Для подачи тепла в жилых и общественных помещениях устанавливают регистры отопления из гладких труб. Это приборы, которые предназначены для повышения степени эффективности обмена тепла между внешней средой и теплоносителем.
Регистры состоят из нескольких гладкостенных стальных труб, соединенных специальными патрубками меньшего диаметра. По своей форме они напоминают зигзаг или «заборчик». В связи с этим различают секционные, змеевиковые, регистры из гладких труб с колонками, регистры с ТЭНами.
Особенности теплообменников
Секционные регистры
Такие приборы состоят из одной или сразу нескольких труб, которые закрыты заглушками. Через патрубок горячая вода поступает в верхнюю трубу, после чего перетекает в следующую, расположенную на уровень ниже. По такому принципу вода распределяется по всем частям прибора.
Переход из одной секции в другую делается как можно ближе к краю, чтобы обеспечить достаточное поступление рабочей среды и высокую отдачу тепла.
Изготавливают такой теплообменник из стальных труб с диаметром от 25 до 400 мм. Широко используют регистры из гладких труб с диаметром 76 мм, 89 мм, 108 мм, 159 мм. Патрубки для входа и выхода делают резьбовыми, фланцевыми или же приваренными. Заглушки – плоскими или эллиптическими. В комплект к такому прибору входит штуцер с резьбой, к которому присоединяется воздухоотводчик. Теплообменник может выдержать рабочее давление в 10 кгс/см 2 или в 1Мпа.
Змеевиковые теплообменники
Такой тип теплообменника изготавливается из одной цельной трубы. Гладкотрубные регистры s-образной формы эффективны по своей теплоотдаче, поскольку тепло отдает вся поверхность трубы.
Змеевиковая форма обогревателя
Еще одно преимущество – подобная конфигурация не предусматривает наличия участков сужения труб. Эта особенность предотвращает повышение гидравлического сопротивления.
Традиционно регистры для отопления изготавливаются из гладкостенной стали, чаще углеродистой, хотя встречаются и самодельные чугунные модели, трубы из нержавейки или низколегированной стали.
Трубы для регистровых теплообменников
Компактность и высокая эффективность регистров позволяет широко использовать их в строительстве жилых, офисных помещений и тех объектов, которые характеризуются повышенными санитарными и пожарными нормами.
Регистры с нагревателем
Приборы с ТЭНом устанавливают в тех помещениях, где есть проблемы с прокладкой коммуникационных магистралей.
Мощность нагревательного элемента колеблется в пределах от 1.6 до 6 кВт при напряжении в 220 В. В рабочем состоянии ТЭН поддерживает температуру поверхности регистра в пределах 80˚С.
Для повышения эффективности теплообменных процессов прибор комплектуют циркуляционным насосом.
Работая как элемент центральной отопительной системы, нагреватель реагирует на понижение и повышение температуры. В соответствии с этим он либо компенсирует потери тепла, либо наоборот отключается.
У таких теплообменников много преимуществ:
- пожаробезопасность;
- легкодоступность во время чистки;
- большая площадь теплоотдачи;
- экономность;
- многофункциональность.
Изготовление отопительных регистров
Предварительные расчеты
Чтобы сделать теплообменник своими руками, нужно выполнить расчет регистра из гладких труб.
- Формула
За основу расчетов берут следующую формулу:
Q = Пи х dн х l х k х (tг - to)х(1 - ηиз),
в которой
число Пи – 3,14;
dн – наружный диаметр трубопровода (в метрах);
I – длина секции (в метрах);
k – коэффициент (равен11.63 Вт/м²*°С);
to – температура в помещении, предназначенном для установки прибора;
tr – температура рабочей среды в трубопроводе;
ηиз – коэффициент сохранения тепла изоляцией (если прибор не изолирован, данный коэффициент приравнивается нулю, если изоляция существует, ηиз = 0,6÷0,8).
