Kalorifera aprēķins: kā aprēķināt ierīces jaudu gaisa sildīšanai apkurei

Sildītājiem ir augsta veiktspēja, tāpēc ar to palīdzību pat ļoti lielas telpas var uzsildīt diezgan īsā laikā. Pārdošanā nonāk daudz šo ierīču modeļu, kas darbojas ar dažādiem siltumnesējiem.

Lai izvēlētos optimālo variantu, nepieciešams sildītāja aprēķins, ko var veikt gan manuāli, gan izmantojot tiešsaistes kalkulatoru. Ar aprēķinu jautājumiem mēs palīdzēsim jums noskaidrot – šajā rakstā sniegsim aprēķinu piemēru, kas būs nepieciešams, izvēloties piemērotu ierīci gaisa sildīšanai.

Kā arī apskatīsim dažādu veidu sildītāju konstrukcijas īpatnības, apkures sistēmas priekšrocības un trūkumus, izmantojot šādas ierīces.

Apkures ar sildītāju plusi un mīnusi

Mājas apsildes sistēma, kas balstās uz līdz iestatītajai temperatūrai uzkarsēta gaisa padzišanu tieši mājā, ir īpaši interesanta privāto mājokļu īpašniekiem.

Šāda apkures sistēmas konstrukcija sastāv no sekojošiem svarīgiem mezgliem:

• sildītāja, kas darbojas kā siltuma ģenerators, uzsildot gaisu;
• kanālu (gaisa vadu), pa kuriem uzkarsētas gaisa masas nonāk mājā;
• ventilatora, kas virza labi uzkarsētu gaisu pa visu telpas tilpumu.

Šāda veida sistēmai ir daudz priekšrocību. Pie tām pieder augsta efektivitāte, papildu siltuma apmaiņas elementu (radiatoru, cauruļu) trūkums, iespēja to apvienot ar klimata sistēmu, un zema inerce, kā rezultātā lielu apjomu uzsildīšana notiek ļoti ātri.

Daudziem māju īpašniekiem trūkums ir tas, ka sistēmas uzstādīšana ir iespējama tikai vienlaikus ar pašas mājas būvniecību, un pēc tam tās tālāka modernizācija nav iespējama.

Trūkums ir arī tāda nianse kā obligāta rezerves barošanas avota esamība un nepieciešamība pēc regulāras tehniskās apkopes.

Kalorifers ir vienkāršs uzstādīšanā un ekspluatācijā, pieejams par cenu, bet galvenais, tas ir efektīva ierīce telpas apkurei. Fotoattēlā redzams ūdens kalorifers, kas iemontēts sistēmā.

Mūsu mājaslapā ir sīkāki materiāli par gaisa apkures ierīci mājā un kotedžā. Iesakām Jums ar tiem iepazīties:

• Gaisa apkure pašu rokām: viss par gaisa apkures sistēmām
• Kā iekārtot gaisa apkuri lauku mājai: noteikumi un būvniecības shēmas
• Gaisa apkures aprēķins: pamatprincipi + aprēķina piemērs

Sildītāju klasifikācija

Kaloriferus iekļauj apkures sistēmas konstrukcijā gaisa sildīšanai. Pastāv šādas šo ierīču grupas pēc izmantojamā siltumnesēja veida: ūdens, elektriskie, tvaika, uguns.

Elektriskās ierīces ir jēga izmantot telpām, kuru platība nepārsniedz 100 m². Ēkām ar lielāku platību racionālāka izvēle būs ūdens kaloriferi, kas darbojas tikai tad, ja ir siltuma avots.

Vispopulārākie ir tvaika un ūdens kaloriferi. Gan pirmie, gan otrie pēc virsmas formas iedalās 2 apakšsugās: spuraini un gludcauruļu. Spuraini kaloriferi pēc spuru ģeometrijas ir plākšņu un spirālveida.

Kaloriferu, kas darbojas ar tādu siltumnesēju kā tvaiks, veiktspēju regulē ar speciālu vārstu palīdzību, kas uzstādīti uz ieplūdes caurules.

