Proračun kalorifera: kako izračunati snagu uređaja za zagrijavanje zraka za grijanje

Kaloriferi imaju visoku učinkovitost, stoga se uz njihovu pomoć mogu zagrijati čak i vrlo velike prostorije u prilično kratkom vremenu. U prodaju dolaze mnogi modeli ovih uređaja koji rade na temelju različitih nosača topline.

Da biste odabrali optimalnu varijantu, potreban je proračun kalorifera, koji se može izvršiti ručno ili korištenjem online kalkulatora. S pitanjem proračuna pomoći ćemo vam da se snađete – u ovom članku donosimo primjer izračuna koji će vam trebati pri odabiru odgovarajućeg uređaja za grijanje zraka.

Također ćemo razmotriti značajke konstrukcije različitih vrsta kalorifera, prednosti i nedostatke sustava grijanja s upotrebom takvih uređaja.

Prednosti i mane grijanja s kaloriferom

Sustav grijanja kuće koji se temelji na dovodu zraka zagrijanog do zadane temperature izravno u kuću, predstavlja poseban interes za vlasnike vlastitog stambenog prostora.

Takva konstrukcija sustava grijanja sastoji se od sljedećih važnih dijelova:

• kalorifera koji djeluje kao generator topline, zagrijavajući zrak;
• kanala (zračnih vodova) kroz koje ulaze zagrijane zračne mase u kuću;
• ventilator koji usmjerava dobro zagrijani zrak po cijelom volumenu prostorije.

Prednosti sustava takvog tipa su brojne. Tu spadaju visoka učinkovitost, odsutnost pomoćnih elemenata za izmjenu topline u obliku radijatora, cijevi, mogućnost spajanja s klimatizacijskim sustavom, te mala inercija, zbog čega se zagrijavanje velikih volumena događa vrlo brzo.

Za mnoge vlasnike kuća nedostatak je što je montaža sustava moguća samo istovremeno s izgradnjom same kuće, a potom je daljnja modernizacija nemoguća.

Nedostatak je i takva nijansa kao što je obvezno postojanje rezervnog napajanja i potreba za redovitim tehničkim održavanjem.

Kalorifer je jednostavan za montažu i uporabu, pristupačan po cijeni, ali glavno je da je učinkovit uređaj za grijanje prostorije. Na fotografiji je vodeni kalorifer ugrađen u sustav.

Na našoj web stranici postoje detaljniji materijali o uređaju zračnog grijanja u kući i vikendici. Preporučujemo Vam da se upoznate s njima:

• Zračno grijanje vlastitim rukama: sve o zračnim sustavima grijanja
• Kako urediti zračno grijanje vikendice: pravila i sheme izgradnje
• Proračun zračnog grijanja: osnovna načela + primjer proračuna

Klasifikacija kalorifera

Kaloriferi se uključuju u konstrukciju sustava grijanja za zagrijavanje zraka. Postoje sljedeće skupine ovih uređaja prema vrsti korištenog toplinskog nosača: vodeni, električni, parni, vatreni.

Električne uređaje ima smisla koristiti za prostorije površine ne veće od 100 m². Za zgrade s većim površinama racionalniji izbor bit će vodeni kaloriferi koji funkcioniraju samo uz prisutnost izvora topline.

Najpopularniji su parni i vodeni kaloriferi. Kako prvi tako i drugi po obliku površine dijele se na 2 podvrste: rbrasti i glatkocijevni. Rbrasti kaloriferi po geometriji rbra mogu biti pločasti i spiralno-namotani.

Učinak kalorifera koji rade na toplinskom nosaču kao što je para regulira se pomoću posebnih ventila postavljenih na ulaznoj cijevi.

Prema konstrukcijskom izvedbi ovi uređaji mogu biti jednoprohodni, kada toplinski nosač u njima kreće se kroz cijevi, držeći se stalnog smjera, i višeprohodni, u čijim poklopcima ima pregrade, zbog čega se smjer kretanja toplinskog nosača stalno mijenja.

U prodaju dolaze 4 modela vodenih i parnih kalorifera koji se razlikuju po površini grijanja:

• SM – najmanja s jednim redom cijevi;
• M – mala s dva reda cijevi;
• S – srednja s cijevima u 3 reda;
• B – velika, s 4 reda cijevi.

Vodeni kaloriferi u procesu rada podnose velika temperaturna kolebanja – 70-110⁰C. Za dobar rad kalorifera ovog tipa voda koja cirkulira u sustavu mora biti zagrijana maksimalno do 180⁰C. U toplom godišnjem dobu kalorifer može obavljati ulogu ventilatora.

