Расчет электрокалориферной установки

Принцип работы водяного калорифера

Для начала разберемся в особенностях работы вентиляционной системы с водяными нагревателями, потому что схема приточной вентиляции с электрокалорифером немного отличается. Водяное нагревательное приспособление состоит из теплообменника и вентилятора.

Принцип его работы заключается в следующем:

1. Через специальные воздухозаборные решетки, установленные на внешнем конце воздуховода, воздушные массы попадают в вентиляционные каналы. Решетки нужны для защиты от проникновения мелких грызунов, животных, птиц и насекомых.
2. После этого воздух проходит через фильтры, где очищается от пыли, пыльцы растений, вредных примесей и других загрязняющих веществ.
3. В калорифер поступает тепло из водяной магистрали. Благодаря этому теплу воздушные массы подогреваются до нужной температуры.
4. При прохождении рекуператора поступающие воздушные потоки дополнительно греются за счет тепла удаляемого из помещения воздуха.
5. Очищенные и подогретые массы при помощи вентилятора поступают в помещение. Благодаря установленному диффузору они равномерно распределяются по всей площади.
6. Во время работы установки возникает много шума. Чтобы его снизить, установлены специальные шумопоглотители.
7. Если система перестает работать, срабатывают обратные клапаны, которые перекрывают доступ холодным воздушным массам в помещение.

Конструкция калорифера отличается отсутствием собственного нагревателя. Его главные составляющие элементы выполняют следующие функции:

• встроенный вентилятор направляет подогретые воздушные массы в помещение;
• в теплообменник, состоящий из металлических трубок, поступает вода из отопительной системы.

По сути, система из трубок выполняет функции нагревательной спирали, как в электрокалорифере. По трубкам циркулирует горячий теплоноситель из системы отопления, имеющий температуру в пределах +80…+180°С. При прохождении воздуха через прибор он нагревается до нужной температуры. Вентилятор не только распределяет подогретый воздух по помещению, но и способствует его обратному удалению.

Преимущества и недостатки

Использование калориферов в приточной вентиляции рентабельно для предприятий и учреждений, имеющих собственную систему теплоснабжения. Однако при хорошо налаженной работе системы вентиляции, правильном выполнении обвязки водяные калориферы можно использовать для обогрева коттеджей.

К преимуществам подобных приспособлений причисляют следующее:

1. Монтаж достаточно простой. По сложности он не отличается от установки труб отопления.
2. Благодаря подогреву воздушных масс и их равномерному распределению при помощи вентилятора система подходит для обогрева помещений значительной площади и высоты.
3. Отсутствие сложных механизмов обеспечивает безопасную работу каждого составляющего узла. В конструкции нет быстроизнашивающихся деталей, поэтому поломки случаются редко.
4. При помощи вентилятора можно регулировать направление потоков теплых воздушных масс.
5. Главное достоинство заключается в том, что на отопление большого помещения не потребуются регулярные финансовые вложения. Расходы будут только на первых порах – на покупку оборудования и монтаж системы.

Основной минус использования водяных калориферов заключается в невозможности их применения в бытовых целях, а именно для отопления городских квартир. В качестве альтернативного варианта подходят только электронагреватели.
Электрический индукционный котел для отопления и его схема

Важно! Подобные системы подогрева воздушных масс разрешено устанавливать только там, где температура не опускается до минусовых показателей.

Какой калорифер для приточной вентиляции выбрать?

Глоток свежего воздуха нужен и усердному работнику, и праздному домоседу. Впрочем, в зимнее время приточный воздух может быть чрезмерно свежим. Однако этот недостаток устраняет простейший нагревательный прибор — калорифер для приточной вентиляции, возвращающий комфортную температуру потоку свежего воздуха.

Приточная вентиляция загородного дома

Разновидности вентиляционных калориферов

В системах воздухообмена используют две разновидности калориферов, а именно:

• Нагревательные приборы на электричестве.
• Нагревательные приборы на жидких теплоносителях.

Электрический калорифер для приточной вентиляции – это очень эффективный, но чрезмерно энергозатратный отопительный прибор. Ведь повышение температуры приточного потока в данном случае происходит за счет контакта воздуха с раскаленными пластинами из тугоплавкого металла. Причем повышение температуры пластины происходит за счет электрического сопротивления нагревательных элементов, поглощающих десятки киловатт энергии. Впрочем, низкая энергоэфективность не умаляет других достоинств электрических калориферов – легкости процесса монтажа и компактности конструкции прибора.

