Для организации теплоснабжения больших помещений нецелесообразно использовать стандартные заводские батареи и радиаторы. Они имеют слишком малую тепловую отдачу и номинальную мощность. В качестве их альтернативы можно рассмотреть регистры отопления: изготовление из труб, правила выполнения расчетов и особенности монтажа.
Преимущества и недостатки регистров отопления
Самодельные стальные или алюминиевые регистры отопления отличаются от стандартных радиаторов своими размерами. Они состоят из нескольких труб, диаметр которых превышает 32 мм. Для организации циркуляции теплоносителя трубы соединены между собой патрубками.
Чем обусловлена популярность этих приборов теплоснабжения? Во-первых, возможностью самостоятельного изготовления. Можно сделать биметаллические регистры отопления, стальные или из алюминиевых труб. Намного реже встречаются пластиковые модели, так как они не обладают должными эксплуатационными качествами.
До того как подключить регистры отопления следует внимательно изучить их «слабые» и «сильные» стороны.
Преимущества использования:
- Длительный срок эксплуатации . Для стальных и алюминиевых моделей он может достигать 25 лет. При этом вероятность поломки будет минимальной;
- Большая теплоотдача . Это обусловлено тем, что мощность регистра отопления превышает этот параметр у классических радиаторов и батарей. Связано с большим объемом теплоносителя;
- Простой монтаж и эксплуатация . Так как правильно установить регистры отопления может любой, кто хотя бы немного знаком с правилами организации теплоснабжения – они могут применяться в зданиях всех типов. Но чаще всего их можно встретить в системе отопления больших производственных, административных и торговых помещений.
Но кроме этого нужно учитывать возможные недостатки, которыми может обладать регистр отопления из стальной гладкой трубы:
- Большой объем теплоносителя . Это приводит к его быстрому остыванию;
- Минимальный показатель конвекции воздуха . Снижает эффективность работы теплоснабжения;
- Непривлекательный внешний вид . Чаще всего это относится к самодельным конструкциям.
Правильно рассчитанная теплоотдача регистра отопления напрямую зависит от его конструкции. В настоящее время используется несколько типов этих приборов теплоснабжения, отличающихся не только используемым материалом изготовления, но и внешним видом.
Масса заполненного водой регистра может быть очень высока. Поэтому нужно заранее продумать надежную систему его крепления к стене.
Изначально следует определиться с видом конструкции. Ведь как рассчитать регистр отопления, если не будут известны его геометрические параметры и принцип циркуляции теплоносителя? Для изготовления отопительных приборов рекомендуется использовать стандартные проверенные схемы.
Определяющим параметром выбора является требуемая скорость циркуляции теплоносителя в системе и степень теплоотдачи регистра. Исходя из этих требований можно выбрать два типа отопительных приборов:
- Секционный . Представляет собой от двух и более труб большого диаметра, соединенных патрубками. Сечение последних должно быть равно этому же параметру подающей магистрали. Подбор регистра отопления подобного типа актуален для систем с принудительной циркуляцией, так как в конструкции создается избыточное гидравлическое сопротивление при прохождении теплоносителя;
- Змеевиковые . Состоят из одной трубы, которая имеет изгибы. Изготовить подобные самодельные регистры отопления проблематично. Для увеличения показателя циркуляции трубы могут быть соединены патрубками. Но это не является обязательным, как в вышеописанных моделях.
Так как своими руками сделать регистр отопления можно даже в домашних условиях – их часто изготавливают, а не приобретают готовые модели. Но перед этим следует выполнить правильный расчет мощности регистра отопления.
Для изготовления регистров можно использовать трубы различного сечения – круглые, прямоугольные или квадратные. Предпочтение отдается первым, так как для них трение воды при движении будет минимальным.
Расчет отопительных регистров
Существует несколько методик вычисления параметров регистров отопления. Они отличаются точностью вычислений и трудоемкостью. Но для организации теплоснабжения с помощью стальных или алюминиевых регистров отопления рекомендуется прибегнуть к услугам профессионалов. Альтернативный вариант – воспользоваться специальным программным обеспечением.
Однако в некоторых случаях необходимо правильно рассчитать регистр отопления самостоятельно. Для этого можно воспользоваться упрощенной схемой. Предварительно необходимо знать следующие параметры:
- Общая площадь отапливаемого помещения;
- Коэффициент теплоотдачи материала изготовления регистра;
- Диаметр труб, используемых для изготовления.
