Всем известно, что теплообмен (теплоотдача) – передача тепловой энергии – между телами и средами возникает при наличии разницы температур. Среда или тело имеющая более высокую температуру, остывая, нагревает более холодную среду и повышает ее температуру.
В системах водяного отопления горячая вода (теплоноситель), поступая в прибор отопления, нагревает его стенки (оболочку). Стенки через свои наружные поверхности отдают тепло воздуху в основном двумя способами: конвекцией и излучением.
Конвекция – это передача тепла потокам воздуха, протекающим вдоль горячих стенок прибора отопления.
Тепловое излучение – это передача тепловой энергии за счет излучения электромагнитных волн горячими стенками прибора отопления в окружающее пространство.
Наглядным примером действия теплового излучения является костер. Если в прохладный вечер стать боком к тлеющим углям костра на расстоянии трех – четырех метров, то часть лица, обращенная к костру, быстро нагреется, а противоположная часть лица будет оставаться холодной. При этом температура воздуха с обеих сторон будет примерно одинаковой.
Все приборы – чугунные батареи, регистры отопления из труб, стальные и алюминиевые панели, конвекторы и инфракрасные излучатели – отличаются друг от друга (кроме габаритов, внешнего вида, коэффициентов теплоотдачи) преобладающим видом передачи тепла окружающему воздуху и предметам. При этом, как правило, и конвекция и излучение существуют одновременно и действуют параллельно.
В этой статье будет рассмотрен пример расчета теплоотдачи регистров отопления из труб. Изготавливать регистры отопления из гладких труб экономически не было выгодно никогда — ни сегодня, ни вчера. Если 30-50 лет назад их широко применяли из-за дефицита качественных дешевых и эффективных приборов отопления, то применение регистров сегодня – это скорее инерционная привычка теплотехников. Стоимость системы отопления с применением, например, конвекторов на 20-30% ниже стоимости системы, где применены регистры отопления из труб. Теплоотдача приборов должна быть максимальной при минимальной стоимости и, соответственно, минимальной материалоемкости и трудоемкости изготовления. Однако часто это — взаимоисключающие критерии.
Тем не менее, вопрос теплоотдачи стальных труб остается актуальным, если ими выполняется разводка, а также при выполнении сравнительных расчетов различных вариантов систем и при ремонтах действующих систем, в которых применены регистры отопления из гладких труб.
Опираясь на теорию и практические опыты по теплоотдаче, а так же на основе многочисленных табличных данных с помощью Excel мне удалось найти достаточно точные формульные зависимости теплофизических характеристик воздуха (температуропроводности, теплопроводности, кинематической вязкости, критерия Прандтля) от температуры. Ниже представлена программа расчета теплоотдачи регистров отопления из горизонтальных металлических труб при свободном движении воздуха, являющаяся итогом проделанной работы.
Программа расчетов написана в MS Excel, но можно использовать и программу OOo Calc из пакета Open Office.
Правила форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, представлены на странице « ».
Теплоотдача регистров отопления из гладких труб. Расчет в Excel.
Регистр отопления из четырех гладких труб и схема движения теплоносителя показаны на рисунке, представленном ниже.
Включаем компьютер, MS Office и начинаем расчет в Excel.
Исходные данные:
Исходных данных не много, они понятны и просты.
1. Диаметр труб D в мм заносим
в ячейку D3: 108,0
2. Длину регистра (одной трубы) L в м записываем
в ячейку D4: 1,250
3. Количество труб в регистре N в штуках пишем
в ячейку D5: 4
4. Температуру воды на «подаче» t п в °C заносим
в ячейку D6: 85
5. Температуру воды на «обратке» t о в °C пишем
в ячейку D7: 60
6. Температуру воздуха в помещении t в в °C вводим
в ячейку D8: 18
7. Вид наружной поверхности труб выбираем из выпадающего списка
в объединенных ячейках C9D9E9: «При теоретическом расчете»
8. Постоянную Стефана-Больцмана C 0 в Вт/(м 2 *К 4) заносим
в ячейку D10: 0,00000005669
9. Значение ускорения свободного падения g в м/с 2 вписываем
в ячейку D11: 9,80665
Меняя исходные данные можно смоделировать любую «температурную ситуацию» для любого типоразмера регистра отопления!
Теплоотдача просто одиночной горизонтальной трубы также может легко быть посчитанной по этой программе! Для этого достаточно указать количество труб в регистре отопления равное единице (N =1).
Результаты расчетов:
10. Степень черноты излучающих поверхностей труб ε автоматическиопределяется по выбранному виду наружной поверхности
В базе данных, расположенной на одном листе с программой расчета, для выбора представлены 27 видов наружных поверхностей труб и их степени черноты. (Смотри в файле для скачивания в конце статьи.)
