Как выбрать радиаторы отопления по площади

» Статьи

» Как выбрать радиаторы отопления по площади

10.03.2020

Просмотров: 364

Проблема отопления в наших широтах стоит значительно острее, чем в Европе с ее мягким климатом и теплыми зимами. В России значительная часть территории находится под властью зимы до 9 месяцев в году. Поэтому очень важно уделить достаточное внимание выбору систем отопления и расчету мощности радиаторов отопления.

В отличии от теплых полов, где учитывается только площадь, расчет мощности радиаторов отопления производится по иной схеме. В этом случае следует учитывать также высоту потолков, то есть общий объем помещения, в котором планируется установка или замена системы отопления. Бояться не стоит. В конечном итоге весь расчет строится на элементарных формулах, совладать с которыми не составит труда.

Радиаторы будут обогревать помещение благодаря конвекции, то есть циркуляции воздуха в комнате. Нагретый воздух поднимается вверх и вытесняет холодный. В этой статье Вы получите самый простой расчет мощности радиаторов отопления.

Пример расчета мощности батарей отопления

Возьмем помещение площадью 15 квадратных метров и с потолками высотой 3 метра.Объем воздуха, который предстоит нагреть в отопительной системе составит:

 V=15x3=45 метров кубических

Далее считаем мощность, которая потребуется для обогрева помещения заданного объема. В нашем случае — 45 кубических метров. Для этого необходимо умножить объем помещения на мощность, необходимую для обогрева одного кубического метра воздуха в заданном регионе. Для Азии, Кавказа это 45 вт, для средней полосы 50 вт, для севера около 60 вт. В качестве примера возьмем мощность 45 вт и тогда получим:

Оставим за скобками сравнение радиаторов отопления и отметим только нюансы, о которых необходимо иметь представление при выборе радиатора для вашей системы отопления.

В случае расчета мощности стальных радиаторов отопления все просто. Есть необходимая мощность для уже известного помещения — 2025 вт. Смотрим по таблице и ищем стальные батареи, выдающие необходимое число Вт. Такие таблицы несложно найти на сайтах производителей и продавцов подобных товаров. Обратите внимание на температурные режимы, при которых будет эксплуатироваться система отопления. Оптимально использовать батарею в режиме 70/50 С.

В таблице указывается тип радиатора. Возьмем тип 22, как один из самых популярных и вполне достойных по своим потребительским качествам. Отлично подходит радиатор размером 600×1400. Мощность радиатора отопления составит 2015 Вт. Лучше брать немного с запасом.

Алюминиевые и биметаллические радиаторы зачастую продаются секциями. Мощность в таблицах и каталогах указывается для одной секции. Необходимо разделить мощность, необходимую для обогрева заданного помещения на мощность одной секции такого радиатора, например:

2025/150 = 14 (округлили до целых)

Получили необходимое число секций для помещения объемом 45 кубических метров.

14-15 секций для одного радиатора — это максимум. Ставить радиаторы по 20 и больше секций неэффективно. В таком случае следует разбивать число секций напополам и устанавливать 2 радиатора по 10 секций. Например, 1 радиатор поставить возле окна, а другой возле входа в комнату или на противоположной стене.

Со стальными радиаторами так же. Если комната достаточно велика и радиатор выходит слишком большой — лучше поставьте два поменьше, но той же суммарной мощности.

Если в комнате того же объема 2 окна или более, то хорошим решением будет установка радиатора под каждым из окон. В случае с секционными радиаторами все довольно просто.

14/2=7 секций под каждым окном для комнаты того же объема

Радиаторы обычно продаются по 10 секций,  лучше взять четное число, например 8. Запас в 1 секцию лишним не будет в случае серьезных морозов. Мощность от этого особенно не изменится, однако инерция нагрева радиаторов уменьшится. Это может быть полезно, если в комнату часто проникает холодный воздух. Например, если это офисное помещение, в которое часто заходят клиенты. В таких случаях радиаторы будут нагревать воздух немного быстрее.

Что делать после расчета?

После расчета мощности радиаторов отопления всех комнат, необходимо будет выбрать трубопровод по диаметру, краны. Количество радиаторов, длину труб, количество кранов для радиаторов. Подсчитать объем всей системы и выбрать подходящий для нее котел.

Для человека дом часто ассоциируется с теплом и уютом. Чтобы дом был теплым, необходимо уделить должное внимание системе отопления. Современные производители используют новейшие технологии для производства элементов систем отопления. Однако, без грамотного планирования подобной системы, для определенных помещений эти технологии могут оказаться бесполезны.

В первую очередь необходимо понимать, для каких целей будет использоваться помещение. Какой температурный режим в нем желателен.