Для труб круглого сечения вычисление удельной мощности регистра отопления можно сделать по данным таблицы. Эти значения даются для 1 м.п. трубы регистра.
Однако такой способ подбора регистра отопления имеет ряд существенных недостатков. Данные даются для помещений, где высота потолков не превышает 3 м.п., не учитывается тепловой режим работы системы и температура воздуха в комнате.
Q=P*D*L*K*Δt
Где Q – удельная тепловая мощность, Вт, P – число π – 3,14, D – диаметр трубы, м., L – длина одной секции, м, К – коэффициент теплопроводности. Для металла этот показатель равен 11,63 Вт/м²*С, Δt – разница температур между теплоносителем и воздухом в помещении.
Зная эти параметры, можно самостоятельно рассчитать мощность регистра отопления. Предположим, что длина одной секции равна 2 м., а диаметр трубы – 76 мм. Δt составляет 60°С (80-20). В таком случае мощность одной секции регистра отопления из стальной гладкой трубы будет равна:
Q=3,14*0,076*2*11,63*60=333 Вт
Для расчета каждой последующей секции прибора полученный результат нужно умножать на понижающий коэффициент 0,9.
По этой методике нельзя рассчитывать ребристые регистры отопления. У них теплоотдача будет выше из-за увеличенной площади прибора.
Выбираем материал изготовления для регистров
Следующим параметром, который обязательно учитывается при выборе регистра является материал его изготовления.
Можно редко встретить регистры отопления из профильной трубы – чаще всего для этого применяются стальные изделия круглого сечения.
В настоящее время для производства регистров используют несколько материалов – металл, алюминий или биметаллические трубы.
Разница между ним заключается в расчетной теплоотдаче и сроке эксплуатации:
- Стальные регистры отопления из профильной трубы или круглого сечения . Характеризуются простотой изготовления и небольшой стоимостью. Недостаток – ржавление поверхности. При выборе особое внимание нужно обратить на качество сварных швов;
- Алюминиевые . Встречаются крайне редко, так как для сварки алюминиевых отопительных регистров необходимо специально оборудование. Но зато они обладают лучшими показателями теплопроводности. Фактически отсутствуют потери тепла;
- Биметаллические . Они делаются из специального типа отопительных труб. У них есть сердечник, изготовленный из стали. Для увеличения площади обогрева конструкция имеет медные или алюминиевые пластинчатые теплообменники. Для всех биметаллических регистров отопления свойственен небольшой диаметр труб – до 50 мм. Поэтому их чаще используют для организации теплоснабжения в жилых домах и небольших производственных и торговых помещениях.
Материал изготовления напрямую влияет на расчет регистра отопления. Главным показателем при этом является коэффициент теплопроводности. Несмотря на то что алюминиевые модели обладают оптимальным значением – их высокая стоимость и трудоемкость изготовления не позволяют использовать регистры этого типа в отопительных системах повсеместно.
Для изготовления ребристых регистров отопления можно использовать комплектующие от стальных радиаторов.
Изготовление регистров для отопления своими руками
Одним из преимуществ применения регистров в отопительных системах является возможность их самостоятельного изготовления. Для этого чаще всего применяют стальные трубы круглого сечения. Несмотря на то что показатель теплоотдачи регистра отопления в этом случае не будет идеальным – процесс изготовления не потребует особых навыков.
Для самостоятельного производства этого отопительного элемента потребуется труба диаметром от 40 до 70 мм. Большее значение сечения приведет к значительным потерям тепла при циркуляции теплоносителя. Сделать своими руками регистр отопления можно по следующей схеме проведения работ:
- Расчет оптимальных параметров отопительного прибора – диаметра трубы, общей протяженности секции.
- Составление чертежа для вычисления оптимального количества материала.
- Выполнение работ по изготовлению отопительного регистра своими руками.
- Проверка конструкции на герметичность.
Для выполнения поставленной задачи потребуется стальная труба, предназначенная для формирования основных регистров и магистраль меньшего диаметра. С ее помощью регистры будут соединены друг с другом и системой отопления. Также понадобятся специальные торцевые заглушки на трубы.
