Calcolo del riscaldatore: come calcolare la potenza di un dispositivo per il riscaldamento dell'aria per il riscaldamento
I riscaldatori hanno prestazioni elevate, quindi con il loro aiuto puoi riscaldare anche stanze molto grandi in un tempo abbastanza breve. Sono in vendita molti modelli di questi dispositivi che funzionano sulla base di diversi liquidi refrigeranti.
Per scegliere l'opzione migliore, è necessario calcolare il riscaldatore, operazione che può essere eseguita manualmente o utilizzando un calcolatore online. Ti aiuteremo a risolvere il problema dei calcoli: in questo articolo forniremo un esempio dei calcoli che saranno necessari quando si sceglie un dispositivo adatto per il riscaldamento dell'aria.
Considereremo anche le caratteristiche di progettazione di vari tipi di aerotermi, i vantaggi e gli svantaggi di un sistema di riscaldamento che utilizza tali dispositivi.
Il contenuto dell'articolo:
Pro e contro del riscaldamento con un termosifone
Un sistema di riscaldamento domestico, basato sulla fornitura di aria riscaldata ad una temperatura impostata direttamente in casa, è di particolare interesse per i proprietari di case.
Questo progetto di sistema di riscaldamento è costituito dai seguenti componenti importanti:
- un riscaldatore che funge da generatore di calore che riscalda l'aria;
- canali (condotti dell'aria) attraverso i quali le masse d'aria riscaldate entrano in casa;
- un ventilatore che dirige l'aria ben riscaldata in tutta la stanza.
I vantaggi di questo tipo di sistema sono molteplici.Questi includono l'elevata efficienza, l'assenza di elementi ausiliari per lo scambio di calore sotto forma di radiatori, tubi e la possibilità di combinarlo con un sistema di climatizzazione, e una bassa inerzia, per cui grandi volumi vengono riscaldati molto rapidamente.
Per molti proprietari di case lo svantaggio è che l'installazione dell'impianto è possibile solo contemporaneamente alla costruzione della casa stessa e quindi un'ulteriore modernizzazione è impossibile.
Lo svantaggio è una sfumatura come la presenza obbligatoria di alimentazione di riserva e la necessità di una manutenzione regolare.
Sul nostro sito Web sono disponibili materiali più dettagliati sull'installazione del riscaldamento dell'aria in una casa e in un cottage. Ti consigliamo di familiarizzare con loro:
- Riscaldamento dell'aria fai da te: tutto sugli impianti di riscaldamento dell'aria
- Come organizzare il riscaldamento dell'aria per una casa di campagna: regole e piani di costruzione
- Calcolo del riscaldamento dell'aria: principi di base + esempio di calcolo
Classificazione dei riscaldatori d'aria
Gli aerotermi sono inclusi nella progettazione di un sistema di riscaldamento per riscaldare l'aria. Esistono i seguenti gruppi di questi dispositivi a seconda del tipo di refrigerante utilizzato: acqua, elettrico, vapore, fuoco.
È opportuno utilizzare apparecchi elettrici per ambienti con una superficie non superiore a 100 m². Per gli edifici di grandi dimensioni, una scelta più razionale sarebbero gli scaldacqua, che funzionano solo in presenza di una fonte di calore.
I più popolari sono vapore e scaldabagno. Sia la prima che la seconda superficie di forma sono divise in 2 sottotipi: nervata e tubolare liscio. A seconda della geometria delle alette, i riscaldatori alettati possono essere del tipo a piastre o a spirale.
In base alla progettazione, questi dispositivi possono essere a passaggio singolo, quando il liquido di raffreddamento al loro interno si muove attraverso tubi, aderendo ad una direzione costante, e a passaggio multiplo, nelle cui coperture sono presenti divisori, a seguito dei quali la direzione del movimento di il liquido di raffreddamento cambia costantemente.
Sono disponibili in vendita 4 modelli di scaldacqua e vapore che differiscono per la superficie riscaldante:
- CM - il più piccolo con una fila di tubi;
- M — piccolo con due file di tubi;
- CON — medio con tubi su 3 file;
- B - grande, con 4 file di tubi.
Durante il funzionamento, gli scaldacqua possono sopportare grandi sbalzi di temperatura - 70-110⁰.Perché un riscaldatore di questo tipo funzioni bene, l'acqua che circola nell'impianto deve essere riscaldata ad un massimo di 180⁰. Nella stagione calda, il riscaldatore può fungere da ventilatore.
Progettazione di diverse tipologie di aerotermi
Uno scaldacqua per riscaldamento è costituito da un involucro di metallo, uno scambiatore di calore inserito sotto forma di una serie di tubi e un ventilatore. All'estremità dell'unità sono presenti i tubi di ingresso attraverso i quali è collegata ad una caldaia o ad un sistema di riscaldamento centralizzato.