В этом деле существует множество тонкостей, которые необходимо учитывать. Желательно сделать проект отопления с точным расчетом мощности радиаторов отопления и теплопотерь. Радиаторы отопления лучше устанавливать в той части комнаты, где холоднее всего. В вышеизложенном примере была рассмотрена установка батарей отопления возле окон. Это один из наиболее выгодных и эффективных вариантов размещения элементов отопительной системы.

Рекомендуем прочесть

• Что нужно знать о перфораторе

  15.04.2020

  Просмотров: 291

  Перфоратор – электроинструмент очень похожий на ударную дрель, но все же имеющий существенные отличия, их мы рассмотрим позже. Основное предназначение перфоратора – это работа с твердыми материалами, такими как: кирпич, бетон, камень и т.п. При помощи данного инструмента можно разрушать строения из описанных выше материалов, а так же бурить глубокие отверстия большого диаметра.

• Как выбрать шпатель?

  28. 11.2020

  Просмотров: 246

  Шпатель — это инструмент в виде лопатки, которым производится шпаклевка стен, нанесение отделочных материалов и прочее. По сути это довольно простой инструмент, но когда приходишь в магазин, понимаешь что видов шпателей довольно много. Как определиться, какой шпатель нужен вам?

• Бетоносмесители классификация

  27.11.2017

  Просмотров: 264

  При проведении строительных работ, используется большое количество специализированного оборудования. Оно призвано не только облегчить человеческий труд, но и сделать его более производительным. Например, бетоносмеситель является незаменимым помощником в тех случаях, когда нужно перемешать большое количество раствора, а также поддерживать его в жидком состоянии на протяжении длительного периода времени.

Расчет радиаторов отопления и необходимой тепловой мощности

Как выполнить расчет радиаторов отопления в квартире? Какое количество секций будет минимально необходимым при известной площади помещения?

О простых и относительно сложных способах расчета — эта статья.

Отложим в сторону газовый ключ и болгарку. Сегодня наш инструмент — калькулятор.

Дисклеймер

Эта статья ориентирована не на инженеров-теплотехников, а на владельцев квартиры или частного дома, которые собираются своими руками смонтировать систему отопления. Раз так — инструкция по расчету должна быть простой и понятной.

Мы не станем использовать сложные формулы и такие понятия, как «тепловой поток» и «термическое сопротивление стен», постаравшись предельно упростить подсчеты.

Общие положения

Любой простой способ расчета имеет довольно большую погрешность. Однако с практической стороны для нас важно обеспечить гарантированно достаточную тепловую мощность. Если она окажется больше необходимой даже в пик зимней стужи — что с того?

В квартире, где отопление оплачивается по площади, жар костей не ломит; да и регулировочные дроссели и термостатические регуляторы температуры не являются чем-то очень редким и недоступным.

В случае частного дома и собственного котла цена киловатта тепла нам хорошо известна, и, казалось бы, избыточное отопление ударит по карману. Однако на практике это не так. Все современные газовые и снабжаются термостатами, которые регулируют теплоотдачу в зависимости от температуры в помещении.

Даже если наш расчет мощности радиаторов отопления даст значительную ошибку в большую сторону — мы рискуем лишь стоимостью нескольких дополнительных секций.

Между прочим: помимо среднестатистических зимних температур, раз в несколько лет случаются экстремальные заморозки.
Есть подозрение, что в связи с глобальными климатическими изменениями они будут случаться все чаще, так что, выполняя расчет отопительных радиаторов, не бойтесь ошибиться в большую сторону.

Как рассчитать тепловую мощность отопительного прибора

• Для всех без исключения электрических отопительных приборов эффективная тепловая мощность в точности равна их паспортной электрической мощности .
  Вспомните школьный курс физики: если не совершается полезная работа (то есть перемещение какого-либо объекта с ненулевой массой против вектора гравитации), вся потраченная энергия идет на нагрев окружающей среды.
• У большинства отопительных приборов от приличных производителей их тепловая мощность указывается в сопроводительной документации или на сайте изготовителя .
  
  Часто там можно обнаружить даже калькулятор расчета радиаторов отопления для определенного объема помещения и параметров отопительной системы.

Здесь есть одна тонкость: почти всегда производителем выполняется расчет теплоотдачи радиатора — батарей отопления, конвектора или фанкойла — для вполне конкретной разницы температур между теплоносителем и помещением, равной 70С. Для российских реалий такие параметры зачастую являются недостижимым идеалом.

Наконец, возможен простой, хоть и приблизительный, расчет мощности радиатора отопления по количеству секций.

Биметаллические радиаторы

Расчет биметаллических радиаторов отопления отталкивается от габаритных размеров секции.

Возьмем данные с сайта завода Большевик:

• Для секции с межосевым расстоянием подводок 500 миллиметров теплоотдача равна 165 ватт.
• Для 400-миллиметровой секции — 143 ватта.
• 300 мм — 120 ватт.
• 250 мм — 102 ватта.

