Теплотехнические характеристики (коэффициент теплопередачи, плотность теплового потока), тепловой расчет и регулировка теплопередачи отопительных приборов.

Технические данные отопительных приборов

Коэффициент теплопередачи отопительного прибора

Тепловой поток от теплоносителя — воды или пара — передается в помещение через стенку отопительного при­бора. Интенсивность теплопередачи характеризуют коэф­фициентом теплопередачи k_пр, который выражает плот­ность теплового потока на внешней поверхности стенки, отнесенного к разности температуры теплоносителя и воз­духа, разделенных стенкой. Термин «плотность» в данном случае применяется к тепловому потоку, передаваемому через единицу площади внешней поверхности отопительного прибора.

Коэффициент теплопередачи прибора k_пр, Вт/(м^а-°С), численно равен величине, обратной сопротивлению R_пр теплопередаче от теплоносителя через стенку прибора в по­мещение:

k_пр=1/ R_пр (4.6)

Величина R_пр слагается из сопротивления теплообмену R_в на внутренней поверхности стенки прибора, термиче­ского сопротивления стенки R_ст и сопротивления теплооб­мену R _н на внешней поверхности прибора A_пр:

R_пр= R_в+ R_ст+ R _н (4.7)

Процесс теплопереноса от теплоносителя в помещение осуществляется: от теплоносителя к стенке прибора — конвекцией и теплопроводностью, через стенку — только теплопроводностью, а от стенки в помещение — конвек­цией, радиацией и теплопроводностью. В сложном случае теплопередачи основным явлением в большинстве случаев является конвекция.

Коэффициент конвективного теплообмена в слое воздуха (снаружи) значительно меньше, чем в слое воды или пара (внутри прибора), поэтому сопротивление внешнему тепло­обмену R_н для отопительного прибора сравнительно вели­ко. Следовательно, для увеличения теплового потока не­обходимо развивать внешнюю поверхность отопительного прибора. В приборах это выполняют созданием специаль­ных выступов, приливов и оребрения. Однако при этом уменьшается коэффициент теплопередачи.

Рассмотрим слагаемые выражения (4.7) применительно к отопительному прибору с несколько развитой площадью внешней поверхности A _пр по сравнению с площадью внут­ренней поверхности A_в.

Сопротивление теплообмену на внутренней поверхности, отнесенное к площади внешней поверхности прибора, т. е. к расчетному измерителю (отношение площадей равно A _пр/ A_в )» составляет

R_в= (4.8)

Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности прибора α_в изменяется в широких пределах в зависимости

от вида теплоносителя: наибольших значений он достигает при паре, при воде его значение зависит в основном от скорости движения воды и ее температуры.

Термическое сопротивление стенки чугунного и сталь­ного отопительного прибора без учета загрязнения, ок­раски и специального оребрения его внешней поверхности составляет

R_ст= ^(4.9)

Термическое сопротивление стенки вместе с сопротив­лением теплообмену на внутренней поверхности стенки обусловливают снижение температуры наружной поверх­ности приборов по сравнению с температурсй теплоноси­теля. Из рис. 4.14 видно, что в средней по высоте части чугунного секционного радиатора температура поверх­ности отличается от температуры теплоносителя не менее чем на 7—8 °С.

Сопротивление теплообмену на внешней поверхности прибора определяют по формуле

(4.11)

R_H=1/α_H,

Где α_H –коэффициент теплообмена на наружной поверхности, α_H= α_К+ α_Л (конвективный и лучистый теплообмен)

Плотность теплового потока отопительного прибора

В зависимости от значения коэффициента теплопередачи и размеров отопительного прибора изменяется его общий тепловой поток. Величина общего теплового потока обус­ловлена его поверхностной плотностью, т. е. значением удельного теплового потока, передаваемого от теплоноси­теля через 1 м² площади прибора в окружающую среду.

Номинальную плотность теплового потока q_ном, Вт/м², получают для стандартных условий работы прибора в системе водяного отопления, когда средняя разность тем­пературы, как уже известно, ∆t_СР=70°С и расход тепло­носителя воды в приборе составляет 360 кг/ч (0,1 кг/с).

В этих стандартных условиях относительный расход воды в приборе G=1,0 . Стандартная разность температуры при теплоносителе воде, выбранная за расчетную для сравнения теплотехнических показателей отопительных приборов: ∆t_СР = 0,5 (105-1-70)- 18 = 70 ⁰С,

когда температура входящей в прибор воды t_ВХ=105°С, выходящей t_вЫХ=70 ⁰С и температура воздуха в помещении t_в=18^эС.

Приведем значения номинальной плотности теплового потока q_ном Вт/м², некоторых типов отопительных при­боров (по данным НИИ санитарной техники):

для радиаторов чугунных секционных типа МС-90-108 790

» » стальных панельных типа РСВ . . . 730

« » чугунных секционных типа М-140АО 595

« » конвекторов с кожухом типа «Универсал-20» . . 357

« » чугунных ребристых труб............388

Видно значительное теплотехническое преимущество радиаторов по сравнению с конвекторами.

Если известен номинальный тепловой поток прибора (с учетом схемы его присоединения к трубам), то расчетная плотность теплового потока q_пр, Вт/м², в конкретных ус­ловиях работы его в системе отопления составит:

для теплоносителя пара при заданной разности тем­пературы ∆t _н:

q_п= q_ном

дл-я теплоносителя воды при заданных разности тем­пературы А/_ср и расходе воды О_пр

q_п= q_ном

Значения экспериментальных числовых показателей n и p приведены в справочной литературе.

