Расчет регистра отопления excel

Регистры отопления из труб

Опубликовано 28 Фев 2014
Рубрика: Теплотехника | 89 комментариев

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

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 C₀  в Вт/(м²*К⁴) заносим

в ячейку D10: 0,00000005669

9. Значение ускорения свободного падения g в м/с² 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

t_ст=(t_п+t_о)/2

12. Температурный напор dt 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 м²/с вычисляем

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

ν=0,0000000001192*t_в²+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_в²-0,00028085*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_в²+0,0000793717*t_в+0,0243834

17. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра A в м² 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=C₀*ε*A*((t_ст+273)⁴— (t_в+273)⁴)*0,93^(N-1)

19. Коэффициент теплоотдачи при излучении α_и в Вт/(м²*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/ν²

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/(м²*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/α₁+s_ст/λ_ст+1/α)

Но так как:

α₁≈2000…3000 Вт/(м²*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

То:

1/α₁≈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 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.

Уважаемые читатели, ваши мысли, замечания, предложения, вопросы, советы всегда интересны и полезны коллегам и автору!!!

Ссылка на скачивание файла: teplootdacha-registra-otopleniya (xls 28,5KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Теплоотдача регистров отопления из гладких труб. Расчет в Excel.

Теплоотдача регистров отопления(скачать калькулятор)

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 C₀  в Вт/(м²*К⁴) заносим

в ячейку D10: 0,00000005669

9. Значение ускорения свободного падения g в м/с² 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

t_ст=(t_п+t_о)/2

12. Температурный напор dt 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 м²/с вычисляем

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

ν=0,0000000001192*t_в²+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_в²-0,00028085*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_в²+0,0000793717*t_в+0,0243834

17. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра A в м² 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=C₀*ε*A*((t_ст+273)⁴— (t_в+273)⁴)*0,93^(N-1)

19. Коэффициент теплоотдачи при излучении α_и в Вт/(м²*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/ν²

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/(м²*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)/1000 =0,906

Q=(Q_и+Q_к)/1000

и в ячейке D28: =D27*0,85985 =0,779

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

Замечания.

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/α₁+s_ст/λ_ст+1/α)

Но так как:

α₁≈2000…3000 Вт/(м²*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

То:

1/α₁≈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 теплопередачи k не является постоянной величиной для конкретного прибора отопления и значительно меняется  при изменении температурного напора dt!

Предложите, как улучшить StudyLib

(Для жалоб на нарушения авторских прав, используйте

другую форму
)

Отопительные регистры: виды, расчет и изготовление своими руками

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.

Регистры из медных труб имеют высокую теплоотдачу и не менее высокую цену

Делают иногда медные регистры — они используются в тех сетях, где разводка сделана медными трубами. 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 скрыты в стене или полу ) 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 экраны, 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.

Чугунные регистры из оребренных труб

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.

Типы регистров из гладких труб

Любой тип регистров может использоваться для любого типа системы: с однотрубной и двухтрубной разводкой. 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).

Это змеевидный регистр отопления

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.

Регистры из квадратных труб

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.

Регистр с пластинами будет иметь теплоотдачу намного выше

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 бытового котла расширительный бачок, как правило, встроен в конструкцию. Если его нет (часто бывает в твердотопливных котлах ), 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 мощности котла не хватает. Также такой вариант может выручить в межсезонье, когда загружать твердотопливный котел длительного горения 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.

Добавив в регистр ТЭН и поставив расширительный бачек, получаем комбинированную систему отопления

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 алюминиевыми 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, как подобрать мощность насоса читайте тут.

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.

Формула расчета регистров из стальных труб

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 воздухоотводчик. 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.

Отопительные регистры обычно стоят в подсобных, производственных, вспомогательных помещениях

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 (как выбрать краску читайте тут ).

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.