Алюминиевые радиаторы

Расчет алюминиевых радиаторов отопления выполняется исходя из следующих значений (данные для итальянских радиаторов Calidor и Solar):

• Секция с межосевым расстоянием 500 миллиметров отдает 178-182 ватта тепла.
• При межосевом расстоянии 350 миллиметров теплоотдача секции уменьшается до 145-150 ватт.

Стальные пластинчатые радиаторы

А как выполнить расчет стальных радиаторов отопления пластинчатого типа? У них ведь нет секций, от количества которых может отталкиваться формула расчета.

Здесь ключевые параметры — опять-таки межосевое расстояние и длина радиатора. Кроме того, производители рекомендуют учитывать способ подключения радиатора: при разных способах врезки в отопительную систему нагрев и, следовательно, тепловая мощность тоже может различаться.

Чтобы не утомлять читателя обилием формул в тексте — просто отошлем его к таблице мощности модельного ряда радиаторов Korad.

Чугунные радиаторы

И только здесь все предельно просто: все производящиеся в России чугунные радиаторы имеют одинаковое межосевое расстояние подводок, равное 500 миллиметрам, и теплоотдачу при стандартной дельте температур в 70С, равную 180 ваттам на секцию.

Полдела сделано. Теперь мы знаем, как рассчитать количество секций или отопительных приборов при известной необходимой тепловой мощности. Но откуда взять саму тепловую мощность, которая нам нужна?

Расчет тепловой мощности

Мы рассмотрим несколько способов расчета, учитывающих разное количество переменных.

По площади

Расчет по площади основан на санитарных нормах и правилах, в которых русским по белому сказано: один киловатт тепловой мощности должен приходиться на 10 м2 площади помещения (100 ватт на м2).

Уточнение: при расчете применяется коэффициент, зависящий от региона страны. Для южных районов он равен 0,7 — 0,9, для Дальнего Востока — 1,6, для Якутии и Чукотки — 2,0.

Понятно, что метод дает весьма значительную погрешность:

• Панорамное остекление в одну нитку явно даст большие теплопотери по сравнению со сплошной стеной.
• Расположение квартиры внутри дома не учитывается, хотя понятно, что если рядом теплые стены соседних квартир — при одинаковом количестве радиаторов будет куда теплее, чем в угловой комнате, имеющей общую стену с улицей.
• Наконец, главное: расчет верен для стандартной высоты потолков в доме советской постройки, равной 2,5 — 2,7 метра. Однако еще в начале 20-го века строились дома с высотой потолков в 4 — 4,5 метра, да и сталинки с трехметровыми потолками тоже потребуют уточненного расчета.

Давайте все-таки применим метод для в комнате размером 3х4 метра, находящейся в Краснодарском крае.

Площадь равна 3х4=12 м2.

Необходимая тепловая мощность отопления — 12м2 х100Вт х0,7 районного коэффициента = 840 ватт.

При мощности одной секции в 180 ватт нам потребуется 840/180=4,66 секции. Число мы, понятно, округлим в большую сторону — до пяти.

Совет: в условиях Краснодарского края дельта температур между комнатой и батареей в 70С нереальна. Лучше устанавливать радиаторы как минимум с 30-процентным запасом.

Простой расчет по объему

Расчет по общему объему воздуха в помещении явно будет более точным уже потому, что учитывает разброс высоты потолков. Он тоже весьма прост: на 1 м3 объема необходимо 40 ватт мощности отопительной системы.

Давайте посчитаем необходимую мощность для нашей комнатки под Краснодаром с небольшим уточнением: она находится в сталинке 1960 года постройки с высотой потолка 3,1 метра.

Объем помещения равен 3х4х3,1=37,2 кубометра.

Соответственно радиаторы должны иметь мощность 37,2х40=1488 ватта. Учтем районный коэффициент 0,7: 1488х0,7=1041 ватт, или шесть секций чугунного лютого ужаса под окном. Почему ужаса? Внешний вид и постоянные течи между секциями через несколько лет эксплуатации восторга не вызывают.

Если же вспомнить, что цена чугунной секции выше, чем у алюминиевого или — идея покупки такого отопительного прибора и впрямь начинает вызывать легкую панику.

Уточненный расчет по объему

Более точный расчет систем отопления выполняется с учетом большего числа переменных:

• Количества дверей и окон. Усредненные потери тепла через окно стандартного размера — 100 ватт, через дверь — 200.
• Расположение комнаты в торце или углу дома заставит нас использовать коэффициент 1,1 — 1,3 в зависимости от материала и толщины стен здания.
• У частных домов используется коэффициент 1,5, поскольку куда выше потери тепла через пол и крышу. Сверху и снизу ведь не теплые квартиры, а улица…

Базовое значение — те же 40 ватт на кубометр и те же региональные коэффициенты, что и при расчете по площади комнаты.

