Càlcul de l'escalfador: com calcular la potència d'un dispositiu per escalfar l'aire per a la calefacció
Els escalfadors tenen un alt rendiment, de manera que amb la seva ajuda podeu escalfar fins i tot habitacions molt grans en un temps força curt. Es posen a la venda molts models d'aquests dispositius que funcionen a partir de diferents refrigerants.
Per triar la millor opció, cal calcular l'escalfador, que es pot fer manualment o amb una calculadora en línia. L'ajudarem a esbrinar el problema dels càlculs: en aquest article donarem un exemple dels càlculs que es necessitaran per triar un dispositiu adequat per escalfar l'aire.
També tindrem en compte les característiques de disseny de diversos tipus d'escalfadors d'aire, els avantatges i els desavantatges d'un sistema de calefacció que utilitza aquests dispositius.
El contingut de l'article:
Pros i contres de la calefacció amb un escalfador
Un sistema de calefacció de la llar, basat en el subministrament d'aire escalfat a una temperatura fixada directament a la casa, és d'interès particular per als propietaris.
El disseny d'aquest sistema de calefacció consta dels següents components importants:
- un escalfador que actua com a generador de calor que escalfa l'aire;
- canals (conductes d'aire) pels quals entren masses d'aire escalfat a la casa;
- un ventilador que dirigeix l'aire ben escalfat per tota l'habitació.
Aquest tipus de sistema té molts avantatges.Aquests inclouen una alta eficiència, l'absència d'elements auxiliars per a l'intercanvi de calor en forma de radiadors, canonades i la capacitat de combinar-lo amb un sistema climàtic i una baixa inèrcia, com a resultat de la qual cosa s'escalfen molt ràpidament grans volums.
Per a molts propietaris, el desavantatge és que la instal·lació del sistema només és possible simultàniament a la construcció de la casa i, aleshores, és impossible una més modernització.
L'inconvenient és un matís com la presència obligatòria d'energia de seguretat i la necessitat d'un manteniment regular.
Al nostre lloc web hi ha materials més detallats sobre la instal·lació de calefacció d'aire a una casa i una casa rural. Us recomanem que us familiaritzeu amb ells:
- Calefacció d'aire: tot sobre sistemes de calefacció d'aire
- Com organitzar la calefacció d'aire per a una casa de camp: regles i plans de construcció
- Càlcul de l'escalfament d'aire: principis bàsics + exemple de càlcul
Classificació dels escalfadors d'aire
Els escalfadors d'aire s'inclouen en el disseny d'un sistema de calefacció per escalfar l'aire. Hi ha els següents grups d'aquests dispositius segons el tipus de refrigerant utilitzat: aigua, elèctric, vapor, foc.
Té sentit utilitzar aparells elèctrics per a habitacions amb una superfície de no més de 100 m². Per als edificis amb grans superfícies, una opció més racional seria els escalfadors d'aigua, que funcionen només en presència d'una font de calor.
Els més populars són el vapor i escalfadors d'aigua. Tant la primera com la segona superfícies en forma es divideixen en 2 subtipus: acanalat i de tub llis. Segons la geometria de les aletes, els escalfadors amb aletes poden ser de tipus placa o enrotllats en espiral.
Per disseny, aquests dispositius poden ser d'un sol pas, quan el refrigerant en ells es mou a través dels tubs, adherint-se a una direcció constant, i de múltiples passades, a les cobertes de les quals hi ha particions, com a resultat de la qual la direcció del moviment de el refrigerant canvia constantment.
Hi ha 4 models d'escalfadors d'aigua i vapor disponibles per a la venda, que es diferencien per la superfície de calefacció:
- CM - el més petit amb una fila de canonades;
- M — petit amb dues fileres de canonades;
- AMB — mitjà amb tubs en 3 files;
- B - gran, amb 4 fileres de tubs.
Durant el funcionament, els escalfadors d'aigua poden suportar grans fluctuacions de temperatura: 70-110 ⁰.Perquè un escalfador d'aquest tipus funcioni bé, s'ha d'escalfar l'aigua que circula pel sistema fins a un màxim de 180⁰. A l'estació càlida, l'escalfador pot actuar com a ventilador.
Disseny de diferents tipus d'escalfadors d'aire
Un escalfador d'aigua de calefacció consisteix en una carcassa de metall, un intercanviador de calor col·locat en ell en forma d'una sèrie de tubs i un ventilador. Al final de la unitat hi ha canonades d'entrada per les quals es connecta a una caldera o sistema de calefacció centralitzada.