Расчет теплоотдачи регистра отопления

Регистр отопительной системы представляет собой прибор, изготовленный из гладкостенных трубопроводов. По своим конструктивным особенностям регистр послужил основой для большинства радиаторов. Очень часто данные устройства располагают в технических и промышленных помещениях. К тому же нередки случаи, когда их устанавливают в квартирах в составе автономных отопительных систем. Однако далеко не все знают, как провести расчет теплоотдачи регистра.

Основные виды и технические характеристики

Существует несколько основных разновидностей данных отопительных приборов. Регистры классифицируют по способу монтажа, форме исполнения и материалу. Поэтому перед тем как произвести расчет регистров из гладких труб для отопления, рассмотрим более подробно каждую группу данных устройств.

По форме исполнения

1. Секционные регистры. Такие теплообменники изготавливают из одного или нескольких гладкостенных трубопроводов диаметром от 25 до 400 мм, соединяемых между собой патрубками и закрываемых заглушками. Теплоноситель через патрубок поступает в верхнюю секцию, а в следующую секцию перетекает на противоположном конце и т. д.
2. Змеевиковые (S-образные) устройства – трубопроводы соединяются дугами, в результате получается сплошная труба. Подобная форма позволяет задействовать поверхность прибора в целом, что увеличивает эффективную площадь теплообменника. Ниже рассмотрим, как выполнить расчет теплоотдачи регистра из гладких труб.

По способу монтажа

Регистры для отопительных систем делят на переносные и стационарные. Переносные или мобильные устройства, как правило, используют в помещениях, где требуется временная поддержка заданной температуры до устройства основной системы обогрева. К примеру, при возведении нового здания или при проведении ремонтных работ в гараже. В таких системах в качестве теплоносителя используются антифризы или синтетические масла, а энергия тепла генерируется посредством электрических ТЭНов.

По материалу

1. Стальные регистры. Это наиболее популярный вид приборов, изготовленных из стали. Также стоит обратить внимание, что сталь является довольно прочным материалом. Отлично сваривается и при этом обладает хорошей теплопроводностью.
2. Чугунные устройства. В настоящее время наиболее популярны регистры из чугунных трубопроводов. Но, несмотря на невысокую стоимость, данный материал довольно хрупкий и неустойчивый к механическим повреждениям. Кроме того, чугун плохо сваривается, что затрудняет монтаж.
3. Алюминиевые регистры. По популярности данные устройства немного уступают регистрам из стальных труб. При этом они обладают рядом преимуществ: привлекательно выглядят, мало весят, хорошо отдают тепло и устойчивы к коррозии. Главный и единственный недостаток алюминиевых регистров – высокая цена.

Расчет теплоотдачи: основные моменты

В процессе монтажа отопительной системы многих интересует расчет регистров из гладких труб. Как расчитать, чтобы их не было чересчур много (будет очень жарко) или слишком мало (будет прохладно)?

1. Для частного дома или квартиры нет необходимости рассчитывать точную цифру, так как в данном случае неважно конкретное значение температуры. Важно, чтобы температурный режим был оптимальным.
2. Наиболее простой расчет: на 2 м 2 должна приходиться одна секция (чугун или алюминий), на 1,5 м 2 – одна секция (биметалл).
3. В случае если потолок более 3 метров, следует добавить одну секцию. При наличии балкона также добавляется одна или две секции, в зависимости от того, утеплен балкон или нет. Добавляется секция, если комната угловая.
4. Так как температура подачи теплоносителя регулируется коммунальной службой, для квартир допускается выполнять расчет теплоотдачи регистра независимо от климата.
5. В частных домах данный расчет не подходит в связи с тем, что в систему поступает слишком горячая вода. Это дает сильный перегрев, если строение располагается в теплых регионах.
6. Помимо этого расчет теплоотдачи регистра отопления можно выполнить при помощи онлайн-калькуляторов. Для этого потребуется ввести некоторые данные, а затем программа рассчитает требуемое количество труб.