Konstrukcija kalorifera različitih vrsta

Grijaći vodeni kalorifer sastoji se od kućišta izrađenog od metala, smještenog u njemu izmjenjivača topline u obliku niza cijevi i ventilatora. Na kraju agregata nalaze se ulazni priključci kroz koje se spaja na kotao ili centralizirani sustav grijanja.

U pravilu, ventilator se nalazi u stražnjem dijelu uređaja. Njegov zadatak je propuštati zrak kroz izmjenjivač topline.

Nakon zagrijavanja, kroz rešetku koja se nalazi na prednjem dijelu kalorifera, zrak se vraća u prostoriju.

Najčešće se kućište izrađuje u obliku pravokutnika, ali postoje modeli namijenjeni ventilacijskim kanalima kružnog presjeka. Na dovodnom vodu ugrađuju se dvosmjerni ili trosmjerni ventili za regulaciju snage agregata.

Ventilator puše na cijevi smještene u kućištu kalorifera. Kroz cijevi se kreće zagrijana voda iz sustava grijanja, a ventilator ravnomjerno raspoređuje topli zrak po prostoriji.

Kaloriferi se razlikuju i po načinu montaže — postoje stropni i zidni. Modeli prvog tipa postavljaju se iza spuštenog stropa, izvan njega viri samo rešetka. Zidni uređaji su popularniji.

Vrsta #1 – kaloriferi s glatkim cijevima

Glatkotrubnu konstrukciju čine grijaći elementi u obliku šupljih tankih cijevi promjera od 20 do 32 mm, smještene na udaljenosti od 0,5 cm jedna od druge. Kroz njih cirkulira toplinski medij. Zrak, oblijevajući zagrijane površine cijevi, zagrijava se zahvaljujući konvektivnoj izmjeni topline.

Cijevi u grijaču zraka postavljaju se u rasporedu nalik šahovskoj ploči ili u redovima. Njihovi krajevi su zavareni u kolektore — gornji i donji. Toplinski medij ulazi u razvodnu kutiju kroz ulazni priključak, a zatim, prolazeći kroz cijevi i zagrijavajući ih, izlazi kroz izlazni priključak u obliku kondenzata ili ohlađene vode.

Stabilniji prijenos topline osiguravaju uređaji s cijevima u šahovskom rasporedu, ali otpor zračnim tokovima je ovdje veći. Potrebno je obavezno izvršiti proračun snage agregata kako bi se znali stvarni kapaciteti uređaja.

Za zrak se postavljaju određeni zahtjevi — ne smije biti vlakana, lebdećih čestica, ljepljivih tvari. Dopuštena zaprašenost — manje od 0,5 mg/m³. Ulazna temperatura — minimalno 20 °C.

Jednosmjerni i trosmjerni kaloriferi. 1 – ulazni priključak kroz koji ulazi toplinski medij, 2 – razvodna kutija, 3 – cijev, 4 – izlazni priključak, 5 – pregrada

Toplinske karakteristike glatkocijevnih kalorifera nisu jako visoke. Njihova je primjena opravdana kada nije potreban značajan protok zraka i njegovo zagrijavanje do visoke temperature.

Vrsta #2 – rebrasti grijači zraka

Cijevi rebrastih uređaja imaju rebrastu površinu, stoga je prijenos topline s njih veći. Uz manji broj cijevi, toplinske karakteristike su im više nego kod glatkocijevnih zračnih grijača.

U sastav pločastih kalorifera ulaze cijevi s nasađenim pločama — pravokutnim ili okruglim.

Prva vrsta ploča nasađuje se na skupinu cijevi. Toplinski medij prolazi u razvodnu kutiju uređaja kroz spojnicu, zagrijava zrak koji prolazi značajnom brzinom kroz kanale malog promjera, a nakon toga iz sabirne kutije izlazi kroz spojnicu.

Kaloriferi ove vrste su kompaktni, pogodni za održavanje i montažu.

Jednohodni pločasti uređaji označavaju se: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, a višehodni — KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOJUG, KMB. Srednji model ima oznaku KFS, a veliki — KFB.

Na cijevi ovih kalorifera namata se čelična rebrasta traka širine 1 cm i debljine 0,4 mm. Toplinski medij za njih može biti para ili voda.

Vodene kalorifere ne smije se spajati metaloplastičnim ili polimernim cijevima jer nisu predviđene za visoku temperaturu toplinskog medija. Potrebne su čelične cijevi i po mogućnosti pocinčane kako bi se izbjegla korozija.

Prva je opremljena s tri reda cijevi, a druga s četiri. Pločice srednjeg modela imaju debljinu 0,5 mm i dimenzije 11,7 x 13,6 cm. Ploče velikog modela iste su debljine i širine, ali se razlikuju po većoj dužini — 17,5 cm.

Ploče se nalaze na međusobnom razmaku od 0,5 cm i imaju cik-cak raspored, dok su kod modela srednje vrste ploče raspoređene po hodničkom principu.

