Obliczanie nagrzewnicy: jak obliczyć moc urządzenia do podgrzewania powietrza do ogrzewania

Grzejniki charakteryzują się dużą wydajnością, dlatego przy ich pomocy można w dość krótkim czasie ogrzać nawet bardzo duże pomieszczenia. Do sprzedaży trafia wiele modeli tych urządzeń działających w oparciu o różne chłodziwa.

Aby wybrać najlepszą opcję, należy obliczyć grzejnik, co można wykonać ręcznie lub za pomocą kalkulatora internetowego. Pomożemy Ci rozwiązać problem obliczeń - w tym artykule podamy przykład obliczeń, które będą potrzebne przy wyborze odpowiedniego urządzenia do ogrzewania powietrza.

Rozważymy również cechy konstrukcyjne różnych typów nagrzewnic powietrza, zalety i wady systemu grzewczego wykorzystującego takie urządzenia.

Plusy i minusy ogrzewania grzejnikiem

Szczególnym zainteresowaniem właścicieli domów cieszy się system ogrzewania domu, polegający na dostarczaniu powietrza ogrzanego do zadanej temperatury bezpośrednio do domu.

Ten projekt systemu grzewczego składa się z następujących ważnych elementów:

• grzejnik pełniący funkcję generatora ciepła, który podgrzewa powietrze;
• kanały (kanały powietrzne), przez które ogrzane masy powietrza dostają się do domu;
• wentylator, który rozprowadza dobrze ogrzane powietrze po całym pomieszczeniu.

Tego typu system ma wiele zalet.Należą do nich wysoka wydajność, brak elementów pomocniczych do wymiany ciepła w postaci grzejników, rur i możliwość połączenia go z systemem grzewczym oraz niska bezwładność, w wyniku czego duże objętości są bardzo szybko podgrzewane.

Dla wielu właścicieli domów wadą jest to, że montaż systemu jest możliwy tylko jednocześnie z budową samego domu i wtedy dalsza modernizacja jest niemożliwa.

Wadą jest taki niuans, jak obowiązkowa obecność zasilania rezerwowego i konieczność regularnej konserwacji.

Nagrzewnica jest prosta w montażu i obsłudze, przystępna cenowo, ale co najważniejsze jest skutecznym urządzeniem do ogrzewania pomieszczenia. Zdjęcie przedstawia podgrzewacz wody wbudowany w system

Na naszej stronie internetowej znajdują się bardziej szczegółowe materiały na temat instalacji ogrzewania powietrznego w domu i domku. Zalecamy zapoznanie się z nimi:

• Ogrzewanie powietrzne zrób to sam: wszystko o systemach ogrzewania powietrznego
• Jak zorganizować ogrzewanie powietrzne w wiejskim domu: zasady i plany budowy
• Obliczanie ogrzewania powietrznego: podstawowe zasady + przykład obliczeń

Klasyfikacja nagrzewnic powietrza

Nagrzewnice powietrza są uwzględnione w projekcie systemu grzewczego w celu podgrzewania powietrza. Ze względu na rodzaj stosowanego czynnika chłodniczego wyróżnia się następujące grupy urządzeń: wodne, elektryczne, parowe, ogniowe.

Sensowne jest używanie urządzeń elektrycznych w pomieszczeniach o powierzchni nie większej niż 100 m². W przypadku budynków o dużej powierzchni bardziej racjonalnym wyborem będą nagrzewnice wodne, które działają tylko w obecności źródła ciepła.

Najpopularniejsze to para i podgrzewacze wody. Zarówno pierwsza, jak i druga powierzchnia w kształcie są podzielone na 2 podtypy: żebrowany i gładki. W zależności od geometrii żeberek, grzejniki żebrowe mogą być płytowe lub spiralne.

Wydajność nagrzewnic powietrza zasilanych czynnikiem chłodzącym, jakim jest para, reguluje się za pomocą specjalnych zaworów zainstalowanych na rurze wlotowej

Z założenia urządzenia te mogą być jednoprzebiegowe, gdy chłodziwo w nich przepływa przez rury, trzymając się stałego kierunku, oraz wieloprzebiegowe, w których pokrywach znajdują się przegrody, w wyniku czego kierunek ruchu płyn chłodzący stale się zmienia.

