Як розрахувати тепловіддачу сталевої труби та для чого це робиться

Зміст:

З якою метою розраховують тепловіддачу сталевих труб
Системи теплих підлог
Рушникосушки
Регістри
Методи підвищення тепловіддачі
Тепловтрати крізь труби
Застосування теплоізоляційних матеріалів
Розрахункові показники

У цій статті ми розповімо про те, як розрахувати тепловіддачу труби, а також — в яких випадках може знадобитися визначення даного показника.

З якою метою розраховують тепловіддачу сталевих труб

Переважно розрахунок тепловіддачі сталевих труб проводиться в таких випадках:

• якщо потрібно визначити потужність нагрівальних приладів для системи опалення в будинку;
• якщо виникла необхідність оцінки тепловтрат, що відбуваються під час транспортування теплоносія по трубопроводу.

Варто відзначити, що нагрівальні контури, крізь які може віддаватися тепло, встановлюють в таких приладах:

• рушникосушки та змійовики;
• регістри;
• системи теплої підлоги.

Системи теплих підлог

Якщо мова йде про водяну теплу підлогу, на відміну від електричного аналога, як нагрівальний контур в ній використовуються металеві труби, хоча їх стали застосовувати останнім часом все рідше.

Головна причина зниження попиту на водяну теплу підлогу полягає в поступовому зношуванні сталевих труб, зниженні просвіту в них. Крім того, має значення і спосіб монтажу – зварні шви виконати зможе далеко не кожен, а різьбове з'єднання загрожує витоком теплоносія через деякий час. Звісно, нікому не сподобається результат витоку води із системи в підлозі зі стяжкою – буде затоплено стелю нижнього поверху або підвалу, а перекриття поступово вийде з ладу.

З цих причин на заміну сталевим трубам в теплих водяних підлогах спочатку прийшли металопластикові змійовики, фітинги на які кріпилися за межами стяжки, а тепер віддають перевагу армованому поліпропілену.

Такому матеріалу притаманне незначне теплове розширення, а при грамотному укладанні та експлуатації він може прослужити не один десяток років. Як варіант, використовують й інші полімерні матеріали.

Зверніть увагу, що зазори для теплового розширення армованого поліпропілену все ж потрібно залишати, хоча вони невеликі.

Рушникосушки

Порада: Використовуйте наші будівельні калькулятори онлайн, і ви виконаєте розрахунки будівельних матеріалів або конструкцій швидко та точно.

У будинках старого спорудження рушникосушки зі сталевих труб зустрічаються дуже часто, адже в більшості випадків вони були закладені проєктом, причому майже до кінця минулого століття врізалися в систему на різьбі.

Не так давно стали застосовувати циркулярні врізки в елеваторних вузлах, які забезпечують стабільну гарячу температуру приладу.

Оскільки нагрівальні контури в сушилах постійно піддавалися перепадам температур – то нагрівалися, то охолоджувалися – різьбовим з'єднанням було складно витримати такий режим, тому вони періодично починали підтікати.

Дещо пізніше, коли прогрів цих пристосувань став стабільним завдяки врізці в стояки опалення, проблема протікання стала не настільки актуальною. Водночас розміри змійовика стали набагато меншими, в результаті чого знизилася площа тепловіддачі сталевої труби. Однак такий прилад залишався теплим не тільки під час використання гарячої води, а постійно.

Регістри

По своїй конструкції регістри являють собою грати з декількох товстих труб з тонкими перемичками, торці яких заглушені. Від них поширюється відчутний потік тепла, обігріваючи таким чином досить великі приміщення, магазини, склади або виробничі цехи. Як правило, регістри розташовують під вікном або по всьому периметру приміщення.

Це було дуже простим і дешевим рішенням в ситуаціях, коли потрібний обігрів великих площ. Хоча якщо говорити про тепловіддачу труби в такому регістрі у порівнянні з алюмінієвим радіатором, то різниця в ефективності приголомшує. Внаслідок більшої площі теплообмінника радіатора та теплопровідності алюмінію, сучасне обладнання, безсумнівно, переважає. Та й зовні регістри мали досить грубий вигляд.

Однак, для свого часу регістри були прийнятні, зважаючи на дешевизну і простоту. Можна відзначити, що зварні шви на них були дуже міцними, а засмічення труби не завадило їхньому функціонуванню.

Методи підвищення тепловіддачі

Кругла форма аж ніяк не сприяє збільшенню тепловіддачі металевих труб. Ще більш низький коефіцієнт співвідношення об'єму і поверхні можна зустріти тільки у сфери.

Отже, проблема — як збільшити тепловіддачу труби, безсумнівно, стояла у розробників перших простих опалювальних приладів.

