Теплоотдача биметаллических радиаторов отопления таблица: Мощность 1 секции биметаллических радиаторов отопления — Портал о строительстве, ремонте и дизайне

Таблица теплоотдачи биметаллических радиаторов отопления

О том, что биметаллические радиаторы отопления являются наиболее дорогими из всех возможных конструкций водяных обогревателей, в том числе алюминиевых, стальных и чугунных, знают не понаслышке все, кому доводилось заниматься ремонтом и заменой домашних батарей. В качестве подтверждения высокой эффективности биметалла обычно приводят условную таблицу теплоотдачи биметаллических радиаторов отопления со ссылками на теплопроводность металлов, и даже на практические измерения температуры воздуха в комнате. Так ли эффективно устройство биметаллического радиатора?

Что представляет собой биметаллический радиатор

По сути, биметаллический обогреватель представляет собой смешанную конструкцию, воплотившую преимущества стальных и алюминиевых систем отопления. Устройство радиатора основывается на следующих элементах:

• Обогреватель состоит из двух корпусов – внутреннего стального и наружного алюминиевого;
• За счет внутренней оболочки из стали биметаллический корпус не боится агрессивной горячей воды, выдерживает высокое давление и обеспечивает высокую прочность соединения отдельных секций радиатора в одну батарею;
• Алюминиевый корпус лучше всего передает и рассеивает поток тепла в воздухе, не боится коррозии наружной поверхности.

В качестве подтверждения высокой теплоотдачи биметаллического корпуса можно использовать сравнительную таблицу. Среди ближайших конкурентов – радиаторов из чугуна ЧГ, стали ТС, алюминия АА и АЛ, биметаллический радиатор БМ обладает одним из наилучших показателей теплоотдачи, высоким рабочим давлением и коррозионной стойкостью.

К сведению! Практически все таблицы используют сведения производителей о теплоотдаче, приведенные к стандартным условиям – высоте радиатора в 50 см и разнице температур в 70оС.

В реальности дела обстоят еще хуже, большинство производителей указывает величину теплоотдачи в виде значения тепловой мощности в час для одной секции. То есть, на упаковке может быть указано, что теплоотдача биметаллической секции радиатора составляет 200 Вт.

Делается это вынужденно, данные приводят не к единице площади или перепаду температур в один градус, для того чтобы упростить восприятие покупателем конкретных технических характеристик теплоотдачи радиатора, одновременно сделав маленькую рекламу.

Насколько выгоден биметаллический радиатор

Нередко для подтверждения высокой теплоотдачи биметаллических радиаторов приводят табличные сведения, приведенные ниже.

Такого рода сведения нередко используются магазинами и рекламой в качестве достоверных данных о теплоотдаче различных систем водяного отопления. О том, что теплоотдача биметаллической секции выше стальной или чугунной конструкции, хорошо известно и без справочных данных, остается только проверить, насколько радиатор из биметалла лучше алюминия. Неужели разница может достигать почти 40%?

Ниже в таблице приведены данные о теплоотдаче на основании практических измерений приборов конкретных моделей радиаторов, в том числе биметаллических, алюминиевых и чугунных систем.

Как видно из таблицы, теплоотдача между самыми крайними позициями радиаторов одного производителя, например, алюминиевого Rifar Alum -183 Вт/м∙К и биметаллического Rifar Base — 204 Вт/м∙К, составляет не более 10%, в остальных случаях разница еще меньше.

От чего зависит теплоотдача радиатора

Прежде чем попытаться оценить и сравнить реальную эффективность биметаллических радиаторов, стоит напомнить, от чего зависит тепловая мощность конкретной отопительной системы:

• Тепловой напор радиатора. Чем выше разница между средней температурой поверхности радиатора и температурой воздуха, тем интенсивнее тепловой поток, передающийся в воздух помещения;
• Теплопроводностью материала радиатора. Чем выше теплопроводность, тем меньше разница между температурой теплоносителя и наружной стенкой радиатора;
• Размерами корпуса;
• Температурой и давлением теплоносителя.

Важно! В водяных системах отопления передача тепла от стенки в воздух осуществляется на 98% за счет конвекции, поэтому, кроме размеров, важна и форма радиатора. Но так как на практике учет конфигурации поверхности учесть сложно, обычно ограничиваются только учетом линейных размеров.

