Теплоотдача радиаторов – выбор радиаторов для дома

Показатель теплоотдачи

Он указывает на то, сколько тепла может отдать одна секция чугунной батареи за время, в течение которого температура входящей воды уменьшается до температуры выходной воды. Производители всегда указывают этот показатель в технической документации. Например, они отмечают, что теплоотдачей радиатора М-140 является 155 Вт/м². При этом температура воды на входе составляет 90 °С, а на выходе – 70 °С. Теплоотдача таких приборов отопления – 80-160 Вт/м².

На общую теплоотдачу радиатора отопления влияют:

1. Коэффициент теплопередачи.
2. Площадь нагревательной поверхности.
3. Температурный напор.
4. Потери тепла воды или другого теплоносителя во время перемещения по трубам.
5. Форма устройства.

Последний фактор влияет на площадь нагревательной поверхности. Его влияние можно увидеть на радиаторах советских времен. Их форма такова, что в одной секции отдается тепло только 0,23 м².

Современные чугунные радиаторы отопления имеют большую теплоотдачу. Это благодаря иной форме секций. Например, современное устройство отопления 1К60П-500 имеет вдвое меньший от М-140 вес, а также секции с меньшей площадью нагрева. Она составляет 0,116 м². Мощность измеряется 70 Вт. Однако отдача тепла больше потому, что форма каждого ребра секции напоминает длинный широкий прямоугольник. Более широкой стороной он «смотрит» внутрь помещения и на прилегающую стену. Благодаря такой особенности батарея превращается в нагревательную, способную дать широкий поток тепла, панель. Такой возможностью ребристые батареи не обладают.

Расчет радиаторов отопления 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 1м 2 жилого помещения требуется 60-100Вт;
• для областей выше 60 о требуется 150-200Вт.

Исходя из этих норм, можно посчитать, сколько тепла потребует ваша комната. Если квартира/дом находятся в средней климатической полосе, для отопления площади 16м 2 , потребуется 1600Вт тепла (16*100=1600). Так как нормы средние, а погода постоянством не балует, считаем, что требуется 100Вт. Хотя, если вы проживаете на юге средней климатической полосы и зимы у вас мягкие, считайте по 60Вт.

Расчет теплоотдачи

Он будет проводиться на основе модели М-140-АО. Она имеет следующие параметры:

1. Определенная производителем теплоотдача – 175 Вт/м².
2. Площадь нагрева – 0,299 м².

Формула расчета теплоотдачи такова:

Q = K x F x Δ t, где

K – коэффициент теплопередачи,

F – площадь нагревательной поверхности,

Δ t – температурный напор (измеряется °С).

Формула определения температурного напора такова:

Δ t = 0,5 х ( (tвх. + tвых.) – tвн.), где

tвх. – температура теплоносителя на входе,

tвых. – температура теплоносителя на выходе,

tвн. – желаемая температура воздуха помещения.

В примере будет учитываться, что обычный котел подает воду температурой меньше 90 °С. Пусть теплоноситель будет нагреваться до температуры 70 °С, а на выходе его температурой будет 50 °С. Температура воздуха в помещении должна составлять 21 °С.

В таком случае Δ t = 0,5 х ((70 + 50) – 21) = 49,5. Округлив, Δ t будет составлять 50 °С. Далее надо смотреть на специальную таблицу, в которой указаны значения теплового напора и соответствующих коэффициентов теплопередачи.

• 50-60 °С – 7,0.
• 60-70 °С – 7,5.
• 70-80 °С – 8,0.
• 80-100 °С – 8,5.

Смотря на эти соотношения, видно, что К = 7,0.

В результате общая теплоотдача секции будет такой:

Q = 7,0 x 0,299 x 50 = 104,65 Вт.

Теплоотдачу всегда указывают с 30% запасом. Поэтому полученную цифру стоит умножить на 1,3.

Конечной теплоотдачей будет 104,65 х 1,3 = 136,05 Вт/м². Окончательный результат не похож на заявленную производителем цифру из-за подачи более холодного теплоносителя. Поэтому нужно определять рабочие параметры своей отопительной системы.

При подборе чугунного радиатора нужно отталкиваться от Δ t. Чем он меньше, тем большую площадь нагрева должна иметь батарея.

Если этот показатель составляет 60, то размер устройства должен составлять 0,5 х 0,52 м. Если он становится вдвое меньше, то высота и ширина батареи должны быть 0,5 и 1,32 м соответственно.

