Heizungsberechnung: So berechnen Sie die Leistung eines Geräts zum Erhitzen von Luft zum Heizen
Heizgeräte haben eine hohe Leistung, sodass Sie mit ihrer Hilfe auch sehr große Räume in relativ kurzer Zeit heizen können. Viele Modelle dieser Geräte, die mit unterschiedlichen Kühlmitteln arbeiten, werden zum Verkauf angeboten.
Um die beste Option auszuwählen, müssen Sie die Heizung berechnen, was entweder manuell oder mit einem Online-Rechner erfolgen kann. Wir helfen Ihnen, die Frage der Berechnungen zu klären. In diesem Artikel geben wir ein Beispiel für die Berechnungen, die bei der Auswahl eines geeigneten Geräts zur Lufterwärmung erforderlich sind.
Wir werden auch die Konstruktionsmerkmale verschiedener Arten von Lufterhitzern sowie die Vor- und Nachteile eines Heizsystems mit solchen Geräten berücksichtigen.
Der Inhalt des Artikels:
Vor- und Nachteile des Heizens mit einer Heizung
Von besonderem Interesse für Hausbesitzer ist ein Hausheizungssystem, bei dem auf eine bestimmte Temperatur erwärmte Luft direkt in das Haus geleitet wird.
Dieses Heizsystemdesign besteht aus folgenden wichtigen Komponenten:
- eine Heizung, die als Wärmeerzeuger fungiert und die Luft erwärmt;
- Kanäle (Luftkanäle), durch die erwärmte Luftmassen in das Haus gelangen;
- ein Ventilator, der gut erwärmte Luft durch den gesamten Raum leitet.
Diese Art von System bietet viele Vorteile.Dazu gehören ein hoher Wirkungsgrad, das Fehlen von Hilfselementen für den Wärmeaustausch in Form von Heizkörpern, Rohren und die Möglichkeit der Kombination mit einem Klimasystem sowie eine geringe Trägheit, wodurch große Volumina sehr schnell erhitzt werden.
Der Nachteil für viele Hausbesitzer besteht darin, dass die Installation der Anlage nur gleichzeitig mit dem Bau des Hauses selbst möglich ist und eine weitere Modernisierung dann nicht möglich ist.
Der Nachteil ist eine Nuance wie das obligatorische Vorhandensein einer Notstromversorgung und die Notwendigkeit einer regelmäßigen Wartung.
Auf unserer Website finden Sie detailliertere Materialien zur Installation einer Luftheizung in einem Haus und einer Hütte. Wir empfehlen Ihnen, sich mit ihnen vertraut zu machen:
- Luftheizung zum Selbermachen: Alles zum Thema Luftheizung
- So arrangieren Sie die Luftheizung für ein Landhaus: Regeln und Baupläne
- Berechnung der Luftheizung: Grundlagen + Berechnungsbeispiel
Klassifizierung von Lufterhitzern
Lufterhitzer werden in die Konstruktion eines Heizsystems zur Lufterwärmung einbezogen. Je nach Art des verwendeten Kühlmittels gibt es folgende Gruppen dieser Geräte: Wasser, Strom, Dampf, Feuer.
Für Räume mit einer Fläche von maximal 100 m² ist der Einsatz von Elektrogeräten sinnvoll. Für Gebäude mit großen Flächen wären Warmwasserbereiter eine rationellere Wahl, die nur bei Vorhandensein einer Wärmequelle funktionieren.
Am beliebtesten sind Dampf und Wasserkocher. Sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche sind in zwei Untertypen unterteilt: gerippt und glattrohrig. Je nach Geometrie der Lamellen können Lamellenheizkörper plattenförmig oder spiralförmig sein.
Konstruktionsbedingt können diese Geräte eindurchgehend sein, wenn sich das Kühlmittel in ihnen durch Rohre bewegt und dabei eine konstante Richtung einhält, und mehrdurchgehend, in deren Abdeckungen sich Trennwände befinden, wodurch die Bewegungsrichtung geändert wird Das Kühlmittel ändert sich ständig.
