Изчисляване на нагревателя: как да се изчисли мощността на устройство за нагряване на въздух за отопление

Нагревателите имат висока производителност, така че с тяхна помощ можете да затоплите дори много големи помещения за сравнително кратко време. Много модели на тези устройства, работещи на базата на различни охлаждащи течности, се продават.

За да изберете най-добрия вариант, трябва да изчислите нагревателя, което може да се направи ръчно или с помощта на онлайн калкулатор. Ще ви помогнем да разберете проблема с изчисленията - в тази статия ще дадем пример за изчисленията, които ще са необходими при избора на подходящо устройство за отопление на въздуха.

Също така ще разгледаме конструктивните характеристики на различните видове въздухонагреватели, предимствата и недостатъците на отоплителната система, използваща такива устройства.

Плюсове и минуси на отоплението с нагревател

Система за отопление на дома, базирана на подаване на въздух, загрят до зададена температура директно в къщата, е от особен интерес за собствениците на жилища.

Този дизайн на отоплителна система се състои от следните важни компоненти:

• нагревател, действащ като топлинен генератор, който загрява въздуха;
• канали (въздуховоди), през които нагрятите въздушни маси влизат в къщата;
• вентилатор, който насочва добре загрят въздух в цялата стая.

Този тип система има много предимства.Те включват висока ефективност, липса на спомагателни елементи за топлообмен под формата на радиатори, тръби и възможност за комбиниране с климатична система и ниска инерция, в резултат на което големи обеми се нагряват много бързо.

За много собственици недостатъкът е, че инсталирането на системата е възможно само едновременно с изграждането на самата къща и тогава по-нататъшната модернизация е невъзможна.

Недостатъкът е такъв нюанс като задължителното наличие на резервно захранване и необходимостта от редовна поддръжка.

Нагревателят е лесен за инсталиране и работа, достъпен е, но най-важното е ефективно устройство за отопление на стая. На снимката е показан бойлер вграден в системата

На нашия уебсайт има по-подробни материали за инсталирането на въздушно отопление в къща и вила. Препоръчваме ви да се запознаете с тях:

• Направи си сам въздушно отопление: всичко за системите за въздушно отопление
• Как да организираме въздушно отопление за селска къща: правила и строителни планове
• Изчисляване на въздушно отопление: основни принципи + пример за изчисление

Класификация на въздухонагреватели

Въздушните нагреватели са включени в дизайна на отоплителна система за загряване на въздуха. Съществуват следните групи от тези устройства според вида на използваната охлаждаща течност: вода, електричество, пара, огън.

Има смисъл да се използват електрически уреди за помещения с площ не повече от 100 m². За сгради с големи площи по-рационален избор биха били бойлери, които работят само при наличие на източник на топлина.

Най-популярните са пара и бойлери. Както първата, така и втората повърхност по форма са разделени на 2 подтипа: оребрени и гладкотръбни. Според геометрията на ребрата ребристите нагреватели могат да бъдат пластинчати или спирално навити.

Производителността на въздухонагревателите, работещи с охлаждаща течност като пара, се регулира с помощта на специални клапани, монтирани на входящата тръба

По дизайн тези устройства могат да бъдат еднопроходни, когато охлаждащата течност в тях се движи през тръби, придържайки се към постоянна посока, и многопроходни, в капаците на които има прегради, в резултат на което посоката на движение на охлаждащата течност постоянно се променя.

Предлагат се за продажба 4 модела водни и парни нагреватели, различаващи се по площ на нагряване:

• СМ - най-малката с един ред тръби;
• М — малък с два реда тръби;
• СЪС — средна с тръби в 3 реда;
• б - голям, с 4 реда тръби.

По време на работа бойлерите могат да издържат на големи температурни колебания - 70-110⁰.За да работи добре нагревател от този тип, водата, която циркулира в системата, трябва да се загрее до максимум 180⁰. През топлия сезон нагревателят може да действа като вентилатор.

Проектиране на различни видове въздухонагреватели

Бойлерът за отопление се състои от корпус, изработен от метал, топлообменник, поставен в него под формата на поредица от тръби и вентилатор. В края на уреда има входни тръби, чрез които се свързва към котел или централизирана отоплителна система.