Zračni grijači s oznakom STD imaju 5 brojeva (5, 7, 8, 9, 14). U kaloriferima STD4009V toplinski medij je para, a u STD3010G – voda. Montaža prvih izvodi se s vertikalnom orijentacijom cijevi, drugih – s horizontalnom.

Vrsta #3 – bimetalni kaloriferi s rebrima

U sustavima grijanja s zagrijavanjem zraka često se primjenjuju modeli bimetalnih kalorifera KP3-SK, KP4-SK, KSk – 3 i 4 s posebnom vrstom rebara — spiralno-valjkastim. Toplinski medij za kalorifere KP3-SK, KP4-SK je vruća voda s najvećim tlakom 1,2 MPa i maksimalnom temperaturom 180°.

Za rad druga dva zračna grijača potrebna je para s istim radnim tlakom kao i za prve, ali s nešto višom temperaturom — 190°. Proizvođači obvezno provode prijamno-predajna ispitivanja. Testiraju uređaje i na nepropusnost.

Izmjenjivač topline kalorifera KSK sastoji se od cijevi izrađenih od čelika s aluminijskim rebrima. Spajaju ih cijevne rešetke.

Postoje 2 linije bimetalnih kalorifera — KSK3, KPZ, koji imaju 3 reda cijevi, spadaju u srednje, a KSK4, KP4 s 4 reda cijevi u velike modele. Komponente ovih uređaja su bimetalni izmjenjivači topline, bočni štitnici, cijevne rešetke, poklopci s pregradama.

Izmjenjivački element predstavlja 2 cijevi — unutarnju promjera 1,6 cm, izrađenu od čelika i na nju postavljenu aluminijsku vanjsku s rebrima. Poprečni razmak između cijevi za prijenos topline iznosi 4,15 cm, a uzdužni 3,6 cm.

Pravila proračuna i odabira odgovarajućeg agregata

Pri projektiranju sustava grijanja s jednim ili grupom kalorifera, kao i pri izvođenju proračuna, potrebno je poštivati niz pravila. Razmotrimo ih detaljnije u fotogaleriji ispod.

Proračun vodenog kalorifera

Za proračun snage vodenog ili parnog kalorifera potrebni su sljedeći početni parametri:

1. Učinak sustava ili drugim riječima — količina zraka koja se premješta na sat. Mjerna jedinica volumnog protoka je m³/h, masenog kg/h. Oznaka — L.
2. Početna ili vanjska temperatura — tvan.
3. Konačna temperatura zraka — tkon.
4. Gustoća i toplinski kapacitet zraka pri određenoj temperaturi — podaci se uzimaju iz tablica.

Najprije se izračunava površina presjeka na čelu uređaja za grijanje zraka. Nakon što se sazna ta vrijednost, dobivaju se preliminarne dimenzije agregata s rezervom.

Za proračun koristi se formula:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Gdje je L — volumni protok zraka ili učinak u m³/h, ρ — gustoća vanjskog zraka mjerena u kg/m³, ϑρ – masena brzina zraka u proračunskom presjeku, mjeri se u kg/(cm²).

Nakon dobivanja ovog parametra, za daljnje izračune uzima se tipična veličina kalorifera, koja je najbliža po dimenzijama. Kod velike konačne vrijednosti površine, paralelno se ugrađuje nekoliko istih jedinica čija ukupna površina odgovara dobivenoj vrijednosti.

Kaloriferima se nazivaju ne samo uređaji za izmjenu topline, već i hladnjaci zraka koji rade na bazi hladne vode, a koji su mnogo manje popularni.

Za određivanje potrebne snage za zagrijavanje određenog volumena zraka potrebno je saznati ukupni protok zagrijanog zraka u kg po 1 satu prema formuli:

G = L × p,

Gdje je p gustoća zraka u uvjetima srednje temperature. Određuje se zbrajanjem temperatura na ulazu i izlazu iz agregata, a zatim se dijeli s 2. Vrijednosti gustoće uzimaju se iz tablice.

Iz ove tablice mogu se uzeti podaci o gustoći i specifičnom toplinskom kapacitetu zraka pri određenoj temperaturi za izračun snage uređaja.

Sada se može izračunati potrošnja topline za zagrijavanje zraka, za što se primjenjuje sljedeća formula:

Q (W) = G × c × (t kraj. – t poč.),

Gdje je G – maseni protok zraka u kg/h. Pri proračunu se uzima u obzir i specifični toplinski kapacitet zraka mjeren u J/(kg×K). On ovisi o temperaturi ulaznog zraka, a njegove vrijednosti nalaze se u gornjoj tablici. Temperatura na ulazu u uređaj i na izlazu iz njega označava se s t poč. i t kraj. respektivno.

