ТЕПЛОПЕРЕДАЧА НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Схема теплопередачи нагревательного прибора в помещении показана на рис. III. 8. Нагревательный прибор и теплоноситель в нем имеют обычно малую тепловую инерцию, а поэтому тепловой поток Q_тн, отданный в приборе теплоносителем, в каждый момент равен тепловому потоку Q_нп, передаваемому прибором помещению:

Q_тн = Q_нп (4.1)

Если теплоноситель вода или другая среда, аккумулирующая тепло в результате теплоемкости и изменения температуры, то величина Q_TH равна:

Q_нп =G_нп с (t₁- t₂)(4.2)

где G_нп — расход теплоносителя через нагревательный прибор, кг/ч;

с — удельная теплоемкость, кДж/(кг · °С), теплоносителя [для воды составляет 4,19 кДж/(кг · °С)],

t₁ и t₂ – температура теплоносителя на входе в прибор и на выходе из него.

Если теплоноситель пар, то передача тепла в приборе происходит при конденсации с выделением скрытой теплоты парообразования, при этом температура входящего в прибор пара t₁ обычно равна температуре покидающего прибор конденсата t₂. Величина Q_тн в этом случае равна:

Q_тн= G_тн r, (4.3)

Где r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг, отвечающая давлению пара, поступающего в прибор.

Теплоотдачу нагревательного прибора Q_нп определяют с помощью основного уравнения теплопередачи в виде

Q_нп=К_нп(t_нп – t_в)·F_нп (4.4)

В формуле (III.4) принято, что количество отданного прибором тепла пропорционально разности между средней температурой теплоносителя в приборе t_нп и температурой помещения t_в.

Обычно в расчетах принимают для воды среднюю температуру

t_нп=(t₁+ t₂)/2 (4.5)

для пара температуру, соответствующую давлению пара, поступающего в прибор.

Опытами установлено, что в нагревательных приборах типа радиаторов при подаче воды по схеме «сверху—вниз» значение t_нп близко к определяемому по формуле (III.5). При подаче воды «снизу—вверх» значение t_нп отличается от среднеарифметического и близко к значению t₂. В приборах, соединенных последовательно или выполненных в виде змеевика, теплоноситель (вода) изменяет температуру по ходу движения по логарифмическому закону.

F_нп в формуле (III. 4) представляет собой площадь теплоотдающей поверхности прибора — всей внешней (наружной) поверхности прибора, омываемой воздухом, обычно искусственно развитой путем устройства приливов, оребрения и пр.

Коэффициент теплопередачи нагревательного прибора К_нп в формуле (III.4), как и в случае передачи тепла через стенку от одной среды к другой, равен величине, обратной сопротивлению тепло­передаче нагревательного прибора: (III.6)

К_нп=1/ R_нп (4.6)

Величина R_нп, в свою очередь, равна:

R_нп= R_в+ R_т+ R_н,. (4.7)

где R_в, R_т и R_н — сопротивление тепловосприятию, теплопроводности стенки прибора и теплоотдаче.

Сопротивление R_в, м²·^оС/Вт, тепловосприятию от теплоносителя к внутренней поверхности нагревательного прибора площадью F_вп зависит от коэффициента теплообмена α_в. Величина R_в должна быть отнесена к поверхности теплоотдачи прибора F_нп, поэтому

R _в = F_нп = R_в F_н.п (4.8)

Коэффициент теплообмена α_в между теплоносителем и внутренней поверхностью прибора определяется в основном скоростью дви­жения теплоносителя в приборе. С увеличением расхода воды коэффициент теплообмена сначала заметно возрастает, но затем при расходах 200 кг/ч и более остается практически неизменным. В чугунных радиаторах — наиболее распространенном виде приборов — скорость движения воды в колонках обычно небольшая (около 0,01 м/с) и α_в ~ 58 Вт/(м²·^оС). Отношение

F_нп/ F_вп для них равно приблизительно 1,3 и R_в составляет

R_в = = 2,2·10^-2(м²·°С)/Вт

Размеры и положение кожуха выбирают такими, чтобы общая теплоотдача нагревающих элементов возрастала.

Обычно значение α_н у нагревательных приборов равно

5— 15 Вт/(м²·°С), т. е. R_н =0,2 ... 0,066 м²·°С/Вт, что значительно больше двух других составляющих общего сопротивления теплопередаче нагревательного прибора R_нп.

Из рассмотренного процесса теплообмена, характерного для нагревательных приборов, ясен физический смысл влияния отдельных факторов на коэффициент теплопередачи К_нп. Для металлических нагревательных приборов (типа радиаторов) определяющим в этом коэффициенте является интенсивность теплообмена на внешней теплоотдающей поверхности. Для неметаллических приборов, выполненных из бетона, керамики и других материалов, важной составляющей коэффициента К_нп является также теплопроводность материала стенки прибора.