Первый критерий – тепловой напор, рассчитывается, как разность между полусуммой (Твх+Твых)/2 и температурой воздуха в помещении, Твх  и Твых – температуры воды на входе и выходе из радиатора. Существует даже поправочный коэффициент, уточняющий теплоотдачу радиатора при расчете мощности системы отопления для комнаты.

Таблица поправочного коэффициента говорит, что заявленные в паспорте величины теплоотдачи биметаллического обогревателя, равно как и алюминиевого, будут соответствовать действительности только в течение первого часа работы отопления, К=1 при перепаде температуры в 70оС, что возможно только в холодном помещении. Теплоноситель редко нагревают выше 85оС, значит, максимальную теплоотдачу можно получить только при температуре воздуха в комнате Т=15оС, либо при использовании специальных видов теплоносителя.

Второй критерий — теплопроводность материала радиаторной стенки. Здесь радиатор из биметалла проигрывает алюминиевому варианту. Устройство биметаллической секции отопления, приведенной на схеме, показывает, что стенка обогревателя состоит из двух слоев — стали и алюминия.

Даже при одинаковой толщине стенки биметаллический корпус в одинаковых условиях не может иметь теплоотдачу выше, чем изготовленный из алюминия.

Размеры обоих типов теплообменников примерно одинаковы и рассчитаны на установку в пространстве под подоконником. Стоит отметить, что конструкция корпусов из биметалла и алюминия имеет значительно большую площадь поверхности, чем у чугунной или стальной модели. Поэтому величина теплоотдачи может отличаться сильнее, чем простой расчет на основании теплотехнических свойств металлов – теплопроводности и теплоемкости.

Остается разобраться с температурой и давлением теплоносителя.

Оптимальные условия эксплуатации для обогревателей из биметалла

Устройство и схемы биметаллических и алюминиевых систем во многом похожи. Внутри корпуса секции изготовлен главный канал, по которому движется разогретый теплоноситель. Форма и размеры канала соответствуют сечению подводящей трубы, а значит, жидкость не испытывает дополнительных завихрений и локальных мест перегрева.

Если посмотреть на данные в таблице, то становится ясно, что оба типа радиаторных конструкций проектируются в расчете на высокое давление и, главное, — высокую температуру теплоносителя. В этом случае преимущества теплообменника из биметалла очевидны. Во-первых, увеличивается разность температур, вместо стандартных 70оС значение теплового напора может легко достигать 100оС. Например, давление и температура теплоносителя на входе систему отопления высотного дома составляет 15-18 Бар и 105-110оС, а для паровых систем и 120оС. Соответственно, поправочный коэффициент эффективности теплоотдачи возрастает до 1,1-1,2, а это почти 20%.

Во-вторых, чем выше давление теплоносителя, тем выше коэффициент теплопередачи и теплоотдачи от жидкости к металлу. Значение теплоотдачи за счет повышения давления может возрастать на 5-7%. В итоге, суммируя все условия, может оказаться, что обогреватель из биметалла идеально подходит для отопления высотных зданий.

Несмотря на то, что производители дают примерно одинаковый срок службы для обоих типов теплообменников, на практике при повышенном давлении и температуре отопления способен работать длительное время только биметалл. Горячая вода даже при наличии присадок и защитного покрытия действует на алюминий разрушительно. Другое дело — сталь с легирующими добавками марганца и никеля, ее срок службы может составлять до 15лет.

Заключение

Высокую теплоотдачу на биметаллическом нагревателе можно получить не только при высоком давлении. Для обоих типов радиаторов, даже для чугунных и стальных конструкций, можно увеличить теплоотдачу минимум на 20%, если использовать в домашних котельных в качестве теплоносителя не воду, а специальные типы тосола или антифриза. Давление не изменится, так и останется 3-4 атм., а температура на выходе из котла увеличится почти до 95-97оС, что даст прибавку в теплоотдаче на 15-20%. Кроме того, тосол обеспечит хорошую сохранность алюминиевых, чугунных, стальных труб и теплообменников.

