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

Определение

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.

Более подробная информация об устройстве и нормативных данных СНиП и ГОСТ представлена в статье «Описание калориферов и узлов обвязки приточной вентиляции».

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 узел обвязки: (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.

Калориферы – принцип работы и виды

Калорифер — это устройство, создающее воздушный тепловой поток для обогрева помещений.

Его назначение просматривается в образующих слово латинских корнях: “calor” и “fero” — «тепло-несу». В основе принципа действия этого устройства — закон термодинамики: тепловая энергия всегда передаётся из области высоких температур в область более низких.

Поэтому для функционирования калорифера необходимы:

  • нагревающий элемент
  • приток воздуха по воздуховодам
  • достаточная площадь соприкосновения двух сред
  • распределители нагретого воздуха

В настоящее время калориферы разных видов используют для создания микроклимата или технологических условий:

  • в цехах по производству полимеров, радиоэлектроники
  • в складских и гаражных помещениях
  • в сушильных установках
  • в торговых залах
  • в офисах
  • в строительных вагончиках
  • в мастерских
  • как бытовые воздухонагреватели в жилых помещениях

Основными показателями здорового микроклимата являются: температура, влажность воздуха, скорость перемещения воздушных потоков. Калориферные устройства предназначены, в соответствии с санитарными требованиями, оптимизировать воздушную среду жилых и производственных помещений.

К сведению: Калорифер также может и охлаждать воздушные потоки на 20⁰С, если трубчато-пластинчатый радиатор наполнен фреоном. Теплообмен в этом случае осуществляется снаружи. Фреоновый калорифер обычно входит в состав сплит-системы.

Формулы для расчета воздухонагревателя

Расчет нагревателя воздуха (калорифера) для систем вентиляции можно двумя способами: с использованием температур или с использованием энтальпий.

Формула мощности нагревателя, если известны начальная и конечная температуры:

N = 0,338 · G [м3/ч] · (t2 – t1), где

  • 0,338 – коэффициент, который учитывает плотность воздуха, его теплоемкость и другие величины;
  • G – расход воздуха, выраженный в м3/ч;
  • t1, t2 – начальная и конечная температуры воздуха, °С.

Формула мощности нагревателя, если известны начальная и конечная энтальпии:

N = G [м3/ч] · (i2 – i1) / 3, где

  • 3 – коэффициент, который учитывает плотность воздуха и перевод часов в секунды и другие величины;
  • G – расход воздуха, выраженный в м3/ч;
  • i1, i2 – начальная и конечная энтальпии воздуха, кДж/кг.

Краткая характеристика

В профессиональной среде многофункциональный калорифер принято называть капитальным нагревателем. Этот универсальный агрегат активно эксплуатируется во внутренних системах вентилирования, благодаря чему вся тепловая энергия передаётся от нагревательных элементов к воздуху, который проходит через отдел полых трубок.

Абсолютно все канальные установки отличаются способом передачи тепла:

  • Электрические. Используются специальные тэны, которые получают энергию от центральной сети электроснабжения.
  • Водяные. Своевременная подача энергии происходит через трубы вместе с паром, горячей водой.

Водяной аппарат

Основной рабочий узел таких калориферов представлен в виде специальных нагревательных элементов, которые изготовлены из полых металлических трубок. Именно по ним подаётся горячий пар и вода. Захват наружного воздуха происходит с противоположной стороны. Иными словами, пар движется вниз, а вода — вверх.

Такая технология позволяет эффективно удалять пузырьки воздуха через специальные клапаны. Многофункциональный водяной канальный нагреватель применяется во многих средних и крупных вентиляционных системах. Большой спрос обусловлен высокой производительностью, ремонтоспособностью и надёжностью оборудования.

Помимо нагревательного элемента, в состав такого калорифера входит мощный узел обвязки, который обеспечивает своевременный подвод теплоносителя к главному обменщику. Этот отдел укомплектован прямыми и обратными клапанами, насосом, высококачественным блоком для автоматизированного управления, а также запорной арматурой. Для тех регионов страны, где минимальная температура воздуха в зимний период опускается ниже нуля, производители предусмотрели наличие специальной функции, которая предотвращает замерзание рабочих трубок.

Популярные статьи  Ленточный фундамент: как делать своими руками

Электрическая установка

В качестве основного рабочего узла представлен нагревательный элемент, который состоит из спиралей либо проволоки. Именно этот отдел калорифера обеспечивает своевременную подачу электрического тока. Между спиралями проходит холодный уличный воздух, который постепенно нагревается и подаётся в обогреваемое помещение. Такой электронагреватель идеально подходит для обслуживания маломощных вентиляционных систем. Преимущество в том, что для его эксплуатации не нужно проводить особых расчётов, так как все необходимые параметры заранее прописаны производителем.

