Скорость движения воды в системе отопления
Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.
Данный материал предназначен понять, что такое диаметр, расход и скорость течения. И какие связи между ними. В других материалах будет подробный расчет диаметра для отопления.
Для того чтобы вычислить диаметр необходимо знать:
| 1. Расход теплоносителя (воды) в трубе. 2. Сопротивление движению теплоносителя (воды) в трубе определенной длины. |
Вот необходимые формулы, которые нужно знать:
| S-Площадь сечения м 2 внутреннего просвета трубы π-3,14-константа – отношение длины окружности к ее диаметру. r-Радиус окружности, равный половине диаметра, м Q-расход воды м 3 /с D-Внутренний диаметр трубы, м V-скорость течения теплоносителя, м/с |
Сопротивление движению теплоносителя.
Любой движущийся внутри трубы теплоноситель, стремиться к тому, чтобы прекратить свое движение.
Это сопротивление, называют – потерей напора. То есть движущийся теплоноситель по трубе определенной длины теряет напор.
Напор измеряется в метрах или в давлениях (Па). Для удобства в расчетах необходимо использовать метры.
Для того, чтобы глубже понять смысл данного материла, рекомендую проследить за решением задачи.
В трубе с внутренним диаметром 12 мм течет вода, со скоростью 1м/с. Найти расход.
Решение: Необходимо воспользоваться вышеуказанными формулами:
| 1. Находим сечение 2. Находим расход |
| D=12мм=0,012 м п=3,14 |
S=3.14•0,012 2 /4=0,000113 м 2
Q=0,000113•1=0,000113 м 3 /с = 0,4 м 3 /ч.
Имеется насос, создающий постоянный расход 40 литров в минуту. К насосу подключена труба протяженностью 1 метр. Найти внутренний диаметр трубы при скорости движения воды 6 м/с.
Q=40л/мин=0,000666666 м 3 /с
Из выше указанных формул получил такую формулу.
Каждый насос имеет вот такую расходно-сопротивляемую характеристику:
Это означает, что наш расход в конце трубы будет зависеть от потери напора, которое создается самой трубой.
| Чем длиннее труба, тем больше потеря напора. Чем меньше диаметр, тем больше потеря напора. Чем выше скорость теплоносителя в трубе, тем больше потеря напора. Углы, повороты, тройники, заужения и расширение трубы, тоже увеличивают потерю напора. |
Более детально потеря напора по длине трубопровода рассматривается в этой статье:
А теперь рассмотрим задачу из реального примера.
Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч.
| D=100 мм = 0,1м L=376м Геометрическая высота=17м Отводов 21 шт Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба) Максимальный расход=90м 3 /ч Температура воды 16°С. Труба стальная железная |
Найти максимальный расход = ?
Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.
В нашем случае будет такой график:
Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.
По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).
Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).
Поэтому решаем задачу ступенчато.
Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.
Находим скорость движения воды
Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.
V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с
Находим число рейнольдса
ν=1,16•10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.
Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.
Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.
У меня попадает на вторую область при условии
10•D/Δэ 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216
Далее завершаем формулой:
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.
Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:
Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час
Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.
V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с
λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.
25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.
Отмечаем на графике:
Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).
Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.
Для проверки проверим:
Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.
V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с
λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.
Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.
А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:
Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:
| h-потеря напора здесь она измеряется в метрах. ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].  g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2 |
ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.
Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.
Скорость 1,91 м/с
h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м.
Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.
Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.
Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.
При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м.
Смотри выше.
При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:
h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•2,29 2 )/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.
Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.
Отмечаем на графике:
Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч
Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.
V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с
λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.
h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.
Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м
Рисуем на графике:
Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.
В итоге, на размер диаметра влияют:
| 1. Сопротивление, создаваемое трубой с поворотами 2. Необходимый расход 3. Влияние насоса его расходно-напорной характеристикой |
Если расход в конце трубы меньше, то необходимо: Либо увеличить диаметр, либо увеличить мощность насоса.
Данная статья является частью системы: Конструктор водяного отопления
Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов.