технические характеристики, особенности устройства, какая допустимая теплоотдача одной секции батарей, какую площадь может обогреть данный агрегат, выбор, расчет количества секций

Содержание:

• 1 Недостатки радиаторов из биметалла
• 2 Определяем число секций алюминиевой батареи
• 3 Как рассчитать количество секций радиатора
• 4 Теплоотдача батарей отопления: что это такое, её расчет по паспорту изделий
  • 4. 1 Расчет реальной теплоотдачи в кВт
  • 4.2 Формулы для точного подсчета
• 5 Конструкция биметаллических обогревателей

Недостатки радиаторов из биметалла

Как и другие типы радиаторов, биметаллические батареи имеют свои недостатки. Среди самых существенных отметим следующие:

• цена – это главный минус изделий из биметалла. Затраты на их приобретение в сравнении с чугунными приборами отопления очень высокие. Но зато они имеют более приятный внешний вид. Эти приборы отопления с легкостью встраиваются в современный интерьер, а в плане продолжительности периода эксплуатации опережают все остальные виды изделий отопления;
• другой минус этих изделий состоит в слабой стойкости к коррозии сердечника этих радиаторов, который выполнен из стали. Происходит это под воздействием воды и воздуха. Ржавчина на биметаллических радиаторах может появляться и под влиянием антифриза, который в качестве теплоносителя в автономных системах отопления используют владельцы частных домов. Если выбор был сделан в пользу такого теплоносителя, то лучшее решение — алюминиевые батареи.

Определяем число секций алюминиевой батареи

Пересчитать параметры отопительного прибора под конкретные условия непросто. Формула тепловой мощности и алгоритм вычислений, используемый инженерами–проектировщиками, слишком сложен для обычных домовладельцев, несведущих в теплотехнике.

Предлагаем выполнить расчет количества секций радиаторов отопления более доступным методом, дающим минимальную погрешность:

1. Соберите исходные данные, перечисленные в первом разделе настоящей публикации, — узнайте необходимое для обогрева количество теплоты, температуру воздуха и теплоносителя.
2. Рассчитайте реальный температурный напор DT, пользуясь приведенной выше формулой.
3. При выборе определенного типа батарей откройте технический паспорт и отыщите показатель теплоотдачи 1 секции при DT = 70 градусов.
4. Ниже представлена таблица готовых коэффициентов пересчета отопительной мощности радиаторных секций. Найдите показатель, соответствующий реальному DT, и умножьте его на величину паспортной теплоотдачи – получите мощность 1 ребра при ваших эксплуатационных условиях.

Зная настоящий тепловой поток, нетрудно выяснить число ребер батареи, требуемое для обогрева комнаты. Разделите нужное количество теплоты на отдачу 1 секции. Для ясности приведем пример расчета:

1. Возьмем угловую комнату с двумя светопрозрачными конструкциями (окнами) площадью 15.75 м², высота потолков – 280 см (показана на фрагменте чертежа). Удельные затраты теплоты на обогрев – 130 Вт/м², общая потребность составит 130 х 15.75 = 2048 Вт.
2. Величину теплового напора мы выяснили в предыдущем разделе, DT = 43 °C.
3. Подбираем низенькие алюминиевые радиаторы GLOBAL VOX 350 (межосевое расстояние – 350 мм). Согласно документации изделия, теплоотдача 1 ребра составляет 145 Вт (DT = 70 °C).
4. Находим в таблице коэффициент, соответствующий DT = 43 °C, K = 0.53.
5. Умножаем паспортную мощность на коэффициент и находим реальную отдачу 1 секции: 0. 53 х 145 = 76.85 Вт.
6. Рассчитываем количество алюминиевых ребер на помещение: 2048 / 76.85 ≈ 26.65, округляем в бо́льшую сторону и получаем 27 штук.

Остается распределить секции по комнате. Если размеры окон одинаковы, делим 28 пополам и размещаем под каждым проемом радиатор на 14 ребер. В противном случае число секций батареи подбирается пропорционально ширине окон (можно приблизительно). Аналогичным образом пересчитывается теплоотдача биметаллических и чугунных радиаторов.

Схема расстановки батарей — приборы лучше размещать под окнами либо возле холодной наружной стены

Многие известные фирмы, в том числе GLOBAL, прописывают в документации теплоотдачу своих приборов для разных температурных условий (DT = 60 °C, DT = 50 °C), пример показан в таблице. Если ваш реальный ΔT = 50 градусов, смело пользуйтесь указанными характеристиками безо всякого перерасчета.

