Регистры отопления: виды конструкций, расчет параметров, особенности монтажа

Технические характеристики

Технические требования к отопительным приборам, в том числе и к трубчатым радиаторам нормируются ГОСТ 31311-2005. Согласно этому стандарту для их изготовления должны применяться трубы по ГОСТ 3262, ГОСТ 8734, ГОСТ 10705, ГОСТ 10706 с толщиной стенки не меньше 1,25 мм. При этом полотенцесушители разрешается производить из углеродистой стали со стенкой не меньше 3 мм, нержавеющей стали, а также латуни (медно-цинковых сплавов) по ГОСТ 15527.

Допускается использовать и другие материалы, если отопительные приборы будут соответствовать всем положениям стандарта и иметь необходимые характеристики прочности. Конструкция приборов не нормируется и остается на усмотрение производителя при соблюдении основных требований. Это дает полную свободу для творчества и позволяет создавать уникальные дизайнерские конфигурации трубчатых радиаторов, что значительно расширяет сферу их применения.

Характеристики регистров отопления из гладких труб зависят от выбранного материала, размера и конфигурации. Они определяются по специальным формулам, таблицам или материалам производителя.

Рассмотрим основные параметры обычных стальных регистров. Для них характерно применение труб большого диаметра, преимущественно в диапазоне 32 – 219 мм. Они выдерживают рабочее давление до 100 Па (10 кгс/м²). Теплоносителем могут быть как разнообразные жидкости – вода, антифриз, масло – так и пар высокой температуры.

Имея подробный чертеж, регистр из гладких стальных труб может изготовить своими руками любой мастер с навыками выполнения сварочных работ. Для этого достаточно найти исходный материал, сварочный аппарат и угловую шлифмашинку. Можно также заказать регистр на заводе по индивидуальным чертежам.

Важно! Необходимо выдерживать не только длину, диаметр и количество труб, но и расстояние между ними. Слишком близкое расположение существенно снижает теплоотдачу прибора из-за взаимного влияния элементов

Если же расстояние сделать слишком большим, то высота прибора может выйти огромной и не удобной в установке и использовании. Оптимальным шагом расположения рядов отопительного регистра считается 1,5 радиуса, но не менее 50 мм.

Для получения наилучших результатов все параметры необходимо определять на основании теплотехнических расчетов, исходя из требуемой теплоотдачи и особенностей помещения. Без грамотного расчета даже хорошо сделанный регистр может не справиться с обогревом имеющейся площади.

Самостоятельное изготовление регистров отопления

Самостоятельно изготовить прибор отопления не очень сложно, нужны лишь небольшие навыки сварщика и сварочный аппарат.

Проще изготовить секционный прибор — для змеевика придется гнуть трубы достаточно большого диаметра, а аккуратно выполнить гибку в домашних условиях сложно.

До начала работ необходимо подготовить инструменты и материалы:

• Сварочный аппарат.
• Дрель.
• Болгарку.
• Молоток.
• Рулетку.
• Маркер.
• Струбцины.

Размечаются и нарезаются болгаркой заготовки из труб, труб-перемычек меньшего сечения (с внутренним сечением 20-25 мм), прутки такой же длины — для вваривания между трубами для жесткости конструкции. Заглушки вырезаются на 3-5 мм меньше внутреннего диаметра трубы — это позволит аккуратно «утопить» их в торце трубы. Толщина заглушек — 3-3,5 мм.

Размечаются отверстия для труб-перемычек, патрубков для подсоединения регистра к системам и кранам Маевского. Отверстия высверливают дрелью.

Перед тем как сварить регистр, необходимо разместить все заготовки на строго горизонтальной поверхности — металлическом верстаке или площадке во дворе.

