Об отоплении в доме: как работают отопительные батареи?

Когда наступают холодные времена в наших широтах, мы хотим чтобы в домах была по прежнему комфортная температура. Для разных людей комфортная температура может быть разной, но все это лежит в диапазоне от 17 до 23 °С, поэтому мы используем в своих жилищах отопительные приборы. Очень что необходимо сделать правильный проект отопления и подобрать соответствующее оборудования для отопление — эту задачу поможет выполнить компания https://teplotechnika.com.ua/.

Общая схема подачи горячей воды

В наше время редко кто отапливает помещение открытым огнем, в основном используется так называемый промежуточный теплоноситель. В качестве такого теплоносителя чаще всего используется вода, которая получает часть тепловой энергии от теплогенерирующей установки и доставляет ее в наше жилье, где благополучно с ней расстается. Вопрос состоит в том, чтобы максимально большое количество этой энергии оставалось внутри помещения, а не терялось в подводящих и отводящих трубах.

Сегодня немного поговорим о нагревательных элементах или попросту говоря – батареях. Итак, теплота от нагретой воды должна в итоге нагреть воздух в нашем помещении, но для этого она проделывает довольно сложный маршрут.

Вначале теплота передается от воды на внутреннюю поверхность батареи и это достигается, в основном, за счет конвекции. Не вдаваясь сейчас в подробности расчетов тепловых потоков к внутренней стенке, скажу, что этот этап теплопередачи во многом зависит от скорости течения воды и разности тепмператур, то есть, чем выше скорость, тем интенсивнее будет идти теплообмен между водой и металлом. Далее внутри материала батареи теплота передается путем теплопроводности. Величина теплового потока здесь зависит от теплофизических свойств материала батарей, которые остаются постоянными при небольших изменениях температуры. И третьим и, пожалуй, самым главным этапом на пути теплового потока является передача теплоты от наружной поверхности батареи в окружающую среду, то есть внутрь помещения. Вот тут уже есть варианты.

Трубы с оребрением

Ну во первых, ясно, что чем больше будет поверхность теплообмена, тем большее количество теплоты будет передаваться. В теплотехнике различают два понятия: 1) плотность теплового потока q (Дж/м); 2) общий тепловой поток Q (Дж). Так вот общий тепловой поток равен: Q=q·F, где F – площадь теплообмена. Поэтому батареи стараются выполнять с максимальным оребрением, что увеличивает поверхность теплообмена. Но в этом направлении бесконечно двигаться невозможно. В конце концов, материалоемкость тоже немаловажный фактор. И вот тут надо говорить об увеличении плотности теплового потока, то есть количества теплоты передающееся с единицы площади. Плотность этого теплового потока в общем случае зависит от суммарного коэффициента теплоотдачи и разности температур между поверхностью и средой. Изменить разность температур мы можем, увеличив или уменьшив нагрев теплоносителя, что малоэффективно. А вот с сумарным коэффициентом теплоотдачи несколько сложнее. Суммарным он называется потому, что складывается из двух составляющих: коэффициентов теплоотдачи конвекцией и излучением. Не вдаваясь здесь в долгие объяснения, чем отличается свободная конвекция от вынужденной, скажу что в доме мы имеем дело в основном со свободной конвекцией, коэффициент теплопередачи которой иногда в разы меньше чем у вынужденной (за редким исключением).
Пример сравнения вынужденной и свободной конвекции
теплоотдача конечно возрастет, вот только затраты на электроэнергию вряд-ли вас порадуют.

Говоря об излучении следует сказать, что в основном это вид теплопередачи для «высоких» температур, то есть примерно от 700-800 °С. Но излучать будет любое тело, температура которого выше 0 К, и батареи здесь не исключение. Но как же повысить долю теплопередачи излучением и от чего это зависит? А зависит это в первую очередь от вида поверхности (температуру здесь не учитываем) и прежде всего ее способности излучать на разных длинах волн. Так для максимального излучения нашей батареи имеет смысл покрасить ее в черный(!) цвет. Удивительно? Вряд-ли, если вспомнить школьный курс физики и понять, что максимальное поглощение и излучение происходит у поверхностей с черным цветом или близким к нему оттенкам. Степень черноты тела довольно сильно влияет на количество излучаемой и поглощаемой энергии.

Вот только не надо тут же бежать за краской и перекрашивать батареи, во первых эстетический вид может весьма удивить гостей, а во вторых доля приращения общего теплового потока может измеряться десятыми долями процента, температуры -то небольшие!
Скажу, что многие процессы тепловой передачи остаются весьма сложными, особенно в сопряженных задачах, однако самые общие принципы работы батарей в вашем доме понять несложно.