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

Подключение электрического калорифера

В электрических видах главным параметром выступает мощность в кВт, соответственно он требует к себе осторожности и соблюдения техники безопасности при его подключении. В данном варианте используется блок управления, который способен контролировать температуру в помещении. Когда температура внутри помещения оказывается ниже заданной, то калорифер автоматически включается

С помощью термореле можно удерживать заданную температуру и быть застрахованным от нагрева устройства свыше 140 градусов

Когда температура внутри помещения оказывается ниже заданной, то калорифер автоматически включается. С помощью термореле можно удерживать заданную температуру и быть застрахованным от нагрева устройства свыше 140 градусов.

Схема работы заключается в том, что когда нажата кнопка «Пуск» запускается двигатель и вентиляция калорифера. На двигатель подключено тепловое реле на определённом токе. В случае проблем с вентиляцией срабатывает тепловое реле, после чего происходит размыкание цепи питания.

При включенном вентиляторе калорифера можно включить ТЭНы за счёт замыкания блокировочных контактов. Включение ТЭНов происходит кнопкой «Пуск». В это время происходит включение промежуточного пускателя, что активирует мощный пускатель, который включает посредством своих контактов ТЭНы. Для максимально быстрого нагрева все нагреватели включаются сразу же.

• Для защиты от пожара в схему включены такие элементы, как:
• Тепловое реле, что защищает двигатель при остановке;
• Защита от включения без вентилятора;
• Термореле, что предохраняет корпус калорифера от перегрева. Во время активации термореле вентилятор будет продолжать работу и охладит его.

Схема может быть дополнена индикатором включения пускателя и аварийным индикатором. Помимо этого целесообразна установка автоматического выключателя на цепь, которая питает ТЭНы, а также автомат мощнее на вход устройства. Не следует устанавливать автоматы на вентиляторы.

Для управления калорифером устанавливается шкаф управления, что должен быть расположен недалеко от калорифера. Чем меньше расстояние, тем можно использовать провод меньшего сечения.

Виды электрических обогревателей, их отличия друг от друга

Электрические обогреватели бывают разных видов, каждый из которых имеет свои преимущества, недостатки, принцип и скорость действия.

Перечислим некоторые из них:

1. Тепловой вентилятор – такое устройство чем-то напоминает обычный вентилятор, однако перед его лопастями помещена накаливающаяся спираль, которая обеспечивает обогрев той части комнаты, на которую направлен поток воздуха. Несмотря на то что тепловентилятор достаточно эффективен, он не предназначен для постоянного обогрева помещения. Существенный недостаток такого устройство – краткосрочность результата от его воздействия на окружающую среду.
2. Обогреватель из керамики по принципу действия очень похож на тепловентилятор, только в качестве нагревателя выступают керамические пластины. Подобные модели работают на газе и от электросети, бывают напольные, настенные и даже настольные. Основным преимуществом керамического обогревателя является сохранение влажности в помещении.
3. Радиатор масляного типа справляется с нагревом воздуха в очень короткие сроки, однако его не стоит приобретать, если в доме есть животные или маленькие дети, поскольку и те, и те рискуют обжечься. Такой прибор считается не самым экономичным вариантом – он расходует много электроэнергии.
4. Электрические модели нагревают воздух до нужной температуры достаточно быстро, а сами остывают медленно. В основе принципа работы этих устройств — конвекция. В нижней части прибора расположены детали, всасывающие воздух, нагрев происходит за счет работы ТЭНа – трубчатого электронагревателя, от площади которого напрямую зависит объем разогретого газа. Именно поэтому ТЭН часто производят с ребристой поверхностью. Преимущество конвектора перед масляным обогревателем состоит в том, что температура теплоносителя повышается с большей скоростью, а значит, не придется ждать, пока в комнате потеплеет. Кроме того, эти устройства гораздо компактнее. Особенно популярны настенные модели.
5. Инфракрасный обогреватель. Работа устройств этого вида основана на электромагнитном излучении – при этом нагреваются сначала предметы, попадающие под воздействие волн, а затем – сам воздух. Конструктивными элементами прибора также выступают ТЭНы. Другой вариант – открытые спирали, иногда защищенные кварцевыми трубками, либо металлические сетки, пластиковые панели с отверстиями или карбоновое покрытие. В комнатах обогреватель защищают прозрачными перегородками или металлическими сетками. Инфракрасные обогреватели бывают разных типов. В зависимости от длины волн их делят на коротковолновые, средне- и длинноволновые, от источника энергии – электрические, газовые, дизельные и водяные, от способа установки – передвижные и стационарные.

