Расчет теплоотдачи трубы отопления

Определяя поверхность нагрева приборов, устанавливаемых в помещении, следует учитывать тепловыделение в помещении открыто приложенных трубопроводов (магистралей, если они прокладываются в отапливаемом помещении, стояков, подводок к нагревательным приборам). Для случаев скрытой прокладки трубопроводов их тепловыделение не учитывают.

Тепловыделения от трубопроводов систем отопления следует учитывать в тех случаях, когда они составляют более 5% от теплопотерь помещения. Для квартирных водяных систем отопления с естественной циркуляцией тепловыделения от трубопроводов нужно всегда определять ввиду необходимости тщательного установления температуры теплоносителя в трубопроводах для выявления располагаемого давления.

Количество тепла , отдаваемое открыто проложенными неизолированными трубопроводами, определяют по формуле

где F — наружная поверхность трубы, м 2 ;

d —наружный диаметр трубопровода, м;

l—длина трубопровода, м;

к_т — коэффициент теплопередачи труб, ккал/м г -ч-град; при теплоносителе воде к_т = = 11—12,5 ккал/м 2 -ч-град; при паре низкого давления Кт^ *=13 ккал/м 2 -ч-град;

t_т —температура стенки трубы, принимаемая равной температуре теплоносителя, град;

t_B — расчетная температура воздуха помещения;

φ — коэффициент, характеризующий условия изменения теплоотдачи а зависимости от места расположения трубопровода в помещении, принимаемый по таблице 1

Таблица 1 – Коэффициент изменения теплоотдачи в зависимости от места расположения трубопровода в помещении

Расположение трубопровода в помещении	φ	Расположение трубопровода в помещении	φ
Подводка к приборам и сцепки Трубопроводы, проложенные у пола	1,00 0,75	Стояки Трубопроводы, проложенные у потолка	0,50 0,25

Потери тепла изолированными трубопроводами определяются в ккал/ч по формуле

где η_из – коэффициентполезного действия тепловой изоляции трубы, принимаемой ≈ 0,8.

Потери тепла неизолированными трубопроводами различных диаметров указаны в таблице 2

Таблица 2 – Потери тепла неизолированными трубами длиной 1 м при t_т – t_в = 1°, ккал/ч

Внутренний диаметр, мм	15,75	21,25	35,7	67,5
Теплопотери, q	0,78	0,97	1,22	1,54	1,75	2,09	2,51	2,53	3,4	4,23	5,06

При пользовании этой таблицей потери тепла трубопроводами водяных систем определяются с достаточной для практики точностью по формуле

где q – потери тепла поверхностью неизолированной трубы длиной 1 м при Δt = 1°.

Как видно, окончательно определить поверхность нагрева приборов при учете потерь тепла трубопроводами можно только после проведения гидравлического расчета трубопроводов систем отопления.

Расчетную теплоотдачу приборами определяют по формуле

где Q_пр – расчетная теплоотдача нагревательных приборов с учетом потерь тепла трубами, ккал/ч;

Q – потери тепла ограждениями отапливаемого помещения, ккал/ч;

Q_т – теплоотдача трубами, проложенными в отапливаемом помещении, ккал/ч.

С достаточной для практики точностью для неизолированных труб теплопотери можно определять по формуле

где d – наружный диаметр трубы, м;

t₁ – средняя температура теплоносителя, °С;

t – температура окружающей среды, °С;

l – длина трубы, м;

β – коэффициент, учитывающий дополнительные потери арматурой;

α – коэффициент теплоотдачи. Для воздуха при слабом его движении определяется по приближенной формуле:

Здесь вы можете рассчитать реальные потери тепла трубопроводом, учитывая фактические температуры теплоносителя и воздуха окружающего трубопровод, толщину и свойства тепловой изоляции, а при её отсутствии определить потери тепла открыто проложенным трубопроводом.

Приведенная программа позволяет наиболее точно рассчитать фактические тепловые потери с трубопровода, так как основана на алгоритме прохождения тепла через цилиндрическую стенку.

Методика расчёта тепловых потерь с трубы

Величина тепловых потерь с участка трубопровода за один час, Вт:

b – коэффициент учитывающий тепловые потери через опоры, соединения и арматуру, принимаемый по СНиП2.04.014 и равный для стальных трубопроводов с Ду =150 b=1.15, а для неметаллических труб b=1.7. Примечание. Расчёт производится без учёта коэффициента b если он не отмечен в таблице.
l – длина участка, м;
q – тепловые потери с одного метра трубы за один час, Вт/м.

q = k · 3.14 · (tв – tc)

tв – температура воды в трубопроводе, °C;
tс – температура среды окружающей трубопровод, °C;
k – линейный коэффициент теплопередачи, Вт/м°C;

k = 1 / ( (1/2λт)·ln(dнт/dвт) + (1/2λи)·ln(dни/dви) + 1/(αн·dни) )

λт – коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/м²°C;
λи – коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, Вт/м²°C;
dвт, dнт – внутренний и наружный диаметры трубы соответственно, м;
dви, dни – внутренний и наружный диаметры изоляции соответственно, м;
αн – коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности тепловой изоляции, Вт/ м²°C, принимаемый по приложению 9 СНиП 2.04.14 "Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов";

Образец расчёта тепловых потерь

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.

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.