Beregning af kalorifer: hvordan man beregner enhedens effekt til opvarmning af luft til opvarmning

Varmeapparater har en høj ydeevne, så de kan opvarme selv meget store rum på ret kort tid. Der sælges mange modeller af disse apparater, der arbejder med forskellige varmemedier.

For at vælge den bedste løsning skal du beregne varmeapparatet, hvilket kan gøres manuelt eller ved hjælp af en online-beregner. Vi hjælper dig med at forstå beregningerne – i denne artikel giver vi et eksempel på beregninger, der vil være nødvendige, når du vælger en passende enhed til opvarmning af luft.

Vi vil også se på konstruktionsegenskaberne ved forskellige typer varmeapparater, fordele og ulemper ved varmesystemer med sådanne apparater.

Fordele og ulemper ved opvarmning med varmeapparat

Et hjemmevarmesystem, der baserer sig på at tilføre luft, der er opvarmet til en indstillet temperatur, direkte ind i huset, er af særlig interesse for boligejere.

En sådan varmesystemkonstruktion består af følgende vigtige komponenter:

• varmeapparat, der fungerer som varmegenerator, og opvarmer luften;
• kanaler (luftkanaler), hvorigennem de opvarmede luftmasser strømmer ind i huset;
• en ventilator, der leder den godt opvarmede luft rundt i hele rummet.

En sådan systemtype har mange fordele. Disse omfatter høj virkningsgrad, fravær af hjælpeelementer til varmeoverførsel som radiatorer og rør, muligheden for at kombinere det med klimasystemet, og lav inerti, hvilket resulterer i, at opvarmning af store rum sker meget hurtigt.

For mange boligejere er en ulempe, at installation af systemet kun er muligt samtidig med opførelsen af selve huset, og at yderligere modernisering derefter er umulig.

En ulempe er også den detalje, at der skal være backup-strøm, og at der er behov for regelmæssig teknisk vedligeholdelse.

Kaloriferen er enkel at installere og betjene, prismæssigt overkommelig, men vigtigst af alt er den en effektiv enhed til opvarmning af rummet. På billedet ses en vandkalorifer indbygget i systemet.

På vores hjemmeside findes der mere detaljeret materiale om opbygningen af luftopvarmning i huse og sommerhuse. Vi anbefaler, at du sætter dig ind i dem:

• Luftopvarmning gør-det-selv: alt om luftbaserede varmesystemer
• Sådan opretter du luftopvarmning i et landhus: regler og konstruktionsdiagrammer
• Beregning af luftopvarmning: grundlæggende principper + beregningseksempel

Klassificering af varmeapparater

Kalorifere indgår i opvarmningssystemets konstruktion til opvarmning af luft. Der findes følgende grupper af disse enheder efter typen af anvendt varmemedie: vand, elektriske, damp, ild.

Elektriske enheder giver mening at bruge i rum med et areal på højst 100 m². For bygninger med større arealer vil vandkalorifere være et mere rationelt valg, da de kun fungerer, når der er en varmekilde til stede.

Mest populære er damp- og vandkalorifere. Både de første og de sidstnævnte er opdelt efter overfladeform i 2 undertyper: ribbede og glatrørede. Ribbede kalorifere er efter ribbernes geometri plade- og spiralviklede.

Ydeevnen for kalorifere, der arbejder med et varmemedie som damp, reguleres ved hjælp af specielle ventiler monteret på indløbsrøret.

Konstruktionsmæssigt kan disse enheder være enkeltgående, hvor varmemediet bevæger sig gennem rørene med konstant retning, og flergående, i hvis dæksler der er skillevægge, så retningen af varmemediets bevægelse konstant ændres.

Der sælges 4 modeller af vand- og dampkalorifere, der adskiller sig i varmeoverfladeareal:

• SM — den mindste med én række rør;
• M — lille med to rækker rør;
• S — mellem med rør i 3 rækker;
• B — stor med 4 rækker rør.

Vandkalorifere tåler store temperaturudsving under drift — 70-110⁰. For god drift af denne type kalorifer skal vandet, der cirkulerer i systemet, være opvarmet til maksimalt 180⁰. I den varme årstid kan kaloriferen fungere som en ventilator.

