Как рассчитать регистры отопления в частном доме. Регистры отопления: виды, характеристики, расчет. Расчет конструкции водяного регистра

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).

1. Змеевидные (змеевик) регистры имеют форму буквы S и дуговое соединение. Такая конфигурация значительно повышает теплоотдачу, а гладкие трубы позволяют пропускать большой объем теплоносителя.
2. 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.

На рынке присутствует немалое количество разного рода отопительных приборов, Тем не менее, самодельные радиаторы до сих пор используются. И наиболее часто встречаются регистры из труб. Регистры отопления — сварные или сборные конструкции из горизонтально расположенных труб, соединенных между собой перемычками для циркуляции теплоносителя.

Какие бывают

Отопительные регистры изготавливают из разного материала, имеют они разную форму. У каждой есть плюсы и минусы.

Из чего делают

Если говорить о материалах, то самый распространенный — сталь, а вернее стальные электросварные трубы. Сталь имеет не самую лучшую теплоотдачу, но это компенсируется невысокой ценой, легкостью в обработке, доступностью и большим выбором типоразмеров.

Совсем редко встречаются сделанные из нержавеющей трубы — для приличной мощности требуется большое количество труб, а сколько стоят изделия из нержавейки, вы имеете представление. Если и делали их, то, наверное, давно. Используют еще «оцинковку», но работать с ней сложнее — варить не получится.

Делают иногда медные регистры — они используются в тех сетях, где разводка сделана . Медь отличается высокой теплоотдачей (в четыре раза больше чем у стали) потому размеры у них бывают гораздо более скромные (и по длине и по диаметру использованных труб). К тому же сами трубы разводки (если они не ) отдают достаточное количество тепла. В то же время пластичность этого металла позволяет изгибать трубы без особых ухищрений и усилий, а сварку использовать только в местах соединения разных кусков. Но все эти плюсы нивелируются двумя большими минусами: первый — высокая цена, второй — капризность меди к условиям эксплуатации. По цене все ясно, а по эксплуатации немного пояснений:

• требуется нейтральный и чистый теплоноситель, без твердых частиц
• в системе нежелательно присутствие других металлов и сплавов, кроме совместимых — бронза, латунь, никель, хром, потому все фитинги и арматуру нужно будет искать из этих материалов;
• обязательно тщательно выполненное заземление — без него при наличии воды начинается процессы электрохимической коррозии;
• мягкость материала требует защиты — нужны кожухи и т.п.

Есть регистры из чугуна. Но они слишком громоздки. К тому же имеют очень большую массу, под них нужно делать не менее массивные стойки. Плюс ко всему чугун отличатся хрупкостью — один удар, и он может расколоться. Получается, что и этот тип регистров нуждается в защитных кожухах, а они снижают теплоотдачу и увеличивают стоимость. Причем устанавливать их — сложная и тяжелая работа. К плюсам можно отнести высокую надежность и химическую нейтральность: этому сплаву все равно, с каким теплоносителем работать.

В общем, медь и чугун — это непросто. Вот и получается, что оптимальный выбор — стальные регистры.

Виды регистров

Самый распространенный вид — регистры из гладких труб, и чаще всего — стальных электросварных. Диаметры — от 32 мм до 100 мм, иногда до 150 мм. Их делают двух типов — змеевидные и регистровые. Причем регистровые могут иметь два типа соединения: нитка и колонка. Нитка — это когда перемычки, по которым из одной трубы в другую перетекает теплоноситель, установлены то справа, то слева. Получается, что теплоноситель последовательно оббегает все трубы, то есть соединение последовательное. При соединении типа «колонка» все горизонтальные участки соединены между собой с обоих концов. В этом случае движение теплоносителя параллельное.

Любой тип регистров может использоваться для любого типа системы: с однотрубной и , с вертикальным и горизонтальным типом подачи. При любой системе большая теплоотдача будет при подключении подачи в верхний патрубок.

В случае использования в системах с естественной циркуляцией требуется соблюдать небольшой уклон в сторону движения теплоносителя порядка 0,5 см на один метр трубы. Такой маленький уклон объясняется большим диаметром (малым гидравлическим сопротивлением).

Делают эти изделия не только их круглых, но и из квадратных труб. Они практически ничем не отличаются, только работать с ними сложнее, да гидравлическое сопротивление чуть больше. Но к плюсам такого исполнения можно отнести более компактные размеры при том же объеме теплоносителя.

Есть еще регистры из труб с оребрением. В таком случае увеличивается площадь соприкосновения металла с воздухом, и теплоотдача повышается. Собственно, до сих пор в некоторых бюджетных новостройках строители ставят именно такие отопительные приборы: всем известная «труба с оребрением». При не самом лучшем внешнем виде они неплохо греют помещения.

Если любой регситр вставить ТЭН, можно получить комбинированный отопительный прибор. Он может быть отдельным, не связанным с системой, или использоваться как дополнительный источник тепла. Если радиатор будет изолированным с нагревом только от ТЭНа, необходимо в верхней точке поставить расширительный бачек (10% от общего объема теплоносителя). При нагреве от расширительный бачок, как правило, встроен в конструкцию. Если его нет (часто бывает в ), то и в этом случае необходима установка расширительного бачка. Если материал для регистров сталь, то бачок нужен закртыого типа.

Электроподогрев может пригодиться в самые сильные холода, когда не хватает. Также такой вариант может выручить в межсезонье, когда загружать и разгонять систему «на полную» нет смысла. Нужно лишь немного прогреть помещение. С котлами на твердом топливе такое невозможно. А такой вот запасной вариант поможет обогреться в межсезонье.

Расчет регистров из гладких труб

Стальные регистры отопления несложно сделать своими руками. Стоимость такой системы отопления будет зависеть от того, кто будет их варить. Если техникой сварки владеете сами, вариант — самый малобюджетный, если сварщику нужно будет платить, особой разницы в стоимости с недорогими не будет.

При этом регистры будут занимать большие площади, чем стандартные отопительные приборы: из-за незначительной поверхности соприкосновения с воздухом эффективность у них невысокая. Увеличивают теплоотдачу, поставив более мощный насос, но есть ограничения по скорости из-за возможных шумов в системе. О том,

Диаметры, как говорилось — от 32 мм до 100-150 мм. Большие размеры труб ведут к увеличению объема системы. При старте и разгоне системы это минус — пока нагреется теплоноситель, пройдет прилично времени. При работе большой объем — скорее плюс: более мягкие условия для котла. С другой стороны — при большом количестве теплоносителя регулировать температуру сложно.

Таблица теплоотдачи стальных труб разного диаметра для разных условий работы системы (кликните по картинке для увеличения ее размера)

Расстояние между двумя трубами в регистре маленьким быть не должно: так снижается теплоотдача. Потому их располагают на расстоянии не меньшем чем 1,5 радиуса. Количество рядов и длина регистра зависят от требуемой мощности, а также от диаметра выбранных труб. В общем случае (для средней полосы России, для помещений со средней теплоизоляцией и высотой потолков 3м) можно считать по теплоотдаче метра стальной трубы. Эти значения приведены в таблице. По ней вы сможете найти размер и количество регистров по площади помещения.

Теплоотдача одного метра стальных труб разного диаметра — для расчета регистра отопления по площади

Для расчета по тепловым потерям помещения есть усредненные данные по тепловой мощности погонного метра стальной трубы. Можно для стандартных условий использовать их. Если система работает на других температурах, требуется внести корректировки в большую или меньшую сторону.

Если эти таблицы вам не помогли, можно сделать расчет регистра по формуле.

Подставив соответствующие значения, вы найдете теплоотдачу одной труб при ваших условиях. Теплоотдача всех последующих (второй и более) будет чуть меньше. Найденное значение нужно умножить на 0,9. Так вы рассчитаете и сможете сделать регистр из гладких труб своими руками.

Как устанавливают

Вариантов установки два: навесить на стену или поставить на стойку. Выбор зависит от габаритов и массы полученной конструкции, а также от типа стен.

Достаточно часто делают комбинированную установку: варят стойки, которые затем крепят к стене. Таким способом можно установить даже очень массивные регистры. Также такой вариант установки обеспечивает высокий уровень безопасности.

Каждый такой отопительный прибор в верхней точке должен иметь . Он нужен для стравливания воздуха из системы.

Достоинства и недостатки

К достоинствам можно отнести простую конструкцию и несложный расчет, доступность материалов. Все это вместе позволяет делать регистры для отопления своими руками.

Следующий положительный момент — большая часть тепла передается при помощи лучистой энергии, а она воспринимается человеком, как более приятная.

Следующий плюс — гладкая поверхность, что обеспечивает легкую уборку.