Es stehen 4 Modelle von Wasser- und Dampfheizgeräten zum Verkauf, die sich in der Heizfläche unterscheiden:
- CM - das kleinste mit einer Rohrreihe;
- M — klein mit zwei Rohrreihen;
- MIT — mittel mit Rohren in 3 Reihen;
- B - groß, mit 4 Rohrreihen.
Während des Betriebs können Warmwasserbereiter großen Temperaturschwankungen standhalten – 70-110⁰.Damit eine solche Heizung gut funktioniert, muss das im System zirkulierende Wasser auf maximal 180⁰ erhitzt werden. In der warmen Jahreszeit kann die Heizung als Ventilator fungieren.
Entwurf verschiedener Arten von Lufterhitzern
Ein Heizwassererhitzer besteht aus einem Gehäuse aus Metall, einem darin angeordneten Wärmetauscher in Form einer Reihe von Rohren und einem Ventilator. Am Ende des Geräts befinden sich Einlassrohre, über die es an einen Heizkessel oder ein Zentralheizungssystem angeschlossen wird.
In der Regel befindet sich der Lüfter auf der Rückseite des Gerätes. Seine Aufgabe besteht darin, Luft durch den Wärmetauscher zu treiben.
Nach dem Erhitzen strömt die Luft durch das Gitter an der Vorderseite des Heizgeräts zurück in den Raum.
Meistens hat das Gehäuse die Form eines Rechtecks, es gibt jedoch auch Modelle für runde Lüftungskanäle. Zur Leistungsregelung des Gerätes sind in der Versorgungsleitung Zwei- oder Dreiwegeventile installiert.
Lufterhitzer unterscheiden sich auch in der Art der Installation – sie können an der Decke oder an der Wand montiert werden. Modelle des ersten Typs werden hinter einer Zwischendecke platziert, nur das Gitter blickt darüber hinaus. Beliebter sind Wandgeräte.
Typ Nr. 1 – Glattrohrheizkörper
Die Glattrohrkonstruktion besteht aus Heizelementen in Form dünner Hohlrohre mit einem Durchmesser von 20 bis 32 mm, die im Abstand von 0,5 cm zueinander angeordnet sind. Durch sie zirkuliert Kühlmittel. Die Luft, die die erhitzten Oberflächen der Rohre umspült, wird durch konvektiven Wärmeaustausch erwärmt.
Die Rohre im Lufterhitzer sind schachbrett- oder korridorförmig angeordnet. Ihre Enden sind in die Kollektoren eingeschweißt – oben und unten. Das Kühlmittel gelangt durch das Einlassrohr in den Verteilerkasten und verlässt die Rohre, nachdem es die Rohre passiert und erhitzt hat, in Form von Kondensat oder gekühltem Wasser durch das Auslassrohr.
Eine stabilere Wärmeübertragung bieten Geräte mit versetzter Rohranordnung, allerdings ist hier der Widerstand gegen Luftströmungen höher. Es ist notwendig, die Leistung des Geräts zu berechnen, um die tatsächlichen Fähigkeiten des Geräts zu kennen.
An die Luft werden bestimmte Anforderungen gestellt – sie darf keine Fasern, Schwebeteilchen oder klebrigen Stoffe enthalten. Der zulässige Staubgehalt beträgt weniger als 0,5 mg/m². Die Eintrittstemperatur beträgt mindestens 20⁰.
Die thermischen Eigenschaften von Glattrohrheizkörpern sind nicht sehr hoch.Ihr Einsatz empfiehlt sich, wenn kein großer Luftstrom und keine Erwärmung auf hohe Temperaturen erforderlich sind.
Typ Nr. 2 – Lamellen-Lufterhitzer
Die Rohre von Rippengeräten haben eine gerippte Oberfläche, daher ist die Wärmeübertragung von ihnen größer. Da sie weniger Rohre haben, sind ihre thermischen Eigenschaften höher als die von Glattrohr-Lufterhitzern.
Plattenheizungen umfassen Rohre mit darauf montierten Platten – rechteckig oder rund.
Der erste Plattentyp wird auf einer Rohrgruppe montiert. Das Kühlmittel gelangt durch eine Armatur in den Verteilerkasten des Geräts, erwärmt die Luft, die mit erheblicher Geschwindigkeit durch Kanäle mit kleinem Durchmesser strömt, und verlässt dann den Montagekasten durch die Armatur.