Конструкция калориферов разных видов

Отопительный водяной калорифер состоит из корпуса, выполненного из металла, размещенного в нем теплообменника в виде ряда трубок и вентилятора. На торце агрегата имеются входные патрубки, через которые его подключают к котлу или централизованной системе отопления.

Как правило, вентилятор находится в тыльной части прибора. Его задача — прогонять воздух через теплообменник.

После нагрева, через решетку, находящуюся на фасадной части калорифера, воздух обратно поступает в комнату.

Чаще всего корпус изготавливают в форме прямоугольника, но есть модели, предназначенные для вентиляционных каналов круглого сечения. На подводящей магистрали устанавливают двух- или 3-ходовые вентили для регулировки мощности агрегата.

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

Различаются калориферы и по способу монтажа — они бывают потолочными и настенными. Модели первого типа размещают за фальшпотолком, за его пределы выглядывает только решетка. Настенные приборы более популярны.

Вид #1 – калориферы гладкотрубные

Гладкотрубную конструкцию составляют нагревательные элементы в виде полых тонких трубок диаметром от 20 до 32 мм, расположенные на расстоянии 0,5 см по отношению друг к другу. По ним циркулирует теплоноситель. Воздух, омывая нагретые поверхности трубок, нагревается благодаря конвективному обмену теплом.

Трубки в воздухонагревателе располагают в шахматном или коридорном порядке. Их концы вварены в коллекторы — верхний и нижний. Теплоноситель поступает в распределительную коробку через входной патрубок, затем, пройдя по трубкам и нагрев их, выходит через выходной патрубок в виде конденсата или охлажденной воды.

Более стабильную передачу тепла обеспечивают приборы с шахматным расположением трубок, но сопротивляемость воздушным потокам здесь выше. Нужно обязательно выполнять расчет мощности агрегата, чтобы знать реальные возможности устройства.

К воздуху предъявляют определенные требования — не должно быть волокон, взвешенных частиц, липких субстанций. Допустимая запыленность — меньше чем 0,5 мг/мᶾ. Температура на входе —минимум 20⁰.

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

Теплотехнические характеристики гладкотрубных калориферов не очень высокие. Их применение целесообразно, когда не требуется значительного расхода воздуха и его нагрева до высокой температуры.

Вид #2 – ребристые воздухонагреватели

Трубы ребристых приборов обладают оребренной поверхностью, следовательно, теплоотдача от них больше. При меньшем количестве труб теплотехнические характеристики у них выше, чем у гладкотрубных воздухонагревателей.

Как делать расчет калорифера вентиляции

В нашем климате в холодное время года крайне важно осуществлять нагрев воздуха, который приходит в дом снаружи через вентиляцию. Если в помещении при вентиляции нет тепло-избытков, то входящий воздух должен подогреваться до той же температуры, что царит внутри помещения. В этом случае система отопления компенсирует потерю теплоты через ограждение

Но в той ситуации, когда отопление комбинируется с приточным видом вентиляции, то приточный воздух должен быть теплее, нежели воздух внутри помещения. Но если в комнате есть теплоизбыток, то входящий воздух должен иметь меньшую температуру, чем воздух, находящийся внутри. Это обеспечит ассимилиляцию тех самых теплоизбытков

В этом случае система отопления компенсирует потерю теплоты через ограждение. Но в той ситуации, когда отопление комбинируется с приточным видом вентиляции, то приточный воздух должен быть теплее, нежели воздух внутри помещения. Но если в комнате есть теплоизбыток, то входящий воздух должен иметь меньшую температуру, чем воздух, находящийся внутри. Это обеспечит ассимилиляцию тех самых теплоизбытков.

Здесь важно, сказать, что температура входящего в помещение воздуха напрямую зависит от способа его подачи. И определяться она должна после расчета приточных струй в зависимости от условий нормируемых параметров воздушной среды. Именно по этой причине важно правильно рассчитать мощность калорифера, который и занимается регулировкой температуры приточного воздуха

Именно по этой причине важно правильно рассчитать мощность калорифера, который и занимается регулировкой температуры приточного воздуха. Какие виды калориферов вентиляции существуют?

Какие виды калориферов вентиляции существуют?

