Как рассчитать радиаторы отопления по площади: Расчет радиаторов отопления в квартире, частном доме: видео-инструкция по монтажу своими руками, формула

Содержание

Расчет отопления по объему помещения

Расчет количества секций радиаторов отопления: по площади и объему

Рассчитать нужную площадь поверхности отопительного прибора, т.е. его размер и количество секций, исходя из объема или площади помещения, типа радиатора и схемы подключения к трубам.

Формулы позволяют получать результат разной степени точности, поскольку учитывают различное количество параметров.

Для жилых помещений вычисляют необходимое количество приборов и мощность каждого.

Средние стандартные значения мощности секции радиаторов из разных материалов:

  • Стальные – 110-150- Вт
  • Чугунные – 160 Вт;
  • Биметаллические – 180 Вт;
  • Алюминиевые – 200 Вт.

Количество самих приборов обычно соответствует количеству окон в помещении, возможна установка дополнительных радиаторов на глухие холодные стены.

Расчет по площади помещения

Все расчеты необходимой мощности отопительных приборов основаны на строительных нормах, принятых на сегодняшний день:

Например, площадь комнаты 25 метров, 25 умножаем на 100 (Вт). Получается 2500 Вт, или 2,5 кВт.

Стальной радиатор обладает небольшой мощностью

Полученную величину делим на мощность одной секции выбранной модели радиатора, допустим она равна 150 Вт.

Таким образом, 2500 / 150, получается 16,7. Результат округляется в большую сторону, поэтому 17. Значит для отопления такой комнаты потребуется 17 секций радиатора.

Округление можно произвести в меньшую сторону, если речь идет о помещениях с маленькими тепло потерями или дополнительными источниками тепла, например кухня.

Это очень грубый и округленный расчет, поскольку здесь не учитываются никакие дополнительные параметры:

  • Толщина и материал стен здания;
  • Тип утеплителя и толщина его слоя;
  • Количество наружных стен в помещении;
  • Количество окон в помещении;
  • Наличие и тип стеклопакетов;
  • Климатическая зона, диапазон температур.

Учет дополнительных параметров

  • К результату следует прибавить 20%, если в комнате есть балкон или эркерное окно;
  • Если в комнате два полноценных оконных проема или две наружные стены(угловое расположение), то к этой полученной величине следует прибавить 30%.
  • Если планируется монтаж декоративных экранов для радиаторов или загородок, прибавляют еще 10-15%.
  • Установленные качественные стеклопакеты позволят отнять от итога 10-15%.
  • Понижение температуры теплоносителя на 10 градусов (норма +70) потребует увеличения количества секций или мощности радиатора на 18%.
  • Особенности системы отопления — если теплоноситель подается через нижнее отверстие, а выходит через верхнее, то радиатор недодает около 7-10% мощности.
  • Для того, чтобы сделать некоторый запас мощности, на случай нетипичного похолодания и проч. принято добавлять к итоговому результату 15%.

Коэффициенты климатических регионов

  • Для средней полосы России коэффициент не используется (он принят за 1).
  • Для северных и восточных регионов применяют коэффициент 1,6.
  • Южные регионы 0,7- 0,9, в зависимости от минимальных и среднегодовых температур.

Таким образом, чтобы сделать поправку на климатическую зону, нужно полученный результат тепловой мощности умножить на

Расчет мощности батарей отопления: подробный алгоритм и тонкости вычислений

Грамотный выбор батарей – залог функциональности и сбалансированности системы отопления, а значит и комфортного проживания в квартире или доме. На первый взгляд все просто: купил подходящие по габаритам и материалу радиаторы, установил, подключил – и нагрев обеспечен. Но на деле все усложняется необходимостью определить оптимальную теплоотдачу батарей – она должна отвечать площади отапливаемого помещения и коррелироваться с целым рядом значимых факторов. Чтобы вы не ошибались в этом вопросе, далее мы с разумным упрощением разберем, как выполнить расчет мощности стальных, чугунных и биметаллических радиаторов и какие особенности жилища и самих батарей влияют на финальный результат.

Способы расчетов

Наиболее упрощенный способ расчета мощности батарей – умножить площадь помещения на усредненное значение мощности радиатора для стандартного обогрева 1 кв.м., а именно – 100 Вт. Имеем формулу: Q = S × 100.

Например, если площадь обслуживаемой комнаты 15 кв.м, то для ее комфортного обогрева понадобится тепловая отдача в 1500 Вт или 150 кВт. Дабы определить количество секций, следует разделить выведенный результат на тепломощность одной радиаторной секции.

Предыдущий расчет справедлив только для комнат со стандартным потолком 2,7 м в высоту. Если же помещение выше, нужно умножить его площадь на высоту и на средний показатель тепломощности для обогрева 1 куб.м. объема помещения, а именно – на 41 Вт для панельного или на 34 Вт для кирпичного дома. Имеем формулу: Q = S × h × 41 (34).

Например, если площадь комнаты в панельной высотке составляет 15 кв.м., а потолок достигает в высоту 3 м, то для обогрева понадобится теплоотдача радиаторов 1845 Вт или 185 кВт.

[calculate id=380]

Пользуясь упрощенными методиками, будьте готовы к неприятным «сюрпризам» – к тому, что установленные батареи с вроде бы правильно рассчитанной мощностью на практике не смогут обеспечивать необходимый обогрев. Причина этому – целый спектр особенностей, которые вышепредложенные формулы попросту не учитывают. Вот почему, если вы заинтересованы в максимально точных расчетах, рекомендуем вам пользоваться более серьезной формулой: Q = S × 100 × А × В × С × D× Е × F × G × H × I,
где S – площадь, 100 – общепринятые 100 Вт на квадратный метр.

Все остальные коэффициенты являются выражением разного рода особенностей радиаторов и отапливаемых помещений – разберем их далее по порядку.

Чтобы максимально точно высчитать объем радиаторов — воспользуйтесь формулой

Остекление, площадь и ориентация окон

На окна может приходиться от 10% до 35% теплопотерь. Конкретный показатель зависит от трех факторов: характера остекления (коэффициент А), площади окон (В) и их ориентации (С).

