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

Расчет калорифера: онлайн-калькулятор расчета мощности и расхода теплоносителя

При конструировании системы воздушного отопления используются уже готовые калориферные установки.

Для правильного подбора необходимого оборудования достаточно знать: необходимую мощность калорифера, который впоследствии будет монтироваться в системе отопления приточной вентиляции, температуру воздуха на его выходе из калориферной установки и расход теплоносителя.

Для упрощения производимых расчетов вашему вниманию представлен онлайн-калькулятор расчета основных данных для правильного подбора калорифера.

С помощью него вы сможете рассчитать:

  1. Тепловую мощность калорифера кВт. В поля калькулятора следует ввести исходные данные об объеме проходящего через калорифер воздуха, данные о температуре поступаемого на вход воздуха, необходимую температуру воздушного потока на выходе из калорифера.
  2. Температуру воздуха на выходе. В соответствующие поля следует ввести исходные данные об объеме нагреваемого воздуха, температуре воздушного потока на входе в установку и полученную при первом расчете тепловую мощность калорифера.
  3. Расход теплоносителя. Для этого в поля онлайн-калькулятора следует ввести исходные данные: о тепловой мощности установки, полученные при первом подсчете, о температуре теплоносителя подаваемого на вход в калорифер, и значение температуры на выходе из устройства.

Расчета калориферов, в качестве теплоносителя которых используется вода или пар, происходит по определенной методике. Здесь важной составляющей являются не только точные расчеты, но и определенная последовательность действий.

Расчет производительности для нагрева воздуха определенного объема

Определяем массовый расход нагреваемого воздуха

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

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

Вычисление фронтального сечения устройства, требующегося для прохода воздушного потока

Определившись с необходимой тепловой мощностью для обогрева требуемого объема, находим фронтальное сечение для прохода воздуха.

Фронтальное сечение — рабочее внутреннее сечение с теплоотдающими трубками, через которое непосредственно проходят потоки нагнетаемого холодного воздуха.

G — массовый расход воздуха, кг/час
v — массовая скорость воздуха — для оребренных калориферов принимается в диапазоне 3 — 5 (кг/м.кв•с). Допустимые значения — до 7 — 8 кг/м.кв•с

Вычисление значений массовой скорости

Находим действительную массовую скорость для калориферной установки

G — массовый расход воздуха, кг/час
f — площадь действительного фронтального сечения, берущегося в расчет, м.кв

Расчет расхода теплоносителя в калориферной установке

Рассчитываем расход теплоносителя

Q — расход тепла для нагрева воздуха, Вт
cw — удельная теплоемкость воды Дж/(кг•K)
t вх — температура воды на входе в теплообменник, °С
t вых — температура воды на выходе из теплообменника, °С

Подсчет скорости движения воды в трубах калорифера

Gw — расход теплоносителя, кг/сек
pw — плотность воды при средней температуре в воздухонагревателе (принимается по таблице внизу), кг/м.куб
fw — средняя площадь живого сечения одного хода теплообменника (принимается по таблице подбора калориферов КСк), м.кв

Определение коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплотехнической эффективности рассчитывается по формуле

V – действительная массовая скорость кг/м.кв х с
W – скорость движения воды в трубах м/сек
A

Расчет тепловой производительности калориферной установки

Подсчет фактической тепловой мощности:

или, если подсчитан температурный напор, то:

q (Вт) = K х F х средний температурный напор

K — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м.кв•°C)
F — площадь поверхности нагрева выбранного калорифера (принимается по таблице подбора), м.кв
t вх — температура воды на входе в теплообменник, °С
t вых — температура воды на выходе из теплообменника, °С
t нач — температура воздуха на входе в теплообменник, °С
t кон — температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

Определение запаса устройства по тепловой мощности

Определяем запас тепловой производительности:

q — фактическая тепловая мощность подобранных калориферов, Вт
Q — расчетная тепловая мощность, Вт

Расчет аэродинамического сопротивления

Расчет аэродинамического сопротивления. Величину потерь по воздуху можно рассчитать по формуле:

v — действительная массовая скорость воздуха, кг/м.кв•с
B, r — значение модуля и степеней из таблицы

Определение гидравлического сопротивления теплоносителя

Расчет гидравлического сопротивления калорифера вычисляется по следующей формуле:

С — значение коэффициента гидравлического сопротивления заданной модели теплообменника (смотреть по таблице)
W — скорость движения воды в трубках воздухонагревателя, м/сек.

Нашла все необходимые формулы . Все очень просто и лаконично. Онлайн калькулятор тоже попробовала в действии он работает точно, но поскольку работа требует 100% результата, я еще и перепроверила онлайн-расчеты по формулам. Автору спасибо, но хотелось бы добавить маленькое пожелание. Вы так серьезно подошли к вопросу, что может вам продолжить это благое дело. Например выпустить приложение для смартфона с таким онлайн калькулятором. Бывают ситуации, когда нужно что-то посчитать быстро, и было бы намного удобнее иметь его под рукой. Пока что добавила страницу в закладки и думаю, что она мне понадобиться далеко не раз.

Ну я вполне согласен с автором. Подробно расписал и показал на примерах расчёт мощности и по какой причине лучше его не устанавливать в помещении. В нынешнее время разнообразности разных видов носителей тепла. Калорифер лично я отношу на последнее место. Не очень экономное, так как потребляемость электричества много а вот выхода тепла не очень. Хотя с другой стороны для коптильной в самый раз там не требуется огромная подача горячего воздуха. Так что я согласен. И для себя захотелось рассчитать и вывести среднею оценку.

У меня вопрос. При какой плотности все же производить расчёт мощности калорифера? Особенно в случае суровых погодных условий, когда температура опускается до минус тридцати градусов. Брать среднюю плотность воздуха или саму плотность на выходе наружного воздуха? Выслушал огромное количество вариантов, мнения мягко говоря расходятся. Я бы не ломал голову и высчитал бы по средней плотности, но все же опасаюсь резких морозов. Не уйдёт ли устройство в аварию и не грозит ли перепады температур размораживаю калорифера? Хотелось бы, чтобы вентиляция в холодный период работала без перебоев.