Как рассчитать количество секций радиатора

Существует упрощенный способ, позволяющий сделать это быстро. Для этого нам понадобится нормативная мощность, необходимая для нагревания одного квадратного метра комнаты. Приведем три варианта.

• Если в комнате потолки имеют обычную высоту (от 2,5 до 2,7 метра), стена наружу – одна, окно – одно. Нормативная мощность – 100 ватт.
• Если потолки такие же, стен наружу – две, окно – одно. Нормативная мощность – 120 ватт.
• Если такая же высота потолков, стен наружу – две, окон – два. Нормативная мощность – 130 ватт.

Теперь перемножим две величины – нормативную мощность для нашего варианта и площадь комнаты. Имея потолки повыше или окно побольше (к примеру, если оно с эркером), умножим дополнительно на поправочный коэффициент 1,1. В итоге получим мощность радиатора (общую).

В паспорте радиатора указана тепловая мощность для его одной секции. На нее надо разделить полученную общую мощность. Округляем дробные числа в сторону увеличения.

Теплоотдача батарей отопления: что это такое, её расчет по паспорту изделий

Количество тепла, которое передано в единицу времени определенному объему в единицу времени является теплоотдачей батареи отопления. Теплоотдачу иногда называют тепловой мощностью, потому что измеряется она в Ваттах.

Иногда теплоотдачу называют мощностью теплового потока, и поэтому можно встретить в паспорте на изделие единицу измерения теплоотдачи кал/час. Между Ваттами и калориями в час существует зависимость 1 Вт = 859, 85 кал/час.

В паспорте на радиатор производителем указывается номинальный параметр теплоотдачи. Исходя из этого параметра, можно рассчитать необходимое количество элементов для каждой индивидуальной комнаты или помещения. Если в паспорте указана мощность одной секции 150 Вт, то секция из 7 элементов будет отдавать более 1 кВт тепла.

Расчет реальной теплоотдачи в кВт

Для этого надо определиться с количеством наружных стен, окон. При одной наружной стене и одном окне на каждые 10 м² площади помещения потребуется 1 кВт тепла.

Если количество наружных стен две, то на каждые 10 м² потребуется 1,3 кВт тепловой энергии.

Точнее можно рассчитать необходимую мощность по формуле Sxhx41:

• S — площадь комнаты;
• h — высота помещения;
• 41 — показатель минимальной мощности на 1 куб. м объема помещения.

Полученная тепловая мощность и будет являть собой необходимую полную мощность батареи отопления. Теперь остается только поделить на мощность одного радиатора и определить их количество.

Формулы для точного подсчета

КТ=1000 Вт/м²*П*К1*К2*К4…*К7.

Показатель КТ — количество тепла для индивидуального помещения.

П — Общая площадь помещения.

К1 — коэффициент учета оконных проемов. Если двойное окно, то К1 = 1,27.

• Двойной стеклопакет — 1,0,
• Тройной стеклопакет — 0,85.

К2 — коэффициент теплоизоляции стен:

• Теплоизоляция очень низкая — 1,27;
• Кладка стен в 2 кирпича и утеплитель — 1,0;
• Высококачественная теплоизоляция — 0,85.

К3 — соотношение площади окон и пола в комнате:

• 50% — 1,2;
• 40% — 1,1;
• 30% — 1,0;
• 20% — 0,9;
• 10% — 0,8.

К4 — средняя температура воздуха в комнате в самый холодный период:

• 35 °С — 1,5;
• 25 °С — 1,3;
• 20 °С — 1,1;
• 15 °С — 0,9;
• 10 °С — 0,7.

К5 — учет наружных стен:

• 1 стена — 1,1;
• 2 стены — 1,2;
• 3 стены — 1,3;
• 4 стены — 1,4.

К6 — тип помещения над комнатой:

• Холодный чердак (неутепленный) — 1,0;
• Чердак с отоплением — 0,9;
• Отапливаемое помещение — 0,8.

К7 — учет высоты потолков:

• 2,5 м — 1,0;
• 3,0 м — 1,05;
• 3,5 м — 1,1;
• 4,0 м — 1,15;
• 4,5 м — 1,2.

При таком расчете учитывается максимальное количество особенностей помещения под отопление.