5 Выбор вентиляционного электронагревателя

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

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

Подбор и расчет мощности калорифера зависит от условий эксплуатации и задач

Схема работы парового калорифера.

Если нагреватель планируется использовать в производственных помещениях, где уже установлены парогенерирующие системы, то подбор одной из моделей парового калорифера практически безальтернативен. На таких предприятиях уже есть сеть паропроводов, непрерывно подающих горячий пар на различные нужды, соответственно, есть возможность и для подключения калорифера к данной сети

Однако стоит обратить внимание на то, что все обогреваемые помещения должны быть оборудованы не только приточной вентиляцией, но и вытяжной, чтобы не допустить дисбаланса температур, который может привести к негативным последствиям как для техники и самого помещения, так и для работающих тут людей

Если в помещениях нет постоянной сети паропроводов и нет возможности для установки парогенератора, то оптимальным выбором будет использование электронагревателя. Кроме того, какой-либо вид электронагревателя лучше выбирать и для тех помещений, где установлена достаточно слабая вентиляция (офисные здания или частные дома). Электрические нагреватели не нуждаются в дополнительных сложных инженерных коммуникациях. Для электронагревателя достаточно наличия электрического тока, что применимо практически к любому помещению, где живут или работают люди. Все электрические калориферы оборудованы трубчатыми электронагревателями, что увеличивает теплообмен с окружающим воздухом в вентиляции. Главное, чтобы характеристики подводящих электрических кабелей соответствовали мощности ТЭНов.

Схема устройства водяного калорифера.

Использование водяных калориферов оправдано в том случае, если у вас есть некоторое количество источников нагрева воды. Одним из оптимальных вариантов использования водяного оборудования является применение их в качестве теплоутилизаторов, то есть устройств, которые отбирают тепловую мощность у теплоносителей. При эксплуатации таких систем следует соблюдать технику безопасности и следить за их исправностью и герметичностью, так как температура воды в них может достигать 180°С, что чревато термическими травмами. Несомненным преимуществом водяных воздухонагревателей является то, что они могут быть подключены к системе отопления.

Устройство и принцип действия

Водяной канальный нагреватель представляет собой корпус из оцинкованных либо нержавеющих сталей. Внутри него обязательно в шахматном порядке располагаются звенья пустого внутри змеевика из меди или медных сплавов. Также в устройстве водяного нагревателя имеются алюминиевые пластины, которые предназначены для отдачи тепла.

Прямоугольный канальный нагреватель будет долго и эффективно эксплуатироваться только при условии наличия в магистрали фильтра, очищающего поступающий воздух. В последнем не должно быть абразивных элементов, агрессивных веществ и других примесей. Возможные рабочие температуры составляют от 5 до 60 градусов.

Чтобы нагреватель действовал с максимальной эффективностью, давление в вентиляционной системе должно быть не менее 1,5 мПа. Зачастую канальный нагреватель воздуха, работающий по этому принципу, не имеет своей автономной системы управления. Производительность агрегата регулируют внешними устройствами.

В качестве основного элемента используются нагревательные элементы в виде спирали. Воздух, подающийся по системе приточной вентиляции, проходит через нагреватели, которые отдают ему часть своего тепла, а затем по вентиляционной системе попадает в помещение.

Обязательно предусматривается программная защита от перегрева. Однако многие современные модели имеют встроенную защиту в случае перегрева. Она реализована посредством биметаллических термовыключателей. Их два – один из них рассчитан на срабатывание при 70 градусах, другой создан для реагирования в случае пожара и срабатывает при 130 градусах.

Для нормальной работы нагревателя поток воздуха должен подаваться со скоростью не меньше 2 м/с. Данные устройства рассчитаны на температуру воздуха от 0 до 30 градусов выше нуля, при этом влажность составляет до 80%. Что касается максимально возможного подогрева, то воздух на выходе равен 40 градусам.

Расчет мощности калорифера

Для правильного расчета калорифера необходимо определиться с исходными данными: производительностью, плотностью воздуха, уличной и желаемой температурой в помещении. Последние показатели чрезвычайно важны, поскольку от них зависит количество тепла, затрачиваемого на нагрев 1 м3 воздуха. Часть данных можно узнать из специальных таблиц.