Нагреватели второго типа – водяные или паровые калориферы — повышают температуру приточного потока за счет передачи энергии теплоносителя, циркулирующего внутри радиатора этого прибора. Любой жидкостный калорифер — водяной для приточной вентиляции или паровой для системы воздушного отопления – является эталоном воздухонагревателя. Ведь жидкостный нагреватель воздуха не уступает по эффективность электрическому аналогу, одновременно демонстрируя и минимальное, по сравнению с электрическим калорифером, энергопотребление. Единственным недостатком подобного нагревательного прибора является относительно сложный монтаж.

Впрочем, эффективность любого калорифера зависит не только от технологии разогрева потока, но и от точных расчетов эксплуатационных характеристик нагревателей воздуха. Ведь ошибки в расчетах приведут к вызванному перегревом замыканию в электрическом калорифере или обмерзанию недостаточно теплого радиатора в жидкостном воздухонагревателе.

Расчёт калорифера вентиляции

Типовой расчет калорифера оперирует следующими параметрами:

Движение воздушного потока в калорифере

• Тепловой мощностью нагревательного прибора – чем она больше, тем лучше. Однако с ростом мощности увеличивается и расход энергии, а, следовательно, и цена эксплуатации калорифера. Поэтому мощность не может быть бесконечно большой – для экономии средств владельца вентиляции она должна быть всего лишь достаточной для обогрева нужной порции воздуха.
• Площадью нагревательного элемента – тут повторяется ситуация с мощностью. Вроде бы, чем больше площадь, тем лучше. Однако очень большой нагревательный элемент просто не поместится в воздуховоде и «съест» намного больше энергии, чем требуется. Поэтому площадь нагревателя должна соответствовать решаемой задаче – нагреву порции воздуха конкретного объема.
• Объемным или массовым расходом приточного потока – это та самая порция воздуха, подаваемая на радиатор калорифера в единицу времени. Расход измеряется в кубических метрах или килограммах в час, минуту или секунду. Причем тут все однозначно – чем больше расход, тем дороже эксплуатация калорифера.
• Температурой воздуха на входе и выходе из калорифера. Цена эксплуатации зависит от разницы температур. Ведь значительная разница температур вынуждает потреблять больше энергии, направленной на генерацию тепловой мощности калорифера.

Упомянутые выше параметры увязаны между собой следующим образом:

Расчёт мощности калорифера вентиляции (Q) происходит в процессе перемножения разницы температур (T1-T2) и массового расхода (G). Причем помимо этих множителей на результат произведения влияет целый ряд дополнительных коэффициентов. Поэтому финальная формула выглядит следующим образом

где с – это теплоемкость атмосферного воздуха (в большинстве случаев она равна 1.005 кДж/кг °С). Причем T1 – это температура воздуха на выходе из калорифера, а T2 – это температура приточного потока на входе в нагревательный прибор.

Массовый расход (G) зависит от производительности приточного вентилятора (L) и плотности воздуха (P). Расчетная формула выглядит следующим образом –

То есть, чем больше кубических метров в час прокачает вентилятор, тем больше будет и массовый расход и тепловая мощность калорифера. Причем производительность вентилятора определяется потребностью насытить каждый квадратный метр площади обслуживаемого помещения 3 кубическими метрами воздуха в час.

Площадь сечения нагревательного элемента (A) определяется как результат деления производительности вентилятора (L) и плотности воздуха (P) на скорость приточного потока в трубе (V). Расчетная формула выглядит следующим образом

В свою очередь скорость зависит от производительности вентилятора и площади сечения воздуховода. Площадь нагревательных пластин в радиаторе или ТЭНе вычисляется по другой формуле

• где К – это КПД калорифера, зависящее от типа нагревательного прибора,
• Tt — это температура теплоносителя или пластины, а
• Tv -это температура воздуха.

Оперируя данными параметрами, мы можем, во-первых, подобрать тип калорифера, во-вторых, оптимизировать тепловую мощность нагревательного прибора, и, в-третьих, уменьшить цену эксплуатации воздухонагревателя. Однако даже самые верные расчеты не помогут добиться оптимизации эксплуатационных характеристик калорифера в том случае, если этот нагревательный прибор будет инсталлирован в систему с грубыми нарушениями технологического процесса.

Монтаж калорифера в вентиляционную систему

Установка калорифера в приточную ветвь вентиляции предполагает подключение нагревательного прибора не только к воздуховоду, но и к источнику энергии – электропроводке или разводке системы отопления.