11. Среднюю температуру стенок труб t ст в °C вычисляем
в ячейке D14: =(D6+D7)/2 =72,5
t ст =(t п + t о )/2
12. Температурный напор d t в °C рассчитываем
в ячейке D15: =D14-D8 =54,5
dt = t ст — t в
13. Коэффициент объемного расширения воздуха β в 1/K определяем
в ячейке D16: =1/(D8+273) =0,003436
β =1/(t в + 273)
14. Кинематическую вязкость воздуха ν в м 2 /с вычисляем
в ячейке D17: =0,0000000001192*D8^2+0,000000086895*D8+0,000013306 =0,00001491
ν = 0,0000000001192* t в 2 +0,000000086895* t в +0,000013306
15. Критерий Прандтля Pr определяем
в ячейке D18: =0,00000073*D8^2-0,00028085*D8+0,70934 =0,7045
Pr = 0,00000073* t в 2 -0,00028085* t в +0,70934
16 . Коэффициент теплопроводности воздуха λ рассчитываем
в ячейке D19: =-0,000000022042*D8^2+0,0000793717*D8+0,0243834 =0,02580
λ =-0,000000022042* t в 2 +0,0000793717* t в +0,0243834
17. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра A в м 2 определяем
в ячейке D20: =ПИ()*D3/1000*D4*D5 =1,6965
A = π *(D /1000)* L * N
18. Тепловой поток излучения с поверхностей труб регистра отопления Q и в Вт вычисляем
в ячейке D21: =D10*D13*D20*((D14+273)^4- (D8+273)^4)*0,93^(D5-1) =444
Q и = C 0 *ε *A* ((t ст +273) 4 — (t в +273) 4)*0,93 (N -1)
19. Коэффициент теплоотдачи при излучении α и в Вт/(м 2 *К) рассчитываем
в ячейке D22: =D21/(D15*D20) =4,8
α и = Q и /(dt * A )
20. Критерий Грасгофа Gr вычисляем
в ячейке D23: =D11*D16*(D3/1000)^3*D15/D17^2 =10410000
Gr = g * β *(D /1000) 3 * dt /ν 2
21. Критерий Нуссельта Nu находим
в ячейке D24: =0,5*(D23*D18)^0,25 =26,0194
Nu =0,5*(Gr * Pr ) 0,25
22. Конвективную составляющую теплового потока Q к в Вт вычисляем
в ячейке D25: =D26*D20*D15 =462
Q к = α к * A * dt
23. А коэффициент теплоотдачи при конвекции α к в Вт/(м 2 *К) определяем соответственно
в ячейке D26: =D24*D19/(D3/1000)*0,93^(D5-1) =5,0
α к = Nu * λ /(D /1000) *0,93 ( N -1)
24. Полную мощность теплового потока регистра отопления Q в Вт и Ккал/час считаем соответственно
в ячейке D27: =D21+D25 =906
Q = Q и + Q к
и в ячейке D28: =D27*0,85985 =779
Q ’ = Q *0,85985
25. Коэффициент теплоотдачи от поверхностей регистра отопления воздуху α в Вт/(м2*К) и Ккал/(час*м2*К) находим соответственно
в ячейке D29: =D22+D26 =9,8
α = α и + α к
и в ячейке D30: =D29*0,85985 =8,4
α ’ = α *0,85985
На этом расчет в Excel завершен. Теплоотдача регистра отопления из труб найдена!
Расчеты многократно подтверждены практикой!
Теплотехническим расчетам на этом сайте посвящен еще ряд статей. Быстро перейти к ним можно по ссылкам, расположенным ниже статьи или через страницу «Все статьи блога». В этих статьях просто и понятно на примерах рассказывается об основных понятиях теплотехники.
Замечания.
1. Правильнее в расчетах было бы использовать не коэффициент теплоотдачи α между наружными стенками регистра и воздухом, а коэффициент теплопередачи k , учитывающий теплообмен между теплоносителем (водой) и внутренними стенками труб регистра отопления, а так же передачу тепла через материал стенки (термическое сопротивление стенки). Рассчитывается коэффициент теплопередачи от воды к воздуху помещения по формуле:
k =1/(1/ α 1 + s ст / λ ст + 1/ α )
Но так как:
α 1 ≈2000…3000 Вт/(м 2 *К)– коэффициент теплоотдачи между водой и внутренней стальной стенкой
s ст ≈0,002…0,005 м – толщина стенок труб
λ ст ≈50…60 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности материала стенок труб
1/ α 1 ≈0
s ст / λ ст ≈0
И следовательно:
k ≈ α
2. Теплоотдача регистров отопления зависит от способа подачи воды в них (сверху вниз, снизу вверх …), от монтажных расстояний до ограждающих конструкций (до пола, до подоконника, до стены, до экрана), от толщины лакокрасочного покрытия и прочих факторов. Фактическая теплоотдача может быть меньше расчетной на 15…20%. Это необходимо учитывать при окончательных расчетах!
3. Расстояние между трубами и количество труб также оказывают влияние на теплоотдачу регистров отопления. В программе это частично учтено применением понижающего коэффициента (0,93) на каждый дополнительный ряд труб. Расстояние между трубами желательно выдерживать не менее диаметра трубы D (больше — лучше) .
4. Коэффициент теплопередачиk не является постоянной величиной для конкретного прибора отопления и значительно меняется при изменении температурного напораdt ! Подробнее об этом (и не только) читайте в ближайших статьях блога.
Подписывайтесь на анонсы статей в окнах, расположенных в конце каждой статьи или вверху каждой страницы и не забывайте подтверждать подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку « Спам» )!!!
Уважаемые читатели, оставляйте комментарии к статье! Ваши мысли, замечания, предложения, вопросы, советы всегда интересны и полезны коллегам и автору!!!
Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!
Регистры отопления представляют собой теплообменные трубы, которые устанавливаются в домах и служат для нагрева внутреннего воздуха. Изготавливаются из таких материалов, как сталь, чугун, медь, алюминий и имеют разнообразные конфигурации.
Подбирать регистр отопления нужно в соответствии с размерами помещения, можно ввести, как одну, так и несколько секций.
Разговаривая о материалах изготовления регистров, нельзя не сказать об электросварных трубах из стали, являющихся общераспространенными, благодаря доступности, невысокой стоимости, легкости прокатки и большому выбору типов и размеров, хотя и имеют не самую лучшую отдачу тепла.
Стальные регистры производятся из профильной или с круглым сечением трубы. Подвержены ржавлению, поэтому особое внимание следует уделять сварным швам.
Чугунные регистры отличаются надежностью и простотой монтажа, но установка может отнять много сил. У них достаточно прочные соединения за счет приварных фланцев и болтов, а вот стойкости к ударам нет, могут и разбиться. Имеют крайне большой вес и выглядят громоздко. Больше всего встречаются из оребренных труб.
Медные регистры в основном устанавливают там, где уже вся прокладка произведена из медных труб. Медь имеет превосходную тепловую отдачу, поэтому трубы из меди имеют небольшую длину и диаметр, чего нельзя сказать о стоимости.
