Эквивалентная нагревательная поверхность прибора

С целью получения единого теплотехнического и производственного показателя в нашей стране в 1957 г. было введено измерение теплоотдающей поверхности всех отопительных приборов в условных единицах площади. За условную единицу площади был принят квадратный метр эквивалентной нагревательной поверхности (м 2 энп) или, короче, эквивалентный квадратный метр (экм). Такое измерение площади нагревательной поверхности стимулирует выпуск совершенных в теплотехническом отношении приборов.

Эквивалентным квадратным метром называется такая площадь теплоотдающей поверхности стандартно установленного отопительного прибора, через которую при средней температуре теплоносителя в приборе 82,5°С в воздух с температурой 18°С передается тепловой поток, равный 506 Вт (435 ккал/ч). За стандартную принимается открытая установка прибора у наружной стены с односторонним присоединением к трубам.

При расчетной разности температуры воды 95-70°C и температурном напоре, равном ((95+70)/2)-18=82,5-18=64,5°С, для передачи в помещение 506 Вт или 506*3,6 кДж/ч (435 ккал/ч) необходимо в расчете на 1 м 2 энп пропустить через отопительный прибор воды в количестве

G=(506*3,6)/((4,187*(95-70))=17,4 кг/(ч м 2 энп);

G=435/(1*(95-70)) =17,4 кг/(ч м 2 энп).

Это, в частности, испытательный расход воды для 1 м 2 энп секционного радиатора, на который делалась ссылка в пояснении к формуле:

Выпускавшийся в 1957 г. секционный радиатор типа H-136 (его строительная глубина 136 мм, монтажная высота 500 мм) был принят за эталон. Через один квадратный метр внешней физической поверхности эталонного радиатора Н-136 (площадь поверхности четырех секций) при испытании в стандартных условиях (испытывался радиатор, состоящий из восьми секций) передавался в помещение тепловой поток, равный как раз 506 Вт (435 ккал/ч). Следовательно, восемь секций радиатора Н-136 имели площадь теплоотдающей поверхности, равную 2 м 2 или 2 м 2 энп (экм).

Исчисление площади внешней поверхности любого отопительного прибора в условных единицах и определение для одного и того же элемента прибора (секции, ребристой трубы, конвектора, панели) отношения площади эквивалентной нагревательной поверхности f_э к площади ею физической внешней поверхности f_ф есть сравнение конкретного прибора с эталонным.

Сопоставление площади поверхности одного элемента отопительного прибора в м 2 энп (экм) с площадью его поверхности в м 2 дает возможность судить о совершенстве прибора в теплотехническом отношении.

Измерение поверхности отопительных приборов в м 2 энп не изменяет формы уравнений; изменяются лишь численные коэффициенты а, b и m (при сохранении значений n и p).

Уравнение для водяных отопительных приборов примет вид:

Для паровых отопительных приборов уравнение принимает вид:

где k_э — коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м 2 эквивалентной нагревательной поверхности прибора;

На основании уравнений можно написать формулы для определения плотности теплового потока, передаваемого через 1 м 2 эквивалентной нагревательной поверхности (через 1 экм) любого отопительного прибора.

При теплоносителе воде:

при теплоносителе паре:

В этих формулах и в приведенных выше уравнениях температурный напор вычисляется по выражению как Δt=t_т-t_в в зависимости от средней температуры теплоносителя в отопительных приборах.

В системах водяного отопления, как уже указывалось, за температуру теплоносителя tт принимается

т. е. полусумма температуры воды, входящей t_вх и выходящей tв_ых из прибора.

Применительно к однотрубным системам водяного отопления с последовательно соединенными отопительными приборами выражение, если тепловая мощность прибора Q_пр, Вт, принимает вид:

Уравнение более удобно для пользования, так как при расчете площади нагревательной поверхности приборов в однотрубных стояках известна температура воды, входящей в прибор, а температура выходящей воды зависит от расхода G_пр, не всегда заранее известного.

В системах парового отопления, как уже отмечалось, за температуру теплоносителя принимается

Выражение для определения относительного расхода воды в отопительном приборе G в формулах имеет вид:

для колончатых радиаторов и колончатых стальных панелей при испытательном расходе воды G_исп=17,4 кг/(ч м 2 энп).

