Отопительные приборы
Эти устройства представляют собой приборы для передачи тепла от теплоносителя в обогреваемое помещение. Если бы не было отопительных приборов, то теплоноситель впустую циркулировал бы по трубам, незначительно отдавая тепло.
Теплопередающая способность отопительного прибора зависит от площади его нагревательной поверхности, которая, в свою очередь, обусловлена видом прибора, его местонахождением и схемой присоединения к трубопроводу. Хороший отопительный прибор отдает через единицу площади нагревательной поверхности максимальное количество тепла.
Для того чтобы вычислить требуемую теплоотдачу, нужно знать значение теплопотерь каждого отдельного помещения. Теплоотдача должна превышать теплопотери. Величину дополнительных потерь можно вычислить по формуле:
Qдоп = Qт + Qп, где Qдоп. – дополнительные теплопотери; (Qт – теплоотдача от теплоносителя; Qп – теплопотери помещения.
При открытой прокладке отопительного трубопровода поверхность труб будет дополнительной нагревательной поверхностью, которую следует учитывать при расчете мощности отопительных приборов. На рис. 27 показаны потоки теплопередачи.
Необходимая теплоотдача и количество отопительных приборов в помещении напрямую зависят от числа окон в комнате.
Выбор отопительных приборов.
Прежде чем покупать отопительные приборы, нужно обратить внимание на следующее:
– способ прокладки трубопроводов – открытый или закрытый;
– тип и конфигурация отопительной системы;
– качество теплоносителя;
– уровень рабочего давления в системе отопления;
– планировка дома;
– особенности теплового режима помещений;
– месторасположение и время пребывания людей в обогреваемых комнатах;
– назначение отопительных приборов;
– технические характеристики отопительных приборов.
В процессе эксплуатации отопительных приборов могут появиться:
• коррозия внешних поверхностей;
• химическая и электрохимическая коррозия внутренних поверхностей;
• гидравлические удары.
В связи с этим к отопительным приборам предъявляются довольно строгие требования. Прибор должен:
– выдерживать гидравлические удары, которые возникают в процессе испытания отопительной системы;
– быть устойчивым ко всем видам коррозии.
Рабочее и испытательное давление – это самый важный показатель отопительной системы. В нашей стране испытательное давление увеличивается не на 30%, как в Европе, а на 55—60% (примерно 15 атм). В связи с этим некоторые типы зарубежных отопительных приборов выходят из строя, не выдержав такого давления.
Требования к отопительным приборам.
Все требования, предъявляемые к отопительным приборам, условно можно разделить на несколько групп: санитарно-гигиенические, экономические, архитектурно-строительные, производственно-монтажные, эксплуатационные, теплотехнические. Всем этим требованиям должны отвечать отопительные приборы независимо от вида, мощности и местонахождения. Теперь подробнее разберемся в группах требований.
Санитарно-гигиеническая. В эту группу входят следующие пункты:
• низкая температура корпуса;
• наименьшая площадь горизонтальной поверхности для уменьшения отложения пыли;
• доступность отопительного прибора и ограждающих поверхностей вокруг него для очистки от пыли.
Экономическая. Основные критерии:
• оптимальная стоимость самого прибора и работ по его установке и эксплуатации;
• наименьший расход металла. Архитектурно-строительная. Отопительные приборы данной группы должны иметь:
• эстетичный внешний вид;
• небольшие габаритные размеры.
В настоящее время многие предпочитают устанавливать в доме компактные отопительные приборы, потому что их можно убрать в шкафы, укрыть за декоративными панелями и пр. Поэтому фирмы-производители, откликаясь на требования покупателей, стараются изготавливать более миниатюрные агрегаты.
Производственно-монтажная. Основные критерии:
• наименьшие трудозатраты при установке, наладке, регулировке. Это обусловлено максимальной механизацией работ;
• достаточная механическая прочность. Эксплуатационная. Приборы этой группы имеют
следующие критерии:
• теплоустойчивость;
• возможность регулировать теплоотдачу;
• водонепроницаемость при предельно допустимом в рабочих условиях гидростатическом давлении.
