В частных домах всегда есть несколько подсобных или технических помещений, где требования к интерьеру невелики. Но обогревать их все равно нужно, и чтобы не тратить средства на покупку современных радиаторов, туда можно установить стальной регистр, сваренный из труб. И, хотя всем доводилось видеть подобные незамысловатые отопительные приборы воочию, не каждый знает их устройство. Этот материал – в помощь тем домовладельцам, кто хочет самостоятельно изготовить, установить и подключить регистры отопления к своей системе.
Устройство отопительных регистров
Невзирая на то, что подобные обогреватели считаются устаревшими и отличаются не слишком привлекательным внешним видом, они продолжают широко использоваться в самых разных сферах, например:
- для обогрева производственных помещений промышленных предприятий;
- в качестве автономного нагревателя в гаражах;
- как элемент подогрева воды, встраиваемый внутрь кирпичной печи.
Примечание. Печной регистр из гладких труб отопления рассчитывается и изготавливается в зависимости от мощности и конструкции печи.
По конструкции отопительные приборы различают 2 типов: секционные и в виде змеевика. В первом случае роль 1 секции играет каждая горизонтальная труба, проток теплоносителя по ним обеспечивается за счет вертикальных перемычек. Они сделаны из труб меньшего диаметра с целью создания искусственного сопротивления потоку и повышения теплоотдачи каждой секцией. Трубы, из которых сделан секционный регистр отопления, с торцов заглушены, а теплоноситель подводится по схеме «сверху вниз».
Конструкция обогревателя в виде змеевика понятна по его названию. Здесь диаметры не сужаются, вода беспрепятственно протекает через весь прибор, несколько раз меняя направление. Теплоотдача этого регистра ниже, чем секционного, зато гидравлическое сопротивление – меньше и в изготовлении он несколько проще.
Совет. Секционные нагреватели предпочтительнее делать для подсобных помещений или гаражей, где важен равномерный обогрев и комфортная температура воздуха. Змеевики же лучше ставить в качестве дежурных отопителей в самом конце двухтрубной системы. Там они работают замечательно из-за своего низкого сопротивления.
Свариваются регистры для отопления из гладких труб круглого и прямоугольного сечения. Однако, общепринятая конструкция – обычные круглые трубы из низкоуглеродистой стали типа Ст3, Ст10 и даже Ст0. Если же батарея предназначена для работы с паровой системой, то берут сталь Ст20. Секции прямоугольного сечения делать не рекомендуется, они хуже омываются конвективным потоком воздуха, а значит, тепла отдадут меньше. Для гаражного отопления изготавливают автономные регистры, наполняемые антифризом или трансформаторным маслом, а в нижнюю секцию с торца встраивают электрический ТЭН.
Преимущества и недостатки
Прежде чем браться за изготовление регистров отопления, надо оценить все плюсы и минусы этих нагревателей, чтобы впоследствии не обмануться в ожиданиях. Итак, сначала о достоинствах:
- дешевизна и простота в изготовлении;
- низкое гидравлическое сопротивление: благодаря этому обогреватель можно применять в «хвосте» любой системы;
- надежность и долговечность: регистр, качественно сваренный из обычных труб, спокойно прослужит не менее 20 лет;
- стойкость к перепадам давления и гидроударам;
- гладкая поверхность способствует легкому удалению пыли при уборке помещений.
К сожалению, регистр отопления, сделанный своими руками, обладает и массой недостатков. Главный из них – низкая теплоотдача при значительной массе прибора. То есть, чтобы обеспечить в комнате средней площади комфортную температуру, регистр должен иметь приличные размеры. Приведем простой пример, взятый из технической литературы. При разнице температур теплоносителя и в помещении 65 ºС (DT) регистр, сваренный из 4 труб DN32 длиной 1 м, отдаст всего 453 Вт, а из 4 труб DN100 – 855 Вт. Получается, что из расчета теплоотдачи на 1 м длины любой панельный или секционный радиатор как минимум вдвое мощнее.
Примечание. Представленные данные определены экспериментально при большом расходе теплоносителя – 300 кг/ч.
Прочие негативные стороны гладкотрубных регистров не столь критичны, хотя и существенны:
- вмещает большой объем воды: недостаток не играет большой роли, если на всю систему таких отопительных приборов 1-2 шт;
- в процессе эксплуатации весьма затруднительно нарастить или уменьшить мощность регистров из гладких труб. Не обойтись без демонтажа и сварочного аппарата;
- подвержены коррозии и требуют периодического ухода с покраской;
- имеют непрезентабельный внешний вид: недостаток поправимый, при нужде нагреватель прячется за декоративным экраном.