Di norma la ventola si trova sul retro del dispositivo. Il suo compito è guidare l'aria attraverso lo scambiatore di calore.
Dopo il riscaldamento, l'aria ritorna nell'ambiente attraverso la griglia posta sulla parte anteriore della stufa.
Molto spesso, l'alloggiamento ha la forma di un rettangolo, ma esistono modelli progettati per condotti di ventilazione rotondi. Sulla linea di alimentazione sono installate valvole a due o tre vie per regolare la potenza dell'unità.
I riscaldatori d'aria differiscono anche nel metodo di installazione: possono essere montati a soffitto o a parete. I modelli del primo tipo vengono posizionati dietro un controsoffitto, oltre il quale guarda solo la griglia. Le unità a parete sono più popolari.
Tipo n. 1: riscaldatori a tubi lisci
La struttura a tubo liscio è costituita da elementi riscaldanti sotto forma di sottili tubi cavi con un diametro compreso tra 20 e 32 mm, posizionati a una distanza di 0,5 cm l'uno rispetto all'altro. Il liquido refrigerante circola attraverso di essi. L'aria, lavando le superfici riscaldate dei tubi, viene riscaldata per effetto dello scambio termico convettivo.
I tubi del riscaldatore d'aria sono disposti secondo uno schema a scacchiera o a corridoio. Le loro estremità sono saldate nei collettori: superiore e inferiore. Il liquido refrigerante entra nella scatola di distribuzione attraverso il tubo di ingresso, quindi, dopo aver attraversato i tubi e averli riscaldati, esce attraverso il tubo di uscita sotto forma di condensa o acqua refrigerata.
Un trasferimento di calore più stabile è fornito da dispositivi con una disposizione sfalsata di tubi, ma qui la resistenza ai flussi d'aria è maggiore. È necessario calcolare la potenza dell'unità per conoscere le reali capacità del dispositivo.
Esistono determinati requisiti per l'aria: non devono essere presenti fibre, particelle sospese o sostanze appiccicose. Il contenuto di polvere consentito è inferiore a 0,5 mg/mᶾ. La temperatura di ingresso è almeno 20⁰.
Le caratteristiche termiche dei riscaldatori a tubo liscio non sono molto elevate.Il loro utilizzo è consigliabile quando non sono richiesti un flusso d'aria significativo e un riscaldamento ad alta temperatura.
Tipo n. 2: riscaldatori d'aria alettati
I tubi dei dispositivi alettati hanno una superficie scanalata, pertanto il trasferimento di calore da essi è maggiore. Con meno tubi, le loro caratteristiche termiche sono superiori a quelle dei riscaldatori ad aria a tubi lisci.
I riscaldatori a piastre includono tubi su cui sono montate piastre: rettangolari o rotonde.
Il primo tipo di piastre è montato su un gruppo di tubi. Il liquido refrigerante entra nella scatola di distribuzione del dispositivo attraverso un raccordo, riscalda l'aria che passa ad una velocità significativa attraverso canali di piccolo diametro, quindi esce dalla scatola di montaggio attraverso il raccordo.
I riscaldatori di questo tipo sono compatti, di facile manutenzione e installazione.
I dispositivi a piastra a passaggio singolo sono designati: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP e i dispositivi a piastra a passaggio multiplo sono designati come KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Il modello centrale è denominato KFS, mentre quello grande è denominato KFB.
Sui tubi di questi riscaldatori viene avvolto un nastro di acciaio ondulato largo 1 cm e spesso 0,4 mm. Il refrigerante per loro può essere vapore o acqua.
Il primo è dotato di tre file di tubi, il secondo di quattro. Le piastre del modello medio hanno uno spessore di 0,5 mm e dimensioni di 11,7 x 13,6 cm Le piastre del modello grande dello stesso spessore e larghezza sono più lunghe - 17,5 cm.
Le piastre si trovano a una distanza di 0,5 cm l'una dall'altra e hanno una disposizione a zigzag, mentre nei modelli di tipo medio le piastre sono disposte secondo il principio del corridoio.
I riscaldatori ad aria contrassegnati con STD hanno 5 numeri (5, 7, 8, 9, 14). Nei riscaldatori STD4009V il refrigerante è vapore, mentre in STD3010G è acqua. L'installazione del primo viene eseguita con un orientamento verticale dei tubi, del secondo con un orientamento orizzontale.