Com a regla general, el ventilador es troba a la part posterior del dispositiu. La seva tasca és conduir l'aire a través de l'intercanviador de calor.
Després de l'escalfament, l'aire torna a fluir a l'habitació a través de la reixa situada a la part frontal de l'escalfador.
Molt sovint, l'habitatge es fa en forma de rectangle, però hi ha models dissenyats per a conductes de ventilació rodons. S'instal·len vàlvules de dues o 3 vies a la línia de subministrament per regular la potència de la unitat.
Els escalfadors d'aire també difereixen en el mètode d'instal·lació: es poden muntar al sostre o a la paret. Els models del primer tipus es col·loquen darrere d'un fals sostre, només la reixa mira més enllà. Les unitats de paret són més populars.
Tipus #1: escalfadors de tub llis
El disseny del tub llis consisteix en elements de calefacció en forma de tubs buits prims amb un diàmetre de 20 a 32 mm, situats a una distància de 0,5 cm entre si. El refrigerant circula per ells. L'aire, rentant les superfícies escalfades dels tubs, s'escalfa a causa de l'intercanvi de calor convectiu.
Els tubs de l'escalfador d'aire estan disposats en un tauler d'escacs o un patró de passadís. Els seus extrems estan soldats als col·lectors: superior i inferior. El refrigerant entra a la caixa de distribució per la canonada d'entrada, després, després de passar pels tubs i escalfar-los, surt per la canonada de sortida en forma de condensat o aigua refrigerada.
Els dispositius amb una disposició de tubs esglaonats proporcionen una transferència de calor més estable, però aquí la resistència als fluxos d'aire és més alta. Cal calcular la potència de la unitat per conèixer les capacitats reals del dispositiu.
Hi ha certs requisits per a l'aire: no hi hauria d'haver fibres, partícules en suspensió o substàncies enganxoses. El contingut de pols admissible és inferior a 0,5 mg/mᶾ. La temperatura d'entrada és d'almenys 20⁰.
Les característiques tèrmiques dels escalfadors de tub llis no són molt altes.El seu ús és recomanable quan no es requereix un flux d'aire important i escalfament a alta temperatura.
Tipus #2: escalfadors d'aire amb aletes
Les canonades dels dispositius amb aletes tenen una superfície nervada, per tant, la transferència de calor és més gran. Amb menys canonades, les seves característiques tèrmiques són superiors a les dels escalfadors d'aire de tub llis.
Els escalfadors de plaques inclouen tubs amb plaques muntades sobre ells: rectangulars o rodones.
El primer tipus de plaques es munta en un grup de canonades. El refrigerant passa a la caixa de distribució del dispositiu a través d'un accessori, escalfa l'aire passant a una velocitat important per canals de petit diàmetre, i després surt de la caixa de muntatge a través del raccord.
Els escalfadors d'aquest tipus són compactes, fàcils de mantenir i instal·lar.
Els dispositius de placa d'un sol pas es designen: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP i els dispositius de placa de pas múltiples es designen com a KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. El model mitjà es designa KFS, i el gran es designa KFB.
Sobre els tubs d'aquests escalfadors s'enrotlla una cinta d'acer ondulat d'1 cm d'ample i 0,4 mm de gruix. El refrigerant per a ells pot ser vapor o aigua.
El primer està equipat amb tres fileres de tubs, i el segon amb quatre. Les plaques del model mitjà tenen un gruix de 0,5 mm i unes dimensions d'11,7 x 13,6 cm Les plaques del model gran del mateix gruix i amplada són més llargues: 17,5 cm.
Les plaques estan situades a una distància de 0,5 cm les unes de les altres i tenen una disposició en ziga-zaga, mentre que en els models de tipus mitjà les plaques estan disposades segons el principi del passadís.
Els escalfadors d'aire marcats STD tenen 5 números (5, 7, 8, 9, 14). En els escalfadors STD4009V, el refrigerant és vapor, i en STD3010G és aigua. La instal·lació del primer es realitza amb una orientació vertical dels tubs, el segon amb una orientació horitzontal.
Tipus #3: escalfadors bimetàl·lics amb aletes
En sistemes de calefacció amb aire escalfat, sovint s'utilitzen models d'escalfadors bimetàl·lics KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 i 4 amb un tipus especial d'aletes - enrotllades en espiral. El refrigerant per a escalfadors KP3-SK, KP4-SK és aigua calenta amb la pressió més alta d'1,2 MPa i temperatura màxima de 180⁰.