W sprzedaży dostępne są 4 modele nagrzewnic wodno-parowych różniących się powierzchnią grzewczą:

• CM - najmniejszy z jednym rzędem rur;
• M — mały z dwoma rzędami rurek;
• Z — średni z rurami w 3 rzędach;
• B - duży, z 4 rzędami rur.

Podczas pracy podgrzewacze wody wytrzymują duże wahania temperatury - 70-110⁰.Aby grzejnik tego typu dobrze działał, woda krążąca w instalacji musi zostać podgrzana maksymalnie do 180⁰. W ciepłym sezonie grzejnik może pełnić funkcję wentylatora.

Projektowanie różnych typów nagrzewnic powietrza

Podgrzewacz wody grzewczej składa się z metalowej obudowy, umieszczonego w niej wymiennika ciepła w postaci szeregu rurek oraz wentylatora. Na końcu urządzenia znajdują się rury dopływowe, poprzez które jest ono podłączone do kotła lub centralnego systemu grzewczego.

Z reguły wentylator znajduje się z tyłu urządzenia. Jego zadaniem jest przepuszczenie powietrza przez wymiennik ciepła.

Po ogrzaniu powietrze napływa z powrotem do pomieszczenia poprzez kratkę znajdującą się w przedniej części nagrzewnicy.

Najczęściej obudowa wykonywana jest w kształcie prostokąta, ale zdarzają się modele przeznaczone do okrągłych kanałów wentylacyjnych. Na linii zasilającej instalowane są zawory dwu- lub trójdrogowe w celu regulacji mocy urządzenia.

Wentylator dmucha przez rurki umieszczone w obudowie nagrzewnicy.Podgrzana woda z instalacji grzewczej przepływa rurkami, a wentylator rozprowadza ciepłe powietrze równomiernie po całym pomieszczeniu

Nagrzewnice powietrza różnią się także sposobem montażu – można je montować na suficie lub na ścianie. Modele pierwszego typu są umieszczone za podwieszanym sufitem, poza nim wygląda tylko kratka. Coraz większą popularnością cieszą się jednostki naścienne.

Typ nr 1 - grzejniki gładkorurowe

Konstrukcja gładkorurowa składa się z elementów grzejnych w postaci cienkich pustych rurek o średnicy od 20 do 32 mm, umieszczonych w odległości 0,5 cm względem siebie. Płyn chłodzący przepływa przez nie. Powietrze obmywające nagrzane powierzchnie rur jest podgrzewane w wyniku konwekcyjnej wymiany ciepła.

Rury w nagrzewnicy powietrza ułożone są w szachownicę lub korytarz. Ich końce są wspawane w kolektory - górny i dolny. Czynnik chłodzący wpływa do skrzynki rozdzielczej rurą wlotową, następnie po przejściu przez rurki i ich podgrzaniu wychodzi rurą wylotową w postaci kondensatu lub wody lodowej.

Bardziej stabilną wymianę ciepła zapewniają urządzenia o naprzemiennym układzie rur, ale tutaj opór przepływu powietrza jest większy. Aby poznać rzeczywiste możliwości urządzenia, konieczne jest obliczenie mocy urządzenia.

Powietrze ma pewne wymagania – nie powinno w nim być włókien, cząstek zawieszonych ani substancji lepkich. Dopuszczalna zawartość pyłu jest mniejsza niż 0,5 mg/mᶾ. Temperatura na wlocie wynosi co najmniej 20⁰.

Nagrzewnice jednociągowe i trójciągowe. 1 – rura wlotowa, przez którą przepływa czynnik chłodzący, 2 – skrzynka rozdzielcza, 3 – rura, 4 – rura wylotowa, 5 – przegroda

Właściwości cieplne grzejników gładkorurowych nie są bardzo wysokie.Ich stosowanie jest wskazane, gdy nie jest wymagany znaczny przepływ powietrza i nagrzewanie do wysokiej temperatury.

