Как рассчитать теплоотдачу стальной трубы и для чего это делается

P. S. (01.11.2020)

Дополнение по естественной конвекции у вертикальной поверхности:

Если построить графики по вышеприведенным формулам Черчилля и Чу для числа Нуссельта при естественной конвекции у вертикальной изотермической поверхности (схемы 2а и 2б), то можно увидеть, что при Ra=109 кривые не совпадают!

По этому поводу авторы формул Черчилль и Чу дают примерно следующее пояснение: «уравнение, основанное на исследованиях Черчилля и Усаги Nu=(0,825+0,387*Ra1/6/(1+(0,492/Pr)9/16)8/27)2 дает хорошие результаты для средней теплопередачи при свободной конвекции у изотермической вертикальной пластины во всем диапазоне значений Ra и Pr от до ∞, даже если оно не работает для обозначения дискретного перехода от ламинарного к турбулентному потоку». Линхарды в отмечают, что рассматриваемое уравнение чуть менее точно для ламинарных условий при Ra<109 и рекомендуют в этом диапазоне использовать первое уравнение тех же авторов Nu=0,68+0,67*Ra¼/(1+(0,492/Pr)9/16)4/9. Хотя, судя по графикам, в диапазоне Ra<107 для воздуха обе функции чрезвычайно близки друг к другу.

Еще один нюанс, который встретился только у Линхардов в : «свойства флюида следует оценивать при t=(t_в+t_п)/2 за одним исключением, если флюид – газ, то коэффициент объемного расширения β следует определять при t=t_в». Но сами авторы зависимостей Черчилль и Чу о таком условии ничего не пишут. По этому поводу в их статье , говорится, что «для больших температурных перепадов, когда физические свойства существенно различаются, Ид рекомендует оценивать физические свойства как средние значения температуры поверхности и объема, а Уайли дает более подробные теоретические указания для режима ламинарного пограничного слоя».

Максимальная относительная ошибка для Nu=(0,825+0,387*Ra1/6/(1+(0,492/Pr)9/16)8/27)2, если β=1/t_в вместо β=2/( t_в+t_п), составляет в процентах:

ε=(((t_в+t_п)/(2*t_в))1/3-1)*100%, или

ε=((|(t_п— t_в)|/(2*t_в)+1)1/3-1)*100%

Как видно из графика при температуре среды — воздуха t_в=20°C=293,15K и при перепаде температур поверхности и воздуха Δt=|t_п— t_в|<90 °C максимальная погрешность ε не превышает 5%.

При Δt>90 °C расхождение результатов быстро нарастает.

Правы Линхарды или множество других авторов, рассчитывающих все свойства флюидов при одном значении определяющей температуры t=(t_в+t_п)/2? Однозначного ответа у меня нет.

(По материалам Обри Джаффера .)

Эмпирические уравнения для суммарного коэффициента теплоотдачи:

В инженерных расчетах для быстрого приближенного определения суммарного коэффициента теплоотдачи, учитывающего и конвекцию, и излучение на границе поверхность тела – среда, можно использовать более простые зависимости, приведенные в .

При расчете тепловых потерь через наружные поверхности тел, которые находятся в спокойном воздухе закрытых помещений, можно применить нижеприведенные формулы. Результаты вычислений по этим формулам достаточно близки к результатам более точных расчетов.

α=9,74+0,07*(t_п-t_в), Вт/(м2*°C)  при t_п<150 °C

α=9,3+0,058*t_п, Вт/(м2*°C)  при t_п=50…350 °C

Инструменты представлены Группой исследований теплопередачи (HTRG). Группа была создана в 2014 году преподавателями Лаборатории теплотехники и жидкостей факультета машиностроения инженерной школы Сан-Карлоса (EESC) Университета Сан-Паулу (USP) для проведения передовых, качественных фундаментальных и прикладных исследований по вопросам теплопередачи для многофазных и однофазных систем.

www.heatgroup.eesc.usp.br/tools/

Точность результатов вычислений не проверял.