Первым делом важно определиться с видом такого калорифера. Выбирая калорифер нужно учитывать такие нюансы, как его мощность, климат местности, производительность устройства, габариты помещения, в котором он должен быть установлен. Так согласно с этими параметрами можно выбирать между такими видами калориферов:

Так согласно с этими параметрами можно выбирать между такими видами калориферов:

  • электрокалорифер приточной вентиляции;
  • водяной калорифер.

Если говорить об электрических таких приборах, то стоит подчеркнуть, что их конструкция построена на базе переработки электрики в тепло. Это обеспечивается нагревом спирали из проволоки или же металлической нити. Таким образом тепло идет к воздушному потоку. Такие калориферы простые при монтаже, а также они доступны. Но в то же время они потребляют большое количество электроэнергии. Именно по этой причине данный воздухонагреватель лучше всего использовать вместе с рекуператором. Благодаря этому на целую четверть можно уменьшить уровень расходов электричества.

При этом такие водяные устройства для осуществления вентиляции стоят порядком дороже, но она не употребляют столько энергии и, следовательно, обойдутся вам дешевле. Вдобавок его можно даже применять в больших помещениях, так как они обладают высоким уровнем производительности. Из недостатков водяного калорифера можно назвать то, что он может обмерзнуть при очень низких температурах.

Популярные статьи  Что лучше: паркетная доска или ламинат?

Как правильно осуществлять расчет?

Один из нюансов выбора типа калорифера является его расчет. А для того чтобы правильно определить мощность такого устройства вовсе не нужно проводить какие-либо сложные вычисления или манипуляции

Важно просто вычислить температуру воздуха на входе и выходе

В той ситуации, когда снаружи воздух упал к минимальной отметке не на долгий срок, можно не брать во внимание максимальное значение температуры и тогда в расчет можно брать более низкое значение мощности такого устройства

При расчете мощности калорифера вентиляции нужно тоже учесть и дополнительные данные воздухообмена. Этот показатель можно определить, взяв в расчет производительность вентиляции. Затем данные два параметра нужно умножить на теплоемкость воздуха и поделить это значение на тысячу. Сума мощности калорифера должна соответствовать сумме напряжению сети.

Варианты отопительных систем

Нельзя не сказать о том, какие обогреватели можно использовать для установки отопления в деревянном доме своими руками. Рассмотрим подробно наиболее эффективные и привычные для всех варианты.

  1. Использование водяного отопления, в котором нагревание происходит электрическим котлом. Вариант наиболее популярный, но по эффективности не самый лучший. Недостаток в том, что все равно придется монтировать магистраль труб, тем более как Вы видели на схеме, батареи прогревают помещение не очень эффективно (теплый воздух поднимается вверх).
  2. Использование бойлера для отопления. Вы удивитесь, но такая система также пользуется популярностью и зарекомендовала себя очень даже хорошо, если судить по отзывам ее обладателей. Главное требование – отопительная система должна быть простой, а площадь помещения небольшой. Кстати, в этом случае используется бойлер накопительного типа, а не проточного.
  3. Подключение инфракрасных обогревателей настенного и потолочного типа. Этот вариант электроотопления деревянного дома более эффективный, подтверждением этому была картинка, на которой хорошо видно, что теплый воздух направляется сверху вниз, тем самым прогревая полностью всю комнату. К тому же в данном случае монтажные работы сводятся к минимуму, ведь всякого рода трубы и радиаторы будут отсутствовать.
  4. Установка «теплого пола». Данная система является новшеством в мире электрического отопления. Теплый пол довольно эффективный, экономный, а главное – безопасный в эксплуатации. Единственный недостаток – трудоемкость работ по установке, но все же цель оправдывает средства. О том, как сделать теплый пол в деревянном доме, мы рассказывали в отдельной статье, где также были предоставлены различные схемы монтажа.
  5. Использование масляных радиаторов. Может применяться как резервный вариант либо вспомогательный. Применение масляных радиаторов в качестве основного отопления слишком сильно ударит по Вашему кошельку, т.к. для всего деревянного дома потребуется не мене 1 шт./комнату,а цена за электроэнергию на сегодняшний день довольно высокая.

Помимо перечисленных выше вариантов оборудования для электрического отопления в деревянном доме можно также использовать электроконвекторы. Как правильно выбрать электрический конвектор, мы Вам уже рассказывали. Наш совет – отдавайте предпочтение комбинированному варианту. Дачный домик из дерева лучше всего отапливать котлом либо ИК-обогревателями в сочетании с системой «Теплый пол», как показано на фото ниже!

