Теплоотдача радиаторов с большой секционностью

Олег Козлов
Алюминиевые или биметаллические секционные радиаторы как правило производятся длиной от 4 до 14 секций.
Теплоотдача радиаторов с большой секционностью

Бытует мнение, что 14 секций это максимальная длина радиатора при которой целесообразно использовать радиатор и при увеличении секционности радиатора крайние  секции имеют низкую теплоотдачу. В этой статье мы попробуем разобраться в этом вопросе и дать некоторое поверхностное физическое объяснение процессу теплоотдачи на длинных секционных радиаторах, а также представить результаты испытаний длинного радиатора в 25 секций.

Прежде всего необходимо отметить, что ограничение производителей по длине и секционности радиатора связано с технологией и оборудованием. Например, габаритами покрасочных линий, которые всегда имеют повороты и эти повороты  ограничивают габаритные размеры радиаторов или размеры покрасочных камер и т.д. Весь процесс производства, который на сегодня авторатический, рассчитан на определенную максимальную длину, которая определяется спросом на рынке отопительных приборов, а не работоспособностью и теплоотдачей. Какие площади должен отопить секционный радиатор? Очевидно, что типовыми являются площади от  6м2(кухня) до 25 м2 (зал). Теплоотдача секции (500мм) в современных радиаторах это 185- 195 Вт/секция (температурный напор 70 °C). Соответственно, получаем по минимуму 700 Вт и 2700 Вт. Если принять норму в 100Вт/м2, то получим указанные выше типовые площади.

Однако, очень часто можно услышать вопросы от потребителей или проектировщиков о возможности установить в помещениях радиаторы длиной долее 14 секций. Прежде всего это:

  • помещения большой площади,
  • низкий подоконник и соответственно возможна только установка радиатора высотой менее 500 мм.
  • вестибюли и т.д.

Рассмотрим принцип работы радиатора с типовой схемой подсоединения с боку и подачей теплоносителя сверху.

Известно, что более горячий теплоноситель (далее – вода) имеет меньшую плотность, чем холодный. Несколько цифр:

  • плотность воды при Т=20 °C равна 999,23 кг/м3,
  • при Т=70 °C равна 977,23 кг/м3,
  • при Т=90 °C равна 965,34кг/м3.

Рассмотрим две секции в радиаторе: в одной вода при температуре 90 °C, в другой  70 °C, высота секции 0,5 м, разность давлений воды внизу у этих секций составит 59,45 Па (далее гравитационная тяга).  Даже при близких температурах воды, например, 91°C и 89 °C температурная тяга будет составлять 6,7 Па.

При этом типовой 10-секционный радиатор (без запорной арматуры) имеет сопротивление от 2 Па при расходе теплоносителя 10 кг/час до 50 Па при 360 кг/час.

Теплоноситель предпочитает двигаться вниз по секции с минимальной температурой, притормаживая движение по секции с максимальной температурой. Конечно, необходимо учитывать расход по радиатору и сопротивление движению воды по коллекторам (верхнему и нижнему) особенно при больших расходах ( См. выше).

При подаче в радиатор горячей воды сверху, она распределяется по всему верхнему коллектору как имеющая минимальную плотность,далее при остывании плотность воды увеличивается, и вода опускается вниз. Это естественное гравитационное движение.

Для расчета гравитационной тяги мы использовали высоту радиатора 500мм. Соответственно, если брать в расчет радиаторы высотой 200 и 350 мм то значения тяги будут меньше в 2,5 и 1,5 раза соответственно, и сопротивление вертикальных каналов будет выше для высоких радиаторов. Поэтому наиболее критичным с точки зрения падения теплоотдачи длинных радиаторов будет радиатор с малой высотой. Проверим наши рассуждения на примере проведенных испытаний алюминиевого радиатора с межосевым расстоянием 200мм и длиной 25 секций.

Испытания проводились на стенде, который соответствует нормам ГОСТ Р 53583-2009 и EN 442-2. Тепловой поток определяли по ГОСТ Р53583-2009  «Приборы отопительные. Методы испытаний» при следующих условиях:

  • Температурный напор 70÷50°С.  При расходах  360÷50 кг/час.
  • С получением режимов различных перепадов температур -3÷33°С.
  • При движении воды в отопительном приборе по схеме «сверху-вниз».

Фото 1. Радиатор в камере

Термограмма 1. Температура на входе 92°С, на выходе 87°С, температурный напор 70°С, расход 360 кг/час. Тепловой поток 2025 Вт

Термограмма 2. Температура на входе 80°С, на выходе 60°С, температурный напор 50°С, расход 63 кг/час

Термограмма 3. Расход 50 кг/час напор 65°С

Таблица 1.

