Теплоотдача стальных труб — это значимый параметр в расчете отопления

Теплоотдача стальных труб — значимый параметр в расчете отопления

В устройстве систем отопления частных домов и многоквартирных зданий в качестве наиболее часто используемого материала применяют стальные трубы. У многих потребителей возникают вопросы: насколько хороши эти традиционные изделия в своих технических характеристиках? Именно о таком значимом для отопительных систем параметре, как теплоотдача, расскажем более подробно.

Теплоотдача стальных труб

Когда имеет значение коэффициент теплоотдачи стальной трубы

Учитывать коэффициент теплоотдачи стальной трубы требуется при проектировании отопительных систем для определения нужного количества нагревательных приборов и выбора котельного оборудования. Этот параметр также имеет значение:

в подсчете возможных потерь при передвижении теплоносителя по трубопроводам центральных и индивидуальных отопительных систем;
для выбора оптимальных и наиболее эффективных рабочих размеров отопительных приборов, изготавливаемых из стальных труб (змеевиков (полотенцесушителей), регистров).

Коэффициент теплоотдачи представляет собой расчетную величину, характеризующую интенсивность, с которой стальные трубы отдают тепло окружающей среде. Для расчета теплоотдачи стальных труб применяется формула, в которой в качестве исходных данных учитываются площадь поверхности и температура окружающей среды. Искомый параметр получается из соотношения плотности теплового потока, отдаваемого поверхностью, и разности температур на ней с окружающей средой.

Что важно учитывать в расчете теплоотдачи стальных труб

Среднюю удельную теплопроводность стальных труб принято принимать как 74 Вт/м x К, где К –коэффициент теплоотдачи. Обратите внимание, что это именно усредненный показатель, так как для более детального расчета необходимо учитывать еще и другие критерии, в числе которых:

Форма труб,
Площадь поверхности (зависит от диаметра),
Покрытие труб краской, ее цвет,
Свойства планируемых к использованию теплоизоляционных материалов,
Характеристики окружающей среды: температуру, теплопроводность,
Температуру и скорость перемещения теплоносителя.

Для вычисления площади поверхности стальных труб используется математическая формула, применяемая в определении площади цилиндра.

Практические советы по расчету теплоотдачи стальных труб

Для выполнения расчета вам понадобится использование формулы: Q = K x F x dT. В этой формуле:

Q – теплоотдача, измеряемая в Ваттах (Вт),

F – площадь измеряемых труб (для удобства рекомендуется изначально рассчитать теплоотдачу 1м стальной трубы, результат умножить на длины труб одинакового диаметра в системе и получить среднее значение величины труб разных диаметров),

dT – температурный напор. Для получения этого значения также существует правило расчета. Это значение соответствует сумме температур на входе и выходе трубы, деленной на 2, из которой вычитается температура окружающей среды.

При использовании теплоизоляции результаты расчета по указанной выше формуле необходимо умножить на показатель КПД теплоизоляции, указанный производителем материала.

Что делать для того, чтобы теплоотдача стала меньше

Уменьшение теплоотдачи необходимо на таких участках, которые не используются для полезных целей. Это нужно для экономии затрат на подогрев теплоносителя и обеспечит вам экономию средств на его оплату. Едва ли вы согласны в буквальном смысле выбрасывать свои деньги на ветер.

Чтобы предотвратить остывание теплоносителя на таких проблемных участках, строительный рынок предлагает достаточно большой выбор теплоизоляционных эффективных и экологически безопасных материалов. Описание всего их ассортимента и свойств выходит за пределы этой статьи и должно быть предметом отдельного исследования. Общая рекомендация состоит в том, что их использование следует считать обязательным как в частном, таки в многоэтажном строительстве.

Способы для увеличения теплоотдачи

Отдачу тепла стальными трубами и изготовленными из них отопительными приборами можно увеличить несколькими способами. Вот несколько практических и недорогих по исполнению советов:

Покрасьте отопительный прибор или трубы краской теплого матового цвета. Так вы увеличите инфракрасное излучение.
Смонтируйте между трубами оребрение из плоских металлических пластин или полых труб меньшего диаметра.

Отопительные приборы из стальных труб

Наиболее распространены такие нагревательные приборы из стальных труб:

Змеевики (полотенцесушители),
Теплый пол,
Отопительные регистры.

Полотенцесушители из стальных труб в их классическом виде, подключаемые к системе отопления и работающие только в отопительный сезон, сегодня не особенно популярны. Потребители отдают предпочтение автономным приборам со специальным теплоносителем и электрическим подогревом. Промышленность выпускает достаточно большой ассортимент с различными техническими характеристиками и дизайном, которые имеют невысокую стоимость. Поэтому вопрос изготовления полотенцесушителей из стальных труб кустарным способом давно перестал быть актуальным.

Для устройства теплых полов стальные трубы также постепенно полностью уходят в прошлое. Основная причина этому – развитие и усовершенствование технологий, более эффективных во всех значимых характеристиках.

Несколько иначе обстоит дело с эффективными регистрами из стальных труб. Эти отопительные приборы продолжают иметь высокую популярность в частных жилых домах, их применяют для устройства отопления в подъездах многоквартирных домов и в зданиях промышленного предназначения. Причина – в их максимально высокой теплоотдаче с одновременно низкой стоимостью материалов для их изготовления. Внешний вид регистров – это трубы, соединенные между собой перемычками меньшего диаметра. Высокий коэффициент их теплоотдачи достигается за счет увеличенной общей площади теплового изучения.

