ناتج الحرارة من مشعات التدفئة - جدول مقارنة بين بطاريات الحديد الزهر، والبطاريات ثنائية المعدن، وبطاريات الألومنيوم، وبطاريات الصلب

إن ناتج الحرارة لمشع التدفئة هو معامل يحدد كمية الحرارة التي يتم تلقيها من جهاز التدفئة لكل وحدة زمنية ويتم قياسها بوحدة واط/(م² كلفن).

يُعد هذا المعيار الفني المؤشر الرئيسي لفعالية جهاز التدفئة في توفير مناخ داخلي مريح. ويُلزم مُصنِّع أجهزة التدفئة بذكر هذه القيمة في الوثائق المُرفقة بمنتجاته.

يتم حساب قدرة مشعات التدفئة في واطيدّعي بعض المصنّعين معدل تدفق حراري لمنتجاتهم، مُعبّرًا عنه بالسعرات الحرارية/الساعة. ولتحويل هذا المعدل إلى واط، يستخدمون معيارًا، حيث 1 واط = 859.845 سعر حراري/ساعة.

تُحسب كمية الحرارة المنتقلة في قسم أو لوحة واحدة من نظام التدفئة المائية مع مراعاة عوامل أساسية وثانوية. تشمل هذه العوامل مادة الصنع، ودرجة حرارة سائل التبريد، ومساحة التبادل الحراري، ومخطط توصيل الجهاز، وموقعه، وعوامل أخرى. إذا كان المشعاع يتكون من عدة أقسام أو وحدة لوحة واحدة، فإن الطاقة تُحسب وتُحدد من قبل الشركة المصنعة للوحدة بأكملها.

كيفية حساب ناتج الحرارة من مشعات التدفئة لكل متر مربع

سيجد المستهلك في الوثائق المرفقة بيانات الطاقة الحرارية لجزء واحد أو لوحة كاملة بأبعاد محددة. هذه البيانات نسبية، ولا ينبغي الاعتماد عليها كلياً، إذ تتطلب تعديلاً إضافياً للوصول إلى قيم واقعية. ولتحديد ذلك، من الضروري حساب الموصلية الحرارية للمشع.

أولًا، علينا دحض الاعتقاد الشائع بأن بطاريات الألومنيوم تُنتج أعلى قدر من الحرارة نظرًا لخصائص هذا المعدن غير الحديدي. تجدر الإشارة إلى أن البطاريات لا تُصنع من الألومنيوم النقي، بل من سبيكة الألومنيوم مع السيليكون - السيليومين - التي تُنتج حرارة أقل بكثير.

وينطبق الأمر نفسه، جزئياً، على المشعات المصنوعة من الفولاذ، والمعدن المزدوج، والحديد الزهر. وتكون معدلات الطاقة المذكورة في ورقة بيانات جهاز التدفئة دقيقة عندما يكون الفرق بين متوسط ​​درجة حرارة سائل التبريد ودرجة حرارة هواء الغرفة 70 درجة مئوية.⁰ ج. تُسمى هذه الظاهرة فرق درجة الحرارة ويُرمز لها بالرمز Δt. ويتم الحساب باستخدام الصيغة التالية:

Δt = (t_تقديم + ت_{خطوط الإرجاع})/2 – t _هواء

وفقًا لمنطق الشركة المصنعة، يجب أن تكون نتيجة الحساب 70 درجة. بعد ذلك، يمكن حساب متوسط ​​درجة حرارة سائل التبريد باستخدام الصيغة التالية:

(ت_تقديم + ت_{خطوط الإرجاع}) = 2(Δt + t _هواء)

على سبيل المثال، بناءً على القدرة الحرارية المعلنة من قبل الشركة المصنعة لقسم ثنائي المعدن واحد - 200 واط، فإن Δt = 70⁰ درجة مئوية، متوسط ​​درجة حرارة الغرفة - 22⁰ ج، نحصل على النتيجة:

