Традиційними приладами теплообміну, які встановлюються у житлових приміщеннях, є радіатори опалення. Однак, нерідко можна зустріти картину, коли господарі, мабуть - з міркувань економії, воліють обійтися саморобними регістрами, тобто каскадно звареними відрізками труб великого діаметра. Такий підхід зазвичай широко застосовується в господарських або підсобних будівлях і приміщеннях, але при акуратному зборі та фарбуванні регістри можуть вписатися і в інтер'єр житлової кімнати.

Однак, економія за такого підходу – далеко не очевидна: по суті, будь-який регістр за своїми можливостями тепловіддачі зазвичай програє набагато компактнішим і акуратнішим зовні радіаторам. У всякому разі, чекати якихось чудес від його встановлення – не доводиться. А коли так, то планувати встановлення таких опалювальних приладівслід лише після проведених розрахунків та порівняльного аналізувартості та ефективності. А допоможуть нам у цьому питанні калькулятори розрахунку параметрів регістру опалення.

Пропонується такий алгоритм проведення обчислень:

• Спочатку першому калькуляторі визначається кількість тепловтрат, потребують компенсації з допомогою системи опалення. Одним словом – обчислюється потрібна теплова потужністьдля конкретної кімнати
• Маючи в своєму розпорядженні значення необхідної потужності, на другому калькуляторі можна швидко і точно «спроектувати» регістр опалення з шуканою тепловіддачею – тобто визначити його довжину, кількість секцій і діаметр (перетин) використовуваних для виготовлення труб.

Трохи нижче під самими калькуляторами будуть наведені необхідні пояснення щодо проведення розрахунків.

Всім відомо, що теплообмін (тепловіддача) – передача теплової енергії – між тілами та середовищами виникає за наявності різниці температур. Середовище або тіло має більше високу температуру, остигаючи, нагріває холодніше середовище і підвищує її температуру.

У системах водяного опалення гаряча вода(теплоносій), надходячи у прилад опалення, нагріває стінки (оболонку). Стінки через свої зовнішні поверхні віддають тепло повітрю переважно двома способами: конвекцією і випромінюванням.

Конвекція – це передача тепла потокам повітря, що протікає вздовж гарячих стін опалювального приладу.

Теплове випромінювання – це передача теплової енергії за рахунок випромінювання електромагнітних хвиль гарячими стінками опалювального приладу в навколишній простір.

Наочним прикладом дії теплового випромінювання є багаття. Якщо прохолодний вечір стати боком до тліючим вугіллям вогнища на відстані трьох - чотирьох метрів, то частина обличчя, звернена до багаття, швидко нагріється, а протилежна частина обличчя залишатиметься холодною. При цьому температура повітря з обох боків буде приблизно однаковою.

Усі прилади – чавунні батареї, регістри опалення з труб, сталеві та алюмінієві панелі, конвектори та інфрачервоні випромінювачі- відрізняються один від одного (крім габаритів, зовнішнього вигляду, коефіцієнтів тепловіддачі) переважним видом передачі тепла навколишньому повітрю та предметам При цьому, як правило, і конвекція та випромінювання існують одночасно і діють паралельно.

У цій статті буде розглянуто приклад розрахунку тепловіддачі регістрів опалення із труб. Виготовляти регістри опалення з гладких трубекономічно не було вигідно ніколи – ні сьогодні, ні вчора. Якщо 30-50 років тому їх широко застосовували через дефіцит якісних дешевих та ефективних приладів опалення, то застосування регістрів сьогодні – це скоріше інерційна звичка теплотехніків. Вартість системи опалення із застосуванням, наприклад, конвекторів на 20-30% нижче вартості системи, де застосовані регістри опалення із труб. Тепловіддача приладів повинна бути максимальною за мінімальної вартості і, відповідно, мінімальної матеріаломісткості та трудомісткості виготовлення. Однак часто це взаємовиключні критерії.

Проте питання тепловіддачі сталевих труб залишається актуальним, якщо ними виконується розведення, а також при виконанні порівняльних розрахунків. різних варіантівсистем та при ремонтах діючих систем, в яких застосовані регістри опалення з гладких труб.

