Калориферы отличаются высокой мощностью, что позволяет обогревать даже весьма крупные помещения за довольно короткий срок. На рынке представлено множество моделей этих устройств, работающих с различными теплоносителями.
Для выбора наиболее подходящего варианта следует провести расчёт калорифера, который можно выполнить как вручную, так и с помощью онлайн-калькуляторов. В этой статье мы разберем, как провести такие расчеты, и предложим пример, который поможет вам выбрать правильное устройство для обогрева воздуха.
Кроме того, мы обсудим особенности конструкции различных типов калориферов, их преимущественные и недостаточные стороны в рамках отопительной системы.
Краткое содержание статьи
Плюсы и минусы отопления с калорифером
Система отопления, основанная на подаче горячего воздуха непосредственно в помещение, представляет интерес для владельцев частных домов.
Такое отопительное устройство состоит из нескольких ключевых элементов:
- калорифера, который является теплогенератором, обогревающим воздух;
- каналов (воздуховодов), по которым горячий воздух поступает в дом;
- вентилятора, который распределяет теплый воздух по всему помещению.
У данной системы множество преимуществ. Среди них высокие показатели КПД, отсутствие необходимости в дополнительных элементах для теплообмена — радиаторах и трубах, возможность интеграции с климатическими установками, а также низкая инертность, что позволяет быстро прогревать большие пространства.
Галерея изображений
Калорифер — это устройство, которое предназначено исключительно для нагрева воздушного потока без изменения его влажности.
Калориферы используются в системах воздушного отопления и кондиционирования, которые обеспечивают смешивание свежего воздуха с циркулирующим потоком внутри помещения.
В системах воздушного отопления воздух, нагретый с помощью калорифера, подается в помещение с помощью вентилятора.
Одним из значительных достоинств калориферов является их способность быстро обогреть большие объемы и площади, включая цеха, магазины и склады.
Оборудование для нагревания воздуха
Система кондиционирования с калорифером
Воздушное отопление с калорифером
Быстрый обогрев больших площадей
Для некоторых владельцев недвижимости минусом является то, что установка системы возможна только на этапе строительства дома, а последующая модернизация становится проблематичной.
Дополнительно стоит отметить необходимость наличия резервного питания и регулярного обслуживания как недостаток такой системы.
Калорифер прост в установке и использовании, имеет доступную стоимость и, что важно, обеспечивает эффективный обогрев помещений. На изображении представлен водяной калорифер, встроенный в систему.
На нашем сайте вы найдете более подробные материалы о воздушном отоплении в домах и коттеджах. Рекомендуем вам ознакомиться с ними:
- Воздушное отопление своими руками: полное руководство по системам воздушного отопления.
- Как организовать воздушное отопление загородного дома: основные правила и схемы.
- Расчет воздушного отопления: базовые принципы и пример расчета.
Классификация калориферов
Калориферы являются частью систем отопления, служащих для нагрева воздуха. Эти приборы классифицируются по типу используемого теплоносителя: водяные, электрические, паровые и огневые.
Электрические калориферы рационально использовать в помещениях площадью до 100 м². Для больших площадей лучшим решением будут водяные калориферы, которые требуют наличия источника тепла.
Наиболее востребованы паровые и водяные калориферы. Обе группы могут быть разделены по форме поверхностей на два подвида: ребристые и гладкотрубные. Ребристые калориферы, в свою очередь, бывают пластинчатыми и спиральными.
Продуктивность калориферов, работающих на паре, регулируется с помощью специальных клапанов, установленных на входных трубах.
По типу конструкции приборы бывают одноходовыми — с постоянным направлением движения теплоносителя, и многоходовыми — с перегородками, изменяющими направление потока.
На рынке доступны четыре модели водяных и паровых калориферов, различающиеся по площади нагрева:
- СМ — модель с наименьшей площадью и одним рядом труб;
- М — модель с малой площадью и двумя рядами труб;
- С — модель средней площади с тремя рядами труб;
- Б — большая модель, имеющая четыре ряда труб.
Водяные калориферы способны выдерживать значительные температурные колебания в диапазоне 70-110°C. Для их эффективной работы вода в системе должна быть нагрета максимум до 180°C. В теплый период такие калориферы могут функционировать как вентиляторы.
Галерея изображений
По типу теплоносителя калориферы делятся на водяные, паровые, огневые и электрические.
Паровые и водяные калориферы чаще всего используются в обогреве частных, коммерческих и производственных объектов.
Электрические калориферы — самый простой вариант с точки зрения установки, подключения и обслуживания, но не очень экономичный.
