Beräkning av luftvärmare: hur man beräknar enhetens effekt för luftuppvärmning för uppvärmning

Luftvärmare har hög kapacitet, så med hjälp av dem kan även mycket stora utrymmen värmas upp på ganska kort tid. Det finns många modeller av dessa apparater till försäljning, som arbetar med olika värmebärare.

För att välja ett optimalt alternativ behövs en beräkning av luftvärmaren, som kan utföras både manuellt och med hjälp av en online-kalkylator. Vi hjälper dig att förstå beräkningarna – i den här artikeln ger vi ett exempel på beräkningar som kommer att behövas när du väljer en lämplig apparat för att värma luften.

Och vi kommer också att titta på konstruktionsegenskaperna hos olika typer av luftvärmare, fördelar och nackdelar med värmesystem som använder sådana apparater.

Fördelar och nackdelar med uppvärmning med luftvärmare

Ett värmesystem för hemmet som bygger på att tillföra luft som värmts till en inställd temperatur direkt in i huset är av särskilt intresse för husägare.

En sådan konstruktion av värmesystemet består av följande viktiga komponenter:

• luftvärmare, som fungerar som en värmegenerator som värmer upp luften;
• kanaler (luftkanaler) genom vilka de uppvärmda luftmassorna kommer in i huset;
• fläkt, som leder den väl uppvärmda luften genom hela rummets volym.

Fördelarna med ett sådant system är många. De inkluderar hög verkningsgrad, frånvaro av extra värmeväxlarelement som radiatorer och rör, möjligheten att kombinera det med ett klimatsystem, och låg tröghet, vilket resulterar i att uppvärmning av stora volymer sker mycket snabbt.

För många husägare är en nackdel att monteringen av systemet endast är möjlig samtidigt som byggandet av själva huset, och därefter är ytterligare modernisering omöjlig.

En nackdel är också aspekten med obligatorisk reservkraft och behovet av regelbundet tekniskt underhåll.

Kalorifern är enkel att installera och använda, prisvärd, men framför allt är den en effektiv apparat för att värma upp rummet. På bilden en vattenkalorifer inbyggd i systemet.

På vår webbplats finns mer detaljerat material om utformningen av luftvärme i hus och stugor. Vi rekommenderar att du tar del av dem:

• Luftvärme med egna händer: allt om luftvärmesystem
• Hur man bygger ett luftvärmesystem för ett hus på landet: regler och konstruktionsscheman
• Beräkning av luftvärme: grundläggande principer + exempel på beräkning

Klassificering av luftvärmare

Kaloriferer ingår i värmesystemets konstruktion för att värma luft. Det finns följande grupper av dessa apparater beroende på typen av värmebärare: vatten-, el-, ång- och eldrivna.

Elapparater är meningsfulla att använda för rum med en yta på högst 100 m². För byggnader med större ytor är vattenkaloriferer ett mer rationellt val, som endast fungerar när det finns en värmekälla.

Ång- och vattenkaloriferer är mest populära. Både de förra och de senare delas efter ytform in i två underarter: ribbade och slätröriga. Ribbade kaloriferer kan efter ribbornas geometri vara platt- eller spirallindade.

Prestandan hos kaloriferer som arbetar med en värmebärare som ånga regleras med hjälp av speciella ventiler installerade på inloppsröret.

Konstruktionsmässigt kan dessa apparater vara enkelgående, där värmebäraren rör sig genom rören i en konstant riktning, eller flergående, i vilkas lock det finns skiljeväggar, varvid värmebärarens rörelseriktning ständigt ändras.

Det finns 4 modeller av vatten- och ångkaloriferer på marknaden, som skiljer sig åt i värmeöverföringsyta:

• SM — den allra minsta med en rad rör;
• M — liten med två rader rör;
• S — medelstor med rör i 3 rader;
• B — stor, med 4 rader rör.

Vattenkaloriferer tål stora temperaturväxlingar under drift — 70-110⁰. För god funktion hos denna typ av kalorifer måste vattnet som cirkulerar i systemet vara uppvärmt till max 180⁰. Under den varma årstiden kan kalorifern fungera som fläkt.