Всегда при расчёте количества тепла, необходимого на вентиляцию, брала плотность наружного воздуха. Эта цифра стоит в одной из граф в характеристике отопительно-вентиляционного оборудования. Только недавно обратила внимание, что фирма при подборе оборудования (в том числе воздухонагревателей) использует плотность внутреннего воздуха и ,соответственно, цифра потребляемой мощности нагрева у них меньше чем моя.
При рассмотрении последнего проекта в экспертизе потребовали приложить заказные расчётные листы отопительно-вентиляционного оборудования. Вот будет «веселье», когда придерутся к расхождению в количестве тепла.

Отлично! Это как раз то что мне было нужно! Сложно конечно сразу разобраться, но в целом статья оказалась полезной

В описании рассчетов приводится расчет калорифера при нагревании теплоносителя-воды.А как рассчитать мощность калорифера,если будут нагреваться электрические ТЭНы или просто спираль?Подставлять тогда во все формулы где указана плотность воды ,плотность воздуха что ли?И таблицы плотностей откуда брать то?

Расчет мощности калорифера

Расчет мощности калорифера

Расчет мощности нагревателя зависит от необходимой производительности и планируемых температур на входе и выходе из вентиляционной системы. К примеру, для Москвы средний перепад температур в зимний период составляет 44°С (от -26°С до 18°С). В приведенной ниже таблице представлена градация мощности калорифера по его производительности для нагрева проходящего воздуха на 44°С.

Мощность нагревателяПроизводительность
1.2 кВт80 м³/ч
2.4 кВт160 м³/ч
3.6 кВт240 м³/ч
4.8 кВт330 м³/ч
7.5 кВт510 м³/ч
10.8 кВт730 м³/ч
15.0 кВт1020 м³/ч
22.5 кВт1520 м³/ч
30.0 кВт2030 м³/ч

Как видно из таблицы, расчет мощности калориферов зависит от объема проходящего через него воздуха.

Выбор приточной установки

Для выбора приточной установки нам потребуются значения трех параметров: общей производительности, мощности калорифера и сопротивления воздухопроводной сети. Производительность и мощность калорифера мы уже рассчитали. Сопротивление сети можно найти с помощью Калькулятора или, при ручном расчете, принять равным типовому значению (см. раздел ).

Для выбора подходящей модели нам нужно отобрать вентустановки, максимальная производительность которых несколько больше расчетного значения. После этого по вентиляционной характеристике мы определяем производительность системы при заданном сопротивлении сети. Если полученное значение будет несколько выше требуемой производительности вентиляционной системы, то выбранная модель нам подходит.

Для примера проверим, подойдет ли вентустановка с приведенной на рисунке вентхарактеристикой для коттеджа площадью 200 м².

Расчетное значение производительности — 450 м³/ч. Сопротивление сети примем равным 120 Па. Для определения фактической производительности мы должны провести горизонтальную линию от значения 120 Па, после чего от точки ее пересечения с графиком провести вниз вертикальную линию. Точка пересечения этой линии с осью «Производительность» и даст нам искомое значение — около 480 м³/ч, что немного больше расчетного значения. Таким образом, эта модель нам подходит.

Заметим, что многие современные вентиляторы имеют пологие вентхарактеристики. Это означает, что возможные ошибки в определении сопротивления сети почти не влияют на фактическую производительность системы вентиляции. Если бы мы в нашем примере ошиблись при определении сопротивления воздухопроводной сети на 50 Па (то есть фактическое сопротивление сети было бы не 120, а 180 Па), производительность системы упала бы всего на 20 м³/ч до 460 м³/ч, что не повлияло бы на результат нашего выбора.

После выбора приточной установки (или вентилятора, если используется наборная система) может оказаться, что ее фактическая производительность заметно больше расчетной, а предыдущая модель приточной установки не подходит, поскольку ее производительности недостаточно. В этом случае у нас есть несколько вариантов:

  1. Оставить все как есть, при этом фактическая производительность вентиляции будет выше расчетной. Это приведет к повышенному расходу энергии, затрачиваемой на нагрев воздуха в холодное время года.
  2. «Задушить» вентустановку с помощью балансировочных дроссель-клапанов, закрывая их до тех пор, пока расход воздуха в каждом помещении не снизится до расчетного уровня. Это также приведет к перерасходу энергии (хотя и не такому большому, как в первом варианте), поскольку вентилятор будет работать с избыточной нагрузкой, преодолевая повышенное сопротивление сети.
  3. Не включать максимальную скорость. Это поможет в том случае, если вентустановка имеет 5–8 скоростей вентилятора (или плавную регулировку скорости). Однако большинство бюджетных вентустановок имеет только 3-х ступенчатую регулировку скорости, что, скорее всего, не позволит точно подобрать нужную производительность.
  4. Снизить максимальную производительность приточной установки точно до заданного уровня. Это возможно в том случае, если автоматика вентустановки позволяет настраивать максимальную скорость вращения вентилятора.

Нужно ли ориентироваться на СНиП

Во всех расчетах, которые мы проводили, использовались рекомендации СНиП и МГСН. Эта нормативная документация позволяет определить минимально допустимую производительность вентиляции, обеспечивающую комфортное пребывание людей в помещении. Другими словами требования СНиП направлены в первую очередь на минимизацию стоимости системы вентиляции и затрат на ее эксплуатацию, что актуально при проектировании вентсистем для административных и общественных зданий.

В квартирах и коттеджах ситуация иная, ведь вы проектируете вентиляцию для себя, а не для усредненного жителя и вас никто не заставляет придерживаться рекомендаций СНиП. По этой причине производительность системы может быть как выше расчетного значения (для большего комфорта), так и ниже (для уменьшения энергопотребления и стоимости системы). К тому же субъективное ощущение комфорта у всех разное: кому-то достаточно 30–40 м³/ч на человека, а для кого-то будет мало и 60 м³/ч.

Однако если вы не знаете, какой воздухообмен вам нужен для комфортного самочувствия, лучше придерживаться рекомендаций СНиП. Поскольку современные приточные установки позволяют регулировать производительность с пульта управления, вы сможете найти компромисс между комфортом и экономией уже в процессе эксплуатации системы вентиляции.

2 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.

