Berechnung des Lufterhitzers: Wie berechnen Sie die Leistung des Geräts zur Lufterwärmung für die Heizung?

Lufterhitzer haben eine hohe Leistungsfähigkeit, daher können mit ihrer Hilfe auch sehr große Räume in relativ kurzer Zeit beheizt werden. Es sind viele Modelle dieser Geräte im Handel erhältlich, die mit verschiedenen Wärmeträgern arbeiten.

Um die optimale Variante auszuwählen, ist eine Berechnung des Lufterhitzers erforderlich, die sowohl manuell als auch mit einem Online-Rechner durchgeführt werden kann. Wir helfen Ihnen, die Berechnungen zu verstehen – in diesem Artikel geben wir ein Beispiel für Berechnungen, die Sie bei der Auswahl des geeigneten Geräts zur Lufterwärmung benötigen.

Außerdem betrachten wir die konstruktiven Besonderheiten verschiedener Arten von Lufterhitzern sowie die Vor- und Nachteile von Heizsystemen mit solchen Geräten.

Vor- und Nachteile der Heizung mit Lufterhitzern

Ein Heizsystem, das auf der direkten Zuführung von auf die eingestellte Temperatur erwärmter Luft ins Haus basiert, ist für Eigenheimbesitzer von besonderem Interesse.

Eine solche Konstruktion der Heizanlage besteht aus folgenden wichtigen Komponenten:

• dem Lufterhitzer, der als Wärmeerzeuger fungiert und die Luft erwärmt;
• Kanälen (Luftleitungen), durch die die erwärmten Luftmassen ins Haus gelangen;
• einem Ventilator, der die gut erwärmte Luft im gesamten Raum verteilt.

Die Vorteile eines solchen Systems sind zahlreich. Dazu gehören der hohe Wirkungsgrad, das Fehlen von Hilfselementen für den Wärmeaustausch wie Heizkörper oder Rohre, die Möglichkeit, es mit der Klimatechnik zu kombinieren, und die geringe Trägheit, wodurch große Volumen sehr schnell aufgeheizt werden können.

Ein Nachteil für viele Hausbesitzer ist, dass die Montage des Systems nur gleichzeitig mit dem Bau des Hauses selbst möglich ist und eine spätere Modernisierung nicht durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung und der Bedarf an regelmäßiger Wartung.

Ein Lufterhitzer ist einfach zu montieren und zu bedienen, preiswert, aber vor allem ist er ein effektives Gerät zur Beheizung von Räumen. Das Bild zeigt einen in das System integrierten Wasser-Lufterhitzer.

Auf unserer Website finden Sie ausführlicheres Material zur Luftheizung in Häusern und Ferienhäusern. Wir empfehlen Ihnen, sich damit vertraut zu machen:

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Klassifizierung von Lufterhitzern

Lufterhitzer werden in die Heizungsanlage integriert, um die Luft zu erwärmen. Je nach Art des verwendeten Wärmeträgers gibt es folgende Gruppen: wasserbetriebene, elektrische, dampfbetriebene und feuerbetriebene.

Elektrische Geräte sollten für Räume mit einer Fläche von nicht mehr als 100 m² verwendet werden. Für Gebäude mit größeren Flächen sind wasserbetriebene Lufterhitzer die sinnvollere Wahl, die jedoch nur bei vorhandener Wärmequelle funktionieren.

Am beliebtesten sind Dampf- und Wasser-Lufterhitzer. Beide werden je nach Oberflächenform in zwei Unterarten unterteilt: Rippen- und Glattrohr-Lufterhitzer. Rippen-Lufterhitzer können je nach Rippengeometrie platten- oder spiralwickelförmig sein.

Die Leistung von Lufterhitzern, die mit Dampf als Wärmeträger arbeiten, wird mit speziellen Ventilen geregelt, die am Einlassrohr installiert sind.

Konstruktionsbedingt können diese Geräte ein- oder mehrgängig sein. Bei eingängigen Geräten strömt das Wärmemittel in einer konstanten Richtung durch die Rohre; bei mehrgängigen Geräten befinden sich in den Deckeln Trennwände, sodass die Fließrichtung des Wärmemittels ständig wechselt.