Водяной прибор

Расчет мощности исходя из уличных температур Чтобы рассчитать площадь сечения водяного калорифера, применяют формулу Аф= L×ρул/3600 (ϑρ). Используются значения:

• L – производительность, которая выражается в м3/ч или кг/ч;
• pул – плотность воздуха на улице по таблице;
• ϑρ – массовая скорость воздуха в сечении.

Получив результат, подбирают для системы вентиляции один калорифер стандартного размера или несколько приборов так, чтобы площадь или сумма площадей были равны или чуть больше расчетного значения.

Массовый расход воздуха в кг/ч вычисляют по формуле G=L×pср:

pср– плотность воздуха при средней температуре.

pср рассчитывают по формуле (tул+tкон)/2:

• tул – уличная температура воздуха в самую холодную пятидневку года;
• tкон – желаемая температура в помещении.

Потом для среднего показателя определяют плотность по таблице.

Вычисляют расход тепла для прогрева воздуха по формуле: Q (Вт) = G×c×(tкон–tул)

Для примера будут рассчитаны данные, если известно:

• L – 10000 м3/ч (производительность указывается в документации);
• tкон – 21°C;
• tул – –25°C.

pср =(–25°C +21°C)/2=–2°C

Плотность воздуха при этой температуре – 1,303.

Массовый расход воздушной массы равен G=10000 м3/ч×1,303 кг/м3=13030кг/ч

Отсюда Q=13030/3600×1011×(21-(-25))=168325 Вт.

К этой величине необходимо добавить 10-15% для запаса мощности.

Паровой калорифер

Мощность парового калорифера определяют тем же способом, только для расчета G используют формулу G=Q/r. r – удельная теплота, образующаяся при конденсации пара в кДж/кг.

Электрический калорифер

Формула расчета мощности калорифера Для электрических приборов большую часть необходимых данных обычно указывает изготовитель, что значительно упрощает расчет нагрева воздуха и выбор калорифера. Несмотря на относительно низкую тепловую мощность, электрокалориферная система потребляет много электроэнергии, поэтому ее зачастую приходится подключать отдельным кабелем к щитку. Калориферы мощностью более 7 кВт запитывают от сети 380 В.

Потребляемый ток рассчитывают по формуле I=P/U, где P – мощность, а U – напряжение. Значение U зависит от особенностей подключения. Если подключение однофазное, U=220В, если трехфазное, U=660В.

Температуру нагрева рассчитывают по формуле T=2,98×P/L, где L – как и в других расчетах, производительность системы.

Достоинства и недостатки

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.

Подбор и расчет мощности калорифера зависит от условий эксплуатации и задач

Схема работы парового калорифера.

Если нагреватель планируется использовать в производственных помещениях, где уже установлены парогенерирующие системы, то подбор одной из моделей парового калорифера практически безальтернативен. На таких предприятиях уже есть сеть паропроводов, непрерывно подающих горячий пар на различные нужды, соответственно, есть возможность и для подключения калорифера к данной сети

Однако стоит обратить внимание на то, что все обогреваемые помещения должны быть оборудованы не только приточной вентиляцией, но и вытяжной, чтобы не допустить дисбаланса температур, который может привести к негативным последствиям как для техники и самого помещения, так и для работающих тут людей

Если в помещениях нет постоянной сети паропроводов и нет возможности для установки парогенератора, то оптимальным выбором будет использование электронагревателя. Кроме того, какой-либо вид электронагревателя лучше выбирать и для тех помещений, где установлена достаточно слабая вентиляция (офисные здания или частные дома). Электрические нагреватели не нуждаются в дополнительных сложных инженерных коммуникациях. Для электронагревателя достаточно наличия электрического тока, что применимо практически к любому помещению, где живут или работают люди. Все электрические калориферы оборудованы трубчатыми электронагревателями, что увеличивает теплообмен с окружающим воздухом в вентиляции. Главное, чтобы характеристики подводящих электрических кабелей соответствовали мощности ТЭНов.

Схема устройства водяного калорифера.

Использование водяных калориферов оправдано в том случае, если у вас есть некоторое количество источников нагрева воды. Одним из оптимальных вариантов использования водяного оборудования является применение их в качестве теплоутилизаторов, то есть устройств, которые отбирают тепловую мощность у теплоносителей. При эксплуатации таких систем следует соблюдать технику безопасности и следить за их исправностью и герметичностью, так как температура воды в них может достигать 180°С, что чревато термическими травмами. Несомненным преимуществом водяных воздухонагревателей является то, что они могут быть подключены к системе отопления.

