Výpočet kalorifera: ako vypočítať výkon zariadenia na ohrev vzduchu pre vykurovanie

Kaloriféry majú vysokú výkonnosť, preto s ich pomocou je možné vykurovať aj veľmi veľké priestory v pomerne krátkom čase. Do predaja prichádza mnoho modelov týchto zariadení, pracujúcich na základe rôznych teplonosných médií.

Aby ste si vybrali optimálnu možnosť, je potrebný výpočet kaloriféra, ktorý je možné vykonať ručne alebo pomocou online kalkulačky. S otázkou výpočtov vám pomôžeme porozumieť – v tomto článku uvedieme príklad výpočtov, ktoré budú potrebné pri výbere vhodného zariadenia na ohrev vzduchu.

A tiež sa pozrieme na konštrukčné vlastnosti rôznych druhov kaloriférov, výhody a nevýhody vykurovacieho systému s použitím takýchto zariadení.

Výhody a nevýhody vykurovania s kaloriférom

Systém vykurovania domu, založený na prívode vzduchu ohriateho na nastavenú teplotu priamo do domu, predstavuje osobitný záujem pre majiteľov vlastných nehnuteľností.

Takáto konštrukcia vykurovacieho systému pozostáva z nasledujúcich dôležitých uzlov:

• kaloriféra, ktorý funguje ako generátor tepla, ohrievajúci vzduch;
• kanálov (vzduchovodov), cez ktoré prúdia ohriate vzduchové masy do domu;
• ventilátor, ktorý smeruje dobre ohriaty vzduch po celom objeme miestnosti.

Systém tohto typu má mnoho výhod. Patrí k nim vysoká účinnosť, absencia pomocných prvkov pre výmenu tepla vo forme radiátorov, rúr, možnosť kombinovať ho s klimatizačným systémom a nízka zotrvačnosť, v dôsledku čoho dochádza k veľmi rýchlemu ohrevu veľkých objemov.

Pre mnohých majiteľov domov je nevýhodou, že inštalácia systému je možná iba súčasne so stavbou domu a následná modernizácia už nie je možná.

Nevýhodou je aj taký aspekt, ako povinná prítomnosť záložného napájania a potreba pravidelnej technickej údržby.

Kalorifer je jednoduchý na montáž a prevádzku, cenovo dostupný, ale hlavne je účinným zariadením na vykurovanie miestnosti. Na fotografii je vodný kalorifer zabudovaný do systému.

Na našej stránke sú podrobnejšie materiály o zariadení vzduchového vykurovania v dome a chate. Odporúčame vám sa s nimi oboznámiť:

• Vzduchové kúrenie vlastnými rukami: všetko o vzduchových systémoch kúrenia
• Ako zariadiť vzduchové vykurovanie vidieckeho domu: pravidlá a schémy konštrukcie
• Výpočet vzduchového vykurovania: základné princípy + príklad výpočtu

Klasifikácia kaloriférov

Kalorifery sa zahŕňajú do konštrukcie vykurovacieho systému na ohrev vzduchu. Existujú nasledujúce skupiny týchto zariadení podľa druhu použitého teplonosného média: vodné, elektrické, parné, ohňové.

Elektrické zariadenia má zmysel používať pre miestnosti s plochou nie viac ako 100 m². Pre budovy s väčšími plochami budú racionálnejšou voľbou vodné kalorifery, ktoré fungujú len v prítomnosti zdroja tepla.

Najobľúbenejšie sú parné a vodné kalorifery. Oba druhy sa podľa tvaru povrchu delia na 2 poddruhy: rebrované a hladkorúrkové. Rebrované kalorifery podľa geometrie rebier sú doskové a špirálovo-navíjané.

Výkon kaloriferov pracujúcich s teplonosným médiom, ako je para, sa reguluje pomocou špeciálnych ventilov inštalovaných na vstupnom potrubí.