Теплоотдача стальных труб таблица

Теплоотдача 1 м. стальной трубы

Расчёт теплоотдачи трубы требуется при проектировании отопления, и нужен, чтобы понять, какой объём тепла потребуется, чтобы прогреть помещения и, сколько времени на это уйдёт. Если монтаж производится не по типовым проектам, то такой расчёт необходим.

Для каких систем нужен расчёт?

Коэффициент теплоотдачи считается для тёплого пола. Всё реже эта система делается из стальных труб, но если в качестве теплоносителей выбраны изделия из этого материала, то произвести расчёт необходимо. Змеевик – ещё одна система, при монтаже которой необходимо учесть коэффициент отдачи тепла.

Радиатор из стальных труб

Регистры – представлены в виде толстых труб, соединённых перемычками. Теплоотдача 1 метра такой конструкции в среднем – 550 Вт. Диаметр же колеблется в пределах от 32 до 219 мм. Сваривается конструкция так, чтобы не было взаимного подогрева элементов. Тогда теплоотдача увеличивается. Если грамотно собрать регистры, то можно получить хороший прибор обогрева помещения – надёжный и долговечный.

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

В процессе проектирования перед специалистами встаёт вопрос, как уменьшить или увеличить теплоотдачу 1 м. стальной трубы. Для увеличения требуется изменить инфракрасное излучение в большую сторону. Делается это посредством краски. Красный цвет повышает теплоотдачу. Лучше, если краска матовая.

Другой подход – установить оребрение. Оно монтируется снаружи. Это позволит увеличить площадь теплоотдачи.

В каких же случаях требуется параметр уменьшить? Необходимость возникает при оптимизации участка трубопровода, расположенного вне жилой зоны. Тогда специалисты рекомендуют утеплить участок – изолировать его от внешней среды. Делается это посредством пенопласта, специальных оболочек, которые производятся из особого вспененного полиэтилена. Нередко используется и минеральная вата.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

К – коэффициент теплопроводности стали,
Q – коэффициент теплоотдачи, Вт,
F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Коэффициент теплопроводности K выбирается с учётом площади изделия. Зависит его величина и от количества ниток, проложенных в помещениях. В среднем величина коэффициента лежит в пределах 8-12,5.

dT называется также температурным напором. Чтобы параметр высчитать, нужно сложить температуру, которая была на выходе из котла, с температурой, которая зафиксирована на входе в котёл. Полученное значение умножается на 0,5 (или делится на 2). Из этого значения вычитается комнатная температура.

Если стальная труба изолирована, то полученное значение умножается на КПД теплоизоляционного материала. Он отражает процент тепла, который был отдан при прохождении теплоносителя.

Рассчитываем отдачу для 1 м. изделия

Посчитать теплоотдачу 1 м. трубы, выполненной из стали, просто. У нас есть формула, осталось подставить значения.

Q = 0,047*10*60 = 28 Вт.

К = 0.047, коэффициент теплоотдачи,
F = 10 м 2 , площадь трубы,
dT = 60° С, температурный напор.

Об этом стоит помнить

Хотите сделать систему отопления грамотно? Не стоит подбирать трубы на глазок. Расчёты теплоотдачи помогут оптимизировать траты на строительство. При этом можно получить хорошую отопительную систему, которая прослужит долгие годы.

Расчет теплоотдачи стальной трубы и способы ее увеличения

В каких случаях необходим расчет?

Если быть точным, то расчет теплоотдачи выполняется только для одной цели, он позволяет определить, какое количество тепла выделяется с поверхности трубы.

Но необходимы такие данные в двух противоположных случаях:

Расчет эффективности отопления. В данном случае определяется необходимый диаметр элементов отопительной системы для получения требуемой температуры в помещении.
Расчет теплопотерь выполняется для выбора наиболее эффективных материалов для утепления коммуникаций.

Расчет теплоотдачи стальных труб в обоих случаях выполняется по одной методике.

Методика расчета

Q=K x F x ∆t,

где: Q – теплоотдача, Ккал/ч

K – коэффициент теплопроводности стальной трубы, Ккал/(кв м х ч х 0 С)

F – площадь нагреваемой поверхности труб, кв м

∆t – тепловой напор, 0 С

Коэффициент теплопроводности зависит не только от материала, из которого изготовлены трубы.

Большую роль играют и следующие данные:

Диаметр
Количество ниток (линий) обогревательного устройства
Тепловой напор изделия

Он, в свою очередь, определяется по целому ряду сложных формул, поэтому проще пользоваться специальными таблицами, в которых имеются средние данные.

Так для стальных труб он может варьироваться от 8 до 12,5.

Площадь поверхности определяется по простейшим формулам из школьного курса геометрии, так для трубы круглого сечения она равняется площади цилиндра:

F = П х d x l,

d – диаметр трубы

Тепловой напор определяется по следующей формуле:

где: t_п – температура теплоносителя на входе, градусов

t_о – температура теплоносителя на выходе, градусов

t_в – температура в помещении, градусов

Если вас интересует теоретическая теплоотдача стальной трубы, то согласно СНиП применяются следующие значения теплового напора:

Следовательно, тепловой напор ∆t = 55 градусов.

Если вы будете выполнять расчет для трубы, которая имеет теплоизоляцию, то полученный результат необходимо будет умножить коэффициент полезного действия утеплителя.

