Пересчет теплоотдачи любых радиаторов. В чем измеряется и как считается теплоотдача радиаторов

Пересчет теплоотдачи любых радиаторов. В чем измеряется и как считается теплоотдача радиаторов

Передача тепла помещению происходит двумя процессами: излучением и конвекцией. Конструкция современных отопительных приборов разработана так, чтобы, комбинируя оба процесса, достичь максимальной теплоотдачи.

Тепловая мощность радиаторов зависит кроме его конструкции от трех величин: температуры теплоносителя на входе радиатора, на выходе и температуры воздуха в помещении. Температурный напор (Δt, K) представляет разность температуры радиатора и помещения. Температура радиатора берется как средняя между температурами на входе и выходе из радиатора. Т.о., простая формула температурного напора следующая:

где

Δt - температурный напор, К;

t_под.- температура теплоносителя на входе в радиатор, K;

t_обр.- температура теплоносителя на выходе, K;

t_помещ.- температура воздуха в помещении, K.

Эта формула широко используется как для расчетов, так и в справочной литературе. Но расчет температуры радиатора как среднеарифметическое значение не отражает действительной температуры радиатора. Более точное значение можно получить, пользуясь логарифмической зависимостью, тогда логарифмическая формула температурного напора будет выглядеть так:

В технической документации производителей радиаторов можно встретить значения теплоотдачи, полученные по трем основным методам испытаний: по стандартам EN-442, DIN 4704 и НИИСТ. EN 442 - общеевропейский стандарт, на который ориентируются все производители отопительных приборов. Испытания проходят при температурном режиме 75/65/20 в кабине, где охлаждаются потолок, пол и стены кроме противоположной радиатору. В соответствии со стандартом DIN 4704 отопительный прибор испытывается при режиме 90/70/20 и охлаждаются все ограждающие конструкции. По НИИСТ температурный напор составляет 70^oC, не охлаждаются стена напротив радиатора и пол, радиатор отделен от стены теплоизолирующим экраном. Теплоотдача, полученная по разным стандартам может отличаться на 1-8%.

Если в системе отопления используется иной температурный режим, то теплоотдачу отопительных приборов нужно пересчитать. Это можно сделать по формуле пересчета теплоотдачи :

где Ф - теплоотдача при выбранном температурном режиме;

Ф_SL- нормативная теплоотдача (по EN-442: теплоотдача в режиме 75/65/20);

Δt_ln- фактический температурный напор, рассчитанный логарифмическим способом (для упрощения можно способом среднего арифметического);

Δt_норм- нормативный температурный напор, т.е исходный: EN 442 - 50^o, DIN 4704 - 60^o, НИИСТ - 70^o(расчет средним арифметическим, для точности пересчитать);

n - экспонент (указывается производителем).

Показатель n характеризует конструкцию радиатора. Чем выше этот показатель, тем значительнее падает теплоотдача при низкотемпературных режимах отопления , и, наоборот, быстрее возрастает при высоких температурах теплоносителя.

Расчет радиаторов при низкотемпературном отоплении. По площади

Самый простой способ. Посчитать требуемое на обогрев количество тепла исходя из площади помещения, в котором будут устанавливаться радиаторы. Площадь каждой комнаты вы знаете, а потребность тепла можно определить по строительным нормам СНиПа:

• для средней климатической полосы на отопление 1 кв. м жилого помещения требуется 60-100 Вт;
• для областей выше 60ºC требуется 150-200 Вт.

Исходя из этих норм, можно посчитать, сколько тепла потребует ваша комната. Если квартира/дом находится в средней климатической полосе, для отопления площади 16 кв. м, потребуется 1 600 Вт тепла (16*100=1600). Так как нормы средние, а погода постоянством не балует, считаем, что требуется 100 Вт. Хотя, если вы проживаете на юге средней климатической полосы и зимы у вас мягкие, считайте по 60 Вт.

Запас по мощности в отоплении нужен, но не очень большой: с увеличением количества требуемой мощности возрастает количество радиаторов. А чем больше радиаторов, тем больше теплоносителя в системе. Если для тех, кто подключён к центральному отоплению это некритично, то для тех у кого стоит или планируется индивидуальное отопление, большой объем системы означает большие (лишние) затраты на обогрев теплоносителя и большую инерционность системы (менее точно поддерживается заданная температура). И возникает закономерный вопрос: «Зачем платить больше?».

Рассчитав потребность помещения в тепле, можем узнать, сколько потребуется секций. Каждый из отопительных приборов выделять может определённое количество тепла, которое указывается в паспорте. Берут найденную потребность в тепле и делят на мощность радиатора. Результат — необходимое количество секций, для восполнения потерь.

