Izračun grelnika: kako izračunati moč naprave za ogrevanje zraka za ogrevanje

Kaloriferji imajo visoko zmogljivost, zato je z njihovo pomočjo mogoče ogreti tudi zelo velike prostore v dokaj kratkem času. V prodajo prihaja veliko modelov teh naprav, ki delujejo na podlagi različnih nosilcev toplote.

Za izbiro optimalne možnosti je potreben izračun kaloriferja, ki ga lahko izvedete ročno ali z uporabo spletnega kalkulatorja. Pri vprašanju izračunov vam bomo pomagali razumeti – v tem članku bomo predstavili primer izračunov, ki bodo potrebni pri izbiri ustrezne naprave za segrevanje zraka.

Prav tako bomo pregledali značilnosti konstrukcije različnih vrst kaloriferjev, prednosti in pomanjkljivosti ogrevalnega sistema z uporabo takšnih naprav.

Prednosti in slabosti ogrevanja s kaloriferjem

Sistem ogrevanja hiše, ki temelji na dovajanju zraka, segretega na nastavljeno temperaturo, neposredno v hišo, je posebnega pomena za lastnike lastnih stanovanj.

Takšna konstrukcija ogrevalnega sistema je sestavljena iz naslednjih pomembnih enot:

• kaloriferja, ki deluje kot generator toplote, ki segreva zrak;
• kanalov (zračnih vodov), po katerih v hišo vstopajo segrete zračne mase;
• ventilator, ki usmerja dobro segret zrak po celotnem volumnu prostora.

Prednosti tovrstnega sistema so številne. Sem spadajo visok izkoristek, odsotnost pomožnih elementov za izmenjavo toplote v obliki radiatorjev, cevi, ter možnost združitve s klimatskim sistemom, in nizka vztrajnost, zaradi česar se segrevanje velikih volumnov zgodi zelo hitro.

Za mnoge lastnike hiš je pomanjkljivost to, da je namestitev sistema možna le hkrati z gradnjo hiše in kasnejša nadgradnja ni mogoča.

Slabost je tudi ta podrobnost, kot je obvezna prisotnost rezervnega napajanja in potreba po rednem tehničnem vzdrževanju.

Kalorifer je preprost za montažo in uporabo, cenovno dostopen, a kar je najpomembneje, je učinkovita naprava za ogrevanje prostora. Na fotografiji je vodni kalorifer, vgrajen v sistem.

Na naši spletni strani so podrobnejši materiali o ureditvi zračnega ogrevanja v hiši in počitniški hiši. Priporočamo vam, da si jih ogledate:

• Ogrevanje z zrakom z lastnimi rokami: vse o zračnih ogrevalnih sistemih
• Kako urediti zračno ogrevanje podeželske hiše: pravila in sheme gradnje
• Izračun ogrevanja z zrakom: osnovna načela + primer izračuna

Klasifikacija kaloriferjev

Kaloriferji so vključeni v konstrukcijo ogrevalnega sistema za ogrevanje zraka. Obstajajo naslednje skupine teh naprav glede na vrsto uporabljenega toplotnega nosilca: vodni, električni, parni, ognjeni.

Električne naprave je smiselno uporabljati za prostore s površino največ 100 m². Za stavbe z večjimi površinami bodo bolj racionalna izbira vodni kaloriferji, ki delujejo le ob prisotnosti vira toplote.

Najbolj priljubljeni so parni in vodni kaloriferji. Tako prvi kot drugi se delita na dve podvrsti: rebrasti in gladkocevni. Rebrasti kaloriferji so glede na geometrijo reber lahko ploščati in spiralno naviti.

Zmogljivost kaloriferjev, ki delujejo na takšnem toplotnem nosilcu, kot je para, se uravnava s pomočjo posebnih ventilov, nameščenih na dovodni cevi.

Glede na konstrukcijsko izvedbo so te naprave lahko enohodne, ko toplotni nosilec v njih potuje po ceveh in ohranja konstantno smer, ter večhodne, v pokrovih katerih so pregrade, zaradi česar se smer gibanja toplotnega nosilca nenehno spreminja.

V prodajo prihajajo 4 modeli vodnih in parnih kaloriferjev, ki se razlikujejo po površini ogrevanja:

• SM — najmanjša z enim redom cevi;
• M — majhna z dvema redoma cevi;
• S — srednja s cevmi v treh redih;
• B — velika s štirimi redi cevi.

Vodni kaloriferji med delovanjem prenesejo velika temperaturna nihanja — 70–110⁰. Za dobro delovanje tega tipa kaloriferja mora biti voda, ki kroži v sistemu, segreta največ do 180⁰. V toplem letnem času lahko kalorifer opravlja vlogo ventilatorja.

