Rejestry ogrzewania: rodzaje konstrukcji, obliczenia parametrów, cechy montażu

Istnieje ogromna liczba różnych pod względem konstrukcji i materiału wykonania grzejników do systemów ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych i niemieszkalnych. Ale rejestry grzewcze wyróżniają się wśród nich wysoką efektywnością oddawania ciepła i prostotą samodzielnego montażu.

Zewnętrznie i konstrukcyjnie te wymienniki ciepła przypominają zwykłe wężownice suszarek do ręczników, ale pod względem rozmiarów znacznie przewyższają podobne urządzenia do łazienek.

W prezentowanym przez nas artykule szczegółowo omówiono rodzaje rejestrów grzewczych, a także przeanalizujemy cechy montażu takiego sprzętu.

Odmiany rejestrów grzewczych z rur

Rejestr grzewczy to klasyczny wymiennik ciepła „woda-powietrze”. W większości przypadków wykonany jest z gładkościennej metalowej rury. Ta ostatnia może być pojedyncza lub w formie szeregu kilku odcinków rurociągu umieszczonych poziomo jeden nad drugim. Przy tym spotykane są także konstrukcje z ożebrowaniem.

Grzejnik wykonany wyłącznie z gładkościennej rury jest łatwiejszy do mycia podczas regularnego sprzątania. Nie ma na nim blaszkowatych żeber ani wąskich miejsc, które trudno wytrzeć szmatką. W rezultacie na takim rejestrze nie tworzą się „kolonie” kurzu i brudu. Pod tym względem znacznie przewyższa powszechnie stosowane obecnie grzejniki panelowo-sekcyjne.

Zazwyczaj rejestry grzewcze instaluje się w garażach, magazynach, warsztatach, szpitalach i szkołach – czyli w pomieszczeniach, gdzie obowiązują podwyższone wymagania dotyczące bezpieczeństwa przeciwpożarowego i sanitarnego.

Pod względem efektywności oddawania energii cieplnej i kosztów ogrzewania rejestr rurowy nie ustępuje zwykłym grzejnikom, a często je przewyższa. Całkowita powierzchnia wymiany ciepła w obu przypadkach jest w przybliżeniu taka sama, tylko w rozważanym urządzeniu czynnik grzewczy przepływa przez szeroki kanał.

Opór hydrauliczny w tej sytuacji jest znacznie niższy niż w standardowym grzejniku z kilku panelowych sekcji. A to bezpośrednio wpływa na koszty energii potrzebnej do pompowania wody w takim obiegu grzewczym.

Rodzaje ze względu na kształt konstrukcji

Zewnętrznie rejestr grzewczy nie wygląda zbyt elegancko. Za to jest tani i prosty w produkcji. A jeśli włoży się trochę wysiłku, taki grzejnik-wymiennik ciepła można z powodzeniem wkomponować we wnętrze nawet pokoju mieszkalnego.

W krajowych domach wiejskich aż do niedawna taki wariant systemu ogrzewania był stosowany niemal powszechnie. W czasach radzieckich grzejników panelowo-sekcyjnych nie było w sprzedaży, ale szeroką rurę zdobyć nie było tak trudno.

A potem potrzebna była tylko spawarka. Otrzymany grzejnik rurowy łączy się z wymiennikiem ciepła wodnego wewnątrz pieca na drewno za pomocą spawania – prosto i szybko. Szczegółowe informacje na temat technologii wymiany grzejników metodą spawania gazowego można znaleźć tutaj.

Im bliżej krawędzi znajdują się pionowe rurki w rejestrze sekcyjnym, tym wyższa jest wydajność cieplna urządzenia – woda na końcach poziomych rur odnawia się wolniej niż w odcinkach z bezpośrednim przepływem czynnika grzewczego.

Wszystkie rodzaje rejestrów grzewczych dzielą się na dwie grupy:

1. Sekcyjne.
2. Wężownice (w kształcie litery S).

W pierwszym przypadku rury poziome łączy się ze sobą za pomocą poprzecznych rurek o mniejszym przekroju, a w drugim – łukami o tej samej średnicy.

Oba warianty wiążą się z dużą ilością prac spawalniczych. Urządzenie wężownicowe można również wykonać przez gięcie jednej rury. Jednak nie każdy wyrób rurowy o dużej średnicy ze stali można wygiąć w ten sposób. Znacznie łatwiej jest wziąć gotowe łuki i przyspawać je do poziomych segmentów rejestru.