Отопительные приборы теплотехнической группы имеют наибольшую плотность удельного теплового потока, приходящегося на единицу площади.
Размещение отопительных приборов.
Отопительные приборы как правило монтируют в стенных нишах под окнами, располагают вдоль стен, навешивают в один или два ряда, располагают открыто или за декоративными панелями.
При условии, если отопительные приборы устанавливаются в 2 ряда или в стенной нише, площадь их нагревательной поверхности должна быть увеличена примерно на 5%. Это даст возможность иметь необходимую теплоотдачу. Если приборы монтируются за панелями, площадь нагревательной поверхности нужно уменьшить на 10%, т. к. в этом случае теплоотдача обычно увеличивается. Расположение отопительных приборов в декоративных шкафах улучшает интерьер помещения, но теплоотдача значительно снижается (примерно на 12%).
Самым распространенным вариантом установки приборов является размещение их вдоль наружных стен под окнами. В этом случае нужно учитывать следующие моменты:
– длина отопительного прибора должна составлять 50—75% от длины оконного проема. Исключение составляют окна с витражами. В этом случае длина окна и отопительного прибора должны быть равными;
– вертикальные оси оконного проема и отопительного прибора должны совпадать (отклонение – ±5 см).
Если отопительные приборы установлены у наружных стен дома, то радиационное охлаждение помещения значительно снижается, а температура нижней части внутренней стены увеличивается. Это означает, что если подоконник узкий или его нет вообще, то конвекционные потоки от приборов перекрывают доступ холодного воздуха в помещение.
Около внутренних стен дома отопительные приборы не устанавливают практически никогда. Такой вариант допускается, если в помещении люди находятся непродолжительное время или зима в данной местности короткая и теплая. При такой установке отопительных приборов воздух у пола не прогревается. Немного улучшить это состояние поможет крепление прибора возле самого пола.
В случае размещения отопительных приборов у внутренних стен также можно найти положительные стороны. Среди них можно назвать:
• повышенную теплопередачу отопительных приборов;
• сокращение длины теплопроводов;
• уменьшение числа стояков.
Если помещения имеют высокие потолки, то отопительные приборы должны быть высокими и узкими. Во всех остальных случаях следует выбирать широкие и низкие приборы.
В случае установки узкого прибора под окном в верхней части комнаты воздух будет перегреваться, а холодные потоки – опускаться с обеих сторон от прибора. Если используются широкие и низкие приборы, смонтированные у самого пола, комната прогреется полностью.
Типы отопительных приборов.
Все отопительные приборы классифицируют по следующим параметрам:
– способ теплоотдачи;
– тип нагревательной поверхности;
– величина тепловой инерции;
– материал, из которого изготовлен отопительный прибор;
– высота отопительного прибора.
Теперь немного подробнее о каждом параметре. По способу теплоотдачи отопительные приборы подразделяются на несколько типов:
– конвективные (конвекторы и ребристые трубы);
– радиационные (потолочные излучатели);
– конвективно-радиационные (секционные и панельные радиаторы, гладкотрубные приборы).
Самый высокий уровень теплоотдачи имеют конвекторы с кожухом и секционные радиаторы, а самый низкий – гладкотрубные приборы и конвекторы без кожуха.
По типу нагревательной поверхности отопительные приборы бывают:
– с гладкой нагревательной поверхностью;
– с ребристой нагревательной поверхностью.
По величине тепловой инерции отопительные приборы можно разделить на:
– аппараты с малой тепловой инерцией;
– аппараты с большой тепловой инерцией.
Ко вторым следует отнести секционные радиаторы с большим объемом воды и медленно изменяющие теплоотдачу. К первым относятся конвекторы, имеющие небольшую массу и емкость. Они быстро изменяют теплоотдачу при регулировке входящего теплоносителя.