Es sind vier Modelle von Wasser- und Dampf-Lufterhitzern erhältlich, die sich durch die Heizoberfläche unterscheiden:

• SM — die kleinste mit einer Rohrreihe;
• M — klein mit zwei Rohrreihen;
• C — mittel mit drei Rohrreihen;
• B — groß mit vier Rohrreihen.

Wasser-Lufterhitzer halten im Betrieb große Temperaturschwankungen von 70-110 °C aus. Für einen guten Betrieb dieses Lufterhitzer-Typs muss das im System zirkulierende Wasser auf maximal 180 °C erhitzt sein. In der warmen Jahreszeit kann der Lufterhitzer die Funktion eines Ventilators übernehmen.

Bauweise verschiedener Arten von Lufterhitzern

Ein Wasser-Lufterhitzer für die Heizung besteht aus einem Gehäuse aus Metall, einem darin befindlichen Wärmetauscher in Form einer Reihe von Rohren und einem Ventilator. Am Ende des Geräts befinden sich Einlassstutzen, über die es an den Kessel oder die zentrale Heizungsanlage angeschlossen wird.

In der Regel befindet sich der Ventilator im hinteren Teil des Geräts. Seine Aufgabe ist es, die Luft durch den Wärmetauscher zu leiten.

Nach dem Erwärmen gelangt die Luft durch das Gitter an der Vorderseite des Lufterhitzers zurück in den Raum.

Meistens wird das Gehäuse in rechteckiger Form hergestellt, es gibt jedoch Modelle für runde Lüftungskanäle. An der Zuleitung werden Zwei- oder Dreiwegeventile zur Leistungsregelung des Geräts installiert.

Der Umluftventilator umströmt die im Gehäuse des Lufterhitzers angeordneten Rohre. Durch die Rohre fließt erwärmtes Wasser aus der Heizungsanlage, und der Ventilator verteilt die warme Luft gleichmäßig im Raum.

Lufterhitzer unterscheiden sich auch in der Montageart – es gibt Decken- und Wandmodelle. Modelle des ersten Typs werden hinter einer abgehängten Decke installiert, nur das Gitter ragt hervor. Wandgeräte sind beliebter.

Typ #1 – Glattrohr-Lufterhitzer

Die Glattrohrkonstruktion besteht aus Heizelementen in Form von hohlen dünnen Rohren mit einem Durchmesser von 20 bis 32 mm, die im Abstand von 0,5 cm zueinander angeordnet sind. Durch sie zirkuliert das Wärmeträgermedium. Die Luft umströmt die erhitzten Rohroberflächen und erwärmt sich durch konvektiven Wärmeaustausch.

Die Rohre im Lufterhitzer sind in versetzter oder paralleler Anordnung angeordnet. Ihre Enden sind in die Verteiler – oberer und unterer – eingeschweißt. Das Wärmeträgermedium gelangt über den Einlassstutzen in den Verteilerkasten, strömt durch die Rohre und erwärmt sie, und tritt dann durch den Auslassstutzen als Kondensat oder gekühltes Wasser aus.

Eine stabilere Wärmeübertragung bieten Geräte mit versetzter Rohranordnung, jedoch ist der Luftwiderstand hier höher. Es ist unbedingt eine Leistungsberechnung des Geräts durchzuführen, um die tatsächlichen Fähigkeiten zu kennen.

An die Luft werden bestimmte Anforderungen gestellt – sie darf keine Fasern, Schwebstoffe oder klebrigen Substanzen enthalten. Die zulässige Staubbelastung beträgt weniger als 0,5 mg/m³. Die Eingangstemperatur beträgt mindestens 20 °C.

Einschalt- und 3-fach Heizregister. 1 – Eingangsstutzen, durch den das Wärmemedium eintritt, 2 – Verteilerkasten, 3 – Rohr, 4 – Ausgangsstutzen, 5 – Trennwand

Die wärmetechnischen Eigenschaften von Glattrohrheizregistern sind nicht sehr hoch. Ihr Einsatz ist sinnvoll, wenn kein großer Luftdurchsatz und keine hohe Erwärmung erforderlich sind.

Typ #2 – Rippenlufterhitzer

Die Rohre von Rippengeräten haben eine berippte Oberfläche, daher ist die Wärmeabgabe größer. Bei geringerer Rohranzahl sind ihre wärmetechnischen Eigenschaften besser als bei Glattrohrlufterhitzern.

Plattenheizregister bestehen aus Rohren mit aufgesetzten Platten – rechteckigen oder runden.

