Kaloriferio skaičiavimas: kaip apskaičiuoti prietaiso galią šildymo orui pašildyti

Kaloriferiai pasižymi dideliu našumu, todėl jų pagalba net labai dideles patalpas galima apšildyti per gana trumpą laiką. Parduodama daug šių prietaisų modelių, veikiančių naudojant skirtingus šilumnešius.

Norint pasirinkti optimalų variantą, reikia apskaičiuoti kaloriferį, kurį galima atlikti tiek rankiniu būdu, tiek naudojant internetinį skaičiuotuvą. Su skaičiavimų klausimais mes jums padėsime susigaudyti – šiame straipsnyje pateiksime skaičiavimų pavyzdį, kuris prireiks renkantis tinkamą prietaisą oro šildymui.

Taip pat apžvelgsime įvairių kaloriferių rūšių konstrukcijos ypatumus, šildymo sistemos su tokiais prietaisais privalumus ir trūkumus.

Šildymo su kaloriferiu privalumai ir trūkumai

Namų šildymo sistema, pagrįsta iki nustatytos temperatūros pašildyto oro tiekimu tiesiai į namus, kelia ypatingą susidomėjimą nuosavo būsto savininkams.

Tokią šildymo sistemos konstrukciją sudaro šie svarbūs mazgai:

• kaloriferio, veikiančio kaip šilumos generatorius, šildantis orą;
• kanalų (ortakių), kuriais pašildytos oro masės patenka į namus;
• ventiliatoriaus, nukreipiančio gerai pašildytą orą per visą patalpos tūrį.

Tokios sistemos privalumų yra daug. Jiems priskiriamas aukštas naudingumo koeficientas, pagalbinių šilumos mainų elementų, tokių kaip radiatoriai, vamzdžiai, nebuvimas, galimybė ją sujungti su klimato sistema, maža inercija, dėl ko didelių tūrių įšilimas vyksta labai greitai.

Daugeliui namų savininkų trūkumas yra tai, kad sistemos montavimas įmanomas tik kartu su paties namo statyba, o vėliau jos modernizavimas neįmanomas.

Minusu yra ir toks niuansas kaip privalomas atsarginis maitinimas ir reguliarios techninės priežiūros poreikis.

Kaloriferis yra paprastas montuoti ir eksploatuoti, prieinamas kainos atžvilgiu, tačiau svarbiausia, jis yra efektyvus prietaisas patalpai šildyti. Nuotraukoje – vandens kaloriferis, įmontuotas į sistemą.

Mūsų svetainėje yra išsamesnė medžiaga apie oro šildymo įrenginį name ir kotedže. Rekomenduojame Jums su jais susipažinti:

• Oro šildymas savo rankomis: visa informacija apie oro šildymo sistemas
• Kaip įrengti oro šildymą užmiesčio name: taisyklės ir statybos schemos
• Oro šildymo skaičiavimas: pagrindiniai principai + skaičiavimo pavyzdys

Kaloriferių klasifikacija

Kaloriferiai įtraukiami į šildymo sistemos konstrukciją orui šildyti. Egzistuoja šios šių prietaisų grupės pagal naudojamo šilumnešio tipą: vandens, elektriniai, gariniai, ugniniai.

Elektrinius prietaisus prasminga naudoti patalpoms, kurių plotas ne didesnis kaip 100 m². Didesnių plotų pastatams racionalesnis pasirinkimas bus vandens kaloriferai, kurie veikia tik esant šilumos šaltiniui.

Populiariausi yra gariniai ir vandens kaloriferai. Tiek pirmieji, tiek antrieji pagal paviršiaus formą skirstomi į 2 porūšius: briaunoti ir lygiavamzdžiai. Briaunoti kaloriferai pagal briaunų geometriją būna plokšteliniai ir spiraliniai.

Kaloriferų, veikiančių su tokiu šilumnešiu kaip garas, našumą reguliuoja specialiais vožtuvais, sumontuotais ant įvadinio vamzdžio.

Pagal konstrukciją šie prietaisai gali būti vienaeigiai, kai šilumnešis juose juda vamzdeliais laikydamasis pastovios krypties, ir daugiaeigiai, kurių dangteliuose yra pertvaros, dėl ko šilumnešio judėjimo kryptis nuolat keičiasi.

