Нагреватели передают тепло в помещение, которое попадает в них из воды (теплоносителя), циркулирующей в системе отопления. Теплопроизводительность зависит в первую очередь от того, как передают тепло стальные радиаторы отопления , за счет конвекции или излучения, одна из которых всегда превалирует в определенных типах радиаторов. Вспомним уроки физики в школе, на которых обсуждались способы распространения (транспортировки) тепла:

Как радиаторы передают тепло?

Нагреватели передают тепло за счет своей теплопроводности, как следствие прямого воздействия частиц тела. Нам приходится иметь дело с ситуацией, когда мы нагреваем металлическую пластину с одной стороны, но как быстро это произойдет, с другой стороны, зависит от свойств известной теплопроводности материала, из которого в нашем случае сделан радиатор;
Нагреватели передают тепло излучением, когда колебания молекул нагретого объекта испускают электромагнитное излучение (в случае комнатных температур это будет инфракрасное излучение), которое, в свою очередь, поглощается другим телом, в результате чего происходит его нагрев;
Нагреватели передачи тепла за счет конвекции, когда масса нагретого газа или жидкости перемещается (движется) из-за разницы в плотности (горячий воздух поднимается вверх, как и горячая вода в резервуаре).

Суммируем, для обогрева помещения явление теплопроводности имеет большое значение, как и при проектировании радиаторов. Отопление помещений происходит за счет излучения и конвекции. Излучение вносит решающий вклад (около 70%) для нагрева поверхностей (пол или стены), которое по праву считается большим преимуществом для систем теплого пола и стен.

Количество передаваемого тепла конвекцией и излучением зависит от конструкции радиатора, что оказывает влияние на ощущения людей при пребывании в отапливаемом помещении. В тоже время просто нагрева воздуха многим недостаточно, чтобы не замерзнуть. Только настоящее чувство тепла предлагает лучистое излучение нагретых объектов в наших помещениях (многие до сих пор помнят тепло изразцовой печи, камина). Некоторые люди более чувствительны к такому теплу. Сейчас нет ничего удивительного в том, что в оснащенных современными системами отопления домах все более популярными становятся печи и камины.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

Познакомить учащихся с видами теплопередачи.
Формировать умение объяснять теплопроводность тел с точки зрения строения вещества; уметь анализировать видеоинформацию; объяснять наблюдаемые явления.

Тип урока: комбинированный урок.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по металлическому стержню.
2. Видео демонстрация эксперимента по сравнению теплопроводности серебра, меди и железа.
3. Вращение бумажной вертушки над включенной лампой или плиткой.
4. Видео демонстрация возникновения конвекционных потоков при нагревании воды с марганцовкой.
5. Видео демонстрация по излучению тел с темной и светлой поверхностью.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Сообщение темы и целей урока

На предыдущем уроке вы узнали, что внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы или теплопередачей. Сегодня на уроке мы рассмотрим, как происходит изменение внутренней энергии теплопередачей.
Попробуйте объяснить значение слова «теплопередача» (слово «теплопередача» подразумевает передачу тепловой энергии). Существует три способа передачи теплоты, но называть их я не буду, вы сами их назовете, когда решите ребусы.

Ответы: теплопроводность, конвекция, излучение.
Познакомимся с каждым видом теплопередачи отдельно, и пусть девизом нашего урока станут слова М.Фарадея: «Наблюдать, изучать, работать».

III. Изучение нового материала

1. Теплопроводность

Ответьте на вопросы: (слайд 3)

1. Что произойдет, если в горячий чай опустим холодную ложку? (Через некоторое время она нагреется).
2. Почему холодная ложка нагрелась? (Чай отдал часть своего тепла ложке, а часть окружающему воздуху).
Вывод: Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому (от горячей воды к холодной ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке – от ее нагретого конца к холодному.
3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному? (В результате движения и взаимодействия частиц)

Нагревание ложки в горячем чае - пример теплопроводности.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Проведем опыт:

Закрепим конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать свободный конец проволоки свечей или на пламени спиртовки.

Вопросы: (слайд 4)

1. Что наблюдаем? (Гвоздики начинают постепенно один за другим отпадать, сначала те, которые ближе к пламени).
2. Как происходит передача тепла? (От горячего конца проволоки к холодному).
3. Как долго будет происходить передача тепла по проволоке? (Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется)
4. Что можно сказать про скорость движения молекул на участке, расположенном ближе к пламени? (Скорость движения молекул увеличивается)
5. Почему нагревается следующий участок проволоки? (В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает)
6. Влияет ли расстояние между молекулами на скорость передачи тепла? (Чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла)
7. Вспомните расположение молекул в твердых телах, жидкостях и газах. В каких телах процесс переноса энергии будет происходить быстрее? (Быстрее в металлах, затем в жидкостях и газах).