Принцип работы водяного калорифера

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

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.
Популярные статьи  Текстура и фото паркета

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

Эффективность использования калориферов вместо радиаторов отопления

Циркулирующий по радиаторам водяного отопления теплоноситель, передает тепловую энергию окружающему воздуху путем теплового излучения, а также посредством движения конвекционных потоков нагретого воздуха вверх, поступления остывшего воздуха снизу.

Калорифер, кроме этих двух пассивных способов передачи тепловой энергии, прогоняет воздух через систему нагретых элементов с гораздо большей площадью и интенсивно передает им тепло. Оценить эффективность калориферов и вентиляторов позволить простой расчет стоимости установленного оборудования для одних и тех же задач.

Пример отопления калориферами помещения сервиса технического обслуживания автомобилей.

Например, необходимо сравнить стоимость радиаторов и калориферов для отопления выставочного зала автосалона с учетом выполнения норм СНИП.

Теплотрасса одна и та же, теплоноситель одной температуры, обвязку и монтаж при упрощенном расчете затрат на основное оборудование можно не учитывать. Для несложного расчета берем известную норму 1 кВт на 10 м2 отапливаемой площади. Зал площадью 50х20 = 1000 м2 минимально требует 1000/10 = 100 кВт.  С учетом запаса в 15% расчетная минимально необходимая теплопроизводительность отопительного оборудования – 115 кВт.

При использовании радиаторов. Берем одни из наиболее распространенных биметаллических радиаторов Rifar Base 500 x10 (10 секций), одна такая панель выдает 2,04 кВт. Минимально необходимое количество радиаторов составит 115/2,04 = 57 шт. Сразу стоит учитывать, что разместить в таком помещении 57 радиаторов неразумно и практически невозможно. При цене прибора на 10 секций в 7 000 рублей, затраты на покупку радиаторов составят 57*7000 = 399 000 рублей.

При отопления калориферами. Для отопления прямоугольной площади с целью равномерного распределения тепла делаем подбор из 5 водяных калориферов Ballu BHP-W3-20-S производительностью 3200 м3/час каждый с близкой суммарной мощностью: 25*5 = 125 кВт. Затраты на оборудование составят 22900*5 = 114 500 рублей.

Основная область применения калориферов – организация отопления помещений с большими пространствами для движения воздуха:

  • производственные цеха, ангары, склады;
  • спортивные залы, выставочные павильоны, ТРЦ;
  • сельскохозяйственные фермы, теплицы.

Компактное устройства, позволяющие быстро нагревать воздух от 70°C до 100°C, легко встраиваемые в общую систему автоматического управления отоплением целесообразно использовать в сооружениях с надежным доступом к теплоносителю (воде, пару, электроэнергии).

Преимуществами водяных калориферов являются:

  1. Высокая рентабельность использования (низкая стоимость оборудования, высокая теплоотдача, легкость и дешевизна монтажа, минимальные эксплуатационные расходы).
  2. Быстрый нагрев воздуха, легкость изменения и локализация потока тепла (тепловые завесы и оазисы).
  3. Надежность конструкции, легкость автоматизации и современный дизайн.
  4. Безопасность в применении даже в зданиях с повышенной опасностью.
  5. Крайне компактные размеры при высокой теплопроизводительности.

Недостатки этих приборов связаны со свойствами теплоносителя:

  1. При температуре ниже нуля, калорифер легко заморозить. Не слитая вовремя вода из трубок может их порвать в случае отключения от магистрали.
  2. При применении воды с большим количеством примесей тоже можно вывести прибор из строя, поэтому использование в быту без фильтров и подключение к центральной системе – нецелесообразны.
  3. Стоит отметить, что калориферы сильно сушат воздух. При использовании, например, в выставочном зале, необходима увлажняющая климатическая техника.

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.

Зависит ли порядок расчета от вида нагревателя

Как известно, в системах вентиляции и кондиционирования наибольшее распространение получили два вида воздухонагревателей – электрический и водяной. Первые обычно используются на малых объектах, вторые – на крупных.

Алгоритм расчета мощности электрического и водяного нагревателя ни чем не отличается. А вот  при подборе могут возникнуть некоторые сложности, так как электрический нагреватель подбирается проще: нужно знать только мощность нагрева и фазность электросети.

Для подбора водяного нагревателя нужно знать температурный режим теплоносителя и выбрать структуру теплообменника. Обычно данных из каталога производителей достаточно для подбора, но в нестандартных ситуациях следует воспользоваться вендорскими программами подбора.

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий