Какое количество теплоты должны передать батареи парового отопления: обзор и способы увеличения. Что влияет на теплоотдачу батарей и как можно ее повысить? Как увеличить эффективность батарей отопления

Почему холодно в квартире?

С наступлением холодов в доме становится прохладно, а ведь зимой как никогда хочется, чтобы в квартире было комфортно и тепло. Рассмотрим самые распространенные причины, из-за которых владельцы квартир жалуются на холод.

Слабая теплоотдача батарей

Установка алюминиевых батарей не гарантирует, что в помещении будет тепло. При покупке радиаторов нужно смотреть технический паспорт, поскольку внешне одинаковые приборы могут иметь разную теплоотдачу. В этом документе указывается количество тепла, которое отдает батарея.
До июля 2018 года многие производители завышали показатели теплоотдачи. После введения сертификации приборов отопления информация в техпаспорте стала соответствовать действительности. Хотя еще встречаются в интернет-магазинах радиаторы с приукрашенными данными. Как правило, в этом нет плохого умысла, просто контент-менеджеры забыли обновить информацию. Помните, что приобретать батареи рекомендуется лишь с сертификатом.

Некорректный размер радиаторов

Прежде чем покупать батареи следует проконсультироваться с профессионалами. Однако некоторые владельцы квартир пренебрегают этим правилом и прислушиваются к советам продавцов. Инженеры при расчете объема приборов учитывают качество остекления, теплопотери, тип дома и прочие факторы. В то время как продавцы-консультанты обращают внимание лишь на размеры помещения. В итоге в комнату покупается радиатор из 10 секций, а она рассчитана на батарею из 12 секций. По этой причине в квартире не поддерживается комфортная температура.
Причиной плохого обогрева квартиры с большими комнатами может стать длинный радиатор. В идеале батарея должна состоять из 15 секций. Когда их больше, то секции, расположенные далеко от трубы, слабо прогреваются. Так случается, потому что в системе не хватает давления и в дальние секции доходит недостаточное количество тепла.
Эту проблему можно решить, заменив один большой радиатор двумя средними. Основное условие: диаметр главной трубы должен быть больше, чем диаметр труб, отходящих к батареи. Тогда тепло будет одинаково поступать к обоим приборам.

Неудачный выбор приборов отопления

Речь пойдет о тех владельцах квартир, которые вместо традиционных батарей устанавливают теплые полы с внутрипольными конвекторами.
Увы, теплый пол не может равномерно прогреть помещение. В дальних углах комнаты температура воздуха все равно будет ниже. Поэтому для балансировки климата необходимо на дальние стены устанавливать дополнительные радиаторы.
У застройщиков обычно с обогревом помещений не возникает проблем, ведь подбор и монтаж отопительных приборов происходит с учетом тепловых расчетов проектировщиков. Однако иногда встречаются исключения. Например, застройщики с целью экономии устанавливают внешние конвекторы отопления, а не внутрипольные. Такие приборы, как правило, используют в жилых помещениях эконом-класса. Так девелоперы пытаются минимизировать затраты, чтобы выставить заманчивую цену за один метр квадратный. Но кроме закупочной стоимости уменьшается еще и эффективность обогрева. К примеру, алюминиевые батареи отдают в комнату в 1,5-2 раза больше тепла, чем некоторые конвекторы.

Неправильная конструкция батареи

Даже если документы в порядке, то качество обогрева помещения может зависеть от конструкции батареи. Хоть чугунные радиаторы и славятся хорошей теплоотдачей, но комнату прогревают не на все 100%. В то время как биметаллические или алюминиевые батареи справляются с этой задачей гораздо лучше.
А все благодаря особенностям конструкции. Такие обогревательные приборы имеют закругления вверху секции, что позволяет направлять тепло в центр помещения, а не сосредотачивать теплый воздух вокруг себя, как это делают чугунные и стальные панельные батареи.

Спрятанные батареи

Скрытие радиаторов может стать одной из многих причин плохого прогрева комнаты. Обычно их прячут за дверцами, экранами и глухими подоконниками или закрывают мебелью (например, диванами и шкафами). Таким образом, конвективный эффект сводится на нет, а горячий воздух портит деревянную мебель.
Однако все может быть не так страшно, если изменения проводились дизайнером с усмотрением компенсации пониженной теплоотдачи. Хуже если владельцы квартиры сами занялись подобными экспериментами. Тогда существует большая вероятность, что в квартире будет прохладно.

какие лучше для частного дома, что ставить на деревянной загородной даче, выбор самых лучших батарей

Автономная система отопления частного дома позволяет выбрать любые радиаторы тепла.

Однако важно учесть их характеристики и особенности расположения внутренних помещений, чтобы организовать обогрев дома наиболее экономно и эффективно.

Что учесть при покупке, и какие приборы лучше использовать для автономного отопления?

Выбор самых лучших радиаторов для частного и загородного дома

Отопление частного сектора отличается от централизованного отсутствием гидроударов и стабильным невысоким давлением.

Оно также различается закрытостью и отсутствием газонасыщения. Поэтому выбор радиаторов для собственного жилья не ограничивается условиями общей системы, а зависит от предпочтений хозяев помещения.

Однако есть технические особенности, которые необходимо учесть при установке тех или других видов отопительных батарей. А именно:

• Долговечность и цену отопительного прибора.
• Внешнюю форму, наличие выпирающих рёбер и углов, безопасность и возможность травмирования.
• Размеры помещения и характеристики теплоотдачи отопительного устройства.
• Расчёты необходимого количества тепла и количества секций, площади радиатора отопления.

Также при выборе батарей учитывают их внешний вид и возможность монтажа в систему.

Виды радиаторов отопления

Выделяют несколько видов радиаторов отопления: чугунные, алюминиевые, биметаллические и вакуумные.

Чугунные для кирпичных, каменных, деревянных зданий

Чугунные батареи — универсальные радиаторы для отопления кирпичных, каменных, глинобитных и деревянных домов. Их почти всегда устанавливают в многоэтажных строениях и часто используют в частном секторе благодаря невысокой цене и самой впечатляющей долговечности — 50-100 лет. Высокий ресурс достигается за счёт замедленной коррозии и толстых стенок.

Фото 1. Чугунный радиатор отопления с декоративной ковкой. Он не только обогревает дом, но и украшает его.

Батареи из чугуна имеют большие внутренние сечения. Поэтому течение воды в них не осложняется механическими примесями, ржавчиной, выпадающим осадком. Теплоноситель не требует фильтрации и частого стравливания воздуха.

Применительно к частному сектору и современным тенденциям отопления, чугунные радиаторы имеют один недостаток. Они отличаются высокой тепловой инертностью, длительно разогреваются, поэтому их сложно использовать в системах терморегулировки.

Что ещё учесть:

• Рифлёную форму с рёбрами жёсткости, которые могут стать причиной детских травм. Предупредить их можно установкой защитной сетки, экрана.
• Значительный вес и нагрузка на фундамент, сложности с транспортировкой и требовательность к качеству монтажа.

Выводы: чугунные батареи — традиционный выбор для систем водяного отопления. Они долговечны, надёжны и инертны. Прекрасно подходят для традиционных кирпичных домов, отопление которых работает в стандартном режиме. Их можно ставить в системы, из которых жидкость периодически сливается, или в которых есть открытый расширительный бачок. При терморегулировке необходимо учитывать, что систему отопления с чугунными радиаторами надо «прикручивать» или добавлять мощность заранее.

Алюминиевые

Современные батареи, которые отличаются от чугунных предшественников весом и низкой тепловой инертностью.

Имеют привлекательный внешний вид, простую плоскую форму, благодаря чему редко становятся причиной травм.

Но главное достоинство — алюминиевые батареи имеют высокий коэффициент теплоотдачи, что позволяет их поверхности быстро обогревать воздух.

Алюминиевые радиаторы экономичны во всех отношениях. Их вес меньше чугунных батарей в 4 раза (1-1,6 кг в одной секции алюминия против 5-7 кг в одной секции чугуна). Внутренняя полость помещает 2,5 л теплоносителя (для сравнения — в чугунных батареях в одну секцию помещается до 10 л). Время разогрева — в 6 раз быстрее чугунных конструкций. Единственное отсутствие экономии — в цене алюминиевых. Они стоят в 2-3 раза дороже.

Недостатки алюминиевых обогревателей:

• Срок службы — меньше чему у чугунных и составляет 15-20 лет. Сокращение срока службы связано с коррозией алюминия и тонкими стенками батарей. Бороться с недостатком можно контролем качества теплоносителя, что вполне возможно в системах автономного отопления частного дома. Отопительная система должны быть полностью закрытой, внутрь заливают дистиллированную жидкость.
• В процессе коррозии внутри алюминиевых батарей образуется водород. Это становится причиной завоздушивания газовыми пробками. Что в свою очередь инициирует появление трещин и течей. Борются с этим недостатком установкой стравливающих клапанов. Они должны работать в автоматическом режиме.

Выводы: алюминиевые батареи можно устанавливать в отопительную систему частного жилого дома с закрытым расширительным бачком при условии контроля состава и качества теплоносителя. В отопительную систему необходимо заливать специальную жидкость, устанавливать автоматические стравливающие устройства. Эти батареи идеально подходят для терморегулировки.

Вам также будет интересно:

Биметаллические

Биметаллические батареи — одна из последних дорогих разработок, появившаяся в качестве альтернативы быстро корродирующим батареям из алюминия. Биметаллические конструкции спаяны из двух металлов — стального сердечника и алюминиевого чехла. Такое сочетание позволяет улучшить коррозионную стойкость (сталь подвержена коррозии меньше алюминия) и сохранить высокую теплоотдачу, благодаря алюминиевой поверхности.

Фото 2. Биметаллический радиатор отопления, установленный на стене. Устройство состоит из нескольких секций.

Биметаллические обогреватели — идеальны для частных домов с любыми стенами. Благодаря небольшому весу, их устанавливают внутри тяжёлых кирпичных строений и вешают на стены лёгких домов-каркасников. Единственным недостатком биметаллических батарей является их высокая цена.

Вакуумные

Последняя рекламируемая модель отопительных батарей со сниженным давлением жидкости внутри. Позиционируется как высокоэффективная конструкция, которая быстро отдаёт тепло и качественно обогревает пространство. Однако вакуумные батареи являются приборами отопления с недоказанной эффективностью. У них — много отрицательных отзывов и высокая продажная цена.

Устройство вакуумной батареи отличается от чугунных и алюминиевых батарей наличием герметичной внутренней полости, внутри которой циркулируют пары этанола (спирта) или пары солевого раствора бромида лития. Эти вещества являются теплоносителями, их циркуляция ограничено полостью радиатора, внутри которой давление сильно снижено (откачано до уровня вакуума). Снижение давления обеспечивает превращение спирта и бромида лития в пар.

Через внутреннюю полость вакуумного радиатора проходит труба, по которой движется обычный теплоноситель — вода.

От горячей воды труба внутри радиатора нагревается и передаёт тепло парообразному теплоносителю. Пар оседает на холодной поверхности наружных стенок радиатора и отдаёт им тепло.

Таким образом, циркуляция жидкости происходит с её постоянным испарением и конденсацией. Эти процесс обеспечивают передачу тепла.

Столь сложные объяснения работы вакуумного радиатора не всегда позволяют понять, за счёт чего повышена эффективность его работы. На самом деле, многие отзывы покупателей говорят, что вакуумные батареи расходуют меньше энергии, и при этом также хуже прогревают помещение. Для достижения одинакового эффекта вместо одной алюминиевой секции приходится ставить два вакуумных радиатора отопления.

Виды стальных батарей

Существуют два типа стальных радиаторов: трубчатые (секционные) и панельные. Они отличаются конструкцией и ценой. Также существуют конвекторные модели с встроенным воздуходувом. Что выбрать для отопления вашего дома?

Панельные

Панельные радиаторы представляют самые недорогие конструкции отопительных батарей.

Они достаточно эффективны, практичны и безопасны, поскольку все имеющиеся в них трубки и выпирающие рёбра закрыты плоским стальным кожухом.

Их внешний вид напоминает плоскую коробку, подвешенную к стене под подоконником и излучающую тепло.

Ещё одно достоинство стальных радиаторов — их цена. В сочетании с небольшим весом, удобством монтажа, эстетичным дизайном цена обеспечивает панельным конструкциям популярность среди покупателей и застройщиков.

Внимание! При выборе стального панельного радиатора важно помнить о его сроке эксплуатации — 20-25 лет.

Трубчатые

Трубчатые конструкции отличаются от панельных ценой — они дороже. По техническим характеристикам две конструкции сравнимы. Есть небольшое отличие в рабочем давлении внутри батарей. Трубчатые радиаторы могут выдерживать большее давление, чем панельные. Но для частного сектора с индивидуальным отопительным контуром этот фактор не важен.

Трубчатые радиаторы называют также секционным, поскольку каждая пара труб объединены в одну секцию.

Отопительная батарея состоит из нескольких секций, число которых определяет количество тепла, которое радиатор излучает за промежуток времени.

Важно для частного сектора: если в многоэтажных домах увеличение численности секций приводит к лучшему обогреву комнаты, то в частном секторе ситуация другая. Тепло, излучаемое в комнату, мало зависит от площади радиатора. Оно определяется теплом, поступающего из нагревательной печи. При увеличении секций в комнате частного дома количество тепла в системе остаётся прежним. Поэтому существенного улучшить эффективность отопления можно только модернизацией отопительной печи.

Конвекторные

Конвекторные радиаторы имеют встроенный вентилятор, который обеспечивает движение нагретого воздуха. Название «конвекторные» связано с физическим термином «конвекция», который обозначает смешивание воздушных потоков. В отоплении частного дома конвекторные модели часто используются в качестве переносных батарей самого простого подключения.

Для их работы достаточно провести в дом электричество и обустроить подходящие по мощности разводку, розетки. Электроконвектор, установленный в комнате, обеспечивает её быстрый нагрев.

Фото 3. Напольный конвекторный радиатор отопления. В верхней части устройства есть отверстия, через которые проходит тёплый воздух.