Мягкость металла дозволяет легко гнуть трубы, так что сварка нужна только для соединения отдельных частей, однако дополнительно требует предохранение (экран, кожух).
Применение медных регистров требует соблюдения таких условий:
- в теплоносителе не должно быть твердых частиц;
- фитинги и другие соприкасающиеся с медью детали могут быть выполнены только из бронзы, латуни, никеля или хрома;
- заземление – обязательное условие, чтобы процесс электрохимической коррозии не пошёл.
Алюминиевые регистры пользуются спросом, так как их теплопроводность считается лучшей, они устойчивы к коррозии и имеют большой срок службы, наверно поэтому, у них такая высокая стоимость.
Алюминиевые трубы изготовляют способом монолитного литья, поэтому сварных швов и соединений у них нет, а вот установка требует специального сварочного оборудования.
Биметаллические регистры изготавливаются из отопительных труб особенного типа, с применением стального сердечника. Применяемые в таких регистрах медные или алюминиевые теплообменники из пластин позволяют значительно увеличить квадратные метры обогрева. Для всех регистров отопления подобного типа характерен диаметр – до 2 дюймов. Благодаря этому, основное место их установки – жилые дома.
Регистры отопления из нержавеющей трубы встретить можно крайне редко из-за непомерной стоимости. Сейчас их почти не устанавливают.
Виды регистров для установки (электросварные, из гладких труб)
Электросварочные стальные регистры из гладких труб, наверное, по праву считаются самыми популярными. Диаметры таких труб встречаются от 32 до 150 мм.
Существует 2 вида: змеевидные и секционные (регистровые).
- Змеевидные (змеевик) регистры имеют форму буквы S и дуговое соединение. Такая конфигурация значительно повышает теплоотдачу, а гладкие трубы позволяют пропускать большой объем теплоносителя.
- Секционные (регистровые) регистры различают по типу соединения:
нитка – это конструкция с последовательным соединением, где замыкающая труба, по которой теплоноситель перетекает из одной трубы в другую, расположена либо справа, либо слева;
колонка – это конструкция с параллельным ходом теплоносителя, где все параллельные друг другу трубы соединены замыкающими трубами с двух концов. Такой тип соединения позволяет создать необходимую длину в соответствии с размерами помещения.
Расчет регистров для помещения
Выбирая модель регистра отопления, следует направить внимание на трубный диаметр. Диаметры, как упоминалось выше, бываю от 32 до 150мм.
Большой диаметр труб – это, как следствие, большой объем всей системы отопления. Для нагрева такой системы требуется очень много времени и сложнее регулировать температуру, но для работы котла они предпочтительней.
Остановить выбор лучше на трубах с диаметром 32мм, а если предполагается личное изготовление регистра, специалисты рекомендуют выбрать диаметр трубы не более 80мм.
Для создания теплоснабжения из стальных отопительных регистров оптимальным решением будет прибегнуть к услугам мастеров. Другой вариант – это специальные программы для расчета.
Но при самостоятельном расчете можно использовать следующую методику.
Изначально нужно знать такие параметры:
- общая площадь комнаты;
- коэффициент отдачи тепла материала регистра;
- диаметр используемых труб.
Таблица. Теплоотдача одного погонного метра трубы из стали разного диаметра - для расчета регистра отопления при высоте 2 метра.
Можно воспользоваться формулой расчета регистров из гладких стальных труб.
Q = 3.14 x D x L x K (Tr – To), где
Q – количество тепла, которое выделяет труба, Вт;
D – диаметр трубы, м;
L – длина трубы, м;
K – коэффициент передачи тепла (11,63 Вт/м 2 хС);
Tr – температура внутри помещения;
To – температура теплоносителя в системе;
t – разница температур.
Имея эти значения, можно самому рассчитать количество тепла регистра отопления.
Пример: длина 1-й секции 2 м., а диаметр трубы – 76 мм.
t будет ровна 60С (80-20).
Таким образом, мощность одной секции регистра отопления из стальной гладкой трубы будет равна:
Q=3,14х0,076х2х11,63х60=333 Вт.
Для расчета требуемого метража и диаметра трубы брать в расчет следует только показатели теплоотдачи погонного метра трубы.
Например. Помещению площадью 20м 2 и высотой потолка не более 3м потребуется 20 м стальной трубы, диаметр которой будет 60мм.
При подготовке к монтажу отопительных приборов следует учесть такие параметры, как:
- глубина стен;
- расположение окон и дверей;
- состав стен и перекрытий здания и др.
Конструктивные характеристики
На мощность регистра отопления оказываю влияние его конструктивные особенности. Изготавливаются они, в основном, из труб с гладкими стенами, реже из профильного металла.
Важно. Части отопительного регистра должны располагаться на расстоянии друг от друга из расчета: диаметр трубы плюс 5см. Слишком близкое расположение негативно скажется на теплоотдаче.
Все модели регистров отопления имеют патрубки на входе и выходе, чтобы соединять трубопроводы подачи и отвода теплоносителя.
Регистры отопления устанавливаются в 1-трубных и 2-трубных системах. Присоединение их к системе теплоснабжения предусматривает такие варианты:
- диагональное;
- боковое;
- нижнее (только при маленьких размерах конструкции или небольшом числе горизонтальных элементов).
Самостоятельная установка
Два способа монтажа:
- разъемное болтовое соединение;
- не разъемное сварочное соединение.
Выбирать следует из расчета веса и размера устройства, а также учесть характеристики системы теплоснабжения.
За основу можно взять правила установки радиаторов отопления, принципиальная разница отсутствует.
Показатель уклона – важно учесть, при присоединении к гравитационной системе, наклон по ходу теплоносителя.
В системах, где не используется насосное оборудование и где движущей силой является разница его парциального давления таких проблем нет.
Правила монтажа:
- Рекомендуемое расстояние, в соответствии с технологическим процессом, от стены и окон не меньше 20см.