Паровые калориферы бывают гладкотрубными и ребристыми, которые делятся на спиральные и пластинчатые.
Водяной калорифер в производственном помещении
Паровой калорифер на остекленной террасе
Компактный электрический нагреватель воздуха
Паровая спирально-навивная модель
Конструкция калориферов разных видов
Конструкция водяного калорифера включает в себя металлический корпус, внутри которого размещен теплообменник, состоящий из труб и вентилятора. На торцевой части устройства располагаются входные патрубки, через которые осуществляется подключение к котлу или к централизованной отопительной системе.
Обычно вентилятор расположен на задней стороне устройства и предназначен для прокачки воздуха через теплообменник.
Нагретый воздух возвращается в помещение через решетку на передней части калорифера.
Корпус чаще всего изготавливается в прямоугольной форме, однако встречаются и модели, предназначенные для круглых вентиляционных каналов. На входных трубах устанавливают двух- или трехходовые вентилы для регулировки мощности устройства.
Вентилятор продувает трубы внутри калорифера, а из системы отопления по ним движется горячая вода, обеспечивая равномерное распределение тепла в помещении.
Калориферы отличаются также способом установки — они могут быть настенными или потолочными. Первые размещаются за фальшпотолком, видимой частью остается только решетка, в то время как настенные варианты более распространены.
Вид #1 — гладкотрубные калориферы
Гладкотрубная конструкция состоит из нагревательных элементов, представляющих собой полые тонкие трубки диаметром от 20 до 32 мм, расположенные на расстоянии 0,5 см друг от друга. Через эти трубки циркулирует теплоноситель, а воздух, контактируя с горячими стенками, нагревается с помощью конвекции.
Трубки могут быть собраны в шахматном или параллельном порядке, а их концы вварены в коллектора (верхний и нижний). Теплоноситель поступает в распределительную коробку через входной патрубок, нагревает воздух при проходе через трубки и покидает устройство через выходной патрубок в виде конденсата или охлажденной воды.
Приборы с шахматным расположением трубок обеспечивают лучшую передачу тепла, хоть и создают больший дискомфорт для воздушных потоков. Обязательно следует произвести расчет мощности устройства, чтобы знать его реальные возможности.
К воздуху, который будет поступать в калорифер, предъявляются определенные требования: он не должен содержать волокон, взвешенных частиц и липких веществ. Допустимый уровень запыленности — менее 0,5 мг/м³. Температура на входе — минимум 20°C.
Изображение одноходового и многоходового калорифера: 1 – входной патрубок, 2 – распределительная коробка, 3 – трубка, 4 – выходной патрубок, 5 – перегородка.
Теплотехнические характеристики гладкотрубных калориферов имеют определенные ограничения. Их целесообразно использовать в случаях, когда нет необходимости в большом расходе воздуха и его нагреве до высоких температур.
Вид #2 — ребристые калориферы
Трубы ребристых калориферов имеют оребренную поверхность, что обеспечивает более высокую теплоотдачу. При меньшем количестве труб у них лучше теплотехнические характеристики по сравнению с гладкотрубными приборами.
Пластинчатые калориферы состоят из трубок, на которых имеются насаженные пластины — как прямоугольные, так и круглые.
Первый тип пластин устанавливается группы на трубах. Теплоноситель попадает в распределительную коробку устройства через штуцеры, прогревает воздух, проходящий через узкие каналы, прежде чем покинуть устройство обратно через штуцеры.
Калориферы этого типа компактны и удобны как при установке, так и в обслуживании.
Одноходовые пластинчатые приборы обозначаются как: КФБ, КФС, КВБ, СТД3009В, КЗПП, К4ПП, а многоходовые — КВБ, К4ВП, КЗВП, КВС, КМС, СТДЗОЮГ, КМБ. Средняя модель обозначается как КФС, большая — КФБ.
На трубки этих калориферов навивают стальную гофрированную ленту шириной 1 см и толщиной 0,4 мм. В качестве теплоносителя может использоваться как пар, так и вода.
Водяные калориферы не следует подключать с использованием металлопластиковых или полимерных труб, так как они не предназначены для высоких температур теплоносителя. Лучше использовать стальные, а лучше цинкованные трубы, чтобы избежать коррозии.
В первой модели предусмотрены три ряда трубок, а во второй – четыре. Пластинки среднего типа имеют толщину 0,5 мм и размеры 11,7х 13,6 см. Пластины более крупной модели такой же толщины и ширины, но длина их составляет 17,5 см.
Между пластинами имеется расстояние 0,5 см, и они имеют зигзагообразное расположение, в то время как средние модели располагаются по коридорному принципу.