Проведя анализ достоинств и недостатков гладкотрубных приборов, можно сделать вывод, что их сфера применения в частном домостроительстве весьма ограничена. Как уже было сказано, регистры можно использовать для отопления разных помещений с невысокими требованиями к комфорту и интерьеру.
При подборе материалов нужно решить вопрос, – какие взять диаметры труб и какова должна быть их общая длина. Все эти параметры – произвольные, вы можете смастерить отопитель из любых труб, а его длину принять удобную для размещения в комнате. Но чтобы подать необходимое количество тепла, надо обеспечить достаточную площадь теплообмена. Для этого рекомендуется выполнить приблизительный расчет регистра по площади поверхности.
Сделать такой расчет достаточно просто. Нужно сосчитать площадь наружной поверхности всех секций в м2 и умножить полученное значение на 330 Вт. Предлагая данный метод, мы исходим из утверждения, что 1 м2 поверхности регистра будет отдавать 330 Вт теплоты при температуре теплоносителя 60 ºС, а воздуха в помещении – 18 ºС.
Совет. Можно не заниматься ручными вычислениями, а воспользоваться простой программой в EXEL и потом правильно сварить регистр по точным параметрам. В один клик скачать программу можно по ссылке: http://al-vo.ru/wp-content/uploads/2014/02/teplootdacha-registra-otopleniya.xls.
Для человека, имеющего навыки в сварочном деле, не составит большого труда самостоятельно сварить регистр по имеющимся чертежам. Нужно заготовить и отрезать трубы на секции и перемычки, вырезать из стального листа заглушки. Последовательность сборки – произвольная, после сварки обогреватель следует проверить на герметичность. Осуществляя изготовление и монтаж регистров, учтите следующие рекомендации:
- не стоит брать трубы со слишком тонкой или толстой стенкой: первые будут быстрее остывать и прослужат меньше, а вторые – долго прогреваться и плохо поддаваться регулировке;
- не забудьте встроить в торец верхней секции кран Маевского для спуска воздуха;
- при сваривании змеевиков поворотный участок можно сделать из двух готовых колен, если нет возможности использовать трубогиб;
- на входе теплоносителя поставьте кран, на выходе – вентиль;
- помните, что установка регистров производится с незаметным глазом уклоном в сторону подключения подающего патрубка. Тогда кран Маевского окажется в самой верхней точке.
Заключение
Гладкотрубные регистры нельзя считать пережитком прошлого, поскольку они привлекают своей дешевизной и до сих пор успешно применяются в разных ситуациях. Но нагружать подобными отопительными приборами систему частного дома не следует, объем нагреваемой воды тогда вырастет многократно, что отразится на расходе энергоносителей в большую сторону.
Для подачи тепла в жилых и общественных помещениях устанавливают регистры отопления из гладких труб. Это приборы, которые предназначены для повышения степени эффективности обмена тепла между внешней средой и теплоносителем.
Регистры состоят из нескольких гладкостенных стальных труб, соединенных специальными патрубками меньшего диаметра. По своей форме они напоминают зигзаг или «заборчик». В связи с этим различают секционные, змеевиковые, регистры из гладких труб с колонками, регистры с ТЭНами.
Особенности теплообменников
Секционные регистры
Такие приборы состоят из одной или сразу нескольких труб, которые закрыты заглушками. Через патрубок горячая вода поступает в верхнюю трубу, после чего перетекает в следующую, расположенную на уровень ниже. По такому принципу вода распределяется по всем частям прибора.
Переход из одной секции в другую делается как можно ближе к краю, чтобы обеспечить достаточное поступление рабочей среды и высокую отдачу тепла.
Изготавливают такой теплообменник из стальных труб с диаметром от 25 до 400 мм. Широко используют регистры из гладких труб с диаметром 76 мм, 89 мм, 108 мм, 159 мм. Патрубки для входа и выхода делают резьбовыми, фланцевыми или же приваренными. Заглушки – плоскими или эллиптическими. В комплект к такому прибору входит штуцер с резьбой, к которому присоединяется воздухоотводчик. Теплообменник может выдержать рабочее давление в 10 кгс/см 2 или в 1Мпа.
Змеевиковые теплообменники
Такой тип теплообменника изготавливается из одной цельной трубы. Гладкотрубные регистры s-образной формы эффективны по своей теплоотдаче, поскольку тепло отдает вся поверхность трубы.