4 Расчёт необходимой мощности

Чтобы используемая система соответствовала всем эксплуатационным требованиям, итоговый потребитель должен соблюдать ряд обязательных правил. Правильный расчёт мощности нагревателя воздуха подразумевает использование следующих исходных параметров:

  • Точный показатель исходной температуры (t ул.).
  • Показатель производительности установки — общее количество воздуха, которое перегоняется за 60 минут.
  • Итоговая температура воздуха — t кон.
  • Уровень теплоёмкости и плотности используемого воздуха (эти данные должны браться исключительно из специальной таблицы).

Когда нужно провести расчёт мощности калорифера для вентиляции, то начинать следует с вычисления площади сечения по фронту воздухонагревательного агрегата. Если эта величина достоверно известна, тогда можно получить предварительные параметры установки с небольшим запасом.

Для решения этой задачи специалисты всегда используют одну и ту же вычислительную формулу: АФ = Ip / 3600 (Qp). Буква I обозначает объёмный расход использованного воздуха. Производительность всегда указывается в метрах кубических за час. Р — это своеобразная плотность воздуха, которая измеряется исключительно в кг. А вот массовая скорость в рассчитываемом сечении обозначается как Qp.

Когда требуемый параметр известен, то для всех дальнейших вычислений обязательно используют типовой размер калорифера. Если во время расчёта получился большой итоговый показатель площади, тогда обязательно монтируют сразу несколько идентичных установок параллельно друг другу. Их суммарная площадь должна быть равна полученному ранее значению.

Чтобы провести расчёт калорифера приточной вентиляции определённого объёма, нужно заранее узнать общий расход подогреваемого теплоносителя в кг за 60 минут. Желательно использовать следующую формулу: R = L yp. Буква р отображает плотность воздуха в условиях средней температуры. Определить этот показатель достаточно просто, мастер должен просуммировать показатели температуры на входе и выходе из системы, полученное число делится на 2. Все показатели плотности можно узнать в специальной таблице.

На следующем этапе можно приступать к вычислению расходов тепла, которое уходит на обогрев помещения. Получить точную цифру можно благодаря формуле: Q (Вт) = R y c y (t кон. — t нач.). Большая буква R обозначает массовый расход воздуха в килограммах за час. Чтобы полученные данные были максимально достоверными, мастеру необходимо учесть удельную ёмкость теплоносителя. Всё зависит от температуры входящего воздуха.

Стоит отметить, что табличный расчёт электрокалорифера для вентиляции часто отличается от реальных данных в сторону уменьшения. В то время как итоговая производительность такой установки снижается из-за частичного засорения рабочих трубок. Любое превышение допустимой величины запаса считается нежелательным, так как это может спровоцировать переохлаждение и даже аварийное размораживание системы в слишком большие морозы.

Методы обвязки

Обвязка представляет собою каркас из арматуры, с помощью которого регулируется поступление горячей воды. Узел обвязки помогает контролировать производительность калорифера приточной вентиляции, управлять им и поддерживать в здании заданный температурный режим.
Расположение узлов обвязки определяется местом установки, схемой воздухообмена, техническими параметрами оборудования. Применяют 2 варианта монтажа:

  • Рециркуляционные воздушные массы смешиваются с приточными.
  • Осуществляется только рециркуляция воздуха внутри помещения по замкнутому принципу.

С учётом этого существуют 2 метода обвязки:

  • 2-ходовыми вентилями – при неконтролируемом обратном расходе воды;
  • 3-ходовыми вентилями – при контроле за расходом воды в бойлерной или котельной.

Некоторые производители — например, «Интеграция» — выпускают узлы обвязки различной модификации, представляющие собою целые комплекты, состоящие из клапанов (балансировочных и обратных, двух и трёхходовых), насосов, байпасов, шаровых кранов, манометров, очистительных фильтров.

Схема обвязки узлов калорифера для приточной вентиляции. (Шаровые краны, установленные на входе и на выходе, позволяют перекрывать воду, а термоманометр – контролировать температуру и давление)

Если естественная вентиляция налажена хорошо, то возможностей для успешной работы оборудования гораздо больше. Правильный выбор обвязки в таких случаях эффективен, как для нагрева больших площадей на производстве, так и для частных домов, коттеджей.

Калорифер, используемый для вентиляции, обычно подключают к системе отопления непосредственно в точке воздухозабора. Если действует принудительная вентиляция, то монтаж воздухонагревателя может быть проведён в любом месте.
Калориферы для приточной вентиляции позволяют создать комфортный температурный режим как в промышленных, так и в жилых помещениях

Важно только правильно определиться с выбором теплоносителя, который будет наиболее эффективным (с минимальными затратами при максимальной производительности) в определённых условиях. Автоматизированная система – как, например, щит управления приточной вентиляцией с водяным калорифером, — позволит сделать использование нагревательных приборов для приточной вентиляции удобным и безопасным

Достоинства и недостатки водяных калориферов

Калорифер водяной для приточной вентиляции имеет существенные минусы, ограничивающие его применение в жилых помещениях:

  • большие габариты;
  • сложность подключения к общей системе горячего водоснабжения;
  • необходимость жёсткого контроля температуры теплоносителя в системе водоснабжения.

Однако, для создания комфортной температуры в больших помещениях (производственных цехах, теплицах, торговых центрах), применение таких нагревательных установок является наиболее удобным, эффективным, экономичным.

Водяной калорифер не нагружает электросеть, его поломка не спровоцирует возгорание – эти факторы делают использование оборудование безопасным.

Классификация

Для создания в здании оптимального микроклимата применяется система калориферного обогрева, то есть принудительного подогрева с помощью оборудования, которое устанавливается в воздушных каналах.

В зависимости от того, какой теплоноситель используется, выделяют 4 типа калориферов:

  • Паровые – применяются чаще всего на промышленных предприятиях, где выработка пара предусмотрена технологическими процессами.
  • Электрические – этот вариант самый простой в установке (нужен только источник питания для нагрева встроенных ТЭНов), но требует большого расхода электроэнергии. Использование электрокалорифера считается целесообразным только на объектах, площадь которых не превышает 150 м²
  • Водяные – этот тип нагревателя работает на основе горячей воды и устанавливается в системах вентиляции с прямоугольным или круглым сечением на площадях свыше 150 м² Данный тип обогрева надёжен, практичен, прост в обслуживании и недорог.

Особенностью нагревателя является то, что состав поступающего с улицы воздушного потока не должен быть липким, волокнистым, содержать твёрдые частицы. Допустимая запылённость — не более 0,5 мг/м³. Минимальная температура забираемого воздуха -20 °C.