Podľa konštrukčného prevedenia môžu byť tieto zariadenia jednopriechodové, keď teplonosné médium v nich prechádza rúrkami a dodržiava konštantný smer, a viacpriechodové, v ktorých krytoch sú prepážky, v dôsledku čoho sa smer pohybu teplonosného média neustále mení.

Do predaja prichádzajú 4 modely vodných a parných kaloriferov, líšiace sa plochou ohrevu:

• SM — najmenšia s jedným radom rúr;
• M — malá s dvoma radmi rúr;
• S — stredná s tromi radmi rúr;
• B — veľká, so 4 radmi rúr.

Vodné kalorifery počas prevádzky znášajú veľké teplotné výkyvy — 70-110⁰. Pre dobrú činnosť kalorifera tohto typu musí byť voda cirkulujúca v systéme ohriata maximálne na 180⁰. V teplom období môže kalorifer plniť úlohu ventilátora.

Konštrukcia kaloriférov rôznych druhov

Vykurovací vodný kalorifer pozostáva z telesa vyrobeného z kovu, v ktorom je umiestnený výmenník tepla v podobe radu rúrok a ventilátora. Na čelnej strane zariadenia sú vstupné hrdlá, cez ktoré sa pripája ku kotlu alebo centrálnemu vykurovaciemu systému.

Spravidla sa ventilátor nachádza v zadnej časti zariadenia. Jeho úlohou je preháňať vzduch cez výmenník tepla.

Po zahriatí, cez mriežku umiestnenú na prednej strane kalorifera, vzduch opäť vstupuje do miestnosti.

Najčastejšie je teleso vyrobené v tvare obdĺžnika, ale existujú modely určené pre vetracie kanály kruhového prierezu. Na prívodnom potrubí sa inštalujú dvoj- alebo trojcestné ventily na reguláciu výkonu zariadenia.

Ventilátor fúka na rúrky umiestnené v telese kalorifera. Rúrkami prúdi ohriata voda z vykurovacieho systému a ventilátor rovnomerne rozvádza teplý vzduch po miestnosti.

Kalorifery sa líšia aj spôsobom montáže – sú stropné a nástenné. Modely prvého typu sa umiestňujú za falošný strop, za jeho hranice vyčnieva iba mriežka. Nástenné zariadenia sú populárnejšie.

Druh #1 – kaloriféry s hladkými rúrkami

Hladkorúrkovú konštrukciu tvoria vykurovacie prvky v podobe dutých tenkých rúrok s priemerom 20 až 32 mm, umiestnených vo vzdialenosti 0,5 cm od seba. Cez ne cirkuluje teplonosné médium. Vzduch, obtekajúci ohriate povrchy rúrok, sa ohrieva vďaka konvekčnej výmene tepla.

Rúrky v ohrievači vzduchu sú usporiadané do šachovnicového alebo radového usporiadania. Ich konce sú zvárané do kolektorov – horného a spodného. Teplonosné médium vstupuje do rozvodnej skrine cez vstupné hrdlo, potom, prejde cez rúrky a ohreje ich, vystupuje cez výstupné hrdlo ako kondenzát alebo ochladená voda.

Stabilnejší prenos tepla zabezpečujú zariadenia so šachovnicovým usporiadaním rúrok, ale odpor voči prúdeniu vzduchu je tu vyšší. Je potrebné vykonať výpočet výkonu zariadenia, aby ste poznali skutočné možnosti zariadenia.

Na vzduch sú kladené určité požiadavky – nesmú obsahovať vlákna, suspendované častice, lepkavé látky. Prípustná prašnosť je menej ako 0,5 mg/m³. Teplota na vstupe je minimálne 20 °C.

Jednocestný a trojcestný kalorifer. 1 – vstupné hrdlo, cez ktoré prúdi teplonosné médium, 2 – rozvodná skriňa, 3 – rúrka, 4 – výstupné hrdlo, 5 – prepážka

Tepelnotechnické charakteristiky hladkorúrkových kaloriferov nie sú veľmi vysoké. Ich použitie je vhodné, keď nie je potrebný výrazný prietok vzduchu a jeho ohrev na vysokú teplotu.

