Расчет теплоснабжения регистров

Регистры теплоснабжения из труб

Опубликовано 28 Фев 2014Рубрика: Теплотехника | 73 комментария

Каждый знает, что теплообмен (отдача тепла) – теплопередача – между телами и средами появляется если есть наличие температурные разницы. Среда или тело имеющая более большую температуру, остывая, нагревает более холодную среду и увеличивает ее температуру.

В системах традиционного отопления горячая вода (тепловой носитель), поступая в прибор теплоснабжения, нагревает его стены (оболочку). Стены через собственные внешние поверхности отдают тепло воздуху как правило двумя вариантами: конвекцией и излучением.

Конвекция – это теплопередача воздушным потокам, протекающим вдоль горячих стенок отопительного прибора.

Излучение тепла – это теплопередача за счёт излучения электро-магнитных волн горячими стенками отопительного прибора в пространство вокруг.

Наглядным примером действия излучения тепла считается костер. Если в холодный вечер стать боком к тлеющим углям костра на расстоянии трех – четырех метров, то часть лица, обращенная к костру, быстро нагреется, а противоположная часть лица останется холодной. При этом температура окружающей среды с двух сторон будет приблизительно одинаковой.

Все приборы – радиаторы из чугуна, регистры теплоснабжения из труб, стальные и панели из алюминия, конвекторные обогреватели и инфракрасные излучатели – друг от друга отличаются (помимо габаритов, внешнего вида, коэффициентов отдачи тепла) доминирующим видом теплопередачи окружающему воздуху и предметам. При этом, в основном, и конвекция и излучение есть одновременно и работают параллельно.

В данной заметке будет рассмотрен пример расчета отдачи тепла регистров теплоснабжения из труб. Делать регистры теплоснабжения из гладких труб экономически не было выгодно никогда — ни на сегодняшний день, ни вчера. Если 30-50 лет тому назад их широко применяли благодаря дефициту высококачественных недорогих и продуктивных отопительных систем, то использование регистров на сегодняшний день – это быстрее инерционная повадка теплотехников. Стоимость системы обогрева с использованием, к примеру, конвекторных обогревателей на 20-30% меньше цены системы, где применены регистры теплоснабжения из труб. Отдача тепла приборов должна быть самой большой при небольшой стоимости и, исходя из этого, небольшой материалоемкости и трудоемкости изготовления. Однако иногда это — взаимоисключающие параметры.

Но все таки, вопрос отдачи тепла труб из стали остается важным, если ими осуществляется разводка, а еще при выполнении сравнительных расчетов самых разных вариантов систем и при ремонтах действующих систем, в которых применены регистры теплоснабжения из гладких труб.

Опираясь на теорию и функциональные опыты по отдаче тепла, а еще на основе многих табличных данных при помощи Excel мне получилось отыскать очень точные формульные зависимости теплофизических параметров воздуха (температуропроводности, теплопроводимости, кинематической вязкости, критерия Прандтля) от температуры. Ниже представлена программа расчета отдачи тепла регистров теплоснабжения из горизонтальных труб сделанных из металла при свободном движении воздуха, являющаяся итогом выполненной работы.

Программа расчетов написана в MS Excel, но можно применять и программу OOo Calc из пакета Open Office.

Правила форматирования ячеек листа Excel, которые использованы в статьях этого блога, продемонстрированы на странице «О блоге».

Отдача тепла регистров теплоснабжения из гладких труб. Расчет в Excel.

Регистр теплоснабжения из четырех гладких труб и схема движения носителя тепла показаны на рисунке, представленном ниже.

Включаем компьютер, MS Office и начнем расчет в Excel.

Исходники:

Начальных данных мало, они понятны и просты.

1. Трубный диаметр D в мм заносим

в ячейку D3: 108,0

2. Длину регистра (одной трубы) L в м записываем

в ячейку D4: 1,250

3. Кол-во труб в регистре N в штуках пишем

4. Водную температуру на «подаче» tп в °C заносим

5. Водную температуру на «обратке» tо в °C пишем

6. Температуру воздуха в помещении tв в °C вводим

7. Вид поверхности с наружной стороны труб выбираем из выпадающего перечня

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 исходники можно создать любую «температурную ситуацию» для всякого типоразмера регистра теплоснабжения!