Konstrukcija kaloriferjev različnih vrst

Ogrevalni vodni kalorifer je sestavljen iz ohišja iz kovine, v njem nameščenega toplotnega izmenjevalnika v obliki vrste cevi in ventilatorja. Na čelu agregata so dovodni priključki, preko katerih ga priključijo na kotel ali centralni ogrevalni sistem.

Praviloma je ventilator na zadnji strani aparata. Njegova naloga je, da prepelje zrak skozi toplotni izmenjevalnik.

Po segrevanju zrak skozi rešetko na sprednji strani kaloriferja ponovno vstopi v prostor.

Najpogosteje je ohišje izdelano v obliki pravokotnika, vendar obstajajo modeli, namenjeni za prezračevalne kanale okroglega preseka. Na dovodnem vodu so nameščeni dvo- ali 3-potni ventili za regulacijo moči agregata.

Ventilator piha na cevi, ki se nahajajo v ohišju kaloriferja. Po ceveh teče segreta voda iz ogrevalnega sistema, ventilator pa enakomerno razporeja topel zrak po prostoru.

Kaloriferji se razlikujejo tudi po načinu montaže – so stropni in stenski. Modeli prvega tipa so nameščeni za spuščenim stropom, čez njegove meje je vidna le rešetka. Stenske naprave so bolj priljubljene.

Vrsta #1 – gladkocevni kaloriferji

Gladkocevno konstrukcijo sestavljajo grelni elementi v obliki votlih tankih cevi s premerom od 20 do 32 mm, nameščenih na razdalji 0,5 cm med seboj. Po njih kroži toplotni nosilec. Zrak, ki obliva segrete površine cevi, se segreva zaradi konvektivne izmenjave toplote.

Cevi v grelniku zraka so razporejene v šahovnici ali v koridornem vrstnem redu. Njihovi konci so privarjeni v kolektorje – zgornji in spodnji. Toplotni nosilec vstopa v razdelilno škatlo skozi dovodni priključek, nato po prehodu skozi cevi in njihovem segrevanju izstopa skozi izhodni priključek v obliki kondenzata ali ohlajene vode.

Bolj stabilen prenos toplote zagotavljajo naprave s šahovno razporeditvijo cevi, vendar je upor zračnim tokovom tukaj večji. Nujno je treba opraviti izračun moči agregata, da bi poznali realne zmogljivosti naprave.

Zrak mora izpolnjevati določene zahteve – ne sme vsebovati vlaken, lebdečih delcev ali lepljivih snovi. Dovoljena prašnost je manj kot 0,5 mg/m³. Vhodna temperatura je najmanj 20 °C.

Enohodni in 3-hodni kaloriferji. 1 – dovodni priključek, skozi katerega vstopa toplotni nosilec, 2 – razdelilna škatla, 3 – cev, 4 – izhodni priključek, 5 – pregrada.

Toplotne značilnosti gladkocevnih grelnikov zraka niso zelo visoke. Njihovo uporabo je smiselno, če ni potrebe po velikem pretoku zraka in segrevanju do visoke temperature.

Vrsta #2 – rebrasti grelniki zraka

Cevi rebrastih naprav imajo rebrasto površino, zato je prenos toplote večji. Pri manjšem številu cevi so njihove toplotne lastnosti boljše kot pri gladkocevnih grelnikih zraka.

Plosčni grelniki zraka so sestavljeni iz cevi z nameščenimi ploščami – pravokotnimi ali okroglimi.

Prvo vrsto plošč namestijo na skupino cevi. Toplotni nosilec vstopi v razdelilno omarico naprave skozi priključek, segreva zrak, ki s precejšnjo hitrostjo prehaja skozi kanale majhnega premera, nato pa iz zbirne omarice izstopi skozi priključek.

Grelniki zraka te vrste so kompaktni, enostavni za vzdrževanje in montažo.

Enopretočne ploščne naprave označujejo: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, večpretočne pa KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOJUG, KMB. Srednji model ima oznako KFS, veliki pa KFB.

Na cevi teh grelnikov zraka navijejo jekleni valovit trak širine 1 cm in debeline 0,4 mm. Toplotni nosilec zanje je lahko para ali voda.

Vodnih grelnikov zraka ne smemo priključevati s kovinsko-plastičnimi ali polimernimi cevmi, ker niso zasnovane za visoko temperaturo toplotnega nosilca. Potrebne so jeklene cevi, po možnosti pocinkane, da preprečimo korozijo.

Prva je opremljena s tremi vrstami cevi, druga pa s štirimi. Ploščice srednjega modela so debeline 0,5 mm in dimenzij 11,7 × 13,6 cm. Plošče velikega modela enake debeline in širine se razlikujejo po večji dolžini – 17,5 cm.