Конвекторные радиаторы доступны в цене и менее доступны в оплате их работы. Для электроотопления дома необходимо качественно утеплить его стены, потолок перекрытия и фундамент. Тогда обогрев конвекторами тепла будет эффективным и доступным по оплате.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором предлагаются советы по выбору радиатора отопления.

Какие батареи лучше ставить в доме и на даче

В выборе радиаторов для отопления частного дома необходимо руководствоваться особенностями вашей системы отопления и соотношением цены устройства, его долговечности, качества.

Чугунные батареи подойдут для любых домов с различной схемой подключения, кроме энергосберегающих конструкций с «умным» отоплением, которое включается за час до прихода хозяев.

Стальные и алюминиевые — альтернатива чугунным батареям для энергосберегающих и каркасных строений.

Биметаллические — самые дорогие из предлагаемых на рынке, не считая вакуумных. Но обладающие массой достоинств и потому — престижные. А вот эффективность работы вакуумных батарей — под большим вопросом, на сегодня вакуумная конструкция — большой эксперимент.

Как экономить газ, как снизить, уменьшить расход газа в котле, какие батареи лучше. Замена батарей радиатора на конвекторы

Если рассматривать вопрос как экономить газ, или как уменьшить расход газа, то стоит рассмотреть глобальнее, например, как улучшить систему отопления вообще (в целом).

Для всех:		Какой энергоноситель для отопления лучше в вашем регионе (газ или электричество, дрова, пеллеты, тепловые насосы, уголь, солнечные коллектора, солнечные батареи, ветряк…) — можно выбрать, если рассмотреть стоимость 1 квт тепла и выбор системы отопления.
Для квартир с ТЭЦ:		КПД централизованных систем отопления в масштабах города, таких как ТЭЦ, преимущества индивидуальной системы отопления.
Для частных домов и квартир, где проведен газ:		Рассмотрим традиционную систему отопления частного дома, где в качестве энергоносителей выступают полезные ископаемые, например газ, дрова, жидкое топливо, пеллеты.

Какие батареи лучше. Самая совершенная система отопления

При проектировании котельных систем центрального отопления (когда котёл стоит отдельно, а радиаторы отопления в каждой комнате), ставится главная задача — передать максимальное количество тепла на заданное расстояние от котла с минимальными потерями энергии. Установка обогревателя непосредственно по месту потребления тепла — идеальный вариант системы отопления, когда разводки труб нет вообще. Иначе приходится ставить теплоизоляцию труб. Поэтому требуется предварительный расчёт системы отопления для оценки рентабельности передачи тепла на такие расстояния вообще, по сравнению с установкой газового конвектора по месту. Так в случае с системами центрального отопления, где 60% потерь при передаче тепла компенсируется только за счёт низкой стоимости тепла, которое возникает на ТЭЦ из-за низкого КПД получения электроэнергии из газа и это тепло просто некуда девать.

Совершенная система отопления имеет наибольшую скорость передачи тепла от котла к радиатору отопления.

Теплоотдача радиаторов. Радиатор или конвектор. Переход на низкотемпературные конвекторы

Чем выше температура подачи воды в радиатор, тем быстрее можно передать тепло. Но высокая температура радиатора сигнализирует о его неэффективности как отопительного прибора, так как радиатор плохо охлаждается воздухом помещения и тёплая вода возвращается обратно в котёл. Так система отопления гоняет тепло внутри себя — что бессмысленно, если только установлен не пиролизный котёл, где нужно разогреть котёл по малому кругу и выйти на пиролизный режим горения дров. Главная задача регулирования водяной системы отопления — равномерно прогретые радиаторы с максимально возможной разницей температур подачи и возврата воды в котёл для максимальной эффективности радиаторов. Поэтому самые лучшие радиаторы — конвекторы. А устанавливать декоративные решетки на радиатор не рекомендуется, так как они задерживают тепло и понижают КПД системы отопления вообще. Лучшее предложение — закрытые свадебные платья с рукавами фото Киев.

Для того, чтобы конденсационный котёл вышел на режим работы и стал конденсационным в отличии от газового котла с закрытой камерой сгорания, температура входящей в котёл воды должна быть как можно ниже, но не выше +55°С , так как начинается процесс конденсации водяных паров в теплообменнике дымохода. Теплообменник охлаждается обратной водой от радиатора, поэтому эффективность радиатора влияет на КПД газового котла. Закрытая камера сгорания конденсационного котла даёт увеличение КПД всего на 5% в отличии от открытой камеры неконденсационного котла за счет наличия дополнительного теплообменника и точного контроля условий работы камеры сгорания — состава смеси воздуха с газом на всём диапазоне мощности. Поэтому эффективность системы отопления с конденсационным котлом тем выше, чем ниже температура радиатора — радиатор низкотемпературный. Максимальный эффект от экономии газа можно получить с конденсационным котлом, работающим на водяные тёплые полы, где температура подачи горячей воды +45°С, а это изначально ниже 55 °С, и можно обойтись без смесителя для тёплых полов.

По мере развития отопительной техники решалось несколько задач:

То есть, движение тепла от ископаемого к воздуху дома. Тепловой насос, с помощью фреона выполняет ту же задачу, но из воздуха снаружи дома к воздуху внутри дома.

Технологии газовых котлов, которые уже используются, поставлены на промышленное производство, чтобы сделать экономную систему отопления или для уменьшения расхода газа:

Системы отопления				Котёл	Конструкция дымохода
Отопительный прибор (внешняя циркуляция воздуха)	Циркуляция (теплоносителя — воды, этиленгликоля)	Гидравлическая балансировка	Расширительный бак	Горелка котла	Тяга	Конденсационный теплообменник отходящих газов
Высоко-температурный радиатор (до 100 0С) водяной	Естественная	Уклоны	Открытый	Постоянного горения	Естественная	Нет, так как тяга естественная за счёт этого тепла
Низко-температурный (для более эффективного охлаждения самим воздухом)	Циркуляционный насос (для равномерного нагрева радиатора позволяет уменьшить расход газа)	кран (для ручного уменьшения подачи воды в ближайшие радиаторы относительно дальних)	закрытый, мембранный (для работы циркуляционного насоса, решает проблему воздуха в системе отопления)	Автоматическая ,ступенчатый вкл/выкл (для нагрева радиатора в зависимости от погоды)	Принудительная, закрытая камера сгорания — турбо (для установки конденсационного теплообменника и вывести горение на оптимальный режим на всём диапазоне плавного регулирования пламени)	Одноступенчатый (для получения дополнительного тепла от дыма — температура дыма снижается с 120оС до 55оС)
на украине курс валют Конвектор (для более эффективного охлаждения вентилятором и повышения теплоотдачи радиатора)		Компенсатор (автоматический кран)		Модулируемая, плавного регулирования (для равномерного низко-температурного нагрева радиатора в зависимости от погоды позволяет уменьшить расход газа)		Двухступенчатый (тепло от дыма отбирается два раза позволяет значительно уменьшить расход газа)
Теплый пол (для эффекта снижения комфортной температуры воздуха, позволяет уменьшить расход газа)

Возможны различные комбинации (сочетания) технологий в системе отопления. Для сравнения, в первой строке таблицы — набор самых необходимых элементов для самой простой водяной системы отопления и установки котла отопления.

При модернизации старой системы отопления многие задаются вопросами о том, как выбрать котёл, какой установить котёл, какую систему отопления лучше установить, нужна ли замена батареи или радиатора. Знания степени влияния технологии на экономию газа и на КПД системы отопления в целом позволяют легко выбрать котёл. В конденсационных котлах используются все возможные технологии, поэтому КПД таких котлов доходит до 98%, дальше просто некуда.

Существуют разные по скорости способы передачи тепла:

• Теплопроводностью твёрдого тела (быстрый)
• Естественным движением газа или жидкости (медленный)
• Принудительным движением газа или жидкости ( быстрый , а в тепловых трубках — ещё быстрее теплопроводности)
• Излучением (самый быстрый на Земле)

Возможно, будущее за теплообменниками инфракрасного излучения. Как и в природе, Солнечная энергия нагревает Землю. Проблема инфракрасных обогревателей в том, что высокотемпературные обогреватели с открытой спиралью выжигают кислород и сушат воздух. Кроме того, что из-за них приходится ставить ионизатор воздуха, а теперь ещё и увлажнитель. Даже вариант с закрытой спиралью греет колбу лампы до 300 ^oС — это обычная лампочка Эдисона или Ильича, которая на 95% греет, а на 5% светит.

Сравнение теплоотдачи радиаторов разного типа

Тепловые характеристики радиаторов Ogint с межосевым расстоянием 500 мм:

 

Теплоотдача радиаторов отопления является одним из основных параметров, которые необходимо учитывать при выборе отопительных приборов. Этот показатель напрямую определяет эффективность обогрева помещений. При выборе радиаторов обязательно необходимо учитывать, какая теплоотдача у предлагаемых приборов.

В таблице выше приведены характеристики теплоотдачи одной секции для радиаторов Ogint, которые по данному параметру являются одними из лучших на современном отечественном рынке. Эти данные позволяют выполнить сравнение теплоотдачи для разных типов радиаторов.

Показатель теплоотдачи, или мощности, радиаторов характеризует то, какое количество тепла прибор отдает в окружающую среду в единицу времени. При выборе отопительных приборов проводится расчет по формуле теплоотдачи радиаторов с целью определения мощности батареи. Полученное значение соотносят с тепловыми потерями помещения.

Оптимальной считается мощность, которая перекрывает тепловые потери на 110-120%. Это лучшая теплоотдача, при которой в помещениях поддерживается комфортная температура. Недостаточная мощность не позволит батарее качественно обогревать помещение. Повышенная теплоотдача приводит к перегреву. Для автономных систем отопления слишком высокая мощность батарей означает еще и повышенные затраты на отопление.

Чтобы повысить теплоотдачу, можно добавить к радиатору дополнительные секции или изменить схему подключения. Для автономных систем отопления также может быть доступно увеличение температуры теплоносителя. При использовании любого из этих способов должен предварительно выполняться пересчет теплоотдачи радиаторов.

На теплоотдачу радиаторов отопления влияют следующие параметры:

• температура теплоносителя в системе. Чем выше температура, тем больше тепла отдают батареи;
• материал радиатора. Разные металлы имеют разные коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности;
• полезная площадь теплообмена. Определяется конструкцией радиатора. Например, поверхность теплообмена радиаторов с межосевым расстоянием 500 мм больше в сравнении с приборами с межосевым расстоянием 380 мм. Также значительно увеличивает полезную площадь оребрение.

Таким образом, при выборе приборов для системы отопления необходимо учитывать их материал и конструктивные особенности, характерные для определенного типа радиаторов.

Стальные панельные радиаторы

Теплоотдача стальных радиаторов является самой низкой из наиболее распространенных сегодня видов отопительных приборов. Это объясняется достаточно слабой теплопроводностью конструкционной стали, из которой они изготавливаются. Кроме того, панельные радиаторы имеют довольно скромную поверхность теплообмена, которая фактически ограничена площадью самой панели. Поэтому с целью достижения необходимой тепловой мощности для качественного обогрева зачастую приходится применять отопительный прибор с увеличенными габаритами.

Чугунные радиаторы

Теплоотдача чугунных радиаторов несколько выше по сравнению с панелями из стали. Чугун тоже имеет небольшую теплопроводность и достаточно слабо отдает тепло воздуху. Кроме того, батареи имеют толстые стенки, что также затрудняет передачу тепла.

В процессе эксплуатации в системе централизованного отопления внутренняя поверхность чугунного радиатора может быстро покрываться накипью, в результате чего тепловая мощность может существенно снижаться. Теплоотдача батарей старого типа (традиционная «гармошка»), в зависимости от качества изготовления, может составлять 60-80 Вт.

Современные чугунные батареи (и Ogint в частности) имеют более впечатляющие характеристики. За счет применения эффективного оребрения и сплава повышенного качества достигается сравнительно большая теплоотдача, которая может достигать 160 Вт.

Алюминиевые радиаторы

Теплоотдача алюминиевых радиаторов является наиболее высокой среди современных приборов для систем водяного отопления. Это позволяет им обеспечивать наиболее эффективный обогрев и снижать затраты на отопление при использовании в автономных системах. В сочетании с отличными эстетическими качествами, функциональностью, небольшим весом и другими преимуществами это обеспечивает приборам данного типа высокую популярность.

Максимальная теплоотдача достигается за счет высокой теплопроводности алюминия. Кроме того, радиаторы имеют значительную площадь оребрения и передовую конструкцию, которая обеспечивает максимально эффективную передачу тепла конвекционным и лучевым способом. Так, теплоотдача секции алюминиевого радиатора Ogint составляет в среднем около 190 Вт.

Биметаллические радиаторы

Биметалл — это также радиаторы с высокой теплоотдачей. По этому показателю они лишь немного уступают алюминиевым приборам. Это связано с тем, что стальной сердечник, по которому циркулирует теплоноситель, имеет относительно небольшую теплопроводность. Однако алюминиевый кожух нагревается от стали довольно быстро и обеспечивает интенсивную передачу тепла воздуху. В результате достигается большая теплоотдача.

Конструктивно биметаллические радиаторы практически не отличаются от алюминиевых. Поэтому они имеют дизайн, который максимально способствует эффективной передаче тепла. В среднем теплоотдача биметаллических радиаторов Ogint составляет 175-185 Вт, лишь немного уступая по данному показателю алюминиевым.

Виды радиаторов отопления, теплоотдача, какой лучше выбрать

К современной батарее предъявляются особые требования. Они должны быть качественными и красивыми. Но теплоотдача чугунных радиаторов отличается от алюминиевых или биметаллических приборов. Так какую же батарею выбрать в дом?

Для начала нужно разобраться, что же такое теплоотдача в принципе. Это показатель, означающий количество тепла, которое батарея способна передать комнате за определенную единицу времени. Обычно теплоотдача измеряется в ваттах.

Виды радиаторов по материалу

Именно на материал прибора следует обращать внимание при его выборе. Дизайн стоит не на последнем месте, но способность батареи отопить площадь помещения зависит именно от того, из чего она произведена.

Чугун – это некогда очень популярный материал для отопительных приборов. Именно из чугуна производили все радиаторы для хрущевок и тому есть вполне понятное объяснение – он долго сохраняет тепло.