При проведении дальнейших расчетов мы будем использовать все основные гидравлические параметры, в том числе расход теплоносителя, гидравлическое сопротивление арматуры и трубопроводов, скорость теплоносителя и т.д. Между данными параметрами есть полная взаимосвязь, на что и нужно опираться при расчетах.
К примеру, если повысить скорость теплоносителя, одновременно будет повышаться гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если повысить расход теплоносителя, с учетом трубопровода заданного диаметра, одновременно возрастет скорость теплоносителя, а также гидравлическое сопротивление. И чем больше будет диаметр трубопровода, тем меньше будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа данных взаимосвязей, можно превратить гидравлический расчет системы отопления (программа расчета есть в сети) в анализ параметров эффективности и надежности работы всей системы, что, в свою очередь, поможет снизить расходы на использующиеся материалы.
Отопительная система включает в себя четыре базовых компонента: теплогенератор, отопительные приборы, трубопровод, запорная и регулирующая арматура. Данные элементы имеют индивидуальные параметры гидравлического сопротивления, которые нужно учесть при проведении расчета. Напомним, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством. Ведущие производители материалов и отопительного оборудования в обязательном порядке указывают информацию по удельным потерям давления (гидравлические характеристики) на производимое оборудование или материалы.
Например, расчет для полипропиленовых трубопроводов компании FIRAT существенно облегчается за счет приведенной номограммы, в которой указываются удельные потери давления или напора в трубопроводе для 1 метра погонного трубы. Анализ номограммы позволяет четко проследить обозначенные выше взаимосвязи между отдельными характеристиками. В этом и состоит основная суть гидравлических расчетов.
Гидравлический расчет систем водяного отопления: расход теплоносителя
Думаем, вы уже провели аналогию между термином «расход теплоносителя» и термином «количество теплоносителя».
Так вот, расход теплоносителя будет напрямую зависеть от того, какая тепловая нагрузка приходится на теплоноситель в процессе перемещения им тепла к отопительному прибору от теплогенератора.
Гидравлический расчет подразумевает определение уровня расхода теплоносителя, касательно заданного участка. Расчетный участок представляет собой участок со стабильным расходом теплоносителя и с постоянным диаметром.
Гидравлический расчет систем отопления: пример
Если ветка включает в себя десять киловаттных радиаторов, а расход теплоносителя рассчитывался на перенос энергии тепла на уровне 10 киловатт, то расчетный участок будет представлять собой отрезом от теплогенератора до радиатора, который в ветке является первым. Но только при условии, что данный участок характеризуется постоянным диаметром. Второй участок располагается между первым радиатором и вторым радиатором. При этом, если в первом случае высчитывался расход переноса 10-киловаттной тепловой энергии, то на втором участке расчетное количество энергии будет составлять уже 9 киловатт, с постепенным уменьшением по мере проведения расчетов.
Гидравлическое сопротивление должно рассчитываться одновременно для подающего и обратного трубопровода.
Гидравлический расчет однотрубной системы отопления подразумевает вычисление расхода теплоносителя
для расчетного участка по следующей формуле:
Qуч –тепловая нагрузка расчетного участка в ваттах. К примеру, для нашего примера нагрузка тепла на первый участок будет составлять 10000 ватт или 10 киловатт.
с (удельная теплоемкость для воды) – постоянная, равная 4,2 кДж/(кг•°С)
tг –температура горячего теплоносителя в отопительной системе.
tо –температура холодного теплоносителя в отопительной системе.
Гидравлический расчет системы отопления: скорость потока теплоносителя
Минимальная скорость теплоносителя должна принимать пороговое значение 0,2 — 0,25 м/с. Если скорость будет меньше, из теплоносителя будет выделяться избыточный воздух. Это приведет к появлению в системе воздушных пробок, что, в свою очередь, может служить причиной частичного или полного отказа отопительной системы.
Что касается верхнего порога, то скорость теплоносителя должна достигать 0,6 — 1,5 м/с. Если скорость не будет подниматься выше данного показателя, то в трубопроводе не будут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что оптимальный скоростной диапазон для отопительных систем составляет 0,3 — 0,7 м/с.