(ت_تقديم + ت_{خطوط الإرجاع}) = 2(70 + 22) = 184⁰ مع

مع الأخذ في الاعتبار الفرق القياسي البالغ 20 درجة بين خط العرض وخط العودة، يتم تحديد قيمتهما بشكل منفصل:

ت_تقديم = (184 + 20)/2 = 102⁰ مع

ت_{خطوط الإرجاع} = (184 - 20)/2 = 82⁰ مع

تُظهر حسابات نقل الحرارة الحقيقية أن أحد الأقسام قادر على إنتاج 200 واط، بشرط أن يكون الماء في أنبوب الإمداد يغلي، وأن يخرج سائل التبريد من أنبوب المخرج عند درجة حرارة 82 درجة.

إن حدوث مثل هذه الظاهرة مستحيل عملياً. فالحقيقة أن سخانات المياه المنزلية لا تستطيع تسخين الماء إلى أكثر من 80 درجة مئوية. وحتى في ظل هذه الظروف القصوى، سيدخل سائل التبريد إلى المشعاع عند درجة حرارة قصوى تبلغ حوالي 77 درجة مئوية.⁰ ج، وستكون قيمة Δt تقريبًا 40⁰ ج. من هذا نستنتج أن الناتج الحراري الفعلي لقسم واحد من مشعاع ثنائي المعدن لن يكون 200، بل 100 واط فقط.

لتبسيط الحساب، يمكنك استخدام جدول انتقال الحرارة مع عوامل التخفيض. وللقيام بذلك، استخدم الصيغة المذكورة أعلاه، مع مراعاة درجة الحرارة المخطط لها في المنزل ونوع سائل التبريد، لحساب Δt.

جدول قيم عوامل التخفيض

الجدول 1.

Δt	ل
40	0.48
45	0.56
50	0.65
55	0.73
60	0.82
65	0.91
70	1

يُمكن إيجاد المعامل المُناسب في الجدول، ويُضرب في القدرة الحرارية المُصنفة لقسم واحد من المُشع ثنائي المعدن. أي، في هذه الحالة، لتسخين متر مكعب واحد.² ستكون كمية الحرارة المنبعثة من الغرفة 200 واط × 0.48 = 96 واط.

لتسخين 10 أمتار² ستحتاج المنطقة إلى حوالي 1 كيلوواط من طاقة التدفئة، وسيكون عدد الأقسام المطلوبة 1000/96 = 10.4. إذا كانت الغرفة تحتوي على نافذتين، فيجب تركيب مشعاعين، أحدهما يحتوي على 10 أقسام والآخر على 11 قسمًا، أسفل كل منهما.

معايير إنتاج الطاقة الحرارية

عند تصميم أنظمة التدفئة للمباني والمنشآت، يُستخدم المعيار SP 60.13330.2016. يُنظّم هذا المعيار، من بين أمور أخرى، تطوير أنظمة التدفئة الداخلية في المباني والمنشآت الجديدة والمُعاد بناؤها. وقد وُضع هذا المعيار بناءً على متطلبات المعيارين SNiPs GOST 30494-2011 و GOST 32415-2013. وبناءً على هذين المعيارين، تم اعتماد معيار قدرة التدفئة 1 كيلوواط لغرفة مساحتها 10 أمتار مربعة، وارتفاع سقفها يصل إلى 3 أمتار، ولها جدار خارجي واحد ونافذة واحدة.

عند تعديل الظروف الأولية لتسخين غرفة في اتجاه أو آخر (مساحة أكبر أو أصغر، عدد مختلف من النوافذ، إلخ)، لتحديد ناتج الحرارة الاسمي بدقة، يتم إدخال عوامل تصحيح في الحساب:

K1 - هيكل النافذة

• إطار مزدوج – 1.27؛
• وحدة زجاج مزدوج – 1.0؛
• وحدة زجاج ثلاثي – 0.85.

K2 - عزل الجدران

• منخفض – 1.27؛
• بناء من الطوب المزدوج + عزل حراري – 1.0؛
• جودة عالية – 0.85.