Змеевиковая форма обогревателя
Еще одно преимущество – подобная конфигурация не предусматривает наличия участков сужения труб. Эта особенность предотвращает повышение гидравлического сопротивления.
Традиционно регистры для отопления изготавливаются из гладкостенной стали, чаще углеродистой, хотя встречаются и самодельные чугунные модели, трубы из нержавейки или низколегированной стали.
Трубы для регистровых теплообменников
Компактность и высокая эффективность регистров позволяет широко использовать их в строительстве жилых, офисных помещений и тех объектов, которые характеризуются повышенными санитарными и пожарными нормами.
Регистры с нагревателем
Приборы с ТЭНом устанавливают в тех помещениях, где есть проблемы с прокладкой коммуникационных магистралей.
Мощность нагревательного элемента колеблется в пределах от 1.6 до 6 кВт при напряжении в 220 В. В рабочем состоянии ТЭН поддерживает температуру поверхности регистра в пределах 80˚С.
Для повышения эффективности теплообменных процессов прибор комплектуют циркуляционным насосом.
Работая как элемент центральной отопительной системы, нагреватель реагирует на понижение и повышение температуры. В соответствии с этим он либо компенсирует потери тепла, либо наоборот отключается.
У таких теплообменников много преимуществ:
- пожаробезопасность;
- легкодоступность во время чистки;
- большая площадь теплоотдачи;
- экономность;
- многофункциональность.
Изготовление отопительных регистров
Предварительные расчеты
Чтобы сделать теплообменник своими руками, нужно выполнить расчет регистра из гладких труб.
- Формула
За основу расчетов берут следующую формулу:
Q = Пи х dн х l х k х (tг - to)х(1 - ηиз),
в которой
число Пи – 3,14;
dн – наружный диаметр трубопровода (в метрах);
I – длина секции (в метрах);
k – коэффициент (равен11.63 Вт/м²*°С);
to – температура в помещении, предназначенном для установки прибора;
tr – температура рабочей среды в трубопроводе;
ηиз – коэффициент сохранения тепла изоляцией (если прибор не изолирован, данный коэффициент приравнивается нулю, если изоляция существует, ηиз = 0,6÷0,8).
Полученный результат покажет тепловую мощность для регистров из гладких труб, которая применяется к одной горизонтальной трубе. Если в приборе несколько рядов, на каждый дополнительный ряд используют понижающий коэффициент 0.9.
Если у вас возникают трудности с тем, как рассчитать регистр из гладких труб, найдите онлайн-калькуляторы. Как показала практика, такой способ решения проблемы не всегда точен, поэтому рекомендуют полученный результат перепроверять формулой и только после этого приступать к изготовлению прибора.
- Стандарты
Монтаж регистров осуществляется по стандартам ГОСТ. Для фиксации понадобится сварочный аппарат, поскольку крепление должно выдержать вес рабочей среды и вес самого теплообменника.
Характеристики
Принцип работы регистров из гладких труб
Регистры из гладких труб имеют следующие технические характеристики:
- не требуют применения высокопрофессионального оборудования (используют угловую шлифмашину, электросварку);
- отапливают большие помещения, имея при этом всего лишь регистр из 2-х или 4-х гладких труб;
- изготавливаются из доступного материала (нержавейка, сталь, чугун);
- доступны для различных рабочих сред (работают не только на воде, но и на пару, масле и других жидкостях);
- многовариантны по своей форме, использованию фурнитур, материалов покрытия, заглушек;
- в изготовлении возможно использование чертежей повторного применения;
- доступны по своей ценовой политике.
Регистр из гладких труб в жилом помещении
Регистр отопления – это составная часть системы отопления, прибор, состоящий из нескольких параллельно расположенных горизонтальных гладких труб. Данная разновидность отопительных приборов не завоевала особой популярности среди частных домовладельцев и этому есть объективные причины. Система отопления на основе регистров обладает большим объемом теплоносителя, для нагрева которого требуется потратить гораздо больше энергии, чем в случае с обычными радиаторами.
Область применения
В настоящее время водяные регистры отопления по большей части применяются на производствах (мастерские, цеха, складские помещения, ангары и другие строения с большими площадями). Большой объем теплоносителя и крупные габариты позволяют регистрам эффективно отапливать такие помещения.