Konstruktion av olika typer av luftvärmare

En vattenburen luftvärmare består av ett metallhölje, en värmeväxlare i form av en rad rör och en fläkt. I änden av enheten finns inloppsstosar, genom vilka den ansluts till en panna eller ett centralvärmesystem.

Fläkten sitter vanligtvis på baksidan av apparaten. Dess uppgift är att driva luft genom värmeväxlaren.

Efter uppvärmning återvänder luften till rummet genom gallret på luftvärmarens framsida.

Höljet är oftast rektangulärt, men det finns modeller avsedda för runda ventilationskanaler. På tilloppsledningen installeras två- eller trevägsventiler för att reglera aggregatets effekt.

Fläkten blåser över rören som sitter i luftvärmarens hölje. Genom rören strömmar varmvatten från värmesystemet, och fläkten fördelar den varma luften jämnt i rummet.

Luftvärmare skiljer sig också åt i monteringssätt – de kan vara takmonterade eller väggmonterade. Modeller av den första typen placeras bakom ett undertak, endast gallret sticker ut. Väggmonterade apparater är vanligare.

Typ #1 – släta rörluftvärmare

En slätrörskonstruktion består av värmeelement i form av tunna ihåliga rör med en diameter på 20 till 32 mm, placerade på ett avstånd av 0,5 cm från varandra. Värmebäraren cirkulerar genom dem. Luften som strömmar över rörens uppvärmda ytor värms upp genom konvektiv värmeväxling.

Rören i luftvärmaren kan vara arrangerade i ett förskjutet (tätt) eller rakt (parallellt) mönster. Deras ändar är insvetsade i samlingsrör – ett övre och ett nedre. Värmebäraren kommer in i fördelningsboxen via inloppsstosen, passerar genom rören och värmer dem, och lämnar sedan via utloppsstosen som kondensat eller avkylt vatten.

Apparater med förskjutet rörmönster ger en mer stabil värmeöverföring, men luftmotståndet är högre. Det är viktigt att beräkna aggregatets effekt för att känna till enhetens verkliga kapacitet.

Luften måste uppfylla vissa krav – den får inte innehålla fibrer, suspenderade partiklar eller klibbiga ämnen. Tillåten dammhalt är mindre än 0,5 mg/mᶾ. Inloppstemperaturen är minst 20⁰.

En- och trevägs luftvärmare. 1 – inloppsstos för värmebärare, 2 – fördelningsbox, 3 – rör, 4 – utloppsstos, 5 – skiljevägg

Värmetekniska egenskaper hos slätröriga värmare är inte särskilt höga. Deras användning är lämplig när stor luftmängd och uppvärmning till hög temperatur inte krävs.

Typ #2 – ribbade luftvärmare

Rören hos ribbade apparater har en ribbad yta, därför är värmeöverföringen större. Med färre rör är deras värmetekniska egenskaper högre än hos slätröriga luftvärmare.

Plattvärmare består av rör med påsatta plattor — rektangulära eller runda.

Den första typen av plattor monteras på en grupp rör. Värmebäraren går in i apparatens fördelarkammare via en anslutning, värmer upp luft som passerar med hög hastighet genom kanaler med liten diameter, och därefter lämnar den samlingskammaren via en anslutning.

Värmare av denna typ är kompakta, lätta att underhålla och montera.

Enkelgångsplattapparater betecknas: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, och flergångsapparater — KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOJUG, KMB. Medelmodellen har beteckningen KFS, och den stora modellen KFB.

På rören hos dessa värmare lindas ett korrugerat stålband med bredd 1 cm och tjocklek 0,4 mm. Värmebäraren kan vara både ånga och vatten.

Vattenvärmare får inte anslutas med metall-plaströr eller polymerrör eftersom de inte är avsedda för hög temperatur på värmebäraren. Stålrör behövs, och helst galvaniserade för att undvika korrosion.

Den första är utrustad med tre rader rör, den andra med fyra. Plattorna hos medelmodellen har tjocklek 0,5 mm och dimensioner 11,7 x 13,6 cm. Plattorna hos den stora modellen har samma tjocklek och bredd men skiljer sig genom längre längd — 17,5 cm.

Plattorna är placerade på ett avstånd av 0,5 cm från varandra och har ett sicksackmönster, medan plattorna hos medelmodellerna är placerade i en korridormönster.