Давайте выполним расчет тепловой мощности радиаторов отопления для комнаты с теми же габаритами, что и в предыдущем примере, но мысленно перенесем ее в угол частного дома в Оймяконе (средняя температура января -54С, минимум за время наблюдений — 82). Ситуация усугубляется дверью на улицу и окошком, из которого видны жизнерадостные оленеводы.

Базовую мощность с учетом только объема помещения мы уже выполнили: 1488 ватт.

Окно и дверь прибавят 300 ватт. 1488+300=1788.

Частный дом. Холодный пол и утечка тепла через крышу. 1788х1,5=2682.

Угол дома заставит нас применить коэффициент 1,3. 2682х1,3=3486,6 ватта.

Наконец, теплый и ласковый климат Оймяконского улуса Якутии приводит нас к мысли о том, что полученный результат можно умножить на региональный коэффициент 2,0. 6973,2 ватта требуется для обогрева маленькой комнатушки!

Расчет количества радиаторов отопления нам уже знаком. Общее количество чугунных или алюминиевых секций составит 6973,2/180=39 секций с округлением. При длине секции 93 миллиметра баян под окном будет иметь длину 3,6 метра, то есть едва поместится вдоль более длинной из стенок…

«- Десять секций? Хорошее начало!» — такой фразой житель Якутии прокомментирует это фото.

Заключение

Дополнительную информацию о расчете отопительных систем вы найдете в видео в конце статьи. Автор же напоследок хочет сделать официальное заявление: в Оймякон по своей воле — ни ногой. Теплых зим!

REHVA Journal 04/2021 – Можем ли мы по-прежнему доверять EN 442? Новые эксплуатационные определения для радиаторов. Часть 2. Анализ и результаты на основе моделей

in-en-442-new-operating-definitions-for-radiators-part-1-измерения и симуляции-1

R. Gritzki 2999
R. Gritzki 2299
R. Gritzki 22299	C. Felsmann	M. Rösler
TU Dresden	TU Dresden	TU Dresden
A. Gritzki	М.0021 J. Naumann
BAUA, ранее TU Dresden	Purmo Group	GWT-TUD, Dresden

Аннотация

. В стандартных условиях EN 442 тепловая мощность смоделированных радиаторов во всех случаях очень хорошо соответствовала проектным данным, указанным в технических паспортах.

Однако также стало очевидным, что в случае радиатора типа 22 для всех уровней температуры подачи и уже в диапазоне типичных массовых расходов моделирование, например измерения, показывает более высокую тепловую мощность (примерно до 10%), чем рассчитано по экспоненциальный подход согласно EN 442-2.

С другой стороны, смоделированная тепловая мощность типов радиаторов без дополнительных конвекционных пластин для широкого диапазона расходов хорошо соответствует значениям тепловой мощности, основанным на экспоненциальном подходе к расчету с использованием логарифмического превышения температуры (также называемого « экспоненциальный подход» далее). Только при очень низких массовых расходах фактическая тепловая мощность ниже по сравнению с экспоненциальным подходом. Это также согласуется с теорией, найденной в литературе. Для типичных областей применения экспоненциальный подход очень хорошо подходит.

Подробные исследования показывают, что при наличии конвекционных пластин коэффициенты внешней теплопередачи уменьшаются с увеличением массового расхода и, таким образом, с уменьшением температурного разброса. В этом случае вертикальное распределение температуры воды внутри радиатора отличается от распределения температуры поверхности радиатора и, следовательно, больше не отражает внешний теплообмен. Более сильное охлаждение нижних частей конвекционных пластин приводит в сумме к меньшему внешнему теплообмену, чем при больших температурных разбросах.

В этом случае применяется расширенный подход к расчету, основанный на EN 442-2, для учета вертикального распределения температуры поверхности радиатора. Для рассмотренных моделей радиаторов с конвекционными пластинами такой подход к расчету приводит к значительному улучшению совпадения расчетных тепловых мощностей с данными, полученными на основе численного моделирования.

Символы
k	heat transfer coefficient	in W/(m² K)
Km	radiator model constant	–
∆tm, ∆Tar	чрезмерная температура (логарифмическая или арифметика)	в K
ṁ	Ставка массового потока	ṁ	.0009	in kg/h
Q̇	heat output	in W
Φ	heat output (EN 442-2)	in W
TIN	Температура питания	в ° C
0007 в ° C
TR	Температура комнаты (точка управления)	в ° C
. (кг K)
∆t	Разница в подаче – температура возврата	в K

0021 Indices
N	nominal point / design point
ar	arithmetic
ln	logarithmic
50	расчетная точка (при превышении температуры 50 K, EN 442-2)

 

Введение

Из части 1 [1] 4 мы узнали, что EN 4 подход, используемый для адаптации тепловой мощности радиаторов к конкретным температурным условиям, приводит к некоторому отклонению примерно на 10% по сравнению с реальными и виртуальными результатами испытаний производительности радиатора. Было показано, что эта неопределенность традиционного экспоненциального подхода каким-то образом связана с радиаторами с конвекционными пластинами (тип 22) и возникает в основном при малых массовых расходах, см. Рисунок 1 .