Тепловой расчет отопительных приборов

Тепловой расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого прибора, обеспечивающей необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение. Расчет проводится при тем­пературе теплоносителя, устанавливаемой для условий выбора тепловой мощности приборов. Для теплоносителя пара это — температура насыщенного пара при заданном его давлении в приборе. Для теплоносителя воды это -максимальная средняя температура воды в приборе, свя­занная с ее расходом.

Тепловая мощность прибора, т. е. его расчетная тепло­отдача Q_пр, определяется, как известно, теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проло­женных в этом помещении. Площадь теплоотдающей по­верхности зависит от принятого вида прибора, его распо­ложения в помещении и схемы присоединения к трубам. Эти факторы отражаются на значении поверхностной плот­ности теплового потока прибора.

Если поверхностная плотность теплового, потока при­бора q_пр, Вт/м², известна, то теплоотдача отопи­тельного прибора Q_пр, Вт, должна быть пропорциональна площади его нагревательной поверхности

. Q_пр= q_пр*A_p (⁴-²⁵)

Отсюда расчетная площадь А_Р, м², отопительного при­бора независимо от вида теплоносителя

A_p= Q_пр/ q_пр (4.26)

где Q_пр — требуемая теплоотдача прибора в рассматриваемое помещение:

Q_пр= Q_п- Q_тр (4.27)

Q_п — теплопотребность помещения, Вт; Q_тр — суммарная теплоотдача проложенных в пределах помещения нагретых труб стояка

(ветви) и подводок, к которым непосредственно присоединен прибор, а также

транзитного теплопровода, если он имеется в помещении; β_тр — поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи теплопроводов, полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении; β_тр составляет при прокладке

отжрьгтой — 0,9, скрытой в глухой борозде стены — 0,5, замоноличенной в тяжелый бетон — 1,8 (возрастание теплоотдачи

объясняется увеличением площади теплоотдающей поверхности).

Теплоотдачу теплопроводов можно определить прибли­женно по формуле

Q_тр=q_В l_В+q_Г l_Г (4.29)

с использованием таблиц в справочной литературе, где даны значения q_Ви q_Г— теплоот­дачи 1 м вертикально и горизонтально проложенных труб, Вт/м, исходя из их диаметра и разности температуры (t_Т - t г ); l_B, l_Г— длина вертикальных и горизонтальных теплопроводов в пределах помещения, м.

Длина чугунных секционных радиаторов зависит от числа секций, составляющих приборы.

Число секций чугунных радиаторов определяют по формуле

N=

где а1 — площадь одной секции, м², типа радиатора, принятого к установке в помещении; β₄ — поправочный коэффициент, учиты­вающий способ установки радиатора в помещении; при открытой установке β ₄=1,0; при установке с декоратив­ной решеткой следует обеспечивать β 4<1,10; β ₃ — поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе (β ₃ = 1,0 при Ар=2,0 м²); для радиаторов типа М-140 вычисляется по формуле

β₃=0,97+0,06/А_Р (4.31)

Для типов радиаторов с площадью одной секции 0,25 м² (в том числе для эталонного радиатора) коэффициент β з определяют по формуле

β з = 0,92 + 0,16/А_р. (4.32)

Длина стальных панельных радиаторов определяется размерами выпускаемых марок, а не получается в резуль­тате набора стандартных элементов как при расчете сек­ционных радиаторов. Для увеличения площади прибора, если это необходимо, отдельные марки панельных радиа­торов могут объединяться в блоки, включающие две парал­лельно расположенные панели.

Если к установке предназначен панельный радиатор типа РСВ или РСГ определенной площади Яь м², то число таких радиаторов, размещаемых в помещении открыто,

N=А_р/а₁.(4.33)

Длина конвекторов с кожухом также определяется разме­рами выпускаемых полностью готовых приборов. Число элементов конвекторов без кожуха или ребристых труб в ярусе по вертикали и в ряду по горизонтали опреде­ляют по формуле

N=А_р/nа₁, (4.34)

где п — число ярусов и рядов элементов, составляющих прибор; а1 — площадь одного элемента конвектора или одной ребристой трубы принятой длины, м².

Длина греющей трубы в ярусе или в ряду гладкотрубного прибора составит

L=А_рβ₄/na₁ (4.35)

где β₄— поправочный коэффициент, учитывающий наличие де­коративного укрытия труб [см. пояснение к формуле (4.30)]; п — число ярусов или рядов греющих труб, составляющих прибор; а1 — площадь 1 м открытой горизонтальной трубы принятого диаметра,

М²/М.

Регулирование теплоотадчи отопительных приборов

Различают два вида регулирования теплоотдачи отопительных приборов в процессе работы: качественное и количественное.

Качественное регулирование достигается изменением температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления. Качественное регулирование по месту осуществления может быть центральным, проводимым на тепловой станции, и местным, выполняемым в тепловом пункте здания.

В системе парового отопления пределы качественного регулирования ограниченны и такое регулирование, как правило не проводится.

Количественное регулирование теплопередачи приборов осуществляется изменением количества теплоносителя (воды или пара), подаваемого в систему или прибор. По месту проведения оно может быть не только центральным, но и индивидуальным, т.е. выполняемым у каждого отопительного прибора.