Transfert de chaleur d'un tuyau d'acier: calcul du coefficient, comment augmenter la conductivité thermique

Essayons de résumer les cas où il peut être nécessaire de calculer le transfert de chaleur d'un tuyau et de trouver les méthodes pour calculer ce paramètre.

Pourquoi est-ce nécessaire?

Esthétique irréprochable, efficacité mortelle

En général, le calcul du coefficient de transfert de chaleur d'une conduite est nécessaire dans deux catégories de cas:

lors du calcul des appareils de chauffage;
Estimer la quantité de chaleur perdue dans les pipelines transportant du liquide de refroidissement.

Appareils de chauffage

Quels types de radiateurs sont utilisés comme éléments de caloduc?

Parmi les cas répandus, il convient de mentionner:

plancher chauffant;
porte-serviettes et une variété de bobines;
Registres.

plancher chaud

En tant qu'élément chauffant pour un sol chauffé à l'eau (il existe également un sol chauffé avec chauffage électrique), ce sont presque toujours des tuyaux qui agissent; Cependant, l'utilisation de tuyaux en acier pour le chauffage est devenue rare récemment.

Les raisons en sont évidentes: un tuyau d’acier est sujet à la corrosion et au rétrécissement de la lumière au fil du temps; le montage des tuyaux sans raccords filetés nécessite un soudage; monter un tuyau en acier sur des filets de tuyau est toujours une fuite potentielle. Et qu'est-ce qu'une fuite dans le sol, sous la chape? Plafond humide au sous-sol ou au sous-sol et destruction progressive du plafond.

C’est pourquoi, tout récemment, ils ont choisi d’utiliser des serpentins métalliques en plastique comme élément chauffant pour le chauffage par le sol.installation obligatoire des ferrures en dehors de la chape), le polypropylène renforcé est de plus en plus placé dans la chape.

Il a un faible coefficient de dilatation thermique et, s’il est correctement installé, ne nécessite aucune réparation ni maintenance pendant plusieurs décennies. D'autres plastiques sont également utilisés.

Maintenant, ils le font comme ça

Astuce: veillez à laisser de petits espaces sur la déformation thermique du tuyau. Le polypropylène renforcé s’étire lorsqu’il est chauffé avec moins de résistance, mais il est quand même étiré.

Porte-serviettes

Les porte-serviettes en acier sont assez courants dans les maisons de construction soviétique. Plus récemment, ils faisaient partie d'un projet modèle de toute maison en construction et, jusque dans les années 80, ils étaient toujours montés sur des raccords filetés.

Des inserts de circulation dans les nœuds d’ascenseur, fournissant des tours de chauffage constamment chaudes, sont également apparus relativement récemment.

Si tel est le cas - le mode de fonctionnement du sèche-serviettes a été répété pour le refroidissement et le chauffage. Extensions - compression. Comment les connexions filetées ont-elles réagi? C'est vrai. A commencé à couler.

Plus tard, lorsque les porte-serviettes chauffants ont été intégrés aux tuyaux de chauffage et chauffés 24 heures sur 24, le problème des fuites s'est estompé au second plan. La taille même du séchoir (et par conséquent la surface de transfert de chaleur effective) a fortement diminué. La raison - le changement de la température quotidienne moyenne.

Si auparavant le serpentin de la salle de bain n'était chauffé que lorsque les propriétaires de la salle de bain utilisaient de l'eau chaude, il se réchauffait constamment.

Extremals et maintenant installer des séchoirs en acier dans les salles de bain

registres

Dans de nombreux locaux industriels, dans des entrepôts et même dans des magasins longtemps en retard, plusieurs rangées de tuyaux épais sous la fenêtre attirent l’attention, ce qui produit une chaleur perceptible. Nous avons devant nous l’un des appareils de chauffage les moins chers de l’ère du socialisme développé - le registre.

Il est constitué de plusieurs tubes épais à extrémités soudées et de ponts de tubes minces. Dans la version la plus simple, il peut généralement s'agir d'un tuyau épais qui contourne le périmètre de la pièce.

Il est amusant de comparer le transfert de chaleur d’un registre en acier à une pile en aluminium de taille moderne occupant un volume comparable dans une pièce. Les différences de transfert de chaleur parfois.

En raison de la conductivité thermique supérieure de l'aluminium et de la grande surface d'échange de chaleur avec l'air dans une solution moderne. Dans le cas d'un registre, vous comprenez, l'esthétique n'est pas du tout nécessaire.

Toutefois, le registre constituait une solution peu coûteuse et abordable. De plus, il a rarement besoin de réparations ou d’entretien: la conduite, même bloquée par moitié, continue de chauffer et la soudure, soudée par soudure électrique, commence à couler environ après le cinq centième coup avec une masse.

En fait, pourquoi rompre ici?

Moyens d'augmenter le transfert de chaleur

Du point de vue du retour à la surface de la quantité maximale de chaleur est moins efficace que le tuyau, sauf que la balle. Son rapport surface /volume est encore pire.

Qu'ont fait les ancêtres à ces monstrueuxappareils de chauffage ont été chauffés?

Comment augmenter le transfert de chaleur du tuyau?