Pēc konstruktīvā izpildījuma šīs ierīces var būt viengājiena, kad siltumnesējs tajos pārvietojas pa caurulītēm, ievērojot pastāvīgu virzienu, un daudzgājiena, kuru vākos ir starpsienas, kā rezultātā siltumnesēja kustības virziens pastāvīgi mainās.

Pārdošanā nonāk 4 modeļi ūdens un tvaika kaloriferu, kas atšķiras pēc sildīšanas virsmas laukuma:

• SM — pati mazākā ar vienu cauruļu rindu;
• M — mazā ar divām cauruļu rindām;
• S — vidējā ar caurulēm 3 rindās;
• B — lielā, kurai ir 4 cauruļu rindas.

Ūdens kaloriferi ekspluatācijas procesā iztur lielas temperatūras svārstības — 70-110⁰. Lai šāda tipa kalorifers labi darbotos, sistēmā cirkulējošajam ūdenim jābūt uzsildītam maksimāli līdz 180⁰. Siltajā gadalaikā kalorifers var pildīt ventilatora lomu.

Dažādu veidu sildītāju konstrukcija

Apkures ūdens kalorifers sastāv no metāla korpusa, kurā ievietots siltummainis cauruļu rindas veidā un ventilators. Agregāta galā atrodas ieejas sprauslas, caur kurām to pieslēdz katlam vai centralizētajai apkures sistēmai.

Parasti ventilators atrodas ierīces aizmugurējā daļā. Tā uzdevums ir dzīt gaisu caur siltummaini.

Pēc sildīšanas, caur režģi, kas atrodas kalorifera priekšējā daļā, gaiss atgriežas telpā.

Visbiežāk korpusu izgatavo taisnstūra formā, bet ir modeļi, kas paredzēti apaļa šķērsgriezuma ventilācijas kanāliem. Uz pievades maģistrāles uzstāda divu vai trīsceļu vārstus agregāta jaudas regulēšanai.

Ventilators pūš uz caurulēm, kas atrodas kalorifera korpusā. Pa caurulēm plūst sakarsēts ūdens no apkures sistēmas, un ventilators vienmērīgi izplata silto gaisu pa telpu.

Kaloriferi atšķiras arī pēc montāžas veida – tie ir griestu un sienas modeļi. Pirmā tipa modeļus izvieto aiz viltus griestiem, ārpus tiem redzams tikai režģis. Sienas ierīces ir populārākas.

Veids #1 – gludcauruļu sildītāji

Gludcauruļu konstrukciju veido sildīšanas elementi dobu, plānu cauruļu veidā ar diametru no 20 līdz 32 mm, kas atrodas 0,5 cm attālumā viena no otras. Pa tām cirkulē siltumnesējs. Gaiss, plūstot gar sakarsētām cauruļu virsmām, uzsilst pateicoties konvektīvajai siltuma apmaiņai.

Caurules gaisa sildītājā izvieto šaha vai koridora secībā. To gali ir iemetināti kolektoros — augšējā un apakšējā. Siltumnesējs nonāk sadales kastē caur ieejas sprauslu, pēc tam, izgājis caur caurulēm un tās uzsildījis, iziet caur izejas sprauslu kā kondensāts vai atdzesēts ūdens.

Stabilāku siltuma pārnesi nodrošina ierīces ar šaha cauruļu izvietojumu, bet gaisa plūsmu pretestība šeit ir augstāka. Obligāti jāveic agregāta jaudas aprēķins, lai zinātu ierīces reālās iespējas.

Gaisam tiek izvirzītas noteiktas prasības — nedrīkst būt šķiedru, suspendētu daļiņu, lipīgu vielu. Pieļaujamais putekļainības līmenis ir mazāks par 0,5 mg/mᶾ. Ieejas temperatūra — vismaz 20⁰.

Vienceļu un trīsceļu kaloriferi. 1 – ieejas sprausla, caur kuru ieplūst siltumnesējs, 2 – sadales kaste, 3 – caurule, 4 – izejas sprausla, 5 – starpsiena

Siltumtehniskās īpašības gludcauruļu kaloriferiem nav ļoti augstas. To izmantošana ir lietderīga, ja nav nepieciešams liels gaisa patēriņš un tā uzsildīšana līdz augstai temperatūrai.