В качестве примера рассчитаем, сколько тепла отдает стальная труба с такими параметрами – диаметр 25 мм, длина 1 метр. Расчет делаем теоретический, следовательно, тепловой напор 55 градусов, труба не утеплена.

Определяем площадь поверхности:

F = 3,14 х 0,025 х 1 = 0,0785 кв м

Из таблицы выбираем значение коэффициента теплопроводности. Для регистра в одну нитку, с диаметром меньшим 40 мм, при тепловом напоре 55 градусов, имеем К = 11,5.

Q = 11,5 х 0,0785 х 55 = 49,65 Ккал/ч

Как видите, в теории все достаточно просто, но практика значительно отличается от теории. Поэтому самостоятельно выполнять подобные расчеты можно только в самых простых случаях.

Как увеличить теплоотдачу?

Благодаря имеющемуся соотношению объема трубы к площади ее поверхности, достаточно часто возникает необходимость увеличить ее способность отдавать тепло. Это требуется для наиболее эффективного отопления помещений.

О том, как увеличить теплоотдачу трубы, известно уже давно, на практике применяли и применяют следующие способы.

Неплохой результат дает и окраска излучающих тепло поверхностей матовой черной краской. Конечно это не слишком хороший вариант с точки зрения дизайнера, но он существенно повышает инфракрасное излучение прибора.

Обеспечить более высокую теплоотдачу системы отопления можно было путем увеличения площади поверхности нагревательных элементов.

Раньше это достигалось несколькими способами:

Увеличение длины труб. Простой пример – обычный полотенцесушитель, коэффициент теплоотдачи трубы, конечно, не меняется, более эффективный обогрев получали именно за счет увеличения длины.
Еще один способ повышения эффективности отопления — применение регистров. Они представляют собой несколько параллельных линий труб, отдача тепла и в этом случае достигалась за счет увеличения рабочей площади устройства. Конечно, сравнивать теплоотдачу регистра и современных отопительных приборов нельзя, но в недавнем прошлом подобная конструкция во многих случаях становилась единственно возможной.

Существенное увеличение длины греющих элементов позволяет получить эффективное отопление.

Сейчас для монтажа систем водяного теплого пола, в основном, применяют металлопластик и другие виды полимерных труб.

При использовании металлопластиковых труб не стоит забывать о том, что не следует замуровывать в стяжку фитинги, особенно компрессионные. Лучше всего, если вся линия будет проложена целой трубой.

В связи с тем, что теплоотдача трубы стальной все-таки ограничена, все чаще стали применяться другие материалы, например алюминий. Радиаторы из него обладают высоким коэффициентом теплоотдачи.

Утепление труб

Для этого применяется утепление труб.

Рынок материалов для этих целей достаточно обширен, поэтому проблем с выбором утеплителя не возникает никаких. Кроме наиболее дешевых стекловолоконных утеплителей, применяют базальтовую вату, пенополиуретан, пенополистирол.

Наиболее эффективно теплоотдача труб стальных может быть снижена в заводских условиях. Выпуск труб со слоем утеплителя и полиэтилена постоянно увеличивается, на сегодняшний день монтаж магистралей отопления из таких материалов является одним из лучших способов снижения теплопотерь.

Как видите, знание фактической теплоотдачи необходимо для решения многих технических проблем, связанных с сооружением систем горячего водоснабжения и отопления. Поэтому при проектировке данных систем обязательно выполняйте подобные расчеты, а еще лучше доверьте это специалисту.

Теплоотдача стальных труб — значимый параметр в расчете отопления

Теплоотдача стальных труб

Когда имеет значение коэффициент теплоотдачи стальной трубы

в подсчете возможных потерь при передвижении теплоносителя по трубопроводам центральных и индивидуальных отопительных систем,
для выбора оптимальных и наиболее эффективных рабочих размеров отопительных приборов, изготавливаемых из стальных труб (змеевиков (полотенцесушителей), регистров).

Что важно учитывать в расчете теплоотдачи стальных труб

Форма труб,
Площадь поверхности (зависит от диаметра),
Покрытие труб краской, ее цвет,
Свойства планируемых к использованию теплоизоляционных материалов,
Характеристики окружающей среды: температуру, теплопроводность,
Температуру и скорость перемещения теплоносителя.

Практические советы по расчету теплоотдачи стальных труб

Для выполнения расчета вам понадобится использование формулы: Q = K x F x dT. В этой формуле:

Q – теплоотдача, измеряемая в Ваттах (Вт),

Что делать для того, чтобы теплоотдача стала меньше

Способы для увеличения теплоотдачи

Покрасьте отопительный прибор или трубы краской теплого матового цвета. Так вы увеличите инфракрасное излучение.
Смонтируйте между трубами оребрение из плоских металлических пластин или полых труб меньшего диаметра.

Отопительные приборы из стальных труб

Наиболее распространены такие нагревательные приборы из стальных труб:

Змеевики (полотенцесушители),
Теплый пол,
Отопительные регистры.

Зачем и как производится расчет теплоотдачи

На сегодняшний день вопрос энергосбережения стоит особенно остро. Расчет теплоотдачи труб проводится для увеличения способов рационального использования теплоносителей.

Что учесть при проведении вычислений.