- Разъемный монтаж требует использования только паранитовых подкладок или льна применяемого в сантехнических работах;
- Все стальные регистры отопления непременно красятся, во избежание ржавления.
- Монтаж лучше не проводить в сезон отопления.
Сравнительный анализ расчетной и мощности по факту регистра возможно произвести по окончанию испытательного пуска системы, и при необходимости внести конструктивные изменения.
Обогрев помещений технического назначения требует наличия недорогих и неприхотливых в эксплуатации отопительных приборов. Для таких помещений как склады, мастерские, гаражи и производственные цеха регистры отопления из гладких труб являются просто незаменимыми. Они же очень выручают в помещениях с повышенными требованиями к чистоте, так как легко очищаются от пыли и всевозможных загрязнений.
Принимая решение установить отопительные регистры, необходимо тщательно изучить их технические характеристики и особенности применения. Простейшие конфигурации этих приборов могут быть выполнены самостоятельно, более сложные модели витиеватой формы требуют заводских условий изготовления. Так или иначе, для обеспечения оптимального температурного режима параметры регистров должны определяться на основании теплотехнических расчетов.
Разновидности отопительных регистров
Отопительные регистры представляют собой группу трубопроводов, расположенных параллельно друг другу и сообщающихся между собой. Они могут отличаться по материалу, по форме и конструктивному исполнению.
Материалы для изготовления
Чаще всего регистры отопления изготавливаются из гладких стальных труб по ГОСТ 3262-75 или ГОСТ 10704-91. Применение электросварных труб предпочтительнее из-за способности выдерживать более высокое давление. Тем не менее, на практике довольно распространены также водогазопроводные трубы, которые эксплуатируются не менее успешно. Такие отопительные приборы спокойно выдерживают всевозможные механические повреждения и нагрузки, а также работу с любым теплоносителем.
Существуют еще модели из нержавеющей стали. Их устанавливают в помещениях с повышенными требованиями к эстетичности и долговечности. В связи с повышенной стоимостью применение регистров из нержавеющей стали наиболее оправдано в ванных комнатах. Высокая стойкость к коррозии и разнообразие конфигураций полотенцесушителей из нержавеющей стали позволяют применять их даже в самых современных интерьерах санузлов.
Более эффективными с точки зрения теплоотдачи являются алюминиевые и биметаллические регистры. Они отличаются легкостью и эстетичностью, прекрасно работают в системах индивидуального отопления с хорошо организованной водоподготовкой. В остальных случаях низкое качество теплоносителя приводит к быстрому выходу приборов из строя.
Иногда можно встретить регистры из меди. Обычно их применяют в системах, где основная разводка медная. С ними удобно работать, они весьма симпатичны и долговечны. Кроме того, теплопроводность меди примерно в 8 раз выше, чем стали, что позволяет значительно уменьшить размер нагревательной поверхности. Общий недостаток всех приборов из цветных металлов – чувствительность к условиям эксплуатации – ограничивает сферу применения медных регистров.
Конструктивное исполнение
Наиболее характерные конструкции традиционных стальных регистров можно разделить на 2 типа:
- Секционные;
- Змеевиковые.
Для первого свойственно горизонтальное расположение трубопроводов и применение вертикальных узких перемычек между ними. Второй предусматривает использование прямых и дугообразных элементов одного диаметра, которые соединяются змейкой с помощью сварки. При использовании нержавейки или цветных металлов трубы просто изгибаются для придания требуемой конфигурации.
Существует три варианта исполнения присоединительных патрубков:
- Резьбовой;
- Фланцевый;
- Под сварку.
Они могут располагаться как с одной стороны прибора, так и с разных. Выход теплоносителя предусматривается под подачей или по диагонали от нее. Иногда встречается нижнее подключение магистралей, но в этом случае существенно снижается теплоотдача.
В секционных регистрах выделяют 2 вида соединений в зависимости от способа расстановки перемычек:
- «Нитка»;
- «Колонка».
Регистры из гладких труб могут использоваться как регистры основной системы отопления или как отдельные обогреватели. Для автономной работы внутрь прибора устанавливается ТЭН необходимой мощности и выполняется подключение к сети. В качестве теплоносителя для переносных электрических регистров из стали часто используют антифриз или масло, т.к. оно не замерзает при хранении либо аварийном отключении электроэнергии.
При использовании отдельно от общей системы отопления обязательно дополнительное размещение расширительного бачка в верхней части прибора. Это позволяет избежать повышения давления вследствие увеличения объема при нагреве. Размер емкости подбирается, исходя из возможности вместить около 10 % общего количества жидкости в нагревателе.
Для автономного использования регистра из стальных труб к нему привариваются ножки высотой 200 – 250 мм. Если же прибор является частью контура отопления, его перемещение не планируется и стены достаточно крепкие, то используется стационарное крепление с помощью кронштейнов. Иногда для очень массивных регистров применяют комбинированный вариант установки, т.е. прибор ставится на стойки и дополнительно фиксируется на стене.
Технические характеристики
Технические требования к отопительным приборам, в том числе и к трубчатым радиаторам нормируются ГОСТ 31311-2005. Согласно этому стандарту для их изготовления должны применяться трубы по ГОСТ 3262, ГОСТ 8734, ГОСТ 10705, ГОСТ 10706 с толщиной стенки не меньше 1,25 мм. При этом полотенцесушители разрешается производить из углеродистой стали со стенкой не меньше 3 мм, нержавеющей стали, а также латуни (медно-цинковых сплавов) по ГОСТ 15527.
Допускается использовать и другие материалы, если отопительные приборы будут соответствовать всем положениям стандарта и иметь необходимые характеристики прочности. Конструкция приборов не нормируется и остается на усмотрение производителя при соблюдении основных требований. Это дает полную свободу для творчества и позволяет создавать уникальные дизайнерские конфигурации трубчатых радиаторов, что значительно расширяет сферу их применения.