для остальных отопительных приборов

Для определения относительного расхода воды в колончатых радиаторах и панелях необходимо знать площадь нагревательной поверхности (чтобы найти действительный расход воды, приходящийся на 1 м 2 энл), которая в вычислениях является искомой величиной.

Поэтому выражение должно быть видоизменено, что будет сделано несколько ниже.

Каждая формула для определения плотности теплового потока, передаваемого через 1 м 2 энп конкретного отопительного прибора при теплоносителе воде, отражает влияние на тепловой поток, поступающий в помещение, следующих факторов:

а) температурного напора Δt_сp (как и при теплоносителе паре);

б) расхода воды G_пp;

в) дополнительной потери тепла через наружное ограждение в связи с размещением около него прибора (в формулу вводится значение knp, уменьшенное на 5% против действительного);

г) схемы движения воды в приборе, обусловленной способом его присоединения к трубам, т. е. местами подачи и отвода воды (в формуле изменяются числовые значения коэффициента m’ показателей степени n и p).

Для примера в таблице приведена часть формул, по которым определяется плотность теплового потока через 1 м 2 энп колончатых радиаторов и панелей при теплоносителе воде.

Формулы для определения поверхностной плотности теплового потока колончатых радиаторов и панелей при схеме движения воды сверху-вниз (односторонней и разносторонней)

В формуле даются: коэффициент m’=2,08 (1,79) и показатели степени: при температурном напоре 1+n= 1,32 и при относительном расходе р=0,03. Формула представлена в виде, приведенном к температуре воды t_вx, входящей в прибор, и к перепаду температуры воды Δt_пр в приборе. В таком виде формулой удобно пользоваться при расчете отопительных приборов однотрубных систем водяного отопления.

Схемы подачи и отвода воды из колончатых радиаторов

Теплотехнические испытания чугунных радиаторов при относительном расходе воды G>7 не выявили дальнейшей зависимости коэффициента теплопередачи и плотности теплового потока от количества воды, протекающей через них. Поэтому при G>7 формула меняется формулой, в которой влияние расхода воды учитывается увеличением постоянного множителя m’ до 2,2 (1,89).

Формулы, приведенные в таблице, действительны в пределах изменения температурного напора от 30 до 140°.

Подобную же структуру имеют формулы для определения плотности теплового потока колончатых радиаторов и панелей при других схемах движения воды, а также остальных отопительных приборов.

Рассмотрим влияние схемы движения и расхода воды на плотность теплового потока отопительных приборов на примере колончатых радиаторов и панелей. Перепишем уравнение в виде:

α=G_p—поправочный коэффициент, зависящий от расхода воды в приборе.

Влияние схемы движения воды, обусловленной схемой присоединения колончатых радиаторов и панелей к трубам, установим при действительном расходе воды, равном 17,4 кг/(ч м 2 энп), когда поправочный коэффициент α равен единице. Вычислим и запишем в таблице плотность теплового потока q₁ при Δt_ср=0,5 (95+10)-18=64,5°.

Поверхностная плотность теплового потока q₁ колончатого радиатора или колончатой панели при G=1 и Δt_ср=64,5°.

Сопоставление полученных значений плотности теплового потока позволяет оценить тепловую эффективность различных схем подачи и отвода воды при ее относительном расходе, равном единице, для стандартно установленных колончатых радиаторов и панелей: наиболее эффективна схема движения воды сверху — вниз, теплопередача при схеме снизу — вниз сокращается на 10%, а при схеме снизу — вверх — на 22% по сравнению со схемой сверху — вниз.

Зависимость поверхностной плотности теплового потока колончатых радиаторов и панелей q_э при Δt_ср=64,5° соотносительного расхода воды G для схем движения воды

Уменьшение плотности теплового потока при подаче воды в прибор снизу объясняется усилением неравномерности температурного поля его внешней поверхности, связанной с понижением температуры во вторичных контурах циркуляции воды внутри прибора. При односторонней подаче снизу и отводе воды сверху создается наиболее неровное поверхностное температурное поле («отстает», как говорят, часть площади прибора, удаленная от места ввода горячей воды) и в результате значительно сокращается общий тепловой поток от теплоносителя через внешнюю поверхность прибора в помещение.