Per fer funcionar els altres dos escalfadors d'aire, cal vapor amb la mateixa pressió de funcionament que els primers, però amb una temperatura una mica més alta - 190⁰. Els fabricants han de realitzar proves d'acceptació. Els dispositius també estan provats per detectar fuites.
Hi ha 2 línies d'escalfadors d'aire bimetàl·lics: KSK3, KPZ, que tenen 3 fileres de tubs, són de mida mitjana, i KSK4, KP4 amb 4 fileres de tubs són models grans. Els components d'aquests dispositius són elements d'intercanvi de calor bimetàl·lics, protectors laterals, reixes de tubs i cobertes amb envans.
L'element d'intercanvi de calor consta de 2 tubs: un d'interior amb un diàmetre d'1,6 cm, d'acer i un d'exterior d'alumini amb aletes muntades. L'espai transversal entre els tubs de transferència de calor és de 4,15 cm i l'espai longitudinal és de 3,6 cm.
Regles de càlcul i selecció d'una unitat adequada
Quan es dissenya un sistema de calefacció amb un o un grup d'escalfadors, així com quan es realitzen càlculs, s'han de seguir una sèrie de regles. Vegem-los amb més detall a la selecció de fotos següent.
Càlcul de l'escalfador d'aigua
Per calcular la potència d'un escalfador d'aigua o de vapor, calen els paràmetres inicials següents:
- El rendiment del sistema, o en altres paraules, la quantitat d'aire destil·lat per hora. La unitat de mesura del cabal volumètric és mᶾ/h, massa kg/h. Símbol - L.
- Temperatura inicial o exterior - tul.
- La temperatura final de l'aire és tfin.
- Densitat i capacitat calorífica de l'aire a una temperatura determinada: les dades es prenen de taules.
En primer lloc, es calcula l'àrea de la secció transversal al llarg de la part frontal del dispositiu de calefacció d'aire.Un cop après aquest valor, s'obtenen les dimensions preliminars de la unitat amb un marge.
Per al càlcul utilitzeu la fórmula:
Af = Lρ / 3600 (ϑρ),
On L — cabal d'aire volumètric o productivitat en m³/h, ρ — densitat de l'aire exterior mesurada en kg/m³ ϑρ – velocitat de massa de l'aire a la secció calculada, mesurada en kg/(cm²).
Després d'haver rebut aquest paràmetre, per a càlculs posteriors prenen la mida típica de l'escalfador, la mida més propera. Si el valor de l'àrea final és gran, s'instal·len diverses unitats idèntiques en paral·lel, l'àrea total de les quals és igual al valor resultant.
Per determinar la potència necessària per escalfar un volum específic d'aire, cal esbrinar el consum total d'aire escalfat en kg per 1 hora utilitzant la fórmula:
G = L x p,
On R - densitat de l'aire a temperatura mitjana. Es determina sumant les temperatures a l'entrada i sortida de la unitat, dividint després per 2. Els indicadors de densitat es prenen de la taula.
Ara podeu calcular el consum de calor per escalfar l'aire, per al qual s'utilitza la fórmula següent:
Q (W) = G x c x (t final - t començament),
On G — cabal massiu d'aire en kg/hora. La capacitat calorífica específica de l'aire, mesurada en J/(kg x K), també es té en compte a l'hora de calcular. Depèn de la temperatura de l'aire d'entrada i els seus valors es troben a la taula anterior. S'indica la temperatura a l'entrada i sortida del dispositiu t començar. I t con. respectivament.
Suposem que hem de seleccionar un escalfador amb una capacitat de 10.000 mᶾ/hora perquè escalfi l'aire a 20⁰ a una temperatura exterior de -30⁰. El refrigerant és aigua amb una temperatura a l'entrada de la unitat de 95⁰ i 50⁰ a la sortida.
Flux de massa d'aire: G = 10.000 mᶾ/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13.180 kg/h.
Valor de densitat: ρ = (-30 + 20) = -10, en dividir aquest resultat per la meitat, hem obtingut -5. De la taula hem seleccionat la densitat corresponent a la temperatura mitjana.
Substituint el resultat obtingut a la fórmula, s'obté el consum de calor: Q = 13.180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185.435 W. Aquí 1013 és la capacitat calorífica específica seleccionada de la taula a una temperatura de -30⁰ en J/(kg x K). Del 10 al 15% de la reserva s'afegeix al valor calculat de la potència de l'escalfador.
