Registri di riscaldamento: tipi di strutture, calcolo dei parametri, peculiarità di installazione

Esiste un'enorme quantità di batterie diverse per progettazione e materiale per i sistemi di riscaldamento di locali residenziali e non residenziali. Ma i registri di riscaldamento si distinguono tra loro per l'elevata efficienza di trasmissione del calore e la semplicità di montaggio autonomo.

Esteriormente e strutturalmente, questi dispositivi di scambio termico ricordano le normali serpentine dei portasciugamani, ma per dimensioni superano di gran lunga gli analoghi per i bagni.

Nell'articolo che abbiamo presentato vengono analizzati in dettaglio i tipi di registri di riscaldamento e analizzeremo anche le caratteristiche di installazione di tali apparecchiature.

Varietà di registri di riscaldamento in tubi

Il registro di riscaldamento è un classico scambiatore di calore acqua-aria. Nella maggior parte dei casi è realizzato in tubo metallico a pareti lisce. Quest'ultimo può essere singolo o sotto forma di una serie di più tratti di tubazione disposti orizzontalmente uno sopra l'altro. Esistono anche singole strutture con alette.

Un dispositivo di riscaldamento realizzato solo con tubi a parete liscia è più facile da pulire durante le pulizie regolari. Non ci sono alette o punti stretti difficili da pulire con un panno. Di conseguenza, su tale registro non si formano 'colonie' di polvere e sporcizia. In questo senso, è molto superiore ai radiatori a pannelli oggi molto diffusi.

Di solito i registri di riscaldamento vengono installati in garage, magazzini, officine, ospedali e scuole, ovvero in locali con requisiti elevati di sicurezza antincendio e sanitaria.

Per efficienza di resa termica e costi di riscaldamento, il registro a tubi non è inferiore alle batterie ordinarie, e spesso le supera. La superficie totale di scambio termico in entrambi i casi è approssimativamente uguale, solo che nel dispositivo in questione il fluido termovettore scorre in un canale largo.

La resistenza idraulica in questa situazione è molto inferiore a quella di un radiatore standard composto da più sezioni a pannello. E questo incide direttamente sui costi energetici per il pompaggio dell'acqua attraverso un tale circuito di riscaldamento.

Tipi in base alla forma della struttura

Esteriormente, il registro di riscaldamento non sembra molto elegante. Ma è economico e facile da realizzare. E con un po' di sforzo, un tale riscaldatore-scambiatore di calore può essere inserito nell'arredamento anche di una stanza da soggiorno.

Nelle case di campagna russe fino a poco tempo fa questa variante di sistema di riscaldamento era quasi universale. In epoca sovietica non c'erano radiatori a pannelli e sezioni in vendita, ma ottenere un tubo largo non era così difficile.

Successivamente serviva solo un apparecchio di saldatura. Il riscaldatore a tubi così ottenuto si collega allo scambiatore di calore ad acqua all'interno della stufa a legna in modo semplice e rapido. Per maggiori dettagli sulla sostituzione dei radiatori con saldatura a gas, legga qui.

Quanto più vicini al bordo sono posizionati i tubi verticali in un registro a sezioni, tanto maggiore è la resa termica dell'apparecchio – l'acqua alle estremità dei tubi orizzontali si rinnova più lentamente che nelle sezioni a flusso diretto del fluido termovettore.

Tutti i tipi di registri di riscaldamento si dividono in due gruppi:

1. A sezioni.
2. A serpentina (a forma di S).

Nel primo caso i tubi orizzontali sono collegati tra loro da tubi trasversali di sezione minore, mentre nel secondo da archi dello stesso diametro.

Entrambe le opzioni comportano grandi quantità di lavori di saldatura. Un apparecchio a serpentina può anche essere realizzato piegando un unico tubo. Tuttavia, non tutti i tubi in acciaio di grande diametro possono essere piegati in questo modo. È molto più semplice prendere archi pronti e saldarli ai segmenti orizzontali del registro.