Отличное качество — совместимость с любыми системами — и с естественной и с принудительной циркуляцией.

Минусы тоже имеются: небольшая теплоотдача, подверженность коррозии, не самый привлекательный внешний вид, необходимость регулярной окраски ().

Итоги

Регистровое отопление в частных домах сегодня используют нечасто: есть большой выбор отопительных приборов для разных условий. Диапазон цен тоже достаточно широк. Но регистры из гладких труб и труб с оребрением часто используют для обогрева производственных, складских и вспомогательных помещений, теплиц, гаражей, оранжерей и др. То есть там, где внешняя привлекательность не имеет значения.

Обходится сварка регистров отопления недорого, и отапливать помещения с их использованием можно достаточно эффективно. Но при этом, к сожалению, смотрится такое отопительное оборудование не особенно эстетично. В городских квартирах регистры, тем более самодельные, конечно же, не устанавливаются.

Используют такие приборы чаще всего в гаражах, хозблоках и других подобных хозяйственных постройках. Иногда регистры отопления устанавливают и на дачах или даже в жилых частных домах.

Что представляют собой приборы

Собираются отопительные регистры из профильных или же обычных гладких круглых труб большого диаметра. Состоять такой прибор может как из одной, так и из нескольких секций. В малоэтажных загородных жилых домах и в гаражах обычно используется второй вариант регистров.

Материалом изготовления для такого оборудования может служить алюминий, чугун, медь, сталь. Своими руками отопительные регистры, конечно же, чаще всего делают с использованием недорогих толстостенных стальных труб.

Виды приборов

В частных домах и в хозяйственных постройках могут использоваться регистры:

• змеевые;
• секционные.

В первом случае прибор собирается с использованием стальных дуг. Также змеевые регистры зачастую изготавливаются из стальной гофрированной трубы, просто путем укладки «змейкой».

Секционные модели представляют собой приборы, состоящие обычно из установленных в горизонтальной плоскости отрезков труб большого диаметра. Перемычки в таком оборудование также вырезаются из труб. При этом для сварки регистров применяется материал диаметр которого должен быть равен диаметру обратки и подачи контура системы отопления.

Конечно же, своими руками владельцы частных малоэтажных зданий и гаражей изготавливают обычно именно секционные регистры. Разумеется, при желании самостоятельно можно сделать и змеевой прибор такого типа. Однако в данном случае придется приобретать или дорогостоящую гофрированную стальную трубу или такое также недешевое оборудование, как трубогиб.

Расчет регистров: основные этапы

Конечно же, прежде чем приступать к изготовлению отопительных приборов этого типа, следует составить их подробные чертежи. Расчет регистров отопления при самостоятельном изготовлении производится обычно в два этапа:

• определяется общий показатель необходимой теплоотдачи для эффективного отопления здания;
• рассчитываются сами регистры.

При расчете регистров при этом определяют:

• необходимый диаметр труб;
• число секций;
• шаг между секциями;
• длину отрезков-секций.

Считается, что оптимальным диаметром труб для сварки отопительных регистров своими руками для хозблока или дома является 32 мм. При желании для сборки подобных приборов можно, конечно же, взять и более габаритный материал. Однако все же считается, что для установки в малоэтажном здании подходят лишь регистры, собранные из труб диаметром не более 80 мм.

Если приборы будут сварены из слишком толстой трубы, обратку и подачу в сети отопления частного жилого здания придется подключать к очень мощному котлу, установка которого, скорее всего, будет экономически нецелесообразной.

Длину секций при расчете регистров определяют, конечно же, прежде всего с учетом планировки данного конкретного помещения. В большинстве случаев такие приборы сваривают своими руками из отрезков труб длиной в 1 м.

Расстояние между секциями в собранном самостоятельно регистре должно быть достаточно большим. Чем дальше будут отстоять друг от друга трубы, тем эффективнее прибор будет обогревать помещения. Чаще всего при сборке регистра горизонтальные секции располагают на расстоянии в 1.5 диаметра использованных для его изготовления труб.

Расчет общей необходимой теплоотдачи

Проект отопительной системы с регистрами, конечно же, должен составляться таким образом, чтобы проживать в доме в последующем было максимально комфортно. В помещениях здания не должно быть слишком холодно или же жарко.

