Подбор калорифера методом математического расчёта

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. В медном змеевике двигается разогретая жидкость. Это может быть вода или гликолевый раствор. Тепло, что отдается посредством циркуляции жидкости, идет на алюминиевые пластинки, а те передают тепло уже воздуху из приточной системы.

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. Это дроссельные краны, с помощью которых можно менять скорость циркуляции жидкости в контуре. Клапан открывает либо закрывает циркуляцию, позволяет регулировать количество поступающей и возвращаемой рабочей жидкости.

Регулирование температуры автоматическое и ручное

Температура
воздуха в кабине регулируется с помощью
смесительных кранов, изменяющих
температуру воздуха, подаваемого в
кабину в пределах 0 — 110° С. Выключатели
управления смесительными кранами
расположены на панели кабины экипажа.
На панели могут быть установлены
переключатель перевода управления
кранами на «Автомат» и «Ручное» и два
переключателя «Тепло-Холод» регулирования
температуры подаваемого в кабину
воздуха левой и правой системами при
ручном управлении. На этой же панели
находится рукоятка задатчика температуры
воздуха и термометр.

Температура
подаваемого в кабину воздуха, в данном
случае, контролируется двухстрелочным
электрическим термометром, установленным
на панели приборной доски, датчики
температуры воздуха установлены в
трубопроводах СКВ.

Также
может быть включен блок управления и
термореле, ограничивающее температуру
воздуха в гермокабине как при автоматическом
так и ручном управлении температурой
воздуха.

СКВ
подает свежий воздух в соответствующую
зону гермокабины и автоматически
поддерживает в ней температуру, заданную
на пульте управления.

Так,
например, летом при наружной температуре
воздуха на земле 45 ºС система
кондиционирования может охладить в
полете зоны гермокабины до температуры
не выше 25 град.

Зимой
при наружной температуре воздуха на
земле -50 ºС система кондиционирования
может обогреть зоны гермокабины до
температуры не ниже 17 град.

При
ручном управлении температура подаваемого
воздуха не превысит 100 ºС. За этим в
системе следит термореле. Если при
отказе узла регулирования температура
воздуха, подаваемого в одну из зон
салона, превысит 120 ºС на время более 20
с, то подача воздуха в соответствующую
подсистему будет автоматически прекращена
по сигналу от термореле. При этом
откроется заслонка, кольцующая подсистемы
передней и задней зон салона, и работающая
подсистема будет подавать воздух в обе
зоны салона.

Также
возможна подача воздуха в индивидуальные
зоны. В подсистеме индивидуальной
вентиляции автоматически поддерживается
температура воздуха 18 ºС, в режиме
интенсивного охлаждения — 13 ºС. При
ручном управлении температура не
превысит 50 ºС. За этим в подсистеме
следит термореле.

На
земле при неработающих двигателях
воздух в систему кондиционирования
может отбираться от вспомогательной
силовой установки. Перед посадкой
пассажиров в самолет через штуцер
наземного кондиционирования при
температуре наружного воздуха выше
25 ºС производится охлаждение, а ниже
5 ºС — обогрев пассажирского салона и
кабины экипажа, при температуре 5-25 ºС
производится вентиляция пассажирского
салона и кабины экипажа.

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.

Производительность калориферов, работающих на таком теплоносителе как пар, регулируют при помощи специальных клапанов, установленных на входной трубе (+)

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.

Галерея изображений

Фото из

По типу задействованного в нагреве теплоносителя калориферы делятся на водяные, паровые, огневые и электрические
В обогреве частных, коммерческих и производственных объектов чаще всего применяются паровые и водяные калориферы
электрические нагреватели воздуха — самый простой вариант в установке, подключении и обслуживании, но не слишком рациональный с экономической точки зрения

Водяной калорифер в производственном помещении

Паровой калорифер на остекленной террасе

Компактный электрический нагреватель воздуха

Паровая спирально-навивная модель

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.