Расчет теплоотдачи стальных труб выполняется для определения количества тепла, выделяемого с поверхности труб. Такой расчет необходим всего в двух случаях:

Теплоотдача труб рассчитывается по формуле:

Q=K * F * ∆t,

К- коэффициент теплопроводности, Ккал/(кв.м * ч * 0 С)

F – площадь труб, кв.м,

∆t – температурный напор, который вычисляется так:

∆t= 0,5 х (tп + tо) – tв,

где: tп – температура воды на входе, 0 С

tо – температура воды на выходе, 0 С

tв – температура в окружающей среды, 0 С

Необходимые значения для определения температурного напора берутся согласно таблицам СНиП :

tп = 80 0 С
tо = 70 0 С
tв = 20 0С

Коэффициент теплопроводности зависит от таких данных:

материал трубы,
ее диаметр,
количество деталей конструкции,

Посчитать площадь труб тоже легко :

d – диаметр трубы

Сколько тепло может излучить стальная труба длиной 1 м и диаметром 30 мм?

Поскольку это теоретический расчет, возьмем значение ∆t = 55 0С.

F = 3,14 * 0,03 * 1 = 0,09 кв. м

Коэффициент теплопроводности стальной трубы составляет приблизительно К = 11,5.

Q = 11,5 *0,09 * 55 = 56,9 Ккал/ч

Поскольку практически все намного сложнее, то для проведения более точных расчетов необходимо обратиться к специалисту.

Необходимо учитывать и второстепенные показатели, влияющие на теплоотдачу:

внешняя форма трубы,

Увеличение теплоотдачи.

Для эффективного увеличения показателя излучаемого тепла, есть много способов:

установка конвектора,
покраска труб черной краской,
установка регистра,
дополнительные секции батареи.

Конвектор представляет собой изогнутую трубу с металлическими пластинами. Изготовить его можно самостоятельно или купить в магазине более современный аналог.

Применение матовой черной краски для окрашивания поверхности теплоносителя тоже дает неплохой результат. Эстетически это выглядит не очень привлекательно, но если речь идет о комфорте, то приходится выбирать.

Уменьшение теплоотдачи.

В целях энергосбережения, становиться актуальным уменьшение теплоотдачи труб на тех участках коммуникаций, которые не используются по назначению, например при переходе из одного здания в другое или в неотапливаемом помещении.

Для этого есть множество вариантов использования теплоизоляционных материалов. Производители представляют на выбор достаточно широкий ассортимент, начиная от дешевых стекловолоконных и заканчивая более дорогими типа пенополистирола. Можно приобрести трубы с уже встроенными в нее утеплительными элементами.

Подведя итог, делаем выводы, что использование подобных расчетов помогает существенно сэкономить и избежать многих технических препятствий при проектировании систем водо- и теплообеспечения.

Характеристики стальных труб для отопления, расчет веса и теплоотдачи

Стальные водогазопроводные трубы являются самым популярным металлопрокатом широкого применения. Кроме использования для прокладки коммуникаций в соответствии с названием, они успешно выполняют функции отопительных приборов. Из труб вгп изготавливают гладкие и ребристые регистры разной конфигурации, которые по эффективности теплоотдачи не уступают современным радиаторам. Они прекрасно подходят для транспортировки теплоносителя в системах с естественной циркуляцией, при этом попутно участвуя в обогреве помещений.

Устанавливая стальные водогазопроводные трубы для отопления, очень важно знать их основные характеристики. В первую очередь к ним относятся вес и коэффициент теплоотдачи. Тщательно выполнив предварительные расчеты, вы убережете себя от неожиданных сложностей при монтаже и обеспечите требуемый эффект при эксплуатации.

Сортамент водогазопроводных труб

Водогазопроводные трубы изготавливаются в соответствии с требованиями государственного стандарта – ГОСТ 3262-75. Он действует уже более 40 лет и регламентирует все размеры и технические требования.

В сортаменте выделяется 3 разновидности труб:

Тип трубы определяется толщиной стенки. Она может варьироваться для разных диаметров от 1,8 до 5,5 мм. Усиление стенок позволяет изделиям выдерживать большее давление и обеспечивает более длительный срок службы. При этом, естественно, увеличивается расход металла на изготовление, стоимость и вес.

Приведенная в ГОСТе таблица веса стальных водогазопроводных труб позволяет определить массу 1 м погонного в зависимости от типа и диаметра.

Важно! Масса, определенная по таблице, является теоретической, фактическое значение может отличаться на 4-8%, что бывает ощутимо при больших партиях. Оцинкованные изделия всегда тяжелее примерно на 3-5%.

Как видно из таблицы, труба водогазопроводная стальная может иметь условный проход от 6 до 150 мм, что соответствует интервалу от ¼ до до 6 дюймов. Размеры в дюймах часто используются для маркировки фитингов и запорно-регулирующей арматуры. Поэтому очень важно правильно оперировать этими единицами измерения при комплектации системы.

На заметку: если под рукой нет таблицы, можно самостоятельно провести пересчет диаметра. Для этого достаточно знать, что 1 английский дюйм соответствует средней толщине большого пальца взрослого мужчины и равняется 25,4 мм. Все калибры легко определить, разделив значение условного прохода на 25 с округлением до ближайшего стандартного значения.

Масса трубы может быть также найдена вручную с помощью простых формул геометрии и физики, представленных на рисунке ниже. При больших объемах расчетов удобно использовать специальный онлайн калькулятор, который позволяет автоматизировать процесс.

На рисунке приняты следующие обозначения:

d – внутренний диаметр трубы;

D – наружный диаметр;

b – толщина стенки;

S – площадь металла в поперечном сечении;

V – объем металла;

m – масса изделия;

ρ – удельный вес стали, равный 7,85 г/см3.