Воздухонагреватели с обозначением СТД делятся на пять габаритов (5, 7, 8, 9, 14). В калориферах СТД4009В теплоносителем является пар, а в СТД3010Г – вода. Установка первых осуществляется в вертикальном положении трубок, а вторых – в горизонтальном.
Тип #3 — биметаллические калориферы с ребрами
В отопительных системах с подогревом воздуха часто применяют биметаллические калориферы моделей КП3-СК, КП4-СК, КСк – 3 и 4, которые имеют особый спирально-накатной вид оребрения. Калориферы КП3-СК и КП4-СК работают на горячей воде под давлением до 1,2 МПа и температурой до 180⁰.
Для работы остальных двух моделей воздухонагревателей требуется пар с таким же рабочим давлением, но с чуть более высокой температурой — 190⁰. Производители обязаны проводить приемо-сдаточные испытания, включая проверки на герметичность.
Калорифер КСК состоит из трубок, выполненных из стали, и окрашенных алюминиевыми ребрами, соединенных трубными решетками.
Существуют два типа биметаллических калориферов: КСК3 и КПЗ с 3 рядами трубок, которые относятся к моделям среднего размера, и КСК4 и КП4 с 4 рядами трубок, которые классифицируются как большие. Эти устройства состоят из элементов биметаллического теплообмена, боковых щитков, трубных решеток и крышек с перегородками.
Теплообменный элемент включает в себя две трубки — одна стальная с диаметром 1,6 см, на которую насажена ребристая алюминиевая трубка. Поперечное расстояние между теплопередающими трубками составляет 4,15 см, продольное — 3,6 см.
Правила расчетов и подбора подходящего агрегата
При проектировании системы отопления с использованием одного или группы калориферов, а также при выполнении расчетов необходимо следовать определенным правилам. Они будут рассмотрены подробнее в галерее изображений ниже.
Галерея изображений
Схема подключения группы калориферов может быть либо параллельной, либо последовательной. Для паровых моделей используется исключительно параллельный вариант. Все устройства в калориферной системе должны быть одинаковыми по модели и мощности.
Если калориферы применяются в системах, которые забирают наружный воздух с целью его смешивания с основной воздушной массой, расчеты проводятся с учетом самой низкой температуры на улице.
Регулировать качественного параметра парового агрегата не представляется возможным. Возможна лишь количественная регулировка теплоносителя, для чего перед калорифером устанавливаются обводные (двойные) клапаны.
Расчеты и проектирование калориферных систем осуществляются так, чтобы в группе оказалось минимальное количество приборов, а также предусмотреть арматуру, позволяющую отключать отдельные агрегаты или их ряды, а также регулировать теплоотдачу.
Параллельное подключение группы калориферов
Эксплуатация калориферов в холодное время
Регулирующая арматура на входе в прибор
Ребристый паровой нагреватель воздуха
Расчет водяного калорифера
Для расчета мощности водяного или парового калорифера необходимы следующие параметры:
- Производительность системы, то есть количество воздуха, которое пропускается за час. Единицы измерения: объемный расход — м³/ч, массовый — кг/ч. Обозначение — L.
- Исходная наружная температура — tул.
- Конечная температура воздуха — tкон.
- Плотность и теплоемкость воздуха при определенной температуре — данные берутся из таблиц.
Сначала необходимо вычислить площадь сечения по фронту воздухонагревателя. Зная эту величину, можно получить предварительные размеры агрегата с учетом запаса.
Для расчетов используют формулу:
Аф = Lρ / 3600 (ϑρ),
где L — объемный расход воздуха или производительность в м³/ч, ρ — плотность воздуха на улице в кг/м³, ϑρ — массовая скорость воздуха в расчетном сечении, измеряется в кг/(см²).
Получив необходимые данные, для следующих вычислений следует взять стандартный размер калорифера, близкий к полученным. Если итоговая площадь велика, устанавливают несколько аналогичных агрегатов параллельно, чтобы в сумме их площади соответствовали высчитанному значению.
Под термином калорифер подразумеваются не только устройства для теплообмена, но и воздухоохладители, которые используют холодную воду и менее популярны.
Для определения требуемой мощности для подогрева конкретного объема воздуха необходимо рассчитать общий расход подогреваемого воздуха в кг за 1 час по следующей формуле:
G = L х р,
где р — плотность воздуха при средней температуре. Её определяют, суммируя температуры на входе и выходе из устройства, а затем делят на два. Данные по плотности берутся из таблицы.