Характеристики регистров отопления из гладких труб зависят от выбранного материала, размера и конфигурации. Они определяются по специальным формулам, таблицам или материалам производителя.
Рассмотрим основные параметры обычных стальных регистров. Для них характерно применение труб большого диаметра, преимущественно в диапазоне 32 – 219 мм. Они выдерживают рабочее давление до 100 Па (10 кгс/м²). Теплоносителем могут быть как разнообразные жидкости – вода, антифриз, масло – так и пар высокой температуры.
Имея подробный чертеж, регистр из гладких стальных труб может изготовить своими руками любой мастер с навыками выполнения сварочных работ. Для этого достаточно найти исходный материал, сварочный аппарат и угловую шлифмашинку. Можно также заказать регистр на заводе по индивидуальным чертежам.
Важно! Необходимо выдерживать не только длину, диаметр и количество труб, но и расстояние между ними. Слишком близкое расположение существенно снижает теплоотдачу прибора из-за взаимного влияния элементов. Если же расстояние сделать слишком большим, то высота прибора может выйти огромной и не удобной в установке и использовании. Оптимальным шагом расположения рядов отопительного регистра считается 1,5 радиуса, но не менее 50 мм.
Для получения наилучших результатов все параметры необходимо определять на основании теплотехнических расчетов, исходя из требуемой теплоотдачи и особенностей помещения. Без грамотного расчета даже хорошо сделанный регистр может не справиться с обогревом имеющейся площади.
Расчет регистров отопления из гладких труб
Расчет регистров отопления выполняется для определения количества тепла, поступающего от существующего регистра, а также для определения требуемых размеров прибора для обеспечения необходимой тепловой мощности.
Совет: перед тем как приступать к расчету параметров регистра следует четко определиться с температурным режимом и теплопотерями помещения. Методика их расчета – это отдельная тема, но если нужно качественное отопление, то стоит разобраться в этом вопросе, чтоб потом не переделывать.
Количество тепла (Вт), поступающее от трубы определяется по формуле:
Q=K ·F · ∆t ,
K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 · 0 С), принимается в зависимости от материала трубы и параметров теплоносителя;
F – площадь поверхности трубы, м 2 , рассчитываемая как произведение π·d·l,
где π = 3,14, а d и l – диаметр и длина трубы соответственно, м;
∆t – температурный перепад, 0 С, определяемый в свою очередь по формуле:.
∆t= 0,5·(t 1 + t 2) – t к ,
где: t 1 и t 2 – температуры на входе в котел и выходе из него соответственно;
t к – температура в отапливаемой комнате.
На заметку: Для одиночной стальной трубы, наполненной водой, коэффициент теплопередачи к воздуху в общем случае равен 11,3 Вт/(м 2 · 0 С). Для регистра с несколькими рядами ориентировочно принимается понижающий коэффициент 0,9 на каждую нитку.
Значения коэффициентов теплопередачи для стальных гладкотрубных регистров приведены в таблице.
Для определения размеров регистра необходимая тепловая мощность делится на теплоотдачу погонного метра трубы. Это даст примерную суммарную длину ниток. Далее с учетом габаритов помещения принимается ширина прибора и рассчитывается количество рядов.
Совет: так как увеличение диаметров ниток и их количества снижает эффективность прибора, то теплоотдачу регистра следует увеличивать в первую очередь за счет увеличения его длины.
Для более быстрых расчетов можно воспользоваться онлайн-калькулятором, но есть большой риск получения ошибочного результата. Поэтому перед тем как пользоваться автоматическим расчетом, стоит хотя бы один выполнить вручную и сверить результаты.
Незамерзающие жидкости имеют меньшую теплоемкость и отдают меньше тепла, чем вода. Таким образом, регистры с антифризом должны иметь повышенную площадь поверхности по сравнению с работающими на воде. Для их расчета необходимо учитывать свойства самой жидкости.
Преимущества и недостатки
Регистры отопления из гладких труб имеют массу преимуществ:
- Для помещений большой площади являются одним из лучших вариантов отопительных приборов. За счет значительной протяженности они обеспечивают равномерный прогрев и создают комфортные условия. Обогрев получается не локальным, а обширным.
- Гидравлическое сопротивление очень маленькое по сравнению с чугунными или стальными радиаторами. Это позволяет заметно уменьшить потери давления в системе, а соответственно и затраты на перекачку теплоносителя. Эта же особенность дает возможность применять для больших помещений открытую систему отопления с естественной циркуляцией.
- Прямые участки труб больших диаметров менее подвержены заиливанию и зарастанию в отличие от радиаторов сложной формы. Поэтому регистры отопления практически не нуждаются в промывке.
- Простая конструкция может быть изготовлена своими руками из доступных материалов с получением существенной экономии.
- Срок службы достаточно большой, минимум 25 лет. Степень надежности зависит в основном от качества сварных швов.
- Гладкая поверхность обеспечивает удобство очистки. Эта особенность позволяет использовать регистры в помещениях с повышенными санитарными нормами.
- Удобны для сушки полотенца, белья и одежды.
К недостаткам регистров из гладких труб можно отнести:
- Малая поверхность нагрева на единицу длины, что заставляет применять приборы больших габаритов;
- Большая металлоемкость;
- Большие диаметры заставляют использовать большой объем теплоносителя, что делает систему очень инерционной и трудно регулируемой;
- Непривлекательный внешний вид бюджетных моделей и огромная цена нестандартных дизайнерских конфигураций.
Заключение
Регистры отопления из гладких труб являются долговечными «неубиваемыми» приборами с хорошими эксплуатационными характеристиками. Они имеют относительно простую конструкцию, их расчет и сборку вполне можно выполнить самостоятельно.
Особенности гладкотрубных регистров обуславливают их сферу применения. Эти отопительные приборы можно встретить в общественных зданиях, лечебных учреждениях, складах, мастерских, гаражах, оранжереях, теплицах, ангарах, промышленных цехах. Трубные радиаторы являются идеальным решением для ванных комнат, больших помещений и нестандартных архитектурных форм. В отдельных случаях может быть оправдана их установка для отопления частного дома.