При выборе калорифера учитывают следующие факторы:

  • площадь помещения;
  • погодные условия в данном климатическом поясе;
  • мощность вентиляции.

Нагреватель устанавливают во внутренней части вентиляционной шахты, поэтому он должен соответствовать её параметрам (конфигурации и размеру).

Если производительность будет низкой, то прибор не сможет прогреть воздушные массы.

Если нет возможности установить калорифер с нужными параметрами, то последовательно монтируются несколько механизмов, имеющих меньшую мощность.

1 Профессиональная классификация калориферов

Эти мощные и многофункциональные агрегаты входят в состав отопительных систем, которые используются для нагрева воздуха внутри помещения. Крупные производители занимаются промышленным изготовлением калориферов, которые отличаются между собой видами используемых теплоносителей: электрические, водяные, паровые. Стоит отметить, что электрические агрегаты целесообразнее использовать в тех помещениях, где общая площадь не превышает отметку 100 м². Для больших зданий выгоднее всего приобретать водяные модели, которые работают только в том случае, если присутствует хороший источник тепла.

Наибольшей популярностью пользуются водяные и паровые воздухонагреватели. Обе эти модели по форме своей поверхности делятся на 2 основных подвида:

Современный рынок предлагает 4 основных разновидности паровых и водяных калориферов, которые отличаются между собой площадью нагреваемой поверхности:

  1. 1. СМ — самый маленький вариант с одним рядом труб.
  2. 2. М — исключительно для маленькой площади.
  3. 3. С — средний вариант с тремя рядами труб.
  4. 4. Б — самый большой экземпляр.

Многие потребители предпочитают именно водяные калориферы, которые отличаются не только высоким качеством, но и тем, что они хорошо справляются с большими температурными колебаниями — от +70 до +110˚С. Чтобы такой агрегат правильно функционировал, вся вода, которая циркулирует в отопительной системе, должна быть нагрета до максимальной отметки +180˚С. Огромный плюс в том, что в жаркое время года эта установка может успешно эксплуатироваться в качестве вентилятора.

Расчет электрического калорифера.

Расчёт электрического
калорифера сводится к расчету одного
ТЭНа и определению количества ТЭНов.
Основными достоинствами ТЭНов являются:

— возможность
эксплуатации при непосредственном
контакте с нагреваемыми средами, которые
могут быть газообразными и жидкими, при
давлении 106
Па, а так же твёрдыми;

— надёжность при
вибрациях и значительных ударных
нагрузках;

Суммарная мощность
ТЭН Рсум,
кВт:

По характеристике
нагреваемой среды подбирается вид
ТЭНа.

Расчет калорифера как рассчитать мощность прибора для нагрева воздуха для отопления

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРНОЙ УСТАНОВКИ

1.1 Тепловой расчет нагревательных элементов

В задачу теплового расчёта блока ТЭНов входит определение количества ТЭНов в блоке и действительной температуры поверхности нагревательного элемента. Результаты теплового расчёта используют для уточнения конструктивных параметров блока.

Задание на расчет приведено в приложении 1.

Мощность одного ТЭНа определяют исходя из мощности калорифера

Число ТЭНов z принимают кратным 3, причем мощность одного ТЭНа не должна превышать 3…4 кВт. ТЭН подбирают по паспортным данным (приложение 1).

По конструктивному исполнению различают блоки с коридорной и шахматной компоновкой ТЭНов (рисунок 1.1).

а)б)
а – коридорная компоновка; б – шахматная компоновка.

Рисунок 1.1 – Схемы компоновки блока ТЭНов

Для первого ряда нагревателей скомпонованного нагревательного блока должно выполняться условие:

где tн1 — действительная средняя температура поверхности нагревателей первого ряда, оС; Pm1 — суммарная мощность нагревателей первого ряда, Вт; ср— средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2оС); Fт1- суммарная площадь теплоотдающей поверхности нагревателей первого ряда, м2; tв — температура воздушного потока после калорифера, оС.

Суммарную мощность и суммарную площадь нагревателей определяют из параметров выбранных ТЭНов по формулам
, , (1.3)

где k – количество ТЭНов в ряду, шт; Pт, Fт – соответственно мощность, Вт, и площадь поверхности, м2, одного ТЭНа.

Площадь поверхности оребренного ТЭНа
, (1.4)

где d – диаметр ТЭНа, м; lа – активная длина ТЭНа, м; hр – высота ребра, м; a – шаг оребрения, м.

Для пучков поперечно обтекаемых труб следует учитывать средний коэффициент теплоотдачи ср, так как условия передачи теплоты отдельными рядами нагревателей различны и определяются турбулизацией воздушного потока. Теплоотдача первого и второго рядов трубок по сравнению с третьим рядом меньше. Если теплоотдачу третьего ряда ТЭНов принять за единицу, то теплоотдача первого ряда составит около 0,6, второго — около 0,7 в шахматных пучках и около 0,9 — в коридорных от теплоотдачи третьего ряда. Для всех рядов после третьего коэффициент теплоотдачи можно считать неизменным и равным теплоотдаче третьего ряда.

Коэффициент теплоотдачи ТЭНа определяют по эмпирическому выражению

где Nu – критерий Нуссельта, — коэффициент теплопроводности воздуха,

Критерий Нуссельта для конкретных условий теплообмена рассчитывают по выражениям

для коридорных пучков труб

для шахматных пучков труб:

при Re  1103, (1.8)

где Re -критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса характеризует режим обтекания ТЭНов воздухом и равен
, (1.10)

где — скорость воздушного потока, м/с; — коэффициент кинематической вязкости воздуха, = 18,510-6 м2 /с.

Для обеспечения эффективной термической нагрузки ТЭНов, не приводящей к перегреву нагревателей, следует обеспечивать в зоне теплообмена движение потока воздуха со скоростью не менее 6 м/с. Учитывая возрастание аэродинамического сопротивления конструкции воздушного канала и нагревательного блока с ростом скорости потока воздуха, последнюю следует ограничить 15 м/с.

Средний коэффициент теплоотдачи

для коридорных пучков
, (1.11)

для шахматных пучков

где n — количество рядов труб в пучке нагревательного блока.