Plošče so razmaknjene 0,5 cm in so postavljene cikcakasto, medtem ko so pri modelih srednje vrste plošče postavljene v ravni vrsti (hodniški princip).

Grelniki zraka z oznako STD imajo 5 številk (5, 7, 8, 9, 14). V grelnikih STD4009V je toplotni nosilec para, v STD3010G pa voda. Montaža prvih se izvaja z navpično orientacijo cevi, drugih pa z vodoravno.

Vrsta #3 – bimetalni kaloriferji z rebri

V ogrevalnih sistemih s segrevanjem zraka pogosto uporabljajo modele bimetalnih grelnikov zraka KP3-SK, KP4-SK, KSk-3 in 4 s posebno vrsto rebrenja – spiralno-valjčnim. Toplotni nosilec za grelnike KP3-SK in KP4-SK je vroča voda z najvišjim tlakom 1,2 MPa in najvišjo temperaturo 180 °.

Za delovanje drugih dveh grelnikov zraka je potrebna para z enakim delovnim tlakom kot pri prvih, vendar z nekoliko višjo temperaturo – 190 °. Proizvajalci obvezno izvajajo prevzemne preizkuse. Naprave testirajo tudi na tesnost.

Izmenjevalnik toplote kaloriferja KSK je sestavljen iz cevi, izdelanih iz jekla in z aluminijastimi rebri. Povezujejo jih cevne rešetke.

Obstajata 2 liniji bimetalnih kaloriferjev — KSK3, KPZ, ki imajo 3 vrste cevi, spadajo med srednje, KSK4, KP4 s 4 vrstami cevi pa med velike modele. Sestavni deli teh naprav so bimetalni toplotni izmenjevalni elementi, stranske ploščice, rešetke iz cevi, pokrovi s pregradami.

Toplotni izmenjevalni element predstavljata 2 cevi — notranja s premerom 1,6 cm, izdelana iz jekla in nanjo nameščena aluminijasta zunanja z rebri. Prečni interval med toplotno prevodnimi cevmi je 4,15 cm, vzdolžni pa 3,6 cm.

Pravila izračunov in izbire ustreznega agregata

Pri načrtovanju ogrevalnega sistema z enim ali skupino kaloriferjev ter pri izvajanju izračunov je treba upoštevati vrsto pravil. Oglejmo si jih podrobneje v spodnji fotogaleriji.

Izračun vodnega kaloriferja

Za izračun moči vodnega ali parnega kaloriferja so potrebni naslednji začetni parametri:

1. Zmogljivost sistema ali z drugimi besedami — količina zraka, ki se prečrpa na uro. Enota za prostorninski pretok je m³/h, za masni pretok kg/h. Oznaka je L.
2. Začetna ali zunanja temperatura — t_zun.
3. Končna temperatura zraka — t_kon.
4. Gostota in toplotna kapaciteta zraka pri določeni temperaturi — podatki se vzamejo iz tabel.

Najprej se izračuna površina preseka na čelni strani grelnika zraka. Ko se ta vrednost določi, dobimo predhodne dimenzije agregata z rezervo.

Za izračun se uporablja formula:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Kjer L — prostorninski pretok zraka ali zmogljivost v m³/h, ρ — gostota zraka zunaj, merjena v kg/m³, ϑρ – masna hitrost zraka v izračunanem preseku, merjena v kg/(cm²).

Po pridobitvi tega parametra se za nadaljnje izračune vzame standardna velikost kaloriferja, ki je po velikosti najbližja. Pri veliki končni vrednosti površine se vzporedno namesti več enakih enot, katerih površina skupaj znaša dobljeno vrednost.

Kaloriferji se ne uporabljajo samo za naprave za toplotno izmenjavo, ampak tudi za hladilnike zraka, ki delujejo na osnovi hladne vode, ki so veliko manj priljubljeni.

Za določitev potrebne moči za ogrevanje določenega volumna zraka je treba izvedeti skupni pretok segretega zraka v kg na 1 uro po formuli:

G = L х р,

Kjer je р gostota zraka pri povprečni temperaturi. Določi se tako, da seštejemo temperaturi na vstopu in izstopu iz enote, nato delimo z 2. Vrednosti gostote se vzamejo iz tabele.

Iz te tabele lahko vzamete podatke o gostoti in specifični toplotni kapaciteti zraka pri določeni temperaturi za izračun moči naprave.

Zdaj lahko izračunate porabo toplote za segrevanje zraka, za kar se uporablja naslednja formula:

Q (W) = G х c х (t kon. – t zač.),

Kjer je G masni pretok zraka v kg/h. Pri izračunu se upošteva tudi specifična toplotna kapaciteta zraka, merjena v J/(kg x K). Odvisna je od temperature vstopnega zraka, njene vrednosti pa so v zgornji tabeli. Temperatura na vstopu v napravo in na izstopu iz nje je označena z t zač. in t kon. oz.

