2536

Сопротивление теплообмену на внутренней поверхности (Rв), отнесенное к площади внешней поверхности прибора, составляет:

где в – коэффициент теплообмена на внутренней поверхности прибора, Вт/(м2 оС), зависит от вида и скорости теплоносителя.

Термическое сопротивление стенки Rст отопительного прибора составляет:

где δст – толщина стенки прибора, м;ст – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м2 оС).

Значение Rст зависит от свойства материала (сталь, чугун, керамика, бетон) и толщины стенки прибора.

Термическое сопротивление на внешней поверхности Rн прибора определяется по формуле

где н – коэффициент теплообмена на наружной поверхности прибора, Вт/(м2 оС), который можно определить как сумму коэффициентов конвективного к и лучистого л теплообмена:

Значение к при свободном движении воздуха зависит от разности температуры t = τн.п–tв и подвижности воздуха в помещении. Величина л зависит от материала, размера прибора, температуры и взаимного расположения поверхности прибора и ограждения помещения.

Коэффициенты теплопередачи каждого типа отопительного прибора не рассчитывают аналитически, а устанавливают экспериментальным путем. Результаты экспериментов по определению kпр, обрабатывают в виде эмпирических зависимостей:

для теплоносителя пар

где m, n, p – экспериментальные показания;

tн – разность температуры при теплоносителе пар, исходя из температуры насыщенного пара tнас, оС, в приборе;

51

Разность температуры при теплоносителе вода определяется как разность температуры входящей tвх, оС, и выходящей tвых, оС, из прибора воды:

где tв – температура воздуха в помещении, оС.

Относительный расход воды в приборе – это отношение действительного расхода воды к номинальному расходу, принятому при тепловых испытаниях приборов. В настоящее время за такой расход воды принят 360 кг/ч (0,1 кг/с), поэтому

Полученное значение kпр при tг – tо = 70 оС, расходе воды 360 кг/ч (0,1 кг/с) и расчетном атмосферном давлении 1013,3 гПа называют номи-

нальным.

Экспериментально установлено многообразие факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи отопительного прибора kпр; их можно разделить на основные и второстепенные. Рассмотрим основные

факторы.

Конструктивные – для гладкотрубных приборов kпр уменьшается при увеличении диаметра и числа параллельных труб; для ребристых труб kпр уменьшается с увеличением числа ребристых труб, размещенных одна под другой; у секционных радиаторов на величину kпр влияют форма и число колонок в секции, расстояние между секциями, глубина и высота секции; для конвекторов на величинуkпр влияют указанные выше факторы и, кроме того, высота оребрения (не более 150 мм и толщина 1 мм), высота кожуха и расстояние между ребрами; для бетонных панелей kпр зависит от диаметра и глубины заложения греющих элементов, расстояния между смежными трубами и высоты панелей.

Эксплутационные – для всех видов отопительных приборов kпр зависит от температурного напора ( t = tг – tв), скорости движения теплоносителя ωт.н., скорости движения воздуха возле приборов υв. С увеличениемt повышается значение kпр, с возрастанием ωт.н. и υв до определенных значений величина kпр также возрастает. Величина kпр при теплоносителе пар зависти только от t.

К второстепенным факторам относятся:

Место установки отопительного прибора в помещении и конструк-

ции ограждения приборов. Величина коэффициента теплопередачи (kпр) будет максимальной, если отопительный прибор установлен свободно у стены, и минимальной, если имеется декоративное ограждение.

Способ присоединения отопительного прибора к трубам системы отопления т.е. величина коэффициента теплопередачи (kпр), зависит от

52

подачи воды в прибор (сверху или снизу прибора), а следовательно, от скорости движения воды в приборе.

Окраска отопительного прибора. Состав и цвет краски могут изменить коэффициент теплопередачи (kпр). Например, окраска цинковым белилом повышает kпр на 22 %, нанесение алюминиевой краски уменьшает

kпр от 8,5 до 15 %.

На значение kпр оказывают также влияние качество внешней поверхности, загрязненность внутренней поверхности, наличие воздуха в приборах и другие эксплуатационные факторы.

53

6. ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ОТОПИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

В зависимости от значения коэффициента теплопередачи kпр и

размеров отопительного прибора Апр изменяется его общий тепловой поток. Величина общего теплового потока обусловлена его поверхностной плотностью qпр, Вт/м2, т.е. значением удельного теплового потока, передаваемого от теплоносителя через 1 м2 площади прибора в окружающую среду.