Влияние расхода воды на плотность теплового потока колончатых радиаторов и панелей проследим по графикам на рисунке, относящимся к первым трем рассмотренным выше схемам движения воды.

При увеличении относительного расхода воды от 1 до 7 плотность теплового потока qэ возрастает, но в различном темпе в зависимости от схемы движения воды в приборе.

Численные множители к величине q₁, приведенные выше, выражают максимальное значение поправочного коэффициента α для колончатых радиаторов и панелей в формуле:

При относительном расходе воды в радиаторе или панели G α>1.

Источник

Конструкция отопительных приборов

Радиатором секционным называется прибор конвективно-радиационного типа, состоящий из отдельных колончатых элементов — секций с каналами круглой или элипсообразной формы. Такой радиатор отдает в помещение радиацией около 25% общего теплового потока, передаваемого от теплоносителя (остальные 75% — конвекцией) и именуется «радиатором» лишь по традиции. Секции радиатора отливают из серого чугуна, их можно компоновать в приборы различной площади. Секции соединяют на ниппелях с прокладками из картона, резины или паронита.

Рис. 27. Двухколончатая секция радиатора: hп — полная высота; hм — монтажная высота (строительная); b — строительная глубина

Известны разнообразные конструкции одно-, двух-, и многоколонных секций различной высоты, но наиболее распространены двухколончатые секции (рис. 27) средних (монтажная высота hм=500 мм) радиаторов. Производство чугунных радиаторов трудоемко, монтаж затруднен из-за громоздкости и значительной массы собранных приборов. Радиаторы не могут считаться удовлетворяющими санитарно-гигиеническим требованиям, так как очистка от пыли межсекционного пространства сложна. Эти приборы обладают значительной тепловой инерцией. Наконец, следует отметить несоответствие их внешнего вида интерьеру помещений в зданиях современной архитектуры. Указанные недостатки радиаторов вызывают необходимость их замены более легкими и менее металлоемкими приборами. Не смотря на это чугунные радиаторы — это наиболее распространенный, в настоящее время отопительный прибор.

Рис. 28. Чугунные радиаторы: а — М-140-АО (М-140-АО-300); б — М-140; в — РД-90

Таблица 21. Поверхность нагрева чугунных радиаторов и ребристых труб Тип радиатора Поверхность нагрева одной секции F, м2 Fэкм, экмРадиаторы, выпускаемые промышленностьюМ-140-АО0,2990,35М-1400,2540,31М-140-АО-3000,170,217М-900,20,26РД-90с0,2030,275Ребристые трубы чугунные. Трубы с круглыми ребрами длиной, м:0,510,690,751,51,03121,381,532,07242,76Радиаторы, снятые с производстваМ-1320,2520,269М-1500,2520,269МН-1500,2380,3НМ-1500,2540,31Н-1360,2850,285Н-1500,30,3Н-150а0,2110,28Н-150 (улучшенный)0,2450,31РД-260,2050,275В-85А0,1760,24М-10000,460,492«Потльза-3»0,240,286«Польза-6»0,460,492«Нерие»0,4860,5«Минск-100»0,2740,31«Гигиенический»0,1750,206Лор-1500,20,224Лор-3000,130,155РШ0,250,286РКШ0,250,241Тепловая панель0,3890,445

