Водяной тепловентилятор: принцип работы, подбор, схема подключения

Водяной тепловентилятор берёт тепло у горячей воды из водяной системы и раздаёт его по помещению воздушным потоком. Такое оборудование ставят на больших складах, в цехах, ангарах и автосервисах, где высокий потолок, частые заезды машин и радиаторы не успевают вернуть температуру после каждой машины. В этой статье разбираем принцип работы водяного тепловентилятора, где он уместен и где нет, как сделать выбор устройства по мощности, расходу воздуха и температуре теплоносителя и как собрать схему подключения, чтобы теплообменник не разморозило даже при аварии.

Как устроен водяной тепловентилятор

Конструкции промышленных тепловентиляторов разных производителей похожи: в корпусе собраны четыре узла, и у каждого своя задача.

• Водяной теплообменник. Теплообменник имеет медные трубки и алюминиевые ламели: по трубкам идёт горячая вода, ламели забирают тепловую энергию и отдают воздуху. Чем больше рядов трубок, тем больше площадь нагрева и тем выше эффективность тепловентилятора на умеренно тёплой воде. В линейке оборудования Volcano, с которой мы работаем, у младших устройств один или два ряда, у старшей модели четыре.
• Вентилятор с двигателем. Осевой вентилятор затягивает воздух помещения с тыльной стороны корпуса и прогоняет через теплообменник. Двигатель питается от сети 230 В, блок управления меняет скорость в работе: у двигателей типа AC три ступени, у двигателей типа EC скорость меняется плавно через регулятор.
• Корпус и жалюзи. Корпус защищает теплообменник и вентилятор и позволяет повесить прибор под потолком, на его лицевой панели стоят направляющие жалюзи. Ими воздушный поток поворачивают в четырёх направлениях: вниз к полу помещения, вдоль прохода или к погрузочной зоне.
• Кронштейн. По типу монтажа модели бывают настенные и потолочные. Настенные вешают за корпус на консоль на стене или балке, потолочные ставят горизонтально под перекрытием. Напольные агрегаты в промышленных цехах используются редко: полезные метры пола нужнее под технику.

Собственного теплового источника у водяного тепловентилятора нет: по сути это устройство представляет собой теплообменник с вентилятором в одном корпусе. Топливо для работы ему не нужно, дымоход тоже, электрической энергии тратит немного, она идёт только на двигатель. Источником тепла служит котёл или тепловая сеть. Этим водяной тепловентилятор и отличается от электрических обогревателей, бытовых кондиционеров и климатической техники с электронагревом, которая сама создаёт тепловую энергию из электричества.

Узлы работают в связке. Горячая вода движется по трубкам теплообменника, алюминиевые ламели передают тепло воздуху, осевой вентилятор прогоняет воздух помещения через теплообменник, а жалюзи направляют нагретый поток в рабочую зону. Так водяной тепловентилятор передаёт тепло от воды воздуху помещения.

Принцип работы водяного тепловентилятора

1. Вода нагревается в теплогенераторе, циркуляционный насос подаёт её по трубопроводу к тепловентилятору.
2. Горячая вода проходит по трубкам водяного теплообменника и прогревает ламели.
3. Вентилятор затягивает холодный воздух из помещения и продувает его через нагретый теплообменник.
4. Нагретый воздух выходит через жалюзи на корпусе, воздушный поток опускается к полу и даёт равномерное распределение тёплого воздуха по объёму помещения.
5. Остывшая вода уходит по обратной линии водяного контура назад на догрев.
6. При достижении заданной температуры термостат снижает скорость или останавливает вентилятор, а клапан с приводом перекрывает воду.

Принцип работы объясняет главное свойство этого отопительного оборудования: тепловая мощность водяного тепловентилятора не постоянна. Мощность меняется в зависимости от разницы температур воды и воздуха и от того, какой объём вентилятор прогоняет через теплообменник. Чем горячее теплоноситель и холоднее воздух на входе, тем больше тепловой поток от того же устройства. Цифра в каталоге означает максимум при горячей воде и морозном воздухе, а не мощность в вашем помещении.

Ниже данные производителя для модели VR3 при расходе 5 700 м³/ч и температуре на входе +15 °C.

При переходе с режима 90/70 на 70/50 тепловентилятор теряет треть мощности, 40 кВт вместо 60,4 кВт, а на 50/30 отдаёт меньше трети исходной. Поэтому информация о реальной температуре воды в системе нужна нам до выбора модели тепловентилятора, а не после монтажа.