Теплоотдача батарей из разных материалов

Выбирая радиатор отопления, следует помнить, что они отличаются по уровню теплоотдачи. Покупке батарей для дома или квартиры должно предшествовать внимательное изучение характеристик каждой из моделей. Нередко сходные по форме и габаритам приборы обладают разной теплоотдачей.
Чугунные радиаторы

. Эти изделия имеют небольшую поверхность теплоотдачи и отличаются незначительной теплопроводностью материала изготовления. Номинальная мощность у секции чугунного радиатора, такого как МС-140, при температуре теплоносителя, равного 90°С, составляет примерно 180 Вт, но данные цифры получены в лабораторных условиях (детальнее: «Какая тепловая мощность чугунных радиаторов отопления»). В основном теплоотдача осуществляется за счет излучения, а на долю конвекции приходится всего лишь 20%.

В централизованных системах теплоснабжения температура теплоносителя обычно не превышает 80 градусов, а кроме этого часть тепла расходуется при продвижении горячей воды к батарее. В результате температура на поверхности чугунного радиатора составляет около 60°С, а теплоотдача каждой секции равна не более 50-60 Вт.

Стальные радиаторы
. В них сочетаются положительные характеристики секционных и конвекционных приборов. Состоят они, как видно на фото, из одной или нескольких панелей, у которых внутри перемещается теплоноситель. Чтобы теплоотдача стальных панельных радиаторов была больше, с целью повышения мощности к панелям приваривают специальные ребра, функционирующие как конвектор.

К сожалению, теплоотдача стальных радиаторов не сильно отличается от теплоотдачи чугунных радиаторов отопления. Поэтому их преимущество заключается только в относительно небольшом весе и более привлекательном внешнем виде.

Потребителям следует знать, что теплоотдача стальных радиаторов отопления значительно уменьшается в случае снижения температуры теплоносителя. По этой причине, если в системе теплоснабжения будет циркулировать вода, подогретая до 60-70°С, показатели этого параметра могут сильно отличаться от данных, предоставляемых на эту модель производителем.
Алюминиевые радиаторы

. Их теплоотдача намного выше, чем у стальных и чугунных изделий. Одна секция обладает тепловой мощностью, равной до 200 Вт, но у данных батарей имеется особенность, ограничивающая их применение. Она заключается в качестве теплоносителя. Дело в том, что при использовании загрязненной воды изнутри поверхность алюминиевого радиатора подвергается коррозийным процессам. Поэтому, даже при отличных показателях мощности, батареи из этого материала следует устанавливать в частных домовладениях, где используется индивидуальная отопительная система.

Биметаллические радиаторы

. Данная продукция по показателю теплоотдачи ни в чем не уступает алюминиевым приборам. Тепловой поток у биметаллических изделий в среднем равен 200 Вт, но к качеству теплоносителя они не настолько требовательны. Правда их высокая цена не позволяет многим потребителям установить эти устройства.

Дополнительные факторы, влияющие на теплоотдачу

На этот показатель также влияет:

1. Тип подключения.
2. Особенности размещения.

Радиатор можно подключить следующими способами:

1. Боковым.
2. Диагональным.
3. Нижним.

Диагональное подключение является наиболее эффективным. Оно заключается в подключении входной трубы к патрубку, размещенному вверху устройства отопления, и подключению выходной трубы к патрубку, находящемуся внизу противоположного конца. Благодаря этому теплоноситель сможет легко заполнить все секции и отдать тепло каждой частице радиатора отопления. При этом не нужно создавать очень большое давление для движения воды или другой нагретой жидкости.

Нижняя схема подключения приводит к 20-% потерям. Минимизировать потери теплопередачи в двух последних схемах подключения к устройству отопления можно с помощью принудительной циркуляции нагретой жидкости. Небольшого давления хватит для полного прогрева всех секций.

Размещение батареи имеет очень большое значение. Если она будет установлена криво, то в некоторых секциях образуются воздушные карманы. Теплоотдача станет меньше.

Потеря теплоотдачи может быть и такой:

• 7-10% – в случае превышения допустимого расстояния между устройством и подоконником. Оно должно составлять 10-15 см;
• 5% – в случае уменьшения расстояния между стеной и батареей. Оптимальная величина – 3-5 см;
• 7% – в ситуации несоблюдения расстояния между полом и радиатором. Оно должно составлять 10-15 см.

Как посчитать секции радиатора по объему помещения

При таком расчете учитывается не только площадь, но и высота потолков, ведь нагревать нужно весь воздух в помещении. Так что такой подход оправдан. И в этом случае методика аналогична. Определяем объем помещения, а затем по нормам узнаем, сколько нужно тепла на его обогрев:

• в панельном доме на обогрев кубометра воздуха требуется 41Вт;
• в кирпичном доме на м 3 — 34Вт.

Обогревать нужно весь объем воздуха в помещении потому правильнее считать количество радиаторов по объему

Рассчитаем все для того же помещения площадью 16м 2 и сравним результаты. Пусть высота потолков 2,7м. Объем: 16*2,7=43,2м 3 .

Дальше посчитаем для вариантов в панельном и кирпичном доме:

• В панельном доме. Требуемое на отопление тепло 43,2м 3 *41В=1771,2Вт. Если брать все те же секции мощностью 170Вт, получаем: 1771Вт/170Вт=10,418шт (11шт).
• В кирпичном доме. Тепла нужно 43,2м 3 *34Вт=1468,8Вт. Считаем радиаторы: 1468,8Вт/170Вт=8,64шт (9шт).

Как видно, разница получается довольно большая: 11шт и 9шт. Причем при расчете по площади получили среднее значение (если округлять в ту же сторону) — 10шт.

Зависимость мощности радиаторов от подключения и места расположения

Кроме всех описанных выше параметров теплоотдача радиатора изменяется в зависимости от типа подключения. Оптимальным считается диагональное подключение с подачей сверху, в таком случае потерь тепловой мощности нет. Самые большие потери наблюдаются при боковом подключении — 22%. Все остальные — средние по эффективности. Приблизительно величины потерь в процентах указаны на рисунке.

Потери тепла на радиаторах в зависимости от подключения

Уменьшается фактическая мощность радиатора и при наличии заграждающих элементов. Например, если сверху нависает подоконник, теплоотдача падает на 7-8%, если он не полностью перекрывает радиатор, то потери 3-5%. При установке сетчатого экрана, который не доходит до пола, потери примерно такие же, как и в случае с нависающим подоконником: 7-8%. А вот если экран закрывает полностью весь отопительный прибор, его теплоотдача уменьшается на 20-25%.

Количество тепла зависит и от установки

Количество тепла зависит и от места установки

Что нужно учесть при расчете?

• Материал, из которого изготовлена отопительная батарея.
• Ее размеры.
• Количество окон и дверей в комнате.
• Материал, из которого построен дом.
• Сторону света, в которой располагается квартира или помещение.
• Наличие теплоизоляции здания.
• Тип разводки трубной системы.

И это лишь небольшая часть того, что необходимо учесть при расчете мощности радиатора отопления. Не забываем и о региональном расположении дома, а также средней уличной температуре.

Есть два способа подсчитать теплоотдачу радиатора:

• Обычный — с использованием бумаги, ручки и калькулятора. Формула расчета известна, и в ней используются основные показатели — тепловая отдача одной секции и площадь обогреваемой комнаты. Также добавляются коэффициенты — понижающие и повышающие, которые зависят от ранее описанных критериев.
• С помощью онлайн-калькулятора. Это простая в использовании компьютерная программа, в которую загружаются определенные данные о размерах и конструкции дома. Она выдает достаточно точный показатель, который и берется за основу проектирования отопительной системы.

Для простого обывателя и тот, и другой вариант — не самый простой способ определить теплоотдачу батареи отопления. Но есть другой метод, для которого используется простая формула — 1 кВт на 10 м² площади. То есть, чтобы обогреть комнату площадью 10 квадратных метров, потребуется всего лишь 1 киловатт тепловой энергии. Зная показатель теплоотдачи одной секции радиатора отопления, можно точно подсчитать, сколько секций нужно установить в конкретном помещении.

Давайте рассмотрим несколько примеров, как правильно проводить такой расчет. Разные виды радиаторов имеют большой размерный диапазон, зависящий от межосевого расстояния. Это размер между осями нижнего и верхнего коллектора. У основной массы отопительных батарей этот показатель равен или 350 мм, или 500 мм. Есть и другие параметры, но эти встречаются чаще остальных.

Это первое. Второе — на рынке есть несколько видов отопительных приборов из различных металлов. У каждого металла своя теплоотдача, и это придется учитывать при расчете. Кстати, какой выбрать и поставить радиатор в своем доме, каждый решает сам.

Расчет температурного удлинения трубопроводов из сшитого полиэтилена РЕ-Ха

Температурные удлинения или сокращения трубопроводов происходят из-за изменения рабочей температуры циркулирующей по ним воды, а также температуры окружающей среды. При открытой прокладке трубопровод должен свободно удлиняться или укорачиваться без перенапряжения материала труб, соединительных деталей и соединений трубопровода. Это достигается за счет компенсирующей способности элементов трубопровода. Например:

• Правильной расстановкой опор (креплений).
• Наличием отводов в трубопроводе в местах поворота, других гнутых элементов и установкой температурных компенсаторов.