По материалу изготовления отопительные приборы бывают:
– металлические (чугунные, стальные, медные, алюминиевые и др.);
– керамические;
– пластмассовые;
– комбинированные.
По высоте отопительные приборы могут быть:
– высокими – более 65 см;
– средними – 40—65 см;
– низкими – 20—40 см;
– плинтусными – менее 20 см.
Конвекторы.
Они представляют собой ребристые нагревательные приборы. Они бывают с кожухами, которые изготовлены из листового чугуна, стали, алюминия, асбестоцемента и пр. Кроме этого, конвекторы выпускаются и без кожухов.
Теплоотдача конвектора напрямую зависит от высоты кожуха. Без кожуха конвектор обладает теплоотдачей в 100%. При высоте кожуха 25 см этот показатель возрастет до 120%; при высоте 40 см – до 130%; при высоте 60 см – до 140%. Из этого следует, что чем выше кожух, тем больше тепловая отдача.
При сравнении конвекторов с другими видами отопительных приборов выясняется, что теплоотдача конвекторов значительно ниже.
Важно и то, что конвекторы совершенно не выдерживают гидравлических ударов системы отопления и требуют наличия теплоносителя высокого качества. Кроме этого, они создают тепловые потоки, которые поднимают в воздух пыль и другие вредные вещества, перемещая их по жилым помещениям.
При использовании конвекторов для обогрева помещений температура в них не всегда бывает комфортной. Это связано с тем, что потоки нагретого воздуха поднимаются вверх и скапливаются под потолком, а холодный воздух оттесняется к полу.
Несмотря на все отрицательные стороны использования конвекторов, они являются самыми популярными отопительными приборами во всем мире. Это объясняется тем, что они обладают небольшим весом, малой металлоемкостью, прекрасным внешним видом, простотой монтажа и эксплуатации.
В настоящее время российские фирмы стали выпускать конвекторы, ни в чем не уступающие зарубежным аналогам. По некоторым параметрам они даже лучше, потому что адаптированы к российским условиям. Это означает, что отечественным конвекторам не нужен теплоноситель слишком хорошего качества, они не нуждаются в установке дополнительных очистительных фильтров и в предварительной подготовке воды. В табл. 33 даны технические характеристики конвекторов российских фирм-производителей.
Такого рода трубы бывают чугунными, имеют длину 1—2 м. Внутри ребристой трубы обычно устанавливается фланцевая труба для теплоносителя.
Из-за множества тонких ребер площадь нагревательной поверхности отопительного прибора увеличивается в несколько раз. Обычно ребристые трубы устанавливают в несколько рядов. Между собой они соединяются по схеме змеевика фланцами и двойными фланцевыми отводами.
Эти отопительные приборы имеют несколько положительных свойств:
• невысокую стоимость;
• небольшую температуру наружной нагревательной поверхности при высокой температуре теплоносителя;
• компактность;
• простоту установки.
Как и все отопительные приборы, ребристые трубы имеют и ряд недостатков, к которым можно отнести:
• довольно значительный вес;
• неустойчивость к механическим повреждениям;
• несоответствие санитарно-гигиеническим требованиям, т. е. из-за наличия большого количества ребер отопительный прибор трудно содержать в чистоте;
• непривлекательный дизайн.
Поэтому ребристые трубы, как правило, устанавливают в хозяйственных постройках.
Потолочные излучатели.
Такого рода отопительные приборы относятся к классу радиационных аппаратов, т. е., нагреваясь сами, они излучают тепло . Радиационный способ обогрева помещений представляет собой взаимный лучистый обмен между предметами, конструкциями дома и отопительными приборами.
При обогреве помещения потолочными излучателями люди чувствуют себя более комфортно, чем при отоплении конвективным способом. Это объясняется тем, что при понижении температуры окружающего воздуха примерно на 2° С увеличивается конвективная теплоотдача человека, а это очень сильно влияет на улучшение его самочувствия. Оптимальная температура в помещении, обогреваемом конвекторами, составляет 19,3° С, а при отоплении потолочными излучателями – 17,4° С.