K3 – S_نوافذ/S_جنس

• 0.5 – 1.2؛
• 0.33 – 1.0؛
• 0.1 – 0.8.

K4 - متوسط ​​درجة الحرارة الداخلية في الشتاء، بالدرجات

• 35 — 1.5؛
• 20 – 1.1؛
• 10 – 0.7.

K5 – عدد الجدران الخارجية

• 1 – 1.1؛
• 2 – 1.2؛
• 3 – 1.3؛
• 4 – 1.4.

K6 - غرفة فوق الغرفة

• العلية الباردة – 1.0؛
• العلية – 0.8.

K7 – ارتفاع السقف، متر

• 2.5 – 1.0؛
• 3 – 1.05؛
• 3.5 – 1.1.

تُقسم النتيجة النهائية على ناتج الحرارة لقسم واحد من المشع. ويُقرّب الناتج إلى أقرب عدد صحيح (10.4 - 11 قسمًا).

جداول مقارنة لمؤشرات انتقال الحرارة لأنواع مختلفة من المشعات

كما ذكرنا أعلاه، يتم قياس انتقال الحرارة بوحدة واط/متر مربع²تُعتبر هذه القيمة مؤشراً على كفاءة جهاز التدفئة. عند اختيار نوع وتصميم مشعات التدفئة للمستهلك، تلعب مقارنة قدرات التدفئة دوراً حاسماً.

الناتج الحراري الفعلي للمشعات

استنادًا إلى هذه المواصفات، ينشر الخبراء جداول متنوعة على الإنترنت تُفصّل القدرة الحرارية للمشعات ثنائية المعدن، والألومنيوم، والفولاذ، والحديد الزهر. ستجد هنا بيانات حول القدرة الحرارية لأجهزة التدفئة.

جدول مقارنة لمخرجات الحرارة لقسم واحد من مشعات التدفئة اعتمادًا على ضغط التشغيل والحجم والوزن

الجدول 2.

نوع من الأجهزة بمسافة بين المحاور تبلغ 500 مم	القدرة الحرارية، واط	أجواء ضغط العمل	السعة باللتر	الوزن، كجم
الألومنيوم	180	20	0.27	1.45
ثنائي المعدن	200	20	0.20	1.2
فُولاَذ	120	20	0.20	1.05
حديد الزهر	140	10	1.2	5.4

الخصائص المقارنة حسب نوع أجهزة التدفئة

الجدول 3.

صفات	الألومنيوم	ثنائي المعدن	فُولاَذ	حديد الزهر
بناء	مقطعي	مقطعي	لوحة	مقطعي
الطلاق	جانب	جانب	جانبي/رأسي	جانب
مقاومة للتآكل	متوسط	عالي	متوسط	عالي
نوع سائل التبريد	ماء	الماء/مانع التجمد	الماء/مانع التجمد	ماء

مشعات التدفئة ذات إنتاج حراري أفضل

استنادًا إلى العديد من تقييمات المستهلكين، واختبارات الخبراء، ومقارنات النتائج، تُعتبر المشعات ثنائية المعدن الأفضل من حيث كفاءة التدفئة. وتأتي مشعات الألومنيوم في المرتبة الأولى، تليها مشعات الفولاذ، بينما تبقى مشعات الحديد الزهر في المرتبة الأخيرة.

تؤثر المواد المستخدمة في تصنيع منتجات التدفئة، وتكلفتها، وجودة سائل التبريد المستخدم، بشكل كبير على هذا التصنيف. فعلى الرغم من المزايا الفائقة للمشعات ثنائية المعدن، إلا أنها تبقى الأغلى ثمناً. ويُعدّ اختيار مشعات الألومنيوم الحل الأمثل، إلا أن استخدامها يقتصر على أنظمة التدفئة المستقلة، حيث يمكن الحفاظ على جودة سائل التبريد عند مستوى عالٍ.

وللسبب نفسه، ولكن بالعكس، فهي غير مناسبة تمامًا للتركيب في المباني متعددة الطوابق ذات شبكة التدفئة المركزية. أما بالنسبة للأجهزة المصنوعة من الفولاذ، فهي تنقل الحرارة بسرعة، سواء أثناء التدفئة أو التبريد.

