Коэффициент теплоотдачи нержавеющей стали

Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.

Что такое теплопроводность

Данный термин означает способность различных материалов к обмену энергией, которая в этом случае представлена теплом. При этом передача энергии проходит от более нагретой части к холодной и происходит за счет:

  1. Молекул.
  2. Атомов.
  3. Электронов и других частиц структуры металла.

Теплопроводность нержавеющей стали будет существенно отличаться от аналогичного показателя другого металла — например, коэффициент теплопроводности меди будет иным, нежели у стали.

Для обозначения этого показателя используется специальная величина, именуемая коэффициентом теплопроводности. Она характеризуется количеством теплоты, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.

Показатели для стали

Теплопроводность может существенно отличаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент данной величины у стали и меди будет разным. Кроме этого, при повышении или уменьшении концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.

Существуют и другие особенности теплопроводности:

  1. Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
  2. У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
  3. Само термическое воздействие также может оказывать воздействие на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет значение проводимости, что связано с изменением кристаллической решетки.

Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше, что связано с более низкой плотностью этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от соответствующего показателя стали.

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

  1. Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
  2. Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
  3. У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.

Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.

Значение в быту и производстве

Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:

  1. При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
  2. При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
  3. При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.

Определяется рассматриваемый показатель при проведении испытаний в различных условиях. Как ранее было отмечено, коэффициент проводимости тепла может зависеть от температуры эксплуатации. Поэтому в таблицах указывается несколько его значений.

Расчёт теплоотдачи трубы требуется при проектировании отопления, и нужен, чтобы понять, какой объём тепла потребуется, чтобы прогреть помещения и, сколько времени на это уйдёт. Если монтаж производится не по типовым проектам, то такой расчёт необходим.

Читайте также:  Техника для заготовки леса

Для каких систем нужен расчёт?

Коэффициент теплоотдачи считается для тёплого пола. Всё реже эта система делается из стальных труб, но если в качестве теплоносителей выбраны изделия из этого материала, то произвести расчёт необходимо. Змеевик – ещё одна система, при монтаже которой необходимо учесть коэффициент отдачи тепла.

Регистры – представлены в виде толстых труб, соединённых перемычками. Теплоотдача 1 метра такой конструкции в среднем – 550 Вт. Диаметр же колеблется в пределах от 32 до 219 мм. Сваривается конструкция так, чтобы не было взаимного подогрева элементов. Тогда теплоотдача увеличивается. Если грамотно собрать регистры, то можно получить хороший прибор обогрева помещения – надёжный и долговечный.

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

В процессе проектирования перед специалистами встаёт вопрос, как уменьшить или увеличить теплоотдачу 1 м. стальной трубы. Для увеличения требуется изменить инфракрасное излучение в большую сторону. Делается это посредством краски. Красный цвет повышает теплоотдачу. Лучше, если краска матовая.

Другой подход – установить оребрение. Оно монтируется снаружи. Это позволит увеличить площадь теплоотдачи.

В каких же случаях требуется параметр уменьшить? Необходимость возникает при оптимизации участка трубопровода, расположенного вне жилой зоны. Тогда специалисты рекомендуют утеплить участок – изолировать его от внешней среды. Делается это посредством пенопласта, специальных оболочек, которые производятся из особого вспененного полиэтилена. Нередко используется и минеральная вата.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

  • К – коэффициент теплопроводности стали;
  • Q – коэффициент теплоотдачи, Вт;
  • F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Коэффициент теплопроводности K выбирается с учётом площади изделия. Зависит его величина и от количества ниток, проложенных в помещениях. В среднем величина коэффициента лежит в пределах 8-12,5.

dT называется также температурным напором. Чтобы параметр высчитать, нужно сложить температуру, которая была на выходе из котла, с температурой, которая зафиксирована на входе в котёл. Полученное значение умножается на 0,5 (или делится на 2). Из этого значения вычитается комнатная температура.

Если стальная труба изолирована, то полученное значение умножается на КПД теплоизоляционного материала. Он отражает процент тепла, который был отдан при прохождении теплоносителя.

Рассчитываем отдачу для 1 м. изделия

Посчитать теплоотдачу 1 м. трубы, выполненной из стали, просто. У нас есть формула, осталось подставить значения.

Q = 0,047*10*60 = 28 Вт.

  • К = 0.047, коэффициент теплоотдачи;
  • F = 10 м 2 , площадь трубы;
  • dT = 60° С, температурный напор.

Об этом стоит помнить

Хотите сделать систему отопления грамотно? Не стоит подбирать трубы на глазок. Расчёты теплоотдачи помогут оптимизировать траты на строительство. При этом можно получить хорошую отопительную систему, которая прослужит долгие годы.

Теплопроводность стали достаточно высока – это закон физики, и спорить с ним нельзя. Зато можно обратить это свойство металла на пользу. Именно такая теплоотдача позволяет использовать сталь в производстве различных приспособлений для обогрева помещений.

