Сколько выделяется тепла трубами? Расчет теплоизоляции труб. Расчет регистров отопления.
У многих сантехников рано или поздно возникает один интересный вопрос:
Как узнать, сколько тепла выделяет поверхность трубы? Как подобрать изоляцию по толщине?
На такой вопрос нет внятного ответа! В интернете и в учебниках по теплотехнике тоже нет нормального объяснения!
Я решил проделать свое расследование и раскрыть тайну расчетов теплопотерь трубопровода! Также объясню, как рассчитать теплоизояцию трубопровода.
Поехали!
Чтобы это понять рассмотрим регистровые отопительные приборы.
Регистровый отопительный прибор
На их основе были разработаны расчеты тепловыделения (теплоотодачи). То есть когда-то давно были произведены специальные опыты для получения тепла от трубы. Данный метод расчетов был придуман для того чтобы рассчитать теплопотери трубы при естественной циркуляции. Как известно раньше система отопления с естественной циркуляцией была простой трубой проложенной по периметру наружных стен дома.
Система отопления с естественной циркуляцией
А вы сможете рассчитать такую систему отопления с естественной циркуляцией, где отопительным прибором будет сплошная труба большого диаметра?
В этой статье я для Вас открою методы расчетов потерь тепла трубами, для передачи тепла. Таким методом Вы сможете рассчитать даже плинтусную систему отопления. Это когда отопительным прибором является трубопровод, расположенный вдоль стены отапливаемого помещения.
Как проводились опыты по расчету теплопотерь трубы?
Использовались гладкотрубные отопительные приборы (Одиночная и одна над другой):
Подбирался определенный диаметр трубы. Через трубу производился расход теплоносителя. Полученные данные о тепловой энергии заносились в таблицу для каждого диаметра.
Для расчетов был придуман специальный параметр: ЭКМ
ЭКМ - это эквивалентный квадратный метр.
Существует понятие - площадь поверхности отопительного прибора , которая контактирует с воздухом. Данная поверхность измеряется в квадратных метрах. Но данный параметр является не удобным для расчетов мощности отопительного прибора. Так как существует нелинейный график теплопотерь при разной температуре. И поэтому на помощь приходит другое понятие: Эквивалентный квадратный метр . Данная величина хороша тем, что она найдена опытным путем.
Расшифровка ЭКМ. Эквивалентный квадратный метр
Эквивалентный Квадратный Метр (ЭКМ) - это единица измерения предназначенная указать тепловые потери отопительного прибора относимого к площади поверхности отопительного прибора. Но площадь эта не является реальной площадью отопительного прибора. Это условная площадь поверхности отопительного прибора.
1 ЭКМ = Площадь нагревательного прибора, которая за 1 час времени отдает 435 ккалорий тепла при разности температур: Средняя температура теплоносителя - температура воздуха = 64, 5 градусов Цельсия при расходе воды 17, 4 кг/час. По схеме движения теплоносителя сверху вниз. Далее расход в расчеты влиять не будет!
Разность 64, 5 градусов найдена таким образом: ((95 + 70)/2)-18=64, 5
Откуда 95 градусов на подаче, 70 градусов на обратке. 18 градусов - температура в помещения. Средняя температура теплоносителя минус 18 градусов = 64, 5
435 ккалорий = 506 Вт, 1 калория = 0, 001163 Вт.
435000 калорий/час = 506 Вт/час
1 ЭКМ = 506 Вт при условии, что разность температур теплоносителя и воздуха равна 64, 5 градусов Цельсия.
Задача 1.
Для разогрева!
Нужно отопить помещение с теплопотерями 2000 Вт. Трубу использовать в один ряд горизонтально вдоль периметра помещения длиной 18 метров. Труба стальная. Температура воздуха в помещении 20 градусов. Рассчитать какой диаметр трубы применить к данному помещению?
См. изображение
Решение
Длина трубы = 5+4+5+4=18 м.