Из этой таблицы можно получить информацию о плотности и удельной теплоемкости воздуха при определенной температуре для подсчета мощностей устройства.
Теперь можно вычислить теплопередачу для подогрева воздуха, используя следующую формулу:
Q (Вт) = G х c х (t кон. — t нач.),
где G — массовый расход воздуха в кг/час. При расчете принимается во внимание удельная теплоемкость воздуха в Дж/(кг х K), которая зависит от температуры входящего воздуха, а её значения можно найти в таблице выше. Температура на входе и выходе из устройства обозначается как t нач. и t кон. соответственно.
Предположим, необходимо выбрать калорифер с производительностью 10 000 м³/час для нагрева воздуха до 20⁰ при наружной температуре -30⁰. В качестве теплоносителя используется вода, имеющая температуру на входе 95⁰ и 50⁰ на выходе.
Массовый расход воздушной массы: G = 10 000 м³/ч х 1,318 кг/м³ = 13 180 кг/ч.
Значение плотности: ρ = (-30 + 20) / 2 = -5. Из таблицы определяется среднее значение плотности.
Подставив полученный результат в формулу, получаем расход тепла: Q = (13 180 / 3600) х 1013 х (20 – (-30)) = 185 435 Вт. Здесь 1013 — это удельная теплоемкость, взятая из таблицы при температуре -30⁰ в Дж/(кг х K). К расчетной мощности прибора добавляется 10-15% запаса.
Это необходимо потому, что таблицы могут показывать меньшие значения, а тепловая производительность агрегата может снижаться со временем из-за загрязнения трубок. Чрезмерное добавление запаса нежелательно.
При существенном увеличении площади нагрева может произойти переохлаждение или размораживание в сильные морозы.
В паровом калорифере теплоноситель подводят сверху, а конденсат, образованный после использования пара, уводят снизу. На фото представлена схема подключения парового калорифера.
Мощность паровых калориферов рассчитывается аналогично водяным, отличается лишь формула расчета теплоносителя:
G = Q / r,
где r — удельная теплота, выделяемая при конденсации пара, измеряемая в кДж/кг.
Расчет электрического калорифера
В каталоге производителей электрических калориферов часто указаны установленные мощности и объемы воздуха, что значительно облегчает выбор. Важно, чтобы параметры устройства были не ниже указанных в паспорте, иначе оно быстро выйдет из строя.
Конструкция калорифера включает несколько электрических нагревательных элементов, площадь которых увеличена благодаря оребрению.
Мощность таких приборов может достигать больших значений, иногда до нескольких сотен киловатт. Калориферы с мощностью до 3,5 кВт можно подключать через обычную розетку на 220 В; если мощность выше, требуется отдельный кабель от щитка. Для калориферов мощностью более 7 кВт потребуется напряжение 380 В.
Эти устройства обладают небольшими размерами и весом, полностью автономны, не требуют наличия централизованного горячего водоснабжения или пара.
Однако есть и существенные недостатки — низкая мощность, которая не позволяет использовать их на больших площадях, и высокая потребность в электроэнергии.
Расчет показывает, что использование калорифера требует ощутимой экономии энергетических ресурсов. Иногда эти устройства комбинируют с рекуператорами, и тогда забор воздуха осуществляется не с улицы, а из помещения.
Чтобы выяснить, сколько тока потребляет калорифер, используется следующее уравнение:
I = P / U,
где P — мощность, U — напряжение.
При однофазном подключении U принимается равным 220 В, а при трехфазном — 660 В.
Температура, которую калорифер определенной мощности нагревает воздушную массу, рассчитывается по формуле:
T = 2.98 x P / L,
где L — производительность системы. Оптимальная мощность калорифера для домов составляет от 1 до 5 кВт, а для офисов — от 5 до 50 кВт.
Выводы и полезное видео по теме
Как правильно выбирать плотность воздуха при расчетах, можно узнать из этого видео:
Видео о том, как функционирует калорифер в отопительной системе:
При выборе конкретного типа калорифера важно руководствоваться соображениями целесообразности и эксплуатационных характеристик помещения.
Для небольших площадей хорошим вариантом будет электрический калорифер, но для обогрева больших домашних пространств лучше использовать другой вариант. В любом случае, предварительный расчет является обязательным.
Вы разбираетесь в том, как выбрать и рассчитать калорифер? Возможно, у вас есть ценные советы по подбору воздухонагревателя или вы заметили какие-то недочеты в представленных расчетах? Оставьте свой комментарий под данной статьей — ваше мнение может оказаться полезным для тех, кто ищет идеальный калорифер для своего жилища.