Если есть необходимость рассчитать диапазон скорости теплоносителя более точно, то придется брать в расчет параметры материала трубопроводов в отопительной системе. Точнее, вам понадобится коэффициент шероховатости для внутренней трубопроводной поверхности. К примеру, если речь идет о трубопроводах из стали, то оптимальной считается скорость теплоносителя на уровне 0,25 — 0,5 м/с. Если трубопровод полимерных или медный, то скорость можно увеличить до 0,25 – 0,7 м/с. Если хотите перестраховаться, внимательно почитайте, какая скорость рекомендуется производителями оборудования для систем отопления. Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов.
Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.
Расчет гидравлического сопротивления системы отопления: потеря давления
Потеря давления на определенном участке системы, которую также называют термином «гидравлическое сопротивление», представляет собой сумму всех потерь на гидравлическое трение и в локальных сопротивлениях. Данный показатель, измеряемый в Па, высчитывается по формуле:
ΔPуч=R* l + ( (ρ * ν2) / 2) * Σζ
ν — скорость используемого теплоносителя, измеряемая в м/с.
ρ — плотность теплоносителя, измеряемая в кг/м3.
R –потери давления в трубопроводе, измеряемые в Па/м.
l – расчетная длина трубопровода на участке, измеряемая в м.
Σζ — сумма коэффициентов локальных сопротивлений на участке оборудования и запорно-регулирующей арматуры.
Что касается общего гидравлического сопротивления, то оно представляет собой сумму всех гидравлических сопротивлений расчетных участков.
Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления: выбор основной ветви системы
Если система характеризуется попутным движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо самого загруженного стояка через нижний прибор отопления. Для однотрубной системы – кольцо через самый загруженный стояк.
Если система характеризуется тупиковым движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо нижнего прибора отопления для самого загруженного из наиболее удаленных стояков. Соответственно, для однотрубной отопительной системы выбирается кольцо через наиболее загруженный из удаленных стояков.
Если речь идет о горизонтальной отопительной системе, то выбирается кольцо через наиболее загруженную ветвь, относящуюся к нижнему этажу. Говоря о загрузке, мы имеем в виду показатель «тепловая нагрузка», который был описан выше.
0.49 – для концевых участков ветки с нагрузкой в 1/3 от всей ветки
В курсовике то я посчитал как по методичке. Но хотел узнать, как по делу обстановка.
Тоесть получается в учебнике (Староверов, М. Стройиздат) тоже не верно (скорости от 0,08 до 0,3-0,4). Но возможно там только пример расчета.
Offtop: Тоесть вы тоже подтверждайте, что по сути старые (относительно) СНиПы вполне ничем не уступают новым, а где то даже лучше. (нам об этом многие преподаватели говорят. По ПСП вообще декан говорит, что их новый СНиП во многом противоречит и законам и самому себе).
Но в принципе все пояснили.
а расчет на уменьшение диаметров по ходу потока вроде экономит материалы. но увеличивает трудозатраты на монтаж. если труд дешевый-возможно имеет смысл. если труд дорогой – никакого смысла нет. И если на большои длине (теплотрасса) изменение диаметра выгодно -в пределах дома возня с этими диаметрами не имеет смысла.
и еще есть понятие гидравлическои устойчивости системы отопления – и здесь выигрывают схемы ShaggyDoc
Каждый стояк (верхняя разводка) отключаем вентилем от магистрали.
Дак вот встречал, что сразу после вентиля ставят краны двойной регулировки. Целесообразно?
И чем отключать сами радиаторы от подводок: вентилями, или ставить кран двойной регулировки, или и то и то? (тоесть если бы этот кран мог полностью перекрывать трупровод – то вентиль тогда вообще не нужен?)
И с какой целью изолируют участки трубопровода? (обозначение – спиралью)
Система отопления двухтрубная.
Мне конкретно по подающему трубопроводу узнать, вопрос выше.