Температура воздушного потока после калорифера равна
, (1.13)

где Pк – суммарная мощность ТЭНов калорифера, кВт; — плотность воздуха, кг/м3; св – удельная теплоемкость воздуха, св= 1 кДж/(кгоС); – производительность калорифера, м3/с.

Если условие (1.2) не выполняется, выбирают другой нагревательный элемент или изменяют принятые в расчете скорость воздуха, компоновку нагревательного блока.

Таблица 1.1 — значения коэффициента сИсходные данныеПоделитесь с Вашими друзьями:

Электротехнология

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРНОЙ УСТАНОВКИ

страница2/8
Дата19.03.2018
Размер368 Kb.
Название файлаЭлектротехнология.doc
Учебное заведениеИжевская Государственная Сельскохозяйственная Академия

Рисунок 1.1 – Схемы компоновки блока ТЭНов

1.1 Тепловой расчет нагревательных элементов

В качестве нагревательных элементов в электрокалориферах используют трубчатые электронагреватели (ТЭН), смонтированные в единый конструктивный блок.

В задачу теплового расчёта блока ТЭНов входит определение количества ТЭНов в блоке и действительной температуры поверхности нагревательного элемента. Результаты теплового расчёта используют для уточнения конструктивных параметров блока.

Задание на расчет приведено в приложении 1.

Мощность одного ТЭНа определяют исходя из мощности калорифера

Pк и числа ТЭНов z, установленных в калорифере.
. (1.1)

Число ТЭНов z принимают кратным 3, причем мощность одного ТЭНа не должна превышать 3…4 кВт. ТЭН подбирают по паспортным данным (приложение 1).

По конструктивному исполнению различают блоки с коридорной и шахматной компоновкой ТЭНов (рисунок 1.1).

а)б)
а – коридорная компоновка; б – шахматная компоновка.

Рисунок 1.1 – Схемы компоновки блока ТЭНов

Для первого ряда нагревателей скомпонованного нагревательного блока должно выполняться условие:

где tн1 — действительная средняя температура поверхности нагревателей первого ряда, оС; Pm1 — суммарная мощность нагревателей первого ряда, Вт; ср— средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2оС); Fт1- суммарная площадь теплоотдающей поверхности нагревателей первого ряда, м2; tв — температура воздушного потока после калорифера, оС.

Суммарную мощность и суммарную площадь нагревателей определяют из параметров выбранных ТЭНов по формулам
, , (1.3)

где k – количество ТЭНов в ряду, шт; Pт, Fт – соответственно мощность, Вт, и площадь поверхности, м2, одного ТЭНа.

Площадь поверхности оребренного ТЭНа
, (1.4)

где d – диаметр ТЭНа, м; lа – активная длина ТЭНа, м; hр – высота ребра, м; a – шаг оребрения, м.

Для пучков поперечно обтекаемых труб следует учитывать средний коэффициент теплоотдачи ср, так как условия передачи теплоты отдельными рядами нагревателей различны и определяются турбулизацией воздушного потока. Теплоотдача первого и второго рядов трубок по сравнению с третьим рядом меньше. Если теплоотдачу третьего ряда ТЭНов принять за единицу, то теплоотдача первого ряда составит около 0,6, второго — около 0,7 в шахматных пучках и около 0,9 — в коридорных от теплоотдачи третьего ряда. Для всех рядов после третьего коэффициент теплоотдачи можно считать неизменным и равным теплоотдаче третьего ряда.

Коэффициент теплоотдачи ТЭНа определяют по эмпирическому выражению

где Nu – критерий Нуссельта, — коэффициент теплопроводности воздуха,

 = 0,027 Вт/(моС); d – диаметр ТЭНа, м.

Критерий Нуссельта для конкретных условий теплообмена рассчитывают по выражениям

для коридорных пучков труб

для шахматных пучков труб:

при Re  1103, (1.8)

где Re -критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса характеризует режим обтекания ТЭНов воздухом и равен
, (1.10)

где — скорость воздушного потока, м/с; — коэффициент кинематической вязкости воздуха, = 18,510-6 м2 /с.

Для обеспечения эффективной термической нагрузки ТЭНов, не приводящей к перегреву нагревателей, следует обеспечивать в зоне теплообмена движение потока воздуха со скоростью не менее 6 м/с. Учитывая возрастание аэродинамического сопротивления конструкции воздушного канала и нагревательного блока с ростом скорости потока воздуха, последнюю следует ограничить 15 м/с.

Средний коэффициент теплоотдачи

для коридорных пучков
, (1.11)

для шахматных пучков

где n — количество рядов труб в пучке нагревательного блока.

Температура воздушного потока после калорифера равна
, (1.13)

где Pк – суммарная мощность ТЭНов калорифера, кВт; — плотность воздуха, кг/м3; св – удельная теплоемкость воздуха, св= 1 кДж/(кгоС); – производительность калорифера, м3/с.

Если условие (1.2) не выполняется, выбирают другой нагревательный элемент или изменяют принятые в расчете скорость воздуха, компоновку нагревательного блока.

Таблица 1.1 — значения коэффициента сИсходные данныеПоделитесь с Вашими друзьями:

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.

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.

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:

  • 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.

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.

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.

Подбор калорифера методом математического расчёта

Эффективная работа вентиляции зависит от правильного расчёт и подбора оборудования, так как эти два пункта взаимосвязаны между собой. Подбор мощности 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.

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.

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 ;
(tп-tн) – 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.

Обвязка

Калорифер в системе вентилирования обвязывается двумя способами:

  1. Двухходовыми вентилями.
  2. Трёхходовыми вентилями.

Подбор электрического калорифера

Для установки электрокалорифера не требуется специальный расчёт расхода тепла на работу вентиляции, но необходимо знать два параметра:

  1. Расход воздуха.
  2. Температуру на выходе из системы прогрева.

Производители указывают их в техническом паспорте на устройство.

Система рекуперации

Прямой нагрев воздуха за счёт только энергии нагревательных элементов – это не самый экономичный и практичный вариант устройства отопления вентсистемы. Система рекуперации за счёт замкнутого цикла работы значительно снижает теплопотери. Её работа основана на теплоизбытках, а точнее – энергии отработанных воздушных масс.

Общая схема устройства выглядит так: приточка и вытяжка проходят через один блок, и тепловыделения от исходящих воздушных потоков частично передаются входящим. За счёт использования теплопритоков снижается нагрузка на остальные системы отопления.