Konstruktion af forskellige typer varmeapparater

Et vandbårent varmluftsapparat består af et metalhus, en varmeveksler i form af en række rør og en ventilator. I apparatets ender er der indløbsstudser, som forbinder det til kedlen eller et centralt varmesystem.

Som regel er ventilatoren placeret bag på apparatet. Dens opgave er at blæse luft gennem varmeveksleren.

Efter opvarmning vender luften tilbage til rummet gennem et gitter på forsiden af varmluftsapparatet.

Ofte er huset rektangulært, men der findes modeller til runde ventilationskanaler. På forsyningsledningen monteres 2- eller 3-vejsventiler til regulering af apparatets effekt.

Ventilatoren blæser over rørene inde i varmluftsapparatets hus. Varmt vand fra varmesystemet strømmer gennem rørene, og ventilatoren fordeler den varme luft jævnt i rummet.

Varmluftsapparater adskiller sig også ved monteringsmåde – de findes som loftmonterede og vægmonterede. Førstnævnte placeres bag et nedhængt loft, kun gitteret er synligt. Vægmonterede apparater er mere populære.

Type #1 – glatrør varmeapparater

Glatrørskonstruktionen består af varmeelementer i form af hule tynde rør med en diameter på 20 til 32 mm, anbragt med 0,5 cm afstand. Varmemediet cirkulerer gennem dem. Luften, der strømmer over de opvarmede røroverflader, varmes op ved konvektiv varmeveksling.

Rørene i luftvarmeren arrangeres i skak- eller rækkefølge. Deres ender er svejset ind i samlere – øvre og nedre. Varmemediet kommer ind i fordelingsboksen gennem indløbsstudsen, passerer gennem rørene og opvarmer dem, og forlader derefter som kondensat eller afkølet vand via udløbsstudsen.

Mere stabil varmeoverførsel opnås med apparater med skakopstillede rør, men luftmodstanden er højere. Det er nødvendigt at beregne apparatets effekt for at kende dets reelle kapacitet.

Luften skal opfylde visse krav – den må ikke indeholde fibre, suspenderede partikler eller klæbrige stoffer. Maksimal tilladt støvindhold er under 0,5 mg/m³. Indgangstemperaturen er mindst 20 °C.

Enkelt-gangs og 3-vejs varmluftsapparater. 1 – indløbsstuds for varmemedie, 2 – fordelingsboks, 3 – rør, 4 – udløbsstuds, 5 – skillevæg

De termiske egenskaber ved glatte rørvarmere er ikke særlig høje. Det er hensigtsmæssigt at bruge dem, når der ikke kræves en betydelig luftmængde og opvarmning til høj temperatur.

Type #2 – ribbede luftvarmere

Rør i ribbede enheder har en ribbet overflade, derfor er varmeafgivelsen større. Med færre rør har de bedre termiske egenskaber end glatte rørvarmere.

Pladevarmere består af rør med påsatte plader – rektangulære eller runde.

Den første type plader monteres på en gruppe rør. Varmemediet passerer gennem en studs ind i apparatets fordelingsboks, opvarmer luft, der passerer med høj hastighed gennem kanaler med lille diameter, og forlader derefter samleboksen gennem en studs.

Varmere af denne type er kompakte, nemme at vedligeholde og montere.

Enkeltgangspladeapparater betegnes: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, og flergangs – KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOJUG, KMB. Mellemmodellen betegnes KFS, og den store KFB.

På rørene i disse varmere vikles et stålkorrugeret bånd med bredde 1 cm og tykkelse 0,4 mm. Varmemediet kan være både damp og vand.

Vandvarmere må ikke tilsluttes med metal-plast- eller polymerrør, da de ikke er beregnet til høj temperatur på varmemediet. Der skal bruges stålrør og helst galvaniserede for at undgå korrosion.

Den første er udstyret med tre rækker rør, og den anden med fire. Pladerne i mellemmodellen har en tykkelse på 0,5 mm og dimensioner 11,7 x 13,6 cm. Pladerne i den store model har samme tykkelse og bredde, men er længere – 17,5 cm.

Pladerne er placeret i en afstand på 0,5 cm fra hinanden og har et zigzag-arrangement, hvorimod pladerne hos mellemmodellerne er arrangeret efter korridorprincippet.