Где водяной тепловентилятор уместен, а где нет

Преимущества системы воздушного отопления водяными тепловентиляторами видны там, где нужен быстрый прогрев помещения в большом объёме. Типовые коммерческие и промышленные объекты:

• склады и логистические терминалы, где грузовые двери открывают всю смену;
• производственные цеха и ангары для техники с высокими пролётами, где радиаторы у стен не прогревают середину помещения;
• автосервисы и автомойки, где после въезда машины нужен быстрый возврат температуры и просушка конденсата;
• торговые залы и спортивные центры, где стены и пол должны оставаться свободными.

Плохой выбор такое оборудование для жилых комнат и кабинетов с низким потолком: поток и уровень шума мешают людям в помещении. В помещениях большой высоты, с кровлей выше 8 м, тёплый слой собирается наверху, поэтому мы используем тепловентиляторы вместе с инфракрасными панелями над рабочими местами. Условия использования с агрессивной средой, например с высокой концентрацией аммиака, производитель запрещает: она разъедает материалы теплообменника, медь и алюминий. Преимущества и ограничения трёх типов обогрева видны в таблице.

На большом объекте варианты часто совмещают: тепловентиляторы держат общий объём, радиаторы греют бытовки и офисную часть от той же системы, а на самых проблемных проёмах мы ставим тепловые завесы. Зонирование под конкретный пролёт мы разобрали в статье «Как отопить склад». Готовые решения по типам объектов собраны на страницах для складских помещений и для ангаров.

Как подобрать водяной тепловентилятор

Подбор оборудования для промышленных помещений идёт в несколько шагов, и порядок работы здесь важен: выбор модели делают последним.

Принцип подбора: тепловая мощность по потерям здания

Сначала считаем теплопотери помещения: сколько уходит через стены, кровлю, пол и окна при расчётной зимней температуре и сколько уносит наружный воздух при вентиляции и разгрузке. Прикидки по площади дают большую погрешность, для точных цифр нужен теплотехнический расчёт. Сумма потерь даёт необходимую тепловую мощность в кВт, которую должны отдать все тепловентиляторы вместе. Эту мощность делят на несколько устройств: один мощный агрегат не обеспечивает равномерного теплового потока по длинному пролёту.

Производительность тепловентилятора по воздуху

Вторая величина: какой объём воздуха нужно прогнать, чтобы донести тепло. Свод правил СП 60.13330 даёт для воздушного отопления формулу: расход в м³/ч равен тепловому потоку в ваттах, умноженному на 3,6 и делённому на объёмную теплоёмкость воздуха 1,2 кДж/(м³·°C) и на разницу температур подаваемого воздуха и рабочей зоны помещения. Например, чтобы отдать 40 кВт при нагреве на 30 °C, нужно около 4 000 м³/ч. Чем меньше перепад, тем больше нужен расход и тем мягче воздушный поток. Температуру на выходе из устройства тот же документ ограничивает 70 °C.

Дальность струи и высота монтажа

Тёплый воздух легче холодного и стремится под кровлю. Чтобы тепловой поток дошёл до пола, воздушная струя должна доставать до рабочей зоны с запасом. Производитель указывает в технических характеристиках каждой модели дальность струи и рекомендует высоту установки. Для средних моделей линейки при монтаже на стене оптимальная высота 2,5–8 м, расстояние между тепловентиляторами 6–12 м, зазор между корпусом и стеной или потолком не меньше 0,4 м.

Чтобы тепловентилятор работал эффективно, его нужно установить так, чтобы воздушная струя не била в стены, стеллажи, балки и краны: нагретый поток разбивается, и тепло остаётся наверху. В больших цехах жалюзи разворачивают вниз.

Температура теплоносителя

Для производственных зданий СП 60.13330 ограничивает температуру теплоносителя 115 °C. Водяной теплообменник Volcano в рабочих условиях рассчитан на воду до 130 °C и давление 1,6 МПа, старшая модель имеет предел 100 °C. Важная оговорка из паспорта: такие значения допустимы только при работе вентилятора. Когда вентилятор стоит, вода в теплообменнике не должна быть горячее 90 °C, поэтому на подаче ставят клапан, который перекрывает поток вместе с остановкой вентилятора.

Характеристики моделей линейки

Цены, наличие и характеристики оборудования для выбора смотрите в каталоге водяных тепловентиляторов.