Отдача тепла просто одиночной горизонтальной трубы также может легко быть посчитанной по данной программе! Для этого вполне достаточно указать кол-во труб в регистре теплоснабжения равное единице (N=1).

Результаты расчетов:

10. Степень черноты излучающих поверхностей труб ? автоматично устанавливается по избранному виду поверхности с наружной стороны

в ячейке D13: =ИНДЕКС(H5:h41;G2) =0,810

В базе данных, находящейся на одном листе с программой расчета, для выбора продемонстрированы 27 видов наружных поверхностей труб и их степени черноты. (Смотри в файле для скачивания в конце публикации.)

11. Среднюю температуру стенок труб tст 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. Показатель объемного увеличения воздуха ? в 1/K находим

в ячейке D16: =1/(D8+273) =0,003436

14. Кинематическую вязкость воздуха ? в м2/с вычисляем

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

15. Признак Прандтля Pr находим

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

16. Показатель теплопроводимости воздуха ? рассчитываем

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

17. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра A в м2 находим

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

18. Поток тепла излучения с поверхностей труб регистра теплоснабжения Qи в Вт вычисляем

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

19. Показатель отдачи тепла при излучении ?и в Вт/(м2*К) рассчитываем

в ячейке D22: =D21/(D15*D20) =4,8

20. Признак Грасгофа Gr вычисляем

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

21. Признак Нуссельта Nu находим

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

22. Конвективную составляющую потока тепла Qк в Вт вычисляем

в ячейке D25: =D26*D20*D15 =462

23. А показатель отдачи тепла при конвекции ?к в Вт/(м2*К) находим исходя из этого

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

24. Всю мощность потока тепла регистра теплоснабжения Q в Вт и Ккал/час считаем исходя из этого

в ячейке D27: =D21+D25 =906

и в ячейке D28: =D27*0,85985 =779

25. Показатель отдачи тепла от поверхностей регистра теплоснабжения воздуху ? в Вт/(м2*К) и Ккал/(час*м2*К) находим исходя из этого

в ячейке D29: =D22+D26 =9,8

и в ячейке D30: =D29*0,85985 =8,4

На этом расчет в Excel закончен. Отдача тепла регистра теплоснабжения из труб найдена!

Расчеты неоднократно подтверждены практикой!

Теплотехническим расчетам на данном сайте посвящен еще ряд публикаций. Быстро перейти к ним можно по ссылкам, размещенным ниже публикации или через страницу «Все публикации блога». В данных статьях просто и ясно на примерах говорится о ключевых понятиях теплотехники.

1. Правильнее в расчетах было бы применять не показатель отдачи тепла ? между наружными стенками регистра и воздухом, а коэффициент передачи тепла k, учитывающий теплообмен между носителем тепла (водой) и внутренними стенками труб регистра теплоснабжения, а еще теплопередачу через материал стены (термическое сопротивление стены). Рассчитывается коэффициент передачи тепла от воды к воздуху помещения по формуле:

?1?2000…3000 Вт/(м2*К) – показатель отдачи тепла между водой и внутренней стальной стенкой

sст?0,002…0,005 м – толщина стенок труб

?ст?50…60 Вт/(м*К) – показатель теплопроводимости материала стенок труб

2. Отдача тепла регистров теплоснабжения зависит от способа водоподачи в них (сверху вниз, снизу вверх …), от монтажных расстояний до конструкций ограждения (до пола, до подоконника, до стенки, до экрана), от толщины лакокрасочного покрытия и других факторов. Практическая отдача тепла может быть меньше расчетной на 15…20%. Это стоит предусмотреть при финальных расчетах!

3. Расстояние между трубами и кол-во труб также влияют на отдачу тепла регистров теплоснабжения. В программе это отчасти учтено использованием понижающего коэффициента (0,93) на каждый дополнительный ряд труб. Расстояние между трубами было бы неплохо держать не меньше трубного диаметра D (больше — лучше).