На первом этапе необходимо с помощью болгарки обрезать трубы до нужной длины. Использовать сварочный аппарат для этого не рекомендуется, так как на торцах отопительного регистра из круглой трубы сформируется наплав. Затем изготавливаются отверстия для подключения патрубков. Сварочным аппаратом привариваются патрубки и монтируются торцевые заглушки. Для обеспечения безопасности работы самодельного регистра отопления необходимо установить воздухоотводчик и спускной клапан. Они монтируются в верхней части конструкции, но на противоположной стороне относительно точки подключения к отоплению.
В некоторых случаях выполняется модернизация традиционной схемы стального или биметаллического отопительного регистра. Она заключается в установке электрического нагревательного ТЭНа.
Так можно сделать автономный источник тепла, который не будет зависеть от работы водяного отопления. В случае аварии или проведения технических работ самодельный отопительный регистр будет генерировать тепло с помощью ТЭНа. Но для этого следует при монтаже установить запорную арматуру, чтобы теплоноситель циркулировал только внутри отопительного прибора.
Во время выбора схемы и изготовления регистра отопления толщина трубы не имеет значения. Разница диаметров между ней и подводящей магистралью обуславливает полное отсутствие гидроударов в конструкции.
Монтаж регистров в систему отопления
Правильная установка регистров отопления может быть осуществлена двумя способами – на резьбовых соединениях или с помощью сварочного аппарата. Все зависит от общей массы конструкции, ее габаритов и параметров системы теплоснабжения.
В целом специалисты рекомендуют руководствоваться теми же правилами, что и при установке радиаторов. Разница заключается только в размерах конструкции. Если необходимо выполнить подключение регистра отопления к гравитационной системе – обязательно соблюдается требуемый показатель уклона. Прибор теплоснабжения должен быть наклонен в сторону движения теплоносителя. Для систем с естественной циркуляцией таких требований не существует.
Для правильной установки отопительных регистров необходимо руководствоваться следующими правилами:
- Соблюдение минимальных расстояний от стены и оконных конструкций. Оно должно составлять не менее 20 см. Это необходимо для проведения технических или ремонтных мероприятий;
- Для резьбового подключения отопительного регистра применяются только паранитовые подкладки или сантехнический лен;
- Все отопительные регистры из профильных или стальных труб в обязательном порядке красятся. Это необходимо для предотвращения появления ржавчины на их поверхности.
Несмотря на то что показатель теплоотдачи отопительного регистра при этом снизится – срок безремонтной службы конструкции значительно возрастет.
Монтаж рекомендуется проводить не в отопительный сезон. После пробного запуска отопительной системы можно сравнить расчетную мощность регистра с фактической и в случае надобности внести оперативные изменения в конструкцию.
Правила эксплуатации отопительных регистров
Для увеличения срока службы необходимо проводить ряд мероприятий по поддержанию регистров отопления в рабочем состоянии. Рекомендуется составить график контрольных проверок, включающий в себя визуальный осмотр и анализ температурного режима работы регистра.
Кроме этого, следует периодически выполнить очистку внутренней поверхности конструкции от накипи и ржавчины. Для этого лучше всего применять гидродинамический метод, так как для химической очистки потребуется большое количество специальной жидкости. Это можно делать без демонтажа конструкции – достаточно при изготовлении установить патрубки для обеспечения доступа к внутренней полости регистра.
Каждый раз перед новым отопительным сезоном проверяется целостность конструкции, надежность сварных и резьбовых соединений. В случае надобности выполняется замена прокладок и навариваются ремонтные швы.
Можно ли использовать регистры отопления для теплоснабжения частного дома? Такая практика существует, но для этого заказывают изделия из медных труб. Они характеризуются высокой стоимостью, но при этом обладают рядом отличительных качеств. Также учитывается их привлекательный внешний вид, который значительно отличается от стальных конструкций.
В видеоматериале показан пример изготовления регистра из стальной профильной трубы:
Системы отопления могут иметь в своем составе так называемые регистры – приборы, конструкция которых предполагает наличие гладких горизонтальных труб, параллельных друг другу. Они не снискали популярность у хозяев частных домов, что имеет под собой вполне объективные причины. Построенные с помощью данного вида регистров системы отопления потребляют значительные объемы теплоносителя, что заставляет тратить больше энергии на нагрев по сравнению со стандартными радиаторами.
Большей своей частью регистры находят применение на различных производствах. Серьезные размеры и ощутимый расход теплоносителя – все это подходит для отопления цехов, складов и других помещений, имеющих большую площадь.