Формулы для определения поверхностной плотности теплового потока qпр, Вт/м2, передаваемого через 1 м2 площади отопительных приборов, представим в виде произведения коэффициента теплопередачи на разность температуры, используя уравнения (5.7) и (5.8):

где tср – средняя разность температур, оС, определяется как tср = tср – tв .

Выведем формулу для определения tcp в однотрубных системах водяного отопления, когда при последовательно соединенных приборах обычно известна температура воды, входящей в прибор, tвх, а температура воды, выходящей из него, tвых зависит от расхода воды в приборе Gпр. Отнимая от температуры tвх половину ∆ tпр (понижение температуры воды в приборе) и выражая ∆ tпр через тепловую мощность Qпр и расход воды

наружных ограждений.

Если Gпр выражен в кг/ч, то в числитель в формуле (6.3) вводят множитель 3,6 для перевода Вт в Дж/ч (при удельной массовой теплоемкости воды С=4,187 кДж/(кг оС)).

54

В двухтрубных системах водяного отопления за температуру воды,

входящей в каждый прибор, принимают начальную температуру горячей воды в системе отопления tг, за температуру воды, выходящей из каждого прибора, – конечную температуру охлажденной воды в системе to. Тогда средняя температура воды в приборах

где tг – расчетная температура горячей воды, поступающей в систему отопления;

to – расчетная температура охлажденной (обратной, как ее часто называют) воды, уходящей из системы.

Для однотрубных систем водяного отопления значение tср, оС, определяется по формуле

В формулах (6.1)–(6.5) значения m, n, p – экспериментальные числовые коэффициенты;

1* *2 – поправочные числовые коэффициенты;

Gпр – расход воды в приборе, кг/ч;

С – удельная массовая теплоемкость, С = 4,187 кДж/(кг оС); Qпр – тепловая нагрузка прибора, Вт.

Плотность теплового потока (qпр), включающая в себя коэффициент теплопередачи, зависит от тех же основных и второстепенных факторов, что и коэффициент теплопередачи. Поэтому на практике для упрощения расчетов определяют сразу с учетом всех факторов плотность теплового потока прибора (qпр) по формуле (6.1) или (6.2), не вычисляя коэффициента теплопередачи.

Значения плотности теплового потока позволяют сравнивать приборы и судить о теплотехнической эффективности того или иного типа отопительных приборов. Для этого при тепловых испытаниях устанавливают так называемую нормальную плотность теплового потока (qпр), Вт/м2. Исходя из плотности теплового потока прибора (qпр) каждой марки или секций прибора определяют в зависимости от их площади номинальный тепловой поток (Qном), Вт, как показатель для планирования и учета объема производства приборов.

Номинальную плотность теплового потока (qном) получают для стационарных условий работы прибора в системе водяного отопления, когда средняя разность температуры, как уже известно tср= 70 °С, и расход теплоносителя воды в приборе составляет 360 кг/ч (0,1 кг/с).

55

В этих стандартных условиях относительный расход воды в приборе Gотн=1,0. Стандартная разность температуры при теплоносителе воде, выбранная за расчетную для сравнения теплотехнических показателей отопительных приборов, установлена по формуле (5.10).

Последнее уравнение посчитано, когда температура входящей в прибор

воды tвх= 105оС, выходящей tвых= 70оС и температура воздуха в помещении

tв= 18оС.

Если известен номинальный тепловой поток прибора (с учетом схемы его присоединения к трубам), то расчетная плотность теплового потока (qном) в конкретных условиях его работы в системе отопления составит:

для теплоносителя пара при заданной разности температуры tн

Значения экспериментальных числовых показателей n и p приведены в справочной литературе.

56

7. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Теплопотери помещения не постоянны и зависят от температуры наружного воздуха, воздействия ветра и солнечной радиации, а также от бытовых и технологических тепловыделений. Рассмотрим на рис. 7.1 факторы, влияющие на тепловую нагрузку отопительного прибора (Qпр).

Рис. 7.1. Факторы, выявляющие на Qпр:

tг и tо – параметры теплоносителя на входе и выходе из прибора; t1 и t2 – температура воздуха при входе и выходе на поверхности ОП

Для поддержания требуемого теплового режима помещения необходимо осуществлять регулирование теплового потока отопительных приборов. При этом важно правильно выбрать методы регулирования. В зависимости от места регулирования оно может быть: центральным (на ТЭЦ, котельной), местным (на центральном тепловом потоке (ЦТП), местном тепловом потоке (МТП)), индивидуальным регулированием (на отопительные приборы).

