Способ передачи тепла радиатором

Виды теплообмена

Здраствуйте, друзья! В этой статье я хотел бы рассмотреть виды теплообмена на примере обычного отопительного радиатора. Часто приходится отвечать на вопросы на тему теплообмена, теплопередачи и оффлайн и через форму обратной связи на блоге, и замечаю, что не всегда собеседник понимает, как же передается тепловая энергия от теплоносителя (воды) через радиатор. Итак, какие же виды теплообмена существуют?

Их собственно три — теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен (радиация). Рассмотрим последовательно все эти три вида теплообмена. Постараюсь рассказать об этом просто, без излишнего углубления в формулы и технические термины.

Теплопроводность — это вид теплообмена, при котором происходит передача тепла от более нагретой части тела к менее нагретой. Так, на примере радиатора, процесс передачи тепловой энергии теплопроводностью происходит в металлической стенке отопительного прибора. То есть, нагретая вода протекая внутри радиатора, отдает часть своей тепловой энергии металлу теплопроводностью. Металл, в свою очередь, также отдает часть тепловой энергии теплопроводностью окружающей среде, воздуху. У воздуха, правда, относительно невысокая теплопроводность.

Именно так происходит процесс теплообмена теплопроводностью. Хотел бы здесь сказать еще про теплоотдачу и теплопередачу. Эти два термина часто путают. Теплоотдача — это перенос тепла от греющего тела к стенке, либо перенос тепла от стенки к нагреваемому телу. Теплопередача — это в целом явление переноса теплоты от греющего тела к нагреваемому через разделительную стенку. Вообще теплоотдача и теплопередача имеют одну физическую природу, но все таки это различные понятия.

Конвекция — это вид теплообмена в жидких и газообразных веществах, при котором горячие слои вещества в движении перемешиваются с более холодными и отдают им часть своего тепла. На примере радиатора это происходит так: воздух в помещении, нагреваясь у стенки радиатора, уходит вверх, вытесняя более холодный воздух (с большей массой вниз), затем холодный воздух нагревается и поднимается вверх, а остывший воздух ( с большей массой) уходит вниз. И так непрерывно происходит этот конвективный процесс. Есть такой вид отопительных приборов — конвекторы. Это фактически оребренные трубы.

В таких отопительных приборах большая часть передачи тепла происходит конвекцией, воздухообменом.

И наконец, последний вид теплообмена — лучистый теплообмен, или радиация. Лучистый теплообмен — это переход тепла от одного тела к другому при помощи тепловых лучей. Этот вид теплообмена и подарил название отопительным приборам — радиаторам. В радиаторах значительная часть теплообмена происходит именно лучистым теплообменом.

Рассмотрим подробнее, как это происходит. Горячий радиатор посылает во все стороны помещения тепловые лучи, которые содержат в себе особый вид тепловой энергии, называемой лучистой энергией. Причем эти тепловые лучи распространяли бы тепло, даже если в комнате не было воздуха. А это говорит о том, что радиационный теплообмен это особый вид теплообмена, отличный от например, конвекции.

В случае с радиатором тепловые лучи ведут себя следующим образом. Они попадают на находящиеся в помещении предметы или человека, и превращаются в тепловую энергию. Отсюда и ощущение тепла. Вот почему, например, закрытые декоративной панелью радиаторы хуже обогревают помещение. Часть лучистой энергии в таком случае просто теряется на обогрев декоративной панели.

Характерный пример отопительных приборов, отдающих большую часть тепла лучистым теплообменом — это инфракрасные обогреватели.

Источник

Теплоотдача радиаторов отопления — таблица сравнения чугунных, биметаллических, алюминиевых и стальных батарей

Теплоотдача радиатора отопления, это коэффициент, определяющий поступающее количество тепла от отопительного прибора в единицу времени и измеряется в Вт/(м²·К).

Технический параметр является основным показателем эффективности радиатора для создания комфортной климатической атмосферы в помещении. Величину данной характеристики изготовитель теплотехники обязан указывать в сопроводительной документации своих изделий.

Мощность радиаторов отопления рассчитывают в ваттах. Некоторые производители заявляют на свою продукцию такой параметр, как мощность теплового потока, выраженную числом в кал/час. Чтобы перевести показатель в ватты, пользуются нормативом, где 1 Вт = 859,845 кал/час.

Теплопередачу одной секции или панели водяного отопления рассчитывают с учётом первичных и вторичных факторов. Сюда относятся материал изготовления, температура теплоносителя, площадь теплообмена, схема подключения прибора, его местоположение и др. Если батарея представляет собой несколько секций или не разборный панельный прибор, то мощность рассчитывается и указывается производителем сразу на всё изделие.

Как рассчитать теплоотдачу радиаторов отопления на квадратный метр

В сопроводительной документации потребитель найдёт тепловую мощность одной секции или целой панели определённых габаритов. Данные параметры довольно относительные и на 100% доверять им не стоит. Они требуют дополнительной доводки до реальных величин. Чтобы это выяснить, необходимо сделать расчёт теплопроводности радиатора.

Прежде нужно избавиться от такого распространённого мнения, что алюминиевые батареи обладают самой высокой теплоотдачей по причине характеристики цветного металла. Сразу стоит возразить, что батареи изготавливают не из чистого алюминия, а из его сплава с кремнием – силумина, показатели которого значительно ниже.

Отчасти то же самое можно сказать о стальных, биметаллических и чугунных радиаторах. Указанные параметры мощности в паспорте отопительного прибора соответствуют истине, когда разница между средней температурой теплоносителя и температурой воздуха в помещении составляет 70 0 С. Такое явление называется температурным напором и обозначается знаком – Δt. Расчёт производят по формуле:

Δt = (t_подачи + t_{обратки})/2 – t _{воздуха}

Если следовать логике производителя, то результат расчёта должен равняться 70 градусам. Тогда, как среднюю температуру теплоносителя, можно рассчитать по формуле:

(t_подачи + t_{обратки}) = 2(Δt + t _{воздуха})

Например, основываясь на заявленной изготовителем тепловой мощности одной биметаллической секции – 200 Вт, Δt = 70 0 С, средней комнатной температуре – 22 0 С, получим результат:

(t_подачи + t_{обратки}) = 2(70 + 22) = 184 0 С

С учётом нормативной разницы в 20 градусов между подачей и обраткой определяют их значение по отдельности:

t_подачи = (184 + 20)/2 = 102 0 С

t_{обратки} = (184 — 20)/2= 82 0 С

Настоящий расчёт теплоотдачи показывает, что одна секция способна выдать 200 Вт при условии, что вода в подающей трубе должна кипеть, а в выпускной патрубок теплоноситель будет покидать с температурой 82 градуса.

Такое явление на практике просто невозможно. Дело в том, что бытовые водонагревательные котлы не способны нагреть воду выше 80 градусов. Даже при этих максимальных условиях, теплоноситель войдёт в радиатор с максимальной температурой около 77 0 С, а Δt составит примерно 40 0 С. Отсюда делают вывод, что реальная теплоотдача одной секции биметаллического радиатора будет не 200, а всего 100 Вт.

Чтобы упростить расчёт, можно воспользоваться таблицей теплоотдачи с понижающими коэффициентами. Для этого по вышеуказанной формуле, используя запланированную температуру в доме и теплоносителя, рассчитывают Δt.

Таблица значений понижающих коэффициентов

Δt	К
40	0,48
45	0,56
50	0,65
55	0,73
60	0,82
65	0,91
70	1

По таблице находят соответствующий коэффициент и умножают его на паспортную величину тепловой мощности 1 секции биметаллического радиатора. То, есть в рассматриваемом случае на обогрев 1 м 2 помещения придётся теплоотдача в размере 200 Вт х 0,48 = 96 Вт.

Для обогрева 10 м 2 площади потребуется приблизительно 1 кВт тепловой мощности, а нужное количество секций будет равно 1000/96 = 10,4 штук. Если в помещении два окна, то следует установить под ними две батареи по 10 и 11 секций каждая.

Нормы отпуска тепловой мощности

Во время проектирования систем теплоснабжения зданий и сооружений руководствуются нормативным документом СП 60.13330.2016. Свод правил регламентирует, в том числе, разработку систем внутреннего теплоснабжения в помещениях вновь возводимых и реконструируемых зданий и сооружений. СП был разработан на основе требований СНиПов ГОСТ 30494-2011 и ГОСТ 32415-2013. На их основе была принята норма отпуска тепловой мощности в размере 1 кВт для помещения площадью 10 кв.м., с высотой потолка до 3 метров, одной наружной стеной и одним окном.