Спираючись на теорію та практичні досліди з тепловіддачі, а також на основі численних табличних даних за допомогою Excel мені вдалося знайти досить точні формульні залежності теплофізичних характеристик повітря (температуропровідності, теплопровідності, кінематичної в'язкості, критерію Прандтля) від температури. Нижче представлена програма розрахунку тепловіддачі регістрів опалення згоризонтальних металевих трубпри вільному русі повітря,що є результатом виконаної роботи.

Програма розрахунків написана в MS Excel, але можна використовувати програму OOo Calc з пакету Open Office.

Правила форматування осередків листа Excel, які застосовані у статтях цього блогу, представлені на сторінці « ».

Тепловіддача регістрів опалення із гладких труб. Розрахунок у Excel.

Регістр опалення з чотирьох гладких труб та схема руху теплоносія показані на малюнку, представленому нижче.

Включаємо комп'ютер, MS Office та починаємо розрахунок у Excel.

Вихідні дані:

Вихідних даних небагато, вони зрозумілі та прості.

1. Діаметр труб Dв мм заносимо

в комірку D3: 108,0

2. Довжину регістру (однієї труби) Lв м записуємо

в комірку D4: 1,250

3. Кількість труб у регістрі Nу штуках пишемо

в комірку D5: 4

4. Температуру води на «подачі» tпу °C заносимо

в комірку D6: 85

5. Температуру води на «зворотку» tоу °C пишемо

в комірку D7: 60

6. Температуру повітря у приміщенні tвв °C вводимо

в комірку D8: 18

7. Вид зовнішньої поверхнітруб вибираємо з списку

в об'єднаних осередках C9D9E9: «При теоретичному розрахунку»

8. Постійну Стефана-Больцмана C 0 у Вт/(м 2 *До 4) заносимо

в комірку D10: 0,00000005669

9. Значення прискорення вільного падіння gв м/с 2 вписуємо

в комірку D11: 9,80665

Змінюючи вихідні дані, можна змоделювати будь-яку «температурну ситуацію» для будь-якого типорозміру регістру опалення!

Тепловіддача просто одиночна горизонтальної трубитакож може легко бути порахованою за цією програмою! Для цього достатньо вказати кількість труб у регістрі опалення рівну одиниці ( N =1).

Результати розрахунків:

10. Ступінь чорноти випромінюючих поверхонь труб ε автоматично визначається за вибраним виглядом зовнішньої поверхні

У базі даних, розташованої одному листі з програмою розрахунку, для вибору представлені 27 видів зовнішніх поверхонь труб та його ступеня чорноти. (Дивись у файлі для завантаження в кінці статті.)

11. Середню температуру стін труб tсту °C обчислюємо

у комірці D14: =(D6+D7)/2 =72,5

tст =(tп + tо )/2

12. Температурний натиск dtу °C розраховуємо

у комірці D15: =D14-D8 =54,5

dt = tст — tв

13. Коефіцієнт об'ємного розширення повітря β в 1/K визначаємо

у комірці D16: =1/(D8+273) =0,003436

β =1/(tв + 273)

14. Кінематичну в'язкість повітря ν у м 2 /з обчислюємо

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

ν = 0,0000000001192* tв 2 +0,000000086895* tв +0,000013306

15. Критерій Прандтля Prвизначаємо

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

Pr = 0,00000073* tв 2 -0,00028085* tв +0,70934

16 . Коефіцієнт теплопровідності повітря λ розраховуємо

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

λ =-0,000000022042* tв 2 +0,0000793717* tв +0,0243834

17. Площа тепловіддаючих поверхонь труб регістру Aв м 2 визначаємо

у комірці D20: =ПІ()*D3/1000*D4*D5 =1,6965

A = π *(D /1000)* L * N

18. Тепловий потік випромінювання з поверхонь труб регістру опалення Qів Вт обчислюємо

в осередку D21: =D10*D13*D20*((D14+273)^4- (D8+273)^4)*0,93^(D5-1) =444

Qі = C 0 *ε *A * ((tст +273) 4 - (tв +273) 4) * 0,93 (N-1)