Druh #2 – rebrové ohrievače vzduchu

Rúry rebrových zariadení majú rebrovaný povrch, preto je z nich prenos tepla väčší. Pri menšom počte rúr majú vyššie tepelnotechnické charakteristiky ako hladkorúrkové ohrievače vzduchu.

Súčasťou doštičkových kaloriferov sú trubice s nasadenými platňami — obdĺžnikovými alebo okrúhlymi.

Prvý druh platní sa nasadzuje na skupinu rúr. Teplonosné médium vstupuje do rozdeľovacej skrinky zariadenia cez hrdlo, ohrieva vzduch, ktorý prechádza s vysokou rýchlosťou kanálmi malého priemeru, a potom vychádza zo zbernej skrinky cez hrdlo.

Kalorifery tohto druhu sú kompaktné, vhodné na údržbu a montáž.

Jednopriechodové doštičkové zariadenia sa označujú: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, a viacpriechodové — KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOJUG, KMB. Stredný model má označenie KFS a veľký — KFB.

Na trubice týchto kaloriferov sa navíja oceľová vlnitá páska so šírkou 1 cm a hrúbkou 0,4 mm. Teplonosným médiom pre ne môže byť para aj voda.

Vodné kalorifery nemožno pripájať kovoplastovými alebo polymérovými rúrami, pretože nie sú dimenzované na vysokú teplotu teplonosného média. Sú potrebné oceľové rúry a najlepšie pozinkované, aby sa vylúčila korózia.

Prvá je vybavená tromi radmi rúrok, druhá štyrmi. Platničky stredného modelu majú hrúbku 0,5 mm a rozmery 11,7 × 13,6 cm. Platne veľkého modelu rovnakej hrúbky a šírky sa líšia väčšou dĺžkou — 17,5 cm.

Platne sú od seba vzdialené 0,5 cm a majú cikcakové usporiadanie, zatiaľ čo u modelov stredného typu sú platne usporiadané v koridorovom princípe.

Ohrievače vzduchu s označením STD majú 5 čísel (5, 7, 8, 9, 14). V kaloriferoch STD4009V je teplonosným médiom para, v STD3010G – voda. Montáž prvých sa vykonáva s vertikálnou orientáciou rúrok, druhých s horizontálnou.

Druh #3 – bimetalické kaloriféry s rebrovaním

V vykurovacích systémoch s ohrevom vzduchu sa často používajú modely bimetalových kaloriferov KP3-SK, KP4-SK, KSk – 3 a 4 s osobitným druhom rebrovania — špirálovo-valcovým. Teplonosným médiom pre kalorifery KP3-SK, KP4-SK je horúca voda s najvyšším tlakom 1,2 MPa a maximálnou teplotou 180⁰.

Pre prevádzku dvoch ďalších ohrievačov vzduchu je potrebná para s rovnakým pracovným tlakom ako pre prvé, ale s o niečo vyššou teplotou — 190⁰. Výrobcovia povinne vykonávajú preberacie skúšky. Testujú zariadenia aj na tesnosť.

Tepelný výmenník kalorifera KSK pozostáva z rúrok vyrobených z ocele s hliníkovými rebrami. Spájajú ich rúrkové mriežky.

Existujú 2 rady bimetalických kaloriferov — KSK3, KPZ, ktoré majú 3 rady rúrok, patria medzi stredné, a KSK4, KP4 so 4 radmi rúrok — medzi veľké modely. Súčasťami týchto zariadení sú bimetalické tepelné výmenné prvky, bočné kryty, rúrkové mriežky, veká s prepážkami.

Tepelný výmenný prvok predstavuje 2 rúrky — vnútornú s priemerom 1,6 cm, vyrobenú z ocele a na ňu nasadenú hliníkovú vonkajšiu s rebrovaním. Priečny interval medzi teplovodivými rúrkami je 4,15 cm a pozdĺžny — 3,6 cm.

