Теплоотдача 1 м. стальной трубы

Расчёт теплоотдачи трубы требуется при проектировании отопления, и нужен, чтобы понять, какой объём тепла потребуется, чтобы прогреть помещения и, сколько времени на это уйдёт. Если монтаж производится не по типовым проектам, то такой расчёт необходим.

Для каких систем нужен расчёт?

Коэффициент теплоотдачи считается для тёплого пола. Всё реже эта система делается из стальных труб, но если в качестве теплоносителей выбраны изделия из этого материала, то произвести расчёт необходимо. Змеевик – ещё одна система, при монтаже которой необходимо учесть коэффициент отдачи тепла.

Радиатор из стальных труб

Регистры – представлены в виде толстых труб, соединённых перемычками. Теплоотдача 1 метра такой конструкции в среднем – 550 Вт. Диаметр же колеблется в пределах от 32 до 219 мм. Сваривается конструкция так, чтобы не было взаимного подогрева элементов. Тогда теплоотдача увеличивается. Если грамотно собрать регистры, то можно получить хороший прибор обогрева помещения – надёжный и долговечный.

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

В процессе проектирования перед специалистами встаёт вопрос, как уменьшить или увеличить теплоотдачу 1 м. стальной трубы. Для увеличения требуется изменить инфракрасное излучение в большую сторону. Делается это посредством краски. Красный цвет повышает теплоотдачу. Лучше, если краска матовая.

Другой подход – установить оребрение. Оно монтируется снаружи. Это позволит увеличить площадь теплоотдачи.

В каких же случаях требуется параметр уменьшить? Необходимость возникает при оптимизации участка трубопровода, расположенного вне жилой зоны. Тогда специалисты рекомендуют утеплить участок – изолировать его от внешней среды. Делается это посредством пенопласта, специальных оболочек, которые производятся из особого вспененного полиэтилена. Нередко используется и минеральная вата.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

• К – коэффициент теплопроводности стали;
• Q – коэффициент теплоотдачи, Вт;
• F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Коэффициент теплопроводности K выбирается с учётом площади изделия. Зависит его величина и от количества ниток, проложенных в помещениях. В среднем величина коэффициента лежит в пределах 8-12,5.

dT называется также температурным напором. Чтобы параметр высчитать, нужно сложить температуру, которая была на выходе из котла, с температурой, которая зафиксирована на входе в котёл. Полученное значение умножается на 0,5 (или делится на 2). Из этого значения вычитается комнатная температура.

Если стальная труба изолирована, то полученное значение умножается на КПД теплоизоляционного материала. Он отражает процент тепла, который был отдан при прохождении теплоносителя.

Рассчитываем отдачу для 1 м. изделия

Посчитать теплоотдачу 1 м. трубы, выполненной из стали, просто. У нас есть формула, осталось подставить значения.

Q = 0,047*10*60 = 28 Вт.

• К = 0.047, коэффициент теплоотдачи;
• F = 10 м 2 , площадь трубы;
• dT = 60° С, температурный напор.

Об этом стоит помнить

Хотите сделать систему отопления грамотно? Не стоит подбирать трубы на глазок. Расчёты теплоотдачи помогут оптимизировать траты на строительство. При этом можно получить хорошую отопительную систему, которая прослужит долгие годы.

Расчёт теплоотдачи регистра отопления

Как рассчитать теплоотдачу регистров отопления из гладких труб? С таким вопросом сталкиваются многие строители и проектировщики осуществляя подбор регистров отопления для конкретного помещения. Существуют определенные методики расчета, а также специальные приложения и программы, например калькулятор мощности регистров отопления. Их и рассмотрим в нашей статье.

Одним из самых простых и доступных методик расчета теплоотдачи регистров является расчет в Excel. Мы подготовили для Вас специальный документ, позволяющий произвести указанные расчеты. На примере выбранных данных произведем расчеты теплоотдачи конкретного регистра.

Расчет теплоотдачи регистра отопления

Регистр отопления из четырех гладких труб и схема движения теплоносителя показаны на рисунке.

На схеме четко показано каким образом перемещается теплоноситель внутри отопительного регистра. В целях поддержания в помещениях определенных температурных условий и соблюдения СнИПов требуется производить расчет теплоотдачи регистра отопления. Для осуществления расчетов теплоотдачи Вам потребуется скачать файл Excel на компьютер.