Причем в первом случае ошибку в монтаже можно допустить лишь намеренно. Ведь калорифер «включается» в сеть точно так же, как и любой другой электроприбор.

Узел обвязки калорифера

Однако в этом деле есть свои нюансы:

• Во-первых, электрический калорифер необходимо оборудовать автоматом, защищающим сеть от возможного короткого замыкания или «пробоя» на линии подачи энергии к пластинам.
• Во-вторых, калорифер придется защищать от перегрева, используя датчики контроля температуры, отключающие питание при разогреве пластины выше граничной температуры.
• В-третьих, калорифер нуждается в заземлении, нивелирующем угрозу безопасности жильцов или персонала помещения, обслуживаемого приточной вентиляцией с подогревом.

Монтаж нагревательных приборов на жидких теплоносителях – это более сложная операция. Основные затруднения в этом случае вызывает обвязка калорифера для приточной вентиляции. А точнее качество данной операции.

Причем калорифер можно «увязать» с разводкой двумя способами:

• С помощью двухходового вентиля – простого решения, которое не дает возможности контролировать обратный расход теплоносителя.
• С помощью трехходового вентиля – более сложного узла, позволяющего совмещать калорифер, бойлер и котел.

При этом качество проделанной работы зависит не только от сложности узла распределения теплоносителя, но и от навыков специалиста, подключающего калорифер в систему. Ведь даже один негерметичный стык может спровоцировать падение тепловой мощности и дальнейшее обледенение радиатора. Поэтому монтаж водяных калориферов доверяют только опытным профессионалам, причем даже их работу принято контролировать самым тщательным образом.

Классификация водяных калориферов

Рассмотрев принцип работы приточной вентиляции с водяным калорифером, стоит разобраться в классификации. Все системы калориферного принудительного подогрева воздушных масс в вентиляционных каналах подразделяют по типу теплоносителя:

• Паровые модели чаще всего устанавливают на промышленных предприятиях, в технологическом процессе которых предусмотрен этап с генерацией пара. Их главное преимущество в быстроте достижения требуемой температуры. Данные разновидности применяют на предприятиях, где обслуживание и монтаж паропроводов легко обеспечить.
• Водяные нагреватели в качестве теплоносителя используют горячую воду. Их устанавливают в вентиляционных системах с круглыми или прямоугольными воздуховодами. Устройства подходят для отопления больших помещений площадью более 150 квадратов. Это недорогие, простые в обслуживании, практичные и надежные модели. Они пользуются популярностью из-за минимальных расходов на обслуживание. Единственные сложности возникают в процессе монтажа, когда приходится прокладывать трубопроводы водоснабжения.
• Электрические калориферы отличаются простотой установки. В них есть встроенные ТЭНы, которые нуждаются в источнике питания для нагревания. Их недостаток в большом расходе электроэнергии. Электрокалориферы целесообразно применять для обогрева производственных помещений площадью не более 150 м². Преимущество в простоте монтажа и отсутствии необходимости прокладывать коммуникации.

Способы обвязки калорифера

Обвязку калорифера приточной вентиляции выполняют несколькими способами. Расположение узлов напрямую связано с местом установки, техническими характеристиками и используемой схемой воздухообмена. Чаще всего применяют вариант, в котором предусмотрено смешивание удаляемого из помещения воздуха с поступающими воздушными массами. Реже используют замкнутые модели, в которых рециркуляция воздуха происходит только в пределах одного помещения без смешивания с воздушными массами, поступающими с улицы.

Если работа естественной вентиляции хорошо отлажена, то в этом случае целесообразна установка приточной модели с нагревателем водяного типа. Его подключают к отопительной системе в точке воздухозабора, чаще всего находящейся в подвальном помещении. Если есть принудительная вентиляции, то нагревательное оборудование устанавливают в любом месте.

В продаже можно найти готовые обвязочные узлы. Они отличаются вариантами исполнения.

В комплект входит:

• насосное оборудование;
• обратный клапан;
• очистительный фильтр;
• балансировочный вентиль;
• двух- или трехходовые клапанные механизмы;
• шаровые краны;
• байпасы;
• манометры.

В зависимости от условий подключения используют один из вариантов обвязки:

1. Гибкую обвязку монтируют на управляющих узлах, которые расположены недалеко от прибора. Данный вариант монтажа более простой, поскольку для сборки всех деталей используют резьбовые соединения. Благодаря этому сварочное оборудование не понадобится.
2. Жесткую обвязку применяют, если узлы управления находятся далеко от устройства. В этом случае приходится прокладывать прочные коммуникации с жесткими сварными соединениями.