Посмотрите демонстрацию эксперимента и подготовьтесь ответить на мои вопросы.

Вопросы: (слайд 5)

1. По какой пластине теплота распространяется быстрее, а по какой медленнее?
2. Сделайте вывод о теплопроводности данных металлов. (Лучшая теплопроводность у серебра и меди, несколько хуже у железа)

Обратите внимание, что при передаче тепла в данном случае переноса тела не происходит.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).

Запишем основные особенности теплопроводности: (слайд 7)

в твердых телах, жидкостях и газах;
само вещество не переносится;
приводит к выравниванию температуры тела;
разные тела – разная теплопроводность

Примеры теплопроводности : (слайд 8)

1. Снег - пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.
2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.
3. Вещества с хорошей теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2. Конвекция

Отгадайте загадки:

1) Загляните под окошко –
Там растянута гармошка,
Но гармошке не играет –
Нам квартиру согревает... (батарея)

2) Наша толстая Федора
наедается не скоро.
А зато когда сыта,
От Федоры – теплота... (печь)

Батареи, печи, радиаторы отопления используются человеком для обогрева жилых помещений, а точнее нагревания воздуха в них. Происходит это благодаря конвекции – следующему виду теплопередачи.

Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа. (Слайд 9)
Попробуем объяснить, как происходит конвекция в жилых помещениях.
Воздух, соприкасаясь с батареей, от нее нагревается, при этом он расширяется, его плотность становится меньше плотности холодного воздуха. Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх под действием силы Архимеда, а тяжелый холодный воздух опускается вниз.
Затем снова: более холодный воздух доходит до батареи, нагревается, расширяется, становится легче и под действием Архимедовой силы поднимается вверх и т.д.
Благодаря такому движению воздух в комнате прогревается.

Бумажная вертушка, помещенная над включенной лампой, начинает вращаться. (Слайд 10)
Попробуйте объяснить, как это происходит? (Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх, при этом вертушка вращается).

Точно также происходит нагревание жидкости. Посмотрите эксперимент по наблюдению конвекционных потоков при нагревании воды (с помощью марганцовки). (Слайд 11)

Обратите внимание, что в отличие от теплопроводности, при конвекции происходит перенос вещества и в твердых телах конвекция не происходит.

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную.
Нагревание жидкости в кастрюле или воздуха в комнате – это примеры естественной конвекции. Для ее возникновения вещества нужно нагревать снизу или охлаждать сверху. Почему именно так? Если нагревать будем сверху, то куда будут перемещаться нагретые слои воды, а куда холодные? (Ответ: никуда, так как нагретые слои и так уже наверху, а холодные слои так и останутся внизу)
Вынужденная конвекция наблюдается, если жидкость перемешивать ложкой, насосом или вентилятором.

Особенности конвекции: (слайд 12)

возникает в жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
само вещество переносится;
нагревать вещества нужно снизу.

Примеры конвекции: (слайд 13)

1) холодные и теплые морские и океанические течения,
2) в атмосфере, вертикальные перемещения воздуха приводят к образованию облаков;
3) охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах, например в холодильниках и др., обеспечивается водяное охлаждение двигателей
внутреннего сгорания.

3. Излучение

(Слайд 14)

Всем известно, что Солнце основной источник тепла на Земле. Земля находится от него на расстоянии 150 млн. км. Как передается тепло от Солнца на Землю?
Между Землей и Солнцем за пределами нашей атмосферы все пространство – вакуум. А нам известно, что в вакууме теплопроводность и конвекция происходить не могут.
Каким способом происходит передача тепла? Здесь осуществляется еще один вид теплопередачи – излучение.

Излучение – это теплообмен, при котором энергия переносится электромагнитными лучами.

Отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум.

Посмотрите видеофрагмент об излучении (слайд 15).

Излучают энергию все тела: тело человека, печь, электрическая лампа.
Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.

Тела не только излучают энергию, но и поглощают ее.
(слайд 16) Причем темные поверхности лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Особенности излучения (слайд 17):

происходит в любом веществе;
чем выше температура тела, тем интенсивнее излучение;
происходит в вакууме;
темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые и лучше излучают.