Luftvarmere med mærkning STD har 5 numre (5, 7, 8, 9, 14). I varmere STD4009V er varmemediet damp, og i STD3010G er det vand. De første monteres med lodret orientering af rørene, de sidste med vandret.

Type #3 – bimetalliske varmeapparater med ribber

I varmesystemer med luftopvarmning anvendes ofte modeller af bimetalliske varmere KP3-SK, KP4-SK, KSk – 3 og 4 med en særlig type ribber – spiralrullet. Varmemediet for varmere KP3-SK, KP4-SK er varmt vand med et maksimalt tryk på 1,2 MPa og en maksimal temperatur på 180⁰.

For de to andre luftvarmere kræves der damp med samme arbejdstryk som de første, men med en lidt højere temperatur – 190⁰. Producenterne udfører obligatoriske accepttests. Enhederne testes også for tæthed.

KSK kaloriferens varmeveksler består af rør af stål med aluminiumsfinner. De forbindes af rørplader.

Der findes 2 serier af bimetalliske kalorifere — KSK3, KPZ, med 3 rækker rør, hører til mellemstore, og KSK4, KP4 med 4 rækker rør hører til store modeller. Komponenterne i disse enheder er bimetalliske varmevekslerelementer, sideplader, rørgitre, dæksler med skillevægge.

Varmevekslerelementet består af 2 rør — et indre rør med en diameter på 1,6 cm, fremstillet af stål, og et påsat ydre aluminiumsrør med ribber. Tværgående afstand mellem varmerørene er 4,15 cm, og den langsgående afstand er 3,6 cm.

Regler for beregning og valg af en passende enhed

Ved design af et varmesystem med en eller flere kalorifere, samt ved udførelse af beregninger, skal en række regler følges. Lad os se nærmere på dem i fotosamlingen nedenfor.

Beregning af vandvarmeapparat

For at beregne effekten af en vand- eller dampkalorifer kræves følgende inputparametre:

1. Systemets kapacitet eller med andre ord mængden af luft, der flyttes pr. time. Enhed for volumenstrøm er m³/h, for massestrøm kg/h. Symbol: L.
2. Indledende eller udendørstemperatur — t_ude.
3. Sluttemperatur for luft — t_slut.
4. Luftens densitet og varmekapacitet ved en given temperatur — data hentes fra tabeller.

Først beregnes tværsnitsarealet foran luftvarmeapparatet. Når denne værdi kendes, fås foreløbige dimensioner af enheden med en sikkerhedsmargin.

Til beregning anvendes formlen:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Hvor L er volumenstrømmen af luft eller kapacitet i m³/h, ρ er luftens densitet udenfor målt i kg/m³, ϑρ er luftens massehastighed i det beregnede tværsnit, målt i kg/(cm²).

Når denne parameter er opnået, bruges en standard kaloriferstørrelse, der er nærmest i størrelse, til yderligere beregninger. Hvis det endelige areal er stort, installeres flere identiske enheder parallelt, hvis samlede areal svarer til den opnåede værdi.

Ordet kalorifer bruges ikke kun om varmevekslere, men også om luftkølere, der arbejder med koldt vand, og som er langt mindre populære.

For at bestemme den nødvendige effekt til opvarmning af en bestemt luftmængde skal man finde det samlede forbrug af opvarmet luft i kg pr. time ved hjælp af formlen:

G = L x ρ,

Hvor ρ er luftens densitet under gennemsnitstemperatur. Den bestemmes ved at summe temperaturer ved indgang og udgang fra enheden og derefter dividere med 2. Densitetstal hentes fra tabellen.

Fra denne tabel kan man hente data om luftens densitet og specifik varmekapacitet ved en given temperatur til beregning af apparatets effekt.

Nu kan man beregne varmeforbruget til opvarmning af luften ved hjælp af følgende formel:

Q (W) = G x c x (t slut – t start),

Hvor G er luftens masseflow i kg/time. Ved beregningen tages der også højde for luftens specifikke varmekapacitet målt i J/(kg x K). Den afhænger af indgangsluftens temperatur, og dens værdier findes i tabellen ovenfor. Temperaturen ved indgangen til enheden og ved udgangen betegnes henholdsvis t start og t slut.

Antag, at der skal vælges en kalorifer med en kapacitet på 10.000 m³/time, der skal opvarme luften til 20° ved en udendørstemperatur på -30°. Varmebæreren er vand med en temperatur på 95° ved indgangen til enheden og 50° ved udgangen.