Luftvärmare med beteckningen STD har 5 nummer (5, 7, 8, 9, 14). I värmare STD4009V är värmebäraren ånga, och i STD3010G är det vatten. Montering av de första utförs med vertikal orientering av rören, de andra med horisontell.

Typ #3 – bimetalliska luftvärmare med ribbor

I värmesystem med luftvärme används ofta modeller av bimetallvärmare KP3-SK, KP4-SK, KSK – 3 och 4 med en speciell typ av ribbor — spiralrullade. Värmebäraren för värmare KP3-SK, KP4-SK är varmvatten med maximalt tryck 1,2 MPa och maximal temperatur 180⁰.

För driften av de två andra luftvärmarna krävs ånga med samma arbetstryck som för de första, men med något högre temperatur — 190⁰. Tillverkarna utför obligatoriska godkännandeprov. Apparaterna testas även för täthet.

Värmeväxlaren i kalorifern KSK består av rör av stål med aluminiumfenor. De förbinds av rörplattor.

Det finns två serier av bimetallkaloriferer – KSK3, KPZ, med 3 rörrader, som är medelstora, och KSK4, KP4 med 4 rörrader, som är stora modeller. Komponenterna i dessa apparater är bimetalliska värmeväxlarelement, sidoplåtar, rörgaller, lock med skiljeväggar.

Värmeväxlarelementet består av 2 rör – ett inre med diametern 1,6 cm, tillverkat av stål, och ett yttre av aluminium med fenor som är monterat på det inre. Tvärintervallet mellan värmeöverföringsrören är 4,15 cm, och längdintervallet är 3,6 cm.

Regler för beräkning och val av lämplig apparat

Vid projektering av ett värmesystem med en eller en grupp kaloriferer, samt vid utförande av beräkningar, bör en rad regler följas. Låt oss titta närmare på dem i fotogalleriet nedan.

Beräkning av vattenluftvärmare

För beräkning av effekten hos en vatten- eller ångkalorifer behövs följande startparametrar:

1. Systemets kapacitet, med andra ord mängden luft som passerar per timme. Enheten för volymflöde är m³/h, för massflöde kg/h. Beteckning – L.
2. Start- eller utomhustemperatur – t_ut.
3. Sluttemperatur för luften – t_slut.
4. Luftens densitet och värmekapacitet vid en given temperatur – data tas från tabeller.

Först beräknas tvärsnittsarean framför luftvärmaren. När detta värde är känt får man preliminära dimensioner för aggregatet med marginal.

För beräkning används formeln:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Där L är volymflöde av luft eller kapacitet i m³/h, ρ är luftens densitet utomhus mätt i kg/m³, ϑρ är masshastigheten för luften i det beräknade tvärsnittet, mätt i kg/(cm²).

Efter att ha erhållit denna参数, för vidare beräkningar tar man en standardstorlek på kaloriferen som är närmast i dimensioner. Vid ett stort slutvärde på arean installeras flera identiska aggregat parallellt, vars totala area motsvarar det erhållna värdet.

Med kaloriferer avses inte bara värmeväxlaraggregat utan även luftkylare som arbetar med kallt vatten, vilka är mycket mindre populära.

För att bestämma den effekt som krävs för att värma en given luftvolym måste man ta reda på den totala förbrukningen av uppvärmd luft i kg per timme med formeln:

G = L x p,

Där ρ är luftens densitet vid medeltemperaturen. Den bestäms genom att summera temperaturerna vid in- och utlopp av aggregatet och sedan dividera med 2. Densitetsvärden hämtas från tabellen.

Från denna tabell kan man hämta data för luftens densitet och specifik värmekapacitet vid en given temperatur för att beräkna apparatens effekt.

Nu kan värmeförbrukningen för uppvärmning av luften beräknas med följande formel:

Q (W) = G × c × (t slut – t start),

Där G är luftens massflöde i kg/h. Man tar även hänsyn till luftens specifika värmekapacitet mätt i J/(kg × K). Den beror på inloppsluftens temperatur, och dess värden finns i tabellen ovan. Temperaturen vid inloppet och utloppet betecknas t start respektive t slut.