Tipo n. 3: riscaldatori bimetallici con alette
Negli impianti di riscaldamento con aria riscaldata, vengono spesso utilizzati i modelli di riscaldatori bimetallici KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 e 4 con un tipo speciale di alette - arrotolate a spirale. Il liquido di raffreddamento per i riscaldatori KP3-SK, KP4-SK è acqua calda con la pressione massima di 1,2 MPa e la temperatura massima di 180⁰.
Per il funzionamento degli altri due aerotermi è necessario il vapore con la stessa pressione di esercizio dei primi, ma con una temperatura leggermente più alta - 190⁰. I produttori devono effettuare test di accettazione. I dispositivi vengono anche testati per verificare la tenuta.
Esistono 2 linee di riscaldatori d'aria bimetallici: KSK3, KPZ, che hanno 3 file di tubi, sono di medie dimensioni e KSK4, KP4 con 4 file di tubi sono modelli di grandi dimensioni. I componenti di questi dispositivi sono elementi bimetallici di scambio termico, scudi laterali, griglie tubolari e coperture con tramezzi.
L'elemento di scambio termico è costituito da 2 tubi: uno interno di diametro 1,6 cm, in acciaio e uno esterno in alluminio su cui sono montate le alette. La distanza trasversale tra i tubi di trasferimento del calore è di 4,15 cm e la distanza longitudinale è di 3,6 cm.
Regole per i calcoli e la selezione di un'unità adatta
Quando si progetta un sistema di riscaldamento con uno o un gruppo di riscaldatori, nonché quando si eseguono i calcoli, è necessario seguire una serie di regole. Vediamoli più in dettaglio nella selezione di foto qui sotto.
Calcolo dello scaldabagno
Per calcolare la potenza di uno scaldacqua o di vapore sono necessari i seguenti parametri iniziali:
- Prestazioni del sistema, o in altre parole, quantità di aria distillata all'ora. L'unità di misura della portata volumetrica è mᶾ/h, massa kg/h. Simbolo - L.
- Temperatura iniziale o esterna - tul.
- La temperatura finale dell'aria è tfin.
- Densità e capacità termica dell'aria a una determinata temperatura: i dati sono presi dalle tabelle.
Innanzitutto viene calcolata l'area della sezione trasversale lungo la parte anteriore del dispositivo di riscaldamento dell'aria.Avendo appreso questo valore, le dimensioni preliminari dell'unità si ottengono con un margine.
Per il calcolo utilizzare la formula:
Af = Lρ / 3600 (ϑρ),
Dove l — flusso d'aria volumetrico o produttività in m³/h, ρ — densità dell'aria esterna misurata in kg/m³ ϑρ – velocità massica dell'aria nella sezione calcolata, misurata in kg/(cm²).
Dopo aver ricevuto questo parametro, per ulteriori calcoli prendono la dimensione tipica del riscaldatore, la dimensione più vicina. Se il valore dell'area finale è elevato, vengono installate in parallelo più unità identiche, la cui area totale è uguale al valore risultante.
Per determinare la potenza richiesta per il riscaldamento di un volume d'aria specifico, è necessario scoprire il consumo totale di aria riscaldata in kg per 1 ora utilizzando la formula:
G = L x p,
Dove R - densità dell'aria a temperatura media. Viene determinato sommando le temperature all'ingresso e all'uscita dell'unità, quindi dividendo per 2. Gli indicatori di densità sono presi dalla tabella.
Ora puoi calcolare il consumo di calore per il riscaldamento dell'aria, per il quale viene utilizzata la seguente formula:
Q (W) = G x c x (t fine - t inizio),
Dove G — portata d'aria massica in kg/ora. Nel calcolo viene presa in considerazione anche la capacità termica specifica dell'aria, misurata in J/(kg x K). Dipende dalla temperatura dell'aria in entrata e i suoi valori sono nella tabella sopra. Viene indicata la temperatura all'ingresso e all'uscita del dispositivo non iniziare. E t con. rispettivamente.
Diciamo che dobbiamo selezionare un riscaldatore con una capacità di 10.000 mᶾ/ora in modo che riscaldi l'aria a 20⁰ con una temperatura esterna di -30⁰. Il liquido refrigerante è acqua con una temperatura all'ingresso dell'unità di 95⁰ e di 50⁰ all'uscita.
Flusso di massa d'aria: G = 10.000 mᶾ/h. x 1.318 kg/mᶾ = 13.180 kg/h.
Valore della densità: ρ = (-30 + 20) = -10, dividendo questo risultato a metà, abbiamo ottenuto -5. Dalla tabella abbiamo selezionato la densità corrispondente alla temperatura media.
Sostituendo nella formula il risultato ottenuto si ottiene il consumo termico: Q = 13.180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185.435 W. Qui 1013 è la capacità termica specifica selezionata dalla tabella ad una temperatura di - 30⁰ in J/(kg x K). Al valore calcolato della potenza del riscaldatore viene aggiunto dal 10 al 15% della riserva.
