Зависимость теплоотдачи радиатора от температуры теплоносителя

Реальная теплоотдача радиаторов отопления различных типов часто обсуждается на строительных форумах. Участники спорят, какие батареи лучше по тепловым характеристикам – чугунные, алюминиевые или стальные панели. Чтобы прояснить данный вопрос, предлагается выполнить расчет мощности разных отопительных приборов и провести сравнение радиаторов по теплоотдаче.

Как правильно рассчитывается реальная теплоотдача батарей

Первым делом изучите технический паспорт батареи. В нем вы точно найдете интересующие параметры — тепловую мощность одной секции либо целого панельного радиатора определенного типоразмера. Не спешите восхищаться отличными показателями алюминиевых или биметаллических обогревателей, указанная в паспорте цифра — не окончательная и требует корректировки, для чего и нужно сделать расчет теплоотдачи.

Ошибочное суждение: мощность алюминиевых радиаторов самая высокая, ведь теплоотдача меди и алюминия – самая лучшая среди металлов. Теплопроводность алюминия действительно высока, но процесс теплообмена зависит от многих факторов. Нюанс второй: отопительные приборы делают из силумина – алюминиевого сплава с кремнием, чьи показатели заметно ниже.

Прописанная в паспорте отопительного прибора теплоотдача соответствует истине, когда разница между средней температурой теплоносителя (tподачи + tобратки)/2 и воздуха помещения равна 70 °С. Величина зовется температурным напором, обозначается Δt. Расчетная формула:

Подставим известное значение температурного напора и получим такое уравнение:

(tподачи + tобратки)/2 — tвоздуха = 70 °С

Справка. В документации изделий от различных фирм параметр Δt может обозначаться по-разному: dt, DT, а иногда просто пишется «при разнице температур 70 °С».

Какую теплоотдачу мы получим, если в документации на биметаллический радиатор написано: тепловая мощность одной секции равна 200 Вт при DT = 70 °С? Разобраться поможет та же формула, в нее подставляем значение комнатной температуры +22 °С и ведем расчет в обратном порядке:

(tподачи + tобратки) = (70 + 22) х 2 = 184 °С

Зная, что разность температур в подающем и обратном трубопроводах не должна превышать 20 °С, определяем их значения следующим образом:

• tподачи = 184/2 + 10 = 102 °С;
• tобратки = 184/2 – 10 = 82 °С.

Теперь видно, что 1 секция биметаллического радиатора из примера отдаст 200 Вт теплоты при условии, что вода в подающем трубопроводе нагреется до 102 °С, а температура воздуха в комнате – до +22 °С.

Первое условие невыполнимо, поскольку современные бытовые котлы нагреваются до 80 °С (максимум). Значит, радиаторная секция никогда не отдаст заявленные 200 Вт тепла. Да и температура теплоносителя в системе частного дома редко поднимается выше 70 °С, тогда DT = 38 °С, а не 70 градусов. То есть, реальная теплоотдача прибора вдвое ниже паспортной.

Порядок расчета теплоотдачи

Итак, реальная мощность батареи отопления гораздо меньше заявленной, но для ее подбора надо понимать, насколько. Для этого есть простой способ: применение понижающего коэффициента к паспортному значению тепловой мощности обогревателя. Ниже представлена таблица коэффициентов, на которые умножается заявленная теплоотдача радиатора в зависимости от настоящей величины DT:

Алгоритм расчета настоящей теплоотдачи отопительных приборов для ваших индивидуальных условий такой:

1. Определить, какая должна быть температура в доме и воды в системе.
2. Подставить эти значения в формулу и рассчитать свой температурный напор Δt.
3. Найти в таблице коэффициент, соответствующий найденному DT.
4. Умножить на него паспортную величину теплоотдачи батареи.
5. Подсчитать число секций либо целых отопительных приборов для обогрева комнаты.

В приведенном примере тепловая мощность 1 секции биметаллического радиатора составит 200 Вт х 0.48 = 96 Вт. На обогрев помещения площадью 10 м² пойдет приблизительно 1000 Вт теплоты или 1000/96 = 10.4 ≈ 11 секций (округление делаем в большую сторону).