Отопительные регистры – специальные приспособления, которые используются для увеличения эффективности теплообмена между средой в помещении и теплоносителем. Они устанавливаются в отопительных системах промышленных, производственных и складских помещений, а также жилых и офисных зданиях. Что это за приспособления, и каковы их преимущества, расскажем в материале ниже.
Разновидности отопительных регистров
По строению регистры отопления представляют собой стальные трубы, совмещенные с системой отопления патрубками меньшего диаметра. Различают 2 основных типа регистров отопления.
Секционные
Секционные стальные регистры отопления из гладких труб могут состоять как из одной, так и из нескольких отрезков, концы которых закрыты заглушками. Входящая труба с теплоносителем врезается в верхнюю часть секции. Перемещаясь из стороны в сторону, вода постепенно заполняет всю секцию.
Для изготовления данного вида теплообменника используются гладкие стальные трубы сечением 25-400 мм. Чаще всего применяют трубы 76, 89, 108 и 159 мм в диаметре. Врезку входных и выходных патрубков можно выполнять на резьбе, фланцевым соединением или сваркой.
Дополнительно оборудование оснащено штуцером с резьбой, в который подключается воздухоотводчик. Такие стальные регистры рассчитаны на максимальное давление теплоносителя в пределах 10 кгс/см 2 или 1 МПа.
Установленные по бокам трубы заглушки бывают плоские или в форме эллипса. Переходы между трубами стараются делать максимально близко к краям, чтобы увеличить теплоотдачу оборудования.
Змеевиковые
В отличие от секционного, змеевиковый теплообменник представляет собой одну длинную трубу, изогнутую в форме буквы S. В нем используются трубы аналогичного сечения, причем участков их сужения не наблюдается.
Благодаря особой форме конструкции увеличивается теплоотдача регистров отопления данного типа и снижается гидравлическое сопротивление теплоносителя.
В большинстве случаев регистры отопления изготавливаются из труб с гладкими стенками из высокоуглеродистой стали. Однако можно встретить и приборы из нержавеющей или низколегированной стали, а также чугунные.
Благодаря использованию регистров отопления, даже если они имеют компактный размер, можно добиться высокой эффективности обогрева. В связи с этим данные приборы активно применяются в промышленных и складских помещениях больших размеров.
Стоит отметить, что применение регистров особенно актуально в помещениях, к которым предъявляются повышенные требования санитарной и пожарной безопасности.
Расчет регистров отопления - как рассчитать правильно
Принимая решение об установке данного вида теплообменников в своей квартире, стоит определиться, как рассчитать регистры отопления.
Для этих целей используют следующую формулу:
Q = πd н Lk(t г - t o)×(1 - η из), в которой:
π = 3,14 – постоянная величина;
d н – внешнее сечение трубы, м;
L – длина отрезка, м;
t о – температура воздуха в здании, в котором будет монтироваться регистр;
t r – температура воды, циркулирующей в трубопроводе;
k – коэффициент теплопередачи, значение которого равно 11,63 Вт/м 2 ℃;
η из – коэффициент теплопередачи изоляции. Если прибор изолирован, значение η из =0,6-0,8. В приборах без изоляции такой коэффициент равен нулю.
Произведем расчет регистров отопления для трубы сечением 159 мм и длиной 5 м. Температура воды в контуре составляет 80 ℃, а температура воздуха в комнате – 23 ℃.
Q=3,14×0,159×5×11,63×(80-23)×(1-0)=1654,8 Вт.
Результат расчета регистров из гладких труб для отопления показал мощность теплообменника, в котором использована одна горизонтальная труба. Если он состоит из нескольких рядов, для каждого последующего уровня применяется понижающий коэффициент 0,9.
Чтобы не вникать в подробности, как рассчитать количество регистров отопления, можно воспользоваться онлайн калькуляторами, однако их результаты довольно часто остаются далекими от истины. В связи с этим желательно все-таки разобраться с формулой и выполнить расчет регистров отопления из труб, чтобы проверить, насколько правильный результат выдает калькулятор.
Во время установки отопительных регистров следует придерживаться требований ГОСТа. Поскольку соединение должно быть прочным и надежным, чтобы выдержать массу прибора находящимся внутри теплоносителем, потребуется сварочный аппарат.
Характеристики устройств
Отопительные регистры имеют несколько качеств, отличающих их от иных отопительных приборов:
- Благодаря эффективному теплообмену с окружающим пространством небольшие по размеру приборы способны отапливать крупногабаритные помещения.
- Изготовление теплообменника достаточно простое – необходим лишь сварочный аппарат и угловая шлифмашина с отрезным диском.
- Можно использовать любые доступные материалы – трубы из чугуна, нержавейки или стали.
- Приборы способны выдерживать высокое давление (10 кгс/м 2) и могут работать на любых теплоносителях – воде, масле, других жидкостях, пару.
- Собрать прибор можно как уже по готовым чертежам, так и по самостоятельно составленным. Допускаются различные варианты конфигурации, заглушек, доборных элементов и отделочных материалов.
- Конечная стоимость теплообменника из гладких труб получится ниже, чем у прочих приборов с аналогичным уровнем эффективности.
Стоит отметить, что чем больше совокупная площадь поверхности прибора, тем выше его теплоотдача. В свою очередь, площадь зависит от сечения трубы и длины секции.
Обратите внимание, что эффективность оборудования будет зависеть от количества уровней и отступа между ними, конфигурации прибора (S-образной или секционной), типа используемого материала, а также наличия изоляции и свойств теплоносителя.
В большинстве случаев регистры отопления обладают такими характеристиками:
- Для теплообменника использованы электросварные трубы из углеродистой стали.
- Соединение труб выполнено одним из способов – фланцевое, на внешней резьбе, и сварное.