4. Коэффициент передачи тепла k не считается постоянной величиной для определенного отопительного прибора и существенно меняется при изменении температурного напора dt! Детальнее про это (и не только) читайте в ближайших статьях блога.

Подписывайтесь на анонсы публикаций в окнах, размещенных в конце каждой публикации или вверху каждой страницы и не нужно забывать одобрять подписку кликом по ссылке в письме, которое здесь же придёт к вам на указанную почту (приходит в папку «Спам»).

Дорогие читатели, оставляйте комментарии к публикации! Ваши мысли, замечания, предложения, вопросы, рекомендации всегда интересны и полезные коллегам и автору.

Прошу уважающих авторский труд скачивать файл после подписки на анонсы публикаций!

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

Иные публикации автора блога

Калькуляторы расчета показателей регистра теплоснабжения — в помощь домашнему мастеру!

Обычными устройствами теплопередачи, устанавливаемыми в помещениях для жилья, являются батареи отопления. Однако, нередко можно повстречать картину, когда хозяева, видимо – из соображений экономии, любят обойтись самодельными регистрами, другими словами каскадно сваренными частями труб крупного диаметра. Подобный подход в большинстве случаев повсеместно используется в хозяйственных или подсобных постройках и помещениях, однако при аккуратной сборе и покраске регистры абсолютно могут вписаться и в дизайн жилой комнаты.

Калькуляторы расчета показателей регистра теплоснабжения

Однако, экономия с подобным подходом – далеко не объяснима: по существу, любой регистр по собственным возможностям отдачи тепла в большинстве случаев проигрывает гораздо более небольшим и аккуратным снаружи отопительным приборам. В любом случае, ожидать каких-нибудь чудес от его установки – не приходится. А коли так, то намечать установку аналогичных радиаторов следует исключительно после проведенных расчетов и сравнительного анализа стоимости и эффективности. А смогут помочь нам в данном вопросе калькуляторы расчета показателей регистра теплоснабжения.

Предлагается такой метод проведения вычислений:

• Сначала на первом калькуляторе устанавливается кол-во потерь тепла, требующих компенсации за счёт системы обогрева. Проще говоря – вычисляется потребная теплопроизводительность для определенной комнаты.
• Располагая значением необходимой мощности, на втором калькуляторе можно быстро и точно «спроектировать» регистр теплоснабжения с искомой отдачей тепла – другими словами определить его длину, численность секций и диаметр (сечение) используемых для производства труб.

Немного ниже, под самими калькуляторами, будут показаны нужные пояснения по проведению расчетов.

Калькуляторы расчета показателей регистра теплоснабжения

Калькулятор расчета нужной мощности тепла для обогревания помещения

Калькулятор для выбора хороших показателей регистра теплоснабжения

Пояснения по проведению расчетов

1. По расчету мощности тепла

Метод выстраивается на учете тех характерных особенностей помещения, которые воздействуют на кол-во потерь тепла из него:

• Площадь помещения и уровень потолочной высоты предопределят примерный объем комнаты.
• Еще один пункт – кол-во стен, выходящих на улицу. Чем больше наружных стен, тем весомее потери тепла через них – в программу расчета будет внесена подходящая поправка.
• Нестандартные данные – куда смотрят наружные стены в отношении к световым сторонам и к доминирующим зимою ветрам. Кажется, что это мелочь, однако для достоверности картины и ее предусмотреть не мешает. Ясно, стенка что с северной стороны, другими словами никогда не видящая Солнечного света, либо же практически всегда обращённая к морозному ветру, будет выхолаживаться намного быстрее.
• Еще один пункт – это очень маленькие температуры, отличительные для региона в самую холодную декаду года. Подчеркиваньем – НЕ аномальные морозы, а тот минимум, он считается для ваших условий климата нормой.
• Следующие поле ввода отображает степень термоизолированности помещения и предлагает оценить степень утепленность наружных стен. Полностью теплоизолированной можно считать лишь ту, термоизоляционные работы на которой проведены в полном объеме на основании проведенных теплотехнических расчетов. Абсолютно не теплоизолированных стен в жилых домах быть как правило не должно – это может быть автогараж, сарай и т.п., да и то хороший хозяин стремится и в подобных постройках давать хотя бы самый маленький уровень термические изоляции.
• Дальше необходимо оценить «соседство» помещения в вертикальном положении, другими словами снизу и сверху. Теплопотери через перекрытия и полы бывают очень внушительными, так что пренебрегать данное обстоятельство – неразумно. Стоит предпочесть необходимые пункты из выпадающих перечней.
• Дальше – окна. Понадобится внести их вид, кол-во и размеры. На основании данных данных программа расчета внесет нужную поправку к финишному результату.
• И, напоследок, в комнате может быть дверь, выходящая на улицу (в холодное помещение). Если дверью постоянно пользуются, то любое ее открытие сопровождается проникновением в комнату большой массы холодного воздуха, и это просит конкретной «компенсации» за счёт увеличения мощности обогревания.

Финальный результат будет показан в ваттах и киловаттах. Значение записываем – и перейдем к следующему калькулятору.

2. По выбору показателей регистра теплоснабжения

Да, собственно по выбору, опираясь на проведённом расчете потребной мощности тепла.

А дело все в том, что в том случае, когда предполагается изготовление и установка регистра теплоснабжения, хозяин уже, в основном, обладает какими-то отправными данными. К примеру, от точно знает, что в помещении необходимо выделить для установки регистра 4 метра по внешней стенке — и не больше, а вот с количеством параллельных секций особенных противопоказаний нет. Другой пример – к самой идее изготовления регистра привело наличие в обиходе лишних для остальных целей труб определенного диаметра. Чтобы они напрасно не валялись, их пускают на изготовление отопительного прибора.

Возможны другие исходные варианты – но все равно калькулятор позволяет в сжатые сроки и точно «спроектировать» регистр.

Что указывается в полях ввода:

• Режим температур системы обогрева – температура в среднем в трубе подачи и в «обратке». На основании таких параметров, с учетом температуры окружающей среды в помещении (она принята, для упрощения, устойчивая, в +20°С), рассчитывается значение как говорят иначе теплового напора, нужного для дальнейших вычислений. Эти сведенья температуры при дальнейших расчетах можно будет не менять.
• А вот с размерными показателями регистра – действительно можно «сыграть». Имеется в виду, что можно испробовать менять численность секций, длину регистра, диаметр или сечение труб, из которого прибор будет изготавливаться, таким образом, чтобы финальное значение во время расчета было не менее, чем полученное во время работы с первым калькулятором.

Это – очень легко, и на самом деле занимает буквально минуту-другую. Зато возникает возможность отыскать несколько подходящих вариантов, к примеру, из труб различного сечения – с самым разнообразным количеством секций. Сопоставив экономность, степень трудности сборки, да и внешний вид данных вариантов, можно уже полностью определиться с идеальным для собственных условий.

Регистры теплоснабжения – «за» и «против»

Не нужно слишком уж приписывать данным приборам «волшебные» качества по теплоснабжению помещений. Скорее, наоборот, к их установке следует склоняться, когда есть на самом деле серьезные на то основания. Детальнее про это, а еще о расчетах и изготовлении регистров теплоснабжения – в специализированной статьи нашего портала.

Как высчитать кол-во регистров теплоснабжения – основные правила

Регистры теплоснабжения собой представляют конструкцию из трубо-проводов, которые соединены между собой перпендикулярными трубами (часто используются гладкие трубы). Подобные изделия повсеместно используются для помещений промышленного типа, обогревания организаций, гаражей, складов. Применение подобных конструкций для домов и квартир применяется гораздо реже и лишь в случае с местным отоплением.

Одним из очень главных вопросов связанных с установкой системы обогрева считается вопрос, как высчитать кол-во регистров теплоснабжения.