Элементы электрических нагревателей

В отличии от водяной системы, нагрев стяжки, в данном случае осуществляется путем подачи электрического тока на нагревательный элемент внутри стяжки. Поэтому устройство такой системы несколько иное:

• Жгут с нагревательным кабелем внутри. Он бывает одно и двухжильным, в зависимости от решаемой задачи и скорости нагрева.
• Терморегулятор, который подает напряжение на электрод и регулирует время его работы. С помощью терморегулятора можно полностью отключить теплые полы, когда они не нужны, например, летом.
• Датчик температуры. Данное устройство закладывается внутрь стяжки и соединяется с регулятором температуры и напряжения. При считывании информации, он передает ее на пульт управления, поэтому без его исправного состояния электрический теплый пол не будет работать.

Для электрических пленочных полов в списке оборудования вместо кабеля будут инфракрасные маты.

Подведем итог. Теплые полы — это отличное дополнение к радиаторному отоплению в квартире, а в некоторых случаях и возможность полностью обойтись без батарей в своем коттедже.

Помните, что при расчетах и выборе подогрева не лишним будет проконсультироваться с профессионалами, например, с поставщиками оборудования. В монтаже элементов водяных и электрических систем есть свои особенности, но в целом выложить самодельный «пирог» теплого пола под силу каждому.

Что представляет собой биметаллический радиатор

По сути, биметаллический обогреватель представляет собой смешанную конструкцию, воплотившую преимущества стальных и алюминиевых систем отопления. Устройство радиатора основывается на следующих элементах:

Вам может быть интересно:

• Обогреватель состоит из двух корпусов – внутреннего стального и наружного алюминиевого;
• За счет внутренней оболочки из стали биметаллический корпус не боится агрессивной горячей воды, выдерживает высокое давление и обеспечивает высокую прочность соединения отдельных секций радиатора в одну батарею;
• Алюминиевый корпус лучше всего передает и рассеивает поток тепла в воздухе, не боится коррозии наружной поверхности.

В качестве подтверждения высокой теплоотдачи биметаллического корпуса можно использовать сравнительную таблицу. Среди ближайших конкурентов – радиаторов из чугуна ЧГ, стали ТС, алюминия АА и АЛ, биметаллический радиатор БМ обладает одним из наилучших показателей теплоотдачи, высоким рабочим давлением и коррозионной стойкостью.

Вам может быть интересно:

К сведению! Практически все таблицы используют сведения производителей о теплоотдаче, приведенные к стандартным условиям – высоте радиатора в 50 см и разнице температур в 70оС.

В реальности дела обстоят еще хуже, большинство производителей указывает величину теплоотдачи в виде значения тепловой мощности в час для одной секции. То есть, на упаковке может быть указано, что теплоотдача биметаллической секции радиатора составляет 200 Вт.

Делается это вынужденно, данные приводят не к единице площади или перепаду температур в один градус, для того чтобы упростить восприятие покупателем конкретных технических характеристик теплоотдачи радиатора, одновременно сделав маленькую .

Вредные вещества

Оценка воздействия

В настоящее время в промышленности и сельском хозяйстве используется несколько десятков тысяч веществ, оказывающих вредное воздействие на человека.

При этом в РФ предельно допустимые концентрации (ПДК) установлены примерно для 3500 различных веществ.

Предельно допустимой концентрацией называется такая концентрация вещества, которая при ежедневном восьми часовом воздействии на протяжении всего стажа не приводит к развитию профессиональных заболеваний или другим изменениям здоровья, фиксируемым современными методами, как у работника, так и у его потомства.

Вредным называется вещество, которое при контакте с организмом человека может вызывать травмы, заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе контакта с ними, так и в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений.

В промышленности вредные вещества могут попадать в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу. Однако поступление через лёгкие является основным. Этот путь характеризуется повышенной опасностью т.к., вредные вещества поступают непосредственно в кровь и разносятся по всему организму.

В общей своей массе вредные вещества обладают общими поражающими свойствами, но для каждого органа и ткани существуют и специфичные токсины.

