Расчет времени нагрева трубы греющим кабелем
Здравствуйте,
коллеги подскажите пожалуйста; у меня такая задача: нужно посчитать время за которое греющий кабель нагреет трубу до заданной температуры. Известно, диаметр трубы и ее теплоизоляция, марка стали. Температура окружающей среды и температура до которой нужно нагреть трубу. Марка греющего кабеля и какое кол-во тепла он выделяет на метр.
Обрисую ситуацию, импульсная трубка ДУ14х2 в теплоизоляции ПСХ-Т-450 толщиной 30,8, длина трубки 10 метров. Температура поддержания +5 — +10 градусов. Задача, посчитать за какое время греющий кабель с тепловыделением 170 Вт нагреет эту трубку, например при температуре от -20 до +5.
Или если это очень трудоемко подсчитать то подскажите в каком направлении читать? это вообще какое направление науки и техники, тепломассообмен какой или что?
Просмотров: 13089
| Geniy_Dzydo |
| Посмотреть профиль |
| Найти ещё сообщения от Geniy_Dzydo |
Регистрация: 14.12.2009
Сообщений: 2,327
Сообщение от Geniy_Dzydo
за какое время греющий кабель с тепловыделением 170 Вт нагреет эту трубку, например при температуре от -20 до +5
А зачем греющему кабелю греть эту трубку от -20 до +5 град?
Система, управляющая греющим кабелем, должна подавать питание на этот кабель при температуре +5 град. и далее поддерживать эту температуру в заданных пределах. Зачем охлаждать трубку до -20 град., а затем греть ее до +5.
__________________
Любой вопрос порождает новые вопросы
Регистрация: 26.12.2011
Сообщений: 322
Сообщение от Валериан
Зачем охлаждать трубку до -20 град., а затем греть ее до +5.
да понятно что это незачем, и скорее всего такой исход событий невозможен. Меня просто интересует принцип расчета, наверняка же должна быть методика такая, которая позволяла бы это просчитать, т.е. и при +5 и при — 20.
Валериан, если вы сталкивались с электрообогревом, хотя наверно это уже следует обсуждать не в этой ветке форума, спрошу у вас следующее. У греющего кабеля есть пусковой ток, приблизительно больший в два раза чем обычный, ну хотя его пусковым то как то не корректно называть, потому что он длится больше чем обычный пусковой ток двигателя например. .т.е. это как бы просто рабочий ток в какой то первый период времени работы греющего кабеля. например автомат на 25 ампер, пусковой ток например 32, при характеристике С автомата он сработает где то через 50 секунд. При условии что кабель так и будет потреблять такой ток, но он же будет со временем потреблять все меньше и меньше, так вот я и хочу посчитать что например через 20 секунд он уже потребляет не 32 А а уже сколько то меньше и к моменту времени срабатывания автомата уже этого тока в кабеле нет. ну вот как то так.
пусть это будет даже не греющий кабель, а , ну вода например, почитать хоть что посоветуйте.
| Geniy_Dzydo |
| Посмотреть профиль |
| Найти ещё сообщения от Geniy_Dzydo |
Регистрация: 14.12.2009
Сообщений: 2,327
Время прогрева самого кабеля и время прогрева трубы будут разные по причинам процесса теплопередачи от кабеля к трубе.
Автомат для защиты греющего кабеля необходимо выбирать по его пусковому току
__________________
Любой вопрос порождает новые вопросы
Регистрация: 14.05.2013
Санкт-Петербург
Сообщений: 347
Интересная задачка нестационарного теплообмена. Я бы решал в квазистационарной постановке методом конечных разностей, а то шибко много переменных. Тут ещё важно, какая точность нужна: если просто прикинуть, то можно просто теплоёмкость трубы на мощность кабеля поделить, а если точнее — то придётся теплообмен учесть и со стороны окружающей среды, и по поверхностям контакта, и внутри (что там налито?).
Для начала можно почитать Исаченко «Теплопередача».
Регистрация: 14.06.2010
Сообщений: 1,045
Есть теплоемкость стали трубы. Берём массу стали (в кг) одного метра трубы умножаем на теплоемкость и умножаем на разницу температур (+5 —20=25). В итоге у нас получилось допустим 340 вт (надо калл теплоемкости перевести в ваты), это означает, что кабель170 вт прогреет нашу трубу за два часа.
Последний раз редактировалось gofra, 10.03.2015 в 15:07 .
Регистрация: 22.10.2010
Сообщений: 7,816
У стали мизерная теплоемкость. Греть придется воду. Именно чтобы она не замерзла эти трубки и греют. Или там суг какой-нибудь? Еще придется нагреть внутренний слой теплоизоляции.
Примерную методику для первой итерации сообщением выше уже сказали.
—— добавлено через ~3 мин. ——
Странные времена, то Валериан вентиляцию считал, то Geniy_Dzydo рассчитывает время нагрева трубы с водой. Куда сантехников подевали? Это их работа.
Как работает греющий кабель?
Саморегулирующийся кабель имеет в основе полимерную матрицу, способную менять сопротивление в зависимости от окружающей температуры. Выше температура – меньше линейная мощность кабеля. Таким образом саморегулирующийся кабель контролирует тепловыделение на любом участке длины. Бытовой саморегулирующийся кабель – низкотемпературный, максимальная рабочая температура (при +10°С) это 65°С, то есть при +10°С включенный в сеть греющий кабель способен нагреться до 65°С. Максимальная температура воздействия (та температура внешней среды, при которой кабель сохраняет свои свойства) – 85°С, это имеет значение при обогреве кровли, где в летнее время кровля может разогреваться от солнечных лучей.