Pardavimui pateikiami 4 vandens ir garų kaloriferų modeliai, besiskiriantys šildymo paviršiaus plotu:

• SM – mažiausias su viena vamzdžių eile;
• M – mažas su dviem vamzdžių eilėmis;
• S – vidutinis su vamzdžiais 3 eilėmis;
• B – didelis, turintis 4 vamzdžių eiles.

Vandens kaloriferai eksploatacijos metu atlaiko didelius temperatūros svyravimus – 70-110⁰. Kad šio tipo kaloriferis gerai veiktų, sistemoje cirkuliuojantis vanduo turi būti įkaitintas iki ne daugiau 180⁰. Šiltuoju metų laiku kaloriferis gali atlikti ventiliatoriaus vaidmenį.

Įvairių rūšių kaloriferių konstrukcija

Šildymo vandens kaloriferis susideda iš metalinio korpuso, jame esančio šilumokaičio, sudaryto iš eilės vamzdelių, ir ventiliatoriaus. Agregato gale yra įvadiniai vamzdynai, per kuriuos jis prijungiamas prie katilo ar centralizuotos šildymo sistemos.

Paprastai ventiliatorius yra galinėje prietaiso dalyje. Jo užduotis – varyti orą per šilumokaitį.

Po įkaitimo oras per groteles, esančias priekinėje kaloriferio dalyje, grįžta į kambarį.

Dažniausiai korpusas gaminamas stačiakampio formos, tačiau yra modelių, skirtų apvaliems vėdinimo kanalams. Tiekimo magistralėje įrengiami dviejų ar trijų eigų vožtuvai agregato galiai reguliuoti.

Ventiliatorius pučia orą ant vamzdelių, esančių kaloriferio korpuse. Vamzdeliais teka šildomas vanduo iš šildymo sistemos, o ventiliatorius tolygiai paskirsto šiltą orą po kambarį.

Kaloriferiai skiriasi ir pagal montavimo būdą – jie būna lubiniai ir sieniniai. Pirmojo tipo modeliai dedami už pakabinamų lubų, už jų ribų matosi tik grotelės. Sieniniai prietaisai yra populiaresni.

Rūšis #1 – lygiavamzdžiai kaloriferiai

Lygiavamzdinę konstrukciją sudaro šildymo elementai tuščiavidurių plonų vamzdelių pavidalu, kurių skersmuo nuo 20 iki 32 mm, išdėstyti 0,5 cm atstumu vienas nuo kito. Jais cirkuliuoja šilumnešis. Oras, apgaubdamas įkaitintus vamzdelių paviršius, įkaista dėl konvekcinės šilumos mainų.

Vamzdeliai oro šildytuve išdėstomi šachmatiniu arba koridoriniu būdu. Jų galai įvirinami į kolektorius – viršutinį ir apatinį. Šilumnešis patenka į paskirstymo dėžę per įvadinį vamzdį, tada, praėjęs per vamzdelius ir juos įkaitinęs, išeina per išvadinį vamzdį kaip kondensatas arba atvėsęs vanduo.

Stabilesnį šilumos perdavimą užtikrina prietaisai su šachmatiniu vamzdelių išdėstymu, tačiau atsparumas oro srautams čia didesnis. Būtina atlikti agregato galios skaičiavimus, kad žinotumėte realias įrenginio galimybes.

Orui keliami tam tikri reikalavimai – jame neturi būti pluoštų, skendinčių dalelių, lipnių medžiagų. Leidžiamas dulkių kiekis – mažiau nei 0,5 mg/mᶾ. Įleidžiamo oro temperatūra – ne mažesnė kaip 20⁰.

Vieno eigos ir 3-eigos kaloriferiai. 1 – įvadinis vamzdis, per kurį patenka šilumnešis, 2 – paskirstymo dėžė, 3 – vamzdelis, 4 – išvadinis vamzdis, 5 – pertvara

Lygių vamzdžių kaloriferių šiluminės-techninės charakteristikos nėra labai aukštos. Jų naudojimas yra tikslingas, kai nereikia didelio oro srauto ir jo įkaitimo iki aukštos temperatūros.

