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.

Действенные способы повышения теплоотдачи батареи в отопительный сезон

Жильцы квартир, оборудованных центральной системой отопления, нередко замечают, что год от гада эффективность нагрева помещений становится все меньше. Им приходится добавлять дополнительные источники тепла — электрические радиаторы, которые греют эффективно, но локально. Кроме того, счета за электричество существенно повышают общую плату за коммунальные услуги.

Есть иной выход из ситуации — с помощью нехитрых способов повысить теплоотдачу радиатора центрального отопления.

Не нужно приглашать специалиста или закупать дополнительные инструменты — все можно сделать своими руками, используя подручные средства.

Типичные причины снижения теплоотдачи

Чтобы понять принцип действия разных способов улучшения теплоотдачи, необходимо понять какие факторы оказывают решающее влияние на КПД центральной системы отопления. К ним относят:

• материал изготовления секций;
• площадь нагревательного полотна, которая должна подбираться в зависимости от площади отапливаемого помещения;
• тип обвязки;
• скорость движения носителя;
• первоначальный уровень нагрева.

Для примера приведем данные для радиаторов, выполненных из различных материалов.

Радиаторы	Максимальное рабочее давление (Бар)	Тепломощность секции (Вт)	Температура воды (максимальные показатели, С 0 )	Вид теплоносителя
Чугун	6-9	80-160	150	Вода и другие (зависит от котла)
Биметаллические	16-36	200	130	Вода и др.
Алюминий	6-25	190	130	Вода
Сталь	10-12	150	100-120	Вода и др.

Факторы, снижающие мощность работы системы отопления

Ряд факторов оказывают негативное влияние на работу отопительных радиаторов, снижая их мощность:

• воздушные пробки — воздух необходимо спускать при каждом запуске системы после сезонного «отдыха»;
• внутреннее засорение припоем, ржавчиной, кальциевыми отложениями;
• монтаж внешний коробов, выполненных из материалов с низкой теплопроводностью;
• частое окрашивание без удаления старого слоя краски;
• внешние загрязнения — пыль, жир и др.

Однако, коммунальщики редко заморачиваются профилактическими мероприятиями. Самостоятельно выполнить промывку тоже нереально. Для проведения таких манипуляций необходимо слить носитель со всей системы (даже в летний период) и загнать в нее специальный раствор под давлением.

Важно: мы говорим о классических радиаторах, выполненных из чугуна. Если заменить их на современные биметаллические — теплоотдача повысится в несколько раз. Кроме того, накипь и ржавчина будут меньше образовываться на стенках. Выполнить такие работы самостоятельно сложно, необходим мастер и слив системы.

Другая причина снижение теплоотдачи отопительной системы — теплопотери. Еще на этапе строительства проводится теплотехнический расчет, подбирается оборудование. Стены утепляются. Если речь идет о домах, где провести дополнительное утепление уже невозможно, стоит обратить внимание на качество окон — именно они становятся основным источником теплопотери. Рекомендуется заменить их на более современные.

Потери тепла в доме

В случае если вы хотите согреться в холодном помещении, не прибегая к сложным манипуляциям с батареями, вы можете ознакомиться о других эффективных способах как согреть комнату в нашей статье как быстро согреть комнату без обогревателя — действенные лайфхаки.

Установка экрана-отражателя

Для этих целей подходит вспененный полиэтилен, одна из сторон которого покрыта фольгированным (отражающим) слоем. Необходимо подобрать размер экрана — он должен быть больше, чем площадь, занимаемая радиатором. Вырезанный экран необходимо поместить за радиатор и закрепить его на стене с помощью скотча. Фольгированный слой направляется в сторону жилого помещения. Принцип работы экрана:

• вспененный слой дополнительно утепляет стену под окном;
• фольгированный слой не дает уходить теплу, направляя его обратно в комнату.

Совет: не обязательно применять именно этот материал, хорошо справляются со своей задачей базальтовые плиты с дополнительным алюминиевым слоем.

Способ является действенным. Но и у него есть ряд противников, которые считают, что установка экрана приводит к:

• сдвигу точки росы. Нужно понимать, что площадь устанавливаемого экрана значительно меньше, чем площадь всей стены за радиатором. Поэтому оказать какое-либо существенное влияние и сдвинуть точку росы он просто не в состоянии. На этот показатель оказывает влияние сразу несколько параметров: влажность внутри и снаружи помещения, материал стен, вид и способ монтажа утеплителя и др. Один кусок вспененного полиэтилена не может оказать более существенное влияние, чем все эти факторы вместе взятые;
• охлаждение стены и ее промерзание. Этот довод тоже можно считать несостоятельным как раз из-за небольшой площади экрана.