Важно! Следует учитывать, что внутренний диаметр и условный проход – это не одно и то же. Трубы с разными толщинами стенок имеют разные внутренние диаметры при одинаковом условном проходе. Под условным проходом понимают некую стандартную величину в линейке сортамента, которая лишь примерно равна значению d. Приведение труб разных типов к одному условному диаметру значительно упрощает подбор фасонных элементов и других комплектующих.

Необходимо отметить высокие прочностные характеристики стальных труб. Они имеют жесткость, характерную для металлического прута аналогичного диаметра. При этом намного легче и дешевле. Так, изделие самого тяжелого типа будет иметь вес на 30-40% меньше, чем цельнометаллический прокат.

Благодаря этому, водогазопроводная труба широко применяется не только для транспортировки различных сред любой температуры, но также в строительстве и машиностроении для сооружения разнообразных конструкций.

Виды отопительных регистров

Стальные отопительные регистры представляют собой водогазопроводные или электросварные трубы, которые с помощью сварки соединяются в приборы для обогрева помещений. Они могут быть разной конфигурации. В соответствии с формой приборов выделяют следующие разновидности:

На рисунке показаны некоторые варианты их конструктивного исполнения.

Секционные в свою очередь подразделяются на виды в зависимости от способа соединения: ниткой или колонкой. В первом случае нагретая жидкость проходит последовательно по каждой трубе, двигаясь по прибору, как в змеевике. Во втором – теплоноситель входит в каждую последующую трубу с двух сторон параллельно, как показано на рисунке выше.

Иногда применяют аналогичные конструкции из металлического профиля прямоугольного или квадратного сечения. Они несколько дороже круглых, но могут быть удобны для самостоятельного изготовления при наличии исходного материала.

Несмотря на непривлекательный внешний вид, стальные регистры довольно популярны в помещениях технического назначения. Их часто можно встретить в гаражах, мастерских, производственных цехах, а иногда и в общественных зданиях. Некоторые домовладельцы отдают предпочтение именно регистрам из труб из-за относительной дешевизны изделия и возможности изготовления своими руками прибора нужной длины и формы.

По способности отдавать тепло такие приборы несколько уступают радиаторам аналогичной длины, но при этом имеют меньшую стоимость. Важным преимуществом гладкотрубных регистров является простота в уходе за ними. Именно удобство регулярного очищения обуславливает их частое применение в медицинских учреждениях.

Для увеличения теплоотдачи стальной трубы используют оребрение из пластин. Они существенно увеличивают площадь контакта с окружающим воздухом, к тому же улучшают конвекцию. Эффективность таких отопительных приборов примерно раза в 3 выше, чем гладкотрубных. Недостаток регистров с оребрением только в сложности удаления пыли, которая скапливается между пластинами.

Существуют и более сложные современные конструкции вертикальных регистров. Они могут быть как прямыми, так и дугообразными в плане, повторяя очертания самых сложных архитектурных форм. Возможны варианты расположения колонок в один или два ряда. Такие регистры очень удобны для больших высоких помещений и дают свободу смелым дизайнерским решениям.

Определение теплоотдачи

Для правильного подбора размера регистров для отопления помещений в соответствии с теплопотерями необходимо знать значение теплоотдачи трубы длиной 1 метр. Эта величина зависит от используемого диаметра и разницы температур теплоносителя и окружающей среды. Температурный напор определяется по формуле:

где t₁ и t₂ – температуры на входе в котел и выходе из него соответственно;

t_к – температура в отапливаемой комнате.

Быстро определить ориентировочное значение количества тепла, получаемого от регистра, поможет таблица теплоотдачи 1 м стальной трубы. Не смотря на то, что результат получается весьма приближенным, этот метод является самым удобным и не требует проведения сложных расчетов.

Для справки: 1 БТЕ/ час · фут 2 · o F = 5,678 Вт/м 2 К = 4,882 ккал/час· м 2 · o C.

Таблица показывает, какой будет теплоотдача стальных труб в воздушной среде при некоторых температурных перепадах. Для промежуточных значений разницы температур выполняются расчеты путем интерполяции.

Для более точного определения количества тепла, которое дает стальная труба, следует пользоваться классической формулой:

Q=K ·F · ∆t,

где: Q – теплоотдача, Вт;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 · 0 С);

F – площадь поверхности, м 2 ;

∆t – температурный напор, 0 С.

Принцип определения ∆t был описан выше, а значение F находится по простой геометрической формуле для поверхности цилиндра: F = π·d·l,

где π = 3,14, а d и l – диаметр и длина трубы соответственно, м.

При расчете участка длиной 1 м формула приобретает вид Q = 3,14·K·d·∆t.

На заметку: при определении теплоотдачи одиночной трубы достаточно подставить справочное значение коэффициента теплообмена для стали при передаче тепла от воды к воздуху, которое составляет 11,3 Вт/(м 2 · 0 С). Для отопительного прибора значение К зависит не только от материала, из которого изготовлены трубы, но также от их диаметра и количества ниток, так как они влияют друг на друга.

Средние значения коэффициентов теплопередачи для самых популярных типов нагревательных приборов приведены в таблице.

