Berekening van de luchtverwarmer: hoe het vermogen van het apparaat voor het verwarmen van lucht voor verwarming te berekenen

Luchtverhitters hebben een hoge productiviteit, dus met hun hulp kunnen zelfs zeer grote ruimtes in vrij korte tijd worden verwarmd. Er zijn veel modellen van deze apparaten te koop, die werken op basis van verschillende warmtedragers.

Om de optimale optie te kiezen, is een berekening van de luchtverhitter nodig, die zowel handmatig als met behulp van een online calculator kan worden uitgevoerd. Met de kwestie van berekeningen helpen wij u graag – in dit artikel geven we een voorbeeld van berekeningen die nodig zijn bij het kiezen van een geschikt apparaat voor het verwarmen van de lucht.

En we zullen ook de constructiekenmerken van verschillende soorten luchtverhitters, de voor- en nadelen van het verwarmingssysteem met het gebruik van dergelijke apparaten bekijken.

Voor- en nadelen van verwarming met een luchtverhitter

Het verwarmingssysteem van het huis, gebaseerd op de toevoer van lucht die tot de ingestelde temperatuur is verwarmd direct in het huis, is van bijzonder belang voor eigenaren van eigen woningen.

Een dergelijke constructie van het verwarmingssysteem bestaat uit de volgende belangrijke onderdelen:

• de luchtverhitter, die fungeert als warmtegenerator en de lucht verwarmt;
• kanalen (luchtkanalen) waardoor de verwarmde luchtmassa's het huis binnenkomen;
• de ventilator, die de goed verwarmde lucht door het hele volume van de ruimte leidt.

De voordelen van een dergelijk systeem zijn talrijk. Hiertoe behoren het hoge rendement, het ontbreken van hulpwarmtewisselaars in de vorm van radiatoren en leidingen, de mogelijkheid om het te combineren met het klimaatsysteem, en de lage traagheid, waardoor grote volumes zeer snel worden verwarmd.

Voor veel huiseigenaren is een nadeel dat de installatie van het systeem alleen mogelijk is tijdens de bouw van het huis zelf en dat verdere modernisering ervan daarna niet mogelijk is.

Een nadeel is ook het feit dat er een noodstroomvoorziening aanwezig moet zijn en dat er regelmatig technisch onderhoud nodig is.

De kalorifer is eenvoudig te installeren en te gebruiken, betaalbaar, maar vooral een effectief apparaat voor het verwarmen van de ruimte. Op de foto is een waterkalorifer te zien die in het systeem is ingebouwd.

Op onze website vindt u meer gedetailleerde informatie over de installatie van luchtverwarming in huizen en villa's. Wij raden u aan deze te bekijken:

• Luchtverwarming zelf doen: alles over luchtverwarmingssystemen
• Hoe luchtverwarming van een buitenhuis te realiseren: regels en schema's voor de aanleg
• Berekening van luchtverwarming: basisprincipes + voorbeeldberekening

Classificatie van luchtverhitters

Kalorifers worden in het verwarmingssysteem opgenomen om de lucht te verwarmen. De volgende groepen van deze apparaten worden onderscheiden op basis van het type gebruikte warmtedrager: water, elektrisch, stoom en vuur.

Elektrische apparaten zijn geschikt voor ruimtes met een oppervlakte van niet meer dan 100 m². Voor grotere gebouwen zijn waterkalorifers een rationelere keuze, maar deze werken alleen als er een warmtebron aanwezig is.

Het populairst zijn stoom- en waterkalorifers. Zowel de eerste als de tweede worden op basis van de oppervlaktevorm onderverdeeld in twee subtypen: geribde en gladde buiskalorifers. Geribde kalorifers hebben, afhankelijk van de geometrie van de ribben, lamellen of spiraalvormige wikkelingen.

De prestatie van kalorifers die werken met een warmtedrager zoals stoom, wordt geregeld met behulp van speciale kleppen die op de toevoerleiding zijn geïnstalleerd.