Recimo, da je treba izbrati kalorifer z zmogljivostjo 10.000 m³/h, da segreje zrak na 20⁰ pri zunanji temperaturi -30⁰. Toplotni medij je voda, ki ima temperaturo 95⁰ na vstopu v enoto in 50⁰ na izstopu.

Masni pretok zračne mase: G = 10.000 m³/h x 1,318 kg/m³ = 13.180 kg/h.

Vrednost gostote: ρ = (-30 + 20) = -10, pri delitvi tega rezultata na pol smo dobili -5. Iz tabele smo izbrali gostoto, ki ustreza povprečni temperaturi.

Z nadomestitvijo dobljenega rezultata v formulo dobimo porabo toplote: Q = 13.180 / 3600 х 1013 х 20 – (-30) = 185.435 W. Tukaj je 1013 specifična toplotna kapaciteta, izbrana iz tabele pri temperaturi – 30⁰ v J/(kg x K). K izračunani moči kaloriferja se doda rezerva od 10 do 15%.

Razlog je v tem, da se tabelarični parametri pogosto razlikujejo od dejanskih v smeri zmanjšanja, toplotna zmogljivost enote pa zaradi zamašitve cevi sčasoma upada. Preseganje vrednosti rezerve ni zaželeno.

Ob znatnem povečanju ogrevalne površine lahko pride do prehladitve in celo do odtajevanja v hudih zmrzali.

Pri parnem grelniku se toplotni nosilec dovaja od zgoraj, vodo, ki nastane pri kondenzaciji odpadne pare, pa odvaja od spodaj. Na fotografiji je shema vezave parnega grelnika.

Moč parnih grelnikov se izračuna na enak način kot pri vodnih. Razlikuje se le formula za izračun toplotnega nosilca:

G = Q / r,

Kjer je r specifična toplota, ki se sprošča med kondenzacijo pare, merjena v kJ/kg.

Izračun električnega kaloriferja

Proizvajalci v katalogih električnih grelnikov pogosto navajajo instalirano moč in pretok zraka, kar močno poenostavi izbiro. Pomembno je, da parametri niso manjši od tistih, navedenih v dokumentaciji, sicer bo hitro odpovedal.

V konstrukcijo grelnika je vključenih več posebnih električnih grelnih elementov, katerih površina je povečana z nalezkanimi rebri.

Moč naprav je lahko zelo velika, včasih tudi več sto kilovatov. Do 3,5 kW se grelnik lahko napaja iz vtičnice 220 V, pri višji napetosti pa je potrebna priključitev s posebnim kablom neposredno na razdelilno omarico. Če je potrebna uporaba grelnika z močjo nad 7 kW, je potrebno napajanje 380 V.

Te naprave imajo majhne dimenzije in težo, so popolnoma avtonomne, za njih ni potrebna prisotnost centralizirane oskrbe s toplo vodo ali pare.

Bistvena pomanjkljivost je nizka moč, ki ni zadostna za uporabo na velikih površinah. Druga pomanjkljivost je velika poraba električne energije.

Iz izračuna grelnika izhaja, da je rezultat uporabe naprave občuten prihranek energetskih virov. Včasih to enoto kombinirajo z rekuperatorjem in takrat zajem zraka poteka ne iz zunanjosti, ampak iz prostora.

Če želite izvedeti, kakšen tok porabi grelnik, lahko uporabite formulo:

I = P /U,

Kjer je P moč, U napajalna napetost.

Pri enofazni priključitvi grelnika se U vzame kot 220 V. Pri trifazni pa 660 V.

Temperaturo, do katere grelnik določene moči segreva zračno maso, določimo po formuli:

T =2.98 x P/ L,

Kjer je L  – zmogljivost sistema. Optimalne vrednosti moči grelnika za dom so od 1 do 5 kW, za pisarne pa od 5 do 50 kW.

Zaključki in koristen video na to temo

Kakšno gostoto zraka vzeti pri izračunu, je prikazano v tem videu:

Video o tem, kako deluje grelnik v ogrevalnem sistemu:

Pri izbiri določene vrste grelnika je treba izhajati iz smotrnosti in obratovalnih značilnosti hiše.

Za majhne površine bo električni grelnik dobra pridobitev, za ogrevanje velike hiše pa je bolje izbrati drugo možnost. V vsakem primeru se ne moremo izogniti predhodnemu izračunu.

Se dobro spoznate na izbiro in izračun kaloriferja? Morda želite deliti koristna priporočila o izbiri grelnika zraka ali opozoriti na napako ali netočnost v izračunih v zgoraj obravnavanem gradivu? Pustite svoj komentar pod tem člankom – vaše mnenje je lahko koristno ljudem, ki izbirajo primeren kalorifer za svoj dom.