Полученный результат покажет тепловую мощность для регистров из гладких труб, которая применяется к одной горизонтальной трубе. Если в приборе несколько рядов, на каждый дополнительный ряд используют понижающий коэффициент 0.9.
Если у вас возникают трудности с тем, как рассчитать регистр из гладких труб, найдите онлайн-калькуляторы. Как показала практика, такой способ решения проблемы не всегда точен, поэтому рекомендуют полученный результат перепроверять формулой и только после этого приступать к изготовлению прибора.
- Стандарты
Монтаж регистров осуществляется по стандартам ГОСТ. Для фиксации понадобится сварочный аппарат, поскольку крепление должно выдержать вес рабочей среды и вес самого теплообменника.
Характеристики
Принцип работы регистров из гладких труб
Регистры из гладких труб имеют следующие технические характеристики:
- не требуют применения высокопрофессионального оборудования (используют угловую шлифмашину, электросварку);
- отапливают большие помещения, имея при этом всего лишь регистр из 2-х или 4-х гладких труб;
- изготавливаются из доступного материала (нержавейка, сталь, чугун);
- доступны для различных рабочих сред (работают не только на воде, но и на пару, масле и других жидкостях);
- многовариантны по своей форме, использованию фурнитур, материалов покрытия, заглушек;
- в изготовлении возможно использование чертежей повторного применения;
- доступны по своей ценовой политике.
Регистр из гладких труб в жилом помещении
В качестве отопительных приборов могут использоваться не только радиаторы, но и регистры отопления заводского и самостоятельного изготовления. Ранее такие приборы обогрева устанавливались чаще всего в гаражах, складских помещениях, промышленных цехах и других объектах коммерческого назначения. С целью удешевления монтажа автономных систем отопления подобные изделия стали использовать и в жилых малоэтажных домах. Сразу же стоит заметить, что обогрев помещений с помощью регистров отопления менее эффективен в сравнении с батареями. Последние выигрывают за счет большей площади теплоотдачи, образуемой дополнительными пластинами, отсутствующими в регистрах базовой конструкции. При желании владелец объекта может устранить данный недостаток, приварив к круглым трубам вертикально ориентированные металлические пластины. Иначе эту проблему еще решают путем увеличения количества свариваемых труб меньшего диаметра. К такому видоизменению конструкции регистров отопления прибегают не только с целью увеличения теплоотдачи прибора, но и для воплощения дизайнерских идей.
Для изготовления регистров отопления подготавливают гладкостенные трубы одного диаметра и одинаковой длины. Величина диаметра может составлять от 32 до 80 мм. Более широкие трубные изделия использовать не стоит, потому что бытовые котлы не смогут обеспечить отопительный прибор теплоносителем в достаточном количестве. Регистры не смогут хорошо прогреться, а значит, не обеспечат теплом помещение, в котором они установлены.
С помощью газовой сварки или электросварки данные заготовки, расположенные параллельно друг другу, сваривают между собой патрубками меньшего диаметра. По данным поперечным трубкам (патрубкам) протекает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления дома.
Классические конструкции регистров отопления
Вариант #1 - горизонтальный регистр
Чаще всего при изготовлении регистра отопления соединяют две-три параллельные трубы, уложенные в горизонтальном направлении. Расстояние между соседними секциями в регистре должно обязательно быть больше диаметра на 50 мм. Пользуются популярностью и змеевиковые конструкции регистров, подразделяющиеся на несколько видов в зависимости от способа подключения приборов к системе отопления.
Регистры отопления змеевикового типа: L - длина отопительного прибора, D - диаметр трубы, h - расстояние между трубами (больше диаметра на 50 мм)
Длина отопительных приборов выбирается в соответствии габаритам комнаты или помещения, в котором планируется производить монтаж системы отопления. Помимо перечисленных видов конструкций регистров отопления еще бывают:
- однотрубные изделия;
- четырехтрубные приборы;
- пятитрубные модели и т.д.