Внимание! Результат необходимо разделить на теплоотдачу одного радиатора и округлить результат в бо́льшую сторону

Конструкция биметаллических обогревателей

Корпус у этих радиаторов фигурно-ребристый, выполненный из алюминиевого сплава, который отличает великолепная отдача тепла. Под корпусом находится отопительный контур, сделанный из труб (медных или стальных).

Такая «начинка» помогает батарее достойно противостоять атаке химических и механических примесей, присутствующих в горячей воде для отопления.

Сталь, из которой состоят трубы сердечника, весьма прочна. Поэтому радиатор выдержит даже при большом давлении. Это может быть 20, а то и 40 атмосфер (некоторые модели до 100 атмосфер). И температура у теплоносителя может подниматься до 110 или 130 градусов. Если нужны более конкретные цифры, надо заглянуть в паспорт конкретного радиатора. Алюминий же не только повышает отдачу тепла, но и существенно облегчает прибор. Кроме того, сложной формы корпус обладает очень симпатичным дизайном, придавая радиаторам отличный вид.

По характеристикам эти радиаторы вполне пригодны как для квартир в домах различной этажности, так и для отдельных коттеджей с автономными системами отопления. Но не спешите сразу в магазин – сначала мы расскажем, как толково подойти к вопросу их выбора.

Дата: 25 сентября 2020

Сравнение теплопроводности меди, алюминия и латуни — Сборник экспериментов

Номер эксперимента: 1769

• Цель эксперимента

  Целью этого эксперимента является использование термочувствительных пленок для визуализации различной динамики теплопроводности в трех различных металлы.

• Теория

  См. теорию в уже описанном эксперименте: Теплопроводность пластика и металла I., Теория.

• Инструменты

  Термочувствительная пленка с температурным диапазоном от 25°С до 30°С, три разные металлические пластины одинакового размера, емкость для горячей воды, чайник.

  • В пробном эксперименте используются медные, алюминиевые и латунные пластины одинаковых размеров; толщина пластин 0,3 мм. (Аналогичные металлические пластины можно приобрести в магазине дизайнерских инструментов). Таблица с теплопроводностями (при 25°C) используемых металлов приведена ниже:

    металл	λ  / Вт·м −1 ·K −1
    медь	386
    алюминий	237
    латунь	120

  • Термочувствительную пленку можно найти в Интернете под названием двусторонняя температурная этикетка .

    На рисунке 1 показан инструмент, изготовленный специально для этого эксперимента для изучения различной теплопроводности металла — три разные металлические пластины частично покрыты термочувствительной пленкой, что свидетельствует о повышении температуры.

• Процедура

  Закрепите медный, алюминиевый и латунный лист параллельно друг другу (см., например, рис. 1) с помощью лабораторного стенда так, чтобы концы листов находились на несколько сантиметров выше стола (рис. 2). ). Подставьте под эти концы емкость и налейте в нее горячую воду так, чтобы она покрыла концы листов.

  Наблюдайте, как термочувствительные пленки меняют цвет. Температура, представленная цветом, зависит от типа пленки. Пленка, использованная в этом эксперименте, имеет черный цвет при температуре ниже 25 °C. При повышении температуры в интервале от 25°С до 30°С пленка постепенно меняет свой цвет с коричневого, зеленого и синего на темно-синий и, наконец, после превышения 30°С цвет снова меняется на черный.

  Целью такого изменения цвета этих пленок является не попытка точного измерения температуры в конкретной точке, а скорее указание и демонстрация распределения температуры поверхности.

• Пример результата

  Успешно проведенный эксперимент показан на видео ниже. Видео ускорено в 8 раз.

  Очевидно, что медный лист нагревается быстрее всего, за ним следуют алюминий и латунь.

• Технические примечания

  • Не наливать в емкость кипяток, использовать воду температурой 60 °C. При более высоких температурах образуется большое количество горячего пара, который течет вверх, что влияет на измерение с помощью термочувствительных пленок и делает его ненадежным.

  • Указанный выше эффект можно устранить, загнув нижние концы листов под прямым углом. Таким образом, более длинная часть измеряемых металлов может оставаться в горизонтальном положении.

  • Если вы проводите этот эксперимент летом, рекомендуется убедиться, что температура в классе ниже минимальной температуры, измеренной пленкой (здесь 25 °C). Если температура в классе выше, пленка меняет цвет на соответствующую температуру, делая результат менее заметным.