وأخيرًا، إذا لم يكن المستهلك مهتمًا بمظهر أجهزة التدفئة وكان متطلب إنتاج الحرارة منخفضًا، فإن الحل الأمثل سيكون تركيب مشعات من الحديد الزهر MS-140.

اعتماد انتقال الحرارة في المبرد على درجة حرارة سائل التبريد

يتم حساب القدرة الحرارية المقدرة لجزء واحد من المبرد بناءً على القيم القياسية لدرجة حرارة سائل التبريد عند المدخل (90⁰ ج) ومخرج (70⁰ ج) أجهزة التدفئة. تنطبق هذه الشروط على شبكات التدفئة المركزية.

في أنظمة التدفئة المستقلة للمنازل الخاصة، قد يختلف فرق درجة الحرارة. في هذه الحالة، قد يختلف ناتج الحرارة لجزء واحد اختلافًا كبيرًا عن القيم المعلنة من قبل الشركة المصنعة. تتناسب قدرة التدفئة لجهاز التدفئة طرديًا مع درجة حرارة سائل التبريد في أنبوب التغذية. فكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت قدرة التدفئة للمشع. وعلى العكس، كلما انخفضت درجة حرارة سائل التبريد، انخفضت قدرة التدفئة للمشع.

لتجنب تقلبات درجات الحرارة غير المتوقعة، استخدم منظمات الحرارةيتم تركيبها في أنابيب مدخل المبرد. وتأتي رؤوس التحكم الحراري بإصدارات يدوية وشبه أوتوماتيكية وأوتوماتيكية، يتم التحكم بها عبر الإنترنت.

كيفية زيادة معامل انتقال الحرارة

بناءً على ما سبق، يتضح أن كمية الحرارة الفعلية الناتجة عن أي جهاز تدفئة قد تختلف اختلافًا كبيرًا عن المواصفات الفنية المذكورة في وثائق المنتج من قِبل الشركة المصنعة. ويمكن أن تتسبب ظروف التشغيل الفعلية لمشعات التدفئة في فقدان تراكمي للحرارة، مما يقلل من كفاءة نظام التدفئة في المنزل أو الشقة.

هناك خياران لزيادة معامل انتقال الحرارة: تحسين ظروف تشغيل نظام التدفئة الحالي واستخدام الطرق المثلى لوضع وتوصيل مشعات التدفئة، كما تم تحديده في مرحلة التصميم.

باستخدام المثال الموضح في الشكل أدناه، سنقوم بتحليل فقدان الحرارة في نظام التدفئة الخاص بالمبنى.

1. تتراوح نسبة فقدان الحرارة عبر السقف بين 25 و 30%.
2. عبر النوافذ: 10 - 15%.
3. فقدان الحرارة عبر الأرضية: 10 - 15%.
4. الخسائر عبر الجدران: 10 - 15%.
5. نسبة التجاور: 10 - 15%.
6. من خلال أنبوب (إذا كان هناك تدفئة بالفرن): 20 - 25٪.

نقترح استخدامه عبر الإنترنت آلة حاسبة لحساب فقدان الحرارة في المنزل.

كيفية تحسين كفاءة نظام التدفئة الحالي

لتحسين كفاءة نظام التدفئة الحالي، يوصي الخبراء باتخاذ الإجراءات التالية:

• عزل الهياكل المحيطة بالمنزل من الخارج (الجدران، الأساس، القبو، والعُلّية)؛
• استبدال إطارات النوافذ الخشبية القديمة بنوافذ ذات زجاج مزدوج؛
• قم بلصق أغطية من رقائق الألومنيوم على الجدران خلف المشعات؛
• افتح صنابير مايفسكي بشكل دوري لتحرير الهواء المحبوس في المشعات؛
• إذا كانت الجدران باردة، فإنها معزولة من الداخل بمواد عازلة حرارية.