Необходимость проведения расчета калорифера

Оборудование для воздушного отопления помещений нуждается в правильном подборе. Соответствие мощности и производительности приборов параметрам здания, климатическим условиям или потребностям людей — самые важные аспекты эксплуатации воздухонагревателей. Если установленный прибор не соответствует потребностям помещения и не справляется со своими функциями, то появится ощущение дискомфорта, снизится работоспособность персонала, ухудшатся производственные условия, что может отрицательным образом сказаться на качестве выпускаемой продукции, оказываемых услуг или иных сфер деятельности человека. Поэтому для качественного и эффективного обогрева помещений необходим тщательный расчет воздухонагревателей, способный определить оптимальные характеристики того или иного типа нагревателя.

Мнение эксперта
Инженер теплоснабжения и вентиляции РСВ
Федоров Максим Олегович

Важно! Необходимо сразу же заметить, что выполнение такого расчета — сложная задача, требующая немалого опыта и знаний. Для неподготовленного человека такая задача, скорее всего, окажется непосильной и потребует обращения к специалистам

Если уверенности в своих силах нет, то лучше не тратить время и сразу же заказать расчет в специализированной организации, где работают грамотные специалисты.

Выбор типа прибора

Прежде, чем приступить к выбору типа прибора, надо выяснить, какие вообще существуют воздухонагреватели. Они могут быть:

• электрические
• водяные
• газовые

Газовые калориферы

Газовые калориферы имеют высокий КПД, близкий к 100%. Они работают на сжиженном газе (обычно это пропан-бутан) и используются как мобильные источники нагрева на строительных площадках, производственных участках и т.п. Для полноценного стационарного отопления они практически не используются, так как расход газа довольно высок, требуется доставка и хранение баллонов, для чего не всегда имеются условия. Кроме того, работа с газовыми приборами не всегда допустима в производственных помещениях.

Водяные калориферы

Водяные калориферы являются наиболее востребованными и распространенными обогревательными приборами. Они безопасны, эффективны, могут использовать теплоноситель из системы ЦО или из собственной котельной, имеющейся на предприятии. Приборы удобны в эксплуатации, они неприхотливы, не требуют трудоемкого ухода и обслуживания, не создают проблем с безопасностью в производстве. Единственный их недостаток — потребность в горячем теплоносителе, без которого система не имеет смысла. Поэтому для обустройства воздушного отопления на водяном питании надо обеспечить бесперебойную подачу горячей воды.

Кроме водяных, часто используются , которые практически аналогичны водяным приборам, поэтому рассматривать их отдельно нецелесообразно.

Особенности конструкции

Основные элементы

• Решетка воздухозаборная. Несет как декоративное назначение, так и служит барьером для пыли и других частиц, которые содержит в себе ветровые массы.
• Клапан. При отключении вентиляции, клапан блокирует проход для свежего воздуха, создавая непреодолимый барьер. Зимой он может препятствовать прохождению большого потока воздуха. Можно автоматизировать его работу с помощью электропривода.
• Фильтры, очищают ветровые массы. Раз в полгода их необходимо менять.
• Водяной, электрический калорифер, который и выполняет функцию нагревания воздуха.
• Для небольших построек целесообразно использовать электрический калорифер. В больших помещениях лучше использовать водяной калорифер.

Дополнительные элементы

• Диффузоры – помогают распределять воздух.
• Вентиляторы.
• Шумоглушитель.
• Рекуператор.

Особенность конструкции

В составе комплекса находятся несколько нагревательных элементов. Они изготавливаются преимущественно из высококачественных нержавеющих сталей. Для того чтобы исключить соприкосновение нагревательных элементов, они разделены при помощи специальных пластин. Это позволяет увеличить надежность, а также срок службы и безопасность всего нагревателя. Корпус изготавливается из нержавеющей или оцинкованной стали. Система производится с классом защиты IP43. Области применения – это преимущественно с круглыми воздуховодами. Канальный нагреватель электрический идеально подходит для использования в системе вентиляции помещений с достаточно большой площадью. Это могут быть различные выставочные залы и комплексы, производственные цеха, торговые центры, залы ожиданий.