Более подробно рассмотрим как воспользоваться указанным файлом для получения результатов о теплоотдачи отопительных регистров.

Исходные данные, которые могу потребоваться для расчета:

Исходных данных не много, они понятны и просты.

1. Диаметр труб Dв мм заносим

в ячейку D3: 108,0

1. Длину регистра (одной трубы) Lв м записываем

в ячейку D4: 1,250

1. Количество труб в регистре Nв штуках пишем

в ячейку D5: 4

1. Температуру воды на «подаче» t_пв °C заносим

в ячейку D6: 85

1. Температуру воды на «обратке» t_ов °C пишем

в ячейку D7: 60

1. Температуру воздуха в помещении t_вв °C вводим

в ячейку D8: 18

1. Вид наружной поверхности труб выбираем из выпадающего списка

в объединенных ячейках C9D9E9: «При теоретическом расчете»

1. Постоянную Стефана-Больцмана C₀ в Вт/(м 2 *К 4 ) заносим

в ячейку D10: 0,00000005669

1. Значение ускорения свободного падения g в м/с 2 вписываем

в ячейку D11: 9,80665

Меняя исходные данные можно смоделировать любую «температурную ситуацию» для любого типоразмера регистра отопления!

Теплоотдача просто одиночной горизонтальной трубы также может легко быть посчитанной по этой программе! Для этого достаточно указать количество труб в регистре отопления равное единице (N=1).

Результаты полученные при расчете теплоотдачи и их интерпретация

1. Степень черноты излучающих поверхностей труб εавтоматически определяется по выбранному виду наружной поверхности

в ячейке D13: =ИНДЕКС(H5:H31;G2) =0,810

В базе данных, расположенной на одном листе с программой расчета, для выбора представлены 27 видов наружных поверхностей труб и их степени черноты. (Смотри в файле для скачивания в конце статьи.)

1. Среднюю температуру стенок труб t_ст в °C вычисляем

в ячейке D14: =(D6+D7)/2 =72,5

1. Температурный напор dt в °C рассчитываем

в ячейке D15: =D14-D8 =54,5

1. Коэффициент объемного расширения воздуха β в 1/K определяем

в ячейке D16: =1/(D8+273) =0,003436

1. Кинематическую вязкость воздуха ν в м 2 /с вычисляем

в ячейке D17: =0,0000000001192*D8^2+0,000000086895*D8+0,000013306 =0,00001491

ν=0,0000000001192*t_в 2 +0,000000086895*t_в+0,000013306

1. Критерий Прандтля Pr определяем

в ячейке D18: =0,00000073*D8^2-0,00028085*D8+0,70934 =0,7045

Pr=0,00000073*t_в 2 -0,00028085*t_в +0,70934

1. 16. Коэффициент теплопроводности воздуха λ рассчитываем

в ячейке D19: =-0,000000022042*D8^2+0,0000793717*D8+0,0243834 =0,02580

λ=-0,000000022042*t_в 2 +0,0000793717*t_в+0,0243834

1. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра A в м 2 определяем

в ячейке D20: =ПИ()*D3/1000*D4*D5 =1,6965

A=π*(D/1000)*L*N

1. Тепловой поток излучения с поверхностей труб регистра отопления Q_и в Вт вычисляем

в ячейке D21: =D10*D13*D20*((D14+273)^4- (D8+273)^4)*0,93^(D5-1) =444

Q_и=C₀*ε*A*((t_ст+273) 4 — (t_в+273) 4 )*0,93 (N-1)

1. Коэффициент теплоотдачи при излучении α_и в Вт/(м 2 *К) рассчитываем

в ячейке D22: =D21/(D15*D20) =4,8

1. Критерий Грасгофа Gr вычисляем

в ячейке D23: =D11*D16*(D3/1000)^3*D15/D17^2 =10410000

Gr=g*β*(D/1000) 3 *dt/ν 2

1. Критерий Нуссельта Nu находим

в ячейке D24: =0,5*(D23*D18)^0,25 =26,0194

Nu=0,5*(Gr*Pr) 0,25

1. Конвективную составляющую теплового потока Q_к в Вт вычисляем

в ячейке D25: =D26*D20*D15 =462

1. А коэффициент теплоотдачи при конвекции α_к в Вт/(м 2 *К) определяем соответственно

