Расчет теплоотдачи отопительного радиатора

Ключевым параметром, определяющим, в какой мере будет эффективная работа внутридомовой системы отопления, считают теплоотдачу. Она является основным показателем для любой модификации батареи и характеризует ее индивидуальность. На теплоотдачу оказывает большое влияние вариант подсоединения нагревателя, специфики зоны установки и некоторые другие факторы такие как, габариты, материал, температурный перепад в помещении и уровень тепловых потерь здания. В свою очередь для выбора системы отопления и нагревательных элементов, принципиально важно понимать, что такое теплоотдача радиатора отопления, в чем измеряется показатель и как производится его расчет.

Что это такое

Теплоотдача — показатель характеризующий способность отопительного прибора передавать в помещении определенное количество тепловой энергии в единицу времени. Показатель имеет некоторое количество синонимов, он может обозначаться в паспортных данных в виде теплового потока, тепловой мощности или просто мощности батареи. Измеряется показатель во Вт или кВт. Порой в старой справочной литературе, возможно, наткнуться на старую размерность этого показателя в калориях в час (кал/ч). Соотношение между величинами в системе СИ: 1 Вт =859.80 кал/ч.

Процесс теплопередачи от приборов отопления воздуху в комнате осуществляется на базе трех основных процессах:

• Теплопроводность, тепло переносится от молекулы к молекуле, от горячей воды — к внутренней стене батарей, от внутренней — к внешней стенки прибора, и далее от нее — к воздуху;
• конвекция — перенос тепла выполняется за счет циркуляцией воды внутри прибора отопления и воздушных масс в комнате;
• лучистый или радиационный теплообмен — источником движение тепла являются тепловые лучи. Этот процесс дал название радиаторам, часть тепла в которых передается с помощью этого вида теплопередачи.

Паспортная мощность радиаторов

Первоначально перед покупкой отопительного прибора пользователь должен изучить его паспортные данные. В нем обязательно указывается тепловая мощность одного элемента или в целом радиатора. Изучая в справочной литературе таблицы тепловой мощности разных модификаций нагревателей, можно узнать у каких батарей лучше теплоотдача. Указанный параметр имеет максимальное значение и не соответствует действительным показателям в реальных условиях на объекте от отопления.

Он определен при условиях, когда разница (DT) между температурами теплоносителя на подаче и обратке равна 70 С. Эта величина имеет название — температурный напор и определяется:

DT = (t подачи+ t обратки)/ 2- t воз

Где:

• t подачи — в подающей тепловой магистрали, С;
• t обратки —в обратной тепловой магистрали, С;
• t воздуха — воздуха внутри комнаты, согласно санитарным нормам 19-20 С.

(110 + 70)/2 — 20 = 70 С

Данное значение характерно, для максимального температурного режима в тепловых сетях, обычно этот показатель ниже и равен (80+60)2-20= 50 С. Поэтому если в паспортных данных указана тепловая мощность, например, биметаллического радиатора 200 Вт при разности температур 70 С, а в реальных условиях она будет только 50 С, то он фактически будет отдавать тепла намного меньше:

200Х50/70=142 Вт

Теплоотдача батарей из разных материалов

При том, что на теплоотдачу прибора оказывают большое влияние материал и DT, который слабо зависит от модели радиатора, существует 3-ий фактор, определяющий реальную теплопередачу в помещении — площадь теплообмена. В этом случае конструктивные особенности аппаратов играют основную роль. При этом геометрически сопоставить стальной нагреватель с чугунной батареей не получится, поскольку, их поверхности нагрева чрезвычайно разнятся.

В автономной системе теплоснабжения дома усадебного типа могут быть установлены батареи равной тепловой мощности, но изготовленные из разных металлов, поэтому функционировать они также будут по-разному. Вследствие этого сопоставляют эффективность разных батарей:

• Биметаллические и дюралевые имеют высокий КПД батареи, скоростной режим разогрева, но также быстро они и остывают. Передавая больше тепла за единицу времени, они скорее охлаждают теплоноситель, возвращая его холодным в обратный трубопровод.
• Металлические панели занимают среднюю позицию рейтинга, они отдают тепловую энергию не так интенсивно, медленнее остывают и имеют самые низкие цены.
• Самые инертные и дорогостоящие — это чугунные радиаторы, с большим периодом нагрева/остывания, что создает небольшую задержку при автоматическом регулировании термостатами.

Чугунные радиаторы

Эти модели располагают не очень большой площадью теплоотдачи и выделяются незначительной теплопроводимостью материала. Номинальная тепловая мощность у одного чугунного ребра/секции, например, МС-140, при DT 70С, равен 175 Вт. Наибольшая теплоотдача протекает за счет излучения, порядка 80 %, конвективный теплообмен обеспечивается всего лишь на 20%.

Учитывая, что в магистральных тепловых сетях температура на подаче не превышает 80 С, а на обратке 50 С, а внутренняя температура воздуха поддерживается не выше 18 С, фактическая мощность чугунных батарей МС-140 составляет:

175Х((80+50)/2-18)/70= 120 Вт

Таким образом, выбирая к установке этот тип батарей, потребуется предусмотреть 30% запаса, чтобы создать нормальный температурный режим в комнате.

Стальные радиаторы

В этих моделях совмещаются позитивные свойства секционных и конвекционных устройств. Конструктивно они выполняются из одной либо нескольких спаренных элементов, по которым внутри циркулирует греющая вода. Для того чтобы теплообмен металлических панельных приборов был выше на трубы наваривают особые ребра, выполняющих функции конвектора.

Теплоотдача металлических радиаторов ниже чугунных батарей отопления, порядка 110 Вт. Вследствие этого их превосходство обеспечивается только простой конструкцией и малым весом. Тем не менее, они значительно уступают чугунным нагревателям по срокам эксплуатации. Кроме того их эффективность очень низкая при работе с низкотемпературным теплоносителем в подающей сети до 70 С.

Алюминиевые и биметаллические радиаторы

Алюминиевые приборы имеют большую теплоотдачу, чем у первых двух моделей. Теплоотдача алюминиевых радиаторов довольно высокая, до 180 Вт, однако эти батареи имеют недостаток, сдерживающий их использование. Они обладают повышенным требованием к качеству теплоносителя. При циркуляции грязной воды, внутренняя поверхность алюминия повреждается коррозией. Поэтому эти устройства устанавливают в небольших индивидуальных системах отопления, не имеющих протяженных внешних тепловых сетей, собирающих грязь по всей длине.

Биметаллические радиаторы имею высшие показатели эффективности. Теплоотдача биметаллических радиаторов не менее 200 Вт, при этом они не так чувствительны к качеству сетевой воды. Высокотехнологический способ изготовления таких аппаратов сделал их самыми дорогими нагревательными приборами, что сдерживает их применение. Тем не менее, высокопрочные устройства, способные выдержат сверхвысокое давление, и обеспечить безаварийную работу в течение 20 лет, все больше находят своего потребителя, особенно при реконструкции систем отопления с переходом на энергоэффективные источники нагрева.

Зависимость теплоотдачи от способа подключения батареи

На теплоотдачу отопительных радиаторов воздействует не только материал изделия и температура греющей воды, но и избранная схема подключения батарей к внутридомовой системы отопления:

Прямое односторонне подключение — наиболее распространенная схема для малогабаритных квартир в старом жилом секторе. Она обеспечивает высокие показатели теплопередачи для чугунных приборов нагрева.
Диагональную схему подключения применяют, когда устанавливают приборы с большими габаритами, например, 12 и более чугунных секций. Перекрестное поступление теплоносителя обеспечивает полное заполнение внутреннего контура, тем самым повышая теплоотдачу и снижая тепловые потери.
Схемы нижнего подключения больше подходят для домов с индивидуальным источником теплоснабжения, когда трубы прячутся по настил пола. Это эффективная модель работы нагревательных приборов с потерями не выше 10 %.