Последовательность сборочных работ

Работы по сборке регистра выполняются в следующем порядке:

• При горизонтальном размещении заготовок фиксируют перемычки и прутки (при необходимости), прихватывают в нескольких местах сваркой. С одной стороны прибора между трубами вваривается трубка-перемычка, с другой — пруток, соединяющий две нитки.
• Затем устанавливают конструкцию вертикально, приваривают перемычки и прутки.
• Сначала проваривают тонким швом, далее проверяют все углы и размеры, проваривают толстым рабочим швом.
• Внутреннюю полость труб очищают от пыли и шлака, попавших в процессе сварки.
• Прихватывают пластинки-заглушки к торцам труб.
• Приваривают заглушки — так же двумя швами, как и перемычки.
• Сварочные швы зачищают болгаркой.
• К боковым отверстиям приваривают патрубки с резьбой.
• Устанавливают кран Маевского.
• Перед тем как подключить, прибор необходимо испытать. Для системы в многоэтажном доме он должен выдерживать 1,6 МПа или 16 атмосфер; для частного дома достаточно и 5 атмосфер — в небольших системах высокого давления не бывает.

Монтаж регистра в систему отопления

Монтаж регистра принципиально не отличается от монтажа радиатора — на входе-выходе устанавливаются краны с накидными гайками, на патрубке вверху — кран Маевского.

В системе с регистрами температура теплоносителя падает быстрее, поэтому применение однотрубной системы отопления нежелательно.

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.

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 Dв мм заносим

в ячейку D3: 108,0

1. Длину регистра (одной трубы) Lв м записываем

в ячейку D4: 1,250

1. Количество труб в регистре Nв штуках пишем

в ячейку D5: 4

1. Температуру воды на «подаче» t пв °C заносим

в ячейку D6: 85

1. Температуру воды на «обратке» t ов °C пишем

в ячейку D7: 60

1. Температуру воздуха в помещении t вв °C вводим

в ячейку D8: 18

1. Вид наружной поверхности труб выбираем из выпадающего списка

в объединенных ячейках C9D9E9: «При теоретическом расчете»

1. Постоянную Стефана-Больцмана C 0 в Вт/(м 2 *К 4) заносим

в ячейку D10: 0,00000005669

1. 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:

1. Степень черноты излучающих поверхностей труб εавтоматически определяется по выбранному виду наружной поверхности

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.)

1. Среднюю температуру стенок труб t ст в °C вычисляем

в ячейке D14: =(D6+D7)/2 =72,5

t ст =(t п +t о)/2

1. Температурный напор dt в °C рассчитываем

в ячейке D15: =D14-D8 =54,5

dt=t ст — t в

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

в ячейке D16: =1/(D8+273) =0,003436

β=1/(t в +273)

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

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

ν=0,0000000001192*t в 2 +0,000000086895*t в +0,000013306

1. Критерий Прандтля Pr определяем

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

Pr=0,00000073*t в 2 -0,00028085*t в +0,70934

1. 16.Коэффициент теплопроводности воздуха λ рассчитываем

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

λ=-0,000000022042*t в 2 +0,0000793717*t в +0,0243834

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

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

A=π*(D/1000)*L*N

1. 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=C 0 *ε*A*((t ст+273) 4 — (t в+273) 4)*0,93 (N-1)

1. Коэффициент теплоотдачи при излучении α и в Вт/(м 2 *К) рассчитываем

в ячейке D22: =D21/(D15*D20) =4,8

α и =Q и /(dt*A)

1. Критерий Грасгофа Gr вычисляем

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

Gr=g*β*(D/1000) 3 *dt/ν 2

1. Критерий Нуссельта Nu находим

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

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

1. Конвективную составляющую теплового потока Q к в Вт вычисляем

в ячейке D25: =D26*D20*D15 =462

Q к =α к *A*dt

1. 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

α к =Nu*λ/(D/1000)*0,93 (N-1)

1. 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

1. 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!

Монтаж

Как выглядит монтаж регистров отопления?

Простейшее крепление регистра — на вбитую в стенке ровную арматуру диаметром 10-14 мм.

1. На стенке размечается по уровню пара отверстий там, где должны расположиться нижняя и верхняя секции.
2. Отверстия бурятся диаметром на полмиллиметра меньше, чем имеющаяся у вас арматура.

Совет: потому, что бур диаметром, скажем, 11,5 мм отыскать фактически нереально, отверстие возможно пройти диаметром 10 мм и увеличить 11,5-миллиметровым сверлом по металлу.