بعد إتمام هذه الإجراءات، سيلاحظ أصحاب المنازل تحسناً فورياً في كفاءة التدفئة. أما بالنسبة لعزل الجدران الداخلية، فيوفر سوق مواد البناء تشكيلة واسعة من المواد، بدءاً من ألواح الفلين والجص المزخرف وصولاً إلى بلاط الجبس وألواح البولي يوريثان المزخرفة، والتي لا تقتصر فوائدها على عزل الغرف فحسب، بل تُحسّن أيضاً من مظهرها.

مقارنة تدفئة المشعات الفولاذية والمشعات المصنوعة من الحديد الزهر

كيفية تحسين الكفاءة في مرحلة التصميم

ولتجنب عدم كفاية نقل الحرارة بواسطة أجهزة التدفئة في المباني الجديدة، يتم اتباع القواعد التالية في مرحلة التصميم.

القاعدة 1تُركّب المشعات أسفل النوافذ، إما في تجاويف خاصة أو معلقة أسفل عتبات النوافذ، مع أو بدون ستائر. تُخفي الستائر مظهر المشعات، ولكنها قد تُقلل من قدرتها على التدفئة. في بعض الحالات، تُستخدم الستائر عمدًا لتقليل تدفق الحرارة بنسبة 10-15%، وبالتالي الحفاظ على الحرارة للغرف الأخرى.

القاعدة 2تؤثر طريقة التوصيل بشكل كبير على كفاءة أجهزة التدفئة. يمكن أن يكون التوصيل من جانب واحد أو من جانبين. يساعد التوصيل من جانبين على تقريب ناتج المشع من معدل نقل الحرارة المحدد. تشير التجارب إلى أنه إذا كان عدد أقسام المشع في الغرفة الواحدة أقل من 20 قسمًا، فإن التوصيل من جانب واحد هو الأفضل.

تُظهر الصورة أدناه كفاءة الأجزاء ذات وصلات الأنابيب ذات الجانبين.

تُظهر الصورة كفاءة الأجزاء ذات التوصيل أحادي الجانب للأنابيب.

كيفية حساب ناتج الحرارة لجزء واحد من مشعاع التدفئة

نقترح عليك استخدام الآلة الحاسبة الإلكترونية، لتحديد عدد أقسام المبرد ثنائي المعدن المطلوب لكل متر مربع.

يسمح التصميم القطاعي لوحدات التدفئة بتغيير عدد الوحدات في كل مشع حراري. وهذا يُمكّن من تنظيم ناتج التدفئة عن طريق زيادة أو تقليل مساحة سطح نقل الحرارة للمشعات الحرارية.

تتوفر المشعات المقطعية بنوعين: ثنائي المعدن، والألومنيوم، والحديد الزهر. وكما ذكرنا سابقاً، تُزوَّد جميع المقاطع لسوق التدفئة بقدرة حرارية محددة مسبقاً، محسوبة وفقاً لظروف التشغيل القياسية لأجهزة التدفئة.

يجب أن تأخذ كل عملية حسابية لمخرجات الحرارة من المشعات في الاعتبار الخصائص المحددة للغرف التي تُركّب فيها. ولهذا الغرض، طُوّرت عوامل تصحيح (انظر الفصل السابق، "معايير مخرجات الحرارة"). وبإدخال هذه القيم الفعلية في الحساب، نحصل على مخرجات الحرارة النهائية للقسم الأول من المشع.

ناتج الحرارة من مشعات التدفئة اللوحية

بخلاف الأجهزة المقطعية، فإن ألواح التسخين الفولاذية منتجات غير قابلة للفك.

في الوثائق المرفقة، يشير المصنّع إلى القدرة الحرارية الاسمية للوحة، المحسوبة لـ Δt = 70⁰ درجة مئوية عند متوسط ​​درجة حرارة الغرفة -22⁰ ج. يتم حساب انتقال الحرارة للجهاز عن طريق استبدال القيمة الفعلية لـ Δt وإدخال عوامل التصحيح.

حساب مشعات التدفئة - الجزء الأول