Rūšis #2 – briaunoti oro šildytuvai

Briaunotų prietaisų vamzdžiai turi briaunuotą paviršių, todėl šilumos atidavimas iš jų yra didesnis. Esant mažesniam vamzdžių kiekiui, jų šiluminės-techninės charakteristikos yra aukštesnės nei lygių vamzdžių oro šildytuvų.

Plokštelinių kaloriferių sudėtį sudaro vamzdeliai su užmautomis plokštelėmis – stačiakampėmis arba apvaliomis.

Pirmos rūšies plokštelės užmaunamos ant vamzdžių grupės. Šilumnešis patenka į prietaiso paskirstymo dėžę per štucerį, įkaitina orą, kuris praeina dideliu greičiu per mažo skersmens kanalus, o po to iš surinkimo dėžės išeina per štucerį.

Šios rūšies kaloriferiai yra kompaktiški, patogūs priežiūrai ir montavimui.

Vieno ėjimo plokšteliniai prietaisai žymimi: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, o kelių ėjimų – KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOJUG, KMB. Vidutinis modelis žymimas KFS, o didelis – KFB.

Ant šių kaloriferių vamzdelių vyniojama plieninė gofruota juosta, kurios plotis 1 cm, o storis 0,4 mm. Jų šilumnešiu gali būti tiek garai, tiek vanduo.

Vandens kaloriferių negalima jungti metalo-plastikiniais arba polimeriniais vamzdžiais, nes jie nėra skirti aukštai šilumnešio temperatūrai. Reikalingi plieniniai vamzdžiai, o geriau cinkuoti, kad būtų išvengta korozijos.

Pirmoji yra su trimis vamzdelių eilėmis, o antroji – su keturiomis. Vidutinio modelio plokštelės yra 0,5 mm storio, o jų matmenys yra 11,7 x 13,6 cm. Didžiojo modelio plokštelės, tokio pat storio ir pločio, skiriasi didesniu ilgiu – 17,5 cm.

Plokštelės yra viena nuo kitos 0,5 cm atstumu ir yra išdėstytos zigzago forma, o vidutinės rūšies modeliuose plokštelės išdėstytos koridoriaus principu.

Oro šildytuvai su žymeniu STD turi 5 numerius (5, 7, 8, 9, 14). Kaloriferiuose STD4009V šilumnešis yra garai, o STD3010G – vanduo. Pirmųjų montavimas atliekamas vertikaliai orientuojant vamzdelius, antrųjų – horizontaliai.

Rūšis #3 – bimetaliniai kaloriferiai su briaunomis

Šildymo sistemose su oro pašildymu dažnai taikomi bimetalinių kaloriferių modeliai KP3-SK, KP4-SK, KSk – 3 ir 4 su specialia briaunotumo rūšimi – spiraliniu-riedėjimo būdu. Kaloriferių KP3-SK, KP4-SK šilumnešis yra karštas vanduo, kurio didžiausias slėgis 1,2 MPa ir maksimali temperatūra 180⁰.

Kitiems dviems oro šildytuvams reikalingi garai su tokiu pačiu darbiniu slėgiu kaip ir pirmiesiems, bet su šiek tiek aukštesne temperatūra – 190⁰. Gamintojai būtinai atlieka priėmimo-perdavimo bandymus. Prietaisai taip pat tikrinami dėl sandarumo.

KSK šildytuvo šilumokaitį sudaro plieniniai vamzdžiai su aliuminio briaunomis. Juos jungia vamzdžių grotelės.

Egzistuoja 2 bimetalinių kaloriferių linijos – KSK3, KPZ, turintys 3 eiles vamzdžių, priskiriami vidutiniams, o KSK4, KP4 su 4 eilėmis vamzdžių – dideliems modeliams. Šių prietaisų sudedamosios dalys yra bimetaliniai šilumos mainų elementai, šoniniai skydeliai, vamzdžių grotelės, dangčiai su pertvaromis.

Šilumos mainų elementą sudaro 2 vamzdžiai – vidinis, kurio skersmuo 1,6 cm, pagamintas iš plieno, ir ant jo uždėtas aliumininis išorinis su briaunomis. Skersinis tarpas tarp šilumą perduodančių vamzdžių yra 4,15 cm, o išilginis – 3,6 cm.

