Расчет мощности регистра из гладких труб. Регистры отопления – расчет теплоотдачи и изготовление своими руками: пошаговые работы по изготовлению регистра

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.

Диаметр труб D в мм заносим

в ячейку D3: 108,0

Длину регистра (одной трубы) L в м записываем

в ячейку D4: 1,250

Количество труб в регистре N в штуках пишем

в ячейку D5: 4

Температуру воды на «подаче» t п в °C заносим

в ячейку D6: 85

Температуру воды на «обратке» t о в °C пишем

в ячейку D7: 60

Температуру воздуха в помещении t в в °C вводим

в ячейку D8: 18

Вид наружной поверхности труб выбираем из выпадающего списка

в объединенных ячейках C9D9E9: «При теоретическом расчете»

Постоянную Стефана-Больцмана C 0 в Вт/(м 2 *К 4) заносим

в ячейку D10: 0,00000005669

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:

Степень черноты излучающих поверхностей труб ε автоматически определяется 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.)

Среднюю температуру стенок труб t ст в °C вычисляем

в ячейке D14: =(D6+D7)/2 =72,5

t ст =(t п +t о)/2

Температурный напор dt в °C рассчитываем

в ячейке D15: =D14-D8 =54,5

dt=t ст - t в

Коэффициент объемного расширения воздуха β в 1/K определяем

в ячейке D16: =1/(D8+273) =0,003436

β=1/(t в +273)

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

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

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

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)

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)

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

Критерий Нуссельта Nu находим

в ячейке D24: =0,5*(D23*D18)^0,25 =26,0194

Nu=0,5*(Gr*Pr) 0,25

Конвективную составляющую теплового потока Q к в Вт вычисляем

в ячейке D25: =D26*D20*D15 =462

Q к =α к *A*dt

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)

Полную мощность теплового потока регистра отопления Q в Вт и Ккал/час считаем соответственно

в ячейке D27: =(D21+D25)/1000 =0,906

Q=(Q и +Q к)/1000

и в ячейке D28: =D27*0,85985 =0,779

Q’=Q*0,85985

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 посвящены также статьи: «О тепловой энергии простым языком!», «Расчет водяного отопления за 5 минут!». В них просто и понятно на примерах рассказывается об основных понятиях теплотехники.

Замечания.

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:

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!
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).
Коэффициент теплопередачи k не является постоянной величиной для конкретного прибора отопления и значительно меняется при изменении температурного напора dt !

Один из наиболее важных вопросов создания комфортных условий проживания в доме или квартире – это надежная , правильно рассчитанная и смонтированная, хорошо сбалансированная система отопления. Именно поэтому создание такой системы – главнейшая задача при организации строительства собственного дома или при проведении капитального ремонта в квартире многоэтажки.

Несмотря на современное разнообразие систем отопления различных типов, лидером по по пулярности все же остается проверенная схема: контуры труб с циркулирующим по ним теплоносителем, и приборы теплообмена – радиаторы, установленные в помещениях. Казалось бы – все просто , батареи стоят под окнами и обеспечивают т ребуемый нагрев… Однако, необходимо знать, что теплоотдача от радиаторов должна соответствовать и площади помещения, и целому ряду других специфических критериев. Теплотехнические расчеты , основанные на требованиях СНиП – достаточно сложная процедура, выполняемая специалистами. Тем не менее , можно выполнить ее и своими силами, естественно, с допустимым упрощением. В настоящей публикации будет рассказано, как самостоятельно провести расчет батарей отопления на площадь обогреваемого помещения с учетом различных нюансов.

Но, для начала, нужно хотя бы бегло ознакомиться с существующими радиаторами отопления – от их параметров во многом будут зависеть и результаты проводимых расчетов .

Кратко о существующих типах радиаторов отопления

Стальные радиаторы панельной или трубчатой конструкции.
Чугунные батареи.
Алюминиевые радиаторы нескольких модификаций.
Биметаллические радиаторы.

Стальные радиаторы

Этот тип радиаторов не снискал себе особой популярности, несмотря на то, что некоторым моделям придается весьма элегантное дизайнерское оформление. Проблема в том, что недостатки таких приборов теплообмена существенно превышают их достоинства – невысокую цену¸ относительно небольшую массу и простоту монтажа.

