Как рассчитать теплоотдачу стальной трубы и для чего это делается

Содержание:

В этой статье мы расскажем о том, как рассчитать теплоотдачу трубы, а также в каких случаях может потребоваться определение данного показателя.

С какой целью рассчитывают теплоотдачу стальных труб

Преимущественно, расчет теплоотдачи стальных труб производится в таких случаях:

• если нужно определить мощность нагревательных приборов для системы отопления в доме;
• если возникла необходимость оценки теплопотерь, происходящих во время транспортировки теплоносителя по трубопроводу.

Стоит отметить, что нагревательные контуры, сквозь которые может отдаваться тепло, устанавливают в таких приборах:

• полотенцесушители и змеевики;
• регистры;
• системы теплого пола.

Системы теплых полов

Если речь идет о водяном теплом полу, в отличие от электрического аналога, в качестве нагревательного контура в нем используются металлические трубы, хотя, их стали применять в последнее время все реже.

Главная причина снижения спроса на водяной теплый пол заключается в постепенном изнашивании стальных труб, снижении просвета в них. Кроме того, имеет значение и способ монтажа – сварные швы выполнить сможет далеко не каждый, а резьбовое соединение грозит утечкой теплоносителя через некоторое время. Естественно, никому не понравится результат утечки воды из системы в полу со стяжкой – будет затоплен потолок нижнего этажа или подвала, а перекрытие постепенно придет в негодность.

По этим причинам на замену стальным трубам в теплых водяных полах сначала пришли металлопластиковые змеевики, фитинги на которые крепились за пределами стяжки, а в настоящее время предпочитают армированный полипропилен.

Такому материалу присуще незначительное тепловое расширение, а при грамотной укладке и эксплуатации они могут прослужить не один десяток лет. Как вариант, используют и другие полимерные материалы.

Обратите внимание, что зазоры для теплового расширения армированного полипропилена все же нужно оставлять, хоть оно и небольшое.

Полотенцесушители

В домах старой постройки полотенцесушители из стальных труб встречаются очень часто, ведь в большинстве случаев они были заложены проектом, причем почти до конца прошлого века врезались в систему на резьбе.

Не так давно стали применять циркулярные врезки в элеваторных узлах, которые обеспечивают стабильную горячую температуру прибора.

Поскольку нагревательные контуры в полотенцесушителях постоянно подвергались перепадам температур – то нагревались, то остывали – резьбовым соединениям было сложно выдержать такой режим, поэтому они периодически начинали подтекать.

Несколько позднее, когда прогрев этих приспособлений стал стабильным благодаря врезке в стояки отопления, проблема протечек стала не настолько актуальной. В то же время размеры змеевика стали намного меньше, в результате чего снизилась площадь теплоотдачи стальной трубы. Однако такой полотенцесушитель оставался теплым не только во время использования горячей воды, а постоянно.

Регистры

По своей конструкции регистры представляют собой решетку из нескольких толстых труб с тонкими перемычками, торцы которых заглушены. От них распространяется ощутимый поток тепла, обогревая, таким образом, довольно большие помещения – магазины, склады или производственные цеха. Как правило, регистры располагают под окном или по всему периметру помещения.

Это было очень простым и дешевым решением в ситуациях, когда требовался обогрев больших площадей. Хотя если говорить о теплоотдаче трубы в таком регистре в сравнении с алюминиевым радиатором, то разница в эффективности ошеломляет. За счет большей площади теплообменника радиатора и теплопроводности алюминия, современное оборудование, несомненно, предпочтительнее. Да и внешне регистры выглядели довольно грубо.

Тем не менее для своего времени регистры были приемлемы ввиду дешевизны и простоты. Можно отметить, что сварные швы на них были очень прочными, а засорение трубы не мешало их функционированию.

Методы повышения теплоотдачи

Круглая форма отнюдь не способствует увеличению теплоотдачи металлических труб. Еще более низкий коэффициент отношения объема и поверхности можно встретить только у сферы.

Следовательно, проблема как увеличить теплоотдачу трубы, несомненно, стояла у разработчиков первых простых отопительных приборов.