Die erste Plattenart wird auf eine Gruppe von Rohren aufgesetzt. Das Wärmemedium gelangt über einen Stutzen in den Verteilerkasten des Geräts, erwärmt die Luft, die mit hoher Geschwindigkeit durch Kanäle mit kleinem Durchmesser strömt, und verlässt dann über einen Stutzen den Sammelkasten.

Heizregister dieser Bauart sind kompakt, wartungsfreundlich und einfach zu montieren.

Einschaltige Plattenheizregister werden bezeichnet als: KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP, und mehrschaltige als: KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Das mittlere Modell hat die Bezeichnung KFS, das große KFB.

Auf die Rohre dieser Heizregister wird ein Stahlwellband mit einer Breite von 1 cm und einer Dicke von 0,4 mm gewickelt. Als Wärmemedium kann sowohl Dampf als auch Wasser dienen.

Wasserheizregister dürfen nicht mit Metall-Kunststoff- oder Polymerrohren angeschlossen werden, da diese nicht für hohe Temperaturen des Wärmemediums ausgelegt sind. Es sind Stahlrohre erforderlich, vorzugsweise verzinkte, um Korrosion zu vermeiden.

Das erste ist mit drei Rohrreihen ausgestattet, das zweite mit vier. Die Plättchen des mittleren Modells haben eine Dicke von 0,5 mm und Abmessungen von 11,7 x 13,6 cm. Die Platten des großen Modells haben die gleiche Dicke und Breite, unterscheiden sich aber durch eine größere Länge von 17,5 cm.

Die Platten sind im Abstand von 0,5 cm zueinander angeordnet und haben eine zickzackförmige Anordnung, während bei den Modellen des mittleren Typs die Platten nach dem Korridorprinzip angeordnet sind.

Lufterhitzer mit der Kennzeichnung STD haben 5 Nummern (5, 7, 8, 9, 14). Bei den Heizregistern STD4009V ist das Wärmemedium Dampf, bei STD3010G Wasser. Die Montage der ersteren erfolgt mit vertikaler Rohrausrichtung, der letzteren mit horizontaler.

Typ #3 – Bimetall-Lufterhitzer mit Rippen

In Heizungsanlagen mit Lufterwärmung werden häufig Modelle von Bimetall-Heizregistern KP3-SK, KP4-SK, KSk-3 und KSk-4 mit einer besonderen Rippenart – spiralgewalzt – eingesetzt. Das Wärmemedium für die Heizregister KP3-SK und KP4-SK ist heißes Wasser mit einem maximalen Druck von 1,2 MPa und einer maximalen Temperatur von 180°.

Für den Betrieb der beiden anderen Lufterhitzer ist Dampf mit dem gleichen Betriebsdruck wie bei den ersten erforderlich, jedoch mit einer etwas höheren Temperatur von 190°. Die Hersteller führen unbedingt Abnahmeprüfungen durch. Die Geräte werden auch auf Dichtheit getestet.

Der Wärmetauscher des Heizregisters KSK besteht aus Stahlrohren mit Aluminiumrippen. Sie sind durch Rohrböden miteinander verbunden.

Es gibt zwei Serien von bimetallischen Heizregistern: KSK3 und KPZ mit 3 Rohrreihen gehören zu den mittleren, während KSK4 und KP4 mit 4 Rohrreihen zu den großen Modellen zählen. Die Bestandteile dieser Geräte sind bimetallische Wärmetauscherelemente, Seitenbleche, Rohrgitter und Deckel mit Trennwänden.

Das Wärmetauscherelement besteht aus zwei Rohren: einem inneren Stahlrohr mit einem Durchmesser von 1,6 cm und einem darauf aufgesetzten äußeren Aluminiumrohr mit Rippen. Der Querabstand zwischen den Wärmeübertragungsrohren beträgt 4,15 cm und der Längsabstand 3,6 cm.

Regeln für die Berechnung und Auswahl des geeigneten Aggregats

Bei der Planung einer Heizungsanlage mit einem oder mehreren Heizregistern sowie bei der Durchführung von Berechnungen sind bestimmte Regeln zu beachten. Wir betrachten sie im Folgenden genauer in einer Fotogalerie.