Тонкие стальные стенки таких радиаторов недостаточно теплоёмки – быстро нагреваются, но и столь же стремительно остывают. Могут возникнуть проблемы и при гидравлических ударах – сварные соединения листов иногда дают при этом течь . Кроме того, недорогие модели, не имеющие специального покрытия, подвержены коррозии, и срок службы таких батарей невелик – обычно производители дают им довольно небольшую по длительности эксплуатации гарантию.

В подавляющем большинстве случаев стальные радиаторы представляют собой цельную конструкцию, и варьировать теплоотдачу изменением числа секций не позволяют. Они имеют паспортную тепловую мощность, которую сразу же нужно выбирать, исходя из площади и особенностей помещения, где они планируются к установке. Исключение – некоторые трубчатые радиаторы имеют возможность изменения количества секций, но это обычно делается под заказ, при изготовлении, а не в домашних условиях.

Чугунные радиаторы

Представители этого типа батарей наверняка знакомы каждому еще с раннего детства – именно такие гармошки устанавливались ранее буквально повсеместно .

Возможно, такие батареи МС -140— 500 и не отличались особым изяществом, но зато верно служили не одному поколению жильцов. Каждая секция подобного радиатора обеспечивала теплоотдачу в 160 Вт. Радиатор сборный, и количество секций, в принципе, ничем не ограничивалось.

В настоящее время в продаже немало современных чугунных радиаторов. Их уже отличает более элегантный внешний вид, ровные гладкие наружные поверхности, которые облегчают уборку. Выпускаются и эксклюзивные варианты, с интересным рельефным рисунком чугунного литься.

При всем этом, такие модели в полной мере сохраняют основные достоинства чугунных батарей:

Высокая теплоемкость чугуна и массивность батарей способствуют длительному сохранению и высокой отдаче тепла.
Чугунные батареи, при правильной сборке и качественном уплотнении соединений, не боятся гидроударов, перепадов температур.
Толстые чугунные стенки мало восприимчивы к коррозии и к абразивному износу.Может использоваться практически любой теплоноситель, так что такие батареи одинаково хороши и для автономной, и для центральной систем отопления.

Если не принимать в расчёт внешние данные старых чугунных батарей, то из недостатков можно отметить хрупкость металла (недопустимы акцентированные удары), относительную сложность монтажа, связанную в больше мере с массивностью. Кроме того, далеко не любые стеновые перегородки смогут выдержать вес таких радиаторов.

Алюминиевые радиаторы

Алюминиевые радиаторы, появившись сравнительно недавно, очень быстро завоевали популярность. Они относительно недороги, имеют современный, достаточно элегантный внешний вид, обладают отменной теплоотдачей.

Качественные алюминиевые батареи способны выдерживать давление в 15 и более атмосфер, высокую температуру теплоносителя – порядка 100 градусов. При этом тепловая отдача от одной секции у некоторых моделей достигает порой 200 Вт. Но при этом они небольшой массой (вес секции – обычно до 2 кг) и не требуют большого объема теплоносителя (емкость – не более 500 мл).

Алюминиевые радиаторы представлены в продаже как наборными батареями, с возможностью изменения количества секций, так и цельными изделиями, рассчитанными на определенную мощность.

Недостатки алюминиевых радиаторов:

Некоторые типы весьма подвержены кислородной коррозии алюминия, с высоким риском газообразования при этом. Это предъявляет особы требования к качеству теплоносителя, поэтому такие батареи обычно устанавливают в автономных системах отопления.
Некоторые алюминиевые радиаторы неразборной конструкции, секции которых изготавливаются по технологии экструзии, могут при определенных неблагоприятных условиях дать течь на соединениях. При этом провести ремонт – попросту невозможно, и придется менять всю батарею в целом.

Изо всех алюминиевых батарей самые качественные – изготовленные с применением анодного оксидирования металла. Этим изделиям практически не страшна кислородная коррозия.

Внешне все алюминиевые радиаторы примерно похожи, поэтому необходимо очень внимательно читать техническую документацию, делая выбор.