Pravidlá výpočtov a výberu vhodného agregátu

Pri navrhovaní vykurovacieho systému s jedným alebo skupinou kaloriferov, ako aj pri vykonávaní výpočtov, je potrebné dodržiavať niekoľko pravidiel. Pozrime sa na ne podrobnejšie vo fotovýbere nižšie.

Výpočet vodného kaloriféra

Na výpočet výkonu vodného alebo parného kalorifera sú potrebné nasledujúce vstupné parametre:

1. Výkon systému alebo inými slovami — množstvo vzduchu prepravovaného za hodinu. Jednotka merania objemového prietoku — m³/h, hmotnostného kg/h. Značka — L.
2. Vstupná alebo vonkajšia teplota — t_vonk.
3. Konečná teplota vzduchu — t_kon.
4. Hustota a tepelná kapacita vzduchu pri určitej teplote — údaje sa berú z tabuliek.

Najprv sa vypočíta plocha prierezu na čele ohrievača vzduchu. Po zistení tejto hodnoty sa získajú predbežné rozmery agregátu s rezervou.

Na výpočet sa používa vzorec:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Kde L — objemový prietok vzduchu alebo výkon v m³/h, ρ — hustota vzduchu vonku meraná v kg/m³, ϑρ — hmotnostná rýchlosť vzduchu v vypočítavanom priereze, meraná v kg/(cm²).

Po získaní tohto parametra sa pre ďalšie výpočty použije typická veľkosť ohrievača, najbližšia podľa rozmerov. Pri veľkej výslednej hodnote plochy sa paralelne inštaluje niekoľko rovnakých agregátov, ktorých plocha v súčte zodpovedá získanej hodnote.

Ohrievače sa nenazývajú len zariadenia na prenos tepla, ale aj chladiče vzduchu pracujúce na báze studenej vody, ktoré sú oveľa menej populárne.

Na určenie potrebného výkonu na ohrev určitého objemu vzduchu je potrebné zistiť celkový prietok ohrievaného vzduchu v kg za 1 hodinu podľa vzorca:

G = L х р,

Kde р je hustota vzduchu pri priemernej teplote. Určuje sa sčítaním teplôt na vstupe a výstupe z agregátu, potom sa vydelí 2. Hodnoty hustoty sa berú z tabuľky.

Z tejto tabuľky je možné získať údaje o hustote a mernej tepelnej kapacite vzduchu pri určitej teplote na výpočet výkonu zariadenia.

Teraz je možné vypočítať spotrebu tepla na ohrev vzduchu, na čo sa používa nasledujúci vzorec:

Q (W) = G × c × (t kon. – t zač.),

Kde G – hmotnostný prietok vzduchu v kg/hod. Pri výpočte sa zohľadňuje aj merná tepelná kapacita vzduchu meraná v J/(kg × K). Závisí od teploty vstupujúceho vzduchu a jej hodnoty sú v tabuľke vyššie. Teplota na vstupe do zariadenia a na výstupe z neho sa označuje ako t zač. a t kon..

Predpokladajme, že je potrebné vybrať ohrievač s výkonom 10 000 m³/hod, aby ohrieval vzduch na 20 °C pri teplote vonku –30 °C. Nosičom tepla je voda s teplotou na vstupe do agregátu 95 °C a 50 °C na výstupe.

Hmotnostný prietok vzduchovej hmoty: G = 10 000 m³/hod × 1,318 kg/m³ = 13 180 kg/hod.

Hodnota hustoty: ρ = (–30 + 20) = –10, po rozdelení tohto výsledku na polovicu sa získa –5. Z tabuľky sa vyberie hustota zodpovedajúca priemernej teplote.

Po dosadení získaného výsledku do vzorca sa získa spotreba tepla: Q = 13 180 / 3600 × 1013 × 20 – (–30) = 185 435 W. Tu je 1013 merná tepelná kapacita vybraná z tabuľky pri teplote –30 °C v J/(kg × K). K vypočítanej hodnote výkonu ohrievača sa pridáva 10 až 15 % rezerva.