1. Отрезки арматуры со снятыми фасками вбиваются в стенке на глубину не меньше 6-7 см.
2. На них вывешивается отопительный прибор.
3. Арматура загибается вверх, огибая секцию регистра. Для загиба применяют рычаг из отрезка трубы.
4. Излишки арматуры обрезаются по месту, торец скругляется напильником чтобы не было травм.

Как улучшить эффективность регистров

Слой краски должен быть минимален — это уменьшает теплоотдачу. Необходимо регулярно мыть и очищать от пыли приборы — это также увеличивает теплоотдачу.

Нельзя заставлять отопительные системы мебелью, закрывать неметаллическими экранами (из дерева, гипсокартона, бамбука, пластмассы), плотными шторами. Металлическими экранами тоже нежелательно, но красота требует жертв.

Самые эффективные материалы с точки зрения теплопередачи — медь, алюминий и оребренные трубы, особенно биметаллические — нержавейка с алюминием.

Проложенный за отопительный прибор пятимиллиметровый слой пенофола (фольгированного вспененного полиэтилена) повышает температуру в помещении на один градус Цельсия.

Разновидности отопительных регистров

Отопительные регистры представляют собой группу трубопроводов, расположенных параллельно друг другу и сообщающихся между собой. Они могут отличаться по материалу, по форме и конструктивному исполнению.

Материалы для изготовления

Чаще всего регистры отопления изготавливаются из гладких стальных труб по ГОСТ 3262-75 или ГОСТ 10704-91. Применение электросварных труб предпочтительнее из-за способности выдерживать более высокое давление. Тем не менее, на практике довольно распространены также водогазопроводные трубы, которые эксплуатируются не менее успешно. Такие отопительные приборы спокойно выдерживают всевозможные механические повреждения и нагрузки, а также работу с любым теплоносителем.

Существуют еще модели из нержавеющей стали. Их устанавливают в помещениях с повышенными требованиями к эстетичности и долговечности. В связи с повышенной стоимостью применение регистров из нержавеющей стали наиболее оправдано в ванных комнатах. Высокая стойкость к коррозии и разнообразие конфигураций полотенцесушителей из нержавеющей стали позволяют применять их даже в самых современных интерьерах санузлов.

Более эффективными с точки зрения теплоотдачи являются алюминиевые и биметаллические регистры. Они отличаются легкостью и эстетичностью, прекрасно работают в системах индивидуального отопления с хорошо организованной водоподготовкой. В остальных случаях низкое качество теплоносителя приводит к быстрому выходу приборов из строя.

Иногда можно встретить регистры из меди. Обычно их применяют в системах, где основная разводка медная. С ними удобно работать, они весьма симпатичны и долговечны. Кроме того, теплопроводность меди примерно в 8 раз выше, чем стали, что позволяет значительно уменьшить размер нагревательной поверхности. Общий недостаток всех приборов из цветных металлов – чувствительность к условиям эксплуатации – ограничивает сферу применения медных регистров.

Конструктивное исполнение

Наиболее характерные конструкции традиционных стальных регистров можно разделить на 2 типа:

• Секционные;
• Змеевиковые.

Для первого свойственно горизонтальное расположение трубопроводов и применение вертикальных узких перемычек между ними. Второй предусматривает использование прямых и дугообразных элементов одного диаметра, которые соединяются змейкой с помощью сварки. При использовании нержавейки или цветных металлов трубы просто изгибаются для придания требуемой конфигурации.

Существует три варианта исполнения присоединительных патрубков:

• Резьбовой;
• Фланцевый;
• Под сварку.

Они могут располагаться как с одной стороны прибора, так и с разных. Выход теплоносителя предусматривается под подачей или по диагонали от нее. Иногда встречается нижнее подключение магистралей, но в этом случае существенно снижается теплоотдача.

В секционных регистрах выделяют 2 вида соединений в зависимости от способа расстановки перемычек:

• «Нитка»;
• «Колонка».

Регистры из гладких труб могут использоваться как регистры основной системы отопления или как отдельные обогреватели. Для автономной работы внутрь прибора устанавливается ТЭН необходимой мощности и выполняется подключение к сети. В качестве теплоносителя для переносных электрических регистров из стали часто используют антифриз или масло, т.к. оно не замерзает при хранении либо аварийном отключении электроэнергии.