Важно! Независимо от способов монтажа все устройства обвязки предназначены для регулировки и настройки работы водяного нагревателя.

Расчет мощности калорифера

Для расчета производительности калорифера сначала вычисляют его тепловую мощность, затем определяют сечение и высчитывают расход теплоносителя. Для определения тепловой мощности используют следующую формулу: Qт = LхPвхCв (tвн – tнар), где:

Приточные воздушные и противопожарные клапаны для вентиляции

• Qт – это тепловая мощность водяного нагревательного прибора;

• Cв – показатель по СНиП, обозначающий удельную теплоемкость воздушных масс;
• Рв – тоже параметр из СНиП, характеризующий плотность воздуха;
• (tвн — tнар) – показатель разницы между температурой внутри здания и за его пределами.

В последнем пункте при определении наружной температуры берут усредненные показатели самых холодных пяти дней года для данного региона. При вычислении внутренней температуры учитывают санитарные нормы для помещений конкретного назначения.

Расчет теплоносителя

После определения мощности фронтальное сечение находят по формуле: F=(LхP)/ V, в которой L – потребление воздушных масс, Р – их плотность, а V – показатель скорости движения воздушного потока, который принимают равным 3-5 кг/м²с.

После этого вычисляют расход теплового носителя по другой формуле: G=(3,6Qт)/Cв(tвх — tвых), в ней все показатели обозначают следующее:

• Св – удельная тепловая емкость транспортируемой среды;
• Qт – тепловая мощность нагревательного оборудования;
• 3,6 – табличное число, которое является поправочным коэффициентом для перевода одних единиц измерения в другие;
• G – показатель расхода теплового носителя;
• (tвх — tвых) – значение разницы температурных показателей на выходе и входе в прибор.

После того как будет известен расход теплового носителя, подбирают диаметр труб для устройства обвязки, выбирают другое необходимое оборудование.

Подбор сечения воздуховодов для вентиляции частного дома

Воздуховоды для вентиляции

Определяем площадь сечения воздуховода умножая производительность системы (850 м3/час) на коэффициент 2,778 и деля на скорость движения воздуха, которую принимает равной 5 м/с. 850х2,778/5=472,26 см2

Так как предполагается использовать в качестве воздуховода пластиковую трубу рассчитываем её диаметр, который равен квадратному корню произведения площади (472,26 см2) на константу 400 и деленному на число пи (3,14). √472,26х400/3,14=245,28мм.

Так как труб с таким диаметром не выпускают, то принимаем типовую трубу d=250мм. При скорости движения воздуха 5 м/с труба диаметром 250 мм обеспечивает производительность 900 м3/час, т.е. её применение полностью обеспечивает вентиляцию дома.

Вентиляция частного дома должна базироваться на расчете и правильном подборе материалов.

Комфорт в доме определяется не столько удобным расположением помещений и наличием удобной мебели, сколько микроклиматом в нем. Чистый воздух и его температура не только создают благоприятный микроклимат в частном доме, но и влияют на здоровье человека. Правильно организованные системы вентиляции частного дома могут способствовать здоровью, а неправильный расчет и обустройство – нанести непоправимый вред.

Чем незаметнее вентиляция и чем меньше скорость движения воздушной массы, тем комфортнее микроклимат для человека в помещении.

Ранее, когда строительство жилых домов велось исключительно из древесных материалов, расчет и обустройство вентиляции не требовались в связи с тем, что обмен массы воздуха в помещениях дома происходил за счет инфильтрации. Приток и отток воздуха происходил через древесные поры и трещины дерева, неплотности оконных рам. Это же касалось и дверей. Большая площадь инфильтрации обеспечивала достаточный воздухообмен. Поэтому микроклимат деревянного частного дома наиболее благоприятен для человека. Появление современных материалов способствовало большей герметизации помещений, что повлекло необходимость обустройства в частных домах различных систем вентиляции.