Представленная таблица и расчет теплоотдачи батарей надо использовать, когда в документации указана Δt, равная 70 °С. Но бывает, что фирмы–производители дают мощность радиатора для других условий, например, при Δt = 50 °С. Тогда пользоваться коэффициентами нельзя, проще набрать требуемое количество секций по паспортной характеристике, только взять их число с полуторным запасом.

Справка. Многие производители указывают значения теплоотдачи при таких условиях эксплуатации: tподачи = 90 °С, tобратки = 70 °С, tвоздуха = 20 °С, что как раз соответствует Δt = 50 °С.

Сравнение по тепловой мощности

Если вы внимательно изучили предыдущий раздел, то должны понимать, что на теплоотдачу очень влияют температуры воздуха и теплоносителя, а эти параметры мало зависят от самого радиатора. Но есть и третий фактор — площадь поверхности теплообмена, здесь конструкция и форма изделия играет большую роль. Четко сравнить стальной панельный обогреватель с чугунной батареей не выйдет, их поверхности слишком разные.

Трудновато сравнивать отдачу теплоты плоскими панелями и ребристыми поверхностями сложной конфигурации

Четвертый фактор, влияющий на теплоотдачу, — это материал, из коего изготовлен отопительный прибор. Сравните сами: 5 секций алюминиевого радиатора GLOBAL VOX высотой 600 мм отдадут 635 Вт при DT = 50 °С. Чугунная ретро батарея DIANA (GURATEC) на 5 секций такой же высоты передаст в комнату только 530 Вт при аналогичных условиях (Δt = 50 °С). Эти данные опубликованы на официальных сайтах производителей.

Примечание. Мощностные характеристики алюминиевых и биметаллических обогревателей мало отличаются, сравнивать их нет смысла.

Можно попытаться провести сравнение алюминия со стальным панельным радиатором, взяв ближайший типоразмер, подходящий по габаритам. Длина батареи из 5 алюминиевых секций GLOBAL высотой 600 мм составит примерно 400 мм, что соответствует стальной панели KERMI 600 х 400.

В таблице указана тепловая производительность 1 секции из алюминия и биметалла в зависимости от размеров и разницы температур Δt

Если даже взять трехрядную стальную панель (тип 30), получим 572 Вт при Δt = 50 °С против 635 Вт у 5-секционного алюминия. Еще учтите, что радиатор GLOBAL VOX гораздо тоньше, глубина прибора составляет 95 мм, а панели KERMI – почти 160 мм. То есть, высокая теплоотдача алюминиевых секций позволяет уменьшить габариты обогревателя.

В индивидуальной системе отопления частного дома батареи одинаковой мощности, сделанные из различных металлов, работать будут по-разному. Поэтому и сравнение довольно предсказуемо:

1. Биметаллические и алюминиевые изделия быстро прогреваются и остывают. Отдавая больше теплоты за промежуток времени, они сильнее охлаждают воду, возвращаемую в систему.
2. Стальные панельные радиаторы занимают среднюю позицию, так как передают тепло не настолько интенсивно. Зато они дешевле и проще в монтаже.
3. Самые инертные и дорогие – это обогреватели из чугуна, им присущ долгий разогрев и остывание, из-за чего возникает небольшое запаздывание при автоматическом регулировании расхода теплоносителя термостатическими головками.

Вывод простой: неважно, из какого материала изготовлен радиатор. Главное, правильно подобрать батарею по мощности и дизайну, который устроит пользователя. А вообще, для сравнения не помешает ознакомиться со всеми нюансами работы того или иного прибора, а также где какой лучше устанавливать.

Сравнение по другим характеристикам

Об одной особенности работы батарей – инертности – уже упоминалось выше. Но чтобы сравнение радиаторов отопления выглядело объективным, кроме теплоотдачи следует учесть и другие важные параметры:

• рабочее и максимальное давление теплоносителя;
• количество вмещаемой воды;
• масса.