Порядок расчета теплоотдачи радиатора отопления

Теплоотдачу можно рассчитать самостоятельно или воспользоваться табличным материалом. Поскольку фактическая тепловая мощность зависит от температурного напора, можно найти табличный коэффициент и применить его к паспортным данным.

Таблица коэффициентов, на которые умножается паспортная теплоотдача батареи в соответствии с величиной DT, в градусах С:

• 40 — 0.48;
• 50 — 0.65;
• 60 −0.82;
• 70 — 1.0;
• 75 — 1.09.

Алгоритм расчета фактической теплоотдачи батареи:

1. Определяют, температуры прямого/обратного теплоносителя и воздуха внутри помещения.
2. Подставляют данные в формулу и определяют собственный тепловой напор DT.
3. Находят в таблице коэффициент в соответствии с определенным DT.
4. Умножают на него паспортный показатель теплоотдачи прибора.
5. Произвести подсчет числа секций или целостных отопительных устройств .

Нормы теплоотдачи для помещения

Перед установкой системы отопления в доме требуется выполнить проект системы отопления объекта, самой главный задачей которого является определение, тепловой нагрузки, необходимой для обеспечения санитарных норм проживания в осенне-зимний период. Показатель теплоотдачи, указан в справочных таблицах для разных модификаций приборов отопления, в разрезе материалов из которых они изготовлены.

Теплоотдачу измеряют во Вт, многие заводы-изготовители в технической документации радиатора часто обозначают другую размерность — кал/час.

Формула точного расчета

Формулы для точного подсчета:

Qt=1000 х F х k1 х k2 х k4… хk7, Вт/час

где:

• Qt — тепловая нагрузка тепла для нагрева помещения;
• F — Площадь нагрева, метр квадратный;
• k1 — теплопотери в окнах: двойное остекление 1.27, стеклопакет — 1.0;
• k2 — теплопотери стен: низкая изоляция — 1.27; кирпичная кладка с теплоизоляцией — 1.0, качественная изоляция — 0.85.
• k3 — потери при соотношении окон и пола: 50% — 1.2, 40% — 1.1, 10% — 0.8;
• k4 — температура воздуха в помещении: 25 С — 1.3, 20 С — 1.1, 10 С — 0.7;
• k5 — количество наружных стен: 1 — 1.1, 2 — 1.2, 3 — 1.3, 4 — 1.4;
• k 6 — тип комнат над нагреваемым объектом: чердак необогреваемый — 1.0, чердак отапливаемый — 0.9, отапливаемая жилая комната помещение — 0.8;
• k7 — высота потолков: 2.5 м — 1.0, 3.0 м — 1.05, 3.5 м — 1.1.

Методы увеличения теплоотдачи

Сегодня, когда затраты на энергоносители ложатся тяжелым бременем на семейный бюджет, вне зависимости от модели радиаторов, собственники стараются максимально увеличить их теплоотдачу. Особенности важным подобное стремление становится с началом отопительного сезона. Тем более, что многие батарея установленные в старом жилом фонде зачастую не справляются качественно со своими функциями.
Мероприятия по увеличению тепловой мощности отопительных приборов:

• Поддерживать в чистоте поверхности нагрева приборов, грязь плохо проводит тепло так же как и заржавевшие приборы, в особенности для чугунных радиаторов.
• С целью обеспечения наибольшей теплоотдачи, нужно правильно собрать схему теплоснабжения, обратив внимание на уклоны, размещение от пола и стен, свободный доступ к радиаторам.
• Необходимо проводить ежегодную ревизию и промывку внутренних поверхностей систем отопления.
• Выполнить установку между стеной и батареей теплоотражающих экранов на основе фольгированного материала.

Таким образом, на основе вышеизложенного, можно сделать простой вывод: непринципиально, из какого металла сделан отопительный прибор. Главное, верно выбрать его по тепловой производительности и дизайну, соответствующего месту установки.