Skaičiavimo ir tinkamo agregato parinkimo taisyklės

Projektuojant šildymo sistemą su vienu ar kaloriferių grupe, taip pat atliekant skaičiavimus, reikia laikytis kelių taisyklių. Išsamiau jas apžvelgsime toliau pateiktoje nuotraukų kolekcijoje.

Vandens kaloriferio skaičiavimas

Vandeninio arba garinio kaloriferio galiai apskaičiuoti reikalingi šie pradiniai parametrai:

1. Sistemos našumas arba, kitaip tariant, oro kiekis, praleidžiamas per valandą. Tūrinio srauto matavimo vienetas – m³/val., masinio – kg/val. Sutartinis žymėjimas – L.
2. Pradinė arba lauko temperatūra – tul.
3. Galutinė oro temperatūra – tkon.
4. Oro tankis ir šiluminė talpa esant tam tikrai temperatūrai – duomenys imami iš lentelių.

Pirmiausia apskaičiuojamas oro šildytuvo priekinės dalies skerspjūvio plotas. Sužinojus šią vertę, gaunami preliminarūs agregato matmenys su atsarga.

Skaičiavimui naudojama formulė:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Kur L – tūrinis oro srautas arba našumas m³/val., ρ – lauko oro tankis, matuojamas kg/m³, ϑρ – masinis oro greitis skaičiuojamajame skerspjūvyje, matuojamas kg/(cm²).

Gavus šį parametrą, tolesniems skaičiavimams imamas tipinis šildytuvo dydis, artimiausias pagal matmenis. Esant didelėms galutinėms ploto vertėms, lygiagrečiai įrengiami keli vienodi agregatai, kurių plotų suma lygi gautai vertei.

Kaloriferiais vadinami ne tik šilumos mainų įrenginiai, bet ir oro aušintuvai, veikiantys šalto vandens pagrindu, kurie yra daug mažiau populiarūs.

Norint nustatyti reikiamą galią tam tikram oro kiekiui pašildyti, reikia sužinoti bendrą šildomo oro srautą kg per 1 valandą pagal formulę:

G = L x p,

Kur p – oro tankis vidutinės temperatūros sąlygomis. Jis nustatomas sumuojant temperatūras įrenginio įėjime ir išėjime, tada padalijant iš 2. Tankio rodikliai imami iš lentelės.

Iš šios lentelės galima paimti duomenis apie oro tankį ir savitąją šiluminę talpą tam tikroje temperatūroje, siekiant apskaičiuoti prietaiso galią.

Dabar galima apskaičiuoti šilumos srautą orui pašildyti, tam naudojama ši formulė:

Q (W) = G x c x (t gal. – t prad.),

Kur G – masinis oro srautas kg/val. Skaičiuojant taip pat atsižvelgiama į savitąją šiluminę talpą, matuojamą J/(kg x K). Ji priklauso nuo įeinančio oro temperatūros, o jos reikšmės pateiktos aukščiau esančioje lentelėje. Temperatūra įrenginio įėjime ir išėjime atitinkamai žymima t prad. ir t gal..

Tarkime, reikia parinkti kaloriferį, kurio našumas 10 000 mᶾ/val., kad jis įkaitintų orą iki 20⁰, kai lauko temperatūra -30⁰. Šilumnešis yra vanduo, kurio temperatūra agregato įėjime yra 95⁰, o išėjime – 50⁰.

Oro masės masinis srautas: G = 10 000 mᶾ/val. x 1,318 kg/mᶾ = 13 180 kg/val.

Tankio vertė: ρ = (-30 + 20) = -10, padalijus šį rezultatą pusiau, gauta -5. Iš lentelės parinktas tankis, atitinkantis vidutinę temperatūrą.

Gautą rezultatą įstačius į formulę, gaunamas šilumos srautas: Q = 13 180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185 435 W. Čia 1013 – tai savitoji šiluminė talpa, parinkta iš lentelės esant – 30⁰ temperatūrai, J/(kg x K). Prie apskaičiuotos kaloriferio galios vertės pridedama nuo 10 iki 15% rezervo.