Veids #2 – riboti gaisa sildītāji

Spuru ierīču caurulēm ir spuru virsma, tāpēc siltuma atdeve no tām ir lielāka. Ar mazāku cauruļu skaitu to siltumtehniskās īpašības ir augstākas nekā gludcauruļu gaisa sildītājiem.

Plākšņu kaloriferu sastāvā ir caurules ar uz tām uzliktām plāksnēm — taisnstūrveida vai apaļām.

Pirmā veida plāksnes tiek uzliktas uz cauruļu grupas. Siltumnesējs nonāk ierīces sadales kastē caur špici, sasilda gaisu, kas lielā ātrumā plūst caur maza diametra kanāliem, un pēc tam no savākšanas kastes iziet caur špici.

Šī veida kaloriferi ir kompakti, ērti apkopē un montāžā.

Vienkārtas plākšņu ierīces apzīmē: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, bet daudzkārtas — KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOJUG, KMB. Vidējā modelim ir apzīmējums KFS, bet lielajai — KFB.

Uz šo kaloriferu caurulēm tiek uztīta tērauda gofrēta lente 1 cm platumā un 0,4 mm biezumā. Siltumnesējs tām var būt gan tvaiks, gan ūdens.

Ūdens kaloriferus nevar pieslēgt ar metālplastmasas vai polimēra caurulēm, jo tās nav paredzētas augstai siltumnesēja temperatūrai. Ir nepieciešamas tērauda caurules, un labāk cinkotas, lai novērstu koroziju.

Pirmā ir aprīkota ar trim cauruļu rindām, bet otrā ar četrām. Vidējā modeļa plāksnītes ir 0,5 mm biezas un ar izmēriem 11,7 x 13,6 cm. Lielā modeļa plāksnes ar tādu pašu biezumu un platumu atšķiras ar garāku garumu — 17,5 cm.

Plāksnes atrodas 0,5 cm attālumā viena no otras un ir izvietotas zigzagā, kamēr vidējā veida modeļiem plāksnes ir izvietotas pēc koridora principa.

Gaisa sildītājiem ar marķējumu STD ir 5 numuri (5, 7, 8, 9, 14). Kaloriferos STD4009V siltumnesējs ir tvaiks, bet STD3010G – ūdens. Pirmo montāžu veic ar vertikālu cauruļu orientāciju, otro — ar horizontālu.

Veids #3 – bimetāla sildītāji ar ribojumu

Apkures sistēmās ar gaisa uzsildīšanu bieži izmanto bimetāla kaloriferu modeļus KP3-SK, KP4-SK, KSk – 3 un 4 ar īpašu spurošanas veidu — spirālveida rullēšanu. Siltumnesējs kaloriferiem KP3-SK, KP4-SK ir karsts ūdens ar maksimālo spiedienu 1,2 MPa un maksimālo temperatūru 180⁰.

Lai darbinātu abus pārējos gaisa sildītājus, ir nepieciešams tvaiks ar tādu pašu darba spiedienu kā pirmajiem, bet ar nedaudz augstāku temperatūru — 190⁰. Ražotāji obligāti veic pieņemšanas un nodošanas testus. Ierīces tiek testētas arī uz hermētiskumu.

Sildītāja KSK siltummainis sastāv no caurulēm, kas izgatavotas no tērauda un kam ir alumīnija ribas. Tās savieno cauruļu restes.

Pastāv 2 bimetāla sildītāju līnijas — KSK3, KPZ ar 3 cauruļu rindām (pieder pie vidējiem), un KSK4, KP4 ar 4 cauruļu rindām (pieder pie lielajiem modeļiem). Šo ierīču sastāvdaļas ir bimetāla siltummaiņas elementi, sānu aizsargi, cauruļu režģi, vāki ar starpsienām.

Siltummaiņas elements sastāv no 2 caurulēm — iekšējās ar diametru 1,6 cm, kas izgatavota no tērauda, un uz tās uzliktas alumīnija ārējās ar ribām. Šķērss intervāls starp siltumpārvades caurulēm ir 4,15 cm, bet garenvirziena — 3,6 cm.

