Регистры отопления из труб

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 « О блоге ».

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

4. Температуру воды на «подаче» t_п в °C заносим

5. Температуру воды на «обратке» t_о в °C пишем

6. Температуру воздуха в помещении t_в в °C вводим

7. Вид наружной поверхности труб выбираем из выпадающего списка

в объединенных ячейках C9D9E9: «При теоретическом расчете»

8. Постоянную Стефана-Больцмана C₀ 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 автоматически определяется по выбранному виду наружной поверхности

в ячейке D13: =ИНДЕКС(H5:H31;G2) =0,810

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

12. Температурный напор dt в °C рассчитываем

в ячейке D15: =D14-D8 =54,5

13. Коэффициент объемного расширения воздуха β в 1/K определяем

в ячейке D16: =1/(D8+273) =0,003436

14. Кинематическую вязкость воздуха ν в м 2 /с вычисляем

в ячейке D17: =0,0000000001192*D8^2+0,000000086895*D8+0,000013306 =0,00001491

15. Критерий Прандтля Pr определяем

в ячейке D18: =0,00000073*D8^2-0,00028085*D8+0,70934 =0,7045

16 . Коэффициент теплопроводности воздуха λ рассчитываем

в ячейке D19: =-0,000000022042*D8^2+0,0000793717*D8+0,0243834 =0,02580

17. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра A в м 2 определяем

в ячейке D20: =ПИ()*D3/1000*D4*D5 =1,6965

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

19. Коэффициент теплоотдачи при излучении α_и в Вт/(м 2 *К) рассчитываем

в ячейке D22: =D21/(D15*D20) =4,8

20. Критерий Грасгофа Gr вычисляем

в ячейке D23: =D11*D16*(D3/1000)^3*D15/D17^2 =10410000

21. Критерий Нуссельта Nu находим

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

22. Конвективную составляющую теплового потока Q_к в Вт вычисляем

в ячейке D25: =D26*D20*D15 =462

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

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

в ячейке D27: =D21+D25 =906

и в ячейке D28: =D27*0,85985 =779

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

и в ячейке D30: =D29*0,85985 =8,4

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:

α₁ ≈2000…3000 Вт/(м 2 *К) – коэффициент теплоотдачи между водой и внутренней стальной стенкой

λ_ст ≈50…60 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности материала стенок труб

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

Как сделать регистр отопления своими руками: инструкция по сборке и монтажу

Радиаторы отопления – элементы инженерных сантехнических систем, функционально предназначенные нагревать воздух помещения. Согласно СНиП (2.03.01-84) в любом помещении следует применять радиаторы, соответствующие расчётам теплового баланса. Для поддержания нормальной температуры внутри зданий их вполне достаточно.

Однако для гаража или небольшой мастерской лучше сделать регистр отопления своими руками. По габаритам и теплоотдаче этот прибор выходит за пределы параметров классических конструкций, но для указанных помещений подходит гораздо больше. В представленной нами статье подробно изложена технология его изготовления.

Самодельные регистры отопления

Увеличивая площадь теплообмена и объёмную составляющую теплоносителя, конечно же, достичь нужной температуры в помещении проще. Поэтому достаточно многие владельцы недвижимости, пользуясь отсутствием применения контроля отбора тепла в каждой конкретной точке, наращивают теплосъём путём изготовления радиаторов нестандартных конструкций.

По факту это запрещено, так как видится нерациональным подходом к потреблению энергоресурсов. На практике – о ресурсах думают меньше, чем о собственном благополучии. С вариантами экономного обогрева гаража ознакомит следующая статья, с содержанием которой мы советуем ознакомиться. Однако ближе к делу.

Сделать регистр отопления собственноручно – задача относительно несложна, тем более, если имеются навыки сварщика и под руками есть сварочный аппарат. Останется лишь приобрести в нужном количестве трубы подходящего диаметра и листовой металл.

Как рассчитать теплоотдачу?

Требуемое количество материала можно рассчитать, исходя из температурных параметров, которые требуется получить в помещении. На бытовом уровне этот шаг обычно пропускают – делают регистры отопления своими руками «на глазок» по принципу «чем больше, тем лучше».

Но лучше произвести простые расчёты теплоотдачи, для чего не нужно быть математиком. Потребуется лишь:

1. Вычислить площадь помещения.
2. Узнать о свойствах теплопередачи стали.
3. Подобрать оптимальный диаметр трубы.

Площадь помещения рассчитывают умножением размера его длины на размер ширины (S = L*W). Однако для более точных расчётов рекомендуется вычислить объёмный параметр, добавив к вычислениям значение высоты (H).

Так, окончательная расчётная формула приобретает вид:

V = L*W*H

К примеру, требуется вычислить V помещения, где длина 5 м, ширина 3 м, высота 2.15 м. Получают объём помещения: V = 5*3*2.15 = 30.25 м 3 . Опираясь на это базовое значение, следует вести дальнейшие расчёты, определяющие количество тепла, размеры и число регистров отопления для изготовления своими руками.

Прежде всего, рассчитывается требуемое количество тепла на вычисленный объём помещения для достижения необходимой внутренней температуры (Вт):

Qп.т = V * k (Tвн – Tнар),

где V объём помещения; k – коэффициент теплопередачи стен здания; Tвн – температура внутри; Tнар – температура снаружи.

Количество тепла выделяемого одним регистром можно рассчитать по формуле:

Qр = q * L * (1-n),

где: q – тепловой поток от каждой горизонтальной и вертикальной трубы регистра (примерно 20-30 Вт/м); L – длина вертикальных и горизонтальных труб регистра (м); n – коэффициент неучтённых тепловых потоков (для металлических труб – 0,1).

К категории неучтенных потерь тепла также относится вытяжка в гараже. Если установлен механический тип, коэффициент n требуется увеличить, как минимум до 0,2.

Число регистров, соответственно, определяется формулой:

Nр = Qп.т. / Qр

Подобная методика расчётов специалистами-проектировщиками, скорее всего, будет оцениваться как упрощённая и грубая форма. Однако такой подход всё-таки видится более рациональным действием, чем расчет и изготовление регистров своими руками на глазок, без каких-либо расчётов.

Выбор конфигурации отопительного прибора

Самодельные конструкции радиаторов в основном делаются на основе металлических труб диаметром 80 – 150 мм.

Конструктивные особенности ограничиваются двумя вариантами исполнения:

Решётчатое исполнение батареи отопления отличается от «змейки» несколько иным построением контура, причём, в зависимости от вариаций в таких батареях, распределение теплоносителя может быть разным.

Змеевиковые конструкции фактически имеют однообразное исполнение, предполагающее строго последовательное движение теплоносителя.

Решётчатые регистры строятся по разной схематике:

• с одной или двумя перемычками и односторонним питанием;
• с одной или двумя перемычками и разносторонним питанием;
• параллельным включением труб;
• последовательным включением труб.

Число труб одной сборки может составлять от двух до четырёх и более. Редко, но встречается также практика изготовления однотрубных регистров.

Змеевиковая сборка обычно содержит не менее двух труб, соединённых с одной стороны глухой перемычкой, с другой – проходной перемычкой, которые изготовлены из двух трубных отводов (2х45º). Следует отметить, что исполнение регистров отопления формой змеевика используется значительно реже, чем конструкции «решётки».

Оба варианта изготовления – решётчатый и змеевиковый – можно сделать не только на основе классических круглых, но также на основе профильных труб.

Профильные трубы видятся несколько специфичным материалом, так как требуют несколько иного подхода при сборке радиаторов отопления. Однако регистры из профильной трубы получаются более компактными и занимают меньше полезного пространства, а этот фактор тоже немаловажен.

Инструкция по изготовлению радиатора

Чтобы собственноручно сделать регистр отопления, рекомендуется изначально провести необходимые расчёты (методика выше по тексту). И дело здесь не в экономии ресурсов, а в том, чтобы сделать батареи, реально полезные во всех отношениях.

Переживать зимний период с открытыми форточками – этот вариант подходит для «моржей». Все остальные, кто не входит в группу закалённых людей, рискуют получить серьёзную простуду. А мощные батареи отопления – это также плохо, как и слишком слабые.

Итак, расчёт сделан, можно приступить к выбору материала.

Экономичным и вполне подходящим выбором для самодельной конструкции можно считать стальные трубы и выпускаемые для стальных труб фитинги к ним:

• отводы (подходящие к диаметру труб);
• уголки (арматуру);
• лист стальной (толщина равна толщине стенки трубы);
• патрубки (трубы малого диаметра).

Могут потребоваться и вентили, которые зачастую непосредственно на регистрах не ставятся. Пригодились бы навыки в производстве и знание технологии газосварки, если ими обладает будущий исполнитель.

Подготовка и сварка труб

Согласно расчётным параметрам длины, трубы будущего радиатора нарезаются по размеру. Для резки удобный инструмент – дисковая пила. Затем из металлического листа вырезают заглушки на торцы труб. Круглой формы заглушки удобно резать кислородным резаком.

Прежде всего, на поверхности металлического листа мелом размечают круги нужного диаметра и затем аккуратно режут. Часть нарезанных блинов (количество рассчитывают) делают с отверстиями под патрубки ввода и вывода теплоносителя.