Отопительные регистры – оптимальный КПД при условии их эксплуатации в промышленных зданиях. Обычные радиаторы проигрывают на фоне таких приборов отопления, так как у них лучшая теплоотдача и гидравлика. При этом себестоимость их изготовления относительно низкая и они дешевы в эксплуатации, что позволяет организовывать выгодные с точки зрения экономии системы отопления.
Регистры этого вида рекомендуется устанавливать в помещениях, в отношении которых действуют жесткие нормы санитарной безопасности, например, к ним относят детские сады. Такие приборы просты в плане поддержания чистоты, так как они без значительных усилий очищаются от различного вида загрязнений.
В то же время отопительные регистры нельзя признать экономичными. Это обусловливается потреблением существенных объемов теплоносителя для поддержания их функциональности, что заставляет тратить много энергии.
Применение на основе стальных труб возможно в отопительных системах, характеризуемых как однотрубные или двухтрубные, вне зависимости от вида циркуляции теплоносителя: принудительная или самотечная.
Технические характеристики
- Величина рабочего давления – 10 атмосфер.
- Теплоотдача – от 500 до 600 Вт/метр.
- Возможность использование теплоносителя в виде воды или пара.
- Соединение посредством сварки или при помощи резьбы.
Разновидности регистров отопления
Существует 3 вида рассматриваемых регистров:
- Секционные в виде буквы «П».
- Змеевиковые, форма которых S-образная.
- Смешанные.
На изготовление идут трубы из стали или нержавейки, диаметр которых составляет от 25 до 200 мм. Помещения на производстве, имеющие административное или хозяйственное назначение, отапливаются за счет применения труб диаметром от 25 до 100 мм. Что касается регистров большего диаметра, достигающего 200 мм, то они устанавливаются в цехах на производстве и на спортивных объектах, отличающихся масштабностью, например, это могут быть бассейны.
Применительно к частным домовладениям их установка существенно снижает эффективность отопления.
При сборке регистров может быть использовано практически любое количество секций, что обусловливается лишь площадью помещения и требуемой величиной теплоотдачи.
При соединении секционных регистров используют перемычки, имеющие меньший диаметр по сравнению с трубами, которые являются частью рассматриваемого вида приборов. Для расчета оптимального расстояния между трубами отопления используют формулу D+50 мм, где под D следует понимать диаметр трубы. Соблюдение рассчитываемого таким образом расстояния позволяет минимизировать инфракрасное облучение труб по отношению друг к другу, что обеспечивает увеличение теплоотдачи.
Соединение змеевиковых возможно за счет отводов, диаметр которых идентичен диаметру труб. Они устанавливаются с торцов подсоединяемого прибора. Из-за этого способа подсоединения возрастает стоимость подключения регистров, но не значительно. В данном случае рост затрат компенсируется увеличением эффективности работы, что обеспечивает большая площадь рабочей поверхности. Также змеевиковый регистр отличается таким положительным моментом, как меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с тем, которое присутствует у секционного варианта подобного прибора отопления. Это позволяет использовать циркуляционные насосы, отличающиеся меньшей мощностью и более низкой ценой.
Устанавливаемые на трубах торцевые заглушки отличаются вариативностью формы: плоские, круглые и эллиптические. Заглушки, имеющие эллиптическую форму, применяют в системах, где теплоноситель подается под высоким давлением. Также их используют для придания определенной привлекательности приборам отопления. Если существует потребность, то возможно оснащение верхнего сегмента регистра фитингом, предназначенным для установки клапана дегазации.
Вариативность исполнения регистров отопления на этом не заканчивается, например, существуют приборы данного типа, которые дополняются ТЭНом. В результате получается устройство, не требующее подключения к системе отопления, так как подогрев теплоносителя происходит за счет встроенного электроприбора в виде ТЭНа.
В процессе проектирования таких устройств определенным способом рассчитывается мощность ТЭНов, которая зависит от того, насколько велика площадь поверхности прибора. Если регистр будет перегреваться, то это приведет к излишней активности процесса расширения и теплоноситель вытечет через аварийный клапан. В противном случае, то есть при недостатке мощности, эффективность ТЭНа сведется к минимуму.
Автономный регистр должен оснащаться фитингом, устанавливаемым в верхнем сегменте этого прибора отопления. Он используется для заливки теплоносителя перед запуском в работу и для установки аварийного клапана, который может быть дополнен расширительным бачком, что связано с необходимостью компенсировать расширение теплоносителя.