Работа сжатия А PdV Т2Т1 хР1Р20,41,4 А 4,75 кдж WQ 24,2 кдж

Потеря тепловой энергии WQ =Mx(T2–T1)xСv

35333

с Т=300 К (при постоянном объеме). Q = +20,8 кдж

4 54 43

Работа сжатия А = ∫ PdV Т4=Т3 х (Р4/Р3)0,4/1,4 А = + 2,84 кДж WQ = 19,65 кДж

Прирост тепловой энергии WQ =Mx(T4–T3)xСv

5 5553

без перепада давления и без совершения работы. Q=23,6 кДж

Полезная тепловая энергия Q= Mx(T5–T1)xСp

Далее – возвращение к началу цикла и повторение всего цикла.

Результатом каждого нового цикла является получение порции (1,16 кг) теплого воздуха с теплосодержанием Qполезн = 23,6 кДж. Затраты механической энергии в цикле равны работе расширения минус частичная рекуперация энергии при сжатии Азатр= –4,75+2,84 = –1,91 кДж. В результате, генерация тепла в цикле в 12,3 раза превышает затраченную механическую энергию ( 23,6 / 1,91 = 12,3). Если длительность цикла составляет 10 секунд, то мощность генерации тепла равна 2,36 кВт, а потребляемая мощность – 0,191 кВт.

0	1	2	3	4	5
Q	Q
ВСАСЫВАЕНИЕ	РАСШИРЕНИЕ	НАГРЕВАНИЕ	СЖАТИЕ	ВЫПУСК

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Воздушный цикл охлаждения 1 м3 воздуха (М=1,16 кг Сv=717,5 Дж, Ср=1004,5 Дж).

15113

Наполнение происходит без совершения работы А=0.

25223

Подогрев приточных масс с помощью рециркуляции

Обязательная составляющая вентиляции — электронагреватель

Вентиляция с подогревом за счет рециркуляции, если говорить в общих чертах, работает по такому принципу:

• воздух попадает в дом через приток системы вентиляции;
• через определенный период времени он поступает в вытяжную систему, где часть поступивших воздушных масс выводится за пределы дома;
• оставшаяся часть воздуха попадает в смесительную камеру.

В смесительном отсеке происходит перемешивание свежего воздуха с «отработанным», таким образом осуществляется нагревание холодных ветровых масс (если система в настройках управления выставлена в режиме подогрева воздуха, а не наоборот). Далее воздушный поток направляется в калорифер или кондиционер, затем по вентканалам в дом.

Важно! Рециркуляция снижает нагрузку на систему обработки воздуха (кондиционер). Чтобы при рециркуляции воздух в помещении оставался чистым необходимо придерживаться таких условий: приточные массы должны составлять не менее 10%, а в поступившем в помещение воздухе вредных веществ может содержаться до 30 % не больше

Другие способы подогрева приточного воздуха

Для увеличения температуры поступающего воздуха применяется его рециркуляция. В специальном смесителе поток из вытяжной линии смешивается с приточным. Оптимальное соотношение потоков одновременно регулируется клапанами на байпасе и выходе из вытяжного воздуховода. Последний прикрывается при открытии рециркуляционной перемычки.

Составляющая чистого приточного воздуха не должна быть меньше 1/10 от общего поступающего в помещение объема.

Схемы вытяжной вентиляции.

Содержание вредных веществ в общем объеме не должно превышать предельно допустимого.

Для экономии тепла на подогрев приточного воздуха устраивается вентиляция — использование геотермальной системы в сочетании с приточно-вытяжной установкой и рекуперацией потоков. Зимой температура грунта на глубине 1,5-3 м может составлять 5-8°С. В морозную погоду приточный воздух, прошедший через грунтовый теплообменник, может нагреться до 0°С.

Воздуховоды, смонтированные ниже уровня промерзания грунта, позволяют снизить производительность воздухонагревательных установок, монтажные и эксплуатационные затраты. Предварительное увеличение температуры приточного воздуха в геотермальных системах защищает от вероятного обледенения устройств рекуперации.

Укладка подземных воздуховодов отличается трудоемкостью по сравнению с монтажом классических сетей, требует увеличения мощности приточных вентиляторов. Но их применение в вентиляционной системе снизит затраты на подогрев потока в калориферах.