Также сразу рекомендуется вырезать отверстия (одно или два, в зависимости от проекта сборки) в стенке каждой трубы, с отступом от торцевой кромки на 100 – 150 мм. Эти отверстия предназначены для проходного соединения труб в процессе сборки батареи.

После резки отверстий рекомендуется очистить внутреннюю область каждой трубы от шлака и окалины. Далее по торцам труб ставят блины и качественно обваривают по кругу. На первой и последней трубе завариваются по одному блину с отверстием.

Сборка батареи отопления

Готовые трубы необходимо объединить в батарею. Для этого определяются с конфигурацией радиатора (если решено изготовить решётчатую конструкцию). Исходя из принятого выбора конфигурации, готовят перемычки – проходные и глухие.

Материалом для перемычек обычно служат трубы малого диаметра. Например, d = 25 мм или d = 32 мм. Также подготавливают трубки для патрубков подачи/обратки (длина 150 – 200 мм, диаметр 25 – 32 мм).

Подготовленные для регистра отопления трубы (2 – 3 – 4) раскладывают на ровной поверхности, выравнивают по торцевым кромкам. Первая (верхняя) и последняя (нижняя) выкладываются торцевыми кромками с отверстиями, согласно выбранной схеме подключения: односторонняя (вход и выход на одно стороне) или двухсторонняя (вход и выход по разные стороны).

Останется только аккуратно заварить проходные и глухие перемычки между трубами, входной и выходной патрубок, после чего регистр отопления готов к установке в систему. Перед работой начинающему мастеру потребуется изучить правила электросварки, детально описанные в посвященной этому вопросу статье.

Особенности конструкции «змейка»

Змеевиковый регистр собирается немного иначе. Здесь вместо вертикальных перемычек используются металлические отводы, с помощью которых соединяются торцевые части отдельных труб.

Для сборки регистра змейкой необходимо:

1. Выложить трубы на ровной поверхности.
2. Сварить из парных отводов 45º дуговые отводы.
3. Соединить дуговыми отводами парные трубы регистра с каждой стороны.
4. Начальный и концевой торец первой и последней трубы закрыть заглушками с патрубками.

Регистры отопления змеевиком получаются крупногабаритными за счёт ограничения возможности регулировки межтрубного расстояния. В этом плане «змейки» превосходят в параметрах решётчатые конструкции. Однако с точки зрения эффективности хода теплоносителя, «змейка» выглядит более предпочтительным вариантом.

Внутри таких регистров практически не образуются воздушные пробки, что характерно для изделий вида «решётка» К тому же, благодаря дуговым отводам большого диаметра, змеевиковые конструкции обладают меньшим гидравлическим сопротивлением. Тем не менее, делают подобные регистры своими руками достаточно редко.

Отличие профильных регистров

Интересной конструкцией по сравнению с описанными выше является регистр, сделанный из профильной трубы. Более компактные, но не менее эффективные батареи собирают практически по той же технологии.

Особенностями сборки можно отметить лишь подготовку и подгонку межтрубных перемычек. Как правило, сварка здесь не используется. Достаточно иметь хороший металлорежущий инструмент.

Торцы межтрубных перемычек и непосредственно регистровых труб подрезают под углом 45º, добиваясь точного совпадения по граням на линии соединения. Если выполняется сборка регистра вида «решётка», межтрубная перемычка делается с угловыми срезами по торцам и прямыми вырезами по точкам подвода центральных труб.

После подготовки перемычки ставят по месту и аккуратно обваривают. На «змейках» дополнительно ставят глухие арматурные перемычки параллельно проходным.

Самодельные регистры широко применялись для бытовых нужд в недалёком прошлом. Теперь этот вид отопительных приборов используется реже.

Альтернативой регистрам, особенно если гараж не подключен к централизованной системе отопления, послужит чудо печка на солярке. С методикой ее изготовления ознакомит предложенная нами статья.

Выводы и полезное видео по теме

О последовательности изготовления отопительного регистра из профильной трубы и секретах сварки вы можете узнать из видеоролика:

Самодельное нагревательное оборудование активно продолжают делать и эксплуатировать в сельской местности либо на частных производствах для обогрева служебных технических помещений. Но многие отказываются от использования таких нерациональных сооружений, особенно там, где внедряются приборы учёта и контроля потребления теплоносителя.

Хотите рассказать о том, как собрали регистр для гаража или дачи собственными руками? Располагаете информацией, которая может пригодиться самостоятельным домашним мастерам? Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке, делитесь полезными сведениями и фото по теме статьи, задавайте вопросы.