Биметаллические радиаторы отопления

Подобные радиаторы по своей надежности оспаривают первенство с чугунными, а по тепловой отдаче – с алюминиевыми. Причина тому заключается в их особой конструкции.

Каждая из секций состоит из двух, верхнего и нижнего, стальных горизонтальных коллекторов (поз. 1), соединенных таким же стальным вертикальным каналом (поз.2). Соединение в единую батарею производится высококачественными резьбовыми муфтами (поз. 3). Высокая теплоотдача обеспечивается наружной алюминиевой оболочкой.

Стальные внутренние трубы выполнены из металла, которые не подвержен коррозии или имеет защитное полимерное покрытие. Ну а алюминиевый теплообменник ни при каких обстоятельствах не контактирует с теплоносителем, и коррозия ему абсолютно не страшна.

Таким образом, получается сочетание высокой прочности и износоустойчивости с отличными теплотехническими показателями.

Цены на популярные радиаторы отопления

Такие батареи не боятся даже очень больших скачков давления, высоких температур. Они, по сути, универсальны, и подходят для любых систем отопления, правда, наилучшие эксплуатационные характеристики они все же показывают в условиях высокого давления центральной системы – для контуров с естественной циркуляцией они малопригодны.

Пожалуй, единственных их недостаток – высокая цена по сравнению с любыми другими радиаторами.

Для удобства восприятия размещена таблица, в которой приведены сравнительные характеристики радиаторов. Условные обозначения в ней:

ТС – трубчатые стальные;
Чг – чугунные;
Ал – алюминиевые обычные;
АА – алюминиевые анодированные;
БМ – биметаллические.

	Чг	ТС	Ал	АА	БМ
Давление максимальное (атмосфер)
рабочее	6-9	6-12	10-20	15-40	35
опрессовочное	12-15	9	15-30	25-75	57
разрушения	20-25	18-25	30-50	100	75
Ограничение по рН (водородному показателю)	6,5-9	6,5-9	7-8	6,5-9	6,5-9
Подверженность коррозии под воздействием:
кислорода	нет	да	нет	нет	да
блуждающих токов	нет	да	да	нет	да
электролитических пар	нет	слабое	да	нет	слабое
Мощность секции при h=500 мм; Dt=70 ° , Вт	160	85	175-200	216,3	до 200
Гарантия, лет	10	1	3-10	30	3-10

Видео: рекомендации по выбору радиаторов отопления

Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляет

Как рассчитать нужное количество секций радиатора отопления

Понятно, что установленный в помещении радиатор (один или несколько) должен обеспечить прогрев до комфортной температуры и компенсировать неизбежные теплопотери, независимо от погоды на улице.

Базовой величиной для вычислений всегда выступает площадь или объем комнаты. Сами по себе профессиональные расчеты – весьма сложны, и учитывают очень большое число критериев. Но для бытовых нужд можно воспользоваться упрощенными методиками.

Самые простые способы расчета

Принято считать, что для создания нормальных условий в стандартном жилом помещении достаточно 100 Вт на квадратный метр пл ощади. Таким образом, следует всего лишь вычислить площадь комнаты и умножить ее на 100.

Q = S × 100

Q – требуемая теплоотдача от радиаторов отопления.

S – площадь обогреваемого помещения.

Если планируется установка неразборного радиатора, то это значение и станет ориентиром для подбора необходимой модели. В случае, когда будут устанавливаться батареи, допускающие изменение количества секций, следует провести еще один подсчет :

N = Q / Qус

N – рассчитываемое количество секций.

Qус – удельная тепловая мощность одной секции. Эта величина в обязательном порядке указывается в техническом паспорте изделия.

Как видите, расчеты эти чрезвычайно просты, и не требуют каких-либо особых знаний математики – достаточно рулетки чтобы измерить комнату и листка бумаги для вычислений. Кроме того, можно воспользоваться и таблицей, расположенной ниже – там приведены уже рассчитанные значения для комнат различной площади и определённых мощностей обогревательных секций.

Таблица секции

Однако, нужно помнить, что эти значения – для стандартной высоты потолка (2,7 м ) многоэтажки. Если высота комнаты иная, то лучше просчитать количество секций батареи, исходя из объема помещения. Для этого применяется усредненный показатель – 41 В т т епловой мощности на 1 м³ объема в панельном доме, или 34 Вт – в кирпичном.