Важно! Подставляя значения в формулы необходимо внимательно следить за единицами измерения. Все величины должны иметь размерности, которые согласовываются между собой. Так, коэффициент теплопередачи, найденный в ккал/(час· м 2 · 0 С) необходимо перевести в Вт/(м 2 · 0 С), учитывая, что 1 ккал/час = 1,163 Вт.

Безусловно, таблица теплоотдачи стальных труб позволяет получить результат более быстро, чем расчет по формулам, но если важна точность, придется немного повозиться.

Чтобы определить необходимый размер регистра, требуемую тепловую мощность нужно разделить на теплоотдачу 1 метра с округлением в большую сторону к ближайшему целому числу. Для ориентира можно взять средние данные для утепленного помещения высотой до 3 м: 1 м регистра при диаметре 60 мм способен обогреть 1 м 2 помещения.

На заметку: Как видно из таблицы, коэффициент К для стальных труб может меняться от 8 до 12,5 ккал/(час· м 2 · 0 С). Увеличение диаметров и количества ниток приводит к уменьшению эффективности передачи тепла. В связи с этим для увеличения теплоотдачи регистра следует отдавать предпочтение увеличению длины элементов.

Необходимо учитывать также, что трубы больших размеров требуют повышенного объема воды в системе, что создает дополнительную нагрузку на котел. Рекомендуемое расстояние между нитками равно равняться диаметру труб плюс еще 50 мм.

Если система заполняется не водой, а незамерзающей жидкостью, то это существенно влияет на теплоотдачу регистра и требует увеличения его размеров после проведения дополнительных расчетов. Это особенно актуально при использовании приборов с ТЭНами и маслом в виде теплоносителя.

Заключение

Стальной трубопровод является довольно прочным, долговечным изделием с хорошей теплоотдачей. Регистры из гладких труб могут иметь различные конфигурации, очень удобны в уходе и не требуют периодической промывки. Это позволяет им успешно конкурировать с легкими биметаллическими и алюминиевыми отопительными приборами, а также с традиционными «неубиваемыми» чугунными радиаторами.

Водогазопроводные трубы получили широкое распространение в наружных тепловых сетях при открытой прокладке благодаря высокой жесткости и износоустойчивости. Целесообразность использования стальных труб для отопления помещений определяется условиями эксплуатации, финансовыми возможностями и эстетическим вкусом хозяев. Применение регистров наиболее оправдано в производственных и технических помещениях, но и в других случаях у них найдутся свои преимущества.

Теплоотдача 1 м. стальной трубы

Для каких систем нужен расчёт?

Радиатор из стальных труб

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

Другой подход – установить оребрение. Оно монтируется снаружи. Это позволит увеличить площадь теплоотдачи.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

К – коэффициент теплопроводности стали;
Q – коэффициент теплоотдачи, Вт;
F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Рассчитываем отдачу для 1 м. изделия

Q = 0,047*10*60 = 28 Вт.

К = 0.047, коэффициент теплоотдачи;
F = 10 м 2 , площадь трубы;
dT = 60° С, температурный напор.

Об этом стоит помнить

Расчет теплоотдачи стальной трубы и способы ее увеличения

Как известно, стальные трубы обладают высокой теплоотдачей, в некоторых случаях это дает положительный результат, но достаточно часто является и причиной возникновения многих трудностей. Поэтому, монтируя различные системы, приходится сталкиваться с необходимостью выполнить расчет теплоотдачи трубы.

В каких случаях необходим расчет?

Но необходимы такие данные в двух противоположных случаях:

Расчет эффективности отопления. В данном случае определяется необходимый диаметр элементов отопительной системы для получения требуемой температуры в помещении.
Расчет теплопотерь выполняется для выбора наиболее эффективных материалов для утепления коммуникаций.

Расчет теплоотдачи стальных труб в обоих случаях выполняется по одной методике.

Методика расчета

Формула определения теплоотдачи достаточно проста, но стоит учитывать то, что она дает приблизительные результаты. Существует множество нюансов, оказывающих свое влияние. Поэтому, если вам необходимы точные данные, какая теплоотдача именно при ваших условиях, лучше обратиться к специалисту.

Q=K x F x ∆t,

где: Q – теплоотдача, Ккал/ч

K – коэффициент теплопроводности стальной трубы, Ккал/(кв м х ч х 0 С)

F – площадь нагреваемой поверхности труб, кв м

∆t – тепловой напор, 0 С

Коэффициент теплопроводности зависит не только от материала, из которого изготовлены трубы.

Большую роль играют и следующие данные:

Диаметр
Количество ниток (линий) обогревательного устройства
Тепловой напор изделия

Так для стальных труб он может варьироваться от 8 до 12,5.

F = П х d x l,

d – диаметр трубы

Тепловой напор определяется по следующей формуле:

где: t_п – температура теплоносителя на входе, градусов

t_о – температура теплоносителя на выходе, градусов

t_в – температура в помещении, градусов

Следовательно, тепловой напор ∆t = 55 градусов.

Если вы будете выполнять расчет для трубы, которая имеет теплоизоляцию, то полученный результат необходимо будет умножить коэффициент полезного действия утеплителя.

Пример расчета

Определяем площадь поверхности:

F = 3,14 х 0,025 х 1 = 0,0785 кв м

Q = 11,5 х 0,0785 х 55 = 49,65 Ккал/ч

Как увеличить теплоотдачу?

Пример эффективного увеличения теплоотдачи – конвектор, применявшийся в системах отопления еще в советские времена. Он представлял собой согнутую трубу (U-образная форма) с наваренными перпендикулярно ей пластинами. Данный метод называется оребрение, он применяется и в современных отопительных устройствах.