Heizgeräte dieser Art sind kompakt, einfach zu warten und zu installieren.
Single-Pass-Plattengeräte werden als KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP bezeichnet, und Multi-Pass-Plattengeräte werden als KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB bezeichnet. Das mittlere Modell trägt die Bezeichnung KFS, das große Modell die Bezeichnung KFB.
Auf die Rohre dieser Heizgeräte wird ein gewelltes Stahlband mit einer Breite von 1 cm und einer Dicke von 0,4 mm gewickelt. Das Kühlmittel für sie kann entweder Dampf oder Wasser sein.
Der erste ist mit drei Röhrenreihen ausgestattet, der zweite mit vier. Die Platten des mittleren Modells haben eine Dicke von 0,5 mm und Abmessungen von 11,7 x 13,6 cm. Die Platten des großen Modells mit gleicher Dicke und Breite sind länger – 17,5 cm.
Die Platten befinden sich im Abstand von 0,5 cm zueinander und sind im Zickzack angeordnet, während die Platten bei den mittleren Modellen nach dem Korridorprinzip angeordnet sind.
Mit STD gekennzeichnete Lufterhitzer haben 5 Nummern (5, 7, 8, 9, 14). Bei STD4009V-Heizgeräten handelt es sich bei dem Kühlmittel um Dampf und bei STD3010G um Wasser. Die Installation des ersteren erfolgt mit vertikaler Ausrichtung der Rohre, des letzteren mit horizontaler Ausrichtung.
Typ Nr. 3 – Bimetallheizer mit Lamellen
In Heizsystemen mit erwärmter Luft werden häufig Modelle der Bimetallheizungen KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 und 4 mit einem speziellen Rippentyp - spiralgerollt - verwendet. Das Kühlmittel für die Heizgeräte KP3-SK, KP4-SK ist heißes Wasser mit dem höchsten Druck von 1,2 MPa und einer maximalen Temperatur von 180⁰.
Für den Betrieb der beiden anderen Lufterhitzer wird Dampf mit dem gleichen Betriebsdruck wie bei den ersten benötigt, jedoch mit einer etwas höheren Temperatur – 190⁰. Hersteller müssen Abnahmeprüfungen durchführen. Die Geräte werden außerdem auf Dichtheit geprüft.
Es gibt 2 Reihen von Bimetall-Lufterhitzern: KSK3, KPZ, die über 3 Rohrreihen verfügen, sind mittelgroß, und KSK4, KP4 mit 4 Rohrreihen sind große Modelle. Die Bestandteile dieser Geräte sind Bimetall-Wärmetauschelemente, Seitenschilde, Rohrgitter und Abdeckungen mit Trennwänden.
Das Wärmetauscherelement besteht aus 2 Rohren – einem inneren aus Stahl mit einem Durchmesser von 1,6 cm und einem äußeren aus Aluminium mit darauf montierten Rippen. Der Querabstand zwischen den Wärmeübertragungsrohren beträgt 4,15 cm, der Längsabstand 3,6 cm.
Regeln für Berechnungen und Auswahl einer geeigneten Einheit
Bei der Auslegung einer Heizungsanlage mit einem oder mehreren Heizgeräten sowie bei der Durchführung von Berechnungen sind einige Regeln zu beachten. Schauen wir sie uns in der Fotoauswahl unten genauer an.
Berechnung des Warmwasserbereiters
Um die Leistung eines Wasser- oder Dampferhitzers zu berechnen, werden folgende Ausgangsparameter benötigt:
- Systemleistung, also die pro Stunde destillierte Luftmenge. Die Maßeinheit für den Volumenstrom ist mᶾ/h, die Masse kg/h. Symbol - L.
- Anfangs- oder Außentemperatur - Tul.
- Die endgültige Lufttemperatur beträgt tfin.
- Dichte und Wärmekapazität der Luft bei einer bestimmten Temperatur – Daten stammen aus Tabellen.
Zunächst wird die Querschnittsfläche entlang der Vorderseite des Luftheizgerätes berechnet.Nachdem dieser Wert ermittelt wurde, werden die vorläufigen Abmessungen der Einheit mit einem Spielraum ermittelt.