Оценка воздействия вредных веществ характеризуется следующими величинами:

• Среднесменная предельно допустимая концентрация — средняя концентрация, полученная при непрерывном или прерывистом отборе проб воздуха при суммарном времени, равном не менее 75% продолжительности рабочей смены. необходима для расчета индивидуальной экспозиции, выявления связи изменений состояния здоровья работающих с их профессиональной деятельностью. При этом учитывается верхний предел колебаний концентраций (максимальные концентрации).
  По определению:

  Здесь — число временных интервалов с различной концентрацией вредного вещества; — концентрация вредного вещества на -ом интервале времени; — длительность смены.

• Максимальная предельно допустимая концентрация — максимальная концентрация, возникающая при ведении технологического процесса, усредненная при отборе проб за промежуток времени, равный 15 минутам.
• Максимальная предельно допустимая концентрация веществ опасных для развития острого отравления (с остронаправленным механизмом действия, раздражающие вещества) — максимальная концентрация, которая должна быть измерена за возможно более короткий промежуток времени, как это позволяет метод определения данного вещества.
• Вещества с остронаправленным механизмом действия — это вещества, опасные для развития острого отравления при кратковременном воздействии вследствие выраженных особенностей механизма действия: гемолитические, антиферментные, угнетающие дыхательный и сосудодвигательные центры и др.

В случае, когда на рабочем месте присутствуют вещества однонаправленного действия т.е., когда компоненты смеси оказывают влияние на одни и те же системы организма, для гигиенической оценки воздушной среды используют уравнение вида:

где , , … , — концентрации каждого вещества в воздухе, ; , , …, — предельно допустимые концентрации этих веществ, .

Методы защиты

К основным способам защиты от воздействия вредных веществ можно отнести:

• уменьшение объёмов выбросов вредных веществ в воздух рабочей зоны;
• замена вредного вещества менее токсичным аналогом. Примером может служить замена масла в системах регулирования турбоагрегатов на специальную жидкость ОМТИ;
• уменьшение времени пребывания персонала в помещениях или зонах с повышенной концентрацией вредных веществ, применение дистанционного управления технологическим процессом;
• применение СИЗ таких, как ватно-марлевая повязка, респиратор, фильтрующий противогаз, изолириующий противогаз.
  Основным элементом фильтрующего противогаза является коробка с веществом — адсорбентом. Продолжительность защитного действия противогаза ограничена. В зависимости от вредных веществ используются разные типы фильтрующих коробок, различающихся маркировкой. Для исключения ошибочного применения фильтрующих противогазов, фильтрующие коробки, защищающие от различных веществ, следует хранить в отдельных ящиках с указанием вида вредного вещества. Также следует регистрировать продолжительность применения каждой коробки, желательно с указанием концентрации вредного вещества;
• использование вентиляции производственных помещений.

Теплый пол

Не так давно теплый пол от полотенцесушителя или комнатного радиатора становился продолжением общей системы отопления в квартире, в разы увеличивая площадь обогревающей поверхности. Но вода в качестве теплоносителя именно в этой ситуации может создать немало проблем.

Как бы ни были надежны стальные трубы, они не вечны, а места соединений, особенно резьбовых, могут со временем дать течь. Только представьте, что это произошло внутри бетонной стяжки, которую так просто не снять. По этой причине теплый пол в водяном исполнении практически не применяется.

Если вы все-таки решили реализовать эту систему, вам придется подумать, как сделать ее максимально эффективной. Мощность теплого пола должна рассчитываться с предельной точностью. Но если цифры показывают, что теплопередача получается недостаточной, нужно в первую очередь озаботиться повышением эффективности стальных труб.

Поскольку эта конструкция контактирует не с воздухом в помещении, а нагревает материалы пола, сыграть можно только на увеличении протяженности труб. Поэтому их и укладывают компактной, но длинной «змейкой». Благодаря большой площади собственной поверхности она передает много тепла.

Нюанс: при плотной укладке нескольких погонных метров трубы теплоотдача теплого пола в целом возрастет, а каждого отдельного сегмента, не критично, но уменьшится.

