Текущий рейтинг статьи:

Статьи

Теплоотдача стальной трубы: расчет и применение

Давайте попробуем обобщить случаи, когда может понадобиться расчет теплоотдачи трубы, и узнать методы расчета этого параметра.

Зачем это нужно?

Безупречная эстетика, смертоносная эффективность

В общем и целом посчитать коэффициент теплоотдачи трубы нужно в двух категориях случаев:

При расчете нагревательных приборов;
Чтобы оценить количество потерь тепла на трубопроводах, транспортирующих теплоноситель.

Отопительные приборы

Что за нагреватели используют в качестве отдающих тепло элементов трубы?

Из широко распространенных стоит упомянуть:

Теплый пол;
Полотенцесушители и разнообразные змеевики;
Регистры.

Теплый пол

В качестве нагревательного элемента для водяного теплого пола (есть еще и теплый пол с электрическим подогревом) практически всегда выступают именно трубы; однако использование стальных труб для отопления последнее время стало редкостью.

Причины очевидны: стальная труба подвержена коррозии и уменьшению просвета со временем; монтаж трубы без резьбовых соединений требует наличия сварки; монтаж стальной трубы на трубных резьбах — это всегда потенциальные утечки. А что такое течи в полу, под стяжкой? Мокрый потолок на нижнем этаже или в подвале и постепенное разрушение перекрытия.

Именно поэтому в качестве нагревательного элемента для теплого пола совсем недавно предпочитали использовать змеевики из металлопластиковой трубы ( с обязательным монтажом фитингов вне стяжки), сейчас же в стяжку все чаще укладывается армированный полипропилен.

Он имеет низкий коэффициент теплового расширения и при правильном монтаже не требует ремонта и обслуживания много десятилетий. Применяются и другие пластики.

Теперь это делают так

Совет: обязательно оставьте небольшие зазоры на тепловую деформацию трубы. Армированный полипропилен вытягивается при нагреве меньше неармированного, но все же вытягивается.

Полотенцесушители

Стальные полотенцесушители весьма распространены в домах советской постройки. Еще совсем недавно они были частью типового проекта любого строящегося дома, причем вплоть до 80-х годов всегда монтировались на резьбовых соединениях.

Циркуляционные врезки в элеваторных узлах, обеспечивающие постоянно горячие стояки отопления, тоже появились относительно недавно.

Раз так — режимом работы полотенцесушителя были повторяющиеся охлаждения и нагревы. Расширения — сжатия. Как на это реагировали резьбовые соединения? Правильно. Начинали течь.

Позже, когда полотенцесушители стали частью стояков отопления и загрели круглосуточно, проблема течей отошла на второй план. Сам же размер сушилки (и, соответственно, эффективная площадь теплоотдачи) резко уменьшился. Причина — изменение среднесуточной температуры.

Если раньше змеевик в ванной нагревался лишь тогда, когда владельцы ванной пользовались горячей водой, то теперь грел постоянно.

Экстремалы и теперь устанавливают стальные сушилки в ванных

Регистры

Во многих производственных помещениях, в складах и даже некоторых давно не ремонтировавшихся магазинах внимание привлекает несколько рядов толстых труб под окном, от которых идет ощутимый жар. Перед нами один из дешевейших отопительных приборов эпохи развитого социализма — регистр.

Он представляет собой несколько толстых труб с заваренными торцами и перемычками из тонких трубок. В простейшем варианте это вообще может быть одна толстая труба, идущая по периметру помещения.

Забавно сравнить теплоотдачу стального регистра с занимающей сопоставимый объем в комнате алюминиевой батареей современного образца. Разницы в теплоотдаче в разы.

Как за счет большей теплопроводности алюминия, так и за счет огромной поверхности теплообмена с воздухом у современного решения. Об эстетике в случае регистра говорить, сами понимаете, не приходится вообще.

Однако регистр был решением дешевым и доступным. К тому же крайне редко требовал ремонта или обслуживания: забитая даже наполовину труба продолжала греть, ну а проваренный электросваркой шов течь начинал примерно после пятисотого удара кувалдой.

В самом деле, чему тут ломаться?

Способы увеличения теплоотдачи

С точки зрения отдачи в пространство максимального количества тепла менее эффективен, чем труба, разве что шар. У него еще худшее соотношение поверхности к объему.

Что же делали предки, чтобы эти чудовищные отопительные приборы грели?