Но теплоотдача чугунного радиатора не очень высокая. В зависимости от конструкции прибора она начинается от 80 и доходит до 160 Вт на секцию.

Другим критерием, по которому можно судить о мощности отопительного прибора, является тепловое излучение. Самые высокие показатели у чугуна. Это значит, что чугунный радиатор способен передать воздуху комнаты максимальное количество тепла.

А это, в свою очередь, сокращает расходы на отопление. Поэтому чугунные батареи есть смысл приобретать, если система отопления работает не на полную мощность. Также этот материал может достигать максимальной температуры для отопительных приборов, равной 130 градусам.

Чугунные батареи

Несмотря на то, что теплоотдача чугунных радиаторов мала, их по-прежнему применяют в квартирах, так как приборы совершенно нечувствительны к качеству воды. В центральной системе отопления оно довольно низкое.

Но батареи из чугуна очень громоздкие. Обычно дизайн таких радиаторов оставляет желать лучшего. Батарею из чугуна нужно часто мыть, чтобы грязь не застревала между секциями, иначе сделать это потом будет очень сложно.

Среди недостатков радиатора также можно отметить небольшое сопротивление гидроударам и разницу между сечением самих батареи и стояков, из-за чего каналы внутри могут быстро загрязниться.

Алюминиевые радиаторы отопления

Алюминий – материал по своим характеристикам совершено другой. Он легкий, но не хрупкий. Дизайн батарей из алюминия может быть очень привлекательным. За такими приборами не нужен постоянный уход, как в случае с батареями из чугуна.

Также радиаторы из алюминия лучше справляются с гидроударами. Сечение таких приборов обычно идентично сечению стояков, и в этом случае теплоноситель движется с большой скоростью, что препятствует засорению его каналов.

Теплоотдача алюминиевых радиаторов находится на высоком уровне и составляет от 130 до 210 Вт в зависимости от конкретной модели.

Существенным минусом алюминиевых радиаторов является их неспособность противостоять резким скачкам давления. Когда происходит тестирование центрального отопления, они могут выйти из строя.

Еще один минус – это большая требовательность алюминиевой батареи к качеству воды.

Вместе с алюминием не рекомендуется использовать комплектующие их других материалов.  Например, он будет плохо сочетаться с медью или латунью. Сгоны из таких материалов могут привести к окислению. Максимальная температура, которой достигают алюминиевые батареи, равна 110 градусам.

Биметаллические батареи

Интересный вариант — биметаллические батареи, которые отличаются особой конструкцией. Такой прибор имеет алюминиевые секции, а внутри находится стальной сердечник.

Биметаллический радиатор может выдерживать большое давление, в чем и состоит его первый плюс. В этом случае алюминий способен эффективно обеспечить тепловой поток и равномерно прогреть весь корпус, а стальная сердцевина защитит батарею от воздействия агрессивных средств.

Теплоотдача биметаллических радиаторов доходит до 200 Вт, а начинается от 130 Вт. Как и у алюминиевых, проходное сечение меньше или идентично сечению стояка, поэтому биметаллические батареи также не загрязняются изнутри.

Максимальная температура, которой может достигнуть биметаллический прибор, высока так же, как и у чугунного варианта – около 120-130 градусов.

Биметаллические радиаторы смогут разогреть воздух до высокой температуры и долго функционировать без проблем. Однако в качестве минуса можно отметить их высокую стоимость.

Стальные радиаторы

Стальные батареи лучше всего выбирать при устройстве автономной системы отопления, а при центральной — из другого материала. Стальные радиаторы плохо переносят скачки напряжения.

Показатель теплоотдачи радиаторов отопления из стали на одну секцию — 150 Вт. Что касается проходного сечения, то оно меньше, чем у стояка. Поэтому приборы из стали остаются чистыми внутри. Также они прекрасно противостоят коррозии. Максимальная температура, до которой нагревается прибор, равна 110 градусам.

Какой радиатор выбрать

Если сделать краткий вывод, то по теплоотдаче лучшим вариантов станут алюминиевые батареи, так как на одну секцию показатель может достигать 210 Вт. Рабочее давление составляет от 12 до 16 килограмм на сантиметр в кубе.

У биметаллических теплоотдача доходит до 200 Вт, зато рабочее давление самое лучшее из всех предложенных вариантов – до 36 килограмм на сантиметр в кубе.

На третьем месте по теплоотдаче стоят чугуне радиаторы, у которых показатель на одну секцию доходит до 160 Вт. На четвертом – стальные с теплоотдачей 150 Вт на секцию.

Самое маленькое рабочее давление у чугунных радиаторов – около девяти килограмм на см/куб.

Расчет количества тепла на помещение

Какой температуры будет комната, зависит от материала радиаторов, от ее площади и от количества ее секций. Последний показатель также очень важен.

Чтобы рассчитать, сколько тепла потребуется для обогрева помещения, можно исходить из того, что на комнату в среднем в 10 квадратных метров потребуется один киловатт мощности. Если зимы теплые – 0,7 кВт. А если температура зимой часто опускается ниже 30 градусов – 1.3 кВт.

Для точного расчета потребуется знать районные коэффициенты, теплопотери, которые могут проходить через двери и окна, расположение коммуникаций.

Например, для хрущевки с двумя комнатами с учетом всех окон и дверей необходимая мощность составит примерно 8 кВт. Когда известна теплоотдача, можно рассчитать и необходимое количество секций. Для этого количество ватт нужно разделить на среднее количество теплоотдачи на секцию, равное 160 Вт. Например, для той же двухкомнатной хрущевки будет достаточно 50 секций.

Однако характеристику мощности прибора можно несколько улучшить с помощью особых методик, а также ухода за прибором.

Если батарею протирать время от времени, то температура в помещении будет выше. Это связано с тем, что чистая поверхность способна отдать больше тепла помещению.

Слой краски для батареи должен быть как можно тоньше. В продаже существуют специальные краски для батарей, которые не снижают их мощностей.

На теплоотдачу прибора очень сильно влияет его установка. При монтаже следует учитывать, что алюминиевые, стальные, биметаллические батареи не должны быть установлены вплотную к стене или полу. Также их не нужно наклонять или загораживать, препятствуя ходу конвекции.

При возможности проверяйте внутреннюю часть батареи. Иногда при производстве остаются небольшие заусенцы, на которых может накапливаться грязь. А это со временем станет серьезным препятствием для циркуляции теплоносителя.

Если вы приобрели прибор небольшой мощности, но хотите сделать температуру внутри помещения оптимальной, покройте стену за батареей фольгированным утеплителем или обычной фольгой. Такой материал будет отражать тепло обратно в комнату. Также поможет улучшить конвекцию электрический вентилятор, установленный у батареи.

При этом важно выбрать самую бесшумную модель, которая потребляет меньше всего мощности. Такой способ поможет повысить в комнате температуру на пару градусов, что весьма ощутимо в холодное время года.

Воздух в системе отопления: просто о сложном

1.Воздух в системе отопления. Просто о сложном.



— «воздух» — что это?

— воздух в системе отопления. (причины появления, последствия)

— общие принципы борьбы с завоздушиванием системы отопления

— технологические новинки обезводушивающих систем.



Доброго времени суток, дорогой читатель. В своей сегодняшней статье я постараюсь рассказать о той проблеме, с которой регулярно сталкиваюсь в ходе ежедневной работы. Я работаю в отделе клиентского сервиса компании ХОГАРТ. Основная наша задача, консультирование клиентов (монтажные, мелкооптовые, оптовые и строительные компании) по выбору оборудования, его использованию и обслуживанию. Тот вопрос, который хотелось бы осветить сегодня встречается на любом объекте у любого клиента, если речь заходит о водяном отоплении. Говорить мы сегодня будем о воздухе в системе отопления. Я постараюсь обойтись без использования сложных технических терминов. Начнем с начала.



2.Что такое воздух?



Сам по себе воздух как и многое в природе не состоит из какого-то одного вещества – это смесь газов. Химический состав воздуха прост: азот-78, 08%, кислород-20, 94%, инертные газы-0, 94%, диоксид углерода-0, 04%.Теперь подробнее.

КИСЛОРОД — газ без цвета и запаха, хорошо растворимый в воде. Помимо этого кислород активно взаимодействует с другими химическими веществами (образует окислы, в том числе с металлом, например ржавчина.

Что касается АЗОТА – здесь все несколько проще. Он не так активен как кислород (не вступает в активную реакцию с металлом в системе отопления), однако по своему распространению ничуть ему не уступает. По весу этот газ немного легче кислорода.

3. Почему воздух в
системе отопления это плохо?

Сейчас я опишу Вам картину,
знакомую 100% монтажников систем отопления. Итак: монтируем систему, заполняем
теплоносителем, запускаем котел и …. Несколько радиаторов или целая ветка
системы отопления не греются. Проверяем воздухоотводчики, стравливаем
скопившийся воздух. Заработало. Прошел месяц – таже картинка – опять не
работает какой-то радиатор. Снова едем к клиенту и все по новой. Знакомо?

Причина такого знакомства
– воздух. Попадая в приборы отопления он создает воздушные пробки, которые не
дают теплоносителю нормально циркулировать. Теплоноситель застаивается в
системе и теплообмен нарушается. Типична следующая картинка (как на рисунке) :
не греется угол или часть радиатора, а другая его часть находится в нормальном
состоянии.

Не менее распространена и другая
«беда»– выход из строя
различных металлических элементов системы по причине коррозии. Сама по себе
ржавчина хорошо знакома любому из нас. Все мы еще из школы знаем, что кислород
окисляет металл из-за чего и возникает коррозия. Другое дело растворенный в
воде кислород. Его не видно, а ржавчина – вот она! Сломанная запорная арматура,
вышедшая из строя сантехника, забитые ржавчиной трубы системы отопления – вот
далеко не полный список последствий воздействия кислорода на металл инженерных
систем Вашего дома.

Если коротко описать последствия
воздействия воздуха на Вашу систему отопления, то список получится примерно
такой:

— завоздушивание труб и радиаторов

— шумы в радиаторах

— снижение мощности котл и радиаторов

— выход из строя отдельных узлов или деталей системы

4. Как воздух попадает в систему отопления?

Давайте по порядку – может он
оттуда никуда и не уходил? Для того, чтобы было удобнее представим систему
отопления стандартного коттеджа (средний объем около 200 литров теплоносителя).
Что из себя представляется система отопления в таком доме?

Обычно это газовый или любой другой котел, который служит
источником тепла, радиаторы, краны, различные трубы и фитинги, соединяющие
между собой котел и другие приборы.

«Откуда же в системе воздух?» – спросите Вы.

«А он никуда и не уходил…» — ответит Вам с улыбкой монтажник и в этой шутке
есть своя доля истины.

Современная система отопления по сути своей представляет замкнутый контур
состоящий из труб, радиаторов и иных приборов. Казалось бы воздуху там взяться
неоткуда. Или так только кажется? Начнем с заполнения системы.

Через специальный кран вода
подается в ЗАКМНУТУЮ систему и начинает ее заполнять. Но система была собрана
на объекте ,в обычных условиях, а значит в ней уже есть воздух и вода будет его
вытеснять по мере заполнения системе.

Куда деваться воздуху?

Для его удаления предусмотрены
многочисленные воздухоотводчики, которые на сегодняшний день устанавливаются
практически на всех гребенках и других элементах системы отопления. Эти
устройства могут справляться с отведением воздуха который был вытеснен из
системы отопления теплоносителем. Но как быть с тем воздухом, который растворен
в воде и циркулирует с ней по системе отопления.

Здесь большинство специалистов может предложить
установить дополнительно сепаратор воздуха для системы отопления. Определенная
логика в этом есть – воздухоотводчики удаляют выделившийся воздух, сепараторы
удаляют пузырьки воздуха из потока, НО! Особенность сепараторов воздуха
заключается в том, что эффективно работать они могут в двух условиях: давление
и высокая температура.

Поэтому обычно их устанавливают
внизу, рядом с котлом. Вопрос
заключается в том, что 80% в году наша система отопления работает в переходных
режимах. В таких условиях установка сепаратора проблему не решит, а поступление
воздуха в систему через ее узлы никто не отменял. Да-да! Не удивляйтесь.
Система отопления тоже «дышит». Воздух может поступать через такие элементы
системы, как расширительный бак, полипропиленовый трубы, трубы из шитого
полиэтилена, резиновые прокладки, уплотняющие материалы, такие как фумлента и
лён. Диффузия газа через синтетические материалы минимальна, но она есть и идет
постоянно.

Таким образом мы приходим к тому,
что нам необходимо устройство способное удалять воздух из системы независимо от
параметров ее работы. А есть ли такое оборудование?!

5. Выход есть!

Недавно компания Reflex сообщила о
выходе на рынок РФ и СНГ нового поколения оборудования для обезвоздушивания
систем отопления – это REFLEX

«SERVITEC MINI». Подобное оборудование ранее применялось только в
промышленных системах.

Reflex первым из производителей адаптировал его для повседневного использования в индивидуальных системах
отопления. Давайте знакомиться с
новинкой.

Работа данного оборудования основана на принципе выделения пузырьков растворенных в жидкости газов (воздуха) при понижении давления.

Ниже на схемах можно посмотреть , как это происходит
поэтапно.

ЭТАП 1. Создание
вакуума                               ЭТАП 2.Начинается процесс дегазации

ЭТАП 3.
Удаление газов                                ЭТАП 4.
Возврат в начальное положение

Таким образом в компактном
корпусе предлагается устройство, которое эффективно борется с завоздушиванием
Вашей системы отопления. Получить дополнительную информацию по параметрам
работы данного оборудования Вы можете в отделе клиентского сервиса компании
ХОГАРТ – [email protected]. Если Вас
интересует цена или срок поставки данного оборудования – обращайтесь в отдел
продаж ХОГАРТ по
тел +7 495 780 78 66.

Расчет водяного теплого пола , онлайн калькулятор теплопотери

Желаемая температура воздуха

Температура воздуха в помещении, которая является комфортной
для жильцов. Этот показатель весьма индивидуален – кто-то любит чтобы в комнате
было очень тепло, а кто-то не переносит жару и предпочитает прохладу.