Зачем считать теплоотдачу

Расчет коэффициента теплопередачи для стальных труб и изделий из них поможет определить, сколько килокалорий или Джоулей от внутреннего теплоносителя они способны передать в атмосферу. При проектировании отопления после такого расчета легко вычислить требуемый диаметр стальной трубы. Если правильно все сделать, эффективность обогревателей будет максимальной.

Иногда точно такой же расчет теплоотдачи стальных труб нужен для обратного – подобрать изолирующий материал, который сможет препятствовать потерям. Все зависит от назначения и условий работы исследуемого трубопровода.

Для тех, кто подзабыл курс физики за 7-й класс, напомним значения этих символов:

  • k – коэффициент теплопередачи стали трубы. Он зависит от особенностей материала, толщины стенки и завязан на величину теплового напора.
  • F – площадь поверхности трубы. Если подведено сразу несколько ниток трубопровода, то учитывается суммарная площадь поверхностей.
  • Δt – тепловой напор, учитывающий разницу температур атмосферы и теплоносителя.

Говоря проще, теплоотдача стальной трубы напрямую зависит от ее размеров и степени нагрева по сравнению с внешней средой. Чем выше эти показатели, тем больше тепловой энергии она передаст.

Читайте также:  Декоративные перила из металла

Тепловой напор тоже рассчитывается для каждого конкретного случая. Здесь нужно дополнительно учитывать усредненную температуру горячей воды на входе и выходе из отопительного прибора (коэффициент теплоотдачи воды отличается от того же показателя для стали). Для предварительных расчетов Δt согласно СНиП принимают равным 55° С.

Удобнее производить расчет для одного условного метра трубы выбранного диаметра. Тогда готовый результат можно просто умножить на общую длину отопительного оборудования. Для разных типоразмеров труб теплопередача определяется отдельно.

Коэффициенты

Таблица теплоотдачи стальных труб

Тип соединения Для труб с внутренним диаметром, мм Δt, °С
50 — 60 60 — 70 70 — 80 80 — 100
В одну нитку до 40 11,5 12 12,5 12,5
50-100 10 10,5 11 11,5
свыше 125 10 10,5 10,5 10,5
В несколько ниток до 40 10 11 11,5 11,5
свыше 50 8 9 9 9

Приведенные цифры даны для труб с толщиной стенок от 3 мм и выше.

Полотенцесушитель в ванную из нержавейки, хоть и относится к рассмотренным гладким трубам, придется рассчитывать через другой коэффициент из-за разницы между черной и нержавеющей сталью. При тепловом напоре Δt = 70-80 °С для труб разного диаметра принимают такие значения:

Ду, мм 15 20 25 30 35 40 45 50
k 15 14,5 13,3 12 11 10 9 8

Следует учитывать, что сушка для полотенец в ванную, если это не старая часть отопительной системы, как правило, изготавливается из двух типоразмеров труб. Поэтому для змеевика и соединительных перемычек меньшего диаметра коэффициент k выбирается отдельно.

Какую систему вам бы ни пришлось обсчитывать, напольный водяной полотенцесушитель или регистры отопительного прибора, вам понадобится еще один коэффициент. Он позволит привести полученный результат в единицах Ккал/ч к привычному виду Вт/ч. Для этого Q умножают на 1,163.

СНиП 2.04.01-85 требует, чтобы стальной полотенцесушитель имел теплоотдачу не меньше 100 Вт на единицу площади помещения (1 м 2 ) и минимум 40 Вт на 1 м 3 ванной. Поэтому после перевода теплоотдачи в соответствующие единицы измерения, можно определить, для комнат каких размеров подходит выбранная конструкция сушки.

Способы увеличения теплоотдачи

Во всех отопительных и нагревательных системах нужно стремиться к тому, чтобы теплоотдача трубы была максимальной. Это будет означать, что энергию, затрачиваемую на нагрев носителя, мы используем наиболее эффективно. Для каждой конструкции, работающей в своих условиях, способ увеличить теплопередачу подбирается отдельно, с учетом всех нюансов. Но основой этих улучшений будут уже рассмотренные в теоретическом расчете исходные данные – площадь излучающей поверхности и разница температур.

Регистры

Самая простая конструкция радиаторов отопления – регистры. Это заваренные с торцов трубы среднего или большого диаметра, одиночные или соединенные в секции трубками-перемычками. Их можно увидеть в подъездах, на промышленных объектах или в частных домах с индивидуальным отоплением.

Чтобы повысить их тепловую мощность используют метод увеличения площади – наваривают тонкие металлические пластины. Это улучшает теплоотдачу батареи почти в полтора раза. Примерно такой же теплопередачей обладают компактные радиаторы – ближайшие родственницы чугунных батарей-гармошек. Хотя до панельных биметаллических приборов им, конечно, далеко.

Чтобы теплоотдача радиаторов отопления была максимальной, используют простой и незатратный метод конвекции. Этот способ заключается в правильном навешивании прибора. Его устанавливают как можно ближе к полу, где скапливается холодный воздух, но оставляют необходимые для циркуляции зазоры, в том числе и у самой стены.