В Рисунок 1 тепловая мощность двух панельных радиаторов с конвекционными пластинами, полученная в высокопроизводительных виртуальных экспериментах, и соответствующие массовые расходы отображаются как функция разницы между температурой подачи и обратки (температурный разброс). Выделена тепловая мощность при стандартных стандартных условиях (75-65-20). Кроме того, на диаграммах также показана тепловая мощность радиаторов при различной рабочей температуре. Регулировка мощности нагрева выполнялась с помощью экспоненциального подхода EN 442 либо с использованием логарифмического превышения температуры ΔTln, либо арифметического превышения температуры ΔTar. Логарифмическое превышение температуры является более точным для прогнозирования мощности нагрева, но, как уже говорилось, также приводит к некоторой неопределенности.

Глядя на эти результаты, возникает вопрос, в чем причина несоответствия. Первое предположение состоит в том, что это может быть результатом неоднородности распределения температуры (см. графики температурной стратификации в части 1) на всей поверхности радиатора, вызванной большими разбросами температур. Детальные дополнительные исследования (на основе того же логарифмического превышения температуры и сильно различающихся температурных разбросов) показали, что действительно существует разница в вертикальном распределении температуры различных частей радиатора, см. Рисунок 2 . На диаграммах показаны температуры поверхности, усредненные по небольшим горизонтальным срезам для всего радиатора и для компонентов радиатора (вода, оболочка радиатора, конвекционные пластины). Поверхность радиатора состоит из самого металла радиатора и конвекционных пластин.

  

75°С и измененными массовыми расходами, панельные радиаторы с конвекционными пластинами, тип 22 – слева: длина 1,0 м, справа: длина 1,4 м.

 

Рис. 2. Усредненные температуры на горизонтальных срезах для разных массовых расходов, но с одинаковым логарифмическим превышением температуры 38,2 °C, панельный радиатор с конвекционными пластинами, тип 22, длина 1,0 м – слева (a ): 256 кг/ч, справа (b): 28 кг/ч.

В случае большого температурного разброса ( Рисунок 2b ), вызванного низким массовым расходом, температурный градиент над высотой радиатора практически одинаков во всех частях радиатора (вода, металл радиатора и конвекционные пластины; поверхность радиатора сообщается о комбинации металлических и конвекционных пластин). Таким образом, средняя температура радиатора соответствует температуре воды, а вертикальное распределение температуры воды является репрезентативным для внешней теплопередачи. Таким образом, очевидно, что после расчета логарифмического превышения температуры только на основе температур подачи и возврата можно сделать вывод о температуре поверхности радиатора, не зная точного распределения температуры.

К сожалению, несколько иная ситуация наблюдается в случае небольшого разброса температур ( Рисунок 2a ), вызванного большим массовым расходом воды. Температура конвекционных пластин падает от верхней части радиатора к нижней намного быстрее, чем температура воды. В результате вертикальное распределение температуры воды отличается от распределения по всей поверхности радиатора. Имейте в виду, что логарифмическое превышение температуры в EN 442, рассчитанное только по температуре воды на входе и выходе из радиатора, не может объяснить эти явления!

Кроме того, мы можем поспорить с теорией теплопередачи, что коэффициенты внешней теплопередачи радиатора уменьшаются, если вертикальная стратификация температуры становится меньше из-за больших массовых расходов. Учитывая это, были выделены два эффекта, вызванные низким массовым расходом и, следовательно, большим разбросом температур:

1.    Логарифмическое превышение температуры не отражает распределения температуры на теплоизлучающей поверхности радиатора, включая конвекционные пластины.

2.    Менее стратифицированный вертикальный профиль температуры на поверхности радиатора при больших массовых расходах оказывает ограничивающее влияние на коэффициент теплопередачи. Механизм теплообмена ускоряется, если происходит значительная температурная стратификация.

Следует отметить, что стандартизированные условия испытаний EN 442 характеризуются низким разбросом температур 75°C – 65°C=10 K, т.е. параметры модели радиатора Km и n рассчитаны для более неблагоприятной по теплу эксплуатации перевод.

Чтобы также убедиться, в качестве следующего шага, что экспоненциальный подход, основанный на логарифмическом превышении температуры, действителен для произвольного массового расхода (при условии, что параметры модели радиатора, зависящие от нагрузки, известны), некоторые дополнительные исследования с постоянными массовыми расходами и различные температуры подачи были сделаны. В качестве примера этого на рис. 3 показаны данные о теплопроизводительности на основе экспоненциального подхода (Km и n всегда адаптируются к соответствующему массовому расходу), а также на основе моделирования для панельного радиатора типа 22 (1,4 м) и для два различных основных массовых расхода. Результаты ясно показывают, что адаптированный экспоненциальный подход для всех температур подачи очень хорошо соответствует смоделированной тепловой мощности. Это также подтверждает данные литературы [3].