Zur Berechnung verwenden Sie die Formel:
Af = Lρ / 3600 (ϑρ),
Wo L — Luftvolumenstrom oder Produktivität in m³/h, ρ — Luftdichte im Freien gemessen in kg/m³ ϑρ – Massenluftgeschwindigkeit im berechneten Abschnitt, gemessen in kg/(cm²).
Nachdem sie diesen Parameter erhalten haben, nehmen sie für weitere Berechnungen die typische Größe des Heizgeräts, die der Größe am nächsten kommt. Ist der Endflächenwert groß, werden mehrere identische Einheiten parallel installiert, deren Gesamtfläche dem resultierenden Wert entspricht.
Um die erforderliche Leistung zum Erhitzen eines bestimmten Luftvolumens zu ermitteln, müssen Sie den Gesamtverbrauch an erwärmter Luft in kg pro Stunde mithilfe der Formel ermitteln:
G = L x p,
Wo R - Luftdichte bei Durchschnittstemperatur. Sie wird ermittelt, indem die Temperaturen am Einlass und Auslass des Geräts summiert und dann durch 2 dividiert werden. Die Dichteindikatoren werden der Tabelle entnommen.
Jetzt können Sie den Wärmeverbrauch für die Erwärmung der Luft berechnen, wofür die folgende Formel verwendet wird:
Q (W) = G x c x (t Ende – t Anfang),
Wo G — Luftmassenstrom in kg/Stunde. Bei der Berechnung wird auch die spezifische Wärmekapazität der Luft, gemessen in J/(kg x K), berücksichtigt. Sie hängt von der Temperatur der einströmenden Luft ab und ihre Werte sind in der obigen Tabelle aufgeführt. Angezeigt wird die Temperatur am Ein- und Auslass des Gerätes Ich fange nicht an. Und t con. jeweils.
Nehmen wir an, wir müssen eine Heizung mit einer Leistung von 10.000 m³/Stunde auswählen, damit sie die Luft bei einer Außentemperatur von -30⁰ auf 20⁰ erwärmt. Das Kühlmittel ist Wasser mit einer Temperatur am Eingang der Einheit von 95⁰ und 50⁰ am Ausgang.
Luftmassenstrom: G = 10.000 m³/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13.180 kg/h.
Dichtewert: ρ = (-30 + 20) = -10Wenn wir dieses Ergebnis halbieren, erhalten wir -5. Aus der Tabelle haben wir die Dichte ausgewählt, die der Durchschnittstemperatur entspricht.
Setzt man das erhaltene Ergebnis in die Formel ein, erhält man den Wärmeverbrauch: Q = 13.180 /3600 x 1013 x 20 – (-30) = 185.435 W. Hier ist 1013 die aus der Tabelle ausgewählte spezifische Wärmekapazität bei einer Temperatur von -30⁰ in J/(kg x K). Zum berechneten Wert der Heizleistung werden 10 bis 15 % der Reserve addiert.
Der Grund dafür ist, dass die tabellarischen Parameter häufig nach unten von den tatsächlichen abweichen und die thermische Leistung des Geräts aufgrund von Verstopfungen der Rohre mit der Zeit abnimmt. Eine Überschreitung des Reservewertes ist unerwünscht.
Bei einer deutlichen Vergrößerung der Heizfläche kann es zu Unterkühlung und bei starkem Frost sogar zum Auftauen kommen.
Die Leistung von Dampfheizgeräten wird auf die gleiche Weise berechnet wie die von Warmwasserbereitern. Lediglich die Formel zur Berechnung des Kühlmittels unterscheidet sich:
G=Q/r,
Wo R - spezifische Wärme, die bei der Dampfkondensation freigesetzt wird, gemessen in kJ/kg.
Berechnung der Elektroheizung
Hersteller geben in Katalogen elektrischer Lufterhitzer häufig die installierte Leistung und den Luftdurchsatz an, was die Auswahl erheblich vereinfacht.Die Hauptsache ist, dass die Parameter nicht kleiner sind als die im Reisepass angegebenen, sonst kommt es schnell zum Scheitern.