- Максимальное значение давления – 10 кгс/м 2 .
- Сечение труб в секциях – 32-219 мм.
- Минимальный отступ между уровнями – от 50 мм.
- Сечение соединительных перемычек – от 32мм.
Отопительные регистры с нагревательным элементом
В тех случаях, когда в помещении невозможно проложить отопительные трубы, устанавливают особый вид регистров – с ТЭНом. Его мощность колеблется в пределах 1,6-6 кВт, а требуемое рабочее напряжение 220 В при частоте переменного тока 50 Гц.
Иногда в комплект с прибором входит циркуляционный насос, который обеспечивает эффективную теплоотдачу отопительного регистра благодаря усиленной циркуляции теплоносителя.
Если оборудование работает автономно, его заполняют антифризом. В таком режиме ТЭН способен поддерживать температуру поверхности в пределах 80 ℃.
В тех случаях, когда приборы встроены в общую отопительную систему, ТЭН включается в момент падения температуры теплоносителя, или же отключается, если необходимости в нем нет.
Достоинства оборудования
Основными достоинствами данной разновидности теплообменника можно считать:
- удобство в эксплуатации;
- легкость обслуживания (чистки);
- наличие большой теплоотдающей площади при малых габаритах;
- высокая пожаробезопасность;
- экономный расход электроэнергии при наличии ТЭНа;
- возможность использования в качестве полотенцесушителя;
- широкая область применения – можно устанавливать на складах, в производственных цехах, торговых павильонах и офисных зданиях, а также в больницах и поликлиниках.
Выводы
Если вы решили оборудовать свой дом данным типом отопительных приборов, советуем тщательно разобраться в особенностях его работы, а также изучить тонкости создания и установки регистров. Дополнительная справочная литература очень вам в этом поможет.
Системы отопления могут иметь в своем составе так называемые регистры – приборы, конструкция которых предполагает наличие гладких горизонтальных труб, параллельных друг другу. Они не снискали популярность у хозяев частных домов, что имеет под собой вполне объективные причины. Построенные с помощью данного вида регистров системы отопления потребляют значительные объемы теплоносителя, что заставляет тратить больше энергии на нагрев по сравнению со стандартными радиаторами.
Большей своей частью регистры находят применение на различных производствах. Серьезные размеры и ощутимый расход теплоносителя – все это подходит для отопления цехов, складов и других помещений, имеющих большую площадь.
Отопительные регистры – оптимальный КПД при условии их эксплуатации в промышленных зданиях. Обычные радиаторы проигрывают на фоне таких приборов отопления, так как у них лучшая теплоотдача и гидравлика. При этом себестоимость их изготовления относительно низкая и они дешевы в эксплуатации, что позволяет организовывать выгодные с точки зрения экономии системы отопления.
Регистры этого вида рекомендуется устанавливать в помещениях, в отношении которых действуют жесткие нормы санитарной безопасности, например, к ним относят детские сады. Такие приборы просты в плане поддержания чистоты, так как они без значительных усилий очищаются от различного вида загрязнений.
В то же время отопительные регистры нельзя признать экономичными. Это обусловливается потреблением существенных объемов теплоносителя для поддержания их функциональности, что заставляет тратить много энергии.
Применение на основе стальных труб возможно в отопительных системах, характеризуемых как однотрубные или двухтрубные, вне зависимости от вида циркуляции теплоносителя: принудительная или самотечная.
Технические характеристики
- Величина рабочего давления – 10 атмосфер.
- Теплоотдача – от 500 до 600 Вт/метр.
- Возможность использование теплоносителя в виде воды или пара.
- Соединение посредством сварки или при помощи резьбы.
Разновидности регистров отопления
Существует 3 вида рассматриваемых регистров:
- Секционные в виде буквы «П».
- Змеевиковые, форма которых S-образная.
- Смешанные.
На изготовление идут трубы из стали или нержавейки, диаметр которых составляет от 25 до 200 мм. Помещения на производстве, имеющие административное или хозяйственное назначение, отапливаются за счет применения труб диаметром от 25 до 100 мм. Что касается регистров большего диаметра, достигающего 200 мм, то они устанавливаются в цехах на производстве и на спортивных объектах, отличающихся масштабностью, например, это могут быть бассейны.
Применительно к частным домовладениям их установка существенно снижает эффективность отопления.
При сборке регистров может быть использовано практически любое количество секций, что обусловливается лишь площадью помещения и требуемой величиной теплоотдачи.
При соединении секционных регистров используют перемычки, имеющие меньший диаметр по сравнению с трубами, которые являются частью рассматриваемого вида приборов. Для расчета оптимального расстояния между трубами отопления используют формулу D+50 мм, где под D следует понимать диаметр трубы. Соблюдение рассчитываемого таким образом расстояния позволяет минимизировать инфракрасное облучение труб по отношению друг к другу, что обеспечивает увеличение теплоотдачи.
Соединение змеевиковых возможно за счет отводов, диаметр которых идентичен диаметру труб. Они устанавливаются с торцов подсоединяемого прибора. Из-за этого способа подсоединения возрастает стоимость подключения регистров, но не значительно. В данном случае рост затрат компенсируется увеличением эффективности работы, что обеспечивает большая площадь рабочей поверхности. Также змеевиковый регистр отличается таким положительным моментом, как меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с тем, которое присутствует у секционного варианта подобного прибора отопления. Это позволяет использовать циркуляционные насосы, отличающиеся меньшей мощностью и более низкой ценой.
Устанавливаемые на трубах торцевые заглушки отличаются вариативностью формы: плоские, круглые и эллиптические. Заглушки, имеющие эллиптическую форму, применяют в системах, где теплоноситель подается под высоким давлением. Также их используют для придания определенной привлекательности приборам отопления. Если существует потребность, то возможно оснащение верхнего сегмента регистра фитингом, предназначенным для установки клапана дегазации.