Рисунок 3. Расчетные (зеленый) данные и данные по тепловой мощности на основе экспоненциального подхода (оранжевый) при постоянном массовом расходе и различных температурах подачи, панельный радиатор с конвекционными пластинами, тип 22, 1,4 м – массовый расход слева: 250 кг/ч, справа: 15 кг/ч.

Радиаторы без конвекционных пластин (панельные и трубчатые радиаторы)

В рис 4 и в рис 6 приведены данные по тепловой мощности и массовым расходам остальных четырех радиаторов без конвекционных пластин в зависимости от разницы между подачей и температура возврата отображаются для моделирования, а также для данных каталога на основе логарифмического превышения температуры (и на основе ΔTar). Очевидно, что каталожные данные (т. е. экспоненциальный подход) и моделирование согласуются намного лучше и что в этих случаях различия намного меньше. Только при очень низких массовых расходах смоделированные значения тепловой мощности немного ниже, чем значения, основанные на экспоненциальном подходе.

Подробные исследования, основанные на одном и том же логарифмическом превышении температуры и сильно различающихся температурных разбросах, показали в этом случае, что вертикальное распределение температуры воды и всей поверхности радиатора практически идентично, см. Рисунок 5 . Это означает, что вертикальное распределение температуры воды репрезентативно для внешнего теплообмена, и в обоих случаях одни и те же значения km и n могут использоваться для прогнозирования теплоотдачи.

 

Рисунок 4. Расчетные (зеленый) и каталожные данные по теплопроизводительности на основе экспоненциального подхода (красный/серый) при постоянной температуре подачи 75°C и измененных массовых расходах, панельные радиаторы – левый тип 20, правый тип 10.

Рисунок 5. Усредненные температуры на основе горизонтальных срезов для разных массовых расходов, но одинакового логарифмического превышения температуры 38,2 °C, панельный радиатор с конвекционными пластинами, тип 20, длина 1,0 м – слева: 256 кг/ч, справа: 28 кг/ч.

Поскольку распределение температуры поверхности радиатора явно зависит и от наличия конвекционных пластин. Результаты подтверждают предположение о том, что при поиске более точного подхода к расчету необходимо учитывать распределение температуры поверхности радиатора и его влияние на теплопередачу (а не тот, который уже опубликован в EN 442-2), действительный также для больших температурных различий между температура подачи и обратки. В следующем разделе представлен новый подход.

Рисунок 6. Расчетные (зеленый) и каталожные данные по теплопроизводительности на основе экспоненциального подхода (красный/серый) при постоянной температуре подачи 75°C и измененных массовых расходах, трубчатые радиаторы – слева: 2 трубы, справа: 3 трубы.

Расширенный подход в соответствии с EN 442-2 – Теория и результаты

В предыдущих разделах мы объяснили, что наличие конвекционных пластин нарушает соотношение между температурой воды и температурой поверхности радиатора, что является одним из основных предположений для применение экспоненциального подхода. Это означает, что исходная проблема возникает, если с панельными радиаторами с конвекционными пластинами обращаться как с «обычными» радиаторами, игнорируя явления теплопередачи внутри конвекционных пластин.

В этом разделе представлен расширенный метод расчета для определения тепловой мощности радиаторов в соответствии с EN 442-2. Подход снова основан на логарифмическом превышении температуры ΔTln, но принимает во внимание новые данные, полученные в результате численного моделирования двух радиаторов с конвекционными пластинами (тип 22). Следует отметить, что такой подход не решает исходной проблемы, а лишь обходит ее, чтобы максимально применить существующую процедуру.

Теоретический подход к определению коэффициента теплопередачи в зависимости от температурных условий на основе заданной номинальной точки N (расчетная точка), описанный, среди прочего, Кнабе [4]:

 

при p = 0,25…0,4 для радиаторов. На основании этого соотношения можно определить тепловую мощность радиаторов в других рабочих точках по уравнению

(5)

 

и на основании спецификаций EN 442-2 (постоянный массовый расход, расчетные температуры 75-65-20°C, что означает 50 K (ΔTln = 49,83 K ) over-temperature) it reads

with

and

(6)

 

Since in the simulations as well поскольку при измерениях как Km, так и n зависят от температурного разброса (который увеличивается с уменьшением массового расхода), кажется разумным применить дополнительный поправочный коэффициент F к подходу в соответствии с EN 442-2, который учитывает как влияние температуры, разброс по вертикальному распределению температуры поверхности радиатора, а также нерепрезентативный перегрев, рассчитанный только по температуре воды на внешнем теплообмене. Следовательно, уравнение (6) расширяется на коэффициент, основанный на соотношении фактического разброса температур ΔT = Tin − Tout и разброса в расчетной точке ΔT50, а также удельного показателя модели радиатора q:

с

(7)

В этом подходе, который был рожден на основе, на основе носий, на основе тепла. функция температур радиаторов (но следует иметь в виду, что на самом деле эффективные температуры радиаторов являются результатом температуры подаваемой воды и массового расхода воды). Для двух исследованных радиаторов с конвекционными пластинами (одного типа, разной длины) определенные значения q составляют 0,0357 (длина 1,0 м) и 0,0486 (длина 1,4 м).