При использовании отдельно от общей системы отопления обязательно дополнительное размещение расширительного бачка в верхней части прибора. Это позволяет избежать повышения давления вследствие увеличения объема при нагреве. Размер емкости подбирается, исходя из возможности вместить около 10 % общего количества жидкости в нагревателе.

Для автономного использования регистра из стальных труб к нему привариваются ножки высотой 200 – 250 мм. Если же прибор является частью контура отопления, его перемещение не планируется и стены достаточно крепкие, то используется стационарное крепление с помощью кронштейнов. Иногда для очень массивных регистров применяют комбинированный вариант установки, т.е. прибор ставится на стойки и дополнительно фиксируется на стене.

Особенности

Существует мнение о том, что радиаторы в сравнении с регистрами более качественно справляются со своей основной задачей, поскольку им присуща дополнительная площадь. Но регистры, при производстве которых применяются гладкоствольные трубы, имеют показатели теплоотдачи, превышающие аналогичные значения радиаторов в значительной степени. А дополнительная модернизация конструкции, которая предполагает крепление к системе пластин из металла, положительно скажется на эффективности работы регистра.

Если планируется монтаж регистров общего назначения, соединив между собой тонкие трубки, расположенные параллельно, в итоге сформируется качественная и привлекательная конструкция, которую в некоторых случаях именуют дизайн-радиаторами. Изготовление таких приборов актуально для применения в зданиях общественного назначения.

Основной областью использования регистров все же являются предприятия, а также различные служебные либо технические помещения.

В ходе эксплуатации приборы зарекомендовали себя с положительной стороны, отличаясь долговечностью. Будет ошибкой считать, что регистры для отопления могут быть только грубой связкой металлических труб, поскольку производители продукции предлагают потребителям отдельные конструкции небольшого размера, которые можно устанавливать для обогрева частных домов, при этом не снижая общую привлекательность интерьера.

Диаметр труб для изготовления подобных отдельных устройств обычно составляет около 32 мм, за счет чего в разы облегчается их установка.

Компактность и невысокая стоимость таких регистров являются основными положительными особенностями, позволяющими обустроить систему для обогрева жилища. В качестве сырья для изготовления приборов выступают различные материалы, а также конструкции могут иметь различную форму. Главной особенностью отопительных конструкций этого типа является возможность их изготовления своими руками из стали, алюминия либо другого сырья.

Стоит выделить следующие преимущества регистров:

• большой срок службы – стальные и алюминиевые системы обычно эффективно функционируют на протяжении 20–25 лет с минимальной вероятностью возникновения поломок;
• высокий показатель теплоотдачи, которая объясняется большей мощностью в сравнении с батареями или радиаторами;
• легкий процесс монтажа и простота эксплуатации. Выполнить установку прибора под силу любому, кто имеет минимальные знания о правилах организации теплоснабжения.

Необходимо отметить, что отопительные регистры имеют некоторые минусы, такие как:

• большой объем теплоносителя, за счет которого происходит быстрое остывание системы;
• небольшой уровень конвекции воздуха, что отрицательно сказывается на работе;
• некоторые конструкции имеют малопривлекательный внешний вид, однако, подобная особенность скорее характерна для изделий, которые были изготовлены самостоятельно.

Спрос на продукцию довольно высокий за счет того, что устройства могут быть использованы в любых отопительных системах, поскольку конструкция одинаково эффективно работает как с водой, так и с антифризом. Кроме того, стоит выделить еще один вариант подключения прибора – это монтаж внизу трубы нагревателя электрического типа с терморегулятором, за счет которого нагрев теплоносителя будет происходить от электрической сети.

Однако подобная конфигурация требует также установки в верхней части системы расширительного бака. При таком устройстве отопительный регистр будет выступать в роли автономной отопительной системы, что очень удобно при обогреве строений хозяйственного назначения с небольшой площадью.

Расчет конструкции водяного регистра

Регистр отопления

Чтобы сделать расчет регистров отопления, нужно точно определить каким требованиям они должны отвечать. Возможно – это будет просто самодельный радиатор, для отопления, а может – сушилка для вещей. Естественно, конструкции будут разные. Расположение отрезков труб в регистре водяного отопления:

• вертикальное;
• горизонтальное.