У нас есть коэффициент местного сопротивления на вход потока с поворотом. Конкретно применяем на вход через жалюзийную решетку в вертикальный канал. И коэффициент этот равен 2,5 – что есть не мало.
Тоесть как бы так придумать, чтобы избавиться от этого. Один из выходов – если решетка будет “в потолке”, и тогда входа с поворотом не будет (хотя небольшой все же будет, так как воздух будет стягиваться по потолку, двигаясь горизонтально, и двигаться к этой решетке, поворачивать на вертикальное направление, но по логике это должно быть меньше, чем 2,5).
В многоквартирном дме решетку в потолке не сделаешь, соседи. а в одноквартирном – потолок не красивый с решеткой будет, да и мусор может попасть. тоесть проблему так не решить.
часто сверлю, потом затыкаю
Возьмите тепловую мощность и начальную с конечной температуры. По этим данным Вы совершенно достоверно посчитаете
скорость. Она, скорее всего, будет максимум 0.2 мС. БОльшие скорости – нужен насос.
Типичные скорости (практические скорости) потока жидкости в трубопроводах (трубах) в различных технологических и коммунальных сетях. Водопровод. Канализация. Теплоснабжение (отопление).Комфортной (не вызывающей излишней коррозии / эрозии или шума в трубопроводах) считается скорость до 1,5 м/с. Приемлемой – до 2,5 м/с. А практически встречающиеся скорости см. в таблице ниже:
)Дополнительная информация: “. Скорость потока учитывается только для определения диаметра трубопровода. При неправильном выборе диаметра (скорость потока для: жидкой среды от 3 до 10 м/с; газообразной – свыше 20 м/с) будет наблюдаться повышенная вибрация трубопровода и образование статического электричества. Кавитация от скорости не зависит, а только от перепада давления и давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости.” ТПА номер 5(86) 2016 г – Якименко В.К. ЗАО “ТюменьВНИПИнефть”
Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team
“>
К определению оптимального диаметра труб системы отопления | C.
O.K. archive | 2012Табл. 1. Потери давления на трение в трубах
В недавней статье к.т.н., доцента МГСУ О.Д. Самарина (журнал С.О.К., №5/2011) подробно изложена методика «техникоэкономической оптимизации скорости движения воды в трубопроводах систем отопления». Однако в конце статьи, на основании обработки принятых данных, предложено принимать среднее значение скорости движения воды для условий города Москвы порядка 0,5–0,55 м/с и вычислять оптимальный диаметр по формуле dвн.опт = 0,85√G. В связи с этим хотелось бы высказать ряд замечаний, учитывая, что возможно изложенные в статье рекомендации могут быть использованы разработчиками проектов в своей практике при проектировании отопления объектов в других районах. Во-первых, слово трубопроводы не следовало бы применять в обращении. Есть ведь такие технические выражения как «нефте-», «газо-», «мазуто-» и «водопроводы».
Поэтому правильнее использовать слово трубы системы отопления. Во-вторых, и это, пожалуй, главное, автором предложена сравнительно большая скорость движения воды в системе отопления.
Попробуем разобраться на следующем примере. В табл. 1 представлены значения потерь давления на трение и расходов воды при скорости, принятой равной 0,5/0,25 м/с.
Как известно, в системах отопления диаметры труб обычно с условным диаметром 15, 20, 25, 32 и 40 мм. Из приведенных в таблице данных видно, что потери давления на трение в трубах диаметром 15, 20, 25, да и 32 мм, при скорости воды 0,5 м/с значительно превышают обычно принимаемые в практике потери давления на трение — в пределах не более 60–80 Па/п.м.
Завышенные значения потерь давления на трение при скорости 0,5 м/с не позволят выполнить гидравлическую увязку циркуляционных колец, особенно в системах отопления с тупиковым движением воды с помощью диаметров, например, в малоэтажных зданиях, и приведут к значительным потерям давления в системе.
Так, например, для наглядности — в трубе диаметром 15 мм и длиной только 10 м, с учетом местных сопротивлений, принятых равными, например, 50 % от потерь по длине, общие потери давления составят около 4800 Па или почти 0,5 м водн.