Раньше это достигалось несколькими способами:

Увеличение длины труб. Простой пример – обычный полотенцесушитель, коэффициент теплоотдачи трубы, конечно, не меняется, более эффективный обогрев получали именно за счет увеличения длины.
Еще один способ повышения эффективности отопления — применение регистров. Они представляют собой несколько параллельных линий труб, отдача тепла и в этом случае достигалась за счет увеличения рабочей площади устройства. Конечно, сравнивать теплоотдачу регистра и современных отопительных приборов нельзя, но в недавнем прошлом подобная конструкция во многих случаях становилась единственно возможной.

Появление новых материалов дало возможность использовать другие способы повышения эффективности отопления. Самый популярный — теплый водяной пол, правда, в последнее время стальные трубы в этой сфере не применяются, появились более современные материалы, но принцип тот же.

Существенное увеличение длины греющих элементов позволяет получить эффективное отопление.

При использовании металлопластиковых труб не стоит забывать о том, что не следует замуровывать в стяжку фитинги, особенно компрессионные. Лучше всего, если вся линия будет проложена целой трубой.

Утепление труб

Если в отапливаемых помещениях все делается для того, чтобы взять от трубы как можно больше тепла, то в магистральных линиях существует совершенно противоположная потребность — снизить теплоотдачу по максимуму.

Для этого применяется утепление труб.

Регистры отопления из труб

Всем известно, что теплообмен (теплоотдача) – передача тепловой энергии – между телами и средами возникает при наличии разницы температур. Среда или тело имеющая более высокую температуру, остывая, нагревает более холодную среду и повышает ее температуру.

В системах водяного отопления горячая вода (теплоноситель), поступая в прибор отопления, нагревает его стенки (оболочку). Стенки через свои наружные поверхности отдают тепло воздуху в основном двумя способами: конвекцией и излучением.

Конвекция – это передача тепла потокам воздуха, протекающим вдоль горячих стенок прибора отопления.

Тепловое излучение – это передача тепловой энергии за счет излучения электромагнитных волн горячими стенками прибора отопления в окружающее пространство.

Наглядным примером действия теплового излучения является костер. Если в прохладный вечер стать боком к тлеющим углям костра на расстоянии трех – четырех метров, то часть лица, обращенная к костру, быстро нагреется, а противоположная часть лица будет оставаться холодной. При этом температура воздуха с обеих сторон будет примерно одинаковой.

Все приборы – чугунные батареи, регистры отопления из труб, стальные и алюминиевые панели, конвекторы и инфракрасные излучатели – отличаются друг от друга (кроме габаритов, внешнего вида, коэффициентов теплоотдачи) преобладающим видом передачи тепла окружающему воздуху и предметам. При этом, как правило, и конвекция и излучение существуют одновременно и действуют параллельно.

В этой статье будет рассмотрен пример расчета теплоотдачи регистров отопления из труб. Изготавливать регистры отопления из гладких труб экономически не было выгодно никогда — ни сегодня, ни вчера. Если 30-50 лет назад их широко применяли из-за дефицита качественных дешевых и эффективных приборов отопления, то применение регистров сегодня – это скорее инерционная привычка теплотехников. Стоимость системы отопления с применением, например, конвекторов на 20-30% ниже стоимости системы, где применены регистры отопления из труб. Теплоотдача приборов должна быть максимальной при минимальной стоимости и, соответственно, минимальной материалоемкости и трудоемкости изготовления. Однако часто это — взаимоисключающие критерии.

Тем не менее, вопрос теплоотдачи стальных труб остается актуальным, если ими выполняется разводка, а также при выполнении сравнительных расчетов различных вариантов систем и при ремонтах действующих систем, в которых применены регистры отопления из гладких труб.

Опираясь на теорию и практические опыты по теплоотдаче, а так же на основе многочисленных табличных данных с помощью Excel мне удалось найти достаточно точные формульные зависимости теплофизических характеристик воздуха (температуропроводности, теплопроводности, кинематической вязкости, критерия Прандтля) от температуры. Ниже представлена программа расчета теплоотдачи регистров отопления из горизонтальных металлических труб при свободном движении воздуха, являющаяся итогом проделанной работы.

Программа расчетов написана в MS Excel, но можно использовать и программу OOo Calc из пакета Open Office.

Правила форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, представлены на странице « О блоге ».

Теплоотдача регистров отопления из гладких труб. Расчет в Excel.

Регистр отопления из четырех гладких труб и схема движения теплоносителя показаны на рисунке, представленном ниже.

Включаем компьютер, MS Office и начинаем расчет в Excel.

Исходные данные:

Исходных данных не много, они понятны и просты.

1. Диаметр труб D в мм заносим

в ячейку D3: 108,0

2. Длину регистра (одной трубы) L в м записываем

в ячейку D4: 1,250

3. Количество труб в регистре N в штуках пишем

4. Температуру воды на «подаче» t_п в °C заносим

5. Температуру воды на «обратке» t_о в °C пишем

6. Температуру воздуха в помещении t_в в °C вводим

7. Вид наружной поверхности труб выбираем из выпадающего списка

в объединенных ячейках C9D9E9: «При теоретическом расчете»

8. Постоянную Стефана-Больцмана C в Вт/(м 2 *К 4 ) заносим

в ячейку D10: 0,00000005669

9. Значение ускорения свободного падения g в м/с 2 вписываем

в ячейку D11: 9,80665

Меняя исходные данные можно смоделировать любую «температурную ситуацию» для любого типоразмера регистра отопления!