19. Коефіцієнт тепловіддачі при випромінюванні α іу Вт/(м 2 *К) розраховуємо

у комірці D22: =D21/(D15*D20) =4,8

α і = Qі /(dt * A )

20. Критерій Грасгофа Grобчислюємо

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

Gr = g * β *(D /1000) 3 * dt /ν 2

21. Критерій Нуссельта Nuзнаходимо

у комірці D24: =0,5*(D23*D18)^0,25 =26,0194

Nu =0,5*(Gr * Pr ) 0,25

22. Конвективну складову теплового потоку Qдов Вт обчислюємо

у комірці D25: =D26*D20*D15 =462

Qдо = α до * A * dt

23. А коефіцієнт тепловіддачі за конвекції α доу Вт/(м 2 *К) визначаємо відповідно

в осередку D26: =D24*D19/(D3/1000)*0,93^(D5-1) =5,0

α до = Nu * λ /(D /1000) *0,93 (N -1)

24. Повну потужність теплового потоку регістру опалення Qу Вт і Ккал/годину вважаємо відповідно

у комірці D27: =D21+D25 =906

Q = Qі + Qдо

і в осередку D28: = D27 * 0,85985 =779

Q’ = Q *0,85985

25. Коефіцієнт тепловіддачі від поверхонь регістру опалення повітря α у Вт/(м2*К) і Ккал/(год*м2*К) знаходимо відповідно

у комірці D29: =D22+D26 =9,8

α = α і + α до

і в осередку D30: = D29 * 0,85985 =8,4

α ’ = α *0,85985

На цьому розрахунок у Excel завершено. Тепловіддача регістру опалення із труб знайдено!

Розрахунки багаторазово підтверджені практикою!

Теплотехнічним розрахункам на цьому сайті присвячено ще низку статей. Швидко перейти до них можна за посиланнями нижче статті або через сторінку «Всі статті блогу». У цих статтях просто і зрозуміло на прикладах розповідається про основні поняття теплотехніки.

Зауваження.

1. Правильніше у розрахунках було б використати не коефіцієнт тепловіддачі α між зовнішніми стінками регістру та повітрям, а коефіцієнт теплопередачі k, що враховує теплообмін між теплоносієм (водою) і внутрішніми стінками труб регістра опалення, а також передачу тепла через матеріал стінки ( термічний опірстінки). Розраховується коефіцієнт теплопередачі від води до повітря приміщення за такою формулою:

k =1/(1/ α 1 + sст / λ ст + 1/ α )

Але оскільки:

α 1 ≈2000…3000 Вт/(м 2 *К) – коефіцієнт тепловіддачі між водою та внутрішньою сталевою стінкою

sст ≈0,002…0,005 м – товщина стінок труб

λ ст ≈50…60 Вт/(м*К) – коефіцієнт теплопровідності матеріалу стін труб

1/ α 1 ≈0

sст / λ ст ≈0

І отже:

k ≈ α

2. Тепловіддача регістрів опалення залежить від способу подачі води в них (згори вниз, знизу вгору …), від монтажних відстаней до конструкцій, що захищають (до підлоги, до підвіконня, до стіни, до екрану), від товщини лакофарбового покриттята інших факторів. Фактична тепловіддача може бути меншою за розрахункову на 15...20%. Це необхідно враховувати за остаточних розрахунків!

3. Відстань між трубами та кількість труб також впливають на тепловіддачу регістрів опалення. У програмі це частково враховано застосуванням коефіцієнта пониження (0,93) на кожен додатковий ряд труб. Відстань між трубами бажано витримувати не менше діаметра труби D(Більше - краще).

4. Коефіцієнт теплопередачі kне є постійною величиною для конкретного опалювального приладу і значно змінюється при зміні температурного напору dt! Докладніше про це (і не лише) читайте у найближчих статтях блогу.

Підписуйтесь на анонси статей у вікнах, розташованих наприкінці кожної статті або вгорі кожної сторінки та не забувайтепідтверджувати підписку кліком за посиланням у листі, який одразу прийде до вас на вказану пошту (може прийти до папки « Спам » )!!!