Aprēķinu un piemērota agregāta izvēles noteikumi

Projektējot apkures sistēmu ar vienu vai sildītāju grupu, kā arī veicot aprēķinus, jāievēro vairāki noteikumi. Apskatīsim tos sīkāk zemāk esošajā foto atlasē.

Ūdens sildītāja aprēķins

Ūdens vai tvaika sildītāja jaudas aprēķināšanai ir nepieciešami šādi sākotnējie parametri:

1. Sistēmas jauda jeb citiem vārdiem — gaisa daudzums, kas tiek pārvadīts stundā. Tilpuma plūsmas mērvienība — m³/h, masas — kg/h. Nosacītais apzīmējums — L.
2. Sākotnējā jeb āra temperatūra — tul.
3. Gaisa beigu temperatūra — tkon.
4. Gaisa blīvums un siltumietilpība noteiktā temperatūrā — dati tiek ņemti no tabulām.

Vispirms aprēķina šķērsgriezuma laukumu pa priekšu gaisa sildīšanas ierīcei. Uzzinot šo vērtību, iegūst agregāta provizoriskos izmērus ar rezervi.

Aprēķinam izmanto formulu:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ)

Kur L — gaisa tilpuma plūsma jeb jauda m³/h, ρ — āra gaisa blīvums, mēra kg/m³ ϑρ – gaisa masas ātrums aprēķinātajā šķērsgriezumā, mēra kg/(cm²).

Saņemot šo parametru, turpmākajiem aprēķiniem izmanto kalorifera tipveida izmēru, kas ir tuvākais pēc izmēriem. Ja gala platība ir liela, paralēli uzstāda vairākus identiskus agregātus, kuru platība kopā ir vienāda ar iegūto vērtību.

Par kaloriferiem sauc ne tikai siltuma apmaiņas ierīces, bet arī gaisa dzesētājus, kas darbojas uz auksta ūdens bāzes un ir daudz mazāk populāri.

Lai noteiktu nepieciešamo jaudu konkrēta gaisa tilpuma sildīšanai, jānoskaidro kopējais sildāmā gaisa patēriņš kg stundā pēc formulas:

G = L х р,

Kur р ir gaisa blīvums vidējās temperatūras apstākļos. To nosaka, saskaitot temperatūras pie ieejas un izejas no agregāta, tad dalot ar 2. Blīvuma rādītājus ņem no tabulas.

No šīs tabulas var iegūt datus par gaisa blīvumu un īpatnējo siltumietilpību noteiktā temperatūrā, lai aprēķinātu ierīces jaudu

Tagad var aprēķināt siltuma patēriņu gaisa uzsildīšanai, kam izmanto šādu formulu:

Q (W) = G х c х (t beigu – t sākuma),

Kur G ir gaisa masas plūsma kg/h. Aprēķinos ņem vērā arī gaisa īpatnējo siltumietilpību, ko mēra J/(kg x K). Tā ir atkarīga no ienākošā gaisa temperatūras, un tās vērtības ir iepriekšējā tabulā. Temperatūra pie ieejas ierīcē un izejas no tās tiek apzīmēta attiecīgi kā t sāk. un t beigu.

Pieņemsim, ka jāizvēlas kalorifers ar jaudu 10 000 m³/h, lai tas sildītu gaisu līdz 20⁰, ja ārējā temperatūra ir -30⁰. Siltumnesējs ir ūdens, kura temperatūra pie ieejas agregātā ir 95⁰ un 50⁰ pie izejas.

Gaisa masas plūsma: G = 10 000 m³/h x 1,318 kg/m³ = 13 180 kg/h.

Blīvuma vērtība: ρ = (-30 + 20) = -10, dalot šo rezultātu uz pusēm, ieguva -5. No tabulas izvēlējās vidējai temperatūrai atbilstošu blīvumu.

Ievietojot iegūto rezultātu formulā, iegūst siltuma patēriņu: Q = 13 180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185 435 W. Šeit 1013 ir īpatnējā siltumietilpība, kas izvēlēta no tabulas pie temperatūras – 30⁰ J/(kg x K). Kalorifera jaudas aprēķinātajai vērtībai pievieno 10 līdz 15% rezervi.