Монтаж системы отопления с рекуперацией стоит дороже, чем аналогичный, но без неё. Затраты быстро окупаются в регионах, где отопление подвергается значительной тепловой нагрузке ввиду продолжительной зимы.

Подведем итоги

За помощью в подборе и расчёте канального нагревателя лучше обратиться в специализированную организацию.

Пример

Компания «Мега.ру» оказываете комплексные услуги в сфере проектирования вентиляции и других инженерных систем. Грамотные инженеры ответят на любые вопросы по телефонам, указанным на странице «Контакты». Компания работает в Москве и соседних регионах, так же практикуется удалённое выполнение заказов на всей территории РФ.

Калориферы КСк. Расчет и подбор водяных калориферов КСк – Т.С.Т.

Калориферы КСк. Расчет и подбор водяных калориферов КСк

Расчет и подбор водяных калориферов КСк осуществляется в следующей последовательности:
1.
подсчет тепловой мощности для нагрева воздуха, 2. расчет фронтального сечения для прохода воздуха и подбор подходящих калориферов, 3. нахождение массовой скорости, 4. определение расхода теплоносителя, 5. подсчет скорости горячей воды в теплообменнике, 6. вычисление коэффициента теплопередачи, 7. определение среднего температурного напора, 8. нахождение теплопроизводительности калорифера или установки, 9. установление запаса по тепловой мощности, 10. расчет аэродинамического сопротивления, 11. определение гидравлического сопротивления по теплоносителю.

Все действия по расчету и подбору водяных калориферов типа КСк выложены пошагово. Прилагаются формулы и таблицы , технические данные и характеристики всех моделей данных воздухонагревателей. Каждый шаг подсчетов и вычислений сопровождается конкретным примером.

1. Определить тепловую мощность для нагрева определенного объема воздуха.
а) Определяем массовый расход нагреваемого воздуха
G (кг/ч) = L х р
L – объемное количество нагреваемого воздуха, м3/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/м3
б) Определяем расход теплоты для нагревания воздуха
Q (Вт) = G х c х ( t кон – t нач )
G – массовый расход воздуха, кг/час
с – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг •K) , (показатель берется по температуре входящего воздуха, смотреть ниже – по таблице)
t нач – температура воздуха на входе в теплообменник, °С
t кон – температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

Пример подбора и расчета калорифера КСк . Шаг- 1

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 17000 м3/час от температуры – 25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 50°С на выходе.
1. Определить тепловую мощность, необходимую для нагрева 1700 0 м3/час с температуры – 25°С до +23°С.
а) Определяем массовый расход нагреваемого воздуха
G (кг/ч) = 1 7000 х 1.3 = 2 21 00 кг/час
1 700 0 – объемное количество нагреваемого воздуха, м3/час
1.3 – плотность воздуха при температуре – 1°С (температура на входе – 25 °С плюс температура воздуха на выходе +2 3°С – делим на два) (- 25+2 3 )/2= – 2 /2= – 1 Плотность воздуха при температуре – 1 имеет значение 1.3 0
б) Определяем расход те п лоты для нагревания воздуха
Q (Вт) = ( 2 21 00 /3600 ) х 1009 х ( 2 3 – (- 25 ) ) = 2 97319 Вт
2 21 00 – массовый расход воздуха, кг/час
1009 – удельная теплоемкость при температуре входящего воздуха – 25 °С, Дж/(кг•K)
+2 3 – температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника , °С
– 25 – температура воздуха на входе в теплообменник , °С

Температуру входящего воздуха можно принять, исходя из географического региона, в котором будут эксплуатироваться калориферы. Данные с расчетными средними температурами городов представлены в 3- х таблицах справа. Если в таблице отсутствует ваш город, следует принять показатели близлежащего.

2. Подбор и расчет калориферов – этап второй. Определившись с необходимой тепловой мощностью для обогрева требуемого объема, находим фронтальное сечение для прохода воздуха. Фронтальное сечение – рабочее внутреннее сечение с теплоотдающими трубками, через которое непосредственно проходят потоки нагнетаемого холодного воздуха.
f (м2) = G / v
G – массовый расход воздуха, кг/час
v – массовая скорость воздуха – для оребренных калориферов принимается в диапазоне 3 – 5 ( кг/м2•с ). Допустимые значения – до 7 – 8 кг/м2•с

Пример подбора и расчета калорифера КСк . Шаг- 2

Подобрать подходящий калорифер КСк для нагрева 1700 0 м3/час от температуры – 25°С до +23°С. Теплоноситель горячая вода с графиком 95°С на входе в воздухонагреватель, 50°С на выходе.
2. Расчет фронтального сечения для прохода воздуха. Подбираем необходим ую площадь сечени я под массовый расход воздуха 2 210 0 кг/час. Принимаем массовую скорость – 3.6 кг/м2•с .
f (м2) = ( 2 2100 /3600 ) / 3.6 = 1. 705 м2
2 21 00 – массовый расход воздуха, кг/час
3.6 – массовая скорость воздуха , кг/м2•с

Из расчета получилась требуемая площадь фронтального сечения для прохода воздуха – 1.705 м2. Далее, ориентируясь на данные из нижевыложенной таблицы, подбираем калорифер КСк, подходящий под это сечение. Наиболее подходящие модели КСк 3- 11 и КСк 4- 11 (площадь фронтального сечения этих теплообменников – 1.660 м2).

Что делать, если при расчете, мы получаем требуемую площадь сечения, а в таблице для подбора калориферов КСк, нет моделей с таким показателем. Тогда мы принимаем два или несколько калориферов одного номера, чтобы сумма их площадей соответствовала или приближалась к нужному значению. Например: при расчете у нас получилась требуемая площадь сечения – 0.926 м2. Воздухонагревателей с таким значением в таблице нет. Принимаем два теплообменника КСк 3- 9 с площадью 0.455 м2 (в сумме это дает 0.910 м2) и монтируем их по воздуху параллельно.
При выборе трех или четырех рядной модели (одинаковые номера калориферов – имеют одну и ту же площадь фронтального сечения), ориентируемся на то, что теплообменники КСк4 (четыре ряда) при одной и той же входящей температуре и производительности по воздуху, нагревают его в среднем на восемь- двенадцать градусов больше, чем КСк3 (три ряда теплонесущих трубок), но имеют большее аэродинамическое сопротивление.