Q = S × h × 40 (34 )

где h – высота потолка над уровнем пола.

Дальнейший расчет – ничем не отличается от представленного выше.

Подробный расчет с учетом особенностей помещения

А теперь перейдем к более серьезным расчетам . Упрощенная методика вычисления, приведенная выше, может преподнести хозяевам дома или квартиры «сюрприз». Когда установленные радиаторы не будут создавать в жилых помещениях требуемого комфортного микроклимата. И причина тому – целый перечень нюансов, которых рассмотренный метод просто не учитывает. А между тем , подобные нюансы могут иметь весьма важное значение.

Итак, за основу вновь берется площадь помещения и всё те же 100 Вт на м². Но сама формула уже выглядит несколько иначе:

Q = S × 100 × А × В × С × D × Е × F × G × H × I × J

Буквами от А до J условно обозначены коэффициенты, учитывающие особенности помещения и установки в нем радиаторов. Рассмотрим их по по рядку:

А – количество внешних стен в помещении.

Понятно, что чем выше площадь контакта помещения с улицей, то есть, чем больше в комнате внешних стен, тем выше общие теплопотери. Эту зависимость учитывает коэффициент А :

Одна внешняя стена – А = 1,0
Две внешних стены – А = 1,2
Три внешний стены – А = 1,3
Все четыре стены внешние – А = 1,4

В – ориентация помещения по сторонам света.

Максимальные теплопотери всегда в комнатах, в которые не поступает прямого солнечного света. Это, безусловно, северная сторона дома, и сюда же можно отнести восточную – лучи Солнца здесь бывают только по утрам, когда светило еще «не вышло на полную мощность».

Южная и западная стороны дома всегда прогреваются Солнцем значительно сильнее.

Отсюда – значения коэффициента В :

Комната выходит на север или восток – В = 1,1
Южная или западная комнаты – В = 1, то есть, может не учитываться.

С – коэффициент, учитывающий степень утепленности стен.

Понятно, что теплопотери из отапливаемого помещения будут зависеть от качества термоизоляции внешних стен. Значение коэффициента С принимают равным:

Средний уровень - стены выложены в два кирпича, или предусмотрено их поверхностное утепление другим материалом – С = 1,0
Внешние стены не утеплены – С = 1,27
Высокий уровень утепления на основе теплотехнических расчетов – С = 0,85.

D – особенности климатических условий региона.

Естественно, что нельзя равнять все базовые показатели требуемой мощности обогрева «под одну гребенку » — они зависят и от уровня зимних отрицательных температур, характерного для конкретной местности. Это учитывает коэффициент D. Для его выбора берутся средние температуры самой холодной декады января – обычно это значение несложно уточнить в местной гидрометеорологической службе.

— 35 ° С и ниже – D= 1,5
— 25÷ — 35 ° С – D= 1,3
до – 20 ° С – D= 1,1
не ниже – 15 ° С – D= 0,9
не ниже – 10 ° С – D= 0,7

Е – коэффициент высоты потолков помещения.

Как уже говорилось, 100 Вт/м² — это усредненное значение для стандартной высоты потолков. Если она отличается, следует ввести поправочный коэффициент Е :

До 2,7 м – Е = 1, 0
2,8 – 3, 0 м – Е = 1, 05
3,1 – 3, 5 м – Е = 1, 1
3,6 – 4, 0 м – Е = 1,15
Более 4,1 м – Е = 1,2

F– коэффициент, учитывающий тип помещения, расположенного выше

Устраивать систему отопления в помещениях с холодным полом – бессмысленное занятие, и хозяева всегда в этом вопросе принимают меры. А вот тип помещения, расположенного выше, часто от них никак не зависит. А между тем, если сверху жилое или утепленное помещение, то общая потребность в тепловой энергии значительно снизится:

холодный чердак или неотапливаемое помещение – F= 1,0
утепленный чердак (в том числе – и утепленная кровля) – F= 0,9
отапливаемое помещение – F= 0,8

G– коэффициент учета типа установленных окон.