Количество труб, используемых в одном регистре отопления, зависит от площади обогреваемого помещения, качества теплоизоляции объекта, наличия иных источников тепла в помещении и др. Перебирая возможные диаметры труб, высчитывают оптимальные размеры изделий, при которых в отапливаемом помещении будет поддерживаться оптимальный температурный режим.
Горизонтальные регистры отопления из гладких труб используют при нижней разводке трубопровода. При этом изделия аккуратно располагают по периметру помещения ближе к поверхности пола. В жилом доме трубы идут под окнами. В производственных помещениях расположение отопительных приборов зависит от высоты потолков, особенностей планировки объекта и размещения промышленного оборудования.
Регистры отопления успешно обогревают социальные объекты. Уход за такими отопительными приборами намного проще, чем за чугунными батареями
Вариант #2 - вертикальные регистры
При проведении перепланировки квартир и расширении их жилой площади за счет балконов и лоджий приходится демонтировать батареи, установленные застройщиком при сдаче объекта. При этом демонтированные радиаторы заменяются вертикальными регистрами отопления, сваренными из большого количества круглых труб небольшого диаметра. Данные отопительные приборы размещают в простенке, расположенном рядом с оконным проемом.
При необходимости вертикальные регистры отопления закрывают декоративными решетками, которые превращают обязательный элемент системы отопления в предмет декора интерьера. Замаскировать место нахождения «связки» параллельных труб можно с помощью зеркал, цветного стекла, мозаики, кованой решетки, а также путем размещения полок, вешалок, шкафчиков и других полезных предметов не громоздкой мебели.
Обеспечить движение теплоносителя в вертикальном регистре, установленном в автономной системе отопления частного дома, можно с помощью циркуляционного насоса. Горизонтальные регистры используются и при естественной циркуляции теплоносителя, если их монтаж ведется с небольшим уклоном (достаточно 0,05%).
Сколько регистров потребуется для обогрева дома?
Трубы, подводящие теплоноситель к отопительным приборам, в какой-то степени также можно считать регистрами. Да и полотенцесушитель, устанавливаемый в каждой ванной комнате, тоже своего рода регистр отопления. При расчете точного количества регистров отопления, необходимых для комфортного обогрева помещения, учитывается ряд факторов, влияющих на объем теплопотерь:
- толщина несущих стен и материал их изготовления;
- площадь остекления;
- количество дверей;
- теплоизоляция пола и потолка;
- ориентация дома по сторонам света и др.
При упрощенном расчете учитывается теплоотдача одного метра трубы. Например, уже подсчитано, что одним погонным метром 60-миллиметровой в диаметре трубы обогревается один квадратный метр жилой площади помещения (при условии, что высота потолков составляет не более 3 м).
Если приобретать готовые регистры отопления вместо радиаторов, то добиться существенной экономии средств не удастся. Сократить финансовые затраты удается лишь в случае самостоятельного изготовления отопительных приборов регистрового типа из материалов, приобретенных оптом со скидками на рынке. Сварочные работы должны выполняться также своими руками. В противном случае стоимость услуг профессионального сварщика перекроет всю выгоду от оптовой покупки труб и соединительных элементов.
Способы монтажа: сварка или резьба?
Самой большой проблемой при проведении монтажных работ по сборке и установке регистров отопления являются сварочные работы. Отопительные приборы собирают из отдельных деталей вне помещения, а потом уже из подготовленных заготовок производят монтаж системы отопления с помощью газосварки. Сварные швы можно заменить резьбовыми соединениями, которые по прочности и долговечности уступают им, но при соблюдении технологии проведения работ и использовании современных материалов могут обеспечить продолжительную эксплуатацию отопительного оборудования.
Регистр отопления в гараже или на складе является самостоятельным прибором, позволяющим обогреть помещение технического назначения с помощью электричества
Самодельные регистры из круглых труб
На рынке можно приобрести самодельные регистры отопления, реализуемые профессиональными сварщиками. Если готовые изделия вам не подходят по размерам, то мастера сварного дела изготовят отопительные приборы по индивидуальному заказу. Качество самодельных изделий не подвергается сомнению, поэтому их без страха и риска встраивают в автономные системы отопления.