По правило вентилаторът се намира в задната част на устройството. Неговата задача е да прокара въздух през топлообменника.

След нагряване въздухът се връща обратно в помещението през решетката, разположена в предната част на нагревателя.

Най-често корпусът е направен във формата на правоъгълник, но има модели, предназначени за кръгли вентилационни канали. На захранващата линия са монтирани дву- или 3-пътни вентили за регулиране на мощността на уреда.

Вентилаторът духа през тръбите, разположени в корпуса на нагревателя.Загрятата вода от отоплителната система се движи през тръбите, а вентилаторът разпределя топлия въздух равномерно в цялата стая

Въздушните нагреватели също се различават по начина на монтаж - те могат да бъдат монтирани на таван или стена. Моделите от първия тип се поставят зад окачен таван, само решетката гледа отвъд него. Стенните устройства са по-популярни.

Тип #1 - гладкотръбни нагреватели

Конструкцията с гладка тръба се състои от нагревателни елементи под формата на тънки кухи тръби с диаметър от 20 до 32 mm, разположени на разстояние 0,5 cm една спрямо друга. Охлаждащата течност циркулира през тях. Въздухът, измиващ нагретите повърхности на тръбите, се нагрява поради конвективен топлообмен.

Тръбите във въздухонагревателя са подредени шахматно или коридорно. Краищата им са заварени в колекторите - горни и долни. Охлаждащата течност навлиза в разпределителната кутия през входната тръба, след което, след преминаване през тръбите и нагряването им, излиза през изходната тръба под формата на кондензат или охладена вода.

По-стабилен топлопренос се осигурява от устройства с шахматно разположение на тръбите, но съпротивлението на въздушните потоци тук е по-високо. Необходимо е да се изчисли мощността на устройството, за да се знаят реалните възможности на устройството.

Има определени изисквания към въздуха - да няма влакна, суспендирани частици и лепкави вещества. Допустимото съдържание на прах е по-малко от 0,5 mg/mᶾ. Температурата на входа е поне 20⁰.

Едноходови и триходови нагреватели. 1 – входна тръба, през която тече охлаждащата течност, 2 – разпределителна кутия, 3 – тръба, 4 – изходяща тръба, 5 – преграда

Топлинните характеристики на нагревателите с гладка тръба не са много високи.Използването им е препоръчително, когато не се изисква значителен въздушен поток и нагряване до висока температура.

Тип #2 - ребра въздухонагреватели

Тръбите на оребрените устройства имат оребрена повърхност, поради което топлопредаването от тях е по-голямо. При по-малко тръби топлинните им характеристики са по-високи от тези на гладкотръбните въздухонагреватели.

Плочните нагреватели включват тръби с монтирани върху тях плочи - правоъгълни или кръгли.

Първият тип плочи е монтиран на група тръби. Охлаждащата течност преминава в разпределителната кутия на устройството през фитинг, загрява въздуха, преминаващ със значителна скорост през канали с малък диаметър, и след това излиза от монтажната кутия през фитинга.

Нагревателите от този тип са компактни, лесни за поддръжка и монтаж.

Устройствата с еднопроходни плочи са обозначени: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, а устройствата с многопроходни плочи са обозначени като KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Средният модел е обозначен като KFS, а големият е обозначен като KFB.

Върху тръбите на тези нагреватели се навива гофрирана стоманена лента с ширина 1 см и дебелина 0,4 мм. Охлаждащата течност за тях може да бъде пара или вода.

Бойлерите не могат да бъдат свързани с металопластични или полимерни тръби, защото Те не са предназначени за високи температури на охлаждащата течност. Имаме нужда от стоманени тръби и за предпочитане поцинковани, за да предотвратим корозия

Първият е оборудван с три реда тръби, а вторият с четири. Чиниите на средния модел са с дебелина 0,5 мм и размери 11,7 х 13,6 см. Чиниите на големия модел със същата дебелина и ширина са по-дълги - 17,5 см.

