Radiaattorin teho ja virtaus
Radiaattorin teho ja virtaus
Viestejä3786
klo 16:01 | 22.1.2009
Otetaan vaikka Rettig H10 600-1600 ja 80/40 toimintalämmöt ettei tule mökissä kylmä. Päätän ruveta säästämään energiaa ja lasken lämmityksen lämmöt 60/40 asteeseen. Kuinka käy. Pääsenkö pumpun kierroksia ja vesivirtaa lisäämällä enää tuohon lämmönluovutustehoon vai putoaako teho paluuveden poistuessa liian lämpinä. Lämmönsiirtimen käyrä lämpötila virtaaman funktiona on lähinnä vastaava, mitä haen. Löytyykö käännekohtaa milloin virtaaman kasvattaminen ei lisää lämmitystä radiaattorissa.
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Radiaattori on kait patteri suomeksi. Tuo: Rettig H10 600-1600" on kait jokin patterivalmistajan tuotenimi. "Toimintalämmöt 80/40" -lause ei kerro mitään. Saako tuohon tarkempia määritteitä.
Patteri kotona on lämmönsiirrin, lämmönsiirtimellä molempien puolien virtausmäärä ja pinta-ala liittyvät asiaan. Jos oletetaan, että tarkoitat, että haluat laskea kuuman puolen tulolämpötilan 80 celsiuksesta 60:een ja haluat yhä pitää paluulämpötilan 40 C:ssa, niin kuuman puolen kierrätyksen lisääminen ei auta. Lisää patteripinta-alaa kaksinkertaiseksi.
Onko tässä tarkoitus laskea pelkästään vai jopa toteuttaa? Mikäli tässä on ihan asiatilanne, niin haluaisin tietää millä lämmitys tapahtuu.
Jos haluat säästää energiaa, pudota nykyistä virtaamaa? Vai onko pumppu jo suht. minimissä...
60 menolämpötilalla on hankala lämmittää vastaavasti kuin 80. Onnistuuhan se, mutta
1) virtaamaa täytyy luonnollisesti nostaa
2) joka taas nostaa nopeuksia putkistossa, josta aiheutuu tiettyä hävikkiä putkistosta riippuen, mikä ei ole ympäristön edun mukaista.
3) kohta 1 lyhentää pumpun käyttöikää, mikä ei ole ympäristön edun mukaista
kommentoin lisää jos tämä tästä etenee...
Everything you know, is about to change.
Tarkoitat siis, että haluaisit käyrän, jossa y-akselilla nesteen T ja x-akselilla nestevirtaus?
Lisäämällä virtausta kasvaa siirtimen teho ja T pienenee, pienentämällä virtausta päinvastoin.
Siirtimen konduktanssi (W/K) toimii lämmönsiirron rajoittajana.
Tiedän, että lämmönsiirtimistä ei saa mitään tolkkua ilman mitoitusohjelmaa (Danfoss heatnet). Tarkoitin periaatteessa tuota, kun virtaamaa lisätään määrätyn arvon yli, niin deltaT alkaakin kaventumaan. Tällä hetkellä on semmonen hihasta vetäisty arvio, jossa virtaaman lisäyksellä voisi saada 20 % lisätehoa lämmityspatterin nimellistehoon (Purmon PC10 taulukot). Olisi hyödyllistä tietää kuinka paljon voi patterista ottaa enimmillään tehoa ennen kuin pitäisi vaihtaa sen tilalle seuraava koko (järkevä virtaaman lisäys on enintään 50 %).
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Patteri siirtää lämpöä huoneeseen kahdella mekanismillä säteilemällä ja vapaalla konvektiolla.
H10 on ilmeisesti sileä laite, jossa ei ole rivoitusta, joten se säteilee ympäristöönsä teholla, joka on verrannollinen lämpötilan 4:en potenssiin.
Konvektiivinen osuus on sitten taas suoraan verrannollinen lämpötilaeroon patterin pinnan ja huoneilman välillä. Vesipuolinen lämmönsiirtokerroin on käytännössä ääretön, joten ainoa lämmönsiirtoon vaikuttava asia on patterin pinta-lämpötila.
Hihasta ravistetuilla arvoilla saan, että lämpötilalla 80/40°C patterisi siirtää lämpöä 624 W/m2 teholla ja lämpötilalla 60/40°C teho on 459 W/m2.
Suuruusluokka lienee aika lailla kohdallaan.
Pieni virtaus 80-asteista sisään ja 40-asteista ulos.
Suuri virtaus 80-asteista sisään ja 60-asteista ulos.
Mikä idea näissä 80/40°C ja 60/40°C arvoissa on?