В среднем можно принять 20⁰С. По европейским нормам в
спальнях, гостиных, кабинетах, кухнях, столовых принимается 20-24⁰С; в
туалетах, гардеробных, кладовых – 17-23⁰С; в ванных 24-26⁰С.

Чем выше желаемая температура воздуха, тем больше энергии
нужно затратить на ее достижение и поддержание.

Вверх

Температура подачи и обратки

Температура подачи – температура теплоносителя на входе в
теплый пол (в подающем коллекторе).

Температура обратки – температура теплоносителя на выходе из
контура теплого пола (в обратном коллекторе).

Температура подачи должна быть выше температуры обратки, иначе
теплый пол не будет отдавать тепло в помещение. Оптимальным является
поддержание разницы температур подачи и обратки в 10⁰С.

Температура подачи должна быть выше желаемой температуры
воздуха в помещении.

Вверх

Температура в нижнем помещении

Этот показатель используется для учета теплового потока
вниз.

Если рассчитывается водяной теплый пол в двух- или
многоэтажном доме, то в расчете используется температура воздуха в
расположенной ниже комнате. Например, 22⁰С.

Если теплый пол располагается над подвалом, то используется
температура, поддерживаемая в подвале. В случае, если дом не имеет подвала, а
пол располагается над грунтом или на грунте, то следует использовать
температуру воздуха в самую холодную пятидневку для конкретного города.
Например, для Москвы это -26⁰С.

Вверх

Шаг укладки трубы теплого пола

Шаг укладки трубы – расстояние между трубами в стяжке
теплого пола. Он влияет на теплоотдачу пола – чем меньше шаг, тем выше тепловой
поток с каждого квадратного метра пола. И наоборот – чем больше шаг, тем меньше
тепловой поток. Только Европейские трубы для теплых водяных полов.

Оптимальным является шаг укладки труб в пределах 100-300 мм.
При меньшем шаге возможна отдача тепла из трубы подачи в трубу обратки, а не в
помещение. При большем шаге может образоваться «полосатое тепло» — участки, где
нога отчетливо чувствует тепло над трубами и холод между ними.

Влияние шага укладки трубы теплого пола на равномерность прогрева можно посмотреть на
рисунке. 

Вверх

Длина подводящих труб от коллектора

Это длина трубы от коллектора до начала контура теплого
пола, т.е. точки, где трубы укладываются выбранным рисунком с заданным
шагом.  Плюс длина от конца контура до
обратного коллектора.

Если коллектор установлен в том же помещении, где
монтируется теплый пол, то длина подводящей магистрали минимальна и практически
не оказывает влияния на гидравлическое сопротивление петли. Если же коллектор
устанавливается в другом помещении, то длина подводящей магистрали может оказаться
большой. При этом гидравлические потери на подводящей магистрали могут
составлять до половины гидропотерь петли.

Вверх

Толщина стяжки над трубой теплого пола

Стяжка над трубой выполняет 2 функции – воспринимает нагрузку
от предметов и людей, защищая трубу от повреждений, и распределяет тепло по
поверхности пола.

Если стяжка над трубой армируется, то ее минимальная толщина
должна быть не меньше 30 мм. При меньшей толщине стяжка не будет обеспечивать
необходимую прочность и будет ощущаться эффект «полосатого тепла» —
неравномерный нагрев поверхности пола.

Также, стяжку не стоит делать толще 100 мм, т.к. это
приведет к тому, что пол будет прогреваться очень долго. При этом регулирование
температуры становится практически невозможным – изменение температуры
теплоносителя будет ощутимо спустя несколько часов, а то и сутки.

Оптимальная толщина стяжки без добавления пластификатора и фибры — 60-70 мм. Добавление фибры и пластификатора позволяет заливать стяжку толщиной 30-40 мм.

Влияние толщины стяжки на равномерность прогрева можно посмотреть на рисунке. 

Вверх

Максимальная температура поверхности пола

Максимальная температура поверхности пола – температура поверхности пола
над трубой контура в стяжке. Согласно СНиПу не должна превышать 35⁰С.

Вверх

Минимальная температура поверхности пола

Минимальная температура поверхности пола – температура поверхности пола
на равном расстоянии от соседних труб контура. Чем больше шаг укладки трубы,
тем больше разница между максимальной и минимальной температурой пола.

Вверх

Средняя температура поверхности пола

Средняя температура поверхности пола – среднее значение между
максимальной и минимальной температурой поверхности пола.

Согласно СНиПу, в помещениях с постоянным нахождением людей эта
температура не должна превышать 26⁰С. В помещениях с непостоянным пребыванием
людей и с повышенной влажностью (ванные, бассейны) средняя температура
поверхности пола не должна превышать 31⁰С.

На практике такие значения являются заниженными – ощущения тепла
для ног нет, поскольку температура ступни человека 26-27⁰С. Оптимальной
является температура 29⁰С – при этом обеспечивается комфорт. Поднимать
температуру выше 31⁰С не стоит, т.к. это приводит к высушиванию воздуха.

Вверх

Тепловой поток вверх

Количество тепла, которое теплый пол отдает на обогрев
помещения.

Если планируется использовать водяной теплый пол в качестве
основной системы отопления, то этот показатель должен немного превышать
максимальные теплопотери помещения.

Если основным видом отопления являются радиаторы, то
тепловой поток вверх компенсирует лишь незначительную часть тепловых потерь, а
первоочередным показателем является температура пола.

Вверх

Тепловой поток вниз

Количество тепла, уходящее от труб водяного теплого пола
вниз. Поскольку эта энергия расходуется не на обогрев помещения, то тепловой
поток вниз является потерей тепла. Для повышения энергоэффективности системы
этот показатель должен быть как можно ниже. Добиться этого можно увеличением
толщины утеплителя.

Вверх

Суммарный тепловой поток

Общее количество выделяемого теплым полом тепла – вверх (полезного)
и вниз (потери).

Вверх

Удельный тепловой поток вверх

Тепловой поток вверх (полезный) с каждого квадратного метра
теплого пола.

Вверх

Удельный тепловой поток вниз

Тепловой поток вниз (теплопотери) с каждого квадратного
метра теплого пола.

Вверх

Суммарный удельный тепловой поток

Общее количество тепла, выделяемого каждым квадратным метром
теплого пола.

Вверх

Расход теплоносителя

Этот параметр необходим для гидравлической балансировки
нескольких контуров, подключенных к одному коллектору теплого пола. Полученное
значение необходимо выставить на шкале расходомера.

Вверх

Скорость теплоносителя

Скорость движения теплоносителя по трубе контура влияет на
акустический комфорт в помещении. Если скорость превысит 0,5 м/с, то возможны
посторонние звуки от циркуляции теплоносителя по контуру.

Повлиять на это значение можно диаметром или длиной трубы.

Вверх

Перепад давления

По этому параметру подбирается циркуляционный насос. Перепад
давления в контуре (между подающим и обратным коллектором) указывает какой напор должен обеспечивать насос. Если насос
не обеспечивает требуемый напор, то можно выбрать более мощную модель, или
уменьшить длину трубы.

Вверх

Расход пара теплообменников

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатый теплообменник состоит из ряда тонких гофрированных металлических пластин, между которыми образовано несколько каналов, в которых первичная и вторичная жидкости протекают через чередующиеся каналы. Теплопередача происходит от первичной текучей среды пара к вторичной технологической текучей среде в соседних каналах по пластине. На рисунке 2.13.3 схематично показан пластинчатый теплообменник.

Рифленый рисунок гребней увеличивает жесткость пластин и обеспечивает большую защиту от перепада давления. Такой рисунок также создает турбулентный поток в каналах, повышая эффективность теплопередачи, что делает пластинчатый теплообменник более компактным, чем традиционный кожухотрубный теплообменник. Содействие турбулентному потоку также исключает наличие застойных участков и, таким образом, уменьшает засорение. Пластины обычно имеют покрытие на первичной стороне, чтобы способствовать конденсации пара по каплям.

В прошлом на рынке паровых теплообменников доминировали кожухотрубные теплообменники, тогда как пластинчатые теплообменники часто использовались в пищевой промышленности и использовали водяное отопление. Однако последние достижения в области дизайна означают, что пластинчатые теплообменники теперь в равной степени подходят для систем парового отопления.

Пластинчатый теплообменник может обеспечивать как конденсацию, так и переохлаждение конденсата в одном блоке. Если конденсат сливается в атмосферный ресивер, за счет снижения температуры конденсата количество пара мгновенного испарения, теряемого в атмосферу через вентиляционное отверстие ресивера, также уменьшается. Это может устранить необходимость в отдельном переохладителе или системе регенерации пара мгновенного испарения.

Хотя номинальную площадь теплопередачи теоретически можно рассчитать с помощью уравнения 2.5.3, пластинчатые теплообменники являются патентованными и обычно указываются после консультаций с производителями.

Разборные пластинчатые теплообменники (пластинчато-рамочные теплообменники)

В пластинчатом теплообменнике с разборками пластины зажаты вместе в раме, и тонкая прокладка (обычно из синтетического полимера) герметизирует каждую пластину по краю.Стяжные болты, установленные между пластинами, используются для сжатия пакета пластин между пластиной рамы и прижимной пластиной. Такая конструкция позволяет легко демонтировать устройство для очистки и позволяет изменять производительность устройства путем простого добавления или удаления пластин.

Использование прокладок придает пакету пластин определенную гибкость, обеспечивая некоторую устойчивость к термической усталости и резким перепадам давления. Это делает некоторые типы разборных пластинчатых теплообменников идеальным выбором в качестве парового нагревателя для мгновенного горячего водоснабжения, где пластины будут подвергаться определенному количеству циклических тепловых колебаний.

Ограничение при использовании пластинчатого теплообменника с разборными разводками заключается в диапазоне рабочих температур прокладок, что накладывает ограничение на давление пара, которое может использоваться в этих установках.

Паяные пластинчатые теплообменники

В паяном пластинчатом теплообменнике все пластины спаяны вместе (обычно с использованием меди или никеля) в вакуумной печи. Это усовершенствованный пластинчатый теплообменник с разборными разъемами, разработанный для обеспечения большей устойчивости к более высоким давлениям и температурам при относительно низкой стоимости.

Однако, в отличие от разборного блока, паяный пластинчатый теплообменник нельзя демонтировать. Если требуется очистка, ее следует либо промыть обратной промывкой, либо очистить химическим способом. Это также означает, что эти блоки бывают стандартного размера, следовательно, большие размеры являются обычным явлением.

Хотя паяный теплообменник имеет более прочную конструкцию, чем разборный теплообменник, он также более подвержен термической усталости из-за своей более жесткой конструкции. Поэтому следует избегать любых резких или частых изменений температуры и нагрузки, а также следует уделять больше внимания контролю со стороны пара, чтобы избежать теплового напряжения.

Паяные теплообменники больше подходят (и в основном используются) для приложений, где колебания температуры медленные, например, при обогреве помещений. Их также можно успешно использовать с вторичными жидкостями, которые постепенно расширяются, такими как термальное масло.

Сварные пластинчатые теплообменники

В сварном пластинчатом теплообменнике пакет пластин скрепляется сварными швами между пластинами. Использование методов лазерной сварки позволяет пакету пластин быть более гибким, чем пакет паяных пластин, что позволяет сварному блоку быть более устойчивым к пульсациям давления и термоциклированию. Высокие рабочие пределы температуры и давления сварного агрегата означают, что эти теплообменники обычно имеют более высокие технические характеристики и больше подходят для тяжелых условий эксплуатации в обрабатывающей промышленности. Они часто используются там, где требуется высокое давление или температура, или когда необходимо нагреть вязкие среды, такие как масло и другие углеводороды.

Кожухотрубные теплообменники

Кожухотрубный теплообменник, вероятно, является наиболее распространенным методом обеспечения косвенного теплообмена в промышленных процессах.Кожухотрубный теплообменник состоит из пучка труб, заключенных в цилиндрическую оболочку. Концы трубок вставлены в трубные решетки, которые разделяют первичную и вторичную жидкости.

Если в качестве теплоносителя используется конденсирующийся пар, теплообменник обычно располагается горизонтально, а внутри трубок происходит конденсация. Переохлаждение также может использоваться как средство для возврата некоторого дополнительного тепла из конденсата в теплообменнике. Однако, если степень необходимого переохлаждения относительно велика, часто удобнее использовать отдельный охладитель конденсата.

Скрытая теплота пара — обзор

Вспышка пара

Много энергии тратится впустую из-за неспособности собрать и использовать отходящее тепло. Сбор отработанного тепла и его второе или даже третье использование, вероятно, является самым большим средством экономии тепла, но при этом к этому вопросу следует подходить обдуманно и осмотрительно; поскольку, если нет использования пара мгновенного испарения, нет смысла собирать его, и если горячий конденсат не может быть перекачан, нет смысла возвращать его.

Учтите образование мгновенного пара. Температура горячей воды, выходящей из конденсатоотводчика, будет на уровне или чуть ниже точки кипения воды, соответствующей давлению. Если в часть установки подается пар под давлением 7 бар, конденсат будет выходить из уловителя при температуре около 170 ° C. В этом состоянии вода будет содержать около 721 кДж / кг. Если его слить в резервуар при атмосферном давлении, часть его должна сразу выкипеть, используя скрытое тепло, пока температура не упадет до 100 ° C.Следовательно, он должен избавиться от 721-422, т. Е. 299 кДж избыточного тепла; вспышка пара — неизбежный результат. Поскольку скрытая теплота пара при атмосферном давлении составляет 2257 кДж / кг, количество выделяемого пара мгновенного испарения будет 299/2257 = 0,133 кг / кг конденсата. Пара мгновенного испарения может подаваться по трубопроводу в испаритель, водонагреватель или чан или использоваться для нагрева в контактном нагревателе.

Однако во многих ситуациях сбор пара мгновенного испарения вряд ли окупится. Предположим, ловушка опорожняет паровую трубу под давлением 3,5 бар; не считая большого количества конденсата при запуске, сброс из уловителя может составлять только 4 или 8 кг / ч.Если этому конденсату дать испариться в атмосферу, 9% конденсата испарится в пар, но если этот пар мгновенного испарения не может быть собран очень дешево, с минимумом трубопроводов, его сбор явно не будет окупаться.

