Прибора определяют по формуле

А)

Отнесенного к 1 м средних труб бетонного панельного радиатора [прн теплопровод­ности бетона Л—1,0 Вт/(м-°С)], прн односторонней теплоотдаче (а) н двусторон­ней (б)

Ян = 1/«н, (4.11)

Где ан — коэффициент теплообмена на наружной поверхности, который может быть представлен при th=tB [формула (2.11)] в виде суммы коэффициентов конвективного ак и лучистого ал Fen- Лопереноса, т. е.

Ан=ак + ал. (4.12)

Теплообмен конвекцией при свободном движении воз­духа зависит от разности температуры нагретой поверх­ности и температуры окружающего воздуха (а также от общей подвижности воздуха в помещении [формула (2.8)].

В нашем примере при свободном движении воздуха (/в=20 °С) у гладкой вертикальной поверхности радиатора и температуре воды TBX=95 °С, /вых==70 °С:

Att = 1,66 (T пов - = 6,6 в т/(м2 • °С).

Теплоперенос излучением зависит от материала и формы приборов, размеров, температуры и взаимного располо­жения отопительных приборов и поверхности ограждений помещения [формула (2.6)1.

Для чугунного радиатора с гладкой поверхностью, при­нимая приведенный коэффициент излучения Спр=5,1 Вт/(м2-°С) и коэффициент облученности <р=0,5, получим ал = &СПрф= 1,3-5,1-0,5 = 3,3 Вт/(м2-°С).

Коэффициент облученности ср здесь принят равным 0,5, так как для двухколончатых секционных радиаторов характерно, что в помещение попадает около 50% излу­чения (остальное поглощается близко расположенными, взаимно закрывающими друг друга секциями).

В результате сопротивление теплообмену на внешней поверхности радиатора по формулам (4.11) и (4.12) составит Я„=1:(6,6+3,3) = 0,1 °С-м2/Вт.

Сравнивая полученное значение сопротивления со зна­чением сопротивления теплообмену на внутренней поверх­ности радиатора (RB—0,022), убеждаемся, что RH примерно в 4,5 раза превышает RB. Несмотря на приблизительность проделанных расчетов (расчеты проделаны для плоской стенки), можно установить, что значение коэффициента теплопередачи kap [формулы (4.6) и (4.7)] для металличе­ских отопительных приборов с гладкой поверхностью оп­ределяется в основном значением коэффициента теплооб­мена на их внешней поверхности ая. У неметаллических приборов kap зависит также от теплопроводности мате­риала стенок и степени неравномерности температуры их поверхности.

Для металлических отопительных приборов со специ­ально оребренной внешней поверхностью — конвекторов, ребристых труб — доля теплоотдачи излучением состав­ляет всего 5—10% общего теплового потока, попадающего в помещение. Поэтому значение коэффициента теплообмена на внешней поверхности ан таких отопительных приборов, а вслед за ним и значение коэффициента теплопередачи £пр будут всегда существенно ниже значений аналогичных коэффициентов для приборов с гладкой поверхностью.

Для примера приведем средние значения коэффициента теплообмена на внешней поверхности ан, Вт/(м2-°С), в расчетных температурных условиях действия систем водя­ного отопления:

Для вертикальных бетонных панельных ридиаторов. 11,5

» чугунных секционных радиаторов............................................... 10

» конвекторов с кожухом................................................................. 7

Итак, величина теплового потока от теплоносителя в вертикальных отопительных приборах в помещение опре­деляется в основном интенсивностью теплообмена на внеш­ней их поверхности и прежде всего теплообмена конвек­тивного. Этим объясняется, что значения коэффициента теплопередачи отопительных приборов относят к единице площади внешней их поверхности и к разности темпера­туры теплоносителя и температуры окружающего воз­духа tB (а не температуры помещения

Коэффициент теплопередачи каждого вновь разраба­тываемого отопительного прибора не рассчитывают анали­тически, а устанавливают опытным путем без разделения теплового потока на части, выражающие теплопередачу конвекцией и излучением. Так поступают, зная о наличии многих факторов, влияющих на коэффициент &пр прямо или косвенно и затрудняющих точное его вычисление рас­четным путем. Рассмотрим эти факторы, разделив их на основные, определяющие величину &пр, и второстепенные, влияющие на его величину в сравнительно узких пределах.

Основными факторами, определяющими величину &пр, являются: 1) вид и конструктивные особенности, приданные типу прибора при его разработке; 2) температурный напор при эксплуатации прибора.