Кабель, включенный в сеть стремится к разогреву до 65°С, при положительной температуре он снижает мощность и сокращает энергопотребление. Но подключенный кабель работает, хоть и минимально постоянно. Просто при положительных температурах мощность тепловыделение незначительно. Поэтому любую систему обогрева экономичней подключать через простейшее устройство типа СМП10, которое будет полностью отключать обогрев при +5°С например. Но удобство греющего кабеля заключается в том, что он исключает локальный перегрев, сам регулирует свою температуру в рамках заданного диапазона (что гораздо экономичней, чем при использовании, например, резистивного кабеля).
Таким образом – вручную его нужно отключать только в теплый период, в остальное время он может работать без вмешательства человека.
Максимальная температура нагрева саморегулирующихся кабелей
С появлением саморегулирующихся греющих кабелей такие проблемы, как перемерзший водопровод, канализация, обледеневшая кровля, парковка или игровая, стало намного проще решать. Это связано с тем, что подобная продукция создана для монтажа различных систем обогрева как снаружи, так и внутри помещений, например, они активно используются при создании теплых полов.
Производители предлагают большое количество вариантов, подходящих для решения различных задач. Чтобы не затеряться во всем многообразии, важно учитывать довольно много характеристик и, в первую очередь, обращать внимание на то, какую температуру поддерживает греющий кабель. В зависимости от конкретной модели и производителя этот показатель может доходить до значения +100 0 С и более градусов. При этом самым востребованным на рынке вариантом являются саморегулирующие кабели, поддерживающие +65 0 С, поскольку это оптимальное значение, подходящее для решения как бытовых, так и промышленных задач.
В целом вся продукция подразделяется на следующие 3 группы, характеристики которых и определяют возможность эксплуатации в тех или иных условиях:
- Низкотемпературные, во включенном состоянии нагревающиеся до +65 0 С, способные при этом выдерживать температуру до +80 0 С.
Сколько нагревается теплый пол?
Виды теплых полов и средняя скорость их нагрева
В каталоге «Обогрев Люкс» представлены:
● греющие кабели (резистивные и саморегулирующиеся);
● маты на фольге;
● ИК-пленки.
Быстрее всего нагревается ИК-пленка: от 2 до 15 минут, в зависимости от наличия утеплителя под ней и теплопроводности напольного покрытия над ней. Однако и остывает такой пол значительно быстрее, чем другие типы.
Нагревательные маты прогревают пол за 1-3 часа. Причем на скорость влияют:
● мощность системы;
● тип помещения, которое находится под полом (отапливаемый этаж, подвал, грунт и т.д.);
● толщина клеевого слоя и характеристики плитки (или другого материала), укладываемой поверх матов.
В среднем скорость нагрева пола при повседневном использовании кабельных систем составляет около 3 часов. Здесь решающее значение имеет толщина утеплителя под стяжку. Каждые 2 см толщины прогреваются 1 час (при мощности греющего электрокабеля 130-200 Вт).
Рекомендованные значения толщины утеплителя под кабельной системой в зависимости от расположения отапливаемого помещения:
● над жилыми помещениями — 2 см;
● над балконом соседей — 10 см;
● над подвалом в частном доме — 5 см.
Факторы, влияющие на скорость нагрева
Больше всего этот параметр зависит от следующих характеристик теплого пола.
Мощность системы обогрева
По мере увеличения мощности нагревательного элемента нарастает скорость нагрева пола. Однако важно придерживаться рекомендованных значений и не превышать их во избежание перегрузки электросети в доме и повышенной пожароопасности.
Тип и толщина напольного покрытия
Скорость нагрева обратно пропорциональна толщине материала, уложенного поверх нагревательного элемента. К примеру, на прогрев ковролина поверх ИК-пленки потребуется около 15 минут. Однако на прогрев кабелем слоев плиточного клея и кафеля над ним потребуется 1-3 часа. Чем толще стяжка и плитка, тем дольше они будут нагреваться.
Дольше всего происходит прогрев стяжки над кабельными системами. Обычно толщина бетонного слоя составляет 4-8 см. На каждый сантиметр толщины требуется около получаса на прогрев. К окончательному значению необходимо добавить толщину напольного покрытия. В результате пол в помещении достигнет заданной температуры минимум за 2 часа, а максимальное время ожидания может достигать 10 часов и более при первом включении в начале отопительного сезона.
Имеется или отсутствует отражающая теплоизоляция
Современная технология укладки систем теплый пол предполагает обязательный монтаж теплоизолирующего слоя под нагревательными элементами. Однако в эксплуатации уже находятся системы, которые укладывали, пренебрегая этим важным этапом. В результате часть тепла каждый раз при включении обогрева «утекает» вниз, прогревая нижележащую стяжку и плиты перекрытия.
Отсутствие теплоизоляции под нагревательными элементами имеет несколько последствий:
● снижается КПД системы обогрева;
● уменьшается скорость прогрева пола;
● увеличивается расход электроэнергии;
● растут ежемесячные затраты на отопление.
Скорость и особенности нагрева при первом включении нового теплого пола
Имеет значение, когда именно происходит включение. При повседневном использовании системы обогрева пол прогревается быстрее. Дольше всего прогрев происходит при первом включении осенью, когда уходит максимум времени на прогревание стяжки и напольного покрытия. Если уложен толстый слой стяжки, а напольное покрытие — это толстые плитки натурального камня или керамогранита, то на их первый прогрев может потребоваться даже более 15 часов.
Средние значения скорости прогрева пола при первом включении таковы:
● резистивный кабель — 6-8 ч;
● ИК-пленка — 2-3 ч;
● нагревательный мат — 1-3 ч.
Отчасти решить проблему долгого ожидания при первом включении поможет установка меньшего расчетного значения на терморегуляторе. В среднем уменьшение температуры на 1 °C позволяет сэкономить до 5-10 % электроэнергии и времени.