Semmonen tieto, että lämmönluovutus tapahtuu korkeissa lämpötiloissa tehokkaasti pienipintaisellakin patterilla. Virtaaman lisäys antaa paremman säädön ja on energiataloudellinen. Näitä säädetään virtaamalla, joka muuttaa menoveden lämpötilaa. Virtaamaa ei voi esimerkiksi vastavirtasiirtimessä (iv patteri) muistaakseni suurella alueella lisätä. Hyötysuhde laskee.
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Siis paluuvedenlämpötila muuttuu virtaaman mukaan säädössä, eikä sen loppulämpötilalla ole merkitystä. Menoveden lämpöä säätää kaukolämmössä säädin ja lineaarisesti muuttuvat venttiilit.
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Ihan vaan huomiona, että miksei sileä laite siirtäisi lämpöä konvektiolla.
Äläpäs nyt
Tämä johtuu jo mainitusta patterin pinnan ja sisäilman välisestä korkeasta lämpötila-erosta.
Pumppaaminen ei energiaa järisyttävästi vaadi. Ainakin suuremmalla virtaamalla säätö on nopeampaa.
Hyötysuhde laskee virtaamaa lisäämällä, teho kasvaa.
Et tainnut lukea viestiäni ihan kokonaan? Toki siirtää konvektiollakin, kuten kirjoitin.
Tosin ajattelin itsekseni ääneen tuossa lauseessa, joten siitä ei tullut kovin selkeä. Tottakai se säteilee T^4 suhteessa vaikka olisi rivoitettukin, mutta koko pinta-alaa ei voisi laskea hyödyksi, koska rivat säteilisivät toisiaan vasten, eikä kaikki pinta olisi säteilyn kannalta kovin hyödyllistä. Nyt kun on sileä pinta suhteellisen isoon ympäristöön, voi olettaa koko pinnan (huoneen puoleisen) olevan hyödyllistä säteilypintaa.
Patterin takanahan sitten on enempi konvektio vallitsevana, koska virtaus kiihtyy patterin ja seinän välissä luonnonvedon ansiosta.
Vapaan konvektion kerroin on sitä suurempi mitä patterin ja ilman välinen lämpötilaero on ja on ehkä jossain alueella 3 - 8 W/m2K.
Jos siis otetaan 1 m2:n kokoinen patteri saadaan säteilylämmönsiirroksi:
P_rad = σ*ε*(T_patteri^4 - T_huone^4) * A
Missä:
σ = Stefan-Boltzmannin vakio 5.67x10^-8 J/(s m2 K4)
ε = emissiviteetti (oletetaan vaikka 0.8 )
A = patterin naamapinta-ala (1 m2)
Konvektiolle voi laskea tehon:
P_konv = h * (T_patteri - T_huone) * 2A
Missä:
h = konvektiivinen lämmönsiirtokerroin (esim. 5 W/m2K)
2 A = patterin etu ja takapinta (2 m2)
Tästä pääsee alkuun ja voi sitten ruveta hieromaan aina vaan hienommaksi...
Rivoitus parantaa konvektiolämmönsiirtoa, mutta vaikuttaako se säteilytehoon? Pinta-ala kasvaa ja muoto muuttuu, mutta eikös tilanne ole ulospäin säteilyn kannalta samanlainen, oli ripoja tai ei.
Olet oikeassa ja sitä tuossa just editoin edelliseen viestiini - eli säteilyä laskiessa kannattaa käyttää suoraa naamapinta-alaa eikä siis ottaa ripojen pinta-alaa huomioon.
Sitten pitäisi saada yhteys virtaamaan eli lämpöteho= qm x cpv x dT. Kehittämällä jostain suurin arvo tälle:
konvektiivinen lämmönsiirtokerroin (esim. 5 W/m2K).
http://www.salamander-engineering.co.uk ... q/flow.gif
http://www.idrovent.com/ENGtec.htm
Hyötysuhteen laskua ei saa laskettua ilman mittauksia ja muutenkin nuo Prad ja Pkonv kaavoilla saatavat tehot ovat alakanttiin. Radiaattoristahan saadaan pieniä tehoja, mutta piti hakea sitä suurinta lämmönluovutustehoa.
Mitenkä tuo konduktanssi tässä tapauksessa olisi:
Siirtimen konduktanssi (W/K) toimii lämmönsiirron rajoittajana.
Käyrä olisi muotoa lämmönluovutus vesivirran funktiona tietyllä delt-T:llä.
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Termejä pitäisi selvittää ensin - en ymmärrä hyötysuhdetta pattereiden yhteydessä. Hyötysuhdehan on aina 100 %, koska lämpöä ei mene hukkaan.
Jos tarkoitat konduktanssilla patterin materiaalin lämmönjohtavuutta, niin sitä ei tarvitse ottaa huomioon, koska metallin lämmönjohtavuus on hyvä.