При таком монтаже секции батареи соприкасаются со средой, имеющей минимально возможную в данных условиях температуру, то есть увеличивается тепловой напор. А нагретый регистрами воздух благодаря оставленным зазорам беспрепятственно поднимается вверх, и помещение протапливается быстрее.

Отличный метод – увеличить площадь передающей тепло поверхности. Делают это разными способами:

  1. Наращиванием общей длины нагревательных труб путем формирования из них U-образных регистров.
  2. Оребрением – строго говоря, этот способ увеличивает не конкретно теплопроводность стальной трубы, а всего радиатора, но мощность возрастает на 50%.
  3. Увеличением количества секций.
Читайте также:  Сварка меди с алюминием

Лучшей теплоотдачей обладают поверхности черного цвета, но далеко не в каждый интерьер впишется такая мрачная батарея, отчего этот способ и не нашел применения. Регистры традиционно продолжают окрашивать в белый цвет.

Полотенцесушители

Полотенцесушитель для ванной сам является наглядным примером того, как можно улучшить теплоотдачу трубы. «Змеевик» прибора – не что иное, как искусственно увеличенная площадь теплового излучения. Поскольку раньше они были лишь частью общей ветки отопления, изменить диаметр стальной трубы не представлялось возможным. Поэтому площадь теплопередачи увеличивалась путем простого наращивания длины.

Кстати, как раз водяной полотенцесушитель из нержавеющей стали будет неплохо смотреться в черном цвете. Блестящие и хромированные изделия, хоть и выглядят красиво, препятствуют теплообмену между трубой и окружающей средой.

Для вертикально ориентированных систем, таких как радиаторы и полотенцесушители, имеет значение способ подключения входных и выходных труб. Теплоотдача одного прибора при разной установке может значительно измениться:

  • 100% эффективности – диагональное подключение (вход горячей воды сверху, выход с обратной стороны внизу);
  • 97% – одностороннее с верхним входом;
  • 88% – нижнее двухстороннее подключение;
  • 80% – диагональное обратное (с нижним входом);
  • 78% – одностороннее с нижним входом и выходом отработанной воды.

Теплый пол

Не так давно теплый пол от полотенцесушителя или комнатного радиатора становился продолжением общей системы отопления в квартире, в разы увеличивая площадь обогревающей поверхности. Но вода в качестве теплоносителя именно в этой ситуации может создать немало проблем.

Как бы ни были надежны стальные трубы, они не вечны, а места соединений, особенно резьбовых, могут со временем дать течь. Только представьте, что это произошло внутри бетонной стяжки, которую так просто не снять. По этой причине теплый пол в водяном исполнении практически не применяется.

Если вы все-таки решили реализовать эту систему, вам придется подумать, как сделать ее максимально эффективной. Мощность теплого пола должна рассчитываться с предельной точностью. Но если цифры показывают, что теплопередача получается недостаточной, нужно в первую очередь озаботиться повышением эффективности стальных труб.

Поскольку эта конструкция контактирует не с воздухом в помещении, а нагревает материалы пола, сыграть можно только на увеличении протяженности труб. Поэтому их и укладывают компактной, но длинной «змейкой». Благодаря большой площади собственной поверхности она передает много тепла.

Нюанс: при плотной укладке нескольких погонных метров трубы теплоотдача теплого пола в целом возрастет, а каждого отдельного сегмента, не критично, но уменьшится.

Причина в том, что слишком близко расположенные трубы частично налаживают теплообмен друг с другом. Вокруг каждой создается нагретая зона, что приводит к некоторому снижению теплового напора.

Потери тепла

Не менее часто высокий коэффициент теплопроводности стальной трубы приходится рассматривать как негативный фактор. Когда тепло нужно с минимальными потерями доставить в конечную точку к потребителю, проводимость стали следует уменьшать. Такая необходимость возникает на магистральных трубопроводах и теплотрассах, проложенных на поверхности.

Для снижения теплопотерь трубы прячут в изолирующую оболочку из минеральной ваты или пенополистирола, используют фольгированную теплоизоляцию, экранирующую инфракрасный спектр излучения. Также можно взять стальные трубы, утепленные несколькими слоями вспененного полиэтилена еще на производстве.

Для определения эффективности применяемой изоляции делают стандартный расчет стальной трубы через коэффициент теплоотдачи. Но результат умножается на КПД изолирующего материала. Разница между двумя промежуточными итогами покажет, насколько эффективно сохраняется температура теплоносителя внутри трубы. Если цифра получается неудовлетворительной, толщину изолирующей скорлупы следует увеличить или подобрать материал с меньшей теплопроводностью.

В быту к теплопотерям и снижению эффективности стальных труб отопления приводит использование декоративных ширм или завешивание приборов, как в случае с полотенцесушителем. Нежелательна и установка такого оборудования в нишах стен. Сами трубы в этих потерях не виноваты, поскольку они исправно нагревают окружающий воздух и предметы, а вот на что тратится это тепло – вопрос уже к хозяевам.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector