Увеличение теплоотдачи стальной трубы: 3 способа, о которых вы не знали

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.

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.

Сортамент водогазопроводных труб

Водогазопроводные трубы изготавливаются в соответствии с требованиями государственного стандарта – ГОСТ 3262-75. Он действует уже более 40 лет и регламентирует все размеры и технические требования.

В сортаменте выделяется 3 разновидности труб:

Легкие;
Обычные;
Усиленные.

Тип трубы определяется толщиной стенки. Она может варьироваться для разных диаметров от 1,8 до 5,5 мм. Усиление стенок позволяет изделиям выдерживать большее давление и обеспечивает более длительный срок службы. При этом, естественно, увеличивается расход металла на изготовление, стоимость и вес.

Приведенная в ГОСТе таблица веса стальных водогазопроводных труб позволяет определить массу 1 м погонного в зависимости от типа и диаметра.

Важно! Масса, определенная по таблице, является теоретической, фактическое значение может отличаться на 4-8%, что бывает ощутимо при больших партиях. Оцинкованные изделия всегда тяжелее примерно на 3-5%. Как видно из таблицы, труба водогазопроводная стальная может иметь условный проход от 6 до 150 мм, что соответствует интервалу от ¼ до до 6 дюймов

Размеры в дюймах часто используются для маркировки фитингов и запорно-регулирующей арматуры

Как видно из таблицы, труба водогазопроводная стальная может иметь условный проход от 6 до 150 мм, что соответствует интервалу от ¼ до до 6 дюймов. Размеры в дюймах часто используются для маркировки фитингов и запорно-регулирующей арматуры

Поэтому очень важно правильно оперировать этими единицами измерения при комплектации системы

На заметку: если под рукой нет таблицы, можно самостоятельно провести пересчет диаметра. Для этого достаточно знать, что 1 английский дюйм соответствует средней толщине большого пальца взрослого мужчины и равняется 25,4 мм. Все калибры легко определить, разделив значение условного прохода на 25 с округлением до ближайшего стандартного значения.

Масса трубы может быть также найдена вручную с помощью простых формул геометрии и физики, представленных на рисунке ниже. При больших объемах расчетов удобно использовать специальный онлайн калькулятор, который позволяет автоматизировать процесс.

На рисунке приняты следующие обозначения:

d – внутренний диаметр трубы;

D – наружный диаметр;

b – толщина стенки;

S – площадь металла в поперечном сечении;

V – объем металла;

m – масса изделия;

ρ – удельный вес стали, равный 7,85 г/см3.

Важно! Следует учитывать, что внутренний диаметр и условный проход – это не одно и то же. Трубы с разными толщинами стенок имеют разные внутренние диаметры при одинаковом условном проходе. Под условным проходом понимают некую стандартную величину в линейке сортамента, которая лишь примерно равна значению d

Приведение труб разных типов к одному условному диаметру значительно упрощает подбор фасонных элементов и других комплектующих

Под условным проходом понимают некую стандартную величину в линейке сортамента, которая лишь примерно равна значению d. Приведение труб разных типов к одному условному диаметру значительно упрощает подбор фасонных элементов и других комплектующих.

Необходимо отметить высокие прочностные характеристики стальных труб. Они имеют жесткость, характерную для металлического прута аналогичного диаметра. При этом намного легче и дешевле. Так, изделие самого тяжелого типа будет иметь вес на 30-40% меньше, чем цельнометаллический прокат.

Благодаря этому, водогазопроводная труба широко применяется не только для транспортировки различных сред любой температуры, но также в строительстве и машиностроении для сооружения разнообразных конструкций.

Расчет теплового потока

Для точного расчета лучше обратиться к инженеру теплотехнику компании производителя, продавца, либо посчитать число радиаторов на онлайн калькуляторе. Ориентируйтесь на размеры помещения, число окон, дверей, материалы стен, климат месторасположения дома, мощность радиатора отопления и другие технические характеристики приборов.