Таким образом, стоит избегать потери тепла мгновенного испарения, и это может быть достигнуто несколькими способами. Вода может быть пропущена через теплообменник перед выпуском при более низком давлении, испарение конденсата высокого давления может быть направлено по трубопроводу в магистраль низкого давления, или пар мгновенного испарения при атмосферном давлении может использоваться для нагрева воды.

Поскольку пар мгновенного испарения выделяется из перегретой воды почти мгновенно, мгновенное испарение может быть очень сильным. Любой испарительный сосуд должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить надлежащее отделение пара от воды без уноса большого количества капель воды. Следует иметь в виду два основных момента; Во-первых, количество пара, которое, как показал опыт с паровыми аккумуляторами, может быть безопасно удалено из системы водоснабжения без чрезмерного уноса: мгновенный пар (км / м ³ ч) = 210 × абсолютное давление (бар).На практике эта формула дает большую поверхность гидроизоляции, чем поперечное сечение резервуара, и поэтому правило всегда дает верхний предел для размера расширительного резервуара.

Второй момент заключается в том, что скорость пара в расширительном баке должна быть ограничена до такой скорости, чтобы унос капель воды был маловероятным. Эта предельная скорость может быть немного лучше, чем предположение, но, выражаясь как нижний предел, можно сказать, что расширительный бак никогда не должен быть настолько маленьким, чтобы скорость пара мгновенного испарения превышала 3 м / с.

Продувка котла, особенно из котлов высокого давления, содержит большое количество мгновенного тепла: например, продувка котла, работающего на манометрическое давление 17 бар, содержит на 465 кДж / кг больше, чем он может выдержать при атмосферном давлении. Это приведет к тому, что 20% продувки улетучится в виде пара. Если продувка составляет 5% воды, подаваемой в котел, мгновенное испарение от продувки, если оно не восстанавливается и не используется, представляет собой потерю 1% паропроизводительности котла. Если продувка носит прерывистый характер, то очевидно, что трудно организовать рекуперацию мгновенного выброса, но если можно организовать непрерывную продувку (а это часто желательно), доступны различные средства для рекуперации тепла мгновенного выброса.

Рассмотрим разбавленную технологическую жидкость при 95 ° C со следующей технологической температурой 65 ° C: подходящий способ охлаждения — распылить ее в пустой сосуд, соединенный с конденсатором и вакуумным насосом. Таблицы пара показывают, что если поддерживать вакуум на уровне –760 мбар (+24 кПа), жидкость закипит при 65 ° C; поэтому он испарит излишки тепла и сразу же снизит свою температуру с 95 ° C до 65 ° C. Таблицы пара также показывают, что избыточное тепло составит 398−272, т. Е. 126 кДж / кг.Скрытая теплота пара при вакууме -760 мбар составляет 2346 кДж / кг, поэтому будет испаряться 126/2346 = 0,05 кг пара / кг щелока. Это может спасти последующее испарение, и, если конденсатор принимает форму какого-либо технологического нагревателя, все тепло может быть рекуперировано.

Пар и конденсат — общий обзор паровой системы

Котельная — общий обзор паровой системы —

Котел — сердце паровой системы. Типичный современный блочный котел приводится в действие горелкой, которая направляет тепло в трубы котла.

Горячие газы от горелки проходят вперед и назад до 3 раз через ряд трубок, чтобы получить максимальную передачу тепла через поверхности трубок окружающей котловой воде. Когда вода достигает температуры насыщения (температуры, при которой она закипает при таком давлении) образуются пузырьки пара, которые поднимаются к поверхности воды и лопаются. Пар выпускается в пространство наверху, готовый войти в паровую систему. Запорный или коронный клапан изолирует котел и его давление пара от технологического процесса или установки.

Если пар находится под давлением, он будет занимать меньше места. Паровые котлы обычно работают под давлением, поэтому меньший котел может производить больше пара и передавать его к месту использования с помощью трубопроводов с малым диаметром. При необходимости давление пара снижается в точке использования.

Пока количество пара, производимого в котле, равно количеству пара, выходящего из котла, котел будет оставаться под давлением. Горелка будет работать для поддержания правильного давления. Это также поддерживает правильную температуру пара, поскольку давление и температура насыщенного пара напрямую связаны.

Котел имеет ряд приспособлений и элементов управления, обеспечивающих безопасную, экономичную, эффективную работу и постоянное давление.

Типовой котел с дымовой трубой и кожухом

Питательная вода
Важно качество воды, подаваемой в котел. Он должен иметь правильную температуру, обычно около 80 ° C, чтобы избежать теплового удара котла и обеспечить его эффективную работу.Он также должен быть надлежащего качества, чтобы не повредить котел. На изображении ниже показана сложная система питающего резервуара, в которой вода нагревается за счет впрыска пара.

Обычная неочищенная питьевая вода не совсем подходит для бойлеров и может быстро привести к их пенообразованию и образованию накипи. Котел станет менее эффективным, а пар станет грязным и влажным. Срок службы котла также сократится.

Поэтому воду необходимо обрабатывать химическими веществами, чтобы уменьшить количество содержащихся в ней примесей. Обработка питательной воды и нагрев происходит в питательной емкости, которая обычно расположена высоко над котлом. Питательный насос при необходимости добавит воду в бойлер. Нагревание воды в баке также снижает количество растворенного в ней кислорода. Это важно, так как насыщенная кислородом вода вызывает коррозию.

Продувка
Химическое дозирование питательной воды котла приведет к наличию в котле взвешенных веществ. Они неизбежно собираются в нижней части котла в виде шлама и удаляются с помощью процесса, известного как нижняя продувка.Это можно сделать вручную — обслуживающий котел будет использовать ключ, чтобы открыть продувочный клапан на установленный период времени, обычно два раза в день.

Другие примеси остаются в котловой воде после обработки в виде растворенных твердых частиц. Их концентрация будет увеличиваться, поскольку бойлер производит пар, и, следовательно, бойлер необходимо регулярно очищать от части его содержимого, чтобы снизить его концентрацию. Это называется контролем общего количества растворенных твердых веществ (контроль TDS). Этот процесс может выполняться автоматической системой, которая использует либо зонд внутри котла, либо небольшую камеру датчика, содержащую образец котловой воды, для измерения уровня TDS в котле.Как только уровень TDS достигает заданного значения, контроллер подает сигнал на открытие продувочного клапана на установленный период времени. Потерянная вода заменяется питательной водой с более низкой концентрацией TDS, следовательно, общая TDS котла снижается.

Контроль уровня
Если не контролировать уровень воды внутри котла, последствия могут быть катастрофическими. Если уровень воды упадет слишком низко и трубы котла обнажены, трубы котла могут перегреться и выйти из строя, что приведет к взрыву.Если уровень воды станет слишком высоким, вода может попасть в паровую систему и нарушить процесс.

По этой причине используются автоматические регуляторы уровня. В соответствии с законодательством, системы контроля уровня также включают в себя функции сигнализации, которые будут срабатывать, чтобы отключить котел и предупредить внимание, если есть проблема с уровнем воды. Распространенным методом контроля уровня является использование датчиков, определяющих уровень воды в бойлере. На определенном уровне контроллер отправит сигнал питательному насосу, который восстановит уровень воды и отключится при достижении заданного уровня.Датчик будет включать уровни, при которых насос включается и выключается, и при которых активируются аварийные сигналы низкого или высокого уровня. В альтернативных системах используются поплавки.

В большинстве стран требуется наличие двух независимых систем сигнализации низкого уровня.

Поток пара на установку

Когда пар конденсируется, его объем резко уменьшается, что приводит к локальному снижению давления. Это падение давления в системе создает поток пара по трубам.

Пар, образующийся в котле, должен подаваться по трубопроводу к месту, где требуется его тепловая энергия. Первоначально будет одна или несколько магистральных труб или паропроводов, по которым пар от котла будет проходить в общем направлении паропроизводящей установки. Меньшие патрубки могут распределять пар по отдельным частям оборудования.

Пар при высоком давлении занимает меньший объем, чем при атмосферном давлении. Чем выше давление, тем меньший диаметр трубопровода требуется для распределения заданной массы пара.

Качество пара
Важно обеспечить, чтобы пар, выходящий из котла, поступал в технологический процесс в надлежащем состоянии. Для этого трубопровод, по которому пар проходит по установке, обычно включает сетчатые фильтры, сепараторы и конденсатоотводчики.

Сетчатый фильтр — это форма сита в трубопроводе. Он содержит сетку, через которую должен проходить пар. Любой проходящий мусор будет задерживаться сеткой. Сетчатый фильтр следует регулярно чистить, чтобы избежать засорения.Мусор должен быть удален из потока пара, потому что он может нанести большой вред растениям, а также может загрязнить конечный продукт.

Типовой фильтр Y-типа

Пар должен быть как можно более сухим, чтобы обеспечить эффективный отвод тепла. Сепаратор — это корпус в трубопроводе, который содержит ряд пластин или перегородок, которые прерывают путь пара. Пар ударяет по пластинам, и любые капли влаги в паре собираются на них, а затем стекают со дна сепаратора.

Пар выходит из котла в паропровод. Изначально трубопровод холодный, и тепло передается к нему от пара. Воздух, окружающий трубы, также холоднее пара, поэтому трубы начнут терять тепло в воздух. Изоляция, установленная вокруг трубы, значительно снижает эти тепловые потери.

Когда пар из распределительной системы попадает в пар, использующий оборудование, пар снова будет отдавать энергию путем: а) нагрева оборудования и б) продолжения передачи тепла технологическому процессу.Когда пар теряет тепло, он снова превращается в воду. Неизбежно пар начинает это делать, как только выходит из котла. Образующаяся вода известна как конденсат, который стремится стечь к дну трубы и уносится вместе с потоком пара. Он должен быть удален в самых нижних точках распределительного трубопровода по нескольким причинам.

• Конденсат плохо передает тепло. Пленка конденсата внутри установки снижает эффективность передачи тепла.
• Когда воздух растворяется в конденсате, он становится коррозионным.
• Скопившийся конденсат может вызвать шумный и разрушительный гидроудар.
• Недостаточный дренаж приводит к негерметичным соединениям.

Устройство, известное как конденсатоотводчик, используется для выпуска конденсата из трубопроводов, предотвращая выход пара из системы. Это можно сделать несколькими способами ..

• Поплавковая ловушка использует разницу в плотности пара и конденсата для управления клапаном.Когда конденсат попадает в сифон, поплавок поднимается, и рычажный механизм поплавка открывает главный клапан, позволяя конденсату стекать. Когда поток конденсата уменьшается, поплавок опускается и закрывает главный клапан, предотвращая утечку пара.
• Термодинамические ловушки содержат диск, который открывается для конденсата и закрывается для пара.
• В биметаллических термостатических ловушках биметаллический элемент использует разницу температур между паром и конденсатом для управления главным клапаном.
• В термостатических ловушках с уравновешенным давлением маленькая капсула, заполненная жидкостью, чувствительная к теплу, приводит в действие клапан.

После использования пара в технологическом процессе образовавшийся конденсат необходимо слить с завода и вернуть в котельную.

Снижение давления
Как упоминалось ранее, пар обычно вырабатывается при высоком давлении, и давление, возможно, придется снизить в точке использования либо из-за ограничений давления в установке, либо из-за температурных ограничений процесса.

Это достигается с помощью редукционного клапана.

Steam в точке использования

Существует большое количество различных установок, использующих пар. Ниже приводится несколько примеров.

• Сковорода с рубашкой — Большие стальные или медные сковороды, используемые в пищевой и других отраслях промышленности для варки различных продуктов — от креветок до джема. Эти большие сковороды окружены рубашкой, наполненной паром, который нагревает содержимое.
• Автоклав — Камера, заполненная паром, используется для целей стерилизации, например, медицинского оборудования, или для проведения химических реакций при высоких температурах и давлениях, например, для отверждения резины.
• Нагревательная батарея — Для обогрева помещения пар подается к змеевикам в батарее обогревателя. Нагреваемый воздух проходит по змеевикам.
• Нагрев технологического резервуара — Заполненный паром змеевик в резервуаре с жидкостью, используемый для нагрева содержимого до желаемой температуры.
• Vulcaniser — большая емкость, заполненная паром и используемая для вулканизации резины.
• Corrugator — серия валков с паровым нагревом, используемых в процессе гофрирования при производстве картона.
• Теплообменник — Для нагрева жидкостей бытового / промышленного назначения.

Управление процессом
Любая установка, использующая пар, потребует определенного метода управления потоком пара. Постоянный поток пара при одном и том же давлении и температуре часто не является тем, что требуется — постепенно увеличивающийся поток потребуется при запуске, чтобы мягко нагреть установку, и как только процесс достигнет желаемой температуры, поток необходимо уменьшить.

Регулирующие клапаны

используются для управления потоком пара.Привод, см. Рисунок 1.3.6, — это устройство, которое прикладывает силу для открытия или закрытия клапана. Датчик отслеживает условия в процессе и передает информацию контроллеру. Контроллер сравнивает условия процесса с заданным значением и отправляет корректирующий сигнал на привод, который регулирует настройку клапана.

Существуют различные типы управления.

• Клапаны с пневматическим приводом — Сжатый воздух подается на диафрагму в приводе для открытия или закрытия клапана.
• Клапаны с электрическим приводом — Электродвигатель приводит в действие клапан.
• Самодействующий — Контроллера как такового нет — датчик заполнен жидкостью, которая расширяется и сжимается в ответ на изменение температуры технологического процесса. Это действие применяет силу для открытия или закрытия клапана.

Удаление конденсата с установки

Часто образующийся конденсат легко выводится из установки через конденсатоотводчик. Конденсат попадает в систему отвода конденсата.Если он загрязнен, его, вероятно, отправят в канализацию. В противном случае содержащуюся в нем ценную тепловую энергию можно сохранить, вернув ее в питательный бак котла. Это также снижает затраты на воду и очистку воды.

Иногда внутри паровой установки может образовываться разрежение. Это затрудняет отвод конденсата, но надлежащий отвод из парового пространства поддерживает эффективность установки. Затем, возможно, придется откачать конденсат.

Для этого используются механические (паровые) насосы.Эти насосы или насосы с электрическим приводом используются для подъема конденсата обратно в питательную емкость котла.