Для решения мы используем оригинальные соотношения к выше изложенным фактам, а потом будем играть этими фактами по своему усмотрению. Для этого будут другие задачи!
То есть средняя температура теплоносителя будет: 20+64, 5=84, 5 градусов
Подача: 89, 5 градусов
Обратка: 79, 5 градусов
Мы примем тот факт, что температура поверхности трубы равна температуре теплоносителя. Для практических примеров систем водяного отопления очень даже подходит. Термическое сопротивление стальной трубы очень мало и обычно может не включаться в расчет.
Данный расчет справедлив только к водяным системам отопления! Теплоноситель - труба - воздух!
P.S. Мелочи будите считать, когда будите защищать докторскую диссертацию!
Находим ЭКМ для теплопотерь помещения 2000 Вт
2000 Вт делим на количество метров трубы 18 м. получается 111 Вт на метр трубы.
435 ккалорий = 506 Вт, поэтому 111Вт/м делим на 506Вт, получается 0, 219 ЭКМ.
Ответ: ЭКМ = 0, 219
См. таблицу:
Согласно задаче: один ряд. Сверяясь по таблице, нам подходит наружный диаметр трубы 50мм.
Если нам необходимо уменьшить температуру теплоносителя. То есть уменьшить разницу температур, то на помощь приходит такая таблица:
Зависимость теплоотдачи от температурного напора.
Давайте примем, что температура теплоносителя или поверхности трубы будет равна 60 градусов, тогда разница температур будет равна: 60-20=40 градусов.
При температурном напоре в 40 градусов, получается 270 кКалорий. ЭКМ = 0, 26
Поэтому, 0, 26*270=70, 2 кКалорий
70, 2*1, 163=81, 6 Вт.
Ответ: Диаметр 50 не подходит для температурного напора в 40 градусов.
Чтобы найти диаметр необходимо выполнить следующее:
1. Находим кКалории при температурном напоре в 40 градусов = 270
83, 7 *18м=1507 Вт <2000 Вт, этот диаметр не подходит!
Давайте увеличим диаметр до 80 трубы(88, 5), тогда
40*3*0, 9*1, 163=125, 6 Вт/м
125, 6*18=2260 Вт
Ответ: Труба 80 с наружным диаметром 88, 5мм.
Также в теплосетях существует специальный расчет, который помогает найти теплопотери участков трубопровода.
Обычно Rв и Rтр вследствие их малого значения не учитывают. В системах водяного отопления, температура трубы сравнима с температурой теплоносителя, это вызвано тем, что наружная поверхность трубы контачит с воздухом, теплоемкость которого в 4000 раз меньше чем у теплоносителя и стали. С применением теплоизоляции температура трубы очень сильно зависит от температуры теплоносителя, даже если трубой является пластик.
Для расчета изоляции систем водяного отопления мы используем только Rн и Rиз
Формула Rиз может быть такой:
Задача 2.
Расчет по формулам
В том же самом помещение необходимо найти диаметр трубопровода. При условии, что:
2098 Вт < 3000 Вт, поэтому такой диаметр нам не подходит!
Можно воспользоваться методом подобия!
3000/2098=1, 43
Не хватает 43%, поэтому мы диаметр увеличиваем на 43%, то есть:
50*1, 43=71.5 мм, поэтому выбираем диаметр 76мм
Ответ: 76 мм.
Данный трубопровод будет выделять такое тепло, если возле трубы происходит свободная конвекция, которая ни чем не тормозиться! То есть этот трубопровод ни что не накрывает и не нарушает свободную конвекцию.
Задача 3.
Расчет теплоизоляции трубопровода
Проложена труба 20 мм в помещение с температурой 20 градусов Цельсия, длиной 20 метров. Теплоизоляцией является энергофлекс толщиной 13мм. Температура теплоносителя в трубе 60 градусов Цельсия.