Вариативность исполнения регистров отопления на этом не заканчивается, например, существуют приборы данного типа, которые дополняются ТЭНом. В результате получается устройство, не требующее подключения к системе отопления, так как подогрев теплоносителя происходит за счет встроенного электроприбора в виде ТЭНа.
В процессе проектирования таких устройств определенным способом рассчитывается мощность ТЭНов, которая зависит от того, насколько велика площадь поверхности прибора. Если регистр будет перегреваться, то это приведет к излишней активности процесса расширения и теплоноситель вытечет через аварийный клапан. В противном случае, то есть при недостатке мощности, эффективность ТЭНа сведется к минимуму.
Автономный регистр должен оснащаться фитингом, устанавливаемым в верхнем сегменте этого прибора отопления. Он используется для заливки теплоносителя перед запуском в работу и для установки аварийного клапана, который может быть дополнен расширительным бачком, что связано с необходимостью компенсировать расширение теплоносителя.
Как рассчитать нужное количество секций регистра
Поперечное сечение труб регистра – это параметр, влияющий на эффективность обогрева того или иного помещения. Чем больше, тем выше результат обогрева. Преимущественно применяют змеевиковые и секционные регистры, состоящие из 2–4 секций. Это оптимальный размер, а само изделие имеет небольшой вес, что важно в плане монтажа.
Секции должны отстоять друг от друга на расстоянии 50 мм плюс диаметр трубы. Соблюдение такого правила исключает факт взаимного нагрева секций, увеличивая тем самым теплоотдачу.
Для расчета необходимого количества секций регистров достаточно обратиться к СНиП, где описаны соответствия 1 метра трубы того или иного диаметра обогреву конкретной площади:
- 25 мм – 0,15 м 2 ;
- 75 мм – 0,37 м 2 ;
- 160 мм – 0,77 м 2 .
Приведенные соотношения верны лишь для секции на входе в регистр. В связи с остыванием теплоносителя по мере продвижения по прибору расчет последующих секций предполагает увеличение значения площади на 0,9.
Для облегчения понимания необходимого количества секций можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которых в интернете много. Но следует иметь в виду, что не все отличаются корректностью работы, поэтому сначала необходимо их протестировать по формуле, приведенной выше.
Q=P*D*L*K*Δt , где
Q
– удельная тепловая мощность, Вт,
P
– число π = 3,14,
D
– диаметр трубы, м,
L
– длина одной секции, м,
К
– коэффициент теплопроводности металла 11,63 Вт/м²*С,
Δt
– разница температур между теплоносителем и воздухом в помещении.
Это выражение в приведенном виде также верно только для первой секции регистра или первого витка змеевика. Для последующих участков его надо умножать на коэффициент 0,9.
Перед тем, как приступить к изготовлению регистров, стоит озаботиться приобретением соответствующих материалов. Вам понадобятся трубы того или иного диаметра и какой-то длины. Здесь не приводятся точные цифры, так как прибор рассматриваемого вида можно собрать из любых труб без акцентирования внимания на их диаметре и толщине. Более важно – обеспечить оптимальный теплообмен, что подразумевает проведение вычислений относительно требуемой площади поверхности регистра.
Для этого потребуется определить наружную площадь всей системы. Затем полученное значение умножается на 330 Вт. Использование этого метода основано на утверждении, что 1 м 2 отдает 330 Вт теплоты, если температура носителя составляет 60 °C, а воздуха внутри обогреваемого помещения – 18 °C.
Совет! Можно не заниматься ручными вычислениями, а воспользоваться простой программой в EXCEL и потом правильно сварить регистр по точным параметрам. В один клик скачать программу можно по ссылке: http://al-vo.ru/wp-content/uploads/2014/02/teplootdacha-registra-otopleniya.xls.
Для людей, владеющих сварочным делом, собрать конструкцию не составит труда. Надо будет заготовить трубы и нарезать их на секции, а также позаботиться о заглушках, для изготовления которых потребуется стальной лист. Сборка регистра не предполагает наличие жестко заданного порядка действий. По окончании сварочных работ необходимо убедиться в герметичности созданной конструкции. В остальном можно дать следующие советы:
- следует подбирать трубы с оптимальной толщиной стенки, так как слишком тонкие достаточно быстро остывают, а толстые – долго прогреваются;
- верхнюю секцию надо дополнять краном Маевского, с помощью которого обеспечивается спуск воздуха;
- сборка регистра в виде змеевика предполагает использование трубогиба, если такой возможности нет, поворотные участки могут собираться из готовых колен;
- вход теплоносителя необходимо оснащать краном, а выход – вентилем;
- монтаж регистра должен производиться с небольшим уклоном в ту сторону, где находится подающий патрубок, что обеспечивает занимание краном Маевского наиболее высокой позиции.
Как улучшить теплоотдачу регистров
Эффективность регистров зависит от площади теплоотдающей поверхности, которая относительно мала у этих приборов. В связи с чем для улучшения теплоотдачи желательно увеличить упомянутую площадь, что можно достичь за счет приваривания металлических пластин. Такие элементы устанавливают вертикально, обеспечивая своеобразную ребристость труб.
Также доступно создание чего-то подобного конвекторному отоплению. Такое возможно, если наварить не металлические пластины, а профильные трубы, которые монтируются на переднюю часть прибора в вертикальном положении. В результате холодный воздух будет заходить снизу в эти трубы, нагреваться и выходить через их верхнюю часть.
Стоимость регистров из труб
Указать точную цену регистров из гладких труб практически невозможно, так как на ее формирование влияет много факторов. Например, здесь надо упомянуть индивидуальность исполнения, требуемые габариты, условия поставки и т. д.
Вывод
Гладкотрубные регистры до сих пор находят свое применение, которое в большей мере оправданно в условиях производства. Что касается частных домов, то не стоит использовать для их обогрева системы, собранные с помощью регистров данного вида. Это приведет к значительному росту объема нагреваемой воды, что увеличит расход энергоносителей, а это не выгодно.