Чтобы увеличить коэффициент теплоотдачи стальной трубы, раньше применялись такие методы:

• Поверхность трубы покрывали матовой черной краской, чтобы усилить инфракрасное излучение нагревательного элемента. Это позволяло добиться значительного роста температуры в помещении. Стоит отметить, что современное хромирование на полотенцесушителях крайне неэффективно для усиления теплоотдачи – оно, скорее, для красоты.
• Увеличение теплоотдачи трубы за счет наваривания на нее дополнительных ребер, что делало площадь нагревательного элемента, а значит и теплоотдачу, существенно больше. Наиболее передовым вариантом использования данного способа можно назвать конвектор, то есть участок загнутой трубы с приваренными поперечными ребрами. Хотя сама труба в данном случае отдает минимум тепла.

Любым из этих методов можно воспользоваться, если стоит вопрос, как увеличить теплоотдачу трубы отопления своими руками, ведь они совсем несложные и вполне осуществимы в домашних условиях.

Теплопотери сквозь трубы

В условиях квартир особого смысла рассчитывать теплоотдачу нержавеющей трубы нет, ведь в данном случае все тепло, отдаваемое стояком и отопительными контурами, будет рассеиваться внутри, обогревая помещение.

А вот если необходимо качественно обогреть подвальные или складские мощности, а теплоноситель к ним должен подаваться из другого места, то в данном случае расчет теплоотдачи трубы будет более чем целесообразен, чтобы можно было сориентироваться, сколько тепла теряется по пути. Тогда можно попробовать поискать способы сократить теплопотери труб с горячей водой.

Применение теплоизоляционных материалов

Наверное, первое, что приходит в голову при необходимости сохранить максимум тепла внутри трубы – это обмотать ее теплоизоляционным материалом. В конце прошлого века для этих целей применяли утеплитель из стекловолокна с дополнительной обмоткой негорючей тканью (данный способ рекомендован нормативной базой). Еще чуть раньше активно использовались растворы гипса или цемента, то есть теплоизоляция получалась твердой. В действительности же нерадивые сантехники нередко просто обматывали трубы старой ветошью, в надежде, что никто не проконтролирует.

Обилие современных материалов, например накладки на трубы из пенопласта, разрезные полиэтиленовые оболочки, минеральная вата и прочие, позволяет выполнить теплоизоляцию отопительных труб намного более качественно. И в новостройках такие материалы с успехом применяются. Тем не менее отсталость ЖЕКов зачастую приводит к тому, что трубы по старинке обматывают тряпьем.

Расчетные показатели

Чтобы вычислить мощность отопительного оборудования, а также выяснить масштаб теплопотерь при транспортировке теплоносителя, необходимо будет выполнить теплосъем с трубы при определенных показателях температуры жидкости внутри нее и воздуха снаружи. Теплоизоляционный слой служит дополнительным параметром.

Формула для расчета теплоотдачи трубы из стали выглядит так:

Q=K×F×dT, в которой:

Q – искомый результат теплоотдачи стальной трубы в килокалориях;

K – коэффициент теплопроводности. Он зависит от материала трубы, ее сечения, числа контуров отопительного оборудования, а также расхождения в температурах между внешним воздухом и теплоносителем;

F – общая площадь поверхности трубы или нескольких труб в приборе;

dT – напор температуры, то есть ½ суммарной температуры жидкости на входе и выходе из трубы за вычетом температуры воздуха в помещении.

Если трубы дополнительно обернуты слоем теплоизоляции, то ее КПД в процентном выражении (количество пропускаемого сквозь нее тепла) умножают на полученный показатель теплоотдачи.

Для примера рассчитаем теплоотдачу регистра из трех труб сечением 100 мм, длиной 1 м. В помещении температура равна 20 ℃, а теплоноситель при прохождении сквозь трубу остывает с 81 до 79 ℃.

Согласно формуле S=2пиrh рассчитываем площадь поверхности цилиндра:

S= 2×3,1415×0,05×1=0,31415 м². Если трубы три, то их общая площадь составит 0,31415×3 = 0,94245 м².

Показатель dT = (79+81):2-20 = 60.

Значение K для регистра из трех труб с температурным напором 60 и сечением 1 метр принимаем равным 9. Следовательно, Q=9×1×60 = 540. То есть теплоотдача регистра будет равна 540 ккал.

Таким образом, мы рассмотрели понятия теплоотдачи, а также способы минимизации теплопотерь стальной трубы для тех или иных случаев. Ничего очень сложного в этом нет. Главное, подойти к вопросу ответственно.

Совет:
Не делайте ОШИБКИ в расчётах!
Используйте строительные калькуляторы онлайн - расчёт строительных материалов и конструкций для ремонта и стройки быстро и точно.