Различные оконные конструкции подвержены теплопотерям неодинаково. Это учитывает коэффициент G :

обычные деревянные рамы с двойным остеклением – G= 1,27
окна оснащены однокамерным стеклопакетом (2 стекла) – G= 1,0
однокамерный стеклопакет с аргоновым заполнением или двойной стеклопакет (3 стекла) — G= 0,85

Н – коэффициент пл ощади остекления помещения.

Общее количество теплопотерь зависит и от суммарной площади окон, установленных в помещении. Эта величина рассчитывается на основании отношения площади окон к площади помещения. В зависимости от полученного результата находим коэффициент Н :

Отношение менее 0,1 – Н = 0, 8
0,11 ÷ 0,2 – Н = 0, 9
0,21 ÷ 0,3 – Н = 1, 0
0,31÷ 0,4 – Н = 1, 1
0,41 ÷ 0,5 – Н = 1,2

I– коэффициент, учитывающий схему подключения радиаторов.

От того, как подключены радиаторы к трубам подачи и обратки , зависит их теплоотдача. Это тоже следует учесть при планировании установки и определения нужного количества секций:

а – диагональное подключение, подача сверху, обратка снизу – I = 1,0
б – одностороннее подключение, подача сверху, обратка снизу – I = 1,03
в – двустороннее подключение, и подача, и обратка снизу – I = 1,13
г – диагональное подключение, подача снизу, обратка сверху – I = 1,25
д – одностороннее подключение, подача снизу, обратка сверху – I = 1,28
е – одностороннее нижнее подключение обратки и подачи – I = 1,28

J– коэффициент, учитывающий степень открытости установленных радиаторов.

Многое зависит и от того, насколько установленные батареи открыты для свободного теплообмена с воздухом помещения. Имеющиеся или искусственно созданные преграды способны существенно снизить теплоотдачу радиатора. Это учитывает коэффициент J :

а – радиатор расположен открыто на стене или не прикрыт подоконником – J= 0,9

б – радиатор прикрыт сверху подоконником или полкой – J= 1,0

в – радиатор прикрыт сверху горизонтальным выступом стеновой ниши – J= 1,07

г – радиатор сверху прикрыт подоконником, а с фронтальной стороны — части чно прикрыт декоративным кожухом – J= 1,12

д – радиатор полностью прикрыт декоративным кожухом– J= 1,2

⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰ ⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰⃰

Ну вот, наконец, и все. Теперь можно подставлять в формулу нужные значения и соответствующие условиям коэффициенты, и на выходе получится требуемая тепловая мощность для надежного обогрева помещения, с учетом все нюансов.

После этого останется или подобрать неразборный радиатор с нужной тепловой отдачей, или же разделить вычисленное значение на удельную тепловую мощность одной секции батареи выбранной модели.

Наверняка , многим такой подсчет покажется чрезмерно громоздким, в котором легко запутаться. Для облегчения проведения вычислений предлагаем воспользоваться специальным калькулятором – в него уже заложены все требуемые величины. Пользователю остается лишь ввести запрашиваемые исходные значения или выбрать из списков нужные позиции. Кнопка «рассчитать» сразу приведет к получению точного результата с округлением в большую сторону.

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.

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

Результаты расчетов:

10. Степень черноты излучающих поверхностей труб ε автоматическиопределяется по выбранному виду наружной поверхности

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.

Для отопления промышленных, производственных и складских, а в последнее время - жилых и общественных помещений используют регистры отопления из гладких труб. Отопительный регистр - это прибор, предназначенный для повышения эффективного теплообмена между теплоносителем и внешней средой.

Состоят регистры для отопления из одной или нескольких гладкостенных , соединенных патрубками меньшего диаметра или выполненные в форме змеевика.

Виды регистров отопления

Несмотря на кажущееся разнообразие, все модели можно разделить на два основных вида: секционные и S-образные (змеевиковые).

Секционные

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.

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.

Змеевиковые

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.

Традиционно изготовление регистров отопления производится из гладкостенной стальной трубы, причем используют чаще всего углеродистую сталь. Также встречаются самодельные чугунные модели, модели из нержавеющей и низколегированной стали.

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.