W urządzeniu z połączeniem typu „nitka” (rurki umieszczone naprzemiennie z prawej/lewej strony) nie ma stref z zimnym czynnikiem grzewczym, woda tutaj stopniowo przepływa przez wszystkie rury.

Przy łączeniu odcinków poziomych rejestru sekcyjnego połączeniem typu „kolumna” rurki poprzeczne są wspawane z obu końców. Cyrkulacja czynnika grzewczego w takim urządzeniu grzewczym odbywa się według schematu równoległego. W rezultacie poszczególne strefy w nim mogą otrzymywać mniej ciepła. Gorąca woda po prostu spływa do dolnego segmentu zanim dotrze do odległego końca.

W połączeniu „nitka”, gdzie czynnik grzewczy przechodzi przez wszystkie odcinki rejestru, takie problemy nie występują. Pod tym względem rejestr ten w dużej mierze przypomina wężownicę. Tylko woda w nim porusza się od wejścia do wyjścia z grzejnika rurami o różnym przekroju.

Wężownice mogą mieć kilka zagięć, w takim przypadku w celu wzmocnienia konstrukcji w niektórych miejscach często wykonuje się poprzeczne wkładki z kątownika lub grubego pręta.

Jeśli nie ma pod ręką gotowych łuków do rejestru w kształcie litery S, lepiej samodzielnie wykonać urządzenie sekcyjne. Równomierne wygięcie rury o dużym przekroju bez specjalistycznego sprzętu jest niezwykle trudne. Praktycznie jedyną opcją jest rozgrzanie metalu spawaniem gazowym i ostrożne wygięcie go. Istnieje jednak ryzyko utraty wytrzymałości ścianek rury.

Do typu sekcyjnego należy również rejestr z parą bocznych kolektorów. Wykonuje się je z rury o tej samej średnicy co odcinki główne, pełniąc rolę poprzecznych rurek. Woda w tym przypadku porusza się nie z góry na dół, ale z lewa na prawo (lub odwrotnie).

Warianty ze względu na materiał wykonania

Najczęściej domowi majsterkowicze samodzielnie wykonują rejestry grzewcze z rur stalowych. Głównymi zaletami tej opcji są niska cena, dostępność materiału i względna prostota spawania.

Oprócz rury okrągłej, rejestr grzewczy można również wykonać z jej profilowanego odpowiednika – opór hydrauliczny będzie nieco inny, ale nic poza tym.

W warunkach fabrycznych rejestry są produkowane z:

• stali;
• aluminium;
• z miedzi;
• z żeliwa.

Pod względem oddawania ciepła i trwałości liderem jest wariant miedziany. Jednak przy dużych rozmiarach taki grzejnik będzie kosztował sporo grosza. Urządzenie aluminiowe ustępuje mu pod względem przewodności cieplnej, ale jest znacznie tańsze.

Najpopularniejszym i niedrogim rodzajem rejestrów grzewczych jest stalowy. Jest to jednak opcja najmniej efektywna pod względem przekazywania ciepła z wody do powietrza spośród wszystkich dostępnych w sklepach z techniką grzewczą.

Współczynnik przewodności cieplnej dla różnych stali waha się w granicach 45–48 W/(m*K). Dla żeliwa wynosi około 60, dla aluminium 200–240, a dla miedzi około 400 W/(m*K). Stal traci na rzecz wszystkich tych materiałów pod względem tego parametru technicznego.

Przy wyborze rur stalowych należy preferować wyroby ze stali węglowej, są one najbardziej wytrzymałe i odporne na wysokie temperatury.

Żeliwo i aluminium są zwykle używane tylko przy fabrycznej produkcji rejestrów. Samodzielne spawanie tych metali w amatorskich warunkach jest zbyt trudne. To samo dotyczy stali nierdzewnej lub ocynkowanej, dlatego lepiej nie brać rur z tych materiałów. Są trudniejsze do spawania, a ich oddawanie ciepła jest niższe niż w przypadku zwykłego czarnego odpowiednika.

Przy doświadczeniu w spawaniu powierzchni miedzianych wykonanie rejestru z takich rur nie jest zbyt problematyczne. Ze względu na wysokie wskaźniki przenoszenia ciepła można je wziąć o mniejszej średnicy niż w przypadku wyboru wariantu stalowego. W ten sposób grzejnik będzie tańszy.