Вид отопительного прибора позволяет заранее судить о возможной величине коэффициента теплопередачи. На рис. 4.16 для основных видов приборов показаны области значений коэффициента теплопередачи при одних и тех же температурных условиях —iB=70°C). Как видим, для гладкотрубных приборов характерны сравнительно высокие, для секционных радиаторов — средние, для конвекторов и ребристых труб — низкие значения коэффициента тепло­передачи.

В пределах каждой области значение коэффициента теплопередачи Knv изменяется в зависимости от конструк­тивных особенностей прибора того или иного типа следу­ющим образом.

Для гладкотрубных приборов fenp уменьшается при увеличении диаметра и числа параллельных труб, 3hro объясняется уменьшением интенсивности конвективного теплообмена на поверхности верхней части прибора, омы­ваемой воздухом, подогревшимся внизу. Кроме того, вза­имным экранированием поверхностей труб, расположенных близко друг к другу, вследствие чего в помещение попадает только часть излучения.

Для бетонных отопительных панелей Knv зависит от их положения (горизонтального или вертикального) в помещении и уменьшается по мере увеличения высоты и длины приборов.

Уменьшение knp ребристых труб по сравнению с глад - костенными приборами объясняется падением температуры
поверхности по длине ребра и взаимным экранированием поверхности смежных ребер, обращенных друг к другу. Коэффициент теплопередачи уменьшается также с увели­чением числа ребристых труб, помещенных одна над другой (как и для гладких труб).

У секционных радиаторов по тем же причинам на ве­личину /гпр влияют форма и число колонок в секции, рас­стояние между смежными секциями, глубина и высота сек­ции (чем выше секция, тем ниже /гпр), а также число секций.

У конвекторов Knp зависит также от толщины, высоты и шага ребер нагревателя. Наибольшее значение kBp по­лучено, например, при расстоянии около 6 мм между реб­рами размерами 50 X 100 мм.

Вторым основным фактором, определяющим величину KRV в эксплуатационных условиях, является температур­ный напор At, т. е. разность температуры теплоносителя TT И температуры окружающего прибор воздуха TB:

Д t = tT — tB. (4.13)

При этом наибольшему температурному напору соот­ветствует наивысшее значение коэффициента теплопередачи (пунктирные линии на рис. 4.16).

Температуру теплоносителя воды принято вычислять при экспериментах как среднеарифметическую между тем­пературой воды, входящей и выходящей из прибора, т. е. ^т —4р> хотя в действительности средняя температура воды в приборе ниже среднеарифметической. Поэтому тем­пературный напор, вычисляемый при среднеарифметиче­ском значении температуры воды, т. е. Atcp=Tcv—TB, Является относительной расчетной величиной, принима­емой при испытаниях, а затем и при определении необхо­димой площади нагревательной поверхности конкретного прибора.

Результаты экспериментов по определению коэффици­ента теплопередачи для каждого нового отопительного прибора обрабатывают в виде эмпирических зависимостей: для теплоносителя — пара

&пр = тД/2; (4.14)

Для теплоносителя — воды

K„v = m MnevGP, (4.15)

Где т, п, р —экспериментальные числовые показатели, выражаю­щие влияние конструктивных и гидравлических особенностей при­бора иа его коэффициент теплопередачи; ДtH — разность темпера­туры при теплоносителе паре, принимаемая в «Соответствии с фор­мулой (4.13), исходя из температуры насыщенного пара T„Ас в приборе:

Ma = tB3C — tB (4.16)

Д/Ср — разность температуры при теплоносителе воде, принима­емая, как сказано выше, исходя из температуры воды, входящей TBX и выходящей TBUX из прибора

Л'ср = tcP-tB = 0,5 (t„ + tBUx) ~tB- (4.17)

G — относительный расход воды в приборе, связывающий изме­нение коэффициента теплопередачи с гидравлическим режимом в приборе и степенью равномерности температурного поля иа внеш­ней поверхности прибора.

Относительный расход воды — это отношение дейст­вительного расхода воды в конкретном приборе к номиналь­ному расходу, принятому при тепловых испытаниях об­разцов приборов. При испытании образцов приборов за такой расход принят расход воды 360 кг/ч (0,1 кг/с), поэтому

G = Gnp/360[7]. (4.18)

Получаемые значения коэффициента теплопередачи при U—TB—70°C, расходе воды 360* кг/ч (0,1 кг/с) и расчетном атмосферном давлении 1013,3 гПа называют номинальными. Для секционного радиатора, например, номинальный ко­эффициент теплопередачи равен 10,9 Вт/(м2-°С).

Среди второстепенных факторов, влияющих на коэф­фициент теплопередачи приборов систем водяного отопле­ния, прежде всего укажем на расход воды Gnp, включен­ный в формулу (4.15). В зависимости от расхода воды из­меняются скорость движения W и режим течения воды в приборе, т. е. условия теплообмена на его внутренней поверхности. Кроме того, изменяется равномерность тем­пературного поля на внешней поверхности прибора.