ст. В-третьих, автором даны рекомендации при предельном сроке окупаемости Т «для малозатратных и быстроокупаемых мероприятий», равном пяти годам.
При сравнении элементов системы отопления представляется правильным принимать срок эксплуатации системы отопления, равный не менее 25 лет. В этом случае значение оптимального значения диаметра труб, определяемого по рекомендуемой автором формуле (6), будет больше приблизительно на величину в 15 %, а скорость воды, определяемая по формуле (7), меньше приблизительно на 32 %. В-четвертых, определять оптимальный диаметр трубы по формуле: dвн.опт = 0,85√G, в зависимости только от расхода воды, пропорционально зависящей от расчетной разности температуры воздуха в помещении, и наиболее холодной пятидневки наружного воздуха обеспеченностью 0,92, и обратно пропорционально разности температур подающей и обратной воды в системе отопления, можно лишь при исходных данных, близких к приведенным в статье.
Для других регионов значение оптимального диаметра трубы и скорости воды во многом будет зависеть не столько от стоимости труб, электрической энергии, сколько от суровости климата, выражающейся числом градусо-суток отопительного периода (ГСОП).
Также необходимо отметить, что, например, величина градусо-суток отопительного периода, равная произведению продолжительности отопительного периода zот.п в сутках на разность расчетной температуры воздуха tв в характерном помещении здания в холодный период года и температуры наружного воздуха tот.п, средней за отопительный период при температуре внутреннего воздуха 20 °C, для Сочи составляет 1251, для Москвы 4943, то для Верхоянска — 12304 градусо-суток, то есть почти в четыре и десять раз больше, чем для города Сочи, соответственно.
Чем быстрее течет вода, тем больше БТЕ
Написано: 6 марта 2020 г. Джорджем Кэри
Скажите, если вы когда-нибудь слышали, чтобы кто-то говорил что-то вроде этого: Я думаю, что в комнате недостаточно отопления, потому что вода слишком быстро течет через плинтус. Если я использую меньший насос или, по крайней мере, уменьшу скорость потока насоса, плинтус начнет нагреваться лучше.
На протяжении многих лет я много раз слышал это утверждение от техников, у которых были проблемы с системой отопления у их клиентов.
Я думаю, вы могли бы подумать, что вода движется так быстро, что ей не хватает времени, пока она находится внутри плинтуса, чтобы «отдать» свое тепло.
Когда дует холодный воздух, он отводит тепло от наших тел намного быстрее, чем обычно, вызывая фактор охлаждения ветром. Фото Юхо Кува/Getty Images.
Так как же британские тепловые единицы (БТЕ) отдают тепло горячей воде? Существует три метода, регулирующих передачу тепла: тепловое излучение, теплопроводность и конвекция. Не вдаваясь в технические подробности, отметим, что режим теплопередачи, на котором мы хотим сосредоточиться в системе плинтуса, равен 9.0005 конвекция .
Большинство людей знают о конвективной природе воздуха, окружающего плинтус. Более горячий и легкий воздух хочет подняться вверх и поплыть в комнату, в то время как более холодный и тяжелый воздух хочет опуститься к полу и двигаться к плинтусу, чтобы заменить более горячий воздух, который только что поднялся к потолку.
При этом более горячий воздух отдает свои БТЕ более прохладному окружению. Однако, прежде чем это может произойти, должно произойти еще одно конвективное явление — горячая вода (жидкость), протекающая по трубке, должна отдать свое тепло стенке трубки. Следовательно, прежде чем плинтус сможет излучать тепло в пространство, нагретый поток воды должен передать свое тепло внутренней стенке трубы плинтуса за счет конвекции.
Для возникновения конвекции необходимо учитывать три фактора:
- Площадь контакта с поверхностью
- Разность температур (между водой и внутренней стенкой трубы) и
- Коэффициент конвекции (рассчитывается на основе свойств жидкости, формы площади поверхности и скорости жидкости)
Вместо того, чтобы тратить слишком много времени на математические формулы, мысленным взором визуализируйте следующее: когда струя воды течет через плинтус, внешний край этой струи непосредственно соприкасается с внутренней стенкой трубы.