Jednak miedź ma tutaj poważną wadę – konieczność stosowania neutralnego i czystego czynnika grzewczego. Jeśli w systemie grzewczym krąży „brudna” woda z zanieczyszczeniami, to o długiej żywotności takiej baterii można zapomnieć.

Podobny problem często wynika z obecności w systemie elementów z metali niekompatybilnych z miedzią. Jeśli nie zostanie przewidziany szereg środków zapobiegawczych, z powodu korozji elektrochemicznej taki rejestr nie posłuży długo.

Urządzenia z wbudowaną grzałką

Standardowy wariant rejestru zakłada jego podłączenie do rur grzewczych systemu centralnego lub z kotłem podgrzewającym wodę. Istnieją jednak urządzenia całkowicie autonomiczne. W jednej z dolnych rur jest wbudowany element grzejny zasilany z sieci elektrycznej 220 V.

Pod względem konstrukcji i zasady działania grzałka w rejestrze to zwykły elektryczny podgrzewacz wody, działający z typowego jednofazowego gniazdka.

Moc elementu podgrzewającego wodę może wynosić od 1 do 6 kW, w zależności od wewnętrznej objętości wymiennika ciepła. Takie urządzenie grzewcze często jest wyposażone w pompę obiegową, aby czynnik grzewczy docierał do wszystkich jego części.

Taki autonomiczny rejestr często stosowany jest jako dodatkowe źródło ciepła, które włącza się tylko podczas silnych mrozów. Przy niezbyt niskich temperaturach na zewnątrz ogrzewanie pomieszczenia odbywa się z ogólnego systemu grzewczego. Oprócz wody, do rejestru elektrycznego można wlać płyn niezamarzający.

Na naszej stronie znajduje się artykuł, w którym szczegółowo opisaliśmy cechy wyboru i niuanse podłączania grzałek do grzejników. Szczegóły – proszę przejść do linku.

Obliczanie konstrukcji grzejnika

Najpierw należy obliczyć wymaganą moc cieplną dla konkretnego pomieszczenia.

Zgodnie z przepisami, takie obliczenia cieplne należy wykonać, uwzględniając:

• powierzchnię i orientację ścian zewnętrznych (w kierunku południowym słonecznym lub nie);
• kubaturę ogrzewanego pomieszczenia;
• poziom maksymalnych możliwych temperatur ujemnych w regionie;
• stopień izolacji cieplnej ścian wychodzących na ulicę;
• istnienie poniżej i/lub powyżej innego ogrzewanego pomieszczenia;
• ilość, powierzchnię i rodzaj zamontowanych okien;
• obecność/brak drzwi otwierających się bezpośrednio na zewnątrz.

Normy budowlane zalecają nawet uwzględnienie dominującej róży wiatrów zimą. Po stronie nawietrznej ściany straty ciepła w okresie zimowym będą z pewnością wyższe.

W uproszczeniu dla pomieszczenia o wysokości sufitów około 2,7 metra wymaganą moc cieplną oblicza się, mnożąc powierzchnię pomieszczenia przez 100 W.

Jeśli sufity w pomieszczeniu znajdują się na poziomie 3 metrów i wyżej, to dla uproszczonego obliczenia należy kubaturę ogrzewanej przestrzeni pomnożyć przez 34 lub 41 W. Pierwszy współczynnik stosuje się dla budynków murowanych, a drugi – dla konstrukcji żelbetowych.

Pomnożenie pary liczb nie jest trudne. Trzeba jednak jasno zdawać sobie sprawę, że takie warunkowe obliczenia mogą bardzo odbiegać od rzeczywistych wartości, ponieważ niuansów jest tu wiele.

Najlepszym wyjściem jest zlecenie odpowiednich obliczeń specjaliście, który weźmie pod uwagę wszystkie parametry pomieszczenia. Straty ciepła występują przez ściany, okna, podłogę, sufit, a nawet wentylację. Aby uzyskać dokładne wartości, należy uwzględnić wszystko bez wyjątku.