Berechnung des Wasserlufterhitzers

Für die Berechnung der Leistung eines Wasser- oder Dampfheizregisters sind folgende Ausgangsparameter erforderlich:

1. Die Systemleistung, also die Luftmenge, die pro Stunde transportiert wird. Maßeinheit für den Volumenstrom: m³/h, für den Massenstrom: kg/h. Kennzeichnung: L.
2. Ausgangs- oder Außentemperatur — t_außen
3. Endtemperatur der Luft — t_Ende
4. Dichte und Wärmekapazität der Luft bei einer bestimmten Temperatur — die Daten werden aus Tabellen entnommen.

Zuerst wird die Stirnfläche des Lufterhitzers berechnet. Wenn dieser Wert bekannt ist, erhält man die vorläufigen Abmessungen des Geräts mit Reserve.

Für die Berechnung wird die folgende Formel verwendet:

A_f = Lρ / 3600 (ϑρ),

Wobei L der Volumenstrom der Luft oder die Leistung in m³/h ist, ρ die Dichte der Außenluft in kg/m³, ϑρ die Massengeschwindigkeit der Luft im berechneten Querschnitt, gemessen in kg/(cm²).

Nachdem Sie diesen Parameter erhalten haben, verwenden Sie für die weiteren Berechnungen die typische Größe des Heizregisters, die den Abmessungen am nächsten kommt. Bei einem großen endgültigen Flächenwert installieren Sie parallel mehrere gleiche Geräte, deren Fläche in der Summe dem erhaltenen Wert entspricht.

Mit dem Begriff ‚Heizregister‘ werden nicht nur Geräte für den Wärmeaustausch bezeichnet, sondern auch Luftkühler, die auf der Basis von kaltem Wasser arbeiten und wesentlich weniger verbreitet sind.

Um die erforderliche Leistung zum Erhitzen eines bestimmten Luftvolumens zu ermitteln, müssen Sie den gesamten Massenstrom der erhitzten Luft in kg pro Stunde mit der folgenden Formel berechnen:

G = L × ρ,

Wobei ρ die Dichte der Luft unter den Bedingungen der mittleren Temperatur ist. Sie ermitteln sie, indem Sie die Temperaturen am Ein- und Auslass des Geräts addieren und dann durch 2 teilen. Die Dichtewerte entnehmen Sie der Tabelle.

Aus dieser Tabelle können Sie die Daten zur Dichte und spezifischen Wärmekapazität von Luft bei einer bestimmten Temperatur entnehmen, um die Leistung des Geräts zu berechnen.

Jetzt können Sie den Wärmeverbrauch zum Erwärmen der Luft berechnen. Verwenden Sie dazu die folgende Formel:

Q (W) = G × c × (t Ende – t Anfang),

Wobei G – der Massenstrom der Luft in kg/h ist. Bei der Berechnung wird auch die spezifische Wärmekapazität der Luft berücksichtigt, die in J/(kg×K) gemessen wird. Sie hängt von der Temperatur der eintretenden Luft ab, und ihre Werte sind in der Tabelle oben angegeben. Die Temperatur am Eintritt in das Gerät und am Austritt wird mit t Anfang und t Ende bezeichnet.

Angenommen, Sie müssen ein Heizregister mit einer Leistung von 10 000 m³/h auswählen, das die Luft auf 20° erwärmt, bei einer Außentemperatur von -30°. Das Wärmeträgermedium ist Wasser mit einer Temperatur von 95° am Eintritt in das Gerät und 50° am Austritt.

Massenstrom der Luft: G = 10 000 m³/h × 1,318 kg/m³ = 13 180 kg/h.

Dichtewert: ρ = (-30 + 20) = -10, bei Halbierung dieses Ergebnisses ergibt sich -5. Aus der Tabelle wurde die der mittleren Temperatur entsprechende Dichte ausgewählt.

Setzt man das erhaltene Ergebnis in die Formel ein, erhält man den Wärmeverbrauch: Q = 13 180 / 3600 × 1013 × 20 – (-30) = 185 435 W. Hier ist 1013 die spezifische Wärmekapazität, die bei einer Temperatur von –30° aus der Tabelle entnommen wurde, in J/(kg×K). Zur berechneten Leistung des Heizregisters werden 10 bis 15 % Reserve hinzugefügt.

Der Grund dafür ist, dass die Tabellenparameter häufig von den realen Werten nach unten abweichen und die thermische Leistung des Geräts aufgrund von Verschmutzung der Rohre im Laufe der Zeit abnimmt. Ein Überschreiten der Reserve ist unerwünscht.