При планировании отопления примите во внимание абсолютно все факторы

Упрощенный самостоятельный расчет радиаторов отопления по площади выглядит следующим образом.

Расчет мощности радиатора отопления.

Для 1 кв. м помещения нужно 100 вт, если в комнате высотой 2, 8 кв. м 1 оконный проем и одна стена, граничащая с улицей.

Если 2 стены наружные, окно 1, потребуется 120 вт. Для 1 кв. м. комнаты.

При 2 окнах, 2 стенах, пограничных с улицей – 130 вт. – 1кв. м.

Остается перемножить число метров и число Ватт. Если высота потолков превышает стандарт 2,7 – 2, 8 кв. м., помножьте полученную ранее сумму на 1,1 (коэффициент поправки).

Как узнать число секций?

Размеры конструкции, расчет количества секций радиаторов отопления делают следующим способом: известную мощность, определенную для одной комнаты разделите на мощность одной секции радиатора, озвученную в его паспорте. Результат деления – это число секций. При получении не целого числа, к примеру, 10,6, купите 11 секционный прибор.Если секция — 170 – 190 Вт мощности, комната 18 – 20 кв. м.

При самостоятельном подсчете необходимо обратить внимание на число обогревательных трубок в 1 ряду

Важно знать, что горизонтальные секционные радиаторы имеют теплоотдачу превышающую тепловыделение вертикальными высокими батареями

Фирмы производители, ориентированные на потребителей, недостаточно знакомых с техническими характеристиками, зачастую указывают в паспортных данных размер площади помещения. Это облегчает выбор подходящих параметров при условии стандартных размеров радиаторов. Для оригинальных моделей расчет секций радиаторов по площади помещения доверьте инженеру компании изготовителя

Они примут во внимание каждый фигурный регистр батареи отопления

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Трубчатый стальной отопительный радиатор– это выбор рачительного хозяина, обладающего высокоразвитым художественным вкусом: они экономичны, практичны, декоративны, легки для монтажа, компактны и безопасны во всех отношениях: не собирают пыль, исключают случайные травмы. Стальные трубчатые батареи отопления, покрытые синтетическими защитными составами, не поддаются коррозии, внешне влагоустойчивы, при оснащении фильтрами и автоматикой работают 20 – 30 лет. Стальные трубчатые радиаторы отопления пользуются большой популярностью в многоквартирном доме.

Зачем это нужно?

Безупречная эстетика, смертоносная эффективность

В общем и целом посчитать коэффициент теплоотдачи трубы нужно в двух категориях случаев:

При расчете нагревательных приборов;
Чтобы оценить количество потерь тепла на трубопроводах, транспортирующих теплоноситель.

Отопительные приборы

Что за нагреватели используют в качестве отдающих тепло элементов трубы?

Из широко распространенных стоит упомянуть:

Теплый пол;
Полотенцесушители и разнообразные змеевики;
Регистры.

Теплый пол

В качестве нагревательного элемента для водяного теплого пола (есть еще и теплый пол с электрическим подогревом) практически всегда выступают именно трубы; однако использование стальных труб для отопления последнее время стало редкостью.

Причины очевидны: стальная труба подвержена коррозии и уменьшению просвета со временем; монтаж трубы без резьбовых соединений требует наличия сварки; монтаж стальной трубы на трубных резьбах — это всегда потенциальные утечки. А что такое течи в полу, под стяжкой? Мокрый потолок на нижнем этаже или в подвале и постепенное разрушение перекрытия.

Именно поэтому в качестве нагревательного элемента для теплого пола совсем недавно предпочитали использовать змеевики из металлопластиковой трубы ( с обязательным монтажом фитингов вне стяжки), сейчас же в стяжку все чаще укладывается армированный полипропилен.

Он имеет низкий коэффициент теплового расширения и при правильном монтаже не требует ремонта и обслуживания много десятилетий. Применяются и другие пластики.

Теперь это делают так

Полотенцесушители

Стальные полотенцесушители весьма распространены в домах советской постройки. Еще совсем недавно они были частью типового проекта любого строящегося дома, причем вплоть до 80-х годов всегда монтировались на резьбовых соединениях.

Циркуляционные врезки в элеваторных узлах, обеспечивающие постоянно горячие стояки отопления, тоже появились относительно недавно.

Раз так — режимом работы полотенцесушителя были повторяющиеся охлаждения и нагревы. Расширения — сжатия. Как на это реагировали резьбовые соединения? Правильно. Начинали течь.

Позже, когда полотенцесушители стали частью стояков отопления и загрели круглосуточно, проблема течей отошла на второй план. Сам же размер сушилки (и, соответственно, эффективная площадь теплоотдачи) резко уменьшился. Причина — изменение среднесуточной температуры.

Если раньше змеевик в ванной нагревался лишь тогда, когда владельцы ванной пользовались горячей водой, то теперь грел постоянно.

Экстремалы и теперь устанавливают стальные сушилки в ванных

Регистры

Во многих производственных помещениях, в складах и даже некоторых давно не ремонтировавшихся магазинах внимание привлекает несколько рядов толстых труб под окном, от которых идет ощутимый жар. Перед нами один из дешевейших отопительных приборов эпохи развитого социализма — регистр

Он представляет собой несколько толстых труб с заваренными торцами и перемычками из тонких трубок. В простейшем варианте это вообще может быть одна толстая труба, идущая по периметру помещения.

Забавно сравнить теплоотдачу стального регистра с занимающей сопоставимый объем в комнате алюминиевой батареей современного образца. Разницы в теплоотдаче в разы.

Как за счет большей теплопроводности алюминия, так и за счет огромной поверхности теплообмена с воздухом у современного решения. Об эстетике в случае регистра говорить, сами понимаете, не приходится вообще.

Однако регистр был решением дешевым и доступным. К тому же крайне редко требовал ремонта или обслуживания: забитая даже наполовину труба продолжала греть, ну а проваренный электросваркой шов течь начинал примерно после пятисотого удара кувалдой.

В самом деле, чему тут ломаться?

Расчет теплоотдачи стальных труб

Стальная труба имеет очень высокую теплопроводность — 74 Вт/м х К. Но теплопроводность характеризует материал, то есть, сталь. Теплоотдача, конечно, зависит от теплопроводности, но не только. Значение так же имеет форма трубы, площадь ее поверхности, цвет, характеристики окружающей среды, скорость потока теплоносителя.

Для вычисления применяется формула:

Теплоотдача = K*F*dT, где:

K — коэффициент (8 – 12,5), который зависит от количества ниток в отопительном приборе, диаметра трубы и температурного напора;
F — площадь поверхности;
dT — температурный напор — половина суммы температур теплоносителя на входе выходе, от которой отнимается температура среды.

Если труба имеет изоляцию, то полученный результат умножается на коэффициент полезного действия изоляционного материала. Определяются начальные параметры, например, в отопительном приборе три нитки, длина каждой – один метр, диаметр 10 мм, температура в помещении +20 градусов, температура при входе 81 градус, на выходе – 79 градусов.

Сначала необходимо вычислить площадь поверхности обогревательного прибора, используя формулу для вычисления площади цилиндра:

S=2πrh, то есть, умножить длину окружности на высоту. Получается:

F= 2*3,14*0,05*3= 0,94 м2.

dT= (79+81)/2-20=60

K для подобного прибора может быть, например, 9.

Теплоотдача= 9*0,94*60=507,6 Вт/(м²*К).

Потери тепла через трубы

В городской квартире все просто: и стояки, и подводка к отопительным приборам, и сами приборы находятся в обогреваемом помещении. Какой смысл переживать из-за того, сколько тепла рассеивает стояк, если оно служит той же цели — отоплению?

Однако уже в подъездах многоквартирных домов, в подвалах и в части складских помещений ситуация в корне иная. Обогреть нужно одно помещение, а подвести к нему теплоноситель через другое. Отсюда — попытки минимизировать теплоотдачу труб, по которым горячая вода поступает в батареи.