Чиниите са разположени на разстояние 0,5 см една от друга и са подредени зигзагообразно, докато при моделите от среден тип чиниите са разположени на принципа на коридора.

Въздушните нагреватели, обозначени със STD, имат 5 номера (5, 7, 8, 9, 14). В нагревателите STD4009V охлаждащата течност е пара, а в STD3010G е вода. Монтажът на първия се извършва с вертикална ориентация на тръбите, вторият - с хоризонтална ориентация.

Тип #3 - биметални нагреватели с ребра

В отоплителни системи с нагрят въздух често се използват модели биметални нагреватели KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 и 4 със специален тип ребра - спираловидно навити. Охлаждащата течност за нагреватели KP3-SK, KP4-SK е гореща вода с най-високо налягане от 1,2 MPa и максимална температура от 180⁰.

За работата на другите два въздухонагревателя е необходима пара със същото работно налягане, както за първите, но с малко по-висока температура - 190⁰. Производителите трябва да извършат тестове за приемане. Устройствата се тестват и за течове.

Топлообменникът на въздухонагревателя KSK се състои от тръби, изработени от стомана и с алуминиеви ребра. Тръбните листове ги свързват

Има 2 линии биметални въздухонагреватели - KSK3, KPZ, които имат 3 реда тръби, са средни, а KSK4, KP4 с 4 реда тръби са големи модели. Компонентите на тези устройства са биметални топлообменни елементи, странични щитове, тръбни решетки и капаци с прегради.

Топлообменният елемент се състои от 2 тръби - вътрешна с диаметър 1,6 см, изработена от стомана и алуминиева външна с монтирани на нея ребра. Напречното разстояние между топлопреносните тръби е 4,15 cm, а надлъжното разстояние е 3,6 cm.

Правила за изчисления и избор на подходяща единица

При проектирането на отоплителна система с един или група нагреватели, 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 бойлера

За да се изчисли мощността на воден или парен нагревател, са необходими следните първоначални параметри:

1. Производителност на системата, или с други думи, количеството въздух, дестилиран на час. Мерната единица за обемен поток е mᶾ/h, маса kg/h. Символ - Л.
2. Начална или външна температура - тул.
3. Крайната температура на въздуха е tfin.
4. Плътност и топлинен капацитет на въздуха при определена температура - данните се вземат от таблици.

Първо се изчислява площта на напречното сечение по протежение на предната част на устройството за отопление на въздуха.След като научите тази стойност, предварителните размери на единицата се получават с марж.

За изчисление използвайте формулата:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Където Л — обемен въздушен поток или производителност в m³/h, ρ — плътност на въздуха навън, измерена в kg/m³ ϑρ – масова скорост на въздуха в изчисленото сечение, измерена в kg/(cm²).

След като получиха този параметър, за по-нататъшни изчисления те вземат типичния размер на нагревателя, най-близкия по размер. Ако крайната стойност на площта е голяма, паралелно се инсталират няколко идентични единици, чиято обща площ е равна на получената стойност.

Калоризаторите се наричат ​​не само устройства за топлообмен, но и въздушни охладители, работещи на базата на студена вода, които са много по-малко популярни

За да определите необходимата мощност за отопление на определен обем въздух, трябва да разберете общата консумация на нагрят въздух в kg за 1 час, като използвате формулата:

G = L x p,

Където Р - плътност на въздуха при средна температура. Определя се чрез сумиране на температурите на входа и изхода на устройството, след което се разделя на 2. Индикаторите за плътност се вземат от таблицата.

От тази таблица можете да вземете данни за плътността и специфичния топлинен капацитет на въздуха при определена температура, за да изчислите мощността на устройството

Сега можете да изчислите консумацията на топлина за отопление на въздуха, за която се използва следната формула:

Q (W) = G x c x (t край - t начало),

Където Ж — масов въздушен поток в kg/час. Специфичният топлинен капацитет на въздуха, измерен в J/(kg x K), също се взема предвид при изчисляването. Тя зависи от температурата на входящия въздух, а нейните стойности са в таблицата по-горе. Посочва се температурата на входа и изхода на устройството t започвам. И t con. съответно.