Шановні читачі, залишайте коментарі до статті! Ваші думки, зауваження, пропозиції, питання, поради завжди цікаві та корисні колегам та автору!!!

Прошу поважають праця автора завантажувати файл після передплати на новини статей!

Регістри опалення є теплообмінними трубами, які встановлюються в будинках і служать для нагрівання внутрішнього повітря. Виготовляються з таких матеріалів, як сталь, чавун, мідь, алюміній та мають різноманітні конфігурації.

Підбирати регістр опалення потрібно відповідно до розмірів приміщення, можна ввести як одну, так і кілька секцій.

Розмовляючи про матеріали виготовлення регістрів, не можна не сказати про електрозварних трубахіз сталі, що є загальнопоширеними, завдяки доступності, невисокій вартості, легкості прокатки та великому виборутипів і розмірів, хоч і мають не найкращу віддачу тепла.

Сталеві регістри виробляються з профільної або з круглим перетиномтруби. Схильні до іржавіння, тому особлива увагаслід приділяти зварним швам.

Чавунні регістри відрізняються надійністю і простотою монтажу, але установка може забрати багато сил. У них досить міцні з'єднання за рахунок фланців і болтів, а ось стійкості до ударів немає, можуть і розбитися. Мають дуже велику вагу і виглядають громіздко. Найбільше зустрічаються з ореброваних труб.

Мідні регістри в основному встановлюють там, де вже вся прокладка зроблена з мідних труб. Мідь має чудову теплову віддачу, тому труби з міді мають невелику довжину та діаметр, чого не можна сказати про вартість.

М'якість металу дозволяє легко гнути труби, так що зварювання потрібне тільки для з'єднання окремих частин, проте додатково потребує запобігання (екран, кожух).

Застосування мідних регістрів потребує таких умов:

• у теплоносії не повинно бути твердих частинок;
• фітинги та інші деталі, що стикаються з міддю, можуть бути виконані тільки з бронзи, латуні, нікелю або хрому;
• заземлення – обов'язкова умова, щоб процес електрохімічної корозіїне пішов.

Алюмінієві регістри користуються попитом, тому що їх теплопровідність вважається кращою, вони стійкі до корозії і мають великий термін служби, тому вони мають таку високу вартість.

Алюмінієві труби виготовляють способом монолітного лиття, тому зварних швів та з'єднань у них немає, а ось установка потребує спеціального зварювального обладнання.

Біметалічні регістри виготовляються з опалювальних трубособливого типу, із застосуванням сталевого осердя. Мідні або алюмінієві теплообмінники з пластин, що застосовуються в таких регістрах, дозволяють значно збільшити квадратні метри обігріву. Для всіх регістрів опалення такого типу характерний діаметр – до 2 дюймів. Завдяки цьому основне місце їх встановлення – житлові будинки.

Реєстри опалення з нержавіючої трубизустріти можна дуже рідко через непомірну вартість. Нині їх майже не встановлюють.

Види регістрів для установки (електрозварні, з гладких труб)

Електрозварювальні сталеві регістри з гладких труб, напевно, по праву вважаються найпопулярнішими. Діаметри таких труб зустрічаються від 32 до 150 мм.

Існує 2 види: змієподібні та секційні (реєстрові).

1. Змієподібні (змійовик) регістри мають форму літери S і дугове з'єднання. Така конфігурація значно підвищує тепловіддачу, а гладкі труби дозволяють пропускати великий обсяг теплоносія.
2. Секційні (реєстрові) регістри розрізняють за типом з'єднання:
   нитка - це конструкція з послідовним з'єднаннямде замикаюча труба, по якій теплоносій перетікає з однієї труби в іншу, розташована або праворуч, або зліва;
   колонка - це конструкція з паралельним ходом теплоносія, де всі паралельні один одному труби з'єднані замикаючими трубами з двох кінців. Такий тип з'єднання дозволяє створити необхідну довжину відповідно до розмірів приміщення.

Розрахунок регістрів для приміщення

Вибираючи модель регістру опалення, слід звернути увагу на трубний діаметр. Діаметри, як згадувалося вище, буваю від 32 до 150мм.