Примеры использования излучения тел (слайд 18):

поверхности ракет, дирижаблей, воздушных шаров, спутников, самолётов, окрашивают серебристой краской, чтобы они не нагревались Солнцем. Если наоборот надо использовать солнечную энергию, то части приборов окрашивают в темный цвет.
Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются.

IV. Закрепление полученных знаний на примерах задач

Игра «Попробуй, объясни» , (слайды 19-25).

Перед вами игровое поле с шестью заданиями, вы можете выбрать любое. После выполнения всех заданий вам откроется мудрое высказывание и тот, кто его очень часто произносит с экранов телевизоров.

1. В каком доме теплее зимой, если толщина стен одинакова? Теплее в деревянном доме, так как дерево содержит 70% воздуха, а кирпич 20%. Воздух - плохой проводник тепла. В последнее время в строительстве применяют «пористые» кирпичи для уменьшения теплопроводности.

2. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику? Мальчику, сидящему у печки, энергия в основном передается теплопроводностью.

3. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику?
Мальчику, лежащему на песке, энергия от солнца передается излучением, а от песка теплопроводностью.

4. В каком из этих вагонов перевозят скоропортящиеся продукты? Почему? Скоропортящиеся продукты перевозят в вагонах, окрашенных в белый цвет, так как такой вагон в меньшей степени нагревается солнечными лучами.

5. Почему водоплавающие птицы и другие животные не замерзают зимой?
Мех, шерсть, пух обладают плохой теплопроводностью (наличие между волокнами воздуха), что позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и защищаться от охлаждения.

6. Почему оконные рамы делают двойными?
Между рамами содержится воздух, который обладает плохой теплопроводностью и защищает от потерь тепла.

«Мир интересней, чем нам кажется», Александр Пушной, программа «Галилео».

V. Итог урока

– С какими видами теплопередачи мы познакомились?
– Определите, какой из видов теплопередачи играет основную роль в следующих ситуациях:

а) нагревание воды в чайнике (конвекция);
б) человек греется у костра (излучение);
в) нагревание поверхности стола от включенной настольной лампы (излучение);
г) нагревание металлического цилиндра, опущенного в кипяток (теплопроводность).

Разгадайте кроссворд (слайд 26):

1. Величина, от которой зависит интенсивность излучения.
2. Вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме.
3. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
4. Основной источник энергии на Земле.
5. Смесь газов. Обладает плохой теплопроводностью.
6. Процесс превращения одного вида энергии в другой.
7. Металл, имеющий самую хорошую теплопроводностью.
8. Разреженный газ.
9. Величина, обладающая свойством сохранения.
10. Вид теплопередачи, который сопровождается переносом вещества.

Разгадав кроссворд, вы получили еще одно слово, которое является синонимом к слову «теплопередача» – это слово… («теплообмен»). «Теплопередача» и «теплообмен» – одинаковые по смыслу слова. Используйте их, заменяя одно другим.

VI. Домашнее задание

§ 4, 5, 6, Упр. 1 (3), Упр. 2(1), Упр. 3(1) – письменно.

VII. Рефлексия

В конце урока предлагаем учащимся обсудить урок: что понравилось, что хотелось бы изменить, оценить свое участие в уроке.

Прозвенит сейчас звонок,
Подошел к концу урок.
До свидания, друзья,
Отдыхать пришла пора.

Для обогрева помещения важно то, с какой скоростью в помещение подается тепло. Так как в традиционных системах водяного отопления за передачу тепла отвечают радиаторы, то от того, насколько эффективно они справляются с поставленной задачей и зависит климат в помещениях. Эффективность передачи тепла характеризуется таким параметром, как теплоотдача или тепловая мощность. В случае с радиатором она показывает, какое количество тепла в час данное устройство может передать воздуху при определенных условиях. Под условиями понимают заданную температуру теплоносителя, скорость его движения и определенный тип подключения. На заводах теплоотдача отопительных приборов определяется в процессе испытания на стендах, потом она усредняется и заносится в паспорт изделия.

Насколько отопительный прибор будет эффективно отдавать тепло, зависит от многих факторов. Это и материал, из которого он сделан, и его форма, и то, как движется внутри теплоноситель и какова поверхность теплоотдачи. Немного подробнее обо всех этих факторах расскажем ниже.

Как зависит теплоотдача от материала

Радиаторы отопления делают из металлов неслучайно. Они имеют лучшее сочетание характеристик, главная из которых - коэффициент теплопередачи. В таблице приведены данные для некоторых металлов.