In un apparecchio con collegamento a 'filo' (i tubi sono disposti alternativamente a destra/sinistra) non ci sono zone con fluido termovettore freddo, l'acqua qui passa gradualmente attraverso tutti i tubi.

Nel collegamento dei tratti orizzontali di un registro a sezioni con il collegamento a 'colonna', i tubi trasversali vengono saldati a entrambe le estremità. La circolazione del fluido termovettore in tale apparecchio di riscaldamento avviene in parallelo. Di conseguenza, alcune zone possono ricevere meno calore. L'acqua calda semplicemente scorre nel segmento inferiore prima di raggiungere l'estremità più lontana.

Nel collegamento a 'filo', dove il fluido termovettore attraversa tutte le sezioni del registro, non si verificano problemi simili. Sotto questo aspetto, questo registro ricorda molto una serpentina. Solo che l'acqua si muove dall'ingresso all'uscita del radiatore attraverso tubi di sezioni diverse.

Le serpentine possono avere diverse curve; in questo caso, per rinforzare la struttura, spesso vengono realizzati inserti trasversali in profilato angolare o tondino spesso.

Se non si hanno a portata di mano archi pronti per un registro a forma di S, è meglio realizzare da soli un apparecchio a sezioni. Piegare uniformemente un tubo di grande sezione senza attrezzature speciali è estremamente difficile. L'unica possibilità pratica è riscaldare il metallo con saldatura a gas e piegarlo con attenzione. Ma c'è il rischio di perdita di resistenza delle pareti del tubo.

Al tipo a sezioni appartiene anche un registro con una coppia di collettori laterali. Sono realizzati con tubi dello stesso diametro delle sezioni principali, fungendo da tubi trasversali. In questo caso l'acqua si muove non dall'alto verso il basso, ma da sinistra a destra (o viceversa).

Opzioni in base al materiale di fabbricazione

Il più delle volte gli artigiani domestici realizzano i registri di riscaldamento con tubi d'acciaio. I principali vantaggi di questa opzione sono il basso costo, la disponibilità del materiale e la relativa semplicità di saldatura.

Oltre al tubo tondo, il registro di riscaldamento può essere realizzato anche con il suo equivalente profilato – la resistenza idraulica risulterà leggermente diversa, ma nulla di più.

In condizioni di fabbrica, i registri sono prodotti in:

• acciaio;
• alluminio;
• in rame;
• in ghisa.

In termini di resa termica e durata, la variante in rame è leader. Ma per dimensioni grandi, un tale riscaldatore costerà una bella cifra. Il dispositivo in alluminio è inferiore per conduttività termica, ma costa significativamente meno.

Il tipo più comune ed economico di registri di riscaldamento è quello in acciaio. Tuttavia, è anche l'opzione meno efficiente nel trasferire il calore dall'acqua all'aria tra tutte quelle in vendita nei negozi di termotecnica.

Il coefficiente di conducibilità termica per i diversi acciai varia tra 45 e 48 W/(m*K). Per la ghisa è intorno a 60, per l'alluminio 200-240 e per il rame circa 400 W/(m*K). L'acciaio è inferiore a tutti sotto questo parametro tecnico.

Nella scelta dei tubi d'acciaio, si dovrebbero preferire quelli in acciaio al carbonio, poiché sono i più robusti e resistenti alle alte temperature.

La ghisa e l'alluminio vengono solitamente utilizzati solo nella produzione in fabbrica dei registri. Da soli, in condizioni artigianali, è troppo difficile saldare questi metalli. Lo stesso vale per l'acciaio inossidabile o zincato, quindi è meglio non prendere tubi di questi materiali. Sono più difficili da saldare e la loro resa termica è inferiore rispetto al normale analogo nero.