Создание проекта и расчет параметров вентиляционной системы для снижения затрат тепла на вентиляцию качественно могут быть проведены только компетентными специалистами. Непрофессиональный подход к планированию и монтажу оборудования для обогрева помещения и воздухообмена в них может обернуться проблемами при эксплуатации. Владельцу строения необходимо быть в курсе общих принципов расчета и подбора климатических устройств.

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.

К примеру: потребителю нужно приобрести качественный калорифер производительностью 9 тыс. м3/час, чтобы агрегат смог нагревать воздух в помещении до отметки +23˚С, когда за окном сильные морозы до -35˚С. В качестве теплоносителя используется вода, которая на входе в агрегат имеет температуру +55˚С, а на выходе из него +95˚С и выше. Массовый расход воздушной массы будет выглядеть так: G = 9 000 х 1,318 = 11 862 кг/ч. Учитывается следующее значение (-35+23)=-12. Если разделить этот результат на 2, тогда получим -6. Остаётся только сделать подбор плотности.

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.

Технико-экономическое обоснование проекта

Выбор
того или иного проектного решения –
задача, как правило, многофакторная. Во
всех случаях имеется большое число
возможных вариантов решения поставленной
задачи, так как любую систему ТГ и В
характеризует множество переменных
(набор оборудования системы, различные
его параметры, сечения трубопроводов,
материалы, из которых они изготовлены
и т. д.).

В
данном разделе сравним 2 типа радиаторов:
Rifar
Monolit
350 и Sira
RS
300.

Чтобы
определить стоимость радиатора,
произведем их тепловой расчет с целью
уточнения количества секций. Расчет
радиатора Rifar
Monolit
350 приведен в разделе 5.2.

Расчет производительности для нагрева воздуха определенного объема

Определяем массовый расход нагреваемого воздуха

G (кг/ч) = L х р

где:

L — объемное количество нагреваемого воздуха, м.куб/часp — 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

Q (Вт) = G х c х (t кон — t нач)

где:

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

Бизнес и финансы

БизнесБанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитПромышленностьМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаСтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

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.

Галерея изображений

Фото из

Калорифер — нагревательный прибор, предназначенный только для обработки воздушного потока без изменения влажности обрабатываемой массы
Калориферами оснащаются системы воздушного отопления и кондиционирования, осуществляющие подмес свежей порции воздуха с улицы к циркулирующему внутри потоку
В системах воздушного отопления нагреваемый калорифером воздух нагнетается в помещение при помощи вентилятора

Оборудование для нагревания воздуха

Система кондиционирования с калорифером

Воздушное отопление с калорифером

Быстрый обогрев больших площадей

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.

Калорифер прост в монтаже и эксплуатации, доступен по цене, но главное, он является эффективным прибором для обогрева помещения. На фото водяной калорифер, вмонтированный в систему

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.

Как выбрать обогреватель. Какой лучше электрический конвектор.

Похожие статьи

Два вида нагрева

Нагрев воздухареализуют электронагреватели, батареи, радиаторы, да и вообще любые источники тепла. Нагревают окружающий воздух и люди.

Однако следует различать чистый нагрев и нагрев с увлажнением. Если электронагреватели и батареи влагосодержание воздуха не меняют, т.е. процесс на диаграмме идет вертикально вверх (d=const), то люди, к примеру, выделяют ещё и влагу (50-100г/ч влаги в зависимости от условий) и процесс наклоняется вправо. Энтальпия воздуха, очевидно, быстрее растет во втором случае. Поэтому, если нагрев воздуха является негативным фактором и требуется последующее охлаждение (как в системах кондиционирования), то необходимую мощность охлаждения (холодопроизводительность кондиционера) принципиально неверно определять исходя только из разности температур, т.к. фактор влажности останется неучтенным. Этот эффект наглядно показывает следующий пример:

