Výpočet ohřívače: jak vypočítat výkon zařízení pro ohřev vzduchu pro vytápění

Topidla mají vysoký výkon, takže s jejich pomocí vytopíte i velmi velké místnosti v celkem krátkém čase. Mnoho modelů těchto zařízení fungujících na základě různých chladicích kapalin se prodává.

Chcete-li vybrat nejlepší možnost, musíte vypočítat ohřívač, což lze provést ručně nebo pomocí online kalkulačky. Pomůžeme vám zjistit problematiku výpočtů - v tomto článku uvedeme příklad výpočtů, které budou potřeba při výběru vhodného zařízení pro ohřev vzduchu.

Zvážíme také konstrukční vlastnosti různých typů ohřívačů vzduchu, výhody a nevýhody topného systému využívajícího taková zařízení.

Výhody a nevýhody vytápění topným tělesem

Domácí vytápění, založené na přivádění vzduchu ohřátého na nastavenou teplotu přímo do domu, je zajímavé zejména pro majitele domů.

Tento návrh topného systému se skládá z následujících důležitých součástí:

• ohřívač fungující jako generátor tepla, který ohřívá vzduch;
• kanály (vzduchové kanály), kterými do domu vstupují ohřáté vzduchové hmoty;
• ventilátor, který vede dobře ohřátý vzduch do celé místnosti.

Tento typ systému má mnoho výhod.Patří mezi ně vysoká účinnost, absence pomocných prvků pro výměnu tepla ve formě radiátorů, potrubí a schopnost kombinovat je s klimatickým systémem a nízká setrvačnost, v důsledku čehož jsou velké objemy velmi rychle ohřívány.

Pro mnoho majitelů domů je nevýhodou, že instalace systému je možná pouze současně se samotnou výstavbou domu a další modernizace je pak nemožná.

Nevýhodou je taková nuance, jako je povinná přítomnost záložního napájení a potřeba pravidelné údržby.

Topidlo se snadno instaluje a obsluhuje, je cenově dostupné, ale hlavně je to efektivní zařízení pro vytápění místnosti. Na fotografii je ohřívač vody zabudovaný do systému

Na našem webu jsou podrobnější materiály k instalaci vzduchového vytápění v domě a chatě. Doporučujeme se s nimi seznámit:

• Vytápění vzduchu vlastníma rukama: vše o systémech vytápění vzduchu
• Jak zařídit vytápění vzduchu pro venkovský dům: pravidla a stavební plány
• Výpočet ohřevu vzduchu: základní principy + příklad výpočtu

Klasifikace ohřívačů vzduchu

Ohřívače vzduchu jsou součástí návrhu topného systému pro ohřev vzduchu. Existují tyto skupiny těchto zařízení podle typu použitého chladiva: vodní, elektrické, parní, ohnivé.

Má smysl používat elektrické spotřebiče pro místnosti o rozloze ne větší než 100 m². U budov s velkými plochami by racionálnější volbou byly ohřívače vody, které fungují pouze za přítomnosti zdroje tepla.

Nejoblíbenější jsou parní a ohřívače vody. První i druhý povrch ve tvaru jsou rozděleny do 2 podtypů: žebrované a hladké trubice. Podle geometrie žeber mohou být žebrované ohřívače deskové nebo spirálově vinuté.

Výkon ohřívačů vzduchu pracujících na chladicí kapalině, jako je pára, je regulován pomocí speciálních ventilů instalovaných na vstupním potrubí

Konstrukčně mohou být tato zařízení jednoprůchodová, když se chladicí kapalina v nich pohybuje trubkami, drží se konstantního směru, a víceprůchodová, v jejichž krytech jsou přepážky, v důsledku čehož směr pohybu chladicí kapalina se neustále mění.

K prodeji jsou 4 modely ohřívačů vody a páry, které se liší plochou topné plochy:

• CM - nejmenší s jednou řadou trubek;
• M — malý se dvěma řadami trubek;
• S — střední s trubkami ve 3 řadách;
• B - velký, se 4 řadami trubek.

Během provozu mohou ohřívače vody odolat velkým teplotním výkyvům - 70-110⁰.Aby ohřívač tohoto typu dobře fungoval, musí být voda cirkulující v systému ohřátá maximálně na 180⁰. V teplé sezóně může ohřívač fungovat jako ventilátor.

Návrh různých typů ohřívačů vzduchu

Ohřívač topné vody se skládá z kovového pouzdra, v něm umístěného výměníku tepla ve formě řady trubek a ventilátoru. Na konci jednotky jsou přívodní trubky, kterými je napojena na kotel nebo systém ústředního vytápění.

Ventilátor je zpravidla umístěn na zadní straně zařízení. Jeho úkolem je pohánět vzduch přes výměník tepla.

Po zahřátí proudí vzduch zpět do místnosti přes mřížku umístěnou na přední části topidla.

Nejčastěji je pouzdro vyrobeno ve tvaru obdélníku, ale existují modely určené pro kulaté ventilační kanály. Pro regulaci výkonu jednotky jsou na přívodním potrubí instalovány dvoucestné nebo třícestné ventily.

Ventilátor fouká trubicemi umístěnými ve skříni ohřívače.Trubkami proudí ohřátá voda z topného systému a ventilátor rozvádí teplý vzduch rovnoměrně po místnosti

Ohřívače vzduchu se liší i způsobem instalace – mohou být stropní nebo nástěnné. Modely prvního typu jsou umístěny za falešným stropem, za něj kouká pouze mřížka. Nástěnné jednotky jsou populárnější.

Typ #1 - ohřívače s hladkými trubkami

Provedení s hladkými trubkami se skládá z topných těles ve formě tenkých dutých trubek o průměru 20 až 32 mm, umístěných ve vzájemné vzdálenosti 0,5 cm. Chladicí kapalina jimi cirkuluje. Vzduch, který omývá zahřáté povrchy trubek, se ohřívá v důsledku konvekční výměny tepla.

Trubky v ohřívači vzduchu jsou uspořádány v šachovnicovém nebo chodbovém vzoru. Jejich konce jsou zavařeny do kolektorů - horních a spodních. Chladivo vstupuje do rozvodné skříně vstupním potrubím, poté po průchodu trubkami a jejich zahřátí vystupuje výstupním potrubím ve formě kondenzátu nebo chlazené vody.

Stabilnější přenos tepla zajišťují zařízení s odstupňovaným uspořádáním trubic, ale odpor proti proudění vzduchu je zde vyšší. Je nutné spočítat výkon jednotky, abychom poznali skutečné možnosti zařízení.

Na vzduch jsou kladeny určité požadavky – neměla by tam být žádná vlákna, suspendované částice nebo lepkavé látky. Přípustný obsah prachu je menší než 0,5 mg/mᶾ. Vstupní teplota je minimálně 20⁰.

Jednoprůchodové a 3průchodové ohřívače. 1 – přívodní potrubí, kterým proudí chladivo, 2 – rozvodná skříň, 3 – potrubí, 4 – výstupní potrubí, 5 – přepážka

Tepelné charakteristiky ohřívačů s hladkými trubkami nejsou příliš vysoké.Jejich použití je vhodné tam, kde není vyžadováno výrazné proudění vzduchu a ohřev na vysokou teplotu.

Typ #2 - žebrové ohřívače vzduchu

Trubky žebrovaných zařízení mají žebrovaný povrch, proto je přenos tepla z nich větší. S menším počtem trubek jsou jejich tepelné charakteristiky vyšší než u ohřívačů vzduchu s hladkými trubkami.

Deskové ohřívače zahrnují trubky s namontovanými deskami - obdélníkové nebo kulaté.

První typ desek je namontován na skupině trubek. Chladivo prochází do rozvodné skříně zařízení armaturou, ohřívá vzduch procházející značnou rychlostí kanály malého průměru a poté opouští montážní krabici armaturou.

Ohřívače tohoto typu jsou kompaktní, snadno se udržují a instalují.

Jednoprůchodová desková zařízení jsou označena: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP a víceprůchodová desková zařízení jsou označena jako KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Prostřední model je označen KFS a velký je označen KFB.

Na trubky těchto ohřívačů je navinuta vlnitá ocelová páska o šířce 1 cm a tloušťce 0,4 mm. Chladicí kapalinou pro ně může být pára nebo voda.

Ohřívače vody nelze propojit s kovoplastovými nebo polymerovými trubkami, protože Nejsou určeny pro vysoké teploty chladicí kapaliny. Potřebujeme ocelové trubky a nejlépe pozinkované, abychom zabránili korozi

První je vybavena třemi řadami trubek a druhá čtyřmi. Desky středního modelu mají tloušťku 0,5 mm a rozměry 11,7 x 13,6 cm, desky velkého modelu o stejné tloušťce a šířce jsou delší - 17,5 cm.

Desky jsou umístěny ve vzdálenosti 0,5 cm od sebe a mají klikaté uspořádání, zatímco u modelů středního typu jsou desky uspořádány podle chodbového principu.