Второй этап

2.Зная теплопотери, рассчитаем расход воздуха в системе используя формулу

G = Qп / (с * (tг-tв))

G- массовый расход воздуха, кг/с

Qп- теплопотери помещения, Дж/с

C- теплоемкость воздуха, принимается 1,005 кДж/кгК

tг- температура нагретого воздуха (приток), К

Напоминаем что К= 273 °С, то есть чтоб перевести ваши градусы Цельсия в градусы Кельвина нужно к ним добавить 273. А чтоб перевести кг/с в кг/ч нужно кг/с умножить на 3600.

Читать далее: Двухтрубная система отопления схема

Перед расчетом расхода воздуха необходимо узнать нормы воздухообмена для для данного типа здания. Максимальная температура приточного воздуха 60°С, но если воздух подается на высоте меньше 3 м от пола эта температура снижается до 45°С.

Еще одно, при проектировании системы воздушного отопления возможно использование некоторых средств энергосбережения, таких как рекуперация или рециркуляция. При расчете количества воздуха системы с такими условиями нужно уметь пользоваться id диаграммой влажного воздуха.

Онлайн-расчет мощности электрического калорифера

Расход тепла вентиляционным электрокалорифером на подогрев приточного воздуха. В поля онлайн-калькулятора вносятся показатели: объем проходящего через электрический канальный калорифер холодного воздуха, температура входящего воздуха, необходимая температура на выходе из электрического калорифера. По результатам онлайн-расчета калькулятора выводится требуемая мощность электрического нагревательного модуля для соблюдения заложенных условий.

1 поле. Объем проходящего через канальный электронагреватель приточного воздуха, м³/ч 2 поле. Температура воздуха на входе в электрический калорифер, °С 3 поле. Необходимая температура воздуха на выходе из электрокалорифера, °С 4 поле. Требуемая мощность электрического калорифера (расход тепла на подогрев приточного воздуха) для введенных данных

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.

Формула скорости воздушных масс, необходимая для подбора площади нагревательного элемента, следующая:

ϑρ = Lρ / 3600×Аф.факт

На следующем этапе определяется объем тепловой энергии, необходимый для прогрева приточки:

Q = 0.278×Gc× (tп – tн), где

Q – объём тепловой энергии, Вт; G – расчётный показатель расхода воздуха, кг/ч; с – удельная теплоёмкость, в данном случае берётся 1.005 кДж/кг °С; tп – температура приточки, °С; tн – температура воздуха на входе.

Расход воздуха G = Lρн. Это связанно с местом установки вентилятора. Он находится до калорифера, а, следовательно, используется нормативное значение плотности воздушных масс снаружи помещения.

Далее вычисляются затраты горячей воды на отдачу тепла холодному:

Gw = Q / cw×(tг – t0), где

cw – тепловая ёмкость воды, кДж/кг °С; tг – температура теплоносителя (воды), 0 С; t0 – расчётная температура воды в обратном трубопроводе, 0 С.

Теплоемкость жидкости можно узнать из справочной литературы. Параметры теплового носителя зависят от параметров среды.

Зная Gw, можно вычислить скорость движения воды по трубам:

w = Gw / 3600×ρw×Aф, где

Aф – размер сечения теплообменника, м²; ρw – плотность воды при средней температуре теплового носителя, 0 С.

Рассчитать скорость движения теплоносителя можно по формуле, указанной выше. Она справедлива для простой системы последовательного подключения нагревательных элементов. В случае использования параллельной схемы, толщина трубопровода увеличится в два или более раз, а средняя скорость движения уменьшится.

Кроме подбора калорифера выполняется расчёт тепловых потерь по укрупнённым показателям. Основная формула:

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

Расчёт поверхности нагрева

Основная формула площади нагревательной поверхности канального устройства:

Amp = 1.2Q / K× (tср.т – tср.в), где

К – коэффициент передачи тепла от калорифера холодному воздуху, Вт/(м°С); tср.т – средний показатель температуры теплового носителя, 0 С; tср.в – средний показатель температуры приточки, 0 С; число 1,2 – коэффициент запас. Вводится в связи с остыванием воздуховодов.

На последнем этапе определяется, сколько тепла может выдать канальный нагреватель:

Qфакт = К× (tср.т – tср.в)×Nфакт×Ak

Особенность методики для паровых нагревателей

Принцип вычислений не меняется. Отличие только в способе определения расхода теплового носителя для нагрева холодного воздуха:

r – тепловая энергия, получаемая в процессе конденсации пара.

Выбор вентиляционного электронагревателя

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

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

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

Источник



Достоинства и недостатки

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.

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.