Расчет общей необходимой теплоотдачи для регистров производится точно так же, как и для обычных радиаторов отопления. Специалисты, составляя проект такой системы обогрева, обычно учитывают множество самых разных факторов — материал изготовления стен здания, количество окон и дверей, климатические особенности местности и пр.

Но при самостоятельно проектировании чаще используется все же более простая методика проведения расчетов. В данном случае за основу при определении общей необходимой теплоотдачи регистров принимается во внимание только то, что для обогрева 10 м² площади помещения требуется 1 кВт мощности приборов. То есть, к примеру, для эффективного отопления дома в 50 м² в его комнатах нужно будет установить регистры, общая теплоотдача которых составит 5 кВт.

Расчет теплоотдачи каждого регистра

После того как показатель общей нужной теплоотдачи отопительных приборов в здании будет определен, можно приступать к разработке чертежей самих регистров. Для определения необходимой производительности каждого из таких устройств допускается использовать две основных методики расчета:

• по площади помещения;
• с учетом температурного режима системы отопления.

Расчет по площади

Этот способ проектирования используется обычно для расчета параметров регистров, монтируемых в небольшом по площади помещении, к примеру, в гараже. В этом случае расчеты делают с учетом отопительной способности погонного метра трубы. Узнать этот показатель можно из специальной таблицы.

Согласно этой таблице, к примеру, 1 п/м трубы из стали на 60 мм обеспечивает качественный обогрев 1 м² помещения с высотой потолков в 2.5 м. Исходя из этого, несложно будет сделать расчет нужного количества приборов, длины и количества их секций.

Единственное, в данном случае нужно учитывать тот факт, что каждая последующая (если считать от подачи) секция регистра имеет несколько меньшую теплоотдачу, чем предыдущая. Полученный с использованием таблицы результат, в данном случае поэтому желательно дополнительно умножить на коэффициент 0.9.

Расчет с учетом температурного режима системы отопления

Эта методика позволяет определить необходимую теплоотдачу регистров гораздо более точно. Применяют ее при установке приборов, к примеру, в малоэтажных домах. В этом случае для расчета конструкции и количества приборов используется следующая формула:

• Q=St*Δt*К, где

Q — мощность трубы по теплоотдаче, St — площадь теплообмена, Δt — показатель теплового напора, K — коэффициент теплоотдачи материала изготовления (для стали — 11,63 Вт/м²*˚С), . Площадь теплообмена при этом обычно вычисляют по формуле:

• St = π*L*D, где

D — диаметр материала изготовления, L — его длина. Для расчета напора применяют формулу:

• Δt = 0,5(То+Тп)-Тв, где

Тп — температура воды в подаче, То — температура в обратке, Тв — нужная температура воздуха в здании (обычно принимается за +20 С°).

Как правильно сделать регистр своими руками

Собрать подобный прибор отопления самостоятельно проще всего будет с использованием следующей технологии:

• трубы нарезаются на отрезки, согласно выполненному расчету;
• на концах отрезков, ближе к краю, делаются отметки расположения перемычек;
• из трубы диаметра, равного подаче, вырезаются собственно сами перемычки;
• трубы раскладываются на ровной горизонтальной поверхности параллельно друг другу;
• с помощью сварки в трех местах прихватываются все перемычки-отрезки;
• перемычки привариваются к секциям.

Устанавливать перемычки при сборке радиатора отопления следует как можно ближе к краю горизонтальных секций. В этом случае теплоотдача регистра в последующем будет выше. На заключительном этапе:

• из листового металла вырезаются заглушки для секций;
• все заглушки прихватываются к торцам точечно или диагонально;
• элементы привариваются на место.

Вырезать заглушки следует таким образом, чтобы при их монтаже по краю каждой секции оставалась небольшая «фаска». Эта «фаска» в последующем заполняется сварным швом.

Сваренные таким образом регистры желательно дополнительно оборудовать воздухоотводчиками. Проще говоря, в каждой верхней секции такого прибора стоит установить стандартный кран Маевского.

Врезка в систему

Технология подключения сваренных своими руками регистров будет зависеть прежде всего от особенности конструкции самой системы отопления дома. При седельной врезке в нижней секции прибора по краям предварительно проделываются отверстия. Далее присоединяются подача и обратка и приваривается байпас.

При диагональном или боковом подключении отверстия прорезаются в соответствующих местах в заглушках. Для присоединения обратки и подачи в данном случае могут использоваться в том числе и угловые стальные фитинги.