Первый вариант встречается крайне редко, в основном все делают регистры водяного отопления из нескольких параллельных отрезков, которые находятся в горизонтальной плоскости. Чтобы в регистре осуществлялась циркуляция, горизонтальные отрезки соединяются между собой переливными патрубками:

• одним;
• двумя.

Варианты конструкции регистров

Еще один вид соединения горизонтальных труб в регистре выполняется при помощи угловых муфт того же диаметра, которые привариваются к торцам. Поворот делается на 180 градусов, для этого две угловые муфты по 90 градусов свариваются между собой. В таком случае заглушки для регистров отопления будут не нужны. Такой метод соединения лучше всего подходит для гравитационных систем обогрева, где циркуляция осуществляется за счет силы притяжения.

• сверху;
• снизу.

Отопительные регистры батареи с верхней подачей встречаются гораздо чаще, чем с нижней. При этом размещение патрубков подачи и обратки также может быть разным:

• на одном торце;
• на разных торцах.

Самым выгодной схемой подключения теплообменника к контуру считается та, в которой подача осуществляется сверху, а обратка выходит внизу противоположного торца. Гост на регистры отопления регламентирует не его конструкцию, а технические характеристики труб, из которых он сделан.

Из каких частей состоит регистр отопления

Расчет мощности регистра отопления заключается в том, чтобы подобрать необходимые габариты теплообменника. Это напрямую влияет на количество теплоносителя в нем и площадь теплообмена. Чем больше регистр – тем большее помещение он сможет нагреть.

Получается, что нужно определить диаметр труб таким образом, чтобы теплоотдача регистров отопления имела достаточный уровень для обогрева помещения определенной площади. Это если есть возможность выбирать, а если регистр варится из того что есть в наличии, то возможно, придется немного изменить конструкцию.

Для каждого региона есть свои стандарты количества энергии для отопления одного метра помещения. Для расчета регистров из гладких труб для отопления можно брать среднее значение в 100 Вт. Если переживаете, что не хватит, то просто делайте запас 50%. Теперь подгоняем наш регистр под эти требования. Для наглядности возьмём в качестве примера регистр отопления из трех труб размером по два метра каждая. Алгоритм действий:

• определяем площадь помещения;
• считаем сколько необходимо мощности для его обогрева;
• подставляем значение в формулу определения диаметра.

Допустим, что у нас помещение 50 м кв. Получается, что нам потребуется 500 Вт тепловой мощности, чтобы температура воздуха была в приделах, установленный нормативными документами. Формула вычисления диаметра имеет следующие величины:

• П – 3,14;
• длина регистра;
• коэффициент теплопроводности металла, для стали 11,63;
• разница между температурами подачи и обратки.

В качестве эталона для расчета разницы температур подачи и обратки берут значение 80 и 20 градусов, соответственно. Если вы знаете, что в вашем контуре температура не будет превышать 65 градусов, значит, подставляете свое значение. Мы продолжим расчет, исходя из средних величин, то есть разница температур составляет 60 градусов.

Диаметр трубы = 500 / (3,14*6 (три трубы по 2 метра) * 11,63 * 60) = 0,038

Значение мы получили в метрах, что составляет 38 мм. Получается, чтобы отопить помещение 50 м кв регистром из трех горизонтальных отрезков по два метра, нужно использовать трубы с внутренним диаметром не меньше 38 мм. Если вышло так, что нужно сварить регистр из уже имеющихся труб, тогда нужно рассчитывать общую длину отрезков. Для этого из уже имеющейся формулы можно посчитать эту величину.

Длина отрезков = 500 / (3,14*11,63*60*сечение наших труб в метрах)

Для изготовления регистров применяются трубы с диаметром от 32 мм, допустим, именно они есть в наличие. Подставив значение в расчет, можно вычислить, что для обогрева такого помещения потребуется 7,1 метра. Эту величину можно разбивать на несколько отрезков. Получается, что расчет количества регистров отопления сводится к тому, чтобы узнать общую длину труб с заданным диаметром, а потом разбить ее на удобные отрезки.