Dôvodom je, že tabuľkové parametre sa často líšia od skutočných smerom nadol a tepelný výkon agregátu sa v dôsledku upchatia rúrok časom znižuje. Prekročenie hodnoty rezervy je nežiaduce.

Pri výraznom zväčšení vyhrievacej plochy môže dôjsť k podchladeniu a dokonca k zamrznutiu za veľkých mrazov.

Do parného kaloriféra sa teplonosná látka privádza zhora a voda vzniknutá kondenzáciou odpadovej pary sa odvádza zdola. Na fotografii je schéma zapojenia parného kaloriféra.

Výkon parných kaloriférov sa vypočíta rovnakým spôsobom ako vodných. Líši sa iba vzorec na výpočet teplonosnej látky:

G = Q / r,

Kde r je merné teplo, ktoré sa uvoľňuje počas kondenzácie pary, merané v kJ/kg.

Výpočet elektrického kaloriféra

Výrobcovia v katalógoch elektrických kaloriférov často uvádzajú inštalovaný výkon a prietok vzduchu, čo značne zjednodušuje výber. Dôležité je, aby parametre neboli nižšie, ako sú uvedené v pase, inak rýchlo zlyhá.

Do konštrukcie kaloriféra patrí niekoľko špeciálnych elektrických vykurovacích prvkov, ktorých plocha je zväčšená lisovaním rebier na ne.

Výkon zariadení môže byť veľmi veľký, niekedy to sú stovky kilowattov. Do 3,5 kW môže byť kalorifér napájaný zo zásuvky 220 V, pri napätí nad touto hodnotou je potrebné pripojenie samostatným káblom priamo k rozvádzaču. Ak je potrebné použiť kalorifér s výkonom nad 7 kW, bude potrebné napájanie 380 V.

Tieto zariadenia majú malé rozmery a hmotnosť, sú úplne autonómne, nevyžadujú prítomnosť centralizovaného zásobovania teplou vodou alebo parou.

Podstatnou nevýhodou je nízky výkon, ktorý je nedostatočný na použitie vo veľkých priestoroch. Druhou nevýhodou je vysoká spotreba elektrickej energie.

Z výpočtu kaloriféra vyplýva, že výsledkom používania zariadenia je výrazná úspora energetických zdrojov. Niekedy sa táto jednotka kombinuje s rekuperátorom a potom sa nasávanie vzduchu nevykonáva zvonku, ale z miestnosti.

Na zistenie, aký prúd odoberá kalorifér, možno použiť vzorec:

I = P /U,

Kde P je výkon, U je napájacie napätie.

Pri jednofázovom pripojení kaloriféra sa U považuje za 220 V. Pri trojfázovom za 660 V.

Teplotu, na ktorú kalorifér s určitým výkonom ohrieva vzduchovú hmotu, určujeme podľa vzorca:

T =2.98 x P/ L,

Kde L – je výkonnosť systému. Optimálne hodnoty výkonu kaloriféra pre dom sú od 1 do 5 kW, pre kancelárie od 5 do 50 kW.

Závery a užitočné video k téme

Akú hustotu vzduchu použiť pri výpočte, je vysvetlené v tomto videu:

Video o tom, ako funguje kalorifér vo vykurovacom systéme:

Pri výbere konkrétneho typu kaloriféra treba vychádzať z hľadiska účelnosti a prevádzkových charakteristík domu.

Pre malé priestory bude výhodnou kúpou elektrický kalorifér, na vykurovanie veľkého domu je lepšie vybrať iný variant. V každom prípade sa nezaobídete bez predbežného výpočtu.

Orientujete sa dobre v otázke výberu a výpočtu kaloriféra? Možno by ste sa chceli podeliť o užitočné odporúčania týkajúce sa výberu ohrievača vzduchu alebo upozorniť na chybu či nepresnosť vo výpočtoch v uvedenom materiáli? Zanechajte svoj komentár pod týmto článkom – váš názor môže byť užitočný pre ľudí, ktorí si vyberajú vhodný kalorifér pre svoj domov.