Посчитаем количество радиаторов для того же помещения. Мы определили, что требуется выделить 1 600 Вт. Пусть мощность одной секции 170 Вт. Получается 1 600/170=9,411 шт. Округлять можно в большую или меньшую сторону на ваше усмотрение. В меньшую можно округлить, например, в кухне — там хватает дополнительных источников тепла, а в большую — лучше в комнате с балконом, большим окном или в угловой комнате.

Система проста, но недостатки очевидны: высота потолков может быть разной, материал стен, окна, утепление и ещё ряд факторов не учитывается. Так что расчёт количества секций радиаторов отопления по СНиП — ориентировочный. Для точного результата нужно внести корректировки.

Показатель нелинейности теплоотдачи приборов отопления. Расчет радиаторов отопления

«У вас  теплые батареи?» или «У вас горячие радиаторы отопления?» — такие вопросы мы задаем соседям, если у нас прохладно в квартире, в кабинете, в производственном помещении. Все разнообразные приборы отопления в народе, обычно, называют батареями или радиаторами отопления.

Под эти термины попадают панельные и секционные радиаторы, ребристые трубы, регистры из гладких труб, разнообразные конвекторы и даже иногда относительно экзотические потолочные излучатели.

В статье, которую вы читаете, будет представлена небольшая программа в MS Excel, позволяющая выполнить тепловой расчет радиаторов отопления и конвекторов.

Радиатор отопления – это прибор, который нагревает воздух и предметы в помещении посредством радиационного излучения и конвективного теплообмена, передавая при этом тепловую энергию от горячего теплоносителя (чаще всего от воды) через свои стенки.

Конвектор передает тепловую энергию в окружающее  его пространство исключительно (на 95%) путем конвективного теплообмена – нагрева горячими стенками воздушных струй.

Доля тепла, передаваемая конвекцией (оставшаяся часть, соответственно, — инфракрасным излучением) для некоторых типов приборов отопления приведена ниже:

Чугунные радиаторы (батареи) – 25…35%

Алюминиевые секционные радиаторы – 50…60%

Панельные стальные радиаторы – 65…75%

Конвекторы – 90…98%

Какой тип приборов отопления лучше однозначно сказать нельзя. У всех есть недостатки. Однако возросшее качество проектирования и изготовления конвекторов позволяет этому типу приборов в последнее время постоянно увеличивать свою долю рынка.

За последние лет пять мне довелось участвовать в выборе и проектировании систем отопления для большого торгового комплекса (4 этажа, более 30 тысяч квадратных метров) и для производственного цеха (500 квадратных метров). И там и там, в качестве приборов отопления по критерию «цена / качество / эффективность» были применены конвекторы, которые существенно «переиграли» конкурентные варианты (в том числе и вариант воздушного отопления). Практика последующей эксплуатации подтвердила правильность выбранного решения – конвекторы прекрасно отапливают объекты!

Как и большинство расчетов в теплотехнике предлагаемый расчет радиаторов отопления будет приблизительным. «Приблизительность» заключается в том, что на фактическую теплоотдачу приборов влияют десяток факторов, часть из которых в «точных» расчетах учитываются коэффициентами, определенными в практических опытах, а часть факторов из-за малой значимости и вовсе игнорируются.

Предложенный ниже расчет радиаторов отопления учитывает 90…95% факторов при выполнении ряда условий:

1. Атмосферное давление в месте эксплуатации приборов должно быть около 760 миллиметров ртутного столба. Для высокогорных местностей необходимо вводить дополнительную поправку при «точных» расчетах.

2. Подача воды в прибор не должна быть «снизу – вверх»! Подача может быть любой, предпочтительнее — «сверху – вниз». В противном случае около 15…20% тепла не дополучите.

3. Монтаж радиатора должен обеспечивать свободное движение воздуха вдоль его поверхностей в вертикальном направлении. Расстояние от пола до низа прибора и от верха прибора до подоконника или верха установочной ниши стены желательно должны быть не менее 100 миллиметров.

Предлагаемый далее расчет в Excel, можно выполнить и в программе OOo Calc из пакета Open Office.

О цветах ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, следует прочесть на странице   « О блоге ».

Расчет радиаторов отопления и конвекторов в Excel.

Исходные данные:

1.  Тип выбранного отопительного прибора записываем

в объединенные ячейки C3D3E3:  Радиатор МС-140-108

в ячейку D4:  10

Следующие 5 параметров берем из технических характеристик завода изготовителя приборов.