Ограничение по рабочему давлению определяет, можно ли устанавливать отопительный прибор в многоэтажных зданиях, где высота подъема воды сетевыми насосами может достигать сотни метров. Параметр не играет роли для частных домов, где давление в системе невысокое, максимум 3 Бар.

Сравнение по вместительности радиаторов может дать представление об общем количестве воды в сети, которое придется нагревать. Ну а масса изделия важна при выборе места установки и способа крепления батареи.

В качестве примера ниже показана сравнительная таблица характеристик различных радиаторов отопления одинакового размера:

Примечание. В таблице за 1 единицу принят отопительный прибор из 5 секций, кроме стального, представляющего собой единую панель.

Заключение

Если провести сравнение изделий широкого круга производителей, то все равно выяснится, что по теплоотдаче и другим характеристикам первое место прочно удерживают алюминиевые радиаторы. Биметаллические выигрывают по рабочему давлению, но стоят дороже, покупать их не всегда целесообразно. Стальные батареи – это скорее бюджетный вариант, а вот чугунные, наоборот, — для ценителей. Если не учитывать цену советских чугунных «гармошек» МС140, то ретро радиаторы – самые дорогие из всех существующих.

Теплоотдача радиатора — показатель, который обозначает количество тепла, переданного радиатором помещению в единицу времени. Измеряется она в Ваттах (Вт). Также в интернете можно встретить другие названия этого показателя: тепловая мощность, мощность, тепловой поток. В качестве единицы измерения теплоотдачи можно встретить также кал/час, их можно перевести в Ватты и наоборот по зависимости: 1 Вт = 859,8452279 кал/ч.

Передача тепла помещению происходит двумя процессами: излучением и конвекцией. Конструкция современных отопительных приборов разработана так, чтобы, комбинируя оба процесса, достичь максимальной теплоотдачи.

Тепловая мощность радиаторов зависит кроме его конструкции от трех величин: температуры теплоносителя на входе радиатора, на выходе и температуры воздуха в помещении. Температурный напор (&#916t, K) представляет разность температуры радиатора и помещения. Температура радиатора берется как средняя между температурами на входе и выходе из радиатора. Т.о., простая формула температурного напора следующая:

Эта формула широко используется как для расчетов, так и в справочной литературе. Но расчет температуры радиатора как среднеарифметическое значение не отражает действительной температуры радиатора. Более точное значение можно получить, пользуясь логарифмической зависимостью, тогда логарифмическая формула температурного напора будет выглядеть так:

В технической документации производителей радиаторов можно встретить значения теплоотдачи, полученные по трем основным методам испытаний: по стандартам EN-442, DIN 4704 и НИИСТ. EN 442 — общеевропейский стандарт, на который ориентируются все производители отопительных приборов. Испытания проходят при температурном режиме 75/65/20 в кабине, где охлаждаются потолок, пол и стены кроме противоположной радиатору. В соответствии со стандартом DIN 4704 отопительный прибор испытывается при режиме 90/70/20 и охлаждаются все ограждающие конструкции. По НИИСТ температурный напор составляет 70 o C, не охлаждаются стена напротив радиатора и пол, радиатор отделен от стены теплоизолирующим экраном. Теплоотдача, полученная по разным стандартам может отличаться на 1-8%.

Если в системе отопления используется иной температурный режим, то теплоотдачу отопительных приборов нужно пересчитать. Это можно сделать по формуле пересчета теплоотдачи:

Показатель n характеризует конструкцию радиатора. Чем выше этот показатель, тем значительнее падает теплоотдача при низкотемпературных режимах отопления, и, наоборот, быстрее возрастает при высоких температурах теплоносителя.

Онлайн калькулятор для пересчета теплоотдачи стальных панельных радиаторов

В данной он-лайн программе учитывается влияние на теплоотдачу радиаторы таких факторов: атмосферное давление (влияет на теплоотдачу до 4%), способ подключения радиатора (влияет на теплоотдачу до 22%). Также программа позволяет пересчитывать фактическую теплоотдачу радиатора в зависимости от температурного напора и расхода теплоносителя, однако, для этой цели лучше пользоваться технической документацией производителя. Программу же можно использовать для дешевых и малоизвестных марок радиаторов, по которым недостаточно данных.