Das Design des Heizgeräts umfasst mehrere spezielle elektrische Heizelemente, deren Fläche durch Aufdrücken von Rippen vergrößert wird.
Die Leistung von Geräten kann sehr groß sein, manchmal Hunderte von Kilowatt. Bis zu einer Leistung von 3,5 kW kann das Heizgerät über eine 220-V-Steckdose mit Strom versorgt werden. Bei Spannungen darüber muss es mit einem separaten Kabel direkt an das Panel angeschlossen werden. Wenn ein Heizgerät mit einer Leistung von mehr als 7 kW verwendet werden muss, ist eine 380-V-Stromversorgung erforderlich.
Diese Geräte haben eine geringe Größe und ein geringes Gewicht, sind völlig autonom und erfordern nicht unbedingt das Vorhandensein einer zentralen Warmwasser- oder Dampfversorgung.
Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass die geringe Leistung nicht ausreicht, um sie großflächig einzusetzen. Der zweite Nachteil ist der hohe Stromverbrauch.
Um herauszufinden, wie viel Strom die Heizung verbraucht, können Sie die Formel verwenden:
I=P/U,
Wo P - Leistung, U - Versorgungsspannung.
Bei einem einphasigen Anschluss des Heizgeräts wird U gleich 220 V angenommen. Bei einem dreiphasigen Anschluss - 660 V.
Die Temperatur, auf die ein Heizgerät einer bestimmten Leistung die Luftmasse erwärmt, wird durch die Formel bestimmt:
T =2,98 x P/L,
Wo L - System Geschwindigkeit. Die optimalen Heizleistungswerte für ein Zuhause liegen zwischen 1 und 5 kW und für Büros zwischen 5 und 50 kW.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Welche Luftdichte bei der Berechnung zu berücksichtigen ist, wird in diesem Video beschrieben:
Video zur Funktionsweise einer Heizung in einem Heizsystem:
Bei der Auswahl eines bestimmten Heizungstyps sollten Sie von Überlegungen zur Machbarkeit und den Betriebseigenschaften des Hauses ausgehen.
Für kleine Flächen wäre eine Elektroheizung eine gute Anschaffung, für die Beheizung eines großen Hauses ist es jedoch besser, eine andere Option zu wählen. Auf eine Vorkalkulation kommt man auf jeden Fall nicht herum..
Sind Sie mit der Auswahl und Berechnung einer Heizung bestens vertraut? Vielleicht möchten Sie nützliche Empfehlungen zur Auswahl eines Lufterhitzers geben oder auf einen Fehler oder eine Ungenauigkeit in den Berechnungen im oben besprochenen Material hinweisen? Hinterlassen Sie Ihren Kommentar unter diesem Artikel – Ihre Meinung kann für Menschen nützlich sein, die die richtige Heizung für ihr Zuhause auswählen.
Es hängt alles von den Zielen ab. Ich würde den Einsatz von Elektroheizungen für Räume empfehlen, die nicht für den dauerhaften Aufenthalt bestimmt sind und eine kurze, aber schnelle Erwärmung erfordern. Übrigens ist es wichtig, nicht nur die richtigen Berechnungen durchzuführen und die Heizung selbst auszuwählen, sondern auch die Wärmeverluste zu berücksichtigen, die durch unsachgemäße Konstruktion oder die Verwendung billiger Wärmedämmstoffe entstehen.
Die Wahl des Heizsystemtyps, Igor, wird von der Energieinfrastruktur rund um die Anlage bestimmt. Wenn Sie beispielsweise ein eigenes Heizhaus in der Nähe eines Gebäudes haben, wird die Elektroheizung zu einem unrentablen Projekt.
Der Heizmodus wird durch zulässige Temperaturschwankungen bestimmt. Beispielsweise wird ein Weinkeller, der minimale Temperaturschwankungen erfordert, normalerweise mit Präzisions-Split-Systemen „beheizt“. Ihr „Kurzfristig, aber schnell“ führt dazu, dass der Wein verdirbt.
Der Artikel Igor beschreibt einen Algorithmus zur Auswahl eines Heizgeräts basierend auf mehreren Parametern der Zuluft.Die Bilanzierung von Wärmeverlusten ist eine „Geschichte“. Berechnung der Heizungsanlage.