На равномерность температурного поля на внешней поверхности отопительных приборов отражается также направление движения воды внутри прибора, связанное с местами ее подвода и отведения, т. е. способ соединения приборов с теплопроводами.

СХЕМА Г СХЕМА 2 СХЕМА 3 СВЕРХУ-ВНИЗ СНИЗУ-ВНИЗ СНИЗУ-ВВЕРХ Рис. 4.17. Основные схемы присоединения радиаторов к теплопроводам систем водяного отопления

Способ соединения приборов или их нагревательных элементов с трубами, изменяющий условия подачи, расте­кания, внутренней циркуляции, слияния и отведения потоков теплоносителя, называют схемой присоединения.

Все схемы присоединения приборов к трубам систем отопления разделены на три группы. Радиаторы чугунные секционные и стальные панельные выделены в первую группу, конвекторы с кожухом — в третью, остальные приборы с трубчатыми нагревательными элементами от­несены ко второй группе.

На рис. 4.17 представлены три основные схемы присое­динения секционных и панельных радиаторов. Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиа­торов получается при схеме присоединения сверху—вниз (схема 1), когда нагретая вода подводится к верхней пробке радиатора, а охлажденная вода отводится от нижней пробки. Поэтому значение коэффициента теплопередачи будет в этом случае всегда выше, чем при движении воды снизу—вниз (схема 2) и особенно снизу—вверх (схема 3 на рис. 4.17).

Для схем присоединения конвекторов без кожуха, реб­ристых и гладких труб характерны параллельное и после­довательное по движению воды соединение отдельных нагревательных элементов при расположении их в один— четыре яруса по высоте и в один—два ряда по глубине [8]. Две из них показаны на рис. 4.5 — g последовательным соединением (рис. 4.5, а) и с попарным параллельно-после - довательным соединением нагревательных элементов (рис. 4.5, б) при расположении их в четыре яруса.

В схемах присоединения для конвекторов с кожухом возможны горизонтальное и вертикальное расположёние труб нагревателя, а также последовательное и параллель­ное движение воды по трубам. На рис. 4.6, а показан, например, нагреватель с горизонтально расположенными трубами в конвекторе «Комфорт-20». В конвекторе «Универ - сал-20» малой глубины (100 мм) трубы в нагревателе поме­щены по вертикали, что вызывает понижение номиналь­ного коэффициента теплопередачи до 5,1 Вт/(м2-°С). В кон­векторе «Универсал-С» средней глубины (160 мм) греющие трубы расположены по две в горизонтальной и вертикаль­ной плоскостях, что приводит к дальнейшему уменьшению значения номинального коэффициента теплопередачи до 4,93 Вт/ (м2-°С).

На коэффициент теплопередачи влияют также следую­щие второстепенные факторы:

А) скорость движения воздуха V у внешней поверхности прибора. При установке прибора у внутреннего ограж­дения fenp повышается за счет усиления циркуляции воз­духа в помещении (см. рис. 4.9, в); fenp также повышается при увеличении высоты кожуха конвекторов;

Б) конструкция ограждения прибора. Коэффициент теплопередачи уменьшается при переносе свободно уста­новленного прибора в нишу стены (см. рис. 4.12, б) деко­ративное ограждение прибора, выполненное без учета теп­лотехнических требований, может значительно уменьшить &пр (см. рис. 4.12, а);

В) расчетное значение атмосферного давления, установ­ленное для места расположения здания. При пониженном давлении по сравнению с номинальным (1013,3 гПа) коэф­фициент теплопередачи также понижается вследствие умень­шения плотности воздуха; так, при расчетном давлении 970 гПа поправочный коэффициент к fenp составит 0,98;

Г) окраска прибора. Состав и цвет краски могут не­сколько изменять коэффициент теплопередачи. Краски, обладающие высокой излучательной способностью, уве­личивают теплоотдачу прибора и наоборот. Например, окраска цинковыми белилами повышает теплопередачу чугунного секционного радиатора на 2,2%, нанесение алюминиевой краски, растворенной в нитролаке, умень­шает ее на 8,5%. Влияние окраски связано также с кон­струкцией прибора. Нанесение алюминиевой краски на поверхность панельного радиатора — прибора с повышен­ным излучением — снижает теплопередачу на 13%. Ок­раска конвекторов и ребристых труб незначительно влияет на их теплопередачу.

На значении коэффициента теплопередачи сказываются также качество обработки внешней поверхности, загряз­ненность внутренней поверхности, наличие воздуха в при­борах и другие эксплуатационные факторы.