Производство отопительных регистров

Если вы хотите изготовить такой теплообменник своими руками, вам понадобится произвести расчет регистра отопления. Для этого удобнее всего воспользоваться такой формулой:

Q = Пихdнхlхkх(tг — to)х(1 — ηиз) , где:

Пи = 3.14;
dн - значение наружного диаметра трубопровода, м;
l - длина секции или участка, м;
to - температура воздуха в помещении, где планируется установка прибора;
tг - температура теплоносителя (воды) в трубопроводе;
k - коэффициент передачи тепла, равный 11.63 Вт/м²*°С;
ηиз - коэффициент теплопередачи (сохранения тепла) изоляцией, для изолированного прибора ηиз = 0,6÷0,8, для обычного коэффициент принимается равным нулю.

Итак, для трубы длиной, скажем, 5 метров и диаметром 159 мм, при температуре теплоносителя 80 градусов и температуре помещения 23 градуса получим такое значение:

Q = 3.14х0.159х5х11.63х(80 – 23)х(1 – 0) = 1654.8 Вт.

Это мощность регистров отопления, применимая к проложенной в один ряд горизонтальной трубе. Для нескольких рядов применяют понижающий коэффициент 0.9 на каждый дополнительный ряд.

Совет! Расчет регистров отопления также можно производить с помощью онлайн-калькуляторов, однако надо быть осторожным: часто они дают неправильный ответ. Поэтому сначала калькулятор необходимо проверить формулой, и только потом использовать.

Особенности и характеристики

Регистры отличаются некоторыми уникальными свойствами:

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.

Технические характеристики различных вариантов комплектации приборов можно найти в многочисленных таблицах, приведенных на нашем сайте.

Очевидно, что эффективность теплообмена будет зависеть от площади поверхности нагрева. Площадь, в свою очередь, прямо пропорциональна диаметру трубы и длине секции.

Внимание! Определяющее значение имеет количество рядов и расстояние между ними, секционная или S -образная конфигурация прибора, материал, наличие или отсутствие изоляции и характеристики теплоносителя.

Чаще всего используют приборы с такими характеристиками:

Материал, из которого изготовлен теплообменник - электросварная стальная труба из углеродистой стали;
Типы соединений - фланцевое, резьбовое с внешней резьбой и под приварку;
Максимальное рабочее давление - 10 кгс/м²;
Диаметр секционных и S-образных труб - от 32 до 219 мм;
Рекомендуемое минимальное расстояние между трубами - от 50 мм;
Соединительная арматура - перемычки от 32 мм.

Регистры с нагревателем

Также можно встретить регистры с нагревательным элементом - ТЭНом. Такие приборы используют для установки в помещениях, где затруднена или невозможна прокладка коммуникаций.

Мощность встроенного нагревательного прибора составляет от 1.6 до 6 кВт. Рабочее напряжение - 220 В, ток - переменный однофазный, 50 Гц.

Также возможна комплектация с циркуляционным насосом для более эффективного теплообмена за счет лучшей циркуляции теплоносителя.

При работе в автономном режиме прибор заполняют антифризом, при этом ТЭН поддерживает температуру поверхности, равную 80° С.

При работе в составе центральной или общей системы отопления дома нагреватель компенсирует падение температуры теплоносителя в системе, либо отключается.

Преимущества

Для этого типа теплообменников характерны такие преимущества:

Имеют большую площадь теплоотдачи при небольших размерах;
Удобны в использовании;
Легко чистятся;
Пожаробезопасны;
Оборудованные ТЭНом нагреватели потребляют мало электроэнергии;
Могут использоваться для сушки белья, одежды или полотенец;
Пригодны для использования в помещениях с повышенными требованиями к пожарной безопасности и повышенными санитарными нормами: в больницах, цехах, складских помещениях, торговых павильонах, административных зданиях, ангарах и т.д.

Заключение

Для тех, кто заинтересовался этим отопительным прибором, на нашем сайте выложено видео, которое поможет лучше разобраться в особенностях и нюансах, связанных с изготовлением и монтажом регистров. Данная инструкция не является исчерпывающей, поэтому рекомендуем к прочтению методическую литературу по расчету и проектированию отопительных приборов.