Зависимость коэффициента от вида остекления:

  • тройное стекло или аргон в двойном пакете – 0,85;
  • двойное стекло – 1;
  • одинарное стекло – 1,27.

Объем тепловых потерь напрямую зависит и от площади оконных конструкций. Коэффициент В рассчитывается на базе соотношения общей площади оконных конструкций к площади отапливаемой комнаты:

  • если окна составляют 10% и меньше общей площади комнаты, В = 0,8;
  • 10-20% – 0,9;
  • 20-30% – 1;
  • 30-40% – 1,1;
  • 40-50% – 1,2.

И третий фактор – ориентация окон: тепловые потери в комнате, выходящей на юг, всегда ниже, чем в помещении, которое выходит на север. Исходя из этого имеем два коэффициента С:

  • окна на севере или на западе – 1,1;
  • окна на южной или восточной стороне – 1.

Особенности стен и потолков

Теперь рассмотрим три коэффициента, которые связаны с особенностями стен и потолков отапливаемого помещения: D – число внешних стен, E – уровень теплоизоляции стен, F – высота потолков.

Важно учесть площадь окон и качество их остекления

Чем активнее комната контактирует с внешней средой, тем выше ее теплопотери:

  • если одна внешняя стена, D = 1;
  • две – 1,2;
  • три – 1,3;
  • четыре внешних стены – 1,4.

Чем качественнее утеплены стены, тем ниже теплопотери помещения:

  • если теплоизоляция профессиональная, E = 0,85;
  • поверхностная теплоизоляция – 1;
  • отсутствие теплоизоляции – 1,27.

Чем выше потолки в комнате, тем большая мощность батарей потребуется для ее комфортного обогрева, поэтому, чтобы получить правильный показатель теплоотдачи приборов, учитывается корректирующий коэффициент F:

  • высота 2,7 м и меньше – 1;
  • 2,8-3 м – 1,05;
  • 3-3,5 м – 1,1;
  • 3,6-4 м – 1,15;
  • 4 и выше – 1,2.

Тип подключения батарей

Важнейший фактор, определяющий уровень теплоотдачи отопительных радиаторов, – схема их подключения. В нашей формуле она выражена коэффициентом G – его параметр зависит от характера подключения и расположения приборов:

Типы подключения
  • при диагональном подключении с верхней подачей и нижней обраткой – 1;
  • при одностороннем подключении с верхней подачей и нижней обраткой – 1,03;
  • при двустороннем подключении с нижней подачей и нижней обраткой – 1,13;
  • при диагональном подключении с нижней подачей и верхней обраткой – 1,25;
  • при одностороннем подключении с нижней подачей и верхней обраткой – 1,28;
  • при одностороннем подключении с нижней подачей и нижней обраткой – 1,28.

Совет. Одностороннее подключение рекомендуется только в исключительных ситуациях, так как оно чревато самыми высокими теплопотерями – около 22%.

Дополнительные факторы

Осталось два коэффициента – H и I. И хоть они расположены в самом конце формулы, их важность от этого не преуменьшается. H – коэффициент, выражающий климат местности, а I – назначение помещения, которое расположено над отапливаемой комнатой.

Чтобы определить H, берется средняя зимняя температура по региону:

  • до -10 градусов С = 0,7;
  • от -10 градусов С до -15 градусов С = 0,9;
  • от -15 градусов С до -20 градусов С= 1,1;
  • от -20 градусов С до -25 градусов С = 1,3;
  • от -25 градусов С до -35 градусов С = 1,5.

Коэффициент H вычисляется по типу помещения, находящегося выше комнаты, для которой подбираются батареи:

  • неутепленный чердак/техническое помещение – 1;
  • утепленная кровля или отапливаемый чердак/техническое помещений – 0,9;
  • теплая жилая комната – 0,8.
К полученному результату прибавьте 10-15%

Финальные расчеты

Разобравшись во всех коэффициентах, продемонстрируем, как формула работает на практике. Предположим, что батареи подбираются для комнаты с такими характеристиками: площадь – 17 кв.м.; окна – площадью 20% от общих размеров помещения, выходят на северную сторону и имеют двойное стекло; стены – две внешние с поверхностным утеплением; потолки – 2,8 м; подключение – диагональное с верхней подачей и нижней обраткой; средняя зимняя температура – до -10 градусов С; помещение сверху – теплая жилая комната. Имеем: Q = 17 × 100 × 1 × 1 × 1,1 × 1,2× 1 × 1× 1× 0,7× 0,8 = 1256 Вт или 125 кВт.

Совет. К рассчитанному параметру мощности рекомендуется добавить запас в 10-15%. Но не больше, чтобы зря не переплачивать за лишний теплоноситель.

Получив общее значение мощности, определим, сколько необходимо секций батарей для качественного обогрева комнаты – тут нужно ориентироваться на материал радиаторов:

  • чугунные батареи – теплоотдача одной секции составляет 145 Вт.
  • стальные – 160 Вт;
  • биметаллические – 185 Вт.

Как видите, расчет мощности батарей отопления по площади с поправкой на различные особенности как самих приборов, так и отапливаемых помещений – дело не из простых. Перед вами подробный алгоритм расчетов – только четко ему следуя, вы сможете без помощи специалистов определить мощность радиаторов для создания надежной отопительной системы в своем жилище.

Расчет количества радиаторов отопления: видео

https://youtu.be/ZkvOaJlQetM

Радиаторы отопления: фото

Стальные радиаторы отопления. Расчет мощности стальных радиаторов отопления с учетом площади помещения и теплопотерь.

Все про стальные радиаторы отопления: расчет мощности (таблица), определение с учетом теплопотерь, процентное увеличение и вычисление по площади помещения, а также как подобрать панельные батареи.

От того, насколько правильно и грамотно был произведен расчет мощности стального радиатора, настолько же можно ожидать от него тепла.

В данном случае нужно учесть, чтобы совпали технические параметры отопительной системы и обогревателя.

Расчет по площади помещения

Чтобы теплоотдача стальных радиаторов была максимальной, можно воспользоваться расчетом их мощностей, исходя из размера комнаты.

Если взять в качестве примера помещение с площадью 15 м2 и потолками высотой 3 м, то, высчитав его объем (15х3=45) и умножив на количество требуемых Вт (по СНиП – 41 Вт/м3 для панельных домов и 34 Вт/ м3 для кирпичных), то получится, что потребляемая мощность равна 1845 Вт (панельное здание) или 1530 Вт (кирпичное).

После этого достаточно проследить, чтобы расчет мощности стальных радиаторов отопления (можно свериться с таблицей, которую предоставляет производитель) соответствовал полученным параметрам. Например, при покупке обогревателя типа 22 нужно отдать предпочтение конструкции, имеющей высоту 500 мм, а длину 900 мм, которой свойственна мощность 1851 Вт.

Если предстоит замена старых батарей на новые или переустройство всей отопительной системы, то следует тщательно ознакомиться с требованиями СНиП. Это избавит от возможных недочетов и нарушений при монтажных работах.

Стальные радиаторы отопления: расчет мощности (таблица)

Определение мощности с учетом теплопотерь

Кроме показателей, связанных с материалом, из которого построен многоквартирный дом и указанных в СНиП, в расчетах можно использовать температурные параметры воздуха на улице. Этот способ основан на учете теплопотерь в помещении.

Для каждой климатической зоны определен коэффициент в соответствии с холодными температурами:

  • при -10 ° C – 0.7;
  • — 15 ° C – 0.9;
  • при — 20 ° C – 1.1;
  • — 25 ° C – 1.3;
  • до — 30 ° C – 1.5.

Теплоотдача стальных радиаторов отопления (таблица предоставляется фирмой-производителем) должна быть определена с учетом количества наружных стен. Так если в комнате она одна, то результат, полученный при расчете стальных радиаторов отопления по площади, нужно умножить на коэффициент 1.1, если их две или три, то он равен 1.2 или 1.3.

Например, если температура за окном – 25 ° C, то при расчете стального радиатора типа 22 и требуемой мощностью 1845 Вт (панельный дом) в помещении, где 2 наружные стены, получится следующий результат:

  • 1845х1.2х1.3 = 2878.2 Вт. Этому показателю соответствуют панельные конструкции 22-го типа 500 мм высоты и 1400 мм длины, имеющие мощность 2880 Вт.

Так подбираются панельные радиаторы отопления (расчет по площади с учетом коэффициента теплопотерь). Подобный подход к выбору мощности панельной батареи обеспечит максимально эффективную ее работу.

Чтобы было легче произвести расчет стальных радиаторов отопления по площади, калькулятор онлайн сделает это в считанные секунды, достаточно внести в него необходимые параметры.

Процентное увеличение мощности

Можно учитывать теплопотери не только по стенам, но и окнам.

Например, прежде чем выбирать стальной радиатор отопления, расчет по площади нужно увеличить на определенное количество процентов в зависимости от количества окон в помещении:

  1. При наличии двух наружных стен и одного окна показатель увеличивается на 20%.
  2. Если и окон, и стен, выходящих наружу по два, то прибавляется 30%.
  3. Когда стены внутренние, но окно выходит на север, то на 10%.
  4. Если квартира расположена внутри дома, а обогреватели закрыты решетками, то теплоотдача стальных панельных радиаторов должна быть увеличена на 15%.

Учет подобных нюансов перед установкой панельных батарей из стали позволяет правильно выбрать нужную модель. Это сэкономит средства на ее эксплуатации при максимальной теплоотдаче.

Поэтому не следует думать только о том, как подобрать стальные радиаторы отопления по площади помещения, но и учитывать его теплопотери и даже расположение окон. Такой комплексный подход позволяет учесть все факторы, влияющие на температуру в квартире или доме.

Как рассчитать количество секций радиаторов

Пришло время менять батареи.

От расчетов количества узлов зависит комфорт в холодное время года.

Как правильно произвести все вычисления, измерения?

Все достаточно просто, если следовать приведенной ниже инструкции.

Методы оценки теплоотдачи

Перед тем как приобрести батареи отопления рассмотрим способы, рассчитать количество их элементов.

Первый метод строится исходя из площади помещения. Строительные нормативы (СНиП) гласят, что для нормального обогрева 1 кв. м. требуется 100 Вт. тепловой мощности. Измерив длину, ширину комнаты, и перемножив эти два значения, получим площадь помещения (S).

Чтобы вычислить общую мощность (Q), подставим в формулу, Q=S*100 Вт., наше значение. В паспорте к радиаторам отопления указывается теплоотдача одного элемента (q1). Благодаря этой информации узнаем необходимое их количество. Для этого разделим Q на q1.

Второй способ более точен. Также его следует использовать при высоте потолка от 3-х метров. Его отличие заключается в измерении объема комнаты. Площадь помещения уже известна, измерим высоту потолка, затем перемножим эти значения. Полученное значение объема (V) подставим к формуле Q=V*41 Вт.

По строительным нормам 1 куб. м. должен обогреваться 41 Вт. тепловой мощности. Теперь найдем отношение Q к q1, получив общее количество узлов радиатора.

Подведем промежуточный итог, вынесем данные, которые понадобятся для всех видов расчетов.

  • Длина стены;
  • Ширина стены;
  • Высота потолка;
  • Нормативы мощности, обогрева единицы площади или объема помещения. Они даны выше;
  • Минимальная теплоотдача элемента радиатора. Она обязательно указывается в паспорте;
  • Толщина стен;
  • Число оконных проемов.

Быстрый способ расчета количества секций

Если речь идет о замене чугунных радиаторов биметаллическими, можно обойтись без скрупулезных расчетов. Приняв во внимание несколько факторов:

  • Биметаллическая секция дает десяти процентный прирост тепловой мощности по сравнению с чугунной.
  • Со временем эффективность батареи падает. Это связано с отложениями, которыми покрываются стенки, внутри радиатора.
  • Лучше пусть будет теплее.

Количество элементов биметаллической батареи, должно быть тем же, что и у ее предшественницы. Однако это число увеличивается на 1 – 2 штуки. Делается это для борьбы с будущим снижением эффективности обогревателя.

Для стандартного помещения

Нам уже известен этот способ расчета. Он описан в начале статьи. Разберем его подробно, обратившись к конкретному примеру. Рассчитаем количество секций для помещения площадью 40 кв. м.

По правилам 1 кв. м требует 100 Вт. Предположим, что мощность одной секции 200 Вт. Используя формулу, из первого раздела найдем требуемую тепловую мощность помещения. Умножим 40 кв. м. на 100 Вт, получим 4 кВт.

Общий коэффициент теплопередачи

Теплопередача через поверхность, например стену, может быть рассчитана как

q = UA dT (1)

, где

q = теплопередача (Вт (Дж / с ), БТЕ / ч)

U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 ч o F) )

A = площадь стены (м 2 , фут 2 )

dT = (t 1 – t 2 )

= разница температур по стене ( o C, o F)

Общий коэффициент теплопередачи для многослойной стены, трубы или теплообменника – с потоком жидкости с каждой стороны стены – можно рассчитать как

1 / UA = 1 / час ci A i + Σ (s n 900 45 / k n A n ) + 1 / h co A o (2)

где

U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 h o F) )

k n = теплопроводность материала в слое n (Вт / (м · К), БТЕ / (час фут · ° F) )

час ci, o = внутренняя или внешняя стенка индивидуальная жидкость конвекция коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 ч o F) )

с n = толщина слоя n (м, футов)

A плоская стена с одинаковой площадью во всех слоях – можно упростить до

1 / U = 1 / ч ci + Σ (s n / k n ) + 1 / h co (3 )

Теплопроводность – k – для некоторых типичных материалов (проводимость не зависит от температуры)

  • Полипропилен PP: 0.1 – 0,22 Вт / (м · К)
  • Нержавеющая сталь: 16 – 24 Вт / (м · К)
  • Алюминий: 205 – 250 Вт / (м · К)
Преобразовать между Метрические и британские единицы
  • 1 Вт / (м · К) = 0,5779 БТЕ / (фут · ч o F)
  • 1 Вт / (м 2 K) = 0,85984 ккал / (hm 2 o C) = 0,1761 Btu / (ft 2 h o F)

Коэффициент конвективной теплопередачи – h – зависит от

  • тип жидкости – газ или жидкость
  • свойства потока, такие как скорость
  • другие свойства, зависящие от потока и температуры

Коэффициент конвективной теплопередачи для некоторых распространенных жидкостей:

  • Воздух – от 10 до 100 Вт / м 2 K
  • Вода – 500 до 10 000 Вт / м 2 K

Многослойные стены – Калькулятор теплопередачи

Этот калькулятор можно использовать для расчета общего коэффициента теплопередачи и теплопередачи через многослойную стену.Калькулятор является универсальным и может использоваться для метрических или британских единиц при условии, что единицы используются последовательно.

A – площадь (м 2 , фут 2 )

t 1 – температура 1 ( o C, o F)

t 2 – температура 2 ( o C, o F)

h ci – коэффициент конвективной теплоотдачи внутри стенки (Вт / (м 2 K), Btu / ( футов 2 ч o F) )

с 1 – толщина 1 (м, фут) k 1 – теплопроводность 1 (Вт / (м K) , БТЕ / (час фут ° F) )

с 2 – толщина 2 (м, фут) k 2 – теплопроводность 2 (Вт / (м · К), BTU / (час фут ° F) )

s 3 – толщина 3 (м, фут) k 3 – теплопроводность 3 (Вт / (м · К), БТЕ / (ч · фут · ° F) )

ч co – коэффициент конвективной теплопередачи снаружи стены ( Вт / (м 2 K), Btu / (фут 2 h o F) )

Тепловое сопротивление теплопередачи

Сопротивление теплопередачи банка быть выражено как

R = 1 / U (4)

где

R = сопротивление теплопередаче (м 2 K / W, ft 2 h ° F / BTU)

Стена разделена на участки термического сопротивления, где

  • теплопередача между жидкостью и стеной – это одно сопротивление
  • сама стена является одним сопротивлением
  • передача между стеной и t Вторая жидкость имеет термическое сопротивление.

Поверхностные покрытия или слои «обожженного» продукта добавляют дополнительное тепловое сопротивление стенкам, снижая общий коэффициент теплопередачи.

Некоторые типичные сопротивления теплопередаче
  • статический слой воздуха, 40 мм (1,57 дюйма) : R = 0,18 м 2 K / Вт
  • внутреннее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,13 м 2 K / W
  • внешнее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,04 м 2 K / W
  • внутреннее сопротивление теплопередаче, тепловой ток снизу вверх: R = 0,10 м 2 K / W
  • внешнее сопротивление теплопередаче, тепловой ток сверху вниз: R = 0.17 м 2 K / W

Пример – передача тепла в теплообменнике воздух-воздух

Пластинчатый теплообменник воздух-воздух с площадью 2 м 2 и толщиной стенки 0,1 мм может быть изготовлен из полипропилен PP, алюминий или нержавеющая сталь.

Коэффициент конвекции теплопередачи для воздуха составляет 50 Вт / м 2 K . Температура внутри теплообменника 100 o C , а наружная температура 20 o C .