Ниже представлена таблица с данными воздухонагревателей типа КСк. В таблице приводятся основные технические характеристики всех моделей данного теплообменника: площадь поверхности нагрева и фронтального сечения, присоединительных патрубков, коллектора и живого сечения для прохода воды, длина теплонагревательных трубок, число ходов и рядов, масса.

Точка J

Обзоры и рейтинги статьи

Расчет калорифера: как сделать расчет мощности агрегата

Калориферы имеют высокую производительность, поэтому с их помощью обогреть даже очень большие помещения можно за довольно короткое время. В продажу поступает много моделей этих приборов, работающих на основе разных теплоносителей.

Чтобы выбрать оптимальный вариант, нужен расчет калорифера, выполнить который можно как вручную, так и воспользовавшись онлайн-калькулятором.

  • Система отопления с агрегатом для нагрева воздуха
  • Классификация калориферов по разным признакам
  • Конструкция калориферов разных видов
    • Устройство калориферов гладкотрубных
    • Особенности ребристых воздухонагревателей
    • Биметаллические калориферы с оребрением
  • Необходимые расчеты при выборе калорифера
    • Выбор электрического калорифера
  • Выводы и полезное видео по теме

Система отопления с агрегатом для нагрева воздуха

Система обогрева дома, основывающаяся на подаче прогретого до установленной температуры воздуха непосредственно в дом, представляет особый интерес для владельцев собственного жилья.

Такая конструкция отопительной системы состоит из следующих важных узлов:

  • калорифера, выступающего в роли теплогенератора, подогревающего воздух;
  • каналов (воздуховодов), по которым поступают нагретые воздушные массы в дом;
  • вентилятор, направляющий хорошо прогретый воздух по всему объему помещения.

Преимуществ у системы такого типа много. К ним относится и высокий КПД, и отсутствие вспомогательных элементов для теплообмена в виде радиаторов, труб, и возможность объединить ее с климатической системой, и малая инерционность, в результате чего прогрев больших объемов происходит очень быстро.

Для многих домовладельцев недостатком является то, что монтаж системы возможен только одновременно со строительством самого дома и затем дальнейшая модернизация ее невозможна. Минусом является и такой нюанс, как обязательное наличие резервного питания и потребность в регулярном техническом обслуживании.

Классификация калориферов по разным признакам

Калориферы включают в конструкцию системы отопления для нагрева воздуха. Существуют следующие группы этих приборов по виду используемого теплоносителя: водяные, электрические, паровые, огневые . Электрические приборы имеет смысл использовать для помещений площадью не более 100 м². Для зданий с большими площадями более рациональным выбором будут калориферы водяные, которые функционируют только при наличии источника тепла.

Наиболее популярны паровые и водяные калориферы. Как первые, так и вторые по форме поверхности делятся на 2 подвида: ребристые и гладкотрубные. Ребристые калориферы по геометрии ребер бывают пластинчатыми и спирально-навивными.

По конструкционному исполнению эти приборы могут быть одноходовыми, когда теплоноситель в них совершает движение по трубкам, придерживаясь постоянного направления и многоходовыми, в крышках которых имеются перегородки, вследствие чего направление движение теплоносителя постоянно меняется. В продажу поступают 4 модели калориферов водяных и паровых, отличающиеся площадью поверхности нагрева:

  • СМ — самая малая с одним рядом труб;
  • М — малая с двумя рядами труб;
  • С — средняя с трубами в 3 ряда;
  • Б — большая, имеющая 4 ряда труб.

Водяные калориферы в процессе эксплуатации выдерживают большие температурные колебания — 70-110⁰. Для хорошей работы калорифера этого типа вода, циркулирующая в системе должна быть нагретой максимум до 180⁰. В теплое время года калорифер может выполнять роль вентилятора.

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.

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.

Устройство калориферов гладкотрубных

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.

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

Особенности ребристых воздухонагревателей

Трубы ребристых приборов обладают оребренной поверхностью, следовательно, теплоотдача от них больше. При меньшем количестве труб теплотехнические характеристики у них выше, чем у гладкотрубных воздухонагревателей. В состав пластинчатых калориферов входят трубки с насаженными на них пластинами — прямоугольными или круглыми.

Первый вид пластин насаживают на группу труб. Теплоноситель проходит в распределительную коробку прибора через штуцер, прогревает воздух, проходящий со значительной скоростью через каналы небольшого диаметра, а после этого из сборной коробки выходит через штуцер.

Калориферы этого вида компактны, удобны в обслуживании и монтаже.

Одноходовые пластинчатые приборы обозначают: КФБ КФС КВБ СТД3009В КЗПП К4ПП, а многоходовые — КВБ, К4ВП, КЗВП, КВС, КМС, СТДЗОЮГ, КМБ. Средняя модель имеет обозначение КФС, а большая — КФБ. На трубки этих калориферов навивают стальную гофрированную ленту шириной 1 см и толщиной 0,4 мм. Теплоносителем для них может быть как пар, так и вода.

Первая оснащена тремя рядами трубок, а вторая четырьмя. Пластинки средней модели имеют толщину 0,5 мм и размеры 11,7х 13,6 см. Пластины большой модели такой же толщины и ширины отличаются большей длиной — 17,5 см. Пластины находятся на расстоянии друг от друга 0,5 см и имеют зигзагообразное расположение, тогда как у моделей среднего вида пластины расположены по коридорному принципу.

Воздухонагреватели с маркировкой СТД имеют 5 номеров (5, 7, 8, 9, 14). В калориферах СТД4009В теплоносителем является пар, а в СТД3010Г – вода. Монтаж первых выполняют с вертикальной ориентацией трубок, вторых — с горизонтальной.

Биметаллические калориферы с оребрением

В системах отопления с подогревом воздуха часто применяют модели биметаллических калориферов КП3-СК, КП4-СК, КСк – 3 и 4 с особым видом оребрения — спирально-накатным. Теплоносителем для калориферов КП3-СК, КП4-СК является горячая вода с наибольшим давлением 1,2 МПа и максимальной температурой 180⁰.

Для работы двух других воздухонагревателей необходим пар с таким же рабочим давлением, как и для первых, но с несколько большей температурой — 190⁰. Производители обязательно проводят приемо-сдаточные испытания. Тестируют приборы и на герметичность.

