имат малки размери и тегло, те са напълно автономни, за тях не е задължително наличието на централизирано горещо водоснабдяване или пара.

Съществен минус е ниската мощност, недостатъчна за прилагането им на големи площи. Втори недостатък е голямото потребление на електроенергия.

От изчислението на калорифера следва, че резултатът от използването на уреда е осезаема икономия на енергийни ресурси. Понякога този агрегат се комбинира с рекуператор и тогава всмукването на въздух става не отвън, а от помещението.

За да разберете какъв ток консумира калориферът, можете да използвате формулата:

I = P /U,

Където P е мощността, а U е напрежението на захранването.

При еднофазно свързване на калорифера U се приема равно на 220 V. При трифазно — 660 V.

Температурата, до която калорифер с определена мощност нагрява въздушната маса, се определя по формулата:

T =2.98 x P/ L,

Където L – производителността на системата. Оптималните стойности на мощността на калорифера за дома са от 1 до 5 kW, а за офиси — от 5 до 50 kW.

Изводи и полезно видео по темата

Каква плътност на въздуха да вземете при изчислението, е разказано в това видео:

Видео за това как работи калориферът в отоплителната система:

При избора на определен вид калорифер трябва да се изхожда от съображения за целесъобразност и експлоатационните характеристики на дома.

За малки площи сполучливо придобиване ще бъде електрическият калорифер, а за отопление на голяма къща е по-добре да се избере друг вариант. Във всеки случай не може да се мине без предварително изчисление.

Ориентирате ли се добре във въпроса за избора и изчисляването на калорифер? Може би искате да споделите полезни препоръки за избор на въздухонагревател или да посочите грешка или неточност в изчисленията в разгледания по-горе материал? Оставете своя коментар под тази статия – вашето мнение може да бъде полезно за хората, които избират подходящ калорифер за своя дом.