Увеличить

Пример. Какую нагрузку на кондиционер создадут нагреватель мощностью N=1кВт и 10 человек, выделяющие N=1кВт тепла и P=500г/ч влаги? Воздухообмен в помещении составляет G=1000м3/ч, параметры воздуха 24С, 50%, плотность ρ=1.2кг/м3. Из определяем: текущая энтальпия i1=48кДж/кг, влагосодержание d1=9.3г/кг. При работе нагревателя конечная точка 2: i2=i1+3600*N/(G*ρ)=48+3600*1/(1000*1.2)=51кДж/кг, Nконд=(i2-i1)*G*ρ/3600=(51-48)*1000*1.2/3600=1кВт (=N, что и требовалось доказать). При нагрузке от людей конечная точка 3: d3=d1+P/(G*ρ)=9.3+500/(1000*1.2)=9.7г/кг. Таким образом, наличие влаговыделений сместит точку 3 относительно точки 2 вправо по изотерме на 0.4г/кг: i3=52.2кДж/кг. Nконд=(i3-i1)*G*ρ/3600=(52.2-48)*1000*1.2/3600=1.4кВт. Вывод: Влаговыделения от людей увеличивают нагрузку на кондиционер на 40%.

Вообще, говоря строго, нагрев с увлажнением является суммой двух процессов — чистого нагрева и изотермического увлажнения, но и наше понятие имеет место быть именно в отношении людей. Дело в том, что при расчете мощности кондиционеров в подавляющем большинстве случаев учитывают только чистый нагрев от людей, забывая про влаговыделения. Но кондиционер, не задумываясь об этом, тратит до 40% холодопроизводительности на осушение. Соответственно, на борьбу с чистым нагревом остается лишь 60% мощности, а не 100%, как это было заложено в проекте. Не стоит забывать о влаговыделении людей!

Расчёт мощности

Процесс нагрева воздуха в виде графика

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 м3/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, м3/ч;
Р – нормативная плотность воздуха, кг/м3;
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 сеченияЕсли результаты вычислений выходят за рамки табличных значений, то проектировщики идут по другому пути: закладывается несколько параллельных канальных нагревателей, суммарная площадь сечений которых равна расчётному значению.

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),0С;
t0 – расчётная температура воды в обратном трубопроводе,0С.

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, 0С.

Средняя температура:

(tг + t0) / 2

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_зд=q×V× (t_п-t_н), где

q – тепловая характеристика объекта, Вт/(м3ּоС);
V – объём объекта по внешней стороне ограждающих конструкций, м3;
(t_п-t_н) – разность температуры основных помещений, оС.

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, 0С;
tср.в – средний показатель температуры приточки, 0С;
число 1,2 – коэффициент запас. Вводится в связи с остыванием воздуховодов.

Иногда одного калорифера недостаточно или площадь сечения слишком большая. Тогда в расчёт берётся несколько однотипных устройств.

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:

G = Q / r, где

r – тепловая энергия, получаемая в процессе конденсации пара.

Преимущества и недостатки

Работа электрических калориферов сопровождается лишь незначительными перепадами давления. Для них очень легко рассчитать необходимую мощность. Также среди преимуществ: широкая доступность, приемлемая стоимость, простота монтажа, возможность использовать канальные нагреватели для круглых каналов. Среди минусов электрических моделей стоит отметить большую инерцию в спиралях накаливания. Из-за этого оборудование быстро перегревается. Также существенный недостаток – затраты на эксплуатацию. Расходы за электричество будут значительно выше по сравнению с водяными решениями.

Жидкостный канальный нагреватель воздуха – это наиболее популярное решение для большинства систем вентиляции. Вода двигается в прямоугольном направлении, противоположном воздушному потоку.

Автоматизированный подогрев воздуха в приточной вентиляции

Варианты устройства круглых и прямоугольных вентшахт — система автоматизированы

• Работа оборудования контролируется с помощью пульта управления (ПУ). Пользователь предварительно задает режим регулирования потока приточного воздуха и температуры.
• С помощью таймера система вентиляции с подогревом самостоятельно включается и отключается.
• Оборудование, которое обеспечивает подогрев, может быть подключено к вытяжному вентилятору.
• Калориферы снабжают термостатом, который предупреждает возникновение пожара.
• В системе вентиляции для контроля за перепадами давления устанавливается манометр.
• На приточной вентиляционной трубе устанавливается отсечный клапан, он предназначен для блокирования поступления приточных ветровых масс.