Il motivo è che i parametri tabulati spesso differiscono da quelli reali verso il basso, e la resa termica dell'unità, a causa dell'intasamento dei tubi, diminuisce nel tempo. Il superamento del valore di riserva non è auspicabile.
Con un aumento significativo della superficie di riscaldamento, può verificarsi ipotermia e persino sbrinamento in caso di forti gelate.
La potenza degli scaldacqua è calcolata allo stesso modo degli scaldacqua. Differisce solo la formula per il calcolo del liquido di raffreddamento:
SOL=Q/r,
Dove R - calore specifico rilasciato durante la condensazione del vapore, misurato in kJ/kg.
Calcolo del riscaldatore elettrico
I produttori nei cataloghi di aerotermi elettrici spesso indicano la potenza installata e il flusso d'aria, il che semplifica notevolmente la scelta.La cosa principale è che i parametri non sono inferiori a quelli indicati nel passaporto, altrimenti fallirà rapidamente.
Il design del riscaldatore comprende diversi elementi riscaldanti elettrici speciali, la cui area viene aumentata premendo su di essi le alette.
La potenza dei dispositivi può essere molto elevata, a volte centinaia di kilowatt. Fino a 3,5 kW il riscaldatore può essere alimentato da una presa a 220 V, mentre per tensioni superiori è necessario collegarlo con un cavo separato direttamente al pannello. Qualora fosse necessario utilizzare un riscaldatore con potenza superiore a 7 kW sarà necessaria un'alimentazione a 380 V.
Questi apparecchi sono di piccole dimensioni e peso, sono completamente autonomi, non richiedono necessariamente la presenza di una fornitura centralizzata di acqua calda o vapore.
Uno svantaggio significativo è che la bassa potenza non è sufficiente per utilizzarli su vaste aree. Il secondo inconveniente è l'elevato consumo energetico.
Per sapere quanta corrente consuma il riscaldatore, puoi utilizzare la formula:
I=P/U,
Dove P - energia, U - tensione di alimentazione.
Con una connessione monofase del riscaldatore, U è pari a 220 V. Con una connessione trifase - 660 V.
La temperatura alla quale un riscaldatore di una certa potenza riscalda la massa d'aria è determinata dalla formula:
T =2,98 x P/P,
Dove l - prestazione del sistema. I valori ottimali di potenza del riscaldatore per una casa vanno da 1 a 5 kW e per gli uffici da 5 a 50 kW.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Quale densità dell'aria prendere durante il calcolo è descritta in questo video:
Video su come funziona un riscaldatore in un sistema di riscaldamento:
Quando si sceglie un tipo specifico di riscaldatore, è necessario procedere da considerazioni sulla fattibilità e sulle caratteristiche operative della casa.
Per le piccole aree una stufa elettrica sarebbe un buon acquisto, ma per riscaldare una casa grande è meglio scegliere un'altra opzione. In ogni caso, non puoi fare a meno di un calcolo preliminare..
Conosci bene la questione della scelta e del calcolo di un riscaldatore? Forse vorresti condividere consigli utili per la scelta di un riscaldatore d'aria o segnalare un errore o un'inesattezza nei calcoli nel materiale discusso sopra? Lascia il tuo commento sotto questo articolo: la tua opinione potrebbe essere utile alle persone che stanno scegliendo il riscaldatore giusto per la propria casa.
Tutto dipende dagli obiettivi. Consiglierei di prendere stufe elettriche per quelle stanze che non sono destinate alla residenza permanente e devono essere riscaldate per un breve periodo, ma rapidamente. A proposito, è importante non solo eseguire i calcoli corretti e scegliere il riscaldatore stesso, ma anche tenere conto delle perdite di calore che si verificano a causa di una costruzione impropria o dell'uso di materiali isolanti termici economici.
La scelta del tipo di sistema di riscaldamento, Igor, è dettata dall'infrastruttura energetica che circonda la struttura. Ad esempio, avere il proprio locale caldaia vicino a un edificio trasforma il riscaldamento elettrico in un progetto non redditizio.
La modalità di riscaldamento è dettata dalle fluttuazioni di temperatura consentite. Ad esempio, una cantina che richiede minuscole variazioni di temperatura viene solitamente “riscaldata” con sistemi split di precisione. Il tuo “breve termine, ma veloce” farà rovinare il vino.
L'articolo, Igor, descrive un algoritmo per la selezione di un riscaldatore in base a diversi parametri dell'aria di mandata.La contabilità delle perdite di calore è una “storia”. calcolo dell'impianto di riscaldamento.