El motiu és que els paràmetres tabulats sovint difereixen dels reals cap avall, i el rendiment tèrmic de la unitat, a causa de l'obstrucció dels tubs, disminueix amb el temps. No és desitjable superar el valor de reserva.
Amb un augment significatiu de la superfície d'escalfament, es pot produir hipotèrmia i fins i tot descongelació en gelades severes.
La potència dels escalfadors de vapor es calcula de la mateixa manera que els escalfadors d'aigua. Només difereix la fórmula per calcular el refrigerant:
G=Q/r,
On r - Calor específica que s'allibera durant la condensació del vapor, mesurada en kJ/kg.
Càlcul de l'escalfador elèctric
Els fabricants als catàlegs d'escalfadors d'aire elèctrics sovint indiquen la potència instal·lada i el flux d'aire, la qual cosa simplifica molt l'elecció.El més important és que els paràmetres no siguin inferiors als indicats al passaport, en cas contrari, fallarà ràpidament.
El disseny de l'escalfador inclou diversos elements de calefacció elèctrics especials, l'àrea dels quals s'augmenta prement les aletes sobre ells.
La potència dels dispositius pot ser molt gran, de vegades centenars de quilowatts. Fins a 3,5 kW, l'escalfador es pot alimentar des d'una presa de 220 V i, a tensions superiors, cal connectar-lo amb un cable separat directament al panell. Si cal fer servir un escalfador amb una potència superior a 7 kW, caldrà una font d'alimentació de 380 V.
Aquests dispositius són de mida i pes reduïts, són completament autònoms, no requereixen necessàriament la presència d'un subministrament centralitzat d'aigua calenta o vapor.
Un desavantatge important és que la baixa potència és insuficient per utilitzar-los en grans àrees. El segon inconvenient és l'elevat consum d'energia.
Per saber quant de corrent consumeix l'escalfador, podeu utilitzar la fórmula:
I=P/U,
On P - poder, U - tensió d'alimentació.
Amb una connexió monofàsica de l'escalfador, U es pren igual a 220 V. Amb una connexió trifàsica - 660 V.
La temperatura a la qual un escalfador d'una determinada potència escalfa la massa d'aire ve determinada per la fórmula:
T = 2,98 x P/L,
On L - rendiment del sistema. Els valors òptims de potència de l'escalfador per a una llar són d'1 a 5 kW, i per a oficines - de 5 a 50 kW.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
En aquest vídeo es descriu quina densitat d'aire cal prendre en calcular:
Vídeo sobre com funciona un escalfador en un sistema de calefacció:
Quan escolliu un tipus específic d'escalfador, heu de partir de consideracions de viabilitat i característiques operatives de la casa.
Per a zones petites, un escalfador elèctric seria una bona compra, però per escalfar una casa gran és millor triar una altra opció. En qualsevol cas, no es pot prescindir d'un càlcul previ..
Coneixeu bé el tema de triar i calcular un escalfador? Potser us agradaria compartir recomanacions útils per triar un escalfador d'aire o assenyalar un error o inexactitud en els càlculs del material comentat anteriorment? Deixa el teu comentari sota aquest article: la teva opinió pot ser útil per a les persones que trien l'escalfador adequat per a la seva llar.
Tot depèn dels objectius. Recomanaria portar escalfadors elèctrics per a aquelles habitacions que no estiguin destinades a la residència permanent, i s'han d'escalfar durant poc temps, però ràpidament. Per cert, és important no només fer els càlculs correctes i triar l'escalfador en si, sinó també tenir en compte les pèrdues de calor que es produeixen a causa d'una construcció inadequada o de l'ús de materials d'aïllament tèrmic barats.
L'elecció del tipus de sistema de calefacció, Igor, ve dictada per la infraestructura energètica que envolta la instal·lació. Per exemple, tenir la teva pròpia sala de calderes a prop d'un edifici converteix la calefacció elèctrica en un projecte no rendible.
El mode de calefacció depèn de les fluctuacions de temperatura permeses. Per exemple, un celler que requereix minúscules variacions de temperatura normalment s'"escalfa" amb sistemes dividits de precisió. El vostre "curt termini, però ràpid" farà que el vi es faci malbé.
L'article, Igor, descriu un algorisme per seleccionar un escalfador en funció de diversos paràmetres de l'aire de subministrament.La comptabilitat de pèrdues de calor és una "història". càlcul del sistema de calefacció.