Внимание! Автоматически управляемая приточная вентиляция в частном доме с подогревом дорогая в обслуживании. Установку и ТО производят только специализированные фирмы

Хотя она очень удобна в использовании.

Водяной калорифер и обвязка приточной вентиляции

Многие слова вроде «смесительный прибор», «устройство охладителя» и «подключение воздухонагревателей» приводят в смятение неопытного пользователя. Он только краем уха слышал об устройстве фреонового контура, и что такое узлы обвязки, понимает довольно приблизительно. Чтобы побольше узнать о системах теплоприборов, можно «поучиться» на разборе такого агрегата как водяной калорифер.

В узел обвязки входит регулировка нагрева, она может быть высококачественной или количественной.

Одним из экономичных и доступных устройств является калорифер водяной для приточной вентиляции

Если говорить о количественном варианте, то здесь неминуем меняющийся расход тепла. Это не лучший вариант, безусловно, потому сегодня используется так называемый хороший принцип регуляции. Он обеспечивает линейность процесса, какое бы положение не занимал клапан регулировки. Также данный принцип предполагает отличную устойчивость к возможному замораживанию теплового прибора.

При хорошем принципе регулирования применяются такие элементы, как центробежный насос и трехходовой штоковый клапан. Именно они позволяют увеличить результативность работы калорифера и обвязки. Они же гарантируют, что протечки по полу из парового прибора быть не может.

Уникальная система рекуперации

Опытные специалисты прекрасно знают, что прямой способ нагрева воздуха за счёт энергии нагревательных приборов — это не самый практичный и экономичный вариант отопления вентиляционной системой. Существенно снизить теплопотери можно с помощью системы рекуперации, обладающей замкнутым циклом работы.

Эксплуатация этой установки основана на теплоизбытках (энергия отработанных воздушных масс). Схема такого агрегата выглядит так: через один блок проходит вытяжка и проточка, все тепловыделения от исходящих воздушных потоков частично передаются входящим. Благодаря наличию специальных теплопритоков снижается уровень нагрузки на остальные отопительные системы.

Стоит отметить, что установка калорифера с рекуперацией стоит гораздо дороже, нежели аналогичный агрегат, но без этой системы. Конечно, все финансовые затраты быстро окупаются, особенно в тех регионах, где зима сопровождается сильными морозами.

Проектирование системы вентиляции с подогревом воздуха

Современные бытовые устройства кондиционирования воздуха могут поддерживать оптимальный температурный режим в помещениях, но не обеспечивают достаточного поступления свежего воздуха. По нормам, установленным СНиП, поступающий в здание воздух должен заменяться свежим в объеме 30 м3/ч и иметь температуру не менее 18°С.

Схема устройства вентилятора.

Исходные значения для расчета вентиляционной установки принимаются в зависимости от климатической зоны местоположения здания. Минимальная наружная температура берется как средний показатель в период самой холодной пятидневки зимы в дневное время.

Целью проектирования вентиляционной системы является определение оптимального соотношения между мощностью оборудования, объемом помещений и наружными климатическими условиями. Исходя из конструкции здания, необходимо найти наиболее эффективное технологическое решение для обеспечения баланса между температурой и свежестью воздуха в доме.

Для определения перечня и типа вентиляционного оборудования путем расчета вычисляются требуемые параметры:

• производительность вентиляторов;
• мощность устройств подогрева;
• скорость перемещения воздуха;
• рабочее давление в сети воздуховодов;
• температура нагнетаемой среды;
• уровень шума, производимого оборудованием.

В соответствии с расчетным воздухообменом выбирается приточная установка определенной производительности. Выбор вентиляторов осуществляется с учетом падения давления в воздуховодах системы. Величина этого показателя указывается в технических характеристиках оборудования.

Расчет системы вентиляции.

В нагнетательной линии протяженностью 15 м потеря давления составляет 0,001 атм. Для частных домостроений производительность вентиляционной системы обычно составляет от 1000 до 3000 м3/ч .