Механический насос, см. Изображение справа, показан сливающим воду из растения. Как видно, пароконденсатная система представляет собой непрерывный контур. Как только конденсат попадает в питательный бак, он становится доступным для повторного использования в котле.

Источник (частично) для этой страницы .. Spirax Sarco

1.4 Теплопередача, удельная теплоемкость и калориметрия — University Physics Volume 2

Задачи обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять явления, связанные с теплом как формой передачи энергии
• Решение проблем, связанных с теплопередачей

В предыдущих главах мы видели, что энергия — одно из фундаментальных понятий физики. Тепло — это тип передачи энергии, который вызывается разницей температур и может изменять температуру объекта. Как мы узнали ранее в этой главе, теплопередача — это движение энергии от одного места или материала к другому в результате разницы температур. Теплообмен является основой таких повседневных действий, как отопление и приготовление пищи, а также многих производственных процессов. Он также составляет основу тем, которые будут рассмотрены в оставшейся части этой главы.

Мы также вводим понятие внутренней энергии, которая может быть увеличена или уменьшена за счет теплопередачи.Мы обсуждаем другой способ изменить внутреннюю энергию системы, а именно выполнение работы над ней. Таким образом, мы начинаем изучение взаимосвязи тепла и работы, которая лежит в основе двигателей и холодильников и является центральной темой (и источником названия) термодинамики.

Внутренняя энергия и тепло

Тепловая система имеет внутренней энергии (также называемой тепловой энергией ) , которая является суммой механических энергий ее молекул. Внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре.Как мы видели ранее в этой главе, если два объекта с разной температурой приводят в контакт друг с другом, энергия передается от более горячего объекта к более холодному, пока тела не достигнут теплового равновесия (то есть они имеют одинаковую температуру). Ни один из объектов не совершает никакой работы, потому что никакая сила не действует на расстоянии (как мы обсуждали в разделе Работа и кинетическая энергия). Эти наблюдения показывают, что тепло — это энергия, спонтанно передаваемая из-за разницы температур. На рисунке 1.9 показан пример теплопередачи.

Фигура
1.9

(а) Здесь безалкогольный напиток имеет более высокую температуру, чем лед, поэтому они не находятся в тепловом равновесии. (b) Когда безалкогольный напиток и лед могут взаимодействовать, тепло передается от напитка ко льду из-за разницы температур, пока они не достигнут одинаковой температуры, T′T ′, достигая равновесия. Фактически, поскольку безалкогольный напиток и лед контактируют с окружающим воздухом и скамейкой, конечная равновесная температура будет такой же, как и температура окружающей среды.

Значение слова «тепло» в физике отличается от его обычного значения. Например, в разговоре мы можем сказать, что «жара была невыносимой», но в физике мы бы сказали, что температура была высокой. Тепло — это форма потока энергии, а температура — нет. Между прочим, люди более чувствительны к тепловому потоку , чем к температуре.

Поскольку тепло — это форма энергии, в системе СИ единицей измерения является джоуль (Дж). Другой распространенной единицей энергии, часто используемой для тепла, является калория (кал), определяемая как энергия, необходимая для изменения температуры на единицу.00 г воды на 1,00 ° С1,00 ° С, а именно от 14,5 ° С14,5 ° С до 15,5 ° С15,5 ° С, поскольку существует небольшая температурная зависимость. Также обычно используется килокалория (ккал), которая представляет собой энергию, необходимую для изменения температуры 1,00 кг воды на 1,00 ° С1,00 ° C. Так как масса чаще всего указывается в килограммах, то килокалория удобна. Как ни странно, пищевые калории (иногда называемые «большими калориями», сокращенно Cal) на самом деле являются килокалориями, что нелегко определить по маркировке упаковки.

Механический эквивалент тепла

Также можно изменять температуру вещества, выполняя работу, которая передает энергию в систему или из нее. Это понимание помогло установить, что тепло — это форма энергии. Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) провел множество экспериментов, чтобы установить механический эквивалент тепла — работа, необходимая для получения тех же эффектов, что и передача тепла . В единицах, используемых для этих двух величин, эквивалентность равна

.
1.000 ккал = 4186Дж. 1.000 ккал = 4186Дж.

Мы считаем, что это уравнение представляет преобразование между двумя единицами энергии. (Другие числа, которые вы можете увидеть, относятся к калориям, определенным для температурных диапазонов, отличных от 14,5 ° C от 14,5 ° C до 15,5 ° C 15,5 ° C. )

На рис. 1.10 показана одна из самых известных экспериментальных установок Джоуля для демонстрации того, что работа и тепло могут производить одни и те же эффекты, и измерения механического эквивалента тепла. Это помогло установить принцип сохранения энергии. Гравитационная потенциальная энергия ( U ) была преобразована в кинетическую энергию ( K ), а затем рандомизирована по вязкости и турбулентности в увеличенную среднюю кинетическую энергию атомов и молекул в системе, что привело к увеличению температуры.Вклад Джоуля в термодинамику был настолько значительным, что в его честь была названа единица энергии в системе СИ.

Фигура
1,10

Эксперимент Джоуля установил эквивалентность тепла и работы. По мере того, как массы спускались, они заставляли лопасти работать, W = mghW = mgh, на воде. Результатом было повышение температуры ΔTΔT, измеренное термометром. Джоуль обнаружил, что ΔTΔT был пропорционален Вт и, таким образом, определил механический эквивалент тепла.

Увеличение внутренней энергии за счет теплопередачи дает тот же результат, что и увеличение ее за счет выполнения работы.Следовательно, хотя система имеет четко определенную внутреннюю энергию, мы не можем сказать, что она имеет определенное «теплосодержание» или «рабочее содержание». Четко определенная величина, которая зависит только от текущего состояния системы, а не от истории этой системы, называется переменной состояния . Температура и внутренняя энергия являются переменными состояния. Подводя итог этому абзацу, тепло и работа не являются переменными состояния .

Между прочим, увеличение внутренней энергии системы не обязательно увеличивает ее температуру.Как мы увидим в следующем разделе, температура не меняется, когда вещество переходит из одной фазы в другую. Примером может служить таяние льда, которое может быть достигнуто путем добавления тепла или выполнения работы трения, например, когда кубик льда трется о шероховатую поверхность.

Изменение температуры и теплоемкость

Мы отметили, что теплопередача часто вызывает изменение температуры. Эксперименты показывают, что без фазового перехода и без какой-либо работы над системой или ею переданное тепло обычно прямо пропорционально изменению температуры и массы системы в хорошем приближении.(Ниже мы покажем, как действовать в ситуациях, когда приближение неверно.) Константа пропорциональности зависит от вещества и его фазы, которая может быть газом, жидкостью или твердым телом. Мы опускаем обсуждение четвертой фазы, плазмы, потому что, хотя это наиболее распространенная фаза во Вселенной, она редка и недолговечна на Земле.

Мы можем понять экспериментальные факты, заметив, что передаваемое тепло — это изменение внутренней энергии, которая представляет собой полную энергию молекул.В типичных условиях полная кинетическая энергия молекул KtotalKtotal является постоянной долей внутренней энергии (по причинам и с исключениями, которые мы увидим в следующей главе). Средняя кинетическая энергия молекулы KaveKave пропорциональна абсолютной температуре. Следовательно, изменение внутренней энергии системы обычно пропорционально изменению температуры и количеству молекул, N . Математически ΔU∝ΔKtotal = NKave∝NΔTΔU∝ΔKtotal = NKave∝NΔT Зависимость от вещества в значительной степени является результатом различных масс атомов и молекул.Мы рассматриваем его теплоемкость с точки зрения его массы, но, как мы увидим в следующей главе, в некоторых случаях теплоемкость на молекулу одинакова для разных веществ. Зависимость от вещества и фазы также является результатом различий в потенциальной энергии, связанной с взаимодействиями между атомами и молекулами.

Теплопередача и изменение температуры

Практическое приближение взаимосвязи между теплопередачей и изменением температуры:

, где Q — обозначение теплопередачи («количество тепла»), м — масса вещества, а ΔTΔT — изменение температуры. Символ c обозначает удельную теплоемкость (также называемую «удельная теплоемкость ») и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость численно равна количеству тепла, необходимому для изменения температуры 1,001,00 кг массы на 1,00 ° С1,00 ° С. Единица измерения удельной теплоемкости в системе СИ — Дж / (кг × К) Дж / (кг × К) или Дж / (кг × ° C) Дж / (кг × ° C). (Напомним, что изменение температуры ΔTΔT одинаково в кельвинах и градусах Цельсия.)

Значения удельной теплоемкости обычно необходимо измерять, потому что нет простого способа их точно рассчитать.В таблице 1.3 приведены типичные значения удельной теплоемкости для различных веществ. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в 10 раз больше, чем у железа, что означает, что для повышения температуры воды на определенное количество тепла требуется в пять раз больше тепла, чем у стекла, и в 10 раз больше. столько, сколько по железу. Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Удельная теплота газов зависит от того, что поддерживается постоянным во время нагрева — обычно от объема или давления.В таблице первое значение удельной теплоемкости для каждого газа измерено при постоянном объеме, а второе (в скобках) измерено при постоянном давлении. Мы вернемся к этой теме в главе, посвященной кинетической теории газов.

0728″>

Вещества	Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества	Дж / (кг · ° C) Дж / (кг · ° C)	ккал / (кг · ° C) [2] ккал / (кг · ° C) [2]
Алюминий	900	0. 215
Асбест	800	0,19
Бетон, гранит (средний)	840	0,20
Медь	387	0,0924
Стекло	840	0,20
Золото	129	0,0308
Человеческое тело (в среднем при 37 ° C 37 ° C)	3500	0,83
Лед (в среднем, от −50 ° C до 0 ° C от −50 ° C до 0 ° C)	2090	0. 50
Чугун, сталь	452	0,108
Свинец	128	0,0305
Серебро	235	0,0562
Дерево	1700	0,40
Жидкости
Бензол	1740	0,415
Этанол	2450	0,586
Глицерин	2410	0. 576
Меркурий	139	0,0333
Вода (15,0 ° C) (15,0 ° C)	4186	1.000
Газы [3]
Воздух (сухой)	721 (1015)	0,172 (0,242)
Аммиак	1670 (2190)	0,399 (0,523)
Двуокись углерода	638 (833)	0,152 (0. 199)
Азот	739 (1040)	0,177 (0,248)
Кислород	651 (913)	0,156 (0,218)
Пар (100 ° C) (100 ° C)	1520 (2020)	0,363 (0,482)

Таблица
1.3

Удельная теплоемкость различных веществ ^[1]

^[1] Значения для твердых и жидких веществ даны при постоянном объеме и 25 ° C25 ° C, за исключением случаев, указанных выше. ^[2] Эти значения идентичны в единицах кал / г · ° C.кал / г · ° C. ^[3] Удельная теплоемкость при постоянном объеме и при 20,0 ° C20,0 ° C, если не указано иное, и при давлении 1,00 атм. Значения в скобках представляют собой удельную теплоемкость при постоянном давлении 1,00 атм.

Обычно удельная теплоемкость также зависит от температуры. Таким образом, точное определение c для вещества должно быть дано в терминах бесконечно малого изменения температуры. Для этого отметим, что c = 1mΔQΔTc = 1mΔQΔT, и заменим ΔΔ на d :

За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая при нормальных температурах.Поэтому мы обычно принимаем удельную теплоемкость постоянными и равными значениям, указанным в таблице.

Пример
1.5

Расчет необходимого тепла

Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите и 0,250 л воды в ней нагреваются с 20,0 ° C20,0 ° C до 80,0 ° C80,0 ° C. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

Стратегия

Можно предположить, что кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли повышается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.3.

Решение

1. Рассчитайте разницу температур:
   ΔT = Tf − Ti = 60,0 ° C. ΔT = Tf − Ti = 60,0 ° C.
2. Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м3 и 31000 кг / м3, 1 л воды имеет массу 1 кг, а массу 0.250 л воды mw = 0,250 кг mw = 0,250 кг.
3. Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 1.3:
   Qw = mwcwΔT = (0,250 кг) (4186Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 62,8 кДж. Qw = mwcwΔT = (0,250 кг) (4186Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 62,8 кДж.
4. Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 1.3:
   QAl = mA1cA1ΔT = (0,500 кг) (900Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 27,0 кДж. QAl = mA1cA1ΔT = (0,500 кг) (900Дж / кг ° C) (60,0 ° C) = 27,0 кДж.
5. Найдите общее переданное тепло:
   QTotal = QW + QAl = 89.8 кДж.QTotal = QW + QAl = 89,8 кДж.

Значение

В этом примере тепло, передаваемое воде, больше, чем в алюминиевой кастрюле. Хотя вес кастрюли в два раза больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды в четыре раза больше, чем у алюминия. Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла, чем для алюминиевого поддона.

Пример 1.6 иллюстрирует повышение температуры, вызванное работой. (Результат такой же, как если бы такое же количество энергии было добавлено с помощью паяльной лампы, а не механически.)

Пример
1.6

Расчет повышения температуры в результате работы, проделанной с веществом

Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала (рисунок 1. 11). Это преобразование предотвращает преобразование гравитационной потенциальной энергии в кинетическую энергию грузовика. Поскольку масса грузовика намного больше, чем масса тормозного материала, поглощающего энергию, повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло от тормозов передавалось в окружающую среду; Другими словами, тормоза могут перегреться.

Фигура
1.11

Дымящиеся тормоза тормозного грузовика — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

Рассчитайте повышение температуры 10 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг · ° C 800 Дж / кг · ° C, если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося на 75,0 м (при вертикальном перемещении ) с постоянной скоростью.

Стратегия

Мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую весь грузовик теряет при спуске, приравниваем ее к увеличению внутренней энергии тормозов, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

Решение

Сначала мы рассчитаем изменение потенциальной энергии гравитации при спуске грузовика:
Mgh = (10,000 кг) (9,80 м / с2) (75,0 м) = 7,35 × 106 Дж. Mgh = (10 000 кг) (9,80 м / с2) (75,0 м) = 7,35 × 106 Дж.