Это «трение» о стенку создает сопротивление, что означает, что вода, касающаяся внутренней стенки трубки, движется медленнее, чем «сердцевина» или внутренний поток. Из-за этого температура этого внешнего слоя воды становится ниже, чем внутреннего потока. На самом деле, это падение температуры влияет на скорость теплопередачи — замедляет ее.
Помните, что одним из факторов, влияющих на конвекцию, является разница температур. Хороший визуальный ряд — рассматривать этот внешний слой как изолятор, который влияет на скорость передачи тепла от более горячего внутреннего потока воды к внутренней стенке трубки. Это особенно верно, когда скорость воды приближается к ламинарному потоку, а не к турбулентному. Таким образом, чем быстрее вода течет по трубке, тем тоньше становится внешний пограничный слой или изолятор, тем самым увеличивая скорость передачи тепла от более горячей внутренней «сердцевинной» воды к внутренней стенке трубки.
Вы можете убедиться в этом, взглянув на литературу любого производителя материнской платы и проверив его диаграммы емкости.
Как правило, они публикуют данные о выходе БТЕ на погонный фут на основе двух скоростей потока: 1 галлон в минуту (галлон в минуту) и 4 галлона в минуту. Выход BTU всегда на выше в столбце 4gpm.
Коэффициент охлаждения ветром
Вот еще один способ рассмотреть эту концепцию большей скорости (более высокой скорости потока), равной большей теплопередаче (более высокой производительности). Учитывайте размер змеевика горячей воды, используемого в системе обработки воздуха, и количество БТЕ, которое он может обеспечить. Теперь подумайте, сколько плинтусов из ребристых труб вам нужно установить, чтобы обеспечить эквивалентное количество БТЕ.
Разница в том, что скорость, с которой вентилятор продувает воздух через змеевик, намного выше скорости воздуха, который естественным образом проходит через плинтус. Каждую зиму с этим явлением сталкиваются все. Метеоролог называет это фактором «охлаждения ветром». Он сообщит вам фактическую температуру снаружи, но из-за холодного ветра будет на Х градусов прохладнее.
Почему? Холодный воздух проходит через наши тела гораздо быстрее. Это отнимает у нас тепло гораздо быстрее, поэтому кажется холоднее, чем есть на самом деле.
Уловка, которую с годами передавали коллегам-техникам, заключается в том, чтобы увеличить настройку аквастата на бойлере, чтобы повысить температуру воды. Причина, по которой технические специалисты делают это, заключается в том, что если у них есть комната или зона, которая не совсем нагревается до настройки термостата, увеличив температуру воды, они могут увеличить количество БТЕ на погонный фут, доступное с плинтуса (из конечно, это будет работать только в том случае, если котел достаточно большой, чтобы компенсировать фактические потери тепла в доме).
Быстрее вода = больше тепла?
Зная, что плинтус может обеспечить больше тепла с более горячей водой, следуйте следующему примеру, чтобы понять, почему перемещение воды быстрее и не замедляя ее, обеспечивает больше тепла .
Давайте использовать средние расчетные условия при расчете размера плинтуса, необходимого для компенсации потерь тепла в помещении.
Как правило, мы проектируем систему водяного отопления для жилого дома при перепаде температуры 20°F. Это означает, что вода будет входить в излучение при 180°F и выходить на 20°F холоднее при 160°F. Тогда средняя температура воды в радиации будет считаться 170°F. Затем вы проверите рейтинг плинтуса в БТЕ/ч при этой средней температуре воды и определите, сколько футов плинтуса нужно комнате, чтобы компенсировать потери тепла.