Тепловая мощность радиатора, Вт при &#916t= o C

На чтение: 5 минут Нет времени?

Пришли холода, включили отопление, а дома всё равно холодно? Знакомая многим ситуация. Первое, что приходит на ум – как заставить работать батареи на 100%? В сегодняшнем обзоре мы решили разобрать, какие из способов, которые можно найти в сети, действительно способствуют повышению теплоотдачи радиаторов, а какие являются вымыслом с научной и практической точки зрения. А поможет нам в этом специально приглашённый специалист.

Вот такую картину можно иногда наблюдать при проверке радиатора тепловизором

Читайте в статье

Уменьшение теплопотерь

К сведению! Сразу оговоримся, что данный пункт относится к проблеме в целом, а не к радиаторам конкретно.

Начнём мы наш анализ с банальной вещи – снижение теплопотерь. Для большинства не секрет, что на различного рода ограждения приходится до 60% тепловых потерь. Посмотрите на калькулятор ниже.

Давайте оставим параметры по умолчанию, но попробуем «поиграться» с характеристиками стены, пола, потолка и проёмов. Сравним идеальный случай, когда внешние стены утеплены, сверху и снизу находится отапливаемое помещение, имеется одно окно с двухкамерным стеклопакетом. В этом случае понадобится всего 1,2 кВт на отопление такого помещения. А теперь посмотрим случай, когда стены не утеплены, сверху и снизу неотапливаемые помещения, а окно обычное деревянное. В этом случае понадобится аж 4,69 кВт! Значительная разница, не правда ли?

Примерные величины теплопотерь через ограждающие конструкции

Именно поэтому первым-наперво необходимо обеспечить уменьшение теплопотерь всеми доступными способами, после чего переходить непосредственно к радиаторам.

Вывод: эффективно на 100%.

Использование экранов-отражателей за радиатором

Пожалуй, самый часто обсуждаемый и противоречивый способ. Из аргументов против чаще всего приводится:

• сдвиг точки росы или изотермы внутрь помещения;
• охлаждение стены за радиатором и, как следствие, уменьшение температуры в самом помещении;

Давайте попробуем разобраться.

Принцип работы экрана-отражателя

Сдвиг точки росы

Тут нужно понимать, что площадь экрана за радиатором значительно ниже площади стены. Именно поэтому оказать хоть сколько-таки сильное влияние на смещение точки росы экран просто не в состоянии. На неё оказывают влияние слишком много параметров. Это и коэффициент теплопроводности ограждающей конструкции (на простом языке – материал стены), и вид утеплителя, и способ его монтажа, и влажность снаружи/внутри и т.д.

Изменение точки росы в зависимости от способа утепления

Охлаждение стены за радиатором

Очень сомнительный довод, прямо вытекающий из пункта выше. Участок стены за радиатором слишком небольшой, чтобы его нагрев/охлаждение оказал сильное влияние на общую температуру в помещении.

Так что же тогда? Эффективен ли экран за батареей? В большинстве случаев он всего лишь препятствует расходу тепла на обогрев стены за прибором. Это тепло может быть расходовано более эффективно, но и тут возникает проблема – как его распределить? Если радиатор установлен в нише, да ещё и завешан шторами, то пользы от экрана не будет никакой.

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Улучшение циркуляции воздуха

Как многие знают, в основе работы радиатора заложены процессы конвекции и излучения. Конвекция основана на простом законе физики: тёплый воздух имеет меньшую плотность и поднимается вверх. Теплообмен излучением осуществляется посредством электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне. Соотношение этих двух видов теплообмена будет очень сильно зависеть от вида источника тепла. Но для простоты пояснения скажем, что в обычном водяном радиаторе преобладает конвекция.