Bei einer deutlichen Vergrößerung der Heizfläche kann es zu Unterkühlung und sogar zum Einfrieren bei starkem Frost kommen.

Bei einem Dampfheizgerät wird das Heizmedium von oben zugeführt und das Wasser, das durch Kondensation des Abdampfes entsteht, wird von unten abgeführt. Das Foto zeigt das Anschlussschema eines Dampfheizgerätes.

Die Leistung von Dampfheizgeräten wird auf die gleiche Weise berechnet wie bei Wasserheizgeräten. Nur die Formel zur Berechnung des Heizmediums unterscheidet sich:

G = Q / r,

Wobei r die spezifische Wärme ist, die während der Kondensation von Dampf freigesetzt wird, gemessen in kJ/kg.

Berechnung des elektrischen Lufterhitzers

Hersteller geben in Katalogen für elektrische Heizgeräte oft die installierte Leistung und den Luftdurchsatz an, was die Auswahl erheblich vereinfacht. Wichtig ist, dass die Parameter nicht geringer sind als die im Datenblatt angegebenen, da das Gerät sonst schnell ausfällt.

Die Konstruktion des Heizgerätes umfasst mehrere spezielle elektrische Heizelemente, deren Oberfläche durch aufgepresste Rippen vergrößert wurde.

Die Leistung der Geräte kann sehr hoch sein, manchmal mehrere hundert Kilowatt. Bis 3,5 kW kann das Heizgerät an einer 220-V-Steckdose betrieben werden; bei höherer Spannung ist ein separater Anschluss direkt zum Verteilerkasten erforderlich. Wenn ein Heizgerät mit einer Leistung über 7 kW verwendet werden muss, ist eine 380-V-Versorgung erforderlich.

Diese Geräte haben eine kompakte Größe und ein geringes Gewicht, sie sind völlig autark und benötigen keine zentrale Warmwasserversorgung oder Dampf.

Ein wesentlicher Nachteil ist die geringe Leistung, die für den Einsatz in großen Räumen nicht ausreicht. Der zweite Nachteil ist der hohe Stromverbrauch.

Aus der Berechnung des Heizgerätes ergibt sich, dass die Nutzung des Geräts zu einer spürbaren Einsparung von Energieressourcen führt. Manchmal wird dieses Gerät mit einem Wärmerückgewinnungssystem kombiniert, und dann wird die Luft nicht von außen, sondern aus dem Raum angesaugt.

Um den Stromverbrauch des Heizgerätes zu ermitteln, kann die folgende Formel verwendet werden:

I = P /U,

Wobei P die Leistung und U die Versorgungsspannung ist.

Bei einphasigem Anschluss des Heizgerätes wird U mit 220 V angenommen. Bei dreiphasigem Anschluss mit 660 V.

Die Temperatur, auf die ein Heizgerät einer bestimmten Leistung die Luftmasse erwärmt, wird nach folgender Formel bestimmt:

T =2.98 x P/ L,

Wobei L  – die Systemleistung ist. Die optimalen Leistungswerte des Heizgerätes liegen für ein Haus zwischen 1 und 5 kW und für Büros zwischen 5 und 50 kW.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Welche Luftdichte bei der Berechnung verwendet werden soll, wird in diesem Video erklärt:

Video darüber, wie ein Heizgerät in der Heizungsanlage funktioniert:

Bei der Auswahl einer bestimmten Heizgerätart sollte man von Überlegungen zur Zweckmäßigkeit und den Betriebseigenschaften des Hauses ausgehen.

Für kleine Flächen ist ein elektrisches Heizgerät eine gute Anschaffung, während für die Beheizung eines großen Hauses besser eine andere Option gewählt werden sollte. In jedem Fall kommt man nicht ohne eine vorherige Berechnung aus.

Sind Sie mit der Auswahl und Berechnung eines Lufterhitzers gut vertraut? Vielleicht möchten Sie nützliche Empfehlungen zur Auswahl eines Heizgeräts teilen oder auf einen Fehler oder eine Ungenauigkeit in den Berechnungen des oben besprochenen Materials hinweisen? Hinterlassen Sie Ihren Kommentar unter diesem Artikel – Ihre Meinung könnte für Menschen hilfreich sein, die einen geeigneten Lufterhitzer für ihr Zuhause auswählen.