Calculul caloriferului: cum să calculați puterea dispozitivului pentru încălzirea aerului pentru încălzire

Caloriferele au o productivitate ridicată, astfel încât cu ajutorul lor se pot încălzi chiar și încăperi foarte mari într-un timp destul de scurt. În vânzare sunt multe modele ale acestor aparate, care funcționează pe baza diferiților agenți termici.

Pentru a alege varianta optimă, este necesar un calcul al caloriferului, care poate fi efectuat atât manual, cât și cu ajutorul unui calculator online. Vă vom ajuta să înțelegeți problema calculelor – în acest articol vom oferii un exemplu de calcule care vor fi necesare la alegerea aparatului potrivit pentru încălzirea aerului.

De asemenea, vom examina particularitățile construcției diferitelor tipuri de calorifere, avantajele și dezavantajele sistemului de încălzire cu utilzarea acestor aparate.

Avantaje și dezavantaje ale încălzirii cu calorifer

Sistemul de încălzire a casei, bazat pe furnizarea aerului încălzit la temperatura setată direct în casă, prezintă un interes deosebit pentru proprietarii de locuințe proprii.

O astfel de construcție a sistemului de încălzire constă din următoarele componente importante:

• caloriferul, care acționează ca generator de căldură, încălzind aerul;
• canalele (conductele de aer) prin care masele de aer încălzit intră în casă;
• ventilatorul, care direcționează aerul bine încălzit în întregul volum al încăperii.

Avantajele unui astfel de sistem sunt multe. Printre acestea se numără randamantul ridicat, absența elementelor auxiliare pentru schimbul de căldură sub formă de radiatoare, țevi, posibilitatea de a o combina cu sistemul climatic și inerția redusă, în urma căreia încălzirea volumelor mari are loc foarte re pede.

Pentru mulți proprietari de case, dezavantajul este faptul că montajul sistemului este posibil doar simultan cu construcția casei în sine, iar apoi modernizarea ulterioară a acestuia este imposibilă.

Un alt dezavantaj este nuanța precum necesitatea obligatorie a unei surse de rezervă și nevoia de întreținere tehnică regulată.

Caloriferul este simplu de montat și de exploatat, accesibil ca preț, dar important este că este un dispozitiv eficient pentru încălzirea încăperii. În fotografie, un calorifer de apă montat în sistem.

Pe site-ul nostru există materiale mai detaliate despre amenajarea încălzirii cu aer în casă și vilă. Vă recomandăm să le consultați:

• Încălzirea cu aer făcută manual: totul despre sistemele de încălzire cu aer
• Cum să organizezi încălzirea cu aer a unei case de țară: reguli și scheme de construcție
• Calculul încălzirii cu aer: principii de bază + exemplu de calcul

Clasificarea caloriferelor

Caloriferele sunt incluse în construcția sistemului de încălzire pentru încălzirea aerului. Există următoarele grupuri ale acestor dispozitive în funcție de tipul agentului termic utilizat: cu apă, electrice, cu abur, cu foc.

Dispozitivele electrice au sens să fie utilizate pentru încăperi cu suprafața de cel mult 100 m². Pentru clădiri cu suprafețe mari, o alegere mai rațională vor fi caloriferele cu apă, care funcționează doar în prezența unei surse de căldură.

Cele mai populare sunt caloriferele cu abur și caloriferele cu apă. Atât primele, cât și cele din urmă, după forma suprafeței, se împart în 2 subtipuri: cu aripioare și cu tuburi netede. Caloriferele cu aripioare, după geometria aripioarelor, pot fi cu plăci și cu înfășurare spirală.

Productivitatea caloriferelor care funcționează cu un agent termic precum aburul este reglată cu ajutorul unor supape speciale instalate pe conducta de intrare.

Din punct de vedere al construcției, aceste dispozitive pot fi cu un singur pas, când agentul termic se deplasează prin tuburi într-o direcție constantă, și cu mai multe treceri, în capacele cărora există pereți despărțitori, ceea ce face ca direcția de mișcare a agentului termic să se schimbe constant.

Sunt disponibile 4 modele de calorifere cu apă și cu abur, care se deosebesc prin suprafața de încălzire:

• SM — cea mai mică, cu un rând de tuburi;
• M — mică, cu două rânduri de tuburi;
• S — medie, cu tuburi în 3 rânduri;
• B — mare, având 4 rânduri de tuburi.

Caloriferele cu apă suportă fluctuații mari de temperatură în timpul funcționării — 70-110⁰. Pentru o bună funcționare a acestui tip de calorifer, apa care circulă în sistem trebuie să fie încălzită la maximum 180⁰. În sezonul cald, caloriferul poate funcționa ca ventilator.