  • Нет необходимости использовать горячую воду для нагрева простыней. Однако всегда нужно следить за тем, чтобы простыни прогревались равномерно.

• Педагогические заметки

  • Описание развития этого эксперимента приводит учащихся к выводу, что «медь нагревается быстрее, чем алюминий» и т. д. Более подготовленные ученики могут сообразить, что мы уже обсуждали «готовность ” вещества на изменение температуры в разрезе удельной теплоемкости

    c вещества . Эта мысль верна и ее следует принять во внимание – готовность материи изменять свою температуру зависит как от удельной теплоемкости, так и от теплопроводности материи.

    Аргумент о том, что быстрый нагрев медного листа вызван его низкой теплоемкостью, можно легко опровергнуть с помощью приведенной ниже таблицы:

    металл	λ  / Вт·м −1 ·K −1	с  / Дж·кг −1 ·K −1
    медь	386	383
    алюминий	237	896
    латунь	120	384

    Следовательно, если бы решающим фактором была удельная теплоемкость металла, то поведение меди и латуни было бы почти одинаковым (они имеют близкие значения

    c ), но это явно противоречит эксперименту.

    Если в классе есть действительно одаренные физики, они могут возразить, что этот аргумент не совсем удовлетворителен — листы имеют разную плотность, а значит, и масса, влияющая на величину теплоты, необходимой для нагрева, тоже разная. К счастью, плотности меди и латуни достаточно близки, так что различное поведение этих двух веществ нельзя объяснить иначе, как на основании разной теплопроводности.

  • Эффект разной теплопроводности можно продемонстрировать не только при нагреве металлов, но и при их охлаждении. Дайте всем трем металлам прогреться, например, на радиаторе, пока термочувствительные пленки не станут темно-синими. Затем погрузите концы металлических листов в смесь воды и льда. Медь остывает быстрее всех, за ней следуют алюминий и латунь.

    При интерпретации продолжения эксперимента следует быть осторожным, чтобы не сложилось впечатление, что щиты «высасывают» холод изо льда – всегда следует интерпретировать понижение температуры как отвод тепла.

• Вариант проведения эксперимента

  Чтобы продемонстрировать разницу в теплопроводности трех металлов, можно поступить иначе. Положите листы меди, алюминия и латуни на стол и в середину каждого листа поместите кубик льда. Посмотрите, как быстро тают отдельные кубики (видео ускорено в 32 раза):

  Очевидно, что быстрее всего лед тает на медном листе, а медленнее всего — на латунном. Медь обладает высокой теплопроводностью и поэтому способна постоянно отдавать тепло от периферийных частей листа к месту, охлаждаемому кубиком льда. Эта способность значительно хуже у латунного листа.

  Преимуществом этого эксперимента является возможность обойтись без термочувствительных пленок. Недостатком является то, что это требует больше времени (примерно 15 минут).

Общий коэффициент теплопередачи | TLV

Общий коэффициент теплопередачи, или значение U, относится к тому, насколько хорошо проходит тепло через ряд устойчивых сред. Его единицы измерения: Вт/(м ² °C) [БТЕ/(ч-фут ² °F)].

В следующей статье показано, как рассчитать и сравнить значение U для теплопередачи пара и горячей воды через различные типы сред, включая коэффициенты пленки и фактический материал самой стены.

Общий коэффициент теплопередачи зависит от толщины и теплопроводности сред, через которые передается тепло. Чем больше коэффициент, тем легче передается тепло от его источника нагреваемому продукту. В теплообменнике взаимосвязь между общим коэффициентом теплопередачи (U) и скоростью теплопередачи (Q) можно продемонстрировать с помощью следующего уравнения:

, где

Q = скорость теплопередачи, Вт=Дж/с [БТЕ/ч]
A = площадь поверхности теплопередачи, м ² [фут ² ]
U = общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м ² °C) [Btu/(ч-фут ² °F)]
ΔTLM = среднелогарифмическая разность температур, °C [°F]

 

Из этого уравнения видно, что значение U прямо пропорционально Q, скорости теплопередачи. Предполагая, что поверхность теплопередачи и разность температур остаются неизменными, чем больше значение U, тем больше скорость теплопередачи. Другими словами, это означает, что для определенного теплообменника и продукта более высокое значение U может привести к сокращению времени партии и увеличению производства/дохода.