Как рассчитать нужное количество секций регистра
Поперечное сечение труб регистра – это параметр, влияющий на эффективность обогрева того или иного помещения. Чем больше, тем выше результат обогрева. Преимущественно применяют змеевиковые и секционные регистры, состоящие из 2–4 секций. Это оптимальный размер, а само изделие имеет небольшой вес, что важно в плане монтажа.
Секции должны отстоять друг от друга на расстоянии 50 мм плюс диаметр трубы. Соблюдение такого правила исключает факт взаимного нагрева секций, увеличивая тем самым теплоотдачу.
Для расчета необходимого количества секций регистров достаточно обратиться к СНиП, где описаны соответствия 1 метра трубы того или иного диаметра обогреву конкретной площади:
- 25 мм – 0,15 м 2 ;
- 75 мм – 0,37 м 2 ;
- 160 мм – 0,77 м 2 .
Приведенные соотношения верны лишь для секции на входе в регистр. В связи с остыванием теплоносителя по мере продвижения по прибору расчет последующих секций предполагает увеличение значения площади на 0,9.
Для облегчения понимания необходимого количества секций можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которых в интернете много. Но следует иметь в виду, что не все отличаются корректностью работы, поэтому сначала необходимо их протестировать по формуле, приведенной выше.
Q=P*D*L*K*Δt , где
Q
– удельная тепловая мощность, Вт,
P
– число π = 3,14,
D
– диаметр трубы, м,
L
– длина одной секции, м,
К
– коэффициент теплопроводности металла 11,63 Вт/м²*С,
Δt
– разница температур между теплоносителем и воздухом в помещении.
Это выражение в приведенном виде также верно только для первой секции регистра или первого витка змеевика. Для последующих участков его надо умножать на коэффициент 0,9.
Перед тем, как приступить к изготовлению регистров, стоит озаботиться приобретением соответствующих материалов. Вам понадобятся трубы того или иного диаметра и какой-то длины. Здесь не приводятся точные цифры, так как прибор рассматриваемого вида можно собрать из любых труб без акцентирования внимания на их диаметре и толщине. Более важно – обеспечить оптимальный теплообмен, что подразумевает проведение вычислений относительно требуемой площади поверхности регистра.
Для этого потребуется определить наружную площадь всей системы. Затем полученное значение умножается на 330 Вт. Использование этого метода основано на утверждении, что 1 м 2 отдает 330 Вт теплоты, если температура носителя составляет 60 °C, а воздуха внутри обогреваемого помещения – 18 °C.
Совет! Можно не заниматься ручными вычислениями, а воспользоваться простой программой в EXCEL 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 людей, владеющих сварочным делом, собрать конструкцию не составит труда. Надо будет заготовить трубы и нарезать их на секции, а также позаботиться о заглушках, для изготовления которых потребуется стальной лист. Сборка регистра не предполагает наличие жестко заданного порядка действий. По окончании сварочных работ необходимо убедиться в герметичности созданной конструкции. В остальном можно дать следующие советы:
- следует подбирать трубы с оптимальной толщиной стенки, так как слишком тонкие достаточно быстро остывают, а толстые – долго прогреваются;
- верхнюю секцию надо дополнять краном Маевского, с помощью которого обеспечивается спуск воздуха;
- сборка регистра в виде змеевика предполагает использование трубогиба, если такой возможности нет, поворотные участки могут собираться из готовых колен;
- вход теплоносителя необходимо оснащать краном, а выход – вентилем;
- монтаж регистра должен производиться с небольшим уклоном в ту сторону, где находится подающий патрубок, что обеспечивает занимание краном Маевского наиболее высокой позиции.
Как улучшить теплоотдачу регистров
Эффективность регистров зависит от площади теплоотдающей поверхности, которая относительно мала у этих приборов. В связи с чем для улучшения теплоотдачи желательно увеличить упомянутую площадь, что можно достичь за счет приваривания металлических пластин. Такие элементы устанавливают вертикально, обеспечивая своеобразную ребристость труб.
Также доступно создание чего-то подобного конвекторному отоплению. Такое возможно, если наварить не металлические пластины, а профильные трубы, которые монтируются на переднюю часть прибора в вертикальном положении. В результате холодный воздух будет заходить снизу в эти трубы, нагреваться и выходить через их верхнюю часть.