Qua constructie kunnen deze apparaten één- of meerweg zijn. Bij éénwegapparaten beweegt de warmtedrager door de buizen in een vaste richting. Bij meerwegapparaten bevinden zich schotten in de kappen, waardoor de richting van de warmtedrager constant verandert.

Er zijn 4 modellen water- en stoomkalorifers verkrijgbaar, die verschillen in verwarmingsoppervlak:

• SM — de kleinste met één rij buizen;
• M — kleine met twee rijen buizen;
• S — middelgrote met buizen in 3 rijen;
• B — grote, met 4 rijen buizen.

Waterkalorifers kunnen tijdens gebruik grote temperatuurschommelingen aan — 70-110⁰. Voor een goede werking van dit type kalorifer moet het water dat in het systeem circuleert maximaal tot 180⁰ worden verwarmd. In het warme seizoen kan de kalorifer als ventilator fungeren.

Constructie van verschillende soorten luchtverhitters

Een verwarmingswaterluchtverwarmer bestaat uit een metalen behuizing, een warmtewisselaar in de vorm van een reeks buizen en een ventilator. Aan het uiteinde van het apparaat bevinden zich inlaatpijpen waarmee het wordt aangesloten op een ketel of een centraal verwarmingssysteem.

In de regel bevindt de ventilator zich aan de achterzijde van het apparaat. Zijn taak is om lucht door de warmtewisselaar te sturen.

Na verwarming keert de lucht via het rooster aan de voorzijde van de luchtverwarmer terug naar de kamer.

Meestal wordt de behuizing in een rechthoekige vorm gemaakt, maar er zijn modellen voor ronde ventilatiekanalen. Op de toevoerleiding worden twee- of driewegkleppen geïnstalleerd om het vermogen van het apparaat te regelen.

De ventilator blaast lucht over de buizen in de behuizing van de luchtverwarmer. Door de buizen stroomt verwarmd water uit het verwarmingssysteem, en de ventilator verdeelt de warme lucht gelijkmatig door de kamer.

Luchtverwarmers verschillen ook in montagewijze: ze zijn er in plafond- en wandmodellen. Modellen van het eerste type worden achter een verlaagd plafond geplaatst; alleen het rooster steekt eruit. Wandapparaten zijn populairder.

Type #1 – gladde buis luchtverhitters

De constructie met gladde buizen bestaat uit verwarmingselementen in de vorm van holle dunne buizen met een diameter van 20 tot 32 mm, op een onderlinge afstand van 0,5 cm. Hierdoor circuleert het warmteoverdrachtsmedium. De lucht, die langs de verwarmde buisoppervlakken stroomt, wordt verwarmd door convectieve warmte-uitwisseling.

De buizen in de luchtverwarmer zijn in een schaakbord- of gangpatroon geplaatst. Hun uiteinden zijn ingelast in de verzamelbuizen - boven en onder. Het warmteoverdrachtsmedium komt via de inlaatpijp in de verdeeldoos, stroomt vervolgens door de buizen en verwarmt ze, en verlaat via de uitlaatpijp als condensaat of gekoeld water.

Apparaten met een schaakbordopstelling van de buizen zorgen voor een stabielere warmteoverdracht, maar de luchtweerstand is hier hoger. Het is noodzakelijk om het vermogen van het apparaat te berekenen om de werkelijke mogelijkheden te kennen.

Er worden bepaalde eisen aan de lucht gesteld: er mogen geen vezels, zwevende deeltjes of kleverige substanties zijn. Toegestane stofbelasting: minder dan 0,5 mg/mᶾ. Inlaattemperatuur: minimaal 20⁰.

Eengangs- en drieweg-luchtverwarmers. 1 – inlaatpijp waardoor het warmteoverdrachtsmedium binnenkomt, 2 – verdeeldoos, 3 – buis, 4 – uitlaatpijp, 5 – scheidingswand

De thermische eigenschappen van gladde buisverwarmers zijn niet erg hoog. Het is zinvol ze te gebruiken wanneer een groot luchtdebiet en verhitting tot hoge temperatuur niet vereist zijn.