Для определения значения U можно использовать несколько уравнений, одно из которых:

где

h = коэффициент конвективной теплопередачи, Вт/(м ² °C) [БТЕ/(ч-фут ^{) 2} °F)]
L = толщина стены, м [фут]
λ = теплопроводность, Вт/(м°C) [BTU/(час-фут°F)]

Теплопередача через металлическую стенку

Например, в случае создания горячей воды передача тепла в основном происходит от жидкости 1 (источника тепла) через проводящее твердое тело (металлическую стенку) к жидкости 2 (воде, нагреваемому продукту).

Однако необходимо также учитывать сопротивление пленки. Вот почему коэффициент конвективной теплопередачи (h), иногда называемый коэффициентом пленки, включается при расчете теплопередачи между жидкостью и проводящей стенкой.

Кроме того, в некоторых уникальных применениях, таких как нагрев в фармацевтических или биотехнологических процессах, передача тепла может происходить через несколько слоев стенового материала. В таких случаях приведенное выше уравнение можно адаптировать, включив в него толщину твердого тела (L) для каждого слоя, деленную на его теплопроводность (λ).

Для упрощения приведенных ниже расчетов в качестве примера можно использовать следующие значения коэффициентов конвективной теплопередачи:

Жидкость	Коэффициент конвективной теплопередачи (h)
Вода	около 1000 Вт/(м 2 °C) [176 БТЕ/(ч-фут 2 °F)]
Горячая вода	1000 – 6000 Вт/(м 2 °C) [176 – 1057 БТЕ/(ч·фут 2 °F)]
Пар	6000 – 15000 Вт/(м 2 °C) [1057 — 2641 БТЕ/(ч-фут 2 °F)]

Пример сравнения влияния на U различных источников тепла, пара или горячей воды

Два котла из углеродистой стали (λ = 50 Вт/(м °C) [28,9 БТЕ/(ч-фут °F)]) с рубашкой с толщиной внутренней стенки 15 мм [0,049 фута] используются для нагрева воды. Один использует горячую воду в качестве источника тепла, а другой использует пар. При коэффициенте теплопередачи 1000 Вт/м ²  °C [176 БТЕ/(ч-фут ²  °F)] для нагреваемой воды, 3000 Вт/м ²  °C [528 БТЕ/(ч-фут ²  °F)] для горячей воды и 10000 Вт/м ² °C [1761 БТЕ/(час-фут ²  °F)] для пара, рассчитаем значения U для обоих процессов нагрева.

Котел с рубашкой из углеродистой стали – сравнение горячей воды и пара Источник тепла

Горячая вода:

Пар:

В этом случае пар обеспечивает расчетное улучшение коэффициента теплопередачи на 17%.

Теперь представьте, что та же передающая стенка котла также облицована стеклом толщиной 1 мм [0,0033 фута] (λ = 0,9 Вт/(м °C) [0,52 БТЕ/(ч-фут °F)]). Включение этих значений в приведенное выше уравнение коэффициента теплопередачи дает следующие результаты:

Чайник со стеклянным кожухом – сравнение горячей воды и пара Источник тепла дополнительное сопротивление проводимости, значение U по-прежнему улучшается, но только на 9%; и это демонстрирует, как плохой проводник тепла, такой как стекло, может сильно мешать передаче тепла.

Таким образом, для определенного теплообменного оборудования, такого как котел из углеродистой стали, изменение источника тепла с горячей воды на пар потенциально может значительно улучшить коэффициент теплопередачи и теплопередачу, если материал стенок обладает высокой проводимостью. Однако такой же впечатляющий эффект не ожидается в случаях, когда используется теплообменник с несколькими слоями стенок, включая слои материала с низкой проводимостью (например, эмалированный котел).

Тем не менее, некоторые процессы требуют использования определенного материала стенок, например, облицовки стеклом, для предотвращения реакции с продуктом. Тем не менее, в таких обстоятельствах скорость теплопередачи все еще может быть улучшена путем замены источника тепла с горячей воды на пар для оптимизации производства.

Загрязнение

Загрязнение поверхности стенового материала может стать дополнительным препятствием для теплопередачи. Эта проблема может возникать как на стороне теплоносителя, так и на стороне продукта по нескольким причинам.