Стоимость регистров из труб
Указать точную цену регистров из гладких труб практически невозможно, так как на ее формирование влияет много факторов. Например, здесь надо упомянуть индивидуальность исполнения, требуемые габариты, условия поставки и т. д.
Вывод
Гладкотрубные регистры до сих пор находят свое применение, которое в большей мере оправданно в условиях производства. Что касается частных домов, то не стоит использовать для их обогрева системы, собранные с помощью регистров данного вида. Это приведет к значительному росту объема нагреваемой воды, что увеличит расход энергоносителей, а это не выгодно.
Теплоотдача 1 м трубы выбранного диаметра q тр, Вт/м, находится по формуле:
q тр = q к + q л, (5.10)
где q к – конвективная теплоотдача, Вт/м;
q л – теплоотдача излучением, Вт/м.
Конвективная теплоотдача, q к, Вт/м, находится по уравнению:
q к = 4,1 ∙ (t ср – t в) 1,25 , (5.11)
где d н – наружный диаметр трубы, м;
t ср – средняя температура теплоносителя, °С:
t ср = 0,5 ∙ (t 1 + t 2), (5.12)
Теплоотдача излучением, q л, Вт/м, определяется по формуле:
q л
= 17,8d н
∙
.
(5.13)
Суммарная длина труб регистров l, м, определяется по формуле:
Количество регистров N выбирается из необходимости установки их у глухих наружных стен. Длина одной трубы регистра l 1 , м, определяется по формуле:
где m – число труб в одном регистре.
Пример расчета регистров для помещения 001 автостоянка:
1. Выбираем диаметр труб d у = 150 мм. Определим конвективную теплоотдачу:
q к = 4,1 ∙ 0,159 0,75 ∙ (80 – 5) 1,25 = 227,85 Вт/м.
2. Определим теплоотдачу излучением:
q л
= 17,8 ∙ 0,159 ∙
= 270,4 Вт/м.
3. Найдем теплоотдачу 1 м трубы выбранного диаметра:
q тр = 227,85 + 270,4 = 498,25 Вт/м.
4. Суммарная длина труб регистров:
5. Принимаем N = 3 регистра, количество труб в регистре m = 4. Длина одной трубы регистра:
l 1 = = 2,5 м.
Расчет остальных регистров аналогичен и сведен в таблицу 5.3.
Таблица 5.3
Тепловой расчет регистров
|
№ помещения | ||||||||||
6 Гидравлический расчет системы отопления
Целью гидравлического расчета является определение сопротивления системы отопления, подбор отдельных участков системы отопления таким образом, чтобы обеспечивался расчетный расход теплоносителя и уравновешивались потери давления, т.е. при установившемся режиме движения воды располагаемое давление полностью расходуется на преодоление сопротивления сети.
6.1 Гидравлический расчет системы отопления методом удельных потерь давления
Для гидравлического расчета выбирается главное циркуляционное кольцо, проходящее через наиболее нагруженный из удаленных стояков. Гидравлический расчет системы отопления производится методом удельных потерь давления на трение.
Расход теплоносителя в системе, ветви или стояке системы отопления G ст, кг/ч, определяется по формуле:
(6.1)
где 3,6 – переводной коэффициент, кДж/(Вт ч);
–коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов при округлении сверх расчетной величины 1,03;
–коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами, расположенными у наружных стен 1,02;
с – удельная теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг∙С);
В двухтрубной системе отопления расчетное циркуляционное давление определяется по формуле:
Р р = 1,1 Р е, Па, (6.2)
где Р е – естественное циркуляционное давление, Па:
Р е = Р е. пр + Р е. тр; (6.3)
где Р е.пр – естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения теплоносителя в приборе, Па;
Р е.тр – естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения теплоносителя в трубах, Па;
Естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения теплоносителя в приборе, Па определяется по следующей формуле:
Р е. пр = ∙g∙h 1 ∙(t г - t о), (6.4)
где – среднее приращение плотности при понижении температуры воды на 1 С, равное 0,64 кг/(м 3 С);
g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с 2 ;
h 1 – вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения в ветви или отопительном приборе на нижнем этаже и нагревания в системе, м;
t г – температура воды в подающей магистрали, С;
t о – температура воды в обратной магистрали, С.
