«У вас теплые батареи?» или «У вас горячие радиаторы отопления?» — такие вопросы мы задаем соседям, если у нас прохладно в квартире, в кабинете, в производственном помещении. Все разнообразные приборы отопления в народе, обычно, называют батареями или радиаторами отопления.
Под эти термины попадают панельные и секционные радиаторы, ребристые трубы, регистры из гладких труб, разнообразные конвекторы и даже иногда относительно экзотические потолочные излучатели.
В статье, которую вы читаете, будет представлена небольшая программа в MS Excel, позволяющая выполнить тепловой расчет радиаторов отопления и конвекторов.
Радиатор отопления – это прибор, который нагревает воздух и предметы в помещении посредством радиационного излучения и конвективного теплообмена, передавая при этом тепловую энергию от горячего теплоносителя (чаще всего от воды) через свои стенки.
Конвектор передает тепловую энергию в окружающее его пространство исключительно (на 95%) путем конвективного теплообмена – нагрева горячими стенками воздушных струй.
Доля тепла, передаваемая конвекцией (оставшаяся часть, соответственно, — инфракрасным излучением) для некоторых типов приборов отопления приведена ниже:
Чугунные радиаторы (батареи) – 25…35%
Алюминиевые секционные радиаторы – 50…60%
Панельные стальные радиаторы – 65…75%
Конвекторы – 90…98%
Какой тип приборов отопления лучше однозначно сказать нельзя. У всех есть недостатки. Однако возросшее качество проектирования и изготовления конвекторов позволяет этому типу приборов в последнее время постоянно увеличивать свою долю рынка.
За последние лет пять мне довелось участвовать в выборе и проектировании систем отопления для большого торгового комплекса (4 этажа, более 30 тысяч квадратных метров) и для производственного цеха (500 квадратных метров). И там и там, в качестве приборов отопления по критерию «цена / качество / эффективность» были применены конвекторы, которые существенно «переиграли» конкурентные варианты (в том числе и вариант воздушного отопления). Практика последующей эксплуатации подтвердила правильность выбранного решения – конвекторы прекрасно отапливают объекты!
Как и большинство расчетов в теплотехнике предлагаемый расчет радиаторов отопления будет приблизительным. «Приблизительность» заключается в том, что на фактическую теплоотдачу приборов влияют десяток факторов, часть из которых в «точных» расчетах учитываются коэффициентами, определенными в практических опытах, а часть факторов из-за малой значимости и вовсе игнорируются.
Предложенный ниже расчет радиаторов отопления учитывает 90…95% факторов при выполнении ряда условий:
1. Атмосферное давление в месте эксплуатации приборов должно быть около 760 миллиметров ртутного столба. Для высокогорных местностей необходимо вводить дополнительную поправку при «точных» расчетах.
2. Подача воды в прибор не должна быть «снизу – вверх»! Подача может быть любой, предпочтительнее — «сверху – вниз». В противном случае около 15…20% тепла не дополучите.
3. Монтаж радиатора должен обеспечивать свободное движение воздуха вдоль его поверхностей в вертикальном направлении. Расстояние от пола до низа прибора и от верха прибора до подоконника или верха установочной ниши стены желательно должны быть не менее 100 миллиметров.
Предлагаемый далее расчет в Excel, можно выполнить и в программе OOo Calc из пакета Open Office.
О цветах ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, следует прочесть на странице «О блоге».
Расчет радиаторов отопления и конвекторов в Excel.
Исходные данные:
1. Тип выбранного отопительного прибора записываем
в объединенные ячейки C3D3E3: Радиатор МС-140-108
2. Количество последовательно включенных приборов (секций) N в шт. вводим
в ячейку D4: 10
Следующие 5 параметров берем из технических характеристик завода изготовителя приборов.
3. Номинальный тепловой поток прибора (секции) Qн в Вт заносим
в ячейку D5: 185
4. Номинальный температурный напор прибора (секции) dtн в °C заносим
в ячейку D6: 70
5. Номинальный расход воды через прибор (секцию) Gн в кг/час вписываем
в ячейку D7: 360
6. Показатель нелинейности теплоотдачи от температуры n записываем
в ячейку D8: 0,30
7. Показатель нелинейности теплоотдачи от расхода p записываем
в ячейку D9: 0,02
Следующие 3 параметра задаем исходя из предполагаемой реальности последующей эксплуатации. Они зависят от источника теплоснабжения и типа помещения.