Общий коэффициент теплопередачи U на единицу площади можно рассчитать, изменив (3) на

U = 1 / (1 / h ci + s / k + 1 / h co ) (3b)

Общий коэффициент теплопередачи для теплообменника из полипропилена

  • с теплопроводностью 0,1 Вт / мК составляет

U PP = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K ) + ( 0.1 мм ) (10 -3 м / мм) / ( 0,1 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )

= 24,4 Вт / м 2 K

Теплопередача

q = ( 24,4 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) – (2 0 o C ))

= 3904 W

= 3.9 кВт

  • нержавеющая сталь с теплопроводностью 16 Вт / м · К :

U SS = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K ) + ( 0,1 мм ) (10 -3 м / мм) / ( 16 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )

= 25 Вт / м 2 K

Теплопередача

q = ( 25 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) – (2 0 o C ))

= 4000 Вт

= 4 кВт

  • алюминий с теплопроводностью 205 Вт / мK :

U Al = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K 90 076) + ( 0.1 мм ) (10 -3 м / мм) / ( 205 Вт / м · K ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )

= 25 Вт / м 2 K

Теплопередача

q = ( 25 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) – (2 0 o C ))

= 4000 Вт

= 4 кВт

  • 1 Вт / (м 2 К) = 0.85984 ккал / (hm 2 o C) = 0,1761 Btu / (ft 2 h o F)

Типичный общий коэффициент теплопередачи

  • Газ свободной конвекции – газ свободной конвекции: U = 1-2 Вт / м 2 K (стандартное окно, воздух из помещения через стекло)
  • Газ без конвекции – принудительная жидкая (текущая) вода: U = 5-15 Вт / м 2 K (типовые радиаторы центрального отопления)
  • Свободная конвекция газа – конденсирующийся пар Вода: U = 5-20 Вт / м 2 K (типовые паровые радиаторы)
  • Принудительная конвекция (проточная) Газ – Свободная конвекция газ: U = 3-10 Вт / м 2 K (пароперегреватели)
  • Принудительная конвекция (проточный) Газ – Принудительная конвекция Газ: U = 10-30 Вт / м 2 K (газы теплообменника)
  • Принудительная конвекция (проточный) газ – Принудительная жидкая (проточная) вода: U = 10-50 Вт / м 2 9 0021 K (газовые охладители)
  • Принудительная конвекция (проточный) Газ – конденсирующийся пар Вода: U = 10-50 Вт / м 2 K (воздухонагреватели)
  • Безжидкостная конвекция – принудительная конвекция Газ: U = 10-50 Вт / м 2 K (газовый котел)
  • Свободная конвекция жидкости – Свободная конвекция Жидкость: U = 25-500 Вт / м 2 K (масляная баня для отопления)
  • Без жидкости Конвекция – принудительное течение жидкости (вода): U = 50 – 100 Вт / м 2 K (нагревательный змеевик в воде в резервуаре, вода без рулевого управления), 500-2000 Вт / м 2 K (нагревательный змеевик в резервуаре для воды) , вода с рулевым управлением)
  • Конвекция без жидкости – Конденсирующий пар воды: U = 300 – 1000 Вт / м 2 K (паровые рубашки вокруг сосудов с мешалками, вода), 150 – 500 Вт / м 2 K (другие жидкости)
  • Принудительная жидкость (текущая) вода – газ свободной конвекции: U = 10-40 Вт / м 2 K (горючий камера + излучение)
  • Принудительная жидкость (текущая) вода – Свободная конвекционная жидкость: U = 500 – 1500 Вт / м 2 K (охлаждающий змеевик – перемешиваемый)
  • Принудительная жидкость (текущая) вода – Принудительная жидкость (проточная вода): U = 900 – 2500 Вт / м 2 K (теплообменник вода / вода)
  • Принудительная жидкая (проточная) вода – Конденсирующий пар водяной: U = 1000 – 4000 Вт / м 2 K (конденсаторы водяного пара)
  • Кипящая жидкая вода – свободный конвекционный газ: U = 10-40 Вт / м 2 K (паровой котел + излучение)
  • Кипящая жидкая вода – принудительное течение жидкости (вода) : U = 300 – 1000 Вт / м 2 K (испарение холодильников или охладителей рассола)
  • Кипящая жидкая вода – Конденсирующий пар воды: U = 1500 – 6000 Вт / м 2 K (испарители пар / воды)

Зависимость давления, плотности и температуры воздуха отКалькулятор высоты в стандартной атмосфере • Термодинамика – Тепло • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Атмосфера Земли постоянно меняется, поэтому были разработаны гипотетические модели как приближение того, что можно ожидать, если предположить, что воздух не содержит пыли или влаги и нет ветра или турбулентность. Эти модели известны как «стандартные атмосферы». Их использование необходимо для разработки самолетов, изучения их характеристик, сравнения характеристик различных самолетов и для многих других применений в аэронавтике и авиационной науке.

Концепция стандартной атмосферы была разработана для стандартизации калибровки давления в высотомерах, для изучения характеристик авиационных двигателей, где требуется знание плотности, давления и температуры воздуха на среднем уровне моря (MSL) и их распределения в зависимости от высоты. существенный. Международная стандартная атмосфера – одна из таких моделей. Он опубликован Международной организацией по стандартизации (ISO) как международный стандарт ISO 2533: 1975. Организации по стандартизации в разных странах публикуют свои собственные атмосферные модели, основанные на ISA.Другая широко используемая модель – это стандартная атмосфера США 1976 года (USSA), в которой используется та же атмосферная модель. Различия между ними только на высоте более 86 км, что выходит за рамки этого калькулятора.

Атмосфера Земли постоянно меняется

Международная стандартная атмосфера (ISA)

«Международная стандартная атмосфера» предназначена для использования в расчетах и ​​проектировании летательных аппаратов, для представления результатов испытаний летательных аппаратов и их компонентов в идентичных условиях, и позволить унификацию в области разработки и калибровки инструментов.«Использование этой модели атмосферы также рекомендуется при обработке данных геофизических и метеорологических наблюдений. Он используется в качестве стандарта, с которым можно сравнивать фактическую атмосферу, и основанный на значениях для среднего уровня моря, показанных ниже. Все значения уменьшаются с увеличением высоты:

  • Давление 101,325 кПа на среднем уровне моря (MSL).
  • Температура +15 ° C при MSL
  • Плотность 1,225 кг / м³ при MSL.

Стандартная атмосфера США

“The U.S. Standard Atmosphere, 1976 – это идеализированное стационарное изображение атмосферы Земли от поверхности до 1000 км ». Модель основана на существующих международных стандартах и ​​в значительной степени соответствует методологии Международной стандартной атмосферы (ISA). Используемые уравнения приняты Комитетом США по распространению на стандартную атмосферу (COESA), который представляет 29 научных, правительственных, военных и инженерных организаций США. Модель стандартной атмосферы США представляет собой распределение давления, температуры, плотности и вязкости атмосферы Земли на различных высотах.Модель делит атмосферу на семь слоев максимальной длиной 86 км. Основное различие между стандартной атмосферой США (USSA) и ISA в основном заключается в предполагаемом распределении температуры на больших высотах, которое не учитывается в этом преобразователе.