Щоб збільшити коефіцієнт тепловіддачі сталевої труби раніше застосовувалися такі методи:

• Поверхню труби покривали матовою чорною фарбою, щоб посилити інфрачервоне випромінювання нагрівального елемента. Це дозволяло досягти значного зростання температури в приміщенні. Варто зазначити, що сучасне хромування на рушникосушках вкрай неефективно для посилення тепловіддачі – воно, скоріше, для краси.
• Збільшення тепловіддачі труби шляхом наварювання на неї додаткових ребер, що робить площу нагрівального елемента, а значить і тепловіддачу, істотно більше. Найбільш передовим варіантом використання даного способу можна назвати конвектор, тобто ділянку загнутої труби з привареними поперечними ребрами. Хоча сама труба в такому випадку віддає мінімум тепла.

Будь-яким з цих методів можна скористатися, щоб збільшити тепловіддачу труби опалення своїми руками, адже вони зовсім не складні та цілком здійсненні в домашніх умовах.

Тепловтрати крізь труби

В умовах квартир особливого сенсу розраховувати тепловіддачу нержавіючої труби немає, адже в такому випадку все тепло, що віддається стояком і опалювальними контурами, буде розсіюватися всередині, обігріваючи приміщення.

А ось якщо необхідно якісно обігріти підвальні або складські потужності, а теплоносій до них повинен подаватися з іншого місця, то в такому випадку розрахунок тепловіддачі труби буде більш ніж доцільний, щоб можна було зорієнтуватися, скільки тепла втрачається по дорозі. Тоді можна спробувати пошукати способи скоротити тепловтрати труб з гарячою водою.

Застосування теплоізоляційних матеріалів

Напевно, перше, що приходить в голову при необхідності зберегти максимум тепла всередині труби – це обмотати її теплоізоляційним матеріалом. В кінці минулого століття для цих цілей застосовували утеплювач зі скловолокна з додатковою обмоткою негорючою тканиною (даний спосіб рекомендований нормативною базою). Ще трохи раніше активно використовувалися розчини гіпсу або цементу, тобто теплоізоляція виходила твердою. Насправді ж недбайливі сантехніки нерідко просто обмотували труби старою ганчіркою, сподіваючись, що ніхто не проконтролює.

Велика кількість сучасних матеріалів, наприклад накладки на труби з пінопласту, розрізні поліетиленові оболонки, мінеральна вата та інші, дозволяє виконати теплоізоляцію опалювальних труб набагато якісніше. І в новобудовах такі матеріали з успіхом застосовуються. Однак, відсталість ЖЕКів часто призводить до того, що труби продовжують обмотувати ганчір'ям.

Розрахункові показники

Щоб обчислити потужність опалювального обладнання, а також з'ясувати масштаб тепловтрат при транспортуванні теплоносія, необхідно буде виконати знімання тепла з труби при визначених показниках температури рідини всередині неї та повітря зовні. Теплоізоляційний шар служить додатковим параметром.

Формула для розрахунку тепловіддачі труби зі сталі:

Q=K×F×dT, в якій:

Q – очікуваний результат тепловіддачі сталевої труби у кілокалоріях;

K – коефіцієнт теплопровідності. Він залежить від матеріалу труби, її перерізу, числа контурів опалювального обладнання, а також розбіжності в температурах між зовнішнім повітрям і теплоносієм;

F – загальна площа поверхні труби або декількох труб в приладі;

dT – напір температури, тобто ½ сумарної температури рідини на вході й виході з труби за вирахуванням температури повітря в приміщенні.

Якщо труби додатково обгорнуті шаром теплоізоляції, то їхній ККД в процентному виразі (кількість пропущеного крізь неї тепла) множать на отриманий показник тепловіддачі.

Для прикладу розрахуємо тепловіддачу регістра з трьох труб перетином 100 мм, довжиною 1 м. У приміщенні температура дорівнює 20 ℃, а теплоносій при проходженні крізь трубу остигає з 81 до 79 ℃.

Згідно з формулою S=2пигһ розраховуємо площу поверхні циліндра:

S= 2×3,1415×0,05×1=0,31415 м². Якщо труби три, то їхня загальна площа становитиме 0,31415×3 = 0,94245 м².

Показник dT = (79+81):2-20 = 60.

Значення K для регістра з трьох труб з температурним напором 60 і перетином 1 метр приймаємо рівним 9. Отже, Q=9×1×60 = 540. Тобто тепловіддача регістра буде дорівнює 540 ккал.

Таким чином, ми розглянули поняття тепловіддачі, а також способи мінімізації тепловтрат сталевої труби для тих чи інших випадків. Нічого складного в цьому немає. Головне, підійти до питання відповідально.