Обзор современных моделей

Для облегчения выбора и составления представления об водяных калориферах разных производителей будут описаны особенности и характеристики нескольких моделей:

1. Завод ЗАО Т.С.Т выпускает нагревательные приспособления для приточной вентиляции – КСК-3. Модель укомплектована алюминиевыми нагревательными элементами. Ее корпус выполнен из углеродистой стали. Данные агрегаты работают с теплоносителем в следующем температурном диапазоне: от +70 градусов (выход)до +150°С (вход). Минимальная температура воздуха в подающем воздуховоде составляет -20 градусов. Максимальная температура теплоносителя + 190 градусов. Рабочее давление в районе 1,2 МПа. Рабочий ресурс, заявленный производителем, составляет 13,2 тысячи часов, а срок службы – 11 лет.
2. Тепловые вентиляторы Volcano mini отличаются компактными размерами и практичностью. Их выпускает одноименная польская компания. Для смены направления потока воздуха есть специальные жалюзи. Мощность – 3-20 кВт, производительность составляет 2 тысячи кубометров в час. Агрегат имеет двухрядный теплообменник с классом защиты ІР 44. Предельное рабочее давление – не более 1,6 МПа, а максимальная температура теплового носителя +120 градусов. Объем теплообменника составляет 1,12 л. Подходит для подогрева воздуха в производственных и бытовых помещениях.
3. Итальянские водяные нагреватели Galletti AREO работаю на обогрев и охлаждение воздушных масс. Они укомплектованы теплообменником, состоящим из медно-алюминиевых трубок, вентилятором и дренажным лотком. Мощность находится в пределах 8-130 кВт. При работе в режиме охлаждения этот показатель равен 3-40 кВт. Рабочее давление – 10 бар. Температура теплоносителя +7…+95°С. Агрегат нагревает воздух до +40 градусов или охлаждает до +10°С. Класс защиты – ІР 55. Предусмотрена защита электродвигателя.

Также на торговом рынке промышленного нагревательного оборудования представлены модели следующих брендов: Тепломаш, Fraccaro, 2VV,Yahtec, Kroll, Tecnoclima, Pakole, Remko, Инновент, Zilon.

Расчет

Как выглядит расчет мощности калорифера вентиляции?

Здесь действует простая формула вида Q(Вт)=L*0.335*(Тв-Тн), где:

• Q – мощность прибора;
• L – расход воздуха в кубометрах в час;
• Тв и Тн – температуры выходящего и нагнетаемого потоков.

Так, для уличной температуры -5С, целевой температуры приточной вентиляции +18С и расхода воздуха в 500 м3/час расчет калорифера вентиляции будет иметь вид 500*0,335*23=3852,5 ватт.

Для расчета расхода воздуха полезно знать нормативные требования к вентиляции.

Правила эксплуатации калорифера

Для длительной и бесперебойной работы важно придерживаться следующих правил эксплуатации:

1. Нельзя превышать давление в трубопроводах выше нормируемых показателей, которые указаны для каждого прибора в технической документации.
2. Состав воздушных масс в помещении должен отвечать требованиям ГОСТ 12.1.005-88.
3. В процессе монтажа важно придерживаться инструкций и рекомендаций производителя.
4. Запрещено использовать тепловой носитель с температурой, превышающей +190 градусов.
5. Охлажденный воздух в помещении подогревают плавно. Температура должна повышаться каждый час на 30 градусов.
6. Чтобы защитить трубки теплообменника от разрыва, температурные показатели не могут падать до минусовых значений.
7. В производственном помещении с очень влажным или грязным воздухом устанавливают калориферы с уровнем защиты не ниже ІР 66.

Запрещено самостоятельно ремонтировать нагревательное оборудование. Это должны выполнять квалифицированные специалисты сервисных центров. Соблюдение всех перечисленных правил поможет продлить срок службы и защититься от аварийных ситуаций.калорифер водяной для приточной вентиляции

Таблица: показатели мощности электрического, парового и водяного канального нагревателя

Показатели	t воздуха на входе оС
	0	-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-45
Мощность кВт	0.06	0.08	0.09	0.11	0.13	0.14	0.16	0.18	0.19	0.21

Подаваемый в помещение с улицы приточный воздух требует обработки, чтобы получить нормативные параметры. Обрабатывать воздушные массы можно фильтрацией, нагревом, охлаждением и увлажнением. Прогрев приточных воздушных потоков осуществляется внутри специального теплообменного оборудования, представленного калориферами.

Жидкостные канальные воздухонагреватели являются сегодня самыми популярными, широко используемыми в большинстве вентиляционных систем. Теплоноситель жидкого типа постоянно перемещается в направлении, которое противоположно воздушным потокам, что обеспечивает эффективное и недорогое отопление, существенно экономящее энергоресурсы и поддерживающее оптимальные микроклиматические условия в помещениях любого типа.

1. Онлайн калькулятор расчета мощности калорифера