Что произойдет, если мы увеличим скорость потока, чтобы температура воды выдержала всего 10°F? Если бы она вошла в излучение при 180°F и вышла при 170°F, то средняя температура воды была бы 175°F. При этой более высокой средней температуре воды плинтус будет способен обеспечить более высокую производительность БТЕ/ч. Сделав еще один шаг вперед, если бы система выдержала падение температуры всего на 5 ° F, средняя температура воды в излучении составила бы 177,5 ° F, что дало бы еще больше БТЕ / ч.
Теперь вы можете видеть эту воду не может слишком быстро перемещаться по вашей базовой плате, чтобы предотвратить скачок BTU там, где это необходимо.
Конечно, для достижения таких более узких перепадов температуры при подаче нужного количества БТЕ/ч скорость потока должна соответственно увеличиваться.
Здесь возникает компромисс: при более высоких скоростях потока через заданный размер трубы перепад давления возрастает довольно резко. В результате может возникнуть потребность в очень больших циркуляционных насосах с высоким напором, которые стоят дороже и потребляют больше электроэнергии. Кроме того, более высокие скорости потока увеличивают скорость воды, и в какой-то момент скорость создаст проблемы с шумом.
Смысл не в том, чтобы спроектировать систему с учетом этих высоких скоростей потока/небольших перепадов температуры, а в том, чтобы признать, что в следующий раз, когда кто-то скажет вам, что, по их мнению, вода течет слишком быстро и поэтому комната недогревается, вы буду знать, что это не причина проблемы.
Если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии, напишите мне по электронной почте [email protected], позвоните мне по телефону FIA 1-800-423-7187 или подпишитесь на меня в Твиттере @Ask_Gcarey.
ИКМ
Расходы системы отопления
The volumetric flow rate in a heating system can be expressed as
q = h / (c p ρ dt) (1)
where
Q = объемная скорость потока (M 3 /S )
H = Скорость теплового потока (кДж /с, кВт)
C p = specific heat (kJ/kg o C )
ρ = density (kg/m 3 )
dt = temperature разница ( o C)
Это общее уравнение можно изменить для фактических единиц измерения – СИ или имперских – и используемых жидкостей.
Объемный расход воды в имперских единицах
Для воды с температурой 60 o F скорость потока может быть выражена как
q = ч (7,48 гал/фут 3 ) / ((1 БТЕ/фунт м o 90 фунт/фут
F) 3 ) (60 мин/ ч) DT)= H/ (500 DT) (2)
, где
Q = Коробка воды (Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ Гал/ ЗАЯ мин)
ч = Скорость теплового потока (BTU/H)
ρ = Плотность ( фунт/фут 3 )
DT = Разница в температурах (1111111111111111111111111110 гг.
Для более точного определения объемного расхода следует использовать свойства горячей воды.
Массовый расход воды в британских единицах
Массовый расход воды можно выразить следующим образом:
= массовый поток (LB M / ч) . Объемный расход воды в единицах СИм = ч / ((1,2 БТЕ/фунт. O F) DT)
= H / (1,2 DT) (3)
, где
= массовый поток (LB M / H) = массовый поток (LB M / H)
Объемный расход воды в системе отопления можно выразить в единицах СИ как
q = h / ((4,2 кДж/кг o C) (1000 кг/м 3 ) дт)
= H / (4200 DT) (4)
, где
Q = Скорость потока воды (M 3 / с)
090 / с).
H(кВт или кДж/с)
dt = разница температур ( o C)
(кВт или кДж/с) Для более точного определения объемного расхода следует использовать свойства горячей воды.
Скорость массового потока воды в SI-UNITS
Массовый поток воды может быть выражен в виде:
M = H / (4,2 кДж / кг O C) DT)
00. = H / (4,2 DT) (5)
, где
M = Массовая скорость потока (кг / с)
Пример – скорость потока в системе нагревания
Обводящие системы обгрекации воды
. доставляет
230 кВт с разницей температур 20 o C .Объемный расход можно рассчитать как:
q = (230 кВт) / ((4,2 кДж/кг o C) (1000 кг/м 3 ) (20 90
0 C) )
= 2,7 10 -3 M 3 / S
Массовый поток можно выразить:
M = (2305 м = (2305 м =
М =М =М =М =М =м .