При выборе диаметра труб в циркуляционном кольце исходят из принятого расхода воды и среднего ориентировочного значения удельной линейной потери давления R ср, Па/м, определяемого по формуле:
R ср = , (6.5)
где l – общая длина последовательно соединенных участков, составляющих основное циркуляционное кольцо, м;
Считается, что потери давления на трение составляют 65% от Р р.
Предварительно вычисляют расход воды на каждом участке. Потери давления на трение ΔР тр, Па:
ΔР тр = R ф ∙l. (6.6)
Составляют перечень местных сопротивлений на участках, приведенный в таблице 6.1.
По известным скоростям движения теплоносителя и определяются потери давления в местных сопротивленияхZ, Па
Z = ∙ Σξ, (6.7)
где - плотность воды, кг/м 3
– скорость воды, м/с;
–сумма коэффициентов местного сопротивления.
Коэффициенты местных сопротивлений сведены в таблице 6.1.
Затем определяются общие потери давления на участке, Па:
(6.8)
Гидравлический расчет системы отопления приведен в таблицах 6.2, 6.3, 6.4. Расчетные схемы системы отопления приведены в рисунках 6.1, 6.2, 6.3.
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.
Чуть ниже, под самими калькуляторами, будут приведены необходимые пояснения по проведению расчетов.
Отопительные регистры – специальные приспособления, которые используются для увеличения эффективности теплообмена между средой в помещении и теплоносителем. Они устанавливаются в отопительных системах промышленных, производственных и складских помещений, а также жилых и офисных зданиях. Что это за приспособления, и каковы их преимущества, расскажем в материале ниже.
Разновидности отопительных регистров
По строению регистры отопления представляют собой стальные трубы, совмещенные с системой отопления патрубками меньшего диаметра. Различают 2 основных типа регистров отопления.
Секционные
Секционные стальные регистры отопления из гладких труб могут состоять как из одной, так и из нескольких отрезков, концы которых закрыты заглушками. Входящая труба с теплоносителем врезается в верхнюю часть секции. Перемещаясь из стороны в сторону, вода постепенно заполняет всю секцию.
Для изготовления данного вида теплообменника используются гладкие стальные трубы сечением 25-400 мм. Чаще всего применяют трубы 76, 89, 108 и 159 мм в диаметре. Врезку входных и выходных патрубков можно выполнять на резьбе, фланцевым соединением или сваркой.
Дополнительно оборудование оснащено штуцером с резьбой, в который подключается воздухоотводчик. Такие стальные регистры рассчитаны на максимальное давление теплоносителя в пределах 10 кгс/см 2 или 1 МПа.
Установленные по бокам трубы заглушки бывают плоские или в форме эллипса. Переходы между трубами стараются делать максимально близко к краям, чтобы увеличить теплоотдачу оборудования.
Змеевиковые
В отличие от секционного, змеевиковый теплообменник представляет собой одну длинную трубу, изогнутую в форме буквы S. В нем используются трубы аналогичного сечения, причем участков их сужения не наблюдается.
Благодаря особой форме конструкции увеличивается теплоотдача регистров отопления данного типа и снижается гидравлическое сопротивление теплоносителя.
В большинстве случаев регистры отопления изготавливаются из труб с гладкими стенками из высокоуглеродистой стали. Однако можно встретить и приборы из нержавеющей или низколегированной стали, а также чугунные.
Благодаря использованию регистров отопления, даже если они имеют компактный размер, можно добиться высокой эффективности обогрева. В связи с этим данные приборы активно применяются в промышленных и складских помещениях больших размеров.
Стоит отметить, что применение регистров особенно актуально в помещениях, к которым предъявляются повышенные требования санитарной и пожарной безопасности.
Расчет регистров отопления - как рассчитать правильно
Принимая решение об установке данного вида теплообменников в своей квартире, стоит определиться, как рассчитать регистры отопления.
Для этих целей используют следующую формулу:
Q = πd н Lk(t г - t o)×(1 - η из), в которой:
π = 3,14 – постоянная величина;
d н – внешнее сечение трубы, м;
L – длина отрезка, м;
t о – температура воздуха в здании, в котором будет монтироваться регистр;
t r – температура воды, циркулирующей в трубопроводе;
k – коэффициент теплопередачи, значение которого равно 11,63 Вт/м 2 ℃;
η из – коэффициент теплопередачи изоляции. Если прибор изолирован, значение η из =0,6-0,8. В приборах без изоляции такой коэффициент равен нулю.