в ячейке D26: =D24*D19/(D3/1000)*0,93^(D5-1) =5,0

1. Полную мощность теплового потока регистра отопления Q в Вт и Ккал/час считаем соответственно

в ячейке D27: =(D21+D25)/1000 =0,906

и в ячейке D28: =D27*0,85985 =0,779

Q’=Q*0,85985

1. Коэффициент теплоотдачи от поверхностей регистра отопления воздуху α в Вт/(м2*К) и Ккал/(час*м2*К) находим соответственно

в ячейке D29: =D22+D26 =9,8

и в ячейке D30: =D29*0,85985 =8,4

α’=α*0,85985

На этом расчет в Excel завершен. Теплоотдача регистра отопления из труб найдена!

Расчеты многократно подтверждены практикой!

Теплотехническим расчетам на этом сайте посвящены также статьи: «О тепловой энергии простым языком!», «Расчет водяного отопления за 5 минут!». В них просто и понятно на примерах рассказывается об основных понятиях теплотехники.

Замечания при расчетах

1. Правильнее в расчетах было бы использовать не коэффициент теплоотдачиα между наружными стенками регистра и воздухом, а коэффициент теплопередачиk, учитывающий теплообмен между теплоносителем (водой) и внутренними стенками труб регистра отопления, а так же передачу тепла через материал стенки (термическое сопротивление стенки). Рассчитывается коэффициент теплопередачи от воды к воздуху помещения по формуле:

α₁≈2000…3000 Вт/(м 2 *К) – коэффициент теплоотдачи между водой и внутренней стальной стенкой

s_ст≈0,002…0,005 м – толщина стенок труб

λ_ст≈50…60 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности материала стенок труб

k≈α

1. Теплоотдача регистров отопления зависит от способа подачи воды в них (сверху вниз, снизу вверх …), от монтажных расстояний до ограждающих конструкций (до пола, до подоконника, до стены, до экрана), от толщины лакокрасочного покрытия и прочих факторов. Фактическая теплоотдача может быть меньше расчетной на 15…20%. Это необходимо учитывать при окончательных расчетах!
2. Расстояние между трубами и количество труб также оказывают влияние на теплоотдачу регистров отопления. В программе это частично учтено применением понижающего коэффициента (0,93) на каждый дополнительный ряд труб. Расстояние между трубами желательно выдерживать не менее диаметра трубы D (больше — лучше).
3. Коэффициент теплопередачи k не является постоянной величиной для конкретного прибора отопления и значительно меняется при изменении температурного напора dt!

Калькуляторы расчета параметров регистра отопления

Традиционными приборами теплообмена, устанавливаемыми в жилых помещениях, являются радиаторы отопления. Однако, нередко можно встретить картину, когда хозяева, по всей видимости – из соображений экономии, предпочитают обойтись самодельными регистрами, то есть каскадно сваренными отрезками труб большого диаметра. Такой подход обычно широко применяется в хозяйственных или подсобных постройках и помещениях, но при аккуратной сборе и покраске регистры вполне могут вписаться и в интерьер жилой комнаты.

Калькуляторы расчета параметров регистра отопления

Однако, экономия при таком подходе – далеко не очевидна: по сути, любой регистр по своим возможностям теплоотдачи обычно проигрывает намного более компактным и аккуратным внешне радиаторам. Во всяком случае, ждать каких-либо чудес от его установки – не приходится. А коли так, то планировать установку подобных отопительных приборов следует только после проведенных расчетов и сравнительного анализа стоимости и эффективности. А помогут нам в этом вопросе калькуляторы расчета параметров регистра отопления.

Предлагается такой алгоритм проведения вычислений:

• Вначале на первом калькуляторе определяется количество теплопотерь, требующих компенсации за счет системы отопления. Одним словом – вычисляется потребная тепловая мощность для конкретной комнаты.
• Располагая значением требуемой мощности, на втором калькуляторе можно быстро и точно «спроектировать» регистр отопления с искомой теплоотдачей – то есть определить его длину, количество секций и диаметр (сечение) используемых для изготовления труб.

Цены на медные трубы

Чуть ниже, под самими калькуляторами, будут приведены необходимые пояснения по проведению расчетов.