Поскольку кинетическая энергия грузовика не изменяется, закон сохранения энергии говорит нам, что потерянная потенциальная энергия рассеивается, и мы предполагаем, что 10% ее передается внутренней энергии тормозов, поэтому принимаем Q = Mgh / 10Q = Mgh / 10. Затем мы рассчитываем изменение температуры от переданного тепла, используя

, где м — масса тормозного материала.Вставьте указанные значения, чтобы найти

ΔT = 7,35 × 105 Дж (10 кг) (800 Дж / кг ° C) = 92 ° C. ΔT = 7,35 × 105 Дж (10 кг) (800 Дж / кг ° C) = 92 ° C.

Значение

Если бы грузовик ехал какое-то время, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, приведет к очень сильному повышению температуры тормозного материала, поэтому этот метод непрактичен. Вместо этого грузовик использовал бы технику торможения двигателем. Другая идея лежит в основе новейшей технологии гибридных и электрических автомобилей, в которой механическая энергия (кинетическая и гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию в аккумуляторе. Этот процесс называется регенеративным торможением.

В задачах общего типа объекты с разными температурами контактируют друг с другом, но изолированы от всего остального, и им позволяют прийти в равновесие. Контейнер, который предотвращает передачу тепла внутрь или наружу, называется калориметром, а использование калориметра для измерения (обычно теплоемкости или удельной теплоемкости) называется калориметрией.

Мы будем использовать термин «проблема калориметрии» для обозначения любой проблемы, в которой рассматриваемые объекты термически изолированы от своего окружения.Важная идея при решении задач калориметрии состоит в том, что во время теплообмена между объектами, изолированными от их окружения, тепло, полученное более холодным объектом, должно равняться теплу, теряемому более горячим объектом, из-за сохранения энергии:

Qcold + Qhot = 0, Qcold + Qhot = 0.

1.6

Мы выражаем эту идею, записывая, что сумма тепла равна нулю, потому что полученное тепло обычно считается положительным; тепло потеряно, отрицательное.

Пример
1,7

Расчет конечной температуры в калориметрии

Допустим вы наливаете 0.250 кг воды 20,0–20,0 ° C (около чашки) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты с температурой 150 ° C и 50 ° C. Предположим, что теплопередача не происходит ни к чему другому: кастрюлю кладут на изолирующую подкладку, и не учитывают теплопередачу воздуху за короткое время, необходимое для достижения равновесия. Таким образом, это проблема калориметрии, даже если изолирующий контейнер не указан. Также предположим, что выкипает незначительное количество воды. Какова температура, при которой вода и поддон достигают теплового равновесия?

Стратегия

Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Теплопередача восстанавливает тепловое равновесие при соприкосновении воды и поддона; она останавливается, когда достигается тепловое равновесие между поддоном и водой. Тепло, теряемое кастрюлей, равно теплу, полученному водой — это основной принцип калориметрии.

Решение

1. Используйте уравнение теплопередачи Q = mcΔTQ = mcΔT, чтобы выразить тепло, потерянное алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечную температуру:
   Qhot = mA1cA1 (Tf − 150 ° C).Qhot = mA1cA1 (Tf − 150 ° C).
2. Выразите тепло, приобретаемое водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру:
   Qcold = mwcw (Tf — 20,0 ° C) .Qcold = mwcw (Tf — 20,0 ° C).
3. Обратите внимание, что Qhot <0Qhot <0 и Qcold> 0Qcold> 0 и что, как указано выше, они должны в сумме равняться нулю:
   Qcold + Qhot = 0Qcold = −Qhotmwcw (Tf − 20,0 ° C) = — mA1cA1 (Tf − 150 ° C) . Qcold + Qhot = 0Qcold = −Qhotmwcw (Tf − 20,0 ° C) = — mA1cA1 (Tf − 150 ° C) ).
4. Поместите все термины, содержащие TfTf, в левую часть, а все остальные термины — в правую.Решение для Tf, Tf,
   Tf = mA1cA1 (150 ° C) + mwcw (20,0 ° C) mA1cA1 + mwcw, Tf = mA1cA1 (150 ° C) + mwcw (20,0 ° C) mA1cA1 + mwcw,
   и вставьте числовые значения:
   Tf = (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) (150 ° C) + (0,250 кг) (4186 Дж / кг ° C) (20,0 ° C) (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) + (0,250 кг ) (4186 Дж / кг ° C) = 59,1 ° C. Tf = (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) (150 ° C) + (0,250 кг) (4186 Дж / кг ° C) (20,0 ° C) (0,500 кг) (900 Дж / кг ° C) + (0,250 кг) (4186 Дж / кг ° C) = 59,1 ° C.

Значение

Почему конечная температура намного ближе к 20,0 ° C20,0 ° C, чем к 150 ° C150 ° C? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, следовательно, претерпевает меньшее изменение температуры при данной теплопередаче.Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры. Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

Проверьте свое понимание
1.3

Проверьте свое понимание Если 25 кДж необходимо для повышения температуры породы с 25 ° C до 30 ° C, с 25 ° C до 30 ° C, сколько тепла необходимо для нагрева породы с 45 ° C до 50 ° C, от 45 ° C до 50 ° C ?

Пример
1.8

Температурно-зависимая теплоемкость

При низких температурах удельная теплоемкость твердых тел обычно пропорциональна T3T3. Первое понимание этого поведения было связано с голландским физиком Питером Дебаем, который в 1912 году рассмотрел атомные колебания с помощью квантовой теории, которую Макс Планк недавно использовал для излучения. Например, хорошее приближение для удельной теплоемкости соли NaCl составляет c = 3,33 × 104 Дж / кг · K (T321K) 3. c = 3,33 × 104 Дж · кг · K (T321K) 3. Постоянная 321 K называется температурой Дебая NaCl, ΘD, ΘD, и формула хорошо работает, когда T <0.04ΘD.T <0,04ΘD. Используя эту формулу, сколько тепла необходимо, чтобы поднять температуру 24,0 г NaCl с 5 K до 15 K?

Решение

Поскольку теплоемкость зависит от температуры, нам нужно использовать уравнение

Мы решаем это уравнение для Q путем интегрирования обеих частей: Q = m∫T1T2cdT.Q = m∫T1T2cdT.

Затем подставляем данные значения и вычисляем интеграл:

Q = (0,024 кг) ∫T1T23,33 × 10–6Джкг · K (T321K) 3dT = (6,04 × 10−4JK4) T4 | 5K15K = 0,302J.Q = (0,024 кг) ∫T1T23.33 × 10–6Джкг · K (T321K) 3dT = (6,04 × 10–4JK4) T4 | 5K15K = 0,302Дж.

Значение

Если бы мы использовали уравнение Q = mcΔTQ = mcΔT и удельную теплоемкость соли при комнатной температуре, 880 Дж / кг · K, 880 Дж / кг · K, мы получили бы совсем другое значение.

Controlling Steam Radiators — The New York Times

Во время учебы в докторантуре. Шесть или семь лет назад Маршалл Кокс, занимаясь электротехникой в ​​Колумбийском университете, регулировал температуру в своей комнате зимой, как это делают большинство жителей Нью-Йорка с помощью паровых радиаторов.Он открыл окно.

Но затем его брат-близнец Джереми переехал в Нью-Йорк, чтобы танцевать в «Come Fly Away» на Бродвее. Его брат «постоянно», — сказал мистер Кокс, — жаловался, что «он закипал или замерзал, много раз и то, и другое в течение ночи». Это побудило Маршалла Кокса изобрести Cozy — крышку радиатора, которая может удерживать тепло в перегретой комнате и переносить ее в недогретую комнату. Cosy, которую г-н Кокс назвал «прославленной духовкой» и которая продается на ограниченной основе, выиграла $ 220 000 M.ЭТО. Премия «Чистая энергия» 2012 года.

Победа Cosy понятна. Он решает проблему, которая беспокоит жителей Нью-Йорка с начала 1900-х годов, когда в соответствии с директивой Совета здравоохранения, требовавшей открывать окна даже в самые холодные зимние дни, требовались радиаторы увеличенного размера. Это было тогда, когда «свежий воздух» считался универсальным панацеей.

А вот нынешним жильцам квартир и кондоминиумов страдать не приходится. Благодаря современным технологиям, программам энергосбережения и горстке мастеров, разбирающихся в вековых сантехнических технологиях, существует множество способов приручить вышедшие из строя радиаторы.

Большая часть проблемы перегрева Нью-Йорка может быть связана с эпидемией испанского гриппа 1918 года, сказал Дэн Холохан, историк отопления и автор 18 книг по этой теме. «Впервые я заметил это в своих инженерных книгах 1920-х годов, — сказал он. «Авторы упоминают« движение свежего воздуха »и предупреждают, что и котлы, и радиаторы теперь должны были быть намного больше из-за необходимости держать окна открытыми по приказу Совета здравоохранения».

Считалось, что свежий воздух защищает от болезней, передающихся воздушно-капельным путем, таких как грипп.Несмотря на то, что в 1920 году «испанский грипп» утих, инженерные стандарты, предписывающие использование радиаторов увеличенного размера, остались.

Теперь, когда старший сантехник Джон Катанео отвечает на звонок, «Я мог бы написать сценарий почти для каждого звонящего», — сказал он. «Я киплю, не могу спать по ночам, и здание не помогает».

Теоретически паровое отопление — это просто, эффективно и легко в обслуживании. Бойлер нагревает воду примерно до 212 градусов. Он становится паром под давлением и проходит через трубопровод.Часть пара попадает в радиаторы, подключенные к контуру. Пар передает тепло металлу радиатора, который нагревает воздух в помещении. Эта передача заставляет пар остывать, и он снова превращается в воду, называемую конденсатом. Конденсат возвращается в котел для повторения цикла.

Узнайте больше о Нью-Йорке Небоскребы

Но правильно работающая паровая тепловая система — это тонкий баланс. Многочисленные радиаторы подключены к единому источнику пара.Сложно подать нужное количество пара в каждый радиатор, когда для каждого может потребоваться разное количество. Уменьшение количества пара в одной комнате может привести к чрезмерному выбросу пара в другую. «Это действительно просто, — сказал г-н Холохан, — но на практике очень легко облажаться».

Годы частичного ремонта часто приводят к ударам, лязгам и неравномерному нагреву, столь обычным в довоенных зданиях.

Действия, необходимые для улучшения перегретой квартиры, зависят от того, какой у вас радиатор — однотрубный или двухтрубный.

В двухтрубной системе тепло отводится клапаном, который представляет собой двухпозиционную ручку, которая пропускает пар. Клапаны по своей природе регулируются.

В более распространенной однотрубной системе тепло отводится вентиляционным отверстием, которое выглядит как миниатюрная торпеда, торчащая из конца радиатора и выпускающая воздух, освобождая место для проникновения пара.

Один потенциал fix — это вентиляционное отверстие, которое позволяет контролировать температуру радиатора. «В однотрубной системе регулируемое вентиляционное отверстие может быть очень недорогим решением; это часть 25 долларов », — сказал Хантер Ботто, бывший президент Ассоциации подрядчиков по сантехническому отоплению и охлаждению штата Нью-Йорк.

Однако стоимость рабочей силы поднимает цену. По словам Пола Шея, главного сантехника и консультанта по отоплению, вам придется заплатить от 250 до 750 долларов за детали и установку регулируемых вентиляционных отверстий на каждом радиаторе.

Проблема с клапанами и регулируемыми вентиляционными отверстиями заключается в том, что ими легко воспользоваться не по назначению. «Люди прибегают к крайностям», — сказал г-н Катанео. Когда людям становится холодно, они полностью включают вентили, пока в комнате не становится слишком жарко, а затем полностью их выключают. По его словам, из-за массы радиатора «в этой штуке осталось еще полчаса тепла.«Когда в комнате становится слишком холодно, процесс повторяется. «Лучше всего установить их и дать им несколько часов, чтобы они отреагировали на корректировку», — сказал г-н Катанео. «Эти устройства могут обеспечить большой комфорт — им просто нужно время, чтобы поработать».

Эти проблемы можно уменьшить, используя правильно установленный термостатический радиаторный клапан, известный в торговле как TRV. Эти клапаны оснащены термостатом, который автоматически включает или выключает клапан в зависимости от температуры в помещении. По словам сантехников, недостатком является то, что клапаны TRV часто устанавливаются неправильно и менее долговечны, чем более простые регулируемые вручную клапаны.

Существуют также распространенные проблемы с нагревом пара, которые нельзя устранить с помощью TRV. Паровые системы смешивают металлические трубы, воду и воздух — рецепт ржавчины, которая может повредить клапаны и вентиляционные отверстия. Если ржавчина не покрывает их, маляры печально известны тем, что срывают их слоем краски.

В то время как жители квартир могут попытаться управлять своим собственным отоплением, предпочтительным решением проблемы перегрева в квартирах в Нью-Йорке является обслуживание всей системы, за которое многие домовладельцы не хотят платить, но город Нью-Йорк предпринимает шаги, которые могут способствовать модернизации.

Паровые системы обогревают примерно 70 процентов больших зданий в городе и являются одними из основных источников потерь энергии. Чтобы справиться с этой неэффективностью использования энергии, местный закон № 87 Нью-Йорка в конечном итоге потребует, чтобы 23 400 зданий площадью 50 000 квадратных футов и более прошли энергоаудит.

Хотя местное законодательство не требует от домовладельцев капитального ремонта отопления, энергоаудиты покажут, сколько можно сэкономить за счет модернизации, и позволят арендодателям узнать, какая помощь может быть предоставлена ​​для оплаты обновлений.

Кооперативная доска 860 и 870 Западная 181-я улица, пара кирпичных довоенных зданий в непосредственной близости от моста Джорджа Вашингтона, не дождалась обязательного энергоаудита для модернизации системы отопления. В здании была проведена энергетическая оценка, и в 2012 году через Управление энергетических исследований и разработок штата Нью-Йорк была подана заявка на получение государственных средств для обновления здания, включая капитальный ремонт системы парового отопления.

Инженеры оценили экономию от модернизации теплоцентрали, которая включала изоляцию труб и котла, а также добавление ТРВ на 126 блоках, в более чем 36 000 долларов в год. Власти штата предоставили 63000 долларов на эти и другие обновления, которые помогли покрыть расходы. И в этом есть расплата за комфорт. «Иметь TRV, где мы можем регулировать наши радиаторы, это действительно здорово», — сказала Джейн Мейзел, член правления и учитель кооператива. За эти годы г-жа Мейзел и некоторые из ее соседей сняли радиаторы отопления, чтобы избавиться от перегрева квартир. «Теперь некоторым людям, вроде меня, вероятно, придется добавить немного», — сказала она.