Type #2 – geribbelde luchtverhitters

De buizen van geribde apparaten hebben een geribd oppervlak, waardoor de warmteafgifte groter is. Bij minder buizen zijn de thermische eigenschappen beter dan die van gladde buisverwarmers.

Plaatverwarmers bestaan uit buizen met daarop gemonteerde platen – rechthoekig of rond.

Het eerste type platen wordt op een groep buizen gemonteerd. Het warmtemedium stroomt via een aansluiting in de verdeelkast van het apparaat, verwarmt de lucht die met hoge snelheid door kanalen met een kleine diameter stroomt, en verlaat vervolgens via een aansluiting de verzamelkast.

Verwarmers van dit type zijn compact, gemakkelijk te onderhouden en te monteren.

Enkelvoudige plaatverwarmers worden aangeduid als: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, en meervoudige als: KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Het middelste model heeft de aanduiding KFS, en het grote model KFB.

Op de buizen van deze verwarmers wordt een stalen gegolfde band gewikkeld met een breedte van 1 cm en een dikte van 0,4 mm. Het warmtemedium kan zowel stoom als water zijn.

Waterverwarmers mogen niet worden aangesloten met metaal-kunststof of polymeerbuizen, omdat ze niet zijn ontworpen voor de hoge temperatuur van het warmtemedium. Er zijn stalen buizen nodig, bij voorkeur gegalvaniseerd, om corrosie te voorkomen.

De eerste is uitgerust met drie rijen buizen, de tweede met vier. De plaatjes van het middelste model hebben een dikte van 0,5 mm en afmetingen van 11,7 x 13,6 cm. De platen van het grote model hebben dezelfde dikte en breedte maar zijn langer – 17,5 cm.

De platen bevinden zich op een onderlinge afstand van 0,5 cm en zijn zigzag geplaatst, terwijl bij de middelste modellen de platen in een gangpatroon zijn gerangschikt.

Luchtheaters met de aanduiding STD hebben 5 nummers (5, 7, 8, 9, 14). In de verwarmers STD4009V is het warmtemedium stoom, en in STD3010G is het water. De eerste worden gemonteerd met verticale buisoriëntatie, de tweede met horizontale.

Type #3 – bimetaal luchtverhitters met ribben

In verwarmingssystemen met luchtverwarming worden vaak modellen van bimetaalverwarmers KP3-SK, KP4-SK, KSk – 3 en 4 gebruikt met een speciaal type ribben – spiraalgewikkeld. Het warmtemedium voor de verwarmers KP3-SK en KP4-SK is heet water met een maximale druk van 1,2 MPa en een maximale temperatuur van 180°.

Voor de werking van de twee andere luchtheaters is stoom nodig met dezelfde werkdruk als de eerste, maar met een iets hogere temperatuur – 190°. Fabrikanten voeren verplicht acceptatietests uit. Apparaten worden ook getest op dichtheid.

De warmtewisselaar van de KSK-kalorifer bestaat uit buizen, gemaakt van staal en voorzien van aluminium ribben. Ze worden verbonden door buisroosters.

Er bestaan 2 lijnen bimetallische kalorifers — KSK3, KPZ met 3 rijen buizen, die tot de middelgrote modellen behoren, en KSK4, KP4 met 4 rijen buizen — tot de grote modellen. De componenten van deze apparaten zijn bimetallische warmtewisselaarelementen, zijpanelen, buisroosters, deksels met scheidingswanden.

Het warmtewisselaarelement bestaat uit 2 buizen — een binnenbuis met een diameter van 1,6 cm, gemaakt van staal, waarop een aluminium buitenbuis met ribben is aangebracht. De dwarse afstand tussen de warmteoverdrachtbuizen is 4,15 cm en de longitudinale afstand is 3,6 cm.

Regels voor berekeningen en selectie van het geschikte apparaat

Bij het ontwerpen van een verwarmingssysteem met één of een groep kalorifers, en bij het uitvoeren van berekeningen, moet u een aantal regels volgen. Laten we ze nader bekijken in de fotoreeks hieronder.