Использование отопительных регистров в промышленных зданиях обеспечивает наиболее оптимальный КПД системы отопления. В сравнении с чугунными или , регистры характеризуются лучшей гидравликой и теплоотдачей. Относительно невысокая стоимость их изготовления снижает затраты на установку всей заводской системы отопления. Помимо этого, они не дороги в эксплуатации.
Несмотря на это, понятие экономичность не относится к данному виду отопительных приборов. Как уже было отмечено выше, для нагрева большого объема теплоносителя требуется множество энергии.
Регистры отопления на одном из производств пищевой промышленности в Московской области.
Отопительные регистры из стальных электросварных труб могут использоваться как в однотрубных, так и в двухтрубных отопительных системах с принудительной или самотечной циркуляцией теплоносителя (на основе воды или пара).
Примечание! По причине большого объема теплоносителя, для нагрева которого требуется потратить множество топлива, использование регистров отопления могут себе позволить только предприятия, но никак не владельцы частных домов, для которых важна экономичность отопительной системы.
Преимущества
- Большая длина приборов (до 6 м) позволяет равномерно и в кратчайшие сроки нагреть всю площадь помещения.
- Высокие гидравлические характеристики.
- Относительно низкая цена. Стоимость мобильного 3-ех трубного прибора (рассчитанного на отопление помещения площадью до 200 м²) со стальными трубами диаметром 108 мм, с толщиной стенки 3,8 мм и длиной 3 м, мощностью 2,5 кВт составляет около 13 000 руб.
- Простота эксплуатации. Приборы легко и быстро очищаются от скопившейся пыли и других загрязнений.
Кран Маевского в верхней части регистра.
Недостатки
- Большой объем теплоносителя не позволяет эффективно использовать регистры в частных домах. Домашние котлы просто не смогут нагреть такое количество воды или же нагрев будет недостаточным.
Совет! Для увеличения мощности всей отопительной системы частного дома, в дополнение к котлу, может устанавливаться трубчатый электронагреватель. ТЭН монтируется в нижнюю трубу регистра и является дополнительным источником тепла. В самую морозную погоду, когда котел не справляется с отоплением дома, можно включить ТЭН.
Технические характеристики регистров отопления
- Рабочее давление: 10 атмосфер
- Рабочая среда (теплоноситель): вода, пар.
- Тип соединения: резьбовое, либо под сварку.
- Теплоотдача: 500-600 Вт/метр
Существуют 3 основные разновидности регистров:
- секционные П-образной формы;
- змеевиковые S-образной формы;
- «смешанные» (змеевиковые П-образной формы).
Основными элементами регистров отопления являются стальные трубы (либо трубы из нержавеющей стали марки 304) диаметром от 25 до 200 мм. Регистры диаметром от 25 до 100 мм применяются для отопления заводских помещений административного или хозяйственного назначения, приборы диаметром от 100 до 200 мм применяются в производственных цехах или крупных спортивных комплексах (бассейны, волейбольные, баскетбольные залы).
Что касается частных домовладений, то применение регистров является одним из наиболее неэффективных способов отопления частного дома.
2-ух трубный регистр.
Количество секций прибора может быть неограниченным и зависит только от площади помещения и требуемой теплоотдачи.
Совет! Применив слишком большое количество труб (более 4) все равно не удастся существенно увеличить мощность всего прибора, т.к. нагретый нижними трубами восходящий теплый воздух будет меньше способен принимать тепловую энергию от верхних труб.
Изготовление регистров отопления
Для производства отопительных регистров используются стальные трубы различного диаметра (25-200 мм), которые свариваются между собой на расстоянии 50 мм друг от друга (снижение расстояния между трубами может привести к снижению теплоотдачи). Такое расстояние позволяет добиться максимальной теплоотдачи и свести к минимуму обоюдное излучение.
Регистр включает в себя подачу и обратку, а также установленный в верхней части прибора воздухоотводчик с шаровым краном. Патрубки на подаче и обратке могут быть выполнены в двух вариантах:
- Резьбовое соединение;
- Соединение под сварку.
При индивидуальном заказе регистров на заводе-изготовителе, регистры могут поставляться, как уже в готовом, собранном виде, так и в разобранном виде, что позволяет сэкономить средства на логистике.
Как сделать регистр отопления своими руками?
В отличии от других отопительных приборов, для производства которых требуется сложное, дорогостоящее оборудование, водяные регистры отопления можно сделать своими руками. Основное, что потребуется для изготовления это стальные гладкие трубы и умение пользоваться сварочным аппаратом. Если варить самостоятельно, получиться наиболее дешевый вариант, если же для проведения сварочных работ придется пригласить стороннего сварщика, такой регистр может выйти дороже заводского. В этом случае следует подумать стоит ли вообще этим заниматься самому или проще купить заводской прибор.