Как видим, для изготовления радиаторов используют далеко не самые лучшие по теплопроводности металлы, но радиатор из серебра, это слишком… Редко используют и медь, и все по той же причине: это очень дорого. Некоторые умельцы делают самодельные радиаторы из медных труб. В этом случае денег требуется меньше, но эксплуатация таких отопительных приборов проблематична: медь довольно капризный материал и работает не со всякой средой, она очень пластична и легко повреждается, химически активна и вступает в реакции окисления. Так что тут еще большое внимание придется уделить водоподготовке и защите от механических воздействий.

А вот следующий металл - алюминий, используется уже довольно широко. Хоть теплоотдача алюминия практически в два раза ниже, чем меди, но, по сравнению с другими металлами, она достаточно высока. Алюминий легкий, быстро нагревается и эффективно передает тепло. Но и он далеко не идеален: химически активен, потому использоваться с незамерзающими жидкостями не может. К тому же он конфликтует с другими металлами в системе: начинается коррозия, что приводит к быстрому разрушению металлов. И хотя теплоотдача алюминия самая высокая - 170-210 ват/секцию, устанавливаться они могут не в любой системе.

Данные по тепловой мощности всех радиаторов приведены усредненные. Причем для высокотемпературного режима работы (90 o C на подаче, 70 o C на обратке, для поддержания помещении 20 o C). Также имеются в виду радиаторы с осевым расстоянием 50 см. Теплоотдача при других размерах и условиях будет другой.

Для обитателей квартир многоэтажных домов есть еще один вариант, но от вас тут почти ничего не зависит: теплоотдача у вас может снизиться из-за переделки системы отопления у соседей сверху. В домах старой постройки разводка отопления практически повсеместно однотрубная с верхней подачей. И если в вашей квартире стояк вверху стал еле теплым, кто-то над вами этому поспособствовал. В этом случае вам имеет смысл обратиться в управляющую компанию - они проверят состояние стояка и выяснят причину понижения теплоотдачи.

Итоги

Теплоотдача радиаторов зависит от материала, из которого он изготовлен, формы секции или панели, от наличия и количества дополнительных ребер, улучшающих конвекцию. Большое значение имеют способ подключения и установки.

Когда при работающих батареях центрального отопления в помещении холодно, многие включают дополнительные обогревательные приборы, но редко кто задумывается над тем, как повысить теплоотдачу радиаторов центрального отопления . Если включение обогревателей – временная и весьма дорогая мера, то повышение КПД батарей – долгосрочное решение проблемы холодного помещения, которое зачастую не требует вложения дополнительных финансов. В данной статье будут приведены простые и сложные способы эффективного увеличения теплоотдачи батарей.

Что влияет на КПД радиаторов центрального отопления?

Температура теплоносителя в системе;
Скорость движения теплоносителя;
Тип подключения к системе отопления;
Материал, из которого изготовлен радиатор;
Площадь теплоотдачи и количество секций радиатора .

Немаловажную роль играют и другие факторы, появляющиеся в процессе эксплуатации радиаторов. Так, например, теплоотдача батарей снизится, если:

Нанести много слоев краски;
Не вытирать пыль;
Периодически не спускать воздух из радиаторов;
Внутренняя полость, фильтры и патрубки засорены;
Радиатор закрыт декоративным экраном, шторами, мебелью и др.

В целом нарушенная конвекция воздуха (последний пункт) – одно из главных условий плохой теплоотдачи радиаторов центрального отопления. На устранение этой проблемы сначала и нужно направить все силы.

Простые способы повышения теплоотдачи радиаторов

. Батареи передают тепло воздуху, который, нагреваясь, поднимается вверх, а затем, охлаждаясь, опускается вниз. Так происходит циркуляция воздуха, и в помещении становится тепло настолько, насколько это позволяет теплоотдача батареи и скорость воздушного потока. Поэтому для того, чтобы повысить температуру внутри помещения, прежде всего, нужно обеспечить хорошую циркуляцию воздуха. Для этого следует по максимуму освободить пространство вокруг батареи: убрать защитный экран, поднять шторы, отодвинуть мебель и так далее.