Процессы теплообмена в водяном радиаторе

То есть теоретически, установив за радиатором средства принудительной циркуляции, можно добиться лучшего смешения конвективных потоков в помещении, тем самым используя выделяемое батареей тепло более эффективно. В сочетании с предыдущим пунктом (экран-отражатель) радиатор будет работать более «качественно».

Многие домашние мастера приспосабливают для этих целей обычные компьютерные кулеры

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Окраска радиатора в тёмный цвет

Ещё одно мнение, которое блуждает в интернете, что покраска батареи в чёрный или коричневый цвет увеличивает теплообмен излучением. В большинстве случаев подобные суждения основаны на физическом понятии «абсолютно чёрного тела», которое сильнее всего поглощает и излучает. Всё это относится и к батарее отопления. Покрашенные светлой краской излучают меньше, чем покрашенные тёмной. Давайте прикинем, насколько.

Немного физики. По закону Стефана-Больцмана излучение абсолютно чёрного тела пропорционально абсолютной температуре в 4-й степени.

R(T) = σ × T 4 , где

σ = 5,67·10 -8 Вт/(м 2 К 4 ) — постоянная Стефана-Больцмана.

Реальные тела относятся к «серым». Для реального «серого» нужно учитывать его излучательную способность ε . Батарея и сама поглощает ИК-излучение из комнаты, и в учебниках приводится соответствующая формула, в которую входят температуры как батареи, так и комнаты (в кельвинах в 4-й степени). Легко показать, что если нагреть батарею от 20°С на 40 градусов, то её излучение увеличится в 81 раз. Расчёт (приблизительный, конечно) показывает следующее. Пусть батарея площадью 1 кв. м покрашена коричневой масляной краской (для нее ε ≈ 0,8). Температура воды в ней пусть будет 70°С, а комнаты — 20°С. Тогда мощность ИК-излучения такой батареи будет 300 Вт. Не так уж мало! Ещё сильнее будет греть батарея, покрашенная чёрной матовой (не глянцевой!) краской. А если краска будет белой, мощность излучения будет ниже. Но эстетические соображения обычно берут верх, и батареи (открытые) обычно красят светлыми красками.

Чёрные радиаторы также свободно можно найти в продаже

Вывод: эффективно, но требует идеальных условий эксплуатации.

Изменение способа подключения радиатора

Знакома ли вам ситуация, когда половина батареи имеет высокую температуру, а половина холодная? Чаще всего в этом случае виноват способ подключения. Взгляните как работает прибор при одностороннем подключении радиатора с подачей теплоносителя сверху.

Обратите внимание, насколько хуже работают дальние секции

Теперь взглянем на схему одностороннего подключения с подачей теплоносителя снизу.

Видим тот же самый эффект

А вот двухстороннее подключение с подачей сверху и снизу.

Видим тот же самый эффект

Если вы обнаружили у себя одну из представленных выше схем, то вам не повезло. Самым рациональным с точки зрения эффективности работы является диагональное подключение с подачей сверху.

Вся теплообменная площадь радиатора прогревается равномерно, радиатор работает на полную мощность

И как же быть в том случае, когда разводку труб менять не хочется или же невозможно? В этом случае мы можем посоветовать приобрести радиаторы, имеющие в своей конструкции некоторую хитрость. Эта специальная перегородка между первой и второй секцией, меняющая направление движения теплоносителя.

А этот вариант подходит для верхнего двухстороннего подключения

В случае одностороннего подключения показали свою эффективность специальные удлинители потока.

Принцип работы удлинителя потока

Существуют устройства и для оптимизации одностороннего нижнего подключения, но думаем общий принцип вам теперь стал ясен.

Вывод: эффективно на 100%.

В заключение

Как мы уже успели убедиться, почти все способы в той или иной степени способствуют улучшению температурного режима. Какие-то обязательны к внедрению, какие-то дадут очень маленький эффект. Но ведь и море состоит из капель:) Если вы знаете ещё способы улучшения эффективности работы батарей, то милости просим в комментарии.