Ohřívače vzduchu označené STD mají 5 čísel (5, 7, 8, 9, 14). V ohřívačích STD4009V je chladicí kapalinou pára a v STD3010G je to voda. Instalace prvního se provádí s vertikální orientací trubek, druhá - s horizontální orientací.

Typ #3 - bimetalové ohřívače s žebry

V topných systémech s ohřívaným vzduchem se často používají modely bimetalových ohřívačů KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 a 4 se speciálním typem žeber - spirálově válcovaných. Chladicí kapalinou pro ohřívače KP3-SK, KP4-SK je horká voda o nejvyšším tlaku 1,2 MPa a maximální teplotě 180⁰.

Pro provoz dalších dvou ohřívačů vzduchu je zapotřebí pára se stejným provozním tlakem jako u prvních, ale s mírně vyšší teplotou - 190⁰. Výrobci musí provést přejímací zkoušky. Zařízení jsou také testována na těsnost.

Tepelný výměník ohřívače vzduchu KSK se skládá z ocelových trubek s hliníkovými lamelami. Spojují je trubky

K dispozici jsou 2 řady bimetalových ohřívačů vzduchu - KSK3, KPZ, které mají 3 řady trubek, jsou střední velikosti a KSK4, KP4 se 4 řadami trubek jsou velké modely. Součástí těchto zařízení jsou bimetalové teplosměnné prvky, boční štíty, trubkové mřížky a kryty s přepážkami.

Teplosměnný prvek se skládá ze 2 trubek - vnitřní o průměru 1,6 cm z oceli a hliníkové vnější s namontovanými žebry. Příčná vzdálenost mezi teplosměnnými trubkami je 4,15 cm a podélná vzdálenost je 3,6 cm.

Pravidla pro výpočty a výběr vhodné jednotky

Při návrhu topného systému s jedním nebo skupinou topidel, stejně jako při provádění výpočtů, je třeba dodržovat řadu pravidel. Podívejme se na ně podrobněji ve výběru fotografií níže.

Výpočet ohřívače vody

Pro výpočet výkonu vodního nebo parního ohřívače jsou zapotřebí následující počáteční parametry:

1. Výkon systému, nebo jinými slovy, množství vzduchu destilovaného za hodinu. Jednotkou měření objemového průtoku je mᶾ/h, hmotnost kg/h. Symbol - L.
2. Počáteční nebo venkovní teplota - tul.
3. Konečná teplota vzduchu je tfin.
4. Hustota a tepelná kapacita vzduchu při určité teplotě - údaje jsou převzaty z tabulek.

Nejprve se vypočítá plocha průřezu podél přední části zařízení pro ohřev vzduchu.Po zjištění této hodnoty se získají předběžné rozměry jednotky s rezervou.

Pro výpočet použijte vzorec:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Kde L — objemový průtok vzduchu nebo produktivita v m³/h, ρ — hustota vzduchu venku měřená v kg/m³ ϑρ – hmotnostní rychlost vzduchu ve vypočteném úseku, měřená v kg/(cm²).

Po obdržení tohoto parametru se pro další výpočty bere typická velikost ohřívače, která se nejvíce blíží velikosti. Pokud je konečná hodnota plochy velká, je paralelně instalováno několik identických jednotek, jejichž celková plocha se rovná výsledné hodnotě.

Kalorizátory se nazývají nejen zařízení pro výměnu tepla, ale také chladiče vzduchu pracující na bázi studené vody, které jsou mnohem méně populární.

Pro určení požadovaného výkonu pro ohřev konkrétního objemu vzduchu je potřeba zjistit celkovou spotřebu ohřátého vzduchu v kg za 1 hodinu pomocí vzorce:

G = L x p,

Kde R - hustota vzduchu při průměrné teplotě. Určuje se součtem teplot na vstupu a výstupu z jednotky a poté vydělením 2. Ukazatele hustoty jsou převzaty z tabulky.

Z této tabulky můžete vzít údaje o hustotě a měrné tepelné kapacitě vzduchu při určité teplotě pro výpočet výkonu zařízení

Nyní můžete vypočítat spotřebu tepla na ohřev vzduchu, pro kterou se používá následující vzorec:

Q (W) = G x c x (t konec - t začátek),

Kde G — hmotnostní průtok vzduchu v kg/hod. Při výpočtu se bere v úvahu i měrná tepelná kapacita vzduchu měřená v J/(kg x K). Závisí na teplotě přiváděného vzduchu a její hodnoty jsou v tabulce výše. Udává se teplota na vstupu a výstupu zařízení t začít. A t con. respektive.