в ячейку D5:  185

4.  Номинальный температурный напор прибора (секции) dt_н в °C заносим

в ячейку D6:  70

в ячейку D7:  360

в ячейку D8:  0,30

в ячейку D9:  0,02

Следующие 3 параметра задаем исходя из предполагаемой реальности последующей эксплуатации . Они зависят от источника теплоснабжения и типа помещения.

Мощность теплоотдачи. Эффективность нагревателей

Мощность — это физическое определение скорости передачи или потребления энергии. Она равна отношению количества работы за определённый промежуток времени к этому периоду. Нагревательные устройства характеризуются по расходу электричества в киловаттах.

Для сопоставления энергий различного рода введена формула тепловой мощности : N = Q / Δ t, где:

1. Q — количество теплоты в джоулях;
2. Δ t — интервал времени выделения энергии в секундах;
3. размерность полученной величины Дж / с = Вт.

В этом

Для оценки эффективности работы нагревателей используют коэффициент, указывающий на количество израсходованного по назначению тепла — КПД. Определяется показатель делением полезной энергии на затраченную, является безразмерной единицей и выражается в процентах. По отношению к разным частям, составляющим окружающую среду, КПД нагревателя имеет неравные значения. Если оценивать чайник как нагреватель воды, его эффективность составит 90%, а при использовании его в качестве отопителя комнаты коэффициент возрастает до 99%.

Объяснение этому простое : из-за теплообмена с окружением часть температуры рассеивается и теряется. Количество утраченной энергии зависит от проводимости материалов и других факторов. Можно рассчитать теоретически мощность тепловых потерь по формуле P = λ × S Δ T / h. Здесь λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м × К); S — площадь участка теплообмена, м²; Δ T — перепад температур на контролируемой поверхности, град. С; h — толщина изолирующего слоя, м.

Из формулы понятно, что для повышения мощности надо увеличить количество радиаторов отопления и площадь теплоотдачи. Уменьшив же поверхность контакта с внешней средой, минимизируют потери температуры в помещении. Чем массивнее стена здания, тем меньше будет утечка тепла.

Норма en 442. Что означает и как рассчитывается показатель теплоотдачи радиаторов отопления

Теплоотдача — это показатель, который обозначает, какое количество тепла радиатор передает воздуху за единицу времени, при определенной температуре теплоносителя в нем (как правило, согласно ГОСТ – при 70°С). Также ее называют тепловой мощностью, измеряется она в Ваттах (Вт). Иногда в паспорте отопительного прибора можно встретить и обозначение «мощность теплового потока», единицами измерения которого являются кал/час: 1 Вт = 859,845 кал/час.

Учитывайте, что в характеристиках может быть указана теплоотдача как 1 секции прибора, так и радиатора в целом, если его продают комплектом из 4,6,8 или 10 секций. При мощности одной секции в 624 Вт, прибор из 4 секций будет иметь мощность 4*624= 2,496 кВт.

Нормы теплоотдачи для отопления помещения

Теплообмен настенного радиатора отопления.Согласно практике для отопления помещения с высотой потолка не превышающей 3 метра, одной наружной стеной и одним окном, достаточно 1 кВт тепла на каждые 10 квадратных метров площади.

Для более точного расчета теплоотдачи радиаторов отопления необходимо сделать поправку на климатическую зону, в которой находится дом: для северных районов для комфортного отопления 10 м2 помещения необходимо 1,4-1,6 кВт мощности; для южных районов – 0,8-0,9 кВт. Для Московской области поправки не нужны. Однако как для Подмосковья, так и для других регионов рекомендуется оставлять запас мощности в 15% (умножив расчетные значения на 1,15).

Пример: помещение дома в Подмосковье имеет площадь 34 м2, соответственно, требует 34/10 * 1,15 = 3,91 кВт мощности. Если помещение с такой же площадью относится к дому в северном регионе страны, где теплопотери в виду климата значительно выше, для его комфортного обогрева понадобятся радиаторы с теплоотдачей 34/10 * 1,4 * 1,15 = 5,474 кВт.

Существуют и более профессиональные методы оценки, описанные далее, но для грубой оценки и удобства вполне достаточно и этого способа. Радиаторы могут оказаться чуть более мощными, чем минимальная норма, однако при этом качество отопительной системы лишь возрастет: будет возможна более точная настройка температуры и низкотемпературный режим отопления.

Полная формула точного расчета

Подробная формула позволяет учесть все возможные варианты потери тепла и особенности помещения.