Теплоизоляция

Самый очевидный способ того, как может быть уменьшена теплоотдача трубы стальной — теплоизоляция этой трубы. Еще двадцать лет назад способов для этого было два: рекомендованный нормативной документацией (утепление стекловатой с обмоткой негорючей тканью; еще раньше внешнюю изоляцию вообще выполняли твердой с использованием гипсового или цементного раствора) и реалистичный: трубы просто заматывались тряпьем.

Сейчас появилась масса вполне адекватных способов ограничить потери тепла: тут и пенопластовые накладки на трубы, и разрезные оболочки из вспененного полиэтилена, и минеральная вата.

При строительстве новых домов эти материалы активно применяются; однако в жилищно-коммунальной системе ограниченность, вежливо говоря, бюджета приводит к тому, что трубы в подвалах по-прежнему просто заматывают сса… гм, рваными тряпками.

Добро пожаловать в двадцать первый век

Способы увеличения теплоотдачи

Форма материала совершенно не влияет на показатель тепла, так как имеет неудачное соотношение поверхности и объема. Для того, чтобы отопительные приборы все таки грели, используется:

окраска в черный цвет, увеличивающая объем инфракрасного излучения;
оребрение (наваривание металлических пластин) – увеличивает площадь;
теплоизоляция, снижающая потери тепла на пути к приборам.

Достаточно нескольких простых приемов:

очистить радиаторы от накопившейся пыли;
прочистить их внутреннюю поверхность от ржавчины и накипи;
на стену сзади прикрепить экран – отражатель из фольги, перенаправляющий тепло;
установить на приборы алюминиевые кожухи, увеличивающие площадь теплоотдачи;
перенаправить тепло при помощи вентилятора.

Самый простой способ уменьшить теплоотдачу трубопровода – изолировать. Пару десятилетий для этой цели их обматывали стекловатой или тряпками. Сейчас в этом нет необходимости – производятся трубы стальные с изоляцией, существуют пенопластовые накладки, разрезные оболочки и минеральная вата.

Но это все относится к домам, которые строятся на данный момент. Ограниченные средства бюджетов жилищно – коммунальных предприятий заставляет их применять все те же тряпки.

Уменьшение теплоотдачи.

В целях энергосбережения, становиться актуальным уменьшение теплоотдачи труб на тех участках коммуникаций, которые не используются по назначению, например при переходе из одного здания в другое или в неотапливаемом помещении.

Для этого есть множество вариантов использования теплоизоляционных материалов. Производители представляют на выбор достаточно широкий ассортимент, начиная от дешевых стекловолоконных и заканчивая более дорогими типа пенополистирола. Можно приобрести трубы с уже встроенными в нее утеплительными элементами.

Подведя итог, делаем выводы, что использование подобных расчетов помогает существенно сэкономить и избежать многих технических препятствий при проектировании систем водо- и теплообеспечения.

Вообще-то вы отчаянный человек, если решились на такое мероприятие. Теплоотдача трубы, конечно же, поддается расчетам и существует великое множество работ по теоретическому расчету теплоотдачи различных труб.

Начнем с того, что если вы затеяли проводить в доме отопление своими руками, то вы человек упорный и целеустремленный. Соответственно, уже составлен проект отопления, выбраны трубы: либо это металлопластиковые трубы отопления либо стальные трубы отопления. Радиаторы отопления тоже уже присмотрены в магазине.

Но, прежде чем всё это приобретать, то есть на проектном этапе, необходимо произвести условно-относительный расчет. Ведь теплоотдача труб отопления, просчитанная в проекте – это залог теплых зим для вашей семьи. Здесь ошибаться нельзя.

Методы расчета теплоотдачи труб отопления

Почему делается обычно упор на расчет теплоотдачи именно труб отопления. Дело в том, что для радиаторов отопления производственного изготовления все эти расчеты сделаны, и приводятся в инструкциях по применению изделий. Исходя из них, вы спокойно можете рассчитать необходимое количество радиаторов в зависимости от параметров вашего дома: объем, температура теплоносителя и т.д.