8. Температуру воды на «подаче» tп в °C заносим
в ячейку D10: 85
9. Температуру воды на «обратке» tо в °C заносим
в ячейку D11: 60
10. Температуру воздуха в помещении tв в °C вписываем
в ячейку D12: 18
Результаты расчетов:
11. Номинальный тепловой поток N приборов (секций) ΣQн в КВт вычисляем
в ячейке D14: =D4*D5/1000 =1,850
ΣQн=N*Qн/1000
12. Температурный напор dt в °C определяем
в ячейке D15: =(D10+D11)/2-D12 =54,5
dt=(tп+tо)/2- tв
13. Расчетный оптимальный расход воды G в кг/час рассчитываем
в ячейке D16: =((0,86*D14*1000*((D15/D6)^(D8+1))*(1/D7)^D9)/(D10-D11))^(1/(1-D9)) =44
G=((0,86*ΣQн*1000*((dt/dtн)(n+1))*(1/Gн)p)/(tп— tо)(1/(1- p))
14. Расчетную теплоотдачу N приборов (секций) отопления Q в КВт вычисляем
в ячейке D17: =D14*((D15/D6)^(D8+1))*(D16/D7)^D9 =1,281
Q=ΣQн*((dt/dtн)(n+1))*(G/Gн)p
и делаем проверку
в ячейке D18: =D16/0,86*(D10-D11)/1000 =1,281
Q=G/0,86*(tп— tо)/1000
15. Долю реальной теплоотдачи N приборов от номинального теплового потока ∆ в % определяем
в ячейке D19: =D17/D14*100 =69
∆=Q/ΣQн*100
На этом расчет в Excel радиатора отопления МС 140-108, стоящего из 10 секций завершен.
Выполним аналогичный расчет в Excel конвектора КСК 20-2,083ПС.
Выводы.
При температурном графике теплоносителя 85/60 °C теплоотдача регистров отопления и конвекторов составляет лишь 60…70% от номинальной мощности — то есть от той, про которую вам скажет продавец. Это важно понимать и учитывать при покупке приборов отопления!!!
Расчет радиаторов отопления МС-140-108 из 10 секций и конвекторов КСК 20-2,083ПС показал близость их тепловых мощностей при равных расходах теплоносителя и при одинаковых температурных условиях. Но цена конвектора сегодня около 2100 рублей, а нового радиатора — более 3800 рублей.
При сопоставимых размерах (длина: 1076/1080 мм; высота: 400/588 мм; глубина: 156/140 мм) конвектор весит 25...27 кг, а радиатор – около 76 кг. Объем конвектора – 1,5 л. Объем чугунного радиатора – около 15 л. Чугунные радиаторы – более инерционные приборы. Но у конвекторов тепловая мощность падает более резко при низких температурах теплоносителя (обратите внимание в расчетах на долю реальной теплоотдачи ∆ у радиатора и конвектора).
Выбор остается всегда за нами в зависимости от условий применения, предыдущего опыта и в силу привычек и приверженностей.
Уважаемые читатели, ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору!!!
Ссылка на скачивание файла: raschet-radiatorov-otopleniya (xls 25,0KB).
Добрый, самый добрый день. Мне случайно по рассылке попался Ваш материал из физики-науки, раздела теплотехники. Просмотрел и удивился! Кто так считает?? И только в этой статье узнал — проектировщик! Когда все материалы абсолютно чистые: заводской чистоты. А как считать тепло батареи, которой 20 лет не делали промывку и в которой на внутренних стенках наверное 3-4-5 мм осевшего шлама!! И потому 9-ти секционная чугунная батарея в первой секции (со стороны подачи) имеет температуру 37 градусов, а последняя — 9-я секция 32 градуса! Во до какой жизни довел нас долбаный капитализм!!
Reply
???!!! Ничего не понял. Чему вы удивились? Как считает? Кто проектировщик? И при чем капитализм?