Схема подключения водяного тепловентилятора

По принципу подключения водяной тепловентилятор похож на радиатор: две трубы, подающая и обратная. Патрубки теплообменника у этой линейки ¾ дюйма с наружной резьбой, они выведены на заднюю панель корпуса. К патрубкам устройства подходят гибкие подводки или жёсткий трубопровод: тепловентилятор подключается через них к ветке. Чтобы соединения оставались надёжными, трубы не должны нагружать патрубки. Ничего сложного в обвязке нет, но каждый элемент в ней имеет свою задачу:

1. шаровые краны на подаче и обратке, чтобы отключить и снять оборудование без слива всей системы;
2. фильтр на подаче для защиты теплообменника: производитель требует фильтры в гидравлике, а трубопровод перед подключением необходимо промыть;
3. клапан с электроприводом, который открывает воду по команде термостата и перекрывает её при остановке вентилятора;
4. балансировочный клапан на обратке: его используют, чтобы каждое устройство в группе получало свой расход воды;
5. воздухоотводчик в верхней точке, иначе пробка в теплообменнике снижает теплоотдачу.

Монтажные работы ведём по проекту и правилам техники безопасности, а после установки нужно проверить герметичность соединений и работу клапана.

Узел регулирования и смешения

Когда на одной ветке в работе группа тепловентиляторов, температуру воды держит узел регулирования у теплогенератора: насос, трёхходовой клапан и контроллер управления. Узел обеспечивает подмес остывшей воды из обратки в подачу и выдаёт в систему столько тепловой мощности, сколько нужно по погоде. Твердотопливный или пеллетный котёл такой узел защищает ещё и от холодной обратки и перегрева. В наших проектах для этого используем гидравлический смесительный узел Pelletor, его подбирают к конкретной модели оборудования.

Защита от замерзания

Самая дорогая ошибка обвязки: разморозка теплообменника, когда подача горячей воды остановилась, а тепловентилятор висит у открытого въезда. СП 60.13330 требует для водяных воздухонагревателей одно из двух решений: насос подмеса обратной воды или скорость воды в трубках не ниже 0,12 м/с при расчётной зимней температуре и при 0 °C, а запас поверхности нагрева не больше 10% сверх расчёта. На практике мы закладываем:

• датчик температуры воды на обратке, который при угрозе замерзания полностью открывает клапан и останавливает вентилятор;
• дежурный режим работы в зимнее время года: в нерабочее время производственное помещение по СП 60.13330 держат не ниже +5 °C, тепловентиляторы при этом работают на малой скорости;
• для защиты от замерзания на ту часть года, когда помещение пустует, используем незамерзающий теплоноситель: производитель допускает гликоль в концентрации до 50%, но он отдаёт тепло хуже воды, и это учитываем при подборе мощности;
• блокировку с воротами по логике тепловой завесы: оборудование у въезда включается, когда заезжает техника, а после закрытия расход воды снижают до минимального, но не перекрывают совсем.

Автоматика и система управления

Для работы хватает минимального набора функций управления промышленным оборудованием: комнатный термостат и переключатель скорости. В помещениях с людьми тепловентиляторы держат на средней скорости: на третьей растёт шум. Для двигателей типа EC производитель выпускает контроллер с плавной регулировкой и недельным программированием термостата: днём рабочая температура, ночью и в выходные дежурная. Такая система управления позволяет поддерживать ровную температуру и держит тепловой режим экономичным, без ручных переключений в эксплуатации.

Типовые ошибки при подборе и подключении

1. Подбор по площади. Без расчёта потерь оборудование берут на глаз, и в мороз зона разгрузки помещения не прогревается.
2. Мощность взята для режима 90/70. Система реально получает воду холоднее, и тепловентиляторы отдают на треть меньше.
3. Нет клапана на подаче. При остановке вентилятора в теплообменник идёт вода горячее 90 °C, что запрещает паспорт.
4. Нет фильтра и воздухоотводчика. Теплообменник оборудования забивается и завоздушивается, мощность падает.

Как мы подбираем и подключаем водяные тепловентиляторы

Мы проектируем и монтируем системы воздушного отопления промышленных помещений на пеллетных котлах Pelletor и водяных тепловентиляторах Volcano в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Выезд специалиста бесплатный, дальше теплотехнический расчёт, проект с расстановкой оборудования по пролётам, поставка, монтаж и пусконаладка с настройкой автоматики, все работы по проекту.

• Склад 1 500 м² в Шушарах: котёл на 150 кВт и четыре водяных тепловентилятора VR3 на одной системе.
• Производство 1 500 м² на двух этажах, Байконурская улица: котёл на 150 кВт и восемь водяных тепловентиляторов.

Если теплогенератора на объекте ещё нет, потребуется расчёт: начните с расчёта котельной, по площади, высоте и режиму работы мы посчитаем мощность и число тепловентиляторов одной сметой. Как устроен сам теплогенератор и как работает обогрев на гранулах, мы описали в статьях «Котельная: что это и как устроена» и «Отопление пеллетами».