Пользуются популярностью у потребителей и «самовары» с ТЭНами. Так называют регистры отопления, которые самостоятельно обогревают отдельные помещения за счет электричества. Вместо воды в трубы заливают масло, антифриз или же любую иную незамерзающую жидкость. Нагрев теплоносителя осуществляет обычный ТЭН, работающий от сети с напряжением тока в 220 В. «Самовары» по своей конструкции напоминают масляные радиаторы, выпускаемые в заводских условиях. «Самовары» используют в пристройках, где невозможно или нецелесообразно сооружать систему водяного отопления. Отопительные приборы функционируют в автономном режиме, при этом их работоспособность зависит только от наличия электроэнергии.
Самовар - это один из видов регистров отопления, которые не подсоединяются к системе отопления дома, а обогревают одно из помещений за счет электричества
Самодельный регистр из профильной трубы
Для изготовления регистра отопления из профильной трубы своими руками выбирают изделие прямоугольного сечения (60 на 80 мм), толщина стенок у которого равна 3 мм. Самодельную батарею отопления (регистр) собирают в несколько этапов:
- сначала нарезают трубу на несколько частей определенной длины;
- затем на заготовках делают разметку под отверстия, в которые будут ввариваться перемычки;
- изготавливают четыре перемычки из дюймовой круглой трубы (25 мм);
- нарезают заглушки из 3-миллиметрового листа металла, размер которых определяется по прямоугольному сечению профиля;
- вырезают отверстия под перемычки в местах нанесенной разметки, при этом в верхней и нижней трубе регистра должно быть по два отверстия с одной стороны, а в средней трубе – четыре отверстия (по два с обеих сторон детали);
- на деревянных подставках (брусе) раскладывают три трубы, параллельно друг другу;
- в отверстия в трубах вставляют перемычки, выравнивают детали по уровню и прихватывают электросваркой в трех местах каждую трубу-перемычку;
- после изделие с горизонтального положения переворачивают в вертикальное положение;
- приступают к провариванию всех прихваченных перемычек в два шва, регулируя силу тока сварки, чтобы не допустить образования мест возможных протечек;
- после профильные трубы очищают от шлака и металлического мусора, попавшего внутрь полости изделия;
- к концам профильных труб прикладывают заготовленные ранее заглушки, прихватывают их по диагонали, а затем хорошенько проваривают по всему периметру прямоугольного сечения профиля;
- болгаркой слегка шлифуют варочные швы по всему регистру отопления;
- в верхней трубе самодельного регистра вырезается отверстие под кран Маевского;
- подключение регистра к системе отопления может быть выполнено снизу, сбоку, сверху или путем сочетания перечисленных вариантов (снизу и сверху, по диагонали и др.):
- выходящее отверстие закрывается заглушкой, регистр заполняется водой, после чего мастер просматривает все сварные стыки, исключая вероятность протечки сквозь микротрещины;
- приваривают напольные опоры из стальных уголков или кронштейны, которые позволяют закрепить прибор на стене.
Такой регистр обладает высокой теплоотдачей за счет большого количества теплоносителя, протекающего по профильным трубам. Перемычки следует располагать как можно ближе к торцевым краям горизонтальных деталей. Подача теплоносителя осуществляется через входящий патрубок, расположенный в верхней трубе. После прохождения всех элементов прибора теплоноситель вытекает через выходящий патрубок, расположенный на нижней трубе.
Регистр отопления из четырех параллельных труб, соединенных боковыми трубами-стояками, обогревают жилое помещение
Как видите, изготовить регистр отопления своими руками совсем несложно при наличии сварочного аппарата и опыта работы с ним. Самодельные отопительные приборы можно сварить в точном соответствии габаритам обогреваемого помещения. На покупку готового регистра отопления придется приготовить в три раза больше средств, чем на приобретение всех необходимых материалов для самостоятельной сварки изделия. Чтобы обеспечить длительную работу прибора, приобретают трубы из углеродистой стали, нержавеющей низколегированной стали или чугуна.