Construcția caloriferelor de diferite tipuri

Caloriferul de apă pentru încălzire constă dintr-un corp metalic, un schimbător de căldură sub formă de șir de țevi amplasat în interior și un ventilator. La capătul agregatului se află racorduri de intrare prin care este conectat la cazan sau la sistemul centralizat de încălzire.

De regulă, ventilatorul se află în partea din spate a aparatului. Sarcina sa este de a forța aerul prin schimbătorul de căldură.

După încălzire, prin grila situată pe partea frontală a caloriferului, aerul reintră în cameră.

Cel mai adesea, corpul este fabricat în formă de dreptunghi, dar există modele destinate conductelor de ventilație cu secțiune circulară. Pe magistrala de alimentare se montează robinete cu două sau trei căi pentru reglarea puterii agregatului.

Ventilatorul suflă peste țevile amplasate în corpul caloriferului. Prin țevi circulă apă încălzită din sistemul de încălzire, iar ventilatorul distribuie uniform aer cald în cameră.

Caloriferele se deosebesc și prin modul de montaj – există modele de tavan și de perete. Cele de primul tip se amplasează în spatele unui tavan fals, dincolo de acesta ieșind doar grila. Aparatele de perete sunt mai populare.

Tipul #1 – calorifere cu tuburi netede

Construcția cu țevi netede este formată din elemente de încălzire sub formă de țevi subțiri și goale cu diametrul de la 20 la 32 mm, situate la o distanță de 0,5 cm una față de alta. Prin ele circulă agentul termic. Aerul, spălând suprafețele încălzite ale țevilor, se încălzește datorită schimbului convectiv de căldură.

Țevile din încălzitorul de aer sunt dispuse în ordine eșalonată sau în rânduri. Capetele lor sunt sudate în colectoare – superior și inferior. Agentul termic intră în cutia de distribuție prin racordul de intrare, apoi, trecând prin țevi și încălzindu-le, iese prin racordul de ieșire sub formă de condens sau apă răcită.

O transmitere mai stabilă a căldurii este asigurată de aparatele cu dispunere eșalonată a țevilor, dar rezistența la fluxurile de aer este mai mare. Este necesar să se efectueze calculul puterii agregatului pentru a cunoaște capacitățile reale ale dispozitivului.

Aerului i se impun anumite cerințe – nu trebuie să conțină fibre, particule în suspensie, substanțe lipicioase. Nivelul admisibil de praf – mai puțin de 0,5 mg/m. Temperatura la intrare – minim 20⁰.

Calorifere cu un singur traseu și cu trei trasee. 1 – racord de intrare prin care intră agentul termic, 2 – cutie de distribuție, 3 – țeavă, 4 – racord de ieșire, 5 – perete despărțitor

Caracteristicile termotehnice ale caloriferelor cu tuburi netede nu sunt foarte ridicate. Utilizarea lor este justificată atunci când nu este necesar un debit mare de aer și încălzirea acestuia la o temperatură înaltă.

Tipul #2 – încălzitoare de aer cu aripioare

Țevile dispozitivelor cu aripioare au o suprafață cu aripioare, prin urmare, transferul de căldură de la ele este mai mare. Cu un număr mai mic de țevi, caracteristicile termotehnice ale acestora sunt mai mari decât cele ale aerotermelor cu tuburi netede.

Componența caloriferelor cu plăci include tuburi cu plăci montate pe ele — dreptunghiulare sau rotunde.

Primul tip de plăci se montează pe un grup de țevi. Agentul termic intră în cutia de distribuție a dispozitivului prin racord, încălzește aerul care trece cu o viteză semnificativă prin canale de diametru mic, iar apoi iese din cutia de colectare prin racord.

Caloriferele de acest tip sunt compacte, ușor de întreținut și de montat.

Dispozitivele cu plăci cu un singur pas se notează: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, iar cele cu mai multe pasuri — KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Modelul mediu are denumirea KFS, iar cel mare — KFB.

Pe tuburile acestor calorifere se înfășoară o bandă de oțel ondulată cu lățimea de 1 cm și grosimea de 0,4 mm. Agentul termic pentru ele poate fi atât abur, cât și apă.

Caloriferele cu apă nu trebuie conectate cu țevi metal-plastic sau polimerice, deoarece nu sunt proiectate pentru temperatura ridicată a agentului termic. Sunt necesare țevi de oțel și, de preferință, galvanizate, pentru a exclude coroziunea.

Prima este echipată cu trei rânduri de tuburi, iar a doua cu patru. Plăcuțele modelului mediu au grosimea de 0,5 mm și dimensiunile 11,7 x 13,6 cm. Plăcile modelului mare, de aceeași grosime și lățime, se deosebesc printr-o lungime mai mare — 17,5 cm.