Typ nr 2 – żebrowane nagrzewnice powietrza

Rury urządzeń żebrowanych mają żebrowaną powierzchnię, dlatego przenoszenie ciepła z nich jest większe. Przy mniejszej liczbie rur ich właściwości termiczne są wyższe niż w przypadku nagrzewnic powietrza z gładkimi rurkami.

Grzejniki płytowe to rurki z zamontowanymi na nich płytami - prostokątnymi lub okrągłymi.

Pierwszy typ płyt montowany jest na grupie rur. Czynnik chłodzący dostaje się poprzez kształtkę do skrzynki rozdzielczej urządzenia, podgrzewa powietrze przepływające ze znaczną prędkością kanałami o małej średnicy, a następnie poprzez kształtkę opuszcza skrzynkę montażową.

Grzejniki tego typu są kompaktowe, łatwe w utrzymaniu i montażu.

Urządzenia płytowe jednoprzejściowe oznaczono jako KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, natomiast urządzenia płytowe wieloprzebiegowe oznaczono jako KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Środkowy model oznaczono jako KFS, a duży jako KFB.

Na rury tych grzejników nawinięta jest falista taśma stalowa o szerokości 1 cm i grubości 0,4 mm. Czynnikiem chłodzącym dla nich może być para lub woda.

Podgrzewaczy wody nie można łączyć z rurami metalowo-plastikowymi lub polimerowymi, ponieważ Nie są przeznaczone do pracy w wysokich temperaturach płynu chłodzącego. Potrzebujemy rur stalowych, najlepiej ocynkowanych, aby zapobiec korozji

Pierwsza wyposażona jest w trzy rzędy rur, druga w cztery. Płytki modelu średniego mają grubość 0,5 mm i wymiary 11,7 x 13,6 cm, natomiast płytki dużego modelu o tej samej grubości i szerokości są dłuższe – 17,5 cm.

Płyty znajdują się w odległości 0,5 cm od siebie i mają układ zygzakowaty, natomiast w modelach typu średniego płyty są ułożone zgodnie z zasadą korytarza.

Nagrzewnice powietrza oznaczone STD mają 5 cyfr (5, 7, 8, 9, 14). W nagrzewnicach STD4009V czynnikiem chłodzącym jest para, a w nagrzewnicach STD3010G woda. Instalacja pierwszego odbywa się przy pionowej orientacji rur, drugiej - przy orientacji poziomej.

Typ #3 - grzejniki bimetaliczne z lamelami

W instalacjach grzewczych z ogrzanym powietrzem często stosuje się modele nagrzewnic bimetalicznych KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 i 4 ze specjalnym rodzajem żeberek - walcowanymi spiralnie. Czynnikiem chłodzącym nagrzewnice KP3-SK, KP4-SK jest gorąca woda o najwyższym ciśnieniu 1,2 MPa i maksymalnej temperaturze 180⁰.

Do pracy pozostałych dwóch nagrzewnic powietrza wymagana jest para o takim samym ciśnieniu roboczym jak w przypadku pierwszych, ale o nieco wyższej temperaturze – 190⁰. Producenci muszą przeprowadzić testy akceptacyjne. Urządzenia są również testowane pod kątem szczelności.

Wymiennik ciepła nagrzewnicy powietrza KSK składa się z rur wykonanych ze stali i posiadających aluminiowe żeberka. Łączą je arkusze rur

Istnieją 2 linie bimetalicznych nagrzewnic powietrza - KSK3, KPZ, które mają 3 rzędy rurek, są średniej wielkości, a KSK4, KP4 z 4 rzędami rurek to modele duże. Elementami składowymi tych urządzeń są bimetaliczne elementy wymiany ciepła, osłony boczne, kratki rurowe i pokrywy z przegrodami.

Element wymiany ciepła składa się z 2 rurek - wewnętrznej o średnicy 1,6 cm, wykonanej ze stali i zewnętrznej aluminiowej, na której zamontowane są żeberka. Rozstaw poprzeczny pomiędzy rurkami przenoszącymi ciepło wynosi 4,15 cm, a rozstaw wzdłużny 3,6 cm.