Augmentation du rayonnement infrarouge de l'appareil de chauffage . La couleur simple du registre avec de la peinture noire mate a permis un réchauffement notable dans la pièce. À propos, le chromage actuel des serpentins modernes pour la salle de bain semble impressionnant, mais du point de vue du transfert de chaleur de l'appareil - l'idiotie de l'eau la plus pure.

La chaleur produite par les tuyaux en acier est réduite par chromage. Bien que cela soit beau

Le transfert de chaleur des tubes en acier peut être accru par le biais d'ailettes soudées ou montées d'une autre manière à l'extérieur du tube . La dernière étape de la mise en oeuvre de cette méthode est un convecteur, une bobine de tuyau à plaques transversales. Bien entendu, dans ce cas, toutes les méthodes de calcul du transfert de chaleur du tuyau ne sont pas applicables - le tuyau cède une plus petite partie de la chaleur de cet appareil.

En réfléchissant à la manière d'augmenter le transfert de chaleur des tuyaux, les concepteurs ont eu l'idée d'un convecteur. Désolé Certains sujets de l'ère soviétique ne causent pas de nostalgie

Pertes de chaleur par les tuyaux

Dans un appartement en ville, tout est simple: les colonnes montantes et le tuyau d’alimentation des appareils de chauffage, et les appareils eux-mêmes se trouvent dans une pièce chauffée. A quoi bon s'inquiéter de la quantité de chaleur qui dissipe la colonne montante, si elle sert au même but - le chauffage?

Cependant, déjà aux entrées des immeubles à appartements, dans les sous-sols et en termes de stockage, la situation est radicalement différente. Il est nécessaire de chauffer une pièce et d'y amener du liquide de refroidissementun autre. Par conséquent, tente de minimiser le transfert de chaleur des tuyaux à travers lesquels l'eau chaude pénètre dans la batterie.

isolation thermique

L'isolation thermique de ce tuyau constitue le moyen le plus évident de réduire le transfert de chaleur d'un tuyau en acier. Il y a vingt ans, il y avait deux façons de procéder: recommandée par la documentation réglementaire (chauffage à la laine de verre et tissu incombustible avec enroulement; avant, l'isolation externe était généralement rendue solide à l'aide de plâtre ou de mortier de ciment) et réaliste: les tuyaux étaient simplement enroulés avec des chiffons.

Il existe maintenant une foule de moyens tout à fait adéquats pour limiter les pertes de chaleur: ici, les tuyaux sont recouverts de mousse et les gaines fendues en polyéthylène expansé et en laine minérale.

Dans la construction de nouvelles maisons, ces matériaux sont activement utilisés; Cependant, dans le système de logements et de communes, la limitation budgétaire du budget conduit à ce que les tuyaux dans les sous-sols sont encore tout juste bouclés avec ... des chiffons déchirés.

Bienvenue au 21e siècle

Nombres et formules

Ces deux catégories - calcul des appareils de chauffage et calcul des pertes de chaleur le long de leur parcours - se résument en une chose: nous avons besoin de savoir combien de chaleur un tuyau en acier donne à une température donnée de l’eau et à l’air extérieur. Une condition supplémentaire est la présence ou l'absence d'isolation thermique.

L'ensemble du calcul du transfert de chaleur des tubes en acier se présente comme suit : Q = K * F * dT, où:

puissance calorifique en tuyau Q exprimée en kilocalories;

K - coefficient de conductivité thermique de l'acierles tuyaux, en fonction du matériau, du diamètre du tuyau, de la différence de température entre le liquide de refroidissement et l'air et du nombre de filets de la résistance chauffante;

F est la surface du tuyau ou des tubes;

dT est la hauteur de température, qui est égale à la moitié de la somme des températures à l'entrée du tuyau et à la sortie moins la température de la pièce.

Le coefficient varie de 8 à 12,5 selon:

diamètre du tuyau;
Le nombre de filets de tuyaux dans le registre (dans le cas d'un appareil de chauffage);
Tête de température.

Dans le cas d'un tuyau isolé thermiquement, le résultat est multiplié par l'efficacité de l'isolation thermique, c'est-à-dire par le nombre de pourcentages de chaleur qu'il transmet dans l'espace environnant.

Prenez donc le registre en trois lignes d’une longueur d’un mètre de diamètre. La température dans la pièce est prise égale à 20; lors du passage dans le registre, la température du liquide de refroidissement chute de 81 à 79 ° C

Rappelez-vous comment la surface du cylindre est calculée. S = 2 πrh, la circonférence de la hauteur. La zone des cavaliers et des extrémités dans ce cas peut être négligée en toute sécurité.

La surface totale de chaque conduite de registre sera égale à 2 * 3,1415 * 0,05 * 1 = 0,31415 m2. Il y a trois tuyaux de ce type; leur superficie totale sera légèrement inférieure à un mètre carré.

En outre: dT dans notre cas est (79 + 81) /2-20 = 60. Le coefficient K pour un registre à trois tubes avec un diamètre de tube de 100 mm et une température de 60 ° C est pris égal à 9,0. Donc: Q = 9 * 1 * 60.

Notre registre ne laissera que 540 kilocalories de chaleur dans la pièce.