Con esperienza nella saldatura di superfici in rame, realizzare un registro con tali tubi non è troppo problematico. Grazie all'elevata capacità di trasferimento del calore, si possono prendere tubi di diametro inferiore rispetto alla scelta della variante in acciaio. In questo modo, l'apparecchio di riscaldamento costerà meno.

Tuttavia, il rame presenta un grave inconveniente: la necessità di un fluido termovettore neutro e pulito. Se nell'impianto di riscaldamento circola acqua "sporca", con impurità, si può dimenticare una lunga durata di tale batteria.

Un problema simile si osserva spesso anche a causa della presenza nell'impianto di elementi in metalli incompatibili con il rame. Se non si adotta una serie di misure preventive, a causa della corrosione elettrochimica, un tale registro durerà poco.

Dispositivi con elemento riscaldante integrato

La versione standard del registro prevede il suo collegamento ai tubi di riscaldamento di un sistema centralizzato o con una caldaia per il riscaldamento dell'acqua. Ma esistono anche dispositivi completamente autonomi. In uno dei tubi inferiori è integrato un elemento riscaldante alimentato dalla rete elettrica a 220 V.

Per costruzione e principio di funzionamento, l'elemento riscaldante nel registro è un normale bollitore elettrico che funziona da una tipica presa monofase.

La potenza dell'elemento che riscalda l'acqua può variare tra 1 e 6 kW a seconda del volume interno dello scambiatore di calore. Tale apparecchio di riscaldamento è spesso dotato di una pompa di circolazione affinché il fluido termovettore raggiunga tutte le sue parti.

Un simile registro autonomo viene spesso utilizzato come fonte di calore supplementare, che viene accesa solo durante le forti gelate. Con temperature non troppo basse all'esterno, il riscaldamento dell'ambiente è fornito dal sistema di riscaldamento centrale. Oltre all'acqua, nel registro elettrico è possibile versare antigelo.

Sul nostro sito c'è un articolo in cui abbiamo descritto dettagliatamente le caratteristiche di scelta e i dettagli di collegamento delle resistenze per radiatori di riscaldamento. Maggiori informazioni – segua il link.

Calcolo della struttura del riscaldatore

Innanzitutto, è necessario calcolare la potenza termica richiesta per l'ambiente specifico.

Secondo le norme, tale calcolo termotecnico va effettuato tenendo conto di:

• superficie e orientamento delle pareti esterne (esposte a sud o meno);
• cubatura dell'ambiente riscaldato;
• livello delle temperature minime possibili nella regione;
• grado di isolamento termico delle pareti che danno sull'esterno;
• presenza di un altro ambiente riscaldato al di sotto e/o al di sopra;
• numero, superficie e tipo di finestre installate;
• presenza/assenza di porte che si aprono direttamente verso l'esterno.

Le norme edilizie raccomandano persino di considerare la rosa dei venti predominante in inverno. Sul lato sopravvento, le perdite di calore attraverso la parete durante il periodo invernale saranno inevitabilmente maggiori.

In modo semplificato, per un ambiente con un'altezza del soffitto di circa 2,7 metri, la potenza termica necessaria si calcola moltiplicando la superficie della stanza per 100 W.

Se i soffitti dell'ambiente sono a un'altezza di 3 metri o più, per il calcolo semplificato si deve moltiplicare la cubatura dello spazio riscaldato per 34 o 41 W. Il primo coefficiente si utilizza per edifici in mattoni, il secondo per costruzioni in cemento armato.

Moltiplicare un paio di numeri non è difficile. Ma bisogna essere ben consapevoli che calcoli approssimativi come questi possono essere molto lontani dai valori reali, poiché le sfumature sono molte.

La soluzione migliore è ordinare il calcolo necessario a un professionista che tenga conto di tutti i parametri dell'ambiente. Le perdite di calore avvengono attraverso pareti, finestre, pavimento, soffitto e persino la ventilazione. Per ottenere cifre precise, bisogna considerare tutto senza eccezioni.