Zasady obliczeń i doboru odpowiedniej jednostki

Projektując instalację grzewczą z jednym lub grupą grzejników, a także wykonując obliczenia, należy przestrzegać szeregu zasad. Przyjrzyjmy się im bardziej szczegółowo w wyborze zdjęć poniżej.

Obliczanie podgrzewacza wody

Aby obliczyć moc podgrzewacza wody lub pary, potrzebne są następujące parametry początkowe:

1. Wydajność systemu, czyli innymi słowy ilość destylowanego powietrza na godzinę. Jednostką miary przepływu objętościowego jest mᶾ/h, masa kg/h. Symbol - L.
2. Temperatura początkowa lub zewnętrzna - tul.
3. Końcowa temperatura powietrza wynosi tfin.
4. Gęstość i pojemność cieplna powietrza w określonej temperaturze - dane pobierane są z tabel.

Najpierw oblicza się pole przekroju wzdłuż przodu nagrzewnicy powietrznej.Po poznaniu tej wartości wstępne wymiary jednostki uzyskuje się z marginesem.

Do obliczeń użyj wzoru:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Gdzie L — objętościowy przepływ powietrza lub wydajność w m³/h, ρ — gęstość powietrza na zewnątrz mierzona w kg/m3 ϑρ – masowa prędkość powietrza w obliczonym przekroju, mierzona w kg/(cm²).

Po otrzymaniu tego parametru do dalszych obliczeń przyjmują typowy rozmiar grzejnika, najbliższy rozmiarowi. Jeśli ostateczna wartość powierzchni jest duża, równolegle instaluje się kilka identycznych jednostek, których całkowita powierzchnia jest równa wartości wynikowej.

Kaloryfery nazywane są nie tylko urządzeniami do wymiany ciepła, ale także chłodnicami powietrza działającymi na bazie zimnej wody, które są znacznie mniej popularne

Aby określić wymaganą moc do ogrzania określonej objętości powietrza, należy obliczyć całkowite zużycie ogrzanego powietrza w kg na 1 godzinę, korzystając ze wzoru:

G = dł. x str,

Gdzie R - gęstość powietrza w średniej temperaturze. Określa się go poprzez zsumowanie temperatur na wlocie i wylocie urządzenia, a następnie podzielenie przez 2. Wskaźniki gęstości pobierane są z tabeli.

Z tej tabeli można pobrać dane dotyczące gęstości i ciepła właściwego powietrza w określonej temperaturze, aby obliczyć moc urządzenia

Teraz możesz obliczyć zużycie ciepła na ogrzanie powietrza, dla czego stosuje się następujący wzór:

Q (W) = G x do x (t koniec - t początek),

Gdzie G — masowy przepływ powietrza w kg/godzinę. Przy obliczeniach uwzględnia się także ciepło właściwe powietrza, mierzone w J/(kg x K). Zależy to od temperatury napływającego powietrza, a jej wartości znajdują się w tabeli powyżej. Wskazana jest temperatura na wlocie i wylocie urządzenia zacząć. I t kon. odpowiednio.

Załóżmy, że musimy wybrać nagrzewnicę o wydajności 10 000 mᶾ/godz., aby przy temperaturze zewnętrznej -30⁰ ogrzała powietrze do temperatury 20⁰. Czynnikiem chłodzącym jest woda o temperaturze na wejściu do urządzenia 95⁰ i 50⁰ na wylocie.

Przepływ masy powietrza: G = 10 000 mᶾ/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13 180 kg/h.

Wartość gęstości: ρ = (-30 + 20) = -10, dzieląc ten wynik przez pół, otrzymaliśmy -5. Z tabeli wybraliśmy gęstość odpowiadającą średniej temperaturze.

Podstawiając uzyskany wynik do wzoru, otrzymuje się zużycie ciepła: Q = 13 180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185 435 W. Tutaj 1013 to ciepło właściwe wybrane z tabeli w temperaturze - 30⁰ w J/(kg x K). Do obliczonej wartości mocy nagrzewnicy dolicza się od 10 do 15% rezerwy.