Устройство компенсаторов необходимо только при значительных линейных удлинениях трубопроводов. Поскольку система должна быть рациональна, то сначала рассчитывается температурное удлинение трубопровода. Возьмём трубопроводы из сшитого полиэтилена РЕ-Ха. Для расчета нам потребуется:

Таб. 1. Коэффициент температурного удлинения и константа материала для водопроводных труб.

Сергей Булкин

Температурное удлинение участка трубопровода пропорционально его длине и разнице температур монтажа и максимальной рабочей температуры. Если мы, например, монтируем участок трубопровода горячей воды длиной 10 м, и температура окружающего воздуха, т.е. температура монтажа, составляет 20°С, а максимальная рабочая температура составит 70°С, то температурное удлинение можно посчитать по формуле

ΔL = L • α • ΔТ (t макс. раб. – t монтажа). Где:

• ΔL — температурное удлинение в мм;
• L — длина трубопровода в м;
• α — коэффициент температурного удлинения в мм/м·К;
• ΔТ — разность температур в К.

Подставляем значения в формулу:

ΔL = L • α • (t макс. раб. – t монтажа) = 10 • 0,15 • (70 – 20) = 75 мм.

Т.е. 10-метровый участок при этом удлинится на 75 мм или 7.5 см. Это приведет к деформации системы и провисанию трубопровода. Данные деформации, прежде всего, нарушают внешний вид системы. Но на значительной длине могут разрушить, прежде всего, крепежные устройства или привести к поломке запорно-регулировочной арматуры или фасонной части. Человеческий глаз способен воспринимать прогиб трубопровода (ΔН), начиная от 5 мм.

Прогиб трубы в результате температурного удлинения.

Следующий шаг — расчет величины прогиба (провисания) трубопровода.

Полимерные трубопроводы для устройства современной открытой водопроводной и отопительной разводки

Современные металлополимерные трубопроводы — это труба из сшитого полиэтилена, в которой слой алюминия прочно приклеен к внутреннему самонесущему слою из РЕ-Ха. У таких трубопроводов наименьший коэффициент температурного удлинения, т.к. алюминиевый слой компенсирует температурные удлинения и удерживает внутренний полимерный слой от температурных деформаций.

Коэффициент температурного удлинения металлополимерных трубопроводов – всего 0,026 мм/м·К, что в 5.76 раза меньше, чем у обычных трубопроводов из сшитого полиэтилена.

Температурное удлинение участка металлополимерного трубопровода длиной 10 м при температуре окружающего воздуха (т.е. температуре монтажа 20 °С и максимальной рабочей температуре 70 °С) составит всего:

ΔL = L • α • (t макс. раб. – t монтажа) = 10 • 0,026 • (70 – 20) = 13 мм.

Для сравнения: ранее мы рассчитали температурное удлинение обычного РЕ-Ха трубопровода длиной 10 м, которое составило 75 мм.

Поэтому металлополимерные трубопроводы позиционируются как трубопроводы для открытой прокладки. Но вариант с металлополимерными трубами окажется дороже, т.к. эти трубы стоят больше, чем обычные трубы из сшитого полиэтилена РЕ-Ха.

Способы компенсации температурных деформаций полимерных трубопроводов

1. Устройство дополнительных хомутов крепления.

За счет устройства дополнительных хомутов крепления предотвращается провисание или прогиб трубопроводов. Рекомендуемое максимальное расстояние между хомутами для полимерных труб из РЕ-Ха приведены в таблице 2.

2. Устройство Г-образного компенсатора.

Г-образные компенсаторы устраиваются так же, как и при прокладке стальных трубопроводов. Устраивать Г-образные компенсаторы на полимерных трубах из РЕ-Ха значительно эффективнее, т.к. эти трубы отличаются высокой эластичностью. При этом, в качестве Г-образных компенсаторов можно использовать места поворота трубопроводов под 90°. Необходимо по формуле, как было описано выше, определить температурное удлинение ΔL от прямого участка перед поворотом. Эта величина влияет на расстояние от трубопровода до строительной конструкции. Расстояние до строительной конструкции должно быть не менее величины ΔL. Кроме этого, необходимо дать трубе возможность свободно изгибаться. Для этого первый хомут крепления, после поворота, следует устанавливать на определенном расстоянии от поворота.

Это расстояние называется длиной плеча компенсатора и обозначается LBS.