ООО «ПК Энергоконтроль» изготавливает регистры отопления любых форм и размеров. Срок изготовления от 2-х дней! Используем только новую трубу! Змеевиковые и секционные регистры отопления из стальных электросварных и бесшовных труб. Возможно изготовление регистров отопления как по типовым чертежам, так и по индивидуальным эскизам заказчика. Осуществляется доставка и монтаж регистров на объекте. Стоимость рассчитывается индивидуально.
Регистры отопления из гладких труб - это нескольких соединенных вместе стальных труб достаточно большого диаметра, протянутые вдоль стен обогреваемого помещения. Причем они могут быть равны по длине размеру комнаты. Здесь можно играть диаметром трубы и таким образом точно подобрать конструкцию, которая обеспечит оптимальный температурный режим. Труба может быть не одна. Если количество труб составляет от 2 до 5, то они соединяются параллельно в батареи с помощью сварки.
Приборы сваривают из труб Ду 32 - 100 мм, расположенных друг от друга на расстоянии, на 50 мм превышающем диаметр труб, из которых изготовлен регистр, что уменьшает взаимное облучение и соответственно увеличивает теплоотдачу в помещение. Такая конструкция очень надежна: при качественно проведенных сварочных работах может без ремонта прослужить до 30 лет, способна обогреть помещения большой площади.
Регистры отопления из гладких труб обладают одним из самых высоких коэффициентов теплопередачи, их пылесобирающая поверхность невелика и они легко очищаются.
Регистры отопления могут быть идеальным средством отопления не только в производственных и технических помещениях (гараж, хозяйственная постройка), но и в квартирах, и в частных домах с автономной системой отопления. Отопительные регистры широко применяются для обогрева небольших квартир или отдельных помещений в автономной системе отопления.
Кстати, регистр — это не обязательно связка из параллельных труб. Может быть и одна труба. Важно лишь правильно подобрать ее диаметр, соответствующий необходимой теплоотдаче.
Наши преимущества:
- Используем только новую трубу!
- Сроки изготовления: от 2-х дней
- Низкая цена за счет собственного производства
- Изготовление как по типовым чертежам, так и по индивидуальным эскизам заказчика
- Доставка по СПб и ЛО, Москве и Московсокй области, всей России
- Монтаж регистров на объекте
Характеристики регистров отопления
- Материал: стальная труба
- Присоединение: фланцевое, внешняя резьба или под приварку
- Рабочая среда; вода, пар
- Давление; 10 кгс/см 2 , 1 МПа
- Теплоотдача 1 м: до 550 Вт
- Диаметр труб: от 32 до 219 мм
- Расстояние между трубами: 50 мм (рекомендуемое)
Виды регистров отопления
Несмотря на кажущееся разнообразие, все модели можно разделить на два основных вида: секционные и S-образные (змеевиковые).
Секционные приборы состоят из одной или нескольких труб, закрытых заглушками. В верхнюю трубу втекает вода через патрубок, затем в другом конце она перетекает в следующую трубу и т.д.
Изготовлен такой теплообменник из гладкой стальной трубы диаметром от 25 до 400 мм. Наиболее популярны диаметры 76, 89, 108 и 159 мм. Входной и выходной патрубки могут быть в резьбовом или фланцевом исполнении, также возможно изготовление под приварку.c Кроме того, прибор имеет штуцер с резьбой, к которому присоединяют воздухоотводчик. Максимальное рабочее давление теплоносителя, допустимое в таких аппаратах, составляет 10 кгс/см² или 1 МПа.
Заглушки могут быть плоскими или эллиптическими. Переход из одной секции в следующую делают как можно ближе к краю, так как от этого зависит количество передаваемого среде тепла.
В змеевике трубы соединены дугами, диаметр которых равен секционному, то есть мы имеем одну сплошную трубу. При такой форме эффективная площадь теплообмена возрастает, так как работает вся поверхность трубы.