Определения, константы и формулы, используемые в расчетах

Высота и эшелон полета (FL)

Современный барабанный высотомер, установленный в кабине высотомера Fokker 100 с двумя маленькими окошками Коллсмана, показывающими давление в гектопаскалях и дюймах ртутного столба

Хотя высота и эшелон полета измеряются в единицах длины и расстояния (метры, километры, футы и мили), на самом деле это разные физические величины:

  • Высота – это расстояние объекта по вертикали от среднего уровень моря измеряется с помощью дальномера (например, лазерного дальномера или радиолокационного высотомера).
  • Эшелон полета – это стандартная вертикальная «барометрическая высота», также называемая номинальной высотой, выраженной в гектофутах (сотнях футов). Например, барометрическая высота 34 000 футов обозначается как FL340. Эшелон полета измеряется с помощью прибора для измерения давления (например, высотомера давления, который по сути является калиброванным барометром, калиброванным в единицах высоты). Во время подготовки к взлету высотомер устанавливается на нулевую высоту.Когда самолет набирает достаточно большую высоту (выше высоты перехода), пилоты устанавливают на высотомере стандартное давление (29,921 дюйма ртутного столба или 1013,25 гектопаскалей). Во время подготовки к посадке на малых высотах (обычно от 3000 до 18000 футов над уровнем моря в различных юрисдикциях) высотомер настраивается на правильное местное давление в аэропорту, чтобы показать фактическую высоту над уровнем моря.

Механический высотомер с ручкой регулировки барометрического давления измеряет атмосферное давление на статическом порте вне самолета.Он откалиброван так, чтобы показывать давление как высоту над уровнем моря. Перед взлетом и посадкой пилот получает данные местного барометрического давления в аэропорту и устанавливает их в маленьком окошке с помощью ручки.

Радиус селектора Земли R ⊕

В селекторе радиуса Земли используются четыре константы:

Средний радиус Земли, определенный в Мировой геодезической системе 1984 года: R ₁ = 6371,0088 км.

Средний радиус Земли, определенный в U.Южная стандартная атмосфера: R ₀ = 6356,766 км.

Экваториальный (большой) радиус Земли, определенный в Мировой геодезической системе WGS 84: a = 6378,1370 км.

Полярный (малый полу) радиус Земли, определенный в Мировой геодезической системе WGS 8: 4 b = 6356,7523142 км.

A – экваториальный, B – полярный, C – средний радиус Земли; C = (2A + B) / 3

Удельная газовая постоянная для сухого воздуха R sp

Удельная газовая постоянная R sp для сухого воздуха определяется как молярная (универсальная) газовая постоянная, деленная на средняя молярная масса для сухого воздуха.Молярная газовая постоянная определена в Стандартной атмосфере США 1976 года как R * = 8314,32 Н · м · кмоль · К⁻¹. Средняя молярная масса для сухого воздуха M = 28,9645 г / моль = 28,9645 кг / кмоль. Следовательно, удельная газовая постоянная для сухого воздуха в ДжК⁻¹ кг⁻¹ рассчитывается как

Стандартное ускорение свободного падения

Стандартное ускорение свободного падения определяется ISO 80000-3 Величины и единицы, часть 3 Пространство и Эталон времени как г ₀ = 9,80665 м / с² или 32.17405 фут / с². Хотя фактическое ускорение свободного падения на Земле в разных местах разное, это стандартное значение всегда используется в метрологических целях.

Геопотенциальная высота (высота)

Сила тяжести Земли зависит от высоты и широты. Перенос геометрической высоты в геопотенциальную высоту устраняет переменную часть ускорения свободного падения. Геопотенциальная высота – это вертикальная координата, привязанная к среднему уровню моря Земли, поправка на геометрическую высоту, которую можно было бы измерить с помощью рулетки.Геопотенциальная высота учитывает изменение силы тяжести в зависимости от широты и высоты. Другими словами, геопотенциальная высота – это высота с поправкой на силу тяжести. Изменение широты слишком мало и обычно не принимается во внимание. Геопотенциальная высота на самом деле является мерой удельной потенциальной энергии на данной геометрической высоте относительно поверхности Земли. Используется метеорологами и в авиации. Связь между геопотенциальной высотой H и геометрической высотой Z определяется следующей формулой (уравнение 18 в USSA 1976 года), которая используется в наших расчетах:

Например, если Z = 86 км, что является максимальной геометрической высотой в этом калькуляторе, соответствующая геопотенциальная высота будет H = 84.852 км. Геопотенциальная высота рассчитывается перед расчетами давления и температуры и используется в этих расчетах.

Скорость звука

Скорость звука в воздухе составляет около 343 м / с, или 1,235 км / ч, или 767 миль в час. Это означает, что звук может перемещаться по воздуху на один километр примерно за 3 секунды или милю примерно за 5 секунд. Скорость звука в воздухе зависит главным образом от его температуры; зависимость от частоты звука и давления воздуха незначительна.

Конденсация воды с околозвуковой скоростью

Скорость звука в сухом воздухе при условии, что это идеальный газ при относительно низком давлении и плотности, что является правильным для стандартных условий на уровне моря, а также при условии, что его температура ниже или равна комнатная температура определяется по следующей формуле, которая используется в этом калькуляторе:

, где γ – удельная теплоемкость, обсуждаемая ниже, R = 287.052 Дж · кг⁻¹ · K⁻¹ – удельная газовая постоянная, а T – абсолютная температура воздуха в градусах Кельвина.