Потолочные излучатели имеют множество достоинств. Они создают микроклимат, благоприятный для человека, обеспечивают сильный нагрев внутренних поверхностей жилища и, как следствие, уменьшение теплоотдачи человека, а также значительно уменьшают тепловую энергию, требующуюся на обогрев помещения.
Наряду с достоинствами, конечно же, имеются и недостатки. К ним можно отнести:
• большую тепловую инерцию;
• теплопотери через наружные ограждения;
• монтаж дополнительной арматуры для регулировки теплоотдачи бетонных панелей.
Радиаторы.
Радиаторы – это отопительные приборы с двумя способами отдачи тепла: конвективным и радиационным. На конвекцию приходится 75% от общего теплового потока, а на радиацию – 25%.
Конструктивно радиаторы водяного отопления делятся на секционные и панельные. Первые изготавливаются из чугуна, стали и алюминия. Вторые могут быть стальными и биметаллическими (сталь и алюминий).
На российском рынке в наше время можно найти не только радиаторы отечественного производства, но и импортные. Но вторые покупать нужно только в том случае, когда вся отопительная система импортная. В противном случае зарубежные радиаторы быстро выйдут из строя, потому что они не рассчитаны на жесткую воду с механическими примесями.
Секционные чугунные радиаторы являются самым распространенным видом отопительных приборов в России. Их производят с начала ХХ в. Популярность данного вида приборов обусловлена тем, что стальные и алюминиевые радиаторы имеют недостаточную прочность для российских теплосетей.
Чугунный радиатор состоит из одно– или многоколончатых секций с каналами круглого или эллипсовидного сечения. Самыми распространенными являются радиаторы с двухколончатыми секциями высотой 50 см. Между собой секции соединяются ниппелями с картонными, резиновыми или паронитовыми прокладками.
Обычно чугунные радиаторы рассчитаны на рабочее давление 6—9 атм, опрессовочное (испытательное) – 15—18 атм и максимальную температуру теплоносителя – 130° С. Они имеют следующие положительные свойства:
• большую тепловую мощность;
• высокую механическую прочность;
• хорошую коррозионную стойкость;
• невосприимчивость к плохому качеству теплоносителя.
К недостаткам этих отопительных приборов можно отнести:
• большую металлоемкость;
• высокую тепловую инерцию;
• нестойкость к гидравлическим ударам в системе;
• несоответствие санитарно-гигиеническим нормам;
• большие трудозатраты при транспортировке и установке из-за большого веса радиатора;
• неэстетичный внешний вид.
Секционные алюминиевые радиаторы по популярности в нашей стране идут вторыми после чугунных. Они представляют собой прессованные секции и коллекторы, которые изготавливаются из алюминиевого сплава с добавлением кремния (он придает металлу необходимую прочность на разрыв). Алюминиевые радиаторы выпускаются в двух вариантах:
а) литые отопительные приборы (каждая секция отливается как отдельная деталь);
б) экструзионные радиаторы (каждая секция состоит из трех элементов, соединенных между собой специальными болтами). Герметичность соединений достигается за счет уплотнительных элементов или с помощью клеевого соединения.
У алюминиевых радиаторов также имеются свои плюсы и минусы. К положительным качествам можно отнести:
• повышенную теплоотдачу за счет оребрения секций;
• высокую скорость нагрева (нагреваются в несколько раз быстрее, чем чугунные);
• экономичность потребления энергии;
• возможность регулировки температуры воздуха в помещении;
• небольшую массу;
• простоту установки и транспортировки;
• современный дизайн.
Большинство алюминиевых радиаторов рассчитано на рабочее давление 6—25 атм, опрессовочное давление – 9—37 атм, максимальную температуру теплоносителя – 130° С.
К недостаткам алюминиевых радиаторов относятся:
• невысокая конвективная способность;
• повышенное газообразование, которое приводит к воздушным пробкам в системе отопления;
• высокая вероятность возникновения протечек между секциями;
• концентрация тепла на оребрении.