От правильных вычислений зависит следущая работа системы. Неверный выбор повлечет за собой слабый обогрев помещения, либо большой расход источника теплоснабжения.

Важные правила расчета

Во время расчета регистров теплоснабжения лучше подбирать изделия с трубами в 32 мм, подобный размер считается наиболее подходящим для системы обогрева.

При применении трубо-проводов с большими диаметрами необходимо избегать выбора труб более чем 80 мм. Обусловлено это работой котла, который не может подавать нужной кол-во воды в систему для должного обогревания помещения.

Один из очень простых способов расчета такой: ставить одну секцию трубопровода регистра для 2-ух метров квадратных. Подобный вариант не считается точным, расчет достаточно примерный, стоит предусмотреть допустимые потери тепла в помещении.

Чтобы высчитать кол-во регистров теплоснабжения необходимо сделать учет самых разных данных. Стоит предусмотреть трубопроводный диаметр для отопительного прибора. Вторым моментом считается учет всех потерь тепла.

Для этого устанавливается:

• Кол-во дверей и окон, материал изготовления.
• Толщина стен и материал изготовления.
• Нахождение помещения на углу (две или более стены выходят на улицу).
• Учет наличия лоджии или балкона.
• Потолочная высота.

Учет всех показателей даст возможность максимально точно выбрать необходимое кол-во регистров для помещения, что обеспечит очень комфортные температурные условия не зависимо от времени года. Если понадобится к прибору теплоснабжения сваривают дополнительный регистр.

Расчеты по площади

Расчет регистров теплоснабжения по площади помещения базируется на показателях отдачи тепла труб.

На трубопровод с сечением 60 мм с длиной в метр приходится один метр квадратный обогреваемой комнаты. Расчет проводится для комнат с потолочной высотой не превышающих 3 м.

Для загородных домов и личных домов эксперты советуют держаться расчета, где потери тепла помещения разделяют на отдачу тепла одного регистра. Подобный подход позволяет уменьшить ошибочность в расчетах, применить расход носителя тепла в регистре теплоснабжения, сделать систему обогрева эффектной.

Монтаж оборудования

Регистр, соединенный сваркой

Для установки необходимо проведение работ по сварке. Данный момент вызывает определенную проблему.

При правильно сделанных и высококачественных элементах выполнение сварки существенно становится проще. При возможности части регистра свариваются вне помещения.

Принято держаться во время установки трубопровода правила с уклоном регистра на 0,05% по стороне тока воды в системе. Подобный вариант дает возможность очень эффективно подавать тепло для помещения.

Как проверить непроницаемость сваренного регистра: можно закрыть нижнее соединение у трубы. Потом полость наполняют водой. Необходимо внимательно просмотреть все стыки на наличие потеков. Если вода проступает, то просит повторная сварка.

Тепловой носитель сливается и проходит работа. После окончания сварки отделанные места зачищаются и красятся.

Надеемся, что материал публикации был вам полезен. Станем признательны, если поделитесь ей в соцсетях.

Отличного вам дня!

Расчет отдачи тепла регистра теплоснабжения

Регистр системы отопления собой представляет прибор, сделанный из гладкостенных трубо-проводов. По собственным особенностям конструкции регистр послужил основой для многих отопительных приборов. Довольно часто эти устройства размещают в технических и промышленных помещениях. Более того бывают ситуации, когда их ставят в квартирах в составе независимых систем отопления. Однако все таки не каждый знает, как сделать расчет отдачи тепла регистра.

Главные виды и технические свойства

Есть несколько главных разновидностей данных радиаторов. Регистры делят по варианту монтажа, форме выполнения и материалу. Благодаря этому прежде чем сделать расчет регистров из гладких отопительных труб, будем детально рассматривать каждую группу этих устройств.