Радиатор алюминиевый 200 мм 25 секций

Расход теплоносителя,
кг/час

Температурный напор, °C

Теплоотдача, Вт

Теплоотдача паспортная,
90 Вт/секция ,

 п= 1,3

360

70

2025

2250

63

50

1427

1452

50

65

1952

2043

В таблице 1 представлены результаты экспериментов с переменным расходом и температурным напором. При расходе, примеряемом при сертификации и определении паспортных данных по ГОСТ 31311-2005г., 360кг/час мы получили потерю по теплоотдаче в 225 Вт. При тех же условиях 10 секционный радиатор имеет теплоотдачу 90 Вт/секция.  Согласно Термограмме 1 это связано большими сопротивлениями по коллектору. Надо учесть, что такие расходы через радиатор возможны при однотрубных системах и без байпаса, что почти не встречаются.Однако для данного случая при подборе секционности  радиатора необходимо учесть уменьшение теплоотдачи на 10%.

Обратим внимание на эксперимент с расходом 63 кг,час. Перепад температур по теплоносителю при этом расходе составлял 20 °C. Т.е. это классический перепад для двухтрубной системы, в данном случае для отопительного графика 80/60. При этом расхождение с паспортными данными было на уровне погрешности (25 Вт, 1,7%). Т.е. в данном случае короткий радиатор или длинный мы можем использовать паспортные данные.

В случае когда перепад температур при расходе 50 кг/час имел значение 33 °C, что говорит о недостаточном расходе для радиатора такой мощности, получено расхождение с паспортом в 90 Вт.

Расхождение с паспортом 2 -4%, по всей видимости, это диапазон отклонения теплоотдачи от паспортной для длинного радиатора с реальным расходом.

Часто встречается мнение, что для длинных радиаторов для увеличения теплоотдачи надо использовать удлинитель потока. Мы провели ряд испытаний, для этого изготовили удлинитель потока длиной 24 секции с перфорацией. Удлинитель без перфорации дал низкие характеристики по теплоотдаче и в этой статье не рассматривается.

Были получены следующие результаты:

Радиатор алюминиевый 200 мм 25 секций с удлинителем потока сверху

Расход теплоносителя, кг/час

Температурный напор,  °C

Теплоотдача, Вт

360

70

2166

63

50

1392

Для расхода 360 кг/час мы получили более высокое значение теплоотдачи, по термограмме это хорошо видно. Здесь явно видно влияние более равномерного расхода воды по секциям

Для расхода 63 кг/час и, соответственно, перепада температур теплоносителя вход-выход ориентировочно 20 °C, мы получили чуть меньшее значение теплоотдачи, чем без удлинителя потока. Различие по теплоотдаче с удлинителем потока и без оного на уровне погрешности (1452-1392=35Вт.).

Термограмма 4. Расход 360 кг/час с удлинителем потока

Термограмма 5. Расход 63 кг/час с удлинителем потока

Можно сказать, что для реальных расходов с разницей температуры теплоносителя входа-выхода в 20 °C, применение удлинителя потока скорее ухудшает результат, чем его улучшает. При этом удлинитель потока вносит дополнительное сопротивление по распределительному коллектору, что сказывается на расходе через радиатор при постоянном перепаде давления на подаче и обратке в системе отопления.

В статье представлены Термограммы, поэтому каждый может сделать свои выводы для разных параметров системы отопления. Однако можно сказать, что для реальных расходов и отопительных графиковбольшая секционность радиатора сказывается не значительно на теплоотдаче этого радиатора. Полученные результаты подтверждают физическую модель, описанную в статье выше. Можно сказать, что секционные радиаторы с  высотой 350 мм и 500 мм , коллектором 1дюйм и площадью сечения вертикального канала секции менее чем 150 мм2 (ориентировочная величина для алюминиевого радиатора), в том числе все биметаллические секционные радиаторы, будут иметь отклонения от паспортной теплоотдачи менее чем мы получили при испытаниях радиатора с высотой 200мм. Это связано с большим сопротивлением по теплоносителю в более длинных вертикальных каналах, большей гидравлической тягой (в 2,5 и 1.5 раза) и, соответственно, лучшему выравниванию расхода по секциям радиатора.

  Получить pdf версию журнала и подписаться на рассылки заполнив форму обратной связи
  Заполнив форму, я соглашаюсь на политику HeatClub в отношении рассылок
Имя
Телефон
E-mail
Комментарий
Введите символы, изображенные на картинке