Коэффициент удельной теплоемкости или коэффициент теплоемкости газа обозначается греческой буквой γ (гамма) и представляет собой отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении C p к удельной теплоемкости при постоянном объеме C v

Для сухого воздуха при 20 ° C, γ = 1,40

Зависимость силы тяжести от высоты

Зависимость ускорения свободного падения G h от высоты h приблизительно определяется следующей формулой: которое используется в наших расчетах:

, где

g 0 – стандартное ускорение свободного падения.Например, ускорение свободного падения G h на геометрической высоте составляет 86 км, что является максимальной геометрической высотой в этом калькуляторе, в 0,974 раза превышающей стандартное ускорение свободного падения g 0 , то есть разница очень мала. .

Температура в зависимости от высоты

В тропосфере температура воздуха в атмосфере Земли снижается с увеличением высоты. Согласно международному стандарту атмосферы (ISA) и U.Южная стандартная атмосфера (USSA), скорость снижения температуры (градиент) составляет 6,5 К / км от уровня моря (0 км) до 11 км или 36 089 футов. В области от 11 до 20 км или 65 617 футов температура постоянна и равна –56,5 ° C (–69,7 ° F или 216,7 K). В ионосфере на расстоянии от 20 до 32 км или 104 987 футов скорость снижения температуры (градиент) составляет 1,0 К / км и так далее. Эти значения приведены в таблице ниже для высоты 86 км (геопотенциальная высота 84,85 км) в таблице 4 документа USSA 1976 года.

Таблица 1

95 71

5 в начальной таблице означает

5 или начальное значение

5 « внизу) диапазона высот.Отрицательное отклонение температуры означает, что температура уменьшается с высотой, а положительное отклонение означает, что температура увеличивается с высотой. I большее число погрешностей указывает на большее охлаждение (или потепление) с высотой.

Для расчета температуры:

  • найти геопотенциальную высоту по геометрической высоте;
  • найти номер интервала, b ;
  • температура T M на геопотенциальной высоте H от поверхности до 84.85 км находится с помощью семи последовательных линейных уравнений в разных интервалах высот путем вставки значений из таблицы 1:

Где

H b – базовая геопотенциальная высота (см. Таблицу 1),

T b – базовая температура,

L b – базовая скорость отклонения температуры

Температура T M называется молекулярной температурой, которая определяется как

, где T – кинетическая температура, то есть температура воздуха, которую мы обычно измеряем с помощью термометра.Это функция скорости молекул газов в атмосфере Земли. M 0 – молекулярная масса воздуха на уровне моря и M H – молекулярная масса воздуха на высоте H . На высотах ниже 100 км молекулярная масса воздуха остается постоянной, поэтому молекулярная температура равна кинетической температуре.

Температурное смещение . Конечно, реальная атмосфера никогда не будет такой, как в этом стандарте.Колебания температуры влияют на плотность воздуха и, следовательно, на давление и вес. В холодном воздухе давление падает быстрее, чем в горячем. В жаркий день вся атмосфера и график температуры будут смещены (см. Диаграмму ниже) – смещение температуры будет добавлено к кривой температуры, и пилоты, которые используют барометрические инструменты для измерения своей высоты, должны знать, что в жаркую погоду день, когда геометрическая высота их самолета будет выше, чем барометрическая высота, отображаемая на высотомере.В холодный день истинная высота будет ниже, чем высота, отображаемая на высотомере.

Температура, плотность и давление воздуха в зависимости от геопотенциальной высоты. Синий – давление, оранжевый – плотность, смещение +20 ° C, фиолетовый – плотность, смещение 0 ° C, зеленый – температура, смещение +20 ° C, красный – температура, смещение 0 ° C

Если самолет летит в зону там, где температура намного ниже, чем температура ISA (+15 ° C на уровне моря), высотомер будет показывать большую высоту, что опасно.Чтобы учесть эти отклонения от условий ISA, этот калькулятор включает поле Температурное смещение , которое можно использовать, например, для анализа или прогнозирования характеристик самолета в жаркий день. Помните, что температурное смещение – это температурный интервал, и при преобразовании между градусами Цельсия или Кельвина и градусами Фаренгейта или Ренкина следует использовать только масштабный коэффициент: 1 кельвин = 1 ° C = 9/5 ° F = 1,8 ° F = 1,8 ° Р. Вы также можете использовать наш конвертер температурных интервалов для этого преобразования.

Давление в зависимости от высоты

Барометрическая формула используется как в ISA, так и в USSA для моделирования изменения давления и плотности воздуха с высотой. Два разных уравнения используются с данными из таблицы 1 выше для определения давления на различных интервалах высот от 0 до 86 км.

Если период отклонения базовой температуры L b равен нулю, используется следующее уравнение:

Если скорость отклонения базовой температуры L b не равна нулю, используется следующее уравнение :

или

В этих уравнениях все значения с индексом b используются из таблицы 1:

P b – базовое статическое давление слоя b в Па

T b – базовая температура слоя b в K

L b – базовая скорость падения температуры слоя b в К / м

H b – базовая геопотенциальная высота слоя b в м

H – геопотенциальная высота над уровнем моря в м

R * = 8.31432 · 10³ Н · м · кмоль⁻¹ K⁻¹ – универсальная газовая постоянная

г 0 = 9,80665 м / с² – ускорение свободного падения

M = 0,0289644 кг / моль – молярная масса земного воздуха .

T M – это температура на молекулярном уровне на высоте H , определенная выше:

Зависимость плотности воздуха от высоты

Плотность воздуха – это масса воздуха на единицу его объема. Обозначается греческой буквой ρ (rho) и измеряется в кг / м³ в СИ или фунтах / фут³.ISA (Международная стандартная атмосфера) и 1976 г. Стандартная атмосфера США определяют плотность воздуха при стандартном давлении 1013,25 гПа и температуре 15 ° C как 1,225 кг / м³ или 0,0765 фунт / фут³. На плотность воздуха влияют не только температура и давление, но и количество воды в воздухе. Чем больше водяного пара содержится в воздухе, тем он менее плотный.