По форме выполнения

1. Секционные регистры. Такие теплообменные аппараты делают из нескольких либо одного гладкостенных трубо-проводов диаметром от 25 до 400 мм, соединяемых между собой патрубками и закрываемых заглушками. Тепловой носитель через отрезок трубы поступает в верхнюю секцию, а в следующую секцию перетекает на противоположном конце и т. д.
2. Змеевиковые (S-образные) устройства – магистрали из труб соединяются дугами, в результате выходит непрерывная труба. Аналогичная форма позволяет применять поверхность прибора в общем, что повышает эффектную площадь теплообменного аппарата. Ниже рассмотрим, как сделать расчет отдачи тепла регистра из гладких труб.

По варианту монтажа

Регистры для систем отопления разделяют на переносные и неподвижные. Переносные или мобильные устройства, в основном, применяют в помещениях, где требуется кратковременная поддержка установленной температуры до устройства ключевой системы отопления. Например, при сооружении нового строения или при выполнении работ по ремонту в гараже. В подобных системах в виде теплоносителя применяются антифризы или искусственные масла, а энергия тепла создается при помощи электрических Нагревательных элементов трубчатого типа.

По материалу

1. Стальные регистры. Это более распространённый вид приборов, которые сделаны из стали. Еще необходимо обращать свое внимание, что сталь является довольно надежным материалом. Прекрасно сваривается и при этом владеет замечательной теплопроводимостью.
2. Чугунные устройства. Сейчас очень популярны регистры из чугунных трубо-проводов. Но, не обращая внимания на низкую цену, этот материал довольно непрочный и непрочный к ударам царапинам и так далее. Более того, чугун плохо сваривается, что усложняет монтаж.
3. Металлические регистры. По популярности эти устройства чуть-чуть уступают регистрам из труб из стали. При этом они обладают рядом плюсов: симпатично смотрятся, мало весят, отлично отдают тепло и устойчивы к процессу коррозии. Главный и единственный минус металлических регистров – большая стоимость.

Расчет отдачи тепла: главные моменты

Во время монтажного процесса системы отопления многим интересно расчет регистров из гладких труб. Как расчитать, чтобы их не было слишком много (будет через чур жарко) или очень мало (будет холодно)?

1. Для приватной квартиры либо дома нет надобности рассчитывать точную цифру, так как в этом случае не имеет значение определенное значение температуры. Главное, чтобы режим температур был идеальным.
2. Самый простой расчет: на 2 м2 должна приходиться одна секция (чугун или алюминий), на 1,5 м2 – одна секция (биметалл).
3. Если например потолок более 3 метров, необходимо добавить одну секцию. Если есть наличие балкона также добавляется одна или две части, в зависимости от того, утеплён балкон либо нет. Добавляется секция, если комната угловая.
4. Так как температура подачи носителя тепла изменяется коммунальной службой, для квартир разрешается исполнять расчет отдачи тепла регистра независимо от климата.
5. В приватных домах данный расчет не подходит потому, что в систему поступает чрезмерно горячая вода. Это даёт крепкий перегрев, если строение размещается в тёплых регионах.
6. Кроме этого расчет отдачи тепла регистра теплоснабжения можно сделать с помощью онлайн-калькуляторов. Чтобы это сделать понадобиться ввести определенные данные, а потом программа рассчитает нужное кол-во труб.

Методика расчета

При подборе этого устройства главное выбрать правильно диаметр трубо-проводов, из которых будет сделан регистр. Самый лучший диаметр – 32 мм, но разрешается ставить регистры и прочего диаметра, но не больше 80 мм. Если диаметр станет более 80 мм, то может просто не хватить мощности системы отопления на прогрев подобного устройства, так как котел не сумеет подать нужный объем носителя тепла.

Чтобы выбрать правильно данный элемент сантехники и сделать расчет отдачи тепла регистра, следует учесть следующие факторы:

• Материал, из которого сделано строение.
• Толщина стен.
• Кол-во дверных и оконных проемов.

Создавая расчет отдачи тепла регистра, важно знать величину отдачи тепла одного погонажного метра трубопровода. Например, один метр погонный трубопровода диаметром 60 мм может нагреть 1м2 помещения высотой не больше 3 метров.

В таблице, представленной ниже, указан приблизительный расчет отдачи тепла регистра в зависимости от диаметра трубо-проводов.