Berekening van de waterluchtverhitter

Voor de berekening van het vermogen van een water- of stoomkalorifer zijn de volgende uitgangsparameters nodig:

1. Capaciteit van het systeem, oftewel de hoeveelheid lucht die per uur wordt verplaatst. De eenheid van volumestroom is m³/h, van massastroom kg/h. Aanduiding is L.
2. Begin- of buitentemperatuur — t_buiten.
3. Eindtemperatuur van de lucht — t_eind.
4. Dichtheid en warmtecapaciteit van lucht bij een bepaalde temperatuur — gegevens worden uit tabellen gehaald.

Eerst wordt de frontale doorsnede van de luchtverwarmer berekend. Door deze waarde te kennen, krijgt u voorlopige afmetingen van het aggregaat met een marge.

Voor de berekening wordt de formule gebruikt:

Af = Lρ / 3600 (ϑρ),

Waar L — volumestroom lucht of capaciteit in m³/h, ρ — dichtheid van de buitenlucht gemeten in kg/m³, ϑρ — massasnelheid van de lucht in de berekende doorsnede, gemeten in kg/(cm²).

Nadat u deze parameter hebt verkregen, neemt u voor verdere berekeningen de standaardafmeting van de verwarmer die qua grootte het dichtstbij ligt. Bij een grote uiteindelijke oppervlakte worden meerdere identieke units parallel geplaatst, waarvan de oppervlakte in totaal gelijk is aan de verkregen waarde.

Met 'kalorifer' worden niet alleen apparaten voor warmte-uitwisseling bedoeld, maar ook luchtkoelers die werken op basis van koud water; deze zijn veel minder populair.

Om het benodigde vermogen voor het verwarmen van een specifiek luchtvolume te bepalen, moet u de totale massastroom van de verwarmde lucht in kg per uur berekenen met de formule:

G = L x ρ,

Waarbij ρ de dichtheid van de lucht is bij gemiddelde temperatuur. Deze wordt bepaald door de temperaturen bij de inlaat en uitlaat van het apparaat op te tellen en vervolgens door 2 te delen. De dichtheidswaarden worden uit de tabel gehaald.

Uit deze tabel kunt u de gegevens over dichtheid en specifieke warmtecapaciteit van lucht bij een bepaalde temperatuur halen voor de berekening van het vermogen van het apparaat.

Nu kunt u het warmteverbruik voor het opwarmen van de lucht berekenen, waarvoor de volgende formule wordt gebruikt:

Q (W) = G x c x (t eind – t begin),

Waarbij G – de massastroom van lucht in kg/uur is. Bij de berekening wordt ook rekening gehouden met de specifieke warmtecapaciteit van lucht, gemeten in J/(kg x K). Deze hangt af van de temperatuur van de binnenkomende lucht, en de waarden ervan staan in de bovenstaande tabel. De temperatuur bij de inlaat van het apparaat en bij de uitlaat wordt aangeduid met t begin en t eind respectievelijk.

Stel dat u een verwarmer moet selecteren met een capaciteit van 10.000 m³/uur, die de lucht moet verwarmen tot 20⁰ bij een buitentemperatuur van -30⁰. Het warmtemedium is water, met een temperatuur van 95⁰ bij de inlaat van het apparaat en 50⁰ bij de uitlaat.

Massastroom van de lucht: G = 10.000 m³/uur x 1,318 kg/m³ = 13.180 kg/uur.

Dichtheidswaarde: ρ = (-30 + 20) = -10, door dit resultaat te delen door 2 krijgt u -5. Uit de tabel is de dichtheid gekozen die overeenkomt met de gemiddelde temperatuur.

Door het verkregen resultaat in de formule in te vullen, krijgt u het warmteverbruik: Q = 13.180 / 3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185.435 W. Hier is 1013 de specifieke warmtecapaciteit, gekozen uit de tabel bij een temperatuur van – 30⁰ in J/(kg x K). Bij de berekende waarde van het vermogen van de verwarmer wordt 10 tot 15% marge toegevoegd.

De reden is dat de tabelparameters vaak afwijken van de werkelijke waarden in de richting van verlaging, en de thermische prestaties van het apparaat nemen na verloop van tijd af door vervuiling van de buizen. Overschrijding van de marge is niet wenselijk.

Bij een aanzienlijke vergroting van het verwarmingsoppervlak kan onderkoeling optreden, en zelfs ontdooiing bij strenge vorst.

Bij een stoomverwarmer wordt de warmtedrager van boven toegevoerd, en het water dat ontstaat door condensatie van de afgewerkte stoom wordt van onder afgevoerd. Op de foto staat het schema van de leidingaansluiting van de stoomverwarmer.

Het vermogen van stoomverwarmers wordt op dezelfde manier berekend als dat van waterverwarmers. Alleen de formule voor de berekening van de warmtedrager verschilt:

G = Q / r,

Waarbij r de soortelijke warmte is die vrijkomt tijdens de condensatie van stoom, gemeten in kJ/kg.

Berekening van de elektrische luchtverhitter

Fabrikanten vermelden in de catalogi van elektrische verwarmers vaak het geïnstalleerde vermogen en het luchtdebiet, wat de keuze aanzienlijk vergemakkelijkt. Het is van groot belang dat de parameters niet kleiner zijn dan die in het gegevensblad, anders zal de verwarmer snel defect raken.

De constructie van de verwarmer bestaat uit meerdere speciale elektrische verwarmingselementen, waarvan het oppervlak is vergroot door het oppersen van ribben.

Het vermogen van de apparaten kan zeer groot zijn, soms honderden kilowatt. Tot 3,5 kW kan de verwarmer worden gevoed via een 220 V stopcontact, en bij een hogere spanning is een aansluiting met een aparte kabel rechtstreeks op de verdeelkast noodzakelijk. Als er behoefte is aan een verwarmer met een vermogen van meer dan 7 kW, is een 380 V voeding vereist.

Deze apparaten hebben kleine afmetingen en een laag gewicht, ze zijn volledig autonoom, en voor hen is de aanwezigheid van een centrale warmwatervoorziening of stoom niet noodzakelijk.

Een belangrijk nadeel is het lage vermogen, onvoldoende voor toepassing in grote ruimtes. Het tweede nadeel is het hoge elektriciteitsverbruik.

Uit de berekening van de verwarmer blijkt dat het gebruik van het apparaat resulteert in een aanzienlijke besparing van energiebronnen. Soms wordt dit apparaat gecombineerd met een recuperator en dan vindt de luchtinname niet buiten, maar vanuit de ruimte plaats.

Om te weten welke stroom de verwarmer verbruikt, kunt u de formule gebruiken:

I = P /U,

Waarbij P het vermogen is, en U de voedingsspanning.

Bij eenfasige aansluiting van de verwarmer wordt U gelijkgesteld aan 220 V. Bij driefasige aansluiting is dat 660 V.

De temperatuur tot welke de verwarmer met een bepaald vermogen de luchtmassa verwarmt, wordt bepaald met de formule:

T =2.98 x P/ L,

Waarbij L  – de systeemcapaciteit is. De optimale vermogenswaarden van de verwarmer voor een woning liggen tussen 1 en 5 kW, en voor kantoren tussen 5 en 50 kW.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Welke luchtdichtheid u moet gebruiken bij de berekening, wordt uitgelegd in deze video:

Video over hoe de verwarmer werkt in het verwarmingssysteem:

Bij het kiezen van een bepaald type verwarmer moet men uitgaan van overwegingen van doelmatigheid en de gebruikseigenschappen van de woning.

Voor kleine oppervlakken is een elektrische verwarmer een goede aankoop, maar voor de verwarming van een groot huis kunt u beter een andere optie kiezen. In ieder geval kan men niet zonder een voorafgaande berekening.

Bent u goed op de hoogte van het kiezen en berekenen van een luchtverhitter? Wilt u wellicht nuttige aanbevelingen delen over het kiezen van een luchtverhitter of een fout of onnauwkeurigheid in de berekeningen in het hierboven besproken materiaal aangeven? Laat uw reactie achter onder dit artikel – uw mening kan nuttig zijn voor mensen die een geschikte luchtverhitter voor hun huis kiezen.