Плотность воздуха зависит от температуры и давления. При стандартной температуре и давлении (STP) значение плотности воздуха зависит от используемого стандарта.Согласно Международной стандартной атмосфере (ISA) плотность сухого воздуха составляет 1,225 кг / м³ или 0,0765 фунта / фут³. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) по-разному определяет плотность воздуха. Согласно IUPAC, плотность сухого воздуха составляет 1,2754 кг / м³ или 0,0796 фунта / фут³ при 1000 гПа и 0 ° C.

В этом калькуляторе рассматривается только сухой воздух. Плотность сухого воздуха ρ рассчитывается по закону идеального газа с использованием расчетного давления на заданной высоте по следующей формуле:

где:

p – абсолютное давление в Па,

T – абсолютная температура воздуха в К, а

R sp = 287.052 Дж · кг⁻¹ · K⁻¹ – удельная газовая постоянная.

Обратите внимание: поскольку мы рассматриваем воздух как идеальный газ и только сухой воздух, результат расчетов является лишь приблизительным. Наиболее точные результаты можно получить при низких значениях температуры и давления (на большой высоте!).

коэффициент теплопередачи – Calculator.org

Что такое коэффициент теплопередачи?

В химии и машиностроении коэффициент теплопередачи используется для расчета теплопередачи между жидкостью и твердым телом, между текучими средами, разделенными твердым телом, или между двумя твердыми телами, и является обратной величиной теплоизоляции .Коэффициент теплопередачи выражается в единицах СИ Вт / (м 2 K) и рассчитывается следующим образом:

h = ∆Q / (A ∆T ∆t)

где h – коэффициент теплопередачи, ∆Q – подвод тепла в систему или потери тепла, A – площадь поверхности, на которой передается тепло, ∆T – разница температур между продаваемой поверхностью и окружающей средой, и ∆t – изменение во времени, включающее период времени, в котором произошла теплопередача.

В зависимости от способа передачи тепла коэффициент теплопередачи рассчитывается различными способами. Большинство твердых веществ обладают известной теплопроводностью, которую можно использовать в качестве основы для расчета коэффициента теплопередачи. Очень распространенной инженерной проблемой является передача тепла между жидкостью и твердой поверхностью. Наиболее распространенный способ решения этой проблемы – разделение теплопроводности конвекционной жидкости на масштаб длины. Также принято вычислять коэффициент с числом Нуссельта (одна из множества безразмерных групп, используемых в гидродинамике).

В условиях принудительной конвекции (тип теплопередачи, при котором движение жидкости создается внешним источником, а не просто плавучестью нагретой жидкости), можно определить коэффициент теплопередачи с помощью корреляции Диттуса-Боелтера. Это может быть полезно при разработке теплообменников, которые представляют собой устройства, предназначенные для передачи тепла от одной среды к другой в коммерческих целях. Одним из примеров теплообменника является радиатор в вашем автомобиле, но есть и многие другие.Теплообменники используются в холодильном оборудовании, кондиционировании воздуха, химических заводах и обогреве помещений, и это лишь некоторые из них. Хотя корреляция Диттуса-Боелтера не совсем точна, она полезна для некоторых приложений и, по оценкам, имеет точность в пределах 15 процентов. Используя корреляцию Диттуса-Боелтера, коэффициент теплопередачи можно рассчитать следующим образом с использованием двух дополнительных безразмерных групп, числа Рейнольдса и числа Прандтля:

h = (k w / D H ) * Nu

, где k w – теплопроводность жидкости, D

H – гидравлический диаметр, а Nu – число Нуссельта, которое определяется по следующему уравнению:

Nu = 0.023 Re 0,8 Pr n

В этом уравнении Re – это число Рейнольдса, которое равно:

Re = (м D H ) / (μ A)

А Pr – это число Прандтля, равное:

.

Pr = (C p * μ) / k w

Для числа Рейнольдса m равно массовому расходу, а A – площадь поперечного сечения потока, взятого из трубки. Для числа Прандтля C p равно теплоемкости (при условии постоянного давления), и в обоих уравнениях μ – это вязкость рассматриваемой жидкости.Число Рейнольдса является мерой относительной важности вязких и инерционных сил (которые вызывают турбулентность). Когда у нас есть все эти факторы, мы можем получить достойную оценку скорости теплопередачи через конкретный тип теплообменника, который мы планируем проектировать.

Уравнение для скорости теплопередачи Q записывается следующим образом:

Q = 1 / ((1 / ч) + (т / к)) A ΔT

где t – толщина стенки, через которую передается тепло, A – площадь передачи, а k – теплопроводность среды.

Теплообменники во многом похожи на электрические цепи. Тепловой поток аддитивен по параллельным «контурам» и обратно аддитивен по последовательно включенным процессам теплообмена. Так же работает и коэффициент теплопередачи. Для параллельно включенных процессов теплообмена общее значение h равно:

h = h 1 + h 2 + h 3 + … + h n

, где каждый подпроцесс имеет собственный коэффициент теплопередачи.

Вам может понравится

Как установить индивидуальное отопление в многоквартирном доме: Как перейти на индивидуальное отопление в многоквартирном доме

03.03.2001

Система отопления с насосом: Системы отопления с насосной циркуляцией: схемы устройства и работы

23.02.2023

Защита на батареи отопления: Купить декоративные экраны для батарей отопления в Москве. Наш телефон: 7(800) 775 0740

07.09.2000

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Copyright © 2019 Ark Engineering

Карта сайта
Атмосферный уровень Геопотенциальный диапазон высот (км) Интервал (слой) Номер, b Базовая геопотенциальная высота над средним уровнем моря (MSL), H b (км) Базовое статическое давление, P b (Па) Базовая температура, T b (K) Базовая скорость снижения температуры на километр геопотенциальной высоты, L b (К / км)
Тропосфера 0–11 0 0 101325 288.15 –6.5
Тропопауза (Стратосфера I) 11–20 1 11 22632.06 216.65 0.0
2
2 Stratosphere II 20 5474,889 216,65 +1,0
Стратосфера III 32–47 3 32 868,0187 228,610 228.651021098 –51 4 47 110.9063 270,65 0
Мезосфера II 51–71 5 51 66,93887 270,65 –2,8 3,956420 214,65 –2,0
7 84,852 0,3734 186,87 –