Następnie należy obliczyć wymiary rur dla rejestru grzewczego. W tym celu należy skorzystać ze wzoru:

Q= K* St*dt

oznaczenia literowe:

• Q – moc cieplna rejestru;
• K – współczynnik przenikania ciepła, zależy od materiału rury;
• St – powierzchnia wymiany ciepła (równa się liczbie π pomnożonej przez średnicę i długość rury);
• dt – różnica temperatur.

Zatem, znając Q i dt, pozostaje jedynie dobrać średnicę rury oraz jej całkowitą długość. Następnie, w zależności od konstrukcji rejestru, rurociąg ten można podzielić na kilka odcinków, które później zostaną połączone poprzeczkami. Aby nie komplikować obliczeń, lepiej nie uwzględniać oddawania ciepła przez te poprzeczki.

Wartość dt z kolei jest wyznaczana na podstawie wymaganej temperatury w pomieszczeniu (Tw) oraz jej wartości na zasilaniu (Tz) i powrocie (Tp) – ostatecznie dt=(Tz+Tp)/2-Tw.

W przypadku połączenia rur w kształt węża każdy następny poziomy odcinek otrzymuje około 10% mniej energii cieplnej niż ten znajdujący się wyżej. Każdy taki odcinek rurociągu rejestrowego należy traktować jako oddzielną baterię. Czynnik grzewczy w miarę przepływu przez nie stopniowo i nieuniknienie ochładza się, ciepło uchodzi do pomieszczenia.

Kolejnym parametrem jest odstęp między poziomymi sekcjami (głównymi rurami), który odzwierciedla wysokość pojedynczego łącznika. Jeśli ten odstęp będzie zbyt mały, to strumienie ciepła z góry i z dołu zaczną się nakładać, negatywnie wpływając na siebie nawzajem.

Tę wartość należy dobrać tak, aby była nieco większa od średnicy rury. Wówczas efektywność rejestru będzie maksymalnie możliwa.

Bardziej szczegółowe obliczenia mocy grzejników i ich liczby można przeczytać tutaj.

Cechy wykonania montażu

Nie ma nic szczególnie skomplikowanego w instalacji rejestru grzewczego. Trudności mogą wystąpić tylko podczas jego spawania z poszczególnych rur. Jeśli nie ma się dużego doświadczenia w wykonywaniu prac spawalniczych, lepiej najpierw poćwiczyć. Przy zakupie gotowego urządzenia fabrycznego nie powinno być żadnych problemów z montażem.

Zawieszenie na ścianach rejestru rurowego wykonuje się za pomocą mocnych wsporników (haków). Jeśli jest ustawiany na podłodze, wystarczą żelazne nóżki. Należy pamiętać, że omawiany grzejnik stalowy waży dość dużo. Do tego dochodzi ciężar wody w środku, dlatego mocowania i podstawy muszą być niezwykle solidne.

Końce rury-sekcji zamyka się specjalnymi sferycznymi zaślepkami lub zaspawa przy użyciu małych stalowych krążków wyciętych z blachy. Złączki z gwintem zewnętrznym do montażu zaworu odpowietrzającego i podłączenia do systemu grzewczego wcina się bezpośrednio w ścianki rury lub w płytę czołową.

Powierzchnię wykonanej ze stali baterii warto pokryć farbą termoodporną. Dzięki niej urządzenie nie tylko zyska estetyczny wygląd, ale także nabędzie dodatkową ochronę antykorozyjną.

Szczegółową instrukcję tworzenia rejestrów grzewczych własnymi rękami można przeczytać w tym materiale.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Zebrane poniżej materiały wideo pomogą Państwu zrozumieć wszystkie niuanse obliczeń rejestru grzewczego i jego montażu w pomieszczeniu.

Technologia wykonania rejestru z profilowanej rury prostokątnej:

Zalety i obliczanie mocy rejestru grzewczego:

Jeśli konieczne jest ogrzanie dużego pomieszczenia pod względem kubatury, rejestr z gładkich rur stalowych idealnie się do tego nadaje. Posiadając umiejętności spawalnicze, złożenie takiego samodzielnego grzejnika własnymi rękami nie jest trudne. Wystarczy dokładnie obliczyć parametry tego urządzenia i prawidłowo dobrać do niego wyroby rurowe.

Pozostały pytania, znaleźli Państwo błędy lub macie cenne informacje, którymi możecie się podzielić z odwiedzającymi naszą stronę? Prosimy o pozostawienie komentarzy, zadawanie pytań w formularzu opinii znajdującym się pod artykułem.