Pretpostavimo da treba odabrati kalorifer kapaciteta 10 000 m³/h, koji će zagrijavati zrak na 20⁰ pri vanjskoj temperaturi od -30⁰. Nositelj topline je voda, koja ima temperaturu na ulazu u agregat 95⁰ i 50⁰ na izlazu.

Maseni protok zračne mase: G = 10 000 m³/h × 1,318 kg/m³ = 13 180 kg/h.

Vrijednost gustoće: ρ = (-30 + 20) = -10, dijeljenjem ovog rezultata na pola dobiveno je -5. Iz tablice je odabrana gustoća koja odgovara srednjoj temperaturi.

Uvrštavanjem dobivenog rezultata u formulu dobiva se potrošnja topline: Q = 13 180 / 3600 × 1013 × 20 – (-30) = 185 435 W. Ovdje je 1013 specifični toplinski kapacitet odabran iz tablice pri temperaturi – 30⁰ u J/(kg×K). Izračunatoj vrijednosti snage kalorifera dodaje se 10 do 15% rezerve.

Razlog je što se tablični parametri često razlikuju od stvarnih u smjeru smanjenja, a toplinska učinkovitost agregata se zbog začepljenja cijevi s vremenom smanjuje. Prekoračenje iznosa rezerve nije poželjno.

Pri značajnom povećanju površine grijanja može doći do pothlađivanja, pa čak i odmrzavanja u velikim mrazevima.

U parni kalorifer toplinski medij se dovodi odozgo, a voda nastala kondenzacijom otpadne pare odvodi se odozdo. Na fotografiji je shema spajanja parnog kalorifera.

Snaga parnih kalorifera izračunava se na isti način kao i za vodene. Razlikuje se samo formula za izračun toplinskog medija:

G = Q / r,

Gdje r — specifična toplina koja se oslobađa tijekom kondenzacije pare, mjerena u kJ/kg.

Proračun električnog kalorifera

Proizvođači u katalozima električnih kalorifera često navode instaliranu snagu i protok zraka, što znatno pojednostavljuje odabir. Glavno je da parametri ne budu manji od onih navedenih u tehničkom listu, inače će brzo otkazati.

U konstrukciju kalorifera ulazi nekoliko posebnih električnih grijaćih elemenata čija je površina povećana utiskivanjem rebara na njih.

Snaga uređaja može biti vrlo velika, ponekad stotine kilovata. Do 3,5 kW kalorifer se može napajati iz utičnice od 220 V, a pri naponu većem od toga potrebno je priključiti ga zasebnim kabelom izravno na razvodnu ploču. Ako postoji potreba za korištenjem kalorifera snage veće od 7 kW, bit će potrebno napajanje od 380 V.

Ovi uređaji imaju male dimenzije i težinu, potpuno su autonomni te im nije potrebno postojanje centralizirane opskrbe toplom vodom ili pare.

Značajan nedostatak je niska snaga nedovoljna za primjenu na velikim površinama. Drugi nedostatak je velika potrošnja električne energije.

Iz proračuna kalorifera proizlazi da je rezultat korištenja uređaja osjetna ušteda energetskih resursa. Ponekad se ovaj agregat kombinira s rekuperatorom i tada se usis zraka vrši ne izvana, već iz prostorije.

Da biste saznali koju struju troši kalorifer, možete se poslužiti formulom:

I = P /U,

Gdje je P snaga, U napon napajanja.

Kod jednofaznog priključka kalorifera U se uzima kao 220 V. Kod trofaznog — 660 V.

Temperatura do koje kalorifer određene snage zagrijava zračnu masu određuje se prema formuli:

T =2.98 x P/ L,

Gdje je L – učinak sustava. Optimalne vrijednosti snage kalorifera za dom su od 1 do 5 kW, a za urede – od 5 do 50 kW.

Zaključci i koristan video na temu

Koju gustoću zraka uzeti za izračun, objašnjeno je u ovom videu:

Video o tome kako radi kalorifer u sustavu grijanja:

Pri odabiru određene vrste kalorifera treba polaziti od razmatranja svrhovitosti i radnih karakteristika doma.

Za male površine dobra kupnja bit će električni kalorifer, a za grijanje velike kuće bolje je odabrati drugu opciju. U svakom slučaju ne može se bez prethodnog proračuna.

Dobro se snalazite u pitanju odabira i proračuna kalorifera? Možda želite podijeliti korisne preporuke o odabiru zračnog grijača ili ukazati na pogrešku ili netočnost u proračunima u gore navedenom materijalu? Ostavite svoj komentar ispod ovog članka – vaše mišljenje može biti korisno ljudima koji odabiru odgovarajući kalorifer za svoj dom.