3.2. Коэффициент теплопередачи отопительных приборов

Коэффициент теплопередачи прибора k_пр, Вт/(м²^оС) численно равен величине, обратной сопротивлению теплопередаче R_пр от теплоносителя через стенку прибора в помещение:

k_пр = 1/R_пр (3.5)

Величина R_пр слагается из сопротивления теплообмену R_в на внутренней поверхности стенки прибора, термического сопротивления стенки R_ст и сопротивления теплообмену R_н на внешней поверхности прибора:

R_пр = R_в + R_ст + R_н (3.6)

Процесс теплопереноса от теплоносителя в помещение осуществляется: от теплоносителя к стенке прибора – конвекцией и теплопроводностью; через стенку – только теплопроводностью; от стенки в помещение – конвекцией, радиацией и теплопроводностью. Так как R_н » R_в, то для увеличения теплового потока необходимо развивать внешнюю поверхность отопительного прибора. Это выполняется созданием специальных выступов, приливов и оребрения, что делает практически невозможным определение величины k_пр аналитическим путем.

Поэтому коэффициент теплопередачи каждого вновь разрабатываемого отопительного прибора устанавливают опытным путем. Рассмотрим основные и второстепенные факторы, определяющие величину k_пр.

Основными факторами являются: вид и конструктивные особенности; температурный напор при эксплуатации прибора.

Вид прибора позволяет заранее судить о возможной величине коэффициента теплопередачи. Однако в процессе эксплуатации эта величина остается постоянной.

Температурный напор t характеризует разность температуры теплоносителя t_т и температуры воздуха в помещении t_в: t = t_т – t_в. Результаты экспериментов по определению коэффициента теплопередачи обрабатывают в виде эмпирических зависимостей:

для теплоносителя – пара k_пр = m; (3.7)

для теплоносителя – вода k_пр = m; (3.8)

где m, n, p – экспериментальные показатели;

t_н = t_нас – t_в; (3.9)

t_нас – температура сухого насыщенного пара, ^оС;

t_ср – разность температур при теплоносителе воде, исходя из температуры воды, входящей t_вх и выходящей t_вых из прибора:

t_ср = t_ср – t_в = 0,5 (t_вх + t_вых) - t_в; (3.10)

G_отн – относительный расход воды в приборе; в настоящее время при испытании образцов приборов принят номинальный расход 360 кг/ч (0,1 кг/с), поэтому G_отн = G_пр /360.

Средивторостепенных факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи прибора, укажем на схему присоединения прибора к стояку (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схемы присоединения радиаторов к теплопроводам систем отопления

Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиаторов получается при схеме присоединения «сверху - вниз» (схема 1). Значение коэффициента теплопередачи будет в этом случае всегда выше, чем при движении воды «снизу – вниз» (схема 2) и особенно «снизу – вверх» (схема 3).

На коэффициент теплопередачи влияют также следующие второстепенные факторы. Увеличение скорости движения воздуха у внешней поверхности прибора повышает значения k_пр. Конструкция ограждения прибора понижает величину коэффициента теплопередачи (рис. 3.7) по сравнению со свободно установленным прибором. При окраске прибора состав и цвет краски незначительно влияют на коэффициент теплопередачи.

Рис. 3.7. Способы размещения отопительных приборов:

а – в декоративном шкафу; б – в глубокой нише; в – в специальном укрытии; г – за щитом; д – в два яруса

Плотность теплового потока q_пр, Вт/м², передаваемого от теплоносителя через 1 м² площади прибора в окружающую среду с учетом зависимостей (3.7) и (3.8) составляет:

- при теплоносителе паре q = k_пр t_н = m, (3.11)

- при теплоносителе воде q = k_пр t_ср = m (3.12)

Для сравнения приведем значения номинальной плотности теплового потока q_ном, Вт/м², некоторых типов отопительных приборов:

- радиатор чугунный секционный типа МС-90-108	790;
- радиатор стальной панельный типа РСВ	730;
- радиатор чугунный секционный типа М-140 АО	595;
- конвектор с кожухом типа «Универсал – 20»	357;
- ребристая чугунная труба	388.

Видно значительное теплотехническое преимущество радиаторов по сравнению с конвекторами.