Рис.29-33. Чугунные радиаторы

Таблица 22. Техническая характеристика стальных штампованных радиаторов Тип радиатора Единица измерения Поверхность нагрева Длина А, мм F, м2 Fэк, экм 1 2 3 4 5Колончатые одиночныеМЗ-500-11 панель0,640,83518МЗ-500-2то же0,961,25766МЗ-500-3-//-1,21,56952МЗ-500-4-//-1,62,081262МЗ-350-1-//-0,4250,6518МЗ-350-2-//-0,6370,89766МЗ-350-3-//-0,8281,161014МЗ-350-4-//-1,0621,491262Колончатые спаренные2МЗ-500-11 комплект1,281,415182МЗ-500-2то же1,922,127662МЗ-500-3-//-2,42,659522МЗ-500-4-//-3,23,5312622МЗ-350-1-//-0,851,015182МЗ-350-2-//-1,2751,527662МЗ-350-3-//-1,6561,9710142МЗ-350-4-//-2,1252,521262Змеевиковые одиночныеЗС-11-31 панель0,740,97545ЗС-11-4то же0,931,24694ЗС-11-5-//-1,131,51844ЗС-11-6-//-1,351,811018ЗС-11-7-//-1,62,131190Змеевиковые спаренныеЗС-21-31 комплект1,461,65545ЗС-21-4то же1,862,1694ЗС-21-5-//-2,262,57844ЗС-21-6-//-2,73,081018ЗС-21-7-//-3,23,621190Листотрубные одиночныеКЛТ-11 панель0,810,77600КЛТ-2то же1,081,03800КЛТ-3-//-1,351,291000КЛТ-4-//-1,621,551200КЛТ-5-//-1,891,81400КЛТ-6-//-2,162,061600КЛТ-7-//-2,72,582000Листотрубные спаренные2КЛТ-11 комплект1,621,316002КЛТ-2то же2,161,758002КЛТ-3-//-2,72,1910002КЛТ-4-//-3,242,6412002КЛТ-5-//-3,783,0614002КЛТ-6-//-4,323,516002КЛТ-7-//-5,44,382000

Стальные панельные радиаторы состоят из двух отштампованных листов, образующих горизонтальные коллекторы, соединенные вертикальными колоннами (колончатая форма), или горизонтальные параллельно и последовательно соединенные каналы (змеевиковая форма). Змеевик можно выполнить из стальной трубы и приварить к одному профилированному стальному листу; такой прибор называется листотрубным.

Стальные панельные радиаторы отличаются от чугунных меньшей массой и тепловой инерцией. При уменьшении массы примерно в 2,5 раза показатель теплопередачи не хуже чем у чугунных радиаторов. Их внешний вид удовлетворяет архитектурно-строительным требованиям, стальные панели легко очищаются от пыли. Стальные панельные радиаторы имеют относительно небольшую площадь нагревательной поверхности, из-за чего иногда приходится прибегать к установке панельных радиаторов попарно (в два ряда на расстоянии 40 мм). В табл. 22 приведены характеристики выпускаемых стальных штампованных радиаторных панелей.

Рис. 34. Схемы каналов для теплоносителя в панельных радиаторах: а — колончатой формы; б — змеевиковый двухходовой; в — змеевиковый четырехходовой

Рис. 35. Бетонная нагревательная панель

Бетонные панельные радиаторы (отопительные панели) (рис. 35) могут иметь бетонированные нагревательные элементы змеевиковой или регистровой формы из стальных труб диаметром 15-20 мм, а также бетонные, стеклянные или пластмассовые каналы различной конфигурации. Бетонные панели обладают коэффициентом теплопередачи, близким к показателям других приборов с гладкой поверхностью, а также высоким тепловым напряжением металла. Приборы, особенно совмещенного типа, отвечают строгим санитарно-гигиеническим, архитектурно-строительным и другим требованиям. К недостаткам совмещенных бетонных панелей относятся трудности ремонта, большая тепловая инерция, усложняющая регулирование теплоподачи в помещения. Недостатками приборов приставного типа являются повышенные затраты ручного труда при их изготовлении и монтаже, сокращение полезной площади пола помещения. Увеличиваются также теплопотери через дополнительно прогреваемые наружные ограждения зданий.

Гладкотрубным называют прибор из нескольких соединенных вместе стальных труб, образующих каналы для теплоносителя змеевиковой или регистровой формы (рис. 36). В змеевике трубы соединены последовательно по направлению движения теплоносителя, что увеличивает скорость его движения и гидравлическое сопротивление прибора. При параллельном соединении труб в регистре поток теплоносителя делится, скорость его движения и гидравлическое сопротивление прибора уменьшается. Приборы сваривают из труб Ду = 32—100 мм, расположенных друг от друга на расстоянии на 50 мм превышающем их диаметр, что уменьшает взаимное облучение и соответственно увеличивает теплоотдачу в помещение. Гладкотрубные приборы обладают самым высоким коэффициентом теплопередачи, их пылесобирающая поверхность невелика и они легко очищаются.

