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?

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

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

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.

Пример расчета

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

Расчет труб отопления: диаметр, теплоотдача, уклон и другие характеристики

Одним из основных этапов планирования системы отопления в доме или квартире является расчет труб отопления. На этой стадии разработки проекта определяются вид труб, а также их диаметр. Именно от правильности подбора всех исходных материалов для создания отопительной системы будет зависеть продолжительность и качество её функционирования.

Правильно выбранные и смонтированные трубы отопления обеспечат минимальные потери тепла и бесперебойное функционирование системы

Диаметры труб отопления и особенности их выбора

Приступая к решению такой задачи, как расчет диаметра труб системы отопления, следует принять во внимание, что существует несколько понятий, объединённых общим термином «диаметр трубы». Каждые трубы могут характеризоваться следующими параметрами:

• Внутренний диаметр – основная характеристика трубы, указывающая на её пропускную способность.
• Наружный диаметр – не менее важная характеристика, которую обязательно следует принимать во внимание при проектировании отопительной системы.
• Номинальный диаметр (условный проход) – некая округлённая величина, которая указывается при маркировке.

Не следует забывать также, что трубы, изготовленные из разных материалов, имеют в своей маркировке число, соответствующее тому или иному её диаметру:

• Стальные и чугунные трубы маркируют по величине их внутреннего диаметра.
• Трубы из меди или пластика – по величине наружного диаметра.

Именно поэтому, проводя расчет сечения трубы отопления, в обязательном порядке надо учитывать материал труб. Особенно, если предполагается создать систему, представляющую собой комбинацию разных труб.

Одной из особенностей, влияющих на выбор размера любых труб, является единица измерения, принятая для оценки величины их диаметра, а следовательно, и их маркировки. Основной единицей, указывающей на размер трубы, является целое число или доля дюйма. Чтобы перевести дюймы в привычную для нас систему измерения, следует запомнить, что 1 дюйм = 25,4 мм.

Как выполнить расчёт необходимого диаметра труб отопления

Начиная расчет диаметра трубы для отопления жилого помещения, следует учесть ещё один важный параметр. Это – тепловая нагрузка. В соответствии со стандартами, комфортные условия для проживания в помещении при высоте потолка в 2,5 м обеспечивают 0,1 кВт тепловой мощности, приходящихся на 1 м 2 его площади. Следовательно, можно очень легко подсчитать, сколько же потребуется тепла для обогрева, например, комнаты в 20 м 2 :

В соответствии с таблицей подбирается диаметр труб, способных обеспечить комфортное тепло. В нашем примере, согласно представленной таблице, для того, чтобы в комнате всегда было тепло, вполне подойдут трубы внутренним диаметром в 1/2 дюйма.

Тепловая нагрузка и расход теплоносителя для труб отопления различного диаметра

Характеристики труб отопления: теплоотдача и уклон

Теплопроводность труб и радиаторов отопления

Установив в своём доме автономную отопительную систему, каждый для себя решает, какая будет температура протекающей по этим трубам воды. Всё зависит от пожелания домочадцев, внешних климатических условий и от типа батарей отопления, установленных в доме. Поскольку не существует какого-либо стандарта и ограничения на такой параметр, как температура теплоносителя, то определяющей величиной здесь должна быть теплоотдача труб отопления.

Чем меньше теплопроводность труб, тем меньше теплопотерь произойдет до непосредственной доставки теплоносителя к радиатору. Рассмотрим, какие трубы обладают меньшей теплоотдачей:

• Здесь наиболее оптимальным вариантом видятся полипропиленовые трубы, поскольку коэффициент их теплопроводности наименьший среди остальных видов труб, используемых в отопительных системах.
• Несколько большую теплопроводность имеют металлопластиковые и армированные полимерные трубы, хотя также являются неплохим вариантом для монтажа трубопровода отопления.
• И, наконец, стальные трубы, проложенные в подавляющем большинстве домов постройки прошлого века, отдают тепло быстрее всего.

Трубы для отопления различных диаметров на низкотемпературных участках окружающей среды рекомендуется теплоизолировать специальными материалами

Что касается радиаторов, то здесь, наоборот, приветствуются изделия из материалов с наибольшей теплоотдачей. Рейтинг по возрастанию качества радиаторов относительно их теплоотдачи будет выглядеть следующим образом:

• Радиаторы, изготовленные из чугуна, имеют самый низкий коэффициент теплопередачи среди современных приборов для отопления.
• За ними следуют радиаторы биметаллические.
• Алюминиевые батареи обладают наивысшим коэффициентом передачи тепла от носителя в окружающее пространство, поэтому именно их рекомендуется использовать для повышения эффективности системы.

Кроме того, существует параметр, который поможет определиться с количеством секций радиаторов. Это – их тепловая мощность, которая обязательно указывается в паспорте изделия. Обычно она соответствует величине, заданной из расчёта, что протекающая по трубам отопления вода будет иметь температуру 75°С. Для поддержания комфорта и экономии энергии в доме эту величину можно варьировать, изменяя в ту или иную сторону.

Также для нормальной работы системы внутридомового отопления важно знать, каково давление в трубах, отапливающих дом. Стандартный показатель – 1,5-2 атм. Повышение давления выше указанных величин может привести к тому, что толщина стенки трубы для отопления окажется недостаточной. В этом случае неизбежно произойдёт разгерметизация и выход оборудования из строя. Чтобы избежать подобной неприятности следует использовать манометры для контроля давления в системе.

Организация уклона труб отопления

Правильное направление уклона труб отопления при естественной циркуляции

Создавая автономную систему водяного отопления дома, не надо забывать, что она должна устраиваться с небольшим уклоном, помогающим правильному её функционированию. Особенно это актуально для системы естественной циркуляции теплоносителя по трубам. Правила выбора уклона труб отопления:

1. Правильно выбранный уклон труб отопления обеспечит беспрепятственную циркуляцию теплоносителя по системе. Величина уклона в сторону течения воды должна составлять 10 мм на 1 м трубы как в направлении от нагревательного котла к радиаторам отопления, так и при выводе из системы.

1. В системах, использующих принудительную циркуляцию теплоносителя с помощью насоса, уклон устраивать не обязательно. Обычно в таких системах трубы прокладываются горизонтально или с минимальным уклоном в сторону сливной запорной арматуры в 2–3 мм. Это помогает вылить воду из труб для проведения ремонтных работ или для недопущения разрыва трубопровода в случае, когда система длительное время не используется в холодное время года.
2. Горизонтальный отвод для подключения к батарее от вертикальных систем трубопровода длиной больше 0,5 м устраивают с уклоном в 10 мм в сторону движения воды. Если этот отвод имеет меньшую длину, уклон устраивать не обязательно.

Проектирование и монтаж системы отопления в доме – сложная задача. Поэтому лучше всего доверять её решение профессионалам, которые точно знают, как рассчитать трубы для отопления, выбрать подходящие материалы. Они проведут необходимые тепловые и гидравлические расчёты, гарантирующие, что система отопления в вашем доме прослужит надёжно и долго. Если же система отопления в вашей квартире или доме компактна, руководствуясь инструкциями нашего портала, вы наверняка сможете выполнить все необходимые работы не хуже, но при этом и существенно дешевле.