Virtauksen ja lämpötehon välisen yhtälön saat tarvittaessa iteratiivisesti - jos tiedät lämpötilat ja tehon > lasket virtauksen tehon perusteella. Jos tiedät virtauksen ja tulolämpötilan niin iteroit lähtölämpötilan sellaiseksi että kumpikin yhtälö toteutuu, eli merkitset:
P_tot = P_konv+P_rad=qm x cpv x dT
Purmon H10 1000 mm x 600 mm patterille annetaan lämmönluovutustehoksi 20 °C:n huonelämpötilassa:
70 °C/40 °C: 371 W
45 °C/35 °C: 191 W
Vastaavasti esittämilläni yhtälöillä laskee:
70 °C/40 °C: 325 W
45 °C/35 °C: 181 W
Eli ihan hirveen kauas ei jäädä, vaikka kyseessä on aika karkeat kaavat. Huomaathan, että säteilylämmönsiirtoa laskettaessa lämpötila on Kelvineissä.
P_rad = σ*ε*(T_patteri^4 - T_huone^4) * A
Missä:
σ = Stefan-Boltzmannin vakio 5.67x10^-8 J/(s m2 K4)
ε = emissiviteetti (oletetaan vaikka 0.8 )
A = patterin naamapinta-ala (1 m2)
Konvektiolle voi laskea tehon:
P_konv = h * (T_patteri - T_huone) * 2A
Missä:
h = konvektiivinen lämmönsiirtokerroin (esim. 5 W/m2K)
2 A = patterin etu ja takapinta (2 m2)
Sain
Prad= 5,67*10^-8 x 0,8 x (304^4-293^4) x 2
Pkonv= 5 x (32-20) x 2
Yht. (116 + 120) W= 236 W
Laskentamalli antaa 362 W, 70/40, Th=20 ja 0,6 x 1 m Purmo PC10. Virtaamalla 0,0029 l/s. Suurin teho +10 % yli n. 400 W.
Se on justiin tuo tieto siitä, että onko 400 W todellinen teho, kun virtaamaa lisätään vastaavasti tai enemmänkin tärkeä. Joutuu sen jälkeen siirtimen ja pumpun laskemaan ja kai se pitää kysyä energialaitokseltakin.
Lämmönsiirtimen lämpötilahyötysuhde on Seppäsen rakennusten lämmitys kirjan kaavoilla laskettu %-luku virtaaman (tai lämpötilan) funktiona.
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Pintalämpötilaksi radiaattorille laittaa enemmän, niin tulee isoja lukuja.
Mistä pintalämpötila ja lämmönsiirtokerroin tarkemmin.
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Eli minä käytin patterin pintalämpötilana ihan aritmeettista keskiarvoa 70/40 °C = 55 °C =328 K.
Lisäksi otin säteilylle huomioon vain toisenpuolen radiaattorista (ei siis 2 A).
Lämmönsiirtokertoimen laskeminen on pikkusen monimutkaista ja minullakaa ei ole valmiita kaavoja vapaalle konvektiolle. Esimerkiksi VDI-Wärme Atlas (Tai VDI- Heat Atlas) antaa yhtälöitä, mutta ne eivät ole ihan helposti lähestyttäviä. Joku perus lämmönsiirron opus voisi auttaa myös.
Lämmityspatterit ovat tasapainossa ainakin teoriassa ja nyt voi lämmitystä säätää jokaista venttiiliä erikseen ja paluuveden lämpötiloilla pelataan.
Jäätiin lämmönsiirtäjien tai radiaattorien hyötysuhteeseen, joka laski suurentuneesta tehosta päätellen 80/50. Verrattuna alempiin toimintalämpötiloihin 60/40. Oikeat kaukolämmönsiirtäjät ovat aika reippaasti ylimitoitettuja ja sillä tavalla ne kai riittävät eri tehoille ja virtaamille. Onko näin?
http://www.danfoss.com/NR/rdonlyres/5A8 ... 223167.jpg
http://www.rte.vtt.fi/webdia/kaukolampo ... maatio.asp
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!
Tuohon en oikeastaan osaa vastata, koska en pelaa noiden laitteiden kanssa kovin usein. Sen tiedän, että ainakin pari kertaa noita värkkejä on meillä vaihdettu takuuna isompiin, kun luvatut tehot eivät ole täyttyneet. En sitten tiedä, onko tullut mitoitusvirhe vai onko mitoitus muuten ollut sillä hilkulla.
Tuossa animaatiossa on semmoinen kuin lämmityksen säätöventtiili. Siitä pistetään virtaamaa tarpeen mukaan ja ilmeisesti, jos siirtimessä liian vähän kennoja, niin ei riitä lämpöteho. Danfoss heatnetillä näitä valitaan.
http://www.rte.vtt.fi/webdia/kaukolampo ... maatio.asp
Mies kysyi kaiulta: Ostanko Nuhvin vai Majorin? ja kaiku vastasi: VAI MAJORIN!