В Рисунок 7 до Рисунок 9 значения тепловой мощности и массового расхода этих двух моделей радиаторов в зависимости от разницы между температурой подачи и температуры обратки отображаются для моделирования, а также для данных каталога на основе расширенного метода расчета. Учет распределения температуры на радиаторе, вызванного массовым расходом, приводит к значительному улучшению при низких массовых расходах и больших перепадах температур между входом и выходом. Это относится ко всем уровням температуры и обеим длинам радиаторов. Относительные отклонения при использовании расширенного подхода к расчету тепловой мощности находятся в пределах ±1%. Только при очень малых массовых расходах ниже 10 % от расчетного отклонения могут составлять до ±4 %.

Оставшиеся расхождения между моделированием и расчетом связаны с неточностями логарифмического превышения температуры, упрощениями моделирования CFD и игнорированием (слабой) температурной зависимости показателей n и q.

Для расширенного подхода к расчету оба показателя степени n и q можно считать примерно постоянными для типа радиатора, независимого от расхода и температурных условий.

Как и следовало ожидать, для различных длин излучателей можно найти отношение для определения показателя степени q. В случае данного типа радиатора показатели степени изменились пропорционально длине радиатора или расчетной тепловой мощности («q1,0 м» = 0,0357; «q1,4 м» = 0,0486):

q1,4 м ≈ (1,4 м / 1,0 м) ∙ q1,0 м

Для определения показателя степени q и, таким образом, дополнительного коэффициента F необходим только дополнительный набор данных (на основе одного измерения) со значительным отклонением от расчетного массовый расход (например, 30 % расчетного массового расхода).

панельные радиаторы с конвекционными пластинами тип 22 – слева: длина 1,0 м, справа: 1,4 м.

Рис. 8. C и измененными массовыми расходами, панельные радиаторы с конвекционными пластинами, тип 22 – слева: длина 1,0 м, справа: 1,4 м.

 

Рис. 9. Расчетные (зеленый) и каталожные данные по теплопроизводительности на основе расширенного экспоненциального подхода (красный) при постоянной температуре подачи 90°C и измененных массовых расходах, панельные радиаторы с конвекционными пластинами, тип 22 – слева: длина 1,0 м, справа: 1,4 м.

 

Резюме

Исследования показали, что подход EN 442 надежен для широкого диапазона скоростей потока для прогнозирования тепловой мощности радиатора без дополнительных конвекционных пластин. Только при очень низких массовых расходах и, следовательно, большом перепаде температур экспоненциальный подход показывает некоторую слабость. Тем не менее, для типичных областей применения экспоненциальный подход подходит очень хорошо, кажется, что дополнительные поправки не нужны.

Если присутствуют конвекционные пластины, EN 442 предсказывает меньшую более высокую тепловую мощность (примерно до 10%), чем было измерено Rettig ICC или виртуально испытано. Это относится ко всем уровням температуры подачи, уже находящимся в диапазоне типичных массовых расходов. Детальные исследования показали, что коэффициенты внешней теплопередачи уменьшаются с уменьшением температурной стратификации на поверхности радиатора. Расслоение высокое при низких массовых расходах. В этом случае распределение температуры воды внутри радиатора отличается от распределения температуры поверхности радиатора и, следовательно, больше не отражает внешний теплообмен. Другими словами, соотношение вертикального распределения температур воды и поверхности радиатора различно для разных массовых расходов, а значит, и параметры модели радиатора различны.

В случае радиаторов с конвекционными пластинами применение расширенного подхода к расчету для учета изменения коэффициента внешней теплопередачи, вызванного массовым расходом, приводит к значительному повышению согласованности и надежности расчетов тепловой мощности. Полученные данные и пригодность расширенного подхода следует проверить для других моделей радиаторов (большая высота/длина, полотенцесушители) и типов подключения, а также способа определения дополнительного показателя степени q, чтобы обеспечить их общность. С практической точки зрения необходимо решить, оправдывают ли неопределенности последнего подхода какие-либо усилия по улучшению. В любом случае, виртуальная испытательная кабина TU Dresden для испытаний радиаторов в соответствии с EN 442 очень полезна для анализа явлений теплопередачи на радиаторах.