Да кажем, че трябва да изберем нагревател с капацитет 10 000 mᶾ/час, така че да загрява въздуха до 20⁰ при външна температура от -30⁰. Охлаждащата течност е вода с температура на входа на уреда 95⁰ и 50⁰ на изхода.

Масов поток на въздуха: G = 10 000 mᶾ/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13,180 kg/h.

Стойност на плътността: ρ = (-30 + 20) = -10, когато разделихме този резултат наполовина, получихме -5. От таблицата избрахме плътността, съответстваща на средната температура.

Замествайки получения резултат във формулата, се получава потреблението на топлина: Q = 13 180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185 435 W. Тук 1013 е специфичният топлинен капацитет, избран от таблицата при температура от -30⁰ в J/(kg x K). Към изчислената стойност на мощността на нагревателя се добавят от 10 до 15% от резерва.

Причината е, че табличните параметри често се различават от реалните надолу, а топлинните характеристики на уреда, поради запушване на тръбите, намаляват с времето. Превишаването на резервната стойност е нежелателно.

При значително увеличаване на нагревателната повърхност може да възникне хипотермия и дори размразяване при силни студове.

Охлаждащата течност се подава към парния нагревател отгоре, а водата, получена в резултат на кондензацията на отработената пара, се изпуска отдолу. На снимката е показана схема на тръбопровода на парния нагревател

Мощността на парните нагреватели се изчислява по същия начин като бойлерите. Само формулата за изчисляване на охлаждащата течност се различава:

G=Q/r,

Където r - специфична топлина, която се отделя при кондензация на пара, измерена в kJ/kg.

Изчисляване на електрически нагревател

Производителите в каталозите на електрически нагреватели често посочват инсталираната мощност и въздушния поток, което значително опростява избора.Основното е, че параметрите не са по-малки от посочените в паспорта, в противен случай той бързо ще се провали.

Дизайнът на нагревателя включва няколко специални електрически нагревателни елемента, чиято площ се увеличава чрез натискане на перки върху тях.

Мощността на устройствата може да бъде много голяма, понякога стотици киловати. До 3,5 kW нагревателят може да се захранва от контакт 220 V, като при напрежение над това е необходимо свързването му с отделен кабел директно към таблото. Ако е необходимо да се използва нагревател с мощност над 7 kW, ще е необходимо захранване от 380 V.

Тези устройства са малки по размер и тегло, те са напълно автономни, не изискват непременно наличието на централизирано захранване с топла вода или пара.

Съществен недостатък е, че ниската мощност е недостатъчна за използването им на големи площи. Вторият недостатък е високата консумация на енергия.

От изчислението на нагревателя следва, че резултатът от използването на устройството е забележимо спестяване на енергийни ресурси. Понякога това устройство се комбинира с рекуператор и тогава всмукването на въздух става не отвън, а от стаята

За да разберете колко ток консумира нагревателят, можете да използвате формулата:

I=P/U,

Където П — мощност, U - захранващо напрежение.

При еднофазно свързване на нагревателя U се приема равно на 220 V. При трифазно свързване - 660 V.

Температурата, до която нагревател с определена мощност загрява въздушната маса, се определя по формулата:

Т = 2,98 х P/L,

Където Л — производителност на системата. Оптималните стойности на мощността на нагревателя 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 изчисляването е описано в този видеоклип:

Видео за това как работи нагревател в отоплителна система:

Когато избирате конкретен тип нагревател, трябва да изхождате от съображения за осъществимост и експлоатационни характеристики на къщата.

За малки площи електрическият нагревател би бил добра покупка, но за отопление на голяма къща е по-добре да изберете друга опция. Във всеки случай не можете да правите без предварително изчисление..

Добре ли сте запознати с въпроса за избора и изчисляването на нагревател? Може би бихте искали да споделите полезни препоръки за избор на въздушен нагревател или да посочите грешка или неточност в изчисленията в обсъдения по-горе материал? Оставете своя коментар под тази статия - вашето мнение може да бъде полезно за хората, които избират правилния нагревател за своя дом.