Successivamente, è necessario calcolare le dimensioni dei tubi per il registro di riscaldamento. A tal fine, si utilizzi la seguente formula:

Q= K* St*dt

Legenda dei simboli:

• Q – potenza termica del registro;
• K – coefficiente di scambio termico, dipende dal materiale del tubo;
• St – superficie di scambio termico (uguale a PI greco moltiplicato per diametro e lunghezza del tubo);
• dt – salto termico.

Di conseguenza, conoscendo Q e dt, non resta che scegliere il diametro del tubo e la sua lunghezza totale. Quindi, in base alla configurazione del termosifone a tubi, questa tubazione può essere suddivisa in più segmenti che saranno successivamente collegati da traverse. È meglio non considerare la cessione di calore di queste ultime per non complicare i calcoli.

Il valore dt viene a sua volta calcolato in base alla temperatura ambiente desiderata (Ta) e ai valori di mandata (Tm) e ritorno (Tr) – quindi dt=(Tm+Tr)/2-Ta.

Quando i tubi sono collegati a serpentina, ogni segmento orizzontale successivo riceve circa il 10% in meno di energia termica rispetto a quello situato sopra. Ciascun tratto della tubazione del termosifone a tubi deve essere considerato come un radiatore separato. Il fluido termovettore si raffredda gradualmente e inevitabilmente mentre scorre attraverso di essi, e il calore si trasferisce all'ambiente.

Un altro parametro è la distanza tra le sezioni orizzontali (tubi principali), che determina l'altezza del singolo raccordo. Se questo spazio è troppo ridotto, i flussi di calore dall'alto e dal basso inizieranno a sovrapporsi, influenzandosi negativamente a vicenda.

Questo valore va scelto in modo che sia leggermente maggiore del diametro del tubo. In tal caso l'efficienza del termosifone a tubi sarà la massima possibile.

Con calcoli più dettagliati sulla potenza dei radiatori e la loro quantità si può leggere qui.

Caratteristiche di esecuzione del montaggio

Nulla di particolarmente complicato nell'installazione di un termosifone a tubi. Le difficoltà possono sorgere solo durante la sua saldatura da tubi separati. Se non si ha molta esperienza nella saldatura, è meglio fare pratica prima. Acquistando un apparecchio già pronto di fabbrica, non dovrebbero esserci problemi di montaggio.

Il fissaggio a parete di un termosifone a tubi viene effettuato con robuste staffe (ganci). Se viene posizionato a pavimento, sono sufficienti gambe metalliche. È importante ricordare che questo calorifero in acciaio pesa abbastanza, a cui si aggiunge il peso dell'acqua all'interno, quindi i supporti e le staffe devono essere estremamente affidabili.

Le estremità del tubo-sezione vengono chiuse con appositi tappi sferici o saldate utilizzando piccoli dischi d'acciaio tagliati da lamiera. I raccordi con filettatura esterna per l'installazione della valvola di sfiato aria e per il collegamento all'impianto di riscaldamento vengono inseriti direttamente nelle pareti del tubo o nella piastra terminale.

La superficie del radiatore in acciaio va rivestita con vernice termoresistente. Grazie a questa, l'apparecchio non solo sarà esteticamente più gradevole, ma avrà anche una protezione anticorrosione aggiuntiva.

Un'istruzione dettagliata per realizzare registri di riscaldamento fai-da-te si può leggere in questo materiale.

Conclusioni e video utili sull'argomento

I video qui sotto La aiuteranno a comprendere tutte le sfumature del calcolo del termosifone a tubi e della sua installazione.

Tecnologia di fabbricazione di un termosifone a tubi con tubo profilato rettangolare:

Vantaggi e calcolo della potenza del termosifone a tubi:

Se è necessario riscaldare un ambiente di grande cubatura, il registro composto da tubi in acciaio liscio è ideale. Con competenze di saldatura, assemblare una batteria fatta in casa non è difficile. Basta calcolare con precisione i parametri di questo apparecchio e scegliere correttamente i tubi.

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