Как рассчитать теплоотдачу стальной трубы и для чего это делается

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. Читайте также: «Виды регистров из гладких труб, характеристики и особенности использования в системах отопления».

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 не сложные 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 м 2 . Если трубы три, то их общая площадь составит 0,31415×3 = 0,94245 м 2 .

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.

Как увеличить теплоотдачу трубы отопления – в теории и на практике

Сегодня очень остро стоит вопрос энергосбережения. Это касается буквально каждого пользователя. Поэтому проектируя системы отопления в частном строительстве своими силами, рачительные хозяева сразу задумываются о системах отопления и их эффективности.

Сложнее приходится тем, кто эксплуатирует ранее созданные системы отопления, поскольку они задаются вопросом увеличения доли теплоотдачи в уже готовых объектах.

Чугунные радиаторы хоть и громоздкие, но весьма эффективны для небольших помещений

Способы увеличения теплоотдачи

Начнем непосредственно статью с того, как увеличить теплоотдачу трубы в загородном доме (читайте также статью “Развальцовка труб из меди: рассматриваем доступные инструменты и способы”).

На данный момент существует несколько способов увеличения выдачи тепла от уже созданной и бывшей в эксплуатации, но не оправдавшей ваших надежд, системы отопления:

• Монтаж конвекторов. Эта конструкция из трубы с нанизанными на нее металлическими пластинами выполненная своими руками, либо заводского изготовления.
• Окраска магистрального трубопровода в черный или другой темный цвет. Такой способ при всей своей простоте довольно эффективен. К тому же колер вполне органично может вписаться в современный дизайн помещений, в отличие от недавнего прошлого, когда это считалось вынужденной мерой.

Примечание! Краска лишь дополнительный способ, который актуален в редких случаях, так как эффективность слишком мала, чтобы «любоваться» черными полосами.

• Монтаж в отопительную систему регистров. Регистр представляет собой несколько труб большого диаметра соединенными между собой и с заваренными торцами. К таким конструкциям можно отнести полотенцесушители в виде змеевика с несколькими петлями.
• Перегруппировка радиаторов с добавлением секций. Этот вариант наиболее затратный, но и по эффективности находится выше остальных.

Если решили добавлять радиаторы, то расположите их обязательно под окнами или рядом с входной дверью (как на фото)

Рекомендуем! Не забывайте, что установка дополнительных изоляционных материалов также позволяет увеличить теплоотдачу, сократив потерю выделяемого тепла. Однако возможно только при возведении жилого дома с фундамента, либо при демонтаже фасада.

Новое строительство

Проектирование системы отопления новостройки должно заведомо выполняться с учетом принципов энергосбережения. Основой проекта является расчет теплоотдачи, иными словами количества тепла, выделяемое с поверхности труб и других элементов системы отопления в окружающую среду.

Этот расчет необходим для:

• Определения оптимальных параметров системы отопления для создания определенного температурного режима в помещениях вашего жилища.
• Принятия решения по мерам утепления с учетом теплопотерь через основные конструкции строения.

Ранее отопительные магистральные трубопроводы выполнялись в основном из стальных изделий, сегодня же используются более практичные и надежные материалы. К примеру, полипропиленовые изделия имеют несколько весомых преимуществ: малый вес и небольшая эластичность, увеличивающая прочность.

Металлопластик легко резать, в отличие от стальных труб, для которых требуется специальный инструмент

Расчет теплоотдачи

Перед тем, как начать строительные работы, следует произвести необходимые расчеты по извлечению максимальной пользы от труб отопления. Если вы не знаете, какие формулы использовать и как правильно считать, нижеизложенная инструкция поможет вам в этом.

Самостоятельный расчет теплоотдачи поверхности труб выполняется по формуле Q = K x F x ∆t, где:

• Q – искомая теплоотдача, Ккал/ч.
• K – коэффициент теплоотдачи воды в трубе, Ккал/(м2 х ч х 0 С).
• F – площадь нагреваемой поверхности, м2.
• ∆t – тепловой напор, 0 С.