Методика расчета

При выборе данного устройства важно правильно выбрать диаметр трубопроводов, из которых будет выполнен регистр. Наиболее оптимальный диаметр – 32 мм, но допускается устанавливать регистры и другого диаметра, но не более 80 мм. Если диаметр будет более 80 мм, то может попросту не хватить мощности отопительной системы на прогрев такого устройства, так как котел не сможет подать необходимый объем теплоносителя.

Чтобы правильно выбрать данный сантехнический элемент и выполнить расчет теплоотдачи регистра, следует взять во внимание следующие факторы:

• Материал, из которого изготовлено строение.
• Толщина стен.
• Количество оконных и дверных проемов.

Выполняя расчет теплоотдачи регистра, необходимо знать величину теплоотдачи одного погонного метра трубопровода. К примеру, один погонный метр трубопровода диаметром 60 мм может обогреть 1м 2 помещения высотой не более 3 метров.

В таблице, представленной ниже, указан примерный расчет теплоотдачи регистра в зависимости от диаметра трубопроводов.

Диаметр трубы, мм.

В таблице приведены данные при высоте потолка не более 3 метров. Другими словами, чтобы обогреть 60 м 2 потребуется 87 метров трубопровода диаметром 40 мм либо 44 метра диаметром 89 мм. После проведения расчетов необходимо сделать чертежи. Также нужно будет обдумать все нюансы размещения регистра в помещении.

Монтаж регистров

При монтаже регистров наиболее дорогостоящими являются сварочные работы, которые в результате станут определяющим фактором при выборе между радиатором и регистром. Однако можно обойтись и без них. Стыки в таком случае соединяются с помощью резьбовых соединений, которые, несмотря на то что несколько уступают соединениям на сварке, способны также прослужить довольно продолжительное время.

В процессе монтажа данных устройств необходимо соблюдать небольшой уклон (0,05‰) по направлению движения теплоносителя.

Заключение

Итак, подводя итоги, стоит отметить, что регистры способны конкурировать с другими разновидностями отопительных приборов. Подбирать наиболее оптимальную конфигурацию устройства следует индивидуально для каждого конкретного случая, с учетом личных пожеланий и особенностей помещения. Однако изготовление отопительных регистров, а также их установку желательно все же доверить профессионалам.

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 изгоризонтальных 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 теплоотдачиα между наружными стенками регистра и воздухом, а коэффициент теплопередачиk. 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

s_ст≈0,002…0,005 м – толщина стенок труб

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.

Подписывайтесьна анонсы статей в окнах, расположенных в конце каждой статьи или вверху каждой страницы ине забывайтеподтверждатьподписку 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.

Источники: http://teplowood.ru/registry-otopleniya-tipy-vidy-raschet.html, http://fb.ru/article/194202/raschet-teplootdachi-registra-otopleniya, http://al-vo.ru/teplotekhnika/registry-otopleniya-iz-trub.html

Как вам статья?

Онлайн-калькулятор предназначен для расчёта характеристик и стоимости регистров отопления из гладких труб. С его помощью Вы можете рассчитать регистр отопления с нужными Вам параметрами, такими как: длина (без учёта входных/выходных патрубков), диаметр основной трубы, количество рядов (сегментов, секций), тип конструкции и торцевых заглушек. Дополнительные опции — грунтовка и покраска — влияют только на стоимость отопительного прибора и не учитываются в расчётах теплоотдачи и прочих характеристик. Вид патрубков не влияет вообще ни на что — они идут в качестве дополнительного бонуса.

Расчётные характеристики пересчитываются автоматически, “на лету”, при изменении входных параметров. Количество изделий, необходимое Вам, можно указать в «Корзине», при оформлении заказа.

На всякий случай: для выбора диаметра и толщины стенки трубы, нажмите на ячейку таблицы. Ячейки, доступные для выбора, подсвечены светло-зелёным цветом.

Для того, чтобы определить стоимость нестандартных регистров отопления, отправьте нам Ваши эскизы либо спецификации.