Iemesls ir tas, ka tabulas parametri bieži atšķiras no reālajiem samazinājuma virzienā, un agregāta siltuma veiktspēja laika gaitā samazinās cauruļu aizsērēšanas dēļ. Rezerves apjoma pārsniegšana nav vēlama.

Būtiski palielinot sildvirsmu, var rasties pārdzesēšana un pat atkausēšana lielos sala apstākļos.

Tvaika kaloriferā siltumnesējs tiek padots no augšas, bet ūdens, kas rodas, kondensējoties izlietotajam tvaikam, tiek novadīts no apakšas. Fotoattēlā — tvaika kalorifera cauruļvadu shēma

Tvaika kaloriferu jaudu aprēķina tāpat kā ūdens kaloriferiem. Atšķiras tikai siltumnesēja aprēķina formula:

G = Q / r,

Kur r — īpatnējais siltums, kas izdalās tvaika kondensācijas laikā, mērots kJ/kg.

Elektriskā sildītāja aprēķins

Ražotāji elektrisko kaloriferu katalogos bieži norāda uzstādīto jaudu un gaisa plūsmu, kas ievērojami vienkāršo izvēli. Svarīgi, lai parametri nebūtu mazāki par pasē norādītajiem, pretējā gadījumā tas ātri sabojāsies.

Kalorifera konstrukcijā ietilpst vairāki speciāli elektriskie sildelementi, kuru laukums ir palielināts, uzspiežot uz tiem ribas.

Ierīču jauda var būt ļoti liela, dažreiz tā ir simtiem kilovatu. Līdz 3,5 kW kalorifers var darboties no 220 V kontaktligzdas, bet pie augstāka sprieguma nepieciešams pieslēgums ar atsevišķu kabeli tieši pie sadales skapja. Ja nepieciešams izmantot kaloriferu ar jaudu virs 7 kW, būs nepieciešama 380 V barošana.

Šīm ierīcēm ir nelieli izmēri un svars, tās ir pilnīgi autonomas, tām nav obligāti nepieciešama centralizēta karstā ūdens apgāde vai tvaiks.

Būtisks trūkums — zemā jauda, kas ir nepietiekama to izmantošanai lielās platībās. Otrs trūkums — liels elektroenerģijas patēriņš.

No kalorifera aprēķina izriet, ka ierīces lietošanas rezultāts ir ievērojams energoresursu ietaupījums. Dažreiz šo agregātu apvieno ar rekuperatoru, un tad gaisa ieplūde notiek nevis no ārpuses, bet no telpas.

Lai uzzinātu, kādu strāvu patērē kalorifers, var izmantot formulu:

I = P /U,

Kur P — jauda, U — barošanas spriegums.

Vienfāzes pieslēgumā kaloriferam U pieņem vienādu ar 220 V. Trīsfāžu pieslēgumā — 660 V.

Temperatūru, līdz kurai noteiktas jaudas kalorifers uzsilda gaisa masu, nosaka pēc formulas:

T =2.98 x P/ L,

Kur L  — sistēmas veiktspēja. Optimālās kalorifera jaudas vērtības mājām ir no 1 līdz 5 kW, bet birojiem — no 5 līdz 50 kW.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Kādu gaisa blīvumu izmantot aprēķinos, ir izstāstīts šajā video:

Video par to, kā darbojas kalorifers apkures sistēmā:

Izvēloties noteiktu kalorifera veidu, jāvadās no lietderības apsvērumiem un mājas ekspluatācijas īpašībām.

Nelielām platībām veiksmīgs iegādums būs elektriskais kalorifers, bet lielas mājas apkurei labāk izvēlēties citu variantu. Jebkurā gadījumā neiztikt bez iepriekšēja aprēķina.

Vai jūs labi orientējaties sildītāja izvēlē un aprēķinā? Varbūt vēlaties dalīties ar noderīgiem ieteikumiem gaisa sildītāja izvēlē vai norādīt uz kļūdu vai neprecizitāti aprēķinos iepriekš apskatītajā materiālā? Atstājiet savu komentāru zem šī raksta – jūsu viedoklis var būt noderīgs cilvēkiem, kuri izvēlas piemērotu sildītāju savai mājai.