Коэффициент теплопроводности (К) в свою очередь высчитывается по сложным формулам, поэтому используем готовое значение из технических источников – от 8 до 12,5 Ккал/(м2 х ч х 0 С) для стальных труб.

Площадь поверхности трубы просчитывается по знакомой всем из школьной программы геометрической формулы для определения площади боковой поверхности цилиндра F = П х d x l, где:

• П = 3,14 математическая постоянная.
• d – диаметр указан в метрах.
• l – длина трубы, также в подсчет в м.

Для расчета теплового напора существует формула ∆t = 0,5 х (t_п + t_о) – t_в, где:

• t_п – температура теплоносителя на входе.
• t_о – температура теплоносителя на выходе.
• t_в – температура в помещении.

Теоретическая теплоотдача стальной трубы, рассчитывается с учетом условно заданных значений температуры теплоносителя на входе-выходе и комнате согласно СНиПам, которые составляют:

Установка регуляторы температуры позволяет выставлять температуру для комфортного проживания

К сведению! Для более точного и легкого расчета нужных показателей используются специальные документы, такие как, например, таблица теплоотдачи 1 м стальной трубы. Обратите внимание, что она подходит только для стальных изделий.

• t_п = 80 градусов
• t_о = 70 градусов
• t_в = 20 градусов

В результате нехитрых расчетов (0,5х(80+70) -20) получим значение теплового напора ∆t = 55 градусов.

Низкая эффективность связана с большой потерей тепла сквозь стены, оконные проемы и пол

Пример расчета

Выполним теоретический расчет теплоотдачи для самой ходовой в системе отопления стальной трубы с диаметром 25 мм и протяженностью один метр.

Внимание! Чтобы не запутаться в единицах измерения в ходе расчета используем один показатель – метр.

• В первую очередь высчитаем площадь нашего отрезка трубы F = 3,14 х 0,025 х 1= 0,0785 м2.
• Далее смотрим в таблицу коэффициентов теплоотдачи стальной трубы с диаметром 25 мм. Он составляет (для труб диаметром до 40 мм, проложенных в одну нитку при теоретическом тепловом напоре равном 55 градусов) К=11,5.
• Применим основную формулу и получим значение теплоотдачи Q = 11,5х0,0785х55=49,65 Ккал/ч.

Важно знать не только какова теплоотдача трубы – таблица на рисунке поможет определить данный показатель других элементов системы отопления

На первый взгляд расчет совсем несложный, но это в теории.

Для создания проекта реальной системы отопления необходимы тщательные расчеты с учетом параметров всех элементов, составляющих систему, в том числе:

• Отопительных приборов.
• Фитингов и запорной арматуры.
• Обводных линий.
• Утепленных участков магистрали и т.п.

Совет! Для проектирования сложной системы отопления большого дома лучше обратиться к помощи профессиональных теплотехников. Цена на их услуги намного меньше стоимости возможных потерь при ошибках в расчетах.

По аналогии с расчетом параметров стальной трубы вычисляется теплоотдача медной трубы или любой другой, для этого мы разместили в данной статье несколько полезных и познавательных рисунков.

Отличная теплоотдача металлопластиковой трубы и другие преимущества делают ее наиболее предпочтительным вариантом при создании современных отопительных систем, в том числе альтернативных. Поэтому если вы только начинаете возведение загородного дома, то стоит остановить свой выбор именно на этом современном материале.

Еще один момент, с которым придется столкнуться после установки оборудования системы отопления – декоративная отделка, чтобы скрыть непривлекательные радиаторы и трубопровод

Вывод

Как видите, на самом деле ничего сложного нет в правильном расчете и увеличении эффективности системы обговоренных систем. Главное не забывать о том, что в некоторых случаях высокая теплоотдача труб отопления может привести к большим ежегодным затратам, поэтому увлекаться данной процессом тоже не стоит (см.также статью “Необходимость дополнительного трубопровода: как осуществляется установка трубной врезки”).

В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.