Расчеты при проектировании вентиляционной системы, в том числе и расход тепла на подогрев воздуха, производятся с учетом нормативов СНиП и МГСН. Правила оговаривают минимально допустимые значения температуры и требуемые параметры воздухообмена в помещениях.

Эти нормативные ограничения прежде всего направлены на минимизацию расхода средств на устройство вентиляции и более актуальны для проектирования общественных строений. В частном доме уровень комфортности определяется владельцем индивидуально, а не по усредненным нормам. Поэтому производительность системы и, в частности, расход тепла могут быть как выше, так и ниже расчетных значений, полученных с учетом рекомендаций СНиП. Тем более что ощущение комфортности у разных людей может определяться различными условиями.

Современные системы вентиляции оснащаются устройствами регулирования производительности изменением скорости поступающего потока воздуха. Корректированием рабочих параметром можно добиться баланса между комфортом и экономией. Расход тепла на подогрев воздуха и интенсивность воздухообмена должны иметь оптимальные соотношения. При выборе оборудования его производительность принимается несколько большей, чем определенная по вентиляционной характеристике с учетом сопротивления сети.

Вернуться к оглавлению

Расчет калорифера

Расчет мощности калорифера производится в несколько этапов:

Определяется тепловая мощность калорифера. Это производится по следующей методике:

G = L × p

• Где G — масса воздуха, проходящего через калорифер, кг/ч
• L — объем проходящей через нагреватель среды м3
• P — плотность воздуха при усредненном температурном значении (используется разница между внутренней и наружной температурами, разделенная на 2)

Определяется количество теплоты для нагрева этого воздуха:

Q = G × c × (t кон — t нач)

• Q — количество тепла (тепловой энергии)
• G — масса воздуха
• с — удельная теплоемкость воздуха (табличное значение, имеется в СНиП)
• (t кон — t нач) — разница между конечной и начальной температурами воздуха (на входе и выходе из прибора)

После этого определяется фронтальное сечение калорифера:

F=G/V

• Где F — фронтальное сечение
• G — масса воздуха
• V — массовая скорость потока. Табличное значение, для оребренных трубок имеет среднюю величину в пределах 3-5, при максимальном значении 7-8 кг/м2/сек

Калькулятор для расчета мощности калорифера

Температура наружного воздуха в городах

Определение расхода теплоносителя

Помимо выбора модели калорифера и определения потребности в определенном количестве воздуха в расчет должно входить определение расхода теплоносителя. Это даст возможность обеспечить прибор необходимым количеством горячей воды, перенастроить работу котельной (если понадобится) или подключить иные резервы или возможности. Расчет количества теплоносителя производится по формуле:

Gw = Q/ cw × (t кон — t нач)

• Где Gw — расход носителя (кг/сек)
• Q — расход тепла, необходимого для нагрева проходящего воздуха
• cw — удельная теплоемкость носителя (изменяется в зависимости от температуры, от 0° до 150° меняется в пределах от 4,2 до 4,3 кДж/кг×К)

Мнение эксперта
Инженер теплоснабжения и вентиляции РСВ
Федоров Максим Олегович

Важно! Расчет расхода теплоносителя помогает исключить аварийные ситуации в зимние холода, когда возникает опасность разморозки системы и остановки отопления помещений.

Альтернативные варианты производства расчетов

Приведенные методики расчетов достаточно сложны и на практике малопригодны, так как всегда возникает множество дополнительных вопросов и необходимость отдельного расчета различных участков со своими условиями. Попытки самостоятельного производства подсчетов неизменно приводят к возникновению ошибок. Хорошо, если расчетные значения оказываются больше, чем это необходимо в самом деле. Тогда можно просто снизить скорость подачи носителя, или изменить режим обдува. Гораздо хуже, если расчетные данные оказываются недостаточными. Тогда приходится в авральном режиме менять систему обогрева, а это — лишние расходы труда и денежных средств.

Для расчета воздушного отопления можно использовать альтернативные варианты. Например, могут быть применены онлайн-калькуляторы, имеющиеся в сети Интернет в достаточном количестве. Они просты, производят почти мгновенный расчет мощности или иного параметра калорифера, стоит лишь подставить в окошечко программы собственные данные. При этом, пользоваться результатами такого расчета можно лишь после проверки на других, подобных калькуляторах и принятия среднего значения. Этот способ поможет избежать возможных ошибок и сделать расчеты более корректными.