Устройство Г-образного компенсатора на полимерных трубах.

Где:

• LBS – длина плеча компенсатора;
• х – минимальное расстояние от стены;
• ΔL – температурное удлинение;
• FP – неподвижная опора;
• L – длина трубы;
• GS – скользящий хомут.

Длина плеча компенсатора, в основном, зависит от материала (константы материала С). Компенсаторы обычно устанавливаются в местах изменения направления трубопровода.

Фиксирующие желоба на компенсаторы не устанавливают, чтобы не нарушить изгиб трубы.

Длина плеча компенсатора определяется по формуле:

где:

• С – константа материала трубы;
• d – наружный диаметр трубопровода в мм;
• ΔL – температурное удлинение участка трубопровода.

Если температурное удлинение составило 75 мм, константа материала С = 12, а диаметр трубопровода равен 25 мм, то длина плеча компенсатора составит:

Это означает, что первый скользящий хомут крепления следует установить, отступив от места поворота 519 мм.

Сергей Булкин

Г-образный компенсатор – это самое экономичное устройство для компенсации температурных удлинений. Для его устройства не требуется никаких дополнительных устройств и элементов.

3. Устройство П-образного компенсатора.

П-образные компенсаторы устраиваются в тех случаях, когда нежелательна компенсация температурных удлинений на краях участка. Его устраивают, как правило, посередине отрезка трубопровода, и компенсация температурных удлинений направлена к центру отрезка. Основания П-образного компенсатора смещаются к центру равномерно с обеих сторон, поэтому каждая сторона компенсирует половину температурного удлинения ΔL/2. Плечи П-образного компенсатора являются плечами компенсации LBS.

Длина плеча компенсатора вычисляется по приведенной выше формуле, а ширина основания П-образного компенсатора должна быть не менее половины длины плеча компенсатора.

Устройство П-образного компенсатора на полимерных трубах.

4. Фиксирующий желоб как компенсатор температурных удлинений.

Фиксирующий желоб – это ложемент из оцинкованной стали трехметровой длины с отбортовкой по краям. Фиксирующие желоба выпускаются на соответствующие диаметры трубопроводов. Трубопроводы защелкиваются в фиксирующие желоба. При этом фиксирующий желоб охватывает трубу примерно на 60°.

Силы трения трубопровода о стенки желоба превышают силу температурных удлинений трубопровода.

При установке фиксирующего желоба необходимо выдержать отступ в 2 мм от полимерных надвижных гильз.

Сергей Булкин

Коэффициент температурного удлинения трубы (α) из сшитого полиэтилена в фиксирующем желобе диаметром от 16 до 40 мм равен 0,04 мм/м·К, что в 3,75 раза меньше, чем у обычных труб из РЕ-Ха.

Фиксирующий желоб легко режется ножовкой или отрезается болгаркой. При этом резать следует по полукруглой части, чтобы не загнуть края. С отрезанной кромки следует удалить заусенцы. На стык фиксирующих желобов надевается короткий обрезок фиксирующего желоба.

При установке фиксирующего желоба снизу трубопровода обеспечивается его механическая защита.

При использовании фиксирующего желоба минимальное расстояние между хомутами крепления при использовании трубопроводов всех диаметров может составлять 2 м.

5. Использование неподвижных опор

Если компенсацию температурных удлинений необходимо произвести на длинном участке трубопровода, на котором имеется много ответвлений, например, водопроводный стояк в 20-й этажном здании, на каждом этаже которого установлены тройники для поквартирной разводки, то компенсацию температурных удлинений можно произвести с помощью установки неподвижных опор. Для этого с обеих сторон тройника за надвижными гильзами устанавливаются обычные скользящие хомуты.

Формирование неподвижной опоры как компенсатора температурных удлинений трубопровода.

Хомуты не позволят фасонной части сдвинуться ни вверх, ни вниз. Тем самым длинный участок разбит на много коротких участков, равных высоте этажа, приблизительно 3 м. Как мы помним из формулы расчета, температурное удлинение прямо пропорционально длине участка, а мы ее сократили. При устройстве неподвижных опор на каждом этаже на стояке не потребуется устройства никаких других компенсаторов температурного удлинения трубопровода. Если есть, например, «холостой» стояк, у которого по всей длине нет боковых отводов, то можно искусственно установить на этом стояке, например, равнопроходные муфты и на них сформировать неподвижные опоры, как было описано выше. Чтобы уменьшить затраты, можно установить на стояке Г или П-образные компенсаторы или поставить сильфонный компенсатор.