Вместе с тем гладкотрубные приборы тяжелы и громоздки, занимают немало места, увеличивают расход стали в системах отопления, имеют непривлекательный внешний вид. Их применяют в редких случаях, когда не могут быть использованы приборы других видов (например, для отопления теплиц). Характеристики гладкотрубных регистров приведены в табл. 23.

Таблица 23. Поверхность нагрева 1 м гладкой трубы регистра, экм Число рядов труб по вертикали Диаметр трубы Ду, мм 25 32 40 50 70 80 100 125 1501 ряд0,1790,1570,220,290,3720,4360,5290,6510,7792 ряда и более0,1650,1310,180,2380,3050,3570,4340,5580,668

Рис. 37. Схемы конвекторов: а — с кожухом; б — без кожуха: 1 — нагревательный элемент; 2 — кожух; 3 — воздушный клапан; 4 — оребрение труб

Таблица 24. Зависимость теплопередачи конвекторов с кожухом от высоты кожуха (hк) Высота кожуха hк, мм 0 (без кожуха) 250 400 600Относительная теплопередача, %100115-120130140

Таблица 25. Техническая характеристика конвекторов

Конвектор — это прибор конвективного типа, состоящий из двух элементов — ребристого нагревателя и кожуха (рис. 37). Кожух декорирует нагреватель и способствует повышению теплопередачи благодаря увеличению подвижности воздуха у поверхности нагревателя. Конвектор с кожухом передает в помещение конвекцией до 90-95% всего теплового потока (табл. 24). Прибор, в котором функции кожуха выполняет оребрение нагревателя, называют конвектором без кожуха. Нагреватель выполняют из стали, чугуна, алюминия и других металлов, кожух — из листовых материалов (стали, асбестоцемента и др.)

Конвекторы обладают сравнительно низким коэффициентом теплопередачи. Тем не менее они находят широкое применение. Это объясняется простотой изготовления, монтажа и эксплуатации, а также малой металлоемкостью. Основные технические характеристики конвекторов приведены в табл. 25.

Ребристой трубой называют прибор конвективного типа, представляющий собой фланцевую чугунную трубу, наружная поверхность которой покрыта совместно отлитыми тонкими ребрами (рис. 33). Площадь внешней поверхности ребристой трубы во много раз больше, чем площадь поверхности гладкой трубы того же диаметра и длины. Это придает отопительному прибору особую компактность. Кроме того, пониженная температура поверхности ребер при использовании высокотемпературного теплоносителя, сравнительная простота изготовления и невысокая стоимость обуславливают применение этого малоэффективного в теплотехническом отношении, тяжелого прибора. К недостаткам ребристых труб относятся также несовременный внешний вид, малая механическая прочность ребер и трудность очистки от пыли. Ребристые трубы применяют как правило во вспомогательных помещениях (котельных, складских помещениях, гаражах и т. д.). Промышленность выпускает круглые ребристые чугунные трубы длиной 1-2м. Их устанавливают горизонтально в несколько ярусов и соединяют по змеевиковой схеме на болтах с помощью «калачей» — фланцевых чугунных двойных отводов и контрфланцев.

Для сравнительной теплотехнической характеристики основных отопительных приборов в табл. 26 приведена относительная теплоотдача приборов длиной 1,0 м в равных тепло-гидравлических условиях при использовании в качестве теплоносителя — воды (теплоотдача чугунного секционного радиатора глубиной 140 мм принята за 100%). Как видно, высокой теплоотдачей на 1,0 м длины отличаются секционные радиаторы и конвекторы с кожухом; наименьшую теплоотдачу имеют конвекторы без кожуха и особенно одиночные гладкие трубы.

Таблица 26. Относительная теплоотдача отопительных приборов длиной 1,0 м

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

Источник