В продаже имеются также анодированные радиаторы, которые изготавливают из алюминия высшей степени очистки с последующим полным анодным оксидированием всей поверхности. Анодное оксидирование изменяет структуру алюминия, тем самым защищая радиатор от всех видов коррозии, а также других вредных воздействий. Для соединения элементов радиатора между собой применяются не ниппели, а сухие наружные муфты.
Благодаря этому внутренняя поверхность отопительных приборов остается гладкой. Такой способ соединения исключает образование застоев теплоносителя и засоров системы. Теплоотдача анодированных радиаторов значительно выше, чем простых алюминиевых.
Анодированные радиаторы рассчитаны на рабочее давление 50—70 атм, а разрушаться они начинают только при давлении 215 атм!
Стальные панельные радиаторы (рис. 36) представляют собой два штампованных стальных листа толщиной 1,4—1,5 мм, соединенных между собой двумя способами:
а) горизонтальными коллекторами, соединенными вертикальными колонками (колончатая форма);
б) горизонтальными параллельно и последовательно соединенными каналами, приваренными к одной панели (форма змеевика).
Стальные панели бывают одно– и двухрядными с декоративным покрытием из термостойкой эмали и без него, с ребристой или гладкой поверхностью. Такого рода отопительные приборы рассчитаны на рабочее давление 6—10 атм и максимальную температуру теплоносителя 110—150° С.
Достоинствами стальных панельных радиаторов являются:
• высокая теплоотдача;
• малая тепловая инерция;
• соответствие санитарно-гигиеническим нормам;
• небольшой вес;
• эстетичный внешний вид.
Поскольку резьбовых соединений в таком радиаторе всего два, то протечки возникают гораздо реже, чем у секционных радиаторов.
Самыми главными недостатками таких отопительных приборов являются:
• небольшая площадь нагревательной поверхности;
• невысокая коррозионная стойкость.
Биметаллические радиаторы обычно изготавливаются из стали и алюминия. У них практически нет недостатков, которыми обладают чисто алюминиевые или стальные радиаторы. Но они сохранили главное достоинство – высокую теплоотдачу.
Одна секция биметаллического радиатора – это две вертикальные трубы, которые под давлением обливают алюминиевым сплавом. Между собой секции соединяются стальными ниппелями, герметичность обеспечивают прокладки из термостойкой каучуковой резины (она выдерживает температуру до 200° С).
Корпус в таких радиаторах имеет высокую теплоотдачу, он быстро нагревается и дает возможность регулировать расход тепла. У биметаллических радиаторов теплоноситель никогда не бывает в контакте с теплоносителем. Такого рода отопительные приборы рассчитаны на рабочее давление 25 атм и опрессовочное давление 37 атм. В связи с этим биметаллические радиаторы применяют в отопительных системах с повышенным давлением. Главным недостатком таких приборов является малый диаметр внутренних каналов.
Панельные бетонные радиаторы – это бетонные панели с бетонными, стеклянными или пластмассовыми каналами различной формы и с нагревательными элементами змеевиковой или регистровой конфигурации.
Щадящее отопление.
В настоящее время в европейских странах распространена так называемая концепция щадящего отопления. Обычные отопительные системы неблагоприятно сказываются на микроклимате помещений, потому что температура нагревательной поверхности отопительных приборов высушивает воздух и электризует его. Помимо этого, на радиаторах оседает пыль, которая потоками теплого воздуха поднимается и начинает циркулировать по комнате. Сильно нагреваясь на отопительных приборах, пыль разлагается на элементы, среди которых имеются вредные для человеческого организма вещества. Ну и конечно, о нагретый отопительный прибор можно обжечься.
Применение щадящего отопления как раз и позволяет решить многие из этих проблем. Температура нагревательной поверхности при этой системе не превышает 40—45° С. Для создания нужной температуры в обогреваемом помещении площадь отопительных приборов увеличивается в 2,5 раза, т. е. на радиаторах устанавливаются дополнительные ребра.