Ускоряем циркуляцию воздуха с помощью вентилятора . Чем быстрее движется воздух, тем больше тепловой энергии он может забрать от батареи. В самые холодные дни можно включать вентилятор, направляя его в центр батареи для захвата как можно большей площади. Для обеспечения автономности подобной системы и обеспечения бесшумности ее работы, можно разместить компьютерные вентиляторы. Они тихие, маломощные, а также при размещении непосредственно под батареей не нарушают естественное направление движения воздуха в помещении. Вентиляторы позволят поднять температуру в помещении на 3-10 градусов, а их небольшой расход дает возможность без существенно ущерба для своего кошелька обдувать батарею круглую зиму. Посчитайте сами: мощность обычных вентиляторов – около 40 Ватт, компьютерных – не более 5. Итого расход: 40 * 24 (часа) * 30 (дней) = 29 Киловатт = около 95 рублей в месяц. В случае компьютерных еще меньше – около 23 руб./мес. при подключении сразу 2-х.

Устанавливаем теплоотражающий экран . Тепло от батареи исходит во всех направлениях, и для того, чтобы не отапливать стены, но направить тепловую энергию в помещение, нужно установить теплоотражающий экран за батарею. Для этих целей можно использовать фольгоизолон (вспененная основа с фольгой на одной стороне), приклеив его к очищенной стене за батареей любым подходящим средством (плиточный клей, универсальный клей 88, силикон и др.). В идеале площадь теплоотражающего экрана должна быть больше площади батареи.

Если батарея вверху холодная нужно спустить воздух. Для этого нужно открутить обычный или кран «Маевского» вверху батареи.

Не будет лишним держать под клапаном емкость или полотенце, потому что, как только выйдет воздух, тонкой струйкой польется вода. Как только это произойдет, клапан можно закрыть. Процедуру следует повторить для каждой батареи в доме.

Сложные способы повышения теплоотдачи радиаторов

Если предыдущие способы не помогли, или их применение доставляет существенный дискомфорт, можно решить проблему одним из кардинальных способов:

Сменить радиаторы отопления (ниже будет дана таблица теплопроводности и тепловой мощности радиаторов);
Увеличить количество секций батареи (больше площади батареи – теплее в помещении);
Очистить внутреннюю полость радиатора от загрязнений, коррозии, накипи;
Сменить тип подключения (оптимальный – прямой диагональный или прямой односторонний);

Проводить все эти работы требуется при выключенной системе отопления, что в большинстве случаев затруднительно в отопительный период. Однако ситуация существенно облегчится, если на входе и выходе установлена запорная арматура, позволяющая отключить от сети теплоснабжения каждый радиатор по отдельности.

Таблица № 1: Коэффициент теплопроводности металлов

Таблица №2: Тепловая мощность радиаторов

Оптимальный вариант – биметаллические радиаторы , которые не требовательны к качеству воды в системе теплоснабжения и при этом обладают высокой тепловой мощностью. Этого удалось достичь за счет комбинации стали (внутри) и алюминия (снаружи), а также благодаря современным технологиям, позволившим добиться большой площади теплоотдачи, при относительной негабаритности секций.

Грамотно используя ресурсы центрального отопления, можно навсегда избавить себя от необходимости подключения дополнительных обогревательных приборов. И, зная способы повышения теплоотдачи батарей, можно регулировать температуру в помещении на свое усмотрение.

Обычно, передача тепла производится тремя основными способами, это перенос тепла от тела к телу, проводимость тепла при переносе в газах, а также в сыпучих или жидких средах, или конвенция и за счёт электромагнитного излучения тел, находящихся в состоянии термодинамического равновесия.

Отопительные системы основываются на одном из таких принципов. В домах, возведённых давно, тепло поступает в квартиру через естественную конвенцию. Нагревшаяся вода поступает из отопительной системы в батареи , холодная вода снова поступает в котёл. Подобную схему «круговорота воды», не назвать эффективной, однако она применяется и сегодня. В повседневном употреблении «батареей» как раз называют радиатор отопления. Таким способом отапливаются практически все квартиры, особенно «хрущёвки», «брежневки». Передача тепла осуществляется путём конвенции. Радиатор формируется из нескольких секций, внутри этих секций располагаются каналы, в которых циркулирует теплоноситель. От батареи тепло передаётся энергией и конвенцией.

Чаще всего, в зданиях отопление производится радиаторами из чугуна, алюминия, биметаллическими и стальными . По названию легко понять, что между радиаторами отличие, в основном в материале их которого они выполнены. Само устройство радиаторов, в целом сходно. Конструкция уже «устоялась» и менять её более хлопотно, вот и эксплуатируется привычная модель.

При выборе радиатора для дома, о каждом типе радиатора потребуется получить более подробную информацию. Особенно относительно материала. Именно от свойств материала, во многом зависит, как долго проработает та, или иная система отопления. В этом отношении наиболее прочным материалом будет чугун и биметалл , сталь и алюминий, обычно менее надёжны в плане коррозии.