Таблицы. Это квинтэссенция всех необходимых параметров, собранных в одном месте. В Сети сегодня размещено великое множество таблиц и справочников для онлайн расчета теплоотдачи труб. В них вы узнаете, какова теплоотдача стальной трубы или чугунной трубы, теплоотдача полимерной трубы или медной.

Все, что необходимо при пользовании этими таблицами – знать начальные параметры вашей трубы: материал, толщина стенок, внутренний диаметр и т.д. И, соответственно, внести в поиск запрос «Таблица коэффициентов теплообмена труб».

В этот же раздел по определению теплоотдачи труб, можно отнести и использование мануальных Справочников по теплообмену материалов. Хотя, их все труднее и труднее находить, вся информация перекочевала в Интернет.

Формулы. Теплоотдача стальной трубы считается по формуле

Qтр=1.163*Sтр*k*(Tводы – Твоздуха)*(1-кпд изоляции трубы),Вт где Sтр – площадь поверхности трубы, а к – коэффициент теплопередачи от воды к воздуху.

Теплоотдача металлопластиковой трубы рассчитывается по другой формуле.

Где — температура на внутренней поверхности трубопровода, °С; t c -температура на наружной поверхности трубопровода, °С; Q — тепловой поток, Вт; l — длина трубы, м; t— температура теплоносителя, °С; t вз — температура воздушной среды, °С; a н — коэффициент наружной теплоотдачи, Вт/м 2 · К; d н — наружный диаметр трубы, мм; l — коэффициент теплопроводности, Вт/м К; d в — внутренний диаметр трубы, мм; a вн — коэффициент внутренней теплоотдачи, Вт/м 2 · К;

Вы прекрасно понимаете, что расчет теплопроводности труб отопления – величина условно-относительная. В формулы вносятся усредненные параметры определенных показателей, которые могут, и отличаются от реально существующих.

Например, в результате проводимых экспериментов выяснено, что теплоотдача полипропиленовой трубы, расположенной горизонтально, чуть ниже, чем у стальных труб того же внутреннего диаметра, на 7-8%. Именно внутреннего, так как у полимерных труб толщина стенки немного больше.

Многие факторы влияют на итоговые цифры, полученные в таблицах и формулах, именно поэтому всегда делается сноска «примерная теплоотдача». Ведь в формулах не учитываются, например, теплопотери через ограждающие конструкции здания, выполненные из разных материалов. Для этого существуют соответствующие Таблицы поправок.

Тем не менее, воспользовавшись одним из методов определения теплоотдачи труб отопления, вы будете иметь общее представление о том, какие трубы и радиаторы отопления вам нужны для дома.

Удачи вам, строители своего теплого настоящего и будущего.

Установка радиатора и его теплоотдача

Как показала практика, количество тепла, которое отдает батарея отопления, зависит еще и оттого, где ее установить, и как подключить трубы. В зависимости от подключения труб тепловая мощность одного и того же радиатора может остаться 100% или стать меньше на 32%. Самым эффективным считается диагональное подключение при подаче горячей воды сверху, и подключении обратного трубопровода снизу с другой стороны. Именно по такой схеме подключают радиаторы на заводах во время испытания. Самое неэффективное — обратное односторонне подключение (горячая вода подается снизу, а отбирается холодная с той же стороны сверху) — тут потери достигают 32%.

От того, как подключены радиаторы теплоотдача тоже может понижаться или повышаться

Сильно снижают теплоотдачу радиаторов отопления защитные или декоративные экраны, большие подоконники, нависающие над прибором. Значительно понижает эффективность обогрева и установка в нише. И все это нужно учитывать при расчете количества радиаторов, увеличивая пропорционально количество секций. Тогда при любых условиях в доме или квартире будет тепло.

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.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

Q = K*F*dT, где

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.

dT = (0,5*(T 1 + T 2)) — T к

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