Причина в том, что слишком близко расположенные трубы частично налаживают теплообмен друг с другом. Вокруг каждой создается нагретая зона, что приводит к некоторому снижению теплового напора.

Установка экрана-отражателя

Для этих целей подходит вспененный полиэтилен, одна из сторон которого покрыта фольгированным (отражающим) слоем. Необходимо подобрать размер экрана — он должен быть больше, чем площадь, занимаемая радиатором. Вырезанный экран необходимо поместить за радиатор и закрепить его на стене с помощью скотча. Фольгированный слой направляется в сторону жилого помещения. Принцип работы экрана:

• вспененный слой дополнительно утепляет стену под окном;
• фольгированный слой не дает уходить теплу, направляя его обратно в комнату.

Способ является действенным. Но и у него есть ряд противников, которые считают, что установка экрана приводит к:

• сдвигу точки росы. Нужно понимать, что площадь устанавливаемого экрана значительно меньше, чем площадь всей стены за радиатором. Поэтому оказать какое-либо существенное влияние и сдвинуть точку росы он просто не в состоянии. На этот показатель оказывает влияние сразу несколько параметров: влажность внутри и снаружи помещения, материал стен, вид и способ монтажа утеплителя и др. Один кусок вспененного полиэтилена не может оказать более существенное влияние, чем все эти факторы вместе взятые;
• охлаждение стены и ее промерзание. Этот довод тоже можно считать несостоятельным как раз из-за небольшой площади экрана.

Теплоотражающий экран для батареи отопления

Частые причины уменьшения теплоотдачи батареи отопления

Чаще всего причиной уменьшения теплоотдачи радиаторов становится накипь и ржавчина, скапливающаяся внутри. Если сам радиатор промыть (что должны делать коммунальные службы ежегодно), то теплоотдача значительно увеличится. То же касается и стояков отопления. Однако, своими силами такую процедуру произвести не удастся по причине того, что при производстве подобных работ (даже летом) необходим слив воды из системы. Без помощи специалистов здесь не обойтись. Это же касается и замены радиаторов с чугунных на биметаллические – они имеют большую теплоотдачу. Поэтому на столь сложных и трудоёмких вариантах мы останавливаться не будем. Лучше рассмотрим более простые способы, выполнить которые сможет любой домашний мастер, даже не имеющий опыта работ в подобной области.

Теплоотдача биметаллических радиаторов выше, чем у чугуна

Используем экран-отражатель: применение вспененного полиэтилена

Использование отражающего экрана – довольно популярный метод увеличения теплоотдачи. Вспененный полиэтилен с фольгированным покрытием с одной стороны прекрасно подходит для этих целей. Такой экран (он должен быть больше самого радиатора) помещается за батареей фольгой в направлении комнаты и фиксируется на стене на двухсторонний скотч или жидкие гвозди. Вспененный полиэтилен обеспечивает дополнительное утепление, а фольга отражает тепло, которое до установки экрана прогревало стену, направляя его в помещение.

Примерно так выглядит экран из фольгированного вспененного полиэтилена

Также в роли экрана неплохо себя зарекомендовали базальтовые плиты с алюминиевым покрытием.

Увеличение теплоотдачи при помощи дополнительных приспособлений и окраски

Для увеличения температуры воздуха в помещении используют специальные кожухи из алюминия, которые одеваются на радиатор. С их помощью увеличивается площадь батареи отопления и, как следствие, их теплоотдача. Стоимость подобных кожухов невелика, а эффект довольно значителен.

Цвет, в который окрашены батареи отопления, тоже имеет большое значение. Лучше для этих целей выбрать более тёмные оттенки. К примеру, радиатор, окрашенный в коричневый цвет имеет теплоотдачу больше, чем белые, на 20-25%.

Такой кожух улучшает внешний вид и увеличивает теплоотдачу

Улучшение конвекции, путём увеличения циркуляции воздуха

Каждый знает, что улучшение циркуляции воздуха способствует более быстрому прогреву помещения. Для этих целей можно использовать вентилятор, который устанавливается таким образом, чтобы достигнуть максимального потока тёплого воздуха в сторону помещения.