Plăcile se află la o distanță de 0,5 cm una de alta și au o dispunere în zigzag, în timp ce la modelele de tip mediu plăcile sunt dispuse după principiul de coridor.

Aerotermele cu marcajul STD au 5 numere (5, 7, 8, 9, 14). În caloriferele STD4009V agentul termic este aburul, iar în STD3010G – apa. Montajul primelor se realizează cu orientarea verticală a tuburilor, a celor de-al doilea — cu orientarea orizontală.

Tipul #3 – calorifere bimetalice cu aripioare

În sistemele de încălzire cu preîncălzire a aerului se folosesc adesea modelele de calorifere bimetalice KP3-SK, KP4-SK, KSk – 3 și 4 cu un tip special de aripioare — spiralat-laminat. Agentul termic pentru caloriferele KP3-SK, KP4-SK este apa caldă cu presiunea maximă de 1,2 MPa și temperatura maximă de 180⁰.

Pentru funcționarea celorlalte două aeroterme este necesar abur cu aceeași presiune de lucru ca și pentru primele, dar cu o temperatură puțin mai mare — 190⁰. Producătorii efectuează obligatoriu teste de recepție. Testează dispozitivele și pentru etanșeitate.

Schimbătorul de căldură al caloriferului KSK constă din țevi din oțel cu aripioare de aluminiu. Grilele de țevi le conectează.

Există 2 linii de calorifere bimetalice — KSK3, KPZ, care au 3 rânduri de țevi, aparțin modelelor medii, iar KSK4, KP4 cu 4 rânduri de țevi — modelelor mari. Componentele acestor dispozitive sunt elemente de schimb de căldură bimetalice, scuturile laterale, grilaje de țevi, capace cu pereți despărțitori.

Elementul de schimb de căldură reprezintă 2 țevi — una interioară cu diametrul de 1,6 cm, confecționată din oțel și una exterioară din aluminiu cu aripioare montată pe ea. Intervalul transversal între țevile de transfer termic este de 4,15 cm, iar cel longitudinal — 3,6 cm.

Reguli de calcul și selectare a agregatului potrivit

În proiectarea sistemului de încălzire cu unul sau un grup de calorifere, precum și în efectuarea calculelor, trebuie respectate o serie de reguli. Să le examinăm mai detaliat în selecția de fotografii de mai jos.

Calculul caloriferului de apă

Pentru calculul puterii unui calorifer de apă sau cu abur sunt necesari următorii parametri de intrare:

1. Debitul sistemului sau, cu alte cuvinte, cantitatea de aer vehiculată pe oră. Unitatea de măsură a debitului volumetric este m³/h, a celui masic kg/h. Notația convențională — L.
2. Temperatura inițială sau exterioară — t_ext.
3. Temperatura finală a aerului — t_final.
4. Densitatea și capacitatea termică a aerului la o anumită temperatură — datele se iau din tabele.

Mai întâi se calculează aria secțiunii frontale a dispozitivului de încălzire a aerului. Aflând această valoare, se obțin dimensiunile preliminare ale agregatului cu rezervă.

Pentru calcul se utilizează formula:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Unde L — debitul volumetric al aerului sau capacitatea în m³/h, ρ — densitatea aerului exterior măsurată în kg/m³, ϑρ — viteza masică a aerului în secțiunea calculată, măsurată în kg/(cm²).

Obținând acest parametru, pentru calculele ulterioare se ia dimensiunea tipică a caloriferului, cea mai apropiată ca dimensiuni. La o valoare finală mare a suprafeței, se instalează în paralel mai multe unități identice, a căror suprafață în sumă este egală cu valoarea obținută.

Prin calorifere se înțeleg nu doar dispozitivele pentru schimb de căldură, ci și răcitoarele de aer care funcționează pe bază de apă rece, care se bucură de o popularitate mult mai mică

Pentru a determina puterea necesară pentru încălzirea unui anumit volum de aer, trebuie să aflați debitul total al aerului încălzit în kg pe 1 oră, conform formulei:

G = L х р,

Unde р este densitatea aerului în condiții de temperatură medie. Se determină prin însumarea temperaturilor la intrare și ieșire din agregat, apoi se împarte la 2. Valorile densității se iau din tabel.

Din acest tabel se pot lua date privind densitatea și căldura specifică a aerului la o anumită temperatură pentru calculul puterii aparatului

Acum se poate calcula consumul de căldură pentru încălzirea aerului, pentru care se aplică următoarea formulă:

Q (W) = G х c х (t fin. – t iniț.),

Unde G – debitul masic de aer în kg/oră. Se ia în considerare la calcul și căldura specifică a aerului măsurată în J/(kg x K). Aceasta depinde de temperatura aerului de intrare, iar valorile sale se găsesc în tabelul de mai sus. Temperatura la intrarea în aparat și la ieșirea din acesta se notează cu t iniț. și t fin. respectiv.