Также стоит отметить, что при S-образной конфигурации отсутствуют участки сужения труб, а это значительно снижает гидравлическое сопротивление теплоносителя в приборе.
Расчет регистров
Устанавливая в доме автономную систему отопления с использованием регистров нужно сделать точный расчет количества приборов и предпочтительного диаметра используемых труб.
Выбирая регистр отопления, необходимо обратить внимание на диаметр труб, которые использованы в его конструкции. Идеальный вариант — 32 миллиметра. При этом специалисты не рекомендуют изготавливать приборы из труб диаметром более 80 миллиметров. Причина в том, что котлы не смогут дать необходимое количество теплоносителя, который бы хорошо прогрел их. Но для каждого здания требуется точно провести расчет числа труб и их диаметра в регистре.
При расчете точного количества регистров отопления, необходимых для комфортного обогрева помещения, придется учесть некоторые факторы, влияющие на объем теплопотерь, а именно:
- толщину несущих стен, материал их изготовления
- количество окон (площадь остекления) и дверей
- теплоизоляция пола и потолка
- ориентация дома по сторонам света и т.д.
При упрощенном расчете учитывается только показатель теплоотдачи одного метра трубы. Известно, 1 погонный метр трубы диаметром 60 мм может спокойно обогреть 1 м 2 помещения, если высота потолков не превышает 3-х метров. Таким образом, для помещения с высотой потолка не больше 3 м и площадью в 20 м 2 понадобится 20 м стальной трубы диаметром в 60 мм.
Отметим тот факт, что монтаж системы отопления и с регистрами, и с радиаторами по стоимости ничем не отличается. Разница в цене будет зависеть лишь от стоимости труб, количества стыков, размеров приборов и стоимости сварочных работ. Регисторное отопление лучше всего применять при нижней разводке труб как в одноэтажных, так и в многоэтажных домах.
Расчет количества регистров для отопления помещения
При известной площади помещения, диаметре и длине труб можно рассчитать количество регистров для обеспечения комфортной температуры. При высоте помещения 3 м каждый погонный метр трубы способен обогреть площадь:
| Внешний диаметр трубы (мм) | Площадь обогрева (м²) |
|---|---|
| 25 | 0,5 |
| 32 | 0,56 |
| 40 | 0,69 |
| 57 | 0,94 |
| 76 | 1,19 |
| 89 | 1,37 |
| 110 | 1,66 |
| 133 | 2 |
| 159 | 2,43 |
Чтобы согреть 1 м² площади комнаты, нужно:
- 2 м трубы, имеющей диаметр 1/2 дюйма;
- 1,5 м трубы, имеющей диаметр ¾ дюйма;
- 1 м трубы, имеющей диаметр 1 дюйм.
Эти данные помогут в решении вопроса о том, какие трубы лучше выбрать в той или иной ситуации для изготовления регистров.
Преимущества регистров
- За счет интенсивного теплообмена с окружающей средой могут отапливать помещение значительного объема при достаточно скромных и компактных размерах самого прибора;
- Не требует высокотехнологичного производства, достаточно наличия электросварки и угловой шлифмашины с отрезным диском;
- Изготавливается из достаточно дешевого материала — стали, чугуна или нержавейки;
- Выдерживает значительное давление (10 кгс/м²) и способен работать не только на воде, масле и других жидкостях, но и на пару;
- Возможно изготовление по чертежам заказчика, самостоятельное изготовление и использование различных конфигураций, заглушек, материалов покрытия и фурнитуры;
- Цена прибора с учетом эффективной теплоотдачи значительно ниже, чем у других теплообменников.
Если вы используете регистр — отопление будет эффективным при достаточно компактных размерах теплообменника. Именно поэтому этот вид отопительных приборов используют в больших помещениях и производственных цехах.
Кроме того, предпочтительно использовать именно регистры для отопления помещений с повышенными пожарными и санитарными нормами.
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!
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.