Q = 1000 Вт/м2*S*k1*k2*k3…*k10,

• где Q – показатель теплоотдачи;
• S – общая площадь помещения;
• k1-k10 – коэффициенты, учитывающие теплопотери и особенности установки радиаторов.

Показать значения коэффициентов k1-k10

k1 – к-во внешних стен в помещения (стен, граничащих с улицей):

• одна – k1=1,0;
• две – k1=1,2;
• три – k1-1,3.

k2 – ориентация помещения (солнечная или теневая сторона):

• север, северо-восток или восток – k2=1,1;
• юг, юго-запад или запад – k2=1,0.

k3 – коэффициент теплоизоляции стен помещения:

• простые, не утепленные стены – 1,17;
• кладка в 2 кирпича или легкое утепление – 1,0;
• высококачественная расчетная теплоизоляция – 0,85.

k4 – подробный учет климатических условий локации (уличная температура воздуха в самую холодную неделю зимы):

• -35°С и менее – 1,4;
• от -25°С до -34°С – 1,25;
• от -20°С до -24°С – 1,2;
• от -15°С до -19°С – 1,1;
• от -10°С до -14°С – 0,9;
• не холоднее, чем -10°С – 0,7.

k5 – коэффициент, учитывающий высоту потолка:

• до 2,7 м – 1,0;
• 2,8 — 3,0 м – 1,02;
• 3,1 — 3,9 м – 1,08;
• 4 м и более – 1,15.

k6 – коэффициент, учитывающий теплопотери потолка (что находится над потолком):

• холодное, неотапливаемое помещение/чердак – 1,0;
• утепленный чердак/мансарда – 0,9;
• отапливаемое жилое помещение – 0,8.

k7 – учет теплопотерь окон (тип и к-во стеклопакетов):

обычные (в том числе и деревянные) двойные окна – 1,17;

• окна с двойным стеклопакетом (2 воздушные камеры) – 1,0;
• двойной стеклопакет с аргоновым заполнением или тройной стеклопакет (3 воздушные камеры) – 0,85.

k8 – учет суммарной площади остекления (суммарная площадь окон : площадь помещения):

• менее 0,1 – k8 = 0,8;
• 0,11-0,2 – k8 = 0,9;
• 0,21-0,3 – k8 = 1,0;
• 0,31-0,4 – k8 = 1,05;
• 0,41-0,5 – k8 = 1,15.

k9 – учет способа подключения радиаторов:

• диагональный, где подача сверху, обратка снизу – 1,0;
• односторонний, где подача сверху, обратка снизу – 1,03;
• двухсторонний нижний, где и подача, и обратка снизу – 1,1;
• диагональный, где подача снизу, обратка сверху – 1,2;
• односторонний, где подача снизу, обратка сверху – 1,28;
• односторонний нижний, где и подача, и обратка снизу – 1,28.

k10 – учет расположения батареи и наличия экрана:

• практически не прикрыт подоконником, не прикрыт экраном – 0,9;
• прикрыт подоконником или выступом стены – 1,0;
• прикрыт декоративным кожухом только снаружи – 1,05;
• полностью закрыт экраном – 1,15.

После определения значений всех коэффициентов и подстановки их в формулу, можно посчитать максимально надежный уровень мощности радиаторов. Для большего удобства ниже находится калькулятор, где можно рассчитать те же самые значения быстро выбрав соответствующие исходные данные.

Теплоотдача радиаторов при разной температуре. Сравнение радиаторов разных типов

Тепловая мощность – одна из главных характеристик, но существуют и другие, не менее важные. Подбирать батарею лишь на основании потребного теплового потока – неправильно. Нужно понимать, при каких условиях тот или иной радиатор выдает указанный поток и как долго он прослужит в вашей системе обогрева дома. Поэтому корректнее рассмотреть все основные технические характеристики секционных типов нагревателей, а именно:

• алюминиевые;
• биметаллические;
• чугунные.

Проведем сравнение радиаторов отопления по следующим основным параметрам, играющих важную роль при их подборе:

• тепловая мощность;
• допустимое рабочее давление;
• давление опрессовки (испытания);
• вместительность;
• масса.

Примечание. Максимальную степень нагрева теплоносителя мы не принимаем во внимание, поскольку у батарей всех разновидностей она достаточно высока, что делает их пригодными к применению в жилых зданиях по данному параметру.