Să presupunem că trebuie să alegem un calorifer cu o capacitate de 10 000 m³/oră, pentru a încălzi aerul până la 20⁰ la temperatura exterioară de -30⁰. Agentul termic este apa, având temperatura la intrarea în agregat de 95⁰ și 50⁰ la ieșire.

Debitul masic al masei de aer: G = 10 000 m³/h x 1,318 kg/m³ = 13 180 kg/h.

Valoarea densității: ρ = (-30 + 20) = -10, împărțind acest rezultat la jumătate s-a obținut -5. Din tabel s-a ales densitatea corespunzătoare temperaturii medii.

Înlocuind rezultatul obținut în formulă, se obține consumul de căldură: Q = 13 180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185 435 W. Aici 1013 este căldura specifică, selectată din tabel la temperatura de -30⁰ în J/(kg x K). La valoarea calculată a puterii caloriferului se adaugă o rezervă de 10 până la 15%.

Motivul este că parametrii tabulari diferă adesea de cei reali în sensul reducerii, iar randamentul termic al agregatului, din cauza înfundării tuburilor, scade în timp. Depășirea valorii rezervei nu este de dorit.

La o creștere semnificativă a suprafeței de încălzire poate apărea o suprarăcire și chiar decongelarea în înghețuri mari.

La caloriferul cu abur, agentul termic se introduce de sus, iar apa rezultată din condensarea aburului uzat se evacuează de jos. În fotografie — schema de racordare a caloriferului cu abur.

Puterea caloriferelor cu abur se calculează în același mod ca și a celor cu apă. Diferă doar formula de calcul a agentului termic:

G = Q / r,

Unde r — căldura specifică eliberată în timpul condensării aburului, măsurată în kJ/kg.

Calculul caloriferului electric

Producătorii în cataloagele caloriferelor electrice indică adesea puterea instalată și debitul de aer, ceea ce simplifică considerabil alegerea. Important este ca parametrii să nu fie mai mici decât cei indicați în fișa tehnică, altfel acesta se va defecta rapid.

În construcția caloriferului intră mai multe elemente electrice de încălzire speciale, a căror suprafață este mărită prin presarea unor aripioare pe ele.

Puterea aparatelor poate fi foarte mare, uneori sute de kilowați. Până la 3,5 kW, caloriferul poate fi alimentat de la o priză de 220 V, iar la tensiuni mai mari este necesară conectarea printr-un cablu separat direct la tablou. Dacă este necesară utilizarea unui calorifer cu o putere mai mare de 7 kW, va fi necesară o alimentare de 380 V.

Aceste aparate au dimensiuni și greutate reduse, sunt complet autonome, nu necesită prezența unui sistem centralizat de alimentare cu apă caldă sau abur.

Un dezavantaj semnificativ — puterea redusă, insuficientă pentru utilizarea lor pe suprafețe mari. Al doilea dezavantaj — consumul mare de energie electrică.

Din calculul caloriferului rezultă că utilizarea aparatului duce la o economie semnificativă de resurse energetice. Uneori, acest agregat este combinat cu un recuperator, iar atunci admisia aerului are loc nu din exterior, ci din încăpere.

Pentru a afla ce curent consumă caloriferul, se poate folosi formula:

I = P /U,

Unde P — puterea, U — tensiunea de alimentare.

La conectarea monofazată a caloriferului, U se consideră egal cu 220 V. La cea trifazată — 660 V.

Temperatura până la care caloriferul de o anumită putere încălzește masa de aer se determină prin formula:

T =2.98 x P/ L,

Unde L – debitul sistemului. Valorile optime ale puterii caloriferului pentru casă sunt de la 1 la 5 kW, iar pentru birouri — de la 5 la 50 kW.

Concluzii și material video util pe această temă

Ce densitate a aerului să se ia la calcul, este explicat în acest videoclip:

Videoclip despre cum funcționează caloriferul în sistemul de încălzire:

Alegând un anumit tip de calorifer, trebuie să se țină cont de considerente de oportunitate și de caracteristicile de exploatare ale casei.

Pentru suprafețe mici, o achiziție reușită va fi un calorifer electric, iar pentru încălzirea unei case mari, este mai bine să alegeți o altă variantă. În orice caz, nu se poate face fără un calcul prealabil.

Vă orientați bine în problema selectării și calculării aerotermei? Poate doriți să împărtășiți recomandări utile privind alegerea unui încălzitor de aer sau să semnalați o eroare sau inexactitate în calculele din materialul examinat mai sus? Lăsați comentariul dumneavoastră sub acest articol – opinia dumneavoastră poate fi utilă persoanelor care aleg aeroterma potrivită pentru casa lor.