При корректировке первоначальных условий обогрева помещения в ту или иную сторону (большая или меньшая площадь, другое количество окон и др.) для точного определения номинальной теплоотдачи в расчёт вводят поправочные коэффициенты:

К1 – строение окон

• двойная рама – 1,27;
• стеклопакет двойной – 1,0;
• стеклопакет тройной – 0,85.

К2 – теплоизоляция стен

• низкая – 1,27;
• кладка в 2 кирпича + теплоизоляция – 1,0;
• высокое качество – 0,85.

К4 – средняя температура зимой в помещении, градусов

К5 – количество наружных стен

К6 – помещение над комнатой

• холодный чердак – 1,0;
• мансарда – 0,8.

К7 – высота потолков, м

Окончательный результат делят на теплоотдачу одной секции радиатора. Частное округляют до целого числа в большую сторону (10,4 – 11 секций).

Сравнительные таблиц показателей теплоотдачи радиаторов разных видов

Как было сказано выше, теплоотдача измеряется в Вт/м 2 . Эту величину считают выражением КПД отопительного прибора. При выборе вида и конструкции батарей отопления для потребителя решающую роль играет сравнение их тепловых мощностей.

Оперируя характеристиками, специалисты в интернете публикуют различные таблицы тепловой мощности биметаллических, алюминиевых, стальных и чугунных радиаторов. Здесь представлены данные о тепловой мощности приборов отопления.

Сравнительная таблица теплоотдачи 1 секции радиаторов отопления в зависимости от рабочего давления, объёма и веса

Тип приборов с межосевым расстоянием 500 мм	Тепловая мощность, Вт	Рабочее давление. атмосфер	Ёмкость, литр	Вес, кг
Алюминиевые	180	20	0,27	1,45
Биметаллические	200	20	0,20	1,2
Стальные	120	20	0,20	1,05
Чугунные	140	10	1,2	5,4

Сравнительная характеристики в зависимости от вида отопительных приборов

Характеристики	Алюминиевые	Биметаллические	Стальные	Чугунные
Строение	Секционное	Секционное	Панельное	Секционное
Разводка	Боковая	Боковая	Боковая/Вертикальная	Боковая
Антикоррозионная стойкость	Средняя	Высокая	Средняя	Высокая
Вид теплоносителя	Вода	Вода/антифриз	Вода/антифриз	Вода

Радиаторы отопления с лучшей теплоотдачей

Судя по многочисленным отзывам потребителей, проведённым специалистами испытаниям и сравнению их результатов, лучшими батареями по теплоотдаче следует признать биметалл. По мере убывания следует отнести теплоотдачу алюминиевых радиаторов, затем теплоотдачу стальных радиаторов. Последними в этой категории остаются отопительные приборы из чугуна.

Не последнюю роль в этом рейтинге играет роль материал изготовления изделий для обогрева помещений, их стоимость и качество используемого теплоносителя. Несмотря на превосходные качества биметаллических радиаторов, они всё же остаются самыми дорогими приборами. Выбор в пользу алюминиевых батарей будет наиболее оптимальным решением. Но их применение ограничивается условиями автономных систем отопления, где качество теплоносителя можно поддерживать на высоком уровне.

По этой же причине, но в обратную сторону, для установки в многоэтажных домах с централизованной сетью теплоснабжения они совершенно не годятся. Что касается стальных приборов, в теплоотдаче они быстры, как при нагреве, так и остывании.

И наконец, если потребителя не волнует эстетика внешнего вида приборов отопления и потребность в теплоотдаче невысокая, то идеальным решением будет установка чугунных батарей МС-140.

Зависимость теплоотдачи радиатора от температуры теплоносителя

Паспортная тепловая мощность одной секции радиатора рассчитана для стандартных значений температуры теплоносителя на входе (90 0 С) и выходе (70 0 С) прибора отопления. Эти условия относятся к централизованным сетям теплоснабжения.

В автономных системах отопления частных домов температурный перепад может быть иным. В этом случае теплоотдача 1 секции может существенно отличаться от значений, заявленных производителем. Тепловая мощность отопительного прибора находится в прямой пропорциональной зависимости от температуры теплоносителя в подающем патрубке. Чем она больше, тем больше теплоотдача батареи и наоборот, чем меньше нагрев теплоносителя, тем меньше становится тепловая мощность радиатора.

Чтобы исключить неожиданные скачки температурного режима, применяют терморегуляторы, которые врезают в трубопровод на входе в радиатор. Термоголовки бывают ручной регулировки, полуавтоматические и автоматические, управляемые в онлайн режиме.

Источник