Увеличить конвекцию (если радиатор утоплен под подоконником) можно, прорезав в подоконнике отверстия и закрыв их экранами или декоративными крышками. Таким образом, тёплый воздух не будет задерживаться в нише, что улучшит циркуляцию.

Эту страну не победить! Самостоятельный монтаж вентиляторов для улучшения конвекции:

Технические характеристики радиаторов из чугуна

Технические параметры чугунных батарей связаны с их надежностью и выносливостью. Основные характеристики радиатора из чугуна, как и любого отопительного устройства, — это теплоотдача и мощность. Как правило, мощность радиаторов отопления чугунных производители указывают для одной секции. Количество секций может быть разной. Как правило, от 3 до 6. Но иногда может достигать и 12. Нужное количество секций рассчитывается отдельно для каждой квартиры.

Зависит количество секций от ряда факторов:

1. площадь помещения;
2. высота помещения;
3. количество окон;
4. этаж;
5. наличие установленных стеклопакетов;
6. угловое размещение квартиры.

Приводится на радиаторы чугунные отопления цена за секцию, и может варьироваться зависимо от производителя. Теплоотдача батарей зависит от того, из какого именно материала они сделаны. В этом плане чугун уступает алюминию и стали.

Среди прочих технических параметров можно выделить:

• максимальное рабочее давление – 9-12 бар;
• максимальная температура теплоносителя – 150 градусов;
• в одной секции помещается около 1,4 литра воды;
• вес одной секции составляет примерно 6 кг;
• ширина секции 9,8 см.

Устанавливать такие батареи следует с расстоянием между радиатором и стеной от 2 до 5 см. Высота установки над полом должна быть не меньше 10 см. Если окон в комнате несколько, устанавливать батареи нужно под каждым окном. Если квартира угловая, то рекомендуется провести наружное утепление стен либо увеличить количество секций.

Следует отметить, что часто продаются чугунные батареи неокрашенными. В связи с этим их после покупки необходимо покрыть термостойким декоративным составом, предварительно обязательно протянуть.

Среди отечественных радиаторов можно выделить модель мс 140. На радиаторы отопления чугунные мс 140 технические характеристики приведены ниже:

1. 1. теплоотдача секции МС 140 – 175 Вт;
   2. высота – 59 см;
   3. весит радиатор 7 кг;
   4. емкость одной секции — 1,4 л;
   5. глубина секции составляет 14 см;
   6. мощность секции достигает 160 Вт;
   7. ширина секции составляет 9,3 см;

• максимальная температура теплоносителя составляет 130 градусов;
• максимальное рабочее давление – 9 бар;
• радиатор имеет секционную конструкцию;
• опрессовочное давление составляет 15 бар;
• объем воды в одной секции составляет 1,35 л.;
• в качестве материала для межсекционных прокладок используется термостойкая резина.

Стоит отметить, что чугунные радиаторы мс 140 отличаются надежностью и долговечностью. Да и цена вполне доступная. Что и обуславливает их востребованность на отечественном рынке.

Особенности выбора чугунных радиаторов

Чтобы выбрать чугунные радиаторы отопления какие лучше всего подойдут для ваших условий, надо учитывать такие технические параметры:

• теплоотдача. Выбирают исходя из размеров помещения;
• вес радиатора;
• мощность;
• размеры: ширина, высота, глубина.

Для расчета тепловой мощности чугунной батареи надо ориентироваться на такое правило: для комнаты с 1 наружной стеной и 1 окном нужен 1 кВт мощности на 10 кв.м. площади помещения; на комнату с 2 наружными стенами и 1 окном – 1,2 кВт.; для обогрева комнаты с 2 наружными стенами и 2 окнами — 1,3 кВт.

Если вы решили чугунные радиаторы отопления купить, следует учитывать и такие нюансы:

1. если потолок выше 3 м, требуемая мощность увеличится пропорционально;
2. если в помещении имеются окна со стеклопакетами, то мощность батареи можно снизить на 15%;
3. если окон в квартире несколько, то под каждым из них нужно устанавливать радиатор.