Существует 2 линейки биметаллических калориферов — КСК3, КПЗ, имеющие 3 ряда трубок, относятся к средним, а КСК4, КП4 с 4 рядами трубок — к большим моделям. Составляющими этих приборов являются биметаллические теплообменные элементы, боковые щитки, решетки из трубок, крышки с перегородками.

Теплообменный элемент представляет собой 2 трубки — внутренней диаметром 1,6 см, изготовленной из стали и насаженной на нее алюминиевой наружной с оребрением. Поперечный интервал между теплопередающими трубками 4,15 см, а продольный — 3,6 см.

Необходимые расчеты при выборе калорифера

В проектировании системы обогрева с одним или группой калориферов, а также в выполнении расчетов следует соблюдать следующие правила:

Для расчета мощности водяного или парового калорифера нужны следующие исходные параметры:

  1. Производительность системы или другими словами — количество воздуха, перегоняемого за час. Единица измерения объемного расхода — мᶾ/ч., массового кг/ч. Условное обозначение — L.
  2. Исходная или наружная температура — tул.
  3. Конечная температура воздуха — tкон.
  4. Плотность и теплоемкость воздуха при определенной температуре — данные берут из таблиц.

Сначала вычисляют площадь сечения по фронту воздухонагревательного устройства. Узнав эту величину, получают предварительные размеры агрегата с запасом. Для расчета используют формулу: Аф = Lρ / 3600 (ϑρ), где L — объемный расход воздуха или производительность в м³/ч, ρ — плотность воздуха снаружи измеряемая в кг/м³ ϑρ – массовая скорость воздуха в рассчитываемом сечении, измеряется в кг/(см²).

Получив этот параметр, для дальнейших вычислений берут типовой размер калорифера, ближайший по размерам. При большом итоговом значении площади, устанавливают параллельно несколько одинаковых агрегатов, площадь которых в сумме равна полученному значению.

Для определения необходимой мощности для нагрева какого-то конкретного объема воздуха нужно узнать общий расход подогреваемого воздуха в кг за 1 час по формуле: G = L х р. Здесь р — плотность воздуха в условиях средней температуры. Ее определяют, суммируя температуры на входе и выходе из агрегата, затем делят на 2. Показатели плотности берут из таблицы.

Теперь можно вычислить расход тепла для прогрева воздуха для чего применяют следующую формулу: Q (Вт) = G х c х (t кон. — t нач.). Буквой G обозначают массовый расход воздуха в кг/час. Учитывают при расчете и удельную теплоемкость воздуха измеряемую в Дж/(кг х K). Зависит она от температуры входящего воздуха, а ее значения есть в таблице выше. Температура на входе в прибор и на выходе из него обозначается t нач. и t кон. соответственно.

Допустим, надо подобрать калорифер производительностью 10 000 мᶾ/час, чтобы он нагревал воздух до 20⁰ при температуре снаружи -30⁰. Теплоносителем является вода, имеющая температуру на входе в агрегат 95⁰ и 50⁰ на выходе. Массовый расход воздушной массы: G = 10 000 мᶾ/ч. х 1,318 кг/мᶾ = 13 180 кг/ч. Значение ρ: (-30 + 20) = -10, при делении этого результата пополам получили -5. Из таблицы выбрали, соответствующую средней температуре, плотность.

Подставив полученный результат в формулу, получают расход тепла: Q = 13 180 /3600 х 1013 х 20 – (-30) = 185 435 Вт. Здесь 1013 — это удельная теплоемкость, выбранная из таблицы при температуре — 30⁰ в Дж/(кг х K). К расчетной величине мощности калорифера добавляют от 10 до 15% запаса.

Причина в том, что табличные параметры часто отличаются от реальных в сторону уменьшения, а тепловая производительность агрегата, из-за засорения трубок, снижается со временем. Превышение величины запаса нежелательно. При значительном увеличении поверхности нагрева может произойти переохлаждение, и даже размораживание в большие морозы.

Мощность паровых калориферов рассчитывают таким же способом, как и водяных. Отличается только формула расчета теплоносителя — G = Q / r где r — удельная теплота, которая выделяется во время конденсации пара, измеряемая в кДж/кг.

Выбор электрического калорифера

Производители в каталогах электрических калориферов часто указывают установленную мощность и расход воздуха, что значительно упрощает выбор. Главное, чтобы параметры не были меньшими, чем указанные в паспорте иначе он быстро выйдет со строя. В конструкцию калорифера входят несколько специальных электрических нагревательных элементов, площадь которых увеличена за счет напрессовки на них оребрения.

Мощность приборов может быть очень большой, иногда это сотни киловатт. До 3,5 кВт калорифер может питаться от розетки 220 В, а при напряжении выше этого необходимо подключение отельным кабелем прямо к щитку. Если есть необходимость в использовании калорифера мощностью выше 7 кВт, потребуется питание 380 В.

Эти приборы имеют небольшие габариты и вес, они полностью автономны, для них необязательно присутствие централизованного горячего водоснабжения или пара. Существенный минус — низкая мощность недостаточная для применения их на больших площадях. Второй недостаток — большое потребление электроэнергии.

Чтобы узнать какой ток потребляет калорифер можно воспользоваться формулой: I = P /U, где P — мощность, U — напряжение питания. При однофазном подключении калорифера U принимают равным 220 В. При 3-фазном — 660 В.

Температуру, до которой калорифер определенной мощности нагревает воздушную массу, определяют по формуле: T =2.98 x P/ L. Буква L здесь обозначает производительность системы. Оптимальные значения мощности калорифера для дома от 1 до 5 кВт, а для офисов — от 5 до 50 кВт.

Выводы и полезное видео по теме

Какую плотность воздуха брать при расчете, рассказано в этом видео:

Видео о том, как работает калорифер в системе отопления:

Выбирая определенный вид калорифера, следует исходить из соображений целесообразности и эксплуатационных характеристик дома. Для небольших площадей удачным приобретением будет электрический калорифер, а для отопления большого дома лучше подобрать другой вариант. В любом случая не обойтись без предварительного расчета.

Читайте также:  Пластиковые короба для вытяжки: обзор видов + правила установки
Ссылка на основную публикацию
×
×