Что касается мистера Кокса, то у него есть бруклинская компания Radiator Labs, которая производит и продает его крышки радиаторов Cozy, которые были установлены и изучены в двух зданиях в Верхнем Манхэттене.Cosy работает как изолятор, задерживая тепло в радиаторе, поэтому оно не уходит в жаркую комнату. Когда комната охлаждается, вентилятор Cozy циркулирует воздух, чтобы радиатор мог обогреть комнату. По данным Radiator Labs, в зданиях, протестированных на данный момент, Cozy снизил расходы на отопление на 24–33 процента.

На данный момент Cozies доступны только для установки во всех зданиях, и в этом случае они стоят около 500 долларов за каждый радиатор. Каждый из них должен быть настроен специально обученным специалистом для обеспечения комфорта, что делает их производство дорогим для отдельной квартиры.Г-н Кокс работает над разработкой регулируемой модели, которая могла бы производиться серийно для работы с радиаторами разных размеров.

Системы воздушного отопления

Системы воздушного отопления могут быть экономически эффективными, если их можно сделать простыми или если их можно комбинировать с системой вентиляции. Но — имейте в виду, что из-за низкой удельной теплоемкости воздуха использование воздуха для обогрева очень ограничено. Для больших тепловых нагрузок требуются большие объемы воздуха, что приводит к огромным размерам воздуховодов и вентиляторов. Транспортировка огромных объемов воздуха требует много энергии.

Требуемый объем воздуха в системе воздушного отопления

Требуемый расход воздуха в системе воздушного отопления можно рассчитать как

L = Q / (c _p ρ (t _h — t _r )) (1)

где

L = расход воздуха (м ³ / с)

Q = потери тепла, покрываемые системой воздушного отопления (кВт)

c _p = удельная теплоемкость воздуха — 1. 005 (кДж / кг ^o C)

ρ = плотность воздуха — 1,2 (кг / м ³ )

т _ч = температура нагреваемого воздуха ( ^o C)

t _r = комнатная температура ( ^o C)

Как показывает опыт, температура подаваемого воздуха для отопления должна находиться в диапазоне 40-50 ^o C . Расход воздуха должен быть в пределах 1-3 х от объема помещения.

Уравнение (1) в британских единицах:

L = Q / (1.08 (t _h — t _r )) (2)

где

Q = тепло (BTU / час)

L = объем воздуха (куб.

t _h = температура нагреваемого воздуха ( ^o F)

t _r = комнатная температура ( ^o F)

Онлайн-калькулятор обогрева воздуха

Воздушное отопление — повышение температуры Диаграмма

Приведенные ниже диаграммы рассчитаны на основе приведенных выше уравнений и могут использоваться для оценки количества тепла, необходимого для повышения температуры в воздушных потоках.

единицы СИ —

кВт, м ³ / с и ^o C

Имперские единицы —

БТЕ / ч, куб.фут / мин и ^o F

м ³ / с = 3600 м3 / ч = 35,32 футов ³ / с = 2118,9 футов ³ / мин (куб. футов в минуту)
• 1 кВт (кДж / с) = 859,9 ккал / ч = 3413 БТЕ / h
• T ( ^o C) = 5/9 [T ( ^o F) — 32]

Пример — Отопление одной комнаты воздухом

Здание с большой комнатой с обогревом потери 20 кВт нагревается воздухом с максимальной температурой 50 ^o C .Температура в помещении 20 ^o C . Требуемый расход воздуха можно рассчитать как

L = (20 кВт) / ((1,005 кДж / кг ^o C) (1,2 кг / м ³ ) ((50 ^o C) — ( 20 ^o C)))

= 0,55 м ³ / с

Требуемый расход воздуха от электропечи — британские единицы

Требуемый расход воздуха от электрической печи можно выразить в британских единицах как

L _{кубических футов в минуту} = P _w 3. 42 / 1.08 dt (3)

где

L _{куб.футов в минуту} = требуемый расход воздуха (куб.футов в минуту)

P _{Вт мощность}

dt = разница температур ( ^o F)

Нагреватели горячего масла и теплоносители: полное руководство

Теплообмен

Для целей теплообмена описанную конфигурацию можно разделить на три части в соответствии с методом теплопередачи и с учетом технических ограничений, которые требуются в каждой точке для достижения энергоэффективности и долговечности, обусловленных заправкой теплоносителя и материалами оборудования.(см. Теплопередача).

На рисунке 3 три зоны четко разграничены:

1. Излучение

Оно охватывает практически всю камеру сгорания, а точнее внутреннюю поверхность внутреннего змеевика, и в этой области она имеет решающее значение. с технической точки зрения, чтобы знать точные значения максимальной температуры, достигаемой как жидким теплоносителем, так и материалом змеевика, потому что, хотя это область с наибольшей теплообменной емкостью, она также подвержена риску превышения максимальной допустимые значения. — Рисунок 4 -.

Рисунок 4. Площадки котла по способу теплопередачи. В зависимости от достигнутой температуры массы и пленки — см. Температуры-.

Характеристики используемого теплоносителя, топлива, регулирования горения, диаметра пламени, требований к обмену, необходимого минимального циркулирующего потока жидкого теплоносителя и, следовательно, его скорости и диаметра змеевика являются параметрами. которые определяют, что должно считаться критическим в конструкции — определение диаметра и длины камеры.

Слишком малый диаметр для камеры сгорания обеспечил бы оптимальную передачу тепла, но поставил бы под угрозу полезный срок службы заряда жидкого теплоносителя, а также самого котла, а также вызвал бы потерю заряда дымового контура, что может быть чрезмерным бременем для стандартной горелки.

С другой стороны, слишком большой диаметр камеры сгорания снижает энергоэффективность оборудования.

Длина камеры сгорания также имеет большое значение для надежности оборудования. Камера сгорания, слишком короткая для требуемой мощности, будет иметь необычно высокие температуры в нижней крышке и в верхней крышке камеры, что может привести к частичному разрушению этих элементов.

2. Переходная зона

Она включает внутренние поверхности концов внутренней и внешней катушек. В зависимости от настройки горелки она может частично включать внешнюю грань внутреннего змеевика. В этой области излучение и конвекция сосуществуют как процессы теплопередачи, и, следовательно, в отношении тепла необходимо принимать во внимание как меры предосторожности при обмене посредством излучения, так и ограничения, связанные с обменом посредством конвекции.

Особое внимание следует уделить конструкции изменения направления газового контура в нижней части камеры сгорания, так как должна быть достигнута полная герметичность (в противном случае дымовые газы будут проходить непосредственно из 1-го прохода в дымоход. выход, что дает очень плохую производительность и, что еще хуже, с чрезвычайно высокими температурами в дымоходе, которые могут вызвать его разрушение) вместе с низкой потерей заряда при изменении направления дымовых газов.

3. Зона конвекции

Это соответствует обеим сторонам внешнего змеевика и внутренней поверхности внутреннего змеевика.

Хотя может существовать небольшой риск превышения максимальных температур использования теплоносителя и материалов (см. Рисунок 4), основная проблема при проектировании этой зоны заключается в достижении высокого уровня теплопередачи за счет значительной скорости. дымовых газов, но без значительного риска загрязнения дымовых каналов 2 и 3 из-за недостаточного размера этих каналов или высокой потери заряда в дымовом контуре (известной как избыточное давление в котле), что затрудняет использование стандартных горелок.

Рис. 3. Отдельные области в бойлере с жидким теплоносителем для целей теплообмена

В дополнение ко всем параметрам, описанным выше, змеевики также должны быть тщательно спроектированы так, чтобы с точки зрения гидравлики теплоноситель потери заряда контура невелики, что приведет к нестандартным насосам и высокому потреблению электроэнергии, и в то же время гарантирует достаточную скорость теплоносителя для обеспечения удовлетворительных коэффициентов теплопередачи — см. рисунок 5.

Рисунок 5. Скорость теплоносителя / коэффициент теплопередачи. Значения для BP Transcal N. Температура теплоносителя 290 ° C. Другие факторы исключены для лучшего понимания важности скорости

Дифференциал тепла. Проходы в змеевиках

Тепловой дифференциал , также известный как тепловой скачок , представляет собой максимальное повышение температуры теплоносителя, которое котел может получить при номинальной тепловой мощности при расчетном расходе теплопередачи. жидкость.

Наиболее распространенные тепловые скачки составляют 20 ° C и 40 ° C, хотя эти значения имеют некоторый запас в зависимости от используемого теплоносителя и рабочей температуры, поэтому на самом деле мы должны говорить об интервалах между 18-22 ° C в в первом случае и 36-42 ° C во втором.

Важно помнить, что один котел не лучше и не хуже другого котла с той же тепловой мощностью, но с другим скачком. При правильной конструкции оба типа котлов будут иметь одинаковые энергетические характеристики и аналогичные рабочие функции.

Причина наличия котлов с разной температурой дифференциала заключается в том, чтобы обеспечить наилучшую адаптацию котла к характеристикам производственного процесса и, в частности, к бытовым приборам системы.

Первоначально бойлер с скачком тепла на 20 ° C может обеспечивать большую однородность температуры в потребляющих устройствах из-за большего циркулирующего потока, хотя при изначально более дорогой установке из-за большего диаметра трубы, большей емкости теплоносителя в системы и более высокое потребление электроэнергии в главном насосе.Однако котел с перепадом тепла 40 ° C может также достичь тех же результатов с помощью контуров рециркуляции с вторичными насосами, которые обеспечивают большую скорость потока в бытовых приборах и, таким образом, большую однородность. Однако в последнем случае стоимость установки теплового дифференциального котла значительно выше, что не является положительным фактором.

Перепады тепла выше 40 или 50 ° C не являются обычным явлением, учитывая, что на срок службы теплоносителя влияют такие высокие и резкие изменения температуры, и конструкция котла должна предусматривать меры по поглощению дополнительных расширений, что делает конструкцию более специализированный и более дорогой. Однако в приложениях для солнечных тепловых электростанций можно найти котлы с теплоносителем с перепадом тепла до 100 ° C.

Мы рекомендуем пользователю связаться с производителем котла, авторизованным установщиком, штатным или внешним инженером, чтобы обсудить, какой перепад тепла будет наиболее подходящим для их процесса.

Мы уже видели, что определение разности температур, в основном по характеристикам потребляющих устройств, определяет расход циркулирующего теплоносителя, необходимый в системе.Но этот расход также должен соответствовать определенным требованиям, обозначенным на котле.

Скорость теплоносителя в змеевиках должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить хороший теплообмен, не превышая при этом температуру пленки используемого теплоносителя, чтобы избежать его быстрой деградации. Но эти высокие скорости циркуляции, которые требуются, также подразумевают значительные потери заряда (потери давления), поскольку потери заряда пропорциональны квадрату высокой скорости, с возможностью использования очень больших насосов с чрезмерно высоким потреблением электроэнергии для достижения гидравлического давления. стабильность в цепи.

Согласование факторов высокой скорости и приемлемых потерь заряда возможно только при точном тепловом и гидравлическом исследовании катушек, диаметра их трубок, их длины и их соединения.

С помощью диаграмм на рисунке 6 и небольшого примера мы постараемся немного прояснить все эти вопросы. Мы упростили возможные варианты гидравлики исключительно в этих трех случаях. В действительности количество параллельных проходов катушек может составлять от 1 прохода до 6, 7 или 8.

Рабочая температура T ₁ и его тепловая мощность в кВт одинаковы на всех трех диаграммах на Рисунке 6. Кроме того, общая длина составляющей трубы змеевика одинакова — 4L.

Различия относятся к температурам на входе котла (температура обратки от потребляющих устройств после подачи необходимой энергии), T2, T3 и T4. Расходы циркулирующего потока Q, Q ₁ y Q ₂ и потери заряда ΔP ₁ , ΔP ₂ и ΔP ₃ также различаются.

Реальный числовой пример

У нас есть бойлер с теплоносителем с перепадом тепла 40ºC и мощностью нагрева 1100 кВт. Его обменная поверхность составляет 54 м ² с выходом порядка 86-89% в зависимости от рабочей температуры.

Схема его конструкции — A) на рисунке 6, с двумя последовательными катушками и двумя параллельными проходами на катушку. Расчетный расход для этих условий составляет 52 м ³ / ч, с потерей заряда 2,37 бар при рабочей температуре 260 ° C.

Если мы попытаемся эксплуатировать этот котел с тепловым скачком на 20 ° C, расход должен составить 104 м ³ / ч, а ожидаемые потери заряда при той же температуре, что и раньше, 260 ° C, будут 8,17 бар. Придется прибегнуть к очень сложным и дорогим насосам с очень высоким потреблением электроэнергии.

С другой стороны, если мы воспользуемся схемой конструкции B) на Рисунке 6 (два змеевика последовательно с тремя параллельными проходами на змеевик) с одинаковым расходом, 104 м ³ / ч, и поверхностью обмена, 54 м ² , потеря заряда составит 2. 62 бар, что приемлемо для обычных насосов.

Этот тип конструкции B) не подходит для котла с перепадом тепла 40 ° C, поскольку при требуемом низком расходе 52 м ³ / ч не возникнет проблем с перепадом давления (всего 0,71 бар). но вместо этого проблема будет заключаться в преодолении температуры пленки жидкости, поскольку она будет примерно на 44 ° C выше, чем рабочая температура.

Как видно из раздела «Температура», максимальная температура пленки обычно на 10-20 ° C выше максимальной рабочей температуры, поэтому в этом гипотетическом случае мы либо столкнемся с быстрой деградацией заряда теплоносителя, либо мы были бы вынуждены работать при низких температурах, что может быть неприемлемо для нашей производственной системы.

Конструкция C), с двумя змеевиками, соединенными параллельно, каждая из которых имеет три прохода теплоносителя, соответствует довольно необычной конструкции и типичной для котлов, требующих очень малых перепадов тепла, порядка 10 или 15 ° C.