Современный рынок

У импортных батарей поверхность идеально гладкая, они более качественные и выглядят эстетичнее. Правда, стоимость их высокая.

Среди отечественных аналогов можно выделить чугунные радиаторы konner, которые пользуются сегодня хорошим спросом. Они отличаются долгим сроком службы, надежностью, прекрасно вписываются в современный интерьер. Выпускаются чугунные радиаторы konner отопления в любой комплектации.

• Как залить воду в открытую и закрытую систему отопления?
• Популярный напольный газовый котел российского производства
• Как грамотно спустить воздух из радиатора отопления?
• Расширительный бачок для отопления закрытого типа: устройство и принцип действия
• Газовый двухконтурный настенный котёл Навьен: коды ошибок при неисправности

Рекомендуем к прочтению

2016–2017 — Ведущий портал по отоплению. Все права защищены и охраняются законом

Копирование материалов сайта запрещено. Любое нарушение авторских прав влечет за собой юридическую ответственность. Контакты

Факторы, снижающие мощность работы системы отопления

Ряд факторов оказывают негативное влияние на работу отопительных радиаторов, снижая их мощность:

• воздушные пробки — воздух необходимо спускать при каждом запуске системы после сезонного «отдыха»;
• внутреннее засорение припоем, ржавчиной, кальциевыми отложениями;
• монтаж внешний коробов, выполненных из материалов с низкой теплопроводностью;
• частое окрашивание без удаления старого слоя краски;
• внешние загрязнения — пыль, жир и др.

Однако, коммунальщики редко заморачиваются профилактическими мероприятиями. Самостоятельно выполнить промывку тоже нереально. Для проведения таких манипуляций необходимо слить носитель со всей системы (даже в летний период) и загнать в нее специальный раствор под давлением.

Другая причина снижение теплоотдачи отопительной системы — теплопотери. Еще на этапе строительства проводится теплотехнический расчет, подбирается оборудование. Стены утепляются

Если речь идет о домах, где провести дополнительное утепление уже невозможно, стоит обратить внимание на качество окон — именно они становятся основным источником теплопотери. Рекомендуется заменить их на более современные

Потери тепла в доме

Три вида теплообмена

Теплообмен принято делить на три вида: теплопроводность, лучистый теплообмен и конвекция.

1. Теплопроводность — это непосредственный перенос тепла от более нагретого к менее нагретому. Горячий кофе передает тепло чашке, а чашка — рукам. Это будет происходить до тех пор, пока температура напитка, чашки и рук не сравняется. И наоборот, если емкость с напитком холодна (например, фужер с коньяком), то тепло передается в обратном направлении — от рук к напитку. Именно благодаря теплопроводности хороший коньяк, нагреваясь, становится очень хорошим.

Холодные уши — вовсе не признак дурака. Так устроен любой человек

Человеческое тело отдает свое тепло не только коньяку, но и окружающей среде — воздуху или другим холодным предметам, с которыми человек соприкасается. Различные зоны человеческого тела делают это по-разному. Например, верхняя часть, особенно голова и шея, отдают много тепла, а ноги и участки тела с большим количеством подкожного жира — мало. Кстати, именно поэтому упитанные люди мерзнут меньше худых.

2. Лучистый теплообмен — это вариант теплообмена без непосредственного контакта тел. Так нас греет солнце или любой другой нагретый предмет, даже не прикасаясь к которому, мы можем сказать, что от него исходит жар.

Солнце греет нас на расстоянии благодаря лучистому теплообмену

3. Конвекция — вид теплообмена, осуществляемого движущимися потоками одного и того же вещества. Благодаря конвекции перемешивается вода в стоящем на огне чайнике. То же самое происходит с теплым воздухом под одеждой. Поднимаясь вдоль тела и выходя наружу, он уступает место воздуху с улицы, и мы начинаем мерзнуть.

Виды конвекции в чайнике и туристе