Калькуляторы расчета параметров регистра отопления

Калькулятор расчета необходимой тепловой мощности для обогрева помещения

Калькулятор для подбора оптимальных параметров регистра отопления

Пояснения по проведению расчетов

1. По расчету тепловой мощности

Алгоритм строится на учете тех специфических особенностей помещения, которые влияют на количество тепловых потерь из него:

• Площадь помещения и уровень высоты потолка предопределят примерный объем комнаты.
• Следующий пункт – количество стен, выходящих на улицу. Чем больше внешних стен, тем весомее теплопотери через них – в программу расчета будет внесена соответствующая поправка.
• Специфические данные – куда смотрят внешние стены по отношению к сторонам света и к преобладающим зимою ветрам. Кажется, что это мелочь, но для достоверности картины и ее учесть не мешает. Понятно, стена что на северной стороне, то есть никогда не видящая Солнца, или же почти всегда обращённая к морозному ветру, будет выхолаживаться значительно быстрее.
• Следующий пункт – это минимальные температуры, характерные для региона в самую холодную декаду года. Подчеркиваньем – НЕ аномальные морозы, а тот минимум, который является для ваших климатических условий нормой.
• Следующие поле ввода отражает степень термоизолированности помещения и предлагает оценить степень утепленность внешних стен. Полностью утепленной можно считать лишь ту, термоизоляционные работы на которой проведены в полном объеме на основании проведенных теплотехнических расчетов. Совсем не утепленных стен в жилых домах быть в принципе не должно – это может быть гараж, сарай и т.п., да и то хороший хозяин стремится и в таких постройках обеспечивать хотя бы минимальный уровень термоизоляции.
• Далее следует оценить «соседство» помещения по вертикали, то есть сверху и снизу. Утечки тепла через перекрытия и полы бывают весьма внушительными, так что игнорировать это обстоятельство – неразумно. Необходимо выбрать нужные пункты из выпадающих списков.
• Далее – окна. Потребуется внести их тип, количество и размеры. На основании этих данных программа расчета внесет необходимую поправку к конечному результату.
• И, наконец, в комнате может быть дверь, выходящая на улицу (в неотапливаемое помещение). Если дверью регулярно пользуются, то любое ее открытие сопровождается проникновением в комнату большой массы холодного воздуха, и это требует определенной «компенсации» за счет увеличения мощности обогрева.

Итоговый результат будет показан в ваттах и киловаттах. Значение записываем – и переходим к следующему калькулятору.

2. По подбору параметров регистра отопления

Да, именно по подбору, основываясь на проведённом расчете потребной тепловой мощности.

Дело в том, что в тех случаях, когда планируется изготовление и установка регистра отопления, хозяин уже, как правило, обладает какими-то исходными данными. Например, от точно знает, что в помещении можно выделить для установки регистра 4 метра по внешней стене — и не более, а вот с количеством параллельных секций особых ограничений нет. Другой пример – к самой идее изготовления регистра привело наличие в хозяйстве ненужных для других целей труб конкретного диаметра. Чтобы они зря не валялись, их пускают на изготовление прибора отопления.

Возможны иные исходные варианты – но всё равно калькулятор дает возможность очень быстро и точно «спроектировать» регистр.

Что указывается в полях ввода:

• Температурный режим системы отопления – средняя температура в трубе подачи и в «обратке». На основании этих параметров, с учетом температуры воздуха в помещении (она принята, для упрощения, стабильная, в +20°С), рассчитывается значение так называемого теплового напора, необходимого для дальнейших вычислений. Эти данные температуры при дальнейших расчетах можно будет не менять.
• А вот с размерными показателями регистра – вполне можно «поиграть». Имеется в виду, что можно попробовать изменять количество секций, длину регистра, диаметр или сечение труб, из которого прибор будет изготавливаться, так, чтобы итоговое значение при расчете было не меньше, чем полученное при работе с первым калькулятором.

Это – совсем не сложно, и на практике занимает буквально минуту-другую. Зато появляется возможность найти несколько приемлемых вариантов, например, из труб разного сечения – с разным количеством секций. Сравнив экономичность, степень сложности сборки, да и внешний вид этих вариантов, можно уже окончательно определиться с оптимальным для своих условий.

Регистры отопления – «за» и «против»

Не стоит слишком уж приписывать этим приборам «волшебные» качества по отоплению помещений. Скорее, наоборот, к их установке следует прибегать, когда имеются действительно веские основания. Подробнее об этом, а также о расчетах и изготовлении регистров отопления – в специальной публикации нашего портала.