Полезное видео

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сфере

Принцип действия

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. Чтобы оборудование могло работать в течение всего срока службы, многие производители рекомендуют эксплуатировать канальные нагреватели вместе с механическим фильтром – воздух обязательно должен быть максимально чистым. В продаже можно найти различные модели, которые подключаются к общему вентиляционному комплексу. В свою очередь, программное обеспечение, управляющее вентиляцией, должно предусматривать и функции управления нагревателем.

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.

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.

В продаже также можно встретить специальные модели калориферов, работающие по уникальному рекуперационному принципу (своеобразная утилизация тепла из обогреваемого помещения за счёт его передачи приточному воздуху). Этот процесс происходит без контакта двух воздушных сред.

Водяной аппарат

Основной рабочий узел таких калориферов представлен в виде специальных нагревательных элементов, которые изготовлены из полых металлических трубок. Именно по ним подаётся горячий пар и вода. Захват наружного воздуха происходит с противоположной стороны. Иными словами, пар движется вниз, а вода — вверх.

Такая технология позволяет эффективно удалять пузырьки воздуха через специальные клапаны. Многофункциональный водяной канальный нагреватель применяется во многих средних и крупных вентиляционных системах. Большой спрос обусловлен высокой производительностью, ремонтоспособностью и надёжностью оборудования.

Калорифер квн 70

Помимо нагревательного элемента, в состав такого калорифера входит мощный узел обвязки, который обеспечивает своевременный подвод теплоносителя к главному обменщику. Этот отдел укомплектован прямыми и обратными клапанами, насосом, высококачественным блоком для автоматизированного управления, а также запорной арматурой. Для тех регионов страны, где минимальная температура воздуха в зимний период опускается ниже нуля, производители предусмотрели наличие специальной функции, которая предотвращает замерзание рабочих трубок.

Электрическая установка

В качестве основного рабочего узла представлен нагревательный элемент, который состоит из спиралей либо проволоки. Именно этот отдел калорифера обеспечивает своевременную подачу электрического тока. Между спиралями проходит холодный уличный воздух, который постепенно нагревается и подаётся в обогреваемое помещение. Такой электронагреватель идеально подходит для обслуживания маломощных вентиляционных систем. Преимущество в том, что для его эксплуатации не нужно проводить особых расчётов, так как все необходимые параметры заранее прописаны производителем.

Отдельно стоит учесть, что у этого агрегата есть один, но довольно весомый недостаток — между нагревательными нитями присутствует инерция, которая приводит к периодическим перегревам системы, из-за чего она часто выходит из строя. Эту проблему можно легко устранить, если доукомплектовать агрегат дополнительными компенсаторами.

Обзор калорифера на отработанном масле.http://svar-master.ru/

Экскурс в историю

Данная система является отнюдь не новой разработкой. Первый подобный нагреватель был разработан, спроектирован, а затем и создан Аммосовым Н. А. в 1835 году. Именно тогда в Санкт-Петербурге первые канальные нагреватели стали устанавливать в залы Имперской художественной академии. Эффективность одного такого решения приравнивалась к 30 элементам, минимально напоминающим современные системы центрального отопления. В дальнейшем данные нагреватели стали использовать и для обогрева Зимнего дворца. Однако при всей своей эффективности и высокой производительности эти воздушные печи имели ряд значительных недостатков. Так, в процессе работы оборудование постоянно издавало сильный гул и шум. Если шел дождь с грозой, или наблюдались перепады давления, то это провоцировало треск в каналах вентиляционной системы. И наконец, горячий воздух, проходя по вентиляционному каналу, сильно перегревал эти самые каналы, что не самым лучшим образом сказывалось на интерьерах царских залов.

Именно из-за перегрева от таких воздушных печей отказались. Последний нагреватель был убран в 1912 году. И хотя это устройство надежд не оправдало, целиком от идеи отказываться не стали, и сегодня канальные нагреватели широко применяются в различных жилых, нежилых и производственных помещений.