Как увеличить теплоотдачу трубы?

Увеличивали инфракрасное излучение отопительного прибора. Простая окраска регистра черной матовой краской давала ощутимое потепление в помещении.
Кстати, нынешнее хромирование современных змеевиков для ванной выглядит эффектно, но с точки зрения теплоотдачи прибора — идиотизм чистейшей воды.

Теплоотдача стальных труб уменьшается благодаря хромированию поверхности. Хотя выглядит оно красиво

Увеличена теплоотдача труб стальных может быть и благодаря оребрению, наваренному или смонтированному иным способом снаружи трубы.
Конечная стадия реализации этого способа — конвектор, виток трубы с поперечными пластинами. Разумеется, в этом случае все методы расчета теплоотдачи трубы неприменимы — труба отдает в этом приборе меньшую часть тепла.

Размышляя, как увеличить теплоотдачу труб, проектировщики дошли до идеи конвектора. К сожалению. Некоторые предметы советской эпохи ностальгии не вызывают

Потери тепла через трубы

В городской квартире все просто: и стояки, и подводка к отопительным приборам, и сами приборы находятся в обогреваемом помещении. Какой смысл переживать из-за того, сколько тепла рассеивает стояк, если оно служит той же цели — отоплению?

Однако уже в подъездах многоквартирных домов, в подвалах и в части складских помещений ситуация в корне иная. Обогреть нужно одно помещение, а подвести к нему теплоноситель через другое. Отсюда — попытки минимизировать теплоотдачу труб, по которым горячая вода поступает в батареи.

Теплоизоляция

Самый очевидный способ того, как может быть уменьшена теплоотдача трубы стальной — теплоизоляция этой трубы. Еще двадцать лет назад способов для этого было два: рекомендованный нормативной документацией (утепление стекловатой с обмоткой негорючей тканью; еще раньше внешнюю изоляцию вообще выполняли твердой с использованием гипсового или цементного раствора) и реалистичный: трубы просто заматывались тряпьем.

Сейчас появилась масса вполне адекватных способов ограничить потери тепла: тут и пенопластовые накладки на трубы, и разрезные оболочки из вспененного полиэтилена, и минеральная вата.

При строительстве новых домов эти материалы активно применяются; однако в жилищно-коммунальной системе ограниченность, вежливо говоря, бюджета приводит к тому, что трубы в подвалах по-прежнему просто заматывают сса… гм, рваными тряпками.

Добро пожаловать в двадцать первый век

Цифры и формулы

Обе этих категории — расчет отопительных приборов и расчет потерь тепла по пути к ним — сводится к одному: нам нужно знать, сколько тепла отдает стальная труба при заданной температуре воды в ней и воздуха снаружи. Дополнительным условием является наличие или отсутствие теплоизоляции.

Весь расчет теплоотдачи стальных труб выглядит так: Q=K*F*dT, где:

Q — теплоотдача трубы в килокалориях;

K — коэффициент теплопроводности стальной трубы, зависящий, кроме материала, от диаметра трубы, разницы температур между теплоносителем и воздухом и количества ниток отопительного прибора;

F — площадь поверхности трубы или труб;

dT — температурный напор, который равен половине суммы температур на входе трубы и на выходе минус температура внутри помещения.

Коэффициент варьируется от 8 до 12,5 в зависимости от:

Диаметра трубы;
Количества ниток трубы в регистре (в случае отопительного прибора);
Температурного напора.

В случае теплоизолированной трубы результат умножается на КПД теплоизоляции, то есть на количество процентов тепла, которое она пропускает в окружающее пространство.

Так, возьмем регистр в три нитки из трубы-сотки длиной в один метр. Температуру в комнате берем равной 20 С; при прохождении через регистр температура теплоносителя падает с 81 до 79 С.

Помните, как рассчитывается поверхность цилиндра? S=2 πrh, длина окружности на высоту. Площадью перемычек и торцов в этом случае смело можно пренебречь.

Общая площадь каждой трубы регистра у нас окажется равной 2*3,1415*0,05*1=0,31415 м2. Таких трубы три; суммарная их площадь будет чуть меньше квадратного метра.

Далее: dT в нашем случае равен (79+81)/2-20=60. Коэффициент К для трехтрубного регистра с диаметром трубы 100 мм и температурного напора 60 С берется равным 9,0. Итак: Q=9*1*60.

Наш регистр оставит в помещении всего-то 540 килокалорий тепла.