Произведем расчет регистров отопления для трубы сечением 159 мм и длиной 5 м. Температура воды в контуре составляет 80 ℃, а температура воздуха в комнате – 23 ℃.
Q=3,14×0,159×5×11,63×(80-23)×(1-0)=1654,8 Вт.
Результат расчета регистров из гладких труб для отопления показал мощность теплообменника, в котором использована одна горизонтальная труба. Если он состоит из нескольких рядов, для каждого последующего уровня применяется понижающий коэффициент 0,9.
Чтобы не вникать в подробности, как рассчитать количество регистров отопления, можно воспользоваться онлайн калькуляторами, однако их результаты довольно часто остаются далекими от истины. В связи с этим желательно все-таки разобраться с формулой и выполнить расчет регистров отопления из труб, чтобы проверить, насколько правильный результат выдает калькулятор.
Во время установки отопительных регистров следует придерживаться требований ГОСТа. Поскольку соединение должно быть прочным и надежным, чтобы выдержать массу прибора находящимся внутри теплоносителем, потребуется сварочный аппарат.
Характеристики устройств
Отопительные регистры имеют несколько качеств, отличающих их от иных отопительных приборов:
- Благодаря эффективному теплообмену с окружающим пространством небольшие по размеру приборы способны отапливать крупногабаритные помещения.
- Изготовление теплообменника достаточно простое – необходим лишь сварочный аппарат и угловая шлифмашина с отрезным диском.
- Можно использовать любые доступные материалы – трубы из чугуна, нержавейки или стали.
- Приборы способны выдерживать высокое давление (10 кгс/м 2) и могут работать на любых теплоносителях – воде, масле, других жидкостях, пару.
- Собрать прибор можно как уже по готовым чертежам, так и по самостоятельно составленным. Допускаются различные варианты конфигурации, заглушек, доборных элементов и отделочных материалов.
- Конечная стоимость теплообменника из гладких труб получится ниже, чем у прочих приборов с аналогичным уровнем эффективности.
Стоит отметить, что чем больше совокупная площадь поверхности прибора, тем выше его теплоотдача. В свою очередь, площадь зависит от сечения трубы и длины секции.
Обратите внимание, что эффективность оборудования будет зависеть от количества уровней и отступа между ними, конфигурации прибора (S-образной или секционной), типа используемого материала, а также наличия изоляции и свойств теплоносителя.
В большинстве случаев регистры отопления обладают такими характеристиками:
- Для теплообменника использованы электросварные трубы из углеродистой стали.
- Соединение труб выполнено одним из способов – фланцевое, на внешней резьбе, и сварное.
- Максимальное значение давления – 10 кгс/м 2 .
- Сечение труб в секциях – 32-219 мм.
- Минимальный отступ между уровнями – от 50 мм.
- Сечение соединительных перемычек – от 32мм.
Отопительные регистры с нагревательным элементом
В тех случаях, когда в помещении невозможно проложить отопительные трубы, устанавливают особый вид регистров – с ТЭНом. Его мощность колеблется в пределах 1,6-6 кВт, а требуемое рабочее напряжение 220 В при частоте переменного тока 50 Гц.
Иногда в комплект с прибором входит циркуляционный насос, который обеспечивает эффективную теплоотдачу отопительного регистра благодаря усиленной циркуляции теплоносителя.
Если оборудование работает автономно, его заполняют антифризом. В таком режиме ТЭН способен поддерживать температуру поверхности в пределах 80 ℃.
В тех случаях, когда приборы встроены в общую отопительную систему, ТЭН включается в момент падения температуры теплоносителя, или же отключается, если необходимости в нем нет.
Достоинства оборудования
Основными достоинствами данной разновидности теплообменника можно считать:
- удобство в эксплуатации;
- легкость обслуживания (чистки);
- наличие большой теплоотдающей площади при малых габаритах;
- высокая пожаробезопасность;
- экономный расход электроэнергии при наличии ТЭНа;
- возможность использования в качестве полотенцесушителя;
- широкая область применения – можно устанавливать на складах, в производственных цехах, торговых павильонах и офисных зданиях, а также в больницах и поликлиниках.
Выводы
Если вы решили оборудовать свой дом данным типом отопительных приборов, советуем тщательно разобраться в особенностях его работы, а также изучить тонкости создания и установки регистров. Дополнительная справочная литература очень вам в этом поможет.