Что-то не видел чтобы при социализме мыли до самозабвения радиаторы...
Reply
Здравствуйте!
Вот вы пишите «Радиатор отопления – это прибор, который нагревает воздух и предметы в помещении посредством радиационного излучения»
Как то сразу Чернобылем повеяло...тьфу три раза.
Это что...шутка такая?
Reply
Нет, не шутка. Имеется в виду радиационный нагрев инфракрасным излучением.
Reply
Александр, здравствуйте! Спасибо, Вам не просто за полезные расчеты, но и за демонстрацию возможностей excel. Не знал о некоторых функциях и взял их на вооружение, теперь такой вопрос. Вашу программу для гидравлического расчета из соседнего поста, я использовал как основу для решения своей задачи. В ней, вместо расчетного параметра теплопотерь здания Q для вычисления расхода теплоносителя «G» в графе «D4», я использовал показатели теплоотдачи реальных приборов водяного отопления по вашей текущей программе. Я сделал так потому, что в моем расчете здание существующее(жилой 2-х этажный дом), батареи уже навешаны и меняться не будут кроме труб, схема присоединения открытая, зависимая нерегулируемая элеваторная. Разброс КПД радиаторов составил от 50 до 80% для различных температур, что меня немного смущает. Ну и сам вопрос, как Вы считаете, в моем случае не является ли ошибкой использовать в гидравлическом расчете для расчет расхода «G», именно теплоотдачу радиаторов отопления, а не расчетные показатели теплопотерь здания ?? (Кстати теплоотдача батарей выше расчетного значения теплопотерь здания)
Reply
Добрый день Сергей!
Сколько воды потечет через прибор отопления НЕ ЗАВИСИТ ни от теплопотерь здания, ни от теплоотдачи радиаторов!!! Зависит от гидравлических сопротивлений элементов системы и характеристики насоса или параметров давления на входе и выходе.
Вот когда Вы рассчитаете гидравлику существующей системы, тогда узнаете сколько теплоносителя через какой прибор течет. Зная это — определите сколько тепла отдает реально каждый прибор. А потом сравните с теплопотерями конкретных помещений и узнаете много интересного.
Если теплоотдача батарей выше теплопотерь здания, значит внутри поднимется температура до значения, при котором система «здание / окружающее пространство» придет в сбалансированное состояние (потери = приходу). Если станет слишком жарко (обязательно станет), значит придется снижать температуру теплоносителя на входе (элеватор, подмешивание обратки в подачу) и/или снижать расход (прикрывать). Менять расход — плохо. Вся гидравлика непредсказуемо разбалансируется (изменятся реальные расходы по веткам и приборам). Где-то будут мерзнуть, где-то изнемогать от жары. Но зачем покупать и монтировать лишние приборы отопления, тратить деньги, а потом с этим бороться?!
Reply
Вы конечно правы, Александр, расход в системе должен быть постоянен при качественном регулировании тепла в здании. Начал я проверять свои формулы в таблице и увидел позорную вещь)) Оказывается при подстановке в графы различных значений из температурного графика отопления у меня перерасчитывался расход и соответственно менялись потери давления, исправил и все встало на свои места. А по цифрам у меня получилось так. Расчетные теплопотери здания 35КВатт, теплоотдача радиаторов при 180 Ватт для биметалла — 43 КВатт, а реальная теплоотдача по вашей табличке получилась 28,5 КВатт, так что выходит 20% недогрев, но это можно поправить подмесом обратки так думаю.
Reply
Сергей, недогрев подмесом обратки не поправится, а только усугубится!
Reply
Имел ввиду, Александр, не уменьшение температуры подачи, наоборот, я неясно выразился, при регулировании подмесом температуры в сторону ее увеличения, КПД теплоотдачи растет, правда незначительно, удалось до 9% недогрева выйти при увеличении подачи на 5 градусов, но это ведь при -31 на улице, что у нас бывает редко. А в режимах до -25 все стабильно в системе. Забыл упомянуть, что элеватор будет меняться на насос с двухходовым. Однако нарастить батареи все же проще и дешевле чем мудрить с подмесами либо поднимать расход теплоносителя с пересчетом гидравлики. Что скажете?