Priežastis ta, kad lentelėse pateikti parametrai dažnai skiriasi nuo realių, būdami mažesni, o agregato šiluminė galia dėl vamzdelių užsiteršimo laikui bėgant mažėja. Rezervo vertės viršijimas yra nepageidaujamas.

Ženkliai padidinus šildymo paviršių, gali įvykti peraušinimas ir netgi atitirpimas esant dideliems šalčiams.

Į garinį kaloriferį šilumnešis tiekiamas iš viršaus, o vanduo, gautas kondensuojantis panaudotam garui, išleidžiamas iš apačios. Nuotraukoje – garinio kaloriferio apvadų schema.

Garinių kaloriferių galia apskaičiuojama tokiu pačiu būdu kaip ir vandens kaloriferių. Skiriasi tik šilumnešio skaičiavimo formulė:

G = Q / r,

Kur r – savitoji šiluma, kuri išsiskiria garo kondensacijos metu, matuojama kJ/kg.

Elektrinio kaloriferio skaičiavimas

Elektrinių kaloriferių kataloguose gamintojai dažnai nurodo instaliuotą galią ir oro srautą, o tai labai supaprastina pasirinkimą. Svarbiausia, kad parametrai nebūtų mažesni nei nurodyti pase, kitaip jis greitai suges.

Į kaloriferio konstrukciją įeina keletas specialių elektrinių šildymo elementų, kurių plotas padidintas dėl ant jų užspaudžiamų briaunų.

Prietaisų galia gali būti labai didelė, kartais tai šimtai kilovatų. Iki 3,5 kW galios kaloriferis gali būti maitinamas iš 220 V rozetės, o esant aukštesnei įtampai būtinas prijungimas atskiru kabeliu tiesiai prie skydo. Jei reikia naudoti didesnės nei 7 kW galios kaloriferį, reikės 380 V maitinimo.

Šie prietaisai turi nedidelius matmenis ir svorį, jie yra visiškai autonominiai, jiems nebūtina centralizuoto karšto vandens tiekimo ar garo buvimo.

Esminis minusas – maža galia, nepakankama naudojimui dideliuose plotuose. Antras trūkumas – didelis elektros energijos suvartojimas.

Iš kaloriferio skaičiavimo matyti, kad prietaiso naudojimo rezultatas – pastebimas energijos išteklių taupymas. Kartais šis agregatas derinamas su rekuperatoriumi, ir tada oro paėmimas vyksta ne iš lauko, o iš patalpos.

Norėdami sužinoti, kokią srovę sunaudoja kaloriferis, galite naudoti formulę:

I = P /U,

Kur P – galia, U – maitinimo įtampa.

Vienfazio kaloriferio prijungimo atveju U laikoma lygi 220 V. Trifazio – 660 V.

Temperatūra, iki kurios tam tikros galios kaloriferis įkaitina oro masę, apskaičiuojama pagal formulę:

T =2.98 x P/ L,

Kur L – sistemos našumas. Optimalios kaloriferio galios vertės namui – nuo 1 iki 5 kW, o biurams – nuo 5 iki 50 kW.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kokį oro tankį naudoti skaičiavime, parodyta šiame vaizdo įraše:

Vaizdo įrašas apie tai, kaip veikia kaloriferis šildymo sistemoje:

Renkantis konkretų kaloriferio tipą, reikia vadovautis tikslingumo ir namo eksploatacinių charakteristikų sumetimais.

Mažiems plotams sėkmingas pirkinys bus elektrinis kaloriferis, o didelio namo šildymui geriau pasirinkti kitą variantą. Bet kokiu atveju neapsieisite be išankstinio skaičiavimo.

Ar gerai orientuojatės renkantis ir skaičiuojant oro šildytuvą? Galbūt norite pasidalinti naudingomis rekomendacijomis, kaip išsirinkti oro šildytuvą, arba nurodyti klaidą ar netikslumą aukščiau pateiktame skaičiavime? Palikite savo komentarą po šiuo straipsniu – jūsų nuomonė gali būti naudinga žmonėms, kurie renkasi tinkamą oro šildytuvą savo namams.