Теплоотдача просто одиночной горизонтальной трубы также может легко быть посчитанной по этой программе! Для этого достаточно указать количество труб в регистре отопления равное единице ( N =1).

Результаты расчетов:

10. Степень черноты излучающих поверхностей труб ε автоматически определяется по выбранному виду наружной поверхности

в ячейке D13: =ИНДЕКС(H5:H31;G2) =0,810

В базе данных, расположенной на одном листе с программой расчета, для выбора представлены 27 видов наружных поверхностей труб и их степени черноты. (Смотри в файле для скачивания в конце статьи.)

11. Среднюю температуру стенок труб t_ст в °C вычисляем

в ячейке D14: =(D6+D7)/2 =72,5

12. Температурный напор dt в °C рассчитываем

в ячейке D15: =D14-D8 =54,5

13. Коэффициент объемного расширения воздуха β в 1/K определяем

в ячейке D16: =1/(D8+273) =0,003436

14. Кинематическую вязкость воздуха ν в м 2 /с вычисляем

в ячейке D17: =0,0000000001192*D8^2+0,000000086895*D8+0,000013306 =0,00001491

15. Критерий Прандтля Pr определяем

в ячейке D18: =0,00000073*D8^2-0,00028085*D8+0,70934 =0,7045

16 . Коэффициент теплопроводности воздуха λ рассчитываем

в ячейке D19: =-0,000000022042*D8^2+0,0000793717*D8+0,0243834 =0,02580

17. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра A в м 2 определяем

в ячейке D20: =ПИ()*D3/1000*D4*D5 =1,6965

18. Тепловой поток излучения с поверхностей труб регистра отопления Q_и в Вт вычисляем

в ячейке D21: =D10*D13*D20*((D14+273)^4- (D8+273)^4)*0,93^(D5-1) =444

19. Коэффициент теплоотдачи при излучении α_и в Вт/(м 2 *К) рассчитываем

в ячейке D22: =D21/(D15*D20) =4,8

20. Критерий Грасгофа Gr вычисляем

в ячейке D23: =D11*D16*(D3/1000)^3*D15/D17^2 =10410000

21. Критерий Нуссельта Nu находим

в ячейке D24: =0,5*(D23*D18)^0,25 =26,0194

22. Конвективную составляющую теплового потока Q_к в Вт вычисляем

в ячейке D25: =D26*D20*D15 =462

23. А коэффициент теплоотдачи при конвекции α_к в Вт/(м 2 *К) определяем соответственно

в ячейке D26: =D24*D19/(D3/1000)*0,93^(D5-1) =5,0

24. Полную мощность теплового потока регистра отопления Q в Вт и Ккал/час считаем соответственно

в ячейке D27: =D21+D25 =906

и в ячейке D28: =D27*0,85985 =779

25. Коэффициент теплоотдачи от поверхностей регистра отопления воздуху α в Вт/(м2*К) и Ккал/(час*м2*К) находим соответственно

в ячейке D29: =D22+D26 =9,8

и в ячейке D30: =D29*0,85985 =8,4

На этом расчет в Excel завершен. Теплоотдача регистра отопления из труб найдена!

Расчеты многократно подтверждены практикой!

Теплотехническим расчетам на этом сайте посвящен еще ряд статей. Быстро перейти к ним можно по ссылкам, расположенным ниже статьи или через страницу «Все статьи блога». В этих статьях просто и понятно на примерах рассказывается об основных понятиях теплотехники.

Замечания.

1. Правильнее в расчетах было бы использовать не коэффициент теплоотдачи α между наружными стенками регистра и воздухом, а коэффициент теплопередачи k , учитывающий теплообмен между теплоносителем (водой) и внутренними стенками труб регистра отопления, а так же передачу тепла через материал стенки (термическое сопротивление стенки). Рассчитывается коэффициент теплопередачи от воды к воздуху помещения по формуле:

α₁ ≈2000…3000 Вт/(м 2 *К) – коэффициент теплоотдачи между водой и внутренней стальной стенкой

λ_ст ≈50…60 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности материала стенок труб

2. Теплоотдача регистров отопления зависит от способа подачи воды в них (сверху вниз, снизу вверх …), от монтажных расстояний до ограждающих конструкций (до пола, до подоконника, до стены, до экрана), от толщины лакокрасочного покрытия и прочих факторов. Фактическая теплоотдача может быть меньше расчетной на 15…20%. Это необходимо учитывать при окончательных расчетах!

3. Расстояние между трубами и количество труб также оказывают влияние на теплоотдачу регистров отопления. В программе это частично учтено применением понижающего коэффициента (0,93) на каждый дополнительный ряд труб. Расстояние между трубами желательно выдерживать не менее диаметра трубы D (больше — лучше) .

4. Коэффициент теплопередачи k не является постоянной величиной для конкретного прибора отопления и значительно меняется при изменении температурного напора dt ! Подробнее об этом (и не только) читайте в ближайших статьях блога.

Подписывайтесь на анонсы статей в окнах, расположенных в конце каждой статьи или вверху каждой страницы и не забывайте подтверждать подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»).

Уважаемые читатели, оставляйте комментарии к статье! Ваши мысли, замечания, предложения, вопросы, советы всегда интересны и полезны коллегам и автору.