Powodem jest to, że parametry tabelaryczne często odbiegają od rzeczywistych w dół, a wydajność cieplna urządzenia z powodu zatykania rur maleje z czasem. Przekroczenie wartości rezerwy jest niepożądane.

Przy znacznym wzroście powierzchni grzewczej może wystąpić hipotermia, a nawet rozmrożenie przy silnych mrozach.

Chłodziwo dostarczane jest do nagrzewnicy parowej od góry, a woda powstająca w wyniku kondensacji pary wylotowej jest odprowadzana od dołu. Zdjęcie przedstawia schemat rurociągów podgrzewacza pary

Moc nagrzewnic parowych oblicza się w taki sam sposób, jak nagrzewnic wodnych. Różni się tylko wzór na obliczenie chłodziwa:

G=Q/r,

Gdzie R - ciepło właściwe wydzielające się podczas kondensacji pary, mierzone w kJ/kg.

Obliczanie grzejnika elektrycznego

Producenci w katalogach elektrycznych nagrzewnic powietrza często wskazują moc zainstalowaną i przepływ powietrza, co znacznie ułatwia wybór.Najważniejsze jest to, że parametry nie są mniejsze niż wskazane w paszporcie, w przeciwnym razie szybko się nie powiedzie.

Konstrukcja grzejnika obejmuje kilka specjalnych elektrycznych elementów grzejnych, których powierzchnię zwiększa się poprzez dociśnięcie do nich żeberek.

Moc urządzeń może być bardzo duża, czasami sięgać setek kilowatów. Do mocy 3,5 kW grzejnik można zasilać z gniazdka 220 V, a przy napięciach powyżej tego konieczne jest podłączenie go osobnym kablem bezpośrednio do panelu. W przypadku konieczności zastosowania grzejnika o mocy większej niż 7 kW wymagane będzie zasilanie 380 V.

Urządzenia te mają niewielkie rozmiary i wagę, są całkowicie autonomiczne, niekoniecznie wymagają obecności scentralizowanego źródła ciepłej wody lub pary.

Istotną wadą jest to, że mała moc jest niewystarczająca do stosowania ich na dużych obszarach. Drugą wadą jest duże zużycie energii.

Z obliczeń grzejnika wynika, że ​​efektem użytkowania urządzenia jest zauważalna oszczędność zasobów energii. Czasem jednostka ta łączona jest z rekuperatorem i wówczas dopływ powietrza następuje nie z zewnątrz, a z pomieszczenia

Aby dowiedzieć się, ile prądu pobiera grzejnik, możesz skorzystać ze wzoru:

I=P/U,

Gdzie P - moc, U - napięcie zasilania.

Przy jednofazowym podłączeniu grzejnika przyjmuje się U równe 220 V. Przy podłączeniu 3-fazowym - 660 V.

Temperaturę, do której grzejnik o określonej mocy podgrzewa masę powietrza, określa wzór:

T =2,98 x P/L,

Gdzie L — wydajność systemu. Optymalne wartości mocy grzejników dla domu wynoszą od 1 do 5 kW, a dla biur - od 5 do 50 kW.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Jaką gęstość powietrza należy przyjąć przy obliczaniu, opisano w tym filmie:

Film o działaniu grzejnika w systemie grzewczym:

Wybierając konkretny typ grzejnika, należy kierować się wykonalnością i właściwościami użytkowymi domu.

W przypadku małych powierzchni dobrym zakupem byłby grzejnik elektryczny, ale do ogrzewania dużego domu lepiej wybrać inną opcję. W każdym razie nie można obejść się bez wstępnych obliczeń..

Czy jesteś dobrze zorientowany w kwestii wyboru i obliczenia grzejnika? Być może chciałbyś podzielić się przydatnymi rekomendacjami dotyczącymi wyboru nagrzewnicy powietrza lub wskazać błąd lub niedokładność obliczeń w omówionym powyżej materiale? Zostaw komentarz pod tym artykułem – Twoja opinia może przydać się osobom, które wybierają odpowiedni grzejnik do swojego domu.