Великий діаметр труб – це, як наслідок, великий об'єм усієї системи опалення. Для нагрівання такої системи потрібно дуже багато часу і складніше регулювати температуру, але для роботи котла вони краще.

Зупинити вибір краще на трубах діаметром 32мм, а якщо передбачається особисте виготовлення регістру, фахівці рекомендують вибрати діаметр труби не більше 80мм.

Для створення теплопостачання із сталевих опалювальних регістрів оптимальним рішеннямбуде вдатися до послуг майстрів. Інший варіант - це спеціальні програми для розрахунку.

Але за самостійного розрахунку можна використовувати таку методику.

Спочатку потрібно знати такі параметри:

• загальна площа кімнати;
• коефіцієнт віддачі тепла матеріалу регістру;
• діаметр труб, що використовуються.

Таблиця. Тепловіддача одного погонного метратруби із сталі різного діаметру - для розрахунку регістра опалення при висоті 2 метри.

Можна скористатися формулою розрахунку регістрів із гладких сталевих труб.

Q = 3.14 x D x L x K (Tr - To), де

Q – кількість тепла, що виділяє труба, Вт;

D – діаметр труби, м;

L - Довжина труби, м;

K – коефіцієнт передачі тепла (11,63 Вт/м 2 хС);

Tr – температура усередині приміщення;

To – температура теплоносія у системі;

t – різниця температур.
Маючи ці значення, можна розрахувати кількість тепла регістру опалення.

Приклад: довжина 1-ї секції 2 м, а діаметр труби – 76 мм.

t дорівнюватиме 60С (80-20).

Таким чином, потужність однієї секції регістру опалення зі сталевої гладкої труби дорівнюватиме:

Q = 3,14 х0, 076х2х11, 63х60 = 333 Вт.

Для розрахунку необхідного метражу та діаметра труби брати до уваги слід лише показники тепловіддачі погонного метра труби.

Наприклад. Приміщенню площею 20м 2 і висотою стелі трохи більше 3м потрібно 20 м сталевої трубидіаметр якої буде 60мм.

Під час підготовки до монтажу опалювальних приладів слід врахувати такі параметри, як:

• глибина стін;
• розташування вікон та дверей;
• склад стін та перекриттів будівлі та ін.

Конструктивні характеристики

На потужність регістру опалення впливаю його конструктивні особливості. Виготовляються вони, в основному, із труб із гладкими стінами, рідше із профільного металу.

Важливо. Частини опалювального регіструповинні розташовуватися з відривом друг від друга з розрахунку: діаметр труби плюс 5см. Занадто близьке розташуваннянегативно позначиться на тепловіддачі.

Всі моделі регістрів опалення мають патрубки на вході та виході, щоб з'єднувати трубопроводи подачі та відведення теплоносія.

Регістри опалення встановлюються в 1-трубних та 2-трубних системах. Приєднання їх до системи теплопостачання передбачає такі варіанти:

• діагональне;
• бічне;
• нижнє (тільки при маленьких розмірах конструкції або невеликій кількості горизонтальних елементів).

Самостійне встановлення

Два способи монтажу:

• роз'ємне болтове з'єднання;
• не роз'ємне зварювальне з'єднання.

Вибирати слід із розрахунку ваги та розміру пристрою, а також врахувати характеристики системи теплопостачання.

За основу можна взяти правила встановлення радіаторів опалення, принципової різниці немає.

Показник ухилу – важливо врахувати, при приєднанні до гравітаційної системи нахил по ходу теплоносія.

У системах, де не використовується насосне обладнанняі де рушійною силоює різниця його парціального тиску, таких проблем немає.

Правила монтажу:

• Рекомендована відстань відповідно до технологічним процесом, від стіни та вікон не менше 20см.
• Рознімний монтаж вимагає використання тільки паранітових підкладок або льону, що застосовується у сантехнічних роботах;
• Всі сталеві регістри опалення обов'язково фарбуються, щоб уникнути іржавіння.
• Монтаж краще не проводити під час опалення.

Порівняльний аналіз розрахункової та потужності за фактом регістру можна зробити після закінчення випробувального запуску системи, і за необхідності внести конструктивні зміни.