Установим, с помощью каких параметров можно осуществить эксплуатационное регулирование. Для дальнейших рассуждений выразим теплоотдачу отопительных приборов в виде

57

Тогда из совместного решения уравнений (7.1), (7.2), (7.3) следует, что количество отданной теплоты Qпр от отопительного прибора составит:

Анализ уравнения (7.4) показывает, что величина теплового потока от отопительного прибора в процессе эксплуатации может регулироваться тремя параметрами – tг, Gпр, Z, т.к. значения kпр, Aпр, t1 и t2 для прибора являются постоянными значениями.

Эксплуатационное регулирование теплового потока отопительных приборов может быть качественным и количественным.

Качественное регулирование достигается изменением температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления. Качественное регулирование по месту осуществления может быть центральным, проводимым на тепловой станции и местным, выполняемым в тепловом пункте здания. В жилищном строительстве проводят также групповое регулирование в центральных тепловых пунктах (ЦТП).

Местное качественное регулирование должно дополнять центральное регулирование, которое проводится с ориентацией на некоторое обезличенное здание в районе действия станций. Кроме того, оно может нарушаться по различным причинам, в том числе из-за необходимости обеспечения нагревания воды в системе горячего водоснабжения. При местном регулировании учитывают особенности каждого здания, системы отопления и даже ее отдельной части.

Количественное регулирование теплопередачи приборов осуще-

ствляется изменением количества теплоносителя (воды или пара), подаваемого в систему или прибор. По месту проведения оно может быть не только центральным и местным, но и индивидуальным, т.е. выполняемым у каждого отопительного прибора.

Эксплуатационное регулирование теплопередачи приборов может быть автоматизировано. Местное автоматическое регулирование в тепловом пункте здания обычно проводят, ориентируясь на изменение температуры наружного воздуха (этот способ регулирования называют «по возмущению»). Индивидуальное автоматическое регулирование теплопередачи прибора происходит при отклонении температуры воздуха в помещении от заданного уровня (регулирование «по отклонению»).

Для индивидуального автоматического регулирования применяют регуляторы температуры прямого и косвенного действия (температуры).

Для индивидуального ручного регулирования теплопередачи прибо-

ров служат краны и вентили.

58

Контрольные вопросы

1.Что характеризует коэффициент теплопередачи отопительного прибора?

2.Установите факторы, оказывающие влияние на теплоотдачу и коэффициент теплоотдачи отопительного прибора.

3.Почему состав и цвет красителя влияют на теплоотдачу отопительного прибора?

4.Укажите различие между плотностью теплового потока и номинальной плотностью теплового потока приборов.

5.Назначение и виды регулирования теплоотдачи отопительных приборов.

59

8. ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОТОПИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

При разработке новых конструкций отопительных приборов возникает стремление авторов повысить коэффициент теплопередачи и увеличить площадь внешней поверхности прибора (Aпр.) Последний показатель был определяющим по объему выпускаемой продукции заводом и нередко в ущерб kпр. С целью получения единого теплотехнического и производственного показателя с 1957 года введена условная единица измерения площади – эквивалентный квадратный метр (ЭКМ).

ЭКМ – это условная поверхность эталонного отопительного прибора с теплоотдачей 506 Вт (435 ккал/ч) при разности средней температуры теп-

относительном расходе теплоносителя воды в отопительном приборе

G 1,0.

Анализ показал, что у отопительных приборов (гладкотрубные регистры, панельные радиаторы), имеющих коэффициент теплопередачи, больший коэффициента теплопередачи эталонного отопительного прибора, площадь в ЭКМ превышала их физическую площадь в м2, и наоборот, у малоэффективных отопительных приборов (конвекторы, ребристые трубы) площадь в ЭКМ была меньше фактической площади в м2. Это приводило к необоснованному выбору площади отопительных приборов. Исходя из этого в 1984 году отказались от измерения площади поверхности отопительного прибора в ЭКМ и перешли на квадратные метры.

Вместе с тем в справочной литературе встречается единица измерения площади поверхности отопительного прибора в ЭКМ.

60