Ссылки

[1]    Gritzki, R., Felsmann, C., Rösler, M., Gritzki, A., Iivonen, M., Naumann, J. Новые рабочие определения для радиаторов на основе различных условий потока – часть 1 , Измерения и моделирование, REHVA 2021

[2]    EN 442-2. 2014. Радиаторы и конвекторы. Часть 2. Методы испытаний и рейтинг. Beuth Verlag, Берлин.

[3]    Г. Бах, Д. Шлапманн. 1977. Effektive Übertemperatur zur einheitlichen Darstellung der Wärmeleistung von Raumheizkörpern. Ки 10/77, Тейл 6, С. 592-597.

[4]    Кнабе Г. 1992: Gebäudautomation. Verlag für Bauwesen Berlin, München.

Питание электронагревателей постоянным током

Каждый тип нагревателя, который мы продаем в O.E.M. Нагреватели могут быть изготовлены в соответствии с вашими требованиями для работы на постоянном токе. Мы предоставили нагреватели для работы при напряжении от 3В до 84В постоянного тока. Некоторые типичные нагреватели из силиконового каучука на 12 В и кабели обогрева на 12 В доступны для онлайн-покупки со скидками. Скоро выложим обогреватели на 24В. Если у вас есть особые требования, позвоните нам по телефону (866) 685-4443 , заполните одну из наших контактных форм или отправьте нам электронное письмо.

Могу ли я запустить этот нагреватель на 12 вольт постоянного тока?

Этот вопрос мы часто слышим. Если обогреватель рассчитан на работу от 120В, то ответ такой: «Можно, но сильно не нагреется». Однако, если у вас есть нагреватель, рассчитанный на 12 вольт переменного тока, то ответ будет: «Да, вы можете!»

Имеет ли значение, использую ли я переменный или постоянный ток?

Нет, при условии, что напряжение переменного тока эквивалентно напряжению постоянного тока. Напряжение переменного тока (переменного тока) обычно представляется как его среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение. К счастью, напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму, а среднеквадратичное значение можно легко рассчитать, не прибегая к сложным математическим уравнениям — все, что вам нужно, это простое умножение ниже (где В _{Среднеквадратичное значение} — среднеквадратичное значение, а В _пик — пиковое напряжение): Таким образом, стандартная американская розетка на 120 В фактически обеспечивает пиковое напряжение около 170 В. Интересное историческое примечание: среднеквадратичное значение сигнала переменного тока обычно называют «теплотворной способностью» сигнала из-за того факта, что мощность — или, если хотите, тепло, — рассеиваемая сопротивлением, была одинаковой независимо от того, приложенное напряжение было постоянным или переменным. На приведенном ниже графике показана форма сигнала переменного тока по сравнению со среднеквадратичными и пиковыми значениями:

Как подаваемое напряжение влияет на выходную мощность вашего нагревателя

Начнем с основ: электрический нагреватель представляет собой резистивное устройство; то есть он обеспечивает противодействие протеканию тока при приложении напряжения. При этом мощность рассеивается в виде тепла. Мы можем рассчитать, какую мощность резистивная нагрузка может выдержать, используя следующее уравнение:

Как показано в уравнении, максимальная мощность, которую может обеспечить нагреватель, зависит от тока, который может быть подан. Этот ток ограничен токоведущей способностью источника питания, но также может быть ограничен сечением провода. При этом низковольтным нагревателям постоянного тока потребуется больший ток для подачи такого же количества энергии, как и нагревателю, работающему от 120 В или 240 В. Если у вас есть существующий нагреватель, который вы хотели бы использовать при более низком напряжении постоянного или переменного тока, вы можете рассчитать новую мощность, используя приведенное ниже уравнение:

В качестве примера предположим, что у нас есть картриджный нагреватель на 120 В 1000 Вт, и нашему клиенту нужен нагреватель такого же типа и размера, но на 24 В. Если мы подставим эти числа в наше уравнение, мы сможем рассчитать, что нагреватель будет иметь тепловую мощность 40 Вт при подключении к источнику питания 24 В. Использование этого уравнения может быть полезно для клиентов, которые ищут нагреватели с более низким напряжением и мощностью, но не имеют времени или денег, чтобы изготовить для них специальный нагреватель.

Каковы некоторые распространенные области применения нагревателей постоянного тока?

• Кварцевые генераторы — Многие устройства бытовой электроники полагаются на кварцевые генераторы для обеспечения часов реального времени или других измерений, связанных со временем. Для обеспечения точности кварцевые генераторы должны храниться в кристаллической печи с регулируемой температурой.
• Удаленные приложения — Батареи и солнечные панели могут использоваться в качестве источника питания, когда сетевое напряжение недоступно в удаленных местах, таких как сараи, хижины и парковые посты. Аккумуляторы в квадроциклах, жилых домах на колесах и лодках также могут обеспечивать питание, когда необходимы обогреватели салона.