Показатели рабочего и испытательного давления важны для подбора батарей применительно к разным теплосетям. Если в коттеджах или загородных домах давление теплоносителя редко превышает 3 Бар, то при централизованном теплоснабжении оно может достигать от 6 до 15 Бар в зависимости от этажности здания. Не следует забывать и о гидроударах, нередких в центральных сетях при пуске их в работу. По этим причинам не всякий радиатор рекомендуется включать в такие сети, а сравнение теплоотдачи лучше проводить с учетом характеристик, указывающих на прочность изделия.

Вместительность и масса отопительных элементов играют важную роль в частном домостроительстве. Знание емкости радиатора поможет рассчитать общее количество воды в системе и оценить расход тепловой энергии на ее нагрев. Вес прибора важен для определения способа крепления к наружной стене, построенной, например, из пористого материала (газобетона) или по каркасной технологии.

Для ознакомления с основными техническими характеристиками мы приведем в таблице данные известного производителя радиаторов из алюминия и биметалла – фирмы RIFAR, а также параметры чугунных батарей МС-140.

Теплоотдача радиаторов. Как повысить теплоотдачу радиаторов

Снижение теплоотдачи радиатора может быть вызвано целым рядом причин. Самая распространенная — засоры. Это достаточно актуально в системах централизованного отопления: в теплоносителе содержится большое количество разного рода посторонних примесей. Они оседают на малейших неровностях. Потому входные и выходные патрубки, фильтры и радиаторная арматура часто засоряются. Если у вас радиатор стал хуже греться, первым делом проверьте и прочистите всю арматуру и подводящие/отводящие теплоноситель трубы.

Ручные регуляторы на радиаторах. Они могли забиться. Проверьте и почистите их

Если установлены регулирующие краны на входе, проверьте не сломались ли они. Стоит проверить также работоспособность радиаторного термостата . С ними все проще: снимите термоголовку, возможно, дело в ней. Регулирующие краны придется снимать и заменять сгонами. Сами по себе эти устройства уже сильно снижают количество проходящего через радиатор теплоносителя. Так что, избавившись от них, вы сможете повысить теплоотдачу.

Иногда батарея становится холодной сверху. Это значит, что в радиаторе скопился воздух. Для его отвода обычно вверху справа или слева стоит кран «Маевского», автоматический воздухоотводчик или обычный кран. Для спуска воздуха нужно открыть их, предварительно подставив емкость для сбора воды (она пойдет после того, как выйдет воздух).

Это кран «Маевского» с его помощью можно стравливать воздух с радиаторов отопления

Но что делать, если теплоотдача батареи отопления и была изначально недостаточной? Как увеличить тепловую мощность в этом случае, и возможно ли это вообще? Для кардинального изменения понадобятся непростые работы. Их проводить нужно, как правило, при выключенной системе отопления, что в сезон очень сложно. Но есть несколько вариантов, которые позволят «дотянуть» до конца сезона в более комфортных условиях.

• Установка за радиатором теплоотражающего экрана. Покупаете фольгированный (желательно) или металлизированный тонкий утеплитель, нарезаете его по размеру радиатора, и прикрепляете к стене позади отопительного прибора. Для большей эффективности нужно непросто заправить за радиатор, а именно прикрепить к стене. В этом случае между радиатором и слоем фольги будет иметься некоторое расстояние, что увеличит эффективность отражения теплового излучения.

  

  Установив за батареей теплоотражающий экран можно немного повысить его теплоотдачу

• Простой способ увеличить теплоотдачу радиатора — повесить на него алюминиевый (лучший вариант) или стальной защитно-декоративный экран. Только он должен быть по размерам отопительного прибора, а не больше. Таким образом вы увеличиваете площадь, теплоотдачи, и греться воздух будет лучше. Но экран должен быть с большим количеством отверстий, чтобы не «запирать» воздух за батареей.
• Сильно уменьшает количество отдаваемого тепла, пыль и лишние слои краски. Понятно, что перекрашивать никто в сезон не будет, но вымыть от пыли можно в любое время.
• Иногда и батареи горячие, а в комнате холодно. Это может случиться из-за того, что возле радиатора нарушена конвекция (движение воздуха). Поставьте вентилятор и направьте его на отопительный прибор. Тепло будет активно отводиться и распространятся по комнате, сразу станет теплее. Вентилятор необязательно большой, даже старые компьютерные кулеры могут изменить ситуацию к лучшему. Электроэнергии они тратят немного, работают тихо, места занимают мало — неплохой вариант.
• Если на радиаторе установлены регуляторы температуры (автоматические или ручные), снимите их. Во-первых, они часто забиваются, а во-вторых, даже в открытом положении снижают количество проходящего через радиатор теплоносителя почти вдвое.