Reply
Ничего не понял из первой части Вашего комментария...
Нарастить батареи правильнее, но не всегда проще и тем более не всегда дешевле. В каждой конкретной ситуации нужно взвесить все плюсы и минусы и после этого принять единственно правильное решение.
Reply
Расчёты в программе Excel мне лично близки и понятны. Как можно получить исходники этих файлов?
(wltt-teplotehnika.ru)
Reply
Борис, ссылки на скачивание исходников трудно не увидеть при внимательном чтении статей.
Reply
А вот как можно рассчитать время нагрева определённого объёма воздуха источником известной мощности , методом замкнутой циркуляции ( например тепловой пушкой ). Формула мне известна : T (сек)=(M (кг)*(t2-t1))/ W (кВт)......Удельная теплоёмкость воздуха тут сокращается с коэффициентом перевода Вт в кВт...Ведь при нагреве циркуляцией , t1 — постоянно приближается к t2 ( сужается разность температур ), сокращается время достижения t2. Т.е. реальное время Т будет меньше чем найденное по формуле...Интересно на сколько меньше ? Наверное тут без дифференцирования никак ? А как именно это сделать ?
Reply
Подскажите пожалуйста алгоритм расчёта......
Reply
Да , теплопотерями можно пренебречь.........Допустим их нет вообще.........за короткий отрезок времени........
Reply
Николай, считайте по приведенной формуле. Ничего дифференцировать и интегрировать в данном случае не нужно. Чтобы убедиться в правоте моих слов, разбейте интервал t2-t1 на несколько (хоть через градус), а потом сложите.
А вообще нужно в такие моменты уметь абстрагироваться:
Есть изолированная среда, её нужно нагреть на dt. Мощность внешнего источника постоянна и известна...
Reply
Дело в том что , конечно при разбиении на интервалы сумма отрезков времени должна быть равна целому промежутку времени......но в моей формуле учитывается изменение массы воздуха по уравнению Менделеева-Клайперона...И получается что время всё же сжимается , но не значительно...какие то секунды...А значит и голову морочить не стоит........) Не пришла мне в голову сразу идея о разбиении.......Спасибо за наведение на мысль !
Reply
Да , не прав я был с ускорением нагрева.........
Reply
Добрый день, Александр! Мне понравились ваши расчёты: подача материала, оформление, содержание...
Стала я проверять расчёты радиатора и конвектора — расхождения. По радиатору: у Вас 44 кг/час расход воды, у меня — 38 кг/час, соответственно и разница в расчётной теплоотдаче.
По конвектору: у Вас 45 кг/час расход воды, у меня — 27 кг/час.
Исходные все Ваши...
С уважением, Колесова Л.Н.
Reply
Лариса, добрый день.
Не нахожу у себя ошибку. Пришлите, пожалуйста, Ваши расчеты расходов, которые дали 38 и 27 кг/час.
Reply
Добро дня. Очередной раз у Вас!!!
Знакомый занимается установкой систем отопления — котлы/радиаторы/медные трубы... Электрика ко мне... так неоднократно сталкиваемся с такой задачей — какую ставить производительность циркуляционного насоса, 1-2-3 деления — это типо условно *0.1 куба в час. Пробывали по разному — принципиальной разницы не увидели что в одноэтажном доме что в 2х этажном, это говорит о том, что насос слишком мощный даже на малой производительности??? Как то не уловил я эту связь — скорость/объём прокаченной воды по трубам со скоростью нагрева помещения и т.п. Количество радиаторов всегда выбираем по площади помещения, по их числу мощность котла и сам насос. (схожие рекомендации даёт Danfoss/Zota/...).
Reply
Андрей, добрый день!
Зависимость о которой Вы спрашиваете выглядит так:
Gр=Nр/(tпр–tор)
Расход теплоносителя — величина расчетная (и желательно — неизменная, постоянная). Расход должна обеспечить гидравлика системы!
Подробно об этом попробуйте разобраться, прочитав эту статью.
Reply
Дружу с Вами и Вашим Блогом «дцать» лет и всё-таки ещё раз Большое Спасибо!
Reply
Рад, что всё не зря и мои наработки помогают экономить время тем, кто это понимает и ценит.
Reply