Luftmassens masseflow: G = 10.000 m³/h x 1,318 kg/m³ = 13.180 kg/h.

Værdien for densitet: ρ = (-30 + 20) = -10, ved at halvere dette resultat fik man -5. Fra tabellen valgte man densiteten svarende til gennemsnitstemperaturen.

Ved at indsætte det opnåede resultat i formlen får man varmeforbruget: Q = 13.180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185.435 W. Her er 1013 den specifikke varmekapacitet, valgt fra tabellen ved temperatur – 30° i J/(kg x K). Til den beregnede effekt for kaloriferen lægges en margin på 10 til 15%.

Årsagen er, at tabelparametre ofte afviger fra virkeligheden i nedadgående retning, og enhedens termiske ydeevne falder over tid på grund af tilstopning af rør. En overskridelse af marginen er uønsket.

Ved en betydelig forøgelse af varmeoverfladen kan der forekomme underkøling og endda afrimning under hård frost.

Til dampvarmeren tilføres varmebæreren fra oven, og vandet, der opstår som resultat af kondensering af brugt damp, ledes bort nedenfra. På billedet ses rørføringsskemaet for dampvarmeren.

Effekten for dampvarmere beregnes på samme måde som for vandvarmere. Kun formlen for beregning af varmebæreren er anderledes:

G = Q / r,

Hvor r er den specifikke varme, der frigives under kondensering af damp, målt i kJ/kg.

Beregning af el-varmeapparat

Producenter angiver ofte installeret effekt og luftmængde i kataloger over elvarmere, hvilket gør valget meget lettere. Det vigtigste er, at parametrene ikke er mindre end dem, der er angivet i specifikationerne, ellers vil den hurtigt gå i stykker.

Varmerens konstruktion omfatter flere specielle elektriske varmeelementer, hvis overfladeareal er forøget ved at presse ribber på dem.

Apparaternes effekt kan være meget stor, nogle gange hundreder af kilowatt. Op til 3,5 kW kan varmeren forsynes fra en 220 V stikkontakt, og ved højere spænding kræves tilslutning med et separat kabel direkte til tavlen. Hvis det er nødvendigt at bruge en varmer med en effekt over 7 kW, kræves en 380 V forsyning.

Disse apparater har små dimensioner og vægt, de er fuldstændig autonome, og de kræver ikke tilstedeværelse af centralt varmtvandsforsyning eller damp.

En væsentlig ulempe er den lave effekt, som er utilstrækkelig til brug i store områder. Den anden ulempe er det høje elforbrug.

Af varmerberegningen følger, at resultatet af brug af apparatet er en mærkbar besparelse af energiressourcer. Nogle gange kombineres denne enhed med en rekuperator, og så sker luftindtaget ikke udefra, men fra rummet.

For at finde ud af, hvilken strøm varmeren bruger, kan man bruge formlen:

I = P /U,

Hvor P er effekt, U er forsyningsspænding.

Ved enfaset tilslutning af varmeren antages U at være 220 V. Ved 3-faset — 660 V.

Temperaturen, som varmeren med en bestemt effekt opvarmer luftmassen til, bestemmes af formlen:

T =2.98 x P/ L,

Hvor L  – systemets ydeevne. Optimale værdier for varmerens effekt for et hjem er fra 1 til 5 kW, og for kontorer — fra 5 til 50 kW.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Hvilken lufttæthed man skal bruge i beregningen, forklares i denne video:

Video om, hvordan varmeren fungerer i varmesystemet:

Når man vælger en bestemt type varmer, bør man tage udgangspunkt i hensigtsmæssighed og husets driftskarakteristika.

For små områder vil en elvarmer være et godt køb, men til opvarmning af et stort hus er det bedre at vælge en anden løsning. Under alle omstændigheder kan man ikke undgå en forudgående beregning.

Har du godt styr på valg og beregning af luftvarmer? Måske vil du dele nyttige anbefalinger til valg af luftvarmer eller påpege en fejl eller unøjagtighed i beregningerne i det ovenfor gennemgåede materiale? Efterlad din kommentar under denne artikel – din mening kan være nyttig for folk, der vælger et passende luftvarmer til deres hjem.