Anta att vi ska välja en kalorifer med kapacitet 10 000 m³/h för att värma luften till 20° vid en utomhustemperatur på -30°. Värmebäraren är vatten med en temperatur på 95° vid inloppet och 50° vid utloppet.

Luftmassans massflöde: G = 10 000 m³/h × 1,318 kg/m³ = 13 180 kg/h.

Densitetsvärde: ρ = (-30 + 20) = -10, efter att ha delat detta resultat på hälften fick vi -5. Ur tabellen valdes densitet motsvarande medeltemperaturen.

Genom att ersätta resultatet i formeln får man värmeförbrukningen: Q = 13 180 /3 600 × 1 013 × 20 – (-30) = 185 435 W. Här är 1013 den specifika värmekapaciteten vald ur tabellen vid temperaturen -30° i J/(kg × K). Till det beräknade värdet för kaloriferens effekt lägger man till en marginal på 10–15%.

Anledningen är att tabellvärdena ofta är lägre än de verkliga, och aggregatets termiska prestanda minskar med tiden på grund av igensatta rör. Att överskrida marginalen är inte önskvärt.

Vid en betydande ökning av värmeytan kan underkylning uppstå, och till och med avfrostning under svår kyla.

I en ångvärmare tillförs värmebäraren uppifrån, och vattnet som bildas vid kondensation av avloppsångan leds bort nedifrån. Bilden visar schemat för röranslutning av ångvärmaren.

Effekten för ångvärmare beräknas på samma sätt som för vattenvärmare. Endast formeln för beräkning av värmebäraren skiljer sig:

G = Q / r,

Där r är den specifika värmemängd som frigörs vid kondensation av ånga, mätt i kJ/kg.

Beräkning av elektrisk luftvärmare

Tillverkare anger ofta installerad effekt och luftflöde i kataloger för elektriska värmare, vilket förenklar valet avsevärt. Det viktigaste är att parametrarna inte är lägre än vad som anges i specifikationen, annars kommer enheten snabbt att gå sönder.

Konstruktionen av värmaren innefattar flera speciella elektriska värmeelement vars yta är förstorad genom påpressade flänsar.

Enheternas effekt kan vara mycket hög, ibland hundratals kilowatt. Upp till 3,5 kW kan värmaren drivas från ett 220 V-uttag, men vid högre spänning krävs anslutning med separat kabel direkt till elcentralen. Om en värmare med effekt över 7 kW behövs, krävs 380 V-matning.

Dessa enheter har små dimensioner och låg vikt, de är helt autonoma och kräver inte tillgång till centralvarmvatten eller ånga.

En betydande nackdel är den låga effekten, otillräcklig för användning i stora utrymmen. Den andra nackdelen är hög elförbrukning.

Av beräkningen av värmaren framgår att användningen av enheten resulterar i betydande energibesparing. Ibland kombineras denna aggregat med en recuperator, och då tas luften inte utifrån utan från rummet.

För att ta reda på vilken ström värmaren drar kan du använda formeln:

I = P /U,

Där P är effekten, U är matningsspänningen.

Vid enfasanslutning av värmaren antar man U = 220 V. Vid trefasanslutning — 660 V.

Temperaturen till vilken en värmare med en given effekt värmer luftmassan bestäms av formeln:

T =2.98 x P/ L,

Där L  – systemets kapacitet. Optimala effektvärden för värmaren är för hem från 1 till 5 kW, och för kontor från 5 till 50 kW.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Vilken luftdensitet som ska användas vid beräkningen förklaras i denna video:

Video om hur en värmare fungerar i ett värmesystem:

När du väljer en specifik typ av värmare bör du utgå från ändamålsenlighet och husets driftegenskaper.

För små utrymmen är en elektrisk värmare ett bra köp, men för uppvärmning av ett stort hus är det bättre att välja ett annat alternativ. I vilket fall som helst går det inte att undvika en förhandsberäkning.

Är du bra på att välja och beräkna en luftvärmare? Vill du kanske dela med dig av användbara rekommendationer om hur man väljer en luftvärmare eller påpeka ett fel eller en inexakthet i beräkningarna i materialet ovan? Lämna din kommentar under denna artikel – din åsikt kan vara användbar för personer som väljer en lämplig luftvärmare för sitt hem.