Теплоотражающий экран для батареи отопления

Алюминиевый кожух и окраска

Чтобы повысить температуру в помещении, можно увеличить площадь нагреваемой поверхности с помощью кожуха из алюминия. Он надевается на радиатор, нагревается от горячих секций, тем самым повышая теплоотдачу. Кожух, кроме того, выполняет декоративную роль. Стоит такое приспособление недорого, а эффект от него существенный.

Удивительно, на роль играет и тот цвет, в которые окрашены радиаторы отопления. Мы привыкли красить их в светлые тона, преимущественно — белый. Но у более темных оттенков теплоотдача существенно выше. Например, отопительные секции, выкрашенные в коричневый цвет имеют теплоотдачу выше, чем белые примерно на 25 %.

Кожух алюминиевый для радиаторов

Улучшение конвекции путем увеличения циркуляции воздуха

Законы физики говорят о том, что увеличение скорости движения воздушных потоков в помещении способствуют быстрейшему прогреву. Для этих целей подойдет вентилятор, который необходимо установить так, чтобы воздух направлялся от нагретых секций к центру комнаты..

Совет: не обязательно приобретать специальные вентиляторы. Если дома есть старый компьютер, подойдет кулер из блока. Его можно установить под радиатором, чтобы направление теплого воздуха шло в сторону центра комнаты. Это увеличит конвекцию и комната прогреется гораздо быстрее.

Если же отопительные секции смонтированы таким образом, что находятся глубоко под подоконником (при его большой ширине), можно выполнить в нем дополнительные отверстия. Это поможет циркуляции воздуха, он не будет копиться и застаиваться в нише. Конечно, это касается ситуаций, когда подоконник выполнен из пластика или дерева. Продолбить бетонное или гранитное изделие самостоятельно будет сложно. Отверстие можно закрыть декоративными заглушками.

Совет: использование даже самых красивых декоративных штор существенно снижает теплоотдачу радиатора отопления, заставляя теплый воздух застаиваться в нише. Рекомендуется зашторивать окна как можно реже.

Продувка системы

Завоздушивание или засорение радиаторов приводит к полностью холодному полотну или его части. Поможет продувка системы. Существует несколько способов, каждый из которых потребует дополнительных приспособлений:

• гидравлическая продувка;
• пневмогидроимпульсивная;
• использование химсоставов или кальцинированной соды.

Такие виды, чаще всего, предусматривают обслуживание всей системы. Это представляется наиболее эффективным, ведь центральное отопление представляет собой сложную систему труб и трубопроводов.

Рекомендуется провести единую коллективную прочистку, которая будет гораздо более эффективной, чем индивидуальная.

Изменение способа подключения радиатора

Нередки ситуации, когда после подключения и спуска лишнего воздуха из системы, половина секций все равно остается еле теплыми по сравнению с другой половиной. В этой ситуации стоит винить способ подключения. Это касается вариантов подачи носителя как снизу, так и сверху — дальние от входа секции будут иметь более низкую температуру носителя.

Для одностороннего подключения рационально использовать специальные оптимизаторы — например, удлинители потока.

Двустороннее подключение не выход — как верхнее, так и нижнее. Для него так же свойственна разница температур, только более холодными оказывается низ или верх секций.

Оптимальный вариант — диагональное подключение с верхней раздачей. Изменение схемы подключения и разводки труб не всегда возможно. Рекомендуется приобрести и смонтировать радиаторы, имеющие особую конструкцию внутреннего пространства — в них установлена дополнительная перегородка между двумя частями полотна. Ее назначение — изменить направление теплоносителя таким образом, чтобы прогреть все секции без исключения.

Диагональная схема подключения радиаторов отопления

Изменение подключения радиатора представляется самым эффективным способом повышения теплоотдачи. Конечно, лучше планировать такие мероприятия еще на стадии монтирования батарей. Однако, дополнительные изменения можно провести и позже. В таком случае не придется навешивать на систему дополнительные приспособления.

Заключение

Нередки ситуации, когда теплоотдача батареи снижается под воздействием ряда факторов. Для ее повышения можно воспользоваться лайфхаками, которые не потребуют особых усилий или приспособлений.

Рекомендуется провести замену радиатора на изделие, выполненное из материала с повышенным КПД, обязательно проводить профилактические мероприятия по обслуживанию.