Řekněme, že potřebujeme vybrat ohřívač s výkonem 10 000 mᶾ/hod, aby ohříval vzduch na 20⁰ při venkovní teplotě -30⁰. Chladicí kapalinou je voda s teplotou na vstupu do jednotky 95⁰ a 50⁰ na výstupu.

Hmotnostní průtok vzduchu: G = 10 000 mᶾ/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13 180 kg/h.

Hodnota hustoty: p = (-30 + 20) = -10, při dělení tohoto výsledku na polovinu jsme dostali -5. Z tabulky jsme vybrali hustotu odpovídající průměrné teplotě.

Nahrazením získaného výsledku do vzorce se získá spotřeba tepla: Q = 13 180 / 3 600 x 1 013 x 20 – (-30) = 185 435 W. Zde 1013 je měrná tepelná kapacita vybraná z tabulky při teplotě -30⁰ v J/(kg x K). K vypočtené hodnotě výkonu ohřívače se připočítává 10 až 15 % rezervy.

Důvodem je, že tabulkové parametry se směrem dolů často liší od skutečných a tepelný výkon jednotky vlivem zanášení trubek časem klesá. Překročení rezervní hodnoty je nežádoucí.

Při výrazném zvětšení topné plochy může dojít k podchlazení a při silných mrazech až k odmrazování.

Chladivo je přiváděno do ohřívače páry shora a voda vznikající kondenzací odpadní páry je odváděna zdola. Na fotografii je schéma potrubí parního ohřívače

Výkon parních ohřívačů se počítá stejně jako ohřívačů vody. Liší se pouze vzorec pro výpočet chladicí kapaliny:

G=Q/r,

Kde r - měrné teplo, které se uvolňuje při kondenzaci páry, měřeno v kJ/kg.

Výpočet elektrického ohřívače

Výrobci v katalozích elektrických ohřívačů vzduchu často uvádějí instalovaný výkon a průtok vzduchu, což značně zjednodušuje výběr.Hlavní věc je, že parametry nejsou nižší než parametry uvedené v pasu, jinak rychle selže.

Konstrukce ohřívače obsahuje několik speciálních elektrických topných prvků, jejichž plocha se zvětšuje přitlačením žeber na ně.

Výkon zařízení může být velmi velký, někdy i stovky kilowattů. Do výkonu 3,5 kW lze ohřívač napájet ze zásuvky 220 V a při napětích nad tuto hodnotu je nutné připojit samostatným kabelem přímo do panelu. Pokud je potřeba použít ohřívač s výkonem vyšším než 7 kW, bude potřeba napájení 380 V.

Tato zařízení jsou malých rozměrů a hmotnosti, jsou zcela autonomní, nevyžadují nezbytně přítomnost centralizovaného zásobování horkou vodou nebo párou.

Významnou nevýhodou je, že malý výkon je nedostatečný pro jejich použití na velkých plochách. Druhou nevýhodou je vysoká spotřeba.

Z výpočtu ohřívače vyplývá, že výsledkem používání zařízení je znatelná úspora energetických zdrojů. Někdy je tato jednotka kombinována s rekuperátorem a pak k nasávání vzduchu nedochází zvenčí, ale z místnosti

Chcete-li zjistit, kolik proudu ohřívač spotřebuje, můžete použít vzorec:

I=P/U,

Kde P - Napájení, U - napájecí napětí.

Při jednofázovém připojení ohřívače se U odebírá rovno 220 V. Při 3fázovém připojení - 660 V.

Teplota, na kterou ohřívač určitého výkonu ohřívá vzduchovou hmotu, je určena vzorcem:

T = 2,98 x P/L,

Kde L — výkon systému. Optimální hodnoty výkonu ohřívače pro domácnost jsou od 1 do 5 kW a pro kanceláře - od 5 do 50 kW.

Závěry a užitečné video k tématu

Jakou hustotu vzduchu vzít při výpočtu je popsáno v tomto videu:

Video o tom, jak ohřívač funguje v topném systému:

Při výběru konkrétního typu ohřívače byste měli vycházet z úvah o proveditelnosti a provozních vlastnostech domu.

Pro malé plochy by byl dobrý nákup elektrický ohřívač, ale pro vytápění velkého domu je lepší zvolit jinou možnost. V každém případě se neobejdete bez předběžné kalkulace..

Orientujete se v problematice výběru a výpočtu topidla? Možná byste se chtěli podělit o užitečná doporučení pro výběr ohřívače vzduchu nebo upozornit na chybu či nepřesnost ve výpočtech ve výše uvedeném materiálu? Zanechte svůj komentář pod tímto článkem – váš názor se může hodit lidem, kteří vybírají to správné topení pro svůj domov.