Итак, если регистры изготавливаются для использования в частном доме, понадобятся следующие инструменты и материалы:
- Стальные трубы диаметром от 25 до 100 мм, либо профильные трубы схожего размера;
- Перемычки, выполненные из стальной трубы диаметром 25-32 мм;
- Заглушки на трубы;
- Патрубки входа и выхода под сварку или резьбовое соединение;
- Патрубок для воздухоотводчика с шаровым краном;
- Крепежные элементы (кронштейны для крепежа к стене, либо напольные подставки);
- Сварочный аппарат;
- Электроды;
- Средства индивидуальной защиты сварщика (маска, перчатки).
- Газовый ключ;
- Угловая шлифовальная машина;
- Сантиметр;
- Строительный уровень;
Важно! Если отопительный регистр из стальных труб выступает в качестве автономной системы отопления отдельного помещения, когда источником тепла является встроенный в прибор ТЭН, то в этом случае необходима обязательная .
После завершения сварочных работ и подсоединения комплектующих ( и т.п.), регистр опрессовывается под давлением. Если течь не обнаружилась, прибор окрашивается. В случае же обнаружения течи, теплоноситель сливается, а проблемное место вновь заваривается.
Как улучшить эффективность регистров?
Регистры обладают относительно малой теплоотдающей поверхностью и для ее увеличения можно использовать металлические пластины, которые вертикально привариваются к трубам. В результате получается некое подобие ребристых труб.
Помимо этого, регистры можно улучшить таким образом, что они будут «выдавать» конвекторное отопление. Для этого, вместо металлических пластин на лицевую часть прибора вертикально привариваются круглые или профильные трубы, которые будут создавать эффект конвекции. Конвекция основана на том, что горячий воздух всегда поднимается вверх. Прохладный воздух, находящийся в районе пола, втягивается через нижнюю часть трубы и разогреваясь, поднимается вверх. Проходя по трубе воздух нагревается и выходит уже разогретый через верхнюю часть трубы.
Расчет регистров отопления из гладких труб
Расчет производиться по следующей формуле:
Q = 3,14*D*L*K* (Tr – To), где
- Q – теплоотдача трубы
- D – диаметр трубы (измеряется в метрах)
- L – длина трубы (м)
- K – коэффициент теплоотдачи
- To – температура воздуха в помещении
- Tr – температура теплоносителя
Таким образом, подставив значения каждого конкретного помещения рассчитывается теплоотдача нижней трубы. Верхние трубы обладают примерно на 10% меньшей теплоотдачей, чем нижняя труба.
Примечание! В среднем, на 1 м² помещения требуется 1 м трубы, диаметром 60 мм.
Видео
Традиционными приборами теплообмена, устанавливаемыми в жилых помещениях, являются радиаторы отопления. Однако, нередко можно встретить картину, когда хозяева, по всей видимости – из соображений экономии, предпочитают обойтись самодельными регистрами, то есть каскадно сваренными отрезками труб большого диаметра. Такой подход обычно широко применяется в хозяйственных или подсобных постройках и помещениях, но при аккуратной сборе и покраске регистры вполне могут вписаться и в интерьер жилой комнаты.
Однако, экономия при таком подходе – далеко не очевидна: по сути, любой регистр по своим возможностям теплоотдачи обычно проигрывает намного более компактным и аккуратным внешне радиаторам. Во всяком случае, ждать каких-либо чудес от его установки – не приходится. А коли так, то планировать установку подобных отопительных приборов следует только после проведенных расчетов и сравнительного анализа стоимости и эффективности. А помогут нам в этом вопросе калькуляторы расчета параметров регистра отопления.
Предлагается такой алгоритм проведения вычислений:
- Вначале на первом калькуляторе определяется количество теплопотерь, требующих компенсации за счет системы отопления. Одним словом – вычисляется потребная тепловая мощность для конкретной комнаты.
- Располагая значением требуемой мощности, на втором калькуляторе можно быстро и точно «спроектировать» регистр отопления с искомой теплоотдачей – то есть определить его длину, количество секций и диаметр (сечение) используемых для изготовления труб